金属材料学复习资料
金属材料考试复习资料
1.工程材料的主要性能分为（1）使用性能和（2）工艺性能。
（1）又包括力学性能、物理性能和化学性能等。
2.金属的变形包括弹性变形和塑性变形。
3.通过拉伸试验可测得的强度指标主要有屈服强度和抗拉强度；可测得的塑性指标有延伸率和断面收缩率。
4.常见的金属晶格类型有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格三种类型。
α–Fe 属于体心立方晶格，γ–Fe属于面心立方晶格，δ–Fe属于体心立方晶格。
5.实际金属的晶体缺陷有点缺陷（空位或间隙原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）。
6.金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。
金属的冷却速度越快，过冷度越大，获得的晶粒越细。
7.细化金属材料的晶粒，可使金属的强度、硬度提高，塑性、韧性提高；在生产中常用的细化晶粒的方法有增大过冷度、变质处理、机械搅拌和振动；压力加工再结晶；热处理。
8.合金的晶体结构有固溶体和金属化合物，其中固溶体具有良好的塑性，金属化合物具有高的硬度和脆性。
9.在铁碳合金的基本组织中，珠光体属于复相结构，它由铁素体和渗碳体按一定比例组成，珠光体用符号P表示。
10.铁碳合金相结构中，属于固溶体的有铁素体和奥氏体；其中铁素体是碳在α–Fe中形成的固溶体。
11.铁碳合金的力学性能随含碳量的增加，其强度和硬度增高，而塑性和韧性降低。
但当w C>1.0%时，强度随其含碳量的增加而降低。
12.铁碳合金中，共析钢w C为0.77%，室温平衡组织为P；亚共析钢w C为<0.77%，室温平衡组织为P+F；过共析钢w C为>0.77%，室温平衡组织为P+Fe3C；共晶白口生铁w C为4.3%，室温平衡组织为Ld'；亚共晶白口生铁w C为<4.3%，室温平衡组织为P+Fe3C II+Ld'；过共晶白口生铁w C为>4.3%，室温平衡组织为Fe3C I+Ld'。
13.按碳的质量分数的不同.碳素钢可分为高碳钢、中碳钢和低碳钢三类；钢硫、磷杂质质量分数的不同，钢可分为普通钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢三类。
金属材料复习题及答案
金属材料复习题及答案一、选择题1. 金属材料通常分为哪两大类？A. 铁合金和非铁合金B. 金属材料和非金属材料C. 有色金属和黑色金属D. 重金属和轻金属2. 什么是合金？A. 由两种或两种以上金属元素组成的材料B. 由金属和非金属元素组成的材料C. 由三种或三种以上金属元素组成的材料D. 由金属和金属氧化物组成的材料3. 金属的塑性变形主要通过哪种机制实现？A. 位错运动B. 原子扩散C. 相变D. 热膨胀4. 金属材料的硬度通常用什么方法来测量？A. 布氏硬度测试B. 洛氏硬度测试C. 维氏硬度测试D. 所有上述方法5. 什么是金属的疲劳？A. 金属材料在高温下失去强度B. 金属材料在反复加载和卸载下发生断裂C. 金属材料在腐蚀环境下失去强度D. 金属材料在长时间使用后发生老化二、填空题6. 金属材料的_______性能是其在没有明显塑性变形的情况下抵抗破坏的能力。
7. 金属材料的_______性能是其在受到外力作用时发生塑性变形而不断裂的能力。
8. 金属材料的_______性能是指材料在高温下抵抗氧化的能力。
9. 金属材料的_______是指材料在受到外力作用时，内部产生的抵抗外力的力。
10. 金属材料的_______是指材料在受到外力作用时，发生形变后不能恢复的性质。
三、简答题11. 简述金属材料的热处理工艺有哪些，并说明它们的作用。
12. 金属材料的腐蚀类型有哪些？请列举并简要说明。
四、计算题13. 已知一块金属材料的抗拉强度为800 MPa，试计算其在受到800 N 的拉力时的应变。
五、论述题14. 论述金属材料在现代工业中的应用及其重要性。
答案：1. C2. A3. A4. D5. B6. 强度7. 韧性8. 抗氧化性9. 内力10. 塑性11. 金属材料的热处理工艺包括退火、正火、淬火和回火等。
退火可以降低硬度，消除内应力；正火可以细化晶粒，提高塑性；淬火可以提高硬度和强度；回火可以降低脆性，提高韧性。
第一篇金属材料导论复习题
第一篇金属材料导论复习题第一篇金属材料导论习题一.填空题表示。
1.金属材料在拉断前所能承受的最大应力叫做抗拉强度，以σb2.硬度是衡量材料力学性能的一个指标，常见的试验方法有洛氏硬度、布氏硬度。
3.过冷度是指理论结晶温度－实际结晶温度，其表示符号为：ΔT4.在Fe—C合金状态图中，通过PSK水平线，发生共析反应，S 点称为_共析点，C ）；其含碳量为___0.77%____,其反应式为__A → P （ F + Fe35.在Fe—C 合金状态图中，通过ECF水平线，发生共晶_反应，C 点称为_共晶点，C )____；其含碳量为___4.3%____,其反应式为__L → Ld ( A + Fe3C ) 。
