金属材料学复习

金属材料学复习题及答案〔1-32 题〕1. 解释以下名词合金元素:特别添加到金属中为了保证获得所要求的组织构造、物理、化学和机械性能的化学元素。

合金钢：为了增加某些性能而添加合金元素的钢马氏体：碳溶于α-Fe 的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无集中型相变转变成的亚稳定相奥氏体：碳溶于 -Fe 中形成的固溶体淬透性：钢在淬火时能获得马氏体的力量，是钢本身固有的一个属性淬硬性：在抱负淬火条件下，以超过临界冷却速度所形成的马氏体组织能够到达的最高硬度淬火临界冷却速度：为了获得马氏体所需的最低的冷却速度二次硬化 ：某些铁碳合金〔如高速钢〕须经屡次回火后，才进一步提高其硬度。

这种 硬化现象，称为二次硬化，它是由于特别碳化物析出和〔或〕由于与奥氏体转变为马氏体或贝氏体所致不锈钢 ：在空气、水、盐、酸、碱等腐蚀介质中具有高的化学稳定性的钢耐热钢：通常将在高温条件下工作的钢称耐热钢2. 合金元素在钢中以什么形式存在?对钢的性能有哪些影响?答：存在形式：溶于固溶体、形成碳化物和氮化物、存在于金属化合物、各类夹杂物、自由态固溶体：随溶质元素含量的增多，产生固溶强化作用3. 指出Fe-C 相图中Ac1、Ac3、ACcm 、Ar1、Ar3、Arcm 各相变点的意义。

答：Ac1：加热时，P 向A 转变的开头温度；Ac3：加热时，先共析F 全部转为A 的终了温度ACcm ：加热时，Fe 3C Ⅱ全部融入A 的终了温度Ar1：冷却时，A 向P 转变的开头温度Ar3：冷却时，A 开头析出先共析F 的温度Arcm ：冷却时，A 开头析出Fe 3C Ⅱ的温度5. 指出以下铁碳合金工件的淬火及回火温度，并说明回火后得到的组织和大致硬度。

〔1〕wc=0.45%钢制小轴〔要求综合力学性能好〕；〔2〕wc=0.60%钢制弹簧；〔3〕wc=1.2% 钢制锉刀。

答：(1). 45 钢小轴,840 度淬火，回火温度调质 500-600，布氏 250 左右，回火索氏体(2)60 弹簧钢，820 度淬火，回火温度 380-420，硬度 40-45HRC ，回火托氏体(3)T12 钢锉刀 ，780-800 度淬火，回火温度 160-180，硬度 60-60HRC ，回火马氏体 6. 现有低碳钢和中碳钢齿轮各一个，为了使齿面具有高硬度和高耐磨性，应进展何种热处理？ 并比较经热处理后组织和性能上有何不同？答：低碳钢进展的热处理工艺：渗碳直接淬火+低温回火 外表组织为：回火M+碳化物中碳钢进展的热处理工艺：调质处理+外表淬火+低温回火组织为：回火M7.试说明外表淬火、渗碳、氮化热处理工艺在用钢、性能、应用范围等方面的差异。

金属材料学复习题及答案（1-32题）1.解释下列名词合金元素:特别添加到金属中为了保证获得所要求的组织结构、物理、化学和机械性能的化学元素。

合金钢：为了增加某些性能而添加合金元素的钢马氏体：碳溶于α-Fe的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相奥氏体：碳溶于ɣ-Fe中形成的固溶体淬透性：钢在淬火时能获得马氏体的能力，是钢本身固有的一个属性淬硬性：在理想淬火条件下，以超过临界冷却速度所形成的马氏体组织能够达到的最高硬度淬火临界冷却速度：为了获得马氏体所需的最低的冷却速度二次硬化：某些铁碳合金（如高速钢）须经多次回火后，才进一步提高其硬度。

