工程材料导论（I）思考题
一.名词解释：热脆性、冷脆性、回火稳定性、水韧处理、固溶处理、二次硬化、热硬性、临界冷却速度、等温淬火、回火脆性、马氏体与回火马氏体、索氏体与回火索氏体、淬硬性、控制轧制和控制冷却技术、低碳贝氏体钢、淬透性、非调质钢、针状铁素体钢、红硬性、亚温淬火、调质处理、基体钢。
二、填空题
1.钢的热脆性是由（）元素在（）上形成低熔点共晶体引起的，在钢中加入（）元素可消除热脆性。
2.在碳素钢中，低碳钢、中碳钢和高碳钢的含碳量分别为（）、（）和（）。
3.钢的质量是按（）和（）含量高低进行分类的。
4.扩大奥氏体区的元素有：（）、（）、（）、（）；缩小奥氏体区的元素有：（）、（）、（）、（）；碳化物形成元素有（）、（）、（）、（）。
5.几乎所有的合金元素[除Co、Al外]，都使M
s 、M
f
点（），因此在相同含碳量条件下合
金钢淬火后比碳钢的（）增多，使钢的硬度（）。
6.一些含有（）、（）、（）元素的合金钢，容易产生第二类回火脆性。消除第二类脆性的方法是：（a）（）；（b）（）。
7.从合金化的角度出发，提高钢的耐蚀性的主要途径有：（a）（）；（b）（）；（c ）（）。
8.除（）之外，其他合金元素都使C曲线向（）移动，使钢的临界冷却速度（），其淬透性（）。
9.强化金属材料的有效方法有（）、（）、（）和（）四种。
10.1Cr18Ni9Ti钢中Ti的作用是（），而20CrMnTi钢中Ti的作用是（）。
11.工程材料导论课程具有（）、（）和（）的特点。
12.环境负荷是一个（）、（）和（）的综合数据。
13.磨损有（）、（）、（）和（）四种形式。
14.特殊性能钢包括（）、（）和（）。
15.高锰钢冷作硬化的本质是通过大变形在奥氏体基体上产生大量（）、
（）、（）和（）。
16.GH1131是（）型铁基合金，GH2130是（）型铁基合金。
17.1Cr18Ni9Ti钢中Ti的作用是（），而20CrMnTi钢中Ti的作用是（）。
18.GCr15钢中Cr的平均含量为（），钢的淬硬性主要取决于（）
19.现代材料科学与工程由材料的（）、（）、（）和（）四个基本要素组成。
20.含Mn钢过热敏感性（），含Si钢脱碳倾向性（）
21.结构钢又分为（）和（）。工模具用钢包括（）、（）和（）。
22.共析钢加热时，奥氏体的形成是由（）、（）、（）和（）等四个基本过程所组成。
23.钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越（），临界冷却速度越（）。
24.钢的热处理工艺是由（）、（）和（）三个阶段组成。一般来讲，它不改变被处理工件的（），但却改变其（）。
25.当钢中发生奥氏体向马氏体转变时，原奥氏体中含碳量越高，则Ms点越（），转变后的残余奥氏体越（）。
26.在碳素钢中，共析钢的临界冷却速度比亚共析钢和过共析钢的临界冷却速度都（）。
27.球化退火的主要目的是（），它主要适用于（）钢。
28.亚共析钢的淬火温度范围是（），过共析钢的淬火温度范围是（）。
29.共析钢的临界冷却速度比亚共析钢（），比过共析钢（）。
30.用T10钢制造车刀，其工艺路线为：下料→锻造→预备热处理（）→机加工→最终热处理（）→磨加工。讲预备热处理和最终热处理的工艺名称填入括号中。31.索氏体和回火索氏体在形态上的区别是（），在性能上的区别是（）。
三、选择题：
1.现有下列钢号：(1)Q235；(2)W18Cr4V；(3)5CrNiMo；(4)60Si2Mn；(5)ZGMN13；(6)1Cr13；
(7)Q295；(8)20CrMnTi；(9)9SiCr；(10)1Cr18Ni9Ti；(11)T12；(12)40Cr；(13)GCr15；
(14)Cr12MoV；(15)12CrMoV。
请按用途选择钢号：
（1）制造机床齿轮应选用（）；
（2）制造汽车板簧应选用（）；
（3）制造滚动轴承应选用（）；
（4）制造高速车刀应选用（）；
（5）制造桥梁应选用（）；
（6）制造大尺寸冷作模具应选用（）；
（7）制造耐酸容器应选用（）；
（8）制造锉刀应选用（）。
2.下列钢种中，以球化退火作为预备热处理的钢种是：
（a）40Cr；（b）20Cr；（c）Q275；（d）GCr15。
3.制造手用锯条应选用：
（a）T12钢经淬火＋低温回火；（b）65钢经淬火＋中温回火；（c）45钢经淬火＋高温回火；（d）Cr12MoV经淬火＋低温回火。
4.下列钢中最易发生晶间腐蚀的是：
（a）00Cr18Ni9Ti；（b）0Cr18Ni9；（c）1Cr18Ni9；（d）1Cr18Ni9Ti。
5.汽车、拖拉机的齿轮要求表面具有高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用：
（a）20钢经淬火＋低温回火；（b）40Cr钢经淬火＋高温回火；（c）45钢经表面淬火＋低温回火；（d）20CrMnTi钢经渗碳淬火＋低温回火。
6.下列钢中热处理时不产生二次硬化的是：
（a）W18Cr4V；（b）Cr12MoV；（c）3Cr2W8V；（d）5CrNiMo。
7.拖拉机和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击，应选用：
（a）20Cr渗碳淬火＋低温回火；（b）ZGMn13水韧处理；（c）W18Cr4V淬火＋低温回火；（d）GCr15钢淬火＋低温回火。
8.GCr15钢中Cr的平均含量为：
（a）1.5％；（b）15％；（c）0.15％；（d）没有表示出来。
9.钢的淬透性主要取决于：
（a）含碳量；（b）冷却介质；（c）冷却方法；（d）合金元素。
10.钢的淬硬性主要取决于：
（a）含碳量；（b）冷却介质；（c）冷却方法；（d）合金元素。
11.0Cr18Ni9Ti钢进行固溶处理的目的是：
（a）提高强度；（b）增加塑性；（c）提高耐蚀性；（d）提高切削加工性。
12.钢在淬火后获得马氏体组织的粗细主要取决于：
（a）奥氏体的本质晶粒度；（b）奥氏体的实际晶粒度；（c）奥氏体的起始晶粒度；（d）加热前的原始组织。
13.除Co外，所有合金元素都使C曲线右移，则钢的淬透性：
（a）降低；（b）提高；（c）不改变。
14.完全退火主要适用于：
（a）亚共析钢；（b）共析钢；（c）过共析钢；（d）白口铸铁。
15.过共析钢正火的目的是：
（a）调整硬度，改善切削加工性能；（b）细化晶粒，为淬火做组织准备；（c）消除网状二次渗碳体；（d）消除内应力，防止淬火变形和开裂。
16.马氏体的硬度主要取决于：
（a）过冷奥氏体的冷却速度；（b）过冷奥氏体的转变温度；（c）马氏体的含碳量；（d）马氏体的亚结构。
17.钢在水玻璃中淬火是：
（a）单液淬火；（b）双液淬火；（c）分级淬火；（d）等温淬火。
18.过共析钢球化退火前需进行：
（a）调质处理；（b）去应力退火；（c）再结晶退火；（d）正火处理。
19.生产中，常把加热到淬火温度的钳工扁铲的刃部投入水中急冷片刻后，出水停留一段时间，再整体投入水中，出水停留一定时间是为了使扁铲刃部：
（a）退火；（b）正火；（c）淬火；（d）回火。
20.钢的渗碳温度范围是：
（a）600－650℃；（b）800－850℃；（c）900－950℃；（d）1000－1050℃。
21.直径为10毫米的45钢钢棒，加热到850℃投入水中，其显微组织应为：
（a）马氏体；（b）索氏体＋马氏体；（c）马氏体＋残余奥氏体；（d）马氏体＋珠光体。22.T12钢正常淬火的组织是：
（a）马氏体＋残余奥氏体；（b）马氏体＋球状碳化物；（c）马氏体；（d）马氏体＋残余奥氏体＋球状碳化物。
23.制造手工锯条应选用：
（a）45钢淬火＋低温回火；（b）65Mn淬火＋中文回火；（c）T12钢淬火＋低温回火；（d）9SiCr淬火＋低温回火。
24.马氏体与回火马氏体：
（a）形态与组织结构都不同；（b）形态相同，组织结构不同；（c）形态不同，组织结构相同；（d）形态与组织结构都相同。
四、判断题
1.钢中合金元素含量越高，其淬透性越好。( )
2.要提高奥氏体不锈钢的强度，只能采用冷塑性变形予以强化。( )
3.调质钢的合金化主要是考虑提高其红硬性。( )
4.高速钢反复锻造是为了打碎鱼骨状共晶莱氏体，使其均匀分布于基体中。( )
5.40MnB钢中B的作用是提高淬透性。( )
6.4Cr13钢的耐蚀性不如1Cr13钢。( )
7.20CrMnTi与1Cr18Ni9Ti中的Ti都是起细化晶粒的作用。( )
8.0Cr18Ni9Ti钢进行固溶处理的目的是（）。
9.本质细晶粒钢是指在任何加热条件下晶粒均不发生粗化的钢（）。
10.当原始组织为片状珠光体的钢加热奥氏体化时，细片状珠光体的奥氏体化速度比粗片状珠光体的快（）。
11.处于临界点A
1
温度以下的奥氏体称为过冷奥氏体（）。
12.同一钢材，在相同的加热条件下，水冷比油冷的淬透性好，小件比大件的淬透性好（）。
13.马氏体是碳在α－Fe中的过饱和固溶体，当奥氏体向马氏体转变时，体积要收缩（）。
14.不论含碳量高低，马氏体都硬而脆（）。
15.因为过冷奥氏体的连续冷却转变曲线位于等温转变曲线的右下方，所以连续冷却转变曲线的临界冷却速度比等温转变曲线的大（）。
16.在共析钢中，未溶碳化物的存在，将使钢的淬透性降低（）。
17.亚共析钢加热到A
c1－A
c3
之间的温度时，得到铁素体＋奥氏体的组织，在平衡条件下，其
中奥氏体的含碳量总是大于钢的含碳量（）。
18.为了调整硬度，便于机械加工，低碳钢、中碳钢和低碳合金钢在锻造后应采用正火处理（）。
五、简答题
前沿与第0章金属热处理原理
1.为什么要提出构建循环型材料产业的发展方向？
2.常用合金元素有哪些？其中碳化物形成元素有哪些？非碳化物形成元素有哪些？扩大γ
区元素有哪些？缩小γ区元素有哪些？
3.哪些合金元素可使钢在室温下获得铁素体组织？哪些合金元素可使钢在室温下获得奥氏体组织？并说明理由。
4.比较说明亚共析钢、共析钢、过共析钢完全奥氏体化的过程。
5.马氏体硬而脆这句话对吗？为什么？
6.指出下列碳钢的预备热处理并确定其淬火温度。碳钢号为20，40，60，65，T8，T10，T12。
7.45钢及T10钢小试样经850℃水冷，850℃空冷，760℃水冷，720℃水冷处理后的组织各是怎样的组织？
8.将两T12钢小试样分别加热到780℃和860℃，经保温后以大于Vk的速度冷却至室温，试问：(1)哪个温度淬火后晶粒粗大？
(2)哪个温度淬火后未溶碳化物较多？
(3)哪个温度淬火后残余奥氏体量较多？
(4)哪个淬火温度合适？为什么？
9.一根直径为6mm的45钢圆棒，先经840℃加热淬火，硬度为HRC55（未回火），然后马上从一端加热，依靠热传导使45钢圆棒上各点达到如图所示温度。试问：
950℃840℃750℃550℃150℃
10.对一批45钢零件进行热处理时，不慎将淬火件和调质件弄混，如何用最简便的方法将他们区分开？为什么？
11.用20钢进行表面淬火和用45钢进行渗碳处理是否合适？为什么？
12.生产中常把加热到淬火温度的钳工扁铲的刃部投入水中片刻后，出水停留一定时间，再整体投入水中冷却。试分析两次水冷的作用及最后的组织。
13.分析一下几种说法是否正确？为什么？
(1)过冷奥氏体的冷却速度大于Vk时，则冷却速度越快，冷却后钢的硬度越高？
(2)钢中合金元素含量越高，淬火后的硬度也越高？
(3)本质细晶粒钢加热后的实际晶粒一定比本质粗晶粒钢的细？
(4)同一钢材在相同的加热条件下，总是水冷比油冷的淬透性好，小件比大件的淬透性好？
14.现有低碳钢齿轮和中碳钢齿轮各一只，为了使齿轮表面具有高的硬度和耐磨性，问各应怎样热处理？比较热处理后他们在组织和性能上的异同点。
15.钢经表面淬火或者经渗碳热处理后，表层或渗碳层的应力是拉应力还是压应力？为什么？对零件的性能有何影响？
16.用45钢制造机床齿轮，其工艺路线为：锻造→正火→粗加工→调质→精加工→高频感应加热表面淬火→低温回火→磨加工。说明各热处理工序的目的及使用状态下的组织。
17．分析下列工艺曲线，指出各道热处理工艺的主要作用，热处理后室温下表面组织。
18.填表（以共析钢为例）
19.填表题
20.填表
21.参考铁碳合金相图，将45钢和T10钢小试样经850℃加热后水冷、850℃加热后空冷、760℃加热后水冷、720℃加热后水冷等的处理，把处理后的组织填入下表中：
22.用15钢制作一要求耐磨的小轴（直径20mm），其工艺路线为：下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火→低温回火→磨加工。说明各热处理工序的目的及使用状态下的组织。23.在下表中添出所列工件的淬火温度和回火温度范围，并说明经淬火、回火后获得的显微组织。
24.20钢锅炉炉管，在400℃条件下工作10年后其强度降低，以至发生爆管，试分析炉管显微组织会发生什么变化？
第一章钢的合金化概论
1.通常钢中的P，S控制钢的质量，按质量等级碳素钢，合金钢的钢材质量可分为哪些等级，P，S含量是如何控制的?