6.珠光体的本质是层片状的共析体( F + Fe37．一块纯铁在912℃发生α-Fe → γ-Fe 转变时，体积将：减小8．结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，它们是形核和晶核长大9．固溶体的强度和硬度比溶剂高10. 碳溶解于α-Fe形成的间隙固溶体称为铁素体（F）；碳溶解在面心立方晶格的γ-Fe形成的间隙固溶体称为奥氏体（A）11.当钢中含碳量大于0.9% 时，二次渗碳体沿晶界析出严重，使钢的脆性增加。
强度下降。
12．在铁碳合金室温平衡组织中，含Fe3C最多的合金成分点为：6.69% 含Le′最多的合金成分点为： 4.3% 。
13．用显微镜观察某亚共析钢，若估计其中的珠光体含量体积分数为80%，则此钢的碳的质量分数为0.77% × 80% = 0.616 %。
14．20是优质碳素结构钢，可制造冲压、焊接件。
15．T12是碳素工具钢，可制造锉刀、量规等。
16．Q354是可焊接低合金高强钢，可制造桥梁。
17．40Cr是合金结构（或合金调质）钢，可制造（车床齿轮）。
18．20CrMnTi是合金结构（或合金渗碳）钢，热处理工艺是渗碳 + 淬火+低温回火。
19.合金工具钢CrWMn的平均含碳量为≥1% 。
金属材料学期末复习题
1、材料选用的基本原则有哪些？
①材料的使用性能要求②材料的公共性能③经济性④其他因素：考虑外形和尺寸特点、合金化基本原则、多元适量复合加入。
2、提高钢耐腐蚀性能的途径有哪些？
①使钢的表面形成稳定的保护膜，合金元素Cr、Al、Si是比较有效的
8、合金工具钢中，合金元素的主要作用是（ 提高淬透性 ）、（ 细化碳化物 ）、（ 提高钢的强韧性 ）。
9、第一类回火脆性温度范围（200~350℃），第二类回火脆性温度范围（450~650℃）。
10、耐热钢中常用的合金元素中，（Mo ）、（W）是提高耐热钢热强性的重要元素。
11、现在一般提倡高速钢中不加或少加（钴）、锰）、（硅）是低合金高强度钢中最常用且较经济的元素。
第二类回火脆性产生的原因：钢在450~650℃回火时，杂质元素Sb、S、As偏聚与晶界，或N、P、O等杂志元素偏聚于晶界，形成网状或片状化合物，降低了晶界强度。
防止措施：①降低钢中的杂质元素②加入能细化A晶粒的元素③加入适量的Mo、W元素④避免在第二类回火脆性温度回火。
3.合金元素提高钢的韧度主要有哪些途径？
⑶这类钢常用于承受大冲击载荷、强烈磨损的工况下工作的工件。
课后作业题
1.为什么说钢中的S、P杂志元素在一般的情况下总是有害的？
2.合金元素对Fe-Fe3C相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？
凡是扩大r相区的元素均使S、E点向左下方移动。如Mn、Ni等；凡是封闭r相区的元素均使S、E点向左上方移动。如Cr、Si、Mo等；S点左移意味着共析碳量减小，E点左移意味着莱氏体的含碳量减小。
1细化奥氏体晶粒②提高钢的回火稳定性③改善基体韧度④细化碳化物⑤降低或消除钢的回火脆性⑥在保证强度水平下适当降低碳含量⑦提高冶金质量⑧通过合金化形成一定量残余奥氏体，利用稳定的残余奥氏体来提高材料韧度。
金属材料学(复习题及答案)
金属材料学复习题及答案〔1-32 题〕1. 解释以下名词合金元素:特别添加到金属中为了保证获得所要求的组织构造、物理、化学和机械性能的化学元素。
合金钢：为了增加某些性能而添加合金元素的钢马氏体：碳溶于α-Fe 的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无集中型相变转变成的亚稳定相奥氏体：碳溶于 -Fe 中形成的固溶体淬透性：钢在淬火时能获得马氏体的力量，是钢本身固有的一个属性淬硬性：在抱负淬火条件下，以超过临界冷却速度所形成的马氏体组织能够到达的最高硬度淬火临界冷却速度：为了获得马氏体所需的最低的冷却速度二次硬化 ：某些铁碳合金〔如高速钢〕须经屡次回火后，才进一步提高其硬度。
这种 硬化现象，称为二次硬化，它是由于特别碳化物析出和〔或〕由于与奥氏体转变为马氏体或贝氏体所致不锈钢 ：在空气、水、盐、酸、碱等腐蚀介质中具有高的化学稳定性的钢耐热钢：通常将在高温条件下工作的钢称耐热钢2. 合金元素在钢中以什么形式存在?对钢的性能有哪些影响?答：存在形式：溶于固溶体、形成碳化物和氮化物、存在于金属化合物、各类夹杂物、自由态固溶体：随溶质元素含量的增多，产生固溶强化作用3. 指出Fe-C 相图中Ac1、Ac3、ACcm 、Ar1、Ar3、Arcm 各相变点的意义。
答：Ac1：加热时，P 向A 转变的开头温度；Ac3：加热时，先共析F 全部转为A 的终了温度ACcm ：加热时，Fe 3C Ⅱ全部融入A 的终了温度Ar1：冷却时，A 向P 转变的开头温度Ar3：冷却时，A 开头析出先共析F 的温度Arcm ：冷却时，A 开头析出Fe 3C Ⅱ的温度5. 指出以下铁碳合金工件的淬火及回火温度，并说明回火后得到的组织和大致硬度。
