(完好版)金属材料学(第二版)课后答案主编戴启勋.docx

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1、(完好版)金属材料学(第二版)课后答案主编戴启勋第一章钢的合金化原理1名词解释1合金元素:十分添加到钢中为了保证获得所要求的组织构造进而得到一定的物理、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B0.001%，V0.2%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奥氏体构成元素:在-Fe中有较大的溶解度,且能稳定相；如Mn,Ni,Co,C,N,Cu；4铁素体构成元素:在-Fe中有较大的溶解度，且能稳定相。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

2、渗碳体就在原位转变成特殊碳化物如Cr钢中的Cr：-FexCFe3CFe,Cr3CCr,Fe7C3Cr,Fe23C66离位析出:在回火经过中直接从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。2合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体构成元素？哪些是奥氏体构成元素？哪些能在a-Fe中构成无限固溶体？哪些能在g-Fe中构成无限固溶体？答：铁素体构成元素：V、Cr、W、Mo、Ti、Al；奥氏体构成元素：Mn、Co、Ni、Cu能在a-Fe中构成无限固溶体：V、Cr；能在g-Fe中构成无限固溶体：Mn、C

3、o、Ni3简述合金元素对扩大或缩小相区的影响，并讲明利用此原理在生产中有何意义？答：1扩大相区：使A3降低，A4升高一般为奥氏体构成元素分为两类：a.开启相区：Mn,Ni,Co与-Fe无限互溶.b.扩大相区：有C，N，Cu等。如Fe-C相图，构成的扩大的相区，构成了钢的热处理的基础。2缩小相区：使A3升高，A4降低。一般为铁素体构成元素分为两类:a.封闭相区：使相图中区缩小到一个很小的面积构成圈,其结果使相区与相区连成一片。如V,Cr,Si,A1,Ti,Mo,W,P,Sn,As,Sb。b.缩小相区：Zr,Nb,Ta,B,S,Ce等3生产中的意义：能够利用M扩大和缩小相区作用，获得单相组织，具有

4、特殊性能，在耐蚀钢和耐热钢中应用广泛。4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扩大相区的元素使A1，A3下降；2缩小相区的元素使A1，A3升高。当Mo8.2%,W12%,Ti1.0%,V4.5%,Si8.5%，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？5合金钢中碳化物构成元素V，Cr，Mo，Mn等所构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构成元素构成的K比拟稳定，其顺序为：TiZrNbVW,MoCrMnF

5、e各种K相对稳定性如下：MCM2CM6CM23C6M7C3M3C高-低6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：主要是通过推延P转变时K形核与长大来提高过冷的稳定性；W，Mo,Cr：1推延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：CrWMoMn：Fe,Mn3C,减慢P转变时合金渗碳体的形核与长大；扩大相区，强烈推延转变，提高的形核功；Ni：开放相区，并稳定相，提高的形核功渗碳体可溶解Ni,CoCo：扩大相区，但能使A3温度提高特例，使转变在更高的温度进行，降低了过冷的稳定性。使C曲线向左移。A

6、l,Si：不构成各自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，降低了的界面能，阻碍相和K形核。7合金元素对马氏体转变有何影响？答：合金元素的作用表如今：1对马氏体点Ms-Mf温度的影响；2改变马氏体形态及精细构造亚构造。除Al,Co外，都降低Ms温度，其降低程度：强CMnCrNiVMo,W,Si弱提高含量：可利用此特点使Ms温度降低于0下面，得到全部组织。如参加Ni,Mn,C,N等合金元素有增加构成孪晶马氏体的倾向，且亚构造与合金成分和马氏体的转变温度有关.8怎样利用合金元从来消除或预防第一次、第二次回火脆性？

7、答：1低温回火脆性第I类，不具有可逆性其构成原因：沿条状马氏体的间界析出K薄片；防止：参加Si,脆化温度提高300；参加Mo,减轻作用。2高温回火脆性第II类，具有可逆性其构成原因：与钢杂质元素向原奥氏体晶界偏聚有关。防止：参加W，Mo消除或延缓杂质元素偏聚.9怎样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。但只要离位析出时才有二次硬化现象二次淬火：在强K构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

8、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。一样点：都发生在合金钢中，含有强碳化物构成元素相对多，发生在淬回火经过中，且回火温度550左右。不同点：二次淬火，是回火冷却经过中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10一般地，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

9、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；参加能提高韧性的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。第二章工程构造钢1对工程构造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合金元素在低合金高强度构造钢中的主要作用是什么？为何考虑采用低C？答：为提高碳素工程构造钢的强度，而参加少量合金元素，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

10、钢的韧-脆转变温度的升高。考虑低C的原因：1C含量过高，P量增加，P为片状组织，会使钢的脆性增加，使FATT50增高。2C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，不利于工程构造钢的使用。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？试举例讲明。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：再热加工经过中，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

