南航金属材料学期末考试重点(带答案)

1．试述碳素钢中C的作用。（书上没有，百度的）

答：随C含量的增加，其强度和硬度增加，而塑性韧性和焊接性下降。当含碳量大于0.25时可焊性变差，故压力管道中一般采用含碳量小于0.25的钢。含碳量的增加，其球化和石墨化的倾向增加。

2．描述下列元素在普通碳素钢的作用：(a)锰、(b)硫、(c)磷、(d)硅。（P5、P6）

答：Mn在碳钢中的含量一般小于0.8%。可固溶，也可形成高熔点MnS（1600℃）夹杂物。 MnS在高温下具有一定的塑性，不会使钢发生热脆，加工后硫化锰呈条状沿轧向分布。 Si在钢中的含量通常小于0.5%。可固溶，也可形成SiO2夹杂物。夹杂物MnS、SiO2将使钢的疲劳强度和塑、韧性下降。S是炼钢时不能除尽的有害杂质。在固态铁中的溶解度极小。 S和Fe能形成FeS，并易于形成低熔点共晶。发生热脆 (裂)。P也是在炼钢过程中不能除尽的元素。磷可固溶于α-铁。但剧烈地降低钢的韧性，特别是低温韧性，称为冷脆。磷可以提高钢在大气中的抗腐蚀性能。S和P还可以改善钢的切削加工性能。

3.描述下列元素在普通碳素钢的作用：(a)氮、(b)氢、(c)氧。（P6）

答：N在α-铁中可溶解，含过饱和N的钢经受冷变形后析出氮化物—机械时效或应变时效，降低钢的性能。N可以与钒、钛、铌等形成稳定的氮化物，有细化晶粒和沉淀强化。H在钢中和应力的联合作用将引起金属材料产生氢脆。常见的有白点和氢致延滞断裂。

O在钢中形成硅酸盐2MnO?SiO2、MnO?SiO2或复合氧化物MgO?Al2O3、MnO?Al2O3。

4.为什么钢中的硫化锰夹杂要比硫化亚铁夹杂好? （P5）

答：硫化锰为高熔点的硫化物（1600），在高温下具有一定的塑性，不会使钢发生热脆。而硫化铁的熔点较低，容易形成低熔点共晶，沿晶界分布，在高温下共晶体将熔化，引起热脆。

5. 当轧制时，硫化锰在轧制方向上被拉长。在轧制板材时，这种夹杂的缺点是什么?

（P5）

答：这些夹杂物将使钢的疲劳强度和塑性韧性下降，当钢中含有大量硫化物时，轧成钢板后会造成分层。

6．对工程应用来说，普通碳素钢的主要局限性是哪些?

答：弹性模量小,不能保证足够的刚度;抗塑性变形和断裂的能力较差;缺口敏感性及冷脆性较大;耐大气腐蚀和海水腐蚀性能差;含碳量高,没有添加合金元素,工艺性差.

7．列举五个原因说明为什么要向普通碳素钢中添加合金元素以制造合金钢?

答：提高淬透性;提高回火稳定性;使钢产生二次硬化;(老师课上只说了这三点)

8、哪些合金元素溶解于合金钢的铁素体?哪些合金元素分布在合金钢的铁素体和碳化物相之间?按照形成碳化物的倾向递增的顺序将它们列出。（P17—P18）

答：①Si、Al、Cr、W、Mo、V、Ti、P、Be、B、Nb、Zr、Ta②Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr

9、叙述1.0~1.8％锰添加剂强化普通碳素钢的机理。

答：①锰可以作为置换溶质原子形成置换固溶体，通过弹性应力场交互作用、电交互作用、化学交互作用阻碍位错运动；②增加过冷奥氏体稳定性，使C曲线右移，在同样的冷却条件下，可以得到片间距细小的珠光体，同时还可起到细化铁素体晶粒的作用，从而达到晶界强化的目的。③促进淬火效应。淬火后希望获得板条马氏体，造成位错型亚结构。

④通过降低层错能，使位错易于扩展和形成层错，增加位错交互作用，防止交叉滑移。

10、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？（P15-P16）

答：①V、Cr、W、Mo、Ti、Al②Mn、Co、Ni、Cu ③V、Cr、W、Mo、Ti、Al ④Mn、Co、Ni

11、钢中常见的碳化物类型主要有六种，例如M6C就是其中的一种，另外还有其它哪五种？哪一种碳化物最不稳定？

答：①MeX、Me2X、Me3X、Me7X3、Me23X6②Me3X

12、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? （P21-

P22）

答：①根据合金元素对奥氏体、铁素体区存在范围的影响，可以依据实际需要选择合适的合金元素从而得到相应的组织②根据合金元素对Fe-Fe3C相图共析点、共晶点的影响，在热处理工艺实施中要判断一个合金钢是亚共析钢还是过共析钢，不能像碳钢那样根据Fe-Fe3C相图。而应根据Fe-C-Me三元相图和多元铁基合金系相图来进行分析。

13、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？（P23）答：合金元素形成的碳化物在高温下越稳定，越不易溶入奥氏体中，能阻碍晶界长大，显著细化晶粒。

14、为什么说得到马氏体随后回火处理是钢中最经济而又最有效的强韧化方法? （P31）答：①钢淬火形成马氏体。马氏体中溶有过饱和的碳和合金元素，产生很强的固溶强化效应；②马氏体形成时产生高密度位错，位错强化效应很大；③奥氏体转变为马氏体时，形成许多极细小的、取向不同的马氏体束，产生细晶强化效应。

④淬火后回火，马氏体中析出细碳化物粒子，间隙固溶强化效应大大减小，但产生强烈的析出强化效应。

15、简述合金元素对钢过冷奥氏体等温分解C曲线的影响规律？（P24）

答:合金元素可以使钢的C曲线发生显著变化。除Co外，几乎所有的合金元素使C曲线右移（即增大过冷奥氏体的稳定性，推迟珠光体型的转变）。合金元素的加入推迟珠光体型的转变的同时还可在连续冷却过程中得到贝氏体型组织的钢。同样合金元素的加入也影响着贝氏体型的转变。贝氏体转变中，合金元素的作用首先表现在对贝氏体转变上限温度B S点的影响。碳、锰、镍、铬、钼、钒、钛等元素都降低B S点，使得在贝氏体和珠光体转变温度之间出现过冷奥氏体的中温稳定区，形成两个转变的C曲线。碳化物形成元素增加碳原子的扩散激活能，减慢碳的扩散，对贝氏体转变有一定延缓作用，如钨、铜、钛、钒等元素。但钴可促进贝氏体转变。

马氏体转变是无扩散型转变，形核和长大速度极快，所以合金元素对马氏体转变动力学影响很小。除Co、Al以外，绝大多数合金元素都使M s和M f下降。

16、合金元素提高钢的回火稳定性的原因何在？（P26）

答：合金元素的一主要作用是提高钢的回火稳定性，即钢对回火时发生软化过程的抵抗能力，使回火过程各个阶段的转变速度大大减慢，将其推向更高的温度。表现在下面几个方面：（1）合金元素对淬火钢回火转变过程中马氏体分解的影响

