电厂高温金属材料.doc

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电厂高温金属材料课程自学辅导资料

二○○八年十月

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电厂高温金属材料课程自学进度表
教材：电厂金属材料 教材编者：宋琳生 出版社：中国电力出版社 出版时间：2003
三、课程内容及时间安排表
周次
学习内容
习题作业
测验作业
学时
自学重点、难点、基本要求

第一章
金属材料的基础知识
1. 何谓力学性能？金属材料的力学性能主要包括哪些特性？
2. 为什么机械零件设计大多数以屈服强度为设计依据？
3. HBS、HBR、HV、Hm各代表用什么方法测得的硬度？
4. KIC是代表何种力学性能的符号？并解释其意义。
5. 解释下列名词：
晶核、晶胞、晶格、晶体、晶粒、晶界；合金；组元；相；组织；固溶体；金属化合物。
6. 金属晶格的基本类型有哪几种？试绘图说明它们原子排列情况。
7. 试述液态金属的结晶过程。
8. 什么叫过冷度？过冷度的大小对金属结晶后的晶粒大小和力学性能有何影响？
9. 何谓加工硬化现象？试述产生加工硬化的原因。
10. 试用生产和生活中的实际例子说明加工硬化的利弊。
11. 多晶体的屈服强度为何比单晶体的高？为什么常温下的金属晶粒愈细，其强度及塑性、韧性均愈好？
12. 何谓再结晶现象？试述产生再结晶的原因。
13. 固溶体和金属化合物在结构上有何不同？其力学性能各有什么特点？
14. 什么是固溶强化？引起固溶强化的原因是什么？固溶强化与加工硬化有何不同？
15. 什么叫弥散硬化？为什么有许多合金均用这种方法来进行硬化？
1. 某金属材料的拉伸试样，其Lo＝100mm，do＝10mm。拉伸时产生0.2％残余变形的外力为65000N，Fm＝85000N，拉断后对接起来测得Lu＝120mm，du＝6.4mm，试求该金属材料的Rp0.2、Rm、A、Z.
2. 试说明疲劳裂纹产生的条件、疲劳断裂过程及其断口特性。
3. 何谓金属键？试用金属键说明金属有良好的导电性、导热性及塑性。
4. 试计算面心立方体晶格的致密度。
5. 试比较滑移与孪生有何不同？为何产生滑移的切应力较小？

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掌握强度与塑性、硬度：（HB、HR、HV）、冲击韧性。疲劳强度等概念，
了解晶界与晶粒位向的影响、冷塑性变形对组织和性能的影响；
重点掌握热作软化三阶段及冷热加工的区别界限
第一节
重点内容：
1、强度与塑性
2、硬度：HB、HR、HV
3、冲击韧性：αK
4、疲劳强度：σ-1
难点内容：
性能指标的测试过程。
第二节
重点内容：
1、晶体概念：晶体、晶格、晶胞。
2、常见的三种晶格。
3、单晶体与多晶体。
4、晶体缺陷：点、线、面缺陷。
5、纯金属的结晶：结晶概念、影响晶粒大小的因素、冷却曲线。
6、同素异晶转变。
难点内容：
1． 影响晶粒大小的因素。
2． 同素异晶转变。
第三节
重点内容：
1、单晶体的塑性变形：滑移、孪生。
2、多晶体的塑性变形：晶体与晶粒位向的影响。
3、塑性变形对组织和性能的影响。
4、热作软化三阶段：回复，再结晶，晶粒聚集长大。
5、冷、热加工的区别界线，再结晶。
难点内容：
1、热作软化三阶段：回复，再结晶，晶粒聚集长大。
2、冷、热加工的区别界线，再结晶。
第四节
重点内容：
1、合金的概念：合金、相、组织。
2、合金的相结构及机械混合物组织。
3、平衡相图的概念，相图的建立。
4、匀晶相图与共晶相图。
难点内容：
平衡相图的概念，相图的建立

第二章铁碳合金相图及其合金
1. 名词解释：
奥氏体、铁素体、渗碳体、珠光体
2. 绘出Fe-Fe3C相图，说明相图中的主要点和线的意义，并以相组成标注
3． 分析含碳量各为0.4％、1.2％、3％的铁碳合金在缓慢冷却时组织的转变过程，并画出显微组织示意图。
4． 何谓共析反应它与共晶反应有何异同？写出Fe-Fe3C相图中共晶反应与共析反应的反应式及反应后所得的组织名称？
5． 低碳钢、中碳钢与高碳钢是如何划分的？这样划分有何意义？机器零件中有许多均是中碳钢的，这是为什么？
6． 说明下列钢号的品种名称、大致含碳量及主要用途： 20A、45、60、T8、T12A。
7． 何谓铸铁？它们是如何分类？如何编号
8． 白口铸铁、灰口铸铁与碳钢的主要区别在哪里？
9． 说明下列牌号所表示的材料，绘出它们的显微组织示意图：
HT200、KT300－06、QT600－02。

