金屬材料學(xué)題型總結(jié)
金屬材料學(xué)題型總結(jié)
篇一：金屬材料學(xué)復(fù)習(xí)題(整理版)
第一章 合金化
合金元素: 特別添加到鋼中為了保證獲得所要求的組織結(jié)構(gòu)從而得到一定的物理、化學(xué)或機(jī)械性能的化學(xué)元素。
微合金元素: 有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，當(dāng)其含量只在0.1%左右（如B 0.001%，V 0.2 %）時(shí)，會(huì)顯著地影響鋼的組織與性能，將這種化學(xué)元素稱為微合金元素。
奧氏體形成元素:在γ-Fe中有較大的溶解度,且能穩(wěn)定γ相；如 Mn, Ni, Co, C, N, Cu；
鐵素體形成元素: 在α-Fe中有較大的溶解度，且能穩(wěn)定α相。如：V，Nb, Ti 等。
原位析出: 元素向滲碳體富集，當(dāng)其濃度超過在合金滲碳體中的溶解度時(shí), 合金滲碳體就在原位轉(zhuǎn)變成特殊碳化物如Cr鋼中的Cr：
離位析出: 在回火過程中直接從α相中析出特殊碳化物，同時(shí)伴隨著滲碳體的溶解，可使HRC和強(qiáng)度提高（二次硬化效應(yīng)）。 如 V，Nb, Ti等都屬于此類型。
2．合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是鐵素體形成元素？
哪些是奧氏體形成元素？哪些能在-Fe中形成無限固溶體？哪些能在-Fe 中形成無限固溶體？
答：鐵素體形成元素：V、Cr、W、Mo、Ti、Al；
奧氏體形成元素：Mn、Co、Ni、Cu能在-Fe中形成無限固溶體：V、Cr； 能在-Fe 中形成無限固溶體：Mn、Co、Ni
3．簡(jiǎn)述合金元素對(duì)擴(kuò)大或縮小γ相區(qū)的影響，并說明利用此原理在生產(chǎn)中有何意義？
擴(kuò)大γ相區(qū)：使A3降低，A4升高一般為奧氏體形成元素
分為兩類：a.開啟γ相區(qū)：Mn, Ni, Co 與 γ-Fe無限互溶.
b.擴(kuò)大γ相區(qū)：有C，N，Cu等。如Fe-C相圖，形成的擴(kuò)大的γ相區(qū)，
構(gòu)成了鋼的熱處理的基礎(chǔ)。
�。�2）縮小γ相區(qū)：使A3升高，A4降低。一般為鐵素體形成元素
分為兩類:a.封閉γ相區(qū)：使相圖中γ區(qū)縮小到一個(gè)很小的面積形成γ圈,其結(jié)果使δ相區(qū)與α相區(qū)連成一片。如V, Cr, Si, A1, Ti, Mo, W, P, Sn, As, Sb。
b.縮小γ相區(qū)：Zr, Nb, Ta, B, S, Ce 等
�。�3）生產(chǎn)中的意義：可以利用M擴(kuò)大和縮小γ相區(qū)作用，獲得單相組織，具有特殊性能，在耐蝕鋼和耐熱鋼中應(yīng)用廣泛。
4．簡(jiǎn)述合金元素對(duì)鐵碳相圖（如共析碳量、相變溫度等）的影響。
答：1）改變了奧氏體區(qū)的位置
2）改變了共晶溫度：（l）擴(kuò)大γ相區(qū)的元素使A1，A3下降；
(2)縮小γ相區(qū)的元素使A1，A3升高。當(dāng)Mo>8.2%,
W>12%,Ti>1.0%,V>4.5%,Si>8.5%，γ相區(qū)消失。
