金属材料试题

一、填空题1、凡是能扩大区的元素均使Fe-C相图中S、E点向（左下）移动，例（Ni、Co、Mn）等元素；凡封闭γ区的元素使S、E点向（左上）方向移动，例（Cr、W、Mo）等元素。2、钢的强化机制主要有（固溶强化）（晶界强化）（第二相强化）（位错强化）。其中（晶界强化）对钢的贡献是既提高强度又改善塑韧性。3、铝合金的热处理指的是（固溶加时效）。4、零件选材的一般原则是（使用性）（工艺性）（经济性）。5、从腐蚀机理知道防止钢铁材料腐蚀的着眼点应放在：（减少微电池数量）（提高基体电极电势）（利用钝化效应）。6、马氏体不锈钢可分为三类：（Cr13型）（高碳高铬型）（低碳17%Cr—2%Ni钢）。7、铸铁中的碳主要是以（石墨）形式存在，根据碳存在的形式可将铸铁分为：（白口铸铁）（灰口铸铁）（麻口铸铁）。铸铁的组织特点是在（金属）基体上分布着（石墨）。二、判断题1、40CrNiMo、40CrMnMo、25Cr2Ni4WA属于高淬透性调质钢。（对）2、不锈钢是在所有介质中都不发生腐蚀的钢。（错）3、Nb、V、Ti等合金元素在钢中主要起细化晶粒、析出强化的作用。（对）4、铸铁的石墨化过程主要与其化学成分有关，而与冷却速度无关。（错）5、钢中不易形成碳化物的元素包括Fe、Mn、Cr、V、Nb、Zr、Ti等。（错）6、有色金属及其合金是以马氏体型转变强化为主。（错）7、青铜主要是指铜锡合金，黄铜主要指铜锌合金。（对）8、固态铝热处理时其晶体结构存在同素异构转变。（错）9、奥氏体的形成速度取决于奥氏体晶核的形成和长大，两者都与碳的扩散无关。（错）10、加入合金元素W、Mo、可以抑制第二类回火脆性。（对）三、选择题1、适合制造渗碳零件的钢有（A）。A、16Mn，1Cr13，12Cr2Ni4AB、45,65Mn，T12C、15,20CrMnTi2、目前应用最广泛的耐酸钢为：（C）。A、马氏体型不锈钢B、铁素体型不锈钢C、奥氏体型不锈钢3、在460~480℃工作的汽轮机叶片可选用下列哪种材料：（A）。A、1Cr13B、20CrMnTiC、40CrNiD、65Mn4、下列属于钢的低倍缺陷的是：（D）。A、带状组织B、液析C、非金属夹杂物D、白点5、具有共晶反应的二元合金中，接近共晶成分的合金（A）。A、铸造性好B、锻造性能好C、热处理性能好D、焊接性好6、为了促进铸铁石墨化，可采用下述方法（B）。A、提高C，Si含量和冷速B、增加C，Si含量，降低冷速C、降低C，Si含量，提高冷速D、降低C，Si含量，降低冷速7、可锻铸铁可以理解为（C）。A、锻造成形的铸铁B、可以锻造的铸铁C、具有一定的塑形和刚性的铸铁D、上述说法都不正确四、分析解答题1、什么是高速钢？合金元素在高速钢18—4—1中主要起哪些作用？说明高速钢18—4—1在生产实际中其铸态组织特征，如何改善高速钢铸态组织中碳化物分布不均匀现象？答：（1）高速钢是一种高碳且含有大量W、Mo、Cr、V及Co等合金元素的工具钢。经热处理后，在600℃以下仍然保持高的硬度，可达HRC60以上，故可在较高温度条件下保持高速切削能力和高耐磨性。同时具有足够高的强度，并兼有适当的塑形和韧性，很高的淬透性，中小型工具甚至在空气中冷却也能淬透，固有风钢之称。（2）碳的作用：碳对高速钢的性能影响很大。高速钢中的含碳量是较高的，主要目的是为了与大量的碳化物形成元素形成足够数量的各类碳化物。随着钢中含碳量的增加，淬火回火后硬度和红硬性都相应的提高。钨和钼的作用：钨是高速钢获得红硬性的主要元素。由于W和C的结合力较强，提高了马氏体抗回火稳定性，在560℃回火时析出W2C，产生弥散强化，并且提高钢的耐磨性。钼在高速钢中的作用和钨相似。钼代钨，使钢中合金元素总量降低，价格便宜。由于碳化钼不如碳化钨稳定，所以含钼高速钢的脱碳倾向较大，过热敏感性较大。钒的作用：钒在高速钢中能显著提高钢的红热性，提高硬度和耐磨性，同时还能有效的细化晶粒，降低钢的过热敏感性。铬的作用：保证钢的淬透性。