金属材料学必考重点

金属材料学必考重点
金属材料学必考重点

近代物理学的观点认为,处于凝聚态的金属原子,全部或大部将它们的价电子贡献出来,为其整个原子集体所公有,称之为电子云或电子气。

贡献出价电子的原子,则变为正离子,沉浸在电子云中,它们依靠运动于其间的公有化的自由电子的静电作用而结合起来,这种结合方式叫做金属键,它没有饱和性和方向性。

固体金属根据其原子排列特点可以分为三类:晶体金属、非晶金属和准晶金属

晶体结构指晶体中原子在三维空间有规律的周期性的具体排列方式

晶格——用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间格架。直线的交点(原子中心)称结点。由结点形成的空间点的阵列称空间点阵。

晶胞——能代表晶格原子排列规律的最小几何单元。

晶格常数——取晶胞角上某一结点作为原点,沿其三条棱边作为三个坐标轴X、Y、Z,称为晶轴,以棱边长度a、b、c和棱面夹角α、β、γ表示晶胞的形状和大小。其中棱边长度称为晶格常数,单位为?

最典型最常见的有三种类型,即体心立方结构、面心立方结构和密排六方结构。前两者属于立方晶系,后者属于六方晶系。

体心立方结构的晶胞模型如图所示。晶胞的三个棱边长度相等,三个轴间夹角均为90°,构成立方体。除了在晶胞的八个角上各有一个原子外,在立方体的中心还有一个原子

面心立方结构的晶胞如图所示。在晶胞的八个角上各有一个原子,构成立方体,在立方体六个面的中心各有一个原子

密排六方结构的晶胞如图所示。在晶胞的12个角上各有一个原子,构成六方柱体,上底面和下底面的中心各有一个原子,晶胞内还有三个原子

在晶体中,由一系列原子所组成的平面称为晶面,任意两个原子之间连线所指的方向称为晶向。

为了便于研究和表述不同晶面和晶向的原子排列情况及其在空间的位向,需要有一种统一的表示方法,这就是晶面指数和晶向指数。

原子排列完全相同的晶向和晶面称作晶向族或晶面族。分别用{hkl}和表示

原子的紧密程度不同,意味着原子之间的距离不同,则导致原子间结合力不同,从而使晶体在不同晶向上的物理、化学和力学性能不同,即无论是弹性模量、断裂抗力、屈服强度,还是电阻率、磁导率、线膨胀系数以及在酸中的溶解速度等方面都表现出明显的差异。

具有两种或几种晶体结构,即具有多晶型或同素异构

当外部条件(如温度和压强)改变时,金属内部由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变称为多晶型转变或同素异构转变。

晶体缺陷不但对金属及合金的性能,其中特别是那些对结构敏感的性能,如强度、塑性、电阻等产生重大的影响,而且还在扩散、相变、塑性变形和再结晶等过程中起着重要作用

点缺陷

其特征是三个方向上的尺寸都很小,相当于原子的尺寸,例如空位、间隙原子等。

线缺陷

其特征是在两个方向上的尺寸很小,另一个方向上的尺寸相对很大。属于这一类的主要是位错。

面缺陷

其特征是在一个方向上的尺寸很小,另外两个方向上的尺寸相对很大,例如晶界、亚晶界等。点缺陷破坏了原子的平衡状态,使晶格发生扭曲,称晶格畸变。从而使强度、硬度提高,塑性、韧性下降。

位错有多种类型,其中最简单、最基本的类型有两种:一种是刃型位错,另一种是螺型位错

位错是一种极为重要的晶体缺陷,它对于金属的强度、断裂和塑性变形等起着决定性的作用

刃型位错

设有一简单立方晶体,某一原子面在晶体内部中断,这个原子平面中断处的边缘就是一个刃型位错,犹如用一把锋利的钢刀将晶体上半部分切开,沿切口硬插入一额外半原子面一样,将刃口处原子列称之为刃型位错线

刃型位错具有以下几个重要特征

1)刃型位错有一额外半原子面。

2)位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道,其中既有正应变,又有切应变。对于正刃型位错,滑移面之上晶格受到压应力,滑移面之下为拉应力。负刃型位错与此相反。

3)位错线与晶体的滑移方向相垂直,位错线运动的方向垂直于位错线

螺型位错

设想在立方晶体右端施加一切应力,使右端上下两部分沿滑移面发生了一个原子间距的相对切变,于是就出现了已滑移区和未滑移区的边界BC,BC就是螺型位错线。由于位错线附近的原子是按螺旋形排列的,所以这种位错叫做螺型位错。

螺型位错具有以下重要特征:

1)螺型位错没有额外半原子面。

2)螺型位错线是一个具有一定宽度的细长的晶格畸变管道,其中只有切应变,而无正应变。

3)位错线与晶体的滑移方向平行,位错线运动的方向与位错线垂直。

柏氏矢量

柏氏矢量是描述位错实质的一个很重要的标志,它集中地反映了位错区域内畸变总量的大小和方向

位错对金属材料性能的影响

金属的塑性变形主要由位错运动引起,阻碍位错运动是强化金属的主要途径。

减少或增加位错密度都可以提高金属的强度

实际晶体中经常含有大量的位错,通常把单位体积中所包含的位错线的总长度称为位错密度另一个定义是:穿过单位截面积的位错线数目,单位也是cm-2。

晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的界面称为晶粒间界,简称晶界。

当相邻晶粒的位向差小于10°时,称为小角度晶界;位向差大于10°时,称为大角度晶界由于晶界上的原子或多或少地偏离了其平衡位置,因而就会或多或少地具有晶界能,一般为1~3J/m2。晶界能越高,则晶界越不稳定。

高的晶界能就具有向低的晶界能转化的趋势,这就导致了晶界的运动。晶粒长大和晶界的平直化都可减少晶界的总面积,从而降低晶界的总能量。

晶界的迁移是原子的扩散过程,只有在比较高的温度下才有可能进行。

晶粒越细,金属材料的强度和硬度便越高。因此,对于在较低温度下使用的金属材料,一般总是希望获得较细小的晶粒。

由于晶界能的存在,使晶界的熔点低于晶粒内部,且易于腐蚀和氧化。晶界上的空位、位错等缺陷较多,因此原子的扩散速度较快,在发生相变时,新相晶核往往首先在晶界形成。正应力只能引起弹性变形及解理断裂。

只有在切应力的作用下金属晶体才能产生塑性变形

塑性变形的形式:滑移和孪生

滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。

滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最小切应力称临界切应力。

滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。?

因原子密度最大的晶面和晶向之间原子间距最大,结合力最弱,产生滑移所需切应力最小。发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面和滑移方向。通常是晶体中的密排面和密排方向。一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。

滑移系越多,金属发生滑移的可能性越大,塑性也越好,其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。

金属的塑性,面心立方晶格好于体心立方晶格, 体心立方晶格好于密排六方晶格。

滑移是通过滑移面上位错的运动来实现的。

金属晶粒越细,晶界总面积越大,位错障碍越多;需要协调的具有不同位向的晶粒越多,使金属塑性变形的抗力越高。

晶粒越细,单位体积内晶粒数目越多,参与变形的晶粒数目也越多,变形越均匀,使在断裂前发生较大的塑性变形。强度和塑性同时增加,金属在断裂前消耗的功也大,因而其韧性也比较好。