1．绘出Fe-Fe3C相图，说明相图中的主要点和线的意义，并以组织组成物标注
2. 分析含碳量各为0.4％、1.2％、3％的铁碳合金在缓慢冷却时组织的转变过程，画出显微组织示意图并计算室温下组织组成物的相对量
3. 分析一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体的异同之处。
4. 石墨对铸铁的性能有什么影响？球墨铸铁、可锻铸铁、灰口铸铁其石墨的形态有何不同？三种铸铁的机械性能又有何不同？

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熟练掌握合金的概念：合金、相、组织以及合金的相结构及机械混合物组织。理解平衡相图的概念、相图的建立，看懂匀晶相图及共晶相图，掌握杠杆定律及应用。能够说出铁碳合金的相结构及组织，理解铁碳合金相图及特性点、线、区意义、典型合金的结晶过程、相变规律及室温组织。掌握碳钢和铸铁分类、牌号、应用举例。
第一节
重点内容：
1、铁碳合金的相结构及组织。
第二节
重点及难点内容：
1、铁碳合金相图及特性点、线、区意义。
2、典型合金的结晶过程、相变规律及温室组织。
第三节
重点内容：
碳钢分类，牌号，应用举例
第四节
重点内容：
铸铁分类，牌号，应用举例

第三章钢的热处理
1.绘出奥氏体的等温转变曲线，试分析将过冷奥氏体分别置于700℃、650℃、550℃及500℃、300℃等温转变时，所得到的组织在结构上和机械性能上的不同。
2.马氏体的硬度为什么很高？低碳马氏体和高碳马氏体性能上有什么不同？为什么？
3.影响淬火钢硬度的主要因素是什么？如果其他条件都相同，试比较下述材料的淬火硬度：
(1)含碳0.3%和0.6%的碳钢；
(2)含碳0.6%和0.8%的碳钢；
4. 有两个含碳量为1.2%的碳钢试样，分别加热到780℃和860℃保温相同时间，使之达到平衡状态，然后很快水淬至室温，试问：
1)哪种加热温度的马氏体晶粒较粗大？
2)哪种加热温度的马氏体含碳量较高？
3)哪种加热温度的残余奥氏体较多？
4)哪种加热温度的未熔碳化物较少？
5)哪种加热温度淬火最适合？为什么？
5. T12钢加热到770℃后用下图所示的各种方式冷却，分析其所得到组织？

6.现有一共析钢试样，其显微组织为粗片状珠光体，通过何种热处理可得到下述组织？
1)细片状珠光体；
2)索氏体（粒状珠光体）。
7.试分析表面淬火、渗碳、渗氮热处理工艺在用钢、性能、应用范围等方面的差别。
8.一根ф6mm的45号钢圆棒材，先经840℃加热淬火，硬度为HRC55（未回火），然后从一端加热，依靠热传导使圆棒材上各点达到如下图所示的温度。试问：

1)各点所在部位的组织是什么？
2)整个如图示的圆棒缓冷至室温后，各点所在部位的组织又是什么？
3)若将圆棒从图示温度快冷淬火至室温后，各点所在部位的组织会是什么？
1.现有两个成分相同的过共析钢试样，加热到不同的温度，一个试样得到了粗大均匀的奥氏体晶粒，另一个试样为细小的奥氏体晶粒和一部分碳化物，两试样同时过冷到710℃进行等温转变，试问哪个试样转变所需的孕育期长？为什么？
2. 指出下列组织的主要区别：
1)奥氏体与过冷奥氏体；
2)索氏体与细珠光体；
3)屈氏体与极细珠光体；
4)马氏体与回火马氏体；
5)上贝氏体与下贝氏体；
3. 45号钢经调质处理硬度为HB240，若再进行200℃回火，是否可以使其硬度提高？为什么？此钢经淬火、低温回火后硬度为HRC57，若再进行560℃回火，是否会降低其硬度？为什么？
4．分析以下几种说法是否正确？为什么？
1)过冷奥氏体的冷却速度愈快，钢冷却后的硬度值愈高；
2)钢经淬火后处于硬脆状态；
3)本质细晶粒钢加热后的实际晶粒比本质粗晶粒钢细；
4)同一钢材在相同加热保温条件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。
5．现有低碳钢齿轮和中碳钢齿轮各一只，为了使齿轮表面具有高的硬度和耐磨性，各应怎样进行热处理？并分析比较热处理后它们在组织与性能上的差别？