在碳钢中，实际上所有的碳从马氏体的析出温度都在250℃~350℃左右，而在含碳化物形成元素的钢中，可将这一过程推移到更高的温度（400℃~500℃）。非碳化物形成元素对这一过程影响不大，但Si的作用比较独特，可以显著减慢马氏体的分解速度。

（2）合金元素对淬火钢回火转变过程中残余奥氏体转变的影响

合金元素大都使残余奥氏体的分解温度向高温方向推移。其中尤以Cr、Mn、Si的作用最为显著。

（3）合金元素对淬火钢回火转变过程中碳化物的形成、聚集和长大的影响

合金元素中Si和Al可以强烈推迟ε-碳化物向渗碳体的转变温度。Cr也有使转变温度升高的作用，不过比Si和Al的作用要小得多。此外Si和V、W、Mo、Cr还对碳化物的聚集长大过程起阻碍作用。

（4）合金元素对淬火钢回火转变过程中铁素体回复再结晶的影响

大多数合金元素均延缓铁素体的回复与再结晶过程，其中Co、Mo、W、Cr、V显著提高α相的再结晶温度，Si、Mn的影响次之，Ni的影响较小。

（5）合金元素对淬火钢回火转变过程中回火脆性的影响

Mn、Cr、Ni（与其它元素一起加入时）、P、V等增加回火脆性敏感性，Mo、W降低回火脆性敏感性。

17、叙述低合金钢的第二类回火脆性。（P28）

答：450~600℃间发生的第二类回火脆性主要与某些杂质元素以及合金元素本身在原奥氏体晶界上的严重偏聚有关，这类回火脆性在各类合金钢中均有发生，只是程度不同而已，这是一种可逆回火脆性。根据合金元素对第二类回火脆性的作用，可将合金元素分为三类：①增加回火

脆性敏感性的元素有：Mn、Cr、Ni（与其它元素一起加入时）、P、V等；②无明显影响的元素有：Ti、Zr、Si、Ni（单一元素作用时）；③降低回火脆性敏感性的元素有：Mo、W。18、防止钢铁材料腐蚀途径有哪些？（P40）

答：从提高钢本身的耐蚀性能即金属材料的成分、组织设计来说，可以有以下途径：第一是使钢对具体使用的介质能具有稳定钝化区的阳极极化曲线；第二是提高金属基体的电极电位，降低原电池的电动势；第三是减少微电池的数量，如使金属具有单相组织；第四是使金属表面形成稳定的钝化膜，如钢中加入硅、铝、铬等。

不锈钢的合金化就是在钢中加入合金元素来实现上述四条途径。实际上，加入不同的合金元素可以在一条途径或同时在几条途径上产生作用，使钢耐蚀。

19、钢材的强度随温度的变化将发生变化，从合金化的角度考虑如何提高钢的热强性？（P47）

答：1）提高金属材料基体的原子间结合力，强化基体，通常就要求选用高熔点的金属作为基体；2）对于已选用的耐热钢基体，还可通过固溶强化提高原子间的结合力，提高蠕变极限。如一定量的钼、铬、锰、硅等能显著提高α-Fe的蠕变极限；3）最佳利用晶界强化，使晶界适当地粗化，以减少薄弱的晶界数量，在减少晶界数量的同时，往往还对晶界进行净化和强化。如向钢中加入B、RE等化学性质活泼的元素，则可利用这些元素与易熔杂质形成高熔点的稳定化合物。4）采用难熔的合金碳化物作为第二相，如MC、M23C6、M6C等。为了获得更高的热强性，还可用热稳定性更高的金属间化合物，如Ni3(TiAl)、Ni3Ti、Ni3Al等作为基体的强化相。

20、工程构件用合金结构钢的成分和性能要求是什么？（P51）

答：工程构件用合金结构钢所要求的力学性能是弹性模量大，以保证构件有更好的刚度；有足够的抗塑性变形及抗破断的能力，即σs和σb较高，而δ和ψ较好；缺口敏感性及冷脆倾向性较小等。并要求具有一定的耐大气腐蚀及海水腐蚀性能和良好的冷变形性能和焊接性能。以工艺性能为主，力学性能为辅。成分设计上仍应是低碳钢（w C%≤0.25%）。

21、合金元素在低合金高强度结构钢中的作用是什么？为什么考虑低C？具体分析Mn、Si、Al、Nb、V、Ti、Cu、P、Cr、Ni对低合金高强钢性能的影响？（P51-53）

答：采用低碳主要是为了获得较好的塑性、韧性、焊接性能。Mn的固溶强化效果较大。Mn

是促使奥氏体长大的元素，但在构件用钢中，由于基体组织为铁素体加少量的珠光体，Mn能降低钢的A r1温度，降低奥氏体向珠光体转变的温度范围，并减缓其转变速度，因而表现出细化珠光体和铁素体的作用。Mn的含量在1%~1.5%范围内可促进铁素体在形变时发生交滑移，锰还使三次渗碳体难于在铁素体晶界析出，减少了晶界的裂纹源，这也将改善钢的冲击韧性。但应注意Mn的含量控制在2%以内。此外，Mn的加入还可使Fe-Fe3C相图中的S点左移，使基体中珠光体数量增多，因而可使钢在相同的碳含量下，随铁素体量减少，珠光体增多，致使强度不断提高。

辅加合金元素Al、V、Ti、Nb等，在普通低合金高强度结构钢中加入Al形成AlN的细小质点，以细化晶粒，这样既可提高强度，又可降低脆性转折温度T k。另外，加入微量的V、Ti、Nb等元素既可产生沉淀强化作用，还可细化晶粒，从而使强韧性得以改善。

为改善这类钢的耐大气腐蚀性能，应加入一定量的Cu和P。Cu元素沉积在钢的表面，具有正电位，成为附加阴极，使钢在很小的阳极电流下达到钝化状态。P在钢中可以起固溶强化的作用，也可以提高耐蚀性能；Ni和Cr都能促进钢的钝化，减少电化学腐蚀；加入微量的稀土金属也有良好的效果。必须指出的是，钢中同时加入这几种元素，则提高耐蚀性的效果更佳。

加入微量稀土元素可以脱硫去气，净化钢材，并改善夹杂物的形态与分布，从而改善钢的力学性能和工艺性能

22.什么是微合金化钢？什么是生产微合金化钢的主要添加元素？微合金化元素在微合金化钢中的作用是什么？

答：微合金化钢是在低合金高强度结构钢基础上发展起来的一大类高强度低合金钢。其化学成分特点是加入适量的微合金化合金元素；其工艺特点是运用控制轧制和控制冷却生产工艺。

主要添加元素是钛、铌、钒等。

微合金化元素在微合金化钢中的作用首先表现在抑制奥氏体形变再结晶。其次，微合金化元素能够阻止奥氏体晶粒的长大。再次，微合金化元素能够形成沉淀相促进沉淀强化作用。最后，微合金化元素能够改善钢的显微组织。

