金属材料学复习资料

1金属元素的碳化物以及金属间化合物类型碳化物：强Ti，VZr,Nb中强W，Mo,Cr弱Mn，Fe氮化物：强Ti,V,Zr,Nb中强W,Mo,Cr弱Cr，Mn，Fe金属间化合物类型：σ相（脆性相），AB2相（强化相），AB3相（有序相）。2.合金元素对铁碳相图的影响。对回火转变的影响。（1）合金元素通过改变临界温度点的温度来影响铁碳相图a．奥氏体形成元素锰镍碳氮铜使A3温度下降，除Co外它使A3温度升高b．铁素体形成元素W。Mo，Si，Al，Ti，Nb，V等使A3温度升高，Mn可以使A1温度下降，使晶粒细化，强度增加。（2）Me提高抗软化能力，在回火时参与奥氏体转变产物：①回火温度在贝氏体转变区域时，会转变成贝氏体，②在珠光体转变区域时，会等温转变成珠光体，在残余奥氏体稳定区进行保温过冷时γ不转变，在随后的冷却过程中发生马氏体转变合金钢在Ms点以下回火时，残余奥氏体转变成马氏体，马氏体变成回火马氏体回火马氏体的过饱和度不下降，发生碳原子偏聚，与马氏体不同，比马氏体稳定。3.影响工程结构钢焊接性的因素有哪些？如何判断工程结构钢的焊接性？钢的焊接性的好坏取决于钢的淬透性和淬硬性，合金元素决定淬透性，碳决定淬硬性。影响因素：①增加淬透性，焊后冷却时发生M相变，提高内应力②钢中含碳量增加M的比容和硬度，引起内应力的增加③降低Ms点，从而减低M转变温度，钢塑性差④钢种含氢量上升使钢塑性下降，引起氢脆以焊缝热影响区的硬度来判断钢的焊接性，其硬度达到350HV时易于产生裂纹，故一般控制其硬度不超过250HV，碳当量在0.47以上时，影响区的硬度可超过350HV，这是一个界限4.工程结构钢的强化方式有哪些？给出钢种能判断强化机制，及合金元素的作用（1）固溶强化：主要利用Mn，Si，Cu，P等元素溶入铁素体来提高强度。P的强化作用大，由于低碳钢的塑性储备大，加入一定量的P不至过多的减低塑韧性细晶强化：用铝脱氧生成的细小弥散的AlN质点。用Ti，Nb，V的微合金化生成的弥散的氮化物和碳化物以及碳氮化物，这些弥散相都能钉扎晶界，阻碍奥氏体晶粒的长大，转变后细化的铁素体晶粒和珠光体领域。沉淀强化：用Ti，V，Nb的微合金化，使过冷奥氏体发生相间沉淀和铁素体中析出弥散的碳化物和碳氮化物，产生沉淀强化（2）16MnWMn=1.2%~1.6%，起固溶强化作用，Mn降低A3温度，钢的奥氏体过冷能力细化铁素体晶粒降低钢的冷脆性和FATT50.15MnTi，16MnNb，15MnV，加入微量元素Ti，Nb，V起晶粒强化作用，Ti，Nb，V还起沉淀强化作用（3）NbMo：溶质的原子偏聚于奥氏体晶界，产生对奥氏体晶界的拖拽作用，抑制晶粒长大MnCrNi：降低A3温度的合金元素，可以使过冷奥氏体在更低的温度下转变而细化铁素体晶粒和珠光体领域，提高钢的强度。锰：固溶强化，晶粒细化，降低A3点温度起细化晶粒作用AlN：细化晶粒强C形成元素：Ti，Nb，V细化晶粒，沉淀强化5.合金元素在调质钢中的作用提高淬透性提高回火稳定性防止高温回火脆性细化晶粒强化α6调质钢的典型钢种45钢用截面尺寸较小或不要求完全淬透的零件——盐水淬火40Cr要求淬透性较高——油淬火42CrMo要求淬透性更高40CrNiMo大截面零件7调质钢热处理方法及组织淬火+高温回火组织：得到回火S（在α相集体分布有极细小的颗粒状碳化物）回火S具有良好的综合机械性能，一定强度塑韧性，可做各种轴类和齿轮，从硬度判断含碳量，含碳量越大硬度越高，塑韧性低。