金属材料学复习资料

金属材料学复习资料

题型：判断，选择，简答，问答

第一章

1.要清楚的三点：

1)同一零件可用不同材料及相应工艺。例：调质钢；工具钢代用

调质钢：在机械零件中用量最大，结构钢在淬火高温回火后具有良好的综合力学性能，有较高的强韧性。适用于这种处理的钢种成为调质钢。调质钢的淬透性原则，指淬透性相同的同类调质钢可以互相代用。

2)同一材料，可采用不同工艺。例：T10钢，淬火有水、水-油、分级等。强化工艺不同，

组织有差别，但都能满足零件要求。力求最佳的强化工艺。

淬火冷却方式常用水-油双液淬火、分级淬火。成本低、工艺性能好、用量大。

3)同一材料可有不同的用途。例：60Si2Mn有时也可用作模具。低合金工具钢也可做主轴，

GCr15也可做量具、模具等。

60Si2Mn是常用的硅锰弹簧钢，主要用于汽车的板弹簧。低合金工具钢可制造工具尺寸较大、形状比较复杂、精度要求相对较高的模具。GCr15只在对非金属夹杂物要求不严格时，制作切削工具、量具和冷轧辊等。

2.各种强化机理（书24页）

钢强化的本质机理：各种途径增大了位错滑移的阻力，从而提高了钢的塑性变形抗力，在宏观上就提高了钢的强度。

1)固溶强化：原子固溶于钢的基体中，一般都会使晶格发生畸变，从而在基体中产生弹性

应力场，弹性应力场与位错的交互作用将增加位错运动的阻力。从而提高强度，降低塑韧性。

2)位错强化：随着位错密度的增大，大为增加了位错产生交割、缠结的概率，所以有效阻

止了位错运动，从而提高了钢的强度。但在强化的同时，也降低了伸长率，提高了韧脆转变温度。

3)细晶强化：钢中的晶粒越细，晶界、亚晶界越多，可有效阻止位错运动，并产生位错塞

积强化。细晶强化既提高了钢的强度，又提高了塑性和韧度，所以是最理想的强化方法。

4)第二相强化：钢中微粒第二相对位错有很好的钉扎作用，位错通过第二相要消耗能量，

从而起到强化效果。

根据位错的作用过程，分为切割机制和绕过机制。

根据第二相形成过程，分为回火时第二相弥散沉淀析出强化；淬火时残留第二相强化。

5)弥散强化等于第二相强化：塑韧性下降

总结：对结构钢，贡献最大的是细晶强化和沉淀强化；置换固溶对强化贡献不大。

*合金钢与C钢的强度性差异，在于合金元素对钢相变过程的影响。

3.合金化原理的重点问题：

1)什么是奥氏体形成元素，什么是铁素体形成元素？

答：在γ-Fe中有较大溶解度并稳定γ固溶体的元素称为奥氏体形成元素，如Mn, Ni, Co, C, N, Cu；在α-Fe中有较大溶解度并稳定α固溶体的元素称为铁素体形成元素，如：V，Nb, Ti。

2)钢中碳化物稳定性顺序？

答：碳化物在钢中的稳定性取决于金属元素与碳亲和力的大小，即d层电子数：电子越少，金属元素与碳的结合强度越大，越稳定。此外，考虑到热效应影响稳定性时，碳化物生成热越大，越稳定。

碳化物根据结构类型可分为简单点阵结构和复杂点阵结构。

简单点阵结构：有M2C型、MC型，特点是硬度较高，熔点较高，稳定性较好；

复杂点阵结构：有M23C6型、M7C3型、M3C型，其特点是硬度较低，熔点较低，稳定性较差。特别指出：M6C型碳化物虽属于复杂点阵结构，但稳定性比M23C6型、M7C3型好。

基本类型：MC型；M2C型；M23C6型；M7C3型；M3C型；M6C型；

（强K形成元素形成的K比较稳定，其顺序为：Ti>Zr>Nb>V>W,Mo>Cr>Mn>Fe）

各种K相对稳定性如下：MC→M2C→M6C→M23C6→M7C3→M3C

（高-------------------------低）

3)钢的强化机制？提高钢韧性的途径？

答：如上，钢的强化机制是几种强化机制的综合结果。

提高钢韧性的途径：教材版本，举例参考上图

A.细化奥氏体晶粒，从而细化了铁素体晶粒与组织，如强碳化物形成元素；

B.提高钢的回火稳定性，如强碳化物形成元素；

C.改善基体韧度，如Ni；

D.细化碳化物；

E.降低或消除钢的回火脆性；

F.在保证强度水平下，适当降低含碳量；

G.提高冶金质量；

H.通过合金化形成一定量的残余奥氏体。

4)钢中的杂质？S、P作用？

答：杂质有三类：常存杂质，冶炼残余，由脱氧剂带入，Mn、Si、Al；S、P难清除。隐存杂质，生产过程中形成，如微量元素O、H、N等。偶存杂质，与炼钢时的矿石、废钢有关，如Cu、Sn、Pb、Cr等。

典型杂质：S容易与Fe结合形成熔点为989℃的FeS相，会使钢产生热脆性；P和Fe结合形成硬脆的Fe3P相，使钢在冷加工过程中产生冷脆性；H留在钢中形成所谓的白点，导致钢的氢脆。

5)钢中各合金元素作用？如Si，Cr？具体表现在T9和9SiCr（后面有题）答：复习PPT上有归纳。硅和铬具体表现在T9和9SiCr上：

对于9SiCr，由于Si、Cr的作用提高了淬透性，一般情况下油淬临界直径小于40mm；回火稳定性较好，经约250℃回火，硬度仍然大于60HRC；由于Si的存在，脱碳倾向较大，切削加工性相对也差些。

6)第一、第二类回火脆性的典型特征和产生原因（教材24页）

答：第一类回火脆性，典型特征有：①不可逆；②脆性的产生与回火后冷却速度无关；

③脆性的表现特征为晶界脆断。产生原因：①Fe3C薄膜在原奥氏体晶界上形成，削弱了晶界强度；②杂质元素P、S、Bi等由于内吸附现象偏聚晶界，降低了晶界的结合强度。第二类回火脆性，典型特征：①可逆；②脆性是在回火后慢冷产生，快冷可抑制脆性；

③脆性的表现特征为晶界脆断。产生原因：回火时，杂质Sb、S、As或N、P等偏聚晶界，形成网状或片状化合物，降低晶界强度。高于回火脆性温度，杂质扩散离开晶界或化合物分解；快冷抑制了杂质元素扩散。

4. 正火和淬火、高温回火得到的同样是珠光体组织，但为什么一般钢要经过淬火、回火？

答：钢的淬火目的是为了获得马氏体（或贝氏体）组织，提高钢的硬度、强度和耐磨性，并保持足够的韧性。回火目的是消除淬火应力，降低脆性；稳定工件尺寸；调整淬火零件的力学性能。

5. 在这些处理过程中，合金元素存在的形式和所处的位置是怎样变化的，其它组织结构是怎样变化的？

6. 固溶强化、位错强化、细晶强化和弥散强化等强化机制是如何相互转化的？

7.合金化设计到组织设计的要点

答：

1)碳化物的类型及性质：碳化物的形成规律：