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金属材料学复习总结

名词解释

合金元素：特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学或机

械性能的化学元素。（常用Me表示）

微合金元素：有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，当其含量只在0.1%左右（如B 0.001%，V 0.2 %）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这种化学元素称为微合金元素。

奥氏体形成元素：在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ-Fe的元素C,N,Cu,Mn,Ni,Co,W

等

铁素体形成元素：在α-Fe中有较大的溶解度，且能γ-Fe不稳定的元素Cr，V，Si，Al，Ti，Mo等

原位析出：指在回火过程中，合金渗碳体转变为特殊碳化物。碳化物形成元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时, 合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物。如Cr

钢碳化物转变

异位析出：含强碳化物形成元素的钢，在回火过程中直接从过饱和α相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，如V，Nb，Ti。（Ｗ和Mo既有原味析出又有异位析出）

网状碳化物：热加工的钢材冷却后，沿奥氏体晶界析出的过剩碳化物（过共析钢）或铁素

体（亚共析钢）形成的网状碳化物。

水韧处理：高锰钢铸态组织中沿晶界析出的网状碳化物显著降低钢的强度、韧性和抗磨性。将高锰钢加热到单相奥氏体温度范围，使碳化物完全溶入奥氏体，然后在水中快冷，使碳化

物来不及析出，从而获得获得单相奥氏体组织。（水韧后不再回火）

超高强度钢：用回火M或下B作为其使用组织，经过热处理后抗拉强度大于1400 MPa （或屈服强度大于1250MPa）的中碳钢，均可称为超高强度钢。

晶间腐蚀：沿金属晶界进行的腐蚀（已发生晶间腐蚀的金属在外形上无任何变化，但实际

金属已丧失强度）

n/8规律：随着Cr含量的提高，钢的的电极电呈跳跃式增高。即当Cr的含量达到1/8，2/8，3/8，……原子比时，Fe的电极电位就跳跃式显著提高，腐蚀也跳跃式显著下降。这个定律

叫做n/8规律。

黄铜： Cu与Zn组成的铜合金

青铜： Cu与Zn、Ni以外的其它元素组成的铜合金

白铜： Cu与Ni组成的铜合金

灰口铸铁：灰口铸铁中碳全部或大部分以片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色。（片状石墨

对基体产生割裂作用，并在尖端造成应力集中，故灰口铸铁力学性能较差）

可锻铸铁：可锻铸铁中的碳全部以或大部分以图案絮状的石墨形式存在，它是由一定成分的

白口铸铁经长时间高温石墨化退火而形成的。又称韧性铸铁。

蠕墨铸铁：蠕墨铸铁中的碳大部分以蠕虫状石墨形式存在。（高耐热性）

麻口铸铁：：麻口铸铁中的碳一部分以渗碳体形式存在，另一部分以石墨形式存在，端口呈

黑白相间。（无实用价值）。

基体钢：指其成分含有高速钢淬火组织中除过剩余碳化物以外的基体化学成分的钢种。（高

强度高硬度，韧性和疲劳强度优于高速钢，可做冷热变形模具刚，也可作超高强度钢）

双相钢：是指显微组织主要是由铁素体和５％－２０％体积分数的马氏体所组成的低合金高

强度结构钢，即在软相铁素体基体上分布着一定量的硬质相马氏体。

黑色组织：高速钢在实际铸锭凝固时，冷速＞平均冷速。合金元素来不及扩散，在结晶和固

态相变过程中转变不能完全进行，共析转变形成δ共析体为两相组织，易被腐蚀，在金相组

织上呈黑色，而称作黑色组织。

低（中高）合金钢：合金元素总量小于３.５％的合金钢叫低合金钢。合金含量在３.５％－

１０％之间的合金钢叫中合金钢。大于１０％的高合金钢。

二次淬火，二次硬化：见后面问答题

第一章

1、合金元素V、Cr、W、Mo、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥

氏体形成元素？哪些能在a-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe中形成无限固溶体？为什么？

答：奥氏体形成元素：C,N,Cu,Mn,Ni,Co,W等。

铁素体形成元素：Cr，V，Si，Al，Ti，Mo。

V、Cr与α-Fe可形成无限置换固溶体；

Mn、Co、Ni与γ-Fe可形成无限置换固溶体。

决定组元在置换固溶体中的溶解条件是：(1)溶剂与溶质的点阵相同；(2)原子尺寸因素(形成无限固溶体时，两者之差不大于±8%)；(3)组元的电子结构(组元在周期表中的相对位置)。

2、简述合金元素对铁碳相图（如共析碳量等等临界点）的影响。

答：1．改变奥氏体相区位置奥氏体形成元素均使奥氏体存在的区域扩大，其中开启γ相区的元素如,Ni Mn含量较多时可使钢在室温下得到单相奥氏体相区。铁素体形成元素均使奥氏体的相区缩小，其中封闭γ相区的元素如Cr Ti Si等超过一定含量时，可使钢在室温获得单相铁素体组织。

2．改变共析转变温度扩大γ相区的元素，使共析转变温度降低。缩小γ相区的元素，使其升高。）

3．改变Ｓ和Ｅ等临界点的含碳量几乎所有合金元素均使共析点含碳量降低，即左移。

３.合金钢中碳化物形成元素（V，Cr，Mo，Mn等）所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。

答：基本类型：MC型；M2C型；M23C6型；M7C3型；M3C型；M6C型；

（强K形成元素形成的K比较稳定，其顺序为：Ti>Zr>Nb>V>W,Mo>Cr>Mn>Fe）

各种K相对稳定性如下：MC→M2C→M6C→M23C6→M7C3→M3C

（高-------------------------低）

４．如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性？

1）低温回火脆性（第I类，不具有可逆性）

其形成原因：沿条状马氏体的间界析出K薄片；

防止：加入Si, 脆化温度提高300℃；加入Mo, 减轻作用。

2)高温回火脆性（第II类，具有可逆性）

其形成原因：与钢杂质元素向原奥氏体晶界偏聚有关。防止：加入W，Mo消除或延缓杂质元素偏聚.

５．如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的相关性与不同特点。

答：二次硬化:在含有Ti, V, Nb, Mo, W等较高合金钢淬火后，在500- 600℃范围内回火时，在α相中沉淀析出这些元素的特殊碳化物，并使钢的HRC和强度提高。(但只有离位析出时才有二次硬化现象)

二次淬火：在强K形成元素含量较高的合金钢中淬火后γ’十分稳定，甚至加热到500-600℃回火时升温与保温时中仍不分解，而是在冷却时部分转变成马氏体，使钢的硬度提高。

相同点：都发生在合金钢中，含有强碳化物形成元素相对多，发生在淬回火过程中，且回火温度550℃左右。

不同点：二次淬火，是回火冷却过程中Ar转变为m，是钢硬度增加。二次硬化：回火后，钢硬度不降反升的现象（由于特殊k的沉淀析出）

６．一般地，钢有哪些强化与韧化途径？

强化固溶强化细晶强化形变强化第二相强化

韧化1、细化晶粒2、提高钢的耐回火性3、改善基体韧性4、细化碳化物5、调整化学成分6、形变热处理7、低碳马氏体强韧化８、提高冶金质量

█７.２０Ｓｉ２Ｍｎ２ＭｏＶ钢合金化与强韧化机理

答：①采用“多元少量”的合金化原则，以优化马氏体结构，使其基本保持位错型

②通过加入Ｍｎ保证在马氏体板条相界形成稳定的残余奥氏体薄膜

③提高回火温度，以使塑性、韧性得到较大的恢复。

④加入Ｓｉ、Ｍｏ以抑制回火马氏体的脆性

⑤加入Ｖ以细化晶粒，改善强韧性

第二章工程结构钢

1．对工程结构钢的基本性能要求是什么？

答：（1）足够高的强度、良好的塑性;

（2）适当的常温冲击韧性，有时要求适当的低温冲击韧性;