通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称细晶强化。

结晶过程一定是凝固过程和相变过程,凝固过程不一定是结晶过程和相变过程,相变过程不一定是结晶过程和凝固过程。

非均匀形核更为普遍。

晶核的长大有两种方式,即均匀长大和树枝状长大

金属晶粒的大小称为晶粒度,通常用晶粒的平均面积或平均直径来表示。也可以用单位体积内晶粒的数目来表示。数目越多,晶体越小。

晶粒大小对金属的力学性能、物理性能和化学性能均有很大的影响。如金属的强度、硬度、塑性和韧性等都随晶粒细化而提高。

金属在固态下随温度的改变,由一种晶格变为另一种晶格的现象,称为金属的同素异晶转变。组成合金的最基本的独立物质称为组元,组元可以是元素或稳定化合物。

合金的优良性能是由合金各组成相的结构及其形态所决定的。

组织是指用肉眼或显微镜所观察到的材料的内部微观形貌(相、晶粒、晶界、缺陷、夹杂物等)。

合金中的相结构

一类是固溶体,其晶体结构与组成合金的一个金属组元的结构相同;习惯以α、β、γ表示。与合金晶体结构相同的元素称溶剂。其它元素称溶质。

另一类是金属化合物(中间相),其晶体结构与组元的结构不同。

在固溶体中,随着溶质浓度增加,固溶体的强度、硬度提高,而塑性、韧性有所下降,这种现象称为固溶强化

与纯金属相比,固溶体的强度、硬度高,塑性、韧性低。

与金属化合物相比,固溶体硬度要低得多,而塑性和韧性则要高得多。

从液相中结晶出单一固相的转变称为匀晶转变或匀晶反应

共晶反应的产物,即两相的机械混合物称共晶体或共晶组织。发生共晶反应的温度称共晶温度。代表共晶温度和共晶成分的点称共晶点。

具有共晶成分的合金称共晶合金。在共晶线上,凡成分位于共晶点以左的合金称亚共晶合金,位于共晶点以右的合金称过共晶合金。

在一定温度下,由一个液相包着一个固相生成另一新固相的反应称包晶转变或包晶反应。共析反应(共析转变)是指在一定温度下,由一定成分的固相同时析出两个成分和结构完全不

同的新固相的过程

铁碳合金中的共析体称珠光体用P表示

奥氏体

碳在γ-Fe中的固溶体称奥氏体强度低、塑性好,钢材热加工都在γ区进行

A或γ表示

含碳量对力学性能的影响

亚共析钢随含碳量增加,P 量增加,钢的强度、硬度升高,塑性、韧性下降。

0.77%C时,组织为100% P, 钢的性能即P的性能。

>0.9%C,Fe3CⅡ为晶界连续网状,强度下降, 但硬度仍上升。

>2.11%C,组织中有以Fe3C为基的Le’,合金太脆。

含碳量对工艺性能的影响

①切削性能: 中碳钢合适

②可锻性能: 低碳钢好

③焊接性能: 低碳钢好

④铸造性能: 共晶合金好

热处理只适用于固态下发生相变的材料,不发生固态相变的材料不能用热处理强化。

热处理?

是指将钢在固态下加热、保温和冷却,以改变钢的组织结构,获得所需要性能的一种工艺。普通热处理

退火

正火

淬火

回火

表面热处理

表面淬火—感应加热、火焰加热、电接触加热等

化学热处理—渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等

其他热处理

控制气氛热处理

真空热处理

形变热处理

激光热处理

影响奥氏体晶粒长大的因素

⑴加热温度和保温时间:

加热温度高、保温时间长, 晶粒粗大。

⑵加热速度:

加热速度越快,过热度越大, 形核率越高, 晶粒越细。

⑶合金元素:

阻碍奥氏体晶粒长大的元素: Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等碳化物和氮化物形成元素。

促进奥氏体晶粒长大的元素:Mn、P、C、N。

⑷原始组织:

钢的原始组织越细,碳化物弥散度越大,则奥氏体晶粒越细小

奥氏体在相变点A1以下不立即发生转变,而经过一个孕育期后才开始转变,这种在孕育期暂时存在的、处于不稳定状态的奥氏体称为“过冷奥氏体”

过冷奥氏体是非稳定组织,迟早要发生转变。

随过冷度不同,过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。根据片层厚薄不同,又细分为珠光体、索氏体和托氏体厚》薄

片间距越小,钢的强度、硬度越高,而塑性和韧性略有改善。

珠光体转变是扩散型转变

下贝氏体除了强度、硬度较高外,塑性、韧性也较好,即具有良好的综合力学性能,是生产上常用的强化组织之一

贝氏体转变属半扩散型转变,即只有碳原子扩散而铁原子不扩散,晶格类型改变是通过切变实现的。

马氏体转变是强化钢的重要途径之一

马氏体的形态主要取决于其含碳量:

C%小于0.2%时,组织几乎全部是板条马氏体。

C%大于1.0%C时几乎全部是针状马氏体.

C%在0.2~1.0%之间为板条与针状的混合组织。

原始奥氏体晶粒细,转变后的马氏体片也细。

马氏体的硬度主要取决于其含碳量。含碳量增加,其硬度增加

马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。此外,马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。

马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。针片马氏体脆性大,板条马氏体具有较好的塑性和韧性。

⑴无扩散性

⑵共格切变性

⑶降温形成

⑷高速长大

⑸转变不完全

过冷奥氏体的转变方式有等温转变和连续冷却转变两种

退火与正火主要用于预备热处理,只有当工件性能要求不高时才作为最终热处理。

将钢加热至适当温度保温,然后缓慢冷却(炉冷) 的热处理工艺叫做退火。

正火是将亚共析钢加热到Ac3+30~50℃,共析钢加热到Ac1+30~50℃,过共析钢加热到Accm+30~50℃保温后空冷的工艺。

正火比退火冷却速度大。

要改善切削性能,低碳钢用正火,中碳钢用退火或正火,高碳钢用球化退火。

淬火是将钢加热到临界点以上,保温后以大于临界冷却Vk速度冷却,使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。

淬火是应用最广的热处理工艺之一。

淬火目的

获得马氏体组织,提高钢的性能。

淬火的关键因素:

淬火温度

淬火介质

淬火方法

淬透性

淬透性的测定常用末端淬火法

回火是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的工艺。

回火时力学性能变化总的趋势是随回火温度提高,钢的强度、硬度下降,塑性、韧性提高。第一类回火脆性

又称不可逆回火脆性。是指淬火钢在250~350℃回火时出现的脆性。

这种回火脆性是不可逆的,只要在此温度范围内回火就会出现脆性,目前尚无有效消除办法。回火时应避开这一温度范围。

第二类回火脆性

又称可逆回火脆性。是指淬火钢在500-650℃范围内回火后缓冷时出现的脆性.

回火后快冷不出现,是可逆的。

防止办法:

⑴回火后快冷。

⑵加入合金元素W (约1%)、Mo(约0.5%)。该法更适用于大截面的零部件。

淬火加高温回火的热处理称作调质处理,简称调质。

表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下,利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。

表面淬火目的:

①使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限;

②心部在保持一定的强度、硬度的条件下,具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧

用作表面淬火最适宜的钢种是中碳钢和中碳合金钢

渗碳温度:为900~950℃。

按化学成分分

碳素钢是指含碳量低于2.11%的铁碳合金。

合金钢是指为了提高钢的性能,在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。按用途分

结构钢

工具钢

特殊性能钢

S:是有害杂质元素。

常以FeS形式存在。易与Fe在晶界上形成低熔点共晶(985℃),热加工时(1150~1200℃),由于其熔化而导致开裂,称热脆性。

P:也是有害杂质元素。

能全部溶入铁素体中,使钢在常温下硬度提高,塑性、韧性急剧下降,称冷脆性。

0.045%以下

氢在缺陷处以分子态析出时,会产生很高内压,形成微裂纹,其内壁为白色,称白点或发裂。

合金元素在钢中的作用

㈠对钢中基本相的影响

1、溶于铁素体, 起固溶强化作用

2、形成碳化物,起强化相作用

Ni、Mn、Co、C、N等是扩大奥氏体相区元素

Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等是缩小奥氏体相区元素

提高耐回火性:淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力称耐回火性。

含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时,由于析出细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时A’转变为M回,使硬度不仅不下降,反而升高的现象称二次硬化

渗碳件的加工工艺路线为:下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火+低温回火

高速钢加工工艺路线:下料→锻造→退火→机加工→淬火→三次回火→磨削

防止电化学腐蚀的措施:

①获得均匀的单相组织。

②提高合金的电极电位。

③使表面形成致密的钝化膜。

㈡不锈钢中合金元素的作用

1、低碳:碳高,则降低耐蚀性。

2、Cr:是提高耐蚀性的主要元素

①形成稳定致密的Cr2O3氧化膜.

