高等金属学

钢的强韧化机理备选题目1.什么是固溶强化？什么情况下采用固溶强化？谈谈IF钢采用置换固溶强化的原因。固溶强化是利用点缺陷对位错运动的阻力使金属基体获得强化的一种方法。具体方式是一种或数种溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使溶剂晶格发生畸变，点缺陷增多，位错运动阻力变大，使位错滑移难以进行，从而使固溶体硬度和强度升高。作为汽车板用钢，要求IF钢有高强度以及优良的深冲性。由于IF钢中一般强化元素C元素极低且被固定，因此通过添加P、Mn、Si等固溶强化元素来进行置换固溶强化以提高强度，以及控制退火工艺获得优良的深冲性能2.析出强化机制有哪两种？请画图表示。低合金钢为什么采用析出强化？微合金钢生产中，加入微量的合金元素，只能形成碳、氮化物，主要通过细晶强化和析出强化来进行强化。微合金化钢的特点之一就是利用碳、氮化物的溶解—析出行为。微合金钢的基体内分布的碳、氮化物，还有金属间化合物、亚稳中间相等第二相质点的析出在间界、位错运动之间产生的相互作用，导致钢的流变应力和屈服强度的提高。这就是微合金钢的析出强化3.什么是应变诱导析出？工艺如何实施，请举例。应变诱导析出就是材料在外加作用力的作用下（一般指钢在热轧或控轧过程中），材料由一相中析出第二相，可以起到细晶强化，析出强化，产生位错等从而改变材料的力学性能的一种加工方法4.细晶强化为什么可以同时增加材料的强度和降低韧脆转变温度Tc？提高塑性的机制：晶粒越细，在一定体积内的晶粒数目越多，则在同样塑性变形量下，变形分散在更多的晶粒内进行，变形较均匀，且每个晶粒中塞积的位错少，因应力集中引起的开裂机会较少，有可能在断裂之前承受较大的变形量。提高强度的机制：晶界增多，而晶界上的原子排列不规则，杂质和缺陷多，能量较高，阻碍位错的通过5.对于钢来说，如何进行细晶强化？1、增加过冷度；2、变质处理；3、振动和搅拌；4、对于冷变形的金属可以通过控制变形度，退火温度来细化晶粒6.为什么不常采用形变强化？它在什么情况下，在什么材料制品中使用？形变强化会给材料生产和使用带来麻烦，变形使强度升高、塑性降低，给继续变形带来困难，中间需要进行再结晶退火，增加生产成本，比如在冷轧钢板的过程中会愈轧愈硬以致轧不动，因而需在加工过程中安排中间退火，通过加热消除其加工硬化。又如在切削加工中使工件表层脆而硬，从而加速刀具磨损、增大切削力等，所以不常使用形变强化。形变强化是强化金属的有效方法，对一些不能用热处理强化的材料可以用形变强化的方法提高材料的强度，可使强度成倍的增加；是某些工件或半成品加工成形的重要因素，使金属均匀变形，使工件或半成品的成形成为可能，如冷拔钢丝、零件的冲压成形等；形变强化还可提高零件或构件在使用过程中的安全性，零件的某些部位出现应力集中或过载现象时，使该处产生塑性变形，因加工硬化使过载部位的变形停止从而提高了安全性。7.什么是组织强化？哪些组织的强韧性好？为什么？8.表述贝氏体的类型，以及它们的组织特征与性能特点。上贝氏体：成束的、大体上平行的板条状铁素体和条间的呈粒状或条状的渗碳体（有时还有残余奥氏体）所组成的非片层状组织，良好的强韧性。下贝氏体：铁素体和碳化物构成的复相组织。在低碳钢中，这种贝氏体铁素体的形态通常呈板条状，若干个平行排列的板条便构成一束；在高碳钢中，贝氏体铁素体则往往成片状，各个片之间互成一定的交角，与片状马氏体很相似，强韧性通常高于上贝氏体。粒状贝氏体：一般是在低、中碳合金钢中存在，它是在稍高于典型上贝氏体形成温度下形成的。是由条状亚单元组成的板条状铁素体和在其中呈一定方向分布的富碳奥氏体（有事还有少量碳化物）所构成复相组织，并具有明显的浮凸效应。