金属材料学考试题库汇编Word下载.docx
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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
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a-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
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
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
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
3、请简述影响钢冷成型的主要力学性能指标或组织要求
低的屈服强度
高的延伸率
高的均匀伸长率
高的加工硬化率
高的深冲性参量适当面均匀的晶粒度控制夹杂物的形状和分布游离渗碳体的数量和分布
4、请问那些合金元素有可能改善钢的切削加工性能？
硫是了解最清楚和广泛应用的易削添加剂
铅是仅次于硫的常用易削添加剂近年来许多注意力已经转到钙脱氧生产易削结构钢上
5、简述改善钢的焊接性能的途径
采用碳当量为比较的基础，由加入的各元素来计算和评定钢材的焊接性能。
碳当量越低，焊接性能越好。
近似公式：
碳当量=C+Mn/6+（Ni+Cu）/15+（Cr+Mo+V）/5
第六章构件用钢
1、碳钢中长存元素有哪些？
它们与钢的性能有什么影响？
碳、锰、硫、磷、硅
含碳量增加，强度上升，硬度提高，塑韧性下降锰可提高钢的淬透性，同时具有固溶强化作用硅有固溶强化作用，但不能细化铁素体晶粒
硫在一般钢中均被认为是有害元素，会引起钢的热脆，S在易切钢中是有利的
磷在一般钢中均被认为是有害元素，会引起晶界脆化，造成冷脆
2、人们对低合金高强度钢的性能有什么要求？
学习-----好资料答：
1、要求钢材具有较高的屈服强度
2、较大的屈强化比崗db,适合的比值在0.65-0.75之间
3、较好的塑性、延伸率一般不小于21%
4、较好的冲击韧性，在纵向和横向分别不小于80和60J/cm2
5、较低的韧脆转折温度：
应低于-30C左右
6、具有良好的工艺性能和耐蚀性，较低成本
3、请概述低合金高强度钢中常用合金元素
低合金高强度钢的基本成分的考虑应该是低的含碳量
稍高的锰含量
用铝细化晶粒
适当用硅固溶强化
利用Nb、VTi细化晶粒和产生沉淀强化
4、何为控制轧钢和控制冷却？
常规热轧在高温快速再结晶区轧制，控制轧制在高温下的再结晶区变形紧靠Ar3以上的
低温无再结晶区变形。
在奥氏体-铁素体两相区变形，通过控制轧制，可以获得极细的晶粒
度。
控制冷却是在轧制整个过程中对钢材的温度进行控制，以求获得理想的微观组织。
5、概述双相钢的组织和性能特征
常见的双相钢显微组织是铁素体+岛状铁素体+少量残余奥氏体
这类钢具有连续强度的d-£
曲线
高的应变硬化速率
优良的抗拉强度于塑性的配合
高的均匀伸长率和总伸长率
高加工硬化指数
高塑性应变比
6、请介绍双相钢有几种获取方法，并简述工艺过程
1、热处理双相处理
钢在Ac1与Ac3双相区加热，其组织为a+丫，在随后的冷却过程中形成a+m的组织
2、热轨双相钢
