....
一、选择题
1、细化晶粒对钢性能的贡献是 强化同时韧化
；提高钢淬透性的主要作用是
使零件整个断面性能
趋于一致，能采用比较缓和的方式冷却 2 、滚动轴承钢 物液析
。
GCr15 的 Cr 质量分数含量为
、 网状碳化物
1.5% 。
。滚动轴承钢中碳化物不均匀性主要是指
碳化
、 带状碳化物
3 、选择零件材料的一般原则是 使用性能要求 、工艺性要求 和 经济性要求等 。
4 、凡是扩大 γ 区的元素均使 Fe-C 相图中 S、E 点向 左下 方移动，例 Ni 、Mn 等元素；凡封闭 γ 区的元 素使 S、 E 点向 左上 方移动，例 Cr 、 Si 、 Mo 等元素。 S 点左移意味着 意味着 出现莱氏体的碳含量减少
共析碳含量减少
， E 点左移
。
5 、铝合金可分铸造铝合金和变形铝，变形铝又可分 防锈铝
。
硬铝
、 超硬铝 、 锻铝
和
6、H62是表示 压力加工黄铜 的一个牌号，主要成份及名义含量是 7 、在非调质钢中常用微合金化元素有 细化组织和相间沉淀析出强化
Cu62%、Zn38% 。
Ti 、 V、 Nb、 N 等，这些元素的主要作用是 。
8 、球铁的力学性能高于灰铁是因为球铁中石墨的 得多。
断面切割效应
、
石墨应力集中效应
要比灰铁小
9 、铝合金热处理包括 素异构相变
。
固溶处理 和
时效硬化
两过程，和钢的热处理最大区别是
铝合金没有同
1 、钢的合金化基本原则是 Nb
多元适量、 复合加入 。在钢中细化晶粒作用较大的合金元素有Ti
。
、V、
等，细化晶粒对钢性能的作用是 既强化又韧化
2、在钢中，常见碳化物形成元素有 中二元碳化物分为两类：
Ti 、Nb、V、Mo、W、Cr、 （按强弱顺序排列，列举
简单 点阵结构，有 MC和 M2C 型； r c /r M > 0.59
5 个以上）。钢 为 复杂点阵
r c/r M ≤ 0.59 为
结构，有 M23 C6 、 M 7 C3 和 M 3 C 型。 3 、选择零件材料的一般原则是 汽车变速箱齿轮常用 4 、奥氏体不锈钢 晶界区贫 Cr 碳化物元素
。
使用性能要求 、 工艺性要求 和 经济性要求等。
渗碳
和
淬回火
热处理。
20CrMnTi 钢制造，经
1Cr18Ni9 晶界腐蚀倾向比较大，产生晶界腐蚀的主要原因是
晶界析出 Cr 23C6 ，导致 、 加入 Ti 、V、 Nb 强
，为防止或减轻晶界腐蚀，在合金化方面主要措施有
降低碳量
5 、影响铸铁石墨化的主要因素有 要经过
孕育
碳当量 、 冷却速度
。球墨铸铁在浇注时
处理和 球化 处理。
6 、铁基固溶体的形成有一定规律， 阵结构
、 原子尺寸因素
、
影响组元在置换固溶体中溶解情况的因素有： 电子结构
。
溶剂与溶质原子的点
7 、对耐热钢最基本的性能要求是 元素是 Cr
、 Al
、 Si
良好的高温强度和塑性、
。
良好的化学稳定性
。常用的抗氧化合金
1 、钢中二元碳化物分为二类： r C / r M < 0.59 ，为 为
复杂
简单 点阵结构，有 MC和 型； r C / r M > 0.59 ，
熔点高
点阵结构， 有 M3C、 M7 C3 和 M 23 C6 型。两者相比， 前者的性能特点是硬度高、 。
和
稳定性好
2、凡能扩大 γ 区的元素使铁碳相图中 Ni
S、E 点向 左下 方移动，例 Mn 左上
等元素（列出 2 个）；使 γ 区缩小的元素使 S、E 点向
等元素（列出 3 个）。
方移动，
例 Cr 、Mo、W
3 、提高钢淬透性的作用是
获得均匀的组织，满足力学性能要求
。
奥氏体
、
能采取比较缓慢的冷却方式以减少变形、开裂倾向 4、高锰耐磨钢（如
ZGMn13）经水韧处理后得到
组织。在高应力磨损条件下，硬度提高而耐
。
磨，其原因是 加工硬化 及 奥氏体中析出 K 和应力诱发马氏体相变
~~
....
