金属学材料学课后习题答案全Word文档格式.docx

1、有限溶解：一般K都能溶解其它元素，形成复合碳化物。 强碳化合物形成元素优先与碳结合形成碳化物。NM/NC比值决定了碳化物类型碳化物稳定性越好，溶解越难，析出难越，聚集长大也越难。1-4. 合金元素对Fe Fe3C 相图的S、E 点有什么影响？这种影响意味着什么？凡是扩大 相区的元素均使 S、E点向左下方移动；凡是封闭相区的元素均使S、E 点向左上方移动。S点左移，意味着共析碳量减少； E点左移，意味着出现莱氏体的碳含量减少。1-19. 试解释40Cr13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。因为Cr属于封闭y相区的元素，使S点左移，意味着共析碳量减小，所以钢中含有Cr1

2、2%时，共析碳量小于0.4%，所以含0.4%C、13%Cr的40Cr13不锈钢就属于过共析钢。 Cr使E点左移，意味着出现莱氏体的碳含量减小。在Fe-C相图中，E点是钢和铁的分界线，在碳钢中是不存在莱氏体组织的。但是如果加入了12%的Cr，尽管含碳量只有2%左右，钢中却已经出现了莱氏体组织。1-21. 什么叫钢的内吸附现象？其机理和主要影响因素是什么？合金元素溶入基体后，与晶体缺陷产生交互作用，使这些合金元素发生偏聚或内吸附，使偏聚元素在缺陷处的浓度大于基体中的平均浓度，这种现象称为内吸附现象。 机理：从晶体结构上来说，缺陷处原子排列疏松、不规则，溶质原子容易存在；从体系能量角度上分析，溶质原

3、子在缺陷处的偏聚，使系统自由能降低，符合自然界最小自由能原理。从热力学上说，该过程是自发进行的，其驱动力是溶质原子在缺陷和晶内处的畸变能之差。 影响因素：温度：随着温度的下降，内吸附强烈； 时间：通过控制时间因素来控制内吸附； 缺陷类型：缺陷越混乱，畸变能之差越大，吸附也越强烈； 其他元素：不同元素的吸附作用是不同的，也有优先吸附的问题； 点阵类型：基体的点阵类型对间隙原子有影响。1-22. 试述钢中置换固溶体和间隙固溶体形成的规律。置换固溶体的形成的规律：决定组元在置换固溶体中的溶解度因素是点阵结构、原子半径和电子因素，无限固溶必须使这些因素相同或相似. Ni、Mn、Co与y-Fe的点阵结构

4、、原子半径和电子结构相似，即无限固溶； Cr、V与-Fe的点阵结构、原子半径和电子结构相似，形成无限固溶体； Cu和-Fe点阵结构、原子半径相近，但电子结构差别大有限固溶； 原子半径对溶解度影响：R8%，可以形成无限固溶；15%，形成有限固溶；15%，溶解度极小。间隙固溶体形成的规律： 间隙固溶体总是有限固溶体，其溶解度取决于溶剂金属的晶体结构和间隙元素的原子尺寸； 间隙原子在固溶体中总是优先占据有利的位置； 间隙原子的溶解度随溶质原子的尺寸的减小而增大； 同一溶剂金属不同的点阵结构，溶解度是不同的，C、N原子在y-Fe中的溶解度高于a-Fe。1-23. 在相同成分的粗晶粒和细晶粒钢中，偏聚元

5、素的偏聚程度有什么不同？粗晶粒更容易产生缺陷，偏聚程度大，细晶粒偏聚程度小。1-5 试述钢在退火态、淬火态及淬火-回火态下，不同元素的分布状况。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。1-6 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

6、？Ti、Nb、V等强碳化物形成元素 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。1-7 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。1-8 .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 作用：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，

7、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。1-9 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：不可逆；与回火后冷速无关；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：降低钢中杂质元素的含量；用Al脱氧或加入Nb（铌）、V、Ti等合金元素细化奥氏体晶粒；加入Cr、Si调整温度范围；采用等温淬火代替淬火回火工艺。第二类回火脆性：可逆；回火后满冷产生，快冷抑制；钢在450

8、-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。降低钢中的杂质元素；加入能细化A晶粒的元素（Nb、V、Ti）加入适量的Mo、W元素；避免在第二类回火脆性温度范围回火。1-10 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： Si是铁素体形成元素，固溶强化效果显著；（强度增加，韧性减小） Si是非碳化物形成元素，增大钢中的碳活度，所以含Si钢的脱

9、C倾向和石墨化倾向较大； Si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； Si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。 Si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； Si能够防止第一类回火脆性。Mn: Mn强化铁素体，在低合金普通结构钢中固溶强化效果较好；（强度增加，韧性减小） Mn是奥氏体形成元素，促进A晶粒长大，增大钢的过热敏感性； Mn使A等温转变曲线右移，提高钢的淬透性； Mn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；

10、Mn促进有害元素在晶界上的偏聚，增大钢回火脆性的倾向。Cr： Cr是铁素体形成元素，固溶强化效果显著；（强度增加，韧性减小） Cr是碳化物形成元素，能细化晶粒，改善碳化物的均匀性； Cr阻止相变时碳化物的形核长大，所以提高钢的淬透性； Cr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； Cr促进杂质原子偏聚，增大回火脆性倾向；Mo:（W类似于Mo） 是铁素体形成元素，固溶强化效果显著；（强度增加，韧性减小） 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； 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； 能提高钢的淬透性，使工件得到均匀而

11、良好的力学性能。 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） 是铁素体形成元素，固溶强化效果显著；（强度增加，韧性减小） 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； 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； 提高钢的淬透性，消除回火脆性。Ni: 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） 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； 对A晶粒长大的影响不大； 提高回火稳定性，使相同回火温度下的合金钢的硬度高于

12、碳钢； 促进钢中有害元素的偏聚，增大钢的回火脆性。1-11 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淬透性：40CrNiMo40CrMn 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。） 回火稳定性：40Cr 奥氏体晶粒长大倾向：40CrMn40Cr 40CrNi40CrNiMo 韧性：40Cr（Ni能够改善基体的韧度） 回火脆性：40Cr40CrNiMo（Mo降低回火脆性）1-

13、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

14、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。1-13 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：Nb-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。 Mn-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