（3）良好的工艺性能。

2．低合金高强度钢的合金化特点

答：低合金高强度钢是指在碳质量分数低于０.２５％的普通碳素钢的基体上通过添加一种或多种少量合金元素（总质量分数低于３％），使钢的强度明显高于碳素钢的一类工程结构钢。为提高碳素工程结构钢的强度，而加入少量合金元素，利用合金元素产生固溶强化、细晶强化和沉淀强化。利用细晶强化使钢的韧-脆转变温度的降低，来抵消由于碳氮化物沉淀强化使钢的韧-脆转变温度的升高。

3．什么是微合金钢？微合金化元素在微合金化钢中的主要作用有哪些？试举例说明。

答：微合金钢：利用微合金化元素Ti, Nb, V；

主要依靠细晶强化和沉淀强化来提高强度；

利用控制轧制和控制冷却工艺----- 高强度低合金钢

作用：1）抑制奥氏体形变再结晶；例：再热加工过程中，通过应变诱导析出铌、钛、钒的氮化物，沉淀在晶界、亚晶界和位错上，起钉扎作用，有效地阻止奥氏体再结晶的晶界和位错的运动，抑制再结晶过程的进行。

2)阻止奥氏体晶粒长大；例：微量钛（w≤0.02%）以TiN从高温固态钢中析出，呈弥散分布，对阻止奥氏体晶粒长大很有效。

3)沉淀强化；例：w(Nb)≤0.04%时,细化晶粒造成的屈服强度的增量ΔζG大于沉淀强化引起的增量ΔζPh;当w(Nb)≥0.04%时, ΔζPh增量大大增加,而ΔζG保持不变。

4)改变与细化钢的组织；例：在轧制加热时，溶于奥氏体的微合金元素提高了过冷奥氏体的稳定性，降低了发生先共析铁素体和珠光体的温度范围，低温下形成的先共析铁素体和珠光体组织更细小，并使相间沉淀Nb(C,N)和V(C,N)的粒子更细小。

１.调质钢、弹簧钢进行成分、热处理、常用组织及主要性能的比较，并熟悉各自主要钢种。答：

A.调质钢：按淬透性大小可分为几级：

1）40，45，45B

2）40Cr，45Mn2, 45MnB, 35MnSi

3）35CrMo, 42MnVB, 40MnMoB ，40CrNi

4）40CrMnMo, 35SiMn2MoV，40CrNiMo

B.弹簧钢：1）Mn弹簧钢：60Mn，65Mn

2）MnSi弹簧钢：55Si2Mn，60Si2MnA

3）Cr弹簧钢：50CrMn，50CrV A, 50CrMnV A (使用T<300℃)

4）耐热弹簧：30W4Cr2V A (可达500℃)

5）耐蚀弹簧：3Cr13, 4Cr13, 1Cr18Ni9Ti （温度<400℃）

２.马氏体时效钢与低合金超强钢相比，在合金化、热处理、强化机制、主要性能等方面有何不同？

是什么？其预先热处理和最终热处理分别是什么？

答：高碳铬轴承钢。

C含量1%，Cr含量1.5%。

C的作用：固溶强化提高硬度; 形成碳化物。

Cr的作用：提高淬透性、耐磨性、耐蚀性

预先热处理：（扩散退火，正火）+ 球化退火

最终热处理：淬火+ 低温回火+（稳定化处理）

４．高锰钢在平衡态、铸态、热处理态、使用态四种状态下各是什么组织？为何具有抗磨特性？

平衡态组织：α+ （Fe，Mn）3C 铸态组织：γ（+ α） +碳化物

固溶处理后组织：单相γ使用状态下组织: 表面硬化层 + 内部γ

高冲击和强挤压下，通过大形变在奥氏体基体中产生大量层错、形变孪晶、位错缠结、ε（α）-马氏体，其表面层迅速产生加工硬化，在滑移面上形成硬化层，表面硬度极大地提高到HB550左右，而心部仍保持韧性的奥氏体。

第四章

1．从总体看，工具钢与结构钢相比，在主要成分、组织类型、热处理工艺、主要性能与实际应用方面各自有何特点？

２、什么是红硬性？为什么它是高速钢的一种重要性能？哪些元素在高速钢中有利于提高钢的红硬性？

答：红硬性：在高温下保持高硬度的能力。在高速切削过程中，刀具的刃部温度可达600℃以上，并且要满足切削性能和耐磨性，这要求它必须具有红硬性。提高红硬性元素：C 碳、W钨、Mo钼、V钒、Co钴、N氮。

３．18-4-1高速钢的铸态显微组织特征是什么？为什么高速钢在热处理之前一定锻造？

铸态组织：鱼骨状Le+黑色与白色组织

铸态高速钢由于组织中存在大量粗大的共晶碳化物，并呈不均匀的网状分布，因而严重影响高速钢的性能，所以必须经过锻轧将其破碎，使其尽可能成为均匀分布的颗粒状碳化物４．高速钢18-4-1的最终热处理的加热温度为什么高达1280℃？在加热过程中为什么要在600~650℃和800~850℃进行二次预热保温？

加热温度高：为使奥氏体中合金度含量较高，应尽可能提高淬火温度至晶界熔化温度偏下（晶粒仍然很细，8-9级）。

目标：淬火后获得高合金的M组织，具有很高抗回火稳定性；

在高温回火时析出弥散的合金碳化物产生二次硬化，使钢具有高的硬度和热硬性。

一次或两次预热：由于高合金的高速钢导热性差，为防止工件加热时变形，开裂和缩短加热的保温时间以减少脱碳。

5.高碳高珞冷作模具钢性能特点，元素作用及其热处理工艺及组织是什么？

答；高碳高铬型钢是铬的质量分数为１２％左右的高碳亚共晶莱氏体钢，在退火态含有体积分数为１６％～２０％的（Ｃｒ，Ｆｅ）７Ｃ３碳化物，其中也可能会溶入少量的钼和钒。在高温回火时（５００℃左右），合金元素从马氏体中析出产生二次硬化，增加了耐回火性，从而提高了钢的硬度和耐磨性。由于高温淬火加热后，Ｍｓ点降低，使淬火组织中存在大量的残余奥氏体，可以保证微小体积变形，这类钢中碳化物不均匀性比较严重。其铸态组织有网状共晶莱氏体存在，高碳高铬型钢锻造以后通常采用等温球化退火处理（８５０℃～８７０℃等温３～４ｈ炉冷７２０～７４０℃等温６～８ｈ炉冷至５００℃空冷）退火后获得索

氏体型珠光体＋颗粒碳化物组织，高碳高铬型钢的淬火回火处理通常有一次硬化（采用较低的淬火回火温度）二次碳化（采用高的淬火温度进行多次回火处理）

Ｃ；提高硬度和耐磨性Ｃｒ；增加淬透性和耐磨性Ｍｏ、Ｖ：提高耐回火性，增加淬透性，细化晶粒

第五章

1. 合金元素对不锈钢的影响。

答：合金元素：Cr决定和提高耐蚀性的主要元素；

Ni可提高耐蚀性；

C与Cr形成碳化物，降低耐蚀性；

Mn，N提高高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性；

Mo提高不锈钢的钝化能力；

Cu少量加入可有效地提高不锈钢在硫酸及有机酸中的耐蚀性；

Si提高在盐酸、硫酸和高浓度硝酸中耐蚀性。

2.奥氏体不锈钢晶间腐蚀产生的原因，影响因素与防止方法。

产生的原因：这类钢在加热到450-850温度区间会发生敏化，过饱和的固溶的碳向晶粒边界扩散，与晶界附近的铬结合形成铬的碳化物Cr23C6，并在晶界析出，由碳比铬的扩散快的多，铬来不及从晶内补充到晶界附近，以至于邻近晶界的晶粒周边的Cr的质量分数低于12%，即所谓的“贫铬”现象，从而造成晶间腐蚀

