南京航空航天大学830金属材料学考研真题参考答案(2010-2011年)

南京航空航天大学830金属材料学2010年考研真题答案备注：我叫杨国庆，曾经考过南航的研究生。

我只是根据我的考研资料总结的参考答案，并不是官方的。

有些内容可能会出现错误，欢迎大家批评指正。

一、名词解释1、合金钢：在碳钢的基础上，为了改善碳钢的力学性能或某些特殊性能，有目的地在冶炼钢的过程中加入某些元素而得到的多元合金。

2、氢脆：定义有很多，大家可选择其中一个背诵。

（1）由于氢和应力的共同作用而导致金属材料发生脆性断裂的现象。

（2）由于处于张应力状态作用下的金属合金，发生腐蚀吸收阴极析出氢导致的脆化断裂。

3、韧脆转变温度：材料屈服强度急剧升高的温度，或断后伸长率、断面收缩率、冲击吸收功急剧减小的温度。

4、氮化：用氮饱和钢的表面的工艺过程。

5、时效硬化：钢材在热处理后的防止过程中内部组织发生变化，通常是第二相的析出导致的钢材在放置后比放置前变硬的现象。

二、填空题1. 低合金钢、中合金钢、高合金钢；2. Cu、P；3. 锰、硅；4. M23C6型、MC 型；5. σ相脆性、475℃脆性；6. 白口铸铁、麻口铸铁、灰口铸铁；7. α、β、αβ+三、单项选择题1. A 合金强度较高，延性较小2. A 有一定的范围，与成分有关3. D 菱铁矿4.C 吹气转炉法5. C 磷 6.D 锰7. A 铅8. D 高碳钢9. D Ac1以上20~40℃10. C NH3气体11. 硅钢12. A 550~570℃13. D 使合金化合物稳定有益与淬火14. A 铁、碳、铬15. D硅、铬16. C白口铁17. 铸铁热生长18. A 退火19.D 镁20. D铝铜镁、镍系合金。

四、判断题1-5：√√×√√6-10：×√√√×11-15：××√×√（14题解释：高速钢的正常淬火组织为：马氏体（60-65%）+碳化物（10%）+残余奥氏体（25-30%）16-20：××√××（17. 应当高于使用温度100-150℃进行回火处理；19. 向Al-Si 共晶合金应当加入锶和稀土元素作为变质剂，而不是稀土镁合金；20 MB2是镁合金的旧牌号，对应新牌号的AZ40M，所以它属于Mg-Al-Zn系合金，而Mg-Al-Zn 系镁合金无论铸造还是变形镁合金都可以进行热处理。

）五、问答题1.答：普通碳素钢：Ws≤0.05%，Wp≤0.045%（1）强度和屈强比低，塑性一般，且不便于用锻压制成形状复杂的毛坯零件，只能用于静态工程；（2）焊接性能一般，对焊接技术要求严格；（3）冲击韧性差，时效感应低2. 答：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；马氏体形成时产生高密度的位错，位错强化效应很大；奥氏体转化成马氏体时，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。

（5分）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。

由此可知，马氏体强化充分而合理地利用了全部四种强化机制，是钢的最经济和最有效的强化方法。

3. 答：（1）在450℃-800℃的温度区间内，奥氏体不锈钢易遭受晶间腐蚀。

（2）在敏化温度区间易发生晶间腐蚀的原因主要有：①在该温度范围内，奥氏体中的含碳量较高，给富铬的(Cr,Fe)23C6的析出创造条件；②由于碳和铬的扩散速度不同，铬的扩散速度小于碳，(Cr,Fe)23C6的析出使晶界周围的基体产生贫铬区，由于铬的扩散速度较慢，贫铬区得不到恢复。

贫铬区的产生使得晶界附近的铬含量被降到n/8量限度一下，因而贫铬区成为微阳极而发生腐蚀。

③在敏化温度区间，(Cr,Fe)23C6较稳定，不会溶解于奥氏体中。

（3）对于含Ti、Nb 稳定化元素的铬镍奥氏体不锈钢进行退火，进行这种退火可以将碳化铬完全溶解，而特殊碳化物TiC或NbC不完全溶解，且在冷却过程中特殊碳化物又充分析出，使碳不可能再形成铬的碳化物，因而有效消除了晶间腐蚀倾向。

