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钨：W在工具钢中形成较稳定的碳化物，阻止钢的过热，保证晶粒细化，有利于提高钢的耐磨性。
V：V比其他元素更为有效地阻止奥氏体晶粒长大，降低过热敏感性 预备热处理-球化退火
为了使渗碳体呈球状并均匀分布，必须进行球化退火，球化退火的加热温度范围一般为730-800℃。 最终热处理
碳素工具钢正常淬火加热温度为A3+30-50℃，属于不完全淬火，加热温度比碳工具钢稍高些，可用油、熔盐等较缓和的淬火介质，淬火后应立即回火，回火温度因工具的种类与用途而稍有差异。刀具通常采用180-210℃，螺纹工具（如板牙）采用200-250℃ 最终热处理后的组织是回火马氏体和一些球状碳化物。
3、简述高速钢的二次硬化现象
答：高速钢淬火后必须马上回火，回火温度在500-600℃之间，此时钢的硬度、强度和韧性均有提高，而在550-570℃时可达到硬度、强度的最大值，在此温度区间，钢中残留奥氏体转变为马氏体。自马氏体中析出弥散的（钼）及V的碳化物（W2C，Mo2C，VC）使钢的硬度进一步提高，这种现象为二次硬化。
4、请描述高速钢的铸态组织，并设计改变其碳化物形状和分布的方法 答：高速钢的铸态组织很不均匀，大量不均匀分布的粗大碳化物，将造成温度及韧性的下降，这种缺陷不能用热处理工艺来矫正，必须借助于反复压力热加工（锻、轧），将粗大的共晶碳化物和二次碳化物破碎，并使其均匀分布在基体内。
钨系高速钢的始锻温度为1140-1180℃，终锻温度为900℃左右 钨钼系高速钢的始锻温度要低些。
5、请以一种高速钢为例，介绍最终热处理工艺和特点 答：高速钢的优越性只有在正确的淬火及回火之后才能发挥出来，其淬火温度较一般合金工具钢要高得多。
因为温度越高，合金元素溶入奥氏体的数量越多，淬火之后马氏体的合金浓度越高，只有合金含量高的马氏体才具有高的红硬性，对高速钢红硬性作用最大的合金元素-W、Mo及V只有在1000℃以上时，其溶解量才急剧增加，温度超过1300℃时，各元素的溶解量还有增加，但奥氏体晶粒则急剧长大。所以，在不发生过热的前提下，高速钢的淬火温度越高，其红硬性越好。
由于高速钢的导热性差，而淬火温度又极高，故常需分两段或三段进行加热，淬火通常在油中进行，或采用分频淬火法，钢的正常淬火组织是碳化物+马氏体+残余奥氏体（30%左右） 为了消除淬火应力稳定组织，减少残余奥氏体的数量，达到所需要的性能，高速钢一般需进行三次650℃保温1h的回火处理，正常回火后其组织为回火马氏体+碳化物。
6、合作模具钢（Cr2MoV）的一次硬化法和二次硬化法是怎么回事？它们工艺以及性能有什么区别？
答：a 一次硬化处理（低淬低回）
这种方式是采用较低的淬火温度并进行低温回火。选用较低的淬火温度，晶粒较细，钢的强度和韧性较好，通常Cr12MoV钢选用980-1030C淬火，如希望得到较高的硬度，淬火温度可取上限。回火温度一般在200C左右，回火温度升高时硬度降低，但强度和韧性提高，
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一次硬化处理使钢具有高的硬度和耐磨性，较小的热处理变形，大多数Cr12型钢制作冷变形磨具采用此工艺。
b 二次硬化处理（高淬高回）
这种热处理方式是在较高的温度1030-1075℃淬火，然后进行多次高温回火，以达到这种二次硬化的目的。这样可以获得高的回火稳定性，但稍降低钢的强度和韧性，二次硬化处理适用于工作温度较高（400-500℃）且受荷不大或淬火后表面需要强化的模具。
7、请以一种热作模具钢为例，介绍其成分特点 答：一种典型的铬系热变形模具钢-4Cr5MoSiV钢，这种钢含有大的5%Cr，并加入W、Mo、V、Si。由于Cr含量较高，因而有高的淬透性，加入1%Mo时，淬透性更高，故尺寸很大的模具淬火时也可以空冷。这类钢具有高的强度和韧性，抗氧化性较好（由于含Cr和Si），Si、Cr还提高钢的临界点，有利于提高其抗热疲劳性能，加入V可加强钢的二次硬化现象，增加稳定性。
第九章 不锈钢
1、请举例3种工程上常见的腐蚀类型及腐蚀过程 答：常见的金属腐蚀类型有以下几种： 1、均匀腐蚀
均匀腐蚀又称一般腐蚀或连续腐蚀 2、晶间腐蚀
一般晶界较晶内具有较大的活性，晶界、晶内电位差加大，这时则会引起晶界的深腐蚀，称为晶间腐蚀 3、点腐蚀
点腐蚀又称缝隙腐蚀、孔蚀，是发生在金属制件上极局部区域的一种腐蚀形式 4、应力腐蚀
