2023年金属材料学考试真题及答案.doc

一、选择题1、细化晶粒对钢性能奉献是 强化同步韧化 ；提高钢淬透性关键作用是 使零件整个断面性能趋于一致，能采用比较缓和措施冷却 。2、滚动轴承钢GCr15Cr质量分数含量为 1.5% 。滚动轴承钢中碳化物不均匀性关键是指 碳化物液析 、 带状碳化物 、 网状碳化物 。3、选择零件材料一般原则是 使用性能规定 、工艺性规定 和 经济性规定等 。4、一般扩大区元素均使Fe-C相图中S、E点向 左下 方移动，例 Ni、Mn 等元素；凡封闭区元素使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是表达 压力加工黄铜 一种牌号，关键成分及名义含量是 Cu62%、Zn38% 。 7、在非调质钢中常见微合金化元素有 Ti、V、Nb、N 等，这些元素关键作用是 细化组织和相间沉淀析出强化 。 8、球铁力学性能高于灰铁是由于球铁中石墨 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，和钢热处理最大辨别是 铝合金没有同素异构相变 。1、钢合金化基础原则是 多元适量、复合加入 。在钢中细化晶粒作用较大合金元素有 Ti、V、Nb 等，细化晶粒对钢性能作用是 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、 （按强弱次序排列，列举5个以上）。钢中二元碳化物分为两类：rc/rM 0.59为 简朴 点阵构造，有MC和 M2C 型；rc/rM 0.59为 复杂点阵构造，有 M23C6 、 M7C3 和 M3C 型。3、选择零件材料一般原则是 使用性能规定 、 工艺性规定 和 经济性规定等。汽车变速箱齿轮常见 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，产生晶界腐蚀关键原因是 晶界析出 Cr23C6，导致晶界区贫Cr ，为防止或减轻晶界腐蚀，在合金化方面关键措施有 减少碳量 、 加入Ti、V、Nb强碳化物元素 。 5、影响铸铁石墨化关键原因有 碳当量 、 冷却速度 。球墨铸铁在浇注时要通过 孕育 处理和 球化 处理。 6、铁基固溶体形成有一定规律，影响组元在置换固溶体中溶解状况原因有： 溶剂和溶质原子点阵构造 、 原子尺寸原因 、 电子构造 。 7、对耐热钢最基础性能规定是 良好高温强度和塑性、 良好化学稳定性 。常见抗氧化合金元素是 Cr 、 Al 、 Si 。1、钢中二元碳化物分为二类：rC / rM 0.59，为 复杂 点阵构造，有M3C、 M7C3 和 M23C6 型。两者相比，前者性能特点是硬度高、 熔点高 和 稳定性好 。2、凡能扩大区元素使铁碳相图中S、E点向 左下 方移动，例 Mn Ni 等元素（列出2个）；使区缩小元素使S、E点向 左上 方移动，例 Cr 、Mo、W 等元素（列出3个）。3、提高钢淬透性作用是 获得均匀组织，满足力学性能规定 、 能采用比较缓慢冷却措施以减少变形、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 奥氏体中析出K和应力诱发马氏体相变 。5、对热锻模钢关键性能规定有 高热强性 、 良好热疲惫抗力 、良好冲击韧性 和良好淬透性及耐磨性。常见钢号有 5CrNiMo （写出一种）。 6、QT600-3是 球墨铸铁 ，“600”表达 抗拉强度600MPa ，“3”表达 延伸率 3% 。