钢在热轨后控制冷却，形成80-90%的细小多边形铁素体和马氏体的组织
7、为了调节双相钢中的马氏体百分含量，有几种手段和方法（包括材料成分和处理工艺）
在双相区加热
相同成分的材料，加热温度越高，奥氏体越多，冷却后马氏体越多，相同的加热温度，
材料中含碳量越高，奥氏体越多，冷却后马氏体越多。
8、为了调节双相钢中马氏体的含碳量，有几种手段和方法（包括材料的成分和处理了工艺）答：
相同成分的材料，加热温度越高，奥氏体越多，冷却后马氏体含碳量越低，相同的马氏体含
量，材料中含碳量越高，奥氏体越多，冷却后马氏体含碳量越高。
学习-----好资料
第七章机械用钢
1调质钢的成分、组织和性能主要特征有哪些？
具有中等含碳量的结构钢
经过加热淬火成马氏体，并经高温回火，金相组织是回火索氏体具有强度、塑性及韧性良好匹配的钢
2、请简述调质钢的最后热处理工艺和微观组织
淬火：
将钢体加热至Ac3线以上进行淬火，淬火温度由钢的成分来决定，淬火介质根据
钢件尺寸大小和钢的淬透性加以选择
回火：
根据所要求的性能来决定回火温度，因此回火是使调质钢的性能定型化的重要工序。
合金组织是回火索氏体。
3、某一调质钢零件经调质处理后，硬度值、抗拉强度值均符合要求，但是零件的疲劳寿命却大幅度下降，请分析原因。
淬透成马氏体的钢与未淬透过的钢通过调节回火温度的高低可达到两者具有相同的硬度或相同的拉伸强度。
但是这两者的屈服强度、断面收缩率、冲击韧性、疲劳强度等因原始晶相组织的不同而有明显的差异。
可能性有:
1、材料的成分有偏差
2、零件直径太大，材料淬火未淬透
3、淬火介质冷却能力太弱，材料淬火未淬透
4、某一调质钢零件经调质处理后，屈服强度值、延伸率均符合要求，但是零件的冲击韧性却明显低于正常值，请分析原因。
淬透成全马氏体的钢与未淬透过的钢通过调节回火温度的高低可达到两者具有相同的硬
度或相同的拉伸强度，但是这两者的屈服强度、断面收缩率、冲击韧性、疲劳强度等因原始
金相组织的不同而有明显的差异。
5、弹簧钢的成分、组织和性能主要特征有哪些？
弹簧钢的含碳量一般介于0.46-0.75%，最常加入的合金元素为锰、硅、铬
弹簧钢的热处理一般为淬火+中温回火，组织为回火屈氏体
弹簧钢要求具有高的强度极限，高的屈强比os/db,高的疲劳极限
6、请简述弹簧钢最后热处理工艺和微观组织
弹簧钢的最后热处理一般为淬火+中温回火
金相组织为回火屈氏体
7、轴承钢的成分、组织、性能和主要特征有哪些？
轴承钢选用过过共析的碳含量，铬含量范围为0.40至1.65%
显微组织是回火马氏体基体上分布着均匀细小的碳化物
高的淬硬性、高的耐磨性、高的接触疲劳性能、尺寸稳定好
8、请简述轴承钢最后热处理工艺和微观组织答：
轴承钢的最后热处理工艺一般为淬火+低温回火
9、请简述渗碳钢的成分设计要点答：
根据心部要求确定渗碳钢化学成分
采用较低（0.10-0.25%C）的碳含量，使心部具有足够的硬度和良好的冲击韧性。
根据零件的使用条件，考虑渗碳钢的淬透性的元素，如铬、锰、镍、钼等考虑形成碳化物和加速渗碳的综合因素，选用铬、钼、镍、锰等元素
10、请简述渗碳钢的最后热处理工艺
答:
一般渗碳钢的热处理工艺：
渗碳---淬火（直接淬火或重新加热淬火）---低温回火
第八章工具钢
1、请以1种碳素工具钢为例，介绍其预备热处理和最终热处理工艺，并说出它的成分和组织特征。
化学成分
碳：
为了有足够高的硬度及较好的耐磨性，碳素工具钢一般含有0.65-1.35%,含碳量越高，则钢的耐磨性越好，而韧性越差。
