金属材料学复习答案(完整)

第一章答案1、为什么说钢中的S、P杂质元素总是有害的？答：S容易和Fe结合成熔点为989℃的FeS相，会使钢产生热脆性；P和Fe结合形成硬脆的Fe3P相使钢在冷加工过程中产生冷脆性。2、合金元素对Fe-C相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？答：凡是扩大γ相区的元素均使S、E点向左下方移动，如Mn、Ni;凡是封闭γ相区的元素均使S、E点向左上方移动，如Cr、Si、Mo。E点左移意味着出现莱氏体的碳含量减小；S点左移意味着共析碳含量减小。3、那些合金元素能够显著提高钢的淬透性？提高钢的淬透性有什么作用？答：B、Mn、Mo、Cr、Si、Ni等元素能够显著提高钢的淬透性。提高钢的淬透性一方面可以使工件得到均匀而良好的力学性能，满足技术要求;另一方面在淬火时，可以选用比较缓和的冷却介质以减小零件的变形和开裂的倾向。4、为什么说合金化的基本原则是“复合加入”？举二例说明合金复合作用的机理。答：1.提高性能，如淬透性；2.扬长避短，合金元素能对某些方面起积极作用，但往往还有些副作用，为了克服不足，可以加入另一些合金元素弥补，如Si-Mn，Mn-V;3.改善碳化物的类型和分布，某些合金元素改变钢中碳化物的类型和分布或改变其他元素的存在形式和位置，从而提高钢的性能，如耐热钢中Cr-Mo-V,高速钢中V-Cr-W。5、合金元素提高钢的韧度主要有哪些途径？答：1.细化A晶粒；2.提高钢的回火稳定性；3.改善机体韧度；4.细化碳化物；5.降低或消除钢的回火脆性；6.在保证强度水平下适当降低碳含量；7.提高冶金质量；8.通过合金化形成一定量的残余A，利用稳定的残余A提高钢的韧度。6、钢的强化机制有那些？为什么一般的强化工艺都采用淬火-回火？答：固溶强化、细晶强化、位错强化、第二相强化。因为一般的钢的强化都要求它有一定的强度的同时又要保持一定的任性，淬火后钢中能够形成M,这给了钢足够的强度，但是带来的后果就是韧度不够，而回火能够在强度降低不大的情况下给淬火钢以足够的韧性，这样能够得到综合力学性能比较优良的材料，所以一般钢的强化工艺都采用淬火加回火。7、铁置换固溶体的影响因素？答：1.溶剂与溶质的点阵结构；2.原子尺寸因素；3.电子结构。第二章1、叙述构件用钢一般的服役条件、加工特点、性能要求?答：服役条件：工程结构件长期受静载荷；互相无相对运动；受大气（海水）侵蚀；有些构件受疲劳冲击；一般在-50～100℃范围内使用；加工特点是由构件用钢的基本要求和加工工艺决定的，焊接是构成金属结构的常用方法，一般都要经过如剪切、冲孔、热弯、深冲等成型工艺；性能要求：（1）足够的强度和韧度（2）良好的焊接性和成型工艺性（3）良好的耐腐蚀性2、在低合金高强度工程结构钢中大多数采用微合金元素（Nb、V、Ti等），它们的主要作用是什么？答：由于Nb、V、Ti的微合金化可以生成弥散的碳化物、氮化物和碳氮化物，它们能钉扎晶界，加热时能阻止A晶粒长大，冷却后可得到细小的F和P，所以在低合金高强度钢中，常利用Nb、V、Ti合金来细化晶粒。第三章1、为什么说淬透性是评定结构钢性能的重要指标？答：结构钢是指符合特定强度和可成型性等级的钢，一般用于承载等用途，对钢要求有足够的强度和韧度等力学性能，淬透性好的钢材，可使钢件整个截面获得均匀一致的力学性能以及可以选用钢件淬火应力小的淬火剂，以减小变形和开裂，所以说淬透性是评定结构钢性能的重要指标。2、弹簧钢为什么要求较高的冶金质量和表面质量？弹簧钢的强度极限高，是否意味着疲劳极限高？为什么？答：因为弹簧的主要作用是储能减振，是利用其弹性变形来吸收和释放外力，要求弹簧钢具有高的疲劳强度和足够高的塑性和韧性，弹簧在工作时表面承受的应力最大，所以要求有良好的表面质量，表面不允许有裂纹、夹杂、折叠、严重脱碳等，这些缺陷往往会成为应力高度集中的地方和疲劳裂纹源，显著的降低弹簧的疲劳强度，所以要求较高的冶金质量和表面质量。不是，强度极限是指构件在外力作用下发生破坏时出现的最大应力，也可称为破坏强度或破坏应力，而疲劳极限是表现一种材料对周期应力的承受能力，在疲劳实验中，应力交变循环，大至无限次而试样仍不破损时的最大应力叫疲劳极限。