工程材料学习题集答案整理最终版

工程材料习题集第一章钢的合金化基础1合金元素在钢中有哪四种存在形式？①溶入α（铁素体）、γ（奥氏体）、M（马氏体），以溶质形式存在形成固溶体；②形成强化相：碳化物、金属间化合物；③形成非金属夹杂物；④以游离状态存在：Cu、Ag。2写出六个奥氏体形成元素，其中哪三个可无限溶解在奥氏体中？哪两个铁素体形成元素可无限溶解在铁素体中？①奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni、Cu、C、N（锰、钴、镍、铜、碳、氮），其中Mn、Co、Ni（锰、钴、镍）可无限溶解在奥氏体中，Cu、C、N（铜、碳、氮）为有限溶解；②Cr、V（铬、钒）可无限溶解在铁素体中，其余为有限溶解。3写出钢中常见的五种非碳化物形成元素。①非碳化物形成元素：Ni、Si、Al、Cu、Co4按由强到弱的顺序写出钢中常见的八种碳化物形成元素。按碳化物稳定性由弱到强的顺序写出钢中常见的四种碳化物的分子式。①碳化物由强到弱排列：（强）Ti、Nb、V、（中强）W、Mo、Cr、（弱）Mn、Fe②碳化物稳定性由弱到强的顺序：Fe3C→M23C6→M6C→MC5为什么高镍奥氏体钢易于冷变形，而高锰奥氏体钢难于冷变形，容易加工硬化？奥氏体层错能高和低时各形成什么形态的马氏体？①镍是提高奥氏体层错能的元素，锰是降低奥氏体层错能的元素，层错能越低，越有利于位错扩展而形成层错，使交滑移困难，加工硬化趋势增大。②奥氏体层错能越低，形成板条马氏体，位错亚结构。如Cr18-Ni8钢；奥氏体层错能越高，形成片状马氏体，孪晶亚结构。如Fe-Ni合金。6钢的强化机制的出发点是什么？钢中常用的四种强化方式是什么？其中哪一种方式在提高强度的同时还能改善韧性？钢中的第二相粒子主要有哪两个方面的作用？①强化机制的出发点是造成障碍，阻碍位错运动。②钢中常用的四种强化方式：固溶强化、晶界强化（细晶强化）、第二相强化、位错强化（加工硬化）。③晶界强化（细晶强化）在提高强度的同时还能改善韧性。④钢中的第二相粒子主要作用：细化晶粒、弥散/沉淀强化。7钢中常用的韧性指标有哪三个？颈缩后的变形主要取决于什么？①韧性指标：冲击韧度k、平面应变断裂韧度KIC、韧脆转变温度Tk。②颈缩后的变形用P表示，主要取决于微孔坑或微裂纹形成的难易程度。8晶粒大小对极限塑性有什么影响？为什么？为了改善钢的塑性，钢中碳化物应保持什么形态？①细化晶粒对改善均匀塑性(εu)贡献不大，但对极限塑性(εT)却会有一定好处。因为随着晶粒尺寸的减少，使应力集中减弱，推迟了微孔坑的形成。②为了改善钢的塑性，充分发挥弥散强化的作用，钢中的碳化物（第二相）应为球状、细小、均匀、弥散地分布。9改善延性断裂有哪三个途径？改善解理断裂有哪两种方法？引起晶界弱化的因素有哪两个？①改善延性断裂有三个途径：（1）减少钢中第二相的数量：尽可能减少第二相数量，特别是夹杂物的数量。细化、球化第二相颗粒。（2）提高基体组织的塑性：宜减少基体组织中固溶强化效果大的元素含量。（3）提高组织的均匀性：目的是防止塑性变形的不均匀性，以减少应力集中；碳化物强化相呈细小弥散分布，而不要沿晶界分布。②改善解理断裂有两种方法：（1）细化晶粒；（2）加入Ni元素降低钢的Tk。③引起晶界弱化的因素有两个：（1）溶质原子(P、As、Sb、Sn)在晶界偏聚，晶界能rg下降，裂纹易于沿晶界形成和扩展。（2）第二相质点(MnS、Fe3C)沿晶界分布，微裂纹易于在晶界形成，主裂纹易于沿晶界传播。10为什么含碳量为0.75%的高速钢W18Cr4V铸态组织中会出现莱氏体？而含碳量为0.4%的马氏体不锈钢4Cr13为过共析钢？①铁素体形成元素W、Cr、V均使A3线上升，而且大多数元素均使ES线左移，所以含碳量为0.75%的高速钢W18Cr4V铸态组织中会出现莱氏体。②所有合金元素均使S点左移，降低了共析体中的碳含量，所以含碳量为0.4%的马氏体不锈钢4Cr13为过共析钢。11合金元素从哪两个方面影响钢加热时奥氏体的形成过程？