金屬材料學題型總結

時間：2024-10-13 05:30:04

金屬材料學題型總結

金屬材料學題型總結

金屬材料學題型總結

　　篇一：金屬材料學復習題(整理版)

　　第一章合金化

　　合金元素: 特別添加到鋼中為了保證獲得所要求的組織結構從而得到一定的物理、化學或機械性能的化學元素。

　　微合金元素: 有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，當其含量只在0.1%左右（如B 0.001%，V 0.2 %）時，會顯著地影響鋼的組織與性能，將這種化學元素稱為微合金元素。

　　奧氏體形成元素:在γ-Fe中有較大的溶解度,且能穩定γ相；如 Mn, Ni, Co, C, N, Cu；

　　鐵素體形成元素: 在α-Fe中有較大的溶解度，且能穩定α相。如：V，Nb, Ti 等。

　　原位析出: 元素向滲碳體富集，當其濃度超過在合金滲碳體中的溶解度時, 合金滲碳體就在原位轉變成特殊碳化物如Cr鋼中的Cr：

　　離位析出: 在回火過程中直接從α相中析出特殊碳化物，同時伴隨著滲碳體的溶解，可使HRC和強度提高（二次硬化效應）。如 V，Nb, Ti等都屬于此類型。

　　2．合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是鐵素體形成元素？

　　哪些是奧氏體形成元素？哪些能在-Fe中形成無限固溶體？哪些能在-Fe 中形成無限固溶體？

　　答：鐵素體形成元素：V、Cr、W、Mo、Ti、Al；

　　奧氏體形成元素：Mn、Co、Ni、Cu能在-Fe中形成無限固溶體：V、Cr；能在-Fe 中形成無限固溶體：Mn、Co、Ni

　　3．簡述合金元素對擴大或縮小γ相區的影響，并說明利用此原理在生產中有何意義？

　　擴大γ相區：使A3降低，A4升高一般為奧氏體形成元素

　　分為兩類：a.開啟γ相區：Mn, Ni, Co 與 γ-Fe無限互溶.

　　b.擴大γ相區：有C，N，Cu等。如Fe-C相圖，形成的擴大的γ相區，

　　構成了鋼的熱處理的基礎。

　　（2）縮小γ相區：使A3升高，A4降低。一般為鐵素體形成元素

　　分為兩類:a.封閉γ相區：使相圖中γ區縮小到一個很小的面積形成γ圈,其結果使δ相區與α相區連成一片。如V, Cr, Si, A1, Ti, Mo, W, P, Sn, As, Sb。

　　b.縮小γ相區：Zr, Nb, Ta, B, S, Ce 等

　　（3）生產中的意義：可以利用M擴大和縮小γ相區作用，獲得單相組織，具有特殊性能，在耐蝕鋼和耐熱鋼中應用廣泛。

　　4．簡述合金元素對鐵碳相圖（如共析碳量、相變溫度等）的影響。

　　答：1）改變了奧氏體區的位置

　　2）改變了共晶溫度：（l）擴大γ相區的元素使A1，A3下降；

　　(2)縮小γ相區的元素使A1，A3升高。當Mo>8.2%,

　　W>12%,Ti>1.0%,V>4.5%,Si>8.5%，γ相區消失。

　　3.）改變了共析含碳量：所有合金元素均使S點左移。（提問：對組織與性能有何影響呢？）

　　5．合金鋼中碳化物形成元素（V，Cr，Mo，Mn等）所形成的碳化物基本類型及其相對穩定性。

　　答：基本類型：MC型；M2C型；M23C6型；M7C3型；M3C型；M6C型；

　　（強K形成元素形成的K比較穩定，其順序為：Ti>Zr>Nb>V>W,Mo>Cr>Mn>Fe）各種K相對穩定性如下：MC→M2C→M6C→M23C6→M7C3→M3C

　　6．主要合金元素（V，Cr，Ni，Mn，Si，B等）對過冷奧氏體冷卻轉變影響的作用機制。

　　答：Ti, Nb, Zr, V：主要是通過推遲P轉變時K形核與長大來提高過冷γ的穩定性；

　　W，Mo,Cr：1）推遲K形核與長大；

　　2）增加固溶體原子間的結合力，降低Fe的自擴散激活能。作用大小

　　為：Cr>W>Mo

　　Mn：（Fe,Mn）3C,減慢P轉變時合金滲碳體的形核與長大；擴大γ相區，強烈推遲γ→α轉變，提高α的形核功；

　　Ni：開放γ相區，并穩定γ相，提高α的形核功（滲碳體可溶解Ni, Co） Co擴大γ相區，但能使A3溫度提高（特例），使γ→α轉變在更高的溫度進行，降低了過冷γ的穩定性。使C曲線向左移。

