金属材料学复习题2

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1、钢的合金化概论1、钢中常存的杂质有哪些？硫、磷对钢的性能有哪些影响？钢中常存的杂质有:Mn、Si、S、P、N、H、O 等。S易产生热脆；P 易产生冷脆。2、合金元素对纯铁 相区的影响可分为几种，请举例说明。合金元素对纯铁 相区的影响可分为四种：（1）开启 相区(无限扩大 相区)，如 Mn、Ni、Co（2）扩展 相区(有限扩大 相区)，如 C、N、Cu、Zn、Au （3）封闭 相区(无限扩大 相区)，如 Cr、V，W、Mo、Ti、Si、Al、P、Be（4）缩小 相区(但不能使 相区封闭)，如 B、Nb、Zr3、在铁碳相图中，含有 0.77%C 的钢称为共析钢，如果在此钢中添加 Mn 或 Cr 元

2、素，含碳量不变，那么这种 Fe-C-Mn 或 Fe-C-Cr 钢分别是亚共析钢还是过共析钢？为什么？含有 0.77%C的 Fe-C-Mn或 Fe-C-Cr钢为过共析钢。因为几乎所有合金元素都使 Fe-C相图中 S点左移，S 点左移意味着共析碳含量降低。4、合金元素 V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al 中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在 -Fe 中形成无限固溶体？哪些能在 -Fe 中形成无限固溶体？铁素体形成元素： V、Cr、W、Mo、Ti；奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni、Cu；能在 -Fe 中形成无限固溶体的元素：Cr、V；能在 -Fe 中形成无限固溶

3、体的元素： Mn、Co、Ni 。5、合金元素对钢的共析温度有哪些影响？合金元素对钢的共析体含碳量有何影响？扩大 相区的元素使铁碳合金相图的共析转变温度下降；缩小 相区的元素使铁碳合金相图的共析转变温度上升。几乎所有合金元素都使 S点碳含量降低；尤其以强碳化物形成元素的作用最为强烈。6、常见的碳化物形成元素有哪些？哪些是强碳化物形成元素、中强碳化物形成元素、弱碳化物形成元素？常见的碳化物形成元素有：Ti、Zr、V、Nb、Cr、W、Mo、Mn、Fe；强碳化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V；中强碳化物形成元素：Mo、W、Cr；弱碳化物形成元素：Mn、Fe。7、钢在加热转变时，为什么含有强碳化物形成元

4、素的钢奥氏体晶粒不易长大？当强碳化物形成元素以未溶 K存在时，起了机械阻止奥氏体晶粒长大的作用；当强碳化物形成元素溶解在 A中时，降低了铁的自扩散系数，提高了原子间结合力，同时使界面的表面张力增大。这些综合作用阻止了奥氏体晶粒长大。8、什么是合金钢的回火脆性？回火脆性产生的原因及解决方法。钢在 200350 之间和 450650之间回火时，冲击韧性不但没有升高，反而显著下降的现象，称为合金钢的回火脆性。第一类回火脆性产生的原因：钢在 200350 低温回火时，Fe 3C薄膜在原奥氏体晶界上或马氏体板条间形成，削弱了晶界强度；P、S、Bi 等杂质元素偏聚于晶界，也降低了晶界的结合强度，与回火后的

5、冷却速度无关。解决方法： 尽可能避免在形成低温回火脆性温度范围内回火；可选用含有可改善脆性的合金元素 Mo、Ti、V、Al 等的合金钢或加入 Si推迟脆化温度范围。 生产高纯钢，降低 P、S 等杂质元素含量。第二类回火脆性产生的原因：钢在 450650 回火后缓冷的过程中杂质元素 Sb、S、As 等偏聚于晶界；或 N、P、O 等偏聚于晶界，形成网状或片状化合物，降低了晶界强度而产生的。解决方法：尽可能避免在形成高温回火脆性温度范围内回火，如不可避免，可减少回火脆性温度下停留时间或回火后快冷，一般小件用油冷，较大件用水冷；但工件尺寸过大时，即使水冷也难防止脆性产生，或因工件形状复杂不允许快速冷却