5 、对热锻模钢的主要性能要求有 冲击韧性
高热强性 、 良好的热疲劳抗力
5CrNiMo
、良好的
和良好的淬透性及耐磨性。常用钢号有 （写出一个）。
6 、QT600-3 是 球墨铸铁 延伸率 ≥3%
。 H68是
，“ 600 ”表示 抗拉强度≥ 600MPa ，“3”表示 黄铜 ，LY12 是
硬铝
， QSn4-3 是 锡青铜 。
等（写出 2 个），这些元素的主要作用是
7 、在非调质钢中常用微合金化元素有 织
和
弥散沉淀强化
Ti 、V
细化晶粒组
。
8 、铝合金热处理包括固溶处理和 的区别是
加热过程中没有同素异构转变
时效硬化
两过程，和钢的热处理最大 。
1 、钢的强化机制主要有 固溶强化 、 位错强化 、 细晶强化
、 沉淀强化 。 其中 细晶强化
对钢
性能的贡献是既提高强度又改善塑、韧性。 2 、提高钢淬透性的作用是
获得均匀的组织，满足力学性能要求
、
。
能采取比较缓慢的冷却方式以减少变形、开裂倾向 3 、滚动轴承钢 GCr15的 Cr 质量分数含量为
1.5% 左右 。滚动轴承钢中碳化物不均匀性主要是指 。
碳化
物液析 、 碳化物带状 、 碳化物网状
4 、选择零件材料的一般原则是
满足力学性能要求
、 良好的工艺性能
、
经济性 和环境协调性等其它因素。
5 、凡是扩大 γ 区的元素均使 Fe-C 相图中 S、E 点向 左下 Mn、Ni 等元素（写出
2 个）；凡封闭 γ 区的元素使 S、E 点向
共析碳含量降低
。
方移动，例 左上
方移动，例 Cr 、Mo 等元素（写
出 2 个）。S 点左移意味着 6 、QT600-3 是 球墨铸铁 3%
，“600”表示 抗拉强度不小于
600MPa ，“3”表示
延伸率不小于
。
7 、H68是 黄铜 ，LY12 是 硬铝 ， QSn4-3 是 锡青铜 。
8 、在非调质钢中常用微合金化元素有 和
沉淀强化
。
Ti 、V
等（写出 2 个），这些元素的主要作用是
细晶强化
9 、铝合金热处理包括固溶处理和 的区别是
时效硬化 。
两过程，和钢的热处理最大
没有同素异构转变
二、解释题
1、高速钢有很好的红硬性，但不宜制造热锤锻模。
高速钢虽有高的耐磨性、红硬性，但韧性比较差、在较大冲击力下抗热疲劳性能比较差，高速钢没
有能满足热锤锻模服役条件所需要高韧性和良好热疲劳性能的要求。
2、在一般钢中，应严格控制杂质元素
S、P 的含量。
S 元素在钢中会形成低熔点（ 989℃） FeS，在 1000℃以上的热压力加工过程中会熔化，使钢在热压力加
工中产生热脆； P 元素在钢中会形成硬脆的 Fe3P 相，使钢在冷加工中产生应力集中而发生冷脆。
所以，一般钢中
S、 P 常看作杂质元素，应严格控制的含量。
3、 9SiCr 钢和 T9 钢相比，退火后硬度偏高，在淬火加热时脱碳倾向较大。
9SiCr 虽然与 T9 含碳量相同，但由于它含有
用较大，因此退火后硬度偏高。另外
Cr、Si 合金元素， Si 是非 K 形成元素，固溶强化基体的作 Si 提高碳皇度，促进石墨化，因此在加热时脱碳倾向较大。
6、奥氏体不锈钢 1Cr18Ni9 晶界腐蚀倾向比较大。
在奥氏体不锈钢 1Cr18Ni9 焊接后，在焊缝及热影响区容易在晶界析出
Cr 的碳化物 Cr23 C 6 从而导致晶
界贫 Cr，低于 1/8 规律的 Cr%，使电极电位大大降低，从而导致晶界腐蚀。
1、 40Mn2钢淬火加热时，过热敏感性比较大。
在 C%较低时， Mn可以细化珠光体。在 C%较高时， Mn加强了 C 促进奥氏体晶粒长大的作用，且降低了
温度。因此 40Mn2钢过热敏感性比较大。
2、 40CrNiMo 钢正火后，切削性能比较差。
A1
~~
....
