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金属材料学答案戴起勋(复试)

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r C/r M>0.59时，形成复杂点阵结构；当r C/r M<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。

③N M/N C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.哪些合金元素能显著提高钢的淬透性？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著的元素从大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni 等。

作用：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，可选用比较缓和的冷却介质，以减小工件的变形与开裂倾向。

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。

9.第一类回火脆性和第二类回火脆性是在什么条件下产生的？如何减轻和消除？

答：第一类回火脆性:

脆性特征：①不可逆；②与回火后冷速无关；③断口为晶界脆断。

产生原因：钢在200-350℃回火时，Fe3C薄膜在奥氏体晶界形成，削弱了晶界强度；杂质元素P、S、Bi等偏聚晶界，降低了晶界的结合强度。

防止措施：①降低钢中杂质元素的含量；②用Al脱氧或加入Nb（铌）、V、Ti等合金元素细化奥氏体晶粒；③加入Cr、Si调整温度范围；④采用等温淬火代替淬火回火工艺。

第二类回火脆性：

脆性特征：①可逆；②回火后满冷产生，快冷抑制；③断口为晶界脆断。

产生原因：钢在450-650℃回火时，杂质元素Sb、S、As或N、P等偏聚于晶界，形成网状或片状化合物，降低了晶界强度。高于回火脆性温度，杂质元素扩散离开了晶界或化合物分解了；快冷抑制了杂质元素的扩散。

防止措施：①降低钢中的杂质元素；②加入能细化A晶粒的元素（Nb、V、Ti）③加入适量的Mo、W元素；④避免在第二类回火脆性温度范围回火。

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。

Mn:

①Mn强化铁素体，在低合金普通结构钢中固溶强化效果较好；（强度增加，韧性减小）

②Mn是奥氏体形成元素，促进A晶粒长大，增大钢的过热敏感性；

③Mn使A等温转变曲线右移，提高钢的淬透性；

④Mn提高钢的回火稳定性，使相同回火温度下的合金钢的硬度高于碳钢；

⑤Mn促进有害元素在晶界上的偏聚，增大钢回火脆性的倾向。

Cr：

①Cr是铁素体形成元素，固溶强化效果显著；（强度增加，韧性减小）

②Cr是碳化物形成元素，能细化晶粒，改善碳化物的均匀性；

③Cr阻止相变时碳化物的形核长大，所以提高钢的淬透性；

④Cr提高回火稳定性，使相同回火温度下的合金钢的硬度高于碳钢；

⑤Cr促进杂质原子偏聚，增大回火脆性倾向；

Mo:（W类似于Mo）

①是铁素体形成元素，固溶强化效果显著；（强度增加，韧性减小）

②是较强碳化物形成元素，所以能细化晶粒，改善碳化物的均匀性，大大提高钢的回火稳定性；

③阻止奥氏体晶粒长大，细化A晶粒，同时增大了钢的强度和韧性；

④能提高钢的淬透性，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。

⑤能有效地抑制有害元素的偏聚，是消除或减轻钢第二类回火脆性的有效元素。

V:（Ti、Nb类似于V）

①是铁素体形成元素，固溶强化效果显著；（强度增加，韧性减小）

②是强碳化物形成元素，形成的VC质点稳定性好，弥散分布，能有效提高钢的热强性和回火稳定性；

③阻止A晶粒长大的作用显著，细化A晶粒，同时增大了钢的强度和韧性；

④提高钢的淬透性，消除回火脆性。

Ni:

①是奥氏体形成元素，促进晶粒长大，增大钢的过热敏感性；（强度增加，韧性增加）

②是非碳化物形成元素，增大钢中的碳活度，所以含Ni钢的脱C倾向和石墨化倾向较大；

③对A晶粒长大的影响不大；

④能提高钢的淬透性，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。

⑤提高回火稳定性，使相同回火温度下的合金钢的硬度高于碳钢；

⑥促进钢中有害元素的偏聚，增大钢的回火脆性。

总结：

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：40CrNi>40CrMn>40Cr>40CrNiMo（Mo降低回火脆性）

12.为什么W、Mo、V等元素对珠光体转变阻止作用大，而对贝氏体转变影响不大？

答：对于珠光体转变，不仅需要C的扩散和重新分布，而且还需要W、Mo、V等K形成元素的扩散，而间隙原子碳在A中的扩散激活能远小于W、Mo、V等置换原子的扩散激活能，所以W、Mo、V等K形成元素扩散是珠光体转变时碳化物形核的控制因素。

V主要是通过推迟碳化物形核与长大来提高过冷奥氏体的稳定性

W、Mo除了推迟碳化物形核与长大外，还增大了固溶体原子间的结合力、铁的自扩散激活能，减缓了C的扩散。

贝氏体转变是一种半扩散型相变，除了间隙原子碳能作长距离扩散外，W、Mo、V等置换原子都不能显著地扩散。W、Mo、V增加了C在y相中的扩散激活能，降低了扩散系数，推迟了贝氏体转变，但作用比Cr、Mn、Ni小。

13.为什么钢的合金化基本原则是“复合加入”？试举两例说明合金元素复合作用的机理。答：因为合金元素能对某些方面起积极的作用，但许多情况下还有不希望的副作用，因此材料的合金化设计都存在不可避免的矛盾。合金元素有共性的问题，但也有不同的个性。不同元素的复合，其作用是不同的，一般都不是简单的线性关系，而是相互补充，相互加强。所以通过合金元素的复合能够趋利避害，使钢获得优秀的综合性能。

例子：①Nb-V复合合金化：由于Nb的化合物稳定性好，其完全溶解的温度可达1325-1360℃。所以在轧制或锻造温度下仍有未溶的Nb，能有效地阻止高温加热时A晶粒的长大，而V的作用主要是沉淀析出强化。

②Mn-V复合：Mn有过热倾向，而V是减弱了Mn的作用；Mn能降低碳活度，使稳定性很好的VC溶点降低，从而在淬火温度下VC也能溶解许多，使钢获得较好的淬透性和回火稳定性。

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？

答：钒和碳、氨、氧有极强的亲和力，与之形成相应的稳定化合物。钒在钢中主要以碳化物的形式存在。其主要作用是细化钢的组织和晶粒，降低钢的强度和韧性。当在高温溶入固溶体时，增加淬透性；反之，如以碳化物形式存在时，降低淬透性。

15.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”？

16.合金元素提高钢的韧度主要有哪些途径？

答：①细化奥氏体晶粒-----如Ti、V、Mo

②提高钢的回火稳定性-----如强K形成元素

③改善基体韧度-----------Ni

④细化碳化物-------------适量的Cr、V

⑤降低或消除钢的回火脆性—W、Mo

⑥在保证强度水平下，适当降低含碳量，提高冶金质量

⑦通过合金化形成一定量的残余奥氏体

17.40Cr、40CrNi、40CrNiMo钢，其油淬临界淬透直径Dc分别为25-30mm、40-60mm、60-100mm，试解释淬透性成倍增大的现象。

答：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 等。Cr、Ni、Mo都能提高淬透性，40Cr、40CrNi、40CrNiMo单一加入到复合加入，淬透性从小到大。较多的Cr和Ni的适当配合可大大提高钢的淬透性，而Mo提高淬透性的作用非常显著。

