金属材料学答案Word文档下载推荐.docx
《金属材料学答案Word文档下载推荐.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《金属材料学答案Word文档下载推荐.docx(14页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
。
5、合金钢中K形成元素(V、Mo、Cr、Mn)所形成的K基本类型及相对稳定性。
V:
即使在钢中含量很低(<
0.1%)时,也要优先形成间隙相VC。
稳定性很高。
Mo:
含量较高时可形成间隙相MoC和Mo2C;
间隙化合物Fe3Mo3C和Fe21Mo2C6。
稳定性高。
含量较低时只能溶入Fe3C中,形成合金渗碳体。
稳定性低。
Cr:
含量较高时可形成间隙化合物Cr23C6和Cr7C3,稳定性较高。
含量较低时只能溶入Fe3C中,形成合金渗碳体。
Mn:
在钢中只形成合金渗碳体。
稳定性最低。
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?
第一次回火脆性:
强和中强碳化物形成元素及硅、铝可以提高其发生的温度,延缓其发生。
第二次回火脆性:
加钼、钨可以消除。
9、如何理解二次硬化和二次淬火的相关性和不同点?
相关性:
(1)都是在高温回火时发生的。
(2)都使硬度升高。
不同点:
(1)二次硬化是指回火后硬度升高的现象;
二次淬火是指回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体的相变过程。
(2)二次淬火只是产生二次硬化的原因之一;
沉淀强化也能产生二次硬化。
10.一般的,刚有哪些强化与韧化途径?
强化:
固溶强化;
细晶强化;
加工硬化;
沉淀强化。
韧化:
减少缺陷;
降低杂质;
细化晶粒;
加入适量的镍、锰。
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
(1)较高的屈服强度、良好的塑性和韧性;
(2)低温韧性和耐大气腐蚀;
(3)良好的成形性,包括冷变形性和焊接性。
2.合金元素在低合金高强结构钢中主要作用是什么?
为什么考虑采用低C?
㈠强化作用1、固溶强化:
Mn、Si固溶强化铁素体。
2、细晶强化:
V,Ti,Nb和Al细化奥氏体晶粒。
(2)Cr,Mn,Ni增加过冷奥氏体稳定性,降低相变温度,细化铁素体和珠光体。
3、V,Ti,Nb在铁素体中析出极细小的碳化物颗粒,产生沉淀强化。
4、增加珠光体数量,使抗拉强度增加。
㈡工程结构钢的韧化
1、Mn、Ni、Cr降低韧-脆转变温度。
Mn﹤1.5%,Cr含量较低,Ni对耐低温钢尤其重要。
2、、V,Ti,Nb产生的细晶强化可以补偿弥散强化对韧性的损害。
㈢低碳:
提高塑性、韧性和焊接性。
3、什么是微合金钢?
微合金化元素在微合金化钢中主要作用有哪些?
举例说明。
微合金钢:
加入微合金元素(V、Ti、Nb)的高强度低合金钢。
除了微合金元素外,主要加入Mn、Si、Cr、Mo、N等合金元素。
微合金化元素的作用
(1)抑制奥氏体形变再结晶。
①应变诱导析出铌、钛、钒的氮化物,沉淀在晶界、亚晶界和位错上,阻碍晶界和位错运动,抑制再结晶。
②固溶的铌原子偏聚在奥氏体晶界,阻碍晶界运动。
(2)阻止奥氏体晶粒长大(3)沉淀强化(4)细化铁素体组织
①固溶在奥氏体中的铌、钒提高了奥氏体的稳定性,降低相变温度。
②细小的奥氏体和未再结晶的形变奥氏体增加了铁素体形核数量。
4、低碳B钢的合金化有何特点?