②Cr含量大于13%时,形成单相铁素体组织。

③提高基体电极电位(n/8规律)

3、Ni:获得单相奥氏体组织

4、Mo:耐有机酸腐蚀

5、Ti, Nb: 防止奥氏体钢晶间腐蚀

提高高温强度的途径:

①固溶强化;

②析出强化;

③晶界强化(加入B、Zr等降低晶界能量)

铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。

根据碳在铸铁中存在形式的不同,铸铁可分为三类:

1.白口铸铁

2.灰口铸铁

3.麻口铸铁

工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。

根据灰口铸铁中石墨形态的不同,又可分为:

(1)灰铸铁

(2)球墨铸铁

(3)蠕墨铸铁

(4)可锻铸铁

铸铁的性能特点

⑴力学性能低。由于石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞,破坏了基体的连续性,且易导致应力集中。

⑵耐磨性能好。石墨本身有润滑作用。

⑶消振性能好。石墨可以吸收振动能量。

⑷铸造性能好。铸铁硅含量高, 成分接近于共晶。

⑸切削性能好。石墨使车屑容易脆断,不粘刀。

铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化。

灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约占铸铁总产量的80%以上。

常对灰铸铁进行孕育处理,以细化片状石墨。

常用的孕育剂有硅铁和硅钙合金。

经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁

热处理只改变基体组织,不改变石墨形态。

灰铸铁强度只有碳钢的30~50%,热处理强化效果不大。

灰铸铁常用的热处理有:

①消除内应力退火(又称人工时效)

②消除白口组织退火

③表面淬火

球墨铸铁是石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到。

球墨铸铁的抗拉强度、塑性、韧性高于其他铸铁;冲击疲劳抗力高于中碳钢;塑性和韧性却低于钢。

球墨铸铁可进行各种热处理,如退火、正火、淬火加回火、等温淬火等。

蠕墨铸铁是石墨呈蠕虫状的灰口铸铁。蠕墨铸铁中石墨形似片状,但石墨片短而厚,端部较钝、较圆。

液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的。蠕化剂为稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。

蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁,其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。

可锻铸铁是石墨呈团絮状的灰口铸铁,是由白口铸铁经石墨化退火获得的。

造成零件失效的原因错综复杂、多种多样,一般将其分为四个主要方面:设计、材料、加工与使用

塑性指标δ、ψ数值的大小只能表示在单向拉伸应力状态下的塑性,不能表示复杂应力状态下的塑性。

过分地追求高的冲击韧性值,结果会造成零件笨重和材料浪费。

有时即使采用了高的冲击韧性值,也不能可靠地保证零构件不发生脆断。

对于含裂纹的构件,当低应力脆断为主要危险时,其承载能力已不是由屈服强度所控制,而是取决于材料的断裂韧度,必须依据断裂韧性进行选材,才能确保安全。

通常材料的强度与塑性、韧性是相互矛盾的,强度高则塑性、韧性低。

传统的设计思想过分追求塑性、韧性,使零件普遍存在塑性、韧性有余而强度不足,故寿命不高。若适当降低对塑性、韧性的要求而提高强度,则会使零件寿命大幅度提高。

但也不能走向另一个极端,认为强度愈高愈好,对于含裂纹的零构件,应适当降低强度,提高塑性、韧性,例如火箭发动机壳体,过分追求强度,反而使其寿命降低。

选材一般应遵循三个基本原则:使用性能、工艺性能和经济性能,它们是辩证的统一体。

使用性能是材料在零件工作过程中所应具备的性能(包括力学性能、物理性能、化学性能),它是选材最主要的依据。

材料的工艺性能表示材料加工的难易程度。

铸造性能

主要指流动性、收缩、偏析、吸气性等。

接近共晶成分的合金铸造性能最好,因此用于铸造成形的材料成分一般都接近共晶成分。铸造性能较好的金属材料有铸铁、铸钢、铸造铝合金和铜合金等,铸造铝合金和铜合金的铸造性能优于铸铁和铸钢,而铸铁又优于铸钢。

金属材料的工艺性能

l)铸造性能

2)压力加工性能

3)机械加工性能

4)焊接性能

5)热处理工艺性能

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

金属材料学考试题库

第一章钢中的合金元素 1、合金元素对纯铁γ相区的影响可分为哪几种 答:开启γ相区的元素:镍、锰、钴属于此类合金元素 扩展γ相区元素:碳、氮、铜属于此类合金元素 封闭γ相区的元素:钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅属于此类合金元素 缩小γ相区的元素:硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素 2、合金元素对钢γ相区和共析点会产生很大影响,请举例说明这种影响的作用 答:合金元素对α-Fe、γ-Fe、和δ-Fe的相对稳定性以及同素异晶转变温度A3和A4均有很大影响 A、奥氏体(γ)稳定化元素 这些合金元素使A3温度下降,A4温度上升,即扩大了γ相区,它包括了以下两种情况:(1)开启γ相区的元素:镍、锰、钴属于此类合金元素 (2)扩展γ相区元素:碳、氮、铜属于此类合金元素 B、铁素体(α)稳定化元素 (1)封闭γ相区的元素:钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅 (2)缩小γ相区的元素:硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素 3、请举例说明合金元素对Fe-C相图中共析温度和共析点有哪些影响 答: 1、改变了奥氏体相区的位置和共析温度 扩大γ相区元素:降低了A3,降低了A1 缩小γ相区元素:升高了A3,升高了A1 2、改变了共析体的含量 所有的元素都降低共析体含量 第二章合金的相组成 1、什么元素可与γ-Fe形成固溶体,为什么

答:镍可与γ-Fe形成无限固溶体 决定组元在置换固溶体中的溶解条件是: 1、溶质与溶剂的点阵相同 2、原子尺寸因素(形成无限固溶体时,两者之差不大于8%) 3、组元的电子结构(即组元在周期表中的相对位置) 2、间隙固溶体的溶解度取决于什么举例说明 答:组元在间隙固溶体中的溶解度取决于: 1、溶剂金属的晶体结构 2、间隙元素的尺寸结构 例如:碳、氮在钢中的溶解度,由于氮原子小,所以在α-Fe中溶解度大。 3、请举例说明几种强、中等强、弱碳化物形成元素 答:铪、锆、鈦、铌、钒是强碳化物形成元素;形成最稳定的MC型碳化物钨、钼、铬是中等强碳化物形成元素 锰、铁、铬是弱碳化物形成元素 第四章合金元素和强韧化 1、请简述钢的强化途径和措施 答:固溶强化 细化晶粒强化 位错密度和缺陷密度引起的强化 析出碳化物弥散强化 2、请简述钢的韧化途径和措施 答:细化晶粒 降低有害元素含量 调整合金元素含量