由于这种退火是稳定C的处理，因此又称为稳定化退火或稳定化处理。

4. 答:下面就以12CrMoV钢为例介绍低碳珠光体热强钢的合金化原理，12CrMoV 钢的化学成分为C：0.08-0.15%，Cr：0.90-1.20%，Mo：0.25-0.35%, V：0.15-0.30%。

（1）合金要低碳：合金中的碳含量一般为0.08-0.20%。

低碳一方面不仅可使钢基体组织保持有大量的铁素体，利用铁素体的高熔点和组织稳定性的特点获得良好的耐热性；而且使钢中碳化物的数量相对减少，钢中的珠光体不易发生球化，珠光体中的渗碳体也不易发生石墨化，这有利于组织稳定。

另一方面，低碳还使钢具有良好的加工工艺性能，但碳的含量也不易过低，否则会造成生产成本的上升。

所以12CrMoV钢设定C的含量为C为0.12%左右。

（2）我们知道提高钢的热强性的途径有固溶强化和第二相强化，对于低碳珠光体型热强钢，固溶强化即加入合金元素固溶强化铁素体基体(包括珠光体和索氏体中的铁素体)，以提高钢的热强性和再结晶温度。

主加元素铬和钼是铁素体基体最有效的强化元素，使钢的热强性大为提高。

但仅经过铬和钼固溶强化的铁素体在工作温度和应力的长期作用下，会缓慢地向碳化物中富集，而铁锰等其他元素则被排挤到固溶体中去，产生合金元素在使用过程中的再分配现象，其结果将导致固溶体中强化元素的减少，热强性下降。

为此钢中还需加入一定量的附加元素，以减少合金元素再分配的趋势。

如常加入的附加元素主要有V、Ti、Nb，这些元素与碳形成稳定的碳化物，使铬和钼等固溶强化元素难以发生向碳化物转移的再分配现象。

对于12CrMoV钢加入的Cr在1%左右，Mo 为0.25-0.35%，V 则起到阻止元素再分配的作用。

（3）对于第二相强化，研究结果表明，如果钢中的V/C的比值复合VC的化学式比例，C和V几乎全部结合成VC，可以的达到最高的沉淀强化效果。

这是VC即产生沉淀强化，又能保证Cr、Mo溶入 固溶体，从而使铁素体获得较好的强化。

所以设定元素V在12CrMoV钢含量为0.15-0.30%，它除了可以与元素C生成难熔碳化物VC，起第二相强化作用外，多余出来的V还可以阻止铬和钼的元素再分配现象。

（具体参见红宝书第六章第1节）5. 答：铝合金的合金化机制主要有固溶强化、时效强化、过剩相强化、细化晶粒强化和变形强化。

主加合金元素与铝形成有限固溶体，如镁、锰、锌等可溶于铝基体中，起固溶强化作用；铜、铜与镁、锌与镁、硅与镁等可与铝形成强化相；硅的含量较多时可以形成过剩相强化。

铝合金中的辅加元素钛、锆、硼和稀土元素等可产生细化晶粒的作用；同时有些微量元素还可以降低铝合金中氢和夹杂物的含量，起到净化作用。

6. 答：磨削裂纹的产生是磨削热循环应力引起的，磨削时零件表面的温度可能高达820-840℃或更高，产生微裂以及磨粒刮出的微裂纹，后续的宏观应力将把裂纹扩展开来形成宏观裂纹。

由于18Cr2Ni4WA含有较多的Cr和Ni等合金元素，且渗碳后表层的碳含量很高，这就导致了马氏转变温度Ms的大幅下降，若渗碳后直接淬火，渗碳层中将保留大量的残余奥氏体。

残余奥氏体在磨削时受磨削热的影响即发生分解，逐渐转变为马氏体，这种新生的马氏体集中于表面，引起零件局部体积膨胀，加大了零件表面应力，导致磨削应力集中，继续磨削则容易加速磨削裂纹的产生；此外，新生的马氏体脆性较大，磨削也容易加速磨削裂纹的产生。

