金属材料学复习答案

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1、第一章答案1、为什么说钢中的s、P杂质元素总是有害的？答：s容易和Fe结合成熔点为989C的FeS相，会使钢产生热脆性；P和Fe结合形成 硬脆的Fe3P相使钢在冷加工过程中产生冷脆性。2、合金元素对Fe-C相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？答：凡是扩大Y相区的元素均使S、E点向左下方移动，如Mn、Ni;凡是封闭Y相区的 元素均使S、E点向左上方移动，如Cr、Si、Mo。E点左移意味着出现莱氏体的碳含量减小； S 点左移意味着共析碳含量减小。3、那些合金元素能够显着提高钢的淬透性？提高钢的淬透性有什么作用？答：B、Mn、M。、Cr、Si、Ni等元素能够显着提高钢的淬透性。提高钢的淬透

2、性一方面 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，可以选用比较 缓和的冷却介质以减小零件的变形和开裂的倾向。4、为什么说合金化的基本原则是“复合加入”？举二例说明合金复合作用的机 理。答：1.提高性能，如淬透性；2.扬长避短，合金元素能对某些方面起积极作用，但往往 还有些副作用，为了克服不足，可以加入另一些合金元素弥补，如Si-Mn, Mn-V;3.改善碳 化物的类型和分布，某些合金元素改变钢中碳化物的类型和分布或改变其他元素的存在形式 和位置，从而提高钢的性能，如耐热钢中Cr-Mo-V,高速钢中V-Cr-W。5、合金元素提高钢的韧度主要有哪些途径？答：1细化A晶粒

3、；2提高钢的回火稳定性；3改善机体韧度；4细化碳化物；5降低 或消除钢的回火脆性；6.在保证强度水平下适当降低碳含量；7.提高冶金质量；8.通过合金 化形成一定量的残余A,利用稳定的残余A提高钢的韧度。6、钢的强化机制有那些？为什么一般的强化工艺都采用淬火-回火？答：固溶强化、细晶强化、位错强化、第二相强化。因为一般的钢的强化都要求它有一定的强度的同时又要保持一定的任性，淬火后钢中能够形成M,这给了钢足够的强度，但是 带来的后果就是韧度不够，而回火能够在强度降低不大的情况下给淬火钢以足够的韧性，这 样能够得到综合力学性能比较优良的材料，所以一般钢的强化工艺都采用淬火加回火。7、铁置换固溶体的影

4、响因素？答：1.溶剂与溶质的点阵结构；2.原子尺寸因素；3.电子结构。第二章1 、叙述构件用钢一般的服役条件、加工特点、性能要求?答：服役条件：工程结构件长期受静载荷；互相无相对运动；受大气（海水）侵蚀 有些构件受疲劳冲击；一般在-50100C范围内使用；加工特点是由构件用钢的基本要求和加工工艺决定的，焊接是构成金属结构的常 用方法，一般都要经过如剪切、冲孔、热弯、深冲等成型工艺；性能要求：（1）足够的强度和韧度（2）良好的焊接性和成型工艺性（3）良好的 耐腐蚀性2、在低合金高强度工程结构钢中大多数采用微合金元素（Nb、V、Ti等），它们 的主要作用是什么？答：由于Nb、V、Ti的微合金化可以

5、生成弥散的碳化物、氮化物和碳氮化物，它们能 钉扎晶界，加热时能阻止A晶粒长大，冷却后可得到细小的F和P,所以在低合金高强度钢 中，常利用 Nb、V、Ti 合金来细化晶粒。第三章1、为什么说淬透性是评定结构钢性能的重要指标？ 答：结构钢是指符合特定强度和可成型性等级的钢，一般用于承载等用途，对钢要求 有足够的强度和韧度等力学性能，淬透性好的钢材，可使钢件整个截面获得均匀一致的力 学性能以及可以选用钢件淬火应力小的淬火剂，以减小变形和开裂，所以说淬透性是评定 结构钢性能的重要指标。2、弹簧钢为什么要求较高的冶金质量和表面质量？弹簧钢的强度极限高，是否 意味着疲劳极限高？为什么？答：因为弹簧的主要作