淬火处理得到马氏体，硬度升高，在进行低温回火，得到回火马氏体，从而保证表面耐磨性8.轴承钢的受力环境，破坏形式以及其对组织性能的要求有哪些？①受力环境：高接触压力，高循环力次数，高离心力引起的附加载荷，还有发生滑动面产生摩擦②破坏形式：接触疲劳破坏或受磨损而失效③对组织要求：纯净而均匀的组织，碳化物细小且均匀分布④对性能要求：高而均匀的硬度和耐磨性，高的弹性极限和高的解除疲劳强度，一定韧性，良好的尺寸稳定性和抗腐蚀能力9.高碳轴承钢的热处理球化退火是准备好淬火前的原始组织，加热温度780~800球化退火的冷却方式，连续冷却，按冷却速度20到30摄氏度每小时，冷却到650度出炉，在700度等温2-4小时，再炉冷到650度出炉淬火温度为840度，经油淬后可获得隐晶，马氏体上分布细小均匀分布的颗粒状K，并含有少量奥氏体回火一般采用160度保温3小时或更长，回火后硬度为62-66HRC10.渗碳钢和氮化钢的典型钢种，以及合金元素的作用渗碳钢（低淬透性）20CrMnTi做齿轮，具有较高的强度和耐磨性，心部有较高强度，韧性，表面渗碳处理使表面有较高的弯曲和疲劳强度，最终热处理淬火+低温回火得到回火马氏体，锻造后正火或退火的目的是消除锻造铸造的缺陷（大的碳化物应力等）氮化钢的典型钢种：38CrMoAl氮化钢加入合金元素形成氮化层，提高耐磨性11.锰在机械制造结构钢中的作用害处与益处扩大γ相区，形成无限固溶体，对铁素体和奥氏体均有较强的固溶强化作用，可以提高钢的淬透性，韧性和耐磨性，降低A1温度，细化晶粒，固溶强化作用害处：与SMn产生热裂12.低合金工具钢中几乎都含有合金元素Cr，你知道这是为什么吗？Cr的加入提高钢的淬透性，可以油脆，减少了变形开裂，为碳化物形成元素且细化了碳化物，使合金渗碳体均匀分布且易于球化，在淬火加热时，合金渗碳比较稳定阻碍奥氏体晶粒长大，改善了钢的韧性提高钢的回火稳定性降低钢的过热敏感性溶入γ中的Cr细化晶粒，均匀分布13.高速钢的热处理方法及合金元素的作用（1）高速钢经锻轧后，钢材需要退火以降低硬度改善组织，W18Cr4V退火温度为870-880度，2-3小时冷却到600度出炉空冷，组织为S+粗大的初生碳化物+细小的二次C化物淬火为获得高合金的奥氏体，正常淬火温度为1280度，方式：油淬空冷组织：M+γ+碳化物回火以消除残余奥氏体和淬火内应力560度三次回火组织：回火M+γ+碳化物（2）钼钨：弥散强化，提高热硬性，耐磨性，降低过热敏感V：弥散强化，提高热硬性，耐磨性Cr：提高钢的淬透性，耐磨腐蚀性，抗氧化性Co：提高热硬性微量元素：细化晶粒提高回火硬度改善韧性稀释Re提高热塑性三次回火的目的：第一次回火消除过冷奥氏体转变应力第二次回火减少残余奥氏体：消除第一次回火残余奥氏体向马氏体转变产生的应力第三次回火减少残余奥氏体：消除第二次回火残余奥氏体向马氏体转变产生的应力14.