〔1〕wc=0.45%钢制小轴〔要求综合力学性能好〕；〔2〕wc=0.60%钢制弹簧；〔3〕wc=1.2% 钢制锉刀。
答：(1). 45 钢小轴,840 度淬火，回火温度调质 500-600，布氏 250 左右，回火索氏体(2)60 弹簧钢，820 度淬火，回火温度 380-420，硬度 40-45HRC ，回火托氏体(3)T12 钢锉刀 ，780-800 度淬火，回火温度 160-180，硬度 60-60HRC ，回火马氏体 6. 现有低碳钢和中碳钢齿轮各一个，为了使齿面具有高硬度和高耐磨性，应进展何种热处理？ 并比较经热处理后组织和性能上有何不同？答：低碳钢进展的热处理工艺：渗碳直接淬火+低温回火 外表组织为：回火M+碳化物中碳钢进展的热处理工艺：调质处理+外表淬火+低温回火组织为：回火M7.试说明外表淬火、渗碳、氮化热处理工艺在用钢、性能、应用范围等方面的差异。
金属材料学(复习题及答案)
金属材料学复习题及答案（1-32题）1.解释下列名词合金元素:特别添加到金属中为了保证获得所要求的组织结构、物理、化学和机械性能的化学元素。
合金钢：为了增加某些性能而添加合金元素的钢马氏体：碳溶于α-Fe的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相奥氏体：碳溶于ɣ-Fe中形成的固溶体淬透性：钢在淬火时能获得马氏体的能力，是钢本身固有的一个属性淬硬性：在理想淬火条件下，以超过临界冷却速度所形成的马氏体组织能够达到的最高硬度淬火临界冷却速度：为了获得马氏体所需的最低的冷却速度二次硬化：某些铁碳合金（如高速钢）须经多次回火后，才进一步提高其硬度。
这种硬化现象，称为二次硬化，它是由于特殊碳化物析出和（或）由于与奥氏体转变为马氏体或贝氏体所致不锈钢：在空气、水、盐、酸、碱等腐蚀介质中具有高的化学稳定性的钢耐热钢：通常将在高温条件下工作的钢称耐热钢2.合金元素在钢中以什么形式存在?对钢的性能有哪些影响?答：存在形式：溶于固溶体、形成碳化物和氮化物、存在于金属化合物、各类夹杂物、自由态固溶体：随溶质元素含量的增多，产生固溶强化作用3.指出Fe-C相图中Ac1、Ac3、ACcm、Ar1、Ar3、Arcm各相变点的意义。
答：Ac1：加热时，P向A转变的开始温度；Ac3：加热时，先共析F全部转为A的终了温度ACcm：加热时，Fe3CⅡ全部融入A的终了温度Ar1：冷却时，A向P转变的开始温度Ar3：冷却时，A开始析出先共析F的温度Arcm：冷却时，A开始析出Fe3CⅡ的温度5.指出下列铁碳合金工件的淬火及回火温度，并说明回火后得到的组织和大致硬度。
（1）wc=0.45%钢制小轴（要求综合力学性能好）；（2）wc=0.60%钢制弹簧；（3）wc=1.2%钢制锉刀。
答：(1).45钢小轴,840度淬火，回火温度调质 500-600，布氏250左右，回火索氏体(2)60弹簧钢，820度淬火，回火温度380-420，硬度40-45HRC，回火托氏体(3)T12钢锉刀，780-800度淬火，回火温度160-180，硬度60-60HRC，回火马氏体6.现有低碳钢和中碳钢齿轮各一个，为了使齿面具有高硬度和高耐磨性，应进行何种热处理？并比较经热处理后组织和性能上有何不同？答：低碳钢进行的热处理工艺：渗碳直接淬火+低温回火表面组织为：回火M+碳化物中碳钢进行的热处理工艺：调质处理+表面淬火+低温回火组织为：回火M7.试说明表面淬火、渗碳、氮化热处理工艺在用钢、性能、应用范围等方面的差别。
金属材料学复习题整理(戴起勋)
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。
4、凡是扩大γ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γ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。
7、在非调质钢中常用微合金化元素有 Ti、V、Nb、N等，这些元素的主要作用是细化组织和相间沉淀析出强化。
8、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、石墨应力集中效应要比灰铁小得多。
1、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，细化晶粒对钢性能的作用是既强化又韧化。
2、在钢中，常见碳化物形成元素有Ti、Nb、V、Mo、W、Cr、（按强弱顺序排列，列举5个以上）。
钢中二元碳化物分为两类：r c/r M≤ 0.59为简单点阵结构，有MC和M2C 型；r c/r M > 0.59为复杂点阵结构，有M23C6、M7C3和 M3C 型。
3、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。
4、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。
