金属材料学课程的性质和要求.docx

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金属材料学课程的性质和要求

一、课程的性质和要求

1、课程性质

金属材料学是一门综合性比较强的专业主干课.在学生学过材料科学基础〔或金属学原理〕、材料组织控制原理、材料组织控制工艺〔或材料强韧化〕与材料力学性能等课程的基础上,系统地介绍金属材料合金化的一般规律与各类主要金属材料的成分、工艺、组织和性能之间的关系.通过课堂讲授、综合性实验、综合性作业等环节,培养学生分析问题和解决问题的能力.

2、课程要求

1〕掌握主要金属材料的合金化基本原理,了解材料成分设计和工艺设计的依据,为发掘材料潜力和开发新材料打下一个理论基础；

2〕了解各种典型材料的成分、工艺、组织结构和性能之间的有机关系；

3〕能初步从零件的服役条件出发,对材料提出合理的技术要求,正确地选择材料并合理制订工艺.

3、课程改革

《金属材料工程》专业是##省品牌专业.在新的专业内涵下,进行了课程体系的重构.专业主干课程内容和教学方法的改革也是品牌专业建设的重要内容.《金属材料学》是该专业主干课程中涉与综合性知识的一门课程,从知识结构来说,它是一门该专业最后的综合性主干课,也是学生在今后工作岗位上最有实践指导意义的一门课程.根据专业建设的情况和课程特点,对该课程的教学进行了改革.主要是精简和补充内容、编制多媒体电子课件、改革教学方法、开展课堂讨论、增加综合性作业,选编习题和布置课堂思考题、设计综合性实验等.目的是使学生对专业有一个系统的认识,理解专业知识的主线、核心和思想,培养学生分析问题和解决问题的能力.编写《习题与思考题》是其中部分的内容.

结合20多年的教学经验和对课程内涵、重点和难点的深入理解,编写了具有特色的相应教材.

二、习题与思考题

绪论

01、1958年世界工业博览会在比利时召开,博览会大楼,是由9个巨大金属球组成,球直径为18米,8球位于立方体角,1球在中心.这象征什么?

说明什么意义?

02、为纪念世界第一位宇航员加加林,莫斯科列宁大街上建造了40英尺高的雕象,雕象材料是钛合金.为什么用钛合金做?

代表什么意义?

03、金子从古到今都作为世界上的流通货币,为什么?

铜是人类最早认识和使用的金属,为什么?

04、1983年在##召开的第4届国际材料与热处理大会的会标是小炉匠锤打的图案,代表什么意义?

为什么古代著名的刀剑都要经过反复锻打?

05、为什么要提出构筑循环型材料产业的发展方向?

钢合金化原理

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?

2、钢中常用的合金元素有哪些?

哪些是奥氏体形成元素?

哪些是铁素体形成元素?

3、哪些是碳化物形成元素?

哪些是非碳化物形成元素?

4、钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类?

各有什么特点?

什么叫合金渗碳体和特殊碳化物?

5、简述合金钢中碳化物形成规律.

6、合金元素对Fe-Fe3C相图上的S、E点有什么影响?

这种影响意味着什么?

7、试述钢在退火态、淬火态与淬火-回火态下,不同合金元素的分布状况?

8、有哪些合金元素强烈阻止奥氏体晶粒的长大?

阻止奥氏体晶粒的长大有什么好处?

9、哪些合金元素能显著提高钢的淬透性?

提高钢淬透性有何作用?

10、什么叫回火稳定性?

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?

11、什么叫钢的第一类回火脆性和第二类回火脆性?

各在什么条件下产生?

如何减轻或消除?

12、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.

13、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.

14、为什么W、Mo、V、Ti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?

15、怎样理解有些元素〔如Cr〕是铁素体形成元素,使奥氏体不稳定,而对过冷奥氏体的影响又起了稳定奥氏体的作用,使"C〞曲线右移?

16、为什么合金化原则是"多元少量,复合加入〞?

试举例说明各合金元素作用的机理.

17、合金元素V在普碳钢或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?

18、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长能表现出来〞?

19、合金元素提高钢的韧性主要有哪些途径?

20、40Cr、40CrNi、40CrNiMo钢,其油淬临界直径分别为25-30mm、40-60mm、60-100mm.试解释淬透性成倍地增大的现象.

21、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?

22、试解释4Cr13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.

23、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.

24、什么叫钢的内吸附现象?

其机理和主要影响因素是什么?

25、试述氮化物的晶体结构和性能特点.

26、试述钢中置换固溶体和间隙固溶体形成的规律.

合金结构钢

27、叙述构件用钢一般的服役条件、加工特点和性能要求.

28、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?

29、为什么普低钢中基本上都含有不大于1.8%Mn?

30、为什么贝氏体型普低钢多采用0.5%Mo和微量B作为基本合金化元素?

31、什么是微合金化钢?

微合金化元素的主要作用是什么?

32、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?

33、在结构钢的部颁标准中,每个钢号的力学性能都注明热处理状态和试样直径或钢材厚度.为什么?