(1)碳含量低(0.10-0.20%),保证韧性和焊接性。
(2)以0.5%Mo(+B)为基础,保证空冷条件下获得贝氏体组织。
(3)Cr,Ni,Mn:
增加淬透性,使贝氏体转变温度降低,便于得到下贝氏体组织,具有更低的脆性转变温度。
(4)V,Ti,Nb:
细化晶粒,弥散强化。
第三章机械制造结构钢
2、.调质刚、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。
形成:
都起因于钢锭结晶时产生的树枝状偏析。
液析碳化物属于偏析引起的伪共晶碳化物,带状碳化物属于二次碳化物偏析,这种碳化物偏析区沿轧向伸长呈带状分布。
危害:
(1)淬火时易开裂;
(2)组织和硬度不均匀;
(3)机械性能呈各向异性;
(4)降低接触疲劳强度。
消除:
高温扩散退火。
4.说明易切削钢提高切削性能的合金化原理。
原理:
形成夹杂物,起以下作用。
(1)夹杂物作为应力集中源,破坏金属连续性,减少切削能量。
(2)夹杂物阻断工件向刀具传热,减少刀具温升。
(3)夹杂物与刀具摩擦系数较低,减少刀具的磨耗。
方法:
(1)加Ca、S生成MnS等非金属夹杂物。
(2)加Pb以单质存在,也能起断屑、减少磨损的作用。
6.高锰钢在平衡态、铸态、热处理态、使用状态下各是什么组织?
为何具有抗磨性?
(1)平衡态组织:
珠光体和碳化物。
(2)铸态组织:
粗大的铸态奥氏体和碳化物。
(3)热处理组织:
粗大的铸态奥氏体。
(4)使用组织:
表面是形变高碳马氏体,心部是单相奥氏体。
(5)具有抗磨性的原因:
表面应力超过屈服强度时会产生加工硬化,形成马氏体。
硬度提高到HB450-500,耐磨性提高,内部仍保持原来软而韧的状态。
7.GCr15钢是什么类型的钢?
C和Cr的含量约为多少?
C和Cr的主要作用是什么?
其预先热处理和最终热处理分别是什么?
(1)GCr15钢是滚动轴承钢。
含碳量为1%,含铬量为1.5%。
(2)碳的主要作用:
含碳量为0.45%的回火马氏体基体,提高强度、硬度和耐磨性。
数量为8%的细颗粒未溶合金渗碳体(Fe,Cr)3C,提高耐磨性、细化奥氏体晶粒。
(3)铬的作用:
提高淬透性;
提高合金渗碳体的稳定性,淬火加热时保持细小颗粒,细化奥氏体晶粒,提高耐磨性。
(4)预先热处理
球化退火:
得到均匀细粒状珠光体组织。
780-800℃加热,炉冷。
正火:
得到细片状珠光体。
850-950℃加热,空冷。
(5)最终热处理
淬火:
830-860℃加热,油冷。
回火:
150-170℃。
8.氮化钢的合金化有何特点?
合金元素有何作用?
特点:
在中碳调质钢的基础上满足氮化工艺性能要求。
合金元素作用:
(1)提高淬透性,保证心部组织达到规定的强度。
(2)氮化工艺性能(氮化物形成元素Al、Nb、V、Cr、Mo、W);
(3)回火稳定性(Mo、V);
(4)防止高温回火脆性(Mo)。
2.采用普通碳素工具钢的优点是什么,局限性是什么?
优点:
成本低,冷热加工性好。
缺点:
只宜作尺寸较小,形状简单,受热温度不高的工件。
(1)淬透性差,临界直径小:
油冷为5mm,水冷为15mm。
(2)淬火变形开裂倾向大。
(3)组织稳定性差,高于200℃硬度明显下降。
3.什么是红硬性,为什么它是高速钢是一种重要性能,哪些元素在高速钢中能提高红硬性?
红硬性:
当刃具温度为650℃时,硬度HRc>50。
高速钢在高速切削时,刃具温度可上升到600-650℃,所以红硬性是高速钢的一种重要性能。
提高红硬性的合金元素:
W、Mo、V、Co、及微合金元素N。
☆强烈阻碍回火时马氏体中碳原子析出,提高回火稳定性。
☆回火时在马氏体中弥散析出W2C、Mo2C造成二次硬化。
4、18-4-1高速钢铸态显微组织特征是什么,为什么高速钢在热处理前一定要大量热加工?