18.钢的强化机制有哪些？为什么一般钢的强化工艺都采用淬火-回火？

答：四种强化机制：固溶强化、位错强化、细晶强化和第二相弥散强化。

因为淬火+回火工艺充分利用了细晶强化,固溶强化、位错强化、第二相强化这四种强化机制。

(1)淬火后获得的马氏体是碳在α-Fe 中的过饱和间隙固溶体,碳原子起到了间隙固溶强化效应。

(2)马氏体形成后，奥氏体被分割成许多较小的取向不同的区域，产生了细晶强化作用。

(3)淬火形成马氏体时，马氏体中的位错密度增高，从而产生位错强化效应。

(4)淬火后回火时析出的碳化物造成强烈的第二相强化，同时也使钢的韧性得到了改善。

综上所述：无论是碳钢还是合金钢，在淬火-回火时充分利用了强化材料的四种机制，从而使钢的机械性能的潜力得到了充分的发挥。所以获得马氏体并进行相应的回火是钢的最经济最有效的综合强化手段。

19.试解释40Cr13已属于过共析钢，而Cr12钢中已经出现共晶组织，属于莱氏体钢。

答：①因为Cr属于封闭y相区的元素，使S点左移，意味着共析碳量减小，所以钢中含有Cr12%时，共析碳量小于0.4%，所以含0.4%C、13%Cr的40Cr13不锈钢就属于过共析钢。

②Cr使E点左移，意味着出现莱氏体的碳含量减小。在Fe-C相图中，E点是钢和铁的分界线，在碳钢中是不存在莱氏体组织的。但是如果加入了12%的Cr，尽管含碳量只有2%左右，钢中却已经出现了莱氏体组织。

20.试解释含Mn稍高的钢易过热；而含Si的钢淬火加热温度应稍高，且冷作硬化率较高，不利于冷变形加工。

答：Mn是奥氏体形成元素，降低钢的A1温度，促进晶粒长大，增大钢的过热敏感性；

Si是铁素体形成元素，提高了钢的A1温度，所以含Si钢往往要相应地提高淬火温度。

冷作硬化率高，材料的冷成型性差。合金元素溶入基体，点阵产生不同程度的畸变，使冷作硬化率提高，钢的延展性下降。

21.什么叫钢的内吸附现象？其机理和主要影响因素是什么？

答：合金元素溶入基体后，与晶体缺陷产生交互作用，使这些合金元素发生偏聚或内吸附，使偏聚元素在缺陷处的浓度大于基体中的平均浓度，这种现象称为内吸附现象。

机理：从晶体结构上来说，缺陷处原子排列疏松、不规则，溶质原子容易存在；从体系能量角度上分析，溶质原子在缺陷处的偏聚，使系统自由能降低，符合自然界最小自由能原理。从热力学上说，该过程是自发进行的，其驱动力是溶质原子在缺陷和晶内处的畸变能之差。影响因素：①温度：随着温度的下降，内吸附强烈；

②时间：通过控制时间因素来控制内吸附；

③缺陷类型：缺陷越混乱，畸变能之差越大，吸附也越强烈；

④其他元素：不同元素的吸附作用是不同的，也有优先吸附的问题；

⑤点阵类型：基体的点阵类型对间隙原子有影响。

22.试述钢中置换固溶体和间隙固溶体形成的规律

答：置换固溶体的形成的规律：决定组元在置换固溶体中的溶解度因素是点阵结构、原子半径和电子因素，无限固溶必须使这些因素相同或相似.

①Ni、Mn、Co与y-Fe的点阵结构、原子半径和电子结构相似，即无限固溶；

②Cr、V与α-Fe的点阵结构、原子半径和电子结构相似，形成无限固溶体；

③Cu和γ-Fe点阵结构、原子半径相近，但电子结构差别大——有限固溶；

④原子半径对溶解度影响：ΔR≤±8%，可以形成无限固溶；≤±15%，形成有限固溶；>±15%，溶解度极小。

间隙固溶体形成的规律：

①间隙固溶体总是有限固溶体，其溶解度取决于溶剂金属的晶体结构和间隙元素的原子尺寸；

②间隙原子在固溶体中总是优先占据有利的位置；

③间隙原子的溶解度随溶质原子的尺寸的减小而增大；

④同一溶剂金属不同的点阵结构，溶解度是不同的，C、N原子在y-Fe中的溶解度高于a-Fe。

23.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？

24.试述金属材料的环境协调性设计的思路

答：金属材料的使用，不仅要考虑产品的性能要求，更应考虑材料在生命周期内与环境的协

调性。将LCA方法应用到材料设计过程中产生的新概念，它要求在设计时要充分兼顾性能、质量、成本和环境协调性，从环境协调性的角度对材料设计提出指标及建议。

尽量不使用环境协调性不好的元素，即将枯竭性元素和对生态环境及人体有害作用的元素。

25.什么叫简单合金、通用合金？试述其合金化设计思想及其意义。

答：简单合金：组元组成简单的合金系。

设计化思想：通过选择适当的元素，不含有害元素、不含枯竭元素和控制热加工工艺来改变材料的性能。简单合金在成分设计上有几个特点：合金组元简单，再生循环过程中容易分选；原则上不加入目前还不能精炼方法除去的元素；尽量不适用环境协调性不好的合金元素。意义：不含对人体及生态环境有害的元素，不含枯竭性元素，并且主要元素在地球上的储量相当大，并且容易提取。所生产的材料既具有良好的力学性能，又有好的再生循环性。

通用合金：是指通过调整元素含量能在大范围内改变材料性能，且元素数最少的合金系。设计思想：合金的种类越多，再生循环就越困难。最理想的情况是所有金属制品用一种合金系来制造，通过改变成分配比改变材料性能。

意义：这种通用合金能满足对材料要求的通用性能，如耐热性、耐腐蚀性和高强度等。合金在具体用途中的性能要求则可以通过不同的热处理等方法来实现。通过调整成分配比开发出性能更加优异、附加值更高的再生材料。

26.与碳素钢相比，一般情况下合金钢有哪些主要优缺点？

答：优点：晶粒细化、淬透性高、回火稳定性好；

缺点：合金元素的加入使钢的冶炼以及加工工艺性能比碳素钢差，价格也较为昂贵。而且回火脆性倾向也较大。

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2.0%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<2.0%。

4.为什么贝氏体型普低钢多采用0.5%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0.3%时，能显著推迟珠光体的转变，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：~0.2%C，1.2~1.5%Si，0.8~1.5%Mn，~0.45%Cr，~0.4%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。

第三章

3-2为什么说淬透性是评定钢结构性能的重要指标？

结构钢一般要经过淬火后才能使用。淬透性好坏直接影响淬火后产品质量 3-3调质钢中常用哪些合金元素？这些合金元素各起什么作用？ Mn：↑↑淬透性，但↑过热倾向，↑回脆倾向； Cr：↑↑淬透性，↑回稳性，但↑回脆倾向； Ni:↑基体韧度， Ni-Cr复合↑↑淬透性，↑回脆； Mo：↑淬透性,↑回稳性，细晶,↓↓回脆倾向； V：有效细晶，(↑淬透性) ，↓↓过热敏感性。

3-4机械制造结构钢和工程结构钢对使用性能和工艺性能上的要求有什么不同？工程结构钢：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；4、低的成本

机械制造结构钢：1具有良好的力学性能不同零件，对钢强、塑、韧、疲劳、耐磨性等有不同要求2具有良好冷热加工工艺性如锻造、冲压、热处理、车、铣、刨、磨等 3-5低碳马氏体钢在力学性能和工艺性上有哪些优点？在应用上应注意些什么问题？

力学性能：抗拉强度σb ，1150~1500MPa ；屈服强度σs , 950~1250 MPa ψ≥40% ；伸长率δ，≥10% ；冲击韧度AK≥6J 。这些性能指标和中碳合金调质钢性能相当，常规的力学性能甚至优于调质钢。

工艺性能：锻造温度淬火加自回火

局限性：工作温度<200℃;强化后难以进行冷加工\焊接等工序; 只能用于中小件;淬火时变形大,要求严格的零件慎用.