无碳贝氏体，反常贝氏体，柱状贝氏体。9.表述马氏体的类型，以及它们的组织特征与性能特点。板条状马氏体：亚结构高密度缠结的位错。片状马氏体：大小不均匀，有中脊面，亚结构主要是孪晶。蝶妆，薄板状，六方马氏体。马氏体的组织形态主要取决于相变时的切变方式，而相变时以滑移还是孪生的方式进行切变又主要取决于钢的Ms点。位错型马氏体具有相当高的强度和硬度，又具有良好的塑性与韧性，既具有较高的综合力学性能。孪晶型马氏体虽然具有很高的强度和硬度，但其塑性和韧性却很差。10.什么是微合金化？谈谈Ti，Nb，V三种元素的合金化特点。Ti、Nb、V均是强碳化合物，形成倾向按Ti、Ni、V递减。形成的碳化物均具有熔点高，硬度高，稳定性好等特点，在钢中通常呈细小弥散分布，是基体中有效的硬质相。都有强烈阻止奥氏体晶粒长大的特点，可细化晶粒。11.什么是控制轧制？目标是什么？举例说明工艺上如何实施。在热轧过程中，通过对金属加热、轧制和冷却的合理控制，使范性形变与固态相变过程相结合，以获得良好的晶粒组织，使钢材具有优异的综合性能的轧制技术12.什么是控制冷却？目标是什么？举例说明工艺如何实现。控制冷却是利用相变强化以提高钢材的强度。通过控制冷却能够在不降低韧性的前提下进一步提高钢的强度。控制冷却是通过控制热轧钢材轧后冷却条件来控制奥氏体组织状态、相变条件、碳化物析出行为、相变后钢的组织和性能。13.什么是双相钢？其组织与性能有什么特点？为什么？低碳铁素体-马氏体钢。其显微组织是通过在A+F两相区加热淬火，或热轧后空冷或退火，得到的20~30％M加80~70％F。马氏体呈小岛状或纤维状分布在铁素体基体上。F中非常干净，C、N等间隙原子很少；C和Me大部分在M中。低屈服强度，无屈服平台，高的总延伸率与均匀延伸率，高的加工硬化指数，高的塑性应变比。这种铁素体+马氏体组织使钢中的碳在奥氏体区发生转变，析出的先共析铁素体集中在奥氏体中，最后奥氏体转变成高碳马氏体，而铁素体中间隙碳原子发生贫化，并在马氏体转变时在周围铁素体中由于相变的体积效应而激发出许多位错，这些位错是可动的，未被C,N间隙钉扎。这样，双相钢有了低的屈服强度，且是连续屈服，无屈服平台和上下屈服点，加之有强韧的马氏体岛或纤维，结合的牢靠的M/F界面，铁素体中又有大量的可移动位错，使之加工硬化率增大14.什么是非调质钢？谈谈采用V元素进行合金化的理由。指在制造和应用过程中，通过采用微合金化、控制轧制（或锻造）和控制冷却等强韧化方法，故而取消调质热处理，能够达到或接近调质钢性能的优质或特殊质量的钢。这是由于V形成VC后在奥氏体区不能析出，呈完全溶解态。钒微合金钢不能进行非再结晶控轧，可形成VN细化由γ相变后的铁素体珠光体组织。15.现在的低合金高强度钢为什么朝低碳方向发展？保证结构钢的焊接性能消除结构钢中的偏析钢的韧性提高钢的屈服强度较高16.什么是应变诱发塑性钢？其原理是什么？(TRIP)TRIP钢实际上是由于应变而产生相变诱发塑性效应使钢板中的残余奥氏体在塑性变形作用下诱发马氏体生核和形成，并产生局部硬化，继而变形不在集中在局部，使相变均匀扩散到整个材料以提高钢板的强度和塑性17.什么是应变诱发相变？其工艺上如何实施？所谓应变诱发相变就是指材料由于受到应力的作用使材料微观结构发生改变，从而导致材料的各项性能改变的过程。工艺上的实现手段，应变诱发相变是通过控制变形工艺参数使形核位置增多(同时在奥氏体晶界和晶内核),然后再控制变形后冷却速度使晶粒长大速度减慢的一种有效的细化晶粒的工艺18.采用Nb元素进行微合金化的优点与缺点，为什么？19.采用Ti元素进行微合金化的优点与缺点，为什么？20.采用V元素进行微合金化的优点与缺点，为什么？优点：1）抑制奥氏体形变再结晶2）沉淀强化3）细晶强化缺点：对控制奥氏体晶粒长大不起作用。