南航金属材料学期末考试重点(带答案)

1．试述碳素钢中C的作用。

（书上没有，百度的）答：随C含量的增加，其强度和硬度增加，而塑性韧性和焊接性下降。

当含碳量大于0.25时可焊性变差，故压力管道中一般采用含碳量小于0.25的钢。

含碳量的增加，其球化和石墨化的倾向增加。

2．描述下列元素在普通碳素钢的作用：(a)锰、(b)硫、(c)磷、(d)硅。

（P5、P6）答：Mn在碳钢中的含量一般小于0.8%。

可固溶，也可形成高熔点MnS（1600℃）夹杂物。

MnS在高温下具有一定的塑性，不会使钢发生热脆，加工后硫化锰呈条状沿轧向分布。

Si在钢中的含量通常小于0.5%。

可固溶，也可形成SiO2夹杂物。

夹杂物MnS、SiO2将使钢的疲劳强度和塑、韧性下降。

S是炼钢时不能除尽的有害杂质。

在固态铁中的溶解度极小。

S和Fe能形成FeS，并易于形成低熔点共晶。

发生热脆 (裂)。

P也是在炼钢过程中不能除尽的元素。

磷可固溶于α-铁。

但剧烈地降低钢的韧性，特别是低温韧性，称为冷脆。

磷可以提高钢在大气中的抗腐蚀性能。

S和P还可以改善钢的切削加工性能。

3.描述下列元素在普通碳素钢的作用：(a)氮、(b)氢、(c)氧。

（P6）答：N在α-铁中可溶解，含过饱和N的钢经受冷变形后析出氮化物—机械时效或应变时效，降低钢的性能。

N可以与钒、钛、铌等形成稳定的氮化物，有细化晶粒和沉淀强化。

H在钢中和应力的联合作用将引起金属材料产生氢脆。

常见的有白点和氢致延滞断裂。

O在钢中形成硅酸盐2MnO•SiO2、MnO•SiO2或复合氧化物MgO•Al2O3、MnO•Al2O3。

4.为什么钢中的硫化锰夹杂要比硫化亚铁夹杂好? （P5）答：硫化锰为高熔点的硫化物（1600），在高温下具有一定的塑性，不会使钢发生热脆。

而硫化铁的熔点较低，容易形成低熔点共晶，沿晶界分布，在高温下共晶体将熔化，引起热脆。

5. 当轧制时，硫化锰在轧制方向上被拉长。

在轧制板材时，这种夹杂的缺点是什么?（P5）答：这些夹杂物将使钢的疲劳强度和塑性韧性下降，当钢中含有大量硫化物时，轧成钢板后会造成分层。

6．对工程应用来说，普通碳素钢的主要局限性是哪些?答：弹性模量小,不能保证足够的刚度;抗塑性变形和断裂的能力较差;缺口敏感性及冷脆性较大;耐大气腐蚀和海水腐蚀性能差;含碳量高,没有添加合金元素,工艺性差.7．列举五个原因说明为什么要向普通碳素钢中添加合金元素以制造合金钢?答：提高淬透性;提高回火稳定性;使钢产生二次硬化;(老师课上只说了这三点)8、哪些合金元素溶解于合金钢的铁素体?哪些合金元素分布在合金钢的铁素体和碳化物相之间?按照形成碳化物的倾向递增的顺序将它们列出。

（P17—P18）答：①Si、Al、Cr、W、Mo、V、Ti、P、Be、B、Nb、Zr、Ta②Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr9、叙述1.0~1.8％锰添加剂强化普通碳素钢的机理。

答：①锰可以作为置换溶质原子形成置换固溶体，通过弹性应力场交互作用、电交互作用、化学交互作用阻碍位错运动；②增加过冷奥氏体稳定性，使C曲线右移，在同样的冷却条件下，可以得到片间距细小的珠光体，同时还可起到细化铁素体晶粒的作用，从而达到晶界强化的目的。

