2023年金属材料学考试真题及答案精选

一、选择题1、细化晶粒对钢性能奉献是强化同时韧化；提高钢淬透性关键作用是使零件整个断面性能趋于一致，能采用比较缓解方法冷却。2、滚动轴承钢GCr15Cr质量分数含量为1.５%。滚动轴承钢中碳化物不均匀性关键是指碳化物液析、带状碳化物、网状碳化物。3、选择零件材料通常标准是使用性能规定、工艺性规定和经济性规定等。4、通常扩大γ区元素均使Ｆe-C相图中Ｓ、E点向左下方移动,例Nｉ、Ｍn等元素;凡封闭γ区元素使S、E点向左上方移动,例Ｃｒ、Si、Mo等元素。S点左移意味着共析碳含量减少,E点左移意味着出现莱氏体碳含量减少。５、铝合金可分铸造铝合金和变形铝，变形铝又可分硬铝、超硬铝、锻铝和防锈铝。6、H６2是表达压力加工黄铜一个牌号，关键成份及名义含量是Cu６2%、Zｎ３８%。７、在非调质钢中常见微合金化元素有Tｉ、V、Nｂ、N等，这些元素关键作用是细化组织和相间沉淀析出强化。8、球铁力学性能高于灰铁是由于球铁中石墨断面切割效应、石墨应力集中效应要比灰铁小得多。9、铝合金热解决包含固溶解决和时效硬化两过程，和钢热解决最大区分是铝合金没有同素异构相变。１、钢合金化基础标准是多元适量、复合加入。在钢中细化晶粒作用较大合金元素有Tｉ、V、Nb等，细化晶粒对钢性能作用是既强化又韧化。2、在钢中,常见碳化物形成元素有Ｔi、Nb、V、Ｍｏ、W、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为简朴点阵结构，有MC和M２C型；rｃ/ｒM>0．59为复杂点阵结构,有M2３C6、M7C３和M3、选择零件材料通常标准是使用性能规定、工艺性规定和经济性规定等。汽车变速箱齿轮常见２0CrMｎTｉ钢制造，经渗碳和淬回火热解决。４、奥氏体不锈钢１Ｃr18Nｉ９晶界腐蚀倾向比较大，产生晶界腐蚀关键因素是晶界析出Cr２３C6，导致晶界区贫Cr，为防止或减轻晶界腐蚀，在合金化方面关键方法有减少碳量、加入Ti、V、Nb强碳化物元素5、影响铸铁石墨化关键因素有碳当量、冷却速度。球墨铸铁在浇注时要通过孕育解决和球化解决。６、铁基固溶体形成有一定规律,影响组元在置换固溶体中溶解情况因素有：溶剂和溶质原子点阵结构、原子尺寸因素、电子结构。７、对耐热钢最基础性能规定是良好高温强度和塑性、良好化学稳定性。常见抗氧化合金元素是Cｒ、Al、Ｓi。1、钢中二元碳化物分为二类：ｒC/ｒＭ＜0.59,为简朴点阵结构，有MC和型；rC/rM>０．59，为复杂点阵结构，有M3C、M７C3和M2３C6型。两者相比，前者性能特点是硬度高、熔点高2、凡能扩大γ区元素使铁碳相图中Ｓ、Ｅ点向左下方移动，例MnＮi等元素（列出２个);使γ区缩小元素使S、E点向左上方移动，例Cr、Mo、W等元素(列出３个)。3、提高钢淬透性作用是取得均匀组织，满足力学性能规定、能采用比较缓慢冷却方法以减少变形、开裂倾向。4、高锰耐磨钢（如ＺGＭｎ13）经水韧解决后得到奥氏体组织。在高应力磨损条件下，硬度提高而耐磨,其因素是加工硬化及奥氏体中析出K和应力诱发马氏体相变。5、对热锻模钢关键性能规定有高热强性、良好热疲倦抗力、良好冲击韧性和良好淬透性及耐磨性。常见钢号有５ＣrＮｉＭo(写出一个）。6、QT６0０－3是球墨铸铁，“600”表达抗拉强度≥60０ＭPa,“3延伸率≥３%。