影响因素：不锈钢的碳含量;化学成分；加热温度；加热时间。

防止方法：1）超低C；2）改变K类型，加Ti, Nb固C，并稳定化处理；3）固溶处理，重新使K溶解于γ中；4）获得γ+δ（10-50%）双相组织

3.耐热钢中合金元素的作用是什么？耐热钢的种类？

铬：提高钢抗氧化性的主要元素

钼，钨：提高低合金耐热钢热强性能的重要元素

铝：提高钢抗氧化性的有效元素

硅：提高抗氧化性的辅助元素

镍：主要是获得工艺性能良好的奥氏体组织而加入

钛，铌，钒：这些强碳化物形成元素能形成稳定的碳化物，提高钢的松弛稳定性，也提高热强性

碳：碳能强化钢，在较低温度时，钢的蠕变主要是以滑移为主，碳有强化作用；在较高温度下，钢的蠕变是以扩散塑性变形为主，而碳促进了碳原子的自扩散，所以起了不利的作用。种类：珠光体耐热钢，马氏体耐热钢，奥氏体耐热钢

F型耐热钢： 350-650℃包括F-P、F、M耐热钢

奥氏体耐热钢：600-850℃包括固溶强化、沉淀强化奥氏体耐热钢

高温合金：Ni 、Co基合金，650-1150℃

难熔合金：Mo、 Nb基合金，>1000℃

第六章铸铁

1．铸铁与钢相比，在主要成分、使用组织、主要性能上有何不同？

成分： C、Si含量高，S、P含量高

组织：钢的基体 +（不同形状）石墨；

性能：性能比钢要低，特别塑、韧性;G：HB3-5，屈强20MPa, 延伸率近为0;但具有优良的减震性、减摩性以及切削加工性能、优良的铸造性能、低的缺口敏感性；

2.可锻铸铁的其生产分几步？

生产：分两步： 1）生产白口铸铁；2）高温G化退火（900-980度,15h

铝合金

第七章

1. 1．以Al-4%Cu合金为例，阐述铝合金的时效过程及主要性能（强度）变化。

1）形成溶质原子（Cu）的富集区—GP[I] 与母相α（Al为基的固溶体）保持共格关系，引起α的严重畸变，使位错运动受阻碍，从而提高强度；

2）GP[I]区有序化—GP[II]区（θ’’）化学成分接近CuAl2，具有正方晶格，引起更严重的畸变，使位错运动更大阻碍，显著提高强度；

3）溶质原子的继续富集，以及θ’’形成θ’已达到CuAl2，且部分地与母相晶格脱离关系，晶格畸变将减轻，对位错阻碍能力减小，合金趋于软化，强度开始降低。

4）稳定相θ的形成与长大与母相完全脱离晶格关系，强度进一步降低。这种现象称为过时效。

2.变形铝合金分类，牌号及主要性能特点。

变形铝合金分为两大类：非热处理强化变形铝合金主要有防锈铝合金

热处理强化变形铝合金主要有硬铝、锻铝、超硬铝合金。防锈铝合金

性能：耐蚀性好；塑性好（易加工成形）；焊接性好；可利用冷加工硬化来提高强度

牌号： Al-Mn系 LF21 Al-Mg-（Mn） LF2, 3, 5, 6, 7, 10,11,12等

硬铝

Al-Cu-Mg合金系牌号：LY 具有良好的耐热性，强度高，但塑性及承受冷热加工能力差

超硬铝合金

Al-Zn-Mg-Cu系牌号：LC3，LC4，LC5，LC6，LC9

性能：强度高（淬火+120℃时效），但抗蚀性差（包铝），组织稳定性不好，工作温度小于120℃

锻铝合金

合金系 Al-Mg-Si、Al-Cu-Mg-Ni-Fe 牌号：LD2，LD5，LD6，LD10；LD7，LD8，LD9

性能：良好的热塑性，较高的机械性能

3．铸造铝合金主要分为几类？说明主要铸造铝合金的合金系、牌号及主要性能特点。

《金属材料学》课程教学大纲

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统掌握有关金属材料学方面的知识，培养学生研究开发和合理应用金属材料的初步能力。目标与任务；通过本课程的学习主要掌握：1.金属材料的成份、组织结构及性能三者间的关系，金属的基本理论和知识。2.合金元素在钢中的作用、原理和规律；3.钢的热处理原理以及其与合金化的配合；4.掌握各类铸铁的成分组织和性能特点；5.常用有色金属及其合金的成分、性能和热处理特点. （三）先修课程：《材料科学基础》、《材料力学性能》等。（四）教材与主要参考书。教材：《金属学与热处理》第二版，崔忠圻主编，哈尔滨工业大学出版社。参考书：《金属材料学》第二版，吴承建陈国良强文江等编著，冶金工业出版社。《金属材料学》第二版，戴起勋主编程晓农主审，化学工业出版社。《材料科学基础》，胡赓祥、蔡荀主编，上海交通大学出版《材料科学基础》，潘金生等编，清华大学出版社二、课程内容与安排绪论（一）讲授，2学时（二）内容及基本要求1.金属材料的发展概况。 2.了解金属材料在国民经济中的地位与作用。 3.本课程的性质、

金属材料学复习题

09级金属材料学复习题材料分析

名词解释 1．淬透性：指以规定条件下刚式样淬透层升读呵硬度分布来表征的材料的特征，主要取决于钢的临界淬火冷速大小。 2．淬硬性：材料在理想条件下进行淬火后所能达到的最高硬度的能力。主要取决于淬火加热时固溶与A中的含碳量，碳含量越高，则钢的淬硬性越高 3．回火脆性：淬火钢在某温度区间回火或从回火温度缓慢冷却通过该温度区间冲击韧性降低的脆化现象。4．“C”曲线：过冷奥氏体等温转变曲线，综合反映过冷奥氏体在不同过冷度下等温转变过程，由转变开始曲线、转变终了曲线及马氏体转变温度线构成。 5．调质处理：淬火+高温回火（500到650度），得到强度、塑性和韧性都较好的回火索氏体。6．时效处理：又称沉淀强化，通过室温放置或热处理工艺使过冷A发生相间沉淀和F中析出弥散的碳化物和氮化物，产生沉淀强化效应 7.弥散强化：合金冶炼过程加入高熔点，高硬度合金相，弥散分布，钉扎晶界阻碍位错运动引起合金强化效应。高锰钢（ZGMn13）成分设计室温铸态下为奥氏体加碳化物，当受到强烈冲击时能发生形变诱发马氏体相变形成马氏体，强烈地加工硬化使材料表面为马氏体，具有较高的耐磨性能，而里面仍为奥氏体，具有较高的韧性，可承受较大的冲击（不适用于纯摩擦）。故要求主添加元素具有以下特征： 1.获得单一奥氏体，需扩大奥氏体相区 2.大量使用，故加入的元素必须廉价 3.室温为奥氏体，故Ms降低在室温以下 4.使用时能发生形变诱导马氏体相变，故Md控制在室温附近 5.为提高耐磨性能，必须能形成碳化物以上的特征也正是Mn所以到的作用。故高锰钢一般都是高Mn（10%到14%）高C（0.9%到1.4%）。另外，高锰钢中加入2~4%的铬或适量的Mo和V能形成细小的碳化物，提高冲击韧性屈服强度和抗磨性。（加稀土金属可以近一步提高金属液的流动性，增加钢液填充铸型的能力，减小热裂倾向，显著细化奥氏体晶粒，延缓在铸后冷却时在晶界析出碳化物，稀土金属还能显著提高高锰钢的冷作硬化效应及韧性，提高使用寿命。）热处理