③促进淬火效应。

淬火后希望获得板条马氏体，造成位错型亚结构。

④通过降低层错能，使位错易于扩展和形成层错，增加位错交互作用，防止交叉滑移。

10、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α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？（P15-P16）答：①V、Cr、W、Mo、Ti、Al②Mn、Co、Ni、Cu ③V、Cr、W、Mo、Ti、Al ④Mn、Co、Ni11、钢中常见的碳化物类型主要有六种，例如M6C就是其中的一种，另外还有其它哪五种？哪一种碳化物最不稳定？答：①MeX、Me2X、Me3X、Me7X3、Me23X6②Me3X12、分析合金元素对Fe-Fe3C相图影响规律对热处理工艺实施有哪些指导意义? （P21-P22）答：①根据合金元素对奥氏体、铁素体区存在范围的影响，可以依据实际需要选择合适的合金元素从而得到相应的组织②根据合金元素对Fe-Fe3C相图共析点、共晶点的影响，在热处理工艺实施中要判断一个合金钢是亚共析钢还是过共析钢，不能像碳钢那样根据Fe-Fe3C相图。

而应根据Fe-C-Me三元相图和多元铁基合金系相图来进行分析。

13、钢在加热转变时，为什么含有强碳化物形成元素的钢奥氏体晶粒不易长大？（P23）答：合金元素形成的碳化物在高温下越稳定，越不易溶入奥氏体中，能阻碍晶界长大，显著细化晶粒。

14、为什么说得到马氏体随后回火处理是钢中最经济而又最有效的强韧化方法? （P31）答：①钢淬火形成马氏体。

马氏体中溶有过饱和的碳和合金元素，产生很强的固溶强化效应；②马氏体形成时产生高密度位错，位错强化效应很大；③奥氏体转变为马氏体时，形成许多极细小的、取向不同的马氏体束，产生细晶强化效应。

④淬火后回火，马氏体中析出细碳化物粒子，间隙固溶强化效应大大减小，但产生强烈的析出强化效应。

15、简述合金元素对钢过冷奥氏体等温分解C曲线的影响规律？（P24）答:合金元素可以使钢的C曲线发生显著变化。

除Co外，几乎所有的合金元素使C曲线右移（即增大过冷奥氏体的稳定性，推迟珠光体型的转变）。

合金元素的加入推迟珠光体型的转变的同时还可在连续冷却过程中得到贝氏体型组织的钢。

同样合金元素的加入也影响着贝氏体型的转变。

贝氏体转变中，合金元素的作用首先表现在对贝氏体转变上限温度B S点的影响。

碳、锰、镍、铬、钼、钒、钛等元素都降低B S点，使得在贝氏体和珠光体转变温度之间出现过冷奥氏体的中温稳定区，形成两个转变的C曲线。

碳化物形成元素增加碳原子的扩散激活能，减慢碳的扩散，对贝氏体转变有一定延缓作用，如钨、铜、钛、钒等元素。

但钴可促进贝氏体转变。

马氏体转变是无扩散型转变，形核和长大速度极快，所以合金元素对马氏体转变动力学影响很小。

除Co、Al以外，绝大多数合金元素都使M s和M f下降。

16、合金元素提高钢的回火稳定性的原因何在？（P26）答：合金元素的一主要作用是提高钢的回火稳定性，即钢对回火时发生软化过程的抵抗能力，使回火过程各个阶段的转变速度大大减慢，将其推向更高的温度。

表现在下面几个方面：（1）合金元素对淬火钢回火转变过程中马氏体分解的影响在碳钢中，实际上所有的碳从马氏体的析出温度都在250℃~350℃左右，而在含碳化物形成元素的钢中，可将这一过程推移到更高的温度（400℃~500℃）。

非碳化物形成元素对这一过程影响不大，但Si的作用比较独特，可以显著减慢马氏体的分解速度。

（2）合金元素对淬火钢回火转变过程中残余奥氏体转变的影响合金元素大都使残余奥氏体的分解温度向高温方向推移。

其中尤以Cr、Mn、Si的作用最为显著。

（3）合金元素对淬火钢回火转变过程中碳化物的形成、聚集和长大的影响合金元素中Si和Al可以强烈推迟ε-碳化物向渗碳体的转变温度。

Cr也有使转变温度升高的作用，不过比Si和Al的作用要小得多。

此外Si和V、W、Mo、Cr还对碳化物的聚集长大过程起阻碍作用。

（4）合金元素对淬火钢回火转变过程中铁素体回复再结晶的影响大多数合金元素均延缓铁素体的回复与再结晶过程，其中Co、Mo、W、Cr、V显著提高α相的再结晶温度，Si、Mn的影响次之，Ni的影响较小。