H68是黄铜，ＬY12是硬铝,QＳn４-3是锡青铜。7、在非调质钢中常见微合金化元素有Ti、V等(写出2个)，这些元素关键作用是细化晶粒组织和弥散沉淀强化。8、铝合金热解决包含固溶解决和时效硬化两过程,和钢热解决最大区分是加热过程中没有同素异构转变。1、钢强化机制关键有固溶强化、位错强化、细晶强化、沉淀强化。其中细晶强化对钢性能奉献是既提高强度又改善塑、韧性。2、提高钢淬透性作用是取得均匀组织，满足力学性能规定、能采用比较缓慢冷却方法以减少变形、开裂倾向。３、滚动轴承钢ＧＣr15Cr质量分数含量为1．５%左右。滚动轴承钢中碳化物不均匀性关键是指碳化物液析、碳化物带状、碳化物网状。4、选择零件材料通常标准是满足力学性能规定、良好工艺性能、经济性和环境协调性等其它因素。５、通常扩大γ区元素均使Fe-C相图中Ｓ、E点向左下方移动，例Mn、Ni等元素(写出2个）;凡封闭γ区元素使Ｓ、E点向左上方移动，例Ｃr、Mo等元素(写出2个)。S点左移意味着共析碳含量减少。6、QT600－３是球墨铸铁,“600”表达抗拉强度大于６０0MＰa，“3”表达７、H6８是黄铜,LY12是硬铝,QSn4-３是锡青铜。８、在非调质钢中常见微合金化元素有Ti、V等（写出2个)，这些元素关键作用是细晶强化和沉淀强化。9、铝合金热解决包含固溶解决和时效硬化两过程,和钢热解决最大区分是没有同素异构转变。二、解释题1、高速钢有很好红硬性,但不宜制造热锤锻模。高速钢虽有高耐磨性、红硬性,但韧性比较差、在较大冲击力下抗热疲倦性能比较差，高速钢没有能满足热锤锻模服役条件所需要高韧性和良好热疲倦性能规定。2、在通常钢中,应严格控制杂质元素S、Ｐ含量。Ｓ元素在钢中会形成低熔点（989℃)FeＳ，在１００0℃以上热压力加工过程中会熔化,使钢在热压力加工中产生热脆；P元素在钢中会形成硬脆Fe3Ｐ相,使钢在冷加工中产生应力集中而发生冷脆。3、9SiCr钢和Ｔ9钢相比,退火后硬度偏高,在淬火加热时脱碳倾向较大。9ＳiCr即使和Ｔ9含碳量相同，但由于它具有Ｃr、Si合金元素，Sｉ是非Ｋ形成元素,固溶强化基体作用较大,所以退火后硬度偏高。此外Ｓi提高碳皇度，促进石墨化,所以在加热时脱碳倾向较大。６、奥氏体不锈钢1Ｃr1８Ni9晶界腐蚀倾向比较大。在奥氏体不锈钢１Cr18Nｉ9焊接后，在焊缝及热影响区容易在晶界析出Ｃr碳化物Ｃｒ２3C6１、40Mn2钢淬火加热时，过热敏感性比较大。在Ｃ%较低时，Mn可以细化珠光体。在C%较高时,Mn加强了Ｃ促进奥氏体晶粒长大作用,且减少了A１温度。所以4０Ｍn２钢过热敏感性比较大。2、4０CrNiＭｏ钢正火后,切削性能比较差。４0CrNiMo钢因具有Ni、Ｃr能提高淬透性,正火后所有能得到很多马氏体组织,使切削性能变差。3、球墨铸铁强度和塑韧性所有要比灰口铸铁好。球铁中,石墨呈球形，灰口铁石墨呈片状。球状石墨对基体切割作用和石墨应力集中效应大大小于片状，球铁基体运用率大大高于灰口铁，所以球墨铸铁强度和塑韧性所有要比灰口铸铁好。4、铝合金晶粒粗大,不能靠重新加热热解决来细化。由于铝合金不象钢基体在加热或冷却时可以发生同素异构转变,所以不能像钢同样可以通过加热和冷却发生重结晶而细化晶粒。5、H68、H70俗称弹壳黄铜,常见于制造炮弹壳、子弹壳。H68、H70组织中只有单相α组织，它塑性很好，所以适合制造部分需要进行深冲加工零件如炮弹壳、子弹壳等。