锰：
碳素工具钢中加入少量（0.35-0.60%）的锰，如T8Mo,可提高钢的淬透性，但锰含量过高会使钢的韧性下降。
硅：
硅可提高钢的淬透性，但过高会促进石墨化倾向
硫、磷应严格控制
预备热处理---球化退火为了使渗碳体呈球状并均匀分布，必须进行球化退火，球化退火的加热温度范围一般为
730-800C
最终热处理
碳素工具钢正常淬火加热温度为A3+30-50C,属于不完全淬火，碳素工具钢淬火后应立
即回火，回火温度因工具的种类与用途稍有差异，刀具通常采用180-210C,螺纹工具（如
板牙）采用200-250C最终热处理后得组织是回火马氏体和一些球状碳化物
2、请以1种低合金工具钢为例，介绍其预备热处理和最终热处理工艺，并说出它的成分和组织特征。
为了有足够高的硬度及较好的耐磨性，碳素工具钢一般含有0.65-1.35%,含碳量越高，
则钢的耐磨性越好，而韧性越差。
铬：
Cr是碳化物形成元素，提高过冷奥氏体的稳定性，增加淬透性，既能阻止渗碳体型碳化物的聚集、长大，又提高了马氏体的分解温度，从而有效地提高了钢的回火抗力，Cr还
能防止Si的石墨化倾向。
Si增加钢的淬透性，提高钢的回火稳定性，但Si是石墨化元素，在高碳钢中，高温加热时引起脱碳和促进石墨化，必须同时添加WCr、Mn等，减少钢的脱碳倾向。
提高钢的淬透性，但Mn增加钢的过热倾向。
钨：
W在工具钢中形成较稳定的碳化物，阻止钢的过热，保证晶粒细化，有利于提高钢的耐磨性。
V：
V比其他元素更为有效地阻止奥氏体晶粒长大，降低过热敏感性
预备热处理-球化退火为了使渗碳体呈球状并均匀分布，必须进行球化退火，球化退火的加热温度范围一般为
730-800C。
碳素工具钢正常淬火加热温度为A3+30-50C,属于不完全淬火，加热温度比碳工具钢稍高
些，可用油、熔盐等较缓和的淬火介质，淬火后应立即回火，回火温度因工具的种类与用途而稍有差异。
刀具通常采用180-210C,螺纹工具（如板牙）采用200-250C最终热处理后的组织是回火马氏体和一些球状碳化物。
3、简述高速钢的二次硬化现象
高速钢淬火后必须马上回火，回火温度在500-600C之间，此时钢的硬度、强度和韧性
均有提高，而在550-570C时可达到硬度、强度的最大值，在此温度区间，钢中残留奥氏体转变为马氏体。
自马氏体中析出弥散的（钼）及V的碳化物（W2CMo2CVC使钢的硬度
进一步提高，这种现象为二次硬化。
4、请描述高速钢的铸态组织，并设计改变其碳化物形状和分布的方法
高速钢的铸态组织很不均匀，大量不均匀分布的粗大碳化物，将造成温度及韧性的下降，这种缺陷不能用热处理工艺来矫正，必须借助于反复压力热加工（锻、轧），将粗大的共晶
碳化物和二次碳化物破碎，并使其均匀分布在基体内。
钨系高速钢的始锻温度为1140-1180C,终锻温度为900C左右钨钼系高速钢的始锻温度要低些。
5、请以一种高速钢为例，介绍最终热处理工艺和特点
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，其淬火温度较一般合金工
具钢要高得多。
因为温度越高，合金元素溶入奥氏体的数量越多，淬火之后马氏体的合金浓度越高，只有合金含量高的马氏体才具有高的红硬性，对高速钢红硬性作用最大的合金元素-WMo及V只
有在1000C以上时，其溶解量才急剧增加，温度超过1300C时，各元素的溶解量还有增加，但奥氏体晶粒则急剧长大。
