金属材料学

金属材料学

(Science of Metal Materials)

课程编号：07171390

学 分：3

学 时： 45 （其中：讲课学时：41 实验学时：4 上机学时：0 ）

先修课程：金属学、金属组织控制原理、金属材料强韧化、材料力学性能

适用专业：金属材料工程、材料成型加工、冶金专业。

教 材：戴起勋主编.金属材料学.北京：化学工业出版社，2005.9

开课学院：材料科学与工程学院

一、课程的性质与任务：

《金属材料学》是一门金属材料工程等专业的核心课程，其特点是综合性、应用性、辩证性较强。在金属学、金属组织控制原理及工艺和力学性能等课程的基础上，系统介绍金属材料合金化的一般规律及金属材料的成分、工艺、组织、性能及应用的关系。通过课堂讲授、实验等教学环节，使学生系统掌握有关金属材料学方面的知识，培养学生研究开发和合理应用金属材料的初步能力。

二、课程的基本内容及要求

绪论（金属材料的过去、现在和将来）：

1．教学内容

（1）金属材料发展简史

（2）现代金属材料

（3）金属材料的可持续发展与趋势

2．基本要求

了解金属材料在国民经济中的地位与作用、金属材料的发展概况和本课程的性质、地位和任务。

第一章 钢的合金化原理

1．教学内容

（1）钢中的合金元素：合金元素和铁基二元相图；合金元素对Fe-C相图的影响；合金钢中的相组成；合金元素在钢中的分布；

（2）合金钢中的相变：合金钢加热奥氏体化，合金过冷奥氏体分解；合金钢回火转变；

（3）金元素对强度、韧度的影响及其强韧化；

（4）合金元素对钢工艺性能的影响；

（5）微量元素在钢中的作用

（6）金属材料的环境协调性设计基本概念；

（7）钢的分类、编号方法。

2．基本要求

（1）掌握钢中合金元素与铁和碳的作用；铁基固溶体、碳（氮）化合物的形成规律；合金元素在钢中的分布；合金元素对铁-碳状态图的影响

（2）了解钢的分类、编号方法

1 江苏大学考试试题—标准答卷 第1页 共4页

课程名称： 金属材料学（B）

考试日期：

专业学号： 金属材料工程03级

姓 名：

题号 一 二 三 四 总计 核查人签名

得分

阅卷人签名

一、填空题 （30分）

1、钢的合金化基本原则是 多元适量 、 复合加入 。细化晶粒对钢性能的贡献是 既提高强度又提高塑韧性 。

2、在钢中，常见碳化物形成元素有 Ti、Nb、V、W、Mo、Cr 按强弱顺序排列，列举5个以上）。钢中二元碳化物分为两类：rc/rM ≤ 0.59为简单点阵结构，有 MC 和 M2C 型，其性能特点是 硬度高 、 熔点高 、 稳定性好 ；

rc/rM > 0.59为 复杂点阵结构，有 M3C 、 M7C3 和 M23C7 型。

3、选择零件材料的一般原则是 力学性能 、 工艺性能 、 经济性 和环境协调性等其它因素。

4、奥氏体不锈钢1Cr18Ni9晶界腐蚀倾向比较大，产生晶界腐蚀的主要原因是

在晶界上析出了Cr23C6 ，为防止或减轻晶界腐蚀，在合金化方面主要措施有 加入Ti、Nb 等强碳化物形成元素 、 降低钢中的含C量 。

5、影响铸铁石墨化的主要因素有 化学成分 、 冷却速度 。球墨铸铁在浇

注时要经过 孕育 处理和 球化 处理。QT600-3是 球墨铸铁 。

6、对耐热钢最基本的性能要求是 热强性 、 抗氧化性 。

7、铁基固溶体的形成有一定规律，影响组元在置换固溶体中溶解情况的因素有： 点阵结构 、 电子因素 、 原子半径 。

8、提高钢淬透性的主要作用是 获得均匀的组织，满足力学性能要求 、

第十一章 钛合金

1.

a) Al是钛合金的主要合金元素，它可固溶强化α相，少量溶于β相，提高α+β的时效能力，提高合金的室温、高温强度，改善抗氧化性。各类钛合金中，几乎都添加了Al。

b) 钛铝系合金的强度随铝含量的增加而升高。当Al含量大于6%后，由于出现Ti3Al有序α2相而变脆，甚至会使热加工发生困难。因此，一般工业用钛合金的Al含量很少超过6%。