①加入了合金元素改变了临界点温度，S点的位置和碳在奥氏体中的溶解度，使奥氏体形成的温度条件和碳浓度条件发生了改变；②合金元素不仅本身扩散困难，而且还影响铁和碳原子的扩散，从而影响奥氏体化过程。12合金元素对钢的C曲线有何影响？从而对钢的淬透性产生什么影响？如果合金元素存在于未溶碳化物中，对淬透性是什么影响？①几乎所有的合金元素（除Co外）都使C曲线右移，即减慢珠光体的形成速度；除Co、Al外，所有合金元素都使MS点下降，而使残余奥氏体量增多。②C曲线右移的结果，降低了钢的临界冷却速度，提高了钢的淬透性。③合金元素只有淬火加热时溶入奥氏体，才能提高淬透性。未溶碳化物粒子可作为珠光体的核心，使淬透性下降。13合金元素对MS点和残余奥氏体量有什么影响？如何减少钢中的残余残余奥氏体量？①钢中加入合金元素将使点Ms下降，而使残余奥氏体增多。②冷处理、多次高温回火可减少钢中的残余残余奥氏体量。14何为二次淬火？何为二次硬化？①二次淬火：高合金钢在回火过程中，由于从残余奥氏体中析出合金碳化物，造成残余奥氏体中碳和合金元素的溶解量减少，使其MS点升高，在随后的回火冷却过程中转变为马氏体。②二次硬化：在含W、Mo、V较多的钢中，回火后的硬度随回火温度的升高不是单调降低，而是在某一回火温度后，硬度反而增加，并在某一温度达到峰值。高温回火时从马氏体中析出高度分散的合金碳化物粒子所造成的。15各加入何种合金元素可以分别减轻第一类回火脆性和第二类回火脆性？①加入Si，可使第一类回火脆性的温度向高温方向推移。②加入合金元素Mo、W可以抑制第二类回火脆性。第二章构件用钢1构件用钢对性能的要求中，以什么性能为主？什么性能为辅？构件用钢的力学性能有哪三大特点？①构件用钢以工艺性能为主，力学性能为辅。②构件用钢的力学性能有三大特点：屈服现象、冷脆现象、时效现象。2焊接脆性有哪四种？为什么从工艺性能方面考虑构件用钢应采用低碳钢？①焊接脆性有四种：马氏体转变脆性；过热及过烧脆性；凝固脆性；热影响区时效脆性②碳和合金元素增加钢的淬透性，对焊接性能不利，故构件用钢一般采用低碳、低合金钢。3构件用钢发生大气腐蚀的微电池模型中，铁素体和碳化物分别是微电池的什么极？提高构件用钢耐大气腐蚀性能主要有哪三种途径？①铁素体基体的电极电势较低，为阳极；碳化物（第二相质点）的电极电势较高，为阴极。②减少微电池数量；提高基体的电极电势；利用钝化效应4碳素构件用钢产量约占钢总产量的多少?分别写出一种常用的普碳钢和冷冲压薄板钢的钢号。①产量约占钢总产量的70%。②普碳钢Q235；冷冲压薄板钢08Al5普低钢化学成分有哪五大特点？①低碳低合金元素。②主加合金元素是Mn。③辅加合金元素Al、Ti、Nb、V。加入微量的Ti、Nb、V，既可产生沉淀强化作用，还可细化晶粒。必须控制轧制温度。④为改善钢的耐大气腐蚀性能，应加入少量Cu、P。⑤加入微量稀土元素可以脱硫去气，净化钢材，并改善夹杂物的形态与分布。6进一步提高普低钢力学性能有哪四种途径？①采用其它类型组织：低碳贝氏体，低碳索氏体，针状铁素体；采用控制轧制工艺7低碳贝氏体型普低钢中，加入合金元素Mo、B的目的是什么？采用控制轧制工艺为什么能细化铁素体晶粒？①加入能显著推迟珠光体转变而对贝氏体转变影响很小的合金元素，从而能保证在热轧空冷的条件下获得下贝氏体组织。采用Mo、B为基本成分，以保证得到贝氏体组织。②控制轧制必须将终轧温度控制在Ar3附近，以使铁素体可以在奥氏体晶内和晶界同时形核，从而细化铁素体晶粒。第三章机器零件用钢1机器零件用钢对力学性能有哪四大要求？有哪两大主要工艺性能？按回火温度可以分为哪三类？①机器零件用钢对力学性能有四大要求：⑴因承受交变载荷作用，要求应有较高的疲劳强度；⑵承受短时超负荷作用，要求具有高的屈服强度、抗拉强度；⑶要求具有良好的耐磨性和接触疲劳强度；⑷由于机器零件上存在不同形式的缺口，会造成应力集中，易于产生低应力脆断。所以要求应具有较高的韧性(KIC、ak)，以降低缺口敏感性。