2.钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类？各有什么特点？
简单点阵结构和复杂点阵结构，前者熔点高，硬度高，稳定性好；后者硬度低，熔点低，稳定性差。
3.何谓回火稳定性、回火脆性、热硬性？合金元素对回火转变有哪些影响？
C相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？
4.合金元素对Fe-Fe
3
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？
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？
7.哪些合金元素能显著提高钢的淬透性？提高钢淬透性有何作用？
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？
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？如何减轻或消除？
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。
11.根据合金元素在钢中的作用，从淬透性、回火稳定性、奥氏体晶粒长大倾向、韧性和回火脆性等方面比较下列钢号的性能:40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo。
12.为什么W、Mo、V等元素对珠光体转变阻止作用大？而对贝氏体转变影响不大？
13.为什么合金化基本原则是“复合加入”？试举二例说明合金元素复合作用的机理。
14.合金元素V在某些情况下能起到降低淬透性的作用，为什么？而对于40Mn2和42Mn2V，后者的淬透性稍大，为什么？
15.怎样理解“合金钢与碳钢的强度性能差异，主要不在于合金元素本身的强化作用，而在于合金元素对钢相变过程的影响。并且合金元素的良好作用，只有在进行适当的热处理条件下才能表现出来”？
16.合金元素提高钢的韧度主要有哪些途径？
17. 40Cr、40CrNi、40CrNiMo钢，其临界淬透直径分别为25－30mm、40－60mm、60－100mm。试解释淬透性成倍地增大的现象。
18.钢的强化机制有哪些？为什么一般钢的强化工艺都采用淬火－回火？
19.试解释4Cr13属于过共析钢，而Cr12钢出现共晶组织，属于莱氏体钢。
20.试解释含Mn稍高的钢易过热；而含Si的钢淬火加热温度应稍高，且冷作硬化率较高，不利于冷变形加工。
21.什么叫钢的内吸附现象？其机理和主要影响因素是什么？
22.试述钢中置换固溶体和间隙固溶体形成的规律。
23.钢的分类方法很多通常有哪些分类？
24.试述金属材料的环境协调性设计的思路。
25.什么叫简单合金、通用合金？试述其合金化设计思想及其意义。
26.简述什么是材料科学
27.什么是工程材料？工程材料分为哪些类别？
28.什么是新材料？开发新材料的重要意义是什么？
29.钢的分类方法很多通常有哪些分类？
30.通常钢中的P，S控制钢的质量，按质量等级碳素钢，合金钢的钢材质量可分为哪些等级，P，S含量是如何控制的?
31.合金元素在钢中的分布或存在的形式有哪几种？
32.按化学成分如何区分低中高碳钢和低中高合金钢？
33.利用晶界偏聚理论解释钢的第二类回火脆性以及硼钢的淬透性问题
34.钢中常见的合金元素有：C、N、Mn、Ni、Cu、Co、Hf、Zr、Ti、Ta、Nb、V、W、Mo、Cr、Al、Si等，回答下列问题：
（1）上述哪些是奥氏体形成元素？哪些是铁素体形成元素？
（2）哪些元素能与α－Fe形成无限固熔体？哪些元素能与γ－Fe形成无限固熔体？(3)．上述元素哪些是碳化物形成元素?哪些是非碳化物形成元素?如何鉴别他们与碳的亲和力大小或强弱?请按由强到弱将他们排列。
(4)．分析上述元素对Fe－C相图临界点A1，A3及S、E点影响。
35.合金钢中常见的碳化物形成元素有哪几种类型？并按其稳定性强弱排序。
36．合金元素中碳化物形成元素，非碳化物形成元素以及Si元素是如何影响钢中碳在奥氏体中扩散的？
37．试述Cr，Ni元素对淬火马氏体的亚结构影晌。
38．通过合金化使钢强化的方法有哪些?
39．加热时合金元素对钢奥氏体晶粒长大有什么影响?并简要说明影响原因?
40．简要说明合金元素对珠光体转变速度，转变温度及转变产物中碳化物类型的影响？41．为什么说Wl 8Cr4V钢中会出现莱氏体？
42.为什么4Cr13变为过共析钢？
43．简述合金元素对马氏体分解的影响?
44．高碳高合金钢淬火后，钢中含有大量的残余奥氏体，采用什么热处理工艺消除？45．提高钢马氏体淬透性的元素有哪些?
46.为了使大截面钢正火得到贝氐体组织，为什么硼元素是不可缺少的?
47.微量元素在钢中的有益效应主要有哪几方面？
48．微量B，RE等元素是如何使钢净化的?
第二章工程结构钢
1.工程结构钢按用途如何分类？按化学成分又分为哪些？
2.叙述构件用钢一般的服役条件、加工特点和性能要求。
3.Q235钢经调质处理后使用是否合理？为什么？
4.低碳钢中淬火时效和应变时效的机理是什么？对构件有何危害？
5.为什么低合金高强度钢中基本上都含有不大于0.8％Mn？
6.为什么贝氏体型低合金高强度钢多采用0.5％Mo和微量B作为基体合金化元素？
7.什么是微合金化钢？微合金化元素的主要作用是什么？
8.在汽车工业上广泛应用的双相钢，其成分、组织和性能特点是什么？为什么能在汽车工业上得到大量应用，发展很快？
9.在低合金高强度工程结构钢中大多采用微合金元素（Nb、V、Ti等），它们的主要作用是什么？
10.什么是热机械控制处理工艺？为什么这种工艺比相同的成分普通热轧钢有更高的力学综合性能？
11．普碳钢和普低钢性能上主要有什么差别?
12．简述我国普低钢(低合金高强度钢)的合金化特点(或化学成分特点)
13．下列是普碳钢(指出各钢号中合金元素的主要作用)指出数字字母代表的意义。
①Q235－A．F②Q235－D．Tz③Q235－B．b
14．为什么低碳马氏体钢经淬火加低温回火具有最佳的硬度，塑性及韧性的配合?用来代替碳钢的优越性主要有哪些?
15．简述微合金化低碳高强度钢强韧化特点?