5、影响铸铁石墨化的主要因素有碳当量、冷却速度。
球墨铸铁在浇注时要经过孕育处理和球化处理。
6、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。
7、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。
金属材料学复习题
金属材料学－复习思考题第一章钢的合金化原理1-1 合金元素中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？【8】答:①奥氏体形成元素：Mn, Ni, Co, Cu；②铁素体形成元素：V、Cr、W、Mo、、Ti、Al；③Mn, Ni, Co 与γ-Fe无限互溶；④V、Cr与α-Fe无限互溶。
1-2 简述合金元素对铁碳相图的影响，并说明利用此原理在生产中有何意义？【9】答：⑴扩大γ相区：合金元素使A3降低，A4升高。
一般为奥氏体形成元素。
分为两类：1）开启γ相区：与γ-Fe无限固溶，Ni、Mn、Co。
一定量后，γ相区扩大到室温以下，使α相区消失—开启γ相区元素。
可形成奥氏体钢。
2）扩大γ相区：与γ-Fe有限固溶，C、N、Cu。
扩大γ相区，但可与铁形成稳定化合物，扩大作用有限而不能扩大到室温-扩展γ相区元素。
⑵缩小γ相区：使A3升高，A4降低。
一般为铁素体形成元素。
分为两类:1）封闭γ相区：合金元素在一定含量时使A3和A4汇合，γ相区被α相区封闭，形成γ圈。
V、Cr、Si、Ti、W、Mo、Al、P等。
其中V和Cr与α-Fe无限互溶，其余有限溶解。
Cr、Ti、Si等可完全封闭γ相区，量大时可获得单相铁素体—铁素体钢。
2）缩小γ相区：Zr, Nb, Ta, B, S, Ce 等。
使γ相区缩小，但出现了金属间化合物，不能完全封闭γ相区-缩小γ相区元素。
⑶生产中的意义：可以利用M扩大和缩小γ相区作用，获得单相组织，具有特殊性能，在耐蚀钢和耐热钢中应用广泛。
通过合金元素对相图的影响，可以预测合金钢的组织与性能。
在钢中大量加入奥氏体形成元素或铁素体形成元素以获得室温组织为奥氏体的奥氏体钢或高温组织为铁素体的铁素体钢。
1-3 合金元素在钢中的存在状态有哪些形式？【15】1-4 合金钢中碳化物形成元素（V，Cr，Mo，Mn等）所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。
金属材料学复习题
一、填空题1、特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构、物理、化学和机械性能的化学元素称为，在碳钢基础上加入一定量合金元素的钢称为。
高合金钢：般指合金元素总含量超过的钢。
一般指合金元素总含量在范围内的钢称为中合金钢。
低合金钢：一般指合金元素总含量的钢。
微合金钢：合金元素(如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等于，而能显著影响组织和性能的钢。
2、奥氏体形成元素使A3线，A4线，在较宽的成分范围内，促使奥氏体形成，即扩大了γ相区。
根据Fe-Me相图的不同可分为：开启γ相区元素和扩展γ相区元素。
、属于开启γ相区合金元素，与γ-Fe无限固溶，使δ和α相区缩小。
C、N、Cu、Zn、Au属于扩展γ相区的元素，合金元素与α-Fe和γ-Fe均形成有限固溶体。
3、铁素体(α)稳定化元素使A4降低，A3升高，在较宽的成分范围内，促使铁素体形成，即缩小了γ相区。
根据Fe-Me相图的不同，可分为：封闭γ相区(无限扩大α相区)和缩小γ相区(不能使γ相区封闭)。
对封闭γ相区的元素，当合金元素达到某一含量时，A3与A4重合，其结果使δ相与α相区连成一片。
当合金元素超过一定含量时，合金不再有α-γ相变，与α-Fe形成无限固溶体。
4、扩大γ相区元素降低了共析温度，缩小γ相区元素升高了共析温度。
几乎所有合金元素都使共析S碳含量点降低，尤其以强碳化物形成元素的作用最为强烈。
共晶点E的碳含量也随合金元素增加而降低。
5、碳化物在钢中的稳定性取决于金属元素与碳元素亲和力的大小，一般来说，碳化物的生成热愈大，碳化物愈稳定。
根据碳化物结构类型，分为简单点阵结构和复杂点阵结构。
形成碳化物的结构类型与合金元素的原子半径有关，当r C/r M＞0.59时，形成复杂点阵结构，当r C/r M＜0.59时形成简单点阵结构。
6、强C化合物形成元素有钛、锆、铌、钒，中等强度的有钼、钨、铬，弱的有锰、铁，强碳化物形成元素总是优先与碳结合形成碳化物，若碳含量有限，较弱的碳化物形成元素将溶入固溶体中，碳化物稳定性愈好，溶解越难，析出越难，聚集长大越难。
金属材料学__复习总结 2
名词解释合金元素：指为了使钢获得所需要的组织结构、物理、化学和力学性能而添加在钢中的元素。
微合金元素：有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，当其含量只在0.1%左右时，就能显著地影响钢的组织与性能的若干元素。
