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金属材料学考试题库

第一章钢中的合金元素

1合金元素对纯铁丫相区的影响可分为哪几种？

答：

开启丫相区的元素：

镍、锰、钻属于此类合金元素

扩展丫相区元素：

碳、氮、铜属于此类合金元素

封闭丫相区的元素：

钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅属于此类合金元素

缩小丫相区的元素：

硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素

2、合金元素对钢丫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a-Fe、丫-Fe、和S-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（丫）稳定化元素

这些合金元素使A3温度下降，A4温度上升，即扩大了丫相区，它包括了以下两种情况：

（1）开启丫相区的元素：

镍、锰、钻属于此类合金元素

（2）扩展丫相区元素：

碳、氮、铜属于此类合金元素

B铁素体（a）稳定化元素

（1）封闭丫相区的元素：

钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅

（2）缩小丫相区的元素：

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

扩大丫相区元素：

降低了A3,降低了A1

缩小丫相区元素：

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、什么元素可与丫-Fe形成固溶体，为什么?

答：

镍可与丫-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a-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

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3、请简述影响钢冷成型的主要力学性能指标或组织要求

答：

低的屈服强度

高的延伸率

高的均匀伸长率

高的加工硬化率

高的深冲性参量

适当面均匀的晶粒度

控制夹杂物的形状和分布

游离渗碳体的数量和分布

4、请问那些合金元素有可能改善钢的切削加工性能？

答：

硫是了解最清楚和广泛应用的易削添加剂铅是仅次于硫的常用易削添加剂近年来许多注意力已经转到钙脱氧生产易削结构钢上

5、简述改善钢的焊接性能的途径

碳当量越低，

答：

采用碳当量为比较的基础，由加入的各元素来计算和评定钢材的焊接性能。

焊接性能越好。

近似公式：

碳当量=C+Mn/6+（Ni+Cu）/15+（Cr+Mo+V）/5

第六章构件用钢

1、碳钢中长存元素有哪些？

它们与钢的性能有什么影响？

答：

碳、锰、硫、磷、硅

含碳量增加，强度上升，硬度提高，塑韧性下降锰可提高钢的淬透性，同时具有固溶强化作用硅有固溶强化作用，但不能细化铁素体晶粒

硫在一般钢中均被认为是有害元素，会引起钢的热脆，S在易切钢中是有利的

磷在一般钢中均被认为是有害元素，会引起晶界脆化，造成冷脆

2、人们对低合金高强度钢的性能有什么要求？

答：

1、要求钢材具有较高的屈服强度

2、较大的屈强化比（Ts/db，适合的比值在之间

3、较好的塑性、延伸率一般不小于21%

4、较好的冲击韧性，在纵向和横向分别不小于80和60J/cm2

5、较低的韧脆转折温度：

应低于-30C左右

6、具有良好的工艺性能和耐蚀性，较低成本

3、请概述低合金高强度钢中常用合金元素

答：

低合金高强度钢的基本成分的考虑应该是低的含碳量

稍高的锰含量

用铝细化晶粒

适当用硅固溶强化

利用Nb、VTi细化晶粒和产生沉淀强化

4、何为控制轧钢和控制冷却？

答：

常规热轧在高温快速再结晶区轧制，控制轧制在高温下的再结晶区变形紧靠Ar3以上的