16．常规热轧钢与控制轧制冷却钢组织性能上的基本差别。
17.下列是什么钢，钢中合金元素的主要作用、使用状态？
①45②40Cr③40CrMo④40MnVB⑤20MnV⑥20MnTi⑦65Mn⑧60Si2Mn⑨GCr15⑩GCrl5SiMn
第三章机器零件用钢
1.在结构钢的部颁标准中，每个钢号的力学性能都注明热处理状态和试样直径或钢材厚度。为什么？有什么意义？
2.为什么说淬透性是评定结构钢性能的重要指标？
3.调质钢中常用哪些合金元素？这些合金元素各起什么作用？
4.零件用钢和构件用钢对使用性能和工艺性能上的要求有什么不同？
5.低碳马氏体在力学性能和工艺性上有哪些突出优点？在应用上应注意些什么问题？
6.某工厂原来使用45MnSiV生产φ8mm高强度调质钢筋。要求σ
b >1450MPa，σ
S
>1200MPa，
δ>6%。热处理工艺是920℃±20℃油淬，470℃±10℃回火。因该钢缺货，库存有25MnSi 钢。请考虑是否可以代用？如可以代用，热处理工艺如何调整？
7.弹簧钢的主要性能要求是什么？为什么弹簧钢中碳含量一般在0.5－0.75％之间？
8.弹簧为什么要求较高的冶金质量和表面质量？弹簧钢的强度极限高，是否就意味着弹簧的疲劳极限高？为什么？
9.有些普通弹簧冷卷成形后为什么要进行去应力退火？车辆用板簧淬火后，为什么要用中温回火？
10.为什么板簧不能强化后成形？而线径很细的弹簧不能用热成形后强化？
11.直径25mm的40CrNiMo钢棒料，经过正火后难以切削，为什么？
12.钢的切削加工性与材料的组织和硬度之间有什么关系？为获得良好的切削性，中碳钢和高碳钢各自应经过什么样的热处理，得到什么样的金相组织？
13.用低淬钢制作中小模数的中高频感应加热淬火齿轮有什么优点？
14.滚动轴承钢常含有哪些合金元素？各起什么作用？为什么含Cr量限制在一定范围？
15.滚动轴承钢对冶金质量、表面质量和原始组织有哪些要求？为什么？
16.滚动轴承钢原始组织中碳化物不均匀性有哪几种情况？应如何改善或消除？
17.在使用状态下，滚动轴承钢的最佳组织是什么？在工艺上应如何保证？
18.分析机床主轴的服役条件、性能要求。按最终热处理工艺分类机床主轴有哪几种？每种主轴可选用哪些钢号？其冷热加工工艺路线是怎样的？
19.分析齿轮的服役条件、性能要求。在机床、汽车拖拉机及重型机械上，常分别选用哪些材料作齿轮？应用哪些热处理工艺？
20.高锰耐磨钢有什么特点？如何获得这些特点？在什么情况下适合使用这类钢？
21.为什么ZGMn13型高锰耐磨钢在淬火时能得到全部奥氏体组织，而缓冷却得到了大量的马氏体？
22.一般说S元素在钢中的有害作用是引起热脆性，而在易切削钢中为什么又能有意地加入一定量的S元素？
23.20Mn2钢渗碳后是否适合于直接淬火？为什么？
24.在飞机制造厂中，常用18Cr2Ni4WA钢制造发动机变速箱齿轮。为减少淬火后残余应力和齿轮尺寸的变化，控制心部硬度不致过高，以保证获得必需的冲击韧性，采用如下工艺：将渗碳后的齿轮加热到850℃左右，保温后淬入200－220℃的第一热浴中，保温10min左右，取出后立即置于550－570℃的第二热浴中，保持1－2小时，取出空冷至室温。问：此时钢表、里的组织是什么？已知：该钢的Ms＝310℃，表面渗碳后的Ms＝80℃左右。
25.某精密镗床主轴用38CrMoAl钢制造，某重型齿轮铣床主轴选择了20CrMnTi制造，某普通车床主轴材料为40Cr钢。试分析说明它们各自应采用什么样的热处理工艺及最终的组织和性能特点（不必写出热处理工艺具体参数）。
26.试述微合金非调质钢的成分、组织、性能特点。
27.各类超高强度钢是在哪些钢的基础上发展起来的？各有什么优缺点？
28.设计创制马氏体时效钢的基本依据是什么？
29.请用强度和韧性的矛盾关系来简述超高强度钢的发展。
30.比较合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、轴承钢的成分、热处理、性能的区别及应用范围。
31.比较低合金工具钢和高合金工具钢的成分、热处理、性能的区别及应用范围。
32．弹簧钢为什么要求淬火后进行中温回火?为什么有的弹簧钢要在热处理后进行表面喷丸处理?
33．简述工程结构用钢，调质钢，弹簧钢与刃具用钢在化学成分，热处理工艺，性能以及使用状态的组织有什么差别?
第四章工模具钢
1.在使用性能和工艺性能的要求上，工具钢和机器零件用钢有什么不同？
2.工具钢常要做哪些力学性能试验？测定哪些性能指标？为什么？
3.试用合金化原理分析说明9SiCr、9Mn2V、CrWMn钢的优缺点。
4.9SiCr和60Si2Mn都有不同程度的脱碳倾向，为什么？
5.分析比较T9和9SiCr：
（1）为什么9SiCr钢的热处理加热温度比T9钢高？
（2）直径为φ30－40mm的9SiCr钢在油中能淬透，相同尺寸的T9钢能否淬透？为什么？（3）T9钢制造的刀具刃部受热到200－250℃，其硬度和耐磨性已迅速下降而失效；9SiCr 钢制造的刀具，其刃部受热至230－250℃，硬度仍不低于60HRC，耐磨性良好，还可正常工作，为什么？
（4）为什么9SiCr钢适宜制作要求变形小、硬度较高和耐磨性较高的圆板牙等薄刃工具？
6.在高速钢中，合金元素W、Cr、V的主要作用是什么？
7.有一批W18VCr4V钢制钻头，淬火后硬度偏低，经检验是淬火加热温度出了问题。淬火加热温度可能会出现什么问题？怎样从金相组织上去判断？
8.高速钢每次回火为什么一定要冷到室温再进行下一次回火？为什么不能用较长时间的一次回火来代替多次回火？
9.高速钢在退火态、淬火态和回火态各有什么类型的碳化物？这些不同类型的碳化物对钢的性能起到什么作用？
点温度在800℃左右，为什么常用的淬火加热温度却高达1260 10.高速钢（W18Cr4V）的A
1
－1290℃？
11.Cr12MoV钢的主要有优缺点是什么？
12.为减少12CrMoV钢淬火变形开裂，只淬火到200℃左右就出油，出油后不空冷，立即低
温回火，而且只回火一次。这样做有什么不好？为什么？
13.简述冷作模具、热作模具的服役条件及对钢性能的要求。
14.高速钢和经过二次硬化的Cr12型钢都有很高的红硬性，能否作为热作模具使用？为什么？
15.高速钢在分级淬火时，为什么不宜在950－675℃温度范围停留过长的时间？
16.对热锤锻模的回火硬度要求是：小型模具硬度略高，大型模具硬度略低；模面硬度较高，模尾硬度较低。为什么？
17.热锤锻模、热挤压模和压铸模的主要性能要求有什么异同点？
18.对形状复杂的5CrNiMo（5CrMnMo）钢制造的热锤锻模，为减少变形、防止开裂，在淬火工艺操作上应该采取哪些措施？
19.5CrW2Si钢中的合金元素有什么作用？该钢常用作什么工具？
20常用哪些热处理措施来保证量具的尺寸稳定性？
21.试总结合金元素Si、Mn、Mo、V、Cr、Ni在合金钢中的作用，并能简述其原理。
22.在工具钢中，讨论合金元素的淬透性作用时，应注意什么问题？
23.用18WCr4V钢制作盘形铣刀，试安排其加工工艺路线，说明各热加工工序的目的，使用状态下的显微组织是什么？为什么淬火温度高达1280℃，淬火后为什么要经过三次560℃回火？能否用一次长时间回火代替？
24.合金元素对钢的奥氏体等温转变图和Ms点有何影响？为什么高速钢加热得到奥氏体后经空冷就能得到马氏体，而且其室温组织中含有大量残余奥氏体？
25.为什么高速切削工具要用高速钢制造？为什么尺寸大、要求变形小、耐磨性高的冷作模具要用12CrMoV钢制造？它们的锻造有何特殊要求？为什么，其淬火、回火温度应如何选择？
26.什么是合金钢，与碳钢相比有哪些优点？为什么合金钢的热处理变形小？为什么合金工具钢的耐磨性、热硬性比碳钢高？
27.说明下列钢号中Cr、Mn的作用：
Q275、20CrMnTi、GCr15、W6Mo5Cr4V2、5CrMo、ZGMn13、0Cr13、40MnB、9Mn2V、CrWMn。28.材料库中存有：42CrMo、15GCr、T13、60Si2Mn。现要制作锉刀、齿轮、连杆螺栓，试选用材料，并说明应采用何种热处理方法及使用状态下的显微组织。
29.指出下列钢号属于什么钢？各符号代表什么意义？ Q235、15、T7、T10A、08F、Y40Mn。
30.指出下列钢的类别、主要特点及用途：
Q215－A.F；Q255-B；10钢；45钢；65钢；T12A钢。
31.试比较20CrMnTi与T12钢的淬透性与淬硬性。
32．为什么工具钢在淬火前要进行锻造和球化退火?
33．为什么工具钢淬火加热温度选择在两相区?
34．高速钢的铸态组织是什么?正常淬火回火后的组织是什么?
35．为什么高速钢淬火后要选择560℃回火?并在此温度下进行三次和多次回火?
36．高速钢退火，淬火，回火态的碳化物类型有何不同?
37．高速钢作为刃具使用时为什么要尽量提高淬火加热温度?
38．如果想选择W18Cr4V钢作为冷作模具钢使用，热处理工艺应该如何选择，为什么? 39．Crl2MoV是冷作模具钢，如要求具有较高的强度和韧性采用什么样的热处理工艺?如要
求具有高的红硬性及二次硬化效果应采取什么样的热处理工艺?
40．什么是基体钢?与高速钢相比主要的性能特点是什么?
41．下列是什么钢，钢中合金元素的主要作用，使用状态?
①T10A②9SiCr③9Mn2V④CrWMn⑤5Cr2W8V⑥Cr12MoV⑦5CrNiMo⑧W6Mo5Cr4V2⑨4Cr5MoSiV⑩6Cr4W3Mo2WNb(65Nb)
第五章不锈钢
1.提高钢耐腐蚀性的方法有哪些？
2.Cr、Mo、Cu元素在提高不锈钢抗蚀性方面有什么作用？
3.什么叫n/8规律或Tammann定律？
4.分析讨论1Cr13、2Cr13、3Cr13和4Cr13钢在热处理工艺、性能和用途上的区别。
5.为什么Cr12型冷作模具钢不是不锈钢，而9Cr18为不锈钢？
6.试述铁素体不锈钢的主要性能特点和用途。
7.为什么Cr17钢多在退火态下使用，而17CrMo2Ti钢可进行淬火强化？
8.奥氏体不锈钢的主要优缺点是什么？
9.说明18－8型奥氏体不锈钢产生晶界腐蚀的原因及防止办法。结合图5.12说明为什么常采用850－950℃的退火工艺？
10.图5.11（a）是不含Ti、Nb的非稳定化奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的TTS图，阴影线区为产生晶间腐蚀区。曲线1表示钢开始产生晶间腐蚀倾向，曲线2表示晶间腐蚀倾向已消除。试解释该现象：在产生晶间腐蚀温度范围内，保温一定时间后产生晶间腐蚀，但继续保温足够时间后，晶间腐蚀倾向又消失了。
11.简述低合金高强度钢钢、渗碳钢、低碳马氏体钢、不锈钢等钢类的含碳量都比较低的原因。
12.有一φ40mm耐酸拉杆，由1Cr18Ni9Ti钢经锻造制成毛坯，送车床加工时发现，车削加工很困难。用磁铁接触毛坯，立即被吸住。试分析这一拉杆锻坯的金相组织，锻造后的工序存在什么问题？应采取什么工艺措施来解决？为什么？
13.如何提高钢的耐腐蚀性？不锈钢的成分有何特点？12CrMoV是否为不锈钢？要想提高不锈钢的强度，应采取什么措施？
14．金属的化学腐蚀和电化学腐蚀的主要差别？
15．金属腐蚀破坏的基本类型主要有哪几种?
16．铁素体不锈钢的主要缺点是脆性问题，主要有哪几种脆性，怎样产生的?
17．Crl3型马氏体不锈钢淬火后为什么一般不采用中温回火状态下使用?
18．奥氏体不锈钢在使用过程中经常发生的腐蚀破坏形式有哪几种?