11、结晶经过的进行。2)阻止奥氏体晶粒长大；例：微量钛(w0.02%)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,细化晶粒造成的屈从强度的增量G大于沉淀强化引起的增量P当h;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，低温下构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。4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延先共析F和P转变，但

12、对B转变推延较少的元素如Mo，B，可得到贝氏体组织。1)参加Mn,Ni,Cr等合金元素，进一步推延先共析F和P转变，并使Bs点下降，可得到下B组织；2)参加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。第三章机械制造构造钢1名词解释1)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。2)网状碳化物：过共析钢在热轧(锻)加工后缓慢冷却经过中由二次碳化物以网状析出于奥氏体晶界所造成的。3)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

13、氏体组织。4)超高强度钢：一般讲，屈从强度在1370MPa(140kgf/mm2)以上，抗拉强度在1620MPa(165kgf/mm2)以上的合金钢称超高强度钢。2调质钢、弹簧钢进行成分、热处理、常用组织及主要性能的比拟，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钢淬火与高温回回火S或回火较高的强度，良好的塑性和或中、低合金钢火T韧性弹簧钢中、高碳素钢或低合淬火和中温回回火T高的弹性极限，高的疲惫强金钢火度，足够的塑性和韧性主要钢:A.调质钢：按淬透性大小可分为几级：140，45，45B240Cr，45Mn2,45MnB,35MnSi335CrMo,42M

14、nVB,40MnMoB，40CrNi440CrMnMo,35SiMn2MoV，40CrNiMoB.弹簧钢：1Mn弹簧钢：60Mn，65Mn2MnSi弹簧钢：55Si2Mn，60Si2MnA3Cr弹簧钢：50CrMn，50CrVA,50CrMnVA使用T低合1保证钢的淬透性Cr,淬火+低温回火或等晶粒细化、沉强度高；成本低廉；生Si；4细化晶粒V,Mo。3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：+Fe,Mn3C；铸态组织：+碳化物；热处理态组织：单相p；使用状态下组织:外表硬化层+内部具有抗磨特性的原因：1高冲击和强挤压下，其外表层迅速产生

15、加工硬化，在滑移面上构成硬化层，即冷作硬化，使其具有抗磨性。2参加2-4%的Cr或适量的Mo和V，能构成细小碳化物，提高屈从强度、冲击韧性和抗磨性。4GCr15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;构成碳化物。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8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：钢中参加氮化物构成元素后，氮化层的组织有很大变化，在相中构成含有铬、

16、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，所构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：参加AlHV1000以上,V,Cr,Mo,WHV900下面能够提高外表硬度；参加Cr，Mn，Mo提高淬透性；参加Mo，V等能够使钢在高温下保持高强度；金超Mn,Ni；温淬火强钢2增加钢的抗回火稳定性V,Mo；3淀硬化及亚产工艺较简单；构造的变化韧塑性较较大的脱C倾向；焊接性不太好。参加少量Mo，能够防止高温回火脆性。第四章工具钢1从总体看，工具钢与构造钢相比，在主要成分、组织类型、热处理工艺、主要性能与

17、实际应用方面各自有何特点？答：构造钢工具钢成分C：中低C中高C合金元素:中偏低合金元素:中偏低高C组织PS,T,B,MM,S,T热处理退、正、淬、回火淬火回火综合性能强韧热硬，强应用工程或制造构造各种工具2采用普通素工具钢的优点是什么？局限性是什么？答：优点：成本低，冷热性能较好，热处理简单，应用范围较宽。缺乏处：1淬透性低,盐水中淬火,变形开裂倾向大。2组织稳定性差,热硬性低,工作温度小于200。3什么是红硬性?为何它是高速钢的一种重要性能？哪些元素在高速钢中提高红硬性?答：红硬性：在高的温度下保持硬度的能力。提高热硬性的元素有：W、Mo、V、Co、N常与Al配合参加。418-4-1高速钢的

18、铸态显微组织特征是什么？为何高速钢在热处理之前一定要大量地热加工？答：铸态组织：鱼骨状Le+黑色与白色组织铸态高速钢组织中粗大的共晶碳化物必须经过锻轧将其破碎，是其尽可能成为均匀分布的颗粒状碳化物。7高速钢18-4-1的最终热处理的加热温度为何高达1280？在加热经过中为何要在600650和800850进行二次预热保温？答：加热温度高：为使奥氏体中合金度含量较高，应尽可能提高淬火温度至晶界熔化温度偏下晶粒仍然很细，8-9级。目的：淬火后获得高合金的M组织，具有很高抗回火稳定性；在高温回火时析出弥散的合金碳化物产生二次硬化，使钢具有高的硬度和热硬性。一次或两次预热：由于高合金的高速钢导热性差，为