奥氏体形成元素：在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ-Fe的元素C,N,Cu,Mn,Ni,Co,W等铁素体形成元素：在α-Fe中有较大的溶解度，且能γ-Fe不稳定的元素Cr，V，Si，Al，Ti，Mo等原位析出：指在回火过程中，合金渗碳体转变为特殊碳化物。
碳化物形成元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时, 合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物。
如Cr钢碳化物转变离位析出：含强碳化物形成元素的钢，在回火过程中直接从过饱和α相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，如V，Nb，Ti。
（Ｗ和Mo既有原味析出又有异位析出）网状碳化物：热加工的钢材冷却后，沿奥氏体晶界析出的过剩碳化物（过共析钢）或铁素体（亚共析钢）形成的网状碳化物。
热脆：指当某些钢在1100-1200度进行热加工时，分布与晶界的低熔点的共晶体熔化而导致开裂的现象。
冷脆：指材料在低温条件下的极小塑变脆断。
水韧处理：将高锰钢加热到单相奥氏体温度范围，使碳化物完全溶入奥氏体，然后在水中快冷，从而获得获得单相奥氏体组织。
（水韧后不再回火）超高强度钢：用回火M或下B作为其使用组织，经过热处理后抗拉强度大于1400 MPa （或屈服强度大于1250MPa）的中碳钢，均可称为超高强度钢。
晶间腐蚀：晶界上析出连续的网状富铬的Cr23C6引起晶界周围基体产生贫铬区成为微阳极而引发的腐蚀。
应力腐蚀：奥氏体或马氏体不锈钢受张应力时，在某些介质中经过一般不长的时间会发生破坏，且随应力增大，发生破裂的时间也越短，当取消应力时，腐蚀较小或不发生腐蚀，这种腐蚀现象称为应力腐蚀。
n/8规律：当Cr的含量达到1/8，2/8，3/8，……原子比时，Fe的电极电位就跳跃式显著提高，腐蚀也显著下降。
金属材料学复习笔记
COPYRIGT of Wilfredo,SCU,2013/5/27《工程材料学》复习笔记基于化学工业出版社《金属材料学》第二版，戴起勋主编2013.05.27《工程材料学》复习笔记基于化学工业出版社《金属材料学》第二版，戴起勋主编第一章钢的合金化原理小结一、合金元素和铁的作用Q：合金元素分类：按与碳的亲和力大小，合金元素可分为：非碳化物形成元素：Ni，Co，Cu，Si，Al，N，B等碳化物形成元素：Ti，Zr，Nb，V，W，Mo，Cr等此外，还有稀土元素：Re1、钢中的元素（1）、杂质元素：A、常存元素：Mn、Si、Al；S、P；（S、P一般被认为有害的原因？）B、隐存元素：O、H、NC、Cu、Sn、Pb、Ni、Cr（2）、合金元素：Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、Nb、Al、Cu、B等微合金钢：凡是在基体化学成分中添加了微量（不大于0.20％）的合金元素（钛、铌、钒），从而使其中一种或几种性能具有明显变化的钢，都可称为微合金钢。
2、铁基二元相图（1）、扩大γ区的元素：即奥氏体形成元素。
指在γ-Fe中有较大的溶解度，并能扩大γ相存在的温度范围，使A3下降、A4上升。
如Mn，Ni，Co；C，N，Cu等。
扩大奥氏体区的直接结果是使共析温度下降；而缩小奥氏体区则使共析温度升高。
因此，具有共析组织的合金钢碳含量小于0.77％，同样，出现共晶组织的最低含碳量也小于2.11％。
（2）、封闭γ区的元素，扩大α区的元素：即铁素体形成元素：指在α—Fe中有较大溶解度，并使γ-Fe不稳定的元素。
它们能缩小γ相区，而扩大α相存在的温度范围，使A3上升、A4下降。
如Cr、V;Mo、W、Ti;Nb(3)、缩小γ区的元素：B、Nb、Zr等。
3、合金元素对S、E点的影响：凡是扩大γ区的元素均使得S、E向左下方移动凡是封闭γ区的元素均使得S、E向左上方移动S左移，意味着共析C量的减少E左移，意味着出现莱氏体的碳含量减少二、合金中的相组成1、置换固溶体决定组员在置换固溶体中溶解度的溶解条件：溶剂和溶质的点阵结构；原子的尺寸因素；电子结构。
金属材料学复习题
一、填空题1奥氏体形成元素使A3（921）线降低，A4（1394）线升高，在较宽的成分范围内，促使奥氏体形成，即扩大了γ相区。
根据Fe-Me相图的不同可分为：开启γ相区元素和扩展γ相区元素。
Ni，Mn，Co 属于开启γ相区合金元素，与γ-Fe无限固溶，使δ和α相区缩小。
C、N、Cu、Zn、Au属于扩展γ相区的元素，合金元素与α-Fe和γ-Fe均形成有限固溶体。
2、铁素体(α)稳定化元素使A4升高，A3降低，在较宽的成分范围内，促使铁素体形成，即缩小了γ相区。
根据Fe-Me相图的不同，可分为：封闭γ相区(无限扩大α相区)和缩小γ相区(不能使γ相区封闭)。
对封闭γ相区的元素，当合金元素达到某一含量时，A3与A4重合，其结果使δ相与α相区连成一片。