19．什么是奥氏体不锈钢的晶间腐蚀，防止方法有哪些?
20．什么是奥氏体不锈钢的稳定化处理?
21．比较F，M，A不锈钢的各自性能特点?
22．A—M沉淀硬化不锈钢的性能特点?
23．下列是什么钢种?钢中合金元素的作用?使用状态组织?
1Cr17Ti，2Cr13，4Cr13，9Cr18，1Cr17Ni2，1Crl8Ni9Ti，00Crl8Ni10，1Crl8Ni12Mo2Ti，1Crl8Mn10Ni5N，
第六章耐热钢
1.在耐热钢的常用合金元素中，哪些是抗氧化元素？哪些是强化元素？哪些是奥氏体形成元素？说明其作用机理。
2.为什么锅炉管子用珠光体热强钢的C含量都较低（<0.2％）？有一锅炉管子经运行两年后，发现有“起瘤”现象，试分析原因，并提出改进设想。
3.提高钢热强性的途径有哪些？
4.什么叫抗氧化钢？常用在什么地方？
5.为什么低合金热强钢都用Cr、Mo、V合金化？
6.为什么γ－Fe基热强钢比α－Fe基热强钢的热强性要高？
7.分析合金元素对提高钢热强性和热稳定性方面的特殊作用规律，比较高温和常温用结构钢的合金化特点。
8.常用的耐热钢有哪些类型？它们在使用状态下的显微组织是什么？
9.比较不锈钢和耐热钢和高温合金的成分、热处理、性能的区别及应用范围。
10.下列零件和构件要求材料具有哪些主要性能？应选用何种材料（写出材料牌号）？应选择何种热处理？并制定各零件和构件的工艺路线。
(1)大桥(2)汽车齿轮(3)镗床镗杆（4）汽车板簧（5）汽车、拖拉机连杆螺栓（6）拖拉机履带板（7）气轮机叶片（8）硫酸、硝酸容器(9)锅炉(10)加热炉炉底板
11.判断下列钢号的类别、成分、常用的热处理方法及使用状态下的显微组织和用途：Q275 、ZGMn13、40Cr、35CrMo、20CrMnTi、4Cr13、GCr15、60Si2Mn、12CrMo、Cr12MoV、3Cr2W8V、9SiCr、5CrNiMo、W18Cr4V、CrWMn、1Cr18Ni9Ti、Cr17、38CrMoAlA。
12.判断下列钢号的钢种、成分、常用的热处理方法及使用状态下的显微组织：T8、Q295、ZGMn13、20Cr、40Cr、20CrMnTi、4Cr13、15GCr、60Si2Mn、12CrMoV、12CrMoV、3Cr2W8、38CrMoAl、9SiCr、5CrNiMo、W18Cr4V、CrWMn、1Cr18Ni9Ti、4Cr9Si2、Cr12。
13.提高耐热钢热强性的主要方法?
14.金属的强度是由晶界和晶内强度组成，如何提高耐热钢的晶界强度?
15．为什么随着温度的提高，时间延长的钢的强度要下降?
16．低碳珠光体热强钢在使用中组织不稳定性(使用中出现的主要问题)有哪些?
17．F、M、A耐热钢中有哪一种钢的基体热强性好?为什么?
18．奥氏体耐热钢及合金按强化相可分哪几种类型?
19．为什么以金属间化合物为强化相的奥氏体耐热钢比以碳化物为强化相的奥氏体耐热钢热强性好?
20．下列是什么钢?使用状态下的组织?
15CrMo；12CrlMoV；4Cr9Si2；15Cr11MoV；4Cr14Nil4W2Mo；4Cr25Ni20(A351/HK40)；0Cr15Ni26MoTi2AlVB(GH2l32)
21．下列是什么钢?括号中合金元素的主要作用?
15CrMo；12Cr1MoV；4Cr13；1Crl8Ni9Ti；0Crl5Ni35V2Ti2A13B(GH2l35)
六.填表
课堂讨论
工业用钢
一、讨论目的
1.了解工业用钢的分类和编号方法；
2.掌握合金元素对钢的性能和组织的影响规律；
3.通过对典型钢种的分析，熟悉各类钢的成分特点、热处理工艺，使用状态下的组织以及应用范围。
二、讨论题目
1.工业用钢按用途分为哪三类？各类钢都包括哪些钢种？
2.总结各类钢的编号方法。
3.具体说明下列各钢号的种类及各合金元素的含量。
40Cr、50B、9Mn2V、GCr15、Cr12、0Cr18Ni9Ti、W18Cr4V、T10A。
4.分析下列各钢号的种类、碳含量、性能特点、合金元素主要作用、热处理工艺、使用状态下的组织以及应用举例。
Q275、60Si2Mn、20CrMnTi、38CrMoAl、1Cr13、Cr12MoV、9SiCr、5CrMnMo、1Cr18Ni9、20Cr、20Cr2Ni4。
5.料库中的原材料或毛坯件的材料牌号为：Q255、45、40CrNi、65Mn、5CrNiMo、Cr12MoV、W18Cr4V、1Cr18Ni9Ti、20CrMnTi、ZGMn13、1Cr13、60SiMn2、T12。请填表。
三、讨论要求
1.讨论前，每个同学要按讨论题目写出详细发言提纲；
2.讨论前，每个题目先请一个同学发言，再请其他同学补充，最后由教师总结；
3.课后按老师要求就第4题写出总结报告，交老师审阅。 四、第5题讨论示范
作为机床传动齿轮，一般传递的动力比较小，希望传递精度高一些，从性能要求看，要求有较高的耐磨性和硬度，心部有较好的强韧性。选用45钢表面淬火＋低温回火就能满
足其性能要求，采用45钢的材料费用是最低的，采用高频表面淬火＋低温回火的热处理工艺也是最经济的。在使用状态下的显微组织是：表面为M 回，心部是珠光体＋铁素体。 载重汽车的动力齿轮，从传递的动力大小、齿表面的耐磨性以及齿心部的强韧性都要比机床齿轮要求高一些。在料库中，可以用来制造齿轮的钢种有45、40CrNi 和20CrMnTi 。采用40CrNi 经调质处理后，再进行表面淬火＋低温回火，能够获得较好齿轮使用性能。然而若采用20CrMnTi 经渗碳→淬火→低温回火，则会获得更高的齿轮表面硬度和耐磨性，更高的齿轮心部韧性，而且材料便宜。使用状态下的组织是：表面是回火马氏体＋残余奥氏体
＋颗粒状碳化物；心部的组织分两种情况：在淬透的情况下是板条马氏体＋铁素体，而未淬透的情况下是珠光体＋铁素体。
盘形铣刀是铣床上的专用切削工具。在料库中有W18Cr4V 、T12两种刀具材料。W18Cr4V 是高速钢，具有高的硬度、耐磨性和热硬性，只能选W18Cr4V 制作盘形铣刀。主要的热处理工艺是退火、淬火、三次560℃回火。在使用状态下的组织是回火马氏体＋少量残余奥氏体＋碳化物颗粒。
装载机铲斗齿是在强烈的冲击磨损条件下工作的，选用抗磨钢ZGMn13经水韧处理后使用，使用状态下的组织是单相奥氏体。
耐酸容器要求耐酸性腐蚀介质的腐蚀，须采用不锈钢。料库中1Cr13、1Cr18Ni9Ti 两种不锈钢，1Cr13的耐酸性介质腐蚀能力远低于1Cr18Ni9Ti ，因此应选用1Cr18Ni9Ti 钢。1Cr18Ni9Ti 要经过固溶处理得单相奥氏体组织，才具有较高得耐腐蚀性能。
本题的后5种零件选材不再详细讨论。关于9种零件的选材、主要热处理和使用状态下的组织列于下表。
试题 一、填空题 1、钢是指以铁为主要元素，含碳量一般在2% 以下，并含有其它元素的可变形的铁碳合金。 2、为了去除钢液中的磷、硫，需向炉内加入石灰，造高碱度炉渣，往往使炉渣变粘稠，加入萤石就可以稀释炉渣，但不降低炉渣碱度。 3．电炉耐材喷补的原则是快补，热补薄补）。 4、炼钢造渣的目的：去除磷硫、减少喷溅、保护炉衬、减少终点氧。 5、真空脱气过程的限制性环节是：气体在钢液中的扩散。 6、渣洗的最大缺点是：效果不稳定。 7、炼钢工艺分为：熔化期，氧化期和还原期。 8、夹杂物变性处理中，使用Ca 处理Al2O3夹杂物 9、LF炉吹氩制度中，钢包到位后，采用中等吹氩量均匀钢液成分和温度，化渣和加合金采用：大吹氩量，通电加热时采用小吹氩量。 10、炉外精炼中，气液界的主要来源包括：吹氩、CO 汽泡、吹氧和熔体表面。 11、向镇静钢中加Al是为了保证完全脱氧和细化晶粒。 12、为了向连铸提供合格钢水，炼钢要严格控制钢水成份，特别是钢中硫、磷和气体及非金属夹杂物一定要尽可能控制到最底水平，以提高钢水的清洁度。 13、工业用钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢二大类。； 14、钢中产生白点缺陷的内在原因是钢中含氢。 15、Mn/Si比大于 3.0时，钢水的脱氧生成物为液态的硅酸锰，可改善钢水流动性，保证连铸进行。
16、氧化期的主要任务是去磷、脱碳去气去夹杂、升温，同时为放钢做好准备。 17、影响炉料熔化的因素有钢液温度、造渣制度、布料情况、钢中溶解等。 18、CaO% 和SiO2% 之比称为炉渣的碱度。 19、电弧炉冶炼的主要方法有氧化法、不氧化法和返回吹氧法。 20、废钢中不得混有密闭容器、易燃物和毒品，以保证生产安全。 21、金属材料的化学性能是指金属材料抵抗周围介质侵蚀的能力，包括耐腐蚀性和热稳定性等。 22、炉底自下而上由：绝热层、保护层、工作层、三部分组成。 23、炉壁结构由里向外：绝热层、保温层、工作层三部分组成。 24、泡沫渣的控制，良好的泡沫渣是通过控制CO气体的发生量，渣中FeO含量和炉渣碱度来实现的。 25、影响炉衬寿命的主要因数有高温作用的影响、化学侵蚀的影响，弧光辐射或反射的影响、机械碰撞与震动、操作水平的影响。 26、常用脱氧方法沉淀脱氧、扩散脱氧、真空脱氧。 27、炼钢的基本任务可归纳为“四脱”、“二去”、“二调整”，其中“四脱”指脱C、O、S、P，“二去”指去气、去夹杂，二调整指调成份、调温度。 28、电弧炉炉衬指电弧熔炼室的内衬，包括炉底、炉壁、炉盖三部分。 29、炉料熔化时的物理反应：元素的挥发、元素的氧化、钢液的吸收。 30、电炉冶炼中，氧化前期的主要任务是去磷，温度应稍低些；氧化后期主要任务是脱碳，温度应偏高些。 二、判断题 1、配料中将生铁放在料篮中间层次且分布均匀，这句话对吗？（√）2．抽引比是单位体积流量的气体，可以提升钢液的体积。（√）