　　Al, Si ：不形成各自K，也不溶解在滲碳體中，必須擴散出去為K形核創造條件；Si可提高Fe原子的結合力。

　　B，P，Re：強烈的內吸附元素，富集于晶界，降低了 γ的界面能，阻礙α相和K形核。

　　7．合金元素對馬氏體轉變有何影響？

　　答：合金元素的作用表現在：

　　1）對馬氏體點Ms- Mf溫度的影響；

　　2）改變馬氏體形態及精細結構（亞結構）。除Al,Co 外，都降低Ms溫度，其降低程度：強C→Mn→Cr→Ni→V→Mo,W,Si弱

　　提高γ’含量：可利用此特點使Ms溫度降低于0℃以下，得到全部γ組織。如加入Ni,Mn,C,N等

　　合金元素有增加形成孿晶馬氏體的傾向，且亞結構與合金成分和馬氏體的轉變溫度有關.

　　8．如何利用合金元素來消除或預防第一次、第二次回火脆性？

　　1）低溫回火脆性（第I類，不具有可逆性）

　　其形成原因：沿條狀馬氏體的間界析出K薄片；

　　防止：加入Si, 脆化溫度提高300℃；加入Mo, 減輕作用。

　　2)高溫回火脆性（第II類，具有可逆性）

　　其形成原因：與鋼雜質元素向原奧氏體晶界偏聚有關。防止：加入W，Mo消除或延緩雜質元素偏聚.

　　9．如何理解二次硬化與二次淬火兩個概念的相關性與不同特點。

　　答：二次硬化:在含有Ti, V, Nb, Mo, W等較高合金鋼淬火后，在500- 600℃范圍內回火時，在α相中沉淀析出這些元素的特殊碳化物，并使鋼的HRC和強度提高。(但只有離位析出時才有二次硬化現象)

　　二次淬火：在強K形成元素含量較高的合金鋼中淬火后γ’十分穩定，甚至加熱到500-600℃回火時升溫與保溫時中仍不分解，而是在冷卻時部分轉變成馬氏體，使鋼的硬度提高。

　　相同點：都發生在合金鋼中，含有強碳化物形成元素相對多，發生在淬回火過程中，且回火溫度550℃左右。

　　不同點：二次淬火，是回火冷卻過程中Ar轉變為m，是鋼硬度增加。二次硬化：回火后，鋼硬度不降反升的現象（由于特殊k的沉淀析出）

　　10．一般地，鋼有哪些強化與韌化途徑？強化的主要途徑宏觀上：鋼的合金化、冷熱加工及其綜合運用是鋼強化的主要手段。微觀上：在金屬晶體中造成盡可能多的阻礙位錯運動的障礙；或者盡可能減少晶體中的可動位錯，抑制位錯源的開動，如晶須。固溶強化、細晶強化、位錯強化、“第二相”強化沉淀強化、時效強化、彌散強化、析出強化、二次硬化、過剩相強化）

　　韌化途徑：細化晶粒；降低有害元素的含量；

　　防止預存的顯微裂紋；形變熱處理；

　　利用穩定的殘余奧氏體來提高韌性；

　　加入能提高韌性的M，如Ni, Mn；

　　盡量減少在鋼基體中或在晶界上存在粗大的K或其它化合物相。

　　第二章工程結構鋼

　　1．對工程結構鋼的基本性能要求是什么？

　　答：（1）足夠高的強度、良好的塑性;

　　（2）適當的常溫沖擊韌性，有時要求適當的低溫沖擊韌性;

　　（3）良好的工藝性能。

　　2．合金元素在低合金高強度結構鋼中的主要作用是什么？為什么考慮采用低C？

　　答：為提高碳素工程結構鋼的強度，而加入少量合金元素，利用合金元素產生固溶強化、細晶強化和沉淀強化。利用細晶強化使鋼的韌-脆轉變溫度的降低，來抵消由于碳氮化物沉淀強化使鋼的韌-脆轉變溫度的升高。

