金属材料学 戴起勋 上传完整版

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1、金属材料学习题与思考题第一章1.为什么说钢中的S、P杂质元素在一般情况下总是有害的?答:S、P会导致钢的热脆和冷脆,并且容易在晶界偏聚,导致合金钢的第二类高温回火脆性,高温蠕变时的晶界脆断。S能形成FeS,其熔点为989℃,钢件在大于1000℃的热加工温度时FeS会熔化,所以易产生热脆;P能形成Fe3P,性质硬而脆,在冷加工时产生应力集中,易产生裂纹而形成冷脆。答:S容易和Fe结合成熔点为989℃的FeS相,会使钢产生热脆性;P和Fe结合形成硬脆的Fe3P相使钢在冷加工过程中产生冷脆性。2.钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类?各有什么特点?答:简单点阵结构和复杂点阵结构简单

2、点阵结构的特点:硬度较高、熔点较高、稳定性较好;复杂点阵结构的特点:硬度较低、熔点较低、稳定性较差。3.简述合金钢中碳化物形成规律。答:①当rC/rM>0.59时,形成复杂点阵结构;当rC/rM<0.59时,形成简单点阵结构;②相似者相溶:完全互溶:原子尺寸、电化学因素均相似;有限溶解:一般K都能溶解其它元素,形成复合碳化物。③NM/NC比值决定了碳化物类型④碳化物稳定性越好,溶解越难,析出难越,聚集长大也越难;⑤强碳化物形成元素优先与碳结合形成碳化物。4.合金元素对Fe-C相图的S、E点有什么影响?这种影响意味着什么?答:凡是扩大γ相区的元素均使S、E点向左下方移动,如M

3、n、Ni;凡是封闭γ相区的元素均使S、E点向左上方移动,如Cr、Si、Mo。E点左移意味着出现莱氏体的碳含量减小;S点左移意味着共析碳含量减小。5.试述钢在退火态、淬火态及淬火-回火态下,不同合金元素的分布状况。答:退火态:非碳化物形成元素绝大多数固溶于基体中,而碳化物形成元素视C和本身量多少而定。优先形成碳化物,余量溶入基体。淬火态:合金元素的分布与淬火工艺有关。溶入A体的因素淬火后存在于M、B中或残余A中,未溶者仍在K中。回火态:低温回火,置换式合金元素基本上不发生重新分布;>400℃,Me开始重新分布。非K形成元素仍在基体中,K形成元素逐步进入析出的K中,其程度取决于

4、回火温度和时间。6.有哪些合金元素强烈阻止奥氏体晶粒的长大?阻止奥氏体晶粒长大有什么好处?答:Ti、Nb、V等强碳化物形成元素(好处):能够细化晶粒,从而使钢具有良好的强韧度配合,提高了钢的综合力学性能。7.哪些合金元素能显著提高钢的淬透性?提高钢的淬透性有何作用?答:在结构钢中,提高马氏体淬透性作用显著的元素从大到小排列:Mn、Mo、Cr、Si、Ni等。作用:一方面可以使工件得到均匀而良好的力学性能,满足技术要求;另一方面,在淬火时,可选用比较缓和的冷却介质,以减小工件的变形与开裂倾向。8.能明显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什么作用?答:提高回火稳

5、定性的合金元素:Cr、Mn、Ni、Mo、W、V、Si作用:提高钢的回火稳定性,可以使得合金钢在相同的温度下回火时,比同样碳含量的碳钢具有更高的硬度和强度;或者在保证相同强度的条件下,可在更高的温度下回火,而使韧性更好些。9.第一类回火脆性和第二类回火脆性是在什么条件下产生的?如何减轻和消除?答:第一类回火脆性:脆性特征:①不可逆;②与回火后冷速无关;③断口为晶界脆断。产生原因:钢在200-350℃回火时,Fe3C薄膜在奥氏体晶界形成,削弱了晶界强度;杂质元素P、S、Bi等偏聚晶界,降低了晶界的结合强度。防止措施:①降低钢中杂质元素的含量;②用Al脱氧或加入Nb(铌)、V、T

6、i等合金元素细化奥氏体晶粒;③加入Cr、Si调整温度范围;④采用等温淬火代替淬火回火工艺。第二类回火脆性:脆性特征:①可逆;②回火后满冷产生,快冷抑制;③断口为晶界脆断。产生原因:钢在450-650℃回火时,杂质元素Sb、S、As或N、P等偏聚于晶界,形成网状或片状化合物,降低了晶界强度。高于回火脆性温度,杂质元素扩散离开了晶界或化合物分解了;快冷抑制了杂质元素的扩散。防止措施:①降低钢中的杂质元素;②加入能细化A晶粒的元素(Nb、V、Ti)③加入适量的Mo、W元素;④避免在第二类回火脆性温度范围回火。10.就合金元素对铁素体力学性能、碳化物形成倾向、奥氏体晶粒长大倾向、淬

7、透性、回火稳定性和回火脆性等几个方面总结下列元素的作用:Si、Mn、Cr、Mo、W、V、Ni。答:Si:①Si是铁素体形成元素,固溶强化效果显著;(强度增加,韧性减小)②Si是非碳化物形成元素,增大钢中的碳活度,所以含Si钢的脱C倾向和石墨化倾向较大;③Si量少时,如果以化合物形式存在,则阻止奥氏体晶粒长大,从而细化A晶粒,同时增大了钢的强度和韧性;④Si提高了钢的淬透性,使工件得到均匀而良好的力学性能。在淬火时,可选用比较缓和的冷却介质,以减小工件的变形与开裂倾向。⑤Si提高钢的低温回火稳定性,使相同回火温度下的

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