金属材料学答案Word文档格式.docx

金属材料学答案Word文档格式.docx

《金属材料学答案Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属材料学答案Word文档格式.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

。

5、合金钢中K形成元素（V、Mo、Cr、Mn）所形成的K基本类型及相对稳定性。

V：

即使在钢中含量很低（<

0.1%）时，也要优先形成间隙相VC。

稳定性很高。

Mo：

含量较高时可形成间隙相MoC和Mo2C；

间隙化合物Fe3Mo3C和Fe21Mo2C6。

稳定性高。

含量较低时只能溶入Fe3C中，形成合金渗碳体。

稳定性低。

Cr：

含量较高时可形成间隙化合物Cr23C6和Cr7C3，稳定性较高。

含量较低时只能溶入Fe3C中，形成合金渗碳体。

Mn：

在钢中只形成合金渗碳体。

稳定性最低。

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？

第一次回火脆性：

强和中强碳化物形成元素及硅、铝可以提高其发生的温度，延缓其发生。

第二次回火脆性：

加钼、钨可以消除。

9、如何理解二次硬化和二次淬火的相关性和不同点？

相关性：

（1）都是在高温回火时发生的。

（2）都使硬度升高。

不同点：

（1）二次硬化是指回火后硬度升高的现象；

二次淬火是指回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体的相变过程。

（2）二次淬火只是产生二次硬化的原因之一；

沉淀强化也能产生二次硬化。

10．一般的，刚有哪些强化与韧化途径？

强化：

固溶强化；

细晶强化；

加工硬化；

沉淀强化。

韧化：

减少缺陷；

降低杂质；

细化晶粒；

加入适量的镍、锰。

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?