21.低合金高强度钢为什么要用Mn进行合金化？锰能降低γ→α转变温度，提高钢的奥氏体过冷能力，有利于针状铁素体的形核。在加热过程中可增大碳-氮化物形成元素在γ-Fe中的溶解度，从而增加了铁素体中碳化物的弥散析出量。提高钢的淬透性。高的Mn/C比对提高钢的屈服强度和冲击韧性有好处。由于高锰导致钢的应力/应变特性的变化，可以抵销鲍欣格效应的强度损失22.深冲钢主要要求那些性能？为什么？优秀的成型性能，即：高的塑性应变比r值、高的均匀延伸率δ、低的屈服强度σ、低的时效指数AI和低的屈服伸长。只有具有以上性能的钢板，才能用于冲压制造复杂的零件。较高的抗拉强度和刚度，即高的Rm和适当的烘烤硬化性与加工硬化能力。这样才能避免在使用中产生凹陷。23.硅钢与深冲钢为什么采用大的冷变形？深冲钢，高塑性应变比，高均匀延伸率，低屈服强度，影响材料塑性应变比的重要因素是内部的织构，钢板内部的织构形成受合金成分、变形条件、材料性质和退火工艺等因素的影响。通过塑性加工,使钢板在轧制过程形成强烈的有利于深冲性能的织构,是汽车板生产的目标24.固溶度积公式的意义是什么？有什么作用？25.控制轧制的类型有哪些？各有什么特点？在奥氏体再结晶区控制轧制在奥氏体再结晶温度以上的温度范围（≥950℃）内进行轧制,使再结晶和变形交替进行，以细化奥氏体晶粒。细化的奥氏体变成的铁素体，其晶粒也是细化的，从而也就提高了钢的韧性。在奥氏体未再结晶区控制轧制在奥氏体再结晶开始温度到Ar3以上进行轧制，其目的是使奥氏体晶粒拉长，同时在晶内形成大量变形带，增加奥氏体向铁素体转变时的晶核生成能，获得极其细小的铁素体晶粒，以提高钢的韧性，并在钢中形成铌的碳化物和氮化物，以抑制再结晶。在奥氏体和铁素体两相区控制轧制在奥氏体和铁素体两相区温度范围内(Ar3以下)进行轧制时,伴随着加工硬化和珠光体析出的硬化而提高了钢的强度，降低韧性－脆性转变温度。但是由于产生了织构(见择优取向)，板厚方向的强度和冲击韧性都降低了。26.表述针状铁素体的组织特点与性能特点。工艺上如何获得？显微组织是低碳或者超低碳的针状铁素体，实际上属于超低碳贝氏体，其α片呈板条状，具有高位错密度。σs达700~800MPa,良好的低温冲击韧性，良好的焊接性。针状铁素体组织采用传统的控制轧制和控制冷却方法可以达到高强韧性，保证得到极细的晶粒和针状铁素体片，高位错密度的细小的亚结构和弥散的Nb(C,N)沉淀。27.钢的焊接性能如何表征？如何获得高的焊接性？通常把金属材料在焊接时产生裂纹的敏感性及焊接接头区力学性能的变化作为评价材料可焊性的主要指标。28.什么是屈强比？有什么实际意义？工艺上如何获得低的屈强比？材料的屈服强度与抗拉强度的比值。屈强比表征材料的利用率及使用的安全性，同时屈强比还表明材料的均匀变形能力。当屈强比较小时，材料有很好的均匀变形能力，安全性能高，使用过程中不易发生因脆性而产生的突发性断裂。但是屈服强度太小则不能发挥材料的性能而造成材料利用率低。要想得到低的屈强比钢材，钢材中必须具备两相组织。一个相比较软，比较容易屈服，而另一个相，要比较硬，同时还要具有一定的体积分数，并且与软基体的结合强度高，在变形强化时，延缓颈缩发生。29.粒状贝氏体组织的性能特点。工艺上如何获得低屈强比钢？30.钢的韧化措施有哪些？如何实施？细化奥氏体晶粒，从而细化铁素体晶粒；调整合金元素，降低有害元素S、P、H和O等的含量，获得具有细微夹杂物的镇静钢和降低钢中的含碳量；获得不存在粗大碳化物质点和晶界薄膜的钢材；通过细化亚结构或细微分散达到细小的位错平均自由程；防止预先存在的显微裂纹；形变热处理；获得强韧性较高的低碳马氏体、低碳/超低碳贝氏体、针状铁素体。