金属材料学基础试题及答案

金属材料的基本知识综合测试一、判断题（正确的填√，错误的填×） 1、导热性好的金属散热也好，可用来制造散热器等零件。（） 2、一般，金属材料导热性比非金属材料差。（） 3、精密测量工具要选用膨胀系数较大的金属材料来制造。（） 4、易熔金属广泛用于火箭、导弹、飞机等。（） 5、铁磁性材料可用于变压器、测量仪表等。（） 6、δ、ψ值越大，表示材料的塑性越好。（） 7、维氏硬度测试手续较繁，不宜用于成批生产的常规检验。（） 8、布氏硬度不能测试很硬的工件。（） 9、布氏硬度与洛氏硬度实验条件不同，两种硬度没有换算关系。（） 10、布氏硬度试验常用于成品件和较薄工件的硬度。 11、在F、D一定时，布氏硬度值仅与压痕直径的大小有关，直径愈小，硬度值愈大。（） 12、材料硬度越高，耐磨性越好，抵抗局部变形的能力也越强。（） 13、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。（） 14、20钢比T12钢的含碳量高。（） 15、金属材料的工艺性能有铸造性、锻压性，焊接性、热处理性能、切削加工性能、硬度、强度等。（） 16、金属材料愈硬愈好切削加工。（） 17、含碳量大于0.60%的钢为高碳钢，合金元素总含量大于10%的钢为高合金钢。（） 18、T10钢的平均含碳量比60Si2Mn的高。（） 19、一般来说低碳钢的锻压性最好，中碳钢次之，高碳钢最差。（） 20、布氏硬度的代号为HV，而洛氏硬度的代号为HR。（） 21、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。（） 22、某工人加工时，测量金属工件合格，交检验员后发现尺寸变动，其原因可能是金属材料有弹性变形。（）二、选择题 1、下列性能不属于金属材料物理性能的是（）。 A、熔点 B、热膨胀性 C、耐腐蚀性 D、磁性 2、下列材料导电性最好的是（）。 A、铜 B、铝 C、铁烙合金 D、银 3、下列材料导热性最好的是（）。 A、银 B、塑料 C、铜 D、铝 4、铸造性能最好的是（）。 A、铸铁 B、灰口铸铁 C、铸造铝合金 D、铸造铝合金 5、锻压性最好的是（）。

金属材料学期末复习思考题

金属材料学复习思考题第一章钢的合金化原理 1-1 什么是铁素体（奥氏体）形成元素？合金元素中哪些是铁素体（奥氏体）形成元素？哪些能在α-Fe（γ-Fe）中形成无限固溶体？【P8】 1-2 简述合金元素对Fe-C相图的影响，并说明利用此原理在生产中有何意义？【9】 1-3 合金元素在钢中的存在状态有哪些形式？【15】 1-4 合金钢中碳化物形成元素（V，Cr，Mo，Mn等）所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。【12】 1-5 什么是合金元素的偏聚（内吸附）？偏聚机理是什么？举例说明它的影响。【16】 1-6 说明主要合金元素（V/Nb/Ti、Mo/W、Cr、Ni、Mn、Si、Al、B等）对过冷奥氏体冷却转变（主要P转变）影响的作用机制。【20】 1-7 合金元素对马氏体转变有何影响？【21】 1-8 如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性？【22】 1-9 如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的异同之处？【22－23】 1-10 钢有哪些强化机制？如何提高钢的韧性？【24－28】 1-11钢良好的淬透性的目的为何？【30】第二章工程结构钢 2-1 对工程结构钢的基本性能要求是什么？【47】 2-2 合金元素在HSLA中的主要作用是什么？为什么考虑采用低碳？【48-】 2-3 什么是微合金钢？微合金元素在微合金钢中的主要作用有哪些？V、Nb、Ti这三种典型微合金元素在钢中作用有何差异？【55-56】 2-4针状铁素体钢的成分与合金化、组织和性能特点？【56】 2-5低碳贝氏体钢的合金化有何特点？【57】 2-6 汽车工业用的高强度低合金双相钢，其主要成分、组织和性能特点是什么？【58】 2-7 了解低合金高强度钢的发展趋势。【59】

金属材料学复习题整理(戴起勋)

1、细化晶粒对钢性能的贡献是强化同时韧化；提高钢淬透性的主要作用是使零件整个断面性能趋于一致，能采用比较缓和的方式冷却。 2、滚动轴承钢GCr15的Cr质量分数含量为 1.5% 。滚动轴承钢中碳化物不均匀性主要是指碳化物液析、带状碳化物、网状碳化物。 4、凡是扩大γ区的元素均使Fe-C相图中S、E点向左下方移动，例Ni、Mn 等元素；凡封闭γ区的元素使S、E点向左上方移动，例Cr、Si、Mo 等元素。S点左移意味着共析碳含量减少，E点左移意味着出现莱氏体的碳含量减少。 7、在非调质钢中常用微合金化元素有Ti、V、Nb、N 等，这些元素的主要作用是细化组织和相间沉淀析出强化。 8、球铁的力学性能高于灰铁是因为球铁中石墨的断面切割效应、石墨应力集中效应要比灰铁小得多。 1、钢的合金化基本原则是多元适量、复合加入。在钢中细化晶粒作用较大的合金元素有Ti、V、Nb 等，细化晶粒对钢性能的作用是既强化又韧化。 2、在钢中，常见碳化物形成元素有Ti、Nb、V、Mo、W、Cr、（按强弱顺序排列，列举5个以上）。钢中二元碳化物分为两类：rc/rM ≤0.59为简单点阵结构，有MC和M2C 型；rc/rM > 0.59为复杂点阵结构，有M23C6 、M7C3 和M3C 型。 3、选择零件材料的一般原则是使用性能要求、工艺性要求和经济性要求等。汽车变速箱齿轮常用20CrMnTi 钢制造，经渗碳和淬回火热处理。 4、奥氏体不锈钢1Cr18Ni9晶界腐蚀倾向比较大，产生晶界腐蚀的主要原因是晶界析出Cr23C6，导致晶界区贫Cr ，为防止或减轻晶界腐蚀，在合金化方面主要措施有降低碳量、加入Ti、V、Nb强碳化物元素。 5、影响铸铁石墨化的主要因素有碳当量、冷却速度。球墨铸铁在浇注时要经过孕育处理和球化处理。 6、铁基固溶体的形成有一定规律，影响组元在置换固溶体中溶解情况的因素有：溶剂与溶质原子的点阵结构、原子尺寸因素、电子结构。 7、对耐热钢最基本的性能要求是良好的高温强度和塑性、良好的化学稳定性。常用的抗氧化合金元素是Cr 、Al 、Si 。 1、钢中二元碳化物分为二类：rC / rM < 0.59，为简单点阵结构，有MC和型；rC / rM > 0.59，为复杂点阵结构，有M3C、M7C3 和M23C6 型。两者相比，前者的性能特点是硬度高、熔点高和稳定性好。 3、提高钢淬透性的作用是获得均匀的组织，满足力学性能要求、能采取比较缓慢的冷却方式以减少变形、开裂倾向。 4、高锰耐磨钢（如ZGMn13）经水韧处理后得到奥氏体组织。在高应力磨损条件下，硬度提高而耐磨，其原因是加工硬化及奥氏体中析出K和应力诱发马氏体相变。 5、对热锻模钢的主要性能要求有高热强性、良好的热疲劳抗力、良好的冲击韧性和良好的淬透性及耐磨性。常用钢号有5CrNiMo （写出一个）。 6、QT600-3是球墨铸铁，“600”表示抗拉强度≥600MPa ，“3”表示延伸率≥3% 。 7、在非调质钢中常用微合金化元素有Ti、V 等（写出2个），这些元素的主要作用是细化晶粒组织和弥散沉淀强化。二、解释题（30分） 1、40Mn2钢淬火加热时，过热敏感性比较大。在C%较低时，Mn可以细化珠光体。在C%较高时，Mn加强了C促进奥氏体晶粒长大的作