②切削加工性能、热处理工艺性能③淬火低温回火钢、淬火中温回火钢、淬火高温回火钢2调质钢的组织有哪三大特点？①强化相为弥散均匀分布的粒状碳化物，可以保证有较高的塑变抗力和疲劳强度。②组织均匀性好，减少了裂纹在局部薄弱地区形成的可能性，可以保证有良好的塑性和韧性。③作为基体组织的铁素体是从淬火马氏体转变而来的，其晶粒细小，使钢的冷脆倾向性小。3调质钢中主加和辅加合金元素的作用分别是什么？调质钢热处理时最终性能取决于什么？①主加元素：Mn、Cr、Si、Ni、B。提高钢的淬透性；辅加元素：Mo、W、V、Ti。细化晶粒，提高回火稳定性。②最终热处理是淬火加高温回火，最终性能取决于回火温度。4调质零件用钢有哪两个发展动向？①低碳马氏体钢；中碳微合金非调质钢5弹簧钢的化学成分有何特点？其常用的最终热处理工艺是什么？获得何种显微组织？①弹簧钢的化学成分特点：（1）弹簧钢的碳含量较高，以保证高的弹性极限与疲劳极限；（2）加入Si、Mn。目的是提高淬透性、强化铁素体、提高钢的回火稳定性，使其在相同的回火温度下具有较高的硬度和强度。（3）加入Cr、W、V。因为它们为碳化物形成元素，可以防止过热（细化晶粒）和脱碳，提高淬透性，从而保证具有高的弹性极限和屈服极限。②最终热处理采用淬火加中温回火，获得回火屈氏体组织，目的是追求高的弹性极限和疲劳极限。6渗碳钢一般是什么含碳量的钢？加入什么合金元素可促使渗碳层中的碳化物呈粒状分布？20CrMnTi钢渗碳后一般如何热处理？①为了保证心部有良好的韧性，渗碳钢为低碳钢，心部w(C)=0.1～0.25%，渗碳后表层w(C)=0.8～0.9%②中强碳化物形成元素Cr易使碳化物呈粒状分布。③20CrMnTi钢，渗碳后预冷直接淬火及低温回火。7滚动轴承主要发生哪两种形式的破坏？轴承钢中加入合金元素Cr主要有哪三方面的作用？①接触疲劳破坏和摩擦磨损②Cr可提高钢的淬透性；含Cr的合金渗碳体在淬火加热时较稳定，可减少过热倾向，细化热处理后的组织；碳化物能以细小质点均匀分布于钢中，提高钢的耐磨性和接触疲劳强度。8通常要控制轴承钢的哪两种冶金缺陷？GCr15钢的常用热处理工艺是什么？①两种冶金缺陷：非金属夹杂物；碳化物分布的不均匀性。②球化退火：改善切削加工性，为预备热处理。不完全淬火：淬火温度840℃，淬火组织为隐晶马氏体。低温回火：回火温度160℃。9为了发挥轴承钢的性能潜力，应从哪五个方面考虑问题？①淬火时的组织转变特性；马氏体中碳浓度对性能的影响；碳化物的影响；残余应力的影响；短时快速加热淬火。第四章工具钢1工具钢按化学成分可以分为哪三种？工具钢通常为什么采用较高的含碳量？①碳素工具钢；合金工具钢，高速钢②在化学成分上，通常含有较高的碳，w(C)=0.65～1.55%，以保证淬火后获得高碳马氏体，得到高硬度。另外，还可以形成足够数量的碳化物，以保证高的耐磨性。2刃具钢一般有哪四点使用性能要求？锉刀和钻头对使用性能的要求有何不同？①⑴具有高于被切削材料的硬度（＞60HRC），故刃具钢应是以高碳马氏体为基体的组织。⑵在马氏体基体上分布着弥散的各种合金碳化物，可有效提高刃具钢的耐磨性。⑶要求刃具有足够的塑性和韧性，以防止崩刃或折断。⑷要求刃具有高的红硬性。②锉刀不一定需要很高的红硬性，而钻头工作时，其刃部热量散失困难，所以对红硬性要求很高。3碳素刃具钢的热处理工艺是什么？其性能有哪两个缺点？①热处理工艺：淬火+低温回火②两个缺点：淬透性低、红硬性差4合金刃具钢在哪方面仍满足不了高速切削的要求？合金刃具钢的热处理工艺是什么？合金刃具钢属低合金钢，其红硬性虽比碳素刃具钢高，但仍满足不了高速切削的要求。合金刃具钢的热处理包括加工前的球化退火和成型后的淬火与低温回火。5高速钢中合金元素W、Mo、V和Cr的作用是什么？两种最常用的高速钢是什么？①淬火加热时溶入奥氏体中，在随后的淬火冷却过程中被保留在马氏体中的合金元素W、Mo、V等主要有两方面的作用：阻碍高温回火时碳化物的析出，同时也阻碍析出的细小碳化物的聚集长大