所以，在不发生过热的前提下，高速钢的淬火温度越高，其红硬性越好。
由于高速钢的导热性差，而淬火温度又极高，故常需分两段或三段进行加热，淬火通常在油中进行，或采用分频淬火法，钢的正常淬火组织是碳化物+马氏体+残余奥氏体（30%左右）
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，高速钢一般需进行三次650C保温1h的回火处理，正常回火后其组织为回火马氏体+碳化物。
6、合作模具钢（Cr2MoV的一次硬化法和二次硬化法是怎么回事？
它们工艺以及性能有什么区别？
a一次硬化处理（低淬低回）这种方式是采用较低的淬火温度并进行低温回火。
选用较低的淬火温度，晶粒较细，钢
的强度和韧性较好，通常Cr12MoV钢选用980-1030C淬火，如希望得到较高的硬度，淬火温
度可取上限。
回火温度一般在200C左右，回火温度升高时硬度降低，但强度和韧性提高，一次硬化处理使钢具有高的硬度和耐磨性，较小的热处理变形，大多数Cr12型钢制作冷变形磨具采用此工艺。
b二次硬化处理（高淬高回）
这种热处理方式是在较高的温度1030-1075C淬火，然后进行多次高温回火，以达到这种二
次硬化的目的。
这样可以获得高的回火稳定性，但稍降低钢的强度和韧性，二次硬化处理适用于工作温度较高（400-500C）且受荷不大或淬火后表面需要强化的模具。
7、请以一种热作模具钢为例，介绍其成分特点
一种典型的铬系热变形模具钢-4Cr5MoSiV钢，这种钢含有大的5%C,并加入WMoV、Si。
由于Cr含量较高，因而有高的淬透性，加入1%M0寸，淬透性更高，故尺寸很大的模具
淬火时也可以空冷。
这类钢具有高的强度和韧性，抗氧化性较好（由于含Cr和Si），Si、
Cr还提高钢的临界点，有利于提高其抗热疲劳性能，加入V可加强钢的二次硬化现象，增
加稳定性。
第九章不锈钢
1、请举例3种工程上常见的腐蚀类型及腐蚀过程
常见的金属腐蚀类型有以下几种：
1、均匀腐蚀均匀腐蚀又称一般腐蚀或连续腐蚀
2、晶间腐蚀一般晶界较晶内具有较大的活性，晶界、晶内电位差加大，这寸则会引起晶界的深腐蚀，称为晶间腐蚀
3、点腐蚀点腐蚀又称缝隙腐蚀、孔蚀，是发生在金属制件上极局部区域的一种腐蚀形式
4、应力腐蚀应力腐蚀在静拉伸应力和腐蚀介质共同作用下，材料发生破裂的现象
5、磨损腐蚀在同寸存在腐蚀和机械磨损寸，两者相互加速的腐蚀称为磨损腐蚀。
2、合金元素提高钢的耐蚀性途径有哪几种？
a、使不锈钢对具体使用的介质具有稳定钝化区的殃及极化曲线
b、提高不锈钢基体的电极电位，来降低原电池电动势
c、使钢具有单相组织，减少微电池的数量
d、使钢表面上生成稳定的表面保护膜，如钢中加硅、铝、铬等，在许多腐蚀和氧化的场合能形成致密的保护膜，提高钢的耐蚀性。
3、请分析碳在不锈钢中对组织的影响的双重性
碳能强烈地稳定奥氏体，稳定奥氏体的能力均为镍的30倍
同寸，碳又是不锈钢强化的主要元素碳与铬能形成一系列碳化物，使不锈钢的腐蚀性受到严重影响同寸碳使不锈钢的加工性能和焊接性能变坏
4、请简述铬、碳、镍、锰、鈦、铌与不锈钢耐蚀性的关系
a、铬
铬是决定不锈钢耐蚀性的主要元素
当铬含量（原子比）达到1/8,2/8时，铁的电极电位就跳跃式地增加，耐蚀性也随之提高铬元素是a稳定化元素
铬的氧化物比较致密，可以形成耐蚀的保护膜
b、碳
