2007级金属材料学试题(B卷答案)

1贵州大学2010-2011学年第一学期考试试卷B参考答案及评分标准金属材料学注意事项：1.请考生按要求在试卷装订线内填写姓名、学号和年级专业。2.请仔细阅读各种题目的回答要求，在规定的位置填写答案。3.不要在试卷上乱写乱画，不要在装订线内填写无关的内容。4.满分100分，考试时间为120分钟。题号一二三四五六七总分统分人得分一、填空题（共20分,每空1分）1、扩大和开启奥氏体相区的主要元素是Ni、Mn、Co。2、铁素体形成元素主要是Cr、V、Nb。3、合金元素Si、Ni、使C曲线呈C形状。而Ti、V、Cr使C曲线呈双C形状。4、大多数合金元素使Ms点降低。5、形成球状石墨的条件是。6、铜合金中产生固溶强化的主要元素是Zn、Sn、Al、Mn、Be等。7、合金元素Hf、Zr、Ti、v等使碳在奥氏体中扩散系数减小。8、形变Al-Cu合金的时效序列是。得分评分人LsLs)0110()0001(2二、问答题（共40分,每小题10分）1.说出下列钢号表示何类钢种，大致的碳含量和合金元素含量，它们的共析温度是上移还是下移（与碳钢相比）？为什么？4540Cr42Mn答：45是碳素中碳钢，碳含量约为0.45%,共析温度不变；40Cr是合金调质钢，碳含量约为0.4%，Cr含量约为1%，共析温度上移，因为Cr是扩大铁素体相区的元素；42Mn是合金调质钢，摊含量约为0.42%，Mn含量约为1%，共析温度下移，因为Mn是扩大奥氏体相区的元素。2.分析过渡族金属的结构特性及其在钢中形成碳化物的规律、碳化物的点阵结构类型、性质和稳定性与元素周期性规律的关系。（10分）答：过渡族金属的结构特征是3d层电子没有填满，随原子序数增加，未填满程度逐渐减小，其结构为：在同一周期，随原子序数增加，结构由复杂变为简单；（3分）过渡族金属与碳形成碳化物的规律是：Hf、Zr、Ti、Ta、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe从左至右形成碳化物的点阵结构由简单的面心立方逐渐变为复杂六方、复杂立方结构；（3分）从左至右形成的碳化物的稳定性逐渐减弱。（4分）3．分析合金元素对Fe-Fe3C相图影响规律对热处理工艺实施有哪些指导意义?答：合金元素对Fe-Fe3C相图的影响大致可以分为两类，第一类是开启或扩大奥氏体相区的元素如Ni、Mn等，ES、SG线下移，共析点左移（4分）；第二类为扩大或开启铁素体相区的元素如V、Cr、Ti、W、Si等元素，ES、SG线上移，共析点左移（4分）；由于合金元素对Fe-Fe3C相图有影响，所以在制定合金钢的热处理工艺时，不能再以Fe-Fe3C相图为依据，而是要以Fe-C-Me三元相图为依据，其淬火加热温度可能比相同碳含量的碳素钢的要高或低（2分）。得分评分人34.说明Al-4Cu合金的时效时效强化机制。答：Al-Cu合金的详细分解程序为：首先是通过淬火后，铜在铝基体中形成过饱和固溶体，过饱和固溶体的缺陷结构淬火的α固溶体有大量结构缺陷存在，对溶质原子是过饱和的，对空位、二次缺陷和位错也是过饱和的，产生一定的强化作用（3）。随后形成GP区，GP区无独立的晶格结构，溶质原子连续地分布在Al的晶格结点上。GP区尺寸因时效温度而不同，室温时效，GP区的直径d＜5.0nm，厚约几个原子，引起的晶格畸变（3分）。