另一方面，在磨床上磨削工件时，对工件既是压力，又是拉力，助长了磨削裂纹的形成。

如果在磨削时冷却不充分，则由于磨削而产生热量，足以使磨削表面薄层重新奥氏体化，随后再次淬火成为淬火马氏体。

因而使表面层产生附加的组织应力，再加上磨削所形成的热量使零件表面的温度升高极快，这种组织应力和热应力的迭加就可能导致磨削表面出现磨削裂纹。

后续的循环应力将为裂纹扩展开来形成宏观裂纹。

防止措施：①选用硬度较软、粒度较粗的砂轮来磨削，来降低磨削热。

②分粗精磨。

③热处理方面，对于淬火后的齿轮进行去应力回火。

南京航空航天大学830金属材料学2011年考研真题答案一、名词解释1、镇静钢：脱氧彻底的钢。

2、偏聚：固溶体内溶质原子富集的小区域(偏聚区)的形成过程。

3、控制轧制：将加入微合金化元素的普低钢加热到高温进行轧制，但必须将终轧温度控制在Ar3附近。

控制轧制本身是形变热处理的一种派生形式，其主要目的是细化晶粒组织，从而提高热压钢的强韧性。

4、Tammann定律：铁基固溶体中的Cr的含量达到12.5%原子比（即1/8）时，电极电位有一个突跃的升高；当Cr的含量提高到25%原子比（即2/8）时，铁基固溶体的电极电位又一个突跃升高。

这种现象称为二元合金固溶体电位的n/8规律。

Tammann首先总结和发现了这一规律，并且发现许多二元合金固溶体中存在这种规律，所以又把这个规律称为Tammann定律。

（见红宝书第一章第2节）5、可锻铸铁：铸铁中石墨呈团絮状存在。

其力学性能较灰铸铁高，并接近于球墨铸铁。

二、填空题1. 淬透性、热强性、耐腐蚀性；2. 硬度大、分解温度高、好、低；3. 不可逆、可逆4. 好、合金钢、碳钢5. 强度、韧性、耐腐蚀6. 高温强度、抗氧化性能7. 2.7g/cm3、1.8 g/cm3、4.5 g/cm3三、单项选择题1. a 过冷度变大，转变驱动力增大2. b <0.4%的钢都是位错马氏体3. a ≤16mm时试样的屈服点≥345Mpa4. c 细晶强化5. 铬的含量为1.5%6. d 固溶处理+时效（注：18Ni属于马氏体时效钢）7. b 奥氏体组织8. b 奥氏体组织9. c N 10. a 较低淬火温度+低温回火11. c 淬火+高温回火12. c淬火+高温回火（注：1Cr13、2Cr13类似于普通调质钢，一般用作不锈钢件，所以常用调质处理，以获得高的综合力学性能；而3Cr13、3Cr13Mo、4Cr13类似于工具钢，所以它们的最终热处理采用淬火加低温回火。

目的是为了获得高的硬度和耐磨性。

）13. a W，V 14. a 淬火+低温回火15. b 白口铸铁16. a 以铜为主要合金元素的铝合金17. a 主要是S（CuMgAl2）相，其次是θ（CuAl2）相18. c Mg 19. b Al、Zn20. b TB2四、判断题1-5：×√√××（1. 氢脆的定义为：高强度钢在富氢的气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象。

合金中含有氢不一定就导致氢脆；2. 对于退火态金属：非碳化物形成元素绝大多数固溶于基体中，而碳化物形成元素视C和本身量多少而定。

优先形成碳化物，余量溶入基体。

所以正确）6-10：×√××√（8. 前面就几句话完全正确，最后是得到铁素体+马氏体的双相组织而不是铁素体+奥氏体；9 马氏时效钢是无碳的，所以充分发挥碳及合金元素的最佳设计配合是错的）11-15：××√√×（15.渗碳钢制造量具经渗碳、淬火及低温回火后还需精加工，不能直接使用，故错。