工程材料习题集
第一章钢的合金化基础
1合金元素在钢中有哪四种存在形式？
①溶入α(铁素体)、γ(奥氏体)、M(马氏体),以溶质形式存在形成固溶体;
②形成强化相:碳化物、金属间化合物;
③形成非金属夹杂物;
④以游离状态存在:Cu、Ag。
2写出六个奥氏体形成元素,其中哪三个可无限溶解在奥氏体中？哪两个铁素体形成元素可无限溶解在铁素体中？
①奥氏体形成元素:Mn、Co、Ni、Cu、C、N(锰、钴、镍、铜、碳、氮),其中Mn、Co、Ni(锰、钴、镍)可无限溶解在奥氏体中,Cu、C、N(铜、碳、氮)为有限溶解;
②Cr、V(铬、钒)可无限溶解在铁素体中,其余为有限溶解。
3写出钢中常见的五种非碳化物形成元素。
①非碳化物形成元素:Ni、Si、Al、Cu、Co
4按由强到弱的顺序写出钢中常见的八种碳化物形成元素。按碳化物稳定性由弱到强的顺序写出钢中常见的四种碳化物的分子式。
①碳化物由强到弱排列:(强)Ti、Nb、V、(中强)W、Mo、Cr、(弱)Mn、Fe
②碳化物稳定性由弱到强的顺序:Fe3C→M23C6→M6C→MC
5为什么高镍奥氏体钢易于冷变形,而高锰奥氏体钢难于冷变形,容易加工硬化？奥氏体层错能高与低时各形成什么形态的马氏体？
①镍就是提高奥氏体层错能的元素,锰就是降低奥氏体层错能的元素,层错能越低,越有利于位错扩展而形成层错,使交滑移困难,加工硬化趋势增大。
②奥氏体层错能越低,形成板条马氏体,位错亚结构。如Cr18-Ni8钢;奥氏体层错能越高,形成片状马氏体,孪晶亚结构。如Fe-Ni合金。
6钢的强化机制的出发点就是什么？钢中常用的四种强化方式就是什么？其中哪一种方式在提高强度的同时还能改善韧性？钢中的第二相粒子主要有哪两个方面的作用？
①强化机制的出发点就是造成障碍,阻碍位错运动。
②钢中常用的四种强化方式:固溶强化、晶界强化(细晶强化)、第二相强化、位错强化(加工硬化)。
③晶界强化(细晶强化)在提高强度的同时还能改善韧性。
④钢中的第二相粒子主要作用:细化晶粒、弥散/沉淀强化。
7钢中常用的韧性指标有哪三个？颈缩后的变形主要取决于什么？
α、平面应变断裂韧度K IC、韧脆转变温度T k。
①韧性指标:冲击韧度
k
ε表示,主要取决于微孔坑或微裂纹形成的难易程度。
②颈缩后的变形用P
8晶粒大小对极限塑性有什么影响？为什么？为了改善钢的塑性,钢中碳化物应保持什么形态？
①细化晶粒对改善均匀塑性(εu)贡献不大,但对极限塑性(εT)却会有一定好处。因为随着晶粒尺寸的减少,使应力集中减弱,推迟了微孔坑的形成。
②为了改善钢的塑性,充分发挥弥散强化的作用,钢中的碳化物(第二相)应为球状、细小、均匀、弥散地分布。
9改善延性断裂有哪三个途径？改善解理断裂有哪两种方法？引起晶界弱化的因素有哪两
个？
①改善延性断裂有三个途径:(1)减少钢中第二相的数量:尽可能减少第二相数量,特别就是夹杂物的数量。细化、球化第二相颗粒。(2)提高基体组织的塑性:宜减少基体组织中固溶强化效果大的元素含量。(3)提高组织的均匀性:目的就是防止塑性变形的不均匀性,以减少应力集中;碳化物强化相呈细小弥散分布,而不要沿晶界分布。
②改善解理断裂有两种方法:(1)细化晶粒;(2)加入Ni元素降低钢的T k。
③引起晶界弱化的因素有两个:(1)溶质原子(P、As、Sb、Sn)在晶界偏聚,晶界能r g下降,裂纹易于沿晶界形成与扩展。(2)第二相质点(MnS、Fe3C)沿晶界分布,微裂纹易于在晶界形成,主裂纹易于沿晶界传播。
10为什么含碳量为0、75%的高速钢W18Cr4V铸态组织中会出现莱氏体？而含碳量为0、4%的马氏体不锈钢4Cr13为过共析钢？
①铁素体形成元素W、Cr、V均使A3线上升,而且大多数元素均使ES线左移,所以含碳量为0、75%的高速钢W18Cr4V铸态组织中会出现莱氏体。
②所有合金元素均使S点左移,降低了共析体中的碳含量,所以含碳量为0、4%的马氏体不锈钢4Cr13为过共析钢。
11合金元素从哪两个方面影响钢加热时奥氏体的形成过程？
①加入了合金元素改变了临界点温度,S点的位置与碳在奥氏体中的溶解度,使奥氏体形成的温度条件与碳浓度条件发生了改变;
②合金元素不仅本身扩散困难,而且还影响铁与碳原子的扩散,从而影响奥氏体化过程。
12合金元素对钢的C曲线有何影响？从而对钢的淬透性产生什么影响？如果合金元素存在于未溶碳化物中,对淬透性就是什么影响？
①几乎所有的合金元素(除Co外)都使C曲线右移,即减慢珠光体的形成速度;除Co、Al外,所有合金元素都使MS点下降,而使残余奥氏体量增多。
②C曲线右移的结果,降低了钢的临界冷却速度,提高了钢的淬透性。
③合金元素只有淬火加热时溶入奥氏体,才能提高淬透性。未溶碳化物粒子可作为珠光体的核心,使淬透性下降。
13合金元素对MS点与残余奥氏体量有什么影响？如何减少钢中的残余残余奥氏体量？
①钢中加入合金元素将使点Ms下降,而使残余奥氏体增多。
②冷处理、多次高温回火可减少钢中的残余残余奥氏体量。
14何为二次淬火？何为二次硬化？
①二次淬火:高合金钢在回火过程中,由于从残余奥氏体中析出合金碳化物,造成残余奥氏体中碳与合金元素的溶解量减少,使其MS点升高,在随后的回火冷却过程中转变为马氏体。
②二次硬化:在含W、Mo、V较多的钢中,回火后的硬度随回火温度的升高不就是单调降低,而就是在某一回火温度后,硬度反而增加,并在某一温度达到峰值。高温回火时从马氏体中析出高度分散的合金碳化物粒子所造成的。
15各加入何种合金元素可以分别减轻第一类回火脆性与第二类回火脆性？
①加入Si,可使第一类回火脆性的温度向高温方向推移。
②加入合金元素Mo、W可以抑制第二类回火脆性。
第二章构件用钢
1构件用钢对性能的要求中,以什么性能为主？什么性能为辅？构件用钢的力学性能有哪三大特点？
①构件用钢以工艺性能为主,力学性能为辅。