H68是 黄铜 ，LY12是 硬铝 ，QSn4-3是 锡青铜 。 7、在非调质钢中常见微合金化元素有 Ti、V 等（写出2个），这些元素关键作用是 细化晶粒组织 和 弥散沉淀强化 。 8、铝合金热处理包括固溶处理和 时效硬化 两过程，和钢热处理最大辨别是 加热过程中没有同素异构转变 。1、钢强化机制关键有 固溶强化 、 位错强化 、 细晶强化 、 沉淀强化 。 其中 细晶强化 对钢性能奉献是既提高强度又改善塑、韧性。2、提高钢淬透性作用是 获得均匀组织，满足力学性能规定 、 能采用比较缓慢冷却措施以减少变形、开裂倾向 。3、滚动轴承钢GCr15Cr质量分数含量为 1.5%左右 。滚动轴承钢中碳化物不均匀性关键是指 碳化物液析 、 碳化物带状 、 碳化物网状 。4、选择零件材料一般原则是 满足力学性能规定 、 良好工艺性能 、 经济性 和环境协调性等其他原因。5、一般扩大区元素均使Fe-C相图中S、E点向 左下 方移动，例 Mn、Ni 等元素（写出2个）；凡封闭区元素使S、E点向 左上 方移动，例 Cr、Mo 等元素（写出2个）。S点左移意味着 共析碳含量减少 。 6、QT600-3是 球墨铸铁 ，“600”表达 抗拉强度不小于600MPa ，“3”表达 延伸率不小于3% 。 7、H68是 黄铜 ，LY12是 硬铝 ，QSn4-3是 锡青铜 。 8、在非调质钢中常见微合金化元素有 Ti、V 等（写出2个），这些元素关键作用是 细晶强化 和 沉淀强化 。 9、铝合金热处理包括固溶处理和 时效硬化 两过程，和钢热处理最大辨别是 没有同素异构转变 。二、解释题1、高速钢有很好红硬性，但不适宜制造热锤锻模。高速钢虽有高耐磨性、红硬性，但韧性比较差、在较大冲击力下抗热疲惫性能比较差，高速钢没有能满足热锤锻模服役条件所需要高韧性和良好热疲惫性能规定。2、在一般钢中，应严格控制杂质元素S、P含量。S元素在钢中会形成低熔点（989）FeS，在1000以上热压力加工过程中会熔化，使钢在热压力加工中产生热脆；P元素在钢中会形成硬脆Fe3P相，使钢在冷加工中产生应力集中而发生冷脆。因此，一般钢中S、P常看作杂质元素，应严格控制含量。3、9SiCr钢和T9钢相比，退火后硬度偏高，在淬火加热时脱碳倾向较大。9SiCr虽然和T9含碳量相似，但由于它具有Cr、Si合金元素，Si是非K形成元素，固溶强化基体作用较大，因此退火后硬度偏高。此外Si提高碳皇度，增进石墨化，因此在加热时脱碳倾向较大。6、奥氏体不锈钢1Cr18Ni9晶界腐蚀倾向比较大。在奥氏体不锈钢1Cr18Ni9焊接后，在焊缝及热影响区轻易在晶界析出Cr碳化物Cr23 C 6 从而导致晶界贫Cr，低于1/8规律Cr%，使电极电位大大减少，从而导致晶界腐蚀。1、40Mn2钢淬火加热时，过热敏感性比较大。在C%较低时，Mn可以细化珠光体。在C%较高时，Mn加强了C增进奥氏体晶粒长大作用，且减少了A1温度。因此40Mn2钢过热敏感性比较大。2、40CrNiMo钢正火后，切削性能比较差。40CrNiMo钢因具有Ni、Cr能提高淬透性，正火后所有能得到诸多马氏体组织，使切削性能变差。3、球墨铸铁强度和塑韧性所有要比灰口铸铁好。球铁中，石墨呈球形，灰口铁石墨呈片状。球状石墨对基体切割作用和石墨应力集中效应大大不不小于片状，球铁基体运用率大大高于灰口铁，因此球墨铸铁强度和塑韧性所有要比灰口铸铁好。4、铝合金晶粒粗大，不能靠重新加热热处理来细化。由于铝合金不象钢基体在加热或冷却时可以发生同素异构转变，因此不能像钢同样可以通过加热和冷却发生重结晶而细化晶粒。