3-6某工厂原来使用45MnNiV生产直径为8mm高强度调质钢筋，要求

Rm>1450Mpa,ReL>1200Mpa,A>0.6%,热处理工艺是（920±20）℃油淬，（470±10）℃回火。因该钢缺货，库存有25MnSi钢。请考虑是否可以代用。热处理工艺如何调整？能代替，900℃油淬或水淬，200℃回火

3-7试述弹簧的服役条件和对弹簧钢的主要性能要求。为什么低合金弹簧钢中碳含量一般在0.5%~0.75%（质量分数）之间？服役条件：储能减振、一般在动负荷下工作即在冲击、振动和长期均匀的周期改变应力下工作、也会在动静载荷作用下服役；

性能要求：高的弹性极限及弹性减退抗力好，较高的屈服比；高的疲劳强度、足够的塑性和韧度；工艺性能要求有足够的淬透性；在某些环境下，还要求弹簧具有导电、无磁、耐高温和耐蚀等性能，良好的表面质量和冶金质量

总的来说是为了保证弹簧不但具有高的弹性极限﹑高的屈服极限和疲劳极限（弹簧钢含碳量要比调质钢高），还要有一定的塑性和韧性（含碳量太高必然影响塑性和韧性了）。 3-8弹簧为什么要求较高的冶金质量和表面质量？弹簧的强度极限高是否也意味着弹簧的疲劳极限高，为什么？要严格控制弹簧钢材料的内部缺陷，要保证具有良好的冶金质量和组织均匀性；因为弹簧工作时表面承受的应力为最大，所以不允许表面缺陷，表面缺陷往往会成为应力高度集中的地方和疲劳裂纹源，显著地降低弹簧的疲劳强度不一定高。强度极限是在外力作用下进一步发生形变.是保持构件机械强度下能承受的最大应力，包括拉伸、压缩和剪切强度，不一定指弹性极限

3-9有些普通弹簧冷卷成型后为什么进行去应力退火？车辆用板簧淬火后，为什么要用中温回火？

去应力退火的目的是：

a)消除金属丝冷拔加工和弹簧冷卷成形的内应力； b)稳定弹簧尺寸，利用去应力退火来控制弹簧尺寸；

c)提高金属丝的抗拉强度和弹性极限；回火目的：（1）减少或消除淬火内应力，防止工件变形或开裂。（2）获得工艺要求的力学性能。（3）稳定工件尺寸

回火工艺选择的依据是弹性参数和韧性参数的平衡和配合 3-10 大型弹簧为什么要先成形后强化，小型弹簧先强化后成形?

为了方便成型，大弹簧强化后就很难改变形状了，所以要先成型再强化。反之小弹

簧就可以先强化再成型

3-11 直径为25mm的40CrNiMo钢棒料，经正火后难切削为什么？

40CrNiMo属于调质钢，正火得到的应该是珠光体组织。由于该钢的淬透性较好，空冷就能得到马氏体，不一定是全部，只要部分马氏体就会使硬度提高很多，而变得难以切削。

3-12钢的切削加工型与材料的组织和硬度之间有什么关系？为获得良好的切削性，中碳钢和高碳钢各自经过怎样的热处理，得到什么样的金相组织？

硬度由高到低的组织：马氏体、珠光体和铁素体，硬度高切削性能差。中碳钢：淬火加高温回火，回火后得回火索氏体

高碳钢：淬火加低温回火，回火后得回火马氏体少量碳化物和残余奥氏体 3-13用低淬钢做中、小模数的中、高频感应加热淬火齿轮有什么特点？

不改变表面化学成分，表面硬化而心部仍然保持较高的塑性和韧度；表面局部加热，零件的淬火变形小；加热速度快，可消除表面脱碳和氧化现象；在表面形成残余压应力，提高疲劳强度。小齿轮：得到沿着轮廓分布硬化层→“仿形硬化”（关键） 3-14滚动轴承钢常含哪些元素、为什么含Cr量限制在一定范围？

①高碳、铬、硅、锰等合金元素

②它可以提高淬透性、回火稳定性、硬度、耐磨性、耐蚀性。但如果质量分数过大（大于

1.65%）会使残余奥氏体增加，使钢的硬度、尺寸稳定性降低，同时增加碳化物的不均匀性，降低钢的韧性

3-15滚动轴承钢对冶金质量、表面质量和原始组织有那些要求，为什么？

要求：纯净和组织均匀，不允许缺陷存在

原因：1轴承钢的接触疲劳寿命随钢中的氧化物级别增加而降低；非金属夹杂物可破坏

基体的连续性，容易引起应力集中，可达很高数值；2碳化物的尺寸和分布对轴承的接触疲劳寿命也有很大影响：大颗粒碳化物具有高的硬度和脆性、密集的碳化物影响钢的冷热加工性，降低钢的冲击韧度

3-16滚动轴承钢原始组织中碳化物的不均匀性有哪几种情况？应如何改善或消除？

液析碳化物、带状碳化物和网状碳化物消除措施：液析碳化物：采用高温扩散退火，一般在1200℃进行扩散退火带状碳化物：需要长时间退火

网状碳化物：控制中扎或终锻温度、控制轧制后冷速或正火 3-17在使用状态下，的最佳组织是什么？在工艺上应如何保证？

组织特点：细小均匀的奥氏体晶粒度5~8级；M中含0.5~0.6%C；隐晶M基体上分布细

小均匀的粒状K，体积分数约7~8%，一般可有少量AR

热处理工艺：球化退火→为最终淬火作组织准备；淬回火工艺参数对疲劳寿命有很大影响；一般采用保护气氛加热或真空加热；160℃保温3h或更长回火，硬度62~66HRC；如要求消除AR →淬火后立即冷处理,而后立即低温回火。

3-18分析机床主轴的服役条件、性能要求。按最终热处理工艺分类机床主轴有哪几种？每种主轴可选用那些钢号？其冷热加工工艺路线是怎样的？

服役条件：①传递扭矩，交变性，有时会承受弯曲、拉压负荷；②都有轴承支承，轴颈处受磨损，需要较高的硬度，耐磨性好；③大多数承受一定的冲击和过载性能要求：足够的强度；一定的韧度和耐磨性

分类：轻载主轴：采用45钢，整体经正火或调质处理，轴颈处高频感应加热淬火；

中载主轴：一般用40Cr等制造，进行调质处理，轴颈处高频感应加热淬火。如冲击力较大，也可用20Cr等钢进行渗碳淬火

重载主轴：可用20CrMnTi钢制造，渗碳淬火

高精度主轴：一般可用38CrMoAlA氮化钢制造，经调质后氮化处理，可满足要求冷热加工工艺路线：毛坯→预先热处理→机械粗加工→最终热处理（淬火回火或渗碳淬火等)→精加工。