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了解热处理的意义及作用、热处理的分类。理解奥氏体的形成与奥氏体晶粒大小分级及控制方法。掌握奥氏体的等温转变：C曲线、转变产物的组织名称、金相特点、性能特点。掌握退火、正火的种类，淬火的目的、种类、组织及性能。淬硬性与淬透性，影响因素。钢的回火脆性及克服办法钢的表面热处理：表面淬火及化学热处理原理。
第一节
重点内容：
1、奥氏体的形成：相变临界的温度。
2、奥氏体晶粒度长大分级及控制。
难点内容：
1、奥氏体的形成：相变临界的温度
第二节
重点内容：
1、奥氏体的等温转变：C曲线，转变产物的组织名称，金相特点，性能特点。
2、奥氏体的连续转变：C曲线，转变产物的组织名称，金相特点，性能特点，临界冷速。
难点内容：
1、 奥氏体的等温转变：C曲线
第三节，第四节
重点内容：
1、退火、正火的种类，应用举例。
2、淬火的目的、种类、组织及性能。
3、淬硬性与淬透性，影响的因素。
4、钢的回火：目的、种类、组织及性能。回火脆性及克服办法。
5、钢的表面热处理：表面淬火及化学热处理原理，应用举例。
难点内容：
1、淬硬性与淬透性，影响的因素。
第五节
重点内容：
1、渗碳、渗氮、碳氮共渗

第四章合金钢
1. 何谓合金钢?合金钢有哪些特点?
2. 合金钢中经常加入的合金元素是哪些?各主要起什么作用?
3. 合金元素加入后对组织和性能主要起什么作用?
4. 合金元素的加入,会对Fe-Fe3C相图产生什么影响?这些影响有何实际意义?
5. 合金元素的加入,对奥氏体等温转变曲线会产生什么影响?这些影响有何实际意义?
6. 合金元素的加入,对马氏体在回火时的转变有何影响?
7. 合金元素在结构钢中的主要作用是什么?与碳元素的作用有什么区别?
8. 渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢是如何进行划分的？它们各自最主要的特点在哪里？
9. 低合金工具钢、高速钢、模具钢是如何划分的？它们各自的最主要的特点在哪里？
10. 何谓不锈钢？工程上常用的不锈钢有哪几种？
11. 腐蚀分哪两类？其损坏的特征有什么不同？工程上是通过哪些途径来提高钢材的耐腐蚀性能的？
12. 耐磨钢要具备哪些主要的特性？工程上常用的耐磨材料有哪几种？
13. 在低合金耐磨钢中通常加入哪些合金元素？它们分别主要起什么作用？
14. 高锰钢为什么能够承受较大冲击载荷工况条件下的磨损？常用的高锰耐磨钢是什么牌号？
15. 为什么说高铬白口铸铁在抵御磨料磨损是具有较高的能力？耐磨高铬白口铸铁中主要加入哪些合金元素？它们分别起什么作用？
同习题作业2，4，5，6，8，9
10
理解合金钢与合金元素、合金元素在钢中存在形式及强化途径；掌握合金元素对钢性能的影响；能够说出合金钢的分类与牌号；了解和掌握普通低合金钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢和轴承钢。
第一节
重点内容：
1、合金钢与合金元素。
2、合金元素在钢中存在的形式及强化途径。
3、对铁碳合金相图的影响。
4、对热处理C曲线的影响。
难点内容：
1、对热处理C曲线的影响
第二节
重点内容：
1、分类。
2、牌号。
难点内容：
1、合金钢的牌号
第三节
重点内容：
1、普通低合金钢。
2、渗碳钢。
3、调质钢。
4、弹簧钢。
5、轴承钢。
难点内容：
合金结构钢的使用范围及特点。
第四节
重点内容：
刃具刚、量具钢、模具钢
第五节
重点内容：
不锈钢、耐磨钢