中考初三化学复习提纲

初三化学中考复习提纲 第一单元走进化学世界 一、探究空气中二氧化碳含量和与二氧化碳相关的问题。 (1)怎样检验二氧化碳?(2)怎样证明吸入的空气中二氧化碳含量比呼出的气体低? (3)如何证明蜡烛的组成中含有碳、氢元素? 二、药品的取用 (1)如何取用密度较大的块状固体药品?如何取用粉末状固体药品?没有说明用 量一般取多少? (2)用细口瓶向试管中倾倒液体时应注意哪些问题? (3)量筒应该怎样正确读数?如果采用了俯视或仰视读数测量值与真实值的关系? 如何准确量取一定体积的液体?(4)如何称取粉末状的药品或易潮解的固体?用天平如何称量未知质量固体或定质量固体?砝码和游码应按什么样的顺序使用?如果药品 和砝码的位置颠倒,且使用了游码,能否知道药品的实际质量? 三、物质的加热 (1)如何正确地点燃或熄灭酒精灯?洒出的酒精在桌面上燃烧,应如何处理?它 的火焰哪一部分温度最高?怎样证明这一点?(2)加热试管里的液体或固体时,分别应注意哪些问题?两者有何区别? (3)给药品加热时,发现试管炸裂,可能原因有哪些? 四、药品和仪器的处理 (1)玻璃仪器洗涤干净的标志是什么?如何放置?(2)实验后药品能否放回原瓶? 第二单元我们周围的空气 一、空气的主要成分及作用 空气中主要含有哪些气体?每种气体分别有哪些用途? 二、实验探究空气中氧气的体积分数 (1)燃烧匙中一般放什么物质?给物质的量有什么要求?目的是什么? (2)能否用木炭、硫磺代替红磷?为什么?能否用铝箔、铁丝来代替红磷?为什么?如用木炭来做实验,又如何改进实验? (3)产生什么实验现象?得到什么结论?实验原理是什么? (4)若测定的氧气的体积分数明显偏小,有哪些可能原因? 三、大气污染物的来源和危害 空气中的污染物主要有哪些?原因是什么?空气被污染后会造成什么危害?

最新金属材料学课后习题总结

习题 第一章 1、何时不能直接淬火呢?本质粗晶粒钢为什么渗碳后不直接淬火?重结晶为什么可以细化晶粒?那么渗碳时为什么不选择重结晶温度进行A化? 答:本质粗晶粒钢,必须缓冷后再加热进行重结晶,细化晶粒后再淬火。晶粒粗大。A 形核、长大过程。影响渗碳效果。 2、C是扩大还是缩小奥氏体相区元素? 答:扩大。 3、Me对S、E点的影响? 答:A形成元素均使S、E点向左下方移动。F形成元素使S、E点向左上方移动。 S点左移—共析C量减小;E点左移—出现莱氏体的C量降低。 4、合金钢加热均匀化与碳钢相比有什么区别? 答:由于合金元素阻碍碳原子扩散以及碳化物的分解,因此奥氏体化温度高、保温时间长。 5、对一般结构钢的成分设计时,要考虑其M S点不能太低,为什么? 答:M量少,Ar量多,影响强度。 6、W、Mo等元素对贝氏体转变影响不大,而对珠光体转变的推迟作用大,如何理解? 答:对于珠光体转变:Ti, 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: 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的自扩散系数,增加Fe的扩散激活能。 3)减缓C的扩散。 对于贝氏体转变:W,Mo,V,Ti:增加C在γ相中的扩散激活能,降低扩散系数,推迟贝氏体转变,但作用比Cr,Mn,Ni小。 7、淬硬性和淬透性 答:淬硬性:指钢在淬火时硬化能力,用淬成马氏体可能得到的最高硬度表示。 淬透性:指由钢的表面量到钢的半马氏体区组织处的深度。 8、C在γ-Fe与α-Fe中溶解度不同,那个大? 答:γ-Fe中,为八面体空隙,比α-Fe的四面体空隙大。 9、C、N原子在α-Fe中溶解度不同,那个大? 答:N大,因为N的半径比C小。 10、合金钢中碳化物形成元素(V,Cr,Mo,Mn等)所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。 答:V:MC型;Cr:M7C3、M23C6型;Mo:M6C、M2C、M7C3型;Mn:M3C型。 复杂点阵:M23C6、M7C3、M3C、稳定性较差;简单点阵:M2C、MC、M6C稳定性好。 11、如何理解二次硬化与二次淬火? 答:二次硬化:含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时,由于析出细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时A’转变为M回,使硬度不仅不下降,反而升高的现象称二次硬化。 二次淬火:在高合金钢中回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体的现象称为二次淬火。

金属材料学复习思考题(2009)

金属材料学复习思考题 (2009) 第一章钢的合金化原理 1.名词解释 1)合金元素;2)微合金元素;3)奥氏体形成元素;4)铁素体形成元素; 5)原位析出; 6)离位析出 2.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? 3.简述合金元素对扩大或缩小γ相区的影响,并说明利用此原理在生产中有何意义? 4.简述合金元素对铁碳相图(如共析碳量、相变温度等)的影响。 5.合金钢中碳化物形成元素(V,Cr,Mo,Mn等)所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。 6.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。 7.合金元素对马氏体转变有何影响? 8.如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性? 9.如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的相关性与不同特点。 10.一般地,钢有哪些强化与韧化途径? 第二章工程结构钢 1.对工程结构钢的基本性能要求是什么? 2.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? 3.什么是微合金钢?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。 4.低碳贝氏体钢的合金化有何特点? 第三章机械制造结构钢 1.名词解释 1)液析碳化物;2)网状碳化物;3)水韧处理4)超高强度钢 2.对调质钢、弹簧钢进行成分、热处理、常用组织及主要性能的比较,并熟悉各自主要钢种。 3.液析碳化物和带状碳化物的形成、危害及消除方法。 4.说明易切削钢提高切削性能的合金化原理。 5.马氏体时效钢与低合金超强钢相比,在合金化、热处理、强化机制、主要性能等方面有何不同?6.高锰钢在平衡态、铸态、热处理态、使用态四种状态下各是什么组织?为何具有抗磨特性? 7.GCr15钢是什么类型的钢?这种钢中碳和铬的含量约为多少?碳和铬的主要作用分别是什么?其预先热处理和最终热处理分别是什么? 8.氮化钢的合金化有何特点?合金元素有何作用?

金属材料学复习资料

金属材料学复习资料 题型:判断,选择,简答,问答 第一章 1.要清楚的三点: 1)同一零件可用不同材料及相应工艺。例:调质钢;工具钢 代用 调质钢:在机械零件中用量最大,结构钢在淬火高温回火后具有良好的综合力学性能,有较高的强韧性。适用于这种处理的钢种成为调质钢。调质钢的淬透性原则,指淬透性相同的同类调质钢可以互相代用。 2)同一材料,可采用不同工艺。例:T10钢,淬火有水、水- 油、分级等。强化工艺不同,组织有差别,但都能满足零件要求。力求最佳的强化工艺。 淬火冷却方式常用水-油双液淬火、分级淬火。成本低、工艺性能好、用量大。 3)同一材料可有不同的用途。例:602有时也可用作模具。低合 金工具钢也可做主轴,15也可做量具、模具等。 602是常用的硅锰弹簧钢,主要用于汽车的板弹簧。低合金工具钢可制造工具尺寸较大、形状比较复杂、精度要求相对较高的模具。15只在对非金属夹杂物要求不严格时,制作切削

工具、量具和冷轧辊等。 2.各种强化机理(书24页) 钢强化的本质机理:各种途径增大了位错滑移的阻力,从而提高了钢的塑性变形抗力,在宏观上就提高了钢的强度。 1)固溶强化:原子固溶于钢的基体中,一般都会使晶格发生畸 变,从而在基体中产生弹性应力场,弹性应力场与位错的交互作用将增加位错运动的阻力。从而提高强度,降低塑韧性。 2)位错强化:随着位错密度的增大,大为增加了位错产生交割、 缠结的概率,所以有效阻止了位错运动,从而提高了钢的强度。但在强化的同时,也降低了伸长率,提高了韧脆转变温度。 3)细晶强化:钢中的晶粒越细,晶界、亚晶界越多,可有效阻 止位错运动,并产生位错塞积强化。细晶强化既提高了钢的强度,又提高了塑性和韧度,所以是最理想的强化方法。 4)第二相强化:钢中微粒第二相对位错有很好的钉扎作用,位 错通过第二相要消耗能量,从而起到强化效果。 根据位错的作用过程,分为切割机制和绕过机制。 根据第二相形成过程,分为回火时第二相弥散沉淀析出强化; 淬火时残留第二相强化。