当合金元素超过一定含量时，合金不再有α-γ相变，与α-Fe形成无限固溶体。
3.碳化物在钢中的稳定性取决于金属元素与碳元素亲和力的大小，碳化物的生成热愈大，碳化物愈稳定。
根据碳化物结构类型，分为简单点阵结构和复杂点阵结构。
在钢中，常见碳化物形成元素有Ti、Nb、V、Mo、W、Cr、（按强弱顺序排列，列举5个以上）。
形成碳化物的结构类型与合金元素的原子半径有关，当rC/rM 大于0.59时，形成复杂点阵结构，有M23C6、M7C3和M3C 型。
当rC/rM 小于0.59时形成简单点阵结构。
有MC和M2C 型；两者相比，后者的性能特点是硬度高、熔点高和稳定性好。
4.强C化合物形成元素有Ti,Zr,Nb,V ，中等强度的有W,Mo,Cr，弱的有Mn，Fe，强碳化物形成元素总是优先与碳结合形成碳化物，若碳含量有限，较弱的碳化物形成元素将溶入固溶体中，碳化物稳定性愈好，溶解越难，析出越难，聚集长大越难。
碳化物形成元素可提高碳在奥氏体中的扩散激活能，阻碍奥氏体晶粒的长大，非碳化合物形成元素对奥氏体晶粒的长大作用影响不大。
5.合金钢中的相组成包括：固溶体，碳化物和氮化物，金属间化合物。
材料科学基础复习整理——金属材料
金属材料复习资料一、结构钢1、低合金结构钢2、表面硬化钢（渗碳钢）3、调质钢典型钢号碳及合金含量合金元素作用热处理工艺 及组织性能用途Q235、Q345（16Mn ）、Q420（15MnVN ）；属于低碳， ωc<=0.2%，低合金，合金含量一般小于3%；主加元素Mn 固溶强化；辅加的V 、Ti 、Nb 、A 等可形成强氮（碳）化合物可弥散强化；Cu 、P 提高耐蚀性；稀土RE 净化金属；正火或正火+高温回火； S 或S 回； 高强度，足够的韧性、塑性及低温韧性，良好的焊接性和热、冷塑性加工性；桥梁、车辆、锅炉、船舶、压力容器、起重设备等 典型钢号碳及合金含量合金元素作用热处理工艺 及组织性能 用途20Cr、18Cr2Ni4WA 、20MnVB;C含量0.1%~0.25%； 主加元素Cr 、Mn 、Ti 、B 提高淬透性；辅加的Mo 、W 、V 、Ti 形成稳定的合金碳化物组织渗碳时奥氏体晶粒长大；渗碳后直接淬火+低温回火；表层组织细针状回火高碳马氏体+粒状碳化物+少量残余奥氏体；表硬内韧、高耐磨性，优良的热处理性能； 汽车和机床齿轮、发动机曲轴、凸轮轴等；4、弹簧钢5、滚动轴承钢典型钢号 碳及合金含量合金元素作用 热处理工艺 及组织性能 用途45、40Mn 、40MnVB 、40CrNiMoA;C 含量0.25%~0.5%； 主加元素Cr 、Mn 、Si 、Ni 、B 提高淬透性及固溶强化；辅加的Mo 、W 抑制第二类回火脆性，V 阻碍奥氏体长大，能细晶强韧化和弥散强化；最终热处理淬火+高温回火；组织S 回； 优良的力学性能（好的强度和韧性）； 发动机连杆、曲轴、机床主轴等；典型钢号 碳及合金含量合金元素作用 热处理工艺 及组织性能 用途65、65Mn 、55Si2Mn 、50CrV A;碳素弹簧钢碳含量0.6%~0.9%；合金弹簧钢碳含量0.45%~0.7%； 主加元素Cr 、Mn 、Si 提高淬透性及回火稳定性、固溶强化基体；辅加的Mo 、W 、V 防止脱碳和过热；淬火+中温回火； 组织T 回；高的弹性极限和屈强比，高的疲劳极限，足够的塑性和韧性；汽车、火车上的各种板簧、螺旋弹簧、仪表弹簧； 典型钢号碳及合金含量合金元素作用热处理工艺 及组织性能用途二、工具钢性能要求：高的硬度和高的耐磨性；高的热硬性，高温工作状态（500~600℃）下保持较高的硬度；适当的韧性；成分与组织特点：通常使用状态是在回火马氏体基体上分布着细小的均匀的粒状碳化物。
《金属材料学复习资料 个人整理版》 一
原子半径对溶解度的影响是比较大的，一般规律为：ΔR 8%，可形成无限固溶体； ΔR 15%，形成有限固溶体；ΔR 15%，溶解度极小。
按照碳化物形成能力由强到弱排列，常用碳化物形成元素有Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr、Mn、Fe等。它们都是过渡元素。过渡族金属元素可依其与碳的结合强度的大小分类。钛（Ti）、锆（Zr）、铌（Nb）、钒（V）、是强碳化物形成元素；钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr)是中等强度碳化物形成元素；锰（Mn）和铁属于弱碳比物形成元素。
合金元素对S、E点的影响1、凡是扩大 相区的元素均使S、E点向左下方移动，如Mn、Ni等2、凡是封闭 相区的元素均使S、E、点向左上方移动，如Cr、Si、Mo等S点左移，
意味着共析碳含量减小。E点左移，意味着出现莱式体的碳含量减小。
合金元素对临界点的影响合金元素对碳钢的重要影响是改变临界点的温度和碳含量，使合金钢和铸铁的热处理制度不同于碳钢。奥氏体形成元素Ni、Mn等使共析温度A1向左下移动；铁素体形成元素Cr、Si等则使共析温度A1向上移动，合金元素对A3的影响同A1.
