金属材料学答案

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1、(1) 黄铜：铜锌合金称为 黄铜，再加入其他元素后称为多元黄铜 。(2) 锌当量系数 ： 每 1% 合金元素在组织上替代锌的数量 。(3) 青铜：是铜和 Sn、Al 、Be、Si、Mn 、Cr、Cd 、Zr 和 Ti 等合金的通称。(4) 白铜：是以镍为主要 合金元素的铜合金。1）碳当量： 是将硅含量折合成相当的碳量与 实际碳含量之和。2）共晶度： 是铸铁的碳含量与其共晶点碳含 量的比值。(1) 蠕变极限 ：在规定温度和规定时间产生一 定蠕变变形量的应力。(2) 持久强度 ：在规定温度和规定时间引起断 裂的应力。(3) 持久寿命 ：在规定温度和规定应力作用下 引起断裂的时间。(1) 液析碳化物

2、 ：钢液在凝固时产生的严重枝晶偏析，局部地区碳和铬浓度达到共晶成分，产生离异共晶，粗大的共 晶碳化物经轧制被拉成条带状。(2) 网状碳化物 ：过共析钢在热轧（锻）后缓慢冷却过程中，二次碳化物沿奥氏体晶界析出呈网状分布。(3) 水韧处理 ：将高锰钢加热到高温奥氏体区， 使碳化物充分溶入奥氏体中， 并在此温度迅速水冷 ，得到韧性好的单相 奥氏体组织。(4) 超高强度钢 ：室温强度为 b1370MPa 或s1245MPa 的钢。(1) 晶间腐蚀 ：富铬的 Cr23C6碳化物沿晶界呈网状连续析出， 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

3、Cr 区作为阳极发生 腐蚀，腐蚀集中在晶界附近。(2) 应力腐蚀 ：在拉应力作用下，不锈钢在某些介质中经过不长的时间就会发生破裂，而且拉应力越大，越易发生破 裂。(3) n/8 规律：当 Cr 的摩尔分数每达到 1/8，2/8 ，3/8 时，合金的腐蚀速 度都相应有一个突然的降低。第一章钢的合金化原理3简述合金元素对扩大和缩小相区 的影响，并说明利用此原理在生产中 有何意义？奥氏体形成元素 ：扩大奥氏体相 区，含量高时可以使奥氏体稳定到室温 ，成为室温组织。铁素体形成元素 ：缩小奥氏体相区，含量高时可以使奥氏体相区完全消失，使铁素体成为高温组织。生产中的应用 ：在钢中加入大量奥氏体形成元素或铁

4、素体形成元素，得到室温组织为奥氏体的奥氏体钢或高温组 织为铁素体的铁素体钢，满足特殊性 能的要求。 。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。稳定性低。Mn

5、： 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；

6、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 ？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

7、光体数量，使抗拉强度增加 。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。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。 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

8、 ，抑制再结晶。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 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。 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

9、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，

10、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 HB450500，耐磨性提高，内部仍保持原来 软而韧

11、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

12、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

13、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

14、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。 黑色组织 ：由于包晶和包共晶转变需要固相扩散， 使达到所需 C和 Me ，才能转变为 ，所以不能充分进行。部分被保留，随后发生共析转变，K，称为共析。在金相组织中呈黑色。白亮组织 ：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。共晶组织增多 ：包晶和包共 晶转变不彻底，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

15、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 8

16、00-850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) 回火时的组织变化淬火马氏体转变 为回火马氏体；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。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)