3-19分析齿轮的服役条件、性能要求。在机床、汽车拖拉机及重型机械上，常分别采用哪些材料做齿轮？应用那些热处理工艺？

服役条件：机床齿轮：载荷不大，工作平稳，一般无大的冲击力，转速也不高

汽车、拖拉机上的变速箱齿轮属于重载荷齿轮。

航空发动机齿轮和一些重型机械上的齿轮承受高速和重载

性能要求：较高的弯曲疲劳强度、高的接触疲劳抗力、足够的塑性和韧度、耐磨性好机床齿轮：常选用调质钢制造，如45、40Cr、42SiMn等钢，热处理工艺为正火或调质，高频感应加热淬火

汽车、拖拉机上的变速箱齿轮：一般都采用渗碳钢，如20Cr、20CrMnTi等，进行渗碳热处理。

航空发动机齿轮和一些重型机械上的齿轮：一般多采用高淬透性渗碳钢，如12CrNi3A、18Cr2Ni4W A等钢。

3-20高锰耐磨钢有什么特点，如何获得这些特点，在什么情况下适合使用这类钢？

特点：高碳、高锰。铸件使用。

特点获得手段：

1材质方面：控制碳含量、锰含量、加入适量合金元素

2热处理方面：

①水韧处理加热T应＞Acm，一般为1050 ~1100℃，在一定保温时间下，K全部溶入A

中②缓慢加热、避免产生裂纹

③铸件出炉至入水时间应尽量缩短，以避免碳化物析出。冷速要快，常采用水冷。水冷前水温不宜超过30℃，水冷后水温应小于60℃

④水韧处理后不宜再进行250~350℃的回火处理，也不宜在250~350℃以上温度环境中使用。应用：广泛应用于承受大冲击载荷、强烈磨损的工况下工作的零件，如各式碎石机的衬板、颚板、磨球，挖掘机斗齿、坦克的履带板等

3-21为什么ZGMn13型高锰耐磨钢咋淬火时能得到全部奥氏体组织，而缓冷却得到了大量的

马氏体？

①由于高锰钢的铸态组织为奥氏体，碳化物及少量的相变产物珠光体所组成。沿奥氏体晶界析出的碳化物降低钢的韧性，为消除碳化物，将钢加热至奥氏体区温度（1050-1100℃，视钢中碳化物的细小或粗大而定）并保温一段时间（每25mm壁厚保温1h），使铸态组织中的碳化物基本上都固溶到奥氏体中，然后在水中进行淬火，从而得到单一的奥氏体组织②Mn元素的存在降低了Ms点，在冷却过程中Mn元素会析出以使Ms点升高。淬火时冷却速度较快Mn来不及析出，所以Ms点较低，得到的是奥氏体组织；缓慢冷却时Mn可以析出，Ms点上升，得到的就是大量马氏体组织。

3-22一般说硫（S）元素在钢中的有害作用是引起热脆性，而在易切削钢中为什么有有意的加入一定量的S元素？

硫在钢中与锰和铁形成硫化锰夹杂，这类夹杂物能中断基体金属的连续性，在切削时促使断屑形成小而短的卷曲半径，而易于排除，减少刀具磨损，降低加工表面粗糙度，提高刀具寿命。通常钢的被切削性随钢中硫含量的增多而增高。 3-23 20Mn2钢渗碳后是否适合直接淬火，为什么？

不能，原因：20Mn2不是本质细晶粒钢，Mn元素在低碳钢中减小的是珠光体晶粒尺寸，高碳钢中增大的也是珠光体晶粒，而粗晶粒钢是加热时（在一定范围内，对本质晶粒钢是在930以下）随温度升高晶粒变大，细晶粒钢是变小，或者不易长大，Mn虽然可以细化珠光体，但是却可以增大奥氏体长大的倾向，对20Mn2，含锰较高，这样大大增加奥氏体长大的倾向，所以是本质粗晶粒钢，不能直接淬火。

3-24在飞机制造厂中，常用18Cr2Ni4WA钢制造发动机变速箱齿轮。为减少淬火后残余应力

和齿轮的尺寸变化，控制心部硬度不致过高，以保证获得必需的冲击吸收能量，采用如

下工艺：将渗碳后的齿轮加热到850℃左右，保温后淬入200~220℃的第一热浴中，保温10min 左右，取出后立即置于500~570℃的第二热浴中，保持1~2h，去出空冷到室温。问此时钢表、里的组织是什么？（已知该钢的Ms是310℃，表面渗碳后的Ms约是80℃）表层：回火马氏体加少量残余奥氏体心部：回火索氏体

3-25某精密镗床主轴用38CrMoAl钢制造，某重型齿轮铣床主轴选择了20CrMnTi制造，某普通车床材料为40Cr钢。试分析说明它们各自采用什么样的热处理工艺及最终的组织和性能特点（不必写出热处理工艺具体参数）。热处理工艺：

38CrMoAlA氮化钢制造某精密镗床主轴，经调质后氮化处理，可满足要求。 20CrMnTi钢制造某重型齿轮铣床主轴，渗碳淬火。

40Cr钢制造某普通车床材料，进行调质处理，轴颈处高频感应加热淬火最终组织和性能特点：

38CrMoAlA氮化钢含氮层，回火索氏体；有高的表面硬度、耐磨性及疲劳强度，并具有良好的耐热性及腐蚀性，淬透性不高

20CrMnTi表面一般是残余奥氏体+马氏体+碳化物（有时无）的混合组织，心部是低碳马氏

体、低碳马氏体+上贝氏体、或低碳马氏体+上贝氏体+铁素体的混合组织；具有较高的强度和韧性，特别是具有较高的低温冲击韧性良好的加工性，加工变形微小，抗疲劳性能相当好40Cr钢表面马氏体，心部回火索氏体；40Cr钢一定的韧性、塑性和耐磨性

3-26试述微合金非调质钢的成分、组织及性能特点

成分：①微合金非调质钢是通过微合金化、控制轧制（锻制）和控制冷却等强韧化方法，取消了调质处理达到或接近调质钢力学性能的一类优质或特殊质量结构钢

②微合金化元素： Ti、Nb、V 、N等元素，V是主要的。多元适量，复合加入原则组织：主要是F+P+弥散析出K

性能特点：①微合金非调质钢获得了晶内析出铁素体(IGF)组织,细化了晶粒,热锻后的晶粒度可达8级以上。具有高强度、高韧性；②锻后空冷,抗拉强度、冲击韧度都很高 3-27材料选用的基本原则有哪些？①满足使用性能要求；②满足工艺性能要求