有色金属冶金学复习资料要点

名词解释 1、冰铜:冰铜是在熔炼过程中产生的重金属硫化物为主的共熔体,是熔炼过程的主要产物之一,是以Cu2S-FeS系为主并溶解少量其它金属硫化物、贵金属、铂族金属、Se、Te、As、Sb、Bi等元素及微量脉石成分的多元系混合物。 2、闪速熔炼:闪速熔炼是将经过深度脱水的粉状精矿,在喷嘴中与空气或氧气混合后,以高速度从反应塔顶部喷入高温反应塔内进行熔炼的方法。 3、碱性精炼:是加碱于熔融粗金属中,使氧化后的杂质与碱结合成盐而除去的火法精炼方法。 4、碱性炉渣: 5、酸性炉渣: 6、直接炼铅:利用硫化铅精矿粉料在迅速氧化过程中放出大量的热,将炉料 迅速熔化,产出液态铅和熔渣,同时产出少量的高So2浓度的烟气,使硫得以回收的冶金过程。 7、槽电压:阳极压降、阴极压降、母线压降、分解和极化压降、电解质压降的总和。 8、电流效率:是指在电解槽通过一定电量时,阴极实际析出的金属 实际沉积铜量??100?%量与理论应析出的金属量的百分比,理论沉积铜量9、沸腾焙烧:沸腾焙烧是强化焙烧过程的新方法,是使空气以一定速度自下而上地吹过固体炉料层,固体炉料

粒子被风吹动互相分离,其状态如同水的沸运动的粒子处于悬浮状态,并作不停的复杂运动, 腾,因此称为沸腾焙烧。 10、冰镍:熔有金属的硫化物熔体。 11、还原硫化熔炼:冰镍和冰铜相似,也是硫化物的熔体。由于这种熔炼方法是将矿石中的镍、钴和部分铁还原并使其硫化为金属硫化物与熔渣分开,故称还原硫化熔炼。 12、硬头:在还原熔炼时,少量的铁与锡一道被还原,生成各种成分的合金,称为硬头。 13、灰吹:将贵铅进行氧化熔炼 14、贵铅:工业上称Ag-Pb合金为贵铅。 15、氰化法:用含氧的氰化物溶液,浸出矿石或精矿中的金银,再从浸出液中回收金银的方法称为氰化法。 16、汞齐化:将汞与含金矿粉混合,磨细,使汞首先对金湿润,继而溶解金形成汞膏,汞膏组成由不均匀至均匀直至接近Au2Hg成分的 过程称为汞齐化,将金从含金矿石中提取出来的方法,称为混汞法。 17、炭浆法:用活性炭直接从氰化浸出矿浆中吸附金银的方法,称为炭浆法,该法不仅可省去传统氰化法中的液固分离工序,还有利于氰化浸出率的提高。 18、直接熔炼:金属硫化物精矿不经焙烧或烧结焙烧直接生产出金属的熔炼方法称为直接熔炼。 铜冶炼

金属材料学总结

第一章 1、为什么钢中的硫和磷一般情况下总是有害的?控制硫化物形态的方法有哪些? 答:S与Fe形成FeS,会导致钢产生热脆;P与形成Fe3P,使钢在冷加工过程中产生冷脆性,剧烈降低钢的韧性,使钢在凝固时晶界处发生偏析。 硫化物形态控制:a、加入足量的锰,形成高熔点MnS;b、控制钢的冷却速度;c、改善其形态最好为球状,而不是杆状,控制氧含量大于0.02%;d、加入变形剂,使其在金属中扩散开防止聚焦产生裂纹。 2、钢的强化机制有哪些?为什么一般钢的强化工艺采用淬火加回火?答:a、固溶强化(合金中形成固溶体、晶格畸变、阻碍位错运动、强化) b、细晶强化(晶粒细化、晶界增多、位错塞积、阻碍位错运动、强化) c、加工硬化(塑性变形、位错缠绕交割、阻碍位错运动、强化) d、弥散强化(固溶处理的后的合金时效处理、脱溶析出第二相、弥散分布在基体上、与位错交互作用、阻碍位错运动、强化) 淬火处理得到强硬相马氏体,提高钢的强度、硬度,使钢塑性降低;回火可有效改善钢的韧性。淬火和回火结合使用提高钢的综合性能。 3、按照合金化思路,如何改善钢的韧性? 答:a、加入可细化晶粒的元素Mo、W、Cr; b、改善基体韧性,加Ni元素;

c、提高冲击韧性,加Mn、Si元素; d、调整化学成分; e、形变热处理; f、提高冶金质量; g、加入合金元素提高耐回火性,以提高韧性。 4、试解释40Cr13属于过共析钢,Cr12钢中已出现共晶组织,属于莱氏体钢。 答、Cr元素使共析点左移,当Cr量达到一定程度时,共析点左移到碳含量小于0.4%,所以40Cr13属于过共析钢;Cr12中含有高于12%的Cr元素,缩小Fe-C平衡相图的奥氏体区,使共析点右移。 5、试解释含Mn钢易过热,而含Si钢高淬火加热温度应稍高,且冷作硬化率高,不利于冷变性加工。 答:Mn在一定量时会促使晶粒长大,而过热就会使晶粒长大。 6、合金钢中碳化物形成规律①②③④⑤⑥⑦ 答:①、K类型:与Me的原子半径有关;②、相似相容原理;③、强碳化物形成元素优先于碳结合形成碳化物;④、NM/NC比值决定了K类型;⑤、碳化物稳定型越好,溶解越难,析出越难,聚集长大也越难。 第二章 1、简述工程钢一般服役条件、加工特点和性能要求。 答:服役条件:静载、无相对运动、受大气腐蚀。 加工特点:简单构件是热轧或正火状态,空气冷却,有焊接、剪切、

金属材料学复习资料

金属材料学复习资料 一.名词解释 1、合金元素: 为了得到一定的物理、化学或机械性能而特别添加到钢中的化学元素。(常用M 来表示) 2、微合金元素:有些合金元素如V,Nb,Ti, Zr和B等,当其含量只在0.1%左右(如 B 0.001%,V 0.2 %)时,会显著地影响钢的组织与性能,将这种化学元素称为微合金元素。 3、奥氏体形成元素:在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ相;如 Mn, Ni, Co, C, N, Cu; 4、铁素体形成元素: 在α-Fe中有较大的溶解度,且能稳定α相。如:V,Nb, Ti 等。 5、原位转变(析出): 元素向渗碳体富集,当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时, 合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物。 6、离位转变(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。 7、二次淬火:在强碳化物形成元素含量较高的合金钢中淬火后残余奥氏体十分稳定,甚至加热到500~600℃范围内回火时仍不分解,而是在冷却时部分转化成马氏体,使钢的硬度提高。 8、二次硬化:在含有Ti、V、Nb、Mo、W等较高合金淬火后,在500~600℃范围内回火,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 9、液析碳化物:由于碳和合金元素偏析,在局部微小区域内从液态结晶时析出的碳化物。 10、带状碳化物:由于二次碳化物偏析,在偏析区沿轧向伸长呈带状分布。 11、网状碳化物:过共析钢在热轧(锻)加工后缓慢冷却过程中由二次碳化物以网状析出于奥氏体晶界所造成的。 12、水韧处理:高锰钢铸态组织中沿晶界析出的网状碳化物显著降低钢的强度、韧性和抗磨性。将高锰钢加热到单相奥氏体温度范围,使碳化物充分溶入奥氏体,然后水冷,获得单一奥氏体组织。 13、超高强度钢:用回火M和下B作为其使用组织,经过热处理后一般讲,抗拉强度在大于1400MPa,(或屈服强度大于1250MPa)的中碳钢均称为超高强度钢。 14、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 成为微阳极而发生的腐蚀。 15、应力腐蚀:不锈钢在特定的腐蚀介质和拉应力作用下出现低于强度极限的脆性开裂现象。 16、n/8规律:加入Cr可提高基体的电极电位,但不是均匀的增加,而是突变式的。当Cr 的含量达到1/8,2/8,3/8,......原子比时,Fe的电极电位就跳跃式显著提高,腐蚀也显著下降。这个定律叫做n/8规律。 17、阳极极化:自流电通过阳极时,阳极电位偏离平衡电位而向正方向移动的现象。 18、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。 19、持久强度:在规定温度和规定时间断裂所能承受的应力(δε)。 20、持久寿命:它表示在规定温度和规定应力作用下拉断的时间。 21、碳当量:一般以各元素对共晶点实际含碳量的影响, 将这些元素的量折算成C%的增减, 这样算得的碳量称为碳当量(C.E)(C.E = C + 0.3 (Si+P)+ 0.4 S - 0.03 Mn由于S, P%低, Mn 的作用又较小C.E = C + 0.3 Si ) 22、共晶度:铸铁含C量与共晶点实际含C量之比, 表示铸铁含C量接近共晶点C%的程度。(共晶点实际C量= 4.3 - 0.3Si) 23、孕育处理:指在凝固过程中,向液态金属中添加少量其它物质,促进形核、抑制生长,