40CrNiMo 钢因含有 Ni 、Cr 能提高淬透性，正火后都能得到许多马氏体组织，使切削性能变差。 3、球墨铸铁的强度和塑韧性都要比灰口铸铁好。
球铁中，石墨呈球形，灰口铁石墨呈片状。球状石墨对基体的切割作用和石墨的应力集中效应大大小于
片状，球铁基体的利用率大大高于灰口铁，所以球墨铸铁的强度和塑韧性都要比灰口铸铁好。
4、铝合金的晶粒粗大，不能靠重新加热热处理来细化。
由于铝合金不象钢基体在加热或冷却时可以发生同素异构转变，
因此不能像钢一样可以通过加热和冷却
发生重结晶而细化晶粒。
5、 H68、 H70 俗称弹壳黄铜，常用于制造炮弹壳、子弹壳。
H68、H70 组织中只有单相 α 组织，它的塑性较好，因此适合制造一些需要进行深冲加工的零件如炮弹
壳、子弹壳等。
1、高速钢的回火工艺常采用：回火温度
560℃左右，回火 3 次。
560℃左右回火，才能弥散析出特殊碳化物，产生
由于高速钢中高合金度马氏体的回火稳定性非常好，在
硬化。同时在 560℃左右回火，使材料的组织和性能达到了最佳状态。一次回火使大部分的残留奥氏体发 生了马氏体转变， 二次回火使第一次回火时产生的淬火马氏体回火，
并且使残留奥氏体更多地转变为马氏
体，三次回火可将残留奥氏体控制在合适的量，并且使内应力消除得更彻底 2、在低合金高强度构件用钢中，
Si 、Mn元素的加入量有限制，一般
Si ＜ 1.1%,Mn＜ 2%。
Si 、Mn元素都能强化铁素体，在低合金高强度构件用钢中可以提高钢的强度，但是当 却显著地降低钢的塑性。所以，在低合金高强度构件用钢中， 3、 Si 是非碳化物形成元素，但能有效地提高钢的低温回火稳定性。
Si>1.1% 、Mn>2%时，
Si 、Mn元素的加入量有限制。
Si 虽然是非碳化物形成元素，但在低温回火时可以抑制
ε-Fe x C 的形成和转变为 Fe3C，即有效地阻止了
Fe3 C 的形核、长大及转变。所以能有效地提高钢的低温回火稳定性 4、 4Cr13 含碳量（质量分数）为
0.4%左右，但已是属于过共析钢。 Cr 含量达到一定程度时，
Cr 元素使共析 S 点向左移动，当
S 点已左移到小于 0.4%C，所以 4Cr13 是属于过
共析钢。
5、 40 CrNi 钢淬火高温回火后常用水或油冷却。
40 CrNi 钢含有 Cr 、 Ni 元素，而 Cr、Ni 促进了钢的回火脆性，所以 回火后快冷能抑制高温回火脆性，所以常用水或油冷却。
4、高锰钢（ ZGMn13）在 Acm 以上温度加热后空冷得到大量的马氏体，而水冷却可得到全部奥氏体组织。 高锰钢在 Acm 以上温度加热后得到了单一奥氏体组织，奥氏体中合金度高（高 温以下。如快冷，就获得了单一奥氏体组织，而慢冷由于中途析出了大量的
C、高 Mn），使钢的 Ms 低于室
40 CrNi 钢高温回火脆性倾向较大，
K，使奥氏体的合金度降低，
Ms 上升，所以空冷时发生相变，得到了大量的马氏体。
1、试总结 Mo元素在合金中的作用，并简要说明原因。 Mo元素在合金中的主要作用归结如下：
（ 1）降低回火脆性，一般认为 Mo可以抑制有害元素在晶界的偏聚；
（ 2）提高贝氏体的淬透性，因为 Mo大大推迟珠光体的转变而对贝氏体转变影响较小；
（ 3）细化晶粒，提高回火稳定性。 Mo 是强碳化物形成元素，与碳的结合力较大形成的碳化物稳定，不易长
大。
（ 4）提高热强性，因为 Mo可以较强地提高固溶体原子的结合力。 （5）提高防腐性，特别是对于非氧化性介质。因为
Mo可以形成致密而稳定的 MoO3 膜；
（6）提高红硬性，因
Mo与 C 原子结合力强，故回火稳定性比较好并且形成的在高温下碳化物稳定。
2、高速钢的成分和热处理工艺比较复杂，试回答下列问题：
1）高速钢中 W、 Mo、V 合金元素的主要作用是什么 ?