目前，绝大部分高速钢中都含有4%左右的Cr。铬也增加高速钢耐蚀性和增大抗氧化能力，减少粘刀现象，改善刃具切削能力。钴的作用：高速钢中加入钴可显著提高钢的红热性。另外钴对高速钢性能也有不利影响，如降低钢的韧性、增大钢的脱碳倾向。（3）高速钢的铸态组织常常由鱼骨状莱氏体（Ld）、黑色组织（δ共析体等）和白亮组织（Md+AR）组成。（4）1）在液体金属中加入合金元素Zr、Nb、Ti及Ce等变质剂，增加结晶核心，细化共晶碳化物；2）钢液结晶过程中，加超声震荡或电磁搅拌，采用连续铸造法；3）采用反复铸造方法。2、什么是铝合金的热处理？与碳钢有什么本质差别？解释铝铜二元合金的在时效进行过程中发生了哪些组织和性能变化（结合图例解释）？答:固溶加时效；本质区别：不存在同素异构转变。见图：通常可将铝合金的上述时效沉淀序列表示为：过饱和固溶体→过饱和原子富聚区→过渡沉淀相（亚稳平衡相）→平衡沉淀相。峰时效对应于合金获得增强效果最大的阶段，合金的强度或硬度最高，时效组织中的强化相多为亚稳平衡相；在欠时效阶段合金的强度不发生变化或变化很小，为沉淀相过饱和溶质原子偏聚或亚稳相孕育析出时期；过时效阶段合金则发生了明显软化现象，这是由于亚稳相转变为平衡相，与基体脱离共格关系，引起应力场显著下降的结果。3、GCr15钢是应用最广的轴承钢，试说明该钢种的热处理工艺、目的，以及热处理后的组织与性能特点有哪些？答：经过球化退火处理和淬火加低温回火处理。球化退火的目的是降低硬度，改善切削加工性，同时获得均匀分布的细粒状珠光体，为最终处理做好组织上的准备。GCr15钢淬火温度控制在（840±10）℃范围内，淬火组织为隐晶马氏体。淬火后应立即回火，以消除淬火应力、提高韧性、稳定组织和尺寸。回火温度为150~160℃，回火时间为2~3h。为了消除零件在磨削时产生的磨削应力，以及进一步稳定组织和尺寸，在磨削加工后再进行一次附加回火，回火温度为120~150℃，回火时间为2~3h。对于精密轴承，为了保证尺寸的稳定性，淬火后立即进行冷处理，然后再回火，磨削加工后再进行一次尺寸稳定性处理，在120~150℃保温5~10h。GCr15钢经淬火回火处理后，钢的组织为：马氏体（w=80%）+残余奥氏体（w=10%）+碳化物（w≈10%），其硬度为HRC61~65。一、填空题1、钢的强化机制主要有（晶界强化）（第二相强化）（位错强化）（固溶强化）。其中（晶界强化）对钢性能的贡献是既提高强度又改善塑、韧性。2、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（写出2个）；凡封闭γ区的元素使S、E点向（左上）方移动，例（Cr、Mo）等元素（写出2个）。S点左移意味着（钢中C的质量分数降低）。3、在钢中，常见碳化物形成元素有（Cr、Mo、V、Ti、Zr）（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/cMr≤0.59为（简单）点阵结构，有MC和（M2C）型；/cMrr＞0.59为复杂点阵结构，有（M23C）（M7C3）和（M3C）型。4、影响铸铁石墨化的主要因素有（化学成分）（冷却速度）。球墨铸铁在浇注时要经过（球化）处理和（孕育）处理。5、通常将经过（淬火后高温回火）处理而使用的结构钢称为调质钢。马氏体于高温回火的组织为（回火索氏体）。40CrMn、40CrNi、35CrMo等（中淬透性）钢的油淬临界淬火直径为40调质钢。6、高速钢采用贝氏体等温淬火，淬火后的组织为（下贝氏体）及（马氏体）和（碳化物以及残余奥氏体）。二、判断题1、二次硬化对于在高温下工作的高速切削工具及热变性模具用钢具有重要的作用。（对）2、Mn、Cr、Ni、P、V等合金元素可抑制钢中的回火脆性。（错）3、高速钢淬火加热过程产生过烧时，会导致晶界熔化，其组织中会出鱼骨状共晶莱氏体及黑色组织。（对）4、钨钼系高速钢典型牌号简称是6—4—5—2。（对）5、钢中不易形成碳化物的元素包括Fe、Mn、Cr、V、Nb、Zr、Ti等。