　　考慮低C的原因：

　　（1）C含量過高，P量增多，P為片狀組織，會使鋼的脆性增加，使FATT50(℃)增高。

　　（2）C含量增加，會使C當量增大，當C當量>0.47時，會使鋼的可焊性變差，不

　　利于工程結構鋼的使用。

　　3．什么是微合金鋼？微合金化元素在微合金化鋼中的主要作用有哪些？答：微合金鋼：利用微合金化元素Ti, Nb, V；

　　主要依靠細晶強化和沉淀強化來提高強度；

　　利用控制軋制和控制冷卻工藝----- 高強度低合金鋼

　　微合金元素的作用：

　　1）抑制奧氏體形變再結晶； 2)阻止奧氏體晶粒長大； 3)沉淀強化； 4)改變與細化鋼的組織 4．低碳貝氏體鋼的合金化有何特點？解：合金元素主要是能顯著推遲先共析 F和P轉變，但對B轉變推遲較少的元素如Mo，B，可得到貝氏體組織。 1）加入Mn, Ni, Cr等合金元素，進一步推遲先共析F和P轉變，并使Bs點下降，可得到下B組織； 2)加入微合金化元素充分發揮其細化作用和沉淀作用； 3)低碳,使韌性和可焊性提高。第三章機械制造結構鋼 1）液析碳化物：由于碳和合金元素偏析，在局部微小區域內從液態結晶時析出的碳化物。 2）網狀碳化物：過共析鋼在熱軋（鍛）加工后緩慢冷卻過程中由二次碳化物以網狀析出于奧氏體晶界所造成的。 3）水韌處理：高錳鋼鑄態組織中沿晶界析出的網狀碳化物顯著降低鋼的強度、韌性和抗磨性。將高錳鋼加熱到單相奧氏體溫度范圍，使碳化物充分溶入奧氏體，然后水冷，獲得單一奧氏體組織。 4）超高強度鋼：一般講，屈服強度在1 370MPa（140 kgf/mm2）以上，抗拉強度在1 620 MPa（165 kgf/mm2）以上的合金鋼稱超高強度鋼。 2．調質鋼、彈簧鋼進行成分、熱處理、常用組織及主要性能的比較，并熟悉各自主要鋼種。

　　答：形成：均起因于鋼錠結晶時產生的樹枝狀偏析；液析碳化物屬于偏析引起的偽共晶碳化物（一次碳化物）；帶狀碳化物屬于二次碳化物偏析（固相凝固過程中）危害：降低軸承的使用壽命，增大零件的淬火開裂傾向，造成硬度和力學性能的不均勻性（各向異性）消除方法： 1）控制成分（C，Cr%）；2）合理設計鋼錠，改進工藝；3）大的鍛（軋）造比來破碎碳化物；4）采用高溫擴散退火（1200℃左右）。 5.馬氏體時效鋼與低合金超強鋼相比，在合金化、熱處理、強化機制、主要性能

　　3．高錳鋼在平衡態、鑄態、熱處理態、使用態四種狀態下各是什么組織？為何具有抗磨特性？

　　答：平衡態組織：α+ (Fe,Mn)3C；鑄態組織：γ+碳化物；

　　熱處理態組織：單相γp；使用狀態下組織: 表面硬化層 + 內部γ

　　具有抗磨特性的原因：1)高沖擊和強擠壓下，其表面層迅速產生加工硬化，在滑移面上形成硬化層，即冷作硬化，使其具有抗磨性。

　　2)加入2-4%的Cr或適量的Mo和V，能形成細小碳化物，提高屈服強度、沖擊韌性和抗磨性。

　　4． GCr15鋼是什么類型的鋼？這種鋼中碳和鉻的含量約為多少？碳和鉻的主要作用分別是什么？其預先熱處理和最終熱處理分別是什么？

　　答：高碳鉻軸承鋼。

　　C含量1%，Cr含量1.5%。

　　C的作用：固溶強化提高硬度; 形成碳化物。

　　Cr的作用：提高淬透性、耐磨性、耐蝕性

　　預先熱處理：（擴散退火，正火）+ 球化退火

　　最終熱處理：淬火 + 低溫回火 +（穩定化處理）