金属材料学复习总结.pdf
名词解释 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 Me表示）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。奥氏体形成元素：在-Fe 中有较大的溶解度,且能稳定-Fe 的元素 C,N,Cu,Mn,Ni,Co,W 等 铁素体形成元素：在-Fe 中有较大的溶解度，且能-Fe 不稳定的元素 Cr，V，Si，Al，Ti，Mo 等 原位析出：指在回火过程中，合金渗碳体转变为特殊碳化物。碳化物形成元素向渗碳体富集，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 钢碳化物转变 异位析出：含强碳化物形成元素的钢，在回火过程中直接从过饱和 相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，如 V，Nb，Ti。（和 Mo 既有原味析出又有异位析出）网状碳化物：热加工的钢材冷却后，沿奥氏体晶界析出的过剩碳化物（过共析钢）或铁素 体（亚共析钢）形成的网状碳化物。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，使碳化物完全溶入奥氏体，然后在水中快冷，使碳化 物来不及析出，从而获得获得单相奥氏体组织。（水韧后不再回火）超高强度钢：用回火 M或下 B 作为其使用组织，经过热处理后 抗拉强度大于 1400 MPa（或屈服强度大于 1250MPa）的中碳钢，均可称为超高强度钢。晶间腐蚀：沿金属晶界进行的腐蚀（已发生晶间腐蚀的金属在外形上无任何变化，但实际 金属已丧失强度）n/8 规律：随着 Cr 含量的提高，钢的的电极电呈跳跃式增高。即当 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，腐蚀也跳跃式显著下降。这个定律 叫做 n/8 规律。黄铜：Cu 与 Zn 组成的铜合金 青铜：Cu 与 Zn、Ni 以外的其它元素组成的铜合金 白铜：Cu 与 Ni 组成的铜合金 灰口铸铁：灰口铸铁中碳全部或大部分以片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色。（片状石墨 对基体产生割裂作用，并在尖端造成应力集中，故灰口铸铁力学性能较差）可锻铸铁：可锻铸铁中的碳全部以或大部分以图案絮状的石墨形式存在，它是由一定成分的 白口铸铁经长时间高温石墨化退火而形成的。又称韧性铸铁。蠕墨铸铁：蠕墨铸铁中的碳大部分以蠕虫状石墨形式存在。（高耐热性）麻口铸铁：麻口铸铁中的碳一部分以渗碳体形式存在，另一部分以石墨形式存在，端口呈 黑白相间。（无实用价值）。基体钢：指其成分含有高速钢淬火组织中除过剩余碳化物以外的基体化学成分的钢种。（高 强度高硬度，韧性和疲劳强度优于高速钢，可做冷热变形模具刚，也可作超高强度钢）双相钢：是指显微组织主要是由铁素体和体积分数的马氏体所组成的低合金高 强度结构钢，即在软相铁素体基体上分布着一定量的硬质相马氏体。黑色组织：高速钢在实际铸锭凝固时，冷速平均冷速。合金元素来不及扩散，在结晶和固 态相变过程中转变不能完全进行，共析转变形成 共析体为两相组织，易被腐蚀，在金相组 织上呈黑色，而称作黑色组织。低（中高）合金钢：合金元素总量小于.的合金钢叫低合金钢。合金含量在.之间的合金钢叫中合金钢。大于的高合金钢。二次淬火，二次硬化：见后面问答题 第一章 1、合金元素 V、Cr、W、Mo、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 -Fe 中形成无限固溶 体？为什么？答：奥氏体形成元素：C,N,Cu,Mn,Ni,Co,W 等。铁素体形成元素：Cr，V，Si，Al，Ti，Mo。V、Cr 与-Fe 可形成无限置换固溶体；Mn、Co、Ni 与-Fe 可形成无限置换固溶体。决定组元在置换固溶体中的溶解条件是：（1）溶剂与溶质的点阵相同；（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（组元在周期表中的相 对位置）。2、简述合金元素对铁碳相图（如共析碳量等等临界点）的影响。答：1改变奥氏体相区位置 奥氏体形成元素均使奥氏体存在的区域扩大，其中开启 相 区的元素如,Ni Mn 含量较多时可使钢在室温下得到单相奥氏体相区。铁素体形成元素 均使奥氏体的相区缩小，其中封闭 相区的元素如 Cr Ti Si 等超过一定含量时，可使钢 在室温获得单相铁素体组织。2改变共析转变温度 扩大 相区的元素，使共析转变温度降低。缩小 相区的元素，使其升高。）3改变和等临界点的含碳量 几乎所有合金元素均使共析点含碳量降低，即左 移。.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：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：TiZrNbVW,MoCrMnFe）各种 K相对稳定性如下：MC M2C M6CM23C6M7C3M3C（高 -低）如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性？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.