金属材料学

名词解释

1、碳当量：一般以各元素对共晶点实际含C量的影响，将这些元素的含量折算成C的百分数，用这种方法的含C量称为碳当量。

2、共晶度：普通铸铁中含碳量与共晶点含碳量的比值

3、孕育处理：把孕育剂加入到浇注前的铁液中，以改变铁液的冶金状态，从而改善铸铁的组织与性能。

4、可锻铸铁：将一定成分铁水浇注成的白口铸铁，然后经过长时间的石墨化退火使白口铁的游离渗碳分解成团絮状石墨体，从而得到由团絮状石墨和不同基体组织的铸铁。这种铸铁即为可锻铸铁。

5、球化处理：在铁水浇注前，向铁水中加入球化剂，使片状石墨转化为球状石墨，而所得的一种铸铁处理过程。

6、AL热处理特点：固溶时效，Mg和AL相似，组织粗大，淬火加热温度低，合金元素在镁中扩散的速度快，退火保温时间长，氧化倾向大，加热炉保护。

7、合金元素：为了得到一定的物理、化学或机械性能而添加到钢中的有一定范围的化学元素。

8、微合金元素：在钢中加入某些元素时，只能加入极少的量，即是……

9、奥氏体形成元素：合金元素中，在γ-Fe中有较大溶解度，并能稳定γ-Fe的元素

10、铁素体形成元素：在α-Fe中有较大的溶解度，并使α-Fe不稳定的元素

11、二次淬火：在强合金形成元素含量较多的合金钢中，淬火后奥氏体十分稳定，甚至加热到500-600度回火升温与保温时仍不分解，而是在冷却部分转变成马氏体，使钢的硬度提高。

12二次硬化：从α相中直接析出的特殊碳化物尺寸细小，稳定性好，并与母相保持着共格关系，故强化效果比较显著，伴随着这类特殊碳化物的析出，合金钢的硬度会升高，在硬度与回火温度的关系曲线上出现峰值，这种现象称为….

13、合金：在金属中加入的非基体元素，使基体的组织和性能得到改善

14、475°C脆性：合金钢（含Cr、Ni、Mn、Si等元素）淬火并在450°C-650°C回火后产生低韧性现象，也称为高温回火脆性和第二类回火脆性

15、原位析出：碳化物形成元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体的溶解度时，合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物。

16、蠕变极限：金属材料在高温长时间的载荷作用下的塑性变形抗力，在规定温度（t）下，使试样在规定时间内产生的稳态蠕变速度不超过规定值的最大应力，在规定温度下和在规定的实验时间内，使试样产生的蠕变总伸长率不超过规定值的最大应力

17、晶间腐蚀：金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界产生的腐蚀，是一种由微电池作用而引起的局部破坏现象

18、离位析出：含强碳化物形成元素的钢中，回火碳化物转变是直接从过饱和α相中析出特殊碳化物，同时伴有渗碳体的分解

19、持久强度：持久强度极限是试样在一定温度和规定的持续时间内引起断裂的最大应力值，

高温疲劳强度：在高温疲劳时只有条件疲劳极限，即把在某一规定的循环次数（一般采用107~108次）下而不断裂时的最大应力作为疲劳极限。

20、淬透性 ：一般是指钢在淬火时获得M的能力，是钢材本身固有的一个属性。

在结构钢中，↑M淬透性作用显著的元素从大到小排列：（B）、Mn、Mo、Cr、Si、Ni 。

21、淬硬性：钢在理想条件下进行淬火所能达到的最高硬度的能力主要与钢的碳质量分数有关。

22、淬透性好的作用：可以使工件得到均匀而良好的力学性能，满足技术要求；在淬火时，可选用较缓和的冷却介质，以减小工件的变形与开裂倾向。 23、变形开裂倾向：热应力→变形;组织应力→ 开裂;附加应力较复杂.影响因素比较复杂,要综合分析.采用分级淬火、等温淬火或双液淬火可降低应力，减小变形开裂倾向。采用调质、球化退火等预先热处理也可减小零件的变形。