一填空题（每空1分，共20分） 目前铁水预处理“三脱”包括：（1），（2），（3）。2015A 目前铁水预处理生产中用量最大、使用最广泛的脱硫剂是（4）。2015A 脱硅渣起泡的原因有两方面：一是（1）；二是（2）。2015B 常用铁水脱磷剂的组成为：（8）。 常用脱磷剂体系有（3）和（4）系。2015B 铁水脱硫有______、______、______系脱硫剂。 采用石灰（CaO）进行铁水预处理脱磷，可选择______、______、______作助熔剂。 炉外精炼采用的基本手段包括渣洗、（5）、（6）、（7）、（8）等五种。2015A 表征渣洗用合成渣性能指标包括（4）、（5）、（6）、（7）等。2015B VD的英文全称是，VOD的英文全称是。 LF的英文全称是，LFV的英文全称是。 吹氩搅拌效果有______、______、______。 转炉终点碳含量越______、钢水氧化性越______、下渣量越______，则出钢过程中的渣洗脱硫效果越差。 二名词解释（每题2分，共20分） 铁水预处理2015A KR搅拌法2015A 铁水脱硫喷吹法铁水预处理脱硅 专用转炉脱磷2015B铁水深度预处理 炉外精炼2015A 渣洗脱碳保铬2015B VOD2015B AOD炉喷射冶金搅拌 真空循环脱气法（RH）钢包炉精炼法（LF） CAS-OB 二次燃烧洁净钢同化 三单项选择题（每题2分，共20分） （1-1）铁水喷吹纯镁脱硫时，镁脱硫的主要反应是：（1）镁蒸气与铁水中的硫反应（2）铁水中的溶解镁与硫反应。2015A （1-2）铁水喷吹脱硫能力最高的脱硫剂是：（1）单独喷吹纯镁（2）Mg/CaO复合喷吹（3）单独喷吹CaO。2015B （1-3）铁水罐中加入固体氧化剂脱硅，会使铁水温度。A、升高B、降低C、不变（1-4）铁水罐中加入吹氧气脱硅，会使铁水温度。A、升高B、降低C、不变 （2-1）同时具有加热、真空功能的炉外精炼装置是：（1）CAS-OB （2）RH-OB （3）VD。2015A （2-2）钢包精炼喂CaSi线的主要冶金目的是：（1）脱氧（2）夹杂物变性（3）成分微调2015A （2-3）对钢的成分和洁净度影响最小的钢水精炼加热方法：（1）CAS化学热法（2）电弧加热法（3）RH-OB法。2015B （2-4）LF炉脱硫最佳的热力学条件是：（1）顶渣碱度越高、顶渣氧化性越低，底吹氩越小，效果越好（2）炉渣氧化性越低，底吹氩越大，效果越好（3）顶渣碱度高、顶渣氧化性越低及合适的搅拌功率，效果越好。2015B （2-5）法不适合加热钢包中的钢水。A、电弧加热B、化学热法C、燃料燃烧（2-6）采用钢水脱硫效果最好。A、RH-PB B、LF C、RH-PTB （2-7）不具有真空功能的炉外精炼装置是。A、AOD B、RH C、DH。 （2-8）采用钢水的升温速度最快。A、CAS B、CAS-OB C、LF。 铁水预脱硅后最佳硅含量确定的主要因素是：（1）转炉少渣冶炼（2）优化铁水预脱磷（3）
1、冶金的方法及其特点是什么？ 提取冶金工艺方法：火法冶金、湿法冶金、电冶金、卤化冶金、羰基冶金等。 (1) 火法冶金：在高温下利用各种冶金炉从矿石或其它原料中进行金属提取的冶金工艺过程。操作单元包括：干燥、煅烧、焙烧(烧结)、熔炼、精炼。 (2) 湿法冶金：在水溶液中对矿石和精矿中的金属进行提取和回收的冶金过程。操作单元包括：浸取(出)、富 (3) 电冶金：利用电能提取金属的冶金过程，包括电热冶金和电化学冶金。 电热冶金：利用电能转变为热能进行金属冶炼，实质上属火法冶金。 电化学冶金：利用电化学反应使金属从含金属盐类的溶液或熔体中析出。如： ①水溶液电解：如Cu、Pb、Zn等。可列入湿法冶金。 ②熔盐电解：如Al、Mg、Ca、Na等。可列入火法冶金。 钢铁冶金：火法、电热冶金 有色冶金：火法、湿法、电化学冶金。通常为“火法＋湿法”联合。集(净化和浓缩)、提取(金属或金属化合物)等 2、钢与生铁有何区别？ 都是以铁为基底元素，并含少量C、Si、Mn、P、S——铁碳合金。 (1) 生铁：硬而脆，不能锻造。 用途：①炼钢生铁； ②铸造生铁，占10%。用于铸造零、部件，如电机外壳、机架等。 (2) 钢：有较好的综合机械性能，如机械强度高、韧性好、可加工成钢材和制品；能铸造、锻造和焊接；还可加工成不同性能的特殊钢种。 3、钢铁冶炼的任务及基本冶炼工艺是什么？ 把铁矿石冶炼成合格的钢： 铁矿石：铁氧化物，脉石杂质。 炼铁：去除铁矿石中的氧及大部分杂质，形成铁水和炉渣并使其分离。 炼钢：把铁水进一步去除杂质，进行氧化精炼。 铁矿石→去脉石、杂质和氧→铁铁→精炼（脱C、Si、P等）→钢 4、试述3种钢铁生产工艺及其特点。 传统流程：间接炼钢法：高炉炼铁+ 转炉炼钢。 优点：工艺成熟，生产率高，成本低 缺点：流程工序多，反复氧化还原，环保差 短流程：直接炼钢法：直接还原炉+ 电炉，将铁矿石一步炼成钢。 优点：避免反复氧化还原 缺点：铁回收率低，要求高品位矿，能耗高，技术尚存在一定问题。 新流程：熔融还原法：熔融还原炉+ 转炉(将铁矿石一步炼成钢)。 优点：工艺简单，投资少、成本低，资源要求不高，环境友善。 缺点：能耗高，技术尚存在大量问题，仅Corex投入工业应用。 5、一个现代化的钢铁联合企业有哪些主要工序和辅助工序？用框图画出钢铁联合企业的生产工艺流程。 目前，钢铁联合企业的主要生产流程还是传统流程： 采矿——选矿——高炉炼铁——转炉炼钢——炉外精炼——连续铸钢——轧钢——成品钢材
相变研究以及相变温度的确定方法 材料科学与工程1121900133 缪克松 关键词：相变研究是材料科学与工程中重要的一门研究，温度、压力等因素会诱发材料的相变，相变前后材料的微观结构的差异将使材料在物理性质、化学性质等方面发生较 大程度的改变，从而决定了材料的应用范围。温度作为材料在制备、加工、应用中 常常面对的环境变量，对于相变的影响最为直观可控，本文就确定材料的相变温度 介绍了几种方法。 关键词：相变温度；膨胀法；差示扫描量热法；X射线法；声发射法；电阻法 1相变概述 从广义上讲，构成物质的原子或分子的聚合状态、相状态发生变化的过程均称为相变。[1]例如液相到固相的凝固过程、液相到气相的蒸发过程等。相变前的相状态称为旧相或者母相，相变后的相状态成为新相。固态相变发生后，新相与母相之间必然存在某些差别。这些差别或者表现在晶体结构上（同素异构转变），或者表现在化学成分上（调幅分解），或者表现在表面能上（粉末烧结），或者表现在应变能上（形变再结晶），或者表现在界面能上（晶粒长大），或者几种差别兼而有之（过饱和固溶体脱溶沉淀）。 相变的发生往往收到外界环境的激发，温度是最直观也最容易控制的参数，通过对材料在不同温度下几种不同类型的相变的控制，就可以获得预期的组织和结构，充分发挥材料体系的潜能，因此，确定材料的相变温度十分有意义。 随温度的变化，材料在相变前后的差别可以作为检测材料相变温度的依据，本文所述的几种方法其基本原理都是通过比对材料随温度变化发生的改变从而来确定相变温度。 2 膨胀法 2.1 原理 物质的热膨胀是基于构成物质的质点间平均距离随温度变化而变化的一种现象，晶体发生相结构变化的同时总是伴随着热膨胀的不连续变化，因此相变过程中的热膨胀行为的测量是研究相变的重要手段之一。 将样品放入加热炉内，按给定的温度程序加热，加热炉和样品的温度分别由对应的热电偶进行测量，样品长度随温度变化而变化，同时样品支架和样品推杆的长度也发生变化，测量的长度变化结果是样品、样品支架和推杆三者长度变化总和。样品推杆将该长度变化总和传递给位移传感器后，使位移传感器的铁芯发生位置变化而产生电动势，该电动势由测量放大器按比例转换为直流电压，由计算机记录下来。
试题库 一、填空题 1.高炉生产的主要原料是___________________、_________ 和熔剂。 答案：铁矿石及其代用品；燃料 2.炼铁的还原剂主要有三种，即__________、_________和_________ 。 答案：碳、一氧化碳、氢 3.高炉CO不能全部转变成CO2的原因是因为铁氧化物的____________需要过量的CO与生成物平衡。答案：间接还原 4.钢、铁都是铁碳合金，一般把碳含量大于2.00%叫_______________。 答案：铁 5.硅的氧化反应是________反应，低温有利于硅的氧化。答：放热 6.钢中加入适量的铝，除了脱氧的作用以外，还具有___________的作用。 答案：细化晶粒 7.在硫的分配系数一定的条件下，钢中含硫量取决于_______中硫含量和渣量。答案：炉渣 8.要使炉况稳定顺行，操作上必须做到三稳定，即____________、____________、____________。答案：炉温、碱度、料批 9.钢中有害气体主要是_________、_________。答案：H；N 10.炼钢的基本任务有脱碳、脱硫、脱氧合金化和__________。 答案：去气和去夹杂物 11.造渣方法根据铁水成份和温度，冶炼钢种的要求选用_______、双渣法、留渣法。措施。答案：单渣 12.12.铁矿石还原速度的快慢，主要取决于____________和____________的特性。 答案：煤气流；矿石 13.生铁一般分为三大类，即____________、____________、____________。 答案：铸造铁、炼钢铁、铁合金 14.在钢材中引起热脆的元素是____________ ，引起冷脆的元素是____________ 。 答案：Cu、S；P、As 15.在Mn的还原过程中，____________是其还原的首要条件, ____________是一个重要条件。答案：高温；高碱度 16.炉渣中含有一定数量的MgO，能提高炉渣____________ 和____________。 答案：流动性；脱硫能力 17.氧气顶吹转炉炼钢操作中的温度控制主要是指__________和终点温度控制。。 答案：过程温度 18.氧气顶吹转炉炼钢影响炉渣氧化性酌因素很多，经常起主要作用的因素是_________。答案：枪位和氧压 19.铁子预处理主要是指脱硫，另外也包括___________。答案：脱硅和脱磷 20.影响高炉寿命的关键部位是____________ 和____________。答案：炉缸；炉身中部 21.氧气预吹转炉传氧方式一般有直接传氧和（间接传氧）两种方式。 22.高炉下部调剂中,凡是减少煤气体积或改善透气性的因素就需____________ 风速和鼓风动能；相反，则需相应____________ 风速和鼓风动能。答案：提高；减小 23转炉入炉铁水温度应在_________以上。答案：1250℃ 24.一般规定矿石中含硫大于为____________高硫矿。答案：0.3% 25.FeO含量对烧结矿质量的影响主要表现在____________和____________两个方面。