低温无再结晶区变形。

在奥氏体-铁素体两相区变形，通过控制轧制，可以获得极细的晶粒

度。

控制冷却是在轧制整个过程中对钢材的温度进行控制，以求获得理想的微观组织。

5、概述双相钢的组织和性能特征

答：

常见的双相钢显微组织是铁素体+岛状铁素体+少量残余奥氏体

这类钢具有连续强度的t-£曲线

低的屈服强度

高的应变硬化速率

优良的抗拉强度于塑性的配合

高的均匀伸长率和总伸长率

高加工硬化指数

高塑性应变比

6、请介绍双相钢有几种获取方法，并简述工艺过程

答：

1、热处理双相处理

钢在Ac1与AC3双相区加热，其组织为a+丫，在随后的冷却过程中形成a+m的组织

2、热轨双相钢

钢在热轨后控制冷却，形成80-90%的细小多边形铁素体和马氏体的组织

7、为了调节双相钢中的马氏体百分含量，有几种手段和方法（包括材料成分和处理工艺）答：

在双相区加热

相同成分的材料，加热温度越高，奥氏体越多，冷却后马氏体越多，相同的加热温度，

材料中含碳量越高，奥氏体越多，冷却后马氏体越多。

8、为了调节双相钢中马氏体的含碳量，有几种手段和方法（包括材料的成分和处理了工艺）答：

在双相区加热

相同成分的材料，加热温度越高，奥氏体越多，冷却后马氏体含碳量越低，相同的马氏体含

量，材料中含碳量越高，奥氏体越多，冷却后马氏体含碳量越高。

第七章机械用钢

1、调质钢的成分、组织和性能主要特征有哪些？

答：

具有中等含碳量的结构钢

经过加热淬火成马氏体，并经高温回火，金相组织是回火索氏体

具有强度、塑性及韧性良好匹配的钢

2、请简述调质钢的最后热处理工艺和微观组织

答：

淬火：

将钢体加热至Ac3线以上进行淬火，淬火温度由钢的成分来决定，淬火介质根据钢件尺寸大小和钢的淬透性加以选择回火：

根据所要求的性能来决定回火温度，因此回火是使调质钢的性能定型化的重要工序。

合金组织是回火索氏体。

3、某一调质钢零件经调质处理后，硬度值、抗拉强度值均符合要求，但是零件的疲劳寿命却大幅度下降，请分析原因。

答：

淬透成马氏体的钢与未淬透过的钢通过调节回火温度的高低可达到两者具有相同的硬度

或相同的拉伸强度。

但是这两者的屈服强度、断面收缩率、冲击韧性、疲劳强度等因原始晶相组织的不同而有明显的差异。

可能性有:

1、材料的成分有偏差

2、零件直径太大，材料淬火未淬透

3、淬火介质冷却能力太弱，材料淬火未淬透

4、某一调质钢零件经调质处理后，屈服强度值、延伸率均符合要求，但是零件的冲击韧性却明显低于正常值，请分析原因。

答：

淬透成全马氏体的钢与未淬透过的钢通过调节回火温度的高低可达到两者具有相同的硬

度或相同的拉伸强度，但是这两者的屈服强度、断面收缩率、冲击韧性、疲劳强度等因原始

金相组织的不同而有明显的差异。

可能性有:

1、材料的成分有偏差

2、零件直径太大，材料淬火未淬透

3、淬火介质冷却能力太弱，材料淬火未淬透

5、弹簧钢的成分、组织和性能主要特征有哪些？

答：

弹簧钢的含碳量一般介于，最常加入的合金元素为锰、硅、铬

弹簧钢的热处理一般为淬火+中温回火，组织为回火屈氏体

弹簧钢要求具有高的强度极限，高的屈强比bs/db,高的疲劳极限

6、请简述弹簧钢最后热处理工艺和微观组织答：

弹簧钢的最后热处理一般为淬火+中温回火

金相组织为回火屈氏体

7、轴承钢的成分、组织、性能和主要特征有哪些？

答：

轴承钢选用过过共析的碳含量，铬含量范围为至%

显微组织是回火马氏体基体上分布着均匀细小的碳化物高的淬硬性、高的耐磨性、高的接触疲劳性能、尺寸稳定好

8、请简述轴承钢最后热处理工艺和微观组织

答：

轴承钢的最后热处理工艺一般为淬火+低温回火

显微组织是回火马氏体基体上分布着均匀细小的碳化物

9、请简述渗碳钢的成分设计要点

答：

根据心部要求确定渗碳钢化学成分采用较低（）的碳含量，使心部具有足够的硬度和良好的冲击韧性。

根据零件的使用条件，考虑渗碳钢的淬透性的元素，如铬、锰、镍、钼等考虑形成碳化物和加速渗碳的综合因素，选用铬、钼、镍、锰等元素

10、请简述渗碳钢的最后热处理工艺

答:

一般渗碳钢的热处理工艺：

渗碳---淬火（直接淬火或重新加热淬火）---低温回火

第八章工具钢

1、请以1种碳素工具钢为例，介绍其预备热处理和最终热处理工艺，并说出它的成分和组织特征。

答：

化学成分

碳：

为了有足够高的硬度及较好的耐磨性，碳素工具钢一般含有含碳量越高，则钢的耐磨性越好，而韧性越差。

锰：

碳素工具钢中加入少量（）的锰，如T8Mo可提高钢的淬透性，但锰含量过高会使钢的韧性下降。

硅：

硅可提高钢的淬透性，但过高会促进石墨化倾向

硫、磷应严格控制

预备热处理---球化退火为了使渗碳体呈球状并均匀分布，必须进行球化退火，球化退火的加热温度范围一般为

730-800C

最终热处理

碳素工具钢正常淬火加热温度为A3+30-50C,属于不完全淬火，碳素工具钢淬火后应立

即回火，回火温度因工具的种类与用途稍有差异，刀具通常采用180-210C,螺纹工具（如

板牙）采用200-250C最终热处理后得组织是回火马氏体和一些球状碳化物

2、请以1种低合金工具钢为例，介绍其预备热处理和最终热处理工艺，并说出它的成分和组织特征。

答：

化学成分

碳：

为了有足够高的硬度及较好的耐磨性，碳素工具钢一般含有含碳量越高，则钢的耐磨性越好，而韧性越差。

铬：

Cr是碳化物形成元素，提高过冷奥氏体的稳定性，增加淬透性，既能阻止渗碳体型碳化物的聚集、长大，又提高了马氏体的分解温度，从而有效地提高了钢的回火抗力，Cr还

能防止Si的石墨化倾向。

硅：

Si增加钢的淬透性，提高钢的回火稳定性，但Si是石墨化元素，在高碳钢中，高温加

热时引起脱碳和促进石墨化，必须同时添加WCr、Mn等，减少钢的脱碳倾向。

锰：

提高钢的淬透性，但Mn增加钢的过热倾向。

钨：

W在工具钢中形成较稳定的碳化物，阻止钢的过热，保证晶粒细化，有利于提高钢的耐磨性。

V：

V比其他元素更为有效地阻止奥氏体晶粒长大，降低过热敏感性

预备热处理-球化退火

为了使渗碳体呈球状并均匀分布，必须进行球化退火，球化退火的加热温度范围一般为

730-800C。

最终热处理

碳素工具钢正常淬火加热温度为A3+30-50C,属于不完全淬火，加热温度比碳工具钢稍高

些，可用油、熔盐等较缓和的淬火介质，淬火后应立即回火，回火温度因工具的种类与用途而稍有差异。

刀具通常采用180-210C,螺纹工具（如板牙）采用200-250C

最终热处理后的组织是回火马氏体和一些球状碳化物。

3、简述高速钢的二次硬化现象

答：

高速钢淬火后必须马上回火，回火温度在500-600C之间，此时钢的硬度、强度和韧性

均有提高，而在550-570C时可达到硬度、强度的最大值，在此温度区间，钢中残留奥氏体转变为马氏体。

自马氏体中析出弥散的（钼）及V的碳化物（W2CMo2CVC使钢的硬度

进一步提高，这种现象为二次硬化。

4、请描述高速钢的铸态组织，并设计改变其碳化物形状和分布的方法

答：

高速钢的铸态组织很不均匀，大量不均匀分布的粗大碳化物，将造成温度及韧