5、H68、H70俗称弹壳黄铜，常见于制造炮弹壳、子弹壳。H68、H70 组织中只有单相组织，它塑性很好，因此适合制造部分需要进行深冲加工零件如炮弹壳、子弹壳等。1、高速钢回火工艺常采用：回火温度560左右，回火3次。由于高速钢中高合金度马氏体回火稳定性很好，在560左右回火，才能弥散析出特殊碳化物，产生硬化。同步在560左右回火，使材料组织和性能达到了最佳状态。一次回火使大部分残留奥氏体发生了马氏体转变，二次回火使第一次回火时产生淬火马氏体回火，并且使残留奥氏体更多地转变为马氏体，三次回火可将残留奥氏体控制在合适量，并且使内应力消除得更主线2、在低合金高强度构件用钢中，Si、Mn元素加入量有限制，一般Si1.1%,Mn2%。Si、Mn元素所有能强化铁素体，在低合金高强度构件用钢中可以提高钢强度，不过当Si1.1%、Mn2%时，却明显地减少钢塑性。因此，在低合金高强度构件用钢中，Si、Mn元素加入量有限制。3、Si是非碳化物形成元素，但能有效地提高钢低温回火稳定性。Si虽然是非碳化物形成元素，但在低温回火时可以克制-FexC形成和转变为Fe3C，即有效地制止了Fe3C形核、长大及转变。因此能有效地提高钢低温回火稳定性4、4Cr13含碳量（质量分数）为0.4%左右，但已是属于过共析钢。Cr元素使共析S点向左移动，当Cr含量达到一定程度时，S点已左移到不不小于0.4%C，因此4Cr13是属于过共析钢。5、40 CrNi钢淬火高温回火后常见水或油冷却。40 CrNi钢具有 Cr、Ni元素，而Cr、Ni增进了钢回火脆性，因此40 CrNi钢高温回火脆性倾向较大，回火后快冷能克制高温回火脆性，因此常见水或油冷却。4、高锰钢（ZGMn13）在Acm以上温度加热后空冷得到大量马氏体，而水冷却可得到所有奥氏体组织。高锰钢在Acm以上温度加热后得到了单一奥氏体组织，奥氏体中合金度高（高C、高Mn），使钢Ms低于室温如下。如快冷，就获得了单一奥氏体组织，而慢冷由于中途析出了大量K，使奥氏体合金度减少，Ms上升，因此空冷时发生相变，得到了大量马氏体。1、试总结Mo元素在合金中作用，并简要阐明原因。Mo元素在合金中关键作用归结如下：（1）减少回火脆性，一般认为Mo可以克制有害元素在晶界偏聚；（2）提高贝氏体淬透性，由于Mo大大推迟珠光体转变而对贝氏体转变影响较小；（3）细化晶粒，提高回火稳定性。Mo是强碳化物形成元素，和碳结合力较大形成碳化物稳定，不易长大。（4）提高热强性，由于Mo可以较强地提高固溶体原子结合力。（5）提高防腐性，尤其是对于非氧化性介质。由于Mo可以形成致密而稳定MoO3 膜；（6）提高红硬性，因Mo和C原子结合力强，故回火稳定性比很好并且形成在高温下碳化物稳定。2、高速钢成分和热处理工艺比较复杂，试答复下列问题：1）高速钢中W、Mo、V合金元素关键作用是什么?2）高速钢W6Mo5Cr4V2AC1在800左右，但淬火加热温度在12001240，淬火加热温度为何这样高?3）常见560三次回火，为何?答案要点：1）W作用关键是提高钢红硬性。关键形成W6C，淬火加热时未溶K阻碍晶粒长大，溶解部分提高抗回火稳定性，在回火时弥散析出W2C，提高耐磨性。但W减少钢导热性。Mo作用和W相似。含Mo高速钢热塑性很好，便于热压力加工或热塑性变形。V明显提高红硬性、硬度和耐磨性，同步可有效减少过热敏感性。2）高速钢中要使W、Mo、V等元素发挥作用必需使其充足地溶解到奥氏体中，然后在回火时产生二次硬化效果，由于这些元素形成碳化物稳定，溶解温度在1000以上，故需要高淬火加热温度。