金属材料学总结

第一章 1、为什么钢中的硫和磷一般情况下总是有害的？控制硫化物形态的方法有哪些？答：S与Fe形成FeS，会导致钢产生热脆；P与形成Fe3P，使钢在冷加工过程中产生冷脆性，剧烈降低钢的韧性，使钢在凝固时晶界处发生偏析。硫化物形态控制：a、加入足量的锰，形成高熔点MnS；b、控制钢的冷却速度；c、改善其形态最好为球状，而不是杆状，控制氧含量大于0.02%；d、加入变形剂，使其在金属中扩散开防止聚焦产生裂纹。 2、钢的强化机制有哪些?为什么一般钢的强化工艺采用淬火加回火？答：a、固溶强化（合金中形成固溶体、晶格畸变、阻碍位错运动、强化） b、细晶强化（晶粒细化、晶界增多、位错塞积、阻碍位错运动、强化） c、加工硬化（塑性变形、位错缠绕交割、阻碍位错运动、强化） d、弥散强化（固溶处理的后的合金时效处理、脱溶析出第二相、弥散分布在基体上、与位错交互作用、阻碍位错运动、强化）淬火处理得到强硬相马氏体，提高钢的强度、硬度，使钢塑性降低；回火可有效改善钢的韧性。淬火和回火结合使用提高钢的综合性能。 3、按照合金化思路，如何改善钢的韧性？答：a、加入可细化晶粒的元素Mo、W、Cr； b、改善基体韧性，加Ni元素；

c、提高冲击韧性，加Mn、Si元素； d、调整化学成分； e、形变热处理； f、提高冶金质量； g、加入合金元素提高耐回火性，以提高韧性。 4、试解释40Cr13属于过共析钢，Cr12钢中已出现共晶组织，属于莱氏体钢。答、Cr元素使共析点左移，当Cr量达到一定程度时，共析点左移到碳含量小于0.4%，所以40Cr13属于过共析钢；Cr12中含有高于12%的Cr元素，缩小Fe-C平衡相图的奥氏体区，使共析点右移。 5、试解释含Mn钢易过热，而含Si钢高淬火加热温度应稍高，且冷作硬化率高，不利于冷变性加工。答：Mn在一定量时会促使晶粒长大，而过热就会使晶粒长大。 6、合金钢中碳化物形成规律①②③④⑤⑥⑦ 答：①、K类型：与Me的原子半径有关；②、相似相容原理；③、强碳化物形成元素优先于碳结合形成碳化物；④、NM/NC比值决定了K类型；⑤、碳化物稳定型越好，溶解越难，析出越难，聚集长大也越难。第二章 1、简述工程钢一般服役条件、加工特点和性能要求。答：服役条件：静载、无相对运动、受大气腐蚀。加工特点：简单构件是热轧或正火状态，空气冷却，有焊接、剪切、

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第一章钢的合金化原理 1．名词解释 1）合金元素: 特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学或机械性能的化学元素。(常用M来表示) 2）微合金元素: 有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，当其含量只在0.1%左右（如B 0.001%，V 0.2 %）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这种化学元素称为微合金元素。 3）奥氏体形成元素:在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ相；如 Mn, Ni, Co, C, N, Cu； 4）铁素体形成元素: 在α-Fe中有较大的溶解度，且能稳定α相。如：V，Nb, Ti 等。 5）原位析出: 元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时, 合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物如Cr钢中的Cr： ε-Fe x C→Fe3C→（Fe, Cr）3C→（Cr, Fe）7C3→（Cr, Fe）23C6 6）离位析出:在回火过程中直接从α相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，可使HRC和强度提高（二次硬化效应）。如 V，Nb, Ti等都属于此类型。 2．合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？答：铁素体形成元素：V、Cr、W、Mo、Ti、Al；奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni、Cu能在α-Fe中形成无限固溶体：V、Cr；能在γ-Fe 中形成无限固溶体：Mn、Co、Ni 3．简述合金元素对扩大或缩小γ相区的影响，并说明利用此原理在生产中有何意义？扩大γ相区：使A3降低，A4升高一般为奥氏体形成元素分为两类：a.开启γ相区：Mn, Ni, Co 与γ-Fe无限互溶. b.扩大γ相区：有C，N，Cu等。如Fe-C相图，形成的扩大的γ相区，构成了钢的热处理的基础。（2）缩小γ相区：使A3升高，A4降低。一般为铁素体形成元素分为两类:a.封闭γ相区：使相图中γ区缩小到一个很小的面积形成γ圈,其结果使δ相区与α相区连成一片。如V, Cr, Si, A1, Ti, Mo, W, P, Sn, As, Sb。 b.缩小γ相区：Zr, Nb, Ta, B, S, Ce 等（3）生产中的意义：可以利用M扩大和缩小γ相区作用，获得单相组织，具有特殊性能，在耐蚀钢和耐热钢中应用广泛。 4．简述合金元素对铁碳相图（如共析碳量、相变温度等）的影响。答：1）改变了奥氏体区的位置 2）改变了共晶温度：（l）扩大γ相区的元素使A1，A3下降； (2)缩小γ相区的元素使A1，A3升高。当Mo>8.2%, W>12%,Ti>1.0%,V>4.5%,Si>8.5%，γ相区消失。 3.）改变了共析含碳量：所有合金元素均使S点左移。（提问：对组织与性能有何影响呢？）

金属材料学考试题库

第一章钢中的合金元素 1、合金元素对纯铁γ相区的影响可分为哪几种答：开启γ相区的元素：镍、锰、钴属于此类合金元素扩展γ相区元素：碳、氮、铜属于此类合金元素封闭γ相区的元素：钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅属于此类合金元素缩小γ相区的元素：硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素 2、合金元素对钢γ相区和共析点会产生很大影响，请举例说明这种影响的作用答：合金元素对α-Fe、γ-Fe、和δ-Fe的相对稳定性以及同素异晶转变温度A3和A4均有很大影响 A、奥氏体（γ）稳定化元素这些合金元素使A3温度下降，A4温度上升，即扩大了γ相区，它包括了以下两种情况：（1）开启γ相区的元素：镍、锰、钴属于此类合金元素（2）扩展γ相区元素：碳、氮、铜属于此类合金元素 B、铁素体（α）稳定化元素（1）封闭γ相区的元素：钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅（2）缩小γ相区的元素：硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素 3、请举例说明合金元素对Fe-C相图中共析温度和共析点有哪些影响答： 1、改变了奥氏体相区的位置和共析温度扩大γ相区元素：降低了A3，降低了A1 缩小γ相区元素：升高了A3，升高了A1 2、改变了共析体的含量所有的元素都降低共析体含量第二章合金的相组成 1、什么元素可与γ-Fe形成固溶体，为什么

答：镍可与γ-Fe形成无限固溶体决定组元在置换固溶体中的溶解条件是： 1、溶质与溶剂的点阵相同 2、原子尺寸因素（形成无限固溶体时，两者之差不大于8%） 3、组元的电子结构（即组元在周期表中的相对位置） 2、间隙固溶体的溶解度取决于什么举例说明答：组元在间隙固溶体中的溶解度取决于： 1、溶剂金属的晶体结构 2、间隙元素的尺寸结构例如：碳、氮在钢中的溶解度，由于氮原子小，所以在α-Fe中溶解度大。 3、请举例说明几种强、中等强、弱碳化物形成元素答：铪、锆、鈦、铌、钒是强碳化物形成元素；形成最稳定的MC型碳化物钨、钼、铬是中等强碳化物形成元素锰、铁、铬是弱碳化物形成元素第四章合金元素和强韧化 1、请简述钢的强化途径和措施答：固溶强化细化晶粒强化位错密度和缺陷密度引起的强化析出碳化物弥散强化 2、请简述钢的韧化途径和措施答：细化晶粒降低有害元素含量调整合金元素含量

金属材料学复习思考题(2009)