这种硬化现象，称为二次硬化，它是由于特殊碳化物析出和（或）由于与奥氏体转变为马氏体或贝氏体所致不锈钢：在空气、水、盐、酸、碱等腐蚀介质中具有高的化学稳定性的钢耐热钢：通常将在高温条件下工作的钢称耐热钢2.合金元素在钢中以什么形式存在?对钢的性能有哪些影响?答：存在形式：溶于固溶体、形成碳化物和氮化物、存在于金属化合物、各类夹杂物、自由态固溶体：随溶质元素含量的增多，产生固溶强化作用3.指出Fe-C相图中Ac1、Ac3、ACcm、Ar1、Ar3、Arcm各相变点的意义。

答：Ac1：加热时，P向A转变的开始温度；Ac3：加热时，先共析F全部转为A的终了温度ACcm：加热时，Fe3CⅡ全部融入A的终了温度Ar1：冷却时，A向P转变的开始温度Ar3：冷却时，A开始析出先共析F的温度Arcm：冷却时，A开始析出Fe3CⅡ的温度5.指出下列铁碳合金工件的淬火及回火温度，并说明回火后得到的组织和大致硬度。

（1）wc=0.45%钢制小轴（要求综合力学性能好）；（2）wc=0.60%钢制弹簧；（3）wc=1.2%钢制锉刀。

答：(1).45钢小轴,840度淬火，回火温度调质 500-600，布氏250左右，回火索氏体(2)60弹簧钢，820度淬火，回火温度380-420，硬度40-45HRC，回火托氏体(3)T12钢锉刀，780-800度淬火，回火温度160-180，硬度60-60HRC，回火马氏体6.现有低碳钢和中碳钢齿轮各一个，为了使齿面具有高硬度和高耐磨性，应进行何种热处理？并比较经热处理后组织和性能上有何不同？答：低碳钢进行的热处理工艺：渗碳直接淬火+低温回火表面组织为：回火M+碳化物中碳钢进行的热处理工艺：调质处理+表面淬火+低温回火组织为：回火M7.试说明表面淬火、渗碳、氮化热处理工艺在用钢、性能、应用范围等方面的差别。

金属材料学复习思考题（2016.05）第一章钢的合金化原理1-1名词解释（1）合金元素；（2）微合金化元素；（3）奥氏体稳定化元素；（4）铁素体稳定化元素；（5）杂质元素；（6）原位析出；（7）异位析出；（8）晶界偏聚（内吸附）；（9）二次硬化；（10）二次淬火；（11）回火脆性；（12）回火稳定性1-2 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α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？C相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？1-3简述合金元素对Fe-Fe31-4 为何需要提高钢的淬透性？哪些元素能显著提高钢的淬透性？（作业）1-5 能明显提高钢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？（作业）1-6合金钢中V，Cr，Mo，Mn等所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。

1-7试解释含Mn和碳稍高的钢容易过热，而含Si的钢淬火温度应稍高，且冷作硬化率较高，不利于冷加工变形加工？（作业）1-8 V/Nb/Ti、Mo/W、Cr、Ni、Mn、Si、B等对过冷奥氏体P转变影响的作用机制。

1-9合金元素对马氏体转变有何影响？1-10如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性？1-11如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的异同之处？1-12钢有哪些强化机制？如何提高钢的韧性？（作业）1-13 为什么合金化基本原则是“复合加入”？试举两例说明复合加入的作用机理？（作业）1-14 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？（作业）1-15 40Cr、40CrNi、40CrNiMo钢，其油淬临界淬透性直径分别为25~30 mm、40~60mm和60~100mm，试解释淬透性成倍增大的现象。

