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1、金属材料学填空、选择、判断、名解、问答第一章一、最典型的杂质元素S,P,H,及导致问题S容易和Fe结合形成熔点为989的FeS相，会使刚在热加工过程中产生热脆性；P和Fe 结合形成硬脆的FsS相，使刚在冷变形加工过程中产生冷脆性；H也可以留在刚中，形成所谓的白点，可导致刚的氢脆。二、铁基二元相图类型三、合金元素对Fe-C的影响（1）合金元素对S、E点的影响：扩大相区元素使S、E点向左下方移动，GS线下沉；缩小相区元素使S、E点向左上方移动，GS线上移。S点左移，意味着共析C量减少；E 点左移，意味着出现莱氏体的碳含量减少。（2）合金元素对钢临界点的影响：改变临界点的温度和碳含量，使合金钢和铸铁
2、的热处理制度不同于碳钢；奥氏体形成元素降低A3温度；铁素体形成元素使A3温度升高。四置换固溶体的形成规律遵循Hume-Rothery 固溶体理论。决定元素在置换固溶体中的溶解条件是：点阵类型、原子尺寸和电子结构。五、合金元素在钢中的存在形式（1）溶于固溶体（奥氏体、铁素体），有间隙固溶和置换固溶两类。（2）形成各种碳化物和氮化物。（3）存在金属间化合物中，常在高合金钢中出现。（4）各类夹杂物（如氧化物、硫化物等）。（5）自由态，极少数元素，如铅（Pb）在超过其微量溶解度后，以自由态存在。六、碳化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V；W、Mo、Cr；Mn、Fe。（按顺序）；非碳化物形成元素：Ni、C
3、o、Cu、Si、Al、N、P、S等。七、合金元素对碳化物析出的影响：回火温度提高合金元素明显扩散在碳化物和-铁素体中重新分配碳化物形成元素向碳化物中富集形成合金渗碳体；非碳化物形成元素离开渗碳体；组织变化程度取决于合金元素和C的扩散程度。八、钢的四种强化机制：固溶强化、位错强化、细晶强化和第二相弥散强化。九、提高钢韧度的合金化途径（1）细化奥氏体晶粒、组织：Ti、Nb、V、Mo等；（2）提高钢的回火稳定性：强K形成元素；（3）改善基体韧度：Ni；（4）细化碳化物：适量Cr、V，使K小而圆；（5）降低或消除钢的回火脆性：W、Mo；（6）在保证强度水平下，适当降低含碳量；（7）提高冶金质量，减少杂
4、质；（8）通过合金化形成一定量的残余奥氏体，利用稳定的残余奥氏体来提高材料的韧度。十、合金钢的回火脆性（1）第一类回火脆性出现在250350回火的马氏体中，也称为低温回火脆性或不可逆回火脆性。特征是：不可逆；脆性的表现特征为晶界脆断；脆性的产生与回火后的冷却速度无关。（2）第二类回火脆性钢在450650加热或冷却时缓慢通过这一温度区间时出现，也称为高温回火脆性或可逆回火脆性。特征：可逆的；脆性是在回火后慢冷产生的，回火后快冷可抑制脆性的产生；脆性的表现特征为晶界脆断。十一、合金元素对刚的一些特性：第三章一、调质钢定义：结构钢在淬火高温回火后具有良好的综合力学性能，有较高的强韧性，适用于这种热处
5、理的钢种称为调质钢。二、调质钢基本特征（1）具有中等含碳量的结构钢；（2）经过加热淬火成马氏体，并在500600之间高温回火；（3）具有强度、塑性和韧性的良好配合。三、淬透性原则：淬透性相同的同类调质钢，可以互相代用。四、弹簧钢定义：弹簧钢良好的弹性减退抗力合适的化学成分+热加工、热处理工艺最佳的组织、晶粒度、强度和硬度等。五、弹簧钢分类：按弹簧钢制造特点可分为热成型弹簧钢和冷成型弹簧钢两大类。热成型弹簧钢一般用于制造大型的弹簧或形状复杂的弹簧。弹簧在热成型后进行淬火及回火强化处理。冷成型弹簧钢是先通过冷变形或热处理方法使之强化后，再用冷成型方法制造成一定形状的弹簧。这类钢在冷成型成弹簧后，还