23.结合渗碳钢20CrMnTi和20Cr2Ni4A的热处理工艺规范，分析其热处理特点。

答：20CrMnTi钢齿轮可在渗碳后预冷到875℃直接淬火。20Cr2Ni4A通常可以采用下面的三种方法：第一种方法是淬火后进行冷处理（-60~-100℃），使残余奥氏体继续转变为马氏体；第二种方法是渗碳及正火后进行一次高温回火（600~620℃），随后再加热到较低温度

（Ac1+30~50℃），淬火，最后再进行低温回火，另外，在渗碳后进行喷丸强化，也可以有效地使渗层中的残余奥氏体转变为马氏体。

24.航空发动机轴常选用40CrNiMoA钢制造较为理想。

（1）试述其制造工艺路线中所选用的热处理工艺。

（2）从成分角度和力学性能说明选择此钢材的优越性和粗加工前后热处理工序的作用。答：（1）合金调质钢零件，在机械加工前的热处理和渗碳钢类似。在机械加工后的最终热处理，为调质处理，即淬火后进行高温回火，以获得所需的组织（回火索氏体）和性能（最佳的综合性能）。

（2）这类钢多半是铬镍钢，较多的Cr和Ni的适当配合可大大提高钢的淬透性，并获得优良的机械性能。加Mo还可消除回火脆性。40CrNiMoA钢主要用于制造大截面、重载荷的重要零件，如航空发动机轴、汽轮机主轴、叶轮等。粗加工前的热处理作用是调整好硬度，便于机械加工，粗加工后的调质处理是为了获得良好的综合机械性能。

25.合金元素在机器零件用钢中的作用是什么？就下列合金元素（Cr、Mn、Si、Ni、Mo、Al、Ti、W、V、B）各举一例钢种指出其作用是什么？

答：

26.叙述低合金钢的第二类回火脆性。一般认为低合金钢中第二类回火脆性的主要原因是什么？一般认为钼在减小低合金钢中第二类回火脆性方面的有效作用机理是什么？

答：低合金钢淬火后，在脆化温度(400～550℃)区回火，或经更高温度回火后缓慢冷却通过脆化温度区所产生的脆性。第二类回火脆性主要与某些杂质元素以及合金元素本身在原奥氏体晶界上的严重偏聚有关。合金元素M o能抑制杂质元素向A晶界的偏聚，而且自身也不偏聚。

27.热成形弹簧与滚动轴承钢都属于高碳钢，它们在合金化和热处理上有什么不同？

答：合金化的不同：热成形弹簧加入Si、Mn，加入Cr、W、V，Nb克服硅锰弹簧钢的不足，弹簧钢均为优质钢（P≤0.04%，S≤0.04%）或高级优质钢（P≤0.035%，P≤0.035%）。滚动轴承钢加入主加合金元素铬，加入硅、锰、钒等合金元素以进一步提高淬透性，降低S、P含量，提高冶金质量。

热处理的不同：热成形弹簧钢的热处理是在热成形之后于830℃~870℃进行油冷淬火，然后再于420℃~520℃左右进行中温回火，获得回火屈氏体，渗碳体以细小的颗粒分布在相的基体上。滚动轴承钢预先热处理通常采用球化退火，最终热处理是淬火加低温回火。

28.（1）GCr15钢是什么类型的钢？

（2）若GCr15钢的显微组织为片状珠光体和网状碳化物，试画出其组织示意图。

（3）问该组织（片状珠光体和网状碳化物）是如何获得的？

（4）这种钢中碳和铬的含量约为多少？

（5）说明这些碳和铬分别以什么形式存在于钢的哪些相结构中？

（6）碳和铬的主要作用分别是什么？

（7）为什么这类钢的铬含量不宜过高？

（8）这种钢的基本用途是什么？其预先热处理的最终热处理分别是什么？

答：（1）高碳铬轴承钢。

（2）图略。

（3）GCr15由于锻轧时会出现碳化物网状组织，终锻温度较高且冷却速度较慢时;或退火温度较高,碳化物沿晶界析出而形成的。

（4）含碳量1%，含铬量1.5%

（5）轴承钢中的碳一部分存在于马氏体基体中以强化马氏体；另一部分形成足够数量的碳化物以获得所要求的耐磨性。钢中部分铬形成的合金渗碳体(Fe,Cr)3C。

（6）C的作用：固溶强化提高硬度; 形成碳化物。Cr的作用：提高淬透性、耐磨性、耐蚀性。

（7）当铬含量高于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，同时还会增加碳化物的不均匀性，降低钢的韧性。

（8）基本用途是制造轴承，用来支撑轴。预先热处理：（扩散退火，正火）+球化退火；最终热处理：淬火+低温回火+（稳定化处理）

29.合金元素在渗碳钢和氮化钢中的作用有何异同点？（P65-66、P73）

答：相同：合金元素都影响着这两种钢的渗层深度和表面硬度。

不同：合金元素降低C在铁素体中的扩散系数的同时，将减少氮化层深度。C也降低N的扩散系数。

渗碳钢：加合金元素Cr、Mn、Ni、Si、B等可提高钢材淬透性，提高机件强度和韧性；碳化物形成元素在渗碳后于表层形成碳化物，提高硬度和耐磨性；Ni对渗碳层和心部的韧性非常有利；强碳化物形成元素V、Ti、Mo、W等组织奥氏体晶粒长大，同时增加渗碳层硬度，进一步提高耐磨性。合金元素还影响渗碳速度和表层碳浓度。

氮化钢：Cr、Mo、Al等合金元素在渗氮后于表层形成合金氮化物提高其硬度、耐磨性。30.将含11~14%Mn和1.0~1.2%C的合金钢淬火，生产出一种具有高冲击韧性的有用的合金钢

（Hadfield锰钢）。试从冶金学角度解释含有这样高的碳，为什么它的冲击韧性却很高？

（P93）

答：这种钢含有大量奥氏体化元素，在铸造条件下共析转变难以充分进行，故其铸态组织为奥氏体加碳化物。铸造成型后，性质硬而脆。固溶处理后可得单相奥氏体组织，这种奥氏体组织软且有很高的韧性，并具有低的屈服强度。这种组织在受到冲击载荷及高压力的作用下，通过大量形变在奥氏体基体中产生大量层错、形变孪晶、ε-马氏体和α-马氏体，成为位错运动的阻碍。经强烈冲击后，钢的表面硬度极大提高，而心部仍保持优良的冲击韧性。故即使这种钢含碳量高，其冲击韧性也很高。

31.从奥氏体化温度淬火到室温的Hadfield锰钢具有奥氏体组织和很高的加工硬化速率。在加工硬化过程中形成奥氏体组织（而没有马氏体，即使有也很少）并析出ε碳化物。观察到的反常的高加工硬化速率是哪些显微组织变化引起的？（P94）

