金属材料学实验指导书

金属材料学

实验指导书

工程材料实验教学中心

河南科技大学材料科学与工程学院

学生实验守则

1、实验前，必须仔细阅读实验指导书，熟悉实验目的、原理、方法和要求。

2、到实验室后，必须严格遵守实验室的制度和纪律，遵守各项操作规程。

3、实验时，应集中注意力，认真做好实验。注意培养自己实事求是的科学态度，如实记录实验数据。

4、必须尊重指导教师的指导，注意人身安全，爱护仪器设备。如发生事故，应立即向指导老师报告。

5、爱护公共财物，除本实验所用的仪器外，不得动用其它设备。

6、实验完毕后，必须将实验现场及仪器设备整理干净，恢复原状。在实验记录送交指导老师检查签字后，经指导老师同意，方可离开实验室。

7、试验目的和要求，认真仔细分析实验数据，完成实验报告，并在规定时间内送交指导老师批改。

目录

实验一高速钢及其显微组织分析……………………………….错误!未定义书签。

实验二铸铁及其显微组织分析 (6)

实验三有色金属及其显微组织分析….………………………. ..10

实验一高速钢及其显微组织分析

一、实验目的:

观察及分析高速钢在铸态及正常热处理、过热、过烧等状态下的显微组织和缺陷，供分析高速钢及其热处理做参考。

二、内容说明:

图1 高速钢变温截面图

Fe-18%W-4%Cr-C系C1－M6C，C2-Fe3C

1、高速钢的铸态组织：

高速钢因含有大量合金元素，虽然含碳量只有0.7—0.8%,已属莱氏体钢，其结晶过程及铸造组织很复杂。W18Cr4V高速钢状态图可用图1近似表示。当W18Cr4V 钢平衡凝固时，发生下列反应：

开始结晶时析出δ（高温α）固溶体；

冷到1400℃发生L+δ→γ的包晶反应；

在1345℃附近很窄的温度范围进行L+δ→γ＋M6C的包晶反应，M6C指Fe3W3C类的复杂碳化物，当冷速快，扩散不够充分，包晶反应来不及进行，发生δ→γ＋M6C的反应，称δ共析反应。

在1330～1300℃之间发生L→γ＋M6C的共晶反应，一直到完全凝固，形成由奥氏体和碳化物组成的共晶莱氏体，其中碳化物呈鱼骨状，骨骼之间为γ相。

凝固后继续冷却时，由奥氏体中析出合金碳化物，在870～800℃之间发生L+ M6C→α的包析反应，冷到800℃左右发生共析反应γ→α＋M6C＋Fe3C。实际上W18Cr4V钢在共晶结晶时还出现VC，并在随后冷却时，由奥氏体中析出VC和M23C6型碳化物，在低温下未发现Fe3C存在。

在实际铸锭凝固时，冷却速度大于平衡冷却，其包晶反应不能进行完毕，仍有部分δ（高温α）相被保留下来，在继续冷却时发生共析分解δ→γ＋M6C，随后γ相再发生共析反应。这种转变产物金相形态呈黑色，称为“黑色组织”。γ相的共析反应也可能被抑制而过冷到低温，转变为马氏体和残余奥氏体，形成“白亮组织”。

2、高速钢的锻造和退火：

综上分析，可知高速钢的铸态组织十分复杂且不均匀，由于铸态组织中存在粗大、很脆、硬度约为HV900～1000鱼骨状共晶碳化物，严重割裂了基体，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。高速钢锻造时应镦粗－拔长反复多次，锻后其硬度较高（HRC35～40）,不便于切削加工，应进行退火。高速钢的A C1在820～860℃范围，故退火温度为870～880℃，保温2～3小时，大部分合金碳化物未溶入奥氏体，此时奥氏体中合金元素含量不多，冷却时易转变成粒状珠光体和剩余碳化物。退火后W18Cr4V钢的硬度约为HB207～255，碳化物体积百分数约为30％，其中M6C为16～19％，M23C6为9％，MC为1.5～2％。

3、高速钢的正常淬火及三次回火后的组织：

正常淬火组织：高速钢的优越性只有在正确的淬火和回火之后才能发挥出来。其淬火温度较一般合金工具钢要高得多。因为温度越高，合金元素溶入奥氏体的数量越多，淬火之后马氏体的合金度亦越高。只有合金度高的马氏体才有高的红硬性。对高速钢红硬性作用最大的合金元素W（Mo）及V 只有在1000℃以上时，

其溶解量才急速增加。温度超过1300℃时，各元素的溶解量虽还有增加，但奥氏体晶粒急剧长大，甚至在晶界处发生溶化现象。因而，淬火钢的韧性大大下降。所以，在不发生过热的前提下，高速钢的淬火温度愈高，其红硬性愈好。

由于高速钢的导热性差，而淬火温度又极高，故常常分两段或三段加热。即先在800～850℃预热，然后再加热至淬火温度。大型及复杂的刃（工）具应当采用两次预热，第一次在500～600℃，第二次在800～850℃。

淬火通常在油中进行，或采用分级淬火法。高速钢的正常淬火组织是20～30%A+60～65%M+K。经8～10%硝酸酒精溶液侵蚀后，未溶的K及A晶界显露出来，合金度较高的M呈白亮色。

