开课系部：材料科学与工程学院
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说明：
（1）所有试题为开卷分析题，请做到答题纸上，否则不计分。
（2）本试题满分为100分，及格线为60分。
（3）请在答题纸、试卷上写上名字。
综合题分析题
1．简述金属结晶的过程。
2．绘出Fe-Fe3C相图，说明相图中的主要点和线的意义，在空白图上填出各相区和组织。
3．选材设计一个车床主轴。
要求：该主轴受交变弯曲和扭转的复合应力，载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，请选材（45钢、T8、20CrMnTi）并设计热处理工序。
4．锅炉、汽轮机高温部件所用钢材在高温下长期运行中发生的组织性质变化主要有哪5种？
5. T12钢加热到770℃后用图3-42所示的各种方式冷却，分析其所得到组织？
、6．将Φ5mm的T8钢加热至760℃并保温，后经不同冷却方式得到：P、S、B
下＋M＋少量残余A、M＋少量残余A。
在C曲线上描写工艺曲线示意图。
B
下
7．分析上贝氏体与下贝氏体组织与性能的主要区别。
8．工程上是按什么原则对耐热钢进行分类的?耐热钢通常分为几类?
9．何谓锅炉受热面管子的长时超温爆管？爆破口宏观上有何特点？爆管前后的显微组织有何差异，为什么？
10．退火亚共析钢室温金相组织中珠光体量为60%,试估算该钢的含碳量,并指出其大致钢号。
山东电力高等专科学校
开卷模拟考试试卷
课程名称：电厂金属材料
参考答案
1．简述金属结晶的过程。
答：金属的结晶过程一般包括两个过程，即形核过程和晶核长大过程。
形核过程是当温度降到结晶温度时，熔液中开始出现时聚时散的类似晶体结构的小集团，当小集团达到一定临界值时，逐渐稳定，这种最初形成的小晶体被称为晶核。
熔液中晶核数目的多少与过冷度、熔液中含高熔点杂质数目等因素有关，把单位时间内单位体积中所产生晶核数用形核速率（简称形核率）来表示。
长大过程是晶核逐渐长大的过程，晶核的长大过程具有方向性，一般沿过冷度大的方向生长，这种生长方式类似树枝的生长，被称为树枝状长大，直到液相消耗完毕。
2．绘出Fe-Fe
C相图，说明相图中的主要点和线的意义，在空白图上填出各相
3
区。
图2－2 简化的铁碳相图
铁碳合金下图中各主要线的意义是：
1．ACD为液相线。
当温度高于ACD线时，铁碳合金呈液态状态。
2．AECF为固相线。
若温度低于AECF线时，铁碳合金凝固为固体。
3．ECF为共晶线。
若含碳量在ECF线投影范围（2.11%~6.69%）内，铁碳合金在1148℃时必然发生共晶反映，形成莱氏体。
4．ES为碳在奥氏体中溶解度变化线，简称Acm。
从这根线可以看出，碳在秋耕氏体中的最大溶解度是在1148℃时，可溶解碳2.11%，布在727℃时，由于碳在奥氏体中的溶解度会降低，会从奥氏体中析出渗碳体。
从固溶体奥氏体中析出
的渗碳体称为二次渗碳体（Fe
3C
II
）,以区别从液体中直接结晶的一次渗碳体
(Fe
3C
I )。
5．GS为奥氏体在冷却过程中析出铁素体起始温度线,简称A
3
线.
6．GP为奥氏体在冷却过程中转变为铁素体的终止温度线.