3）由于高速钢中高合金度M回火稳定性很好，在560左右回火，才能弥散析出特殊碳化物，产生硬化。同步在560左右回火，使材料组织和性能达到了最佳状态。一次回火使大部分AR发生M转变，二次回火使第一次回火时产生淬火M回火，并使AR更多地转变为M，三次回火可将AR控制在合适量，并且使内应力消除得更主线。3、从合金化角度考虑，提高钢韧度关键有哪些途径?1）细化奥氏体晶粒。如强碳化物形成元素Ti、Nb、V等。2）提高钢回火稳定性。如强碳化物形成元素Ti、Nb、V等所有很有效。3）改善基体韧度。如加Ni。4）细化碳化物。碳化物细小、园整、分布均匀和适量对韧度有利。5）减少或消除回火脆性。如加入W、Mo。6）在保证强度时，尽量减少含C量.4、分析阐明图中铝合金（Al-4%Cu）时效硬化不同样过程中性能变化，并阐明其原因（解释下图）。 图 130时效时铝铜合金硬度和时间关系铝合金时效时，随温度不同样和时间延长，新相形成和析出经历如下多种阶段，从而使硬度发生变化：1）形成铜原子富集区：为G.P.区，导致点阵畸变，因此硬度提高。2）形成Cu原子富集区有序化： Cu原子有序化，形成,它和基体仍然完全共格，产生畸变比G.P.更大,并且随长大，共格畸变区深入扩大，对位错阻碍也深入增长，因此图中硬度深入上升。3）形成过渡相：过渡相成分靠近CuAl2，由完全共格变成部分共格，共格畸变开始减弱，因此图中硬度开始下降。4）形成稳定相：过渡相完全从基体中脱溶，形成稳定相成分为CuAl2，共格畸变作用完全消失，故图中硬度深入下降。1、试总结Si元素在合金钢中作用，并简要阐明原因。Si作用如下：1）提高钢强度； Si是铁素体形成元素，有较强固溶强化作用；2）提高钢淬透性；可制止铁素体形核和长大，使“C”曲线右移；3）提高低温回火稳定性；因Si可以克制回火时K形核、长大及转变；4）提高淬火加热温度；，Si提高A1温度。5）提高抗氧化性，由于它可以形成致密稳定氧化膜，同步可以提高FeO形成温度。6）加热时易脱碳；Si是增进石墨化元素。2、画出示意图阐明高速钢铸态组织。简述高速钢中W、V、Cr合金元素关键作用。高速钢在淬火加热时，如产生欠热、过热和过烧现象，在金相组织上各有什么特性。高速钢铸态组织中有鱼骨状莱氏体Ld 、黑色共析体、白亮马氏体和残存奥氏体构成（图略）。W作用关键是提高钢红硬性。关键形成W6C，淬火加热时未溶K阻碍晶粒长大，溶解部分提高抗回火稳定性，在回火时弥散析出W2C，提高耐磨性。不过W减少了钢导热性。V明显提高红硬性、硬度和耐磨性，同步可有效减少过热敏感性。Cr提高淬透性，提高耐蚀性和抗氧化性，提高切削性。高速钢在加热时如如产生欠热、过热和过烧现象，在金相组织上各有不同样特性。欠热组织有大量未溶碳化物，晶粒细小；过热组织晶粒粗大，未溶碳化物少而角状化；过烧组织中有晶界溶化现象，出现莱氏体和黑色组织。3、钢强化机制关键有哪些?从合金化角度考虑，提高钢韧度关键有哪些途径?：固溶强化、细化强化、位错强化、第二相强化。从合金化角度考虑，提高钢韧度关键途径有：1）细化奥氏体晶粒。如强碳化物形成元素Ti、Nb、V、W、Mo等。2）提高钢回火稳定性。在相似强度水平下能提高塑性和韧度。3）改善基体韧度。如加Ni。4）细化碳化物。碳化物细小、园整、分布均匀和适量对韧度有利。5）减少或消除回火脆性。如加入W、Mo。6）保证强度时，减少才C%.4、从热力学和动力学条件分析壁厚铸件可得到石墨组织，而在壁薄时却得到白口组织？从热力学而言，高温铁水冷却时对石墨形成是有利。