(1)实际铸态组织:
大量鱼骨状Ld′和黑色屈氏体及白亮马氏体和残余奥氏体。
①黑色组织:
由于包晶和包共晶转变需要固相扩散,使δ达到所需C和Me,才能转变为γ,所以不能充分进行。
部分δ被保留,随后发生共析转变,δ→γ+K,称为δ共析。
在金相组织中呈黑色。
②白亮组织:
γ的共析反应被抑制,过冷到较低温度转变为M+AR,在金相组织中呈白色。
③共晶组织增多:
包晶和包共晶转变不彻底,δ没有完全消失,L相对增加,使Ld′增多。
(2)由于铸态高速钢中有粗大的鱼骨状共晶碳化物,所以必须经过锻轧将其粉碎,使其成为均匀分布的颗粒状碳化物。
如变形量不足,会存在粗的网状碳化物和密集的带状碳化物,淬火易开裂,并降低硬度、热硬性、强度、韧性和耐磨性。
7、高速钢18-4-1的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℃进行二次预热处理?
高速钢淬火加热时,必须保证奥氏体中固溶大量的合金元素,即有足够的碳化物溶入奥氏体。
而高速钢中的合金碳化物都比较稳定,M23C6到1090℃才完全溶解,M6C和MC分别在1037℃和1100℃开始溶解,所以18-4-1高速钢要采用1280℃淬火加热。
高速钢是高合金钢,导热系数小,为了防止工件加热时变形、开裂和缩短高温加热时间以减少脱碳,需要在500-600℃和800-850℃进行二次预热保温,保温时间比加热时间长一倍。
8.高速钢18-4-1淬火后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?
(1)回火时的组织变化
①淬火马氏体转变为回火马氏体;
②沉淀强化:
马氏体和残余奥氏体中析出弥散分布的合金碳化物颗粒。
③二次淬火:
残余奥氏体由于合金度降低,在冷却过程中转变为淬火马氏体。
(2)三次回火的目的
二次淬火产生的淬火马氏体需要回火,残余奥氏体需要两次回火才能基本消除,所以要采用三次回火。
9、高碳,高铬工具钢耐磨性极好的原因是什么,抗氧化的原因?
(1)耐磨性好的原因:
马氏体基体的硬度高。
未溶碳化物数多(退火时体积分数为16-20%)。
未溶碳化物是铬碳化物中硬度最高的Cr7C3,HV为1700。
(2)抗氧化的原因:
形成了稳定、致密、结合牢固的Cr2O3保护膜。
第五章不锈耐蚀钢
2.从电化学腐蚀原理看,采用哪些途径可以提高钢的耐蚀性?
(1)得到单相固溶体组织。
(2)表面形成稳定的保护膜。
(3)提高固溶体(阳极)的电极电位。
3.合金元素及环境介质对耐蚀钢的耐蚀性的影响?
合金元素的影响:
(1)Cr是提高耐蚀性的主要元素,可提高固溶体的电极电位,形成稳定的保护膜。
不锈钢中Cr含量不低于13%,同时符合n/8规律。
(2)Ni提高铬不锈钢在硫酸、醋酸、草酸及中性盐中的耐蚀性。
(3)Mn提高铬不锈钢在有机酸中耐蚀效果。
(4)Mo提高在热硫酸、稀盐酸、磷酸及有机酸中耐蚀,同时防止氯离子对膜的破坏抗点腐蚀。
(5)Cu在不锈钢表面作为附加微阴极,易于达到钝化状态,提高耐蚀性,一般加入2-3%。
(6)Si提高不锈钢在盐酸、硫酸及高浓度硝酸中的耐蚀性,一般加入2-4%。
环境介质的影响:
(1)大气、水、水蒸气等弱腐蚀介质中采用Cr13不锈钢。
(2)氧化性酸中采用Cr>17%以上的高铬不锈钢。
(3)非氧化性酸中一般Cr,Cr-Ni不锈钢难以钝化,需加入Ni、Mo,Cu增加钢的钝化能力。
(4)强有机酸介质中一般Cr,Cr-Ni不锈钢难以钝化需加入Mo,Cu、Mn增加钢的钝化能力。
(5)含Cl-1介质中需加入Mo增强抗点蚀能力。
4.奥氏体不锈钢晶间腐蚀产生的原因,影响因素及防止方法?