作业讲评（二） 1、焊接接头的形成要经历加热、熔化、冶金反应、熔池凝固、固态相变五个阶段。 2、结晶的驱动力与过冷度成正比，过冷度越大，结晶的驱动力就越大。 3、液态薄膜是结晶裂纹形成的内因，拉伸应力是裂纹形成的必要条件。 4、手工电弧焊时有三个反应区：药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区。 5、焊接溶池凝固与一般铸锭凝固相比，具有以下特点：（1）体积小；（2）过热度高；（3）熔化和凝固同时进行。 6、测得熔渣的化学成分为：SiO2 25.1%, TiO2 30.2%, CaO 8.8%, MgO 5.2%, MnO 13.7%, FeO 9.5%, Al2O3 3.5%，计算得B2为-1.16，则该熔渣为酸性渣。 7、同种钢材焊接时，焊条选用要求焊缝金属与母材强度相等，熔敷金属的抗拉强度应等于或稍高于母材，合金成分与母材相同或接近。 8、改善焊缝金属性能的途径有很多，主要是焊缝就是固溶强化、变质处理（向焊缝中添加合金元素）、调整焊接工艺。 9、焊缝中气孔的形成过程是由形核、长大和上浮三个相互联系而又彼此不同的阶段构成。 10、硫在熔池凝固时容易发生偏析，以低熔点共晶的形式呈片状或链状分布于晶界。因此增加了焊接金属产生结晶裂纹的倾向，同时还会降低冲击韧性和抗腐蚀性。控制硫的主要措施：(1)限制焊接材料中的含硫量；(2)用冶金方法脱硫。 1．焊接区内气体的主要来源是什么？它们是怎样产生的？ 答：（1）焊接材料：焊条药皮、焊剂及焊丝药芯中造气剂。直接输送进入焊接区。（2）热源周围的气体介质：不可避免，侵入焊接区（真空除外） （3）焊丝和母材表面上铁锈、油污、氧化铁皮以及吸附水等（直接输送） （4）焊接过程中所进行物化反应产生气体。 2.试述熔池在结晶过程中，晶粒成长方向与晶粒主轴成长的平均线速度和焊接速度的关系。 答：熔池结晶过程中，晶粒成长方向与最快散热方向一致，垂直于结晶等温面；因结晶等温面是曲面，晶粒成长方向的主轴必然弯曲，并指向焊缝中心。晶粒成长的平均线速度R和焊接速度V的关系为：R=Vcosθ，θ为R和V的夹角。 3.低合金钢焊缝组织CCT曲线如图，写出在No.2、No.7和No.9室温下的焊缝组织和硬度值。
《钢冶金学》 第1章绪论 1 从化学成分和机械性能方面分析钢与生铁的区别？（※） 2 列举炼钢任务和炼钢的基本任务，并阐述在现代炼钢工艺中如何完成炼钢的基本任务。（※）3何谓钢铁生产的“长流程”和“短流程”？哪种流程的能耗高、排放量大？为什么？（※）4 按照化学成分和用途如何对钢进行分类？以下钢号分别为什么钢种，每个钢号的数字和字母代表什么意思？65Mn、60Si2Mn、50CrMnA、40Cr、GCr15SiMn、X70、1Cr18Ni9Ti、20CrMnTiH、Q345。 5 主要的炼钢方法有哪些？LD、BOF、BOP、OBM、Q-BOP、K-BOP、LD-Q-BOP、LD-KG、EAF各指哪种炼钢方法？（※） 第2章炼钢的基础理论 1 写出钢的密度、熔点、粘度、导热能力等常用数值（1600℃）及炉渣的粘度、密度和渣—钢界面张力的常用数值。 2 钢的熔点是如何定义的？何谓“液相线”，何谓“固相线”？为什么钢液凝固，是在一个温度区间内完成？ 3 炼钢炉渣的来源有哪些？为什么说“炼钢就是炼渣”？ 4 炉渣的“氧化性”是什么意思？为什么用“碱度”和“氧化性”这两个指标来表征炉渣的化学性质？炉渣氧化性在炼钢过程中的作用？（※） 5 熟悉炉渣中常见氧化物的熔点。 6 某一炉脱氧良好的低碳钢钢水，其钢水中的酸溶铝为0.018%，请问钢水中的溶解氧最低不低于多少ppm？ 7 简述单渣法和双渣法的区别及适用条件？ 8 炼钢过程中硅[Si]反应的特点？铁水硅含量 [Si]对炼钢过程有何影响？（※） 9 试绘制并解析一炉钢吹炼过程中，钢液中[Mn]的变化规律？提高残锰有何意义？写出吹炼过程中熔池回[Mn]的反应式，分析影响回[Mn]的因素。为什么吹炼终点残[Mn]的高低，一定程度反映吹炼水平的高低？（※） 10 如何理解“炼钢过程的[C]+[O]=CO是目的，更是手段，又是氧化精炼的主要手段。”？（※）
1—1高炉炼铁工艺由哪几部分组成？ 答案（1）：在高炉炼铁生产在中，高炉是工艺流程的主体，从其上部装入的铁矿石燃料和溶剂向下运动，下部鼓入空气燃烧燃料，产生大量的还原性气体向上运动。炉料经过加热、还原、熔化、造渣、渗碳、脱硫等一系列物理化学过程，最后生成液态炉渣和生铁。组成除高炉本体外，还有上料系统、装料系统、送风系统、冷却系统、液压系统、回收煤气与除尘系统、喷吹系统、动力系统1—2 高炉炼铁有哪些技术经济指标？ 答案：综合入炉品位(%) 炼铁金属收得率(%) 生铁合格率(%) 铁水含硅(%) 铁水含硫(%) 风温(℃) 顶压(KPa) 熟料比(%) 球矿比(%) 高炉利用系数(t/m3.d) 综合焦比(Kg/t) 入炉焦比(Kg/t) 焦丁比(Kg/t) 喷煤比(Kg/t) 1—3 高炉生产有哪些特点？ 答案：一是长期连续生产。高炉从开炉到大修停炉一直不停地连续运转，仅
在设备检修或发生事故时才暂停生产（休风）。高炉运行时，炉料不断地装入高炉，下部不断地鼓风，煤气不断地从炉顶排出并回收利用，生铁、炉渣不断地聚集在炉缸定时排出。 二是规模越来越大型化。现在已有5000m3以上容积的高炉，日产生铁万吨以上，日消耗矿石近2万t，焦炭等燃料5kt。 三是机械化、自动化程度越来越高。为了准确连续地完成每日成千上万吨原料及产品的装入和排放。为了改善劳动条件、保证安全、提高劳动生产率，要求有较高的机械化和自动化水平。 四是生产的联合性。从高炉炼铁本身来说，从上料到排放渣铁，从送风到煤气回收，各系统必须有机地协调联合工作。从钢铁联合企业中炼铁的地位来说，炼铁也是非常重要的一环，高炉体风或减产会给整个联合企业的生产带来严重影响。因此，高炉工作者要努力防止各种事故，保证联合生产的顺利进行。1—5 高炉生产有哪些产品和副产品，各有何用途？ 答案：高炉冶炼主要产品是生铁，炉渣和高炉煤气是副产品。 （1)生铁。按其成分和用途可分为三类：炼钢铁，铸造铁，铁合金。 (2)炉渣。炉渣是高炉生产的副产品，在工业上用途很广泛。按其处理方法分为： 1)水渣：水渣是良好的水泥原料和建筑材料。2)渣棉：作绝热材料，用于建筑业和生产中。3)干渣块：代替天然矿石做建筑材料或铺路用。 (3)高炉煤气。高炉煤气可作燃料用。除高炉热风炉消耗一部分外，其余可供动力、烧结、炼钢、炼焦、轧钢均热炉等使用。 2—1高炉常用的铁矿石有哪几种，各有什么特点？
材料科学基础实验报告材料基礎科学実験レポート 学院：材料科学与工程学院 专业：金属材料工程（日语强化） 班级：0707班 姓名：赵宇 学号：200766502
大连理工大学实验报告 学院（系）：材料科学与工程学院专业：金属材料工程（日语强化）班级：0707班 姓名：赵宇学号： 200766502 组： ___ 实验时间：2010-10-9——2010-12-18实验室：材料馆111，123，117，113实验台：指导教师签字：成绩： 材料科学基础实验报告 材料基礎科学実験レポート 一、实验目的和要求（目標と要求）： (一)实验目的（目標）： 1.掌握金相试样的制备过程，并对其中出现的问题进行分析和解决。 2.了解金属材料的热处理工艺，针对其应用特点进行热处理工艺设计， 并进行热处理操作。分析碳钢在热处理时，温度、冷却速度对其组 织与硬度的影响。 3.掌握在金相显微镜下观察和分析材料的金相组织，掌握不同的热处 理工艺中组织结构的转变。 4.了解各种硬度计的特点、原理、使用范围以及测定方法。 5.掌握定量金相的原理和测定方法。 6.了解几种常用工程材料的成分——组织结构——机械性能之间关系 的一般规律。 7.了解光学金相显微镜的构造和工作原理。
(二)实验要求（要求）： 完成该设计性开放实验课程，要求同学独立的进行查阅资料、制定并实施实验方案、整理和分析实验结果等各个实践环节，在实验观察和操作的基础上，以基本实验方法为主题，贯穿专业理论知识学习，培养独立思考问题，分析问题和自己动手解决问题的能力。使学生在实验操作的实践中学习金属学等相关的基本知识，初步具备独立设计实验方案和分析实验结果的能力。 二、主要仪器设备（機械と設備） 砂轮机、轮盘、砂纸（200#、400#、600#、800#、1000#）、抛光机、抛光布、抛光液、腐蚀液（4%硝酸酒精）、棉球、吹风机、光学金相显微镜、数码相机、布氏硬度计HB-300、洛氏硬度计HR-150、箱式电阻炉、读数显微镜JC-10 三、实验原理及步骤（原理と段取り） (一)原材料处理（元の材料の処理）： 1.切样（切り） 2.倒角（丸め） 防止在打磨过程中由于试样边缘锋利划伤手指或划破砂纸。 3.打磨平面（平滑化） 4.制样（サンプルを作り） 5.粗磨（粗研削） 先用200#砂纸打磨，注意保持试样垂直，保证磨出水平面。到磨痕方向一致时，换400#砂纸，垂直于之前的磨痕进行打磨。注意及时用清水将
