金属材料学期末总结

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合金钢中碳化物形成规律答：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。

6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、冲孔、冷弯和焊接要求。性能要求：①有足够的强度与韧性；②、良好的焊接性；③、良好的工艺性；④、良好耐腐蚀性。

7简述微合金化低合金高强度结构钢的合金化与强韧化之间关系。答：微合金化钢首先限定在低碳和超碳范围内，低碳（<0.25%），要保证其良好的成形性和焊接性；其次，要获得高的屈服强度，通常加入质量分数小于0.1%的N、Nb、V、Ti，形成碳化物、氮化物和碳氮化物等硬质相析出，以发挥第二相强化和细晶强化的作用，细晶强化可以在提高钢强度的情况下同时提高韧性微合金化和控制轧制通常相伴。

8什么是双相钢？其成分、组织和性能特点是什么？为什么能在汽车工业上得到大量应用？答：双相钢是指显微组织主要是铁素体和5%-20%（体积分数）的马氏体所组成的低合金高强度钢，即在软相铁素体上分布着一定量的硬质马氏体相。成分：Cr（18%-20%）、Ni（30%-10%）组织：铁素体+马氏体，铁素体基体上分布着不连续的岛状马氏体。性能：屈服强度低，且连续屈服，无屈服平台和上下屈服点；均匀塑变能力强，总延伸率较大，冷加工性能好；加工硬化率值大，成型后屈服强度可达500-700MPa。应用：基于以上性能特点而广泛应用于汽车工业。

9为什么贝氏体型普通低合金钢采用质量分数为0.5%铜和微量硼作为基体合金元素。答：低碳贝氏体中型钢中加入使P（相图中）点右移的Cu元素，为使先共析铁素体右移，又应加入微量B元素，故一般采用质量分数为0.5%铜和微量硼作为基体合金元素。

10弹簧为什么要求较高的冶金质量和表面质量？弹簧钢强度极限高，是否意味弹性疲劳极限高？答：要严格控制弹簧刚才的内部缺陷，要保证且有良好的冶金质量和组织均匀性，因为弹簧工作时表面承受的应力最大，故不允许表面缺陷，常会形成应力高度集中的地方和疲劳裂纹的起源，显著降低了疲劳强度；不一定高，疲劳极关与塑性，疲劳次数，本身强度有关

11滚动轴承钢常含有哪些合金元素，各有啥作用，滚动轴承对冶金质量，表面质量和原始组织要求答：高碳铬硅锰等合金元素，铬提高淬透性即耐磨性；si,mn提高淬透性，钢的强度，c 减少钢过敏性要求：纯净和均匀不允许缺陷存在原因 1非金属夹杂可破坏金属基体的连续性，容易引起应力集中2碳化物的尺寸和分布对轴承的接触疲劳寿命也有很大影响；大颗粒碳化物具承钢的冲击韧性

12汽车拖拉机材料选择，热处理工艺可能采取哪些不同措施

答：1）发动机曲轴主要承受弯曲，扭转等复合载荷作用，受一定冲击载荷，综合个性能得到应采用的调制2）花键轴主要承受弯曲扭转等复合载荷受较大冲击载荷故采用渗碳钢3）汽车，拖拉机变速箱齿轮属于重载荷齿轮，受里比较大，频繁受到冲击故采用渗碳钢。一般工艺路线：备料—锻造—正货—粗加工—渗碳—淬火—回火—喷完—磨削4）机床变速载荷不大，工作平稳，一般无大的冲击力，转速不高，故采用中碳钢，路线：备料—锻造—正火—粗加工—调制处理—半精加工—高频淬火—回火—磨削

13 20Mn2钢渗碳后是否适合于直接淬火，为什么？答：不能，Mn会使过热晶粒长大，淬火（920度）晶粒粗大导致M晶粒也粗大，应该先正火处理细化它的组织。

14试用强度韧性矛盾关系简述提高强度钢的发展答：。1碳是钢中主要的强化元素，碳含量的增加使得钢的塑性韧性下降，从而使超高强度钢的工艺性降低，切削焊接性能也降低，故提高超高强度钢不能仅仅提高碳含量，可以加入合金元素来弥补刚在强度上的差距

15直径为25mm的40CrNiMo 钢，经正火后难以切削，为什么？Cr、Mo等合金元素会提高钢的硬度和耐磨性，而40CrNiMo含较高量的钢，故具有一定的硬度和耐磨性；正火后，产生马氏体、贝氏体硬度较高，故难切削。