碳能强烈地稳定奥氏体，稳定奥氏体的能力均为镍的30倍同时，又是不锈钢强化的主要元素碳与铬能形成一系列碳化物，使不锈钢的耐蚀性受到严重影响同时碳使不锈钢的加工性能和焊接性能变坏
c、镍
镍是不锈钢中的一种重要元素，能提高耐蚀性
镍是丫稳定化元素，镍能有效地降低Ms点，使奥氏体能保持到很低的温度
d、锰
锰是镍的代用品，是丫稳定化兀素
锰在奥氏体钢中部分替代Ni,2%Mr相当于1%Ni
e、鈦、铌
鈦、铌死强的碳化物形成元素，可优先于铬同碳形成碳化物，防止晶间腐蚀，提高耐蚀性
5、什么是不锈钢中的n/8定律？
它与不锈钢的晶间腐蚀有什么关系？
钢的电极电位随铬的变化规律是：
在铬达到12.5%原子比（即1/8时），电位有一个突
跃升高。
当铬量达到20%原子比（即2/8时），铁的固溶体电位又有一次突跃升高，这一现象称为二元合金固溶体电位的n/8规律。
假如钢中虽含有12.5%的原子比的铬量，但因一部分铬和钢中的碳化合固溶体中实际含铬量低于12.5%，则钢的耐蚀性不能得到突跃提高。
6、请概述常见不锈钢类型和性能特点
沉淀强化不锈钢强度最高马氏体不锈钢具有较好的综合机械性能，即较高的强度和一定的延展性铁素体+奥氏体不锈钢的强度较高，延展性也较好
铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢的强度性能相近，但后者的延展性能较其他各类不锈钢为高
7、请举一种Cr13型不锈钢制作机械零件或工具，并制定热处理工艺
Cr13型马氏体不锈钢能在淬火过程中发生马氏体转变，可以获得热处理强化，所以这类钢可进行多种热处理，以控制和调节这种相变，满足不锈钢性能要求。
a、调质处理：
一般不锈钢结构件采用调质处理，以获得高的综合机械性能
b、淬火低温回火
Cr13、3Cr3Mo、4Cr13的热处理通过淬火+低温回火，可获得高硬度和耐磨性。
3、总结铬镁钼奥氏体不锈钢作用的成分特点和热处理方法
奥氏体不锈钢是以18%Cr-8%l为典型成分而发展起来的，18%Cr-8%l合金正好处于奥氏体有利于形成的成分范围。
同时，铬、镍含量总达75%时不锈钢的腐蚀性电位接近n/8规律中n=2的电位值，这样既获得了单相奥氏体，又得到好的钝化性能，使耐蚀性达到了较高的水平。
由于这两方面的原因，28-8的成分才成为国际奥氏体不锈钢的主要成分。
18-8型奥氏体钢平衡态时为奥氏体+铁素体+碳化物足相组织，实际的单相奥氏体是通过固溶热处理的配合获得的。
3、分析18-8不锈钢产生晶间腐蚀的原因和阻止方法答：
工程上为防止奥氏体钢晶间腐蚀现象，可采取如下措施：
a、降低钢中碳含量
b、在钢中加稳定碳化物形成元素（Ti,Nb）,与碳综合析出特殊碳化物，消除晶间贫铬区
c、钢经1050-1100C加热淬火，保证固溶体中碳和铬的含量
d、对非稳定性钢进行淬火，使奥氏体成分均匀化，消除贫铬区；
对稳定性钢将铬的碳化物转化为鈦、铌的特殊碳化物，保证耐蚀所需的固溶体含铬水平。
第十一章铸铁
1、请简述铸铁的分类
铸铁是碳含量大于2.11%的铁碳合金，其中的碳有以化合态的渗碳体Fe3C析出，也有以游离态的石墨析出。
根据铸铁中的碳在结晶过程中的析出状态以及凝固后颜色的不同，状
态可分为三大类：
白口铸铁；
麻口铸铁；
灰口铸铁
白口铸铁-碳除少量溶于铁素体外，其余全部以化合物状态的渗碳体析出，凝固后断口呈白亮的颜色，故称白口铸铁。
麻口铸铁-碳即以化和状态的渗碳体析出，又以流离状态的石墨析出，凝固后断口夹杂着白亮的渗碳体和暗灰色的石墨，故称为麻口铸铁。
