江大金属材料学复习资料

1、1.牌号的意义QT500-22 QT：球铁。500：最低抗拉强度（N/mm2），Rm>=400MPa。22：最低断后伸长率（%），A>=22%。2.F稳定化元素和A稳定化元素F：使A区缩小，S（共析点）向左上方移动，与-Fe无限互溶：Cr、V；有限溶解：Mo、W、Ti等。A：使A区扩大，S点向左下方移动，与-Fe无限互溶：Ni、Mn、Co；有限溶解：C、N、Cu。3.K的形成Me的强弱Ti、Nb、V；W、Mo、Cr；Mn、Fe（由强到弱）4.促进回火脆性，Me？如何改善？第一类回火脆性：Mn、Cr；Mo、Ti、V、Al可改善脆性，Si元素可有效地推迟脆性温度区。第二类回火脆性：Mn

2、、Ni；Mo、W、Ti可有效抑制其他元素偏聚，稀土元素可抑制回火脆性。5.影响固溶强化的因素？（1） 溶质原子的原子分数越高，强化作用也越大，特别是当原子分数很高时，强化作用更为显着。（2） 溶质原子与基体金属的原子尺寸相差越大，强化作用也越大。（3） 间隙型溶质原子比置换原子具有较大的固溶强化效果，且由于间隙原子在体心立方晶体中的点阵畸变属非对称性的，故其强化作用大于面心立方晶体的；但间隙原子的固溶度很有限，故实际强化效果也有限。（4） 溶质原子与基体金属的价电子数目相差越大，固溶强化效果越明显，即固溶体的屈服强度随着价电子浓度的增加而提高。6. 钢的基本强化机制固溶强化（置换，间隙）、位错

3、强化、细晶强化（最理想）、第二相强化（弥散强化）7. 钢的强化机制主要有哪些?从合金化角度考虑，提高钢的韧度主要有哪些途径?钢的强化机制主要有：固溶强化、细化强化、位错强化、第二相强化。从合金化角度考虑，提高钢的韧度主要途径有： 1）细化奥氏体晶粒。如强碳化物形成元素Ti、Nb、V、W、Mo等。2）提高钢的回火稳定性。在相同强度水平下能提高塑性和韧度。3）改善基体的韧度。如加Ni。 4）细化碳化物。碳化物细小、园整、分布均匀和适量对韧度有利。Cr、V（适量） 5）降低或消除回火脆性。如加入W、Mo。 6）保证强度时，降低含C量。7)提高冶金质量8)适量Ar细化晶粒：Ti、Nb、V、W、Mo、（

4、Al）、Cr8.试总结Mo、Si、Ni等元素在合金中的作用，并简要说明原因。 Mo：（1）降低回火脆性，一般认为Mo可以抑制有害元素在晶界的偏聚； （2）提高贝氏体的淬透性，因为Mo大大推迟珠光体的转变而对贝氏体转变影响较小； （3）细化晶粒，提高回火稳定性。Mo是强碳化物形成元素，与碳的结合力较大形成的碳化物稳定，不易长大。 （4）提高热强性，因为Mo可以较强地提高固溶体原子的结合力。 （5）提高防腐性，特别是对于非氧化性介质。因为Mo可以形成致密而稳定的MoO3 膜； （6）提高红硬性，因Mo与C原子结合力强，故回火稳定

5、性比较好并且形成的在高温下碳化物稳定。 Si：（1）提高钢强度； Si是铁素体形成元素，有较强的固溶强化作用；  （2）提高钢的淬透性；可阻止铁素体形核和长大，使“C”曲线右移；  （3）提高低温回火稳定性；因Si可以抑制回火时K的形核、长大及转变； （4）提高淬火加热温度；，Si提高A1温度。 （5）提高抗氧化性，因为它可以形成致密稳定的氧化膜，同时可以提高FeO的形成温度。 （6）加热时易脱碳；Si是促进石墨化的元素。 Ni： （1）基体韧度  Ni位错运动阻力，使应力松弛；

