金属材料学复习题.doc

一、填空题
1、特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构、物理、化学和机械性能的化学元素称为 合金元素 ，在碳钢基础上加入一定量合金元素的钢称为 合金钢 。高合金钢：般指合金元素总含量超过 10% 的钢。一般指合金元素总含量在 5-10% 范围内的钢称为中合金钢。低合金钢：一般指合金元素总含量 <5% 的钢。 微合金钢：合金元素(如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等于0.2% ，而能显著影响组织和性能的钢。
2、奥氏体形成元素使A3线 降低 ，A4线 升高 ，在较宽的成分范围内，促使奥氏体形成，即扩大了γ相区。根据Fe-Me相图的不同可分为：开启γ相区元素和扩展γ相区元素。 Ni，Mn，Co 属于开启γ相区合金元素，与γ-Fe无限固溶，使δ和α相区缩小。C、N、Cu、Zn、Au属于扩展γ相区的元素，合金元素与α-Fe和γ-Fe均形成有限固溶体。
3、铁素体(α)稳定化元素使A4降低，A3升高，在较宽的成分范围内，促使铁素体形成，即缩小了γ相区。根据Fe-Me相图的不同，可分为：封闭γ相区(无限扩大α相区)和缩小γ相区(不能使γ相区封闭)。对封闭γ相区的元素，当合金元素达到某一含量时，A3与A4重合，其结果使δ相与α相区连成一片。当合金元素超过一定含量时，合金不再有α-γ相变，与α-Fe形成无限固溶体。
4、扩大γ相区元素降低了共析温度，缩小γ相区元素升高了共析温度。几乎所有合金元素都使共析S碳含量点降低，尤其以强碳化物形成元素的作用最为强烈。共晶点E的碳含量也随合金元素增加而降低。
5、碳化物在钢中的稳定性取决于金属元素与碳元素亲和力的大小，一般来说，碳化物的生成热愈大，碳化物愈稳定。根据碳化物结构类型，分为简单点阵结构和复杂点阵结构。形成碳化物的结构类型与合金元素的原子半径有关，当rC/rM＞0.59时，形成复杂点阵结构，当rC/rM＜0.59时形成简单点阵结构。
6、强C化合物形成元素有钛、锆、铌、钒 ，中等强度的有钼、钨、铬，弱的有锰、铁，强碳化物形成元素总是优先与碳结合形成碳化物，若碳含量有限，较弱的碳化物形成元素将溶入固溶体中，碳化物稳定性愈好，溶解越难，析出越难，聚集长大越难。碳化物形成元素可提高碳在奥氏体中的扩散激活能，阻碍奥氏体晶粒的长大，非碳化合物形成元素对奥氏体晶粒的长大作用 。
7、合金钢中的相组成包括：固溶体，碳化物和氮化物，金属间化合物。
8、碳化物形成元素（如钒、钛、铬、钼、钨）如果含量较多，将使奥氏体向珠光体的转变显著推迟，但对奥氏体向贝氏体的转变的推迟并不显著，因而使这两种转变的等温转变曲线从“鼻子”处分离，而形成两个 C形。当这类元素增加到一定程度时，在这两个转变区域的中间还将出现过冷奥氏体的亚稳定区。合金元素对马氏体转变温度Ms (起始转变温度)和Mn (终了转变温度)的影响也很显著，大部分元素均使Ms和Mn点降低，其中以碳的影响最大,其次为锰、钒、铬等；但钴和铝则使Ms和Mn点升高。
9、 除Co外，几乎所有的合金元素使C曲线右移；其结果，降低了钢的临界冷却速度，提高了钢的淬透性；
10．选择零件材料的一般原则是满足使用性能要求 、工艺性要求 和 经济性要求等 。
11、细化晶粒对钢性能的贡献是 提高钢强度与塑性 ；提高钢淬透性的主要作用是 使工件得到均匀而良好的力学性能，满足技术要求；减小工件淬火时的变形与开裂倾向 。
12、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 液析碳化物 、 带状碳化物 、 网状碳化物 。
13、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 。
14、凡是扩大γ区的元素均使Fe-C相图中S、E点向 左下 方移动，例 mn，ni 等元素；凡封闭γ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 共析碳量减小 ，E点左移意味着 出现莱氏体的碳含量减小 。