2.

a) α钛合金：退火组织为单相的α固溶体；α固溶体+微量的金属间化合物。

b) β钛合金：退火或固溶状态组织为单相的β固溶体。

c) α+β钛合金:：退火组织为α+β固溶体。

d) 铸态钛合金：一般在退火状态使用。牌号：“ZTi”+合金元素符号+合金元素名义含量。

3. 一般只含单一的α稳定元素或中性元素的钛合金，尽管加热到β相区淬火，但得不到介稳定相，因此，这类钛合金不能热处理强化，通常只进行退火处理。

4. 钛与β相稳定元素组成的钛合金，可以得到不同的介稳定相：a’相、a”相（它们是置换固溶体，硬度低，塑性好，强化效果不大；而钢中马氏体是间隙固溶体，强化效果显著），w相（有很高的硬度和脆性，不能加以应用，在生产中应消除）和过冷的β’相（过饱和固溶体，极不稳定可分解为a’相、a”相、w相、α。有很好的塑性，但强度、硬度低）。

5. 钛合金化原则（p135）。

第十章 铜合金

6. 锌含量对黄铜性能有哪些影响？（书1的P146-147；书2的P202-204）

7. 单相黄铜中温脆性产生的原因是什么？如何消除？（书1的P146；书2的P204）

8. 什么是黄铜的自裂？产生原因？如何消除？（书2的P204）

9. 锡青铜的铸造性能为什么比较差？（P148）

10. 合金元素在铝青铜的作用？（Ti、Ni、Fe等）

11. 铍青铜在热处理和性能上的特点？举例说明。

12. 弹壳黄铜：含锌30%的黄铜常用来制作弹壳，称七三黄铜

13. O、S、P等常见杂质元素对纯铜性能产生哪些不良影响？

1.5 合金元素对钢强韧化的影响•合金元素是通过阻碍位错运动来提高强度，从而达到强化金属的目的。•常见的提高钢材强度的手段有：•固溶强化，晶界强化，第二相强化（沉淀强化），位错强化（加工硬化强化）•通过对这四种方式单独或综合加以运用，便可以有效地提高钢的强度。

①钢淬火形成马氏体。马氏体中溶有过饱和的碳和合金元素，产生很强的固溶强化效应；②马氏体形成时产生高密度位错，位错强化效应很大；附：钢淬火回火提高强度的机制提高钢强度最常用的方法是淬火和随后的回火

•③奥氏体转变为马氏体时，形成许多极细小的、取向不同的马氏体束，产生细晶强化效应。•④淬火后回火，马氏体中析出细碳化物粒子，间隙固溶强化效应大大减小，但产生强烈的析出强化效应。•由此可知，马氏体强化充分而合理地利用了全部四种强化机制，是钢的最经济和最有效的强化方法。

•常规热轧钢与控制轧制冷却钢组织性能上的基本差别在于前者铁素体晶粒在奥氏体晶界上形核，后者由于控制轧制，奥氏体晶粒被形变带划分几个部分，铁素体晶粒可在晶界和晶粒上同时形核，从而形成了晶粒非常细小的组织。•充分而合理地利用了全部四种强化机制，尤其是细晶强化。

1.5.3.2提高钢韧性的合金化途径1. 降低钢中有害杂质S，O，P，N等的含量；2. 降低C含量；3. 加入Ni；提高奥氏体层错能元素来提高韧性的。4. 细化晶粒；5. 改变碳化物大小、形状和分布；6. 控制杂质的形状为球状。细化A晶粒Ti、V、Nb、Zr、Al提高淬透性除Co以外，如Mn、Cr、W、Mo提高回火抗力Cr、W、Mo、V固溶强化Ni、Si、Al、Co、Cu、Mn、Cr、Mo、W第二相强化Mn、Cr、Mo、W扩大A相Ni、Mn、Cu、N扩大F相Si、Cr、W、Mo、V、Ti、Al形成致密氧化膜Si、Al、Ni、Cr、W、Mo、Ti2)合金元素在钢中作用

•思考题：•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?•Crl3型马氏体不锈钢不宜在550－600℃范围内进行回火，由于在此温度回火钢中易弥散析出Cr的碳化物，不仅钢的耐蚀性降低而且冲击韧性也降低。故不采用中温回火状态下使用。第九章铝合金一、Al的合金化及强化•合金元素主要强化作用有：固溶强化，沉淀强化，过剩相强化和细化组织强化