（作业）1-16在相同成分的粗晶粒和细晶粒钢中，偏聚元素的偏聚程度有什么不同？（作业）第二章工程结构钢2-1为什么普通低合金钢中基本上都含有不大于1.8%~2.0%的Mn？（作业）2-2试述碳及合金元素在低合金高强度工程结构钢中的作用，为什么考虑采用低碳？提高低合金高强度结构钢强韧性的途径是什么？2-3什么是微合金化钢？微合金化元素在微合金钢中的主要作用有哪些？2-4 V、Nb、Ti这三种微合金元素在低碳（微）合金工程结构钢中，作用有何不同？（作业）2-5针状铁素体钢的合金化、组织和性能特点？2-6低碳贝氏体钢的合金化有何特点？2-7汽车工业用的高强度低合金双相钢，其成分、组织和性能特点是什么？（作业）第三章机械制造结构钢3-1名词解释：1）液析碳化物；2）网状碳化物；3）水韧处理3-2 调质钢和非调质钢在成分、生产工艺、组织和性能方面的异同何在？3-3弹簧钢为什么要求较高的冶金质量和表面质量？为什么弹簧钢中碳含量一般在0.5%~0.75%之间？3-4GCr15钢用作滚动轴承钢时，其中的碳和铬的含量约为多少？碳和铬的主要作用分别是什么？对该钢的基本要求如何？该钢的碳化物不均匀性体现在哪几方面？有何危害，如何这种不均匀性？其预备热处理和最终热处理分别是什么？作用何在？（作业）3-5说明20Mn2钢渗碳后无法直接淬火的原因？高淬透性渗碳钢18Cr2Ni4W的常用热处理工艺（渗碳加淬火回火）有何特点？如何理解？（作业）3-6合金元素对渗碳钢和氮化钢的作用主要体现在哪几方面？Al对氮化钢的作用何在？3-7 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怎样的热处理，得到什么样的金相组织？为什么直径25mm的40CrNiMo钢棒料，经过正火后难以切削？如何经济有效地改善其切削加工性能？3-8 高锰钢在平衡态、铸态、热处理态、使用态四种状态下各是什么组织？在何种情况下具有高耐磨性能？为什么ZGMn13型高锰钢在淬火时能得到全部的奥氏体组织，而缓冷却得到了大量的马氏体？（作业）3-9为什么说淬透性是评定结构钢性能的重要指标？（作业）3-10 用低淬透性钢制作中、小模数的中、高频感应加热淬火齿轮有什么优点？（作业）3-11 某精密镗床主轴采用38CrMoAl钢制造，某重型齿轮镗床主轴采用20CrMnTi钢制造，某普通车床主轴选用40Cr钢。

一、填空题1、特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构、物理、化学和机械性能的化学元素称为，在碳钢基础上加入一定量合金元素的钢称为。

高合金钢：般指合金元素总含量超过的钢。

一般指合金元素总含量在范围内的钢称为中合金钢。

低合金钢：一般指合金元素总含量的钢。

微合金钢：合金元素(如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等于，而能显著影响组织和性能的钢。

2、奥氏体形成元素使A3线，A4线，在较宽的成分范围内，促使奥氏体形成，即扩大了γ相区。

根据Fe-Me相图的不同可分为：开启γ相区元素和扩展γ相区元素。

、属于开启γ相区合金元素，与γ-Fe无限固溶，使δ和α相区缩小。

C、N、Cu、Zn、Au属于扩展γ相区的元素，合金元素与α-Fe和γ-Fe均形成有限固溶体。

3、铁素体(α)稳定化元素使A4降低，A3升高，在较宽的成分范围内，促使铁素体形成，即缩小了γ相区。

根据Fe-Me相图的不同，可分为：封闭γ相区(无限扩大α相区)和缩小γ相区(不能使γ相区封闭)。

对封闭γ相区的元素，当合金元素达到某一含量时，A3与A4重合，其结果使δ相与α相区连成一片。

当合金元素超过一定含量时，合金不再有α-γ相变，与α-Fe形成无限固溶体。

4、扩大γ相区元素降低了共析温度，缩小γ相区元素升高了共析温度。

几乎所有合金元素都使共析S碳含量点降低，尤其以强碳化物形成元素的作用最为强烈。

共晶点E的碳含量也随合金元素增加而降低。

5、碳化物在钢中的稳定性取决于金属元素与碳元素亲和力的大小，一般来说，碳化物的生成热愈大，碳化物愈稳定。

根据碳化物结构类型，分为简单点阵结构和复杂点阵结构。

形成碳化物的结构类型与合金元素的原子半径有关，当r C/r M＞0.59时，形成复杂点阵结构，当r C/r M＜0.59时形成简单点阵结构。

6、强C化合物形成元素有钛、锆、铌、钒，中等强度的有钼、钨、铬，弱的有锰、铁，强碳化物形成元素总是优先与碳结合形成碳化物，若碳含量有限，较弱的碳化物形成元素将溶入固溶体中，碳化物稳定性愈好，溶解越难，析出越难，聚集长大越难。