15、铝合金可分铸造铝合金和变形铝，变形铝又可分 防锈铝 、硬铝合金 、 和超硬铝合金 锻铝合金
16、H62是表示 黄铜 的一个牌号，主要成份及名义含量是 62%cu38%zn的普通黄铜 。
17、在非调质钢中常用微合金化元素有 Ti Nb V N 等，这些元素的主要作用是 析出碳（氮）化合物
18、球铁的力学性能高于灰铁是因为球铁中石墨的微量杂质 、 要比灰铁小得多。
19、铝合金热处理包括 固溶处理 和 时效处理 两过程，和钢的热处理最大区别是 强化机理 。
20、过渡族金属与碳的亲和力有强弱之分，Ti、Ta、Hf、Zr、V、Nb、Cr、W、Mo、Mn、Fe元素与碳的亲和力有强至弱的排列的次序 ti，zr，nb ，v,w，mo，cr，mn，fe ；其中 ti，zr，nb，v是强碳化物形成元素； w，mo，cr 是中碳化物形成元素， mn，fe 是弱碳化物形成元素。
21、合金元素和铁形成无限固溶体的条件有三个方面，第一个条件是 溶剂与溶质的点阵结构 ，第二个条件是 原子尺寸因素 ，第三个条件是 电子结构 。
22、提高钢的淬透性的元素有 除co外 。
23、W18Cr4V是高速钢，其铸态组织是 莱氏体 ，淬火组织是 高合金马氏体 ，回火组织是 高合金奥氏体 。
24、N、C是间隙元素，由于N的原子半径小于C，所以N在α-Fe中的溶解度比C 高 ，另外由于Fe的晶格类型有α-Fe和γ-Fe之分，因此C、N元素在α-Fe的溶解度远远 小于 在γ-Fe中的溶解度。
25、含有强碳化物元素的淬火钢，在回火时，碳化物的形成方式一般有 形核， 形核 形核三种，其中 形核对钢的强韧性有较大的贡献。
26、淬火钢在较高温度下回火时，碳化物形成元素（Cr、Mo、W 、V、Nb） 马氏体的分解，非碳化物形成元素和弱碳化物形成元素对马氏体的分解有 作用。
27、微量元素在钢中的有益效应，包括四个方面，即 净化 作用， 变质 作用 控制杂质的形成 作用，和 作用。
28、间隙原子在α-Fe的扩散能力比在γ-Fe中要快的多，置换原子在铁中的扩散能力要比间隙原子 几个数量级，并且在α-Fe中的扩散要比在γ-Fe中的扩散 。
29、根据碳在结晶过程中的析出状态以及凝固后断口颜色分为三大类：白口铸铁；麻口铸铁；灰口铸铁 。灰铸铁金属基体根据共析阶段石墨化进行的程度不同可分为铁素体，铁素体＋珠光体和珠光体三种。灰铸铁热处理的目的主要局限于消除内应力和改变铸件硬度两方面。
灰铸铁的热处理主要是退火、正火和表面热处理。
30、灰口铸铁按石墨的形状和大小又可分为：灰口铸铁  －石墨为片状；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。
31、一般来说，铸件冷却速度越缓慢，越有利于石墨化过程的充分进行。铸件壁厚是影响铸件冷却速度的主要因素。
32、球墨铸铁的组织：球状石墨+金属基体。一般来说，石墨的圆整度越好，球径越小，分布越均匀，则球墨铸铁的机械性能亦越高。
33、可锻铸铁是先将铁水浇铸成白口铸铁，然后经石墨化退火，使游离渗碳体发生分解形成团絮状石墨的一种高强度灰口铸铁。
34、黄铜是以锌(Zn)为主要合金元素的铜合金
35、机器零件用钢必须进行热处理强化以充分发挥钢材的性能潜力，所以机器零件用钢的使用状态通常为淬火加回火态，即强化态。机器零件用钢通常以力学性能为主，工艺性能为辅。
工程结构钢以工艺性能为主，力学性能为辅。
36、特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构、物理、化学和机械性能的化学元素称为 合金元素 ，在碳钢基础上加入一定量合金元素的钢称为 合金钢 。高合金钢：般指合金元素总含量超过 的钢。一般指合金元素总含量在 5%-10% 范围内的钢称为中合金钢。低合金钢：一般指合金元素总含量小于或等于5% 的钢。