三次回火后的组织：为了消除淬火内应力，稳定组织，减少残余奥氏体的数量，达到所需的性能，高速钢一般进行三次560℃保温1小时的回火处理。

在150～400℃温度范围内，约在270℃自马氏体中析出Fe3C，并聚集长大，大部分淬火内应力消除，硬度下降，塑性增加。

在400～500℃回火温度范围内，马氏体中的Cr向碳化物中转移，渗碳体型的碳化物逐渐转变为弥散的富Cr的合金碳化物（M6C），硬度又逐渐上升。

在500～600℃之间，钢的硬度、强度和塑性均有提高，而在在550～570℃可达到硬度、强度的最大值。在此温度区间内，自马氏体中析出弥散的W2C、MO2C、VC，使钢的硬度大大提高，这种现象称为二次硬化。与此同时，500～600℃之间，残余奥氏体应力松弛，且由其中析出了部分碳化物，使残余奥氏体中合金元素及碳含量下降，Ms升高。这种贫化的残余奥氏体，在回火后的冷却过程中，转变为马氏体，使钢的硬度提高，这种现象称为二次淬火。由于高速钢中残余奥氏体数量较多，经一次回火后，仍有10%的残余奥氏体，再经两次回火，才能使其低于5%。第一次回火只对淬火马氏体起回火作用，而回火冷却过程中转变成的马氏体，产生新的内应力，经第二次回火，可使二次马氏体得到回火，同时，在回火过程中未转变的残余奥氏体转变为马氏体，又会产生新的内应力，就需要进行第三次

回火。回火后的组织为黑色的回火马氏体、3～5%的残余奥氏体、白色的碳化物。

4、高速钢的缺陷组织：

过热组织：由于淬火温度过高等原因，造成晶粒过大，溶入奥氏体的碳化物较多，剩余碳化物数量减少，奥氏体的过饱和程度较大，淬火冷却时会析出网状或半网状碳化物，碳化物出现粘连、拖尾、角状或沿晶界呈网状分布，这种现象称为过热。

过烧组织：淬火温度接近钢的熔化温度，晶界熔化，出现莱氏体及δ共析体（黑色组织），称为过烧。过烧是不可挽救的缺陷。

回火不足：回火温度低或时间短，马氏体分解不充分，且有部分残余奥氏体未转变成马氏体，故在试样基体上的部分区域出现白亮色，或有少量晶界未完全消失。

奈状组织：锻造时停锻温度过高（1050～1100℃），或由于需返修而进行二次淬火，其间未经退火造成的。其金相组织为粗大的晶粒，奈状断口呈闪光粗粒状。产生奈状断口的刀具，强度、韧性极低，是一种不可挽救的缺陷。

三、实验所用设备与材料:

1、设备：金相显微镜

2、材料：下列已制备好的金相样品及图片。

四、实验步骤及结果分析:

1 认真观察全部金相试样，联系其化学成分、处理工艺进行思考。

2 按规定完成电子作业。

3 分析正常淬火组织、三次回火后的组织、过热组织、过烧组织、回火不足、奈状组织形成的基本原理。

4 比较正常淬火组织与过热、过烧组织的区别。

实验二铸铁及其显微组织分析

一、实验目的:

1、了解各种铸铁的显微组织特征。

2、分析各种铸铁的基体与石墨的形状，大小，数量及分布对铸铁性能的影响。

3、了解不同热处理对铸铁组织和性能的影响。

二、内容说明:

图1 铁碳相图

在铁－碳相图中（图1），含碳量大于2.08％的部分叫铸铁。而碳在铸铁中的存在形态有两种，即化合态（碳化物）和自由态（石墨），。按其组织和断口特征，前者称为白口铁，后者称为灰口铁。

灰口铁的组织中完全没有一次渗碳体和莱氏体。它基本上是由石墨加上钢一样的基体构成，因而分析灰口铸铁组织的根据便是这两方面：一是石墨的形状、大小、数量及分布状况（石墨的特征可在未浸蚀的金相试样磨光表面上观察）；二是金属基体组织（试样经浸蚀后观察）。

1、普通灰铁：石墨的形状主要是片状以不同的方式分布在基体上。石墨的存在对铸铁起着双重作用，一方面剧烈地降低基体金属的机械性能；另一方面可提高一些使用性能和工艺性能，如耐磨性，消震性和比较小的缺口敏感性。

（a）A型石墨（100×）（b）B型石墨（100×）（c）C型石墨（100×）

（d）D型石墨（100×）（e）E型石墨（100×）

图2 片状石墨类型

按石墨的形状来说，普通灰口铸铁是片状。片状石墨特别是细条状的石墨，能显著降低金属基体的机械性能。按石墨分布形式来说，它可以是细小均匀分布、成群聚集分布（如菊花状）、相互交错或链状沿枝晶之间分布等。生产上常按灰口铸铁中石墨的形状、大小及分布特征将其分为A、B、C、D、E五种类型（如图2所示）。

A型－石墨为均匀片状，无方向性；

B型—石墨片大小不同，分布不均匀，聚集在一起呈菊花状；

C型－石墨呈粗大片状，不均匀分布，无方向性；

D型－点状或小片状石墨分布在亚共晶合金的奥氏体枝晶之间，石墨片的方向无规律；

E型－其特征与D型相近，也是片状石墨分布在奥氏体树枝晶之间，与D 型的区别在于石墨片有一定的方向性。

我们希望石墨是细小均匀分布，因为细小均匀的石墨降低金属基体的机械性能较小。石墨呈枝晶间偏析状分布（晶间分布）时，最不受欢迎，因为它大大降低铸铁的耐磨性，并易于形成裂纹。

灰口铸铁的基体组织有三种：铁素体基体；珠光体基体；铁素体＋珠光体基体。一般来说铁素体基体塑性较好，而珠光体基体铸铁强度较高。

2、可锻铸铁：是把合乎一定要求的白口铁，经石墨化退火得到的，其组织特征是石墨呈团絮状分布。基体也分为三种，其中最常用的是铁素体基体的可锻铸铁，因为它具有较好的塑性。

3、球墨铸铁：是把一定成分的铁水加入少量球化剂（镁或镁－稀土合金）和孕育剂（硅铁），使铁水中的石墨呈球状析出而制成。因球状石墨对基体的割裂作用较轻，割裂的圆形缺口应力集中也最小，故其强度、塑性及韧性都比较好。通过控制铸造及热处理工艺可以控制基体组织。常用的是珠光体基体或除珠光体以外同时还存在少量铁素体的组织。

在铸铁中还会有磷共晶组织，这是由于铸铁中含磷较多，磷在铁中溶解度很小，且随含碳量的增加还要减小，故不可避免要出现磷共晶组织（Fe3P-Fe3C-αFe），磷共晶组织一般呈白亮棱角块状，性质硬而脆。在铸铁中含有适量磷共晶时，能提高其耐磨性，但会增加铸铁的脆性。

