金属材料学－复习思考题
第一章 钢的合金化原理
1-1 合金元素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?-Fe中形成无限固溶体？哪些能在?-Fe 中形成无限固溶体？ 【8】
答:①奥氏体形成元素：Mn, Ni, Co, Cu； ②铁素体形成元素：V、Cr、W、Mo、、Ti、Al； ③Mn, Ni, Co 与 γ-Fe无限互溶； ④V、Cr与 ?-Fe无限互溶。
1-2 简述合金元素对铁碳相图的影响，并说明利用此原理在生产中有何意义？【9】 答：⑴扩大γ相区：合金元素使A3降低，A4升高。一般为奥氏体形成元素。 分为两类：
1）开启γ相区：与γ-Fe无限固溶，Ni、Mn、Co。一定量后，γ相区扩大到室温以下，使α相区消失—开启γ相区元素。可形成奥氏体钢。
2）扩大γ相区：与γ-Fe有限固溶，C、N、Cu。扩大γ相区，但可与铁形成稳定化合物，扩大作用有限而不能扩大到室温-扩展γ相区元素。
⑵缩小γ相区：使A3升高，A4降低。一般为铁素体形成元素。 分为两类:
1）封闭γ相区：合金元素在一定含量时使A3和A4汇合，γ相区被α相区封闭，形成γ圈。V、Cr、Si、Ti、W、Mo、Al、P等。其中V和Cr与α-Fe无限互溶，其余有限溶解。Cr、Ti、Si等可完全封闭γ相区，量大时可获得单相铁素体—铁素体钢。
2）缩小γ相区：Zr, Nb, Ta, B, S, Ce 等。使γ相区缩小，但出现了金属间化合物，不 能完全封闭γ相区-缩小γ相区元素。 ⑶生产中的意义：
可以利用M扩大和缩小γ相区作用，获得单相组织，具有特殊性能，在耐蚀钢和耐热钢中应用广泛。通过合金元素对相图的影响，可以预测合金钢的组织与性能。在钢中大量加入奥氏体形成元素或铁素体形成元素以获得室温组织为奥氏体的奥氏体钢或高温组织为铁素体的铁素体钢。 1-3 合金元素在钢中的存在状态有哪些形式？【15】
1-4 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。【12】 答：1、按相对稳定性由高到低的顺序：
(1)V，Nb：优先形成间隙相MC。稳定性很高。
(2)Mo，W：含量较高时形成MC，M2C，M6C和M23C6，稳定性高。 (3)Cr：含量较高时形成Cr23C6和Cr7C3，稳定性较高。
(4)Mo，W，Cr：含量较低时只形成合金渗碳体，稳定性低。（但高于渗碳体） (5)Mn：在钢中只形成合金渗碳体，稳定性最低。
各种K相对稳定性如下： MC →M2C →M6C →M23C6 → M7C3 →M3C （高----------------------------------低）
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1-5 什么是合金元素的偏聚（内吸附）？偏聚机理是什么？举例说明它的影响。【16】
1-6 说明主要合金元素（V/Nb/Ti、Mo/W、Cr、Ni、Mn、Si、Al、B等）对过冷奥氏体冷却转变（主要P转变）影响的作用机制。【20】(此题答案有待探讨)
答：Ti, Nb, Zr, V：主要是通过推迟P转变时K形核与长大来提高过冷γ的稳定性； W，Mo, Cr 1）推迟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：Cr>W>Mo Mn：（Fe,Mn）3C, 减慢P转变时合金渗碳体的形核与长大；扩大γ相区，强烈推迟γ→α转变， 提高α的形核功；
Ni：开放γ相区，并稳定γ相，提高α的形核功（渗碳体可溶解Ni, Co） Co：扩大γ相区，但能使A3温度提高（特例），使γ→α转变在更高的温度进行，降低了过冷γ的稳定性。使C曲线向左移。
Al, Si：不形成各自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 γ的界面能，阻碍α相和K形核。 “多元少量，复合加入”：不同合金元素增加过冷奥氏体稳定性的机制是不相同的。因此，用多种合金元素复合加入时，各元素之间作用相互加强，能大大提高过冷奥氏体的稳定性，其作用绝非单个合金元素作用的简单之和，所以采用“多元少量，复合加入”的合金化原则。
1-7 合金元素对马氏体转变有何影响？【21】
答：1、对Ms点的影响除 Co、Al外，绝大多数Me都使Ms和Mf下降。按(C)、Mn、Ni、Cr、Mo、W、Si顺序递减。
2、对残余奥氏体的影响
Ms越低，室温下保留的残余奥氏体越多。应用：室温单相奥氏体不锈钢的合金化思路。 3、Me一般都增加了形成孪晶马氏体的倾向。
滑移和孪生的分切应力的相对大小与温度的相关性。
1-8 如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性？【22】 答：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.
