金属材料学复习重点-缩印版

1、合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe 中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe中形成无限固溶体？

铁素体形成元素： V、Cr、W、Mo、Ti；Al

奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni、Cu；

能在α-Fe中形成无限固溶体的元素：Cr、V；

能在γ-Fe中形成无限固溶体的元素：Mn、Co、Ni。

2、常见的碳化物形成元素有哪些？哪些是强碳化物形成元素、中强碳化物形成元素、弱碳化物形成元素？

常见的碳化物形成元素有：Ti、Zr、V、Nb、Cr、W、Mo、Mn、Fe；

强碳化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V；

中强碳化物形成元素：Mo、W、Cr；

弱碳化物形成元素：Mn、Fe。

3、钢在加热转变时，为什么含有强碳化物形成元素的钢奥氏体晶粒不易长大？

当强碳化物形成元素以未溶K存在时，起了机械阻止奥氏体晶粒长大的作用；

当强碳化物形成元素溶解在A中时，降低了铁的自扩散系数，提高了原子间结合力，同时使界面的表面张力增大。这些综合作用阻止了奥氏体晶粒长大。

4、合金元素对马氏体转变有何影响？

合金元素的作用表现在：

1）对马氏体点Ms- Mf温度的影响；

2）改变马氏体形态及精细结构（亚结构）。除Al,Co 外，都降低Ms温度，其降低程度：强C→Mn→Cr→Ni→V→Mo,W,Si 弱

提高γ’含量：可利用此特点使Ms温度降低于0℃以下，得到全部γ组织。如加入Ni,Mn,C,N等

合金元素有增加形成孪晶马氏体的倾向，且亚结构与合金成分和马氏体的转变温度有关.

5、主要合金元素（V，Cr，Ni，Mn，Si，B等）对过冷奥氏体冷却转变影响的作用机制。

Ti, Nb, Zr, V：主要是通过推迟P转变时K形核与长大来提高过冷γ的稳定性；

W，Mo,Cr：1）推迟K形核与长大；

2）增加固溶体原子间的结合力，降低Fe的自扩散激活能。作用大小为：Cr>W>Mo

Mn：（Fe,Mn）3C,减慢P转变时合金渗碳体的形核与长大；开放γ相区，强烈推迟γ→α转变，提高α的形核功；

Ni：开放γ相区，并稳定γ相，提高α的形核功（渗碳体可溶解Ni, Co）

Co开放γ相区，但能使A3温度提高（特例），使γ→α转变在更高的温度进行，降低了过冷γ的稳定性。使C曲线向左移。Al, Si ：不形成各自K，也不溶解在渗碳体中，必须扩散出去为K形核创造条件；Si可提高Fe原子的结合力。

B，P，Re：强烈的内吸附元素，富集于晶界，降低了γ的界面能，阻碍α相和K形核。

Mn,Co,Ni均为开启γ相区元素，课本P4

6、一般地，钢有哪些强化与韧化途径？

强化的主要途径：

宏观上：钢的合金化、冷热加工及其综合运用是钢强化的主要手段。

微观上：在金属晶体中造成尽可能多的阻碍位错运动的障碍；或者尽可能减少晶体中的可动位错，抑制位错源的开动，如晶须。

固溶强化、细晶强化、位错强化、“第二相”强化沉淀强化、时效强化、弥散强化、析出强化、二次硬化、过剩相强化）韧化途径：细化晶粒；降低有害元素的含量；

防止预存的显微裂纹；形变热处理；

利用稳定的残余奥氏体来提高韧性；

加入能提高韧性的M，如Ni, Mn；

尽量减少在钢基体中或在晶界上存在粗大的K或其它化合物相。

7、合金元素在低合金高强度结构钢中的主要作用是什么？为什么考虑采用低C？

为提高碳素工程结构钢的强度，而加入少量合金元素，利用合金元素产生固溶强化、细晶强化和沉淀强化。利用细晶强化使钢的韧-脆转变温度的降低，来抵消由于碳氮化物沉淀强化使钢的韧-脆转变温度的升高。

考虑低C的原因：

（1）C含量过高，P量增多，P为片状组织，会使钢的脆性增加，使FATT50(℃)增高。

（2）C含量增加，会使C当量增大，当C当量>0.47时，会使钢的可焊性变差，不利于工程结构钢的使用。

8、什么是微合金钢？微合金化元素在微合金化钢中的主要作用有哪些？试举例说明。

微合金钢：现有的钢中添加微量元素使钢的性能明显提高，并通过工艺和化学成分使细晶强化和沉淀强化良好组合后的钢。主要微合金化元素Ti, Nb, V；作用：1）抑制奥氏体形变再结晶：在热加工过程中，通过应变诱导析出Nb、Ti、V的氮化物，沉淀在晶界、亚晶界和位错上，起钉扎作用，能有效抑制再结晶过程的进行。