三、实验所用设备与材料:

1、设备：金相显微镜

2、材料：下列已制备好的金相样品及图片。

四、实验步骤及结果分析:

1认真观察全部金相试样，联系其化学成分，处理工艺进行思考。

2 按规定完成电子作业。

3试述石墨形态对铸铁性能的影响？

4与灰铁和可锻铸铁相比，为什么球铁的机械性能较高？

实验三有色金属及其合金显微组织分析

一、实验目的:

研究铜、铝和轴承合金的显微组织及这些合金的成分、加工过程和组织之间的关系。

二、内容说明:

1 铜合金

①铜: 在脱氧不十分良好的铜中,组织上可以看到与铜形成共晶混合物的Cu2O,当大量的Cu、Cu2O的共晶分布在铜的晶界上时，会使铜变脆。

图1 铜锌二元合金相图铜端图2铜铝二元合金相图铜端

②铜锌合金相图如图1所示，铜锌组织图中，α-区域中各种成分的铜锌合金（α黄铜）在铸态下其显微组织是α固溶体。经长时间退火后具有多边晶体组织，微量变形会产生滑移，并在退火后产生孪晶组织。

α+β′黄铜的组织，用FeCl2和NH4OH腐蚀时，α仍保持光亮的颜色，而β′则变黑，α和β′的量的比例决定于合金的成分。

③铜锡合金铸造的α青铜具有树枝状组织，经700-750℃长时间退火，可以使树枝消除而形成均匀的多边形晶粒的组织。锡的含量超过溶解极限的合金（14～32％）具有共析的组织，即成分在单相区，如大于6％的含锡量，在铸造的状态下也有共析的组织。共析体呈弯曲夹杂物形式分布在枝晶的中间，用8％的CuCl3的氨水溶液浸蚀时共析体显示的不清楚，但能很好地显示出α固溶体的树枝状，当用10克FeCl3+100mlH2O的溶液浸蚀时，共析体能很清楚地显示出

来。

④铜铝合金相图如图2所示，含Al10%的合金中，除α固溶体外，同时还存在着共析组织，用10克FeCl3＋25mlHCl+100mlH2O的溶液浸蚀后低倍显微镜下观察，α固溶体是亮的，共析体（α＋δ）是黑的。高倍显微镜下观察，共析体与钢中的索氏体相似。10％Al的铜铝合金经930℃水中淬火后的组织是针状的马氏体。

2 铝合金

①铝硅合金的相图如图3所示，含硅10%—13% 的铝硅合金未经变质的组织是粗大针状的硅分布在α固溶体的基体上，经变质后其组织是树枝状的α固溶体分布在细小的共晶（α－Si）基体上。

②硬铝的成分是3.8—4.8%Cu，0.4—0.8%Mg，0.4—0.8%Mn,其余为铝。

硬铝经360℃退火后的组织是在α固溶体的基体（亮底）上分散着CuAl3、S 相、Mg2Si、FeAl3、Al6Mn及FexAlySiz等相。前三相在加热时溶于固溶体，冷却时由固溶体内析出，呈细小的夹杂物，而后三相不溶于固溶体，呈速达的夹杂物。

硬铝经510℃水中淬火和自然时效后的组织是在固溶体的基体（亮底）上分布着未溶于铝中的Al6Mn、FeAl3和FexAlySiz相（显微组织呈黑点夹杂物）。

硬铝在淬火前若温度过高，例如加热至550℃，组织上由于过热，则有一部分易熔的化合物在晶界上发生熔化和氧化。

3 轴承合金

①锡基巴氏轴承合金，其成分是83%Sn，11%Sb，6%Cu。组织是在α固溶体（黑色的底）的基体上分布着四方形和三角形的β固溶体（白亮色），以及针状和星形的化合物Cu3Sn（白亮色）。

②铅基巴氏合金，其成分是81.75%Pb，17%Sb，1.25%Cu。组织是Pb+Sb 花纹共晶的基体上分布着方形和三角形的粗大的亮色晶体锑，以及白色针状化合物Cu3Sb。

③铜铅合金，常用的是含30%Pb的铅青铜，组织是铜的晶粒（亮色）和铅的夹杂物（黑色）。

④高锡铝基轴承合金，常用的合金成分是22－26％Sn，0.8－1.2％Cu，其余为铝。组织是在α基体上分布着Al-Sn共晶体，铸态时，共晶呈网状，经轧制后，为弥散分布。

三、实验所用设备与材料:

1、设备：金相显微镜

2、材料：下列已制备好的金相样品及图片。

四、实验步骤及结果分析:

1认真观察全部金相试样，联系其化学成分，处理工艺进行思考，注意组织与性能之间的关系以及各种合金的工业意义。

2 按规定完成电子作业。

3 试述铝合金的合金化原则。

4锌含量对黄铜性能有什么影响。

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（）。

南航金属材料学期末考试重点(带答案)