碳化物形成的一般规律1、碳化物类型的形成2、相似者相溶3、强碳化物形成元素优先于碳结合形成碳化物4、NM/NC比值决定了碳化物类型5、碳化物稳定越好，溶解越难，析出越难，聚集长大也越难。
合金钢的加热奥实体化：合金钢加热时的转变包括奥氏体相的形成，碳化物和铁素体的溶解。奥氏体相中合金元素的均匀化，溶质元素的晶界平衡偏聚，奥氏体晶粒长大。
根据轴承的工作条件和失效破坏情况，轴承钢的性能应满足（1）高而均匀的硬度和耐磨性（2）高的接触疲劳强度（3）高的弹性极限和一定的韧度（4）一定的耐蚀性（5）尺寸稳定性好（6）具有良好的冷、热加工性能。
金属材料学复习
1机械零件用钢的合金化主加元素Cr,Mn,Si,Ni.作用是提高刚的最透性和力学性能，铺家元素有Mo,W,V,B能降低钢的过热敏感性，消除刚的回火脆性，进一步提高最透性2调质钢中加入Mn，能大为提高刚的最透性，但容易使钢有过热倾向，并有回火脆性倾向，Ni是非C化物形成元素，能有效的提高刚基体的韧度，并且Nn-Cr的符合加入，提高最透性作用很大，但也有回火脆性倾向。
Mn能进一步提高最透性，既提高回火稳定性，细化晶粒，又能有效的消除或降低回火脆性倾向，V是强碳化物形成元素，有效的细化晶粒，提高最透性，降低钢过热敏感性。
3普通常用弹簧材料：碳素钢和低合金钢，Cr，Mn提高最透性，Si提高弹性极限，V 提高最透性和细化晶粒。
4轴承钢性能：1高而均匀的硬度和耐磨性，2高的接触疲劳强度，3高的弹性极限和一定的韧度，4尺寸稳定性好，5一定的耐蚀性，6具有良好的冷热加工性能。
5渗碳钢：Mn,Cr,Ni的主要作用是提高渗碳钢的最透性，以使较大尺寸的零件在最火是芯部能获得大量的半条马氏体，Ti,V,W,Mo阻止A晶粒在高温渗碳时长大，能细化粒,Mn,Cr,Ni还可改变渗碳层参数。
6渗碳层参数：表层含碳量，表层浓度梯度，。
C化物形成元素将增大钢表面吸收C的能力，增加渗碳层表面C浓度，利于增加渗碳层深度，另一方面又阻碍C在A中扩散，不利于渗碳层增厚，Cr,Mn,Mo有利于增厚，Ti,V不利于。
7N化钢特点：不需进行任何热处理就可得到非常高的表面硬度，所以耐磨性好，零件之间发生咬死和擦伤倾向小；可提高疲劳强度，改善对缺口的敏感性；还具有抗水，油等腐蚀能力，有一定的耐热性在低于渗氮温度下受热有高硬度，最有效的N化物元素为Al,Nr,V所形成的N化物最稳定，其次是Cr,Mo,W.Cr,Mo,Mn提高最透性，以满足调质处理，Mo,V使调至后的组织在长时间N话处理时保持稳定，也防止高温回火稳定。
8N化钢的含碳比渗碳钢高：一方面是因为服役条件不同，另一方面能获得比较高的硬度，支撑高硬度表层，在过渡区有良好的硬度匹配。
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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：2)合金元素对相图的影响：合金元素对C线的影响：3)合金元素对过程的影响：合金元素对工艺性的作用：钢的强韧化矛盾8.合金化原则多元适量，复合加入（看总复习PPT）9.主要合金元素的作用（总复习PPT）第三、四章1.掌握各类钢的特点（总复习PPT）2.弹簧、热锻模的服役条件及技术要求答：弹簧的服役条件：板簧主要承受弯曲载荷，失效形式是疲劳破坏；螺旋弹簧主要承受扭转应力，失效形式也为疲劳破坏。
弹簧的技术要求：高的弹性极限σe、屈强比σs/σb→弹性↓；高的疲劳强度σ-1→避免早期疲劳破坏；有足够的塑性和韧性→不产生脆性断裂；足够的淬透性→保证σe和整体强度；具有良好的表面质量。