6、60;（2）稳定A， NiA1 ，扩大区，量大时，室温为A组织；（3）淬透性G，使“C”线右移，Cr-Ni复合效果更好； （4）回火脆性  Ni促进有害元素偏聚； （5）Ms ，Ar  马氏体相变驱动力。8. K的形成规律（1） 强者先，依次成 （W、M）6C，Cr23C6，Cr7C3，Fe3C （2） 相似者相溶：有限溶解Fe3C溶入一定量的Cr、W、V（MC型不溶Fe），无限溶解Fe和Mn、Ti和V；溶入强者，K稳定性；溶入弱者，。（3） NM/NC比值决定K类型 退火态：先析出M3CM7C3M23C

7、6；回火态：Fe21W2C6WCFe4W2CW2C（4） 强者稳，溶解难，析出难，聚集长大也难 （MC型在1000以上才开始溶解，回火时在500-700才析出，并且不易长大，产生二次硬化效果，高合金钢的主要强化方法）（5） rC/rM<0.59，形成简单结构间隙相，如Mo、W、V、Ti、Nb、Zr；>0.59，形成复杂结构K，如Cr、Mn、Fe（6） 量少时，形成复合K，量多时，形成特殊K10. 韧脆转化温度脆韧温度越低越好11. 金属零部件的应力分类（热处理过程）组织应力：工件在淬火冷却时，表层和心部组织改变不同时所产生的内应力。特点：工件表层先冷到Ms点，发生M转变而膨胀，心部

8、并未发生相变，使表层产生压应力，心部产生拉应力，当心部也冷到Ms点，发生相变，体积膨胀时，表层受拉，心部受压，最大切应力发生在切向，发生在塑性较低的低温阶段，是产生淬火开裂的主要原因热应力：工件在加热和冷却时，由于表面和心部存在这温度差，涨缩时间不一致，而产生的应力。特点：存在于冷却的全过程，开始时热应力使表层受拉，心部受压，最终残留的热应力则是表面受压，心部受拉，最大拉应力分布在心部轴心。零部件的冷速较慢，是产生组织应力的主要原因。（×）淬火力度减小有利于产生组织应力。12.C元素对力学性的影响C对金属材料的固溶强化效果最明显；C，焊接性能，焊缝处硬化脆化；C含量在0.2-0.55

9、内M硬度升高，约为62HRC，>0.55，硬度无明显变化；Ms点，800-50，0.08-0.5；C，韧脆转变温度Tk。13. 回火工艺应力变化KHRC温度低温回火M回FexC（共格）58100-250中温。T回Fe3C（小）48250-400高温。（再结晶）S回（调制）Fe3C（大）30-40400-60014. 淬透性：钢在淬火时获得马氏体的能力。M淬透性大小：（B）、Mn、Mo、Cr、Si、Ni，使珠光体转变大为右移。对淬透性要求不高的合金结构钢，采用单一合金元素的合金化，如40Cr，45Mn2，要求较高淬透性的钢均采用多种合金元素复合合金化。弹簧要求淬透；滚动轴承和小轴承可淬透，

10、冲击载荷大的大轴承不宜淬透。可以使工件得到均匀良好的力学性能，满足技术要求，在淬火时，可选用较缓和的冷却介质，以减小工件变形与开裂倾向。15. 淬硬性：钢在淬火得到马氏体后所能达到的最高硬度。C，淬火硬度。热应力变形，组织应力开裂，附加应力较复杂。预防：分级淬火，等温淬火，双液淬火；调质，球化退火等预处理，淬火前预冷。与合金化有强烈关系。16. 金属材料环境友好方面（1） Me的毒性，Cr（+4，+6）、As、Pb、Ni、Hg等。含有这些元素的材料废弃后，会造成空气、土壤的污染，直接危害人体或通过生物链对人体造成毒害。无铅钎焊合金。（2） 回收和再利用，3R：Reduce，Reuse，Recy