2）高速钢 W6Mo5Cr4V2的 AC1 在 800℃左右，但淬火加热温度在 1200~1240 ℃，淬火加热温度为什么这 样高 ?
~~
....
3）常用 560℃三次回火，为什么
?
答案要点：
1） W的作用主要是提高钢红硬性。主要形成 回火稳定性，在回火时弥散析出
W6C，淬火加热时未溶 K 阻碍晶粒长大，溶解部分提高抗
W2C，提高耐磨性。但 W降低钢的导热性。 Mo作用与 W相似。含 Mo的高速
V 显著提高红硬性、硬度和耐磨性，同时可有效降低过热
钢热塑性较好，便于热压力加工或热塑性变形。 敏感性。
2）高速钢中要使 W、 Mo、 V 等元素发挥作用必须使其充分地溶解到奥氏体中，然后在回火时产生二次 硬化效果，由于这些元素形成的碳化物稳定，溶解温度在
3）由于高速钢中高合金度
M的回火稳定性非常好，在
1000℃以上，故需要高的淬火加热温度。
560℃左右回火，才能弥散析出特殊碳化物，产
AR 发生 M转变，
生硬化。同时在 560 ℃左右回火，使材料的组织和性能达到了最佳状态。一次回火使大部分 二次回火使第一次回火时产生的淬火
M回火，并使 AR 更多地转变为 M，三次回火可将 AR 控制在合适的量，
并且使内应力消除得更彻底。
3、从合金化角度考虑，提高钢的韧度主要有哪些途径
?
1）细化奥氏体晶粒。如强碳化物形成元素 2）提高钢回火稳定性。如强碳化物形成元素 3）改善基体的韧度。如加
Ti 、Nb、V 等。
Ti 、Nb、V 等都很有效。
Ni 。
4）细化碳化物。碳化物细小、园整、分布均匀和适量对韧度有利。 5）降低或消除回火脆性。如加入 6）在保证强度时，尽可能降低含
W、 Mo。
C 量.
4、分析说明图中铝合金（ Al-4%Cu）时效硬化不同过程中的性能变化，并说明其原因（解释下图） 。
图 130 ℃时效时铝铜合金的硬度与时间关系
铝合金时效时，随温度的不同和时间的延长，新相的形成和析出经历以下几个阶段，从而使硬度发生变化：
1）形成铜原子富集区：为 G.P. 区，导致点阵畸变，因而硬度提高。
2）形成 Cu 原子富集区有序化：
Cu 原子有序化，形成 θ'', 它与基体仍然完全共格，产生的畸变比 G.P.
更大 , 并且随 θ'' 的长大，共格畸变区进一步扩大，对位错的阻碍也进一步增加，因此图中硬度进一步上升。 3）形成过渡 θ 〃 相：过渡相 θ〃 成分接近 CuAl2，由完全共格变成部分共格，共格畸变开始减弱，因此图
中硬度开始下降。
〃
4）形成稳定 θ 相：过渡相 θ 完全从基体中脱溶，形成稳定的 失，故图中硬度进一步下降。
θ 相成分为 CuAl2 ，共格畸变作用完全消
1、试总结 Si 元素在合金钢中的作用，并简要说明原因。
Si 的作用如下：
~~
....