第五章耐热钢
1．何谓耐热钢?火电厂热力设备中的某些零件为什么必须用耐热钢来制造?
2．什么叫等强度温度?绘图分析它与晶界强度及晶内强度的关系。
3．何调蠕变?绘图说明蠕变不同阶段的特点。温度或压力增大后，对蠕变曲线有影响?
4．什么叫持久强度?一船情况下是如何测定持久强度的?待久强度如何表示法?
5．何谓应力松弛?热力设备中哪些零件易产生应力松弛现象？通常用什么数据来表示材料的抗应力松弛性能？
6．钢材在高温状态下长期工作组织上会产生那些变化?这些变化对性能有什么影响?
7．火电厂锅炉设备中会产生哪些腐蚀损坏现象?这些腐蚀损坏有什么危害?
8．钢的耐热性能是用何种方法来提高的?耐热钢中常加入哪些合金元素?
9．试分析铬、钼、钒在耐热钢中各主要起什么作用?
l0．工程上是按什么原则对耐热钢进行分类的?耐热钢通常分为几类?

同习题作业3，5，6，9，10
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了解热力用钢的工作条件，能够说出高温力学性能：蠕变强度、持久强度、应力松弛、热疲劳。
了解并掌握高温用钢的组织稳定性：碳化物球化、石墨化、合金元素再分配。高温用钢的化学稳定性。
熟练掌握强化原理及合金元素在耐热钢中的作用。
掌握珠光体耐热钢、马氏体耐热钢、铁素体耐热钢、奥氏体耐热钢的分类、牌号及特点。
熟悉锅炉受热面管子及通道用钢包括：锅炉管道的工作条件及对材料的要求、管道材料及热处理。
第一节
重点内容：
1、热力设备用钢的工作条件。
2、高温机械性能：蠕变强度、持久强度、应力松弛、热疲劳。
第二节
重点内容：
1、高温用钢的化学稳定性：氧化与腐蚀及腐蚀类型。
第三节
重点内容：
1、高温用钢的组织稳定性：碳化物球化、石墨化，合金元素再分配。
第四节
重点内容：
1、 强化原理。
2、 合金元素在耐热钢中的作用。
第五节
重点内容：
1、珠光体耐热钢
2、马氏体耐热钢
3、铁素体耐热钢
4、奥氏体耐热钢

第六章有色金属及其合金
1. 铝及其合金有何特点？工程上哪些零部件需要用铝合金来制造？
2. 铝合金分成几类？试用合金相图来解释分类的原则。
3. 何谓黄铜？分几类？怎样编号？试举一些常用的黄铜的牌号，并说明含义、性能特点及用途。
4. 何谓青铜？分几类？怎样编号？试举一些常用的青铜的牌号，并说明含义、性能特点及用途。
5. 钛合金有何特点？工程上应用的钛合金有哪几种？各有何特点？
6. 何谓轴承合金？其组织结构有何特点？
7．汽轮发电机的轴承合金是何牌号？解释牌号中符号及数字的意义，画出显微组织示意图
同习题作业2，3，7
8
能够说出纯铜牌号、性能以及铜合金：黄铜、青铜、白铜的性能。
了解纯铝牌号、性能及铸造铝合金、压力加工铝合金的性能及使用。
掌握轴承合金的性能要求及巴氏合金的种类。
第一节
重点内容：
铝及其合金的牌号、性能、用途
第二节
重点内容：
铜及其合金的牌号、性能、用途
第三节
重点内容：
钛及其合金的牌号、性能、用途
第四节
重点内容：
轴承合金的牌号、性能、用途

第七章锅炉与汽轮机用钢及事故分析
1. 对锅炉管子用钢的基本要求有哪些？怎样来满足这些要求的？
2. 何谓锅炉受热面管子的长时超温爆管？爆破口宏观上有何特点？爆管前后的显微组织有何差异，为什么？
3. 错用钢材有什么危害？如何避免错用钢材？
4. 为什么常用1Cr13、2Cr13钢作汽轮机的叶片材料？参数较高的大型汽轮机叶片常用哪些钢种制造？为什么？
5. 汽轮机叶片事故以何种形式的损坏为主？为什么？怎样才能减少和避免叶片断裂事故？
6. 对转子用钢有何特殊要求？为什么?
7. 何谓耐磨材料？粉煤灰中引起磨损的主要是哪两种硬颗粒？
8. 管道弯头什么部位最容易磨损？复合材质的耐磨管道弯头有何特性？