6、时，可选用含 Mo、W 的合金钢制造；提高冶金质量，尽可能降低钢中有害元素的含量。 9、什么是淬透性？提高淬透性的 Me有哪些？钢的淬透性是指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性，也就是钢在淬火时能获得马氏体的能力。提高钢的淬透性的合金元素主要有：B、Mn、Mo、Cr、Si、Ni 等。10、贝氏体钢中最常用的合金元素有哪些？贝氏体钢中最常用的合金元素有：Mo、B。11、碳钢的分类及牌号表示方法。碳钢的分类：（1）按碳含量可分为低碳钢；中碳钢；高碳钢。（2）按质量（品质）分为普通碳素钢，优质碳素钢，高级优质碳素钢，特级优质碳素钢。（3）按用途分为碳素结构钢，优质碳素结构钢，碳素工具钢，

7、一般工程用铸造碳素钢。（4）按冶炼时的脱氧程度分为沸腾钢，镇静钢，半镇静钢，特殊镇静钢。碳钢的牌号表示方法：（1） 普通碳素结构钢由代表屈服点的字母（Q） 、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z、TZ）等四个部分按顺序组成。 Q195、Q275 不分质量等级，脱氧方法符号在镇静钢和特殊镇静钢的牌号中可省略。 （2）优质碳素结构钢一般用两位数字表示。表示钢中平均碳的质量分数的万倍。若钢中含锰量较高，须将锰元素标出。 沸腾钢在数字后面标“F” （08F、10F、15F） ，半镇静钢标“b” ，镇静钢一般不标符号。高级优质碳素结构钢在牌号后加符号“A” ，特级碳素结构

8、钢加符号“E” 。 专用优质碳素结构钢还要在牌号的头部（或尾部）加上代表产品用途的符号.（3）碳素工具钢一般用标志性符号“T”加上碳的质量分数的千倍表示。高级优质碳素工具钢在其数字后面再加上“A”字。含锰碳素工具钢中锰的质量分数可扩大到 0.6%，这时，在牌号的尾部标以 Mn。（4）一般工程用铸造碳素钢用标志性符号“ZG”加上最低屈服点值-最低抗拉强度值表示。合金钢1、列举出常用调质钢的典型钢号，说明合金元素在调质钢中的主要作用?低淬透性合金调质钢：40Cr中淬透性合金调质钢：40CrMn、40CrNi高淬透性合金调质钢：40CrNiMoA合金元素的主要作用：提高淬透性。2、为什么滚动轴承钢的

9、含碳量均为高碳？滚动轴承钢中常含有哪些合金元素？它们在滚动轴承钢中起什么作用？为什么钢中含铬量被限制在一定范围之内？为了保证轴承钢有高的硬度和耐磨性，因此含碳量均为高碳。滚动轴承钢中常用合金元素：Cr、Si、Mn、V、Mo 和 RE等。合金元素的作用：Cr可提高钢的淬透性和降低过热敏感性以及提高钢的抗蚀性。提高回火稳定性。Si、Mn 主要提高淬透性，Si 还可提高钢的回火稳定性；V能细化晶粒，可减轻 Mn的过热敏感性；Mo能提高回火稳定性；RE可改善夹杂物形态、分布及细化晶粒。当 Cr1.65%以后，则会使残余 奥氏体 增加，使钢的硬度和尺寸稳定性降低，同时还会增加 K的不均匀性，降低钢的韧性

10、。所以一般控制 Cr含量在 1.65%以下。3、为什么 ZGMn13型高 Mn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？高锰钢在 Acm以上温度加热后得到了单一奥氏体组织，奥氏体中合金度高（高 C、高Mn） ，使钢的 Ms点低于室温以下。如快冷，K 来不及从 A中析出，就获得了单一奥氏体组织；慢冷由于 K可从奥氏体中大量析出，使奥氏体的合金度降低，Ms 点上升，所以空冷时发生相变，得到了大量的马氏体。4、请解释“红硬性”这一名词的含义？红硬性指钢在较高温度下保持一定时间后能保持其硬度的能力。5、低合金工具钢主要添加哪些合金元素，它们的作用是什么？主要加入 Mn、Si、W、

11、Mo、V 等元素。Cr可细化 K，使合金渗碳体均匀分布切易于球化，在淬火加热时阻碍奥氏体晶粒长大；Si可提高低温回火稳定性，Si 强化 F,减弱了切削加工性,增大脱碳敏感性，不单独加入；W一般在 0.51.5%，W 含量太多，使 K分布不匀，恶化性能。6、18-4-1 钢的铸态组织、淬火态组织以及回火态组织？铸态组织：鱼骨状莱氏体（Ld） 、黑色组织（ 共析体等）和白亮组织（M + A R） ；淬火态组织：马氏体（M） 、约 30%残余奥氏体（A R）+ 碳化物（K） ；回火态组织：回火马氏体（M 回 ） 、少量残余奥氏体（A R）+ 碳化物（K） 。7、 高速钢每次回火为什么一定要冷到室温再