安徽工业大学材料学院金属材料学复习题一、必考题1、金属材料学的研究思路是什么？试举例说明。

答：使用条件→性能要求→组织结构→化学成分↑生产工艺举例略二、名词解释1、合金元素：添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学或机械性能的含量在一定范围内的化学元素。

（常用M来表示）2、微合金元素：有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，当其含量只在%左右（如B %，V %）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这些化学元素称为微合金元素。

3、奥氏体形成元素：使A3温度下降，A4温度上升，扩大γ相区的合金元素4、铁素体形成元素：使A3温度上升，A4温度下降，缩小γ相区的合金元素。

5、原位析出：回火时碳化物形成元素在渗碳体中富集，当浓度超过溶解度后，合金渗碳体在原位转变为特殊碳化物。

6、离位析出：回火时直接从过饱和α相中析出特殊碳化物，同时伴随有渗碳体的溶解。

7、二次硬化：在含有Mo、W、V等较强碳化物形成元素含量较高的高合金钢淬火后回火，硬度不是随回火温度的升高而单调降低，而是在500－600℃回火时的硬度反而高于在较低温度下回火硬度的现象。

8、二次淬火：在强碳化物形成元素含量较高的合金钢中淬火后残余奥氏体十分稳定，甚至加热到 500-600℃回火时仍不转变，而是在回火冷却时部分转变成马氏体，使钢的硬度提高的现象。

9、液析碳化物：钢液在凝固时产生严重枝晶偏析，使局部地区达到共晶成分。

当共晶液量很少时，产生离异共晶，粗大的共晶碳化物从共晶组织中离异出来，经轧制后被拉成条带状。

由于是由液态共晶反应形成的，故称液析碳化物。

10、网状碳化物：过共析钢在热轧（锻）后缓慢冷却过程中，二次碳化物沿奥氏体晶界析出呈网状分布，称为网状碳化物。

11、水韧处理：将高锰钢加热到高温奥氏体区，使碳化物充分溶入奥氏体中，并在此温度迅速水冷，得到韧性好的单相奥氏体组织的工艺方式。

12、晶间腐蚀：金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界发生的一种局部腐蚀。

金属材料学复习资料一．名词解释1、合金元素: 为了得到一定的物理、化学或机械性能而特别添加到钢中的化学元素。

(常用M来表示)2、微合金元素:有些合金元素如V,Nb,Ti，Zr和B等，当其含量只在0.1％左右（如B 0。

001％，V 0。

2 %）时,会显著地影响钢的组织与性能,将这种化学元素称为微合金元素.3、奥氏体形成元素：在γ—Fe中有较大的溶解度，且能稳定γ相；如Mn, Ni，Co，C，N，Cu；4、铁素体形成元素：在α—Fe中有较大的溶解度，且能稳定α相。

如：V,Nb, Ti 等。

5、原位转变（析出）：元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时，合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物.6、离位转变（析出）:在回火过程中直接从α相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，可使HRC 和强度提高（二次硬化效应）。

如V，Nb，Ti等都属于此类型.7、二次淬火:在强碳化物形成元素含量较高的合金钢中淬火后残余奥氏体十分稳定,甚至加热到500~600℃范围内回火时仍不分解，而是在冷却时部分转化成马氏体，使钢的硬度提高.8、二次硬化:在含有Ti、V、Nb、Mo、W等较高合金淬火后,在500~600℃范围内回火，在α相中沉淀析出这些元素的特殊碳化物，并使钢的硬度和强度提高9、液析碳化物：由于碳和合金元素偏析,在局部微小区域内从液态结晶时析出的碳化物。

10、带状碳化物:由于二次碳化物偏析，在偏析区沿轧向伸长呈带状分布。

11、网状碳化物：过共析钢在热轧（锻）加工后缓慢冷却过程中由二次碳化物以网状析出于奥氏体晶界所造成的。

12、水韧处理:高锰钢铸态组织中沿晶界析出的网状碳化物显著降低钢的强度、韧性和抗磨性.将高锰钢加热到单相奥氏体温度范围,使碳化物充分溶入奥氏体，然后水冷，获得单一奥氏体组织。