37、奥氏体形成元素使A3线 降低 ，A4线升高 ，在较宽的成分范围内，促使奥氏体形成，即扩大了γ相区。根据Fe-Me相图的不同可分为：开启γ相区元素和扩展γ相区元素。锰、镍、钴属于开启γ相区合金元素，与 r-fe 无限固溶，使 α 和 δ 相区缩小。C、N、Cu、Zn、Au属于扩展γ相区的元素，合金元素与α-Fe和γ-Fe均形成 有限固溶体 。
38、铁素体(α)稳定化元素使A4 降低 ，A3 升高 ，在较宽的成分范围内，促使铁素体形成，即缩小了γ相区。根据Fe-Me相图的不同，可分为： 封闭 γ相区和 缩小 γ相区。对封闭γ相区的元素，当合金元素达到某一含量时，A3与A4 重合 ，其结果使α相 和 δ 相 连成一片。当合金元素超过一定含量时，合金不再有α- γ 相变，与α-Fe形成 无限固溶体 。
39、扩大γ相区元素降低 共析温度，缩小γ相区元素 升高了 共析温度。几乎所有合金元素都使共析S碳含量点 降低 ，尤其以 强 碳化物形成元素的作用最为强烈。共晶点E的碳含量也随合金元素增加而 降低 。
40、碳化物在钢中的稳定性取决于金属元素与碳元素亲和力 的大小，碳化物的生成热愈大，碳化物愈稳定 。根据碳化物结构类型，分为简单点阵结构和复杂点阵结构。形成碳化物的结构类型与合金元素的原子半径有关，当rC/rM 大于 0.59时，形成 复杂点阵结构 ， 当rC/rM 小于 0.59时形成 简单点阵结构 。
41、强碳化合物形成元素有钛、锆、铌、钒 ，中等强度的有钼、钨、铬，弱的有锰、铁，强碳化物形成元素总是 优先 与碳结合形成碳化物，若碳含量有限，较弱的碳化物形成元素将会溶入 固溶体中，碳化物稳定性愈好，溶解 越难 ，析出 越难 ，聚集长大越难 。碳化物形成元素可 提高 碳在奥氏体中的扩散激活能， 阻碍 奥氏体晶粒的长大，非碳化合物形成元素对奥氏体晶粒的长大作用 。
42、合金钢中的相组成包括： 固溶体 ，碳化物，氮化物 ， 金属间化合物 。
43、碳化物形成元素（如钒、钛、铬、钼、钨）如果含量较多，将使奥氏体向 珠光体 的转变显著推迟，但对奥氏体向 贝氏体 的转变的推迟并不显著，因而使这两种转变的等温转变曲线从 鼻子处分离，而形成两个c形。当这类元素增加到一定程度时，在这两个转变区域的中间还将出现过冷奥氏体的亚稳定区。合金元素对马氏体转变温度Ms (起始转变温度)和Mn (终了转变温度)的影响也很显著，大部分元素均使Ms和Mn点 降低 ，其中以碳的影响最大,其次为锰、钒、铬等；但钴和铝则使Ms和Mn点升高。
44、 除Co外，几乎所有的合金元素使C曲线 右移 ；其结果，降低了钢的 临界 冷却速度，提高了钢的 淬透性 。
45、选择零件材料的一般原则是满足 使用性能 要求 、 工艺性能 和 经济性 要求。
46、合金元素和铁形成无限固溶体的条件有三个方面，第一个条件是 溶剂与溶质的点阵结构 ，第二个条件是 原子尺寸因素 ，第三个条件是 电子结构 。
47、N、C是间隙元素，由于N的原子半径小于C，所以N在α-Fe中的溶解度比C ，另外由于Fe的晶格类型有α-Fe和γ-Fe之分，因此C、N元素在α-Fe的溶解度远远 小于 在γ-Fe中的溶解度。
48、间隙原子在α-Fe的扩散能力比在γ-Fe中要快的多，置换原子在铁中的扩散能力要比间隙原子 几个数量级，并且在α-Fe中的扩散要比在γ-Fe中的扩散 。
49、淬火钢在较高温度下回火时，碳化物形成元素（Cr、Mo、W 、V、Nb） 马氏体的分解，非碳化物形成元素和弱碳化物形成元素对马氏体的分解有 作用。
50、根据凝固后断口颜色铸铁可分为三大类： 、 和 。灰铸铁金属基体根据共析阶段石墨化进行的程度不同可分为 ， 和 三种。灰铸铁热处理的目的主要局限于 和改变铸件 两方面。
51、灰口铸铁按石墨的形状和大小又可分为： 铸铁、 铸铁、 铸铁和 铸铁。
52、一般来说，铸件冷却速度越缓慢，越 于石墨化过程的充分进行。铸件 是影响铸件冷却速度的主要因素。
53、可锻铸铁是先将铁水浇铸成 ，然后经 退火，使 发生分解形成 的一种高强度灰口铸铁。
54、机器零件用钢必须进行热处理强化以充分发挥钢材的性能潜力，所以机器零件用钢的使用状态通常为 ，即强化态。机器零件用钢通常以力学性能为 ，工艺性能为 。