2)阻止奥氏体晶粒长大：微量Nb（N，C）以及TiN从高温固态钢中析出，呈弥散分布，阻止奥氏体晶粒长大。

3)沉淀强化：低温下析出沉淀相Nb（N，C）以及VC，起沉淀强化作用，能显著提高钢的屈服强度。

4)改变与细化钢的显微组织：在轧制加热时，溶于奥氏体的微合金元素提高了过冷奥氏体的稳定性，降低了发生先共析铁素体和珠光体的温度范围，细化了组织和析出相。

9、为什么滚动轴承钢的含碳量均为高碳？滚动轴承钢中常含有哪些合金元素？它们在滚动轴承钢中起什么作用？为什么钢中含铬量被限制在一定范围之内？

为了保证轴承钢有高的硬度和耐磨性，因此含碳量均为高碳。滚动轴承钢中常用合金元素：Cr、Si、Mn、V、Mo和RE等。

合金元素的作用：

Cr可提高钢的淬透性和降低过热敏感性以及提高钢的抗蚀性。提高回火稳定性。Si、Mn主要提高淬透性，Si还可提高钢的回火稳定性；

V能细化晶粒，可减轻Mn的过热敏感性；

Mo能提高回火稳定性；

RE可改善夹杂物形态、分布及细化晶粒。

当Cr>1.65%以后，则会使残余奥氏体增加，使钢的硬度和尺寸稳定性降低，同时还会增加K的不均匀性，降低钢的韧性。所以一般控制Cr含量在1.65%以下。

10、高碳高铬冷作模具钢性能特点，元素作用及其热处理工艺及组织是什么？

高碳高铬型钢是铬的质量分数为12％左右的高碳亚共晶莱氏

体钢，在退火态含有体积分数为16％～20％的（Cr，Fe）7C3

碳化物，其中也可能会溶入少量的钼和钒。在高温回火时（500℃左右），合金元素从马氏体中析出产生二次硬化，增加了耐回火性，从而提高了钢的硬度和耐磨性。由于高温淬火加热后，Ms 点降低，使淬火组织中存在大量的残余奥氏体，可以保证微小体积变形，这类钢中碳化物不均匀性比较严重。其铸态组织有网状共晶莱氏体存在，高碳高铬型钢锻造以后通常采用等温球化退火处理（850℃～870℃等温3~4h炉冷720～740℃等温6~8h 炉冷至500℃空冷）退火后获得索氏体型珠光体＋颗粒碳化物组织，高碳高铬型钢的淬火回火处理通常有一次硬化（采用较低的淬火回火温度）二次碳化（采用高的淬火温度进行多次回火处理）

