金属材料学-题库-(2)

材料0801

第1章钢的合金化概论

1、 什么是合金元素？钢中常用的合金元素有哪些？

为合金化目的加入其含量有一定范围的元素称为合金元素。 Si , Mn , Cr, Ni , W, Mo, V, Ti , Nb, Al , Cu, B 等。 2、 哪些是奥氏体形成元素？哪些是铁素体形成元素？

在丫 -Fe中有较大溶解度并稳定丫固溶体的元素称为奥氏体形成元 素：Ni、Mn、Co, C、N、

Cu;无限互溶，有限溶解。

在a - Fe中有较大溶解度并稳定a固溶体的元素称为铁素体形成元 素：Cr、V, W Mo、Ti。 3、 合金元素在钢中的存在形式有哪几种？

固溶体、化合物、游离态。（其中，化合物分为：碳化物、金属间 化合物、非金属夹杂物） 4、 哪些是碳化物形成元素？哪些是非碳化物形成元素？

Zr、Ti、Nb、V; W Mo、Cr ; Mn、Fe （强->弱 ） 非 K: Ni、Si、Al、Cu。

5、 钢中的碳化物按点阵结构分为哪几类？各有什么特点？什么叫合金 渗碳体？特殊碳化物？ 1 ）①简单点阵结构：M2C、MC。又称间隙相。 特点：硬度高，熔点高，稳定性好。

② 复杂点阵结构：M23C6、M7C3 、M3C。

特点：硬度、熔点较低，稳定性较差。

2）合金渗碳体：当合金元素含量较少时，溶解于其他碳化物，形成复 合碳化物，即多元合金碳化

物。如Mo, W Cr含量较少时，形成合 金渗碳体。3）特殊碳化物：随着合金元素含量的增加，碳化物形 成了自己的特殊碳化物。VC, Cr 7C3 , Cr 23C6。 6、 合金钢中碳化物形成规律。

1、 K类型的形成 K类型与Me的原子半径有关。

r c/ r Me < 0. 59 —简单结构相，如 Mo、W V、Ti ; r c/ r Me > 0. 59 —复杂点阵结构，如 Cr、Mn、Fe 。 Me量少时，形成复合K,如（Cr , M） 23C6型 。 2、 相似者相溶

形成碳化物的元素在晶体结构，原子尺寸和电子因素都相似， 则两者碳化物完全互溶，

否则就有限互溶

3、 强碳化物形成元素优先与碳结合形成碳化物。 4、 Nm/ Nc比值决定了 K类型

5、 碳化物稳定性越好，溶解越难，析出越难，聚集长大也越难。 7、 合金元素对铁碳平衡相图的影响。

1对临界温度的影响 a ） Ni，Mn, Co, N,Cu，等元素扩大 A相区，降低A1, A3点b ） 其他元素扩大F相区，提高A1, A3点c ）大多数Me使ES线左移，即Acm增加

2对E, S点位置的影响 所有合金元素都使 E, S点向左移动

8、为什么比较重要的大截面的结构零件都必需用合金钢制造？与碳钢 比较，合金钢有何优点？

1 ）因为大截面结构零件要求强度，淬透性高，韧度好，碳钢无法 满足

2）优点：晶粒细化，淬透性高，回火稳定性好，能满足特殊需要， 综合性能满足高性能要求。 9、合金元素对奥氏体晶粒长大的影响？

1） Ti、Nb、V等强碳化物形成元素阻止奥氏体晶粒长大的作用显著， W Mo作用中等。 2） C、N、B, P等元素促进奥氏体晶粒长大。

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3） Mn在低碳钢中有细化晶粒作用，在中碳以促进晶粒长大

4） Al，Si量少时，阻止奥氏体晶粒长大，含量较大时，促进高温 a晶粒长大 5） 非碳化物形成元素对奥氏体晶粒长大影响不大 1 0、合金元素对回火转变的影响？

淬火合金钢进行回火时， 其组织转变与碳钢相似。 但由于合金元素的加入， 使其在回火转变 时具有如下特点：（1 ）提高淬火钢的回火稳定性 回火脆性

一、对马氏体分解期的影响

低温回火：C和Me扩散较困难，Me影响不大；

中温以上：Me活动能力增强，对M分解产生不同程度影响： 1 ） Ni、Mn的影响很小;

2） K形成元素阻止M分解，其程度与它们与C的亲和力大小有关。 这些Me J碳活度ac ,

阻止了渗碳体的析出长大；

3） Si比较特殊：＜ 300 C时强烈延缓M分解。

二、 对残余奥氏体转变的影响 当回火温度达到200 C以上，会发生 残留奥氏体的分解，遵循过冷奥氏体恒温转变规律，但转变仍不完全

三、 对碳化物析出的影响

1 ）碳化物聚集长大 Si和强碳化物形成元素有很好的阻碍作用

2 ）碳化物成分变化和类型转变强碳化物形成元素不但取代Fe原 子，达到一定量时碳化物类

型发生转变，生成更稳定碳化物

3 ）特殊碳化物形成 碳化物形成元素与碳比例（Nm/ Nc）比较高时， 回火时析出特殊碳化物

11、 哪些合金元素提高钢的淬透性作用显著？

淬透性：钢淬火时获得M的能力。B、Mn、Mo、Cr、Si、Ni。

12、 什么叫回火稳定性？提高回火稳定性的合金元素有哪些？提高钢的 回火稳定性有何作用？ 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。