③要经济适用④其他因素：考虑外形和尺寸特点；合金化基本原则：多元适量，复合加入。 3-28论述选择材料的基本思路和方法。

①分析材料的工作条件、尺寸形状和应力状态，科学合理的确定零件的技术要求；②通过分析分析或实验，结合同类型零件失效分析结果，找出实际工作时零件的主要

和次要失效抗力指标作为选材的基本依据；③根据所要求的主要力学性能，选择材料

④综合考虑钢种是否满足次要失效抗力指标的可能性和可能采用的工艺措施

⑤审查所选钢种是否满足所有工艺性基本要求和组织生产的可能性，进一步考虑材料的经济性和生产成本

⑥尽量选择简化加工工艺的材料、要考虑零件的综合成本、保证淬透性钢的合理选择。

第四章工模具钢

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；

变形开裂倾向：主要原因是热应力组织应力。

4-3试用合金化原理分析说明9SiCr、9Mn2V、CrWMn钢的优缺点。

9SiCr①Si、Cr提高淬透性，油淬临界直径D油<40mm；

②Si、Cr提高回火稳定性，经250℃回火，硬度>60HRC；

③K细小、均匀→不容易崩刃；

④通过分级淬火或等温淬火处理，变形较小；

⑤Si使钢的脱碳倾向较大。

CrWMn①Cr、W、Mn复合，有较高淬透性，D油=50~70mm；

②淬火后AR在18~20%，淬火后变形小；

③含Cr、W碳化物较多且较稳定，晶粒细小→高硬度、高耐磨性；

④回稳性较好，当回火温度>250℃，硬度才<60HRC；

⑤W使碳化物易形成网状。

9Mn2V

1）Mn↑淬透性，D油= ~30mm；

2）Mn↓↓MS，淬火后AR较多，约20~22%，使工件变形较小；

3）V能克服Mn的缺点，↓过热敏感性，且能细化晶粒；

4）含0.9%C左右，K细小均匀，但钢的硬度稍低，回火稳定性较差，宜在200℃以下回火；5）钢中的VC使钢的磨削性能变差。9Mn2V广泛用于各类轻载、中小型冷作模具。

4-4 9SiCr和60Si2Mn都有不同程度的脱C倾向，为什么?

两者均含Si元素，Si是促进石墨化的元素，因此加热时易脱碳。

4-5 分析比较T9和9SiCr:

1）为什么9SiCr钢的热处理加热温度比T9钢高?

2）直径为φ30 ~ 40mm的9SiCr钢在油中能淬透，相同尺寸的T9钢能否淬透? 为什么? 3）T9钢制造的刀具刃部受热到200-250℃，其硬度和耐磨性已迅速下降而失效；9SiCr钢制造的刀具，其刃部受热至230-250℃，硬度仍不低于60HRC，耐磨性良好，还可正常工作。

为什么?

4）为什么9SiCr钢适宜制作要求变形小、硬度较高和耐磨性较高的圆板牙等薄刃工具?

1) 9SiCr中合金元素比T9多，加热奥实体化时，要想使合金元素熔入奥氏体中并且还能成分均匀，需要更高的温度。

2）不能。因为9SiCr中Si、Cr提高了钢的淬透性，比T9的淬透性好，9SiCr的油淬临界直径D油<40mm，所以相同尺寸的T9钢不能淬透。

3）Si、Cr提高回火稳定性，经250℃回火，硬度>60HRC；

4）Cr、Si的加入提高了淬透性并使钢中碳化物细小均匀，使用时刃口部位不易崩刀；Si抑制低温回火时的组织转变非常有效，所以该钢的低温回火稳定性好，热处理是的变形也很小。缺点是脱碳敏感性比较大。因此，如果采用合适的工艺措施，控制脱碳现象，适合制造圆板牙等薄刃工具。

4-6 简述高速钢铸态组织特征。

高速钢的铸态组织常常由鱼骨状莱氏体（Ld）、黑色组织（δ共析体等）和白亮组织（M+AR）组成。组织不均匀，可能含粗大的共晶碳化物，必须通过锻轧将其破碎，莱氏体网是任何热处理方法所不能消除的，只有通过热压力加工达到一定的变形量之后才能改善。

4-7在高速钢中，合金元素W、Cr、V的主要作用是什么?

W：钨是钢获得红硬性的主要元素。主要形成M6C型K，回火时析出W2C；W强烈降低热导率→钢导热性差

Cr 加热时全溶于奥氏体，保证钢淬透性，大部分高速钢含4％Cr 。增加耐蚀性，改善抗氧化能力、切削能力。

V 显著提高红硬性、提高硬度和耐磨性，细化晶粒，降低过热敏感性。以VC存在.

4-8 高速钢在淬火加热时，如产生欠热、过热和过烧现象，在金相组织上各有什么特征？

欠热：淬火温度较低，大量K未溶, 且晶粒特别细小。

过热：淬火温度过高，晶粒长大，K溶解过多，未溶K发生角状化；奥氏体中合金度过高，冷却时易在晶界上析出网状K。

过烧：如果温度再高，合金元素分布不均匀，晶界熔化，从而出现铸态组织特征，主要为鱼骨状共晶莱氏体及黑色组织。

4-9 高速钢（如W18Cr4V）在淬火后，一般常采用在560摄氏度左右回火3次的工艺，为什么？

高速钢淬火后三次560℃回火主要目的是：促进残余奥氏体转变为马氏体，未回火马氏体转变为回火马氏体；减少残余应力。

高速钢淬火后大部分转变为马氏体，残留奥氏体量是20—25%，甚至更高。第一次回火后，又有15%左右的残留奥氏体转变为马氏体，还有10%左右的残留奥氏体，15%左右新转变未经回火的马氏体，还会产生新的应力，对性能还有一定的影响。为此，要进行二次回火，这时又有5—6%的残留奥氏体转变为马氏体，同样原因为了使剩余的残留奥氏体发生转变，和使淬火马氏体转变为回火马氏体并消除应力，需进行第三次回火。经过三次回火残留奥氏体约剩1—3%左右。

4-10高速钢每次回火为什么一定要冷到室温再进行下一次回火? 为什么不能用较长时间的一次回火来代替多次回火?

这是因为残余奥氏体转变为马氏体是在回火冷却过程中进行的。因此，在每次回火后，都要空冷至室温，再进行下一次回火。否则，容易产生回火不足的现象（回火不足是指钢中残余奥氏体未完全消除）。

不能:因为高速钢合金元素多而导致残余奥氏体多，淬火后的组织是马氏体+残余奥氏体，第一次回火使得马氏体回火变成为回火马氏体，而残余奥氏体转变为马氏体，这部分马氏体却在第一次回火中没有得到回火，因此，高速钢一次回火不能使所有的残余奥氏体转变成为马氏体。由于多次回火可以较完全消除奥氏体以及残余奥氏体转变成为马氏体时产生的应力，必须多次回火，一般3次。

4-11高速钢在退火态、淬火态和回火态各有什么类型的碳化物? 这些不同类型的碳化物对钢的性能起什么作用?

退火态：退火后的显微组织为索氏体基体上分布着均匀、细小的碳化物颗粒，碳化物类型为M6C型、M23C6型及MC型。

淬火态：加热时，K溶解顺序为：M7C3\M23C6型在1000℃左右溶解完→M6C型在1200℃时部分溶解→MC型比较稳定，在1200℃时开始少量溶解。

回火态：主要为M6C(淬火残留)、MC(回火时析出和淬火残留)、M2C (回火析出)等K.