（1）较高的屈服强度、良好的塑性和韧性；

（2）低温韧性和耐大气腐蚀；

（3）良好的成形性，包括冷变形性和焊接性。

2．合金元素在低合金高强结构钢中主要作用是什么？

为什么考虑采用低C？

㈠强化作用1、固溶强化：

Mn、Si固溶强化铁素体。

2、细晶强化：

V，Ti，Nb和Al细化奥氏体晶粒。

（2）Cr，Mn，Ni增加过冷奥氏体稳定性，降低相变温度，细化铁素体和珠光体。

3、V，Ti，Nb在铁素体中析出极细小的碳化物颗粒，产生沉淀强化。

4、增加珠光体数量，使抗拉强度增加。

㈡工程结构钢的韧化

1、Mn、Ni、Cr降低韧-脆转变温度。

Mn﹤1.5%，Cr含量较低，Ni对耐低温钢尤其重要。

2、、V，Ti，Nb产生的细晶强化可以补偿弥散强化对韧性的损害。

㈢低碳：

提高塑性、韧性和焊接性。

3、什么是微合金钢？

微合金化元素在微合金化钢中主要作用有哪些？

举例说明。

微合金钢：

加入微合金元素（V、Ti、Nb）的高强度低合金钢。

除了微合金元素外，主要加入Mn、Si、Cr、Mo、N等合金元素。

微合金化元素的作用

（1）抑制奥氏体形变再结晶。

①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，阻碍晶界和位错运动，抑制再结晶。

②固溶的铌原子偏聚在奥氏体晶界，阻碍晶界运动。

（2）阻止奥氏体晶粒长大（3）沉淀强化（4）细化铁素体组织

①固溶在奥氏体中的铌、钒提高了奥氏体的稳定性，降低相变温度。

②细小的奥氏体和未再结晶的形变奥氏体增加了铁素体形核数量。

4、低碳B钢的合金化有何特点？

（1）碳含量低（0.10-0.20%），保证韧性和焊接性。

（2）以0.5%Mo（+B）为基础，保证空冷条件下获得贝氏体组织。

（3）Cr，Ni，Mn：

增加淬透性，使贝氏体转变温度降低，便于得到下贝氏体组织，具有更低的脆性转变温度。

（4）V，Ti，Nb：

细化晶粒，弥散强化。

第三章机械制造结构钢

2、.调质刚、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。

形成：

都起因于钢锭结晶时产生的树枝状偏析。

液析碳化物属于偏析引起的伪共晶碳化物，带状碳化物属于二次碳化物偏析，这种碳化物偏析区沿轧向伸长呈带状分布。

危害：

（1）淬火时易开裂；

（2）组织和硬度不均匀；

（3）机械性能呈各向异性；

（4）降低接触疲劳强度。

消除：

高温扩散退火。

4．说明易切削钢提高切削性能的合金化原理。

原理：

形成夹杂物，起以下作用。

（1）夹杂物作为应力集中源，破坏金属连续性，减少切削能量。

（2）夹杂物阻断工件向刀具传热，减少刀具温升。

（3）夹杂物与刀具摩擦系数较低，减少刀具的磨耗。

方法：

（1）加Ca、S生成MnS等非金属夹杂物。

（2）加Pb以单质存在，也能起断屑、减少磨损的作用。

6．高锰钢在平衡态、铸态、热处理态、使用状态下各是什么组织？

为何具有抗磨性？

（1）平衡态组织：

珠光体和碳化物。

（2）铸态组织：

粗大的铸态奥氏体和碳化物。

（3）热处理组织：

粗大的铸态奥氏体。

（4）使用组织：

表面是形变高碳马氏体，心部是单相奥氏体。

（5）具有抗磨性的原因：

表面应力超过屈服强度时会产生加工硬化，形成马氏体。

硬度提高到HB450－500，耐磨性提高，内部仍保持原来软而韧的状态。

7.GCr15钢是什么类型的钢？

C和Cr的含量约为多少？

C和Cr的主要作用是什么？

其预先热处理和最终热处理分别是什么？

（1）GCr15钢是滚动轴承钢。

含碳量为1%，含铬量为1.5%。

（2）碳的主要作用：

含碳量为0.45%的回火马氏体基体，提高强度、硬度和耐磨性。

数量为8%的细颗粒未溶合金渗碳体（Fe,Cr）3C，提高耐磨性、细化奥氏体晶粒。

（3）铬的作用：

提高淬透性；

提高合金渗碳体的稳定性，淬火加热时保持细小颗粒，细化奥氏体晶粒，提高耐磨性。

（4）预先热处理

球化退火：

得到均匀细粒状珠光体组织。

780-800℃加热，炉冷。

正火：

得到细片状珠光体。

850-950℃加热，空冷。

（5）最终热处理

淬火：

830-860℃加热，油冷。

回火：

150-170℃。

8．氮化钢的合金化有何特点？

合金元素有何作用？

特点：

在中碳调质钢的基础上满足氮化工艺性能要求。

合金元素作用：

（1）提高淬透性，保证心部组织达到规定的强度。

（2）氮化工艺性能（氮化物形成元素Al、Nb、V、Cr、Mo、W）;

