金属材料学题库2.doc

第1章钢的合金化概论1、什么是合金元素？钢中常用的合金元素有哪些？ 为合金化目的参加其含量有一定围的元素称为合金元素Si,Mn,Cr,Ni,W,Mo,V,Ti,Nb,Al,Cu,B等2、哪些是奥氏体形成元素？哪些是铁素体形成元素？ 在γ-Fe中有较大溶解度并稳定γ固溶体的元素称为奥氏体形成元素：Ni、Mn、Co，C、N、Cu；无限互溶，有限溶解 在α-Fe中有较大溶解度并稳定α固溶体的元素称为铁素体形成元素：Cr、V，W、Mo、Ti3、合金元素在钢中的存在形式有哪几种？ 固溶体、化合物、游离态〔其中，化合物分为：碳化物、金属间化合物、非金属夹杂物〕4、哪些是碳化物形成元素？哪些是非碳化物形成元素？ Zr、Ti、Nb、V；W、Mo、Cr；Mn、Fe〔强->弱〕 非K：Ni、Si、Al、Cu5、钢中的碳化物按点阵结构分为哪几类？各有什么特点？什么叫合金渗碳体？特殊碳化物？ 1〕①简单点阵结构：M2C、MC又称间隙相特点：硬度高，熔点高，稳定性好②复杂点阵结构：M23C6 、M7C3 、M3C特点：硬度、熔点较低，稳定性较差 2〕合金渗碳体：当合金元素含量较少时，溶解于其他碳化物，形成复合碳化物，即多元合金碳化物。

如Mo，W，Cr含量较少时，形成合金渗碳体 3〕特殊碳化物：随着合金元素含量的增加，碳化物形成了自己的特殊碳化物VC，Cr7C3，Cr23C66、合金钢中碳化物形成规律 1、K类型的形成 K类型与Me的原子半径有关rc/rMe < 0.59 —简单结构相，如Mo、W、V、Ti；rc/rMe > 0.59 —复杂点阵结构，如Cr、Mn、Fe Me量少时，形成复合K，如〔Cr, M〕23C6型2、相似者相溶 形成碳化物的元素在晶体结构，原子尺寸和电子因素都相似，那么两者碳化物完全互溶，否那么就有限互溶3、强碳化物形成元素优先与碳结合形成碳化物4、Nm/Nc比值决定了K类型 5、碳化物稳定性越好，溶解越难，析出越难，聚集长大也越难7、合金元素对铁碳平衡相图的影响1对临界温度的影响 a〕Ni，Mn，Co，N,Cu，等元素扩大A相区，降低A1，A3点 b〕其他元素扩大F相区，提高A1，A3点 c〕大多数Me使ES线左移，即Acm增加2对E，S点位置的影响 所有合金元素都使E，S点向左移动8、为什么比拟重要的大截面的结构零件都必需用合金钢制造？与碳钢比拟，合金钢有何优点？ 1〕因为大截面结构零件要求强度，淬透性高，韧度好，碳钢无法满足 2〕优点：晶粒细化，淬透性高，回火稳定性好，能满足特殊需要，综合性能满足高性能要求。

9、合金元素对奥氏体晶粒长大的影响？1〕Ti、Nb、V等强碳化物形成元素阻止奥氏体晶粒长大的作用显著，W，Mo作用中等 2〕C、N、B，P等元素促进奥氏体晶粒长大 3〕Mn在低碳钢中有细化晶粒作用，在中碳以促进晶粒长大 4〕Al，Si量少时，阻止奥氏体晶粒长大，含量较大时，促进高温α晶粒长大 5〕非碳化物形成元素对奥氏体晶粒长大影响不大10、合金元素对回火转变的影响?淬火合金钢进展回火时，其组织转变与碳钢相似但由于合金元素的参加，使其在回火转变时具有如下特点：(１)提高淬火钢的回火稳定性 (２)产生二次硬化 (３)防止第二类回火脆性 一、对马氏体分解期的影响低温回火：C和Me扩散较困难，Me影响不大；中温以上：Me活动能力增强，对M分解产生不同程度影响: 1〕Ni、Mn的影响很小；2〕K形成元素阻止M分解，其程度与它们与C的亲和力大小有关这些Me↓碳活度ac，阻止了渗碳体的析出长大；3〕Si比拟特殊：< 300℃时强烈延缓M分解 二、对剩余奥氏体转变的影响 当回火温度达到200℃以上，会发生残留奥氏体的分解，遵循过冷奥氏体恒温转变规律，但转变仍不完全 三、对碳化物析出的影响1〕碳化物聚集长大 Si和强碳化物形成元素有很好的阻碍作用2〕碳化物成分变化和类型转变 强碳化物形成元素不但取代Fe原子，达到一定量时碳化物类型发生转变，生成更稳定碳化物3〕特殊碳化物形成 碳化物形成元素与碳比例〔Nm/Nc〕比拟高时，回火时析出特殊碳化物11、哪些合金元素提高钢的淬透性作用显著？ 淬透性：钢淬火时获得M的能力。