工程结构钢以工艺性能为 ，力学性能为 。

二.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-FexC→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HRC和强度提高（二次硬化效应）。 如 V，Nb, Ti等都属于此类型。
7）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。
8）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。
9）合金渗碳体：Fe3C中的铁原子可以被其他金属原子所置换，形成以间隙化合物为基体的固溶体，一般把它们称为合金渗碳体。
10）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。
11）变质处理：就是向金属液体中加入一些细小的形核剂（又称为孕育剂或变质剂），使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，达到提高材料性能的目的。
12）回火稳定性：淬火钢在回火时，抵抗强度、硬度下降的能力称为回火稳定性。
13）固溶处理： 指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。
14）红硬性： 又名红性,是指外部受热升温时工具钢仍能维持高硬度（大于 60 HRC）的功能，现在就温和型的度数。红硬性是指材料在经过一定温度下保持一定时间后所能保持其硬度的能力。
15）微合金钢： 微合金化的高强度低合金钢。它是在普通软钢和普通高强度低合金钢基体化学成分中添加了微量合金元素(主要是强烈的碳化物形成元素，如Nb、V、Ti、Al等)的钢，合金元素的添加量不多于0.20％。添加微量合金元素后，使钢的一种或几种性能得到明显的变化。
16）蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。
17）固溶强化：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。在溶质原子浓度适当时，可提高材料的强度和硬度，而其韧性和塑性却有所下降。
18）细晶强化： 通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法称为细晶强化，工业上将通过细化晶粒以提高材料强度。
19）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。
20）回火脆性：回火脆性，是指淬火钢回火后出现韧性下降的现象。淬火钢在回火时，随着回火温度的升高，硬度降低，韧性升高，但是在许多钢的回火温度与冲击韧性的关系曲线中出现了两个低谷，一个在 200~400℃之间，另一个在450~650℃之间。随回火温度的升高，冲击韧性反而下降的现象，回火脆性可分为第一类回火脆性和第二类回火脆性。
21）人工时效：人工时效是人为的方法，一般是加热或是冰冷处理消除或减小淬火后工件内的微观应力、机械加工残余应力，防止变形及开裂。稳定组织以稳定零件形状及尺寸。其方法是：将工件加热到一定温度，长时间保温后（5-20小时）随炉冷却，或在空气中冷却。它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底，但相比自然时效应力释放不彻底。
22）应变时效：应变力作用下，材料的组织性能随时间发生变化。当退火状态的低碳钢试样拉伸到超过屈服点发生少量塑性变形后卸载，然后立即重新加载拉伸，则可见其拉伸曲线不再出现屈服点，此时试样不会发生屈服现象。如果将预变性试样在常温下放置几天或经200℃左右短时加热后再行拉伸，则屈服现象又复出现，且屈服应力进一步提高。此现象通常称为应变时效。