1-9 如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的异同之处？【22－23】 答：相关性：
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(1)都发生在中、高合金钢。
(2)都在淬火后，500—600℃回火时发生的。 (3)都表现为硬度升高。 不同点：
(1)二次硬化是指回火后硬度升高的现象，其产生原因包括沉淀强化和二次淬火。
(2)二次淬火是指回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体的相变过程，是产生二次硬化的原因之一。 1-10 钢有哪些强化机制？如何提高钢的韧性？【24－28】
答：1、强化途径：固溶强化、加工硬化、细晶强化、第二相强化； 韧化途径：①细化晶粒、组织
②提高回火稳定性—如强K形成元素。 ③改善基体韧度— Ni。
④细化K—适量Cr、V，使K小而匀。 ⑤降低回火脆性— W、Mo。
⑥低碳马氏体强韧化—在保证强度水平下，适当降低含C量。 ⑦提高冶金质量。
⑧通过合金化形成一定量的残余奥氏体。
⑨形变热处理—细晶强化、位错强化等的综合作用。 1-11钢良好的淬透性的目的为何？【30】
第二章 工程结构钢
2-1 对工程结构钢的基本性能要求是什么？【47】
答： ?足够的强度和韧度；?良好的焊接性和成型工艺性；?良好的耐腐蚀性
2-2 合金元素在HSLA（High Strength Low Alloys）中的主要作用是什么？为什么考虑采用低碳？【48-】 答：强化作用：1、Mn、Si固溶强化铁素体。 2、细晶强化：
（1）V，Ti，Nb细化奥氏体晶粒。
(2) Cr，Mn，Ni增加过冷奥氏体稳定性，降低相变温度，细化铁素体和珠光体。 3、沉淀强化：V，Ti，Nb在铁素体中析出极细小的碳化物颗粒。 4、增加珠光体数量，使抗拉强度增加。 韧化作用：1、细晶强化同时提高韧性。
2、Mn、Ni、Cr降低韧-脆转变温度。Mn、Cr含量较低时可提高韧性，Ni对耐低温钢尤其重要。
考虑低C的原因：（保证塑性、韧性和焊接性）
（1）C含量过高，P量增多，P为片状组织，会使钢的脆性增加，使FATT50(℃)增高。
（2）C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，不利于工程结构钢的使用。
2-3 什么是微合金钢？微合金元素在微合金钢中的主要作用有哪些？ V、Nb、Ti这三种典型微合金元素在钢中作用有何差异？【55-56】（答案有待考证）
答：1、微合金钢：在普通低碳钢或低合金高强度钢基本化学成分中加入微量合金元素如Nb、V、Ti、Al等，并采用控制轧制控制冷却工艺使钢的力学性能明显提高的高强度低合金钢 。
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微合金化元素的作用：
(1)抑制奥氏体形变再结晶。
① 应变诱导析出Nb、V、Ti的氮化物，沉淀在晶界、亚晶界和位错上，阻碍晶界和位错运动，抑制再结晶。
②固溶的Ni原子偏聚在奥氏体晶界，增强原子结合力，阻碍晶界运动。 (2)阻止奥氏体晶粒长大。加热时未溶及轧制时析出的TiN，Nb(C,N)。 (3)沉淀强化。微合金元素在铁素体中析出的碳化物、碳氮化物。 (4)细化铁素体组织
① 固溶在奥氏体中的Nb、V提高了奥氏体的稳定性，降低相变温度。 ② 细小的奥氏体和未再结晶的形变奥氏体增加了铁素体形核数量。 2-4针状铁素体钢的成分与合金化、组织和性能特点？ 【56】
2-5低碳贝氏体钢的合金化有何特点？ 【57】
2-6 汽车工业用的高强度低合金双相钢，其主要成分、组织和性能特点是什么？【58】
2-7 了解低合金高强度钢的发展趋势。【59】
第三章 机械制造结构钢
3-1 对机械制造结构钢和工程结构钢在成分、工艺、组织及性能方面进行总体比较。
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3-2 对调质钢、弹簧钢的主要成分、热处理工艺、常用组织及主要性能进行比较，并熟悉其典型钢种。【64、
70】
3-3 调质钢和非调质钢在成分、生产工艺、组织和性能方面进行比较。【64、66】
3-4 液析碳化物和带状碳化物的形成、危害及消除方法。【73-74】
3-5 GCr15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？轴承钢的预先热处理和最终热处理分别是什么？【74】 答：（1）GCr15钢是滚动轴承钢。
（2）含碳量为1%，含铬量为1.5%。 (3)碳的主要作用：
?形成含碳量为0.45%的回火马氏体基体，提高强度、硬度和耐磨性。
?形成数量为8%的、细颗粒未溶合金渗碳体(Fe,Cr)3C，提高耐磨性、细化奥氏体晶粒。 铬的作用：?提高淬透性； ?细化奥氏体晶粒 ?提高耐磨性
(4)预先热处理：正火+球化退火
正火：得到细片状珠光体。850-950℃加热，空冷；
球化退火：得到均匀细粒状珠光体组织。780-800℃加热，炉冷。 最终热处理：淬火+回火
淬火：830-860℃加热，油冷； 回火：150-170℃。
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金属材料学复习题
