练习题金属材料学

金属材料学填空1细化晶粒对钢性能的贡献是强化同时韧化，提高钢淬透性的主要作用是使零件整个断面性能趋于一致，能采用比较缓和的方式冷却。

2滚动轴承钢GCR15的CR质量分数含量为1.5%，滚动轴承钢中碳化物不均匀性主要是指碳化物液析、带状碳化物、网状碳化物。

3凡是扩大r区的元素均使fe—c相图中s、e点向左下方移动，例ni、mn等元素，凡封闭r区的元素使s、e点向左上方移动，例cr、si、mo等元素。

s点左移意味着共析碳含量减少，E点左移意味着出现莱氏体的碳含量减少。

4铝合金可分铸造铝合金和变形铝，变形铝又可分硬铝、超硬铝、锻铝和防锈铝.5H62是表示压力加工黄铜的一个牌号，主要成份及名义含量是cu62%，zn38%。

6球铁的力学性能高于灰铁是因为球铁中石墨的断面切割效应、石墨切割作用效应要比灰铁小得多。

7铝合金热处理包括固溶处理和时效处理两过程，和钢的热处理最大区别是铝合金没有同素异构相变。

8.钢的合金化基本原则是多元适量、复合加入，在钢中细化晶粒作用较大的合金元素有ti、v、nb等。

9在钢中，常见碳化物形成元素有ti、nb、v、mo、w、cr。

钢中二元碳化物分为两类：rc/rm<=0.59为简单点阵结构，有mc 和m2c型，rc/rm>0.59为复杂点阵结构，有m23c6、m7c3和m 3c型。

两者相比，前者的性能特点是硬度高、熔点高和稳定性好。

10.选择零件材料的一般原则是使用性能要求、工艺性要求和经济性要求等。

汽车变速箱齿轮常用20crmnti钢制造，经渗碳和淬回火热处理。

11奥氏体不锈钢1cr18ni9晶界腐蚀倾向比较大，产生晶界腐蚀的主要原因是晶界析出cr23c6，导致晶界区贫cr，为防止或减轻晶界腐蚀，在合金化方面主要措施有降低碳量、加入ti、v、nb强碳化物元素。

12.影响铸铁石墨化的主要因素有化学成份、冷却速度。

球墨铸铁在浇住时经过孕育处理和球化处理。

13铁基固溶体的形成有一定规律，影响组元在置换固溶体中溶解情况的因素有：溶剂与溶质原子的点阵结构、原子尺寸因素、电子结构。

14对耐热钢最基本的性能要求是良好的高温强度和塑性、良好的化学稳定性。

常用的抗氧化合金元素是cr、al、si。

15提高钢淬透性的作用是获得均匀的组织，满足力学性能、能采取比较缓慢的冷却方式以减小变形、开裂倾向。

16高锰耐磨钢（如zgmn13）经水韧处理后得到奥氏体组织。

在高应力磨损条件下，硬度提高而耐磨，其原因是加工硬化及奥氏体析出k和应力诱发马氏体相变。

17对热锻模钢的主要性能要求有高热强性，良好的热疲劳抗力，良好的冲击韧性和良好的淬透性及耐磨性。

常见钢号有5crnim o.18qt600-3是球墨铸铁，600表示抗拉强度大于等于600mpa,3表示延伸率大于等于3%。

h68是黄铜，ly12是硬铝，qsn4-3是锡黄铜。

19、钢的强化机制主要有固溶强化、位错强化、细晶强化、沉淀强化。

其中细晶强化对钢性能的贡献是既提高强度又改善塑、韧性。

20、提高钢淬透性的作用是获得均匀的组织，满足力学性能要求、能采取比较缓慢的冷却方式以减少变形开裂倾向。

21、选择零件材料的一般原则是满足力学性能要求、良好的工艺性能、经济性和环境协调性等其他因素。

22、H68是黄铜H62是商业黄铜H70是蛋壳黄铜H96金色黄铜，LY12是硬铝LC4是超硬铝LD5是锻铝，QSn4-3是锡青铜QAl9-2是铝青铜QBe2是铍青铜。