金属材料学复习思考题（2009）第一章钢的合金化原理 1．名词解释 1）合金元素；2）微合金元素；3）奥氏体形成元素；4）铁素体形成元素； 5）原位析出； 6）离位析出 2．合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？ 3．简述合金元素对扩大或缩小γ相区的影响，并说明利用此原理在生产中有何意义？ 4．简述合金元素对铁碳相图（如共析碳量、相变温度等）的影响。 5．合金钢中碳化物形成元素（V，Cr，Mo，Mn等）所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。 6．主要合金元素（V，Cr，Ni，Mn，Si，B等）对过冷奥氏体冷却转变影响的作用机制。 7．合金元素对马氏体转变有何影响？ 8．如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性？ 9．如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的相关性与不同特点。 10．一般地，钢有哪些强化与韧化途径？第二章工程结构钢 1．对工程结构钢的基本性能要求是什么？ 2．合金元素在低合金高强度结构钢中的主要作用是什么？为什么考虑采用低C？ 3．什么是微合金钢？微合金化元素在微合金化钢中的主要作用有哪些？试举例说明。 4．低碳贝氏体钢的合金化有何特点？第三章机械制造结构钢 1．名词解释 1）液析碳化物；2）网状碳化物；3）水韧处理4）超高强度钢 2．对调质钢、弹簧钢进行成分、热处理、常用组织及主要性能的比较，并熟悉各自主要钢种。 3．液析碳化物和带状碳化物的形成、危害及消除方法。 4．说明易切削钢提高切削性能的合金化原理。 5．马氏体时效钢与低合金超强钢相比，在合金化、热处理、强化机制、主要性能等方面有何不同？6．高锰钢在平衡态、铸态、热处理态、使用态四种状态下各是什么组织？为何具有抗磨特性？ 7．GCr15钢是什么类型的钢？这种钢中碳和铬的含量约为多少？碳和铬的主要作用分别是什么？其预先热处理和最终热处理分别是什么？ 8．氮化钢的合金化有何特点？合金元素有何作用？

金属材料学复习资料

金属材料学复习资料一．名词解释 1、合金元素: 为了得到一定的物理、化学或机械性能而特别添加到钢中的化学元素。(常用M 来表示) 2、微合金元素:有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，当其含量只在0.1%左右（如 B 0.001%，V 0.2 %）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这种化学元素称为微合金元素。 3、奥氏体形成元素:在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ相；如 Mn, Ni, Co, C, N, Cu； 4、铁素体形成元素: 在α-Fe中有较大的溶解度，且能稳定α相。如：V，Nb, Ti 等。 5、原位转变（析出）: 元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时, 合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物。 6、离位转变（析出）:在回火过程中直接从α相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，可使HRC和强度提高（二次硬化效应）。如 V，Nb, Ti等都属于此类型。 7、二次淬火:在强碳化物形成元素含量较高的合金钢中淬火后残余奥氏体十分稳定，甚至加热到500~600℃范围内回火时仍不分解，而是在冷却时部分转化成马氏体，使钢的硬度提高。 8、二次硬化：在含有Ti、V、Nb、Mo、W等较高合金淬火后，在500~600℃范围内回火，在α相中沉淀析出这些元素的特殊碳化物，并使钢的硬度和强度提高 9、液析碳化物：由于碳和合金元素偏析，在局部微小区域内从液态结晶时析出的碳化物。 10、带状碳化物:由于二次碳化物偏析，在偏析区沿轧向伸长呈带状分布。 11、网状碳化物：过共析钢在热轧（锻）加工后缓慢冷却过程中由二次碳化物以网状析出于奥氏体晶界所造成的。 12、水韧处理：高锰钢铸态组织中沿晶界析出的网状碳化物显著降低钢的强度、韧性和抗磨性。将高锰钢加热到单相奥氏体温度范围，使碳化物充分溶入奥氏体，然后水冷，获得单一奥氏体组织。 13、超高强度钢：用回火M和下B作为其使用组织，经过热处理后一般讲，抗拉强度在大于1400MPa，（或屈服强度大于1250MPa)的中碳钢均称为超高强度钢。 14、晶间腐蚀：晶界上析出连续网状富铬的Cr23C6引起晶界周围基体产生贫铬区，贫铬区成为微阳极而发生的腐蚀。 15、应力腐蚀：不锈钢在特定的腐蚀介质和拉应力作用下出现低于强度极限的脆性开裂现象。 16、n/8规律：加入Cr可提高基体的电极电位，但不是均匀的增加，而是突变式的。当Cr 的含量达到1/8，2/8，3/8，......原子比时，Fe的电极电位就跳跃式显著提高，腐蚀也显著下降。这个定律叫做n/8规律。 17、阳极极化：自流电通过阳极时,阳极电位偏离平衡电位而向正方向移动的现象。 18、蠕变极限：在某温度下，在规定时间达到规定变形时所能承受的最大应力。 19、持久强度：在规定温度和规定时间断裂所能承受的应力（δε）。 20、持久寿命：它表示在规定温度和规定应力作用下拉断的时间。 21、碳当量：一般以各元素对共晶点实际含碳量的影响, 将这些元素的量折算成C%的增减, 这样算得的碳量称为碳当量（C.E）（C.E = C + 0.3 （Si+P）+ 0.4 S - 0.03 Mn由于S, P%低, Mn 的作用又较小C.E = C + 0.3 Si ） 22、共晶度：铸铁含C量与共晶点实际含C量之比, 表示铸铁含C量接近共晶点C%的程度。（共晶点实际C量= 4.3 - 0.3Si） 23、孕育处理：指在凝固过程中，向液态金属中添加少量其它物质，促进形核、抑制生长，

金属材料学复习思考题2016.5.

金属材料学复习思考题（2016.05）第一章钢的合金化原理 1-1名词解释（1）合金元素；（2）微合金化元素；（3）奥氏体稳定化元素；（4）铁素体稳定化元素；（5）杂质元素；（6）原位析出；（7）异位析出；（8）晶界偏聚（内吸附）；（9）二次硬化；（10）二次淬火；（11）回火脆性；（12）回火稳定性 1-2 合金元素中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？ 1-3简述合金元素对Fe-Fe3C相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？ 1-4 为何需要提高钢的淬透性？哪些元素能显著提高钢的淬透性？（作业） 1-5 能明显提高钢回火稳定性的合金元素有哪些？提高钢的回火稳定性有什么作用？（作业） 1-6合金钢中V，Cr，Mo，Mn等所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。 1-7试解释含Mn和碳稍高的钢容易过热，而含Si的钢淬火温度应稍高，且冷作硬化率较高，不利于冷加工变形加工？（作业） 1-8V/Nb/Ti、Mo/W、Cr、Ni、Mn、Si、B等对过冷奥氏体P转变影响的作用机制。1-9合金元素对马氏体转变有何影响？ 1-10如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性？ 1-11如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的异同之处？ 1-12钢有哪些强化机制？如何提高钢的韧性？（作业）

1-13 为什么合金化基本原则是“复合加入”？试举两例说明复合加入的作用机理？（作业） 1-14 合金元素V在某些情况下能起到降低淬透性的作用，为什么？而对于40Mn2和42Mn2V，后者的淬透性稍大，为什么？（作业） 1-1540Cr、40CrNi、40CrNiMo钢，其油淬临界淬透性直径分别为25~30 mm、40~60mm和60~100mm，试解释淬透性成倍增大的现象。（作业） 1-16在相同成分的粗晶粒和细晶粒钢中，偏聚元素的偏聚程度有什么不同？（作业）