3.）改變了共析含碳量：所有合金元素均使S點(diǎn)左移。（提問：對(duì)組織與性能有何影響呢？）
5．合金鋼中碳化物形成元素（V，Cr，Mo，Mn等）所形成的碳化物基本類型及其相對(duì)穩(wěn)定性。
答：基本類型：MC型；M2C型；M23C6型；M7C3型；M3C型；M6C型；
�。◤�(qiáng)K形成元素形成的K比較穩(wěn)定，其順序?yàn)椋篢i>Zr>Nb>V>W,Mo>Cr>Mn>Fe） 各種K相對(duì)穩(wěn)定性如下：MC→M2C→M6C→M23C6→M7C3→M3C
6．主要合金元素（V，Cr，Ni，Mn，Si，B等）對(duì)過冷奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變影響的作用機(jī)制。
答：Ti, Nb, Zr, V：主要是通過推遲P轉(zhuǎn)變時(shí)K形核與長(zhǎng)大來提高過冷γ的穩(wěn)定性；
W，Mo,Cr：1）推遲K形核與長(zhǎng)大；
2）增加固溶體原子間的結(jié)合力，降低Fe的自擴(kuò)散激活能。作用大小
為：Cr>W>Mo
Mn：（Fe,Mn）3C,減慢P轉(zhuǎn)變時(shí)合金滲碳體的形核與長(zhǎng)大；擴(kuò)大γ相區(qū)，強(qiáng)烈推遲γ→α轉(zhuǎn)變，提高α的形核功；
Ni：開放γ相區(qū)，并穩(wěn)定γ相，提高α的形核功（滲碳體可溶解Ni, Co） Co擴(kuò)大γ相區(qū)，但能使A3溫度提高（特例），使γ→α轉(zhuǎn)變?cè)诟叩臏囟冗M(jìn)行，降低了過冷γ的穩(wěn)定性。使C曲線向左移。
Al, Si ：不形成各自K，也不溶解在滲碳體中，必須擴(kuò)散出去為K形核創(chuàng)造條件；Si可提高Fe原子的結(jié)合力。
B，P，Re：強(qiáng)烈的內(nèi)吸附元素，富集于晶界，降低了 γ的界面能，阻礙α相和K形核。
7．合金元素對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變有何影響？
答：合金元素的作用表現(xiàn)在：
1）對(duì)馬氏體點(diǎn)Ms- Mf溫度的影響；
2）改變馬氏體形態(tài)及精細(xì)結(jié)構(gòu)（亞結(jié)構(gòu)）。 除Al,Co 外，都降低Ms溫度，其降低程度：強(qiáng)C→Mn→Cr→Ni→V→Mo,W,Si弱
提高γ’含量：可利用此特點(diǎn)使Ms溫度降低于0℃以下，得到全部γ組織。如加入Ni,Mn,C,N等
合金元素有增加形成孿晶馬氏體的傾向，且亞結(jié)構(gòu)與合金成分和馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度有關(guān).
8．如何利用合金元素來消除或預(yù)防第一次、第二次回火脆性？
1）低溫回火脆性（第I類，不具有可逆性）
其形成原因：沿條狀馬氏體的間界析出K薄片；
防止：加入Si, 脆化溫度提高300℃；加入Mo, 減輕作用。
2)高溫回火脆性（第II類，具有可逆性）
其形成原因：與鋼雜質(zhì)元素向原奧氏體晶界偏聚有關(guān)。防止：加入W，Mo消除或延緩雜質(zhì)元素偏聚.