不会

32.分析低碳马氏体型结构钢的优越性及适用范围。（P84-86）

答：优越性：在静载下有良好的强度、塑性和韧性的配合，即使C含量提高到0.25%，这种优良性能仍存在；有低缺口敏感性，低疲劳缺口敏感性；与中碳调质钢比，其冷脆倾向小；有良好的工艺性能和工艺质量，较高的综合力学性能。

适用范围：用于机械制造工业，是机械制造用钢的一个重要分支。

33.为使马氏体时效钢硬化，一般对其进行什么热处理？试述马氏体时效钢的强化机理。

（P92）

答：（1）热处理工艺：815℃固溶处理（1h）,随后空冷至室温；再480℃时效3～6h后空冷（2）强化机理：这类钢在加热与冷却过程中有相变滞后现象。所谓相变滞后是指这类钢在冷却过程中冷却到260℃～320℃左右时发生马氏体相变，即形成马氏体组织，但把形成的马氏体组织再加热时，则必须加热到520℃左右时，马氏体才分解。由于这类马氏体组织加热到一定温度范围仍保持不变，从而保证了时效强化得以进行。

34.机器零件用钢矛盾普遍性在哪里？机器制造中不同结构的零件，由于各有其矛盾的特殊性，往往在锻造、机加工以后整体淬火，而后分别在低、中、高温回火状态下使用。试举例分析合金元素和热处理工艺在上述不同使用状态下是如何实现的？（P65、P67、P71、P77）不会

答：矛盾普遍性：既要求强度和韧性以保证机器零件体积小、结构紧凑及安全性好，又要求有良好的疲劳性能和耐磨性等。

举例：合金渗碳钢：渗碳后的最终热处理工艺为淬火加低温回火。通常零件渗碳表面为高碳回火马氏体加细小碳化物，因而有很高的硬度和耐磨性。

合金调质钢：机械加工后最终热处理为调质处理，即淬火加高温回火，以获所需的回火索氏体和最佳综合性能。

合金弹簧钢：在热成形之后与830℃～870℃进行油冷淬火，后于420℃～520℃左右进行中温回火，获得回火屈氏体，渗碳体以细小的颗粒分布在相的基体上。

35.采用普通碳素工具钢的优点是什么？局限性是什么？（P11、P99）

不会

答：优点：高的硬度和耐磨性

局限性：红硬性、强度、韧性和尺寸稳定性不够高

36.低合金量具刃具用钢中的合金元素是哪些？各有什么用途？（P100-101）

答：主要合金元素：、、、W、V等。其中、、主要是提高淬透性，同时强化马氏体基体，提高回火稳定性；溶入渗碳体，形成合金渗碳体时，还有利于提高钢的耐磨性。是碳化物形成元素，在低合金工具钢中的良好作用在于提高过冷奥氏体的稳定性，从而增加淬

透性，因而可采用较缓和的冷却介质，减小热应力引起的变形；同时由于它既存在于渗碳体中，又存在于固溶体中，因而既能阻止渗碳体型碳化物的聚集、长大，又能提高马氏体的分解温度，从而有效提高回火抗力；和一样，还能防止的石墨化倾向。加入钢中不形成碳化物，只溶于固溶体，增加珠光体和过冷奥氏体的稳定性；同时，在回火过程中阻碍马氏体第二阶段的分解和渗碳体的聚集，从而提高回火稳定性；同时能增加刃具的稳定性。也提高钢的淬透性，并且淬火后有较多的残余奥氏体可减少钢的变形量。W和V能提高硬度和耐磨性，并防止钢在加热时的过热，保持晶粒细化。W在钢中能形成较稳定的碳化物，阻止钢的过热，保证晶粒细化；钢中少量的V能形成VC，高温很稳定，因此V能降低钢的过热敏感性，并能增加350-400回火后的韧性。

37.为改善耐震性、提高淬透性，耐震工具钢的化学成分是如何改进的？

未能查到。。。。。。SORRY!

38．什么是红硬性？为什么它是高速钢的一种重要性能？哪些元素在高速钢中提供红硬性？(P100、105、106)

答：.(1)所谓红硬性就是指钢在受热条件下，仍能保持足够高的硬度和切削能力，这种性能也称为钢的热硬性。（2）高速钢在服役过程中受到工件和切屑的强烈摩擦作用，在切削过程中，这种摩擦功和被去除材料的塑性变形功将以热的形式释放出来，使刃具温度升高，切削速度越快，刃具升温越高，这将使得刃具的性能下降，如硬度、强度下降，磨损加快等，这都不利于保证加工效率和质量，因此高速钢需要有较好的红硬性。（3）、W、V、、等。

39.钨型高速钢的优、缺点是什么？钨-钼型工具钢的优、缺点是什么？（P106）

答：（1）钨系：优点:回火稳定性较好、硬度较高、耐磨性好、显著提高红硬性并减小过热敏感性；缺点：W含量过高则钢中碳化物的不均匀性增加，强度、塑性降低；过低则使碳化物总量减少，钢的熔点下降，从而影响红硬性；W的大量加入也强烈降低了钢的导热性，使得高速钢的加热和冷却必须缓慢进行；在相似性能的高速钢中，经济性不如钨钼系高速钢好。（2）钨钼系：优点：碳化物细小，分布均匀，具有较高的强度、韧性和良好的耐磨性，在950-1150范围内有良好的热塑性，便于热加工。缺点：碳化钼不如碳化钨稳定，因而脱碳倾向大，并且晶粒易于长大，因而使得淬火炉的气氛及温度控制要求较严。

40．根据高速钢的物理冶金原理，分析讨论碳和合金元素在高速钢中的作用规律。(P105-106) 答：研究发现合金元素及碳含量满足合金碳化物分子式中定比关系时，钢淬火及回火时的合金碳化物的沉淀对钢的硬化(二次硬化)效果最好，这被称为定比碳规律（也称为平衡碳理论）。从物理本质来看，我们希望在保证适当韧性的前提下，通过成分配比和热处理获得尽可能高的室温硬度。由于合金碳化物较硬，仅从提高高速钢的硬度考虑，希望所有的碳都和合金元素化合成合金碳化物，这便是定比碳规律的思路。研究结果指出：合金元素形成碳化物引起的钢硬度增加远小于回火析出的碳化物效应。所以高速钢热处理时，要尽可能选择高的淬火温度，因为这样可以使尽可能多的残余碳化物溶解，在随后的回火时，有尽可能多的碳化物析出，从而获得高的室温硬度。很明显，当合金元素高于化合比时，形成碳化物后的合金元素余量只能起固溶强化作用，并且合金元素扩散距离短，合金化合物易于聚集长大;当合金元素低于化学比时，形成合金碳化物后多余的碳以 C 方式析出。因此，成分符合定比碳规律时，二次硬化效果应较好。

41.根据18-4-1高速钢从液态冷凝至室温时发生的反应和铸态显微组织特征。为什么高速钢在热处理之前一定要大量的热加工？其最终热处理的加热温度为什么高达1280℃？在加热过程中为什么要在600~650℃和800~850℃进行二次预热保温？（P108、109、110）