3、滚动轴承原始组织中碳化物不均匀性有哪几种情况，应如何改善和消除？（1）碳化物液析：采用高温（1200℃）扩散退火（2）带状碳化物偏析：长时间退火（3）网状碳化物：控制终轧或终锻温度，控制轧制后冷速或正火处理第四章1.在高速钢中，合金元素W，Cr，V主要作用是什么？答：W：高速钢获得红硬性主要元素，强烈降低钢的热导率V：显著提高钢的红硬性，硬度和耐磨性，有效的细化晶粒和降低钢的过热敏感性Cr：保证钢的淬透性，增加高速钢的耐蚀性和抗氧化能力，减少粘刀现象，改善刃具切削能力2.有一批W18Cr4V钢钻头，淬火后硬度偏低，经过检验室淬火加热温度出了问题，淬火加热温度可能出现什么问题？怎样从金相组织判断？答：温度可能太低，也可能太高。温度过低会出现淬火软点，温度过高会出现过热现象，严重会出现过烧现象。晶相组织上淬火软点通常是一些白点，由于淬火温度不够，A没有转变成M；如果晶相组织上有一些小区域的黑色组织，可能的由于淬火温度高了，造成了过热，如果大块区域出现黑色组织，那就很有可能是温度过高早成了过烧。第五章1.提高钢耐腐蚀性方法有哪些？答：1.使钢的表面形成稳定的保护膜2.提高不锈钢固溶体的电极位或形成稳定的钝化区，降低微电池电动势3.使钢获得单相组织4.采用机械保护措施或覆盖层2.什么叫n/8定律或Tammannd定律答：固溶体中溶质元素的原子比达到N/8时，固溶体的电极电位突然升高的显现成为泰曼定律。第六章1.在耐热钢常用合金元素中，哪些是抗氧化元素？哪些是强化元素，哪些是A形成元素？说明其作用机理答：抗氧化元素：Cr，Al，Si；强化元素：Mo，W，Ti，Nb，V，C；A形成元素：Ni2.为甚麽锅炉管子用珠光体热强钢的C含量较低（0.2%）？有一锅炉管子经运行两年后，发现有“起瘤”现象，试分析原因，并提出改进设想？答：因为C含量高了，使P球化和聚集速度加快，石墨化倾向增大，合金元素的再分配加速，并且钢的焊接，成形等工艺性能有所降低，，，，，，（自己再整理）第七章答案1、铸铁与碳钢相比，在成分、组织和性能上有什么区别？（1）白口铸铁：含碳量约2.5%,硅在1%以下白口铸铁中的碳全部以渗透碳体（Fe3c）形式存在，因断口呈亮白色。故称白口铸铁，由于有大量硬而脆的Fe3c，白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工。因此，在工业应用方面很少直接使用，只用于少数要求耐磨而不受冲击的制件，如拔丝模、球磨机铁球等。大多用作炼钢和可锻铸铁的坯料（2）灰口铸铁；含碳量大于4.3％，铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。断口呈灰色。它具有良好铸造性能、切削加工性好，减磨性，耐磨性好、加上它熔化配料简单，成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件。（3）钢的成分要复杂的多，而且性能也是各不相同钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。我们通常将其与铁合称为钢铁，为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等，而且钢还根据品质分类为①普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）②优质钢（P、S均≤0.035%）③高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）按照化学成分又分①碳素钢：.低碳钢（C≤0.25%）.中碳钢（C≤0.25~0.60%）.高碳钢（C≤0.60%）。②合金钢：低合金钢（合金元素总含量≤5%）.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）.高合金钢（合金元素总含量＞10%）。2、球墨铸铁的性能特点及用途是什么？球墨铸铁。将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等。珠光体型球墨铸铁——柴油机的曲轴、连杆、齿轮；机床主轴、蜗轮、蜗杆；轧钢机的轧辊；水压机的工作缸、缸套、活塞等。