（3）回火稳定性（Mo、V）；

（4）防止高温回火脆性（Mo）。

2．采用普通碳素工具钢的优点是什么，局限性是什么？

优点：

成本低，冷热加工性好。

缺点：

只宜作尺寸较小，形状简单，受热温度不高的工件。

（1）淬透性差，临界直径小：

油冷为5mm，水冷为15mm。

（2）淬火变形开裂倾向大。

（3）组织稳定性差，高于200℃硬度明显下降。

3．什么是红硬性，为什么它是高速钢是一种重要性能，哪些元素在高速钢中能提高红硬性？

红硬性：

当刃具温度为650℃时，硬度HRc＞50。

高速钢在高速切削时，刃具温度可上升到600-650℃，所以红硬性是高速钢的一种重要性能。

提高红硬性的合金元素：

W、Mo、V、Co、及微合金元素N。

☆强烈阻碍回火时马氏体中碳原子析出，提高回火稳定性。

☆回火时在马氏体中弥散析出W2C、Mo2C造成二次硬化。

4、18-4-1高速钢铸态显微组织特征是什么，为什么高速钢在热处理前一定要大量热加工？

（1）实际铸态组织：

大量鱼骨状Ld′和黑色屈氏体及白亮马氏体和残余奥氏体。

①黑色组织：

由于包晶和包共晶转变需要固相扩散，使δ达到所需C和Me，才能转变为γ，所以不能充分进行。

部分δ被保留，随后发生共析转变，δ→γ＋K，称为δ共析。

在金相组织中呈黑色。

②白亮组织：

γ的共析反应被抑制，过冷到较低温度转变为M＋AR，在金相组织中呈白色。

③共晶组织增多：

包晶和包共晶转变不彻底，δ没有完全消失，L相对增加，使Ld′增多。

（2）由于铸态高速钢中有粗大的鱼骨状共晶碳化物，所以必须经过锻轧将其粉碎，使其成为均匀分布的颗粒状碳化物。

如变形量不足，会存在粗的网状碳化物和密集的带状碳化物，淬火易开裂，并降低硬度、热硬性、强度、韧性和耐磨性。

7、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℃进行二次预热处理？

高速钢淬火加热时，必须保证奥氏体中固溶大量的合金元素，即有足够的碳化物溶入奥氏体。

而高速钢中的合金碳化物都比较稳定，M23C6到1090℃才完全溶解，M6C和MC分别在1037℃和1100℃开始溶解，所以18-4-1高速钢要采用1280℃淬火加热。

高速钢是高合金钢，导热系数小，为了防止工件加热时变形、开裂和缩短高温加热时间以减少脱碳，需要在500-600℃和800-850℃进行二次预热保温，保温时间比加热时间长一倍。

8．高速钢18-4-1淬火后三次回火的目的是什么，这种回火在组织上引起什么样的变化？

（1）回火时的组织变化

①淬火马氏体转变为回火马氏体；

②沉淀强化：

马氏体和残余奥氏体中析出弥散分布的合金碳化物颗粒。

③二次淬火：

残余奥氏体由于合金度降低，在冷却过程中转变为淬火马氏体。

（2）三次回火的目的

二次淬火产生的淬火马氏体需要回火，残余奥氏体需要两次回火才能基本消除，所以要采用三次回火。

9、高碳，高鉻工具钢耐磨性极好的原因是什么，抗氧化的原因？

（1）耐磨性好的原因：

马氏体基体的硬度高。

未溶碳化物数多（退火时体积分数为16-20%）。

未溶碳化物是铬碳化物中硬度最高的Cr7C3，HV为1700。

（2）抗氧化的原因：

形成了稳定、致密、结合牢固的Cr2O3保护膜。

第五章不锈耐蚀钢

2．从电化学腐蚀原理看，采用哪些途径可以提高钢的耐蚀性？

（1）得到单相固溶体组织。

（2）表面形成稳定的保护膜。

（3）提高固溶体（阳极）的电极电位。

3．合金元素及环境介质对耐蚀钢的耐蚀性的影响？

合金元素的影响：

（1）Cr是提高耐蚀性的主要元素，可提高固溶体的电极电位，形成稳定的保护膜。

不锈钢中Cr含量不低于13%，同时符合n/8规律。

（2）Ni提高铬不锈钢在硫酸、醋酸、草酸及中性盐中的耐蚀性。

（3）Mn提高铬不锈钢在有机酸中耐蚀效果。

（4）Mo提高在热硫酸、稀盐酸、磷酸及有机酸中耐蚀，同时防止氯离子对膜的破坏抗点腐蚀。

（5）Cu在不锈钢表面作为附加微阴极，易于达到钝化状态，提高耐蚀性，一般加入2-3%。

（6）Si提高不锈钢在盐酸、硫酸及高浓度硝酸中的耐蚀性，一般加入2-4%。

环境介质的影响：

（1）大气、水、水蒸气等弱腐蚀介质中采用Cr13不锈钢。

（2）氧化性酸中采用Cr＞17%以上的高铬不锈钢。

（3）非氧化性酸中一般Cr，Cr-Ni不锈钢难以钝化，需加入Ni、Mo，Cu增加钢的钝化能力。

（4）强有机酸介质中一般Cr，Cr-Ni不锈钢难以钝化需加入Mo，Cu、Mn增加钢的钝化能力。

（5）含Cl-1介质中需加入Mo增强抗点蚀能力。

4．奥氏体不锈钢晶间腐蚀产生的原因，影响因素及防止方法？

产生原因：

富铬的Cr23C6碳化物沿晶界呈网状连续析出，在晶界附近形成10-5cm宽的贫铬区，当贫铬区Cr含量下降到12%以下时钝化能力急剧下降，贫Cr区作为阳极发生腐蚀，腐蚀集中在晶界附近。

