金属学与热处理试卷与参考答案(北科大2012-2013)

北京科技大学2012-2013学年第2学期金属材料与热处理试卷（A）试卷及参考答案

试卷（A）

谷宗喜手录

一、名词解释（每题3分，共36分）

1.粒状珠光体

2.钢的表面热处理

3.钢中铁素体形成元素

4.低温回火脆性

5.奥氏体本质晶粒度

6.上贝氏体

7.钢的淬透性与淬硬性

8.钢的奥氏体化

9.扩散退火

10.调质钢

11.时效强化

12.钛合金中的 同晶元素

二、简要回答问题（每题5分，共40分）

1.钛合金淬火与钢淬火后组织与力学性能差异？其强化途径有

哪些？

2. 影响钢热处理过程与最终组织的主要因素有哪些？

3. 为何在3Fe Fe C 相图中看不到马氏体的存在区域？其转变机理与珠光体转变机理有什么不同？

4. 常用工程结构钢设计时要考虑哪些主要因素？

5. 为什么对轴承钢的成分要精确控制并尽量降低钢种氧的含量？

6. 15GCr 的主要成分以及其产品的最终热处理的淬火温度与回火温度应如何确定？

7. 何谓钢的过冷奥氏体的连续冷却转变曲线（CCT 曲线）？举例说明其应用。

8. 机械零件的渗碳处理意义是什么？说明什么成分钢，做哪些用途时适合渗碳处理。

三、 论述题（24分）

1. 机械用非调质结构钢38MnVS 中主要合金元素的含量大约是多少？各合金元素主要作用？使用的组织状态是什么？（12分）

2. 对大型石油储罐用钢的开发一直往高强高韧，良好的低温性能、焊接性能以及耐腐蚀方向发展。请利用所学知识，设计强度级别为700MPa 的储油灌用钢及其生产工艺。（12分）

参考答案

一、名词解释（每题3分，共36分）

1.粒状珠光体

珠光体是奥氏体共析转变的产物。奥氏体化温度比较低时获得颗粒状渗碳体分布在铁素体基体上的混合物，称之为粒状珠光体。

2.钢的表面热处理

改变金属表层化学成分，获得预期的表层组织与性能的热处理工艺。也可叫化学热处理，比如渗碳、渗氮等工艺。

3.钢中铁素体形成元素

合金元素在铁素体中有较大溶解度并使奥氏体不稳定。

4.低温回火脆性

淬火成马氏体的钢在较低温度（约300℃左右）下回火，会产生冲击功明显降低的现象。为与冷却速度无关的不可逆回火脆性。

5.奥氏体本质晶粒度

表征某钢种在奥氏体加热过程中，奥氏体晶粒长大的趋势。

6.上贝氏体

贝氏体是过冷奥氏体中低温转变（半扩散型）产物。上贝氏体是钢奥氏体化后在中温区发生的一个没有铁原子扩散、只有碳原子扩散，组织依靠切边方式进行相变，所获得的铁素体板条间有羽毛球状渗碳体的组织。

7.钢的淬透性与淬硬性

钢的淬透性是钢奥氏体化后在冷却过程中获得马氏体的能力。淬硬性是表示钢淬火后获得的马氏体所能达到的硬度，主要与钢的含碳量有关。

8.钢的奥氏体化

将钢加热到A1温度以上，珠光体开始向奥氏体转变的工艺与过程。钢的奥

氏体化是后续热处理加工工艺的基础。

9. 扩散退火

钢件被加热到奥氏体化后的较高温度（1100℃-1200℃），并较长时间保温，消除或减轻枝晶（微观）偏析的热处理工艺。

10.

调质钢 经淬火和后续高温回火，获得综合力学性能较好的回火索氏体钢。

11. 时效强化 合金在固溶处理后淬火后获得的过饱和固溶体在一定温度条件下加热，析出第二相颗粒来强化合金的工艺。

12. 钛合金中的β同晶元素

钛有两种多晶型，分别是α与β。合金元素加入钛合金中能降低钛合金中能降低α与β的转变温度，稳定β相的元素为钛合金中的β稳定元素或同晶元素。

二、 简要回答问题（每题5分，共40分）

1. 钛合金淬火与钢淬火后组织与力学性能差异？其强化途径有

哪些？

答：钛合金淬火获得的马氏体是代位固溶体，淬透性差，不如钢淬火获得的过饱和间隙固溶体强化效果好。钢的淬透性可调范围大，淬透性好，淬火是其重要强化途径（3分）。钛合金主要用淬火加时效处理来强化，且以时效强化为主（2分）。

2. 影响钢热处理过程与最终组织的主要因素有哪些？

答：化学成分与加热和冷却制度（3分）。其中化学成分影响奥氏体化温度与共析点成分，也影响C 曲线位置和形状；加热与冷却制度影响影响奥氏体化程度和冷却过程的转变类型，进而影响最终组织（2分）。

3. 为何在3Fe Fe C -相图中看不到马氏体的存在区域？其转变机

理与珠光体转变机理有什么不同？

答:马氏体是冷却速度较快时的非稳态组织，3Fe Fe C 相图是缓冷条件下接近平衡态的较稳定组织，缓冷时扩散条件充分，不会出现马氏体组织（2分）。马氏体转变中没有扩散，铁原子通过切边的方式来改变原子的排列方式，转变后强度高，塑性差；而珠光体的转变机理是碳与铁原子都是完全扩散，转变的相与组织都与马氏体不一样，转变后的性能强度较低，塑性较好（3分）。

4. 常用工程结构钢设计时要考虑哪些主要因素？

答：1）强度（2分）；2）塑、韧性，尤其是低温韧性（1分）；3）焊接性（1分）；4）耐腐蚀性，主要是耐大气腐蚀（1分）。

5. 为什么对轴承钢的成分要精确控制并尽量降低钢种氧的含量？

答：1）其中钢的成分严重影响该钢的碳化物与淬透性，精确控制成分有利于壁面不良的碳化物组织，并获得一致的淬硬性（淬透性窄）和尺寸稳定性（3分）；2）尽量使钢洁净，减少氧化物夹杂物，提高其疲劳寿命（2分）。 6. 15GCr 的主要成分以及其产品的最终热处理的淬火温度与回火温度应如何确定？

答：15GCr 为过共析高碳钢，淬火温度在1Ac 和cm Ac 之间（3分），回火温度是低温回火，获得硬度、耐磨性都很好的回火马氏体（2分）。

7. 何谓钢的过冷奥氏体的连续冷却转变曲线（CCT 曲线）？举例说明其应用。

答：过冷奥氏体在冷却过程中在不同的冷却速度下发生相变的开始点（温度与时间）与相变的终了点测定出来分别把性质相同的相变开始点与终了点连成线而成的曲线为CCT 曲线（3分）。举例：如确定马氏体的临界冷却条件；轧钢冷却的控制以获得合适的组织（2分）。

8. 机械零件的渗碳处理意义是什么？说明什么成分钢，做哪些用途时适合渗碳处理。

答：一些机械零件在服役的时它的受力情况是不均匀的，往往表面到一定深