23）淬火时效： 金属材料在淬火时，由于快速冷却而形成过饱和固溶体，且该固溶体处于不平衡状态，溶质原子有自发析出的倾向，时效时第二相的脱溶符合固态相变的阶次规则，即在平衡脱溶相出现之前会出现一种或多种亚稳定结构。平衡脱溶相出现后弥散分布的第二相质点起强化的作用从而导致材料力学性能强化，塑性韧性下降。

24）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。
25）超高强度钢： 一般讲，屈服强度在1 370MPa（140 kgf/mm2）以上，抗拉强度在1 620 MPa（165 kgf/mm2）以上的合金钢称超高强度钢。
26）热强钢 :在高温下具有良好抗氧化能力且具有较高的高温强度的钢
27）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。

28）不锈钢的晶间腐蚀：

29）应力腐蚀：奥氏体或M不锈钢受张应力时，在某些介质中经过一段不长时间就会发生破坏，且随应力增大，发生破裂的时间也越短； 当取消张应力时，腐蚀较小或不发生腐蚀。这种腐蚀现象称为“应力腐蚀（破裂）”。
30）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。
31）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 ）
32)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）
33）孕育处理：孕育处理是指在凝固过程中，向液态金属中添加少量其它物质，促进形核、抑制生长，达到细化晶粒的目的。 习惯上，向铸铁中加入添加剂称为孕育处理；向有色合金中加入添加剂则称变质处理。 从本质上说，孕育处理主要影响形核和促进晶粒游离；而变质处理则是改变晶体的生长机理（抑制长大），从而影响晶体形貌。
34）球化处理：球化处理是铸铁在铸造时处理合金液体的一种工艺，用来获得球状石墨，从而提高铸铁的机械性能，这种铸铁成为球墨铸铁。

35）蠕化处理：

36）铸造铝合金： 可用金属铸造成形工艺直接获得零件的铝合金，铝合金铸件.该类合金的合金元素含量一般多于相应的变形铝合金的含量。
37）变形铝合金:变形铝合金是通过冲压、弯曲、轧、挤压等工艺使其组织、形状发生变化的铝合金。
38）黄铜； 铜锌合金称为黄铜，再加入其他合金元素后，形成多元黄铜。
39）锌当量系数 黄铜中加入M后并不形成新相，只是影响α，β相的相对含量，其效果象增加了锌一样。可以用加入1%的其它合金元素对组织的影响上相当于百分之几的Zn的换算系数来预估加入的合金元素对多元黄铜组织的影响，这种换算关系称为锌当量系数。
40）青铜：是Cu和Sn、Al、Be、Si、Mn、Cr、Cd、Zr和Co等元素组成的合金的统称。
41）白铜： 是以镍为主要合金元素的铜合金。

1）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。
2）持久强度：在规定温度和规定时间断裂所能承受的应力（στ）。
4） 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。

三、 简答题
1．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a-Fe中形成无限固溶体？哪些能在g-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a-Fe中形成无限固溶体：V、Cr；
能在g-Fe 中形成无限固溶体：Mn、Co、Ni
2．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？
答：（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：可以利用M扩大和缩小γ相区作用，获得单相组织，具有特殊性能，在耐蚀钢和耐热钢中应用广泛。
