钢铁材料学复习总结

第一章钢铁材料基础

一、概念

1、合金化：在碳钢中加入适当化学元素改变金属性能的方法称作合金化。

2、合金元素：为了达到合金化的目的而特定在钢中加入含量一定范围的化学元素成为合金元素。

3、零夹杂钢：钢中的夹杂物的尺寸小于1μm，钢的抗疲劳性能大幅提高。

4、合金钢：通过合金化手段向钢中加入合金元素而得到的钢称为合金钢。分为低中高合金钢。

二、简答题

1、Fe-C合金中，C的存在形式？

答：原子态状态时：①与铁形成固溶体；②与铁结合形成化合物；③分部于晶体缺陷处。

单质状态时，为游离态的石墨。在铸铁中是一个相。

2、Fe-C合金中的合金相

答：①α相或铁素体相：C溶于α-Fe形成的体心立方结构。最大含量为0.0218%。C位于八面体间隙中。

②γ相奥氏体：C溶于γ—Fe中形成的面心立方结构。最大含量为2.11% C位于八面体间隙中。

③δ相：C溶于高温δ—Fe形成的体心立方间隙固溶体。最大含量为：0.09%

④Fe3C相或渗碳体：铁和碳形成的间隙化合物。含量为6.69% 熔点为1227℃

3、Fe—C合金的分类

答：工业纯铁：C的含量＜0.0218% 铁碳合金

碳钢：①亚共析钢：0.0218%＜C＜2.11% ②共析钢：0.77% ③过共析钢0.77%＜C2.11%

铸铁（白口铁）：2.11%＜C＜6.69% 分为共晶白口铁白口铁（4.30%C）过共晶白口铁

4、含C量对Fe—C合金组织形态的影响

答：Fe—C合金室温组织由铁素体和渗碳体两相组成。C=0时，合金组织为铁素体；随着含碳量的增加，铁素体数量减少，渗碳体增多。C=6.69%时，铁素体降为零，全部为渗碳体。

◆C很少的时候：集体组织为等轴状铁素体；

◆C含量介于0.0218%和0.77%之间：组织为F+P ,铁素体逐渐变化等轴状→块状→粗网状→细网状，

渗碳体变化相反。

◆C=0.77%时：组织为P，铁素体和渗碳体为片层状。

◆C介于0.77%和2.11%之间：组织为平、P+Fe3CⅡ其中二次渗碳体随碳含量增大由断续网状变为连续

网状，厚度不断增大

◆C介于2.11%和6.69%之间时，组织出现莱氏体。4.33% 组织全是Ld。C增加，逐渐出现一次渗碳体

5、为何珠光体具有较高的强度和硬度？

答：珠光体由铁素体和渗碳体两相组成，由于渗碳体以细片状分散的分布在软韧的铁素体基体上，起了强化作用。因而使得珠光体具有较高的硬度和强度。珠光体层片越细，强度越高。渗碳体球化，则会使强度下降，塑韧性提升。

5、碳钢含碳量为何不大于1%？

答：碳钢随其内部含碳量的增加，珠光体的数量不断增多，强度不断提升，同时伴有塑韧性的下降。当含碳量大于0.77%时，珠光体中会出现二次渗碳体，影响钢的性能。当碳含量超过1%之后，境界上析出了二次渗碳体且不连成网状，对性能影响不大。当大于1%时，网状的二次渗碳体则形成，使钢具有很大的脆性，塑性很低。ζb也随之降低。因而，为保证碳钢的力学性能，防止脆性的发生，一般碳含量不大于1%。

6、合金元素在钢的四种存在形式？

答：①融入铁素体、奥氏体和马氏体中，以固溶体的溶质形式存在；

②形成强化相，如融入渗碳体中形成合金渗碳体，形成特殊碳化物或者金属间化合物；

③形成非金属夹杂物，如与O、S、N形成氧化物、硫化物、氮化物。

④在钢种以游离态存在。

7、合金元素的分类：

答：与铁相互作用的特点分：①奥氏体形成元素：与碳相互作用的特点分：①非碳化物形成元素：

8、合金钢的综合性能比碳钢好的原因。

答：若钢中的碳化物稳定性高，则在温度和应力长期作用下不易聚集和长大，则可以大大提升材料的性能和使用寿命。碳化物和固溶体之间也不易在高温下因原子的扩散作用而发生合金元素的再分配。碳化物的稳定性对于钢的热强性也有很重要的，碳化物可以使钢在更高的温度下工作并保持较高的强度和硬度。在达到相同的硬度的条件下，碳化物稳定性高的钢可以在更高的温度下回火，使钢的塑韧性更好。所以合金钢的综合性能比碳钢好。