1.试述在不同的工作温度下最常用的锅炉受热面管子用钢的成分、热处理工艺及特点。
2. 何谓锅炉受热面管子的短时超温爆管？爆破口宏观上有何特点？爆管前后的显微组织有何差异，为什么？
3. 目前最常用的磨球材料为何种牌号？该材质有什么特点？
4. 高温螺栓易产生何种形式的破坏？工程上采用哪些防范措施？

8
掌握锅炉主要设备选材及事故分析方法、汽轮机主要设备选材及事故分析方法和螺栓主要设备选材及事故分析方法。
第一节
重点内容：
1、锅炉管道用钢及事故分析
2、锅炉汽包几其他部件用钢
难点内容：
受热面管道常见的事故
第二节
重点内容：
1、汽轮机叶片用钢及事故分析
2、汽轮机转子及其它部件用钢
难点内容：
汽轮机叶片常见的事故分析
第三节
重点内容：
1、螺栓的工作条件及对材料性能的要求
2、螺栓用钢介绍
3、螺栓的断裂分析
难点内容：
螺栓的断裂分析

电厂高温金属材料课程自学指导书

本课程在专业培养目标中的定位：
《电厂金属材料》课程是高等工程院校热能动力工程类、电厂金属材料类等专业教学计划中必不可少的一门重要主干专业基础课程，也是机械类、电厂化学类专业的技术基础课。在整个专业人才培养方案中起着承上启下，为后续课程的开设打基础的作用。
该课程的任务为讲授电厂常用金属材料的成分、组织、相结构、性能间的关系和变化规律；依据工作状况的应用要求，培养学生具有正确选取材料、正确选择一般零件热处理方法的能力。

电厂金属材料课程的主要特色
课程内容特色鲜明。将金属材料的基础理论知识、金属材料加工与工业上常用金属材料及材料选用与电厂用材结合，既讲解了金属材料的共性，又突出了特性。