9．如何理解二次硬化與二次淬火兩個(gè)概念的相關(guān)性與不同特點(diǎn)。
答：二次硬化:在含有Ti, V, Nb, Mo, W等較高合金鋼淬火后，在500- 600℃范圍內(nèi)回火時(shí)，在α相中沉淀析出這些元素的特殊碳化物，并使鋼的HRC和強(qiáng)度提高。(但只有離位析出時(shí)才有二次硬化現(xiàn)象)
二次淬火：在強(qiáng)K形成元素含量較高的合金鋼中淬火后γ’十分穩(wěn)定，甚至加熱到500-600℃回火時(shí)升溫與保溫時(shí)中仍不分解，而是在冷卻時(shí)部分轉(zhuǎn)變成馬氏體，使鋼的硬度提高。
相同點(diǎn)：都發(fā)生在合金鋼中，含有強(qiáng)碳化物形成元素相對(duì)多，發(fā)生在淬回火過程中，且回火溫度550℃左右。
不同點(diǎn)：二次淬火，是回火冷卻過程中Ar轉(zhuǎn)變?yōu)閙，是鋼硬度增加。 二次硬化：回火后，鋼硬度不降反升的現(xiàn)象（由于特殊k的沉淀析出）
10．一般地，鋼有哪些強(qiáng)化與韌化途徑？強(qiáng)化的主要途徑 宏觀上：鋼的合金化、冷熱加工及其綜合運(yùn)用是鋼強(qiáng)化的主要手段。 微觀上：在金屬晶體中造成盡可能多的阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙；或者盡可能減少晶體中的可動(dòng)位錯(cuò)，抑制位錯(cuò)源的開動(dòng)，如晶須 。 固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、“第二相”強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化、時(shí)效強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、析出強(qiáng)化、二次硬化、過剩相強(qiáng)化 ）
韌化途徑：細(xì)化晶粒；降低有害元素的含量；
防止預(yù)存的顯微裂紋；形變熱處理；
利用穩(wěn)定的殘余奧氏體來提高韌性；
加入能提高韌性的M，如Ni, Mn；
盡量減少在鋼基體中或在晶界上存在粗大的K或其它化合物相。
第二章 工程結(jié)構(gòu)鋼
1． 對(duì)工程結(jié)構(gòu)鋼的基本性能要求是什么？
答：（1）足夠高的強(qiáng)度、良好的塑性;
�。�2）適當(dāng)?shù)某貨_擊韌性，有時(shí)要求適當(dāng)?shù)牡蜏貨_擊韌性;
�。�3）良好的工藝性能。
2．合金元素在低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼中的主要作用是什么？為什么考慮采用低C？
答：為提高碳素工程結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度，而加入少量合金元素，利用合金元素產(chǎn)生固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化。利用細(xì)晶強(qiáng)化使鋼的韌-脆轉(zhuǎn)變溫度的降低，來抵消由于碳氮化物沉淀強(qiáng)化使鋼的韌-脆轉(zhuǎn)變溫度的升高。
考慮低C的原因：
�。�1）C含量過高，P量增多，P為片狀組織，會(huì)使鋼的脆性增加，使FATT50(℃)增高。
�。�2）C含量增加，會(huì)使C當(dāng)量增大，當(dāng)C當(dāng)量>0.47時(shí)，會(huì)使鋼的可焊性變差，不
利于工程結(jié)構(gòu)鋼的使用。
3．什么是微合金鋼？微合金化元素在微合金化鋼中的主要作用有哪些？ 答：微合金鋼：利用微合金化元素Ti, Nb, V；
主要依靠細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化來提高強(qiáng)度；
利用控制軋制和控制冷卻工藝----- 高強(qiáng)度低合金鋼
微合金元素的作用：
