金属学与热处理铸造合金期末考试题答案

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金属学与热处理铸造合金及其熔炼考试题纲

1．铁碳相图的二重性及其分析

从热力学观点上看，Fe-Fe3C相图只是介稳定的，Fe-C相图才是稳定的；从动力学观点看，在一定条件下，按Fe-Fe3C相图转变也是可能的，因此就出现了二重性。

分析：1）稳定平衡的共晶点C’的成分和温度与C点不同

2）稳定平衡的共析点S’的成分和温度与S点不同

2．稳定态和亚稳定态铁碳相图异同点

稳定平衡态的Fe-C相图中的共晶温度和共析温度都比介稳定平衡的高一点；

在共晶温度时，稳定平衡态的奥氏体的含碳量小于亚稳态平衡下奥氏体的含碳量。

3．用铁碳相图分析铸铁碳钢一二次结晶异同点

一次结晶：铁液降至液相线时，有初析石墨和初析奥氏体析出。温度继续下降，熔体中同时析出奥氏体和石墨，铸铁进入共晶凝固阶段。

当钢液温度降低至液相线时，有高温铁素体析出。温度下降至包晶温度时，发生包晶转变，生成奥氏体。温度继续下降，穿过L+γ区时，又有奥氏体自钢液中析出，此析出过程进行到固相线温度为止。

二次结晶：铸铁的固态相变即二次结晶。继续冷却，奥氏体中的含碳量沿E’S’线减小，以二次石墨的形式析出。当奥氏体冷却至共析温度以下，并达到一定的过冷度，就开始共析转变。两个固体相α与Fe3C相互协同地从第三个固体相长大（成对长大），形成珠光体。当温度下降至GS和PS线之间的区域是，有先共析铁素体α相析出。随着α相的析出，剩余奥氏体的含碳量上升。当温度达到共析转变温度时，发生共析转变，形成珠光体。结晶过程完了后，钢的组织基本上不在变化。

4．分析球状石墨形成过程

目前已基本肯定，球状石墨可以和奥氏体直接从熔体中析出。

在亚共晶或共晶成分的球墨铸铁中，首批小石墨在远高于平衡共晶转变温度就已成形，这是不平衡条件所造成的，但随着温度的下降，有的小石墨球会重新解体，而有的则能长大成球，随着这一温度的进行，又会出现新的小石墨球，说明石墨球的成核可在一定的温度范围内进行。

某些石墨球能在熔体中单独成长至一定尺寸，然后被奥氏体包围，而有的石墨球则很早的就被奥氏体包围，形成奥氏体外壳。总之，石墨球的长大包括；两个阶段，即：1）在熔体中直接析出核心并长大2）形成奥氏体外壳，在奥氏体外壳包围下成长。

5．灰铸铁的金相组织及其性能特点

灰铸铁的金相组织由金属基体和片状石墨所组成，还有少量非金属夹杂物。

特点：强度性能差；硬度特点，同一硬度时，抗拉强度有一个范围，同一强度时，硬度也有一定的范围；较低的缺口敏感性；良好的减震性；良好的减磨性。

6．流动性的概念及其影响因素

流动性是指铁液充填铸型的能力。

主要影响因素是化学成分和浇筑温度。

7．球墨铸铁的共晶转变

球状石墨的共晶过程在相当程度上属于变态的共晶，一般称之为离异共晶，因为在整个共晶转变的相当长一段时间内，球状石墨和奥氏体两个析出的格局；石墨在先，奥氏体在后，两个相没有平滑的共同结晶前沿，而且在时间和场合上都是分析的。

8．球墨铸铁生产孕育处理的目的

消除结晶过冷倾向；

促进石墨球化；

减少晶间偏析：

9．球墨铸铁的凝固特点

球墨铸铁有较宽的共晶凝固温度范围；

球墨铸铁的糊状凝固特性；

球墨铸铁具有较大的共晶膨胀。

10．球化衰退及其防治措施

1）铁液中应保持有足够多的球化元素含量

2）降低元铁液中的含硫量，并防止铁液氧化

3）缩短铁液经球化处理后的停留时间

4）铁液经球化处理并扒渣后，为防止镁及稀土元素逃逸，可以用覆盖剂将铁液表面覆盖严，隔绝空气及减少元素的逃逸。

11．分析石墨形态对灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻造铸铁组织和性能的影响

碳提高钢的淬透性，促使热影响区部位的钢发生马氏体转变，因而产生大的淬火应力，易导致开裂，有恶化钢焊接性能的倾向。因此含碳量越高，其焊接性能越差。对于含碳量高的碳钢铸件，在焊接前对焊接热影响区进行适当的预热，有助于避免铸件的开裂。