13、超高强度钢：用回火M和下B作为其使用组织，经过热处理后一般讲，抗拉强度在大于1400MPa,（或屈服强度大于1250MPa）的中碳钢均称为超高强度钢。

第一章 合金化原理主要内容 ：碳钢中的常存杂质 碳钢的分类 碳钢的用途1.2 钢的合金化原理：① Me 在钢中的存在形式 ②Me 与铁和碳的相互作用 ③Me 对Fe-Fe3C 相图的影响 ④Me 对钢的热处理的影响 ⑤Me 对钢的性能的影响1.3合金钢的分类概念：⑴合金元素 ：特别添加 到钢中为了保证获得所要求的组织结构、 物理、化学和机 械性能的化学元素。

⑵杂质：冶炼时 由原材料以及冶炼方法、工艺操作而 带入 的化学元素。

⑶碳钢： 含碳量在 0.0218-2.11% 范围内的铁碳合金。

⑷合金钢：在碳钢基础上加入一定量合金元素的钢。

① 低合金钢： 一般指合金元素总含量小于或等于 5%的钢。

② 中合金钢： 一般指合金元素总含量在 5～10%范围内的钢。

③ 高合金钢： 一般指合金元素总含量超过 10%的钢。

④ 微合金钢： 合金元素（如 V,Nb,Ti,Zr,B ） 含量小于或等于 0.1%，而能显著影响 组织和性能的钢。

1.1 碳钢概论1. 锰（ Mn ）和硅（ Si ）⑴Mn ：W Mn ％＜0.8 ％ ①固溶强化 ②形成高熔点 MnS 夹杂物（塑性夹杂物），减 少钢的热脆 （高温晶界熔化，脆性↑） ；⑵Si ：W Si ％＜0.5％ ①固溶强化 ②形成 SiO2 脆性夹杂物；⑶Mn 和 Si 是有益杂质 ，但夹杂物 MnS 、SiO2将使钢的疲劳强度和塑、韧性下降 。

2. 硫（S ）和磷（ P ）⑴S ：在固态铁中的 溶解度极小 ， S 和 Fe 能形成 FeS ，并易于形成 低熔点共晶 。

发生热脆 （ 裂） 。

⑵P ：可固溶于α -铁，但剧烈地降低钢的韧性，特别是 低温韧性 ，称为冷脆。

磷 可以提高钢在大气中的抗腐蚀性能 。

⑶S 和 P 是有害杂质 ，但可以 改善钢的切削加工性能 。

3．氮（ N ）、氢（ H ）、氧（ O ）⑴N ：在α -铁中可溶解， 含过饱和 N 的钢析出氮化物—机械时效或 应变时效（经 变形，沉淀强化，强度↑，塑性韧性↓，使其力学性能改变） 。

金属材料学复习思考题（2016.05）第一章钢的合金化原理1-1名词解释（1）合金元素；（2）微合金化元素；（3）奥氏体稳定化元素；（4）铁素体稳定化元素；（5）杂质元素；（6）原位析出；（7）异位析出；（8）晶界偏聚（内吸附）；（9）二次硬化；（10）二次淬火；（11）回火脆性；（12）回火稳定性1-2 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α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？1-3简述合金元素对Fe-Fe3C相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？1-4 为何需要提高钢的淬透性？哪些元素能显著提高钢的淬透性？（作业）1-5 能明显提高钢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？（作业）1-6合金钢中V，Cr，Mo，Mn等所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。

1-7试解释含Mn和碳稍高的钢容易过热，而含Si的钢淬火温度应稍高，且冷作硬化率较高，不利于冷加工变形加工？（作业）1-8V/Nb/Ti、Mo/W、Cr、Ni、Mn、Si、B等对过冷奥氏体P转变影响的作用机制。