9、什么叫二次淬火？

答：在含有较多的W、Mo、V等元素的高合金钢中，由于参与奥氏体中的碳及合金元素贫化，其Ms点高于室温，因而在冷却过程中转变为马氏体，通过这种回火之后，淬火钢的硬度不但没有降低，反而有所升高，这种现象成为二次淬火。

10、什么叫二次硬化？产生的原因？

答：在含有较多的W、Mo、V较多的钢中，回火后的硬度随回火温度的升高不但没有降低，而是在某一回火温度后硬度反而增加，并在某一温度达到最大值。这种在一定回火温度下硬度出现峰值的现象称为二次硬化。

产生的原因：由于高温回火时，从马氏体中洗出的高度分散的合金碳化物粒子所造成的。这类碳化物粒子在高温下非常稳定，很不容易聚集长大，从而使钢具有很好的高温强度。

11、如何防止第二类回火脆性？

答：回火后快冷或加入合金元素W、Mo以抑制第二类回火脆性的产生。此外，提高冶金质量，尽可能的降低钢中有害元素的含量。

12、钢中微量元素的净化作用，变质作用？

答：P17

13钢中的夹杂物MnS的三种不同的形态及其存在的条件？

答：Ⅰ型MnS，呈球形。钢中含氧量大于0.02%，即在沸腾钢中。

Ⅱ型MnS，呈枝晶共晶形态。钢中的含氧量小于0.01%，即半镇静钢中。

Ⅲ型MnS，呈不规则的角状质点形态。在完全脱氧的钢中存在。

14、钢中微量合金元素可能的分布形式？

答：①均匀分布于基体固溶体中。②与固溶体中其他原子之间发生交互作用。③偏聚于位错和空位上。

④偏聚于晶界和表面。⑤几种在相界面上。⑥与一个或更多的主加合金元素形成独立相。

15、固溶强化的强化机制？

答：合金元素作为溶质阻碍位错运动。溶质原子与基体金属原子大小不同，使基体晶格发生畸变，产生了弹性应力场，发生了交互作用（化学静电交互作用）。

16、晶界强化的强化机制？

答：由于钢中晶界的存在，引起晶界处产生弹性变形不协调和塑性变形不协调。这两种不协调诱发晶界处的应力集中，以维持晶界处的协调性。结果使得晶界处产生二次滑移。晶界处产生大量位错，从而使局部加工硬化，对位错造成阻碍。晶界的存在使位错滑移难以直接通过，对位错运动造成阻碍。晶粒越细，晶界数量越多，强化作用越好。

17、Hall-Patch公式。从合金化的角度，那些手段可以达到晶界强化的目的。

答：ζs = ζi + k d—1/2

①利用合金元素改变晶界的特性，提高Ks值。如加入C、N、Si等使其在晶界偏聚，提升阻碍位错运动的能力。

②利用合金元素细化晶粒，通过减少晶粒尺寸增加晶界的数量。如：向钢中加入Al、V等元素，形成难溶的第

二相质点。阻碍晶界的移动，间接细化铁素体或马氏体的晶粒。

18、第二相强化的机制：

答：运动着的位错遇到滑移面上的第二相粒子时，或切过，或绕过，这样滑移变形才能继续进行。这一过程需要消耗额外的能量，即需要提升外加应力，从而达到强化。

19、位错强化的机制：

答：随着金属中位错密度的上升，相互交割，形成割阶，相互缠绕，阻碍了位错的运动，进而阻碍了进一步的塑性变形，强度提高；位错之间有交互作用，阻碍了位错的运动，强度提升。