11、cle（3） 通用合金，合金在具体用途中的性能要求可以通过不同的热处理等方法实现。Fe-Cr-Ni、Fe-Cr-Mn钢，通过改变Fe、Cr、Ni（Mn）的相对含量，其组织结构和性能也可以在很大范围内变化。Cr-Mo钢、耐热钢。17. 合金元素对回火过程的影响？（1） 回火脆性第一类回火脆性：P、S、Bi等偏聚晶界，晶界强度（形成元素）；Mn、Cr脆性；Si脆性温度区；V、Al、Mo等改善脆性。第二类回火脆性：Sb、S、As或N、P等偏聚晶界（形成元素）；N、O、P、S、As、Bi等是脆化剂，Mn、Ni是促进剂，Cr是助偏剂，Mo、W、Ti抑制其他元素偏聚，是清除剂。（2） 回火抗力（热稳定性）

12、合金钢回火稳定性要比碳钢好。同样硬度较高，合金钢的回火温度高，时间也可长些，应力消除也大些；同样塑韧性，合金钢的强度要比碳钢高。（3） 强化机制的变化规律固溶强化（间隙、置换）；位错强化；细晶强化；第二相强化（除第二相强化都）。弱化和强化取决于综合效果。矛盾：强度和韧性的取舍。（4） K的变化规律非K形成元素：Ni、Si、Al、Cu等K形成元素：Ti、Nb、V；W、Mo、Cr；Mn、Fe（强弱）【降低回火脆性，影响了K在晶界的析出】18. Me及杂质元素对材料的冷加工性能影响（1） Me：Si、C等冷作硬化率，冷成型性能。（提高冷成型性：严格控制P、N；磷化）（2） P冷成型性，Tk19.（1

13、） 工程结构钢 服役条件：工程结构长期受静载；互相无相对运动；受大气（海水）的侵蚀；有些构件受疲劳冲击；一般在-50100范围内使用。性能要求：足够的强度和韧度（特别是低温韧度）；良好的焊接性能和冷成型工艺性；良好的腐蚀性。（2） 机器零件用钢 服役条件：主要承受拉、压、弯、扭、冲击、疲劳应力（往往几种载荷同时作用）；恒载或変载；工作环境是大气、水和润滑油中；温度在室温到100范围之间。性能要求：具有良好的冷热加工工艺性（锻造、热处理、车等）；具有良好的力学性能（强度、塑性、韧性、疲劳、耐磨性）。（3） 工模具钢 刃具钢：受弯曲、剪切、冲击、震动等力，高的温度，刃部磨耗；高硬度，高耐磨性，一定

14、的塑性和韧度，有的要求红硬性。模具钢：温度周期升降产生“热疲劳”，冲击、磨损；高温硬度和韧度；冷作模具要求高硬度、高耐磨性和一定韧度。量具刚：需要高精度、高硬度、高耐磨、尺寸稳定性；（4） 不锈钢 服役条件：受空气、水、盐水、酸、碱侵蚀。性能要求：较高的耐蚀性；一定的力学性能（承受一定载荷）；良好的工艺性能（焊接性、冷变形性）。（5） 耐热钢 服役条件：高温下承受各种载荷（拉伸、弯曲、扭转、疲劳、冲击）；高温氧化或气体腐蚀。性能要求：良好的高温强度和塑性；足够高的高温稳定性。（6） 超高强度钢 服役条件：应用于飞机、火箭等航空航天器上或常规武器上。性能要求：具有高比强度，高强度，高韧性，能在一

15、定的温度下工作。（7） 铝合金 服役条件：在航空航海等交通运输业中工作，在腐蚀性介质中工作。性能要求：优良的特性，优良的导电性、导热性、良好的耐蚀性、优良的塑性和加工性能等。（8） 铜合金 服役条件;工作于电器、电子、机械、车辆、化工、船舶、航空等传统领域和无线通信、IC卡、计算机、网络等新兴领域。性能要求：导电、导热性好、化学稳定性好、耐蚀、成型加工型优良、可焊，无磁。20. Fe3C的分类LFe3CI；固相Fe3CII；Fe3CIII21. 轴承钢（1） 轴承钢的K的缺陷 液析 原因：由于枝晶偏析而引起的伪共晶K，尺寸大，硬度和脆性高。消除：高温扩散退火（1200），不允许液析严重。带状碳