本课程的知识模块
本课程由金属材料学基本理论、金属材料加工学、工程材料和材料选用四个知识模块组成。
1．在金属材料学基本理论方面：介绍材料的组织结构、结晶和制备过程、二元相图的基本理论。
2．在金属材料加工学方面：介绍材料的变形、强化、热加工和冷加工成形，以及金属材料的热处理原理和工艺。
3．在工程材料方面：介绍常见的工业常用钢、铸铁、有色金属及其合金的成分、组织、性能和用途的基本知识，突出介绍耐热钢。
4．在材料选用方面：介绍汽轮机和锅炉用材的选用方法。
一、每章的重点和难点
第一章 金属材料的基础知识
第一节 金属材料的性能
重点内容：
1、强度与塑性
2、硬度：HB、HR、HV
3、冲击韧性：αK
4、疲劳强度：σ-1
难点内容：
性能指标的测试过程。
第二节 金属的晶体结构与晶体
重点内容：
1、晶体概念：晶体、晶格、晶胞。
2、常见的三种晶格。
3、单晶体与多晶体。
4、晶体缺陷：点、线、面缺陷。
5、纯金属的结晶：结晶概念、影响晶粒大小的因素、冷却曲线。
6、同素异晶转变。
难点内容：
1.影响晶粒大小的因素。
2.同素异晶转变。
第三节 金属的塑性变形与再结晶
重点内容：
1、单晶体的塑性变形：滑移、孪生。
2、多晶体的塑性变形：晶体与晶粒位向的影响。
3、塑性变形对组织和性能的影响。
4、热作软化三阶段：回复，再结晶，晶粒聚集长大。
5、冷、热加工的区别界线，再结晶。
难点内容：
1、热作软化三阶段：回复，再结晶，晶粒聚集长大。
2、冷、热加工的区别界线，再结晶。
第四节 合金的相结构及二元合金相图
重点内容：
1、合金的概念：合金、相、组织。
2、合金的相结构及机械混合物组织。
3、平衡相图的概念，相图的建立。
4、匀晶相图与共晶相图。
难点内容：
平衡相图的概念，相图的建立
第二章 铁碳合金相图及其合金
第一节 铁碳合金的相结构
重点内容：
1、铁碳合金的相结构及组织。
第二节 铁碳合金的相图
重点及难点内容：
1、铁碳合金相图及特性点、线、区意义。
2、典型合金的结晶过程、相变规律及温室组织。
第三节 碳钢
重点内容：
碳钢分类，牌号，应用举例
第四节 铸铁
重点内容：
铸铁分类，牌号，应用举例
第三章 钢的热处理
第一节 钢在加热时的转变
重点内容：
1、奥氏体的形成：相变临界的温度。
2、奥氏体晶粒度长大分级及控制。
难点内容：
1、奥氏体的形成：相变临界的温度
第二节 钢在冷却时的转变
重点内容：
1、奥氏体的等温转变：C曲线，转变产物的组织名称，金相特点，性能特点。
2、奥氏体的连续转变：C曲线，转变产物的组织名称，金相特点，性能特点，临界冷速。
难点内容：
1、奥氏体的等温转变：C曲线
第三、四节 钢的淬火、回火、退火、正火
重点内容：
1、退火、正火的种类，应用举例。
2、淬火的目的、种类、组织及性能。
3、淬硬性与淬透性，影响的因素。
4、钢的回火：目的、种类、组织及性能。回火脆性及克服办法。
5、钢的表面热处理：表面淬火及化学热处理原理，应用举例。
难点内容：
1、淬硬性与淬透性，影响的因素。
第五节 钢的化学热处理
重点内容：
1、渗碳、渗氮、碳氮共渗
第四章 合金钢
第一节 合金元素对钢性能的影响
重点内容：
1、合金钢与合金元素。
2、合金元素在钢中存在的形式及强化途径。
3、对铁碳合金相图的影响。
4、对热处理C曲线的影响。
难点内容：
1、对热处理C曲线的影响
第二节 合金钢的分类及编号方法
重点内容：
1、分类。
2、牌号。
难点内容：
1、合金钢的牌号
第三节 合金结构钢
重点内容：
1、普通低合金钢。
2、渗碳钢。
3、调质钢。
4、弹簧钢。
5、轴承钢。
难点内容：
合金结构钢的使用范围及特点。
第四节 合金工具钢
重点内容：
刃具刚、量具钢、模具钢
第五节 特殊性能钢
重点内容：
不锈钢、耐磨钢
第五章 耐热钢
第一节 耐热钢的高温性能
重点内容：
1、热力设备用钢的工作条件。
2、高温机械性能：蠕变强度、持久强度、应力松弛、热疲劳。
第二节 耐热钢的化学稳定性
重点内容：
1、高温用钢的化学稳定性：氧化与腐蚀及腐蚀类型。
第三节 耐热钢的组织稳定性
重点内容：
1、高温用钢的组织稳定性：碳化物球化、石墨化，合金元素再分配。
第四节 耐热钢中的合金元素及其作用
重点内容：
1、强化原理。
2、合金元素在耐热钢中的作用。
第五节 耐热钢的分类
重点内容：
1、珠光体耐热钢
2、马氏体耐热钢
3、铁素体耐热钢
4、奥氏体耐热钢
第六章 有色金属及其合金
第一节 铝及其合金
重点内容：
铝及其合金的牌号、性能、用途
第二节 铜及其合金
重点内容：
铜及其合金的牌号、性能、用途
第三节 钛及其合金
重点内容：
钛及其合金的牌号、性能、用途
第四节 轴承合金
重点内容：
轴承合金的牌号、性能、用途
第七章 锅炉与汽轮机用钢及事故分析
第一节 锅炉主要设备用钢及事故分析
重点内容：
1、锅炉管道用钢及事故分析
2、锅炉汽包几其他部件用钢
难点内容：
受热面管道常见的事故
第二节 汽轮机主要设备用钢及事故分析
重点内容：
1、汽轮机叶片用钢及事故分析
2、汽轮机转子及其它部件用钢
难点内容：
汽轮机叶片常见的事故分析
第三节 螺栓用钢及断裂事故分析
重点内容：
1、螺栓的工作条件及对材料性能的要求
2、螺栓用钢介绍
3、螺栓的断裂分析
难点内容：
螺栓的断裂分析
二、思考题及习题解答
第一套
一、名词解释（每题2分）
1.加工硬化 2.热处理 3.固溶强化 4.奥氏体 5.冲击韧性
二、单项选择题（每题1分）
1.金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫（ ）。
A.强度
B.硬度
C.塑性
D.弹性
2．金属的典型晶体结构有面心立方、体心立方和密排六方三种，它们的晶胞中原子数分别为：
A．4；2；6
B．6；2；4
C．4；4；6
D．2；4；6
3．按用途分，GCr15钢属于（               ）
A、调质钢
B、滚动轴承钢
C、刃具钢
4．含碳量小于( )的铁碳合金称为钢。
A．0.77%