有什么意义?

34、为什么说淬透性是评定结构钢性能的重要指标?

淬火钢中出现非马氏体组织有什么危害?

35、调质钢中常用哪些合金元素?

这些合金元素各起什么作用?

36、机器零件用钢和构件用钢对使用性能和工艺性能上的要求有什么不同?

37、低碳马氏体在力学性能和工艺性上有哪些突出优点?

38、低碳马氏体钢在应用上应注意些什么问题?

39、某工厂原来使用45MnSiV生产Φ8mm高强度调质钢筋.要求σb>1450Mpa,σs>1200Mpa,δ>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?

如可以代用,热处理工艺如何调整?

40、弹簧钢的主要性能要求是什么?

为什么合金弹簧钢的含C量一般在0.5-0.75%之间?

41、弹簧为什么要求很高的冶金质量和表面质量?

弹簧钢的强度极限高,是否就意味着弹簧的疲劳极限高?

为什么?

42、说明65Mn、60Si2Mn、50CrVA钢的主要性能与用途.

43、有些普通弹簧冷卷成型后为什么要进行去应力退火?

车辆用板簧淬火后,为什么要用中温回火?

44、为什么板簧不能强化后成型?

而线径很细的弹簧不能用热成型后强化?

45、什么是易切削钢?

易切削钢常用做哪些零件?

46、在易切削钢中常加入哪些元素?

它们对提高钢切削性能的作用机理是什么?

47、直径25mm的40CrNiMo钢棒料,经过正火后难以切削,为什么?

48、材料的切削加工性与材料的组织和硬度之间有什么关系?

为获得好的切削性,中C钢和高C钢各自应经过什么样的热处理,得到什么样的金相组织?

49、用低淬钢做中、小模数的中、高频感应加热淬火齿轮有什么优点?

50、说明20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA钢的主要性能特点和用途.

51、说明38CrMoAlA钢中各合金元素的作用.

51、为什么滚动轴承钢的含C量都为高C?

滚动轴承钢中常含有哪些合金元素?

各起什么作用?

为什么含Cr量限制在一定X围?

52、滚动轴承钢对冶金质量、表面质量和原始组织有哪些要求?

为什么?

53、滚动轴承钢的主要性能要求有哪些?

54、对滚动轴承钢原始组织中碳化物不均匀性的几种情况,应该如何改善和消除?

55、在使用状态下,滚动轴承钢的最佳组织是什么?

在工艺上应如何保证?

56、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?

每种主轴可选用哪些钢号?

其冷、热加工工艺路线是怎样的?

57、分析齿轮的服役条件、性能要求.在机床、汽车拖拉机与重型机械上,常分别选用哪些材料作齿轮?

应用哪些热处理工艺?

58、试归纳总结各类机器零件用钢的含C量X围、热处理工艺、最终的组织与力学性能.

59、高锰耐磨钢有什么特点?

为什么会有这样的特点?

如何获得这些特点?

在什么情况下适合使用这类钢?

60、为什么一般说S元素在钢中的有害作用是引起热脆性,而在易切削钢中又能有意地加入一定量的S元素?

61、20Mn2钢渗碳后是否适合于直接淬火?

为什么?

62、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尺寸的变化,控制心部硬度不致过高,以保证获得必需的冲击韧性,采用如下工艺：

将渗C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10分钟左右,取出后立即置于550-570℃的第二热浴中,保持1-2小时,取出空冷到室温.问：

此时钢表、里的组织是什么?

已知：

该钢的Ms=310℃,表面渗C后的Ms=80℃左右.

63、试述微合金非调质钢的成分、组织、性能特点.

64、为什么ZGMn13型高锰耐磨钢在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?

65、在结构钢中,如有Mo元素合金化,其加入量一般小于0.5%?

66、各类超高强度钢是在哪些钢的基础上发展起来的?

各有什么优缺点?

67、设计创制马氏体时效钢的基本依据是什么?

68、请用强度和韧性的矛盾关系来简述超高强度钢的发展.

工模具钢

69、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?

70、工具钢常要做哪些力学性能试验?

测定哪些性能指标?

为什么?

71、试用合金化原理分析说明9SiCr、9Mn2V、CrWMn钢的优缺点.

72、9SiCr和60Si2Mn都有不同程度的脱C倾向,为什么?

73、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?

74、在高速钢中,合金元素W、Cr、V的主要作用是什么?

75、有一批W18Cr4V钢制钻头,淬火后硬度偏低,经检验是淬火加热温度出了问题.淬火加热温度可能会出现什么问题?

怎样从金相组织上去判断?

76、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?

77、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?

78、Cr12MoV钢的主要优缺点是什么?

79、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?

80、简述冷作模具钢的服役条件与对钢性能的要求.

81、热作模具钢的服役条件和对钢性能的要求有什么特点?

82、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?

83、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?

84、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?

85、对形状复杂的5CrNiMo<5CrMnMo>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?

86、5CrW2Si钢中的合金元素有什么作用?

该钢常用作什么工具?

