金属材料学复习思考题及答案

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1、安徽工业大学材料学院金属材料学复习题一、必考题1、金属材料学的研究思路是什么？试举例说明。答：使用条件一性 能要求f组织结构一化学成分f生产工艺举例略二、名词解释1、合金元素：添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到 一定的物理、化学或机械性能的含量在一定范围内的化学元素。（常用M 来表示）2、微合金元素：有些合金元素如V, Nb, Ti,Zr和B等，当其含 量只在0.1%左右（如B0.001%, V0.2%）时，会显著地影响钢的组织与性 能，将这些化学元素称为微合金元素。3、奥氏体形成元素：使A3温度下 降，A4温度上升，扩大Y相区的合金元素4、铁素体形成元素：使A3温 度上升，A4温

2、度下降，缩小Y相区的合金元素。5、原位析出：回火时碳化物形成元素在渗碳体中富集，当浓度超过 溶解度后，合金渗碳体在原位转变为特殊碳化物。6、离位析出：回火时直接从过饱和a相中析出特殊碳化物，同时伴 随有渗碳体的溶解。7、二次硬化：在含有Mo、W、V等较强碳化物形成元素含量较高的高 合金钢淬火后回火，硬度不是随回火温度的升高而单调降低，而是在500 600C回火时的硬度反而高于在较低温度下回火硬度的现象。8、二次淬火：在强碳化物形成元素含量较高的合金钢中淬火后残余 奥氏体十分稳定，甚至加热到500-600C回火时仍不转变，而是在回火冷 却时部分转变成马氏体，使钢的硬度提高的现象。9、液析碳化物：

3、钢液在凝固时产生严重枝晶偏析，使局部地区达到共晶成分。当共晶液量很少 时，产生离异共晶，粗大的共晶碳化物从共晶组织中离异出来，经轧制后 被拉成条带状。由于是由液态共晶反应形成的，故称液析碳化物。10、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，称为网状碳化物。11、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的工艺方式12、晶间腐蚀：金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界发生的 一种局部腐蚀。13、应力腐蚀：金属材料在特定的腐蚀介质和拉应力共同 作用下发生的脆性断裂。14、n/8

4、规律：当Cr的摩尔分数每达到1/8, 2/8,3/8时，铁基 固溶体的电极电位跳跃式地增加，合金的腐蚀速度都相应有一个突然的降 低，这个定律叫做n/8规律。15、碳当量：将铸铁中的石墨元素（Si、P） 都折合成C的作用所相当的总含碳量。16、共晶度：铸铁实际含碳量与其 共晶含碳量之比,它放映了铸铁中实际成分接近共晶成分的程度。17、黄 铜：以Zn为主要合金元素的铜合金。18、锌当量系数：黄铜中每质量分数1%的合金元素在组织上替代Zn 的量。19、青铜：是Cu和Sn、Al、Si、Be、Mn、Zr、Ti等元素组成的合 金的通称。20、白铜：是以 Ni 为主要合金元素的铜合金。第 1 页共 1 页三

5、、问答题：第一章钢的合金化原理1、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？答:奥氏体形成元素：Mn,Ni,Co,Cu； 铁素体形成元素：V、Cr、W、Mo、Ti、Al；Mn,Ni,Co与丫-Fe无 限互溶；V、Cr与-Fe无限互溶。2、简述合金元素对扩大或缩小Y相 区的影响，并说明利用此原理在生产中有何意义？答：（1）扩大Y相区： 合金元素使A3降低，A4升高。一般为奥氏体形成元素。分为两类：1）开启Y相区：与Y-Fe无限固溶，Ni、Mn、Co。一定量后，Y

6、相区扩大到室温以下，使a相区消失一开启Y相区元素。可形成奥氏体 钢。2）扩大Y相区：与Y-Fe有限固溶，C、N、Cu。扩大Y相区，但 可与铁形成稳定化合物，扩大作用有限而不能扩大到室温-扩展 Y 相区元 素。缩小Y相区：使A3升高，A4降低。一般为铁素体形成元素。分 为两类:1）封闭Y相区：合金元素在一定含量时使A3和A4汇合，Y相区 被a相区封闭，形成Y圈。V、Cr、Si、Ti、W、Mo、Al、P等。其中V 和Cr与a-Fe无限互溶，其余有限溶解。Cr、Ti、Si等可完全封闭Y 相区，量大时可获得单相铁素体铁素体钢。2）缩小Y相区：Zr,Nb,Ta,B,S,Ce等。使Y相区缩小，但出现了 金