1）提高钢强度； Si 是铁素体形成元素，有较强的固溶强化作用； 2）提高钢的淬透性；可阻止铁素体形核和长大，使“ 3）提高低温回火稳定性；因
Si 可以抑制回火时
C”曲线右移；
K 的形核、长大及转变；
4）提高淬火加热温度； ，Si 提高 A1 温度。
5）提高抗氧化性，因为它可以形成致密稳定的氧化膜，同时可以提高 6）加热时易脱碳； Si 是促进石墨化的元素。
2、画出示意图说明高速钢的铸态组织。简述高速钢中
FeO的形成温度。
W、 V、 Cr 合金元素的主要作用。高速钢在淬火加热
时，如产生欠热、过热和过烧现象，在金相组织上各有什么特征。
高速钢铸态组织中有鱼骨状莱氏体
Ld 、黑色共析体、白亮马氏体和残余奥氏体组成（图略）
。
W的作用主要是提高钢红硬性。主要形成 定性，在回火时弥散析出
W6C，淬火加热时未溶 K 阻碍晶粒长大，溶解部分提高抗回火稳
W2C，提高耐磨性。但是 W降低了钢的导热性。 V 显著提高红硬性、硬度和耐磨
Cr 提高淬透性，提高耐蚀性和抗氧化性，提高切削性。
性，同时可有效降低过热敏感性。
高速钢在加热时如如产生欠热、过热和过烧现象，在金相组织上各有不同的特征。欠热组织有大量的未溶 碳化物，晶粒细小；过热组织晶粒粗大，未溶碳化物少而角状化；过烧组织中有晶界溶化现象，出现莱氏
体和黑色组织。
3、钢的强化机制主要有哪些
?从合金化角度考虑，提高钢的韧度主要有哪些途径
?
：固溶强化、细化强化、位错强化、第二相强化。从合金化角度考虑，提高钢的韧度主要途径有：
1）细化奥氏体晶粒。如强碳化物形成元素
Ti 、 Nb、 V、 W、Mo等。
2）提高钢的回火稳定性。在相同强度水平下能提高塑性和韧度。 3）改善基体的韧度。如加
Ni 。
4）细化碳化物。碳化物细小、园整、分布均匀和适量对韧度有利。 5）降低或消除回火脆性。如加入 6）保证强度时，降低才
C%.
W、 Mo。
4、从热力学和动力学条件分析壁厚铸件可得到石墨组织，而在壁薄时却得到白口组织？
从热力学而言， 高温铁水冷却时对石墨的形成是有利的。 而从动力学条件看， 形成石墨需要高的 C 浓度起伏和
Fe、 C 长距离的扩散，而 Fe3C 的形成只需要 C 浓度起伏和 Fe、C 短距离的扩散，因此不利于石墨的
形成但有利于 Fe3C 的形成。铸件在壁厚时， 由于冷速慢， C 原子可充分扩散， 石墨形成的动力学条件较好， 有利于石墨形成。壁薄时，由于铁水冷却快，
C 原子不能充分扩散，所以易得到
Fe3C 白口组织。
1、合金化基本原则是多元适量，复合加入。试举例说明
Mn-V 和 Si-Mn 的复合作用。（10 分）
VC溶点降低，
Mn-V 复合： Mn 有过热倾向，而 V 是减弱了 Mn的作用； Mn能降低碳活度，使稳定性很好的
从而在淬火温度下
VC也能溶解许多，使钢获得较好的淬透性和回火稳定性。
Si-Mn 复合： Si 、Mn都是强化铁素体有效的元素，能提高钢的弹性极限，但 向，而 Si-Mn 复合可使钢的脱
Si 有脱 C 倾向、 Mn 有过热倾
C、过热倾向降低，这样的合金复合在弹簧钢中得到了很好的应用。
3 分）。有一批高速钢钻头，淬火后硬度比正常的偏低，估计是淬火加热
2、说明高速钢的铸态组织特征（
有问题。淬火加热可能出现什么问题
?（ 3 分） 怎样从金相组织上来进行判断
?（6 分）
高速钢的铸态组织为：黑色组织（混合型） +白亮组织（ M和 AR）+莱氏体。
淬火后硬度比正常的偏低可能是欠热、过热或过烧等原因。 欠热：晶粒很细小， K 很多；过热：晶粒较大，
K 较少；过烧：晶界有熔化组织，即鱼骨状或黑色组织。
4、试从合金化原理角度分析
9SiCr 钢的主要特点。（ 10 分）
Si 、 Cr↑淬透性， D 油<40mm ；Si 、 Cr↑回稳性， ~250℃回火， >60HRC；
Si 、Cr 使碳化物细小、分布均匀→不容易崩刃；分级或等温处理，变形较小；
Si 使脱碳倾向较大，切削加
工性相对也差些。
适于制作形状较复杂、变形要求小工件，特别是薄刃工具，如丝锥、扳牙、铰刀等。
1、试总结 Ni 元素在合金钢中的作用，并简要说明原因。 （10 分）
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《金属材料学》考试真题及答案