6、用是储能减振，是利用其弹性变形来吸收和释放外力，要求弹簧 钢具有高的疲劳强度和足够高的塑性和韧性，弹簧在工作时表面承受的应力最大，所以要 求有良好的表面质量，表面不允许有裂纹、夹杂、折叠、严重脱碳等，这些缺陷往往会成 为应力高度集中的地方和疲劳裂纹源，显着的降低弹簧的疲劳强度，所以要求较高的冶金 质量和表面质量。不是，强度极限是指构件在外力作用下发生破坏时出现的最大应力，也可称为破坏强 度或破坏应力，而疲劳极限是表现一种材料对周期应力的承受能力，在疲劳实验中，应力 交变循环，大至无限次而试样仍不破损时的最大应力叫疲劳极限。3、滚动轴承原始组织中碳化物不均匀性有哪几种情况，应如何改善和消除？（1

7、）碳化物液析：采用高温（1200C ）扩散退火（2）带状碳化物偏析：长时间退火（3）网状碳化物：控制终轧或终锻温度，控制轧制后冷速或正火处理第四章1在高速钢中，合金元素W, Cr, V主要作用是什么？答：W：高速钢获得红硬性主要元素，强烈降低钢的热导率V：显着提高钢的红硬性，硬度和耐磨性，有效的细化晶粒和降低钢的过热敏感性 Cr :保证钢的淬透性，增加高速钢的耐蚀性和抗氧化能力，减少粘刀现象，改善刃 具切削能力2有一批W18Cr4V钢钻头，淬火后硬度偏低，经过检验室淬火加热温度出了问题，淬火加 热温度可能出现什么问题？怎样从金相组织判断？答：温度可能太低，也可能太高。温度过低会出现淬火软点，温

8、度过高会出现过热现象，严 重会出现过烧现象。晶相组织上淬火软点通常是一些白点，由于淬火温度不够，A没有转变 成M；如果晶相组织上有一些小区域的黑色组织，可能的由于淬火温度高了，造成了过热， 如果大块区域出现黑色组织，那就很有可能是温度过高早成了过烧。第五章1. 提高钢耐腐蚀性方法有哪些？答：1.使钢的表面形成稳定的保护膜2. 提高不锈钢固溶体的电极位或形成稳定的钝化区，降低微电池电动势3. 使钢获得单相组织4. 采用机械保护措施或覆盖层2. 什么叫n/8定律或Tammannd定律答：固溶体中溶质元素的原子比达到N/8时，固溶体的电极电位突然升高的显现成为泰 曼定律。第六章1在耐热钢常用合金元素

9、中，哪些是抗氧化元素？哪些是强化元素，哪些是A形成元素？ 说明其作用机理答：抗氧化元素：Cr， Al， Si；强化元素：Mo，W， Ti， Nb， V， C； A形成元素：Ni2.为甚麽锅炉管子用珠光体热强钢的C含量较低（%） ?有一锅炉管子经运行两年后，发 现有“起瘤”现象，试分析原因，并提出改进设想？答：因为C含量高了，使P球化和聚集速度加快，石墨化倾向增大，合金元素的再分配 加速，并且钢的焊接，成形等工艺性能有所降低， ， ， ， （自己再整理）第七章答案1、铸铁与碳钢相比，在成分、组织和性能上有什么区别？（1）白口铸铁：含碳量约%,硅在1%以下白口铸铁中的碳全部以渗透碳体（Fe3c）形

10、式存在， 因断口呈亮白色。故称白口铸铁，由于有大量硬而脆的Fe3c，白口铸铁硬度高、脆性大、 很难加工。因此，在工业应用方面很少直接使用，只用于少数要求耐磨而不受冲击的制件， 如拔丝模、球磨机铁球等。大多用作炼钢和可锻铸铁的坯料（2）灰口铸铁；含碳量大于，铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。断口呈 灰色。它具有良好铸造性能、切削加工性好，减磨性，耐磨性好、加上它熔化配料简单，成 本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件。（3）钢的成分要复杂的多，而且性能也是各不相同钢是含碳量在%之间的铁碳合金。我们通常将其与铁合称为钢铁，为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过%。钢的主要元 素除铁、碳外