B．2.1%
C．4.3%
5、下列金属中( )属于黑色金属。
A.铬
B.铜
C.铅
6、合金钢按合金元素的总量不同分为低合金钢、中合金钢和高合金钢三种,其中合金元素含量( )的钢称为高合金钢。
A.＞5% B.＞10% C.＞17%
7．在晶体缺陷中，属于点缺陷的有（ ）。
A.间隙原子
B.位错
C.晶界
D.缩孔
8．铁素体是碳溶解在（ ）中所形成的间隙固溶体。
A．α-Fe
B．γ-Fe
C．δ-Fe
D．β-Fe
9．加热是钢进行热处理的第一步，其目的是使钢获得（）。
A．基体组织
B．A体组织
C．P体组织
D．M体组织
10.下列不属于Fe-Fe3C相图中的组成相是：
A.铁素体
B.奥氏体
C.渗碳体
D.石墨
11.Fe-Fe3C相图的组元是：
A.Fe和Fe3C
B.Fe和C
C.铁素体和Fe3C
D.奥氏体和Fe3C
12.碳钢的淬火工艺是将其工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（ ）。
A．随炉冷却
B．在风中冷却
C．在空气中冷却
D．在水中冷却
13.完全退火主要用于（ ）。
A．亚共析钢
B．共析钢
C．过共析钢
D．所有钢种
14.金属在一定温度和应力作用下,随着时间的增长,慢慢地发生塑性变形的现象,称为( )。
A.疲劳 B.热脆性 C.蠕变
15.比较下列三种不同的碳当量,其中与( )对应的钢材的可焊性最好。
A.Ce=1％ B.Ce=0.6% C.Ce=0.2%
16.下贝氏体与上贝氏体比较，下贝氏体的（               ）
A、硬度高，强度高，韧性好； B、硬度高，强度高，韧性差；
C、硬度低，强度低，韧性好；
17.优质碳素钢中,硫、磷的含量分别为( )。
A.S≤0.045% P≤0.045%
B.S≤0.05% P≤0.05%
C.S≤0.035% P≤0.035%
18.12Cr1MoV钢属于( )。
A.普通低合金钢
B.珠光体耐热钢
C.马氏体耐热钢
19．用于降低冷变形金属中的内应力的方法是：( )
A．低温回火
B．回复退火
C．再结晶退火
D．高温回火
20．在热加工过程中，一般不发生：( )
A．动态回复
B．动态再结晶
C．静态再结晶
D．加工硬化
21．用于调整低碳钢的硬度和改善其切削加工性能的热处理工艺是：( )
A．完全退火
B．球化退火
C．正火
D．回火
22．除（ ）元素外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。
A．Co
B．Cr
C．Mn
D．Ti
23．在Fe-Fe3C相图中，钢与铁的分界点的含碳量为（ ）。
A．2％
B．2.06％
C．2.11％
D．2.2％
24．珠光体是一种（ ）。
A．固溶体
B．金属化合物
C．机械混合物
D．单相组织金属
25．共晶成分的铁碳合金发生共晶反应时，其反应式为( )：
A.L+FÞA
B.AÞF+Fe3C
C.LÞA+Fe3C
D.AÞP
26.金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将( ).
A.越高
B.越低
C.越接近理论结晶温度
D.不变
27.在金属结晶时，向液体金属中加入某种难熔杂质来有效细化金属的晶粒，以达到改善其机械性能的目的，这种细化晶粒的方法叫做( ).
A.时效处理
B.变质处理
C.加工硬化
D.调质
28．金属铸造时，为细化晶粒，可采用( )：
A．快速浇注
B．时效处理
C．以砂型代替金属型
D．以金属型代替砂型
29.钢在淬火后获得的马氏体组织的粗细主要取决于( )：
A.奥氏体的本质晶粒度
B.奥氏体的实际晶粒度
C.奥氏体的起始晶粒度。
30.马氏体的硬度取决于：
A.冷却速度
B.转变温度
C.碳含量。
三、判断对错题（每题1分，错误的填“×”。正确的填“√”）
1、钢中的基本相包括铁素体、马氏体、渗碳体、奥氏体和珠光体。( )
2、金属材料的断裂韧性与裂纹尖端所处的应力状态有关。( )
3、奥氏体不锈钢进行淬火处理后,也会使硬度提高,塑性和韧性下降。( )
4、钢中的基本相包括铁素体、马氏体、渗碳体、奥氏体和珠光体。( )
5、金属材料的断裂韧性与裂纹尖端所处的应力状态有关。( )
6、奥氏体不锈钢进行淬火处理后,也会使硬度提高,塑性和韧性下降。( )
7、低碳马氏体比高碳马氏体的综合性能好,主要原因是因为它的含碳量少。( )
8、具有相同的显微组织的合金将具有相同的性能。( )
9、碳钢中必须保证一定的锰含量,锰对钢的性能有良好的影响,是一个有益的元素,所以在碳钢中锰并不是杂质元素。( )
10、长期过热引起的爆管由于蠕胀原因,一般爆口变形较大,破口边缘锐利。( )
11、各种硬度之间存在着一定的关系,因此各种硬度值之间是可以换算。( )
12.凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。（ ）
13.在实际金属的结晶过程中，自发形核比非自发形核更重要，往往起优先的主导的作用。（ ）
14.一般情况下，晶粒愈大，金属的强度、塑性愈好。（ ）
15.碳钢在室温下的相组成物是铁素体和渗碳体。（ ）
16．珠光体是单相组织。（ ）
17．亚共析钢的基本相是铁素体和珠光体。（ ）
18．扩散是原子的定向移动。（ ）
19．金属铸件可通过再结晶退火细化晶粒。（ ）
20．再结晶虽包含形核和长大过程，但它不是一个相变过程。（ ）
四、综合分析题
1．淬火钢为什么要进行回火处理？
2．比较珠光体、贝氏体、马氏体的硬度（按照硬度由高到低依次写出三种组织的名称）。
3．为何晶粒越细、材料的强度越高，其塑韧性也越好？
4．电厂常见的腐蚀损坏类型包括哪些？
5．识别下列各钢的种类,并指明有下划线的数字和符号的含义：①20G ②1Cr18Ni9Ti ③GCr15 ④T8 ⑤20CrMnTi⑥2Cr13 ⑦W18Cr4V ⑧ZG15
6．汽轮机叶片事故以何种形式的损坏为主？怎样才能减少和避免叶片断裂事故？

