金属材料学课后答案较全Word格式文档下载.docx
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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？
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。
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？
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？
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？
提高回火稳定性的合金元素：
Cr、Mn、Ni、Mo、W、V、Si
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？
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：
①可逆；
②回火后满冷产生，快冷抑制；
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。
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。
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；
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；
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；
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。
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）
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；
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：
Si
Mn
Cr
Mo
W
V
Ni
F的力学
性能
增加强度，减小韧性
增加强度、韧性
同上
K形成倾向
非K形成元素
弱K形成元素
中强K形成元素
强K形成元素
A晶粒长大倾向
细化
促进
阻碍作用中等
大大阻碍
影响不大
淬透性
增加
回火稳定性
提高低温回火
提高
回火脆性
推迟低温回脆，促进高温回脆
大大降低
降低
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
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：
③奥氏体晶粒长大倾向：
40CrMn>
40Cr>
40CrNiMo
④韧性：
40CrNi>
40Cr（Ni能够改善基体的韧度）
⑤回火脆性：
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？
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。
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？
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？
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。
Cr、Ni、Mo都能提高淬透性，40Cr、40CrN
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