江大金属材料学复习资料

1.牌号的意义QT500-22QT：球铁。500：最低抗拉强度（N/mm2），Rm=400MPa。22：最低断后伸长率（%），A=22%。2.F稳定化元素和A稳定化元素F：使A区缩小，S（共析点）向左上方移动，①与α-Fe无限互溶：Cr、V；②有限溶解：Mo、W、Ti等。A：使A区扩大，S点向左下方移动，①与γ-Fe无限互溶：Ni、Mn、Co；②有限溶解：C、N、Cu。3.K的形成Me的强弱Ti、Nb、V；W、Mo、Cr；Mn、Fe（由强到弱）4.促进回火脆性，Me？如何改善？第一类回火脆性：Mn、Cr；Mo、Ti、V、Al可改善脆性，Si元素可有效地推迟脆性温度区。第二类回火脆性：Mn、Ni；Mo、W、Ti可有效抑制其他元素偏聚，稀土元素可抑制回火脆性。5.影响固溶强化的因素？（1）溶质原子的原子分数越高，强化作用也越大，特别是当原子分数很高时，强化作用更为显着。（2）溶质原子与基体金属的原子尺寸相差越大，强化作用也越大。（3）间隙型溶质原子比置换原子具有较大的固溶强化效果，且由于间隙原子在体心立方晶体中的点阵畸变属非对称性的，故其强化作用大于面心立方晶体的；但间隙原子的固溶度很有限，故实际强化效果也有限。（4）溶质原子与基体金属的价电子数目相差越大，固溶强化效果越明显，即固溶体的屈服强度随着价电子浓度的增加而提高。6.钢的基本强化机制固溶强化（置换↑，间隙↑↑）、位错强化、细晶强化（最理想）、第二相强化（弥散强化）7.钢的强化机制主要有哪些?从合金化角度考虑，提高钢的韧度主要有哪些途径?钢的强化机制主要有：固溶强化、细化强化、位错强化、第二相强化。从合金化角度考虑，提高钢的韧度主要途径有：1）细化奥氏体晶粒。如强碳化物形成元素Ti、Nb、V、W、Mo等。2）提高钢的回火稳定性。在相同强度水平下能提高塑性和韧度。3）改善基体的韧度。如加Ni。4）细化碳化物。碳化物细小、园整、分布均匀和适量对韧度有利。Cr、V（适量）5）降低或消除回火脆性。如加入W、Mo。6）保证强度时，降低含C量。7)提高冶金质量8)适量Ar细化晶粒：Ti、Nb、V、W、Mo、（Al）、Cr8.试总结Mo、Si、Ni等元素在合金中的作用，并简要说明原因。Mo：（1）降低回火脆性，一般认为Mo可以抑制有害元素在晶界的偏聚；（2）提高贝氏体的淬透性，因为Mo大大推迟珠光体的转变而对贝氏体转变影响较小；（3）细化晶粒，提高回火稳定性。Mo是强碳化物形成元素，与碳的结合力较大形成的碳化物稳定，不易长大。（4）提高热强性，因为Mo可以较强地提高固溶体原子的结合力。（5）提高防腐性，特别是对于非氧化性介质。因为Mo可以形成致密而稳定的MoO3膜；（6）提高红硬性，因Mo与C原子结合力强，故回火稳定性比较好并且形成的在高温下碳化物稳定。Si：（1）提高钢强度；Si是铁素体形成元素，有较强的固溶强化作用；（2）提高钢的淬透性；可阻止铁素体形核和长大，使“C”曲线右移；（3）提高低温回火稳定性；因Si可以抑制回火时K的形核、长大及转变；（4）提高淬火加热温度；，Si提高A1温度。（5）提高抗氧化性，因为它可以形成致密稳定的氧化膜，同时可以提高FeO的形成温度。（6）加热时易脱碳；Si是促进石墨化的元素。Ni：（1）↑基体韧度→Ni↓位错运动阻力，使应力松弛；（2）稳定A，→Ni↓A1，扩大γ区，量大时，室温为A组织；（3）↑淬透性→↓ΔG，使“C”线右移，Cr-Ni复合效果更好；（4）↑回火脆性→Ni促进有害元素偏聚；（5）↓Ms，↑Ar→↓马氏体相变驱动力。8.K的形成规律（1）强者先，依次成（W、M）6C，Cr23C6，Cr7C3，Fe3C（2）相似者相溶：有限溶解Fe3C溶入一定量的Cr、W、V（MC型不溶Fe），无限溶解Fe和Mn、Ti和V；溶入强者，↑K稳定性；溶入弱者，↓。。。