产生原因:
富铬的Cr23C6碳化物沿晶界呈网状连续析出,在晶界附近形成10-5cm宽的贫铬区,当贫铬区Cr含量下降到12%以下时钝化能力急剧下降,贫Cr区作为阳极发生腐蚀,腐蚀集中在晶界附近。
消除措施:
(1)钢中含C量降到0.03%以下,不析出碳化物,不会发生晶间腐蚀。
(2)加入Ti,Nb,生成稳定的TiC,NbC,固定钢中C,不生成铬的碳化物,不产生贫铬区。
(3)调整化学成分,出现10-50%δ铁素体,使Cr23C6在δ/γ相界δ相一侧呈点状析出,避免了在奥氏体晶界析出。
铬在δ相中扩散快,不会产生贫铬区。
(4)在550-800℃长时间加热,通过铬的扩散消除奥氏体中的贫铬区。
5.不锈钢发生应力腐蚀破裂的产生原因,影响因素及防止方法?
㈠产生原因:
张应力使位错运动形成表面滑移台阶,破坏了表面钝化膜。
裸露的滑移台阶若来不及修补成完整的钝化膜,会发生阳极溶解形成蚀坑,并继续向内部扩展,形成腐蚀裂纹。
㈡影响因素
(1)腐蚀介质Cl-强烈引起应力腐蚀。
随Cl-浓度升高,破坏时间缩短。
(2)只有张应力才会产生应力腐蚀。
应力越大,破坏时间越短。
(3)在含Cl-的水溶液中,80℃以上才产生应力腐蚀。
温度越高,破坏时间越短。
(4)组织和成分
①铁素体不锈钢和高镍奥氏体不锈钢不敏感,含铁素体的复相不锈钢敏感性低。
Cr18Ni9型奥氏体不锈钢很敏感。
②氮促进应力腐蚀裂纹的诱发和传播。
㈢防止措施
(1)加入2-4%的Si或2%的Cu。
(2)氮含量<
0.04%,并尽量降低磷、砷、锑、铋等杂质元素含量。
(3)采用高纯度铁素体不锈钢。
(4)采用奥氏体-铁素体复相不锈钢,铁素体占50-70%。
第六章耐热钢及耐热合金
2.耐热钢和耐热合金的基本性能要求有那两条?
(1)高温强度;
(2)高温化学稳定性。
4.如何利用合金化提高钢的高温抗氧化性能?
加入Cr,Si,Al提高FeO生成温度,阻止FeO生成。
(2)当Cr,Al含量高时,可形成致密、稳定、结合牢固的Cr2O3、Al2O3阻碍铁原子扩散。
3、如何利用合金化提高钢的高温强度?
(1)提高基体强度
①加入Ni、Mn、N,以奥氏体作为基体,奥氏体的原子排列较致密,原子间结合力强,比铁素体热强性好。
②加入W,Mo,产生固溶强化。
(2)晶界强化
①纯化晶界:
使晶界处分布的P,S及其它低熔点杂质形成稳定的难熔化合物。
②填充空位:
加入B填充晶界空位,阻止扩散。
③晶界沉淀强化:
沉淀相在晶界不连续析出,形成强化相骨架。
(3)沉淀强化:
加入W,V,Ti,Nb,Al,在晶内析出具有高的高温强度和高温稳定性的碳化物、金属间化合物。
第八章铝合金
1.以Al-4%Cu合金为例,阐述铝合金的时效过程及主要性能变化?