答：（1）反应即为从液相中析出以下组织：鱼骨状莱氏体（Ld）+共析体（黑色）+马氏体（白亮色）+残余奥氏体（A）；（2）高速钢铸态组织中的碳化物数量很高，且分布极不均匀。这种不均匀性对高速钢的力学性能和工艺性能以及刃具的使用寿命有很大影响。所以为了消除这类不均匀的组织缺陷，常采用大量热加工的方法来将碳化物击碎并使其均匀分布在基体中；（3）高速钢的优越性只有在正确的淬火及回火之后才能发挥出来。淬火加热温度越高，合金元素溶于奥氏体的数量越多，淬火之后马氏体的合金元素亦越多。只有合金元素含量高的马氏体才具有高的红硬性。而对高速钢红硬性作用最大的合金元素（W、V、）只有在1000以上时，其溶解度才急剧增加。因此高达1280。（4）因为高速钢的导热性差，而淬火温度又极高，所以常常分两段或三段加热。高速钢采用先预热还可缩短在高温处理停留的时间，这样可减少氧化脱碳及过热的危险性。

42.叙述生产最终淬火及回火6-5-4-2高速钢需要进行的热处理。三次回火的目的是什么？这种回火在组织上引起什么样的变化？（P111、112、113）

答：（1）淬火加热温度：1210-1230，保温足够长时间后用油冷（对形状复杂，细长杆件或薄片零件可采用分级淬火和等温淬火等），然后再进行三次560保温1h的回火处理；（2）为了消除淬火应力，稳定组织，减少残余奥氏体的数量，达到所需要的性能，并且产生二次硬

化和二次淬火现象以显著提高高速钢的硬度。（3）高速钢在回火过程中过剩碳化物不发生变化，只有马氏体和残余奥氏体发生转变，从而引起钢的性能的变化。马氏体的变化：在150-400℃温度范围内，约在270℃自马氏体中析出ε-碳化物，然后逐步转变为C并聚集长大，相应的硬度有所下降；由于析出的C的聚集和大部分淬火应力的消除，强度、塑性增加。在400-500℃回火温度范围内，马氏体中的Cr向碳化物中转移，与此同时，渗碳体型的碳化物逐渐转变为弥散的富Cr的合金碳化物（），使钢的硬度又逐渐上升。在500-600℃之间，钢的硬度、强度和塑性均有提高，而在550-570℃时可达到硬度、强度的最大值。在此温度区间，自马氏体中析出弥散的钨（钼）及钒的碳化物（、、VC），使钢的硬度大幅度地提高，这种现象称为二次硬化。残余奥氏体的变化：在500-600℃之间，还发生残余奥氏体的压应力松弛，且由其中析出了部分碳化物，使残余奥氏体中合金元素及碳含量下降，Ms点升高。这种贫化了的残余奥氏体，在回火后的冷却过程中，又转变为马氏体，使钢的硬度也有所提高，这种现象称为二次淬火。

43.冷加工高碳高铬工具钢的主要用途是什么？

答：冷冲模、冲头、冷剪切刀、拉丝刀等

44. 高碳高铬工具钢耐磨性极好的原因？抗氧化性的原因？

答：耐磨性：高碳高铬主要形成大量的（Cr Fe）7C型碳化物，硬度很高

抗氧化性：

45.Cr12MoV钢一次硬化处理和二次硬化处理对钢的组织和性能的影响。

答：一次：较低的淬火温度尽兴回火。使其具有较高的硬度和耐磨性，娇小的热处理变形

二次：高的淬火温度。得到较高的回火稳定性。淬火后有大量的残余奥氏体，硬度较低。然后用较高的温度多次回火，转化为马氏体，硬度提高。

46.为什么高碳高铬工具钢含铬很高，却不是不锈钢？

答：铬含量不够高，13%以上。只是耐磨钢，不是不锈钢。

47.热加工工具钢的用途，三种类型，添加什么样的合金元素，作用是什么？

答：用途：制作锤锻模

类型：锤锻模热挤压模压铸模

加入Cr Mn Ni Si W V等合金元素，一方面强化铁素体基体和增加淬透性，另一方面可以提高钢的回火稳定性，并产生二次硬化。

48.合金调质钢与工具钢在化学成分、热处理工艺。使用状态下的组织及淬火、回火后的性能有什么不同？

49.铁中加多少铬可以不锈？铬是铁素体还是奥氏体稳定剂？

答：13%。

50、在Fe-Cr-C合金中，碳是铁素体稳定剂还是奥氏体稳定剂？试加解释。（P133）

答：碳是奥氏体稳定剂。由13%Cr马氏体不锈钢的平衡组织图可知，对于1Cr13钢，在高温时形成α相；对于2Cr13和3Cr13钢，高温下处于α+γ两相区；对于4 Cr13钢，在高温下处于γ单相区。故可知C为奥氏体稳定剂。

51、在Fe-Ni合金中，镍是铁素体稳定剂还是奥氏体稳定剂？试加解释。（P15）

A（GS 答：镍是奥氏体稳定剂。Ni与γ-Fe形成无限固溶体，与α-Fe形成有限固溶体，使

3 A（JN线）升高，故为奥氏体稳定剂。

线）降低，

4

52、Fe-Cr合金中的σ相是什么？为什么在工程合金中它被认为是有害的？（P130）

答：σ相是Fe-Cr化合物（我也不确定，不太会。。。）

因为σ相具有高的硬度（68HRC以上），形成时还伴随着相当大的体积效应，又常常沿晶界分布，故引起很大的脆性，并可能促进晶间腐蚀，故在工程合金中被认为是有害的。53、为什么铁素体不锈钢对设计工程师具有价值？（P128）

答：因为铁素体不锈钢都是高铬钢，铬含量从13%到30%，随着铬含量的增加，钢的耐蚀性能增加。铁素体的耐蚀性（对硝酸氨水等）和抗氧化性均较好，特别是抗应力腐蚀性能较好，但力学性能及工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构和抗氧化钢使用，故对设计工程师具有价值。

54、为什么在所有正常的热处理温度下，铁素体不锈钢的组织基本上保持为铁素体？

（P128）

答：铁素体不锈钢都是高铬钢，由Fe-Cr相图可知，由于铬稳定α的作用，在铬含量到达13%时，铁铬合金将无γ相变，从高温到低温一直保持α铁素体，故在正常的热处理温度下，铁素体不锈钢的组织基本上保持为铁素体。

55、为什么铁素体不锈钢在退火状态下使用？为什么它们不经过热处理以得到马氏体？

（P131）

答：因为高铬铁素体不锈钢平衡态组织为铁素体+铬的碳化物。在加热和冷却过程中有碳化物的溶解析出过程，所以这类钢的热轧退火态组织为富铬的合金铁素体+碳化物。碳化铬的析出容易产生点蚀，在导致碳化物周围贫铬区时会产生晶间腐蚀倾向。高温下部分α→γ相变，会使冷却过程中产生马氏体转变，增加钢的脆性并促进晶间腐蚀倾向。因此为了获得成分均匀的铁素体组织和减少碳化铬的析出，消除精简腐蚀倾向，铁素体不锈钢在热轧后常采用淬火，退火两种热处理制度。