16试比较热作模具钢和合金调质钢的合金化和热处理特点，并分析合金元素作用的异同。答：（1）合金调质钢合金化特点：在性能上满足机械制造上不同零件的不同需要，各种元素既有特殊作用又相互作用达到改善组织性能的作用。热作模具钢合金化特点：合金元素增强钢淬透性，强化铁素体，防止回火脆性，提高热疲劳抗力。（2）合金调质钢热处理特点：为改善切削加工性需进行预备热处理之后调质处理。热作模具钢热处理特点：锻造后退火，以降低内应力。淬火，回火，获得组织均匀的回火托式体索氏体。（3）合金元素作用Cr提高淬透性耐回火性，有回火脆性倾向Mn提高淬透性，有回火脆性倾向Ni非C化物形成元素，提高基本韧性Mo提高淬透性，回火性细化晶粒V强碳化物形成元素细化晶粒W提高稳定性和耐磨性。

17试比较工具钢T9和9SiCr不同1）为什么9SiCr钢热处理加热温度比T9高？ 2）直径为30-40mm的9SiC r钢在油中能淬透，相同尺寸的T9钢能否淬透，为什么？3）T9钢制造的刀具，其刃部受热到200-250°度时硬度和耐磨性下降，9SiCr制造的刀具其刃部受热至230-250°度时硬度仍不低于60HRC，耐磨性良好，还可正常工作，为什么？答：1）9SiCr中合金元素比T9多，加热奥氏体化时要粗使合金元素熔入奥氏体中，并且还能成分均匀，需要更高的温度 2）不能因为9SiCr中Si、Cr元素提高了钢的淬透性，比T9淬透性好，9SiCr油淬临界直径D油<40mm，所以相同尺寸T9钢不能淬透3）Si、Cr提高回火稳定性，经250°C回火，硬度760HRC,T9钢回火稳定性差，而9SiCr钢中Si提高马氏体分解温度，回火抗力好

18分析碳和合金元素在高速钢中的作用及热处理工艺特点，作用：碳：保证碳化物所需的碳，耐磨性；钨：提高钢的热硬性，耐磨性；钼：过热敏感性较大；钒：提高硬度和耐磨性；铬：提高淬透性；钴：提高钢的热硬性，热处理工艺特点:淬火加热温度高，回火温度高、次数多，淬火加热

19高速钢每次回火为什么一定要冷到室温再进行下一次回火？为什么不能用较长时间一次回火代替三次回火？不能因为高速钢淬火后大部分转变为马氏体，残余奥氏体30%左右第一次回火后有20%左右残余奥氏体转变为马氏体，还有10%左右的残余奥氏体；20%左右新转变未经回火的马氏体，还会产生新的应力，对性能还有一定影响，要进行二次回火；同样原因，为了使剩余的残余奥氏体转变，需进行第三次回火，经第三次回火残余奥氏体一般剩1-3%左右。

20奥氏体不锈钢主要缺点是什么？答：强度低，不能淬火强化，易产生晶间腐蚀。

21ZGMn13钢为什么具有优良的耐磨性和良好的韧性？答：经1000°C水淬，水韧处理后，在剧烈冲击及高的压应力作用下，其表层的奥氏体将迅速产生加工硬化，同样伴有奥氏体转变为马氏体，导致表层硬度提高到450-550HBW，从而形成硬而耐磨的表面，心部仍保持良好的韧性、耐磨性，因而ZGMn13具有良好的耐磨性和良好的韧性。

22提高钢耐蚀性基本途径？答：1）使钢的表面形成稳定保护膜--Cr、Al、Si有效；2）增高固溶体电极电位或形成稳定钝化区，降低微电池的电动势--Cr最好；3）使钢获得单相组织---Ni、Mn--单相奥氏体组织；4）机械保护措施或覆盖层，如：电镀发蓝等

23提高钢热强行途径答：1）基体强化，提高基体的原子结合力，降低固溶体的扩散，一般熔点高，扩散系数小，能提高再结晶温度的合金元素固溶于基体都能提高钢热强性。2）第二境界强化相沉淀强化要求第二相稳定不易聚集长大，能在高温长期保持细小弥散分布3)晶界强化a 净化晶界 b填充晶界空位c晶界沉淀强化

24为什么Cr12型冷作模具钢不属于不锈钢，而95Cr18是？答 Cr12中的铬含量11.5--12.5%而铬与碳形成CrC碳化物，消耗了铬含量是铬不到11%，而不锈钢中铬>11%即Cr12不属于不锈钢。