7．PSK为共析线,简称A
1
线.合金含碳量在PSK线投影范围（0.02%~6.。
69%）内时，奥氏体在727℃时必然发生共析反应，形成珠光体。
8．PQ为碳在铁素体中溶解度变化线。
9．简化的铁碳合金下图共有一个液相和三个固相，在相图中分别占有四个单相
区，即L，A，F及Fe
3
C;渗碳体也可作为铁碳相图的一个组元，它的成分是固定不变的，因此在相图上它的相区仅是一条竖直线。
相图中有五个相区，即L+A、L+Fe
3C、A+F及F+Fe
3
C它们都被两个单相区从左右
两个方向夹在中间,两相区的两平衡相即左右两个单相区的相.相图中的两条水平线是三相平衡线上有三个点,分别与三个单相区以点相连接,当发生三相平衡反应时,三个平衡相的成分即这三个点的成分,说明了温度和三个平衡相的成分是固定的.从相图可以看出，含碳量大于0.008%时任何成分的铁碳合金在室温时都处在F+Fe
3
C相区内，即合金的相结构都要由这两相组成。
但这两个相的相对量不同，相的形态和分布不同，即组织不同，合金的性能会在很大范围之内变化
3．选材设计一个车床主轴。
要求：该主轴受交变弯曲和扭转的复合应力，载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，请选材（45钢、T8、20CrMnTi）并设计热处理工序。
答：可选择45号钢，调质处理。
加工路线为：正火——调质。
4．锅炉、汽轮机高温部件所用钢材在高温下长期运行中发生的组织性质变化主
要有哪5种？
答：(1)珠光体球化和碳化物聚集。
(2)石墨化(仅限于不含铬的珠光体耐热钢)。
(3)时效和新相的形成(如不锈钢中σ相的形成等)。
(4)热脆性。
(5)合金元素在固溶体和碳化物之间的重新分配
5. T12钢加热到770℃后用图3-42所示的各种方式冷却，分析其所得到组织？
3-42 习题5图（1）M+少量残余A，（2）M+B
下+少量残余A，（3）B
下
6．将Φ5mm的T8钢加热至760℃并保温，后经不同冷却方式得到：P、S、B
下
、
B
下
＋M＋少量残余A、M＋少量残余A。
在C曲线上描写工艺曲线示意图。
答：退火（或随炉冷）时获得P，正火（或空冷）时获得S，等温淬火获得B
下
；
等温淬火B
下转变未完成，随后淬入水中获得B
下
＋M＋少量残余A，淬火（水冷）
获得M＋少量残余A。
图(略)
7．分析上贝氏体与下贝氏体组织与性能的主要区别。
答：上贝氏体组织呈羽毛状，电子显微镜下可以看出上贝氏体是有许多密排在一起的条状铁素体束与沉淀出来的碳化物间隔而成的机械混合物。
上贝氏体有一定的硬度，但塑性和韧性很差，这样的组织在生产中应用较少。
下贝氏体为黑色针叶状组织，是由针叶状的铁素体和在其片间呈有规律分布的碳化物粒子组成的机械混合物，下贝氏体具有良好的综合机械性能，强度和硬度较高（HRC 约45～55），塑性和韧性较好。
8．工程上是按什么原则对耐热钢进行分类的?耐热钢通常分为几类?
答：根据小截面正火后的金相组织，耐热钢可以分为珠光体耐热钢、马氏体耐热钢、铁素体耐热钢和奥氏体耐热钢四大类。
（1）珠光体耐热钢：珠光体耐热钢中所加入的合金元素主要为铬、钼、钒，而且其总含量一般在5％以下，因此，有时也称为低合金耐热钢，这类钢的组织为铁素体和珠光体；若正火时冷却速度较快，或合金元素含量较高，元素的种类较多，其组织则为铁素体和贝氏体
（2）马氏体耐热钢
钢中如加入含量较多的能使等温转变曲线右移的合金元素，钢在空冷时就可转变为马氏体组织，这类钢就称为马氏体钢。
（3）铁素体耐热钢
钢中加入相当多的铬、铝、硅等缩小奥氏体区域的合金元素，使钢具有单相的铁素体组织，就称为铁素体耐热钢。
（4）奥氏体耐热钢：钢中加入的合金元素，如不仅使等温转变曲线右移，而且使Ms线降低至室温以下，钢在空冷后的组织则仍然是奥氏体，这种钢称为奥氏体钢。
9．何谓锅炉受热面管子的长时超温爆管？爆破口宏观上有何特点？爆管前后的显微组织有何差异，为什么？
答：如果锅炉受热面管子在运行过程中，因某些原因使管壁温度超过设计温度，在高温长时间作用下，导致钢材组织结构的变化，蠕动速度加快，持久强度下降，使用寿命达不到设计要求而提早爆破损坏，称为长时超温爆管
爆破口宏观特点：破口并不太大,破口断裂面粗糙而不平整,破口边缘是钝边,并不锋利破口附近还有众多平行于破口的管子轴向裂纹。
通常，有一层较厚的氧化皮,这些氧化皮很脆,容易剥落。
爆管前后的显微组织差异：长时超温爆管的显微组织虽无相变但却有炭化物析出并聚集长大甚至有些还会出现石墨化等组织变化。
10．退火亚共析钢室温金相组织中珠光体量为60%,试估算该钢的含碳量,并指出其大致钢号。
答：由于铁素体中含碳量极少,可忽略不计,则珠光体的含碳量可近似为钢的含碳量C%=0.77%×60%×0.462% ，所以该钢的含碳量为0.462%,大致钢号为45。