87、常用哪些热处理措施来保证量具的尺寸稳定性?

88、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.

89、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?

不锈钢和耐热钢

90、提高钢耐腐蚀性的方法有哪些?

91、为什么大多数不锈钢的含C量都控制在比较低的X围内?

92、Cr、Mo、Cu元素在提高不锈钢抗蚀性方面有什么作用?

93、什么叫n/8规律或Tammann定律?

94、1Cr13、2Cr13、3Cr13和4Cr13钢在性能、用途和热处理工艺上有什么不同?

95、为什么Cr12型冷作模具钢不是不锈钢,而9Cr18为不锈钢?

96、试述铁素体不锈钢的主要性能特点和用途.

97、为什么Cr17钢多在退火态下使用,而Cr17Mo2Ti钢可进行淬火强化?

98、奥氏体不锈钢的主要优缺点是什么?

99、说明18-8型奥氏体不锈钢产生晶界腐蚀的原因与防止办法.

100、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.

101、为什么锅炉管子用珠光体热强钢的含C量都较低〔<0.2%〕?

102、提高钢热强性的途径有哪些?

103、为什么γ-Fe基热强钢比α-Fe基热强钢的热强性要高?

104、什么叫抗氧化钢?

常用在什么地方?

105、为什么低合金热强钢都用Cr、Mo、V合金化?

106、分别简述普低钢、渗C钢、低C马氏体钢、不锈钢等钢类的含C量都比较低的原因.

铸铁

107、铸铁与碳钢相比,在成分、组织和性上有什么主要区别?

108、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?

109、铸铁壁厚对石墨化有什么影响?

110、试分别比较说明在灰铸铁和球墨铸铁中石墨形态对力学性能与热处理工艺手段的影响.

111、球墨铸铁的性能特点与用途是什么?

112、和钢相比,球墨铸铁的热处理原理有什么异同?

113、HT200、HT350、KTH300-06、QT400、QT600各是什么铸铁?

各具有什么样的基体和石墨形态?

说明它们的力学性能特点与用途.

114、如何理解：

铸铁在一般的热处理过程中,石墨参与相变,但是热处理并不能改变石墨的形状和分布.

有色金属与其合金

115、铝合金热处理强化和钢淬火强化的主要区别是什么?

116、以Al-Cu合金为例,简要说明铝合金时效的基本过程.

117、铝合金的成分设计要满足哪些条件才能有时效强化?

118、硬铝合金有哪些优缺点?

说明LY12的热处理特点.

119、试述铸造铝合金的类型、特点和用途.

120、锌含量对黄铜性能有什么影响?

121、什么叫"弹壳黄铜〞、"商业黄铜〞、"金色黄铜〞、"易切黄铜〞、"海军黄铜〞?

写出其主要牌号与用途.

122、锡青铜的铸造性能为什么比较差?

123、滑动轴承合金主要有哪几种?

分哪两类组织?

124、钛合金的合金化原则是怎样的？

为什么几乎在所有钛合金中,均有一定含量的合金元素铝？

为什么铝的加入量都控制在6%～7%以下？

125、为什么国内外目前应用最广泛的钛合金是Ti-A1-V系的Ti-6A1-4V即TC4合金？

126、简述铝和锡在α钛合金中的作用.

127、如何改善钛合金的生产工艺？

128、要扩大钛合金在民品工业中的应用,首要的任务是什么？

通过什么途径可以实现？

129、镁合金的最大特点是什么?

为什么被称为"绿色工程材料〞?

130、镁合金中的主要合金元素是哪些？

它们的作用是什么？

131、在铸造镁合金中,稀土元素的作用是什么？

哪一种稀土元素应用效果最佳？

为什么？

132、镁合金的热处理特点是什么？

在什么情况下,镁合金需要进行二次热处理？

133、锌合金有哪些特点？

锌合金中普遍存在的问题是什么？

可通过什么途径来改善它？

新型金属材料

134、功能材料与一般结构材料材料在特征上有什么差异?

135、简述常用软磁合金、硬磁合金种类、合金化、工艺与性能特点.

136、列举常用电热合金、热电偶合金种类、合金化、工艺与性能特点

137、何谓超导材料,超导金属材料的分类和特性.

138、何谓形状记忆效应,简述金属的形状记忆原理和条件.

139、简述常用形状记忆合金种类、合金化、工艺与性能特点.

140、列举常用热膨胀合金和减振合金与特点.

141、发展储氢材料的意义是什么?

储氢合金必须具备的条件是什么?

142、简述金属基复合材料的分类和性能特点.

143、如何选择金属基复合材料的增强体和基体材料?

144、金属基复合材料的界面结合形式、界面类型有哪些?

145、论述金属基复合材料的界面浸润、界面反应与控制方法.

146、简述金属基复合材料常用的制备工艺方法与其特点.

147、对比分析纤维、晶须和颗粒增强金属基复合材料的力学性能规律.

148、复合材料的结构设计应注意哪些因素?

149、例举和分析2例自然界中存在的复合材料.