金属材料学复习思考题及答案

第一章钢的合金化原理 1.名词解释 1)合金元素: 特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学或机械性能的化学元素。(常用M来表示) 2)微合金元素: 有些合金元素如V,Nb,Ti, Zr和B等,当其含量只在0.1%左右(如B, 0.001%;V,0.2 %)时,会显著地影响钢的组织与性能,将这种化学元素称为微合金元素。 3)奥氏体形成元素:在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ相;如 Mn, Ni, Co, C, N, Cu; 4)铁素体形成元素: 在α-Fe中有较大的溶解度,且能稳定α相。如:V, Nb, Ti 等。5)原位析出: 元素向渗碳体富集,当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时, 合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物如Cr钢中的Cr: ε-Fe x C→Fe3C→(Fe, Cr)3C→(Cr, Fe)7C3→(Cr, Fe)23C6 6)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,可使硬度和强度提高(二次硬化效应)。如 V,Nb, Ti等都属于此类型。 2.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? 答: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:V、Cr; 能在γ-Fe 中形成无限固溶体:Mn、Co、Ni 3.简述合金元素对扩大或缩小γ相区的影响,并说明利用此原理在生产中有何意义?(1)扩大γ相区:使A3降低,A4升高一般为奥氏体形成元素 分为两类:a.开启γ相区:Mn, Ni, Co 与γ-Fe无限互溶. b.扩大γ相区:有C,N,Cu等。如Fe-C相图,形成的扩大的γ相区,构成了钢的热处理的基础。 (2)缩小γ相区:使A3升高,A4降低。一般为铁素体形成元素 分为两类:a.封闭γ相区:使相图中γ区缩小到一个很小的面积形成γ圈,其结果使δ相区与α相区连成一片。如V, Cr, Si, A1, Ti, Mo, W, P, Sn, As, Sb。 b.缩小γ相区:Zr, Nb, Ta, B, S, Ce 等 (3)生产中的意义:(请补充)。 4.简述合金元素对铁碳相图(如共析碳量、相变温度等)的影响。 答:1)改变了奥氏体区的位置:(请补充) 2)改变了共晶温度:(l)扩大γ相区的元素使A1,A3下降;如:(请补充)

2017-2018年北航材料科学与工程911材料综合考研大纲重难点

911材料综合考试大纲(2017年) 《材料综合》满分150分,考试内容包括《物理化学》、《材料现代研究方法》《材料科学基础》三门课程,其中《物理化学》占总分的50%,《材料现代研究方法》占总分的30%,《材料科学基础》占总分的20%。特别注意:《材料科学基础》分为三部分,考生可任选其中一部分作答。 物理化学考试大纲(2017年) 适用专业:材料科学与工程专业 《物理化学》是化学、化工、材料及环境等专业的基础课。它既是专业知识结构中重要的一环,又是后续专业课程的基础。要求考生通过本课程的学习,掌握化学热力学及化学动力学的基本知识;培养学生对化学变化和相变化的平衡规律及变化速率规律等物理化学问题,具有明确的基本概念,熟练的计算能力,同时具有一般科学方法的训练和逻辑思维能力,体会并掌握怎样由实验结果出发进行归纳和演绎,或由假设和模型上升为理论,并能结合具体条件应用理论分析解决较为简单的化学热力学及动力学问题。 一、考试内容及要求 以下按化学热力学基础、化学平衡、相平衡、电化学、以及化学动力学五部分列出考试内容及要求。并按深入程度分为了解、理解(或明了)和掌握(或会用)三个层次进行要求。 (一)化学热力学基础 理解平衡状态、状态函数、可逆过程、热力学标准态等基本概念;理解热力学第一、第二、第三定律的表述及数学表达式涵义;明了热、功、内能、焓、熵和Gibss函数,以及标准生成焓、标准燃烧焓、标准摩尔熵和标准摩尔吉布斯函数等概念。 熟练掌握在物质的p、T、V变化,相变化和化学变化过程中求算热、功以及各种热力学状态函数变化值的原理和方法;在将热力学公式应用于特定体系的时候,能应用状态方程(主要是理想气体状态方程)和物性数据(热容、相变热、蒸汽压等)进行计算。 掌握熵增原理和吉布斯函数减小原理判据及其应用;明了热力学公式的适用条件,理解热力学基本方程、对应系数方程。 (二)化学平衡 明了热力学标准平衡常数的定义,会用热力学数据计算标准平衡常数; 理解并掌握Van't Hoff等温方程及等压方程的含义及其应用,能够分析和计算各种因素对化学反应平衡组成的影响(如系统的温度、浓度、压力和惰性气体等)。 (三)相平衡 理解并掌握Clapeyron公式和Clausius-Clapeyron方程,并能进行有关计算。 理解相律的意义;掌握单组分体系和二组分体系典型相图的特点和应用,能用杠杆规则进行相组成计算,会用相律分析相图。 (四)电化学

材料科学基础知识点总结

金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容:面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径,八面体、四面体间隙个数;晶向指数、晶面指数的标定;柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容:密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径,密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶胞:在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元,用来分析原子排列的规律性,这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键:失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来,这种结合方式称为金属键。 位错:晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性: ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型;②柏氏矢量的守恒性,即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关;③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直;螺型平行;混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性: ①晶界的能量较高,具有自发长大和使界面平直化,以减少晶界总面积的趋势;②原子在晶界上的扩散速度高于晶内,熔点较低;③相变时新相优先在晶界出形核;④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚;⑤晶界易于腐蚀和氧化;⑥常温下晶界可以阻止位错的运动,提高材料的强度。 二、纯金属的结晶 重点内容:均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系;细化晶粒的方法,铸锭三晶区的形成机制。 基本内容:结晶过程、阻力、动力,过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷;结晶的热力学条件和结构条件,非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。 相起伏:液态金属中,时聚时散,起伏不定,不断变化着的近程规则排列的原子集团。 过冷度:理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。 变质处理:在浇铸前往液态金属中加入形核剂,促使形成大量的非均匀晶核,以细化晶粒的方法。 过冷度与液态金属结晶的关系:液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。从热力学的角度上看,