1．试述碳素钢中C的作用。（书上没有，百度的） 答：随C含量的增加，其强度和硬度增加，而塑性韧性和焊接性下降。当含碳量大于0.25时可焊性变差，故压力管道中一般采用含碳量小于0.25的钢。含碳量的增加，其球化和石墨化的倾向增加。 2．描述下列元素在普通碳素钢的作用：(a)锰、(b)硫、(c)磷、(d)硅。（P5、P6） 答：Mn在碳钢中的含量一般小于0.8%。可固溶，也可形成高熔点MnS（1600℃）夹杂物。 MnS在高温下具有一定的塑性，不会使钢发生热脆，加工后硫化锰呈条状沿轧向分布。 Si在钢中的含量通常小于0.5%。可固溶，也可形成SiO2夹杂物。夹杂物MnS、SiO2将使钢的疲劳强度和塑、韧性下降。S是炼钢时不能除尽的有害杂质。在固态铁中的溶解度极小。 S和Fe能形成FeS，并易于形成低熔点共晶。发生热脆 (裂)。P也是在炼钢过程中不能除尽的元素。磷可固溶于α-铁。但剧烈地降低钢的韧性，特别是低温韧性，称为冷脆。磷可以提高钢在大气中的抗腐蚀性能。S和P还可以改善钢的切削加工性能。 3.描述下列元素在普通碳素钢的作用：(a)氮、(b)氢、(c)氧。（P6） 答：N在α-铁中可溶解，含过饱和N的钢经受冷变形后析出氮化物—机械时效或应变时效，降低钢的性能。N可以与钒、钛、铌等形成稳定的氮化物，有细化晶粒和沉淀强化。H在钢中和应力的联合作用将引起金属材料产生氢脆。常见的有白点和氢致延滞断裂。 O在钢中形成硅酸盐2MnO?SiO2、MnO?SiO2或复合氧化物MgO?Al2O3、MnO?Al2O3。 4.为什么钢中的硫化锰夹杂要比硫化亚铁夹杂好? （P5） 答：硫化锰为高熔点的硫化物（1600），在高温下具有一定的塑性，不会使钢发生热脆。而硫化铁的熔点较低，容易形成低熔点共晶，沿晶界分布，在高温下共晶体将熔化，引起热脆。 5. 当轧制时，硫化锰在轧制方向上被拉长。在轧制板材时，这种夹杂的缺点是什么? （P5） 答：这些夹杂物将使钢的疲劳强度和塑性韧性下降，当钢中含有大量硫化物时，轧成钢板后会造成分层。 6．对工程应用来说，普通碳素钢的主要局限性是哪些? 答：弹性模量小,不能保证足够的刚度;抗塑性变形和断裂的能力较差;缺口敏感性及冷脆性较大;耐大气腐蚀和海水腐蚀性能差;含碳量高,没有添加合金元素,工艺性差. 7．列举五个原因说明为什么要向普通碳素钢中添加合金元素以制造合金钢? 答：提高淬透性;提高回火稳定性;使钢产生二次硬化;(老师课上只说了这三点) 8、哪些合金元素溶解于合金钢的铁素体?哪些合金元素分布在合金钢的铁素体和碳化物相之间?按照形成碳化物的倾向递增的顺序将它们列出。（P17—P18） 答：①Si、Al、Cr、W、Mo、V、Ti、P、Be、B、Nb、Zr、Ta②Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr 9、叙述1.0~1.8％锰添加剂强化普通碳素钢的机理。 答：①锰可以作为置换溶质原子形成置换固溶体，通过弹性应力场交互作用、电交互作用、化学交互作用阻碍位错运动；②增加过冷奥氏体稳定性，使C曲线右移，在同样的冷却条件下，可以得到片间距细小的珠光体，同时还可起到细化铁素体晶粒的作用，从而达到晶界强化的目的。③促进淬火效应。淬火后希望获得板条马氏体，造成位错型亚结构。 ④通过降低层错能，使位错易于扩展和形成层错，增加位错交互作用，防止交叉滑移。 10、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？（P15-P16） 答：①V、Cr、W、Mo、Ti、Al②Mn、Co、Ni、Cu ③V、Cr、W、Mo、Ti、Al ④Mn、Co、Ni 11、钢中常见的碳化物类型主要有六种，例如M6C就是其中的一种，另外还有其它哪五种？哪一种碳化物最不稳定？ 答：①MeX、Me2X、Me3X、Me7X3、Me23X6②Me3X

(完整版)金属材料学(第二版)课后答案主编戴启勋

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-FexC→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a-Fe中形成无限固溶体？哪些能在g-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a-Fe中形成无限固溶体：V、Cr； 能在g-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？ 答：（1）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：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

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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

最新金属材料学课后习题总结

习题 第一章 1、何时不能直接淬火呢？本质粗晶粒钢为什么渗碳后不直接淬火？重结晶为什么可以细化晶粒？那么渗碳时为什么不选择重结晶温度进行A化？ 答：本质粗晶粒钢，必须缓冷后再加热进行重结晶，细化晶粒后再淬火。晶粒粗大。A 形核、长大过程。影响渗碳效果。 2、C是扩大还是缩小奥氏体相区元素？ 答：扩大。 3、Me对S、E点的影响？ 答：A形成元素均使S、E点向左下方移动。F形成元素使S、E点向左上方移动。 S点左移—共析C量减小；E点左移—出现莱氏体的C量降低。 4、合金钢加热均匀化与碳钢相比有什么区别? 答：由于合金元素阻碍碳原子扩散以及碳化物的分解，因此奥氏体化温度高、保温时间长。 5、对一般结构钢的成分设计时，要考虑其M S点不能太低，为什么? 答：M量少，Ar量多，影响强度。 6、W、Mo等元素对贝氏体转变影响不大，而对珠光体转变的推迟作用大，如何理解? 答：对于珠光体转变：Ti, V：主要是通过推迟（P转变时）K形核与长大来提高过冷γ的稳定性。 W，Mo： 1）推迟K形核与长大。 2）增加固溶体原子间的结合力，降低Fe的自扩散系数，增加Fe的扩散激活能。 3）减缓C的扩散。 对于贝氏体转变：W，Mo，V，Ti：增加C在γ相中的扩散激活能，降低扩散系数，推迟贝氏体转变，但作用比Cr，Mn，Ni小。 7、淬硬性和淬透性 答：淬硬性：指钢在淬火时硬化能力，用淬成马氏体可能得到的最高硬度表示。 淬透性：指由钢的表面量到钢的半马氏体区组织处的深度。 8、C在γ-Fe与α-Fe中溶解度不同，那个大？ 答：γ-Fe中，为八面体空隙，比α-Fe的四面体空隙大。 9、C、N原子在α-Fe中溶解度不同，那个大？ 答：N大，因为N的半径比C小。 10、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：V：MC型；Cr：M7C3、M23C6型；Mo：M6C、M2C、M7C3型；Mn：M3C型。 复杂点阵：M23C6、M7C3、M3C、稳定性较差；简单点阵：M2C、MC、M6C稳定性好。 11、如何理解二次硬化与二次淬火？ 答：二次硬化：含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时，由于析出细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时A’转变为M回,使硬度不仅不下降，反而升高的现象称二次硬化。 二次淬火：在高合金钢中回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体的现象称为二次淬火。

