结构材料复习资料

第一章钢的合金化原理

一、填空题

1、合金元素在钢中的存在形式有以固溶体形式存在、形成强化相、形成非金属夹杂物、以游离态存在。

2、合金钢按用途可分成结构钢、工具钢和特殊性能刚三类。

3、按照与铁的相互作用的特点，合金元素分为 A 形成元素和 F 形成元素。

4、奥氏体形成元素降低A3点，提高A4点。

5、按照与碳相互作用的特点，合金元素分为非碳化物形成元素和碳化物形成元素。

6、所有的合金元素均使S点左移，这意味着合金钢共析点的碳浓度将移向---低碳方向，使共析体中的含碳量降低。

7、几乎所有的合金元素（除Co外）均使C曲线向右移动，其结果是降低了钢的临界冷却速度，提高了钢的淬透性。

8、几乎所有的合金元素（除Co、Al外）都使Ms、Mf点降低，因此淬火后相同碳含量的合金钢比碳钢的残余 A 增多，使钢的硬度降低，疲劳抗力下降。

二、名词解释

合金元素：为保证获得所要求的组织结构，物理、化学性能而特别添加到钢中的化学元素。

合金钢：在化学成分上特别添加合金元素用以保证一定的生产和加工工艺以及所要求的组织与性能的铁基合金。

奥氏体形成元素：使A3点↓，A4点↑，在较宽的成分范围内，促使奥氏体形成，即扩大了γ相区。

铁素体形成元素：使A3点↑，A4点↓，在较宽的成分范围内，促进铁素体形成，依缩小γ相区的程度又分为两小类。

二次淬火：已淬火的高合金钢中的残余奥氏体在回火冷却中转变为马氏体的现象。

二次硬化：钢在回火时出现的硬度回升现象。

三、问答题

1、合金元素在钢中有哪几种存在形式这些存在形式对钢的性能有什么影响

（1）以溶质形式溶入固溶体，如：溶入铁素体，奥氏体和马氏体中。（有利）

（2）形成强化相，形成碳化物或金属间化合物。（有利）

（3）形成非金属夹杂物，如氧化物（Al2O3、SiO2等），氮化物和硫化物（MnS、FeS等）（有害、尽量减少）

（4）以游离态存在，如C以石墨状态存在（一般也有害）

元素以哪种形式存在，取决于元素的种类、含量、冶炼方法及热处理工艺等。

2、钢中存在哪几种类型的碳化物比较它们稳定性的强弱。碳化物的稳定性对钢的性能及热处理有什么意义

a、当rc/rm>（rc为碳原子半径，rm为合金元素的原子半径），复杂点阵结构碳化物。

b、当rc/rm<，简单点阵碳化物（间隙相）。

C、当合金元素含量不足以形成自己特有的碳化物时，则形成M6C型(复杂六方)的合金碳化物。

d、当Me含量很少时，形成合金渗碳体。

碳化物稳定性高，可使钢在高温下工作并保持其较高的强度和硬度。钢的红硬性、热强性好。相同硬度条件下，碳化物稳定性高的钢可在更高温度下回火，使钢的塑性、韧性更好。合金钢较相同硬度的碳钢综合力学性能好。

碳化物的稳定性高，在高温和应力作用下不易聚集长大，也不易因原子扩散作用而发生合金元素的再分配。钢的抗扩散蠕变性能好。

3、合金钢二次硬化现象的本质是什么对钢的性能有什么影响

本质是：弥散强化。二次硬化：钢在回火时出现的硬度回升现象。原因特殊碳化物的弥散硬化+ 二次淬火。

影响：（1）合金的硬度提高。(2)弥散质点的数量愈多，二次硬化效应愈大，即合金元素的含量越高，二次硬化效应越显著。(3)二次硬化峰也与回火时残余奥氏体→马氏体(二次淬火)相联系如高速钢回火时。（4）V Nb Ti Mo W和高Cr钢中均显示二次硬化效应