灰口铸铁-碳全部或大部分以游离状态的石墨析出，凝固后断口呈灰色，故称为灰口铸铁。
灰口铸铁按石墨的形状和大小又可分为：
灰铸铁-石墨为片状；
（常被称为灰口铸铁）
球墨铸铁-石墨为球状
可锻铸铁-石墨为团絮状
蠕墨铸铁-石墨为蠕虫状
2、铸铁的成分与钢有何较大的区别？
普通铸铁的化学成分一般为2-4%碳，1-3%硅，0.02-0.25%硫，0.05-1.0%磷，铸铁与碳
钢相比较，除了有较高的碳、硅含量外，还有较高的杂质元素硫和磷。
3、铸铁的组织和钢有何较大的区别？
铸铁中的碳主要有如下三种分布形状
a、溶于铁晶格的间隙中，形成间隙固溶体，如铁素体、奥氏体
b、与铁生成化合物，如FesC碳化物（渗碳体）
c、以游离的石墨形式析出由于铸铁中的碳主要是以石墨的形式存在。
所以，铸铁的组织是由金属基体和石墨所组成的。
铸铁的金属基体有珠光体、铁素体、铁素体+珠光体，经热处理后有马氏体、贝氏体等组
织，它们相当于钢的组织
铸铁的组织特点，可以看成是在钢的基体上分布着不同形状的石墨
4、铸铁的性能与钢有何较大的区别
铸铁的性能取决于铸铁的组织和成分，因此，铸铁的机械性能主要取决于铸铁基体组织以及石墨的数量、形状、大小及分布特点。
石墨机械性能很低，硬度仅为BB3-5，抗拉强度
为20MPa,延伸率接近零。
石墨与基体相比，其强度和塑性都要小得多，石墨减小铸铁件的有效承载截面积，同时石墨尖端易使铸件在承载时产生应力集中，形成脆性断裂。
因此，铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低。
一般说来，石墨的数量越少，分布越分散，形状越接近球形，则铸铁的强度、塑性和韧性越高。
虽然铸铁的机械性能不如钢，但由于石墨的存在，却赋予铸铁许多为钢所不及的性能。
如良好的耐磨性、高的消振型、低的缺口敏感性、以及优良的切削加工性。
5、请分析影响铸铁石墨化的诸因素
a、化学成分的影响：
碳和硅的影响
硅和碳都是强烈促进石墨哈的元素
石墨来源于碳，随着碳含量的提高，铁水中的碳浓度和未溶解的石墨微粒增多，有利于石墨形核，从而促进了石墨化
硅与铁原子的结合力大于碳与铁原子的结合力，硅溶于铁水和铁的固溶体中，由于削弱了铁和碳原子之间的结合力，而促使石墨化。
锰的影响：
锰能溶于铁素体和渗碳体，其固定碳的作用，从而阻碍石墨化。
硫的影响：
硫阻碍碳原子的扩散，是一个促进白口铸铁的元素。
磷的影响：
磷是一个促进石墨化不十分强烈的元素
b、冷却速度对铸件石墨化的影响铸件的冷却速度对石墨化过程也有明显的倾向，一般来说，铸件冷却速度越缓慢，即冷
却速度较小时，越有利于按照Fe-C系状态图进行结晶和转变，即越有利于石墨化过程的充
分进行，反之，铸件冷却速度快，就不利于石墨化的进行。
6、请制定铁素体基体的可锻铸铁热处理工艺，并说明理由。
可锻造铸铁石墨化是由白口铸铁较长时间石墨化退火而研制的，在退货过程中主要是发
生石墨化。
如果白口组织在退火过程中第一阶段和第二阶段石墨化充分进行，则退火后得到铁素体基
体加团絮状石墨的组织，称为铁素体可锻铸铁如果退火过程中经第一阶段和中间阶段石墨化后，以较快冷却速度冷却，是第二阶段石墨化未能进行，则退火后的组织为珠光体加团絮状石墨的组织，称为珠光
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