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 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 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）一般地，钢有哪些强化与韧化途径？强化 固溶强化 细晶强化 形变强化 第二相强化 韧化 1、细化晶粒 2、提高钢的耐回火性 3、改善基体韧性 4、细化碳化物 5、调整化学成 分 6、形变热处理 7、低碳马氏体强韧化、提高冶金质量 .钢合金化与强韧化机理 答：采用“多元少量”的合金化原则，以优化马氏体结构，使其基本保持位错型 通过加入保证在马氏体板条相界形成稳定的残余奥氏体薄膜 提高回火温度，以使塑性、韧性得到较大的恢复。加入、以抑制回火马氏体的脆性 加入以细化晶粒，改善强韧性 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？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。2低合金高强度钢的合金化特点 答：低合金高强度钢是指在碳质量分数低于.的普通碳素钢的基体上通过添加一 种或多种少量合金元素（总质量分数低于），使钢的强度明显高于碳素钢的一类工程 结构钢。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。3什么是微合金钢？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 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 G大于沉淀强 化引起的增量 Ph;当 w（Nb）0.04%时,Ph增量大大增加,而G 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。.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 0.300.50%C 的 C 钢或中、低合金钢 淬火高温回 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,50CrMnV A（使用 T300 ）4）耐热弹簧：30W4Cr2V A（可达 500）5）耐蚀弹簧：3Cr13,4Cr13,1Cr18Ni9Ti（温度 1000 第六章 铸铁 1铸铁与钢相比，在主要成分、使用组织、主要性能上有何不同？成C、Si 含量高，S、P 含量高 组织：钢的基体+（不同形状）石墨；性能：性能比钢要低，特别塑、韧性;G：HB3-5，屈强 20MPa,延伸率近为 0;但具有优良 的减震性、减摩性以及切削加工性能、优良的铸造性能、低的缺口敏感性；2.可锻铸铁的其生产分几步？生产：分两步：1）生产白口铸铁；2）高温 G 化退火（900-980 度,15h 铝合金 第七章 1.1 以 Al-4%Cu 合金为例，阐述铝合金的时效过程及主要性能（强度）变化。1）形成溶质原子（Cu）的富集区 GPI 与母相（Al 为基的固溶体）保持共格关系，引起 的严重畸变，使位错运动受阻碍，从而提高强度；2）GPI 区有序化 GPII 区（）化学成分接近 CuAl2，具有正方晶格，引起更严重 的畸变，使位错运动更大阻碍，显著提高强度；3）溶质原子的继续富集，以及 形成 已达到 CuAl2，且部分地与母相晶格脱离关 系，晶格畸变将减轻，对位错阻碍能力减小，合金趋于软化，强度开始降低。4）稳定相 的形成与长大与母相完全脱离晶格关系，强度进一步降低。这种现象称为过时 效。2.变形铝合金分类，牌号及主要性能特点。变形铝合金分为两大类：非热处理强化变形铝合金 防锈铝合金 性能：耐蚀性好；塑性好（易加工成形）；焊接性好；可利用冷加工硬化来提高强度 牌号：Al-Mn 系 LF21 Al-Mg-（Mn）LF2,3,5,6,7,10,11,12 等 硬铝 Al-Cu-Mg 合金系 力差 牌号：LY 具有良好的耐热性，强度高，但塑性及承受冷热加工能 超硬铝合金 Al-Zn-Mg-Cu 系 牌号：LC3，LC4，LC5，LC6，LC9 性能：强度高（淬火 120+120时效），但抗蚀性差（包铝），组织稳定性不好，工作温度小于 锻铝合金 合金系 Al-Mg-Si、Al-Cu-Mg-Ni-Fe 牌号：LD2，LD5，LD6，LD10；LD7，LD8，LD9主要有防锈铝合金 热处理强化变形铝合金 主要有硬铝、锻铝、超硬铝合金。性能：良好的热塑性，较高的机械性能 3铸造铝合金主要分为几类？说明主要铸造铝合金的合金系、牌号及主要性能特点。答：普通锻铝合金：Al-Mg-Si,Al-Mg-Si-Cu；热锻铝合金，Al-Cu-Mg-Ni-Fe 合金系 牌号 主要性能特点 Al-Si 系 ZL1xx 最好的铸造性能、中等强度和抗蚀性，应用最广泛。Al-Cu 系 ZL20 x 最高的高温和室温性能，适于制造大负荷或耐热铸件，但铸造性能和抗蚀 性较差。Al-Mg 系 ZL30 x 有最好的抗蚀性和较高的强度，但铸造、耐热性能差，适于抗蚀、耐冲击 和表面装饰性高的铸件。Al-Zn 系 ZL40 x 铸态下的高强度铝合金，在强度、抗蚀性和铸造性能，均中等