56、举出铁素体不锈钢中所发现的三种脆性，并对其中每一种试加叙述。（P130-131）

答：三种脆性：粗晶脆性、σ相脆性和475℃脆性。

粗晶脆性：高铬铁素体不锈钢在加热和冷却时不发生固态相变，因此铸态下的粗大晶粒组织不能通过相变重结晶来细化，一般只能通过压力加工碎化。当压力加工温度达到再结晶温度时，发生在结晶和晶粒的正常长大；当温度超过850℃~900℃以上，再结晶晶粒发生显著粗化。粗大晶粒导致这类钢的冷脆性倾向增大，冷脆转变温度高，室温时冲击韧性很低。这类钢中常加入少量的Ti来控制晶粒长大的倾向，并且在压力加工时必须将终锻或终轧温度控制在750℃以下。

σ相脆性：根据Fe-Cr相图，45%Cr在820℃开始形成σ相。Cr含量降低时，形成σ相的温度降低。Cr含量低于30%时，由于低温原子扩散困难，已经很难形成σ相。由于σ相具有高的硬度（68HRC以上），形成时还伴随着相当大的体积效应，又常常沿晶界分布，故引起很大的脆性，并可能促进晶间腐蚀。对于已形成σ相的钢，重新加热到820℃以上保温半小时，可使σ相重新溶入δ铁素体，随后快冷，从而消除σ相脆性，恢复钢的韧性。

475℃脆性：高铬钢中，Cr含量大于15%时，在400℃~525℃温度范围内长时间加热后或在此温度范围内缓慢冷却时，钢在室温下变得很脆，这个现象尤以475℃加热最甚，故称为475℃脆性。对于已产生475℃脆性的钢，可通过700℃~800℃短时加热，然后快冷的办法来消除。

57、一般认为引起铁素体不锈钢产生475℃脆性的机理是什么？

答：475℃加热时，铁素体内固溶的Cr原子有序化，形成富Cr的体心立方点阵α''相

（80%Cr、20%Fe），α''相在{100}晶面族上或位错处析出，并与母相保持共格关系，引起较大的晶格畸变和内应力，使钢的强度增加，韧性下降。P131

58、不锈钢中产生高温脆性问题的原因是什么？怎么才能防止铁素体不锈钢中产生高温脆性问题？

答：原因：认为是自高温冷却下来的过程中，钢中的错与碳和氮形成化合物并在晶内和晶界析出的结果。这种析出物的存在不仅降低钢的韧性，也降低钢的耐腐蚀性。

解决：通过将钢加热到750- 850C ，然后以较快速度冷却来消除，使钢的塑性得到恢复。（网上资料）

59、什么使Fe-18%Cr-8%Ni合金如此特殊？

答：当铁基固溶体中Cr的含量达到n/8量时，固溶体的电极电位有一个突跃提高。由于Ni也有助于钝化，所以当Cr和Ni的总量=18+8=26时，固溶体基体的电极电位接近n/8规律中n=2的电位值，这样既得到了单相奥氏体，又得到了较好的钝化性能，从而使耐蚀性达到了较高的水平。也正是由于这两方面的原因，使得18-8的成分设计成为奥氏体不锈钢的基本成分。

60、除镍外，什么其他元素有助于不锈钢保持奥氏体组织？

答：Mn、N可以提高奥氏体稳定性。奥氏体不锈钢中加入强碳化物形成元素钛或铌，形成稳定的TiC或NbC，固定钢中的C。再加入Mo、Cu、Ti可以抗还原性酸。

61、采用什么术语来形容对晶间腐蚀敏感的奥氏体不锈钢？引起奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的机理是什么

答：术语：敏化

在不锈钢和镍基合金中晶间腐蚀的机制可以分为三种基本类型：一是腐蚀与保证材料在该介质中耐蚀的元素沿晶界区贫化有关；二是腐蚀与沿晶界析出物的化学稳定性有关；三是腐蚀由降低基体耐蚀性的表面活性元素沿晶界偏析所引起。

62、在奥氏体不锈钢中加钛和铌怎样防止晶间腐蚀？

答：加入稳定的碳化物形成元素（Ti、Nb），析出特殊碳化物，消除晶间贫铬区。

固溶处理

950℃~1050℃

调节处理（催

冷处理

冷塑性变形沉淀强化

63、为什么含碳0.08%的奥氏体不锈钢在1050-1120℃退火后必须迅速冷却？

答：奥氏体不锈钢有一个敏化区，其温度区域在450～850，如果在在这个范围内持稳，其沿晶界会有大量的Cr与C形成碳化铬，从而使晶界边缘出现贫铬带，其沿晶界的耐蚀能力大大下降，因此会造成材料的使用寿命下降，一般来说固溶处理在1050～1120度可以使热加工或者铸造堆冷过程中产生的碳化铬分解并溶解，同时急剧冷却，使其不在敏化区停顿，使C元素固溶于晶格的间隙。

64．在什么温度范围内，奥氏体不锈钢最易遭受晶间腐蚀？为什么在这温度范围？对奥氏体不锈钢而言，何谓稳定处理? （P138）

答：敏化温度450℃-800℃范围内。

奥氏体不锈钢晶间腐蚀主要是在敏化温度区间内容易导致沿晶界析出连续网状富铬的(Cr,Fe)23C6。从而使晶界周围基体产生贫铬区，贫铬区的宽度约为10-5cm。在析出(Cr,Fe)23C6时间不太长的时间内，由于铬的扩散速度较慢，贫铬区得不到恢复。贫铬区的产生使得晶界附近的铬含量被降低到n/8量限度以下，因而贫铬区成为微阳极而发生腐蚀。（P138）含钛或含铌的奥氏体不锈钢的一种提高抗晶间腐蚀能力的热处理方法。在奥氏体不锈钢冶炼时加入数倍于含碳量的钛或铌元素，可在形成Cr23C6之前优先形成钛或铌的碳化物，这些碳化物几乎不固溶于奥氏体中。在焊接从高温冷却时，即使经过易析出Cr23C6的敏化温度区间(850～450℃)时也不会沿晶界大量析出Cr23C6，从而大大提高了抗晶间腐蚀的能力。为了使钢达到最大的稳定度，还应作稳定化处理，即将构件加热至900℃使Cr23C6充分溶解到奥氏体中，而此时让钛和铌充分形成非常稳定的碳化钛和碳化铌。然后在空气中冷却，即使经过敏化温度时，也无Cr23C6在晶界析出。经稳定化处理后的奥氏体不锈钢便大大降低了晶间腐蚀的可能性。（P138、百度）

65．为什么与奥氏体或者铁素体不锈钢相比，马氏体不锈钢的耐腐蚀性较差?（P132）

答：马氏体不锈钢的平均含碳量高于奥氏体或者铁素体不锈钢，随着含碳量的增加，第二相数量增加，合金元素铬更多的与碳形成化合物，固溶与马氏体的铬含量减少，耐蚀性较差。

66．为什么碳是马氏体不锈钢中的主要合金添加剂？

答：要在室温形成马氏体，高温时必须产生大量奥氏体，马氏体中铬含量12%-18%（铬为α相稳

定元素扩大高温α相区），因此就必须有一定量的碳（碳为γ相稳定元素）扩大高温γ相区。

67．在含0.6~1.1%较高碳量的马氏体不锈钢中，含16~18％铬怎样会得到马氏体组织?