6、需进行200400的低温退火，以去除应力。六、轴承钢：七、渗碳钢的力学性能：（1）低淬透性的钢的典型代表是20Cr钢。（2）中淬透性的钢的典型代表是20CrMnTi钢。（3）18Cr2Ni4W A、20Cr2Ni4A等钢是高淬透性渗碳钢。八、渗透钢特点与用途：书79页第四章一、高速钢的分类：钨系高速钢、钨钼系高速钢、含钴高速钢、超硬高速钢。二、高速钢中合金元素的作用C的作用：一般含量为0.7%1.3% ；主要目的：形成足够数量的各类碳化物；定比碳经验规律最大二次硬化效应，C%=0.033%W+0.063%Mo+0.20%V+0.060%Cr。W、Mo的作用：W是高速钢获得红硬性的主要元素；56
7、0回火析出W2C 弥散强化提高钢的耐磨性；W20%时碳化物不均匀性明显增加强度、塑性大为降低；强烈降低钢的热导率高速钢的导热性差高速钢的加热和冷却必须缓慢进行；1%Mo可取代1.5%2.0%W：W6Mo5Cr4V2和W18Cr4V钢可代用；钨钼系高速钢中碳化物较细小、分布较均匀，具有较好的强韧性和耐磨性；在9501150热塑性良好，便于热加工；碳化钼不如碳化钨稳定含钼高速钢的脱碳倾向较大过热敏感性较大淬火加热时的气氛、温度和时间控制较严。V的作用：主要以VC存在。显著提高钢的红硬性。提高硬度和耐磨性。有效细化晶粒，降低过热敏感性。Cr的作用：绝大部分高速钢都含有4%左右的Cr。保证钢的淬透性。
8、增加耐蚀性和抗氧化能力。减少粘刀现象，改善刃具的切削能力。Co的作用：含量主要为5%、8%和12%三个级别。显著提高钢的红硬性。降低钢的韧性、增大钢的脱碳倾向。微合金元素的作用：0.05%0.1%N增加硬度和红硬性，提高抗弯强度和韧性。稀土元素明显改善热塑性，降低硫在晶界的偏聚。三、热处理工艺特点及原因（1）采用一次或两次预热：防止工件加热时变形、开裂，减少脱碳。（2）淬火温度高：温度高合金元素溶入奥氏体的数量多淬火后马氏体的合金浓度高高的红硬性。（3）采用分级淬火：减少工件变形并提高韧性。（4）回火温度高，回火次数多：目的：马氏体中析出弥散M2C和MC碳化物，产生二次硬化效应，消除残余奥氏体
9、和内应力。温度高是为了提高二次硬化效果；回火次数多一方面增强二次硬化效果；另一方面主要是为了利用二次淬火来降低残余奥氏体的含量，也间接提高了性能。四、高速钢热处理的步骤和目的1、锻造?钨系高速钢的始锻温度为11401180，终锻温度为900左右?钨钼系高速钢的始锻温度要低一些?终锻温度太低锻件开裂?终锻温度1000晶粒不正常长大?锻造或轧制以后应缓慢冷却，以防止产生过高的应力导致开裂2、退火?锻造球化退火降低硬度以利切削一般退火或等温退火。?退火温度870880保温23h 冷却速度30/h至600出炉随空气冷却。3、淬火?淬火温度比一般的合金工具钢高得多。?原因：温度高合金元素溶入奥氏体的数量
10、多淬火后马氏体的合金浓度高高的红硬性。?高速钢的导热性差，淬火温度又极高，故常分两段或三段进行加热。淬火通常在油中进行，或采用分级淬火法。4、回火?一般需要进行三次560左右的高温回火处理。?回火温度500600，钢的硬度、强度和塑性均有提高；550570时可达到硬度、强度的最大值。第五章一、金属腐蚀类型（定义、检验方法、危害性大或小）1、均匀腐蚀?腐蚀发生在金属裸露的整个表面上或零件使用的整个工作面上，会使零件受力的有效面积不断减小，直到完全破坏。?在工业设备管理中容易察觉或可预测到，一般不致带来危险的失效事故。2、点腐蚀?由于应力等原因使腐蚀集中在材料表面不大的区域，向深处发展，最后甚至能