消除措施：

（1）钢中含C量降到0.03%以下，不析出碳化物，不会发生晶间腐蚀。

（2）加入Ti，Nb，生成稳定的TiC，NbC，固定钢中C，不生成铬的碳化物，不产生贫铬区。

（3）调整化学成分，出现10－50%δ铁素体，使Cr23C6在δ/γ相界δ相一侧呈点状析出，避免了在奥氏体晶界析出。

铬在δ相中扩散快，不会产生贫铬区。

（4）在550-800℃长时间加热，通过铬的扩散消除奥氏体中的贫铬区。

5．不锈钢发生应力腐蚀破裂的产生原因，影响因素及防止方法？

㈠产生原因：

张应力使位错运动形成表面滑移台阶，破坏了表面钝化膜。

裸露的滑移台阶若来不及修补成完整的钝化膜，会发生阳极溶解形成蚀坑，并继续向内部扩展，形成腐蚀裂纹。

㈡影响因素

（1）腐蚀介质Cl-强烈引起应力腐蚀。

随Cl-浓度升高，破坏时间缩短。

（2）只有张应力才会产生应力腐蚀。

应力越大，破坏时间越短。

（3）在含Cl-的水溶液中，80℃以上才产生应力腐蚀。

温度越高，破坏时间越短。

（4）组织和成分

①铁素体不锈钢和高镍奥氏体不锈钢不敏感,含铁素体的复相不锈钢敏感性低。

Cr18Ni9型奥氏体不锈钢很敏感。

②氮促进应力腐蚀裂纹的诱发和传播。

㈢防止措施

（1）加入2-4%的Si或2%的Cu。

（2）氮含量<

0.04%，并尽量降低磷、砷、锑、铋等杂质元素含量。

（3）采用高纯度铁素体不锈钢。

（4）采用奥氏体－铁素体复相不锈钢，铁素体占50-70%。

第六章耐热钢及耐热合金

2．耐热钢和耐热合金的基本性能要求有那两条？

（1）高温强度；

（2）高温化学稳定性。

4.如何利用合金化提高钢的高温抗氧化性能？

加入Cr，Si，Al提高FeO生成温度，阻止FeO生成。

（2）当Cr，Al含量高时，可形成致密、稳定、结合牢固的Cr2O3、Al2O3阻碍铁原子扩散。

3、如何利用合金化提高钢的高温强度？

（1）提高基体强度

①加入Ni、Mn、N，以奥氏体作为基体，奥氏体的原子排列较致密，原子间结合力强，比铁素体热强性好。

②加入W，Mo，产生固溶强化。

（2）晶界强化

①纯化晶界：

使晶界处分布的P，S及其它低熔点杂质形成稳定的难熔化合物。

②填充空位：

加入B填充晶界空位，阻止扩散。

③晶界沉淀强化：

沉淀相在晶界不连续析出，形成强化相骨架。

（3）沉淀强化：

加入W，V，Ti，Nb，Al，在晶内析出具有高的高温强度和高温稳定性的碳化物、金属间化合物。

第八章铝合金

1．以Al-4％Cu合金为例，阐述铝合金的时效过程及主要性能变化？

随温度升高，可分为四个阶段。

①Cu原子在｛100｝晶面上富集，形成铜原子富集区（GP区）。

②GP区进一步扩大，并有序化，具有正方点阵，称为θ’’。

③铜、铝原子之比为1：

2时，形成过渡相θ’，具有正方点阵。

④形成稳定相CuAl2，称θ，正方点阵。

与此对应，性能变化也分为四钢阶段。

①与基体保持共格关系，产生严重的点阵畸变，提高硬度、强度。

②与基体保持共格关系，强化效果最强烈。

③与基体保持半共格关系，强化效果下降，处于过时效阶段。

④与基体共格关系完全破坏，合金强度、硬度进一步降低。

2．变形铝合金分为几类，说明主要变形铝合金的合金系，牌号及主要性能特点？