1-9合金元素对马氏体转变有何影响？1-10如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性？1-11如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的异同之处？1-12钢有哪些强化机制？如何提高钢的韧性？（作业）1-13 为什么合金化基本原则是“复合加入”？试举两例说明复合加入的作用机理？（作业）1-14 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？（作业）1-1540Cr、40CrNi、40CrNiMo钢，其油淬临界淬透性直径分别为25~30 mm、40~60mm和60~100mm，试解释淬透性成倍增大的现象。

（作业）1-16在相同成分的粗晶粒和细晶粒钢中，偏聚元素的偏聚程度有什么不同？（作业）第二章工程结构钢2-1为什么普通低合金钢中基本上都含有不大于1.8%~2.0%的Mn？（作业）2-2试述碳及合金元素在低合金高强度工程结构钢中的作用，为什么考虑采用低碳？提高低合金高强度结构钢强韧性的途径是什么？2-3什么是微合金化钢？微合金化元素在微合金钢中的主要作用有哪些？2-4 V、Nb、Ti这三种微合金元素在低碳（微）合金工程结构钢中，作用有何不同？（作业）2-5针状铁素体钢的合金化、组织和性能特点？2-6低碳贝氏体钢的合金化有何特点？2-7汽车工业用的高强度低合金双相钢，其成分、组织和性能特点是什么？（作业）第三章机械制造结构钢3-1名词解释：1）液析碳化物；2）网状碳化物；3）水韧处理3-2 调质钢和非调质钢在成分、生产工艺、组织和性能方面的异同何在？3-3弹簧钢为什么要求较高的冶金质量和表面质量？为什么弹簧钢中碳含量一般在0.5%~0.75%之间？3-4GCr15钢用作滚动轴承钢时，其中的碳和铬的含量约为多少？碳和铬的主要作用分别是什么？对该钢的基本要求如何？该钢的碳化物不均匀性体现在哪几方面？有何危害，如何这种不均匀性？其预备热处理和最终热处理分别是什么？作用何在？（作业）3-5说明20Mn2钢渗碳后无法直接淬火的原因？高淬透性渗碳钢18Cr2Ni4W的常用热处理工艺（渗碳加淬火回火）有何特点？如何理解？（作业）3-6合金元素对渗碳钢和氮化钢的作用主要体现在哪几方面？Al对氮化钢的作用何在？3-7 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怎样的热处理，得到什么样的金相组织？为什么直径25mm的40CrNiMo钢棒料，经过正火后难以切削？如何经济有效地改善其切削加工性能？3-8 高锰钢在平衡态、铸态、热处理态、使用态四种状态下各是什么组织？在何种情况下具有高耐磨性能？为什么ZGMn13型高锰钢在淬火时能得到全部的奥氏体组织，而缓冷却得到了大量的马氏体？（作业）3-9为什么说淬透性是评定结构钢性能的重要指标？（作业）3-10 用低淬透性钢制作中、小模数的中、高频感应加热淬火齿轮有什么优点？（作业）3-11 某精密镗床主轴采用38CrMoAl钢制造，某重型齿轮镗床主轴采用20CrMnTi钢制造，某普通车床主轴选用40Cr钢。