3．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：答：1）改变了奥氏体区的位置
2）改变了共晶温度：（l）扩大γ相区的元素使A1，A3下降；
(2)缩小γ相区的元素使A1，A3升高。当Mo>8.2%, W>12%,Ti>1.0%,V>4.5%,Si>8.5%，γ相区消失。
3.）改变了共析含碳量：所有合金元素均使S点左移。（提问：对组织与性能有何影响呢？）
4．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：答：基本类型：MC型；M2C型；M23C6型；M7C3型；M3C型；M6C型；
（强K形成元素形成的K比较稳定，其顺序为：Ti>Zr>Nb>V>W,Mo>Cr>Mn>Fe）
各种K相对稳定性如下：MC→M2C→M6C→M23C6→M7C3→M3C
（高-------------------------低）
5．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。
答：Ti, Nb, Zr, 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,Cr：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的自扩散激活能。作用大小为：Cr>W>Mo
Mn：（Fe,Mn）3C,减慢P转变时合金渗碳体的形核与长大；扩大γ相区，强烈推迟γ→α转变，提高α的形核功；
Ni：开放γ相区，并稳定γ相，提高α的形核功（渗碳体可溶解Ni, Co）
Co：扩大γ相区，但能使A3温度提高（特例），使γ→α转变在更高的温度进行，降低了过冷γ的稳定性。使C曲线向左移。
Al, Si ：不形成各自K，也不溶解在渗碳体中，必须扩散出去为K形核创造条件；Si可提高Fe原子的结合力。
B，P，Re：强烈的内吸附元素，富集于晶界，降低了 γ的界面能，阻碍α相和K形核。
6．合金元素对马氏体转变有何影响？
答：合金元素的作用表现在：
1） 对马氏体点Ms- Mf温度的影响；
2） 改变马氏体形态及精细结构（亚结构）。
除Al,Co 外，都降低Ms温度，其降低程度：强C→Mn→Cr→Ni→V→Mo,W,Si弱
提高γ’含量：可利用此特点使Ms温度降低于0℃以下，得到全部γ组织。如加入Ni,Mn,C,N等
合金元素有增加形成孪晶马氏体的倾向，且亚结构与合金成分和马氏体的转变温度有关.
7．如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性？
答：1）低温回火脆性（第I类，不具有可逆性）
其形成原因：沿条状马氏体的间界析出K薄片；
防止：加入Si, 脆化温度提高300℃；加入Mo, 减轻作用。
2)高温回火脆性（第II类，具有可逆性）
其形成原因：与钢杂质元素向原奥氏体晶界偏聚有关。
防止：加入W，Mo消除或延缓杂质元素偏聚.
8．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。
答：二次硬化:在含有Ti, V, Nb, Mo, W等较高合金钢淬火后，在500- 600℃范围内回火时，在α相中沉淀析出这些元素的特殊碳化物，并使钢的HRC和强度提高。(但只有离位析出时才有二次硬化现象)
二次淬火：在强K形成元素含量较高的合金钢中淬火后γ’十分稳定，甚至加热到500-600℃回火时升温与保温时中仍不分解，而是在冷却时部分转变成马氏体，使钢的硬度提高。
相同点：都发生在合金钢中，含有强碳化物形成元素相对多，发生在淬回火过程中，且回火温度550℃左右。
不同点：二次淬火，是回火冷却过程中Ar转变为m，是钢硬度增加。
二次硬化：回火后，钢硬度不降反升的现象（由于特殊k的沉淀析出）
9．一般地，钢有哪些强化与韧化途径？
答1）强化的主要途径
宏观上：钢的合金化、冷热加工及其综合运用是钢强化的主要手段。