从腐蚀原理说明合金元素在不锈耐蚀钢中的作用Cr：提高钢钝化膜稳定性的必要元素Ni：提高铁的耐腐蚀性，在非氧化型的硫酸中更为显著Mn：提高铬不锈钢在有机酸中的耐腐性，比Ni更有效Mo：提高不锈钢钝化能力，扩大其钝化介质范围铜铂钯：有时能在不锈钢表面沉积下来作为附加微阴极，促进不锈钢在很小的阳极电流下就能达到钝化状态含钼不锈钢中可以形成含钼的钝化膜，这样含钼的钝化膜在许多强磨蚀介质中具有很高的稳定性，他还可以防止Cl离子对膜的破坏，故能抗点蚀15.475脆化及原因高铬铁素体不锈钢在400-500度范围长期保温出475脆性，它因在475度时脆性最严重而得名消除：600-650度加热1H后快冷原因：此温度时铁素体不锈钢析出高Cr的铁素体相，呈片状在高铬铁素体的[100]面和位错上析出，造成脆性16什么叫晶间腐蚀（应力腐蚀，点腐蚀）产生原因及消除方法晶间腐蚀：腐蚀是指晶界产生，原因是由C引起的，奥氏体不锈钢晶界上析出连续网状高Cr的Cr236引起晶界周围集体产生贫铬区，没有钝化能力，成为微阳极发生腐蚀消除：热处理法：600-700度加热使Cr扩散消除贫Cr区合金化法：加入NbTi起固定C的作用生产超低碳奥氏体不锈钢降低S，P的含量，提高冶金质量，以提高境界断裂强度17.合金元素对钢抗氧化性作用应满足的条件Me与氧的亲和力大于Fe等主金属元素与氧的亲和力Me与氧形成的氧化物与金属元素的氧化物不互溶V氧化物/V合金元素1，且合金元素氧化物要有低的导电值18.铁素体-珠光体耐热钢的强化方法（1）固溶强化：元素Mo，W，Cr溶于W，Mo基铁素体相，能增强原子间结合强度，提高再结晶温度因而能显著地提高基体的蠕变抗力（2）碳化物沉淀强化：MC型M2C型M6C型M7C3型19.镍基耐热合金的强化机理镍基耐热合金是在Cr20Ni80基础上加入大量强化元素，比如，W，Mo，Ti，Al，Nb，Co，Ta增强相是金属间化合物，强化相γ-Ni3（AlTi）相对于合金的强化表现在两个方面①共格强化②反相畴强化。W，Mo，Cr在镍基合金中能提高原子间结合力，减缓扩散，起固溶强化作用20.灰口铸铁，球墨铸铁的成分特点，热处理工艺及使用性能灰口铸铁：石墨呈片状，脆性材料不能用热处理方法强化HT100，抗拉强度σb≥100Mpa球墨铸铁：石墨呈球状，可以热处理强化，改变的是机体，因为石墨形态是无法改变的QT400-18，σb≥400Mpa21.如何控制石墨形态加入硅铁粒，使石墨细化用稀土硅铁做蠕化剂，或用镁和钛铝复合蠕化剂获得蠕虫状石墨在铸造钱向熔体内加入球化剂，可使石墨生成球铁白口铸铁进行石墨化退火，Fe3C在固态下分解形成团絮状石墨22铝合金种类及成分特点（1）变形铝合金非热处理强化变形铝合金热处理强化变形铝合金（热处理强化变形铝合金通过固溶处理和时效处理使合金强度显著提高）（2）铸造铝合金23.镁合金中合金元素的作用Mn含量在0.5-1.4与Fe形成化合物沉淀而被排除，消除Fe对抗腐蚀性的有害影响含量在1.3-2.5，起固溶强化作用AL：溶解度最大为12.1含量在8-10时可以强化Zn：提高Mg合金强度和时效强化效果，可改善塑性及耐腐蚀性Zr：阻碍晶粒长大，细晶作用，减少热裂倾向，提高强度Re（稀土元素）：细化晶粒，改善铸造性能和抗腐蚀性24紫铜——纯铜黄铜——铜锌合金白铜——镍铜合金