（错）6、凡是缩小γ相区的元素（如Cr、W、Mo、V、Ti、Si等）均使3A线上升，使S、E向左上移动。（对）7、高速钢淬火加热过程产生过热时，奥氏体晶界上析出碳化物成网状。（对）8、不锈钢是在所有介质中都不发生腐蚀的钢。（错）9、固溶强化的作用是：不减弱钢的韧性，同时还提高了钢材的强度。（错）10、钢材的碳含量越高，焊缝出的硬化与脆化倾向于显著，在焊接应力的作用下越容易产生裂纹。（对）三、选择题1、灰铸铁中的石墨形态一般为（B）。A、球状B、片状C、团絮状D、蠕虫状2、金属材料的生产方法，目前主要是（A）。A、高温冶金B、水法冶金C、粉末冶金D、电冶金3、球墨铸铁等温淬火的目的是为获得如下基体组织（D）。A、马氏体B、马氏体+少量残留奥氏体C、上贝氏体+马氏体D、下贝氏体+马氏体+少量残留奥氏体4、在下列调质钢中，淬透性最好的钢是（B）。A、40B、40CrNiMoC、40Mn2D、40MnB5、制造高速切削刀具的钢是（C）。A、T12A，3Cr2W8VB、Cr12MoV，9SiCrC、W18Cr4V，W6Mo5Cr4V26、铝合金（Al-Cu）的时效过程为（B）。A、富溶质原子区→Q→'Q→''QB、富溶质原子区→''Q→'Q→QC、Q→'Q→''Q→富溶质原子区D、''Q→'Q→Q→富溶质原子区7、为改造高速钢铸态组织中碳化物的不均匀性，应进行（D）。A、扩散退火B、正火C、球化退火D、反复锻造四、分析解答题1、简述高速钢中W、V、Cr合金元素的主要作用。高速钢在淬火加热时，如产生欠热、过热和过烧现象，在金相组织上各有什么特征。答：钨是高速钢获得红硬性的主要元素。由于W和C的结合力较强，提高了马氏体抗回火稳定性，在560℃回火时析出W2C，产生弥散强化，并且提高钢的耐磨性。钒的作用：钒在高速钢中能显著提高钢的红硬性，提高硬度和耐磨性，同时还能有效的细化晶粒，降低钢的过热敏感性。但由于VC的硬度较高，使钢的磨削性变差。铬的作用：铬在高速钢中主要在于M6C中，Cr的溶入使M6C的稳定性下降，在高温时容易溶解，一部分Cr能形成M23C6，它的稳定性更低，在加热时几乎全部溶解于奥氏体中，从而保证了钢的淬透性。目前，绝大部分高速钢中都含4%左右的Cr。铬也增加高速钢耐腐蚀性和增大抗氧化能力，减少粘刀现象，改善刃具切削能力。高速钢淬火加热过程容易产生的缺陷有过热、欠热和过烧。淬火温度过高，晶粒长大，碳化物溶解过多，未溶解碳化物产生角状化；奥氏体中合金度过高，即使后面冷却很快，也会在奥氏体晶界上析出碳化物成网状分布，这是过热。如果温度再高，合金元素的分布不均匀，会导致晶界熔化，出现铸态组织特征，主要为鱼骨状共晶莱氏体及黑色组织，这就是所谓的过烧。严重的过热和过烧，钢的脆性很大，不能使用。欠热是淬火温度较低，大量的碳化物未溶。W18Cr4V钢淬火温度超过1300℃时，容易出现过热特征，加热温度超过1320℃将发生过烧现象。所以W18Cr4V钢淬火温度一般在1260~1300℃。2、材料库中存有：42CrMo，GCr15，T13,60Si2Mn。现要制作锉刀、齿轮、连杆螺栓，试从库中选材，并说明采用何种热处理强化？指出使用状态下的显微组织。答：锉刀：T13，碳素工具钢的热处理工艺为淬火+低温回火。一般亚共析钢采用完全淬火，淬火后的组织为细针状马氏体。（1）碳素刃具钢淬透性低，为了淬火后获得马氏体组织，淬火时工件要在强烈的淬火介质（如水、盐水、碱水等）中冷却，因而淬火时产生的应力大，将引起较大的变形甚至开裂，故而淬火后应及时回火。（2）碳素钢在淬火前经球化退火处理，在退火处理过程中，由于加热时间长、冷却速度快，会有石墨析出，使钢脆化（称为黑脆），应引起重视。（3）碳素工具钢由于含碳量高，在加热过程中易氧化脱碳，所以加热时必须注意保护，一般用盐浴炉火在保护气氛条件下加热。齿轮、连杆螺栓：42CrMo，最终热处理的目的是采用淬火或正火及随后高温回火的热处理工艺，以获得所要求的组织和性能。3、金