金属材料学第二版戴起勋第二章课后题答案

第二章工程结构钢 1.叙述构件用钢一般的服役条件、加工特点和性能要求。 答：服役条件：①工程结构件长期受静载；②互相无相对运动受大气（海水）的侵蚀；③有些构件受疲劳冲击；④一般在-50~100℃范围内使用； 加工特点：焊接是构成金属结构的常用方法；一般都要经过如剪切、冲孔、热弯、深冲等成型工艺。 性能要求：①足够的强度与韧度（特别是低温韧度）；②良好的焊接性和成型工艺性； ③良好的耐腐蚀性； 2.低碳钢中淬火时效和应变时效的机理是什么对构件有何危害 答：构件用钢加热到Ac1以上淬火或塑性变形后，在放置过程中，强度、硬度上升，塑性、韧性下降，韧脆转变温度上升，这种现象分别称为淬火时效和应变时效。 产生的原因：C、N等间隙原子偏聚或内吸附于位错等晶体缺陷处。提高硬度、降低塑性和韧度。 危害：在生产中的弯角、卷边、冲孔、剪裁等过程中产生局部塑形变形的工艺操作，由于应变时效会使局部地区的断裂抗力降低，增加构件脆断的危险性。应变时效还给冷变形工艺造成困难，往往因为裁剪边出现裂缝而报废。 3.为什么普低钢中基本上都含有不大于%w(Mn) 答：加入Mn有固溶强化作用，每1%Mn能够使屈服强度增加33MPa。但是由于Mn能降低A3温度，使奥氏体在更低的温度下转变为铁素体而有轻微细化铁素体晶粒的作用。Mn的含量过多时，可大为降低塑韧性，所以Mn控制在<%。 4.为什么贝氏体型普低钢多采用%w(Mo)和微量B作为基本合金化元素 答：钢中的主要合金元素是保证在较宽的冷却速度范围内获得以贝氏体为主的组织。当Mo 大于%时，能显着推迟珠光体的转变，而微量的B在奥氏体晶界上有偏析作用，可有效推迟铁素体的转变，并且对贝氏体转变推迟较少。因此Mo、B是贝氏体钢中必不可少的元素。 5.什么是微合金化钢微合金化元素的主要作用是什么 答：微合金化钢是指化学成分规范上明确列入需加入一种或几种碳氮化物形成元素的钢中。作用：Nb、V、Ti单元或复合是常用的，其作用主要有细化晶粒组织和析出强化。微合金元素通过阻止加热时奥氏体晶粒长大和抑制奥氏体形变再结晶这两方面作用可使轧制后铁素体晶粒细化，从而具有较好的强韧度配合。 6.在汽车工业上广泛应用的双相钢，其成分、组织和性能特点是什么为什么能在汽车工业上得到大量应用，发展很快 答：主要成分：~%C，~%Si，~%Mn，~%Cr，~%Mo，少量V 、Nb、Ti。（质量分数） 组织：F+M组织，F基体上分布不连续岛状混合型M（<20%）。 F中非常干净，C、N等间隙原子很少；C和Me大部分在M中. 性能特点：低σs，且是连续屈服，无屈服平台和上、下屈服；均匀塑变能力强，总延伸率较大，冷加工性能好；加工硬化率n值大，成型后σs可达500~700MPa。 因为双相钢具有足够的冲压成型性，而且具备良好的塑性、韧度，一定的马氏体还可以保证提高钢的强度。 7.在低合金高强度工程结构钢中大多采用微合金元素（Nb、V、Ti等），它们的主要作用是什么 答：Nb、V、Ti单元或复合是常用的，其作用主要有细化晶粒组织和析出强化。微合金元素通过阻止加热时奥氏体晶粒长大和抑制奥氏体形变再结晶这两方面作用可使轧制后铁素体晶粒细化，从而具有较好的强韧度配合。 8.什么是热机械控制处理工艺为什么这种工艺比相同的成分普通热轧钢有更高的力学综合

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。

《金属材料学》考试真题及答案

一、选择题 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。 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。 4、凡是扩大丫区的元素均使Fe-C相图中S、E点向左下方移动，例Ni、Mn等元素；凡封闭Y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。 5、铝合金可分铸造铝合金和变形铝，变形铝又可分硬铝、超硬铝、锻铝和 防锈铝。 6、H62是表示压力加工黄铜的一个牌号，主要成份及名义含量是Cu62% Zn38% 。 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。 9、铝合金热处理包括固溶处理和时效硬化两过程,和钢的热处理最大区别是铝合金没有同 素异构相变。 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：r c/r M < 0.59为简单点阵结构，有MC和M2C 型；r°/r M > 0.59为复杂点阵结构，有M23C6 、 M7C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Cr 23C6，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：r c/ r M< 0.59，为简单点阵结构，有MC和 ______________ 型；r c/ 5> 0.59，为复杂点阵结构,有MC 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。 2、凡能扩大丫区的元素使铁碳相图中S、E点向左下方移动，例Mn Ni_等元素（列岀2个）；使丫区缩小的元素使S、E点向左上方移动, 例Cr 、Mo W 等元素（列出3个）。 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________ 。