TC11钛合金相变点的测定与分析 采用计算法、差示扫描量热法和连续升温金相法3种手段计算和测定了TC11两相钛合金(α+β)/β相变点。计算法由于各元素及杂质元素含量对相变点的影响值是在一个含量范围内的计算值，因此计算的相变点与实测值是接近的；差示扫描量热法由于钛合金和坩埚的化学反应，产生相变滞后现象，导致所测相变温度过高；而连续升温金相法由于淬火温度间隔选择较小，测量的准确性较高，因此更能准确测量TC11钛合金相变温度。 采用sTA449c 一同步热分析仪测量钛及钛合金相变温度，其参比样品为粉末状23A l O ，升温速度为10℃1min -?；保护氩气流量为45 m1 1min -?。测试前，应先在两个样品坩埚内放人等量23A l O 粉末，测定仪器基线符合规定后，即可开始测定正式样品DSC 曲线。 采用连续升温金相法测定相变温度。试样尺寸为10 mm ×10 mm ×10 mm ；在加热试样时为了保证热透，保温时间为60 min 。淬火温度选择范围为990~1040℃，淬火温度间隔为10℃，然后将试样水淬。其中间转移速度不超过2S 。将淬火后的试样制成金相观察试样，在放大倍数为500倍的光学显微镜观察试样组织变化。 2．1计算法测定相变温度 根据各元素对钛相变温度的影响推算出相变点的公式为： /T αββ+相变点 =885℃+Σ各元素含量x 该元素对相变点的影响 (1) 式中885℃为计算时纯钛的相变点。 2．2差示扫描量热法测定相变温度 差示扫描量热法测定钛及钛合金相变温度是借助于同步热分析仪将待测试样与另一参比试样在完全相同的条件下加热(或冷却)，根据两者温差与温度或时间的变化关系(DSC 曲线)，对物质状态进行判定。图2为差示扫描量热法测得TC11钛合金相变点的DSC 曲线。对于α+β型及亚稳定β型钛合金，(α+β)→β转变是一个持续过程，在DSC 曲线上，相变完成表现为基线迁移；同时，由于钛有极高的化学活性，在高温下与氧、氮、坩埚(23A l O )等物质反应，在DSC 曲线上产生不同的峰值，从而使分析判定难度加大。 对于Tcll 钛合金而言，α-Ti →β-Ti 转变是一个吸热反应。当温度在1060℃时，峰值明显。表明相变温度在1060℃左右。由于TCll 钛合金与坩埚(23A l O )化学反应放热，并且测量过程中不断加热，导致热滞后现象产生，推迟了α相向β相转 变，使差示扫描量热法测得的相变温度过高。 2．3连续升温金相法测定相变温度 首先选择淬火温度范围，确定淬火温度间隔为10℃。加热保温然后水淬。最后观察不同淬火温度的试样在光学显微镜下的组织变化。将仍残留初生α相的淬火温度和与该温度最邻近、初生α相消失的温度之间的平均温度确定为相变温度。 在淬火温度为1030℃时，初生α相仍然存在；当淬火温度达到1040℃时，在试样中已看不到初生α相，观察到的全部是针状的马氏体，表明淬火温度已经达到了相变点温度。因此判定Tc11钛合金的相变点在1030~1040℃之间，其相变点的平
科技大学2008 /2009学年第1学期 《钢铁冶金原理》考试试题A 课程号：61102304 考试方式：闭卷 使用专业、年级：冶金2006 任课教师： 考试时间：2009 备 注： 一、 简答题（共5题，每题4分，共20分） 1. 请给出活度的定义及冶金中常用的三种标准态。 2. 什么是酸性氧化物、碱性氧化物和两性氧化物？如何表示炉渣的 碱度？ 3. 何为化合物的分解压、开始分解温度及沸腾分解温度？ 4. 何为溶液中组分的标准溶解吉布斯自山能？写出形成质量理标 准溶 液的标准溶解吉布斯自山能汁算式。 5. 何为氧化物的氧势？氧化物的氧势与其稳定性关系如何？ 二、 填空题（共20空，每空1分，共20分） 1. 在恒温、恒压下，溶液的热力学性质 对某一组元摩尔 量的 偏微分值称为溶液中该组元的偏摩尔量。 2. 在任意温度下，各 组元在 全部 浓度围均服从 拉乌尔 定律的溶液称为理想溶液。 3. 按照熔渣离子 结构理论,熔渣由简单的 阳 离子、 阴 离子和复合 阴 离子团所组 成。 4. 熔渣的氧化性表示熔渣向 金属液（或钢液） 提供 氧 的能力，用熔渣中 FeO 的活度表示。 5. 在一定温度下，把熔渣具有 ________ 粘度的组成点 连成线，称为熔渣的等粘度曲线。 6. 若化学反应的速率与反应物浓度的若干次方成 正比 ， 垃載対酣 nnnnnnnnnnnn 豊躱 ..... ........... ...........................................
且反应级数与反应物的计量系数相等,这样
的反应称为基元反应。 7. 气体分子在 分子（或得华）引力 的作用下被吸附到固体或 液体的表面上称为物理吸附；在 化学键力 的作用下被 吸附到固体或液体的表面上，称为化学吸附。 三、 分析题（共2题，每题12分，共24分） 1. 请写出图1中各条曲线所代表的反应，各区域稳定存在的氧化物, 利用热力学原理分析各氧化物稳定存在的原因。 2. 钢液中[C]和[Cr]之间存在化学反应：4[C] + （Cr 3O 4） = 3[Cr] + 4CO, 试用热力学原理分 析有利于实现去碳保珞的热力学条件。 1UU 80 60 40 20 400 600t t 800 1000 1 200 675 737 温度八C
钢铁冶金学试卷（B ） 一、名词解释题（每题3分，共18分） 1.高炉冶炼强度 2. HPS 3.高炉渣熔化性温度 1. “假象”赤铁矿的结晶结构未变，而化学成分已变为 Fe 2O 3） 2. 一般要求焦炭的反应性高，而煤粉的反应性则要低） 3. 高炉风口喷吹的煤粉，有少量是与煤气中的 CO 2反应而气化的 4. 高炉炉身上部炉墙的耐火材料一般选择使用碳砖） 5. 烧结料层的自动蓄热现象，主要是由于燃料在料层中的偏析所致） 6. 提高烧结矿碱度有助于增加烧结矿中铁酸钙矿物的含量） 7. 实现厚料层烧结工艺的重要技术措施是烧结偏析布料） 8. 对酸性氧化球团矿的焙烧效果而言，赤铁矿优于磁铁矿） 9. 原燃料中的Al 2O 3在高炉内可被少量还原而进入生铁） 10. 高炉内渣铁反应的最终结果由耦合反应的平衡常数所决定） 4.高炉的悬料 5.高炉的硫负荷 6. FINEX 炼铁工艺 X 。） 二、判断题（每题 1.5分，共30分） （对：“，错: 院係） ___________ 班级 ______________ 学号 ______________ 姓名 _____________
11.高炉炉渣的表面张力过小时，易造成渣中带铁，渣铁分离困难 12.导致高炉上部悬料的主要原因之一是“液泛现象”。 13.高炉风口前碳的燃烧反应的最终产物是C02。 14.高炉实施高压操作后，鼓风动能有增大的趋势。 15.高炉脱湿鼓风，有提高风口理论燃烧温度的作用。 16.高炉内进入间接还原区的煤气体积小于炉缸产生的煤气体积。 17.具有倒V型软熔带的高炉，其中心煤气流比边缘煤气流发达。 18.为了抑制边缘煤气流，可采取“高料线”或“倒装”的装料制度 19.高炉富氧鼓风，有助于提高喷吹煤粉的置换比。 20.目前最成熟的直接还原炼铁工艺是煤基直接还原炼铁法。 三、简答题（每题8分，共24分） 1.简述酸性氧化球团矿生产工艺，说明该类球团矿的焙烧固结机理。 2.简述风口喷吹煤粉对高炉冶炼过程的影响，并说明其原因。 3.画出高炉理想操作线，并说明A、B、C、D、E、P、W点的意义 四、论述题（每题14分，共28分） 1.分析高炉冶炼过程中，用CO、H2还原铁氧化物的特点。 a .画出CO、H2还原铁氧化物的平衡关系示意图（叉子曲线）； b .分别从热力学、动力学上比较CO、H2还原铁氧化物的异同 2. Ergun公式如下: P L 150 w (1 )2 (de)2 3 1.75 w2(1 ) de 3
“钢的热处理原理及工艺”作业题 第一章固态相变概论 1、扩散型相变和无扩散型相变各有哪些特点？ 2、说明晶界和晶体缺陷对固态相变成核的影响。 3、说明相界面和应变能在固态相变中的作用，并讨论它们对新相形状的影响。 4、固－固相变的等温转变动力学曲线是“C”形的原因是什么？ 第二章奥氏体形成 1、为何共析钢当奥氏体刚刚完成时还会有部分渗碳体残存？亚共析钢加热转变时是否也存在碳化物溶解阶段？ 2、连续加热和等温加热时，奥氏体形成过程有何异同？加热速度对奥氏体形成过程有何影响？ 3、试说明碳钢和合金钢奥氏体形成的异同。 4、试设计用金相－硬度法测定40钢和T12钢临界点的方案。 5、将40、60、60Mn钢加热到860℃并保温相同时间，试问哪一种钢的奥氏体晶粒大一些？ 6、有一结构钢，经正常加热奥氏体化后发现有混晶现象，试分析可能原因。 第三章珠光体转变 1、珠光体形成的热力学特点有哪些？相变主要阻力是什么？试分析片间距S与过冷度△T的关系。 2、珠光体片层厚薄对机械性能有什么影响？珠光体团直径大小对机械性能影响如何？ 3、某一GCr15钢制零件经等温球化退火后，发现其组织中除有球状珠光体外，还有部分细片状珠光体，试分析其原因。 4、将40、40Cr、40CrNiMo钢同时加热到860℃奥氏体化后，以同样冷却速度使之发生珠光体转变，它们的片层间距和硬度有无差异？ 5、试述先共析网状铁素体和网状渗碳体的形成条件及形成过程。 6、为达到下列目的，应分别采取何热处理方法？ （1）为改善低、中、高碳钢的切削加工性； （2）经冷轧的低碳钢板要求提高塑性便于继续变形； （3）锻造过热的60钢毛坯为细化其晶粒； （4）要消除T12钢中的网状渗碳体； 第四章、马氏体转变