一、填空题1奥氏体形成元素使A3（921）线降低，A4（1394）线升高，在较宽的成分范围内，促使奥氏体形成，即扩大了γ相区。

根据Fe-Me相图的不同可分为：开启γ相区元素和扩展γ相区元素。

Ni，Mn，Co 属于开启γ相区合金元素，与γ-Fe无限固溶，使δ和α相区缩小。

C、N、Cu、Zn、Au属于扩展γ相区的元素，合金元素与α-Fe和γ-Fe均形成有限固溶体。

2、铁素体(α)稳定化元素使A4升高，A3降低，在较宽的成分范围内，促使铁素体形成，即缩小了γ相区。

根据Fe-Me相图的不同，可分为：封闭γ相区(无限扩大α相区)和缩小γ相区(不能使γ相区封闭)。

对封闭γ相区的元素，当合金元素达到某一含量时，A3与A4重合，其结果使δ相与α相区连成一片。

当合金元素超过一定含量时，合金不再有α-γ相变，与α-Fe形成无限固溶体。

3.碳化物在钢中的稳定性取决于金属元素与碳元素亲和力的大小，碳化物的生成热愈大，碳化物愈稳定。

根据碳化物结构类型，分为简单点阵结构和复杂点阵结构。

在钢中，常见碳化物形成元素有Ti、Nb、V、Mo、W、Cr、（按强弱顺序排列，列举5个以上）。

形成碳化物的结构类型与合金元素的原子半径有关，当rC/rM 大于0.59时，形成复杂点阵结构，有M23C6、M7C3和M3C 型。

当rC/rM 小于0.59时形成简单点阵结构。

有MC和M2C 型；两者相比，后者的性能特点是硬度高、熔点高和稳定性好。

4.强C化合物形成元素有Ti,Zr,Nb,V ，中等强度的有W,Mo,Cr，弱的有Mn，Fe，强碳化物形成元素总是优先与碳结合形成碳化物，若碳含量有限，较弱的碳化物形成元素将溶入固溶体中，碳化物稳定性愈好，溶解越难，析出越难，聚集长大越难。

碳化物形成元素可提高碳在奥氏体中的扩散激活能，阻碍奥氏体晶粒的长大，非碳化合物形成元素对奥氏体晶粒的长大作用影响不大。

5.合金钢中的相组成包括：固溶体，碳化物和氮化物，金属间化合物。

金属材料复习资料一、结构钢1、低合金结构钢2、表面硬化钢（渗碳钢）3、调质钢典型钢号碳及合金含量合金元素作用热处理工艺 及组织性能用途Q235、Q345（16Mn ）、Q420（15MnVN ）；属于低碳， ωc<=0.2%，低合金，合金含量一般小于3%；主加元素Mn 固溶强化；辅加的V 、Ti 、Nb 、A 等可形成强氮（碳）化合物可弥散强化；Cu 、P 提高耐蚀性；稀土RE 净化金属；正火或正火+高温回火； S 或S 回； 高强度，足够的韧性、塑性及低温韧性，良好的焊接性和热、冷塑性加工性；桥梁、车辆、锅炉、船舶、压力容器、起重设备等 典型钢号碳及合金含量合金元素作用热处理工艺 及组织性能 用途20Cr、18Cr2Ni4WA 、20MnVB;C含量0.1%~0.25%； 主加元素Cr 、Mn 、Ti 、B 提高淬透性；辅加的Mo 、W 、V 、Ti 形成稳定的合金碳化物组织渗碳时奥氏体晶粒长大；渗碳后直接淬火+低温回火；表层组织细针状回火高碳马氏体+粒状碳化物+少量残余奥氏体；表硬内韧、高耐磨性，优良的热处理性能； 汽车和机床齿轮、发动机曲轴、凸轮轴等；4、弹簧钢5、滚动轴承钢典型钢号 碳及合金含量合金元素作用 热处理工艺 及组织性能 用途45、40Mn 、40MnVB 、40CrNiMoA;C 含量0.25%~0.5%； 主加元素Cr 、Mn 、Si 、Ni 、B 提高淬透性及固溶强化；辅加的Mo 、W 抑制第二类回火脆性，V 阻碍奥氏体长大，能细晶强韧化和弥散强化；最终热处理淬火+高温回火；组织S 回； 优良的力学性能（好的强度和韧性）； 发动机连杆、曲轴、机床主轴等；典型钢号 碳及合金含量合金元素作用 热处理工艺 及组织性能 用途65、65Mn 、55Si2Mn 、50CrV A;碳素弹簧钢碳含量0.6%~0.9%；合金弹簧钢碳含量0.45%~0.7%； 主加元素Cr 、Mn 、Si 提高淬透性及回火稳定性、固溶强化基体；辅加的Mo 、W 、V 防止脱碳和过热；淬火+中温回火； 组织T 回；高的弹性极限和屈强比，高的疲劳极限，足够的塑性和韧性；汽车、火车上的各种板簧、螺旋弹簧、仪表弹簧； 典型钢号碳及合金含量合金元素作用热处理工艺 及组织性能用途二、工具钢性能要求：高的硬度和高的耐磨性；高的热硬性，高温工作状态（500~600℃）下保持较高的硬度；适当的韧性；成分与组织特点：通常使用状态是在回火马氏体基体上分布着细小的均匀的粒状碳化物。