第二章结构钢

一、名词解释

调质钢：经过调质处理后，能获得良好的综合力学性能的钢种。

二、填空题

1、机器零件钢按用途可分成调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢

和渗碳钢四类。

三、问答题

1、低合金高强度钢中的主加合金元素Mn对钢的性能有哪些影响为什么它会有这些影响

锰属于复杂立方点阵，其点阵类型及原子尺寸与α-Fe相差较大，因而锰的固溶强化效果较强。

锰是A形成元素，能降低A→P转变的温度Ar1，并减缓其转变速度，可细化P，↑钢的强度和硬度。

锰的加入可使Fe-C状态图中“S”点左移，使基体中P数量增多，可使钢在相同含碳量下，P量增多，致使强度不断↑。

锰还能↓钢的韧脆转变温度。

注意：锰的含量要控制在2%以内，若过高将会有贝氏体出现，且使焊接性能变坏，容易产生裂纹。

2、机器零件用钢中的主加合金元素有哪些它们的主要作用是什么

主加合金元素：Si、Mn、Cr、Ni、B，

作用：分别加入或复合加入钢中，对↑钢的淬透性、↑钢的综合力学性能起主导作用。

3、弹簧钢的成分特点是什么这样的成分对钢的性能有哪些影响

1、中、高碳

碳素弹簧钢的含碳量在%～%之间，合金弹簧钢的含碳量一般在%～%之间，以保证高的弹性极限、屈服强度和疲劳强度。

2、加入提高淬透性的元素

主加合金元素：Si、Mn；

目的：提高淬透性、强化铁素体基体和提高回火稳定性，同时也提高屈强比。

硅对提高钢的弹性极限有明显的效果，但高硅量的钢有石墨化倾向，并在加热时易于脱碳。锰在钢中易使钢产生过热敏感性。

辅加合金元素：碳化物形成元素Cr、Mo、W、V等，

目的：进一步提高淬透性和强度，防止钢在加热时晶粒长大和脱碳，增加回火稳定性及耐热

性。

4、调质钢的成分特点是什么主加合金元素与辅加合金元素的主要作用是什么

1、中碳

ωc ：（0. 25％～0. 50％）C。含碳量过低，不易淬硬，回火后强度不够；含碳量过高，材料的塑性、韧性变差。

2、主要加入提高淬透性的元素

如Cr、Ni、Mn、Si、B等，提高淬透性，强化F。

Cr、Mn、B可单独加入，Ni、Si在我国不单独加入，而是复合加入。

3、加入提高回火稳定性和防止第二类回火脆性的元素

V、Ti、Mo、W等，能细化晶粒，提高回火稳定性。

Mo、W可以减轻和防止第二类回火脆性，其合适的质量分数约为ωMo=％～％或ωw=％～％。

5、GCr15钢从钢锭到成品，要经过以下几个温度范围的热处理工序，说明每个工序的名称、目的和热处理后的组织。

1150~1200℃；锻、轧前的高温扩散退火；消除碳化物液析和碳化物带状组织

770~810℃；球化退火（缓冷球化）；↓钢的硬度，以利于切削加工；获得细小的球状珠光体和均匀分布的细粒状碳化物，为零件的最终热处理作组织准备。

830~860℃；淬火；；

淬火组织：隐晶M基体+粒状碳化物+残余A

160±5℃；低温回火温度；

回火组织：回火M+细粒状碳化物+残余A。

-60℃。冷处理；避免在长期保存或使用过程中会发生变形。

6、分析低碳马氏体型结构钢的性能特点及应用范围。

(1)良好的韧性低碳钢含碳量少，固溶强化后F晶格畸变小，脆性低，韧性好；位错亚结构有良好的韧性；相互排列的M条在冲击力作用下，无相互撞击，还可吸收一部分冲击能量；较高的Ms温度，有自回火现象，消除了部分淬火应力。

(2)高的抗拉强度和低的脆性转化温度低碳M的抗拉强度可达1200～1300MPa，其脆性转化温度<- 60℃，具有良好的低温冲击性能。低碳M的冷脆转化温度≤-60～- 70℃，而40Cr钢调质态为- 50℃。低碳M钢适用于在严寒地带室外工作的机件及低温下要求高强度和韧性的机件。

(3)缺口敏感性和疲劳缺口敏感度低低碳M钢不但在静载荷下具有低的缺口敏感性，而且还具有低的疲劳缺口敏感度

(4)良好的工艺性能如良好的冷加工性、可焊性，较低的热处理脱碳倾向和变形和开裂倾向。

第3章铸铁

一、名词解释：铸铁的石墨化：铸铁中碳原子析出和形成石墨的过程

球墨铸铁：石墨呈球状分布的灰口铸铁。

铸铁的热生长：铸铁在反复加热、冷却时会发生体积膨胀的现象。

二、填空题

1、白口铸铁中碳主要是以渗碳体的形式存在，灰口铸铁中碳主要是以石墨的形式存在。

2、普通灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁中石墨的形态分别为片状、团絮状和球状。

3、可锻铸铁俗称玛钢。