㈠非热处理强化变形铝合金

（1）铝锰防锈铝合金合金系：

铝-锰。

牌号：

LF21。

性能特点：

在大气和海水中耐蚀性和纯铝相当。

良好的工艺性能。

（2）铝镁防锈铝合金合金系：

铝-镁。

LF2。

在大气和海水中耐蚀性优于LF21合金，在酸性和碱性介质中比LF21稍差。

第九章镁合金

1．镁的晶格类型如何，镁及镁合金有何主要性能特点？

镁具有密排六方点阵结构。

主要性能特点：

（1）密度轻，在金属材料中比强度和比刚度最高。

（2）高的抗震能力，能承受冲击载荷。

（3）优良的切削加工性和抛光性能。

2.镁合金按生产方法分为几类，其牌号如何表示？

分为变形镁合金和铸造镁合金两大类。

㈠变形镁合金

（1）镁锌锆系合金。

牌号：

MB15。

（2）镁锰系合金。

牌号：

MB1。

（3）镁稀土系和镁钍系耐热镁合金。

MA11。

（4）镁锂合金。

MA21。

㈡铸造镁合金

（1）镁铝锌铸造合金。

ZM5。

（2）镁锌锆铸造合金。

ZM1。

（3）镁稀土锆系耐热铸造合金。

ZM6

第十章铜合金

2．铜合金分为几类，不同铜合金的牌号如何表示，主要性能是什么？

黄铜：

二元黄铜：

铜－锌合金。

H85，H70，H62。

塑性好。

多元黄铜：

铝黄铜，HAl77-2，提高耐蚀性，增加强度。

锡黄铜，HSn70-1，提高耐蚀性，增加强度。

铅黄铜，提高切削性。

青铜：

锡青铜：

铜-锡合金。

QZSn10，铸造收缩率小，适于铸造形状复杂，壁厚变化大的工件。

多元锡青铜：

锡磷青铜，QZSn6.5－0.1（P），提高强度锡锌青铜，QSn4－3（Zn），改善力学性能。

铝青铜：

铜-铝合金。

QAl10，良好的力学性能、耐蚀性和耐磨性。

铝铁镍青铜：

QAl10－4－4，强度高，耐热，耐磨性好。

白铜：

普通白铜：

铜-镍合金。

B20，耐蚀性好，冷热加工性好。

锌白铜：

BZn15－20，（Ni：

15%，Zn：

20%）高强度，高弹性。

铝白铜：

高强度，高弹性，高耐蚀性。

电工白铜：

康铜，考铜，B0.6白铜

第十一章钛合金

1．钛的晶格类型如何，钛合金的分类及牌号？

晶格类型：

固态下有同素异构转变：

<

882℃，hcp结构，称α－Ti。

882-1678℃，bcc结构，称β－Ti。

分类及牌号：

（1）α钛合金。

TA4，TA5，TA6，TA7，TA8。

（2）α＋β钛合金。

TC1，TC2，TC3，……TC10。

（3）β钛合金。

TB1，TB2。

2.钛及钛合金有何主要性能特点？

（1）强度与优质钢相近，密度轻，比强度高。

（2）在400-500℃耐热性远比铝合金和镁合金高。

（3）耐蚀性与18-8不锈钢相当，特别是在海水和含氯介质中的几乎不腐蚀。

TA8：

近α钛合金。

Ti-5Al-2.5Sn-3Cu-1.5Cu

良好的热塑性和焊接性；

良好的抗氧化性；

耐热性较好。

TC4：

α＋β钛合金。

Ti-6Al-4V。

既有高强度又有好的加工成型性。

400℃以上，蠕变强度稍逊。

WelcomeTo

Download!

!

欢迎您的下载，资料仅供参考！