答：这类钢的热处理方法通常是淬火及低温回火。由于含铬量高，共析点S左移，高碳高铬马氏体不锈钢已属于过共析钢。加热奥氏体化后，组织中仍会保留一定量的过剩的含铬碳化物。这类钢常在淬火后再低温回火处理的状态下使用，组织为回火马氏体和合金碳化物。

68．为什么δ铁素体的存在对马氏体沉淀硬化不锈钢的强度性能是有害的？

69．沉淀硬化不锈钢作为工程材料的优点是什么？（P150）

答：固溶后奥氏体有很好的成形性能和良好的焊接性，易于加工成型，随后经强化处理又具有马氏体钢强度高硬度高的优点，并且热处理温度不高，没有变形氧化等缺点。

70．叙述淬硬17-7PH型不锈钢所需的热处理顺序。一般认为，什么是17-4PH合金中的硬

化沉淀相？ 17-7PH型不锈钢的沉淀硬化机理是什么？（P148）

答：

沉淀硬化相为NiAl。

通过Cr、Ni和Mn、Al等元素的配合，可使M S点调整在室温到-78℃之间，以便通过冷处理或塑性变形产生马氏体相变。Mo、Al等是析出金属间化合物沉淀强化的元素，它们能形成马氏体共格的Ni(Al、Ti)或NiTi等的沉淀硬化相，从而导致沉淀硬化效应。

71、低碳珠光体耐热钢（锅炉蒸汽管道用钢）在使用过程中经常出现哪几个问题而影响使用寿命的？（P151~153）

答：（1）锅炉管道中存在具有一定压力的过热蒸汽，承受了较大载荷，因此高温下强度不够。

（2）在温度和应力的长期作用下，珠光体球化使钢的高温强度明显降低。

（3）碳化物聚集长大，大多发生在晶界。严重时在晶界长成连续的薄膜，使刚的持久强度和持久塑性显著降低。

（4）钢中的碳发生石墨化，即碳化物分解成游离石墨，石墨存在于钢中割裂了基体（相当于小裂纹），使钢的强度及塑性显著下降。

72、珠光体热强钢中稳定组织、提高热强性的合金化原则是什么？试分析锅炉管用典型钢种的成分、热处理、性能及其应用范围。（P152~154）

答：合金化原则：1低碳，即这类钢的碳含量在0.08%~0.20% 2固溶强化主加元素Cr 、Mo，辅加元素V、Ti、Nb、W等 3第二相强化

锅炉管用典型钢种中含有Cr、Mo、V等合金元素，显著提高了淬透性，强烈推迟珠光体区转变，使这类钢在正火时获得大量贝氏体组织。

基体经过Cr、Mo的固溶强化作用，再结晶温度提高，使这种强化在高温回火时仍能保持，故这类刚一般采用正火加高温回火。正火温度一般980℃~1020℃，回火温度高于使用温度100℃~150℃.

以Cr、Mo合金化的钢种，热强性和碳钢相比有显著提高，抗氧化性和使用温度都有较大提高，部分刚还具有良好的焊接及冷弯性能。

主要用来制造锅炉、汽轮机及石油提炼设备等等

73、奥氏体耐热钢及合金按主要强化相不同可分成哪三种类型？（P163）

答：固溶强化型奥氏体耐热钢、碳化物沉淀强化型奥氏体耐热钢、金属间化合物强化型奥氏体耐热钢。

74分析讨论奥氏体耐热钢中稳定组织、提高热强性的合金化原则，结合锅炉、燃气轮机制造业的要求分析固溶处理型、沉淀强化型奥氏体耐热钢的典型钢号在成分、热处理、性能方面的特点。（P163）

答：合金化原则：固溶强化固溶体的原子间结合力，强化固溶体，强化晶界；形成碳化物强化相

固溶处理型成分是在奥氏体不锈钢的基础上发展起来的，在奥氏体基体中添加Mo、W、Nb 等合金元素，提高Ni含量的同时降低Cr含量；沉淀强化型具有高的Cr、Ni含量，又有W、Mo、V、Nb等强碳化物形成元素和较高的C含量。

固溶处理型热处理采用固溶淬火；后者采用固溶淬火和时效沉淀。

前者具有良好的焊接性能以及压力热加工和冷冲压性能，能制管和轧成薄板，能通过薄板冲压和焊接制成零件；后者具有高的抗氧化性和抗蚀性。

75、综合比较不锈钢与耐热钢在失效环境与失效机制、合金化、热处理上的异同？

（P128~163）

答：失效环境与失效机制：不锈钢发生应力腐蚀和晶间腐蚀；耐热钢在高温下强度降低合金化：前者加入合金元素，提高钢基体的电极电位，从而提高钢的抗电化学腐蚀能力。加入合金元素使钢的表面形成一层稳定的、完整的与钢的基体结合牢固的钝化膜；后者加入合金元素提高钢的热强性。

热处理：前者铁素体型不锈钢采用淬火、退火；马氏体型采用软化处理、调制处理、淬火及低温回火等；奥氏体型采用固溶处理、退火；后者珠光体型耐热钢采用正火加高温回火；奥氏体型采用固溶处理。