（3）NM/NC比值决定K类型退火态：先析出M3C→M7C3→M23C6；回火态：Fe21W2C6→WC→Fe4W2C→W2C（4）强者稳，溶解难，析出难，聚集长大也难（MC型在1000℃以上才开始溶解，回火时在500-700℃才析出，并且不易长大，产生二次硬化效果，高合金钢的主要强化方法）（5）rC/rM0.59，形成简单结构间隙相，如Mo、W、V、Ti、Nb、Zr；0.59，形成复杂结构K，如Cr、Mn、Fe（6）量少时，形成复合K，量多时，形成特殊K10.韧脆转化温度温度越低越好脆韧11.金属零部件的应力分类（热处理过程）组织应力：工件在淬火冷却时，表层和心部组织改变不同时所产生的内应力。特点：工件表层先冷到Ms点，发生M转变而膨胀，心部并未发生相变，使表层产生压应力，心部产生拉应力，当心部也冷到Ms点，发生相变，体积膨胀时，表层受拉，心部受压，最大切应力发生在切向，发生在塑性较低的低温阶段，是产生淬火开裂的主要原因热应力：工件在加热和冷却时，由于表面和心部存在这温度差，涨缩时间不一致，而产生的应力。特点：存在于冷却的全过程，开始时热应力使表层受拉，心部受压，最终残留的热应力则是表面受压，心部受拉，最大拉应力分布在心部轴心。零部件的冷速较慢，是产生组织应力的主要原因。（×）淬火力度减小有利于产生组织应力。12.C元素对力学性的影响C对金属材料的固溶强化效果最明显；C↑，焊接性能↓，焊缝处硬化脆化↑；C含量在0.2-0.55内M硬度升高，约为62HRC，0.55，硬度无明显变化；Ms点，800℃—-50℃↓，0.08-0.5↑；C↑，韧脆转变温度Tk↑。13.回火工艺应力变化KHRC温度低温回火M回FexC（共格）58100-250中温。。T回Fe3C（小）48250-400高温。。（再结晶）S回（调制）Fe3C（大）30-40400-60014.淬透性：钢在淬火时获得马氏体的能力。↑M淬透性大→小：（B）、Mn、Mo、Cr、Si、Ni，使珠光体转变大为右移。对淬透性要求不高的合金结构钢，采用单一合金元素的合金化，如40Cr，45Mn2，要求较高淬透性的钢均采用多种合金元素复合合金化。弹簧要求淬透；滚动轴承和小轴承可淬透，冲击载荷大的大轴承不宜淬透。可以使工件得到均匀良好的力学性能，满足技术要求，在淬火时，可选用较缓和的冷却介质，以减小工件变形与开裂倾向。15.淬硬性：钢在淬火得到马氏体后所能达到的最高硬度。C↑，淬火硬度↑。热应力→变形，组织应力→开裂，附加应力→较复杂。预防：分级淬火，等温淬火，双液淬火；调质，球化退火等预处理，淬火前预冷。与合金化有强烈关系。16.金属材料环境友好方面（1）Me的毒性，Cr（+4，+6）、As、Pb、Ni、Hg等。含有这些元素的材料废弃后，会造成空气、土壤的污染，直接危害人体或通过生物链对人体造成毒害。无铅钎焊合金。（2）回收和再利用，3R：Reduce，Reuse，Recycle（3）通用合金，合金在具体用途中的性能要求可以通过不同的热处理等方法实现。Fe-Cr-Ni、Fe-Cr-Mn钢，通过改变Fe、Cr、Ni（Mn）的相对含量，其组织结构和性能也可以在很大范围内变化。Cr-Mo钢、耐热钢。17.合金元素对回火过程的影响？（1）回火脆性第一类回火脆性：P、S、Bi等偏聚晶界，↓晶界强度（形成元素）；Mn、Cr↑脆性；Si↑脆性温度区；V、Al、Mo等改善脆性。第二类回火脆性：Sb、S、As或N、P等偏聚晶界（形成元素）；N、O、P、S、As、Bi等是脆化剂，Mn、Ni是促进剂，Cr是助偏剂，Mo、W、Ti抑制其他元素偏聚，是清除剂。（2）回火抗力（热稳定性）合金钢回火稳定性要比碳钢好。同样硬度较高，合金钢的回火温度高，时间也可长些，应力消除也大些；同样塑韧性，合金钢的强度要比碳钢高。（3）强化机制的变化规律固溶强化（间隙、置换）↓；位错强化↓；细晶强化↑↓；第二相强化↑（除第二相强化都↓）。弱化和强化取决于综合效果。矛盾：强度和韧性的取舍。