应力腐蚀在静拉伸应力和腐蚀介质共同作用下，材料发生破裂的现象 5、磨损腐蚀
在同时存在腐蚀和机械磨损时，两者相互加速的腐蚀称为磨损腐蚀。
2、合金元素提高钢的耐蚀性途径有哪几种？
答：a、使不锈钢对具体使用的介质具有稳定钝化区的殃及极化曲线
b、提高不锈钢基体的电极电位，来降低原电池电动势 c、使钢具有单相组织，减少微电池的数量
d、使钢表面上生成稳定的表面保护膜，如钢中加硅、铝、铬等，在许多腐蚀和氧化的场合能形成致密的保护膜，提高钢的耐蚀性。
3、请分析碳在不锈钢中对组织的影响的双重性
答：碳能强烈地稳定奥氏体，稳定奥氏体的能力均为镍的30倍
同时，碳又是不锈钢强化的主要元素
碳与铬能形成一系列碳化物，使不锈钢的腐蚀性受到严重影响 同时碳使不锈钢的加工性能和焊接性能变坏
4、请简述铬、碳、镍、锰、鈦、铌与不锈钢耐蚀性的关系 答：a、铬
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铬是决定不锈钢耐蚀性的主要元素
当铬含量（原子比）达到1/8,2/8时，铁的电极电位就跳跃式地增加，耐蚀性也随之提高 铬元素是a稳定化元素
铬的氧化物比较致密，可以形成耐蚀的保护膜 b、碳
碳能强烈地稳定奥氏体，稳定奥氏体的能力均为镍的30倍 同时，又是不锈钢强化的主要元素
碳与铬能形成一系列碳化物，使不锈钢的耐蚀性受到严重影响 同时碳使不锈钢的加工性能和焊接性能变坏 c、镍
镍是不锈钢中的一种重要元素，能提高耐蚀性
镍是γ稳定化元素，镍能有效地降低Ms点，使奥氏体能保持到很低的温度 d、锰
锰是镍的代用品，是γ稳定化元素
锰在奥氏体钢中部分替代Ni，2%Mn相当于1%Ni e、鈦、铌
鈦、铌死强的碳化物形成元素，可优先于铬同碳形成碳化物，防止晶间腐蚀，提高耐蚀性
5、什么是不锈钢中的n/8定律？它与不锈钢的晶间腐蚀有什么关系？ 答：钢的电极电位随铬的变化规律是：在铬达到12.5%原子比（即1/8时），电位有一个突跃升高。当铬量达到20%原子比（即2/8时），铁的固溶体电位又有一次突跃升高，这一现象称为二元合金固溶体电位的n/8规律。假如钢中虽含有12.5%的原子比的铬量，但因一部分铬和钢中的碳化合固溶体中实际含铬量低于12.5%，则钢的耐蚀性不能得到突跃提高。
6、请概述常见不锈钢类型和性能特点 答：沉淀强化不锈钢强度最高
马氏体不锈钢具有较好的综合机械性能，即较高的强度和一定的延展性 铁素体+奥氏体不锈钢的强度较高，延展性也较好
铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢的强度性能相近，但后者的延展性能较其他各类不锈钢为高
7、请举一种Cr13型不锈钢制作机械零件或工具，并制定热处理工艺
答：Cr13型马氏体不锈钢能在淬火过程中发生马氏体转变，可以获得热处理强化，所以这类钢可进行多种热处理，以控制和调节这种相变，满足不锈钢性能要求。 a、调质处理：
一般不锈钢结构件采用调质处理，以获得高的综合机械性能 b、淬火低温回火
Cr13、3Cr3Mo、4Cr13的热处理通过淬火+低温回火，可获得高硬度和耐磨性。
3、总结铬镁钼奥氏体不锈钢作用的成分特点和热处理方法
答：奥氏体不锈钢是以18%Cr-8%l为典型成分而发展起来的，18%Cr-8%l合金正好处于奥氏体有利于形成的成分范围。
同时，铬、镍含量总达75%时不锈钢的腐蚀性电位接近n/8规律中n=2的电位值，这样既获得了单相奥氏体，又得到好的钝化性能，使耐蚀性达到了较高的水平。 由于这两方面的原因，28-8的成分才成为国际奥氏体不锈钢的主要成分。
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18-8型奥氏体钢平衡态时为奥氏体+铁素体+碳化物足相组织，实际的单相奥氏体是通过固溶热处理的配合获得的。
3、分析18-8不锈钢产生晶间腐蚀的原因和阻止方法
答：工程上为防止奥氏体钢晶间腐蚀现象，可采取如下措施： a、降低钢中碳含量
b、在钢中加稳定碳化物形成元素（Ti,Nb），与碳综合析出特殊碳化物，消除晶间贫铬区 c、钢经1050-1100℃加热淬火，保证固溶体中碳和铬的含量
d、对非稳定性钢进行淬火，使奥氏体成分均匀化，消除贫铬区；对稳定性钢将铬的碳化物转化为鈦、铌的特殊碳化物，保证耐蚀所需的固溶体含铬水平。
第十一章 铸铁 1、请简述铸铁的分类