25说明铸铁石墨化三阶段进程对其组织的影响答：如果充分进行的到F+G不充分进行 P+F+G 未进行P+G

26从综合力学性能和工艺性能比较灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁答：灰铸铁是默默呈片状，塑韧性低，具有良好的摩擦性即减震性，可加工性好，球墨铸铁强度塑性均高于其他铸铁，具有良好的铸造性，切削加工性，3）可锻铸造石墨成团絮状，且具有一定的强度和较高的塑韧性，主要承受冲击和震动的铸件1铝硅硼为啥进行变形处理？答：铝合金的成分处于共晶附近Al-Si合金的共晶体组织中成片状或粗针状，过共晶合金中含少量呈块状的初生硅，这种共晶组织塑性较低需要细化组织，一般需要采用变质处理

27为什么说一般机器支架箱体机床常用灰铸铁创造？

答：灰铸铁有十分优秀的性能而钢的铸造性差。1减震性好灰铸铁中含碳量比较多石墨吸震能力强2减小摩擦灰铸铁中石墨具有润滑作用3抗压性好4价格便宜成本低廉5对缺口敏感性低灰铸铁本身的显微结构石墨是呈现细片状结构，千疮百孔的，再加几个缺口不要紧，刚要是有缺口十分容易在缺口处疲劳破坏。

28. 不同铝合金可以通过哪些途径来达到强化目的？

答：1、在变形铝合金中：对不能热处理的铝合金，可通过冷变形（加工硬化）达到净化目的；对不能热处理的铝合金，主要通过固溶+时效处理（时效强化）达到强化目的。2、在铸造铝合金中：可通过变质处理（细晶强化）和固溶处理来达到强化母的。

29简述固溶强化、弥散强化、时效强化产生的原因及它们的区别：

融入固溶体中的溶质原子造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而使合金固溶体的强度与硬度增加。这种通过融入某种溶质元素来形成固溶体而使金属强化的现象称为固溶强化。弥散强化指一种通过在均匀材料中加入硬质颗粒的一种材料的强化手段。是指用不溶于基体金属的超细第二相(强化相)强化的金属材料。为了使第二相在基体金属中分布均匀，通常用粉末冶金方法制造。第二相一般为高熔点的氧化物或碳化物、氮化物，其强化作用可保持到较高温度。弥散强化是强化效果较大的一种强化合金的方法。若化合物在固溶体晶粒内呈弥散质点或粒状分布，则既可显著提高合金强度和硬度，又可使塑性和韧性下降不大，并且颗粒越细小，越呈弥散均匀分布，强化效果越好。时效强化在金属基体中加入固溶度随温度降低而降低的合金元素，通过高温固溶淬火处理，形成过饱和固溶体，通过时效，过饱和固溶体分解，合金元素以一定方式析出，弥散分布在基体中形成沉淀相，沉淀相能有效阻止晶界和位错的运动，从而提高提高合金强度

30铜的分类及主要用途

答：分类：黄铜（普通黄铜，特殊黄铜）青铜（锡青铜，铝青铜，铍青铜）白铜（普通白铜，特殊白铜，工业白铜）用途：黄铜色泽美观，有良好的工艺和力学性能，导电性和导热性较高，在大气、淡水和海水中耐腐蚀，易切削和抛光，焊接性较好且价格便宜。常用于制作导电、导热元件，耐蚀结构件，弹性元件，日用五金及装饰材料等，用途广泛；锡青铜有较高的力学性能，较好的耐蚀性，减摩性和好的铸造性能；对过热和气体的敏感性小，焊接性能好，无铁磁性，收缩系数小。锡青铜在大气、海水、淡水和蒸汽中的抗蚀性都比黄铜高。铝青铜有比锡青铜的机械性能和耐磨、耐蚀、耐寒、耐热、无铁磁性，优良好的流动性，无扁析倾向，因此可得到致密的铸件。在铝青铜中加入铁、镍和锰等元素。可进一步改善合金的各种性能。青铜也分为压力加工和铸造产品两大类；白铜的特点是具有优良的抗蚀性能和中等以上强度，弹性好，加工成形性能和可焊性好，易于热、冷压力加工，易于焊接，广泛用于制造耐蚀结构件、各种弹簧与接插件等

31铁素体不锈钢产生屈服性的原因及消除方法？

答：原因：1产生粗大的原始晶粒；2、相析出使钢变脆；3、477 ℃脆性。

解决方法：1、终锻，终轧<750℃，向钢中加入少量Ti；2、已有?相脆性的钢重新加热到820℃以上，随后快冷；3、通过高于475℃加热，随后冷却。

1解释下列说法是否正确1)石墨化过程中第一阶段最不易进行错改正：第一阶段温度扩散块恭喜温度以上洗出碳能够全部以石墨形式存在 2)采用球化退火可获得球化铸铁错改正球墨铸铁只在浇铸时加入球化剂而形成，禁用球化退火不行3)灰铸铁不能整体淬火（正确）灰铸铁实用零件都是大型件，即使淬火也淬不透而且淬火容易开裂4)白口铸铁由于硬度较高，可作切削工具使用（错）韧性不足防腐能力差。