１、高速钢回火工艺常采用：回火温度560℃左右,回火３由于高速钢中高合金度马氏体回火稳定性很好，在５60℃左右回火,才干弥散析出特殊碳化物,产生硬化。同时在5602、在低合金高强度构件用钢中,Sｉ、Mn元素加入量有限制,通常Ｓi＜1.1%,Mn<2%。Si、Mn元素所有能强化铁素体，在低合金高强度构件用钢中可以提高钢强度，但是当Si>1.1%、Mn>２%时,却显著地减少钢塑性。所以，在低合金高强度构件用钢中,Si、Ｍｎ元素加入量有限制。3、Ｓｉ是非碳化物形成元素,但能有效地提高钢低温回火稳定性。Sｉ即使是非碳化物形成元素，但在低温回火时可以克制ε-ＦexＣ形成和转变为Fｅ3C,即有效地阻止了Fｅ３4、4Ｃr13含碳量(质量分数)为０．4%左右，但已是属于过共析钢。Cr元素使共析S点向左移动,当Ｃr含量达成一定限度时，Ｓ点已左移到小于０.4%C，所以4Cr13是属于过共析钢。5、40CrNi钢淬火高温回火后常见水或油冷却。40ＣrNi钢具有Ｃｒ、Ni元素，而Ｃr、Nｉ促进了钢回火脆性,所以40ＣｒNｉ钢高温回火脆性倾向较大,回火后快冷能克制高温回火脆性，所以常见水或油冷却。4、高锰钢(ZGMn１３）在Ａcｍ以上温度加热后空冷得到大量马氏体，而水冷却可得到所有奥氏体组织。高锰钢在Aｃm以上温度加热后得到了单一奥氏体组织,奥氏体中合金度高(高Ｃ、高Ｍｎ),使钢Ms低于室温以下。如快冷，就取得了单一奥氏体组织，而慢冷由于半途析出了大量K,使奥氏体合金度减少，Ms上升,所以空冷时发生相变,得到了大量马氏体。1、试总结Mo元素在合金中作用，并简明说明因素。Mo元素在合金中关键作用归结以下:(１)减少回火脆性，通常认为Mｏ可以克制有害元素在晶界偏聚；（２）提高贝氏体淬透性,由于Mo大大推迟珠光体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，和碳结合力较大形成碳化物稳定,不易长大。（4)提高热强性，由于Ｍo可以较强地提高固溶体原子结合力。(５）提高防腐性，特别是对于非氧化性介质。由于Mo可以形成致密而稳定MoO３膜；(6）提高红硬性,因Ｍo和Ｃ原子结合力强,故回火稳定性比很好并且形成在高温下碳化物稳定。2、高速钢成份和热解决工艺比较复杂,试回复下列问题：１）高速钢中W、Mo、Ｖ合金元素关键作用是什么?２）高速钢Ｗ6Ｍo5Cr4V2AC1在8００℃左右,但淬火加热温度在12０0~1240℃,淬火加热温度为什么这么高?3）常见5６0℃三次回火,为什么?答案关键点:１）Ｗ作用关键是提高钢红硬性。关键形成W６Ｃ，淬火加热时未溶K阻碍晶粒长大，溶解部分提高抗回火稳定性,在回火时弥散析出W2２)高速钢中要使W、Mｏ、Ｖ等元素发挥作用必需使其充足地溶解到奥氏体中，然后在回火时产生二次硬化效果，由于这些元素形成碳化物稳定，溶解温度在100０℃以上，故需要高淬火3)由于高速钢中高合金度M回火稳定性很好，在560℃左右回火,才干弥散析出特殊碳化物，产生硬化。同时在560℃左右回火，使材料组织和性能达成了最佳状态。一次回火使大部分AR发生M转变,二次回火使第一次回火时产生淬火M回火,并使AR更多地转变为Ｍ,三次回火可将A３、从合金化角度考虑,提高钢韧度关键有哪些途径?1)细化奥氏体晶粒。如强碳化物形成元素Ti、Nｂ、V等。