1机械零件用钢的合金化主加元素Cr,Mn,Si,Ni.作用是提高刚的最透性和力学性能，铺家元素有Mo,W,V,B能降低钢的过热敏感性，消除刚的回火脆性，进一步提高最透性2调质钢中加入Mn，能大为提高刚的最透性，但容易使钢有过热倾向，并有回火脆性倾向，Ni是非C化物形成元素，能有效的提高刚基体的韧度，并且Nn-Cr的符合加入，提高最透性作用很大，但也有回火脆性倾向。

Mn能进一步提高最透性，既提高回火稳定性，细化晶粒，又能有效的消除或降低回火脆性倾向，V是强碳化物形成元素，有效的细化晶粒，提高最透性，降低钢过热敏感性。

3普通常用弹簧材料：碳素钢和低合金钢，Cr，Mn提高最透性，Si提高弹性极限，V 提高最透性和细化晶粒。

4轴承钢性能：1高而均匀的硬度和耐磨性，2高的接触疲劳强度，3高的弹性极限和一定的韧度，4尺寸稳定性好，5一定的耐蚀性，6具有良好的冷热加工性能。

5渗碳钢：Mn,Cr,Ni的主要作用是提高渗碳钢的最透性，以使较大尺寸的零件在最火是芯部能获得大量的半条马氏体，Ti,V,W,Mo阻止A晶粒在高温渗碳时长大，能细化粒,Mn,Cr,Ni还可改变渗碳层参数。

6渗碳层参数：表层含碳量，表层浓度梯度，。

C化物形成元素将增大钢表面吸收C的能力，增加渗碳层表面C浓度，利于增加渗碳层深度，另一方面又阻碍C在A中扩散，不利于渗碳层增厚，Cr,Mn,Mo有利于增厚，Ti,V不利于。

7N化钢特点：不需进行任何热处理就可得到非常高的表面硬度，所以耐磨性好，零件之间发生咬死和擦伤倾向小；可提高疲劳强度，改善对缺口的敏感性；还具有抗水，油等腐蚀能力，有一定的耐热性在低于渗氮温度下受热有高硬度，最有效的N化物元素为Al,Nr,V所形成的N化物最稳定，其次是Cr,Mo,W.Cr,Mo,Mn提高最透性，以满足调质处理，Mo,V使调至后的组织在长时间N话处理时保持稳定，也防止高温回火稳定。

8N化钢的含碳比渗碳钢高：一方面是因为服役条件不同，另一方面能获得比较高的硬度，支撑高硬度表层，在过渡区有良好的硬度匹配。

金属材料学重点一、填空题（30分，每空格1分）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点向左下方移动，例 Mn、Ni 等元素（写出2个）；凡封闭γ区的元素使S、E点向左上方移动，例 Cr、Mo 等元素（写出2个）。

S点左移意味着共析碳含量降低。

6、QT600-3是球墨铸铁，“600”表示抗拉强度不小于600MPa，“3”表示延伸率不小于3%。

7、H68是黄铜，LY12是硬铝，QSn4-3是锡青铜。

1．8、在非调质钢中常用微合金化元素有 Ti、V等（写出2个），这些元素的主要作用是细晶强化和沉淀强化。

9、铝合金热处理包括固溶处理和时效硬化两过程，和钢的热处理最大的区别是没有同素异构转变名词解释：莱氏体钢：凝固过程会发生共晶相变使得凝固组织中含有共晶组织(莱氏体)的高合金钢。

合金元素：是指特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构、物理、化学和机械性能的化学元素。

微合金元素：在钢中质量分数低于0.1%左右而对钢的性能和微观组织有显著或特殊影响的合金添加元素称微合金元素如Al、Nb、V、Ti、B、Ni、Cr、Mo 合金钢：是指为了提高某些性能而添加入合金元素的钢。

微合金钢：合金元素(如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等于0.1%而能显著影响组织和性能的钢。

微合金化：在钢中加入少量(一般不大于0.2%，通常在0.1%以下)特殊的合金元素(如铌、钒、钛、硼等)以提高性能的工艺技术。