（5）合金元素对淬火钢回火转变过程中回火脆性的影响Mn、Cr、Ni（与其它元素一起加入时）、P、V等增加回火脆性敏感性，Mo、W降低回火脆性敏感性。

17、叙述低合金钢的第二类回火脆性。

（P28）答：450~600℃间发生的第二类回火脆性主要与某些杂质元素以及合金元素本身在原奥氏体晶界上的严重偏聚有关，这类回火脆性在各类合金钢中均有发生，只是程度不同而已，这是一种可逆回火脆性。

根据合金元素对第二类回火脆性的作用，可将合金元素分为三类：①增加回火脆性敏感性的元素有：Mn、Cr、Ni（与其它元素一起加入时）、P、V等；②无明显影响的元素有：Ti、Zr、Si、Ni（单一元素作用时）；③降低回火脆性敏感性的元素有：Mo、W。

18、防止钢铁材料腐蚀途径有哪些？（P40）答：从提高钢本身的耐蚀性能即金属材料的成分、组织设计来说，可以有以下途径：第一是使钢对具体使用的介质能具有稳定钝化区的阳极极化曲线；第二是提高金属基体的电极电位，降低原电池的电动势；第三是减少微电池的数量，如使金属具有单相组织；第四是使金属表面形成稳定的钝化膜，如钢中加入硅、铝、铬等。

不锈钢的合金化就是在钢中加入合金元素来实现上述四条途径。

实际上，加入不同的合金元素可以在一条途径或同时在几条途径上产生作用，使钢耐蚀。

19、钢材的强度随温度的变化将发生变化，从合金化的角度考虑如何提高钢的热强性？（P47）答：1）提高金属材料基体的原子间结合力，强化基体，通常就要求选用高熔点的金属作为基体；2）对于已选用的耐热钢基体，还可通过固溶强化提高原子间的结合力，提高蠕变极限。

如一定量的钼、铬、锰、硅等能显著提高α-Fe的蠕变极限；3）最佳利用晶界强化，使晶界适当地粗化，以减少薄弱的晶界数量，在减少晶界数量的同时，往往还对晶界进行净化和强化。

如向钢中加入B、RE等化学性质活泼的元素，则可利用这些元素与易熔杂质形成高熔点的稳定化合物。

4）采用难熔的合金碳化物作为第二相，如MC、M23C6、M6C等。

为了获得更高的热强性，还可用热稳定性更高的金属间化合物，如Ni3(TiAl)、Ni3Ti、Ni3Al等作为基体的强化相。

20、工程构件用合金结构钢的成分和性能要求是什么？（P51）答：工程构件用合金结构钢所要求的力学性能是弹性模量大，以保证构件有更好的刚度；有足够的抗塑性变形及抗破断的能力，即σs和σb较高，而δ和ψ较好；缺口敏感性及冷脆倾向性较小等。

并要求具有一定的耐大气腐蚀及海水腐蚀性能和良好的冷变形性能和焊接性能。

以工艺性能为主，力学性能为辅。

成分设计上仍应是低碳钢（w C%≤0.25%）。

21、合金元素在低合金高强度结构钢中的作用是什么？为什么考虑低C？具体分析Mn、Si、Al、Nb、V、Ti、Cu、P、Cr、Ni对低合金高强钢性能的影响？（P51-53）答：采用低碳主要是为了获得较好的塑性、韧性、焊接性能。

Mn的固溶强化效果较大。

Mn是促使奥氏体长大的元素，但在构件用钢中，由于基体组织为铁素体加少量的珠光体，Mn能降低钢的A r1温度，降低奥氏体向珠光体转变的温度范围，并减缓其转变速度，因而表现出细化珠光体和铁素体的作用。

Mn的含量在1%~1.5%范围内可促进铁素体在形变时发生交滑移，锰还使三次渗碳体难于在铁素体晶界析出，减少了晶界的裂纹源，这也将改善钢的冲击韧性。