76、分析合金元素对提高热强钢的热强性和热稳定性方面的特殊作用规律，比较高温用和常温用合金结构钢的合金化方向？（此题不会啊）

答：高温用合金结构钢合金化方向为提高钢的高温热强性，使之能在更高温度下工作。

常温用合金结构钢合金化方向为提高钢的热稳定性，防止应力腐蚀等等。

77、高温合金是怎样分类的？铁基高温合金合金化的途径有哪些？（P151 P167~168）

答：1、按基体元素分为：铁基高温合金、镍基或钴基高温合金

按制备工艺不同分为：变形高温合金、铸造高温合金、粉末冶金高温合金

按合金强化方式分为：固溶强化型、沉淀强化型、金属间化合物、氧化物弥散强化型、纤维强化型等。

按使用特性分为：高强度合金、高屈服强度合金、抗松弛合金、低膨胀合金、抗热腐蚀合金等。

2、途径：固溶强化、时效硬化、金属间化合物沉淀强化

78、为什么单晶高温合金的性能要好于定向凝固高温合金，而定向凝固高温合金的性能又好于铸造高温合金？

书上、PPT、百度。无果

79、铸铁作为工程材料，有什么优点？（P172）

答：生产工艺简单、成本低廉并具有优良的铸造性能、可切削加工性能、耐磨性能及吸震性能等。因此被广泛的应用于机械制造、冶金、矿山及交通运输等工业部门。

80、叙述四种主要铸铁的显微组织。（P173）

答：只要根据铸铁中石墨形态的不同，可分为四种：

一、灰铸铁，石墨呈片状存在。力学性能不高，生产工艺简单、价格低廉。

二、球墨铸铁，石墨呈球状存在。力学性能比灰铸铁高，而且可以通过热处理进一步提高力学性能。

三、蠕墨铸铁，石墨呈蠕虫状存在，即其石墨形态介于片状与球状之间。其力学性能也介于灰铸铁和球墨铸铁之间。

四、可锻铸铁，石墨呈团絮状存在。力学性能（特别是韧性和塑形）较灰铸铁高，并接近于球墨铸铁。

81、什么元素在灰口铸铁中是最重要的促进石墨化的元素？什么元素是碳化铁稳定剂？

（P178、179）

答：C和Si都是强烈促进石墨化的元素。（但是当，C%大于3.2%，Si%大于2.2%时，促进能力减弱）

Mn是碳化铁稳定剂

82、一般认为产生片状石墨而不是球状石墨的机理是什么？（P180）

答：石墨的晶体结构为变态六方晶格，每层碳原子排列成正六角形（基面），原子间结合能力特别强，相邻两层碳原子（柱面）间距较大，结合力很弱。所以，在石墨晶体的长大过程中，在已形成石墨的某一原子层面上所生长的另一层新原子层，如果不够大，则这层新原子层就有可能重新熔入铁液中，因此沿垂直于原子层面方向生长速度较慢；相反，在每一原子层面上边缘的碳原子，总还有一个共价键是没有结合的，只要铁液中有个别碳原子进入适当的位置，便能很牢固地结合上去，所以在沿着垂直于柱面方向上石墨的生长速度就较快。

另一方面，由于石墨晶体是在与铁液相接触的条件下生长的，石墨晶体的形成与长大总是伴随着其周围铁液中的碳浓度的降低，凝固点升高，生成一层包围着石墨片的奥氏体（壳），但奥氏体实际上很难把石墨完全包围，石墨片的端部仍直接与铁液相接触，这样，石墨片向两侧加厚的生长必须依靠碳原子从铁液中通过奥氏体扩散到石墨周围再结合到石墨两侧面上，与此同时，还必须使铁原子向奥氏体层外作反方向扩散，显然这些扩散过程是比较困难的，古石墨片向两侧方向的生长是比较慢的；相反，由于石墨片的端部与铁液直接接触，碳原子的扩散和铁原子的反向扩散比较容易进行，因此石墨片的生长过程呈现出加厚慢，沿平面方向生长快。

故，最终生长成为片状。

83、利用石墨的晶体-结构模型，说明在铸铁凝固过程球状石墨是怎样形成的？为什么在延性铸铁中硫和磷的含量要保持很低？（P185）

答：根据结晶学的一般原理，界面能与生长速度有相反的关系，即相间张力小的界面生长速度快，相间张力大的界面生长速度慢。在一般熔炼条件下，液体铁水中均含有一定量的S、O,由于S、O的原子半径很小，比石墨柱面上的原子间距最小距离小的多，因此表现出很强的活性，极易吸附在柱面上。柱面上吸附S、O原子以后，界面能大大降低，当低于基面的界面能时，石墨在柱面上的生长速度就大于在基面上的生长速度，最终生长成片状石墨。如果在铁水中加入球化剂，由于球化剂中含有一定量的Mg、Ce、Ca、Y等球化元素，这些元素与S、O 有很强的亲合力，能与S、O形成化合物，从而降低了柱面上S、O的吸附，也就提高了柱面上的界面能，使基面上的界面能重新低于柱面，其结果使基面的生长速度大于柱面的生长速度，最终形成球状石墨或蠕虫状石墨。另外，加入球化剂还会使铁水产生较大的过冷度，这也是形成球状石墨的原因之一。总之，较大的过冷度和基面上的界面能小于柱面上的界面能是形成球状石墨的必要条件。

第二问：书上、PPT、百度。无果

84、可锻铸铁工程上的优点是什么？它们的主要缺点是什么？（P189）

答：优点：可锻铸铁的力学性能优于灰铸铁，并接近于同类基体的球墨铸铁，尤其是珠光体基体可锻铸铁，强度已可与铸钢比美。可锻铸铁与球墨铸铁相比，还具有铁水处理简易、质量稳定、废品率低等优点。所以可锻铸铁常用于制作一些截面积较薄而形状复杂，工作时受振动而强度、韧性要求较高的零件。此外，珠光体可锻铸铁的可切削加工性在铁基合金中是最优良的，可进行高精度切削加工，另外，珠光体可锻铸铁还可以通过火焰加热或感应加热进行表面淬火。黑心可锻铸铁强度虽然不高，但具有良好的塑性和韧性。

缺点：白心可锻铸铁表里组织不同、力学性能差，特别是韧性较低。

85.试述高铬耐磨白口铸铁的组织?

答：在Cr达到12%，铬碳比达到一定值时，铁碳的凝固过程有了改变，导致更高硬度的

M7C3（7和3为下标）型碳化物生成，而非M3C型。同样M7C3型碳化物不仅硬度比M3C 型更高，且组织形态也与割裂基体的蜂窝状M3C型碳化物不同，而是结实、不连续的条块状，其结果大大改善了韧性。

86．三种主要的耐蚀铸铁是什么?决定这些合金的耐蚀性的主要因素是什么?

答：分别是稀土中硅铸铁、含铜高硅铸铁、含钼高硅铸铁（不确定，书上没有）

主要因素：合金元素Cr、Mo、Cu、Ni、Si等的加入可以提高铸铁基体的电极电位；同时，Si、Al、Cr等的加入能使铸铁表面、形成一层致密完整而牢固的保护膜；此外，加入的合金元素还可改善铸铁组织中石墨的形状、大小和分布，以减小原电池的数量和降低电动势的大小而提高铸铁的耐蚀性。

87．为制得耐热铸铁，使用什么合金添加剂?

答：Si、Al、Cr等合金元素

88．孕育处理、球化处理及蠕化处理的区别是什么?

答：孕育处理是促进铸铁中晶核产生，得到细小均匀分布的片状石墨的工艺，二球化处理是使石墨核心由片状变为球状的工艺，但无法产生石墨核心，故需孕育处理为前置处理；蠕化处理则让片状石墨变为蠕虫状。

89．试述铸铁的石墨化过程。可锻铸铁的石墨化退火应该属于哪个阶段？

答: 第一阶段，即液相亚共晶结晶阶段。包括，从过共晶成分的液相中直接结晶出一次石墨和共晶成分的液相结晶出奥氏体加石墨由一次渗碳体和共晶渗碳体在高温退火时分解形成的石墨。

第二阶段，即共晶转变亚共折转变之间阶段。包括从奥氏体中直接析出二次石墨和二次渗碳体在此温度区间分解形成的石墨。

第三阶段，即共折转变阶段。包括共折转变时，形成的共析石墨和共析渗碳体退火时分解形成的石墨。

可锻铸铁的石墨化退火既有第一阶段又有第二阶段。