金属材料学复习资料

金属材料学复习资料题型：判断，选择，简答，问答第一章 1.要清楚的三点： 1)同一零件可用不同材料及相应工艺。例：调质钢；工具钢代用调质钢：在机械零件中用量最大，结构钢在淬火高温回火后具有良好的综合力学性能，有较高的强韧性。适用于这种处理的钢种成为调质钢。调质钢的淬透性原则，指淬透性相同的同类调质钢可以互相代用。 2)同一材料，可采用不同工艺。例：T10钢，淬火有水、水- 油、分级等。强化工艺不同，组织有差别，但都能满足零件要求。力求最佳的强化工艺。淬火冷却方式常用水-油双液淬火、分级淬火。成本低、工艺性能好、用量大。 3)同一材料可有不同的用途。例：602有时也可用作模具。低合金工具钢也可做主轴，15也可做量具、模具等。 602是常用的硅锰弹簧钢，主要用于汽车的板弹簧。低合金工具钢可制造工具尺寸较大、形状比较复杂、精度要求相对较高的模具。15只在对非金属夹杂物要求不严格时，制作切削

工具、量具和冷轧辊等。 2.各种强化机理（书24页）钢强化的本质机理：各种途径增大了位错滑移的阻力，从而提高了钢的塑性变形抗力，在宏观上就提高了钢的强度。 1)固溶强化：原子固溶于钢的基体中，一般都会使晶格发生畸变，从而在基体中产生弹性应力场，弹性应力场与位错的交互作用将增加位错运动的阻力。从而提高强度，降低塑韧性。 2)位错强化：随着位错密度的增大，大为增加了位错产生交割、缠结的概率，所以有效阻止了位错运动，从而提高了钢的强度。但在强化的同时，也降低了伸长率，提高了韧脆转变温度。 3)细晶强化：钢中的晶粒越细，晶界、亚晶界越多，可有效阻止位错运动，并产生位错塞积强化。细晶强化既提高了钢的强度，又提高了塑性和韧度，所以是最理想的强化方法。 4)第二相强化：钢中微粒第二相对位错有很好的钉扎作用，位错通过第二相要消耗能量，从而起到强化效果。根据位错的作用过程，分为切割机制和绕过机制。根据第二相形成过程，分为回火时第二相弥散沉淀析出强化；淬火时残留第二相强化。

材料科学基础试题及答案

第一章原子排列与晶体结构 1. fcc 结构的密排方向是，密排面是，密排面的堆垛顺序是，致密度为，配位数是 ,晶胞中原子数为，把原子视为刚性球时，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是；bcc 结构的密排方向是，密排面是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是；hcp 结构的密排方向是，密排面是，密排面的堆垛顺序是，致密度为，配位数是 ,，晶胞中原子数为，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是。 2. Al 的点阵常数为0.4049nm ，其结构原子体积是，每个晶胞中八面体间隙数为，四面体间隙数为。 3. 纯铁冷却时在912ε 发生同素异晶转变是从结构转变为结构，配位数，致密度降低，晶体体积，原子半径发生。 4. 在面心立方晶胞中画出）（211晶面和]211[晶向，指出﹤110﹥中位于（111）平面上的方向。在hcp 晶胞的（0001）面上标出）（0121晶面和]0121[晶向。 5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。 6 在铅的（100）平面上，1mm 2有多少原子？已知铅为fcc 面心立方结构，其原子半径R=0.175×10-6mm 。第二章合金相结构一、填空 1）随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度，塑性，导电性，形成间隙固溶体时，固溶体的点阵常数。 2）影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是（1）；（2）；（3）；（4）和环境因素。 3）置换式固溶体的不均匀性主要表现为和。 4）按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为和。 5）无序固溶体转变为有序固溶体时，合金性能变化的一般规律是强度和硬度，塑性，导电性。 6）间隙固溶体是，间隙化合物是。二、问答 1、分析氢，氮，碳，硼在?-Fe 和?-Fe 中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固溶度大小。已知元素的原子半径如下：氢：0.046nm ，氮：0.071nm ，碳：0.077nm ，硼：0.091nm ，?-Fe ：0.124nm ，?-Fe ：0.126nm 。 2、简述形成有序固溶体的必要条件。第三章纯金属的凝固 1. 填空 1. 在液态纯金属中进行均质形核时，需要起伏和起伏。 2 液态金属均质形核时，体系自由能的变化包括两部分，其中自由能

金属材料学(戴起勋版)第4章整理答案

4-1 在使用性能和工艺性能的要求上，工具钢和机器零件用钢有什么不同？工具钢使用性能：（1）硬度。工具钢制成工具经热处理后具有足够高的硬度。工具在高的切削速度和加工硬材料所产生高温的受热条件下，仍能保持高的硬度和良好的红硬性。（2）耐磨性。工具钢具有良好的耐磨性，即抵抗磨损的能力。工具在承受相当大的压力和摩擦力的条件下，仍能保持其形状和尺寸不变。（3）强度和韧性。工具钢具有一定的强度和韧性，使工具在工作中能够承受负荷、冲击、震动和弯曲等复杂的应力，以保证工具的正常使用。（4）其他性能。由于各种工具的工作条件不同，工具用钢还具有一些其他性能，如模具用钢还应具有一定的高温力学性能、热疲劳性、导热性和耐磨腐蚀性能等。工艺性能: （1）加工性.工具钢应具有良好的热压力加工性能和机械加工性能，才能保证工具的制造和使用。钢的加工性取决于化学成分、组织的质量。（2）淬火温度范围.工具钢的淬火温度应足够宽，以减少过热的可能性。（3）淬硬性和淬透性. 淬硬性是钢在淬火后所能达到最高硬度的性能。淬硬性主要与钢的化学成分特别是碳含量有关，碳含量越高，则钢的淬硬性越高。淬透性表示钢在淬火后从表面到内部的硬度分布状况。淬透性的高低与钢的化学成分、纯洁度、晶粒度有关。根据用于制造不同的工具，对这两种性能各有一定的要求。（4）脱碳敏感性. 工具表面发生脱碳，将使表面层硬度降低，因此要求工具钢的脱碳敏感性低。在相同的加条件下，钢的脱碳敏感性取决于其化学成分。（5）热处理变形性. 工具在热处理时，要求其尺寸和外形稳定。（6）耐削性.对很制造刀具和量具用钢。要求具有良好的磨削性。钢的磨削性与其化学成分有关，特别是钒含量，如果钒质量分数不小于0.50%则磨削性变坏。机器零件用钢使用性能：（1）较高的疲劳强度和耐久强度。（2）高的屈服强、抗拉强度以及较高的断裂抗力。（3）良好的耐磨性和接触疲劳强度。（4）较高的韧性，以降低缺口敏感性。工艺性能：通常机器零件的生产工艺：型材→改锻→毛坯热处理→切削加工→最终热处理→磨削以切削加工性能和热处理工艺性能为机器零件用钢的主要工艺性能。 4-2工具钢常要做那些力学性能试验？测定哪些性能指标？为什么？强度、塑性：静弯或扭转试验→弯曲强度、挠度和扭转强度、扭转角；韧度：一般采用无缺口式样；硬度：一般硬度60HRC以上，钢中存在的大量碳化物可提高2~3HRC; 淬透性：断口法→碳素工具钢和低合金工具钢；端淬法→合金工具钢，以端淬曲线上60HRC 处距水冷端距离表示。淬透性作用强弱顺序： Si、Mn、Mo、Cr、Ni 热稳定性：（钢在较高温度下保持一定强度的性质）对高速钢，通常是红硬性；