B、Mn、Mo、Cr、Si、Ni12、什么叫回火稳定性？提高回火稳定性的合金元素有哪些？提高钢的回火稳定性有何作用？淬火钢在回火时，抵抗强度、硬度下降的能力称为回火稳定性Cr，Mn，Ni，Mo作用：在达到一样硬度的情况下，合金钢的回火温度比碳钢高，回火时间也应适当增长，可进一步消除剩余应力，因而合金钢的塑性、韧性较碳钢好；而在同一温度回火时，合金钢的强度、硬度比碳钢高13、什么是回火脆性？各在什么条件下产生？如何消除或减轻？淬火钢在某些温度区间回火或从回火温度缓慢冷却通过该温度区间的脆化现象，回火脆性可分为第一类回火脆性和第二类回火脆性 1〕 第一类回火脆性，主要发生在回火温度为 200～350℃时，具有不可逆性、与回火后的冷却速度无关、断口为沿晶脆性断口防止方法：无法消除,不在这个温度围回火，〔1〕Si元素可有效推迟脆性温度区；〔2〕用Al脱氧或参加W、V、Ti等合金元素细化A晶粒与采用含W,Mo,V的合金，降低敏感性；〔3〕回火时快速加热，短时保温；〔5〕采用等温淬火 2〕第二类回火脆性，发生的温度在 450～650℃，具有可逆性、与回火后的冷却速度有关、断口为沿晶脆性断口。

防止方法：〔1〕降低钢中的有害元素；〔2〕参加能细化A晶粒的元素〔Ti,Nb,V〕；〔3〕参加适量Mo、W元素；〔4〕防止在第二类回火脆性温度围回火〔5〕回火后快冷14、合金元素对“C〞曲线、珠光体转变、贝氏体转变、Ms点的作用？ 一、对“C〞曲线1〕Ni、Si、弱碳化物形成元素，Mn大致保持 “C〞线形状，使 “C〞线向右作不同程度的移动；2〕Co不改变“C〞线，但使“C〞线左移；3〕K形成元素，使“C〞线右移，且改变形状Me不同作用，使“C〞曲线出现不同形状，大致有五种 二、过冷A体的P、B转变 P转变:奥氏体形成元素降低Ac,使转变温度降低，过冷度减小，转变驱动力减小铁素体形成元素升高Ac,使转变温度增大除Co，Al外的合金元素总是不同程度的推迟珠光体转变，使珠光体转变曲线右移B转变:Mn、Ni、Cr、V降低Bs点，在珠光体和贝氏体转变温度之间出现过冷奥氏体中温稳定区;奥氏体形成元素Ni,Mn降低Bs点使贝氏体转变的驱动力减小，孕育期增长，转变速度减慢 三、对Ms点：除Co、Al外，所有溶于奥氏体的合金元素都使Ms、Mf点下降，使钢在淬火后的剩余奥氏体量增加15、白点和层状断口的形成原因是什么？由于钢中氢的重新分布与聚集，破坏了钢的可塑性，使钢变脆。

失去塑性的钢在氢压力与钢中的应力的同时作用下很容易在氢聚集处沿金属强度弱的方向产生局部脆性开裂，即形成所谓氢致裂纹——白点层状断口:主要原因是钢锭结晶过程中夹杂物在晶界上沉积，在热加工时沉积在晶界上的夹杂物沿加工方向伸长，使晶界变脆，形成层状断口16 综合分析合金元素在α-Fe和γ-Fe中周期性溶解规律和形成无限固溶体的必要和充分条件奥氏体形成元素使A3温度下降，A4温度上升，奥氏体稳定存在相区扩大铁素体形成元素那么相反合金元素与铁形成置换固溶体，他们扩大或缩小γ相区的作用与该元素在周期表中位置有关，与他们的点阵结构，电子因素和原子大小有关，有利于扩大γ相区的合金元素，其本身具有面心立方点阵或在其多型性转变中有面心立方点阵，与铁的电负性相似近，与铁的原子尺寸相近 单位溶质原子溶于γ相中所吸收的热记为Hγ，单位溶质原子溶于α相中所吸收的热记为Hα，Hγ-Hα=H，H>0，铁素体形成元素，H<0,奥氏体形成元素17、什么是吸附现象？合金元素溶入基体后，与钢中的晶体缺陷产生相互作用，导致偏聚元素在缺陷处的浓度大于基体中的平均浓度这种现象称为吸附或偏聚现象18从合金元素对γ，α相自由能的影响与其在合金钢中的扩散规律，试分析那些根本因素影响合金钢相变对自由能的影响：〔1〕C，Mn，Cr，Ni降低相变驱动力ΔFv 〔2〕Al，Co增加相变驱动力 (3)Mo,W対相变驱动力影响不大。