Cr, Mn, Ni , MQ

合金钢的

作用：在达到相同硬度的情况下，合金钢的回火温度比碳钢高，回火时间也应适当增长，可 进一步消除残余应力，因而合金钢的塑性、韧性较碳钢好；而在同一温度回火时， 强度、硬度比碳钢高。

1 3、什么是回火脆性？各在什么条件下产生？如何消除或减轻？ 淬火钢在某些温度区间回火或从回火温度缓慢冷却通过该温度区间的脆化现象，回火 脆性可分为第一类回火脆性和第二类回火脆性。 1 ）第一类回火脆性，主要发生在回火温度为 200?350C时，具有不可逆性、与回火后 的冷却速度无关、断口为沿晶脆性断口。防止方法：无法消除 （1）Si元素可有效推迟脆性温度区； 晶粒及采用含W,Mo,V的合金，降低敏感性；

（3 ）回火时快速加热，短时保温；（ 5）采用等温淬火

2 ）第二类回火脆性，发生的温度在450?650C，具有可逆性、与回火后的冷却速度有 关、断口为沿晶脆性断口。防止方法：（ 的元素（Ti,Nb,V ）；

（3）加入适量Mo W元素；（4）避免在第二类回火脆性温度范围回火（ 14、 合金元素对“ C”曲线、珠光体转变、贝氏体转变、Ms点的作用？

一、 对“ C”曲线

1 ） Ni、Si、弱碳化物形成元素，Mn大致保持 “ C”线形状，使 “ C”线向右作不同程

度的移动；

5）回火后快冷

1）降低钢中的有害元素；

（2）加入能细化 A晶粒

（2 ）产生二次硬化 （3 ）防止第二类

，不在这个温度范围内回火，

（2 ）用Al脱氧或加入 W V、Ti等合金元素细化 A

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2） Co不改变“ C”线，但使“ C”线左移；

3） K形成元素，使“ C”线右移，且改变形状。Me不同作用，使 “ C”曲线出现不同形

状，大致有五种。

二、 过冷A体的P、B转变

P转变：奥氏体形成元素降低Ac,使转变温度降低，过冷度减小， 转变驱动力减小。铁素体形成元素升高Ac,使转变温度增大。除Co , Al外的合金元素总是不同程度的推迟珠光体转变，使珠光体转变曲 线右移

B转变：Mn、Ni、Cr、V降低Bs点，在珠光体和贝氏体转变温度 之间出现过冷奥氏体中温稳定区；奥氏体形成元素Ni , Mn降低Bs点。 使贝氏体转变的驱动力减小，孕育期增长，转变速度减慢。

三、 对Ms点：除Co、Al外，所有溶于奥氏体的合金元素都使Ms、

Mf点下降，使钢在淬火后的残余奥氏体量增加。

15、 白点和层状断口的形成原因是什么？

由于钢中氢的重新分布与聚集， 破坏了钢的可塑性， 使钢变脆。失去塑性的钢在氢

压力与钢中的内应力的同时作用下很容易在氢聚集处沿金属强度弱的方向产生局部脆性开 裂，即形成所谓氢致裂纹一一白点。

层状断口 ：主要原因是钢锭结晶过程中夹杂物在晶界上沉积，在热加工时沉积在晶 界上的

夹杂物沿加工方向伸长，使晶界变脆，形成层状断口。

16综合分析合金元素在a -Fe和丫 -Fe中周期性溶解规律和形成无限固溶体的必要和充分 条件 奥氏体形成元素使A3温度下降，A4温度上升，奥氏体稳定存在相区扩大 铁素体形成元素则相反。 合金元素与铁形成置换固溶体，他们扩大或缩小丫相区的作用与该元素在周期表中位置有 关，与他们的点阵结构， 尺寸相近。

单位溶质原子溶于丫相中所吸收的热记为

H 丫，单位溶质原子溶于a相中所吸收的热记为 H<0,奥氏体形成元素

H

电子因素和原子大小有关，有利于扩大丫相区的合金元素，其本身

与铁的电负性相似近，与铁的原子

具有面心立方点阵或在其多型性转变中有面心立方点阵，

a, HT -Ha =H, H>0,铁素体形成元素，

17、什么是内吸附现象？

合金元素溶入基体后，与钢中的晶体缺陷产生相互作用，导致偏聚 元素在缺陷处的浓度大于基体中的平均浓度。这种现象称为内吸附或偏 聚现象。

18从合金元素对Y,a相自由能的影响及其在合金钢中的扩散规律，试分析那些基本 因素影响合金钢相变

对自由能的影响：（1） C, Mn Cr, Ni降低相变驱动力厶Fv （2） Al , Co增加相变驱动力（3）Mo,W 対相变驱动力影响不大。△ Fv相变自由能差。 前部分与16题同。1）合金钢在加热奥氏体化时， 素对奥氏体形成和长大的影响

碳氮化物在奥氏体中的溶解规律及合金元

残留奥氏体转变和碳化

2 ）过冷奥氏体分解中，合金元素对C曲线，珠光体，贝氏体,

马氏体转变的影响 3）合金钢回火转变时， 合金元素对马氏体分解， 物析出的影响4 ）合金元素对回火脆性的影响

19讨论合金钢加热时碳化物与氮化物的溶解规律和合金元素对奥氏体晶粒的影响，并分析 其理论和实际意义

1 ）碳氮化物稳定性越好，在钢中溶解度越好 2）随温度下降，各 种碳化物溶解度下降 3）奥氏体中存在比较弱的碳化物形成元素，会降 低奥氏体的碳活度ac ,促进稳定性好的碳化物溶解 4）稳定性较差的 碳化物加热奥氏体化时先溶解，稳定性好的后溶解。

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