金属材料学总结

第一章

1、为什么钢中的硫和磷一般情况下总是有害的？控制硫化物形态的方法有哪些？

答：S与Fe形成FeS，会导致钢产生热脆；P与形成Fe3P，使钢在冷加工过程中产生冷脆性，剧烈降低钢的韧性，使钢在凝固时晶界处发生偏析。

硫化物形态控制：a、加入足量的锰，形成高熔点MnS；b、控制钢的冷却速度；c、改善其形态最好为球状，而不是杆状，控制氧含量大于0.02%；d、加入变形剂，使其在金属中扩散开防止聚焦产生裂纹。

2、钢的强化机制有哪些?为什么一般钢的强化工艺采用淬火加回火？答：a、固溶强化（合金中形成固溶体、晶格畸变、阻碍位错运动、强化）

b、细晶强化（晶粒细化、晶界增多、位错塞积、阻碍位错运动、强化）

c、加工硬化（塑性变形、位错缠绕交割、阻碍位错运动、强化）

d、弥散强化（固溶处理的后的合金时效处理、脱溶析出第二相、弥散分布在基体上、与位错交互作用、阻碍位错运动、强化）

淬火处理得到强硬相马氏体，提高钢的强度、硬度，使钢塑性降低；回火可有效改善钢的韧性。淬火和回火结合使用提高钢的综合性能。

3、按照合金化思路，如何改善钢的韧性？

答：a、加入可细化晶粒的元素Mo、W、Cr；

b、改善基体韧性，加Ni元素；

c、提高冲击韧性，加Mn、Si元素；

d、调整化学成分；

e、形变热处理；

f、提高冶金质量；

g、加入合金元素提高耐回火性，以提高韧性。

4、试解释40Cr13属于过共析钢，Cr12钢中已出现共晶组织，属于莱氏体钢。

答、Cr元素使共析点左移，当Cr量达到一定程度时，共析点左移到碳含量小于0.4%，所以40Cr13属于过共析钢；Cr12中含有高于12%的Cr元素，缩小Fe-C平衡相图的奥氏体区，使共析点右移。

5、试解释含Mn钢易过热，而含Si钢高淬火加热温度应稍高，且冷作硬化率高，不利于冷变性加工。

答：Mn在一定量时会促使晶粒长大，而过热就会使晶粒长大。

6、合金钢中碳化物形成规律①②③④⑤⑥⑦

答：①、K类型：与Me的原子半径有关；②、相似相容原理；③、强碳化物形成元素优先于碳结合形成碳化物；④、NM/NC比值决定了K类型；⑤、碳化物稳定型越好，溶解越难，析出越难，聚集长大也越难。

第二章

1、简述工程钢一般服役条件、加工特点和性能要求。

答：服役条件：静载、无相对运动、受大气腐蚀。

加工特点：简单构件是热轧或正火状态，空气冷却，有焊接、剪切、

冲孔、冷弯和焊接要求。

性能要求：①有足够的强度与韧性；②、良好的焊接性；③、良好的工艺性；④、良好耐腐蚀性。

2、简述微合金化低合金高强度结构钢的合金化与强韧化之间关系。答：微合金化钢首先限定在低碳和超碳范围内，低碳（<0.25%），要保证其良好的成形性和焊接性；其次，要获得高的屈服强度，通常加入质量分数小于0.1%的N、Nb、V、Ti，形成碳化物、氮化物和碳氮化物等硬质相析出，以发挥第二相强化和细晶强化的作用，细晶强化可以在提高钢强度的情况下同时提高韧性微合金化和控制轧制通常相伴。

3、什么是双相钢？其成分、组织和性能特点是什么？为什么能在汽车工业上得到大量应用？

答：双相钢是指显微组织主要是铁素体和5%-20%（体积分数）的马氏体所组成的低合金高强度钢，即在软相铁素体上分布着一定量的硬质马氏体相。

成分：Cr（18%-20%）、Ni（30%-10%）

组织：铁素体+马氏体，铁素体基体上分布着不连续的岛状马氏体。性能：屈服强度低，且连续屈服，无屈服平台和上下屈服点；均匀塑变能力强，总延伸率较大，冷加工性能好；加工硬化率值大，成型后屈服强度可达500-700MPa。

应用：基于以上性能特点而广泛应用于汽车工业。

4、为什么贝氏体型普通低合金钢采用质量分数为0.5%铜和微量硼作

为基体合金元素。

答：低碳贝氏体中型钢中加入使P（相图中）点右移的Cu元素，为使先共析铁素体右移，又应加入微量B元素，故一般采用质量分数为0.5%铜和微量硼作为基体合金元素。第三章