而从动力学条件看，形成石墨需要高C浓度起伏和Fe、C长距离扩散，而Fe3C形成只需要C浓度起伏和Fe、C短距离扩散，因此不利于石墨形成但有助于Fe3C形成。铸件在壁厚时，由于冷速慢，C原子可充足扩散，石墨形成动力学条件很好，有助于石墨形成。壁薄时，由于铁水冷却快，C原子不能充足扩散，因此易得到Fe3C白口组织。1、合金化基础原则是多元适量，复合加入。试举例阐明Mn-V和Si-Mn复合作用。（10分）Mn-V复合：Mn有过热倾向，而V是减弱了Mn作用；Mn能减少碳活度，使稳定性很好VC溶点减少，从而在淬火温度下VC也能溶解诸多，使钢获得很好淬透性和回火稳定性。Si-Mn复合：Si、Mn所有是强化铁素体有效元素，能提高钢弹性极限，但Si有脱C倾向、Mn有过热倾向，而Si-Mn复合可使钢脱C、过热倾向减少，这样合金复合在弹簧钢中得到了很好应用。 2、阐明高速钢铸态组织特性（3分）。有一批高速钢钻头，淬火后硬度比正常偏低，估计是淬火加热有问题。淬火加热也许出现什么问题?（3分） 怎样从金相组织上来进行鉴定?（6分）高速钢铸态组织为：黑色组织（混合型）+白亮组织（M和AR）+莱氏体。淬火后硬度比正常偏低也许是欠热、过热或过烧等原因。欠热：晶粒很细小，K诸多；过热：晶粒较大，K较少；过烧：晶界有熔化组织，即鱼骨状或黑色组织。4、试从合金化原理角度分析9SiCr钢关键特点。（10分）Si、Cr淬透性，D油60HRC；Si、Cr使碳化物细小、分布均匀不轻易崩刃；分级或等温处理，变形较小；Si使脱碳倾向较大，切削加工性相对也差些。适于制作形状较复杂、变形规定小工件，尤其是薄刃工具，如丝锥、扳牙、铰刀等。1、试总结Ni元素在合金钢中作用，并简要阐明原因。（10分）答案要点：1）基体韧度 Ni位错运动阻力，使应力松弛；2）稳定A， NiA1 ，扩大区，量大时，室温为A组织； 3）淬透性G，使“C”线右移，Cr-Ni复合效果愈加好；4）回火脆性 Ni增进有害元素偏聚；5）Ms ，Ar 马氏体相变驱动力。2、高速钢热处理工艺比较复杂，试答复下列问题：（12分，每题3分）1）淬火加热时，为何要预热? 2）高速钢W6Mo5Cr4V2AC1在800左右，但淬火加热温度在12001240，淬火加热温度为何这样高?3）高速钢回火工艺一般为560左右，并且进行三次，为何? 4）淬火冷却时常见分级淬火，分级淬火目的是什么?1）高速钢合金量高，尤其是W，钢导热性很差。预热可减少工件加热过程中变形开裂倾向；缩短高温保温时间，减少氧化脱碳；可对的地控制炉温稳定性。2）由于高速钢中碳化物比较稳定，必需在高温下才能溶解。而高速钢淬火目的是获得高合金度马氏体，在回火时才能产生有效二次硬化效果。3）由于高速钢中高合金度马氏体回火稳定性很好，在560左右回火，才能弥散析出特殊碳化物，产生硬化。同步在560左右回火，使材料组织和性能达到了最佳状态。一次回火使大部分残留奥氏体发生了马氏体转变，二次回火使第一次回火时产生淬火马氏体回火，并且使残留奥氏体更多地转变为马氏体，三次回火可将残留奥氏体控制在合适量，并且使内应力消除得更主线。4）分级淬火目的：减少热应力和组织应力，尽量地减小工件变形和开裂。4、试从合金化原理角度分析9Mn2V钢关键特点。（10分）1）Mn淬透性，D油 = 30mm；2）Mn MS，淬火后AR较多，约2022%，使工件变形较小；3）V能克服Mn缺陷，过热敏感性，且能细化晶粒；4）含0.9%C左右，K细小均匀，但钢硬度稍低，回火稳定性较差，宜在200如下回火；5）钢中VC使钢磨削性能变差。9Mn2V广泛用于各类轻载、中小型冷作模具。