19、防止工件加热时变形，开裂和缩短加热的保温时间以减少脱碳。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？答：目的：一方面，加强二次硬化效果；另一方面，主要是为了利用二次淬火来降低残余奥氏体含量，也间接地提高了性能。回火后的显微组织为回火马氏体加碳化物。9高碳、高铬工具钢耐磨性极好的原因何在？抗氧化的原由于什么？第五章不锈耐蚀钢1名词解释：1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。2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毁坏，且随应力增大，发生破裂的时间也越短；当

20、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。4n/8规律：参加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的含量到达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。2从电化学腐蚀原理看，采用哪些途径可提高钢的耐蚀性？答：1使钢外表构成稳定的外表保护膜；2得到单相均匀的固溶体组织；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。答：合金元素：Cr决定和提高耐蚀性的主要元素；Ni可提高耐蚀性；C与Cr构成碳化物，降低耐蚀性；Mn，N提高高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性；Mo提

21、高不锈钢的钝化能力；Cu少量参加可有效地提高不锈钢在硫酸及有机酸中的耐蚀性；Si提高在盐酸、硫酸和高浓度硝酸中耐蚀性。环境介质：1氧化性介质如硝酸，NO3是氧化性的，不锈钢外表氧化膜容易构成，钝化时间短。2在稀硫酸等非氧化性酸中，由于介质中溶有的氧量较低，而SO4又不是氧化剂，H+浓度又高，一般的铬不锈钢和Cr18Ni9型不锈钢难以达钝化状态，因此是不耐蚀的。3强有机酸中，由于介质中氧含量低，又有H+存在，一般铬和铬镍不锈钢难钝化，易被腐蚀。4在含有Cl*的介质中，Cl*容易毁坏不锈钢外表氧化膜，穿透过并与钢外表起作用，产生点腐蚀。4奥氏体不锈钢晶间腐蚀产生的原因，影响因素与防止方法。答：原因

22、：奥氏体不锈钢晶间腐蚀主要是晶界上析出网状富铬的Cr23C6引起晶界周围基体产生贫铬区，贫铬区的宽度约10-5cm，Cr下。b.加热温度：550-800650最敏感，T800时K重溶；T35%；3采用高纯度15-25%F不锈钢；4采用奥氏体和铁素体50-70%双相钢。第六章耐热钢及耐热合金1名词解释：1蠕变极限：在某温度下，在规定时间到达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。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。2耐热钢及耐热合金的基本性能要求有哪两条？答：足够高的高温强度、高温疲惫强度足够高的高温化学稳定性十分是抗氧化性能3怎样利

23、用合金化或怎么合金化提高钢的高温强度？答：V，Ti碳化物沉淀强化；Mo、W、Cr固溶强化；B强化晶界。4怎样利用合金化或怎么合金化提高钢的高温抗氧化性能？5耐热钢有哪些种类？答：1F-P耐热钢，常用钢种：12Cr1MoV，15CrMo,12Cr2MoWVSiTiB2马氏体耐热钢，钢种：2Cr12MoV,2Cr12WMoV3工业炉用耐热钢，Fe-Al-Mn炉用耐热钢，Cr-Mn-C-N炉用耐热钢，高Cr-Ni奥氏体炉用耐热钢4奥氏体耐热钢，分为三类:简单奥氏体耐热钢Cr18Ni9型奥氏体不锈钢;固溶强化型奥氏体耐热钢;沉淀强化型奥氏体耐热钢。第七章铸铁1名词解释：1碳当量：一般以各元素对共晶点实

24、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.EC.E=C+0.3Si+P+0.4S-0.03Mn由于S,P%低,Mn的作用又较小C.E=C+0.3Si当前位置：文档视界(完好版)金属材料学(第二版)课后答案主编戴启勋(完好版)金属材料学(第二版)课后答案主编戴启勋共晶点实际C量=4.3-0.3Si2铸铁与钢相比，在主要成分、使用组织、主要性能上有何不同？答：铸铁与钢总体比拟：铸铁A.成分：C、Si含量高，S、P含量高；2.5-4.0C,1.0-3.0Si,0.5-1.4Mn,0.01-0.5P,0.02-0.2SB.组织：钢的基体+不同形状石墨；C.热处理：不同形式的热处理D.性能：取决于基体组织及G数量、形状、大小及分布.G：HB3-5，屈强20MPa,延伸率近为0;G对基体有割裂削弱作用，对钢强度抗拉强度、塑性、韧性均有害，其性能十分塑、韧性;比钢要低，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；E.生产：铸铁熔化设备简单，工艺操作简便，生产成本低廉3对灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的成分主要是C与Si、组织、牌号、主要性能与应用做互相比照。答：4锻铸铁的成分与灰口铸铁相比，有何特点？其生产分几步？答：成分：可锻铸铁：C2.2,Si1.2-2.0,Mn0.4-1.2, P