1弹簧为什么要求较高的冶金质量和表面质量？弹簧钢强度极限高，是否意味弹性疲劳极限高？

答：要严格控制弹簧刚才的内部缺陷，要保证且有良好的冶金质量和组织均匀性，因为弹簧工作时表面承受的应力最大，故不允许表面缺陷，常会形成应力高度集中的地方和疲劳裂纹的起源，显著降低了疲劳强度；不一定高，疲劳极关与塑性，疲劳次数，本身强度有关

2滚动轴承钢常含有哪些合金元素，各有啥作用，滚动轴承对冶金质量，表面质量和原始组织要求

答：高碳铬硅锰等合金元素，铬提高淬透性即耐磨性；si,mn提高淬透性，钢的强度，c 减少钢过敏性

要求：纯净和均匀不允许缺陷存在原因1非金属夹杂可破坏金属基体的连续性，容易引起应力集中2碳化物的尺寸和分布对轴承的接触疲劳寿命也有很大影响；大颗粒碳化物具承钢的冲击韧性

3汽车拖拉机1）发动机曲轴主要承受弯曲，扭转等复合载荷作用，受一定冲击载荷，综合个性能得到应采用的调制2）花键轴主要承受弯曲扭转等复合载荷受较大冲击载荷故采

用渗碳钢3）汽车，拖拉机变速箱齿轮属于重载荷齿轮，受里比较大，频繁受到冲击故采用渗碳钢，一般工艺路线：备料—锻造—正货—粗加工—渗碳—淬火—回火—喷完—磨削4）机床变速载荷不大，工作平稳，一般无大的冲击力，转速不高，故采用中碳钢，路线：备料—锻造—正火—粗加工—调制处理—半精加工—高频淬火—回火—磨削

4 试用强度韧性矛盾关系简述提高强度钢的发展答：略

第四章

1.直径为25mm的40CrNiMo 钢，经正火后难以切削，为什么？

Cr、Mo等合金元素会提高钢的硬度和耐磨性，而40CrNiMo含较高量的钢，故具有一定的硬度和耐磨性；正火后，产生马氏体、贝氏体硬度较高，故难切削。

2.试比较工具钢T9和9SiCr不同

1）为什么9SiCr钢热处理加热温度比T9高？

2）直径为30-40mm的9SiC r钢在油中能淬透，相同尺寸的T9钢能否淬透，为什么？3）T9钢制造的刀具，其刃部受热到200-250°度时硬度和耐磨性下降，9SiCr制造的刀具其刃部受热至230-250°度时硬度仍不低于60HRC，耐磨性良好，还可正常工作，为什么？答：1）9SiCr中合金元素比T9多，加热奥氏体化时要粗使合金元素熔入奥氏体中，并且还能成分均匀，需要更高的温度

2）不能因为9SiCr中Si、Cr元素提高了钢的淬透性，比T9淬透性好，9SiCr油淬临界直径D油<40mm，所以相同尺寸T9钢不能淬透

3）Si、Cr提高回火稳定性，经250°C回火，硬度760HRC,T9钢回火稳定性差，而9SiCr钢中Si提高马氏体分解温度，回火抗力好

3.分析碳和合金元素在高速钢中的作用及热处理工艺特点

作用：碳：保证碳化物所需的碳，耐磨性；钨：提高钢的热硬性，耐磨性；钼：过热敏感性较大；钒：提高硬度和耐磨性；铬：提高淬透性；钴：提高钢的热硬性

热处理工艺特点:淬火加热温度高，回火温度高、次数多，淬火加热应预热

4.高速钢每次回火为什么一定要冷到室温再进行下一次回火？为什么不能用较长时间一次回火代替三次回火？

不能因为高速钢淬火后大部分转变为马氏体，残余奥氏体30%左右第一次回火后有20%左右残余奥氏体转变为马氏体，还有10%左右的残余奥氏体；20%左右新转变未经回火的马氏体，还会产生新的应力，对性能还有一定影响，要进行二次回火；同样原因，为了使剩余的残余奥氏体转变，需进行第三次回火，经第三次回火残余奥氏体一般剩1-3%左右。

第五章

1.奥氏体不锈钢主要缺点是什么？

答：强度低，不能淬火强化，易产生晶间腐蚀。

2.ZGMn13钢为什么具有优良的耐磨性和良好的韧性？

答：经1000°C水淬，水韧处理后，在剧烈冲击及高的压应力作用下，其表层的奥氏体将