微观上：在金属晶体中造成尽可能多的阻碍位错运动的障碍；或者尽可能减少晶体中的可动位错，抑制位错源的开动，如晶须 。
（主要机制有：固溶强化、细晶强化、位错强化、“第二相”强化、沉淀强化、时效强化、弥散强化、析出强化、二次硬化、过剩相强化 ）
2）韧化途径：细化晶粒；降低有害元素的含量；
防止预存的显微裂纹；形变热处理；
利用稳定的残余奥氏体来提高韧性；
加入能提高韧性的M，如Ni, Mn；
尽量减少在钢基体中或在晶界上存在粗大的K或其它化合物相。
10． 对工程结构钢的基本性能要求是什么？
答：（1）足够高的强度、良好的塑性;
（2）适当的常温冲击韧性，有时要求适当的低温冲击韧性;
（3）良好的工艺性能。
11．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？
答：为提高碳素工程结构钢的强度，而加入少量合金元素，利用合金元素产生固溶强化、细晶强化和沉淀强化。利用细晶强化使钢的韧-脆转变温度的降低，来抵消由于碳氮化物沉淀强化使钢的韧-脆转变温度的升高。
考虑低C的原因：
（1）C含量过高，P量增多，P为片状组织，会使钢的脆性增加，使FATT50(℃)增高。
（2）C含量增加，会使C当量增大，当C当量>0.47时，会使钢的可焊性变差，不利于工程结构钢的使用。
12．什么是微合金钢？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。
答：微合金钢：利用微合金化元素Ti, Nb, V；
主要依靠细晶强化和沉淀强化来提高强度；
利用控制轧制和控制冷却工艺----- 高强度低合金钢
微合金元素的作用：
1）抑制奥氏体形变再结晶；
例：再热加工过程中，通过应变诱导析出铌、钛、钒的氮化物，沉淀在晶界、亚晶界和位错上，起钉扎作用，有效地阻止奥氏体再结晶的晶界和位错的运动，抑制再结晶过程的进行。
2)阻止奥氏体晶粒长大；
例：微量钛（w≤0.02%）以TiN从高温固态钢中析出，呈弥散分布，对阻止奥氏体晶粒长大很有效。
3)沉淀强化；
例： w(Nb)≤0.04%时,细化晶粒造成的屈服强度的增量ΔσG大于沉淀强化引起的增量ΔσPh;当w(Nb)≥0.04%时, ΔσPh增量大大增加,而ΔσG保持不变。
4)改变与细化钢的组织
例：在轧制加热时，溶于奥氏体的微合金元素提高了过冷奥氏体的稳定性，降低了发生先共析铁素体和珠光体的温度范围，低温下形成的先共析铁素体和珠光体组织更细小，并使相间沉淀Nb(C,N)和V(C,N)的粒子更细小。
13．低碳贝氏体钢的合金化有何特点？
解：合金元素主要是能显著推迟先共析 F和P转变，但对B转变推迟较少的元素如Mo，B，可得到贝氏体组织。
1）加入Mn, Ni, Cr等合金元素，进一步推迟先共析F和P转变，并使Bs点下降，可得到下B组织；
2)加入微合金化元素充分发挥其细化作用和沉淀作用；
3)低碳,使韧性和可焊性提高。
14． 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。
答：

成分
热处理
常用组织
主要性能
调质钢
0.30~0.50%C的C钢或中、低合金钢
淬火与高温回火
回火S或回火T
较高的强度，良好的塑性和韧性
弹簧钢
中、高碳素钢或低合金钢
淬火和中温回火
回火T
高的弹性极限，高的疲劳强度，足够的塑性和韧性
主要钢种:
A.调质钢：按淬透性大小可分为几级：
1）40，45，45B
2）40Cr，45Mn2, 45MnB, 35MnSi
3）35CrMo, 42MnVB, 40MnMoB ，40CrNi
4）40CrMnMo, 35SiMn2MoV，40CrNiMo
B.弹簧钢：1）Mn弹簧钢： 60Mn，65Mn
2）MnSi弹簧钢：55Si2Mn，60Si2MnA
3）Cr弹簧钢： 50CrMn， 50CrVA, 50CrMnVA (使用T<300℃ )
4）耐热弹簧：30W4Cr2VA (可达500℃)
5）耐蚀弹簧：3Cr13, 4Cr13, 1Cr18Ni9Ti （温度<400℃ ）