钢铁冶金学（炼铁学部分）试卷（A ） 院(系) 班级 学号 姓名 （注：答题需在答题纸上进行，请不要在试卷上答题，否则将被扣分。） 一、名词解释题（每题3分，共18分） 1. 高炉有效容积利用系数 2. SFCA 3.煤气CO 利用率 4. 高炉的管道行程 5. 高炉的碱负荷 6. COREX 炼铁工艺 二、判断题 ( 每题 1.5分 ，共 30 分 ) （对：√，错：×。） 1. 磁铁矿的理论含铁量为70％，黑色条痕，疏松结构，较易还原。 2. 焦炭的主要质量要求是：含碳量高，反应性高，反应后强度高。 3. 高炉炼铁要求喷吹用煤粉的爆炸性弱，可磨性指数大，燃烧性高。 4. 高风温热风炉的炉顶耐火材料一般使用高铝砖或碳砖。 5. 为确保烧结矿固结强度，一般要求烧结最高温度为1350～1380℃。 6. 烧结过程的焦粉偏析布料有利于烧结上、下料层温度的均匀化。 7. 厚料层烧结工艺的主要目的是为了提高烧结矿生产能力。 8. 酸性氧化焙烧球团矿的固结主要靠FeO 与SiO 2形成的低熔点化合物粘结。 9. 原燃料中的P 2O 5在高炉中不能被还原而全部进入生铁。 10. 耦合反应的平衡常数是与之相关的简单反应平衡常数的组合。 11. 阻止高炉内K 、Na 循环富集的对策之一是降低炉渣二元碱度。
12. 高炉风口燃烧带出来的煤气中既有CO 又有CO 2，但前者含量更高。 13. 增大高炉鼓风动能的措施之一，是扩大高炉风口直径。 14. 提高风口理论燃烧温度，有利于补偿喷吹煤粉热分解带来的温度变化。 15. 抑制“液泛现象”，有利于改善高炉下部的透气性、透液性。 16. 矿石的软熔性能影响高炉软熔带的位置，但不影响其厚度。 17. 加大矿石批重将有助于抑制高炉内的中心煤气流。 18. 与加湿鼓风不同，脱湿鼓风的主要作用在于提高高炉产量。 19. 富氧鼓风不仅可以给高炉带入热量，而且可以增加高炉产量。 20. 炉衬寿命的问题，是熔融还原炼铁法需要解决的关键技术。 三、简答题（每题8分，共24分） 1.简述烧结矿固结机理，何种粘结相（液相）有利于改善烧结矿质量? 2.提高高炉鼓风温度对其冶炼过程的影响如何，并说明其原因。 3.画出高炉理想操作线，并说明A 、B 、C 、D 、E 、P 、W 点的意义。 四、论述题 (每题14分，共28分) 1. 分析炉渣粘度对高炉冶炼过程的影响，并论述影响炉渣粘度的因素以及维持适宜的高炉炉渣粘度的技术措施。 2.论述降低高炉燃料比的技术措施。 a . 画出高炉能量利用图解分析的rd —C 图， 分析指出我国高炉降低燃料比的两大途径； b . 根据所学的炼铁理论和工艺知识，阐述降低高炉燃料比的具体对策。
1.推导Johnson-Meh方程。（已布置，此题不需做） 2.奥氏体形核时需要过热度△ T,那么金属熔化时（S-L ,要不要过热度，为什么？答：由热力学可知，在某种条件下，结晶能否发生，取决于固相的自由度是否低于液相的自由度，即?G =GS-GL＜；0 只有当温度低于理论结晶温度Tm 时，固态金属的自由能才低于液态金属的自由能，液态金属才能自发地转变为固态金属，因此金属结晶时一定要有过冷度。影响过冷度的因素：影响过冷度的因素：1）金属的本性，金属不同，过冷度大小不同；2）金属的纯度，金属的纯度越高，过冷度越大；3）冷却速度，冷却速度越大，过冷度越大。固态金属熔化时会出现过热度。原因：由热力学可知，在某种条件下，熔化能否发生，取决于液相自固态金属熔化时会出现过热度。原因：由度是否低于固相的自由度，即?G = GL-GS＜；0 只有当温度高于理论结晶温度Tm 时，液态金属的自由能才低于固态金属的自由能，固态金属才能自发转变为液态金属，因此金属熔化时一定要有过热度。 3.相变热力学条件是什么？答：金属固态相变的热力学条件： （1）相变驱动力：相变热力学指出，一切系统都有降低自由能以达到稳定状态的自发趋势。若具备引起自由能降低的条件，系统将由高能到低能转变转变，称为自发转变。金属固态相变就是自发转变，则新相自由能必须低于旧相自由能。新旧两相自由能差既为相变的驱动力，也就是所谓的相变热力学条件。 （2）相变势垒：要使系统有旧相转变为新相除了驱动力外，还要克服相变势垒。所谓相变势垒是指相变时改组晶格所必须克服的原子间引力。 金属固态相变的热力学作用：①为相变的发生提供动力；②明确相变发生所要克服的势垒，即激活能。 4.简述固态相变的主要特征。 答：⑴相界面：根据界面上新旧两相原子在晶体学上匹配程度的不同，可分为共格界面、半共格界面和非共格界面。⑵位向关系与惯习面：在许多情况下，金 属固态相变时新相与母相之间往往存在一定的位向关系，而且新相往往在母相一定的晶面上开始形成，这个晶面称为惯习面通常以母相的晶面指数来表示。⑶弹性应变能：金属固态相变时，因新相和母相的比容不同可能发生体积变化。但由于受到周围母相的约束，新相不能自由膨胀，因此新相与其周围母相之间必将产生弹性应变和应力，使系统额为地增加了一项弹性应变能。⑷过渡相的形成：当稳定的新相与母相的晶体结构差异较大时，母相往往不直接转变为自由能最低的稳定新相，而是先形成晶体结构或成分与母相比较接近，自由能比母相稍低些的亚稳定的过渡相。 ⑸晶体缺陷的影响：固态晶体中存在着晶界、亚晶界、空位及位错等各种晶体缺陷，在其周围点阵发生畸变，储存有畸变能。一般地说，金属固态相变时新相晶核总是优先在晶体缺陷处形成。 ⑹原子的扩散：在很多情况下，由于新相和母相的成分不同，金属固态相变必须通过某些组织的扩散才能进行，这时扩散便成为相变的控制因素。 5.固态相变的阻力是哪几项？答：新相与母相基体间形成界面所增加的界面能、新相与母相体积差所引起的弹性应变能、新相中亚结构的形成所需要的能量 6.什么是共格界面，根据其共格性界面有哪几类？请比较它们的界面能和弹性应变能的大小。 答：两相界面上，原子成一一对应的完全匹配，即界面上的原子同时处于两相晶 格的节点上，为相邻两晶体所共有，这种相界称为共格界面。完全共格、半完全共格、非共格。
1. 固态相变与液固相变在形核、长大规律和组织等方面的主要区别。 答：固态相变形核要求有一个临界过冷度△Tc，只有当过冷度△T>△Tc时才满足相变热力学条件。这是固态相变形核与液-固相变的根本区别。相同：形核和长大规律相同，驱动力相同都存在相变阻力都是系统自组织的过程。异处：不同点：（1）液－固相变驱动力为自由焓之差△G 相变，阻力为新相的表面能△G表，基本能连关系为：△G = △G 相变+△G表，而固态相变多了一项畸变能△G畸，基本能连关系为：△G = △G 相变+△G界面+△G畸（2）固态相变比液－固相变困难，需要较大的过冷度。固态相变阻力增加了应变能等，即固态相变中形核困难. 3.固态相变时为什么常常首先形成亚稳过渡相。佳美试卷P31P33 （1）能量方面，所需要驱动力，平衡相大于过渡相，过渡相的界面能和应变能要低，形成有利于降低相变阻力。（2）成分和结构方面。过渡相在成分和结构更接近母相，两相易于形成共格或半共格界面，减少界面能，降低形核功，形核容易进行。 4.如何理解脱溶颗粒在粗化过程中的“小粒子溶解”和“大粒子长大”现象。 （1）粗化过程驱动力是界面能的降低当沉淀相越小，其中每个原子分到的界面能越多，化学势越高，与它处于平母相中的溶质原子浓度越高即c（r2）>c(r1)。由此可见，在大粒子r1和小粒子r2之间体中存在浓度梯度，因此必然有一个扩散流，在浓度梯度的作用下，大粒子通过吸收基体中的溶质而不断长大，小粒子要不断溶解收缩，放出溶质原子来维持这个扩散流。所以出现了大粒子长大、小粒子溶解的现象 （2） 粗化过程中，小粒子溶解，大粒子长大，粒子总数减小，r增加。小粒子溶解更快。温度T升高，扩散系数D增大，使dr/dt增大。所以当温度升高，大粒子长大更快，小粒子溶解更快。 5.如何理解调幅分解在热力学上无能垒，但在实际转变过程中有阻力。 (1)应变能，溶质溶剂原子尺寸不同 (2)梯度能，原子化学键结合 (3)相间点阵畸变 6.调幅分解与形核长大型脱溶转变的主要区别。见佳美试卷P14 P34 7.如何从热力学角度理解马氏体相变的无扩散性。
炼铁部分 ※<第一章> 1．试说明以高炉为代表的炼铁生产在钢铁联合企业中的作用和地位。 2．简述高炉冶炼过程的特点及三大主要过程。 3．画出高炉本体剖面图，注明各部位名称和它们的作用。 4．试述焦炭在高炉炼铁中的三大作用及其质量要求。 5．高炉冶炼的产品有哪些？各有何用途？ 6．熟练掌握高炉冶炼主要技术经济指标的表达方式。 ※<第二章> 1、高炉冶炼对矿石（天然矿，烧结矿，球团矿）有何要求，如何达到这些要求？ 2、烧结过程中固体燃料燃烧有几种反应，用热力学分析哪一种反应占主导地位？ 3、简述固相反应的特点及其对烧结反应的影响。 5、烧结过程蓄热从何而来，为什么高料层厚度作业能提高烧结矿质量，降低燃耗？ 6、简述影响烧结矿还原性的因素以及提高还原性的主攻方向。 7、简述铁精矿粉的成球机理，并讨论影响其质量的因素。 8、从烧结矿和球团矿性能比较，说明合理炉料结构的组成。 ※<第三章> 1.结合铁矿石在高炉不同区域内的性状变化（固态、软熔或成渣）阐述铁氧化物还原的全过程，及不同形态下还原的主要特征。 2.在铁氧化物逐级还原的过程中，哪一个阶段最关键，为什么？ 3.何谓“间接”与“直接”还原？在平衡状态、还原剂消耗量及反应的热效应等方面各有何特点？ 4.试比较两种气态还原剂CO和H2在高炉还原过程中的特点。 5.当前世界上大多数高炉在节约碳素消耗方面所共同存在的问题是什么？如何解决？ 6.从“未反应核模型”以及逆流式散料床的还原过程特点出发如何改善气固相还原过程的条件，提高反应速率，以提高间接还原度？ 7.何谓“耦合反应”，其基本原理是什么？在什么条件下必须考虑其影响？ 9.造渣在高炉冶炼过程中起何作用？ 10.何谓“熔化”及“熔化性温度”？二者的异同及对冶炼过程的意义，是否熔化温度越低越好，为什么？ 11.炉渣“粘度”的物理意义是什么？以液态炉渣的微观结构理论，解释在粘度上的种种行为。 12.何谓液态炉渣的“表面性质”？表面性能不良会给冶炼过程造成哪些危害？ 13.与炼钢过程比较，高炉冶炼的条件对炉渣去硫反应的利弊如何？ 5※<第四章>