7、属间化合物，不能完全封闭Y相区-缩小Y相区元素。生产中的意 义：可以利用M扩大和缩小Y相区作用，获得单相组织，具有特殊性能, 在耐蚀钢和耐热钢中应用广泛。通过合金元素对相图的影响，可以预测合 金钢的组织与性能。在钢中大量加入奥氏体形成元素或铁素体形成元素以 获得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。3、 简述合金元素对铁碳相图(如共析碳量、相变温度等)的影响，有何意义？ 答：1、合金元素对临界点的影响(1) A形成元素Ni、Mn等使Al (A3)线向下移动。(2) F形成元素Cr、Si等使A1(A3)线向上移动。2、合金元素对S、E 点的影响(1) A形成元素使S、E点向左下

8、方移动。(2)F形成元素使S、E点向 左上方移动。3、S点左移，共析C量，例如3Cr13为共析钢；E点左移，共晶碳量 及莱氏体含碳量下降，例如W18Cr4V(0.75%C)，组织中有大量莱氏体。 同时，A1、A3点的移动是不同温度下的合金组织、性能发生一定的变化。4、合金钢中碳化物形成元素(V、Cr、Mo、W等)所形成的碳化物基本类型？其种类和数量对二次硬化和回火稳定性的影响如何？答：1、按相对稳定性由高到低的顺序：(1) V，Nb：优先形成间隙相MC。稳定性很高。(2) Mo，W：含量较高时形成MC，M2C，M6C和M23C6，稳定性高。(3) Cr:含量较高时形成Cr23C6和Cr7C3，

9、稳定性较高。(4) Mo, W，Cr:含量较低时只形成合金渗碳体，稳定性低。(但高于 渗碳体)(5)Mn：在钢中只形成合金渗碳体，稳定性最低。各种K相对稳定性如下：MCfM2CfM6CM23C6fM7C3fM3C （高-低）第2页共2页5、试说明主要合金元素（V、Ti、Nb、Ni、Mn、Si、B等）对过冷奥 氏体冷却转变影响的作用机制。为什么合金化原则是“多元少量，复合加 入”？答：Ti,Nb,Zr,V：主要是通过推迟P转变时K形核与长大来提高过冷 Y的稳定性；W, Mo,Crl）推迟K形核与长大；2）增加固溶体原子间的结合力，降低Fe的自扩散激活能。作用大小 为：CrWMoMn：（Fe,Mn

10、） 3C，减慢P转变时合金渗碳体的形核与长大； 扩大Y相区，强烈推迟Ya转变，提高a的形核功；Ni：开放Y相区，并稳定Y相，提高a的形核功（渗碳体可溶解 Ni,Co） Co：扩大Y相区，但能使A3温度提高（特例），使Ya转变 在更高的温度进行，降低了过冷Y的稳定性。使C曲线向左移。Al,Si：不形成各自K,也不溶解在渗碳体中，必须扩散出去为K形 核创造条件；Si可提高Fe原子的结合力。B，P，Re：强烈的内吸附元素，富集于晶界，降低了 Y的界面能， 阻碍a相和K形核。“多元少量，复合加入”：不同合金元素增加过冷 奥氏体稳定性的机制是不相同的。因此，用多种合金元素复合加入时，各 元素之间作用相互

11、加强，能大大提高过冷奥氏体的稳定性，其作用绝非单 个合金元素作用的简单之和，所以采用“多元少量，复合加入”的合金化 原则。6、主要合金元素（V、Ti、Nb、Ni、Mn、Si等）对珠光体转变的影 响机制第3 页共3页7、合金元素对马氏体转变有何影响？答：1、对 M 点的影响除Co、Al外，绝大多数Me都使M和Mf下降。按（C）、Mn、Ni、Cr、Mo、W、Si 顺序递减。2、对残余奥氏体的影响M 越低，室温下保留的残余奥氏体越多。应用：室温单相奥氏体不锈钢的合金化思路。3、Me 般都增加了形成孪晶马氏体的倾向。滑移和孪生的分切应力的相对大小与温度的相关性。9、如何利用合 金元素来消除或预防第一次