C：提高硬度和耐磨性Cr：增加淬透性和耐磨性Mo、V：提高耐回火性，增加淬透性，细化晶粒

11、简述合金元素对耐蚀钢耐蚀性的影响。

合金元素：Cr决定和提高耐蚀性的主要元素；

Ni可提高耐蚀性；

C与Cr形成碳化物，降低耐蚀性；

Mn，N提高高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性；

Mo提高不锈钢的钝化能力；

Cu少量加入可有效地提高不锈钢在硫酸及有机酸中的耐蚀性；

Si提高在盐酸、硫酸和高浓度硝酸中耐蚀性。

12、奥氏体不锈钢晶间腐蚀产生的原因，影响因素与防止方法。原因：奥氏体不锈钢晶间腐蚀主要是晶界上析出网状富铬的

Cr23C6引起晶界周围基体产生贫铬区，贫铬区的宽度约

10-5cm，Cr<12%。在许多介质中没有钝化能力, 贫铬区成为微阳极而发生腐蚀。

影响因素：

a.C：C<0.03%时无晶间腐蚀;化学成分：加入Ti, Nb固C，使奥氏体内固溶的C<0.03%以下。

b.加热温度：550-800℃（650℃最敏感），T>800℃时K重溶；T<500℃，扩散困难。

c.加热时间：时间很长或很短，都难以存在晶间腐蚀。

13、耐热钢中合金元素的作用是什么？耐热钢的种类有哪些？铬：提高钢抗氧化性的主要元素；

钼，钨：提高低合金耐热钢热强性能的重要元素；

铝：提高钢抗氧化性的有效元素；

硅：提高抗氧化性的辅助元素；

镍：主要是获得工艺性能良好的奥氏体组织而加入；

钛，铌，钒：这些强碳化物形成元素能形成稳定的碳化物，提高钢的松弛稳定性，也提高热强性；

碳：碳能强化钢，在较低温度时，钢的蠕变主要是以滑移为主，碳有强化作用；在较高温度下，钢的蠕变是以扩散塑性变形为主，而碳促进了碳原子的自扩散，所以起了不利的作用。

种类：F型耐热钢： 350-650℃包括F-P、F、M耐热钢

奥氏体耐热钢：600-850℃包括固溶强化、沉淀强化奥氏体耐热钢

工业炉用耐热钢、镍基耐热合金、新型耐热合金

14、铝合金中的沉淀强化相有哪些？

(1)日-CuAl2、Al-Cu合金中（2）f相中（AlLi）铝锂合金中（3）S相Al2CuMg、铝铜镁合金（4）β相（Mg2Si）铝镁硅合金 (5)η-MgZn2相铝锌合金

15、变形铝合金分为几类？说明主要变形铝合金之间的合金系、牌号及主要性能特点。

(1)非热处理强化变形铝合金

主要有防锈铝合金：

合金系：Al-Mn系牌号： LF21

Al-Mg-（Mn）牌号： LF2, 3, 5, 6, 7, 10,11,12等

性能：耐蚀性好；塑性好（易加工成形）；焊接性好；可利用冷加工硬化来提高强度

（2）热处理强化变形铝合金,（过饱和）固溶处理和时效处理；

主要有硬铝、锻铝、超硬铝合金：

B超硬铝合金，Al-Zn-Mg-Cu系合金

牌号：LC3，LC4，LC5，LC6，LC9

性能：强度高（淬火+120℃时效），但抗蚀性差（包铝），组织稳定性不好，工作温度小于120℃

C锻铝合金

合金系：Al-Mg-Si, Al-Mg-Si-Cu（普通锻铝合金）；Al-Cu-Mg-Ni-Fe （耐热锻铝合金）

牌号：LD2，LD5，LD6，LD10；LD7，LD8，LD9

性能：良好的热塑性，较高的机械性能。

16、钛及钛合金有何主要性能特点？

钛：比强度高，熔点高，塑性好.具有优良的耐蚀性；

低温性能很好；化学活性极高，与Cl, O, S, C, N等强烈反应（高温下），液态下几乎同ThO2以外的所有坩埚起反应，只能用真空电耗电弧炉熔炼。

可焊性好；具有良好的冲压性能；但耐磨性较差；

弹性模量较低(120GPa)，约为铁的54%；导热系数及线胀系数均较低。其导热系数比铁低4.5倍，使用时易产生温度梯度及热应力。

钛合金：α-钛合金高温性能好（<500℃），组织稳定性好，焊接性好，是耐热钛合金的主要组成部分，但不能热处理强化，常温强度低，塑性不高；α+β钛合金：常温强度高，可热处理强化，但组织不够稳定；焊接性能较差；

β-钛合金和近β钛合金：塑性加工性能好（快冷得到β组织），机械性能高（可通过时效来提高强度），是发展高强度（抗拉>1400-1500MPa）钛合金潜力最大的合金，但组织稳定性较差，工作温度低于200度；

名词解释：

1.离位析出：在回火过程中直接从α相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，可使HRC和强度提高（二次硬化效应）。如V，Nb，Ti等都属于此类型。

2.液析碳化物：由于碳和合金元素偏析，在局部微小区域从液态结晶时析出的碳化物。

3.超高强度钢：一般讲，屈服强度在1370MPa（140kgf/mm2）以上，抗拉强度在1620MPa（165kgf/mm2）以上的合金钢称为超高强度钢。

4.晶间腐蚀：晶界上析出连续网状富铬的Cr23C6引起晶界周围基体产生贫铬区，贫铬区成为微阳极而发生腐蚀。

5.应力腐蚀：奥氏体或M不锈钢受张应力时，在某些介质中经过一段不长时间就会发生破化，且应力增大，发生破裂的时间也越短；当取消张应力时，腐蚀较小或不发生腐蚀的现象。

6.蠕变极限：在某温度下，在规定时间达到规定变形时所能承受的最大应力。

7.持久强度：在规定温度和规定时间断裂所能承受的应力。

8.黄铜：铜锌合金称为黄铜，在加入其他合金元素后，形成多元黄铜。

9.白铜：是以镍为主要合金元素的铜合金。

10.红硬性：指材料在一定温度下保持一定时间后所能保持其硬度的能力。

11.热硬性：是指钢在较高温度下，仍能保持较高硬度的性能。

12.淬透性：是指钢在淬火时获得M组织的倾向，即钢被淬透的能力，它是钢固有的一种属性，取决于钢的淬火临界冷速的大小。

13.回火脆性：指淬火钢回火后出现韧性下降的现象。

14.475℃脆性：高铬铁素体不锈钢在400-500℃范围内长期保温会出现这种脆性，由于其最敏感的温度在475℃附近，故称475℃脆性，此时钢的强度、硬度增加，而塑性、韧性明显下降。