答：铸铁是碳含量大于2.11%的铁碳合金，其中的碳有以化合态的渗碳体Fe3C析出，也有以游离态的石墨析出。根据铸铁中的碳在结晶过程中的析出状态以及凝固后颜色的不同，状态可分为三大类：
白口铸铁；麻口铸铁；灰口铸铁
白口铸铁-碳除少量溶于铁素体外，其余全部以化合物状态的渗碳体析出，凝固后断口呈白亮的颜色，故称白口铸铁。
麻口铸铁-碳即以化和状态的渗碳体析出，又以流离状态的石墨析出，凝固后断口夹杂着白亮的渗碳体和暗灰色的石墨，故称为麻口铸铁。 灰口铸铁-碳全部或大部分以游离状态的石墨析出，凝固后断口呈灰色，故称为灰口铸铁。 灰口铸铁按石墨的形状和大小又可分为： 灰铸铁-石墨为片状；（常被称为灰口铸铁） 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
2、铸铁的成分与钢有何较大的区别？
答：普通铸铁的化学成分一般为2-4%碳，1-3%硅，0.02-0.25%硫，0.05-1.0%磷，铸铁与碳钢相比较，除了有较高的碳、硅含量外，还有较高的杂质元素硫和磷。
3、铸铁的组织和钢有何较大的区别？ 答：铸铁中的碳主要有如下三种分布形状
a、溶于铁晶格的间隙中，形成间隙固溶体，如铁素体、奥氏体 b、与铁生成化合物，如Fe3C碳化物（渗碳体） c、以游离的石墨形式析出
由于铸铁中的碳主要是以石墨的形式存在。所以，铸铁的组织是由金属基体和石墨所组成的。
铸铁的金属基体有珠光体、铁素体、铁素体+珠光体，经热处理后有马氏体、贝氏体等组织，它们相当于钢的组织
铸铁的组织特点，可以看成是在钢的基体上分布着不同形状的石墨
4、铸铁的性能与钢有何较大的区别
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答：铸铁的性能取决于铸铁的组织和成分，因此，铸铁的机械性能主要取决于铸铁基体组织以及石墨的数量、形状、大小及分布特点。石墨机械性能很低，硬度仅为BB3-5，抗拉强度为20MPa,延伸率接近零。
石墨与基体相比，其强度和塑性都要小得多，石墨减小铸铁件的有效承载截面积，同时石墨尖端易使铸件在承载时产生应力集中，形成脆性断裂。 因此，铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低。
一般说来，石墨的数量越少，分布越分散，形状越接近球形，则铸铁的强度、塑性和韧性越高。
虽然铸铁的机械性能不如钢，但由于石墨的存在，却赋予铸铁许多为钢所不及的性能。如良好的耐磨性、高的消振型、低的缺口敏感性、以及优良的切削加工性。
5、请分析影响铸铁石墨化的诸因素 答：
a、化学成分的影响： 碳和硅的影响
硅和碳都是强烈促进石墨哈的元素
石墨来源于碳，随着碳含量的提高，铁水中的碳浓度和未溶解的石墨微粒增多，有利
于石墨形核，从而促进了石墨化
硅与铁原子的结合力大于碳与铁原子的结合力，硅溶于铁水和铁的固溶体中，由于削
弱了铁和碳原子之间的结合力，而促使石墨化。 锰的影响：
锰能溶于铁素体和渗碳体，其固定碳的作用，从而阻碍石墨化。 硫的影响：
硫阻碍碳原子的扩散，是一个促进白口铸铁的元素。 磷的影响：
磷是一个促进石墨化不十分强烈的元素 b、冷却速度对铸件石墨化的影响
铸件的冷却速度对石墨化过程也有明显的倾向，一般来说，铸件冷却速度越缓慢，即冷却速度较小时，越有利于按照Fe-C系状态图进行结晶和转变，即越有利于石墨化过程的充分进行，反之，铸件冷却速度快，就不利于石墨化的进行。
6、请制定铁素体基体的可锻铸铁热处理工艺，并说明理由。 答：可锻造铸铁石墨化是由白口铸铁较长时间石墨化退火而研制的，在退货过程中主要是发生石墨化。
如果白口组织在退火过程中第一阶段和第二阶段石墨化充分进行，则退火后得到铁素体基体加团絮状石墨的组织，称为铁素体可锻铸铁 如果退火过程中经第一阶段和中间阶段石墨化后，以较快冷却速度冷却，是第二阶段石墨化未能进行，则退火后的组织为珠光体加团絮状石墨的组织，称为珠光体可锻铸铁。 当原始组织为珠光体加共晶渗碳体的白口铸铁缓慢加热到900-1000C时，其原始组织便转化为奥氏体加共晶渗碳体。 第一阶段石墨化
第一阶段石墨化是发生在900-1000℃的高温长时间保温过程中，共晶渗碳体分解为奥氏体加团絮状石墨，此过程温度越高，渗碳体分解速度越快，退火周期越短，但是，退火温度过高，还引起石墨团和奥氏体晶粒钝化，故第一阶段石墨化温度一般应控制在900-1000℃，
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金属材料学考试题库