15．液析碳化物和带状碳化物的形成、危害及消除方法。
答：形成：均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（一次碳化物）；
带状碳化物属于二次碳化物偏析 （固相凝固过程中）
危害：降低轴承的使用寿命，增大零件的淬火开裂倾向，造成硬度和力学性能的不均匀性（各向异性）
消除方法：
1）控制成分（C，Cr%）；
2）合理设计钢锭，改进工艺；
3）大的锻（轧）造比来破碎碳化物；
4）采用高温扩散退火（1200℃左右）。
（说明易切削钢提高切削性能的合金化原理。）
答：钢中加入一定量的S、Te、Pb、Se或 Ca等元素，形成MnS、CaS、MnTe、PbTe、CaO-SiO2、CaO-Al2O3-SiO2等或Pb的夹杂物。在热轧时，这些夹杂物沿扎向伸长，成条状或纺锤状，破坏钢的连续性，减少切削时对刀具的磨损，而又不会显著影响钢材纵向力学性能。
16.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？

合金化
热处理
强化机制
主要性能
马氏体时效钢
1） 过大γ相区（Ni、Co）；
2） 时效强化（Ni，Ti, Al, Mo, Nb ，Mo）；
3） 为提高塑韧性，必须严格控制杂事元素含量（C,S,N,P）
1）高温奥氏体化后淬火成马氏体（Ms:100~150 ℃ ）；
2）进行时效，产生强烈沉淀强化效应，显著提高强度。
固溶强化
冷作相变强化
时效强化
高强度，同时具有良好的塑韧性和缺口强度；
热处理工艺简单；
淬火后硬度低，冷变形性能和切削性能好；
焊接性较好
低合金超强钢
1）保证钢的淬透性（Cr, Mn, Ni）；
2）增加钢的抗回火稳定性（V, Mo）；
3）推迟低温回火脆性（Si）； 4）细化晶粒（V,Mo）。
淬火 + 低温回火或等温淬火
晶粒细化、沉淀硬化及亚结构的变化
强度高；成本低廉；生产工艺较简单；
韧塑性较差；
较大的脱C倾向；
焊接性不太好。
17． 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？
答：平衡态组织：α+ (Fe,Mn)3C； 铸态组织：γ+碳化物；
热处理态组织：单相γp；使用状态下组织: 表面硬化层 + 内部γ
具有抗磨特性的原因：1)高冲击和强挤压下，其表面层迅速产生加工硬化，在滑移面上形成硬化层，即冷作硬化，使其具有抗磨性。
2)加入2-4%的Cr或适量的Mo和V，能形成细小碳化物，提高屈服强度、冲击韧性和抗磨性。
18． 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？
答：高碳铬轴承钢 。
C含量1%，Cr含量1.5%。
C的作用：固溶强化提高硬度; 形成碳化物。
Cr的作用：提高淬透性、耐磨性、耐蚀性
预先热处理：（扩散退火，正火）+ 球化退火
最终热处理：淬火 + 低温回火 +（稳定化处理 ）
19．氮化钢的合金化有何特点？合金元素有何作用？
答：合金化特点：钢中加入氮化物形成元素后，氮化层的组织有很大变化，在α相中形成含有铬、钼、钨、钒、铝等合金元素的合金氮化物，其尺寸在5mm左右，并与基体共格，起着弥散强化作用。钢中最有效的氮化元素是铝、铌、钒，所形成的合金氮化物最稳定，其次是铬、钼、钨的合金氮化物。
合金元素作用：
加入Al（HV1000以上）, V, Cr, Mo, W（HV900以下）可以提高表面硬度；
加入Cr，Mn，Mo提高淬透性；
加入Mo，V等可以使钢在高温下保持高强度；
加入少量Mo，可以防止高温回火脆性。
20，从总体看，工具钢与结构钢相比，在主要成分、组织类型、热处理工艺、主要性能与实际应用方面各自有何特点？
答：

结构钢
工具钢
成分
C：中低C
合金元素:中偏低
中高C
合金元素:中偏低高C
组织
P（S,T）,B,M
M,S,T
热处理
退、正、淬、回火
淬火回火
综合性能
强韧
（热）硬，强
应用
工程或制造结构
各种工具
21．采用普通素工具钢的优点是什么？局限性是什么？