12．碳钢铸件热处理目的

目的：细化晶粒，消除魏氏体和消除铸造应力。

13．碳对铸钢淬透性、焊接性能、铸造性能的影响

14．铸钢和低合金钢的牌号

15．提高低合金钢淬透性的5种合金元素排序

Mn、Mo、Cr、Si、Ni

16．镍对低合金钢组织性能的影响

1）固溶强化

2）提高钢的淬透性

3）细化珠光体

4）降低钢的韧性-脆性转变温度

5）提高钢在高温下的抗氧化性

6）

17．获得高强度、高韧性低合金钢的途径

低含碳量；多种合金元素复合强化；多阶段热处理；钢液净化。

18．解释高锰钢的加工硬化现象和水韧处理目的

加工硬化现象：高锰钢经过热处理后具有单一奥氏体组织，韧性很好，但硬度并不高。但这种奥氏体有加工硬化性、铸件在工作中经受强烈冲击或挤压时，其表面层组织发生加工硬化，硬度大幅度提高，因而具有很高抗磨性。

水韧处理目的：消除碳化物，得到单一的奥氏体组织；这种奥氏体钢在经受冲击挤压时，表面层发生变形，产生强化；这种表面层硬度与内部高韧性的结合，使高锰钢具有很高抵抗冲击磨损的能力。

19．不锈钢抗腐蚀机理及其提高耐腐蚀性的途径

不锈钢抗腐蚀机理：铬溶于铁的晶格中形成固溶体。当钢中含铬量达到一定的浓度(约12%)时，就会在钢的晶粒表面形成一层致密的、含氧化铬(Cr2O3)的薄膜，其组成可以用FeO·Cr2O3表示。这种氧化膜在氧化性酸类(如硝酸)中具有高的化学稳定性，称为钝化膜。合金元素铬固溶在铁素体中，能提高它的电极电位，缩小两相之间电极电位的差值，从而减轻电化学腐蚀现象。

提高耐腐蚀性途径：降低含碳量；净化钢液。

20．解释不锈钢晶界处晶间贫铬导致的晶间腐蚀

产生原因：少量的碳化物在晶界处析出，不锈钢中的碳化物中含有很高的铬，其含铬量比钢的平均含铬量高出很多，因此在晶界上析出碳化物，会造成钢的晶粒内界面层的贫铬现象，使钢的钝化膜不易形成，降低钢的耐蚀性。而由于晶界部位钢的耐蚀性低，致使腐蚀过程易沿着钢的晶界向深处扩展，从而促使晶间腐蚀发生。这种腐蚀方式隐蔽，其危害性比均匀腐蚀更为严重。

防治措施：严格控制钢的含碳量，在可能条件下，尽量低一些，特别是对于厚壁铸件，钢的含碳量应按照规格成分的下限控制；往钢中加入适量的碳化物形成元素钛或铌，使钢中的碳除了奥氏体能溶解的部分以外，多余的部分形成碳化钛或碳化铌。在固溶化处理后，进行稳定化处理，可充分发挥钛（或铌）的作用以将铬稳定在奥氏体晶粒内部，从而避免晶间腐蚀。

21．铝硅合金变质处理时对性能的影响

变质前的力学性能低，切削加工性能差，必须进行变质处理，使板片状的共晶硅转变为纤维状，并消除初晶硅。

22．铝硅合金初晶硅加磷细化机理

磷以AlP的形式存在于合金中，由于AlP的晶型和硅相同，成为硅的非自发结晶核心，在过共晶合金中，AlP的数量不足，成为少数初晶硅非自发核心，发展为大块初晶硅，恶化力学性能，需要加磷在铝液中形成大量的AlP，细化初晶硅并均匀分布在基体上，成为理想耐磨组织。

23．铝铸件热处理目的

提高铝铸件的综合力学性能；消除偏析和针状组织；改善组织性能；稳定铝铸件的组织和尺寸；消除铸造应力。

24．铝合金强化机制（？）

Al-Si-Mg在540-545℃固溶时，Mg2Si固溶剂中形成铝基固溶体，起固溶强