12、、第二次回火脆性？答：1）低温回火脆性（第I类，不具有可逆性）其形成原因：沿条状马氏体的间界析出K薄片；防止：加入Si,脆化温度提高300C ；加入Mo，减轻作用。2）高温回 火脆性（第 II 类，具有可逆性）其形成原因：与钢杂质元素向原奥氏体晶界偏聚有关。防止：加入 W Mo 消除或延缓杂质元素偏聚.10、如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的相关性与不同特点。答： 相关性：（1）都发生在中、高合金钢。（2）都在淬火后，500600C回火时发生的。（3）都表现为硬度升高。 不同点：(1)二次硬化是指回火后硬度升高的现象，其产生原因包括沉淀强化 和二次淬火。(2)二次淬火是指回火冷却时残余奥氏体

13、转变为马氏体的相变过程， 是产生二次硬化的原因之一。11、一般地，钢有哪些强化与韧化途径？为什么一般钢的强化工艺都 采用淬火-回火？答：1、强化途径：固溶强化、加工硬化、细晶强化、第 二相强化；韧化途径：细化晶粒、组织提高回火稳定性一如强K形成元素。改善基体韧度一Ni。 细化K适量Cr、V,使K小而匀。第4 页共4页 降低回火脆性一W、Mo。 低碳马氏体强韧化一在保证强度水平下，适当降低含C量。提高冶金质量。 通过合金化形成一定量的残余奥氏体。 形变热处理一细晶强化、位错强化等的综合作用。2、淬火-回火工艺：采用淬火-回火的热处理工艺，可以充分发挥各 种强化机制作用，所以钢的强化一般采用淬火-

14、回火工艺。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？答：足够的强度和韧度；良好的焊接性和成型工艺性；良好的耐腐蚀 性 2、合金元素在低合金高强度结构钢中的主要作用是什么？为什么考虑 采用低C?答：强化作用：1、Mn、Si固溶强化铁素体。2、细晶强化：(1) V，Ti，Nb 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、沉淀强化：V，Ti, Nb在铁素体中析出极细小的碳化物颗粒。4、增加珠光体数量，使抗拉强度增加。韧化作用：1、细晶强化同时提高韧 性。2、Mn、Ni、Cr降低韧-脆转变温度。Mn、Cr含量较低时可提高韧性,Ni

15、 对耐低温钢尤其重要。考虑低 C 的原因：(保证塑性、韧性和焊接性)(1) C含量过高，P量增多，P为片状组织，会使钢的脆性增加，使 FATT50(C)增高。(2)C含量增加，会使C当量增大，当C当量0.47时, 会使钢的可焊性变差，不利于工程结构钢的使用。3、以低碳贝氏体钢 14CrMnMoVB 为例，说明其合金化有何特点?答： (1)碳含量低(0.14%)，保证韧性和焊接性。(2) 以0.5%Mo+B为基础，显著推迟先共析铁素体及珠光体转变，保 证空冷条件下获得贝氏体组织。(3) Cr，Mn，Ni：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

16、，Ti，Nb：细化晶粒，弥散强化。4什么是微合金钢？主要有哪些微合金元素？其主要作用中什么？答：1、微合金钢：在普通低碳钢或低合金高强度钢基本化学成分中 加入微量合金元素如 Nb、V、Ti、Al 等，并采用控制轧制控制冷却工艺使 钢的力学性能明显提高的高强度低合金钢 2、微合金钢中的主要微合金元 素：Nb、V、Ti3、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 Nb、V、Ti 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，抑制再结晶。 固溶的 Ni 原子偏聚在奥氏体晶界，增强原子结合力，阻碍晶界运 动。(2)阻止奥氏体晶粒长大。加热时未溶及轧制时析出的 TiN，Nb(C,N)(3) 沉淀强化。微合金元素在铁素体中析出的碳化物、碳氮化物。(4)细化 铁素体组织第 5 页共 5 页