4-12 高速钢W6Mo5Cr4V2的A1温度在800摄氏度左右，为什么常用的淬火加热温度却高达1200摄氏度以上？

高速钢淬火的目的是获得高合金度的奥氏体，淬火后得到高合金马氏体，具有高的回火稳定性，在高温回火时弥散出合金碳化物而产生二次硬化，使钢具有高硬度和红硬性。高速钢的合金碳化物比较稳定，必须在高温下才能将其溶解。所以，虽然高速钢的A1在800摄氏度左右，但其淬火温度必须在A1+400摄氏度以上。

4-13 高速钢在淬火加热时，常需要进行一次或二次预热，为什么？预热有什么作用？

高速钢导热性差,淬火加热温度又高,所以要预热。可根据情况采用一次预热和二次预热。预热可①减少淬火加热过程中的变形开裂倾向；②缩短高温保温时间，减少氧化脱碳；③准确地控制炉温稳定性。

4-14高速钢在分级淬火时，为什么不宜在950-675摄氏度温度范围内停留过长时间？

高速钢在高温加热奥氏体化后，奥氏体中合金度比较高，具有较高的稳定性。由于合金度高，所以有碳化物析出的趋势。如果冷却时在760摄氏度以上的范围停留，或缓慢地冷却到760摄氏度，奥氏体中会析出二次碳化物，在760摄氏度左右会析出特别强烈。在冷却过程中析出碳化物，降低了奥氏体中的合金度，从而影响了高速钢的红硬性。所以，从工艺上看，对某些需要做空气预冷或在800摄氏度左右作短时停留的工具，应特别注意控制预冷时间，停留时间不宜过长。实验表明，在625摄氏度进行10min的停留就会降低红硬性。所以，高速钢为了防止开裂和减少变形，通常采用在600摄氏度左右分级淬火，其停留时间也应严格控制，一般不超过15min.(书上P104最后一段)

4-15 Cr12MoV钢的主要优缺点是什么?

属于高耐磨微变形冷作模具钢，其特点是具有高的耐磨性、硬度、淬透性、微变形、高热稳定性、高抗弯强度，仅次于高速钢，是冲模、冷镦模等的重要材料，其消耗量在冷作模具钢中居首位。该钢虽然强度、硬度高，耐磨性好，但其韧度较差，对热加工工艺和热处理工艺要求较高，处理工艺不当，很容易造成模具的过早失效。

4-16为减少Cr12MoV钢淬火变形开裂，只淬火到200℃左右就出油，出油后不空冷，立即低温回火，而且只回火一次。这样做有什么不好? 为什么?

此题实在不会，能百度到的相关资料如下

Cr12MoV淬火、回火工艺选择

①Cr12MoV分级淬火（减少变形、防止开裂）：加热温度采用1020℃，保温后放入260~280℃硝盐炉中分级3~10min，转入温度为Ms-(10~20)℃硝盐炉中停留5~10min后空冷。或者直接淬入160~180℃的硝盐炉中停留5~10min后空冷。

空冷到120℃左右转入回火工序。

②Cr12MoV等温淬火（增加强韧度）：加热温度采用1020℃，保温后放入Ms-(10~20)℃的硝盐炉中均温3~10min，转入260~280℃保温2~3h空冷后到120℃左右转入回火工序。

③Cr12MoV钢降温淬火（减少淬火变形）：Cr12MoV钢制造的压胶木粉的成型模，形状复杂、尺寸变形要求严格，要求有一定的韧性，但硬度要求一般为45~50HRC。采用1020℃加热淬火，就必须用高温回火，这样变形难以控制。现在某些工厂采用880℃加热后，油冷到150~200℃立即转入300℃等温3~4h，200℃回火。这样处理的模具变形极小，韧性也好，硬度在45HRC左右。缺陷是热处理组织中有少量的屈氏体存在。

④Cr12MoV钢回火温度的选择：淬火加热采用1020~1050℃，要求高硬度可用180~200℃回火；为防止线切割开裂可选用400~420℃回火。因淬火冷却发生变形，采用480℃回火可使尺寸有少量的收缩；采用510℃回火可使尺寸有少量的胀大。

⑤模具的深冷处理：提高耐磨性，增加尺寸稳定性。

把淬火后的模具放入液氮中1~2h进行深冷处理，然后进行回火，也可以在回火后进行深冷处理。Cr12MoV模具经深冷处理后硬度有1~2HRC的提高。

4-17简述冷作模具、热作模具的服役条件及对钢性能的要求。

冷作模具服役条件：工作T不高，模具主要承受高压力或冲击力，有强烈的摩擦。

主要技术要求为具有高硬度和耐磨性，有一定韧性。

热作模具服役条件：模具是在反复受热和冷却条件下工作.模具受热时间越长，受热程度就越严重.许多模具还受到较大冲击力。工作条件苛刻。

热作模具钢应具有高抗热塑性变形能力、高韧性、高抗热疲劳、良好的抗热烧蚀性

4-18高速钢和经过二次硬化的Cr12型钢都有很高的红硬性，能否作为热作模具使用? 为什么?

不能。高速钢虽有高的耐磨性、红硬性，但韧性比较差、在较大冲击力下抗热疲劳性能比较差，高速钢没有能满足热锤锻模服役条件所需要高韧性和良好热疲劳性能的要求。

4-19 对热锤锻模的回火硬度要求是：小型模具硬度略高，大型模具硬度略低；模面硬度较高，模尾硬度较低。为什么?

小型锻模由于锻件冷却比较快，硬度相对较高，所以小型锻模应具有较高的耐磨性，硬度要求也应在40-44HRC.如果型腔浅而简单，硬度要求还应再提高。大型锻模由于锻模尺寸很大，淬火是的应力和变形比较大，此外工作时应力分布也不均匀，需要有较高的韧度，并且锻件的温度也相对较高，硬度较低，大型锻模的硬度以35-38HRC为宜.

锻模模面和模尾硬度要求不同，模尾部分应力集中、承受冲击，硬度要求低。

4-20热锤锻模、热挤压模和压铸模的主要性能要求有什么异同点?

同：较高的高温强度与耐磨性，良好的耐热疲劳和导热性，

异：热锻模钢还要有高的淬透性，良好的冲击韧度和低的回火脆性倾向

热挤压钢要求高的热稳定性。

压铸模钢要求耐蚀性。

4-21形状复杂的5Cr06NiMo(5Cr08MnMo)钢制造的热锤锻模，为减少变形、防止开裂，在淬火工艺操作上应该采取哪些措施?

（1）预热。为了减小热应力而造成的变形，热锻模一般均经550一6O0℃预热(箱式炉)保温。

（2）采用油冷。油冷的特点是高温区的冷却能力低，低温区的冷却速度合适，可以大大降低淬火工件的组织应力，减小工件变形和开裂的倾向。适用于过冷Ａ比较稳定的合金钢。

4-22 5CrW2Si钢中的合金元素有什么作用? 该钢常用作什么工具?

W：进一步提高耐磨性和细化晶粒，W还能有效地削弱第二类回火脆性，所以含W钢可在430~470℃回火，可得到更好的韧度。

Si、Cr：提高低温回火稳定性，并推迟低回脆性区，因此可提高回火温度到280℃，而得到较高的韧度，特别是Si元素更为有效；这些元素都提高淬透性、强度和耐磨性。

4-23 常用哪些热处理措施来保证量具的尺寸稳定性?