热锻模的服役条件：1）反复冷、热→易产生龟裂、热疲劳；2）表层温度~500℃，冲击力大；3）强烈摩擦磨损；4）模具尺寸比较大。
热锻模的性能要求：↑热疲劳抗力→↑A1，↓硬度是有利的；↑热强性\韧度→高温回火；→消除回脆，整体性能好；↑模具高温耐磨性；淬透性好，导热性好。
热锻模的工艺要求：注意保护模面和模尾，以避免脱碳。
加热要注意预热，450左右预热，升温速度要慢，<50℃/h；冷却要注意预冷，预冷到780℃左右，循环油冷，冷至150~200℃取出；淬火后必须立即回火，绝对不允许冷至室温。
3. 轴承钢的冶金质量答：对轴承钢的基本质量要求是纯净和组织均匀。
纯净就是杂质元素和非金属夹杂物要少，组织均匀是钢中碳化物要细小，分布要均匀。
因以上两种原因造成的失效占总失效的65%。
非金属夹杂主要有氧化物，硫化物和硅酸盐三种。
根据形状划分又可分为脆性夹杂物、塑性夹杂物和球状不变形夹杂物。
其中危害最大的是硬而脆的氧化物，主要有刚玉和尖晶石。
钢冶炼时彻底脱氧是获得高纯净钢的必要条件。
碳化物的不均匀性可分为碳化物液析，可采用高温扩散退火消除；带状碳化物可由较长的退火时间消除；而控制终轧或终锻温度、控制终轧后冷速或正火可消除网状碳化物。
老师PPT上的：碳化物细小均布。
主要有三类K：K液析→结晶时枝晶偏析而存在→高温扩散退火，不允许液析严重；带状K→轧制时二次碳化物偏析→高温扩散退火；网状K→冷却时在晶界析出→正火。
4. 高速钢的热处理工艺（后面有题）答：1)高速钢经锻轧后，要经过退火处理，有普通退火和等温退火两种方式，其中普通退火工艺为860-880℃保温2-3小时。
2)然后进行淬火前的预热，因为高速钢导热率低，淬火加热温度又很高。
预热可减少工件在淬火加热过程中的变形开裂倾向，缩短高温保温时间，减少氧化脱碳。
分为一次预热和两次预热。
一次预热为800-850℃，适用于直径小的工件；两次预热是在一次预热之前加一次500-600℃预热。
预热时间一般为淬火时间的两倍。
3)淬火温度和时间的确定。
4)采用分级淬火的冷却方式5. 工具钢的球化处理答：一般要求钢中的碳化物呈球状、细小、均匀分布，这样可保证钢的耐磨性和韧度，而且对热处理工艺也非常有利。
因此，一般情况下工具钢的预先热处理都采用球化退火。
低合金工具钢在淬火前必须经过球化退火，得到粒状珠光体的原始组织，以利于切削加工，并且淬火过热倾向小。
球化退火一般采用等温退火工艺，由退火温度以30-40℃/h冷至700℃，等温4h，再炉冷到600℃出炉。
工具钢的工艺特点：锻造→球化退火→不完全淬火，淬火工艺参数要求严格。
6. 高碳钢的第二相答：指的是碳化物。
99页7. 齿轮、轴类零件的选材料齿轮：不同机械的齿轮，其工作条件差别很大，所以在选择材料和热处理工艺上也有很大不同。
1)机床齿轮，载荷不大，工作平稳，一般无大的冲击力，转速也不高。
常选用调质钢制造，如45、40Cr、42SiMn等钢，热处理工艺为正火或调质，高频感应加热淬火。
一般工艺路线为：备料→锻造→正火→粗加工→调质处理→半精加工→高频淬火+ 回火→磨削2)汽车、拖拉机的变速箱齿轮，汽车、拖拉机上的变速箱齿轮属于重载荷齿轮。
一般都采用渗碳钢，如20Cr、20CrMnTi等，进行渗碳热处理。
一般工艺路线为：备料→锻造→正火→粗加工→渗碳+淬火+回火→喷丸→磨削3)重载齿轮，航空发动机齿轮和一些重型机械上的齿轮承受高速和重载，一般多采用高淬透性渗碳钢，如12CrNi3A、18Cr2Ni4WA等钢。
工艺路线较复杂：备料→模锻→正火+高温回火→机械加工→渗碳→高温回火→机械加工→淬火+回火→精加工→检验。
轴类零件：轴是各类机械中最基本零件，也是关键零部件。
它直接影响精度和使用寿命。