12、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？高速钢（W18Cr4V）的 A1点温度在 800左右，为什么常用的淬火温度却高达 12601290？高速钢中合金元素的含量较高，淬火后残余 A 的合金度高，使 Ms 点大大降低。残余A 稳定性大，在回火加热过程中不分解。在 500600保温时也仅从中析出合金碳化物，使残余 A 合金度有所降低，使 Ms 点升高，冷到室温时部分残余 A 发生 M 转变。一次回火后，残余 A 的量减少到 10%左右，但还需要进一步降低残余 A 的量，并且要消除回火时新产生 M 引起的内应力，所以高速钢一般需要在 560左右三次回火。高速钢中的合金元素含量

13、较高，合金碳化物比较稳定，必须在高温下才能将其溶解，所以，虽然高速钢的 A1 点温度在 800左右，但其淬火加热温度必须在 Ac1 + 400以上。8、高速钢热处理缺陷主要有哪几种？过热、过烧、脱碳、萘状断口9、钢的电化学腐蚀的主要形式有哪些？均匀腐蚀、晶间腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀10、 高 Cr F不锈钢的脆性主要有哪几个方面？粗晶脆性、 相脆性和 475脆性11、 说明 18-8型 A不锈钢产生晶界腐蚀的原因及防止办法。A不锈钢焊接后，在焊缝及热影响区（550800） ，在许多介质(5065%的热硝酸、含铜盐和氧化铁的硫酸溶液、热有机酸等)中产生晶间腐蚀。Cr-Ni A 不锈钢在550800

14、工作，或在该温度下进行时效处理（或保温或缓慢冷却）时，也会得到由于焊接加热的同样效果。晶间腐蚀产生的原因 （1）由钢中的碳引起的。 （2） 相在晶界析出也会造成晶间腐蚀。（3）钢中氮含量0.16%，沿晶界析出 Cr2N，增加晶间腐蚀倾向。（4）在氧化性介质中，奥氏体不锈钢经固溶处理也会发生晶间腐蚀。 消除晶间腐蚀的方法（1）在敏化温度范围长期加热，通过铬的扩散消除贫铬区。 （2）降低奥氏体不锈钢中的碳含量。C0.03%，没有晶间腐蚀发生。（3）加入强碳化物形成元素 Ti和 Nb，形成稳定的 TiC或 NbC。（4）钢中有 10-50%体积的 铁素体，可改善奥氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向。 12、

15、为什么 Cr12型冷作模具钢不是不锈钢，而 9Cr18为不锈钢？Cr提高耐蚀性的作用符合 n/8定律。按照 n/8定律，1/8 值的最低 Cr含量应为 11.7%质量比。因为有一部分 Cr要和 C形成 K，并不存在于固溶体中，所以 Cr含量应提高到13%质量比，且随着 C含量的增加，钢中的 Cr含量也要相应地增加。Cr12型冷作模具钢中 Cr含量低于 13%，不满足 n/8定律所需的最低 Cr含量，因此不是不锈钢。 14、9SiCr 和 60Si2Mn都有不同程度的脱 C倾向，为什么?9SiCr和 60Si2Mn中都含有 Si，而 Si是促进石墨化的元素，因此加热时易脱 C。15、为使“不锈钢

16、”不锈，铁中大约需要多少重量百分数的铬? 铬是铁素体稳定剂还是奥氏体稳定剂?试加解释。为使“不锈钢 ”不锈，铁中大约需要 11.7%的 Cr。铬是铁素体稳定剂。16、按合金钢的编号规则指出下列钢中各元素平均含量及类别名称（如低合金高强度结构钢、渗碳钢、调质钢） 。W18Cr4V, 18Cr2Ni4W, GCr15, Q345、20CrMnTi、60Si2Mn 、9SiCr 、CrWMn、W6Mo5Cr4V2、1Cr18Ni9Ti、40Cr、T8、Cr12MoV。W18Cr4V：18%W ，4%Cr，1%V。高速钢；18Cr2Ni4W： 0.18%C，2%Cr ，4%Ni ，1%W。渗碳钢；GCr15：1.5%Cr，滚动轴承钢；Q345：低合金高强度结构钢；20CrMnTi：0.2%C，1%Cr，1%Mn，1%Ti。渗碳钢；60Si2Mn：0.6%C，2%Si，1%Mn。弹簧钢；9SiC