（4）K的变化规律非K形成元素：Ni、Si、Al、Cu等K形成元素：Ti、Nb、V；W、Mo、Cr；Mn、Fe（强→弱）【降低回火脆性，影响了K在晶界的析出】18.Me及杂质元素对材料的冷加工性能影响（1）Me：Si、C等↑冷作硬化率，冷成型性能↓。（提高冷成型性：严格控制P、N；磷化）（2）P↓冷成型性，↑Tk19.（1）工程结构钢①服役条件：工程结构长期受静载；互相无相对运动；受大气（海水）的侵蚀；有些构件受疲劳冲击；一般在-50~100℃范围内使用。②性能要求：足够的强度和韧度（特别是低温韧度）；良好的焊接性能和冷成型工艺性；良好的腐蚀性。（2）机器零件用钢①服役条件：主要承受拉、压、弯、扭、冲击、疲劳应力（往往几种载荷同时作用）；恒载或変载；工作环境是大气、水和润滑油中；温度在室温到100℃范围之间。②性能要求：具有良好的冷热加工工艺性（锻造、热处理、车等）；具有良好的力学性能（强度、塑性、韧性、疲劳、耐磨性）。（3）工模具钢刃具钢：①受弯曲、剪切、冲击、震动等力，高的温度，刃部磨耗；②高硬度，高耐磨性，一定的塑性和韧度，有的要求红硬性。模具钢：①温度周期升降产生“热疲劳”，冲击、磨损；②高温硬度和韧度；冷作模具要求高硬度、高耐磨性和一定韧度。量具刚：需要高精度、高硬度、高耐磨、尺寸稳定性；（4）不锈钢①服役条件：受空气、水、盐水、酸、碱侵蚀。②性能要求：较高的耐蚀性；一定的力学性能（承受一定载荷）；良好的工艺性能（焊接性、冷变形性）。（5）耐热钢①服役条件：高温下承受各种载荷（拉伸、弯曲、扭转、疲劳、冲击）；高温氧化或气体腐蚀。②性能要求：良好的高温强度和塑性；足够高的高温稳定性。（6）超高强度钢①服役条件：应用于飞机、火箭等航空航天器上或常规武器上。②性能要求：具有高比强度，高强度，高韧性，能在一定的温度下工作。（7）铝合金①服役条件：在航空航海等交通运输业中工作，在腐蚀性介质中工作。②性能要求：优良的特性，优良的导电性、导热性、良好的耐蚀性、优良的塑性和加工性能等。（8）铜合金①服役条件;工作于电器、电子、机械、车辆、化工、船舶、航空等传统领域和无线通信、IC卡、计算机、网络等新兴领域。②性能要求：导电、导热性好、化学稳定性好、耐蚀、成型加工型优良、可焊，无磁。20.Fe3C的分类L→Fe3CI；γ固相→Fe3CII；ɑ→Fe3CIII21.轴承钢（1）轴承钢的K的缺陷①液析原因：由于枝晶偏析而引起的伪共晶K，尺寸大，硬度和脆性高。消除：高温扩散退火（1200℃），不允许液析严重。②带状碳化物原因：轧制时二次K偏析，沿轧制方向呈带状分布，严重损害热疲劳寿命。消除：长时间退火。③网状碳化物原因：冷却时二次K在A晶界析出，降低钢的冲击韧度。防止或消除：控制终轧或终锻温度、控制轧制后冷速或正火。（2）热处理工艺球化退火（为最终淬火作组织准备）+淬火（油淬830~860℃，采用保护气氛加热或真空加热）+低温回火（160℃保温3h或更长时间，62~66HRC）【如要求消除Ar→淬火后立即冷处理，而后立即低温回火】（3）软点淬火轴承钢上未淬硬的部位称为淬火软点。原因：局部区域形成蒸汽膜导致冷速较慢，工件表面C浓度不均，加热时产生较厚的氧化皮。22.弹簧钢（1）成分特点硅锰弹簧钢：显著强化基体F，大为提高了钢的弹性极限，Si有效提高了回火稳定性。铬合金弹簧钢：Cr提高钢的淬透性和弹性极限，但促进回火脆性。V细化晶粒，减少过热敏感性，提高回火稳定性，从而提高了强度和韧度。（2）热处理特点淬火+中温回火（0.4-0.6）23.过共析钢一般需要球化退火？过共析钢如果采用其他退火方式，加热后缓慢冷却会折出网状渗碳体，造成机械性能恶化。而采用球化退火仅加热至A1线以上保温后冷却，不会析出网状物。且晶粒细小匀圆。24.显著提高金属材料抗氧化性能的Me？Cr：↑抗氧化性，形成Cr2O3，提高FeO出现的温度，因此提高抗氧化性。Si：↑抗氧化性，形成致密的氧化物。加入Me，提高钢的氧化膜的稳定性：Cr、Al、Si加入Me，形成致密稳定氧化膜：Cr、Al、Si、Ti。25.高速钢（1）铸态组织：鱼骨