（1）调质处理。获得回火索氏体，减少淬火变形和提高机械交工的光洁度。

（2）淬火和低温回火。常采用不完全淬火+低温回火，保证硬度的前提下，尽量降低淬火温度并进行预热，以减少加热和冷却过程中的温差和淬火应力。

（3）冷处理。高精度量具淬火后必须进行冷处理，以减少残余奥氏体量，从而增加尺寸稳定性。

（4）时效处理。淬火回火后，在120-150摄氏度进行24-36 h的失效处理，消除残余内应力，大大增加尺寸稳定性而不降低其硬度。

4-24 试总结合金元素Si、Mn、Mo、V、Cr、Ni在合金钢中的作用，并能简述其原理。

Si的作用如下：

1）提高钢强度；Si是铁素体形成元素，有较强的固溶强化作用；

2）提高钢的淬透性；可阻止铁素体形核和长大，使“C”曲线右移；

3）提高低温回火稳定性；因Si可以抑制回火时K的形核、长大及转变；

4）提高淬火加热温度；，Si提高A1温度。

5）提高抗氧化性，因为它可以形成致密稳定的氧化膜，同时可以提高FeO的形成温度。6）加热时易脱碳；Si是促进石墨化的元素。

Mo元素在合金中的主要作用归结如下：

（1）降低回火脆性，一般认为Mo可以抑制有害元素在晶界的偏聚；

（2）提高贝氏体的淬透性，因为Mo大大推迟珠光体的转变而对贝氏体转变影响较小；（3）细化晶粒，提高回火稳定性。Mo是强碳化物形成元素，与碳的结合力较大形成的碳化物稳定，不易长大。

（4）提高热强性，因为Mo可以较强地提高固溶体原子的结合力。

（5）提高防腐性，特别是对于非氧化性介质。因为Mo可以形成致密而稳定的MoO3 膜；（6）提高红硬性，因Mo与C原子结合力强，故回火稳定性比较好并且形成的在高温下碳化物稳定。

Ni元素在合金钢中的作用：

1）↑基体韧度→Ni↓位错运动阻力，使应力松弛；

2）稳定A，→Ni↓A1 ，扩大γ区，量大时，室温为A组织；

3）↑淬透性→↓ΔG，使“C”线右移，Cr-Ni复合效果更好；

4）↑回火脆性→Ni促进有害元素偏聚；

5）↓Ms ，↑Ar →↓马氏体相变驱动力。

Mn：强化F 提高淬透性促进晶粒长大提高残余A含量，降低Ms点提高回火稳定性降低热脆性-脱硫

V：提高热强性细化晶粒提高红硬性、耐磨性降低过热倾向降低磨削性

Cr：提高淬透性提高回火稳定性提高抗氧化性，热强性提高耐蚀性细化晶粒降低Ms点（合金元素作用归纳：

Cr：提高淬透性提高回火稳定性提高抗氧化性，热强性提高耐蚀性细化晶粒降低Ms点Mn：强化F 提高淬透性促进晶粒长大提高残余A含量，降低Ms点提高回火稳定性降低热脆性-脱硫

Si：提高δ，降低可切削性提高低温回火稳定性提高抗氧化性提高淬透性提高淬火温度提高脱C，石墨化倾向

Mo：提高淬透性提高热强性降低回火脆性提高回火稳定性细化晶粒提高非氧化性酸的耐蚀性，防止点蚀

Ni：提高基体韧度稳定A组织提高淬透性提高回火脆性降低Ms点-提高残余A含量

V：提高热强性细化晶粒提高红硬性、耐磨性降低过热倾向降低磨削性

Pb:提高切削性能）

4-25 在工具钢中，讨论合金元素起淬透性作用时，应注意什么问题?

Me提高淬透性,只有溶入A中，才起作用；

Me的作用随钢中含碳量而变化，如Si。

工具钢淬透性随热处理条件而变化,如V

第六章耐热钢

1.在耐热钢的常用合金元素中，哪些是抗氧化元素？哪些是强化元素？哪些是奥氏体形成元素？说明其作用机理。

答：①Cr：提高钢抗氧化性的主要元素，Cr能形成附着性很强的致密而稳定的氧化物Cr2O3，提高钢的抗氧化性。

②Al：是提高钢抗氧化性的主要元素，含铝的耐热钢在其表面上能形成一层保护性良好的Al2O3膜，它的抗氧化性能优于Cr2O3膜。

③Si：是提高抗氧化性的辅助元素，效果比Al还要有效。高温下，在含硅的耐热钢表面上形成一层保护性好、致密的SiO2膜。钢中含硅量达1％～2％时，就有较明显的抗氧化效果。④Mo、W：是提高低合金耐热钢热强性能的重要元素，Mo溶入基体起固溶强化作用，能提高钢的再结晶温度，也能析出稳定相，从而提高热强性。W的作用于Mo相似。

⑤Ti、Nb、V：是强碳化物形成元素，能形成稳定的碳化物，提高钢的松弛稳定性，也提高热强性。当钢中有Mo、Cr等元素时，能促进这些元素进入固溶体，提高高温强度。⑥Ni：是奥氏体形成元素，获得奥氏体组织。 2.为什么锅炉管子用珠光体热强钢的含C量都较低（<0.2%）？有一锅炉管子经运行两年后，发现有“起瘤”现象，试分析原因，并提出改进设想。

答：因为含碳量高了，使珠光体球化和聚集速度加快，石墨化倾向增大，合金元素的再分配加速，并且钢的焊接、成型等工艺性能有所降低。在保证有足够强度的前提下，尽可能降低碳量。

3.提高钢热强性的途径有哪些？

答：(1)强化基体：耐热温度要求越高，就要选用熔点越高的金属作基体。合金元素的多元适量复合加入，可显著提高热强性。

(2)强化晶界:①净化晶界:在钢中加入稀土、硼等化学性质比较活泼的元素；②填充晶界空位：晶界上空位较多，原子易快速扩散。B易偏聚于晶界，减少晶界空位。

(3)弥散相强化：金属基体上分布着细小、稳定、弥散分布的第二相质点，能有效地阻止位错运动，而提高强度。获得弥散相的方法有直接加入难熔质点和时效析出两种。

(4)热处理：珠光体耐热钢进行热处理，一方面可获得需要的晶粒度，另一方面可以提高珠光体热强钢的蠕变强度。

4.为什么y-Fe基热强钢比a-Fe基热强钢的热强性要高？

答：因为金属或合金的晶格类型也影响原子间结合力。对Fe基合金来说，面心立方晶体的原子间结合力较强，体心立方晶体较弱。所以奥氏体型钢要比铁素体型钢、马氏体型钢、珠光体型钢的蠕变抗力高。因为奥氏体晶体y-Fe的原子排列比较致密，合金元素在y-Fe晶体中不容易扩散，并且y-Fe晶界上原子有序度比较好，晶界强度较高。

5.什么叫抗氧化钢？常用在什么地方？

答：抗氧化钢：在高温下有较好的抗氧化能力且具有一定强度的钢。常用于工业炉子中的构件、炉底板、料架、炉罐等。

6.为什么低合金热强钢都用Cr、Mo、V合金化？

答:因为Cr是提高钢抗氧化性的主要元素，Cr能形成附着性很强的致密而稳定的氧化物Cr2O3，提高钢的抗氧化性。Cr也能固溶强化，提高钢的持久强度和蠕变极限。Mo是提高低合金耐热钢热强性能的重要元素，Mo溶入基体起固溶强化作用，能提高钢的再结晶温度，也能析出稳定相，从而提高热强性。V是强碳化物形成元素，能形成稳定的碳化物，提高钢的松弛稳定性，也提高热强性。当钢中有Mo、Cr等元素时，能促进这些元素进入固溶体，提高高温强度。