随温度升高,可分为四个阶段。
①Cu原子在{100}晶面上富集,形成铜原子富集区(GP区)。
②GP区进一步扩大,并有序化,具有正方点阵,称为θ’’。
③铜、铝原子之比为1:
2时,形成过渡相θ’,具有正方点阵。
④形成稳定相CuAl2,称θ,正方点阵。
与此对应,性能变化也分为四钢阶段。
①与基体保持共格关系,产生严重的点阵畸变,提高硬度、强度。
②与基体保持共格关系,强化效果最强烈。
③与基体保持半共格关系,强化效果下降,处于过时效阶段。
④与基体共格关系完全破坏,合金强度、硬度进一步降低。
2.变形铝合金分为几类,说明主要变形铝合金的合金系,牌号及主要性能特点?
㈠非热处理强化变形铝合金
(1)铝锰防锈铝合金合金系:
铝-锰。
牌号:
LF21。
性能特点:
在大气和海水中耐蚀性和纯铝相当。
良好的工艺性能。
(2)铝镁防锈铝合金合金系:
铝-镁。
LF2。
在大气和海水中耐蚀性优于LF21合金,在酸性和碱性介质中比LF21稍差。
第九章镁合金
1.镁的晶格类型如何,镁及镁合金有何主要性能特点?
镁具有密排六方点阵结构。
主要性能特点:
(1)密度轻,在金属材料中比强度和比刚度最高。
(2)高的抗震能力,能承受冲击载荷。
(3)优良的切削加工性和抛光性能。
2.镁合金按生产方法分为几类,其牌号如何表示?
分为变形镁合金和铸造镁合金两大类。
㈠变形镁合金
(1)镁锌锆系合金。
牌号:
MB15。
(2)镁锰系合金。
牌号:
MB1。
(3)镁稀土系和镁钍系耐热镁合金。
MA11。
(4)镁锂合金。
MA21。
㈡铸造镁合金
(1)镁铝锌铸造合金。
ZM5。
(2)镁锌锆铸造合金。
ZM1。
(3)镁稀土锆系耐热铸造合金。
ZM6
第十章铜合金
2.铜合金分为几类,不同铜合金的牌号如何表示,主要性能是什么?
黄铜:
二元黄铜:
铜-锌合金。
H85,H70,H62。
塑性好。
多元黄铜:
铝黄铜,HAl77-2,提高耐蚀性,增加强度。
锡黄铜,HSn70-1,提高耐蚀性,增加强度。
铅黄铜,提高切削性。
青铜:
锡青铜:
铜-锡合金。
QZSn10,铸造收缩率小,适于铸造形状复杂,壁厚变化大的工件。
多元锡青铜:
锡磷青铜,QZSn6.5-0.1(P),提高强度锡锌青铜,QSn4-3(Zn),改善力学性能。
铝青铜:
铜-铝合金。
QAl10,良好的力学性能、耐蚀性和耐磨性。
铝铁镍青铜:
QAl10-4-4,强度高,耐热,耐磨性好。
白铜:
普通白铜:
铜-镍合金。
B20,耐蚀性好,冷热加工性好。
锌白铜:
BZn15-20,(Ni:
15%,Zn:
20%)高强度,高弹性。
铝白铜:
高强度,高弹性,高耐蚀性。
电工白铜:
康铜,考铜,B0.6白铜
第十一章钛合金
1.钛的晶格类型如何,钛合金的分类及牌号?
晶格类型:
固态下有同素异构转变:
<
882℃,hcp结构,称α-Ti。
882-1678℃,bcc结构,称β-Ti。
分类及牌号:
(1)α钛合金。
TA4,TA5,TA6,TA7,TA8。
(2)α+β钛合金。
TC1,TC2,TC3,……TC10。
(3)β钛合金。
TB1,TB2。
2.钛及钛合金有何主要性能特点?
(1)强度与优质钢相近,密度轻,比强度高。
(2)在400-500℃耐热性远比铝合金和镁合金高。
(3)耐蚀性与18-8不锈钢相当,特别是在海水和含氯介质中的几乎不腐蚀。
TA8:
近α钛合金。
Ti-5Al-2.5Sn-3Cu-1.5Cu
良好的热塑性和焊接性;
良好的抗氧化性;
耐热性较好。
TC4:
α+β钛合金。
Ti-6Al-4V。
既有高强度又有好的加工成型性。
400℃以上,蠕变强度稍逊。