23、在非调质钢中常用微合金化元素有Ti、V等（写出两个），这些元素的主要作用是细晶强化和沉淀强化。

24.《》这门课的核心内容是合金化基本原理。

解释1高速钢有很好的红硬性，但不宜制造热锤锻模。

答：高速钢虽有高的耐磨性、红硬性，但韧性比较差、在较大冲击力下抗热疲劳性能比较差，高速钢没有能满足热锤锻模服役条件所需要高韧性和良好热疲劳性能的要求。

2在一般钢中，应严格控制杂质元素是s、p的含量。

答：s能形成fes，其熔点为989摄氏度，钢件在大于1000摄氏度的热加工温度时fes会熔化，所以易产生热脆：p能形成f e3p，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。

3.9sicr钢和t9钢相比，退化后硬度偏高，在淬火加热时脱碳倾向较大。

答：9sicr虽然与t9含碳量相同，但由于它含有cr、si合金元素，si是非k形成元素，固溶强化基体的作用较大，因此退火后硬度偏高。

另外si提高碳硬度，促进石墨化，因此在加热时脱碳倾向较大。

4.高锰钢（zgmn13）在A1以上温度加热后空冷得到大量的马氏体，而水冷却可得到全部奥氏体组织。

答：高锰钢在A1以上温度加热后得到了单一奥氏体组织，奥氏体中合金度高（高c，高mn），使钢的ms低于室温以下。

如快冷，就获得了单一奥氏体组织，而慢冷由于中途析出了大量的k、使奥氏体的合金度降低，ms上升，所以空冷时发生相变，得到了大量的马氏体。

5.4cr13含碳量（质量分数）为0.4%左右，但已是属于过共析钢。

答：cr使fe—c相图中s点左移，当cr达到13%时，可使共析点的含碳量<0.4%，因此虽然4cr13只有0.4%c左右，但已是属于过共析钢。

6.奥氏体不锈钢1cr18ni9晶界腐蚀倾向比较大。

答：在奥氏体不锈钢1cr18ni9焊接后，在焊缝及热影响区容易在晶界析出cr的碳化物cr23c，从而导致晶界贫cr，低于1/8规律的cr%，使电极点位大大降低，从而导致晶界腐蚀。

7.40mn2钢淬火加热时，过热敏感性比较大。

答：在c%较低时，mn可以细化珠光体。

在c%较高时，mn加强了c促进奥氏体晶粒长大的作用，且降低了A1温度。

因此40m n2钢过热敏感性比较大。

8.40crnimo钢正火后，切削性能比较差。

答：40crnimo钢因含有ni、cr能提高淬透性，正火后都能得到许多马氏体组织，使切削性能变差。

9.球墨铸铁的强度和塑韧性都要比灰口铸铁好。

答：球铁中，石墨呈球形，灰口铁石墨呈片状。

球状石墨对基体的切割作用和石墨的应力集中效应大大小于片状，球状集体的利用率大大高于灰口铁，所以球墨铸铁的强度和塑韧性都要不灰口铸铁好。

10.铝合金的晶粒粗大，不能靠重新加热热处理来细化。

答：由于铝合金不象钢基体在加热或冷却时可以发生同素异构转变，因此不能像钢一样可以痛过加热和冷却发生重结晶而细化晶粒。

11h68、h70俗称弹壳黄铜，常用于制造炮弹壳、子弹壳。

答：h68、h70组织中只有单相α组织，它的塑性较好，因此适合制造一些需要进行深冲加工的零件如炮弹壳、子弹壳等。

12，高速钢的回火工艺采用：回火温度560度左右，回火三次。

答：由于高速钢中合金度马氏体的回火稳定性非常好，在560度左右回火，才能弥散析出特殊碳化物，产生硬化。

同时在56 0度左右回火，是材料的组织和性能达到了最佳状态。

一次回火使大部分的残留奥氏体发生了马氏体转变，二次回火使第一次回火时产生的淬火马氏体回火，并且是残留的奥氏体转变为马氏体，三次回火可将残留的奥氏体控制在合适的量，并且使内应力消除的更彻底。