11、穿透金属，是各类容器常见的破环形式。?多数是由于溶液中的Cl离子吸附在钢表面的个别点上，破坏该点处的钝化膜，使钢的表面暴露，形成不锈钢的点蚀源。?用单位面积上腐蚀坑数量和最大深度来评价不锈钢点腐蚀倾向的大小。3、晶界腐蚀?腐蚀过程沿着晶界进行，不容易引起材料外表面的变化，但实际上已使零部件的性能大大降低，造成的是突然性的破坏，是危害最大的一种腐蚀。?检验方法：在晶界腐蚀敏感的温度范围内进行晶界腐蚀敏感化处理。4、应力腐蚀?不锈钢在拉应力状态下，在某些介质中经过一段时间后，会发生破裂。拉应力越大，发生破裂的时间越短；取消拉应力，钢的腐蚀量很小，不发生破裂。发生前是没有预兆的，随意危害性也比较大。
12、?特征：裂纹和拉应力垂直，断口为脆性断裂，可能沿晶，也可能穿晶。?检验方法：把加上一定载荷的试样放入某种腐蚀介质中，按照出现裂纹的时间来评定钢对应力腐蚀破坏敏感性的大小5、磨损腐蚀?同时存在腐蚀和机械磨损时，两者相互加速的现象。点腐蚀、晶界腐蚀和应力腐蚀是不允许发生的，凡是有其中一种腐蚀，就认为不锈钢在该介质中是不耐蚀的。二、主要合金元素的作用1、Cr的作用：Cr是决定钢耐蚀性的主要元素。对组织的影响：随Cr含量的增加，钢中可能出现铁素体组织。随Cr含量的增加，金属间化合物数量增多；随Cr含量增加，Ms点温度降低，奥氏体基体组织稳定性提高。对性能的影响：提高钢的耐氧化性介质和酸性氯化物介质的性
13、能；在Ni、Mo、Cu的复合作用下，提高钢的耐一些还原性介质、有机酸、尿素和碱介质的性能；提高钢耐局部腐蚀的性能，如晶界腐蚀、点腐蚀以及某些条件下应力腐蚀。2、Ni的作用：对组织的影响：奥氏体不锈钢中的主要合金元素，形成并稳定奥氏体，使钢获得完全奥氏体组织。对性能的影响：使钢具有良好的强度和塑韧性的配合，并有优良的冷、热加工性和焊接、低温和无磁等性能。缺点：引起钢的晶界腐蚀敏感性增加放射性强，成本高，在人体内析出会造成过敏性和其他组织反应。3、N和C的作用：C增加，强度提高，但耐蚀性可能下降，还要考虑钢的冷变形性、焊接性等工艺因素。所以在不锈钢中，含碳量尽量降低。N可以提高奥氏体不锈钢的耐腐蚀
14、性能。超级高氮奥氏体不锈钢在耐局部腐蚀等方面能和镍基合金相媲美。4、其它元素的影响：Mn：强烈提高奥氏体组织的稳定性和铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性，比Ni更有效。Ti和Nb：形成稳定的碳化物，防止晶界腐蚀。必须和钢中的C保持一定的比例。Mo：提高钢的钝化能力，扩大钝化介质范围，如热硫酸、稀盐酸、磷酸和有机酸。2%4%的Si：提高不锈钢在盐酸、硫酸和高浓度硝酸中的耐蚀性。三、奥氏体不锈钢主要成分：18%Cr和8%Ni。性能特点：很高的耐腐蚀性；塑性好，易加工变成各种形状的钢材；加热时没有同素异构转变，焊接性好；韧性和低温韧性好，一般情况下没有冷脆倾向，有一定热强性；不具有磁性；价格较贵，切削加工比
15、较困难；焊接后，在腐蚀介质中工作时，焊缝附近容易产生严重的晶界腐蚀。原因：焊缝和热影响区会沿着晶界析出（Cr，Fe）23C6，晶界附近区域产生贫Cr区。四、腐蚀介质对钢耐蚀性的影响金属的耐蚀性与介质的种类、浓度、温度和压力等环境条件有密切的关系。必须根据工作介质的特点来正确选择使用不锈耐蚀钢钢种。?在大气、水、水蒸气等弱腐蚀介质。13Cr?氧化性介质，如硝酸。易形成钝化的氧化膜，17Cr，Cr越高越好；?非氧化性酸，如稀硫酸。在17Cr基础+ Mo、Cu；?强有机酸，在Cr-Mn型不锈钢基础上，加入Mo、Cu；?含有Cl-离子的介质，如海水，Cl-很小，有很大腐蚀性。第六章一、提高钢抗氧化性的途径1、提高钢氧化膜稳定性途径：FeO的形成温度;FeO的形成温度, 又优先形成稳定氧化物Cr、Al、Si。2、形成致密、稳定的氧化膜Cr、Al、Si、Ti等，逐步形成以合金元素氧化物为主或合金元素氧化物的氧化膜，如Al2O3、SiO2、Cr2O3等致密、稳定。二、提高热强性的途径1、强化基体：基体金属熔点：熔点越高，金属原子间结合力越强。铁、镍、钼基合金熔