金属材料学第二版戴起勋第一章课后题答案

第一章1.为什么说钢中的S、P杂质元素在一般情况下总是有害的？ 答：S、P会导致钢的热脆和冷脆，并且容易在晶界偏聚，导致合金钢的第二类高温回火脆性，高温蠕变时的晶界脆断。 S能形成FeS，其熔点为989℃，钢件在大于1000℃的热加工温度时FeS会熔化，所以易产生热脆； P能形成Fe3P，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。 2.钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类？各有什么特点？ 答：简单点阵结构和复杂点阵结构 简单点阵结构的特点：硬度较高、熔点较高、稳定性较好； 复杂点阵结构的特点：硬度较低、熔点较低、稳定性较差。 3.简述合金钢中碳化物形成规律。 答：①当rC/rM>0.59时，形成复杂点阵结构；当rC/rM<0.59时，形成简单点阵结构； ②相似者相溶：完全互溶：原子尺寸、电化学因素均相似；有限溶解：一般K都能溶解其它元素，形成复合碳化物。 ③NM/NC比值决定了碳化物类型④碳化物稳定性越好，溶解越难，析出难越，聚集长大也越难；⑤强碳化物形成元素优先与碳结合形成碳化物。

4.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：A形成元素均使S、E点向_____移动，F形成元素使S、E点向_____移动。 S点左移意味着_____减小，E点左移意味着出现_______降低。 （左下方；左上方）（共析碳量；莱氏体的C量） 5.试述钢在退火态、淬火态及淬火-回火态下，不同合金元素的分布状况。 答：退火态：非碳化物形成元素绝大多数固溶于基体中，而碳化物形成元素视C和本身量多少而定。优先形成碳化物，余量溶入基体。 淬火态：合金元素的分布与淬火工艺有关。溶入A体的因素淬火后存在于M、B中或残余A 中，未溶者仍在K中。 回火态：低温回火，置换式合金元素基本上不发生重新分布；>400℃，Me开始重新分布。非K形成元素仍在基体中，K形成元素逐步进入析出的K中，其程度取决于回火温度和时间。 6.有哪些合金元素强烈阻止奥氏体晶粒的长大？阻止奥氏体晶粒长大有什么好处？ 答：Ti、Nb、V等强碳化物形成元素（好处）：能够细化晶粒，从而使钢具有良好的强韧度配合，提高了钢的综合力学性能。 7.哪些合金元素能显着提高钢的淬透性？提高钢的淬透性有何作用？ 答：在结构钢中，提高马氏体淬透性作用显着的元素从大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni 等。

金属材料学思考题标准答案2

金属材料学思考题答案2 绪论、第一章、第二章 1．钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类，各有什么特点？ 答：分为简单点阵结构和复杂点阵结构，前者熔点高、硬度高、稳定性好，后者硬度低、熔点低、稳定性差。 2．何为回火稳定性、回火脆性、热硬性？合金元素对回火转变有哪些影响？ 答： 回火稳定性：淬火钢对回火过程中发生的各种软化倾向（如马氏体的分解、残余奥氏体的分解、碳化物的析出与铁素体的再结晶）的抵抗能力 回火脆性：在200-350℃之间和450-650℃之间回火，冲击吸收能量不但没有升高反而显著下降的现象 热硬性：钢在较高温度下，仍能保持较高硬度的性能 合金元素对回火转变的影响：①Ni、Mn影响很小，②碳化物形成元素阻止马氏体分解，提高回火稳定性，产生二次硬化，抑制C和合金元素扩散。③Si比较特殊：小于300℃时强烈延缓马氏体分解， 3．合金元素对Fe-Fe3C相图S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？ 答：凡是扩大奥氏体相区的元素均使S、E点向左下方移动，如Mn、Ni等； 凡是封闭奥氏体相区的元素均使S、E点向左上方移动，如Cr、Si、Mo等？ E点左移：出现莱氏体组织的含碳量降低，这样钢中碳的质量分数不足2％时就可以出现共晶莱氏体。S点左移：钢中含碳量小于0.77％时，就会变为过共析钢而析出二次渗碳体。 4．根据合金元素在钢中的作用，从淬透性、回火稳定性、奥氏体晶粒长大倾向、韧性和回火脆性等方面比较下列钢号的性能:40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo。 1）淬透性：40CrNiMo 〉40CrMn 〉 40CrNi 〉 40Cr 2）回火稳定性：40CrNiMo 〉40CrNi 〉 40CrMn 〉 40Cr 3）奥氏体晶粒长大倾向：40CrMn 〉 40Cr 〉 40CrNi 〉 40CrNiMo 4）韧性：40CrNiMo 〉40CrNi 〉40Cr〉40CrMn (Mn少量时细化组织) 5）回火脆性： 40CrMn 〉40CrNi> 40Cr 〉40CrNiMo 5.怎样理解“合金钢与碳钢的强度性能差异，主要不在于合金元素本身的强化作用，而在于合金元素对钢相变过程的影响。并且合金元素的良好作用，只有在进行适当的热处理条件下才能表现出来”？从强化机理和相变过程来分析（不是单一的合金元素作用） 合金元素除了通过强化铁素体，从而提高退火态钢的强度外，还通过合金化降低共析点，相对提高珠光体的数量使其强度提高。其次合金元素还使过冷奥氏体稳定性提高，C曲线右移，在相同冷却条件下使铁素体和碳化物的分散度增加，从而提高强度。 然而，尽管合金元素可以改善退火态钢的性能但效果远没有淬火回火后的性能改变大。 除钴外，所有合金元素均提高钢的淬透性，可以使较大尺寸的零件淬火后沿整个截面得到均匀的马氏体组织。大多数合金元素都有阻止奥氏体晶粒长大的倾向（Mn除外），从而细化晶粒，使淬火后的马氏体组织均匀细小。