第八章铸铁

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。

（2）牌号中代号后面只有一组数字时，表示抗拉强度值；有两组数字时，第一组表示抗拉强度值，第二组表示延伸率值。两组数字中间用“一”隔开。抗拉强度随壁厚而变化，壁厚越大抗拉强度越小。3）①灰口铸铁：灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。灰铸铁价格便宜，应用广泛，其产量约占铸铁总产量的80%以上。

1.牌号：常用的牌号为HT100、HT150、HT200、……、HT350

灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成的，其基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。灰铸铁的显微组织如下图所示。为提高灰铸铁的性能，常对灰铸铁进行孕育处理，以细化片状石墨，常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。

3.热处理

热处理只能改变铸铁的基体组织，但不能改变石墨的形态和分布。由于石墨片对基体的连续性的破坏严重，产生应力集中大，因而热处理对灰铸铁的强化效果不大，其基体强度利用率只有30%-50%。灰铸铁常用的热处理有：消除内应力退火、消除白口组织退火和表面淬火。

4.用途

灰铸铁主要用于制造承受压力和振动的零部件，如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体等。

②球墨铸铁：球墨铸铁是指石墨呈球形的灰口铸铁，是由液态铁水经石墨化后得到的。与灰铸铁相比，它的碳当量较高，一般为过共晶成分，这有利于石墨球化。

1.牌号：QT400-17、QT420-10、QT500-05、QT600-02、QT700-02、QT800-02、QT1200-01

2.组织

球墨铸铁是由基体+球状石墨组成，铸态下的基体组织有铁素体、铁素体加珠光体和珠光体3种。球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。加入到铁水中能使石墨结晶成球形的物质称为球化剂，常用的球化剂为镁、稀土和稀土镁。镁是阻碍石墨化的元素，为了避免白口，并使石墨细小且分布均匀，在球化处理的同时还必须进行孕育处理，常用的孕育剂为硅铁和硅钙合金。

3.性能

由于球状石墨圆整程度高，对基体的割裂作用和产生的应力集中更小，基体强度利用率可达70%-90%。接近于碳钢，塑性和韧性比灰铸铁和可锻铸铁都高。

4.热处理

由于球状石墨危害程度小，因而可以对球墨铸铁进行各种热处理强化。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。

5.用途

球墨铸铁在汽车、机车、机床、矿山机械、动力机械、工程机械、冶金机械、机械工具、管道等方面得到广泛应用，可代替部分碳钢制造受力复杂，强度、韧性和耐磨性要求高的零件。

③可锻铸铁：可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火后获得的，其石墨呈团絮状。可锻铸铁中要求碳、硅含量不能太高，以保证浇注后获得白口组织，但又不能太低，否则将延长石墨化退火周期。

1.牌号：KTH KTB KTZ分别表示黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号

(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

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》课程教学大纲

《金属材料学》课程教学大纲以下是为大家整理的《金属材料学》课程教学大纲的相关范文，本文关键词为金属材料学,课程,教学大纲,，您可以从右上方搜索框检索更多相关文章，如果您觉得有用，请继续关注我们并推荐给您的好友，您可以在教师教学中查看更多范文。《金属材料学》课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称：金属材料学所属专业：材料物理专业课程性质：专业基础课学分：3 （二）课程简介：《金属材料学》是一门综合性和应用性较强的专业必修课。根据材料物理专业先修课程和教学内容，本课程包括金属学和金属材料两大部分，其中金属学的内容作为《材料科学基础》课程的补充和深入，金属材料部分在《材料科学基础》、《材料力学性能》等课程的基础上，系统介绍金属材料合金化的一般规律及金属材料的成分、工艺、组织、性能及应用的关系。课程的学习，使学生系

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、

2008级金属材料学习题

金属材料学习题集 ※<习题一> 第一章复习思考题-1 1．描述下列元素在普通碳素钢的作用：(a)锰、(b)硫、(c)磷、(d)硅。 2．为什么钢中的硫化锰夹杂要比硫化亚铁夹杂好? 3．为什么要向普通碳素钢中添加合金元素以制造合金钢? ※<习题二> 复习思考题-2 8．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？ 9．钢中常见的碳化物类型主要有几种？哪一种碳化物最不稳定？ 10．分析合金元素对Fe-Fe3C相图影响规律对热处理工艺实施有哪些指导意义? 11．钢在加热转变时，为什么含有强碳化物形成元素的钢奥氏体晶粒不易长大？12．简述合金元素对钢过冷奥氏体等温分解C曲线的影响规律？ 13．合金元素提高钢的回火稳定性的原因何在? 15．叙述低合金钢的第二类回火脆性？ ※<习题三> 复习思考题-3 16．防止钢铁材料腐蚀途径有哪些? 17．钢材的强度随温度的变化将发生变化,从合金化的角度考虑如何提高钢的热强性? 18略述沉淀强化Al-4％Cu合金所必需的三个主要步骤。 ※<习题四> Ch2 复习思考题 1.对工程应用来说，普通碳素钢的主要局限性是哪些?工程构件用合金结构钢的成分和性能要求是什么? 2. 合金元素在低合金高强度结构钢中的作用是什么？为什么考虑低C？具体分析Mn、Si，Al、Nb、V、Ti，Cu、P、Cr、Ni对低合金高强钢性能的影响？ 3.什么是微合金化钢？什么是生产微合金化钢的主要添加元素？微合金化元素在微合金化钢中的作用是什么？ 4.根据合金元素在钢中的作用规律，结合低合金高强度结构钢的性能要求，分析讨论低合金高强度结构钢中合金元素的作用复习思考题-1 1．结合渗碳钢20CrMnTi和20Cr2Ni4A的热处理工艺规范，分析其热处理特点。2．合金元素在机器零件用钢中的作用是什么？就下列合金元素（Cr、Mn、Si、Ni、Mo、Al、Ti、W、V、B）各举一例钢种指出其作用是什么？

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；

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、

金属材料学第二版戴起勋课后题答案

（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.哪些合金元素能显著提高钢的淬透性？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著的元素从大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni等。作用：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，可选用比较缓和的冷却介质，以减小工件的变形与开裂倾向。 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

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。

材料科学基础知识点总结

金属学与热处理总结一、金属的晶体结构重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。晶界具有的一些特性： ①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。二、纯金属的结晶重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法，铸锭三晶区的形成机制。基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷；结晶的热力学条件和结构条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的原子集团。过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。变质处理：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的方法。过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。从热力学的角度上看，

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

《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：r c/r M≤ 0.59为简单点阵结构，有MC和M2C 型；r c/r M > 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：r C/ r M< 0.59，为简单点阵结构，有MC和型；r C / r M > 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、高速钢有很好的红硬性，但不宜制造热锤锻模。

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。

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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r C/r M>0.59时，形成复杂点阵结构；当r C/r M<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。 ③N M/N C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.哪些合金元素能显著提高钢的淬透性？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著的元素从大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni 等。作用：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，可选用比较缓和的冷却介质，以减小工件的变形与开裂倾向。 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。 9.第一类回火脆性和第二类回火脆性是在什么条件下产生的？如何减轻和消除？答：第一类回火脆性: 脆性特征：①不可逆；②与回火后冷速无关；③断口为晶界脆断。

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