16、化物 原因：轧制时二次K偏析，沿轧制方向呈带状分布，严重损害热疲劳寿命。消除：长时间退火。网状碳化物 原因：冷却时二次K在A晶界析出，降低钢的冲击韧度。防止或消除：控制终轧或终锻温度、控制轧制后冷速或正火。（2） 热处理工艺 球化退火（为最终淬火作组织准备）+淬火（油淬830860，采用保护气氛加热或真空加热）+低温回火（160保温3h或更长时间，6266HRC）【如要求消除Ar淬火后立即冷处理，而后立即低温回火】（3） 软点 淬火轴承钢上未淬硬的部位称为淬火软点。原因：局部区域形成蒸汽膜导致冷速较慢，工件表面C浓度不均，加热时产生较厚的氧化皮。22. 弹簧钢（1） 成分特点 硅锰弹簧钢：显著

17、强化基体F，大为提高了钢的弹性极限，Si有效提高了回火稳定性。铬合金弹簧钢：Cr提高钢的淬透性和弹性极限，但促进回火脆性。V细化晶粒，减少过热敏感性，提高回火稳定性，从而提高了强度和韧度。（2） 热处理特点 淬火+中温回火（0.4-0.6）23. 过共析钢一般需要球化退火？过共析钢如果采用其他退火方式，加热后缓慢冷却会折出网状渗碳体，造成机械性能恶化。而采用球化退火仅加热至A1线以上保温后冷却，不会析出网状物。且晶粒细小匀圆。24. 显著提高金属材料抗氧化性能的Me？Cr：抗氧化性，形成Cr2O3，提高FeO出现的温度，因此提高抗氧化性。Si：抗氧化性，形成致密的氧化物。加入Me，提高钢的氧化

18、膜的稳定性：Cr、Al、Si加入Me，形成致密稳定氧化膜：Cr、Al、Si、Ti。25. 高速钢（1）铸态组织：鱼骨状莱氏体、黑色组织（共析体等）和白亮组织（M+Ar）。淬火态：加热时，K溶解顺序：M7C3/M23C6型在1000左右溶解完M6C型在1200时部分溶解MC型比较稳定，在1200时开始少量溶解。（2）热处理工艺：预热+一次分级（AC1+400）或多次分级淬火+560回火三次（3） 合金化特点：C（0.71.3wt。%），硬度，但熔点，易过热；K量，不均匀性；Ar回火次数；Ak。W、Mo 红硬性主要元素，M6C型K，热导率钢导热性差。V显著红硬性、硬度和耐磨性，细化晶粒，过热敏感性

19、。以VC存在。Cr 加热时全溶，保证钢淬透性，4wt。%Cr。改善抗氧化能力，切削能力。Co 显著红硬性，5、8、12wt.%三个级别。但刚韧性、钢脱碳倾向。微量元素 微量氮硬度和热硬性，稀土元素明显改善热塑性，S晶界的偏聚。26. 不锈钢（1） Me 耐蚀性：形成稳定保护膜Cr、Al、Si。固溶体电极电位或形成稳定钝化区Cr、Ni、Si：Ni贵而紧缺，Si易使钢脆化，Cr最理想。获得单相组织Ni、Mn单相A组织。（2） 分类：M不锈钢：1Cr134Cr13等Cr13型 Cr17Ni2，9Cr18等 F不锈钢：如0Cr17Ti，1Cr25Ti，00Cr27Mo等 A不锈钢：具有单相A组织，如0

20、Cr18Ni9、1Cr18Mn8Ni5N等 A-F复相不锈钢：如0Cr21Ni5Ti 沉淀硬化不锈钢（3） A不锈钢典型缺陷：晶间腐蚀 在焊缝及热影响区（450800）沿晶界析出了K（Cr，Fe）23C6，晶界附近区域产生贫Cr区（低于n1/8定律）。抑制：不要在敏化区域停留；Me加入Ti、Nb元素，析出特殊碳化物，稳定组织，消除晶间贫Cr区的形成27. 耐热钢热强性的方法（1） 强化基体 基体金属熔点：T熔，金属原子间结合力。Fe、Ni、Mo基依次 合金晶格类型：fcc-Fe>bcc-Fe，A型钢比F、M、P型钢的蠕变抗力强 固溶结合力：合金化Mo、Cr、Mn、Si （2）强化晶界 净

