金属材料学思考题答案2

金属材料学思考题答案2

绪论、第一章、第二章

1．钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类，各有什么特点？

答：分为简单点阵结构和复杂点阵结构，前者熔点高、硬度高、稳定性好，后者硬度低、熔点低、稳定性差。

2．何为回火稳定性、回火脆性、热硬性？合金元素对回火转变有哪些影响？

答：

回火稳定性：淬火钢对回火过程中发生的各种软化倾向（如马氏体的分解、残余奥氏体的分解、碳化物的析出与铁素体的再结晶）的抵抗能力

回火脆性：在200-350℃之间和450-650℃之间回火，冲击吸收能量不但没有升高反而显著下降的现象

热硬性：钢在较高温度下，仍能保持较高硬度的性能

合金元素对回火转变的影响：①Ni、Mn影响很小，②碳化物形成元素阻止马氏体分解，提高回火稳定性，产生二次硬化，抑制C和合金元素扩散。③Si比较特殊：小于300℃时强烈延缓马氏体分解，

3．合金元素对Fe-Fe3C相图S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？

答：凡是扩大奥氏体相区的元素均使S、E点向左下方移动，如Mn、Ni等；

凡是封闭奥氏体相区的元素均使S、E点向左上方移动，如Cr、Si、Mo等？

E点左移：出现莱氏体组织的含碳量降低，这样钢中碳的质量分数不足2％时就可以出现共晶莱氏体。S点左移：钢中含碳量小于0.77％时，就会变为过共析钢而析出二次渗碳体。

4．根据合金元素在钢中的作用，从淬透性、回火稳定性、奥氏体晶粒长大倾向、韧性和回火脆性等方面比较下列钢号的性能:40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo。

1）淬透性：40CrNiMo 〉40CrMn 〉 40CrNi 〉 40Cr

2）回火稳定性：40CrNiMo 〉40CrNi 〉 40CrMn 〉 40Cr

3）奥氏体晶粒长大倾向：40CrMn 〉 40Cr 〉 40CrNi 〉 40CrNiMo

4）韧性：40CrNiMo 〉40CrNi 〉40Cr〉40CrMn (Mn少量时细化组织)

5）回火脆性： 40CrMn 〉40CrNi> 40Cr 〉40CrNiMo

5.怎样理解“合金钢与碳钢的强度性能差异，主要不在于合金元素本身的强化作用，而在于合金元素对钢相变过程的影响。并且合金元素的良好作用，只有在进行适当的热处理条件下才能表现出来”？从强化机理和相变过程来分析（不是单一的合金元素作用）

合金元素除了通过强化铁素体，从而提高退火态钢的强度外，还通过合金化降低共析点，相对提高珠光体的数量使其强度提高。其次合金元素还使过冷奥氏体稳定性提高，C曲线右移，在相同冷却条件下使铁素体和碳化物的分散度增加，从而提高强度。

然而，尽管合金元素可以改善退火态钢的性能但效果远没有淬火回火后的性能改变大。

除钴外，所有合金元素均提高钢的淬透性，可以使较大尺寸的零件淬火后沿整个截面得到均匀的马氏体组织。大多数合金元素都有阻止奥氏体晶粒长大的倾向（Mn除外），从而细化晶粒，使淬火后的马氏体组织均匀细小。

合金元素还能减缓钢的回火转变过程，特别是碳化物形成元素阻碍碳化物聚集长大，提高组成相的弥散度，从而提高强度。

强碳化物形成元素还可以产生沉淀强化，阻止和消除第二类回火脆性。

综上所述，合金元素本身可以形成碳化物或固溶体来提高钢材强度，但更重要的是通过热处理来改变其大小分布，因此相变强化更明显。也就是说，合金元素与碳钢的强度差异。主要在于通过热处理过程产生沉淀强化和细晶强化，提高淬透性和回火稳定性等，来显著提高合金钢的组织性能。

6.合金元素提高钢的韧度主要有哪些途径？

1）细化晶粒、组织——如Ti、V、Mo；

2）提高回火稳定性——如强K形成元素 Mo，V；

3）改善基体韧度—— Ni ；

4）细化K ——适量Cr、Ti 、V，使K小而匀；

5）降低回火脆性—— W、Mo ；

6）在保证强度水平下，适当降低含C量，提高冶金质量。

7）通过合金化形成一定量残余奥氏体

7. 钢的强化机制有哪些？为什么一般钢的强化工艺都采用淬火－回火？

有细晶强化、固溶强化、第二相强化和位错强化四种。

钢淬火后形成马氏体，由于C的过饱和和合金元素的固溶，钢的强度上升，利用了固溶强化的机制；淬火后的马氏体组织产生大量的位错亚结构，位错密度上升，材料强度增加，体现了位错强化的效果；钢在淬火时由较粗大的奥氏体晶粒变成细小的马氏体针或板条束，组织细化，体现了细晶强化的效果；淬完火后的回火处理，有细小弥散的碳化物析出，能够起到沉淀强化（第二相强化）的效果。

8. 以制造跨海大桥用的工程结构钢为例，说明其基本性能要求是什么，我国制造这类钢的化学成分特点是什么？

答：性能要求：足够强度和韧性，良好的焊接性和成型工艺性，良好的耐海水腐蚀性和大气腐蚀性能

成分特点：低碳，低锰，含Cu、P

9. 09MnCuPTi是低合金高强度钢（普低钢），结合我国普低钢成分特点，分析各合金元素的作用？

答：Mn：固溶强化作用大，1%Mn， ReL↑33MPa。约有3/4量溶入F中，弱的细晶作用，↓TK。量多时可大为降低塑韧性.

Ti：形成稳定细小的K等，粒子2~10nm，既细晶又沉淀强化，↑ReL，↑δ、A K，

综合效果↓TK。改善焊接性。

Cu，P：耐大气腐蚀性最有效的元素。一般含量:0.025~0.25% Cu ，0.05~0.15％ P 。↑P，冷脆和时效倾向增加。复合加入适量元素，则↑钢耐蚀性效果更佳。

10. 为什么贝氏体型低合金高强度钢多采用0.5%Mo和微量B作为基体合金化元素？

低碳贝氏体钢中加入Mo使P右移显著，但Mo却不能使F右移；加入微量B使F右移但贝氏体右移较小，可以空冷得到贝氏体组织。