第二套
综合题分析题
1．简述金属结晶的过程。
2．绘出Fe-Fe3C相图，说明相图中的主要点和线的意义，在空白图上填出各相区和组织。
3．选材设计一个车床主轴。要求：该主轴受交变弯曲和扭转的复合应力，载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，请选材（45钢、T8、20CrMnTi）并设计热处理工序。
4．锅炉、汽轮机高温部件所用钢材在高温下长期运行中发生的组织性质变化主要有哪5种？
5.T12钢加热到770℃后用图3-42所示的各种方式冷却，分析其所得到组织？
6．将Φ5mm的T8钢加热至760℃并保温，后经不同冷却方式得到：P、S、B下、B下＋M＋少量残余A、M＋少量残余A。在C曲线上描写工艺曲线示意图。
7．分析上贝氏体与下贝氏体组织与性能的主要区别。
8．工程上是按什么原则对耐热钢进行分类的?耐热钢通常分为几类?
9．何谓锅炉受热面管子的长时超温爆管？爆破口宏观上有何特点？爆管前后的显微组织有何差异，为什么？
10．退火亚共析钢室温金相组织中珠光体量为60%,试估算该钢的含碳量,并指出其大致钢号。
参考答案
第一套
一、名词解释（每题2分）
1.加工硬化：金属发生塑性变形，随着变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降，这种现象叫加工硬化。
2.热处理：通过加热、保温和冷却来改变钢的组织，从而改变钢的机械性能的工艺，称为热处理。
3.固溶强化：由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点,使晶格发生畸变,使固溶体硬度和强度升高,这种现象叫固溶强化现象。
4.奥氏体：碳原子溶入γ-Fe中形成的间隙固溶体。
5.冲击韧性：冲击韧性是材料抵抗冲击载荷而不被破坏的能力。
二、单项选择题（30个´1分）
选择题答案
题号
解答
题号
解答
题号
解答
题号
解答
题号
解答
题号
解答
1
A
6
B
11
A
16
A
21
A
26
B
2
A
7
A
12
D
17
A
22
A
27
B
3
B
8
A
13
A
18
B
23
C
28
D
4
B
9
B
14
C
19
B
24
C
29
C
5
A
10
D
15
C
20
D
25
C
30
C
三、判断对错题（每题1分，错误的填“×”。正确的填“√”）
1、钢中的基本相包括铁素体、马氏体、渗碳体、奥氏体和珠光体。(×)
2、金属材料的断裂韧性与裂纹尖端所处的应力状态有关。(√)
3、奥氏体不锈