金属材料学 简要总结

《金属材料学》复习总结 第1章:钢的合金化概论 一、名词解释: 合金化:未获得所要求的组织结构、力学性能、物理性能、化学性能或工艺性能而特别在钢铁中加入某些元素,称为合金化。 过热敏感性:钢淬火加热时,对奥氏体晶粒急剧长大的敏感性。 回火稳定性:淬火钢在回火时,抵抗强度、硬度下降的能力。 回火脆性:淬火钢回火后出现韧性下降的现象。 二、填空题: 1.合金化理论是金属材料成分设计和工艺过程控制的重要原理,是材料成分、工艺、组织、 性能、应用之间有机关系的根本源头,也是重分发结材料潜力和开发新材料的基本依据。 2.扩大A相区的元素有:Ni、Mn、Co(与Fe -γ无限互溶);C、N、Cu(有限互溶); α无限互溶);Mo、W、Ti(有限互溶); 扩大F相区的元素有:Cr、V(与Fe - 缩小F相区的元素有:B、Nb、Zr(锆)。 3.强C化物形成元素有:Ti、Zr、Nb、V; 弱C化物形成元素有:Mn、Fe; 4.强N化物形成元素有:Ti、Zr、Nb、V; 弱N化物形成元素有:Cr、Mn、Fe; 三、简答题: 1.合金钢按照含量的分类有哪些?具体含量是多少?按含碳量划分又如何? ●按照合金含量分类:低合金钢:合金元素总量<5%; 中合金钢:合金元素总量在5%~10%; 高合金钢:合金元素总量>10%; ●按照含碳量的分类:低碳钢:w c≤0.25%; 中碳钢:w c=0.25%~0.6%; 高碳钢:w c>0.6%; 2.加入合金元素的作用? ①:与Fe、C作用,产生新相,组成新的组织与结构; ②:使性能改善。 3.合金元素对铁碳相图的S、E点有什么影响?这种影响意味着什么? (1)A形成元素均使S、E点向左下方移动,如Mn、Ni等; F形成元素均是S、E点向左上方移动,如Cr、V等 (2)S点向左下方移动,意味着共析C含量减小,使得室温下将得到A组织; E点向左上方移动,意味着出现Ld的碳含量会减小。 4.请简述合金元素对奥氏体形成的影响。 (1)碳化物形成元素可以提高碳在A中的扩散激活能,对A形成有一定阻碍作用; (2)非碳化物形成元素Ni、Co可以降低碳的扩散激活能,对A形成有一定加速作用。 (3)钢的A转化过程中存在合金元素和碳的均匀化过程,可以采用淬火加热来达到成 分均匀化。 5.有哪些合金元素强烈阻止奥氏体晶粒的长大?组织奥氏体晶粒长大有什么好处? (1)Ti、Nb、V等强碳化物形成元素会强烈阻止奥氏体晶粒长大,因为:Ti、Nb、V等

《金属材料学》考试真题及答案

一、选择题 1、细化晶粒对钢性能的贡献是强化同时韧化;提高钢淬透性的主要作用是使零件整个断面性能 趋于一致,能采用比较缓和的方式冷却。 2、滚动轴承钢GCr15的Cr质量分数含量为 1.5% 。滚动轴承钢中碳化物不均匀性主要是指碳化物液析、带状碳化物、网状碳化物。 3、选择零件材料的一般原则是使用性能要求、工艺性要求和经济性要求等。 4、凡是扩大丫区的元素均使Fe-C相图中S、E点向左下方移动,例Ni、Mn等元素;凡封闭Y区的元素使S、E点向左上方移动,例Cr、Si、Mo等元素。S点左移意味着共析碳含量减少,E点左移 意味着出现莱氏体的碳含量减少。 5、铝合金可分铸造铝合金和变形铝,变形铝又可分硬铝、超硬铝、锻铝和 防锈铝。 6、H62是表示压力加工黄铜的一个牌号,主要成份及名义含量是Cu62% Zn38% 。 7、在非调质钢中常用微合金化元素有Ti、V Nb N等,这些元素的主要作用是____________ 细化组织和相间沉淀析出强化。 8、球铁的力学性能高于灰铁是因为球铁中石墨的断面切割效应、石墨应力集中效应要比灰铁小 得多。 9、铝合金热处理包括固溶处理和时效硬化两过程,和钢的热处理最大区别是铝合金没有同 素异构相变。 1、钢的合金化基本原则是多元适量、复合加入。在钢中细化晶粒作用较大的合金元素有Ti、V Nb 等,细化晶粒对钢性能的作用是既强化又韧化。 2、在钢中,常见碳化物形成元素有Ti、Nb V Mo W Cr、(按强弱顺序排列,列举5个以上)。钢中二元碳化物分为两类:r c/r M < 0.59为简单点阵结构,有MC和M2C 型;r°/r M > 0.59为复杂点阵结构,有M23C6 、 M7C和M3C型。 3、选择零件材料的一般原则是使用性能要求、工艺性要求和经济性要求等。汽车变速箱齿轮常用20CrMnTi 钢制造,经渗碳和淬回火热处理。 4、奥氏体不锈钢1Cr18Ni9晶界腐蚀倾向比较大,产生晶界腐蚀的主要原因是晶界析出Cr 23C6,导致晶界区贫Cr ,为防止或减轻晶界腐蚀,在合金化方面主要措施有降低碳量、加入Ti、V Nb强 碳化物元素。 5、影响铸铁石墨化的主要因素有碳当量、冷却速度。球墨铸铁在浇注时 要经过孕育处理和球化处理。 6、铁基固溶体的形成有一定规律,影响组元在置换固溶体中溶解情况的因素有:溶剂与溶质原子的点 阵结构、原子尺寸因素、电子结构。 7、对耐热钢最基本的性能要求是良好的高温强度和塑性、良好的化学稳定性。常用的抗氧化合金 元素是Cr 、Al 、Si 。 1、钢中二元碳化物分为二类:r c/ r M< 0.59,为简单点阵结构,有MC和 ______________ 型;r c/ 5> 0.59,为复杂点阵结构,有MC M7C3和M23C6 型。两者相比,前者的性能特点是硬度高、熔点高和 稳定性好。 2、凡能扩大丫区的元素使铁碳相图中S、E点向左下方移动,例Mn Ni_等元素(列岀2个);使丫区缩小的元素使S、E点向左上方移动, 例Cr 、Mo W 等元素(列出3个)。 3、提高钢淬透性的作用是获得均匀的组织,满足力学性能要求_________ 、 能采取比较缓慢的冷却方式以减少变形、开裂倾向_______ 。 4、高锰耐磨钢(如ZGMn13经水韧处理后得到奥氏体组织。在高应力磨损条件下,硬度提高而耐 磨,其原因是加工硬化___________ 及________ 。

最新金属材料学考试题库资料

精品文档钢中的合金元素第一章 相区的影响可分为哪几种?1、合金元素对纯铁γ相区的元素:镍、锰、钴属于此类合金元素答:开启γ相区元素:碳、氮、铜属于此类合金元素扩展γ相区的元素:钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅属于此类合金元素封闭γ相区的元素:硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素缩小γ 2、合金元素对钢γ相区和共析点会产生很大影响,请举例说明这种影响的作用均A4δ-Fe的相对稳定性以及同素异晶转变温度A3和答:合金元素对α-Fe、γ-Fe、和有很大影响)稳定化元素A、奥氏体(γ它包括了以下两种情况:温度上升,即扩大了γ相区,A4 这些合金元素使A3温度下降,相区的元素:镍、锰、钴属于此类合金元素(1)开启γ相区元素:碳、氮、铜属于此类合金元素(2)扩展γ)稳定化元素B、铁素体(α相区的元素:钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅1)封闭γ()缩小2γ相区的元素:硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素(、请举例说明合金元素对Fe-C相图中共析温度和共析点有哪些影响?3 答: 1、改变了奥氏体相区的位置和共析温度A1 A3,降低了γ扩大相区元素:降低了A1 A3,升高了缩小γ相区元素:升高了 2、改变了共析体的含量所有的元素都降低共析体含量 合金的相组成第二章 形成固溶体,为什么?1、什么元素可与γ-Fe 形成无限固溶体答:镍可与γ-Fe 决定组元在置换固溶体中的溶解条件是:、溶质与溶剂的点阵相同1 )2、原子尺寸因素(形成无限固溶体时,两者之差不大于8% 、组元的电子结构(即组元在周期表中的相对位置)3 2、间隙固溶体的溶解度取决于什么?举例说明 答:组元在间隙固溶体中的溶解度取决于: 1、溶剂金属的晶体结构 2、间隙元素的尺寸结构 例如:碳、氮在钢中的溶解度,由于氮原子小,所以在α-Fe中溶解度大。 3、请举例说明几种强、中等强、弱碳化物形成元素 答:铪、锆、鈦、铌、钒是强碳化物形成元素;形成最稳定的MC型碳化物 钨、钼、铬是中等强碳化物形成元素 锰、铁、铬是弱碳化物形成元素 精品文档. 精品文档 第四章合金元素和强韧化 1、请简述钢的强化途径和措施 答:固溶强化 细化晶粒强化 位错密度和缺陷密度引起的强化 析出碳化物弥散强化 2、请简述钢的韧化途径和措施 答:细化晶粒 降低有害元素含量 调整合金元素含量 降低钢中含碳量