15.可锻铸铁：是将白口铸铁经石墨化退火而成的一种铸铁。

1、在钢铁中加入合金元素，能够改变它的使用性能和工艺性

能，得到更优良的或特殊的性能。

2、在钢铁的合金元素中，在γ-Fe中有较大溶解度并能稳定

γ-Fe的元素，通常称为奥氏体形成元素；而在α-Fe中有较大溶解度并使γ-Fe不稳定的元素，称为铁素体形成元素。

3、开启γ相区的元素有锰、钴、镍等；扩大γ相区的元素有

碳、氮、铜等。

4、钢中碳化物和氮化物与纯金属相比，具有高硬度、高弹性

模量和脆性，并具有高熔点。

5、钛、锆、铌、钒是强碳化物形成元素；钨、钼、铬是中等

强度碳化物形成元素；锰和铁属于弱碳化物形成元素。

6、合金元素对碳钢的重要影响是改变临界点的温度和含碳

量，使合金钢和铸铁的热处理制度不同于碳钢。

7、工业上常用的热处理典型工艺有：退火、正火、淬火、回

火以及表面化学热处理，统称为“四火一化”。

8、在高速加热时，奥氏体是通过非扩散方式形成的，而在较

低速加热时，奥氏体却是通过扩散方式形成的。

9、加热温度是影响奥氏体晶粒长大的最重要的因素，在一般

加热速度下，加热温度越高，保持时间越长，奥氏体晶粒将越粗大。

10、珠光体团的直径和片层间距对共析碳钢的力学性能有重要

影响，直径和片层间距越小，其强度、硬度越高，塑性也越大。

11、根据加热温度范围和退火目的的不同，钢的退火工艺可分为，

加热到A c1或A c3以上的完全退火、不完全退火、球化退火、扩散退火和加热到A c1以下的再结晶退火、低温退火等。12、低、中碳钢中马氏体的组织形态是板条状，而中、高碳钢中马氏体的组织形态为片状。

13、钢中马氏体最主要的特性之一就是高强度和高硬度，位错性

马氏体既有高的强度和硬度，又具有良好的塑性与韧性。14、钢淬火的主要目的是把奥氏体化后的工件淬成马氏体组织，

以便在适当温度回火后，获得所需要的力学性能。

15、常用的淬火冷却方法有单液淬火、双液淬火、分级淬火和等

温淬火。

16、工程结构钢的强化方式有固溶强化、细晶强化、沉淀强化。17、铁素体-珠光体钢主要有碳素工程结构钢、高强度低合金钢

和微合金钢。

18、碳素工程钢按屈服强度分为五级，即Q195、Q215、Q235、Q255、

Q275.

19、机械零件要求有良好的服役性能，有足够高的强度、塑性、

韧性和疲劳强度。

20、高强度机械制造结构钢综合运用的强化方式有：加工强化、

细晶强化、固溶强化、沉淀强化及马氏体相变强化。

21、结构钢在淬火高温回火后具有良好的综合力学性能，有较高

的强度，良好德尔塑性和韧性，适用于这种热处理的钢称为调质钢。

22、为了改善低合金超高强度钢的韧性，以提高其在服役条件下

的安全可靠性，采取的措施是：提高钢的纯净度、降低钢中的夹杂物、气体及有害杂质元素的含量。

23、工具钢按其用途可分为热作模具钢、冷作模具钢和量具钢。

24、根据钢中主要元素成分，高速钢可分为三类，即钨系高速钢、

钼系高速钢和钨钼系高速钢。

25、新型冷作模具钢是为了适应镦模和厚板冲剪模的工作要求，

其主要特点是高韧性和高耐磨性。

26、不锈钢发生电化学腐蚀的主要形式有：一般腐蚀、晶间腐蚀、

点腐蚀、应力腐蚀等。

27、对于不锈钢，腐蚀速度小于0.01mm/a被认为“完全腐蚀”，

腐蚀速度小于0.1mm/a是“耐蚀”。

28、铬是提高钢钝化膜稳定性的必要元素。

29、根据不锈耐蚀刚的基本组织，可将它分为五大类，即马氏体

不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体复相不锈钢和沉淀硬化不锈钢。

30、高温强度的指标有三种，即蠕变强度、持久强度和持久寿命。

31、耐热钢根据显微组织可分为铁素体型和奥氏体型两大类。

32、铁素体-珠光体耐热钢的强化方式是固溶强化和碳化物沉淀

强化。