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第一章答案 1、为什么说钢中的S、P杂质元素总是有害的？答：S容易和Fe结合成熔点为989℃的FeS相，会使钢产生热脆性；P和Fe结合形成硬脆的Fe3P相使钢在冷加工过程中产生冷脆性。 2、合金元素对Fe-C相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？答：凡是扩大γ相区的元素均使S、E点向左下方移动，如Mn、Ni; 凡是封闭γ相区的元素均使S、E点向左上方移动，如Cr、Si、Mo。E点左移意味着出现莱氏体的碳含量减小；S点左移意味着共析碳含量减小。 3、那些合金元素能够显著提高钢的淬透性？提高钢的淬透性有什么作用？答：B、Mn、Mo、Cr、Si、Ni等元素能够显著提高钢的淬透性。提高钢的淬透性一方面可以使工件得到均匀而良好的力学性能，满足技术要求;另一方面在淬火时，可以选用比较缓和的冷却介质以减小零件的变形和开裂的倾向。 4、为什么说合金化的基本原则是“复合加入”？举二例说明合金复合作用的机理。答：1.提高性能，如淬透性；2.扬长避短，合金元素能对某些方面起积极作用，但往往还有些副作用，为了克服不足，可以加入另一些合金元素弥补，如Si-Mn，Mn-V;3.改善碳化物的类型和分布，某些合金元素改变钢中碳化物的类型和分布或改变其他元素的存在形式和位置，从而提高钢的性能，如耐热钢中Cr-Mo-V,高速钢中V-Cr-W。 5、合金元素提高钢的韧度主要有哪些途径？答：1.细化A晶粒；2.提高钢的回火稳定性；3.改善机体韧度；4.细化碳化物；5.降低或消除钢的回火脆性；6.在保证强度水平下适当降低碳含量；7.提高冶金质量；8.通过合金化形成一定量的残余A，利用稳定的残余A提高钢的韧度。 6、钢的强化机制有那些？为什么一般的强化工艺都采用淬火-回火？答：固溶强化、细晶强化、位错强化、第二相强化。因为一般的钢的强化都要求它有一定的强度的同时又要保持一定的任性，淬火后钢中能够形成M,这给了钢足够的强度，但是带来的后果就是韧度不够，而回火能够在强度降低不大的情况下给淬火钢以足够的韧性，这样能够得到综合力学性能比较优良的材料，所以一般钢的强化工艺都采用淬火加回火。 7、铁置换固溶体的影响因素？答：1.溶剂与溶质的点阵结构；2.原子尺寸因素；3.电子结构。第二章 1、叙述构件用钢一般的服役条件、加工特点、性能要求? 答：服役条件：工程结构件长期受静载荷；互相无相对运动；受大气（海水）侵蚀；

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1.钢中的杂质元素：O H S P 2.合金元素小于或等于5%为低合金钢，在5%-10%之间为中合金钢，大于10%为高合金钢 3.奥氏体形成元素：Mn Ni Co（开启γ相区） C N Cu（扩展γ相区） 4.铁素体形成元素：Cr V Ti Mo W 5.间隙原子：C N B O H R溶质/R溶剂<0.59 6.碳化物类型：简单间隙碳化物MC M2C 复杂间隙碳化物M6C M23C M2C3 7.合金钢中常见的金属间化合物有σ相、AB2相和B2A相 8.二次硬化：淬火钢在回火时在一定温度下，由于特殊碳化物的析出的初期阶段，形成[M-C]偏聚团，硬度不降低，反而升高的现象。 9.二次淬火：淬火钢在回火时，冷却过程残余奥氏体转变为马氏体的现象。 10.合金元素对铁碳相图的影响 1.改变奥氏体相区位置 2.改变共析转变温度 3.改变S和E等零界点的含碳量 11.合金元素对退火钢加热转变的影响 1.对奥氏体形成速度的影响中强碳化物形成元素与碳形成难溶于奥氏体的合金碳化物，减慢奥氏体的形成速度 2.对奥氏体晶粒大小的影响大多数合金元素都有阻止奥氏体晶粒长大的作用，影响程度不同。V Ti强碳化物和适量的AL强烈阻碍晶粒长大，他们的碳化物或氮化物熔点高，高温下稳定，不易聚集长大，能强烈阻碍奥氏体晶粒长大。 Wu Mo Cr中强碳化物也有阻碍作用，但是影响程度中等。Si Ni非碳化物形成

元素影响不大。Mn P等元素含量在一定限度下促进奥氏体晶粒长大 12.合金元素对淬火钢回火转变的影响 1.提高耐回火性合金元素在回火过程中推迟马氏体分解和残留奥氏体的转变；提高铁素体在结晶温度，使碳化物难以聚集长大，从而提高钢的耐回火性。 2.淬火钢在回火时产生二次硬化和二次淬火，提高钢的性能。 3.对回火脆性的影响产生第一类回火脆性和第二类回火脆性，降低晶界强度，从而使钢的脆性增加 13.钢的强化机制：固溶强化、细晶强化、形变强化和第二相强化 14.合金元素对钢在淬火回火状态下力学性能的影响 1.合金元素一般均能减缓钢的回火转变过程，特别是阻碍碳化物的聚集长大，相对的提高钢中组成相的弥散度 2.合金元素溶解于铁素体，是铁素体强化，并提高了铁素体的再结晶温度。 3.强碳化物形成元素提高了钢的耐回火性，并产生沉淀强化的作用 4.钼、钨等有利于防止或消除第二类回火脆性 15.合金元素对钢高温力学性能的影响 1.可以净化晶界，使易熔杂质元素从晶界转移到晶界内，强化晶界 2.可以提高合金原子间的结合力，增大原子自扩散激活能 3.强碳化物形成元素的加入，可以对位错运动有阻碍作用，可提高合金的高温性能16.合金元素对钢热处理性能的影响淬透性、淬硬性、变形开裂性、过热敏感性、氧化脱碳倾向和回火脆化倾向 17.合金元素对钢的焊接性能影响

金属材料学复习

碳钢分类方法： 1．按钢中碳含量分类（1）铁碳合金按Fe-Fe3C相图分类亚共析钢：0.0218%≤wc≤0.77% 共析钢：wc =0.77% 过共析钢：0.77%＜wc≤2.11% （2）按钢中碳含量，碳钢通常可分为低碳钢：wc ≤0.25% 中碳钢：0.25%＜wc≤0.6% 高碳钢：wc＞0.6% 2．按钢的质量（品质），碳钢可分为（1）普通碳素钢：wS≤0.05%，wP≤0.045% （2）优质碳素钢：wS≤0.035%，wP≤0.035% （3）高级优质碳素钢：wS≤0.02%，wP≤0.03% （4）特级优质碳素钢：wS≤0.015%，wP≤0.025% 3．按钢的用途分类，碳钢可分为（1）普通碳素结构钢：主要用于各种工程构件，如桥梁、船舶、建筑构件等。也可用于不太重要的机件。（2）优质碳素结构钢：主要用于制造各种机器零件，如轴、齿轮、弹簧、连杆等。（3）碳素工具钢：主要用于制造各种工具，如刃具、模具、量具等。（4）铸造碳素钢：主要用于制造形状复杂且需一定强度、塑性和韧性零件。 4．按钢冶炼时的脱氧程度分类，可分为（1）沸腾钢：是指脱氧不彻底的钢，代号为F。（2）镇静钢：是指脱氧彻底的钢，代号为Z。（3）半镇静钢：是指脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，代号为b。（4）特殊镇静钢：是指进行特殊脱氧的钢，代号为TZ。合金钢分类按钢中合金元素总质量分数，合金钢分为：低合金钢（Me总质量分数小于5%）中合金钢（Me总质量分数在5%~10%）高合金钢（Me总质量分数大于10%）间隙原子的溶解度随间隙原子尺寸的减小而增加，即按B，C，N，O，H的顺序而增加。合金元素对相区影响（1）γ相稳定化元素γ相稳定化元素使A3降低，A4升高，促使奥氏体形成。 ①启γ相区(无限扩大γ相区)Mn、Ni、Co，与γ-Fe无限固溶 ②扩展γ相区(有限扩大γ相区)C、N、Cu、Zn、Au，与γ-Fe有限固溶（2）α相稳定化元素A4降低，A3升高，促使铁素体形成。 ①闭γ相区(无限扩大α相区)Si、Al 和强碳化物形成元素Cr、W、Mo、V、Ti 及P、Be等。含Cr量小于7%时，A3下降；含Cr量大于7%时，A3才上升。

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