金属材料学 简要总结

《金属材料学》复习总结 第1章：钢的合金化概论 一、名词解释： 合金化：未获得所要求的组织结构、力学性能、物理性能、化学性能或工艺性能而特别在钢铁中加入某些元素，称为合金化。 过热敏感性：钢淬火加热时，对奥氏体晶粒急剧长大的敏感性。 回火稳定性：淬火钢在回火时，抵抗强度、硬度下降的能力。 回火脆性：淬火钢回火后出现韧性下降的现象。 二、填空题： 1.合金化理论是金属材料成分设计和工艺过程控制的重要原理，是材料成分、工艺、组织、 性能、应用之间有机关系的根本源头，也是重分发结材料潜力和开发新材料的基本依据。 2.扩大A相区的元素有：Ni、Mn、Co（与Fe -γ无限互溶）；C、N、Cu（有限互溶）； α无限互溶）；Mo、W、Ti（有限互溶）； 扩大F相区的元素有：Cr、V（与Fe - 缩小F相区的元素有：B、Nb、Zr（锆）。 3.强C化物形成元素有：Ti、Zr、Nb、V； 弱C化物形成元素有：Mn、Fe； 4.强N化物形成元素有：Ti、Zr、Nb、V； 弱N化物形成元素有：Cr、Mn、Fe； 三、简答题： 1.合金钢按照含量的分类有哪些？具体含量是多少？按含碳量划分又如何？ ●按照合金含量分类：低合金钢：合金元素总量<5%； 中合金钢：合金元素总量在5%～10%； 高合金钢：合金元素总量>10%； ●按照含碳量的分类：低碳钢：w c≤0.25%； 中碳钢：w c=0.25%～0.6%； 高碳钢：w c>0.6%； 2.加入合金元素的作用？ ①：与Fe、C作用，产生新相，组成新的组织与结构； ②：使性能改善。 3.合金元素对铁碳相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？ (1)A形成元素均使S、E点向左下方移动，如Mn、Ni等； F形成元素均是S、E点向左上方移动，如Cr、V等 (2)S点向左下方移动，意味着共析C含量减小，使得室温下将得到A组织； E点向左上方移动，意味着出现Ld的碳含量会减小。 4.请简述合金元素对奥氏体形成的影响。 (1)碳化物形成元素可以提高碳在A中的扩散激活能，对A形成有一定阻碍作用； (2)非碳化物形成元素Ni、Co可以降低碳的扩散激活能，对A形成有一定加速作用。 (3)钢的A转化过程中存在合金元素和碳的均匀化过程，可以采用淬火加热来达到成 分均匀化。 5.有哪些合金元素强烈阻止奥氏体晶粒的长大？组织奥氏体晶粒长大有什么好处？ (1)Ti、Nb、V等强碳化物形成元素会强烈阻止奥氏体晶粒长大，因为：Ti、Nb、V等

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精品文档钢中的合金元素第一章 相区的影响可分为哪几种？1、合金元素对纯铁γ相区的元素：镍、锰、钴属于此类合金元素答：开启γ相区元素：碳、氮、铜属于此类合金元素扩展γ相区的元素：钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅属于此类合金元素封闭γ相区的元素：硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素缩小γ 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均A4δ-Fe的相对稳定性以及同素异晶转变温度A3和答：合金元素对α-Fe、γ-Fe、和有很大影响）稳定化元素A、奥氏体（γ它包括了以下两种情况：温度上升，即扩大了γ相区，A4 这些合金元素使A3温度下降，相区的元素：镍、锰、钴属于此类合金元素（1）开启γ相区元素：碳、氮、铜属于此类合金元素（2）扩展γ）稳定化元素B、铁素体（α相区的元素：钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅1）封闭γ（）缩小2γ相区的元素：硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素（、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？3 答： 1、改变了奥氏体相区的位置和共析温度A1 A3，降低了γ扩大相区元素：降低了A1 A3，升高了缩小γ相区元素：升高了 2、改变了共析体的含量所有的元素都降低共析体含量 合金的相组成第二章 形成固溶体，为什么？1、什么元素可与γ-Fe 形成无限固溶体答：镍可与γ-Fe 决定组元在置换固溶体中的溶解条件是：、溶质与溶剂的点阵相同1 ）2、原子尺寸因素（形成无限固溶体时，两者之差不大于8% 、组元的电子结构（即组元在周期表中的相对位置）3 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 精品文档． 精品文档 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 降低钢中含碳量

金属材料学课后答案1.2.4章

第一章 1.为什么说钢中的S、P杂质元素在一般情况下总是有害的？ 答：S、P会导致钢的热脆和冷脆，并且容易在晶界偏聚，导致合金钢的第二类高温回火脆性，高温蠕变时的晶界脆断。 S能形成FeS，其熔点为989℃，钢件在大于1000℃的热加工温度时FeS会熔化，所以易产生热脆； P能形成Fe3P，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。 4.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：A形成元素均使S、E点向_____移动，F形成元素使S、E点向_____移动。 S点左移意味着_____减小，E点左移意味着出现_______降低。（左下方；左上方）（共析碳量；莱氏体的C量 5.试述钢在退火态、淬火态及淬火-回火态下，不同合金元素的分布状况。 答：退火态：非碳化物形成元素绝大多数固溶于基体中，而碳化物形成元素视C和本身量多少而定。优先形成碳化物，余量溶入基体。 淬火态：合金元素的分布与淬火工艺有关。溶入A体的因素淬火后存在于M、B中或残余A中，未溶者仍在K中。 回火态：低温回火，置换式合金元素基本上不发生重新分布；>400℃，Me开始重新分布。非K形成元素仍在基体中，K形成元素逐步进入析出的K中，其程度取决于回火温度和时间。 8.能明显提高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？答：提高回火稳定性的合金元素：Cr、Mn、Ni、Mo、W、V、Si 作用：提高钢的回火稳定性，可以使得合金钢在相同的温度下回火时，比同样碳含量的碳钢具有更高的硬度和强度；或者在保证相同强度的条件下，可在更高的温度下回火，而使韧性更好些。 10.就合金元素对铁素体力学性能、碳化物形成倾向、奥氏体晶粒长大倾向、淬透性、回火稳定性和回火脆性等几个方面总结下列元素的作用：Si、Mn、Cr、Mo、W、V、Ni。答：Si： ①Si是铁素体形成元素，固溶强化效果显著；（强度增加，韧性减小）②Si是非碳化物形成元素，增大钢中的碳活度，所以含Si钢的脱C倾向和石墨化倾向较大；③Si量少时，如果以化合物形式存在，则阻止奥氏体晶粒长大，从而细化A晶粒，同时增大了钢的强度和韧性； ④Si提高了钢的淬透性，使工件得到均匀而良好的力学性能。在淬火时，可选用比较缓和的冷却介质，以减小工件的变形与开裂倾向。 ⑤Si提高钢的低温回火稳定性，使相同回火温度下的合金钢的硬度高于碳钢；⑥Si能够防止第一类回火脆性。 11.根据合金元素在钢中的作用，从淬透性、回火稳定性、奥氏体晶粒长大倾向、韧性和回火脆性等方面比较下列钢号的性能：40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo 答：①淬透性：40CrNiMo>40CrMn >40CrNi >40Cr （因为在结构钢中，提高马氏体淬透性作用显著的元素从大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni，而合金元素的复合作用更大。） ②回火稳定性：40CrNiMo>40CrMn >40CrNi >40Cr ③奥氏体晶粒长大倾向：40CrMn>40Cr >40CrNi>40CrNiMo ④韧性：40CrNiMo>40CrNi>40CrMn>40Cr（Ni能够改善基体的韧度）⑤回火脆性：