24、分级淬火：将奥氏体化后的工件迅速投入温度稍高于或稍低于Ms点的盐浴或碱浴中保持适当时间，在工件整体达到介质温度后取出空冷获得马氏体。

25、等温淬火：将奥氏体化后的工件快冷到贝氏体转变温度区间等温保持，使奥氏体转变为贝氏体。

26、双液淬火：将奥氏体化后的工件迅速投入水中急冷，防止工件发生珠光体和贝氏体的转变，待工件表面温度接近Ms点时，立即从水中取出，投入油中冷却，在油冷过程中发生马氏体转变。

27、点腐蚀：由于应力等原因使腐蚀集中在材料表面不大的区域，向深处发展，最后甚至能穿透金属。

28、晶界腐蚀：晶界腐蚀是指腐蚀过程是沿着晶界进行的，其危害性最大

29、应力腐蚀：钢在拉应力状态下能发生应力腐蚀破坏的现象。

简答题

1、合金元素……中那些是铁素体形成元素，那些是奥氏体形成元素，那些是在α-Fe中形成无限固溶体，那些能在γ-Fe中形成无限固溶体

1）V、Cr、W、Mo、Ti、Al是铁素体形成元素

2）Mn、Co、Ni、Cu是奥氏体形成元素

3）Mn、Co、Ni在γ-Fe中无限固溶

4）V、Cr在α-Fe中形成无限固溶体

2、阐述合金元素对扩大或缩小γ相区的影响，并说明利用此原理在生产中的意义

答：1对铁的同素异构转变的影响：奥氏体形成元素在r-fe中有较大溶解度，且能稳定r相，铁素体稳定元素在a-fe中有较大溶解度且能稳定a相。2对相图的影响：扩大r相区使A3温度降低A4温度升高。缩小r相区:使A3升高，A4降低，一般为铁素体形成元素

生产意义：可以利用合金元素扩大或缩小r相区的作用，获得单相组织，具有特殊性能，在耐腐蚀钢和耐热钢中应用广泛。利用合金元素对相图的影响，可以预测合金钢组织性能

3、阐述合金元素对铁碳相图的影响

1）改变共析温度，扩大γ相区的元素均降低A1，缩小γ相区的元素均使A1上升。

2）改变共析含碳量，所有合金元素均降低共析含碳量，只有Cr、W、Mo，当其含量高，出现特殊碳化物时，所有形成共析组织的含碳量稍有提高。

3)改变了奥氏体区的位置。

4、对工程应用来说，普通碳素钢的主要局限性是那些

答：1弹性模量较小，不能保证足够的刚度。2抗塑性变形及抗破段的能力较差。3缺口敏感性及冷脆性较大。4耐大气腐蚀及海水腐蚀性能差。5含碳量较高，没有添加合金元素，工艺性能差。

5、工程构件用合金结构钢的成分和性能要求是什么

成分要求：低碳、加入适量的合金元素，提高强度。

力学性能要求：1）弹性模量大，以保证构件有更好的刚度

2）有足够的抗塑性变形和抗硬裂断的能力

3）缺口敏感和冷脆倾向性较小

4）具有一定的耐大气腐蚀和耐海水腐蚀性能

6、微量合金元素在微合金钢中的作用

答：主要表现在细晶强化和沉淀强化，具体为：1热加工过程中，通过应变诱导析出沉淀在晶界亚晶界和位错上起顶扎作用，仰止奥氏体变形在结晶，2钛和铌形成的化合物高温下非常文帝，弥散分布阻止了高温下奥氏体晶粒长大3钛和铌的碳化物和氮化物有足够低的固溶度和高的稳定性，低温下析出沉淀相，实现沉淀强化。4改善刚得显微组织，同时实现细晶强化和沉淀强化，改善钢的性能

7.双相钢的组织和性能有何特点？

答：性能特点：1低屈服强度，一般不超过350MPa，2应力应变曲线是光滑连续的，没有屈服平台，更无锯齿形屈服的现象，3高的均匀伸长率和总伸长率，其总的伸长率在24%以上，4高的加工硬化指数，在应力应变变化关系中n大于024，使经应变后达到高的屈服强度增量，5高的塑性应变比值，r>1.0冲压件厚度保持均匀。组织特点：马氏体呈小岛或纤维状分布在铁素体基体上