1）抑制奧氏體形變?cè)俳Y(jié)晶； 2)阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大； 3)沉淀強(qiáng)化； 4)改變與細(xì)化鋼的組織 4．低碳貝氏體鋼的合金化有何特點(diǎn)？ 解：合金元素主要是能顯著推遲先共析 F和P轉(zhuǎn)變，但對(duì)B轉(zhuǎn)變推遲較少的元素如Mo，B，可得到貝氏體組織。 1）加入Mn, Ni, Cr等合金元素，進(jìn)一步推遲先共析F和P轉(zhuǎn)變，并使Bs點(diǎn)下降，可得到下B組織； 2)加入微合金化元素充分發(fā)揮其細(xì)化作用和沉淀作用； 3)低碳,使韌性和可焊性提高。 第三章 機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼 1）液析碳化物：由于碳和合金元素偏析，在局部微小區(qū)域內(nèi)從液態(tài)結(jié)晶時(shí)析出的碳化物。 2）網(wǎng)狀碳化物：過共析鋼在熱軋（鍛）加工后緩慢冷卻過程中由二次碳化物以網(wǎng)狀析出于奧氏體晶界所造成的。 3）水韌處理：高錳鋼鑄態(tài)組織中沿晶界析出的網(wǎng)狀碳化物顯著降低鋼的強(qiáng)度、韌性和抗磨性。將高錳鋼加熱到單相奧氏體溫度范圍，使碳化物充分溶入奧氏體，然后水冷，獲得單一奧氏體組織。 4）超高強(qiáng)度鋼：一般講，屈服強(qiáng)度在1 370MPa（140 kgf/mm2）以上，抗拉強(qiáng)度在1 620 MPa（165 kgf/mm2）以上的合金鋼稱超高強(qiáng)度鋼。 2． 調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼進(jìn)行成分、熱處理、常用組織及主要性能的比較，并熟悉各自主要鋼種。
答：形成：均起因于鋼錠結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生的樹枝狀偏析； 液析碳化物屬于偏析引起的偽共晶碳化物（一次碳化物）； 帶狀碳化物屬于二次碳化物偏析 （固相凝固過程中） 危害：降低軸承的使用壽命，增大零件的淬火開裂傾向，造成硬度和力學(xué)性能的不均勻性（各向異性） 消除方法： 1）控制成分（C，Cr%）；2）合理設(shè)計(jì)鋼錠，改進(jìn)工藝；3）大的鍛（軋）造比來破碎碳化物；4）采用高溫?cái)U(kuò)散退火（1200℃左右）。 5.馬氏體時(shí)效鋼與低合金超強(qiáng)鋼相比，在合金化、熱處理、強(qiáng)化機(jī)制、主要性能
3． 高錳鋼在平衡態(tài)、鑄態(tài)、熱處理態(tài)、使用態(tài)四種狀態(tài)下各是什么組織？為何具有抗磨特性？
答：平衡態(tài)組織：α+ (Fe,Mn)3C； 鑄態(tài)組織：γ+碳化物；
熱處理態(tài)組織：?jiǎn)蜗唳胮；使用狀態(tài)下組織: 表面硬化層 + 內(nèi)部γ
具有抗磨特性的原因：1)高沖擊和強(qiáng)擠壓下，其表面層迅速產(chǎn)生加工硬化，在滑移面上形成硬化層，即冷作硬化，使其具有抗磨性。
2)加入2-4%的Cr或適量的Mo和V，能形成細(xì)小碳化物，提高屈服強(qiáng)度、沖擊韌性和抗磨性。
4． GCr15鋼是什么類型的鋼？這種鋼中碳和鉻的含量約為多少？碳和鉻的主要作用分別是什么？其預(yù)先熱處理和最終熱處理分別是什么？
答：高碳鉻軸承鋼 。
C含量1%，Cr含量1.5%。
C的作用：固溶強(qiáng)化提高硬度; 形成碳化物。
Cr的作用：提高淬透性、耐磨性、耐蝕性
預(yù)先熱處理：（擴(kuò)散退火，正火）+ 球化退火
最終熱處理：淬火 + 低溫回火 +（穩(wěn)定化處理 ）
第四章 工具鋼
3．什么是紅硬性為什么它是高速鋼的一種重要性能？哪些元素在高速鋼中提高紅硬性
紅硬性：在高的溫度下保持硬度的能力。
提高熱硬性的元素有：W、Mo、V、Co、N (常與Al配合加入)。
4．18-4-1高速鋼的鑄態(tài)顯微組織特征是什么？為什么高速鋼在熱處理之前一定
要大量地?zé)峒庸ぃ?/p>
鑄態(tài)組織魚骨狀Le+黑色與白色組織
鑄態(tài)高速鋼組織中粗大的共晶碳化物必須經(jīng)過鍛軋將其破碎，是其盡可能成為均勻分布的顆粒狀碳化物。
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