2铝铜合金分类答：铝按成分和生产工艺分变形铝合金和铸造铝合金，变形铝合金按成分和性能，不能热处理强化铝合金，可热处理强化铝合金，铸造铝合金按合金元素不同可分Al-Si Al-Cu Al-Cu Al-Mg Al-Zn等。铜化学成分黄铜（以锌为合金主要元素）青铜（以除锌镍以外的其他元素为合金元素），白铜（以镍微合金元素）

3铝合金强化：a固熔强化强化效果不明显但塑性可以的到改善b时效强化经固溶强化的铝合金放置一段时间或加热至一温度后保温一段时间过饱和固溶体发生脱溶分解强度硬度提高。

3各种钢排号HT150： HT(灰铸铁）；150（抗拉强度）150MPQT750-10：QT(球墨铸铁)；750（抗拉强度750MP）；10（伸长率10%） Q354：低合金高强度结构钢15Mn:优质碳素结构钢，较高Mn，15%C18Cr2Ni4W:合金结构钢,0.18%C,2%Cr,4%Ni,W<1.5%GCr15：滚动轴承钢1.5%Cr00Cr18Ni10:不锈钢“00”<=0.03%, “0”<=0.08%

4什么是晶间腐蚀：奥氏体不锈钢焊接后在腐蚀介质中工作时，在离焊缝不远处会产生晶间腐蚀。

5奥氏体不锈钢的优缺点答：优点：（1）具有很高的耐腐蚀性；（2）塑性好；（3）加热时没有同素异构转变，焊接性好；（4）具有一定的热强性；（5）不具有磁性;缺点：价格贵，切削加工困难，导热性差

6奥氏体不锈钢晶间腐蚀原因及防止答：在焊缝及热影响区沿晶界析出了（CrFe)23C6碳化物，晶界附近区产生贫铬区。防止：1）降低钢中C含量；2）加入强K形成元素，例如：Ti,Nb;3)固溶处理保证Cr含量；4)对稳定性钢通过处理形成强K,以稳定固溶体中Cr含量；对非稳定钢进行退火处理，使A成分均匀化，消除贫铬区。

7高锰钢淬火与普通钢淬火区别高锰钢得到奥氏体（淬火前全部奥氏体水韧时，奥氏体组织来不及向其他组织转变，而普通钢淬火：马氏体）

8解释40Cr13钢属于过共析钢，而Cr12钢中已经出现共晶组织，属于莱氏体钢？莱氏体钢：凝固过程会发生共晶相变使得凝固组织中含有共晶组织[莱氏体（珠光体+渗碳体）]的高合金钢。9论述选择材料的基本思路和方法。

答：①分析材料的工作条件、尺寸形状和应力状态，科学合理的确定零件的技术要求②通过分析分析或实验，结合同类型零件失效分析结果，找出实际工作时零件的主要和次要失效抗力指标作为选材的基本依据③根据所要求的主要力学性能，选择材料④综合考虑钢种是否满足次要失效抗力指标的可能性和可能采用的工艺措施⑤审查所选钢种是否满足所有工艺性基本要求和组织生产的可能性，进一步考虑材料的经济性和生产成本⑥尽量选择简化加工工艺的材料、要考虑零件的综合成本、保证淬透性钢的合理选择

1.调质钢：一般是指含碳量在0.3-0.6%的中碳钢。一般用这类钢制作的零件要求具有很好的综合机械性能，即在保持较高的强度的同时又具有很好的塑性和韧性，人们往往使用调制处理来达到这个目的，所以人们习惯上就把这一类钢称作调质钢

2.莱氏体钢：凝固过程会发生共晶相变使得凝固组织中含有共晶组织(莱氏体)的高合金钢

3.热硬性：是指钢在较高温度下，仍能保持较高硬度的性能

4.红硬性：是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

5.二次硬化：某些铁碳合金（如高速钢）须经多次回火后，才进一步提高其硬度。这种硬化现象，称为二次硬化，它是由于特殊碳化物析出和（或）由于与奥氏体转变为马氏体或贝氏体所致

6.水韧处理：是将逐渐加热到1060~1100?0C保温一定时间，使碳化物完全溶入奥氏体中，然后在水中快冷，使碳化物来不及析出，从而获得单相奥氏体组织

7.碳化物的不均匀性可以分为：碳化物液析、带状碳化物、网状碳化物

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