ΔFv相变自由能差前局部与16题同1〕合金钢在加热奥氏体化时，碳氮化物在奥氏体中的溶解规律与合金元素对奥氏体形成和长大的影响 2〕过冷奥氏体分解中，合金元素对C曲线，珠光体，贝氏体，马氏体转变的影响 3〕合金钢回火转变时，合金元素对马氏体分解，残留奥氏体转变和碳化物析出的影响 4〕合金元素对回火脆性的影响19讨论合金钢加热时碳化物与氮化物的溶解规律和合金元素对奥氏体晶粒的影响，并分析其理论和实际意义1〕碳氮化物稳定性越好，在钢中溶解度越好 2〕随温度下降，各种碳化物溶解度下降 3〕奥氏体中存在比拟弱的碳化物形成元素，会降低奥氏体的碳活度ac，促进稳定性好的碳化物溶解 4〕稳定性较差的碳化物加热奥氏体化时先溶解，稳定性好的后溶解对奥氏体形核和长大的影响碳化物形成元素提高碳在奥氏体中的扩散激活能，对奥氏体形成有阻碍作用，非碳化物形成元素降低扩散激活能，加速奥氏体形成晶粒长第九题控制奥氏体形核与长大，可以达到自己想要的性能20讨论合金元素对珠光体转变的根本规律，强碳化物形成元素产生铁素体碳化物两相集合体的类型与其实际意义1〕强碳化物形成元素推迟转变 2〕中强碳化物形成元素推迟珠光体形核与长大，增大固溶原子间结合力与铁的自扩散激活能，推迟转变 3〕除Co，Al外合金元素总是不同程度的推迟珠光体转变，使珠光体转变曲线右移。

强碳化物形成元素〔Nb,Ti,V等〕，在奥氏体分解时，优先与C形成VC,NbC,TiC等熔点和硬度极高的特殊碳化物或合金渗碳体所以奥氏体分解形成了铁素体+碳化物〔或铁素体+合金渗碳体〕，而非共析成分该过程不仅需要碳的扩散和重新分布，而且还需要碳化物形成元素在奥氏体中的扩散和重新分布所以珠光体转变推迟21、合金钢的二次硬化现象的本质与其实际意义二次硬化：在含有Ti, V, Nb, Mo, W等较高合金钢淬火后，在500- 600℃围回火时，在α相中沉淀析出这些元素的特殊碳化物，并使钢的硬度和强度提高 本质为：一、合金马氏体在高温回火时合金碳化物的脱落，引起马氏体回火二次硬化；二、残留奥氏体二次淬火，回火转变为马氏体 二次硬化使钢在高温下能保持较高的硬度，这对工具钢极为重要，如高速钢22、总结合金元素对……的影响一、变形开裂倾向 合金元素决定淬透性，淬透性和合金钢的性质决定淬火应力的大小和种类淬火应力有三种，综合作用控制着工件的变形和开裂倾向：热应力→变形; 组织应力→开裂; 附加应力较复杂 完全淬透的工件外表易产生裂纹随钢中碳含量增加，裂纹倾向增大二、过热敏感性 指淬火钢加热时，奥氏体晶粒急剧长大的敏感性→含Mn钢过热敏感性较大。

含V钢可有效降低过热敏感性三、氧化脱碳倾向 钢中碳含量越高，脱碳倾向越大W，Al，Si，Co时脱碳倾向增大，而Cr，Mn阻止脱碳四、回火稳定性 合金元素滞缓马氏体的分解和剩余奥氏体的转变，提高铁素体的再结晶温度，阻碍碳化物的聚集长大而保持较大弥散度，促使淬火钢回火时更稳定五、回火脆性 对第一类回火脆性：Mo，W，V，Al可稍微减弱回火脆性，Mn，Cr那么促进回火脆性。