8.对调质钢，弹簧钢进行成分，热处理，组织性能的比较，并熟悉各自主要钢种

答：调质钢：碳的质量分数载0.3—0.5%之间，主要加入元素Cr,Mn,Si,W辅助Mo,W,V,Ti,B等。热处理：预备热处理：合金含量少的钢一般采用正火，合金含量多的钢一般先正火后高温回火。最终热处理：淬火，有钢的成分确定，回火，根据性能要求决定回火的温度考虑回火脆性，表面热处理：某些要要求良好的耐磨性的零件调制后进行局部表面热处理。组织和性能：性能要求，良好的综合和力学性能，有较高的硬度，良好的塑性和韧性。组织，回火屈氏体组织，主要区别在于基体a相是否完全在结晶和碳化物聚集长的的程度，屈服强度约为700-1200MPa。主要钢种：低脆性调制钢40Cr,45Mn2，中淬透性调制钢35CrMo,42MnVB,40CrNi,高脆性调质钢40CrMnMo,35SiM2MoV,40CrNiM,此外还有碳素调制钢，45钢，45B钢。

弹簧钢：碳素体弹簧钢碳在0.5-1.05%范围内，低合金弹簧钢在0.4-0.74%之间，主加元素Si,Mn其他为：Cr,V,W等，热处理，冷成形弹簧在热处理后进行200-400度的去应力退火。热成型弹簧，钢材加热后需进行淬火及中温回火，以获得所要求的性能，在热处理中特别防止表面氧化脱碳，之后通常进行喷丸。性能要求：高的强度极限，高的疲劳极限，良好的表面状态和工艺性能，组织：回火后得到良好的屈氏体，渗碳体以及小的颗粒分布在a相得基体上。主要钢种，碳素弹簧钢65,70,75和85钢，合金弹簧钢，60Si2Mn，50CrV

9.说出下列典型牌号的材料种类成分或合金系，使用状态组织，主要性能特点

答：140MnVB：属于调制钢，平均含碳量0.4%，合金元素Mn,V,B平均质量分数低于1.50%，使用状态组织为回火屈氏体或回火索氏体。主要性能特点是具有良好的综合力学性能

20MnVB：属于渗碳钢，平均含碳量0.2%，合金元素Mn,V, B平均质量分数低于1.5%，使用态组织，表面具有高碳回火马氏体十分细小的碳化物，心部为低碳回火马氏体+贝氏体。主要性能特点，表面具有高的弯曲接触，疲劳强度和高的耐磨性，心部有高的强度和韧性

60Si2Mn:属于合金弹簧钢，平均碳含量0.6%，硅平均质量分数为1.5-2.49%。Mn平均质量分数低于1.5%，使用态组织为渗碳体从细小颗粒分布于a相基体上的回火屈氏体。主要性能特点：高的强度极限，高的疲劳极限，良好的表面状态及较好的公工艺性。GCr15：属于高碳轴承钢，铬含量为1.50%；使用态组织为极细的回火马氏体上均匀分布的细粒状碳化物以及少量的残余奥氏体。主要性能特点；高且均匀的硬度和耐磨性，高的弹性极限和高的接触疲劳强度，一定的冲击韧性和抗腐蚀能力。

10.说明高速钢的铸态组织特征，有一批高速钢钻头淬火后硬度比正常的偏低，估计是淬火加热可能有问题，淬火加热可能出现什么问题？怎样从金相组织上来进行判断？

答：高速钢属于高合金莱氏体，铸态组织：鱼骨状莱氏体（Ld）、黑色组织（δ共析体等）和白亮组织（M+AR）铸锭中各种偏析严重，尤其是块状和网状共晶体锭心要比表层粗的多，同时合金元素与杂质大量集中锭心，铸造组织和化学成分分布极不均匀，淬火加热可能出现的问题：1碳化物稀少区奥氏体晶粒易粗化，淬火裂开倾向较大，碳化物密集区域脆性较大