11、，还有硅、锰、硫、磷等，而且钢还根据品质分类为普通钢（PW%，SW%） 优质钢（P、S均W%）高级优质钢（PW%，SW%）按照化学成分又分碳素钢：. 低碳钢（CW%）.中碳钢（CW%） 高碳钢（CW%）。合金钢：低合金钢（合金元素总含 量W5%） 中合金钢（合金元素总含量510%） 高合金钢（合金元素总含量10%）。2、球墨铸铁的性能特点及用途是什么？球墨铸铁。将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。比普通 灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等。珠光体型球墨铸铁一一柴油机的曲轴、连杆、齿轮；机床主轴、蜗轮、蜗杆；轧钢机的 轧辊；水压机的工

12、作缸、缸套、活塞等。铁素体型球墨铸铁一一受压阀门、机器底座、汽车后桥壳等。3、为什么灰铸铁的性能低于碳钢？答：低碳钢据有良好的冷冲压性能及可焊接性能，常用来制造用力不大，韧性要求较高 的机械零部件，经渗碳淬火处理后，其表面硬而耐磨，心部保持高的塑性和韧性。灰铸铁的石墨成片状分布于基体上，造成对基体的割裂作用，同时会在石墨片的夹角处 因其引起应力集中。因此，灰铁的抗拉强度和塑性大大低于具有相同基体的钢，但他的抗拉 强度却与相同基体的退火钢相近，此外由于石墨的存在，使得灰铁具有消震性耐磨性和较低 的缺口敏感性。第八章答案1、以Al-Cu合金为例，简要说明铝合金时效的基本过程。 形成溶质原子偏聚区一

13、GP（ I）区。在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝 晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基 体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称GP（丨）区GP（丨）区与基体a 保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。 GP区有序化一形成GP（II）区。随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续 偏聚并发生有序化，即形成GP（II）区。它与基体a仍保持共格关系，但尺寸较GP（丨）区大。它可视为中间过渡相，常用6”表示。它比GP（丨）区周围的畸变更大， 对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，6”相析出阶段

14、为合金达到最大强 化的阶段。 形成过渡相6。？随着时效过程的进一步发展，铜原子在GP（II）区继续偏聚， 当铜原子与铝原子比为1： 2时，形成过渡相6。由于6的点阵常数发生较大的变化， 故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此6相周围基 体的共格畸变减弱，对位错运动的阻碍作用亦减小，表现在合金性能上硬度开始下降。由此 可见，共格畸变的存在是造成合金时效强化的重要因素。 形成稳定的6相。过渡相从铝基固溶体中完全脱溶，形成与基体有明显界面的独立的 稳定相AI2Cu，称为6相此时6相与基体的共格关系完全破坏，并有自己独立的晶格，其 畸变也随之消失，并随时效温度的提高或时间的

15、延长，6相的质点聚集长大，合金的强度、 硬度进一步下降，合金就软化并称为“过时效”。6相聚集长大而变得粗大。2、硬铝合金有哪些优缺点？说明2A12 （LY12）的热处理特点。硬铝属于Al-Cu-Mg系合金，具有强烈的时效强化作用，经时效处理后具有很高的硬度、 强度，故Al-Cu-Mg系合金总称为硬铝合金。这类合金具有优良的加工性能和耐热性，但塑 性、韧性低，耐蚀性差，常用来制作飞机大梁、空气螺旋桨等。硬铝合金的热处理特性是强化相的充分固溶温度与（a+B+S）三元共晶的熔点507C. 因此，硬铝淬火加热的过烧敏感性很大，为了获得最大固溶度的过饱和固溶体，2A12合金 最理想的淬火温度为500C3

16、C，但实际生产条件很难做到，所以2A12合金常用的淬火温 度为495500C。第九章答案1、什么是黄铜的“自裂”？产生的原因是什么？通常采用什么方法消除？黄铜经压力加工而内部有残余应力时，若在大气中，特别是在有氨气、氨溶液、汞、汞 蒸气、汞盐溶液和海水中易产生腐蚀，致使黄铜破裂，这种现象称：“自裂”（季裂、应力 腐蚀）。为了防止黄铜的应力腐蚀开裂，可将冷加工后的黄铜零件用260300C保温13小时 的低温退火来消除内应力或向黄铜中加入一定量的 Si、AI、Mn和Ni等，可显着降低应力腐蚀 倾向，也可采用镀锌和镀锡等电镀层加以保护，以防止自裂。2、为什么炮弹弹壳常用H70、H68黄铜材料制造？黄