13，在低合金高强度构件用钢中，si,mn元素的加入量有限制，一般si<1.1%,mn<2%。

答：si,mn元素都能强化铁素体，在低合金高强度构件用钢中可以提高钢的强度，但是但si>1.1%,mn>2%时，却显著的降低了钢的塑性。

所以，在低合金高强度构件用钢中，si,mn元素加入量有限制。

14，si是非碳化合物形成元素，但能有效地提高钢的低温回火稳定性。

答：si虽然是非碳化合物形成元素，但在低温回火时可以抑制e-fexc的形成和转变为fe3c,既有效的阻止了fe3c的形核，长大及转变。

所以能有效地提高钢的低温回火稳定性。

15,40crni钢淬火高温回火后常采用水或油冷却。

答：40crni钢中含有cr,ni促使了钢的回火脆性，所以40crn i钢高温回火脆性倾向较大，回火后快冷能抑制高温回火脆性，所以常用水或油冷却。

16.金属材料共有四种强化机制，试解释每种机制的强化机理答：固溶强化：原子固溶—>晶格发生畸变—>产生弹性应力场，与位错交互运动—>增大了位错阻力位错强化：位错密度增大—>大大增加了位错交割，缠结—>有效地阻止了位错运动—>增大了钢强度细晶强化：晶粒越细—>晶界、亚晶界越多—>有效地阻止位错运动，产生位错阻塞了强化第二相弥散强化：微粒第二相对位错运动有很好的钉扎作用—>位错通过第二相要消耗能量，就起到了强化效果17.第一类回火脆性：又称为低温回火脆性，不可逆回火脆性，其特征是不可逆第二类回火脆性：又称为高温回火脆性，可逆回火脆性，其特征是：可以在合适的工艺条件下重新处理消除脆性，但如果在回火后采用缓冷的方法，仍然可以发生脆性。

简答1.高速钢的成分和热处理工艺比较复杂，试回答下列问题：（1）高速钢中w、mo、v合金元素的主要作用是什么？（2）高速钢w6mo5cr4v2的A1在800摄氏度左右，但淬火加热温度在1200—1240摄氏度，淬火加热温度为什么这样高？（3）常用560摄氏度三次回火，为什么？答：（1）w的作用主要是提高钢红硬性。

主要形成w6c，淬火加热时未溶k阻碍晶粒长大，溶解部分提高抗回火稳定性，在回火时弥散析出w2c，提高耐磨性。

但w降低钢的导热性。

mo 作用与w相似。

含mo的高速钢热塑性较好，便于热压力加工或热塑性变形。

v显著提高红硬性、硬度和耐磨性，同时可有效降低过热敏感性。

（2）高速钢中要使w、mo、v等元素发挥作用必须使其充分地溶解到奥氏体中，然后在回火时产生二次硬化效果，由于这些元素形成的碳化物稳定，溶解温度在1000摄氏度以上，故需要高的淬火加热温度。

（3）由于高速钢中高合金度m的回火稳定性非常好，在560摄氏度左右回火，才能弥散析出特殊碳化物，产生硬化，同时在560摄氏度左右回火，使材料的组织和性能达到了最佳状态。

一次回火使大部分ar发生m转变，二次回火使第一次回火时产生的淬火m回火，并使ar更多地转变为m，三次回火可将ar 控制在合适的量，并且使内应力消除得更彻底。

2.分析说明图中铝合金（al—4%cu）时效硬化不同过程中的性能变化，并说明其原因图 130摄氏度时效时铝铜合金的硬度与时间关系答：铝合金时效时，随温度的不同和时间的延长，新相的形成和析出经历以下几个阶段，从而使硬度发生变化：（1）形成铜原子富集区：为g、p区，导致点阵畸变，因而硬度提高。

（2）形成cu原子富集区有序化：cu原子有序化，形成θ＇＇，它与基体仍然完全共格，产生的畸变比g、p更大，并且随θ＇＇的长大，共格畸变区进一步扩大，对位错的阻碍也进一步增加，因此图中硬度进一步上升，（3）形成过渡θ＇相：过渡相θ＇成份接近cual2，由完全共格变成部分共格，共格畸变开始减弱，因此图中硬度开始下降。