铁素体型球墨铸铁——受压阀门、机器底座、汽车后桥壳等。3、为什么灰铸铁的性能低于碳钢？答：低碳钢据有良好的冷冲压性能及可焊接性能，常用来制造用力不大，韧性要求较高的机械零部件，经渗碳淬火处理后，其表面硬而耐磨，心部保持高的塑性和韧性。灰铸铁的石墨成片状分布于基体上，造成对基体的割裂作用，同时会在石墨片的夹角处因其引起应力集中。因此，灰铁的抗拉强度和塑性大大低于具有相同基体的钢，但他的抗拉强度却与相同基体的退火钢相近，此外由于石墨的存在，使得灰铁具有消震性耐磨性和较低的缺口敏感性。第八章答案1、以Al-Cu合金为例，简要说明铝合金时效的基本过程。①形成溶质原子偏聚区－G·P（Ⅰ）区。在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称G·P（Ⅰ）区。G·P（Ⅰ）区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。②G·P区有序化－形成G·P（Ⅱ）区。随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G·P（Ⅱ）区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较G·P（Ⅰ）区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G·P（Ⅰ）区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。③形成过渡相θ′。随着时效过程的进一步发展，铜原子在G·P（Ⅱ）区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为1：2时，形成过渡相θ′。由于θ′的点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此θ′相周围基体的共格畸变减弱，对位错运动的阻碍作用亦减小，表现在合金性能上硬度开始下降。由此可见，共格畸变的存在是造成合金时效强化的重要因素。④形成稳定的θ相。过渡相从铝基固溶体中完全脱溶，形成与基体有明显界面的独立的稳定相Al2Cu，称为θ相此时θ相与基体的共格关系完全破坏，并有自己独立的晶格，其畸变也随之消失，并随时效温度的提高或时间的延长，θ相的质点聚集长大，合金的强度、硬度进一步下降，合金就软化并称为“过时效”。θ相聚集长大而变得粗大。2、硬铝合金有哪些优缺点？说明2A12（LY12）的热处理特点。硬铝属于Al-Cu-Mg系合金，具有强烈的时效强化作用，经时效处理后具有很高的硬度、强度，故Al-Cu-Mg系合金总称为硬铝合金。这类合金具有优良的加工性能和耐热性，但塑性、韧性低，耐蚀性差，常用来制作飞机大梁、空气螺旋桨等。硬铝合金的热处理特性是强化相的充分固溶温度与（α+β+S）三元共晶的熔点507℃.因此，硬铝淬火加热的过烧敏感性很大，为了获得最大固溶度的过饱和固溶体，2A12合金最理想的淬火温度为500℃±3℃，但实际生产条件很难做到，所以2A12合金常用的淬火温度为495～500℃。第九章答案1、什么是黄铜的“自裂”？产生的原因是什么？通常采用什么方法消除？黄铜经压力加工而内部有残余应力时，若在大气中，特别是在有氨气、氨溶液、汞、汞蒸气、汞盐溶液和海水中易产生腐蚀，致使黄铜破裂，这种现象称：“自裂”（季裂、应力腐蚀）。为了防止黄铜的应力腐蚀开裂，可将冷加工后的黄铜零件用260--300℃保温1—3小时的低温退火来消除内应力或向黄铜中加入一定量的Sn、Si、Al、Mn和Ni等，可显著降低应力腐蚀倾向，也可采用镀锌和镀锡等电镀层加以保护，以防止自裂。2、为什么炮弹弹壳常用H70、H68黄铜材料制造？黄铜（又叫青铜），黄铜是主要由铜和锌形成的合金，用途甚广，其性质取决于铜和锌的比例。含铜达63%以上的黄铜，可以冷加工，可以退火，有延展性；而含铜较少、含锌较多的合金，则应热加工，强度较高。H70（C2600）：含铜量70%，又称弹壳黄铜。具有良好光泽、加工性、延展性、适合伸抽，易于电镀或涂装。可应用于深伸抽加工，如子弹壳，炮弹壳、喇叭锁、电子零件、汽车水箱、铜管。H68（C2620）：含铜量68%，又称弹