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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；

金属材料学复习 文九巴

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

金属材料学课后习题答案

金属材料学习题与思考题 第七章铸铁 1、铸铁与碳钢相比，在成分、组织和性能上有什么区别？ （1）白口铸铁：含碳量约2.5%,硅在1%以下白口铸铁中的碳全部以渗透碳体（Fe3c）形式存在，因断口呈亮白色。故称白口铸铁，由于有大量硬而脆的Fe3c，白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工。因此，在工业应用方面很少直接使用，只用于少数要求耐磨而不受冲击的制件，如拔丝模、球磨机铁球等。大多用作炼钢和可锻铸铁的坯料 （2）灰口铸铁；含碳量大于4.3％，铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。断口呈灰色。它具有良好铸造性能、切削加工性好，减磨性，耐磨性好、加上它熔化配料简单，成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件。（3）钢的成分要复杂的多，而且性能也是各不相同钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。我们通常将其与铁合称为钢铁，为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等，而且钢还根据品质分类为①普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）②优质钢（P、S均≤0.035%）③高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）按照化学成分又分①碳素钢：.低碳钢（C≤0.25%）.中碳钢（C≤0.25~0.60%）.高碳钢（C≤0.60%）。 ②合金钢：低合金钢（合金元素总含量≤5%）.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）.高合金钢（合金元素总含量＞10%）。 2、C、Si、Mn、P、S元素对铸铁石墨化有什么影响？为什么三低（C、Si、Mn低）一高（S高）的铸铁易出现白口？ （1）合金元素可以分为促进石墨化元素和阻碍石墨化元素，顺序为： Al、C、Si、Ti、Ni、P、Co、Zr、Nb、W、Mn、S、Cr、V、Fe、Mg、Ce、B等。其中，Nb为中性元素，向左促进程度加强，向右阻碍程度加强。C和Si是铸铁中主要的强烈促进石墨化元素，为综合考虑它们的影响，引入碳当量CE = C% + 1/3Si%，一般CE≈4%，接近共晶点。S是强烈阻碍石墨化元素，降低铸铁的铸造和力学性能，控制其含量。 （2）铸铁的含碳量高，脆性大，焊接性很差，在焊接过程中易产生白口组织和裂纹。 白口组织是由于在铸铁补焊时，碳、硅等促进石墨化元素大量烧损，且补焊区冷速快，在焊缝区石墨化过程来不及进行而产生的。白口铸铁硬而脆，切削加工性能很差。采用含碳、硅量高的铸铁焊接材料或镍基合金、铜镍合金、高钒钢等非铸铁焊接材料，或补焊时进行预热缓冷使石墨充分析出，或采用钎焊，可避免出现白口组织，。 3、铸铁壁厚对石墨化有什么影响？冷速越快，不利于铸铁的石墨化，这主要取决于浇注温度、铸型材料的导热能力及铸件壁厚等因素。冷速过快，第二阶段石墨化难以充分进行。 4、石墨形态是铸铁性能特点的主要矛盾因素，试分别比较说明石墨形态对灰铸铁和球墨铸铁力学性能及热处理工艺的影响。墨的数量、大小和分布对铸铁的性能有显著影响。如片状石墨，数量越多对基体的削弱作用和应力集中程度越大。 石墨形状影响铸铁性能：片状、团絮状、球状。对于灰铸铁，热处理仅能改变基体组织，改变不了石墨形态，热处理不能明显改善灰铸铁的力学性能。 球墨铸铁是石墨呈球体的灰铸铁，简称球铁。由于球墨铸铁中的石墨呈球状，对基体的割裂作用大为减少，球铁比灰铸铁及可锻铸铁具有高得多的强度、塑性和韧性。 5、球墨铸铁的性能特点及用途是什么？ 球墨铸铁。将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等.。 珠光体型球墨铸铁——柴油机的曲轴、连杆、齿轮；机床主轴、蜗轮、蜗杆；轧钢机的轧辊；水压机的工作缸、缸套、活塞等。铁素体型球墨铸铁——受压阀门、机器底座、汽车后桥壳等。 6、和刚相比，球墨铸铁的热处理原理有什么异同？ 球墨铸铁的热处理主要有退火、正火、淬火加回火、等温淬火等。 7、HT200、HT350、KTH300-06、QT400、QT600各是什么铸铁？数字代表什么意义？各具有什么样的基体和石墨形态？说明他们的力学性能特点及用途。 （1）灰铸铁常用型号为HT100/HT150/HT200/HT250/HT300/HT350 球墨铸铁常用型号为QT400-18/QT400-15/QT450-10/QT500-7/QT600-3/QT700-2/QT800-2/QT900-2 黑心可锻铸铁常用牌号为KTH300-06/KTH350-10/KTZ450-06/KTZ550-04/KTZ650-02/KTZ700-02,其中KTH300-06适用于气密性零件,KTH380-08适用于水暖件，KTH350-10适用于阀门、汽车底盘。