17、铜（又叫青铜）黄铜是主要由铜和锌形成的合金用途甚广，其性质取决于铜和锌的比例。 含铜达63%以上的黄铜，可以冷加工，可以退火，有延展性；而含铜较少、含锌较多的合金，则应 热加工，强度较高。H70 (C2600)：含铜量70%,又称弹壳黄铜。具有良好光泽、加工性、延展性、适合伸抽，易于 电镀或涂装。可应用于深伸抽加工，如子弹壳，炮弹壳、喇叭锁、电子零件、汽车水箱、铜管H68 (C2620)：含铜量68%,又称弹壳黄铜。延展性，可焊性，深冲性，可镀性，耐蚀性能均佳， 应用于各种复杂冷深冲件,散热器壳等。第十章答案1、为什么国内外目前应用最广泛的钛合金是Ti-AI-V系的Ti-6AI-4V即TC4合

18、 金？钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。另外，钛合金的工 艺性能差，切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨性差，生 产工艺复杂。钛的工业化生产是1948年开始的。航空工业发展的需要，使钛工业以平均每 年约8%的增长速度发展。目前世界钛合金加工材年产量已达4万余吨，钛合金牌号近30 种。第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6AI-4V合金，由于它的耐热性、强 度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王 牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75%85%。其他许多钛合金都可以看做是 Ti-6AI-4

19、V合金的改型。2、钛合金的分类？答：按照合金在平衡和亚稳定状态的相组成，钛合金可分为a、近a、a+?、近?、? 等五类；但习惯上将钛合金分为a、a+?和?三大类。钛合金分类如图所示。若按照使用性 能特点,则可分为结构钛合金、耐热(热强)钛合金和抗钛合金等类。我国钛合金国标牌号 中，TA系列代表a型钛合金；TB系列代表?型钛合金；TC系列代表a+?型钛合金。第十四章答案1、简述金属基复合材料的分类和性能特点？答：金属基复合材料的分类：1.按基体分为铝基复合材料、钛基复合材料、镁基复合材 料、高温合金基复合材料；2.按增强体分为：颗粒增强复合材料、层状复合材料、纤维增强 复合材料；3.根据增强体的

20、加入方式分为：外加增强复合材料和原位内生复合材料。金属基复合材料的性能特点：1.高比强度、比模量；2.高韧性、耐冲击性能；3.良好的 高温性能；4.表面耐久性能好,表面缺陷敏感性能低；5.导热、导电性能好；6.热膨胀系数 小、尺寸稳定性好。2、如何选择金属基复合材料的增强体和机体材料？答：基体材料的选择：首先根据不同工作环境对金属基体复合材料的使用性能要求,既要考虑金属基体本省的各种性能,还要考虑基体与增强体的配合及其相容性,达到基体和增 强体的最佳复合和性能的发挥。首先要考虑增强体的形状及其特性,使之与基体金属配合、取长补短,获得材料的优良综合性能，增强体还要有良好的化学稳定性，与基体金属有

21、良好的润滑性和相容性。名词解释1.淬透性;是指钢在淬火时获得 M 组织的倾向，即钢被淬透的能力，它是钢固有的一种属 性， 取决于钢的淬火临界冷速的大小2淬硬性：是指钢在正常淬火条件下，所能够达到的最高硬度，与钢的的含C量有关3. 红硬性：是指材料在经过一定温度下保持一定时间后所能保持其硬度的能力4. 晶界腐蚀：是指沿着晶界进行的腐蚀过程，其危害性最大5. 自裂：经过冷变形的黄铜制品在潮湿的大气中，特别是在含有氨气的大气或海水中，会自动破裂，称为黄铜的自裂定律;是固溶体电极电位随Cr含量变化的规律固溶体中Cr的含量达到%原子比时，铁固溶体电极电位有一个突然上升，当Cr含 量达到25%原子比时，电位有一次突然升高，这种现象称为Tammann定律7. 形变时效：将预塑性变形的钢样放置一段时间或经过200 摄氏度左右短时加热后再拉伸， 则屈服点又重新出现，且屈服应力提高的现象8. 石墨化;钢中渗碳体分解成游离碳并以石墨形式析出，在钢中形成石墨夹杂的现象