21、化晶界：添加RE、B，结合杂质 填充空位：B偏聚晶界，晶界空位 （3）弥散强化：位错运动，强度 （4）热处理：获得需要的晶粒度，调整基体与强化相成分，P热强钢的蠕变极限28. 铸铁（1） 石墨化过程 发生P S K线以上的G为第一阶段，决定G形态（共晶石墨）。发生P S K线以下的G化为第二阶段决定基体组织(共析石墨），实际是以共析线为界 （热力学条件：有利于G化的过程。渗碳体是介稳定相，而G才是稳定相；动力学条件：主要有成分起伏、结构起伏和原子扩散。有利于渗碳体的形成（2） G的形态 片状石墨，球状石墨（3） 铸铁利于铸造的原因 强度、伸长率、冲击韧度比钢低；切削性好，缺口敏感度低，铁水流动

22、性能好，所以利于铸造。（4） 铸铁的热处理特点 灰铸铁 低温退火（热时效退火）：目的是消除铸件的内应力，减少变形、开裂。石墨化退火：有白口组织或自由碳化物较多采用，降低铸件硬度以改善加工性能 球墨铸铁 改变热处理T和t不同比例的F和P基体组织较大幅度地调整铸铁的力学性能；奥氏体含C量可在较宽范围内变化；G参与相变，但一般不能改变G形状与分布；一般热处理工艺方法基本上可采用（5） Me的特点 Si：共晶点和共析点C量随Si含量的而；使共晶和共析转变在一温度范围内进行；共晶和共析温度，1wt。%Si，28；Si促进铸铁石墨化的作用相当于1/3C Mn：G化；与S结合MnS，削弱S的有害作用；一般在

23、0.51.4wt.%，若得到F基体，Mn取下限 S：白口；铁水流动性，恶化铸造性；FeS变脆。29.+Fe3CBMPDCB、AA退火 B正火 C淬火 D等温淬火30. Al合金时效过程形成铜原子富集区G.P.区；硬度，晶体结构与基体相同，但产生了共格应变区，点阵严重畸变；G.P.区有序化，形成相；相与基体保持完全完全共格，具有正方点阵，比G.P.区周围畸变更大，硬度形成过渡相：是正方点阵，成分接近CuAl2，强度、硬度，完全共格局部共格，共格畸变减弱。形成稳定的相；正方点阵，强度、硬度，非共格。31. 铜合金分类（1） 黄铜（Cu-Zn）：Zn，导电导热性线胀系数,<30wt.%Zn（）

24、，Zn，强度和塑性，达到最高值，>32wt.%Zn（+），出现脆性相，塑性，强度。（2）青铜（Cu-Sn）高强度、硬度和耐磨性。Sn，强度，Sn>6wt.%，强度；（3）白铜（Cu-Ni），提高机械性能和抗蚀性；电阻和热电势加入Si，黄铜防季裂。32. 回火脆性（1） 第一类回火脆性（低温脆性）特征：不可逆性；与回火后冷速无关；晶界脆断。产生原因：钢在200-350回火时，Fe3C薄膜在原A晶界或M板条间形成，削弱了晶界强度；杂质元素P、S、Bi等偏聚晶界，晶界的结合强度Me：Mn、Cr脆性；Si脆性温度区；V、Al、Mo等改善脆性（2） 第二类回火脆性（高温脆性）特征：可逆；回火后慢冷产生，快冷抑制；晶界脆断。原因：钢在450-650回火时，杂质元素Sb、S、As和N、P、O等偏聚晶界；形成网状或片状化合物，晶界强度；Me：P、Sn、B、S、As、Bi等是脆化剂，Mn、Ni、Cr、Si是促进剂，Cr是助偏剂，Mo、W、Ti抑制其他元素偏聚，是清除剂；稀土元素抑制。33.热脆性S-FeS（低熔点989）-锻打时FeS熔化。避免：降低S；形成MnS。34. W、Mo对B转变影响不大，对P转变推迟作