θ″相是Cu原子在GP区中有序化后形成的，是有独立晶格结构的中间沉淀相（Cu2Al5），以(100)Al而与母相完全共格。Al-4Cu合金在150℃时效24h，θ″的直径可达10.0-40.0nm，厚约1.0-4.0nm，是正方晶格，a=0.404nm，c=0.78nm，a、b二轴与Al的晶格常数相同，与(100)Al面完全共格，只有c轴的晶格周期比Al的2倍略小些。因此，随θ″相的长大，沿c轴方向产生较大的共格应变场，这种强大的共格应变场，是Al-Cu合金人工时效后强度显著升高的原因(4分)。三、选择题（共20分，每题4分）1、工程结构钢中主加的合金元素是(b)。(a)Zn、Sn；(b)Si、Mn；（c）Nb、Ti2、强烈阻碍奥氏体晶粒长大的元素有（c）。(a)Ni、Co、Cu；(b)C、N、B；（c）Nb、Ti、V。3、合金元素Mo、W、Ti对钢的回火脆性起到(a)。(a)阻碍作用；(b)促进作用；（c）无影响作用。4、对于机器零件用钢，合金元素的主要作用是（c）。(a)提高耐蚀性；(b)提高耐热性；（c）提高淬透性。5、钢的合金化原则是(a)，以获得高性能。(a)多元少量；(b)少元高量；（c）多元高量。得分评分人4四、综合分析题（共20分）下列材料中哪种最适合制造（1）发动机传动轴（5分；（2）小型热锤锻模（只考虑模面的热处理工艺，5分）；（3）耐蚀轴承（5分）；（4）汽车上的冲压成型件（5分），并制定出它们的热处理工艺。20Cr2Ni4A、0Cr18Ni9Ti、9CrSi、HT250、16MnNb、Cr12MoV、GCr15、Mn13、5CrMnMo、ZL201、60Si2Mn、9Cr18MoV、Cr13Si、40Cr、65Mn、12Mn、W18Cr4V、15Cr12MoVA、QT400-18、5CrNiMo、KT300-06、LF3、铁素体+马氏体双相钢。分析（1）：作为发动机传动轴，其服役条件主要是传递扭矩，有交变性，有时还有拉伸、弯曲载荷。轴颈部位要求耐磨，硬度高。要求有高弯曲、扭转复合疲劳强度。根据其性能要求，要选用通过调质处理获得综合力学性能好的材料来制造。上述钢种中，只有40Cr是合金调质钢。所以选用这个钢来制造发动机传动轴。热处理工艺是：840℃-860℃油淬+520℃-550℃回火，最后轴颈部位高频淬火，然后150℃-200℃低温回火。(2)：小型热锤锻模具的服役条件为承受高的压力、和冲击力，型腔表面温度可达到400℃-450℃，要求有高的抗热塑性变形能力、高韧性、高抗热疲劳和良好的抗热烧蚀性。根据其服役条件和性能要求，要选用热模钢，上述材料中有两种热模钢5CrNiMo、5CrMnMo，小型的选用5CrMnMo即可。热处理工艺是：820℃-850℃油淬+490℃-510℃回火。得分评分人5（3）：耐蚀轴承在腐蚀介质中承受大的交变负荷和离心引起的附加负荷，要求有高的表面耐磨性、高的接触疲劳强度、高的弹性极限和一定的韧性、尺寸稳定性和高的耐蚀性。上述材料中GCr15是轴承钢，9Cr18MoV是马氏体不锈钢，前一种耐蚀性不及后一种，所以选用9Cr18MoV制造耐蚀轴承。热处理工艺是：1050℃-1075℃油淬+100℃-200℃回火（4）：汽车上的冲压成型件要求冲压成形性好，有低的屈服强度和连续的应力应变曲线即无上下屈服点、加工硬化率高。所以选用铁素体+马氏体双相钢来制造。热处理工艺为：分为热处理双相钢和热轧双相钢，可以采用亚临界温度退火或控制轧制和控制冷却。