金属材料学复习 文九巴

1.钢中的杂质元素:O H S P 2.合金元素小于或等于5%为低合金钢,在5%-10%之间为中合金钢,大于10%为高合 金钢 3.奥氏体形成元素:Mn Ni Co(开启γ相区) C N Cu(扩展γ相区) 4.铁素体形成元素:Cr V Ti Mo W 5.间隙原子:C N B O H R溶质/R溶剂<0.59 6.碳化物类型:简单间隙碳化物MC M2C 复杂间隙碳化物M6C M23C M2C3 7.合金钢中常见的金属间化合物有σ相、AB2相和B2A相 8.二次硬化:淬火钢在回火时在一定温度下,由于特殊碳化物的析出的初期阶段,形 成[M-C]偏聚团,硬度不降低,反而升高的现象。 9.二次淬火:淬火钢在回火时,冷却过程残余奥氏体转变为马氏体的现象。 10.合金元素对铁碳相图的影响 1.改变奥氏体相区位置 2.改变共析转变温度 3.改变S和E等零界点的含碳量 11.合金元素对退火钢加热转变的影响 1.对奥氏体形成速度的影响中强碳化物形成元素与碳形成难溶于奥氏体的合金碳 化物,减慢奥氏体的形成速度 2.对奥氏体晶粒大小的影响大多数合金元素都有阻止奥氏体晶粒长大的作用,影 响程度不同。V Ti强碳化物和适量的AL强烈阻碍晶粒长大,他们的碳化物或氮化物熔点高,高温下稳定,不易聚集长大,能强烈阻碍奥氏体晶粒长大。 Wu Mo Cr中强碳化物也有阻碍作用,但是影响程度中等。Si Ni非碳化物形成

元素影响不大。Mn P等元素含量在一定限度下促进奥氏体晶粒长大 12.合金元素对淬火钢回火转变的影响 1.提高耐回火性合金元素在回火过程中推迟马氏体分解和残留奥氏体的转变;提 高铁素体在结晶温度,使碳化物难以聚集长大,从而提高钢的耐回火性。 2.淬火钢在回火时产生二次硬化和二次淬火,提高钢的性能。 3.对回火脆性的影响产生第一类回火脆性和第二类回火脆性,降低晶界强度,从 而使钢的脆性增加 13.钢的强化机制:固溶强化、细晶强化、形变强化和第二相强化 14.合金元素对钢在淬火回火状态下力学性能的影响 1.合金元素一般均能减缓钢的回火转变过程,特别是阻碍碳化物的聚集长大,相对 的提高钢中组成相的弥散度 2.合金元素溶解于铁素体,是铁素体强化,并提高了铁素体的再结晶温度。 3.强碳化物形成元素提高了钢的耐回火性,并产生沉淀强化的作用 4.钼、钨等有利于防止或消除第二类回火脆性 15.合金元素对钢高温力学性能的影响 1.可以净化晶界,使易熔杂质元素从晶界转移到晶界内,强化晶界 2.可以提高合金原子间的结合力,增大原子自扩散激活能 3.强碳化物形成元素的加入,可以对位错运动有阻碍作用,可提高合金的高温性能16.合金元素对钢热处理性能的影响 淬透性、淬硬性、变形开裂性、过热敏感性、氧化脱碳倾向和回火脆化倾向 17.合金元素对钢的焊接性能影响

金属材料学复习思考题及答案

安徽工业大学材料学院金属材料学复习题 一、必考题 1、金属材料学的研究思路是什么?试举例说明。 答:使用条件→性能要求→组织结构→化学成分 ↑ 生产工艺 举例略 二、名词解释 1、合金元素:添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学或机械性能 的含量在一定范围内的化学元素。(常用M来表示) 2、微合金元素:有些合金元素如V,Nb,Ti, Zr和B等,当其含量只在0.1%左右(如B 0.001%, V 0.2 %)时,会显著地影响钢的组织与性能,将这些化学元素称为微合金元素。 3、奥氏体形成元素:使A3温度下降,A4温度上升,扩大γ相区的合金元素 4、铁素体形成元素:使A3温度上升,A4温度下降,缩小γ相区的合金元素。 5、原位析出:回火时碳化物形成元素在渗碳体中富集,当浓度超过溶解度后,合金渗碳体在原位 转变为特殊碳化物。 6、离位析出:回火时直接从过饱和α相中析出特殊碳化物,同时伴随有渗碳体的溶解。 7、二次硬化:在含有Mo、W、V等较强碳化物形成元素含量较高的高合金钢淬火后回火,硬度不 是随回火温度的升高而单调降低,而是在500-600℃回火时的硬度反而高于在较

低 温度下回火硬度的现象。 8、二次淬火:在强碳化物形成元素含量较高的合金钢中淬火后残余奥氏体十分稳定,甚至加热到 500-600℃回火时仍不转变,而是在回火冷却时部分转变成马氏体,使钢的硬度提高的现象。 9、液析碳化物:钢液在凝固时产生严重枝晶偏析,使局部地区达到共晶成分。当共晶液量很少时, 产生离异共晶,粗大的共晶碳化物从共晶组织中离异出来,经轧制后被拉成条带 状。由于是由液态共晶反应形成的,故称液析碳化物。 10、网状碳化物:过共析钢在热轧(锻)后缓慢冷却过程中,二次碳化物沿奥氏体晶界析出呈网 状分布,称为网状碳化物。 11、水韧处理:将高锰钢加热到高温奥氏体区,使碳化物充分溶入奥氏体中,并在此温度迅速水 冷,得到韧性好的单相奥氏体组织的工艺方式。 12、晶间腐蚀:金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界发生的一种局部腐蚀。 13、应力腐蚀:金属材料在特定的腐蚀介质和拉应力共同作用下发生的脆性断裂。 14、n/8规律:当Cr的摩尔分数每达到1/8,2/8,3/8……时,铁基固溶体的电极电位跳跃式地 增加,合金的腐蚀速度都相应有一个突然的降低,这个定律叫做n/8规律。 15、碳当量:将铸铁中的石墨元素(Si、P)都折合成C的作用所相当的总含碳量。 16、共晶度:铸铁实际含碳量与其共晶含碳量之比,它放映了铸铁中实际成分接近共晶成分的程度。 17、黄铜:以Zn为主要合金元素的铜合金。 18、锌当量系数:黄铜中每质量分数1%的合金元素在组织上替代Zn的量。 19、青铜:是Cu和Sn、Al、Si、Be、Mn、Zr、Ti等元素组成的合金的通称。 20、白铜:是以Ni为主要合金元素的铜合金。

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