2）提高钢回火稳定性。如强碳化物形成元素Ti、Nb、V等所有很有效。３)改善基体韧度。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。５）减少或消除回火脆性。如加入W、Mｏ。6）在保证强度时，尽也许减少含C量．4、分析说明图中铝合金(Aｌ-4％Cu）时效硬化不同样过程中性能改变，并说明其因素（解释下图)。图130℃时效时铝铜合金硬度和时间关系铝合金时效时,随温度不同样和时间延长,新相形成和析出经历以下多个阶段，从而使硬度发生改变:1)形成铜原子富集区：为G.Ｐ.区，导致点阵畸变,所以硬度提高。2）形成Cu原子富集区有序化:Cｕ原子有序化,形成θ'',它和基体仍然完全共格,产生畸变比G.P.更大，并且随θ''长大，共格畸变区进一步扩大,对位错阻碍也进一步增长，所以图中硬度进一步上升。３)形成过渡θ〃相:过渡相θ〃成份靠近ＣuAl2,由完全共格变成部分共格，共格畸变开始减弱,所以图中硬度开始下降。4）形成稳定θ相:过渡相θ〃完全从基体中脱溶,形成稳定θ相成份为CuＡl2,共格畸变作用完全消失,故图中硬度进一步下降。1、试总结Si元素在合金钢中作用,并简明说明因素。Sｉ作用以下:1）提高钢强度；Sｉ是铁素体形成元素，有较强固溶强化作用；2）提高钢淬透性;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可以克制回火时K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，由于它可以形成致密稳定氧化膜，同时可以提高FeO形成温度。6)加热时易脱碳;Sｉ是促进石墨化元素。2、画出示意图说明高速钢铸态组织。简述高速钢中Ｗ、V、Cr合金元素关键作用。高速钢在淬火加热时，如产生欠热、过热和过烧现象，在金相组织上各有什么特性。高速钢铸态组织中有鱼骨状莱氏体Ld、黑色共析体、白亮马氏体和残余奥氏体组成(图略）。W作用关键是提高钢红硬性。关键形成W6Ｃ，淬火加热时未溶Ｋ阻碍晶粒长大,溶解部分提高抗回火稳定性,在回火时弥散析出W2C,提高耐磨性。但是W减少了钢导热性。V显著提高红硬性、硬度和耐磨性，同时可有效减少过热敏感性。Ｃr提高淬透性，高速钢在加热时如如产生欠热、过热和过烧现象,在金相组织上各有不同样特性。欠热组织有大量未溶碳化物，晶粒细小;过热组织晶粒粗大，未溶碳化物少而角状化；过烧组织中有晶界溶化现象,出现莱氏体和黑色组织。3、钢强化机制关键有哪些?从合金化角度考虑,提高钢韧度关键有哪些途径?：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，提高钢韧度关键途径有: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。５)减少或消除回火脆性。如加入W、Mo。６)保证强度时，减少才C%.4、从热力学和动力学条件分析壁厚铸件可得到石墨组织,而在壁薄时却得到白口组织？从热力学而言，高温铁水冷却时对石墨形成是有利。而从动力学条件看，形成石墨需要高Ｃ浓度起伏和Fe、C长距离扩散,而Fｅ3C形成只需要Ｃ浓度起伏和Fe、C短距离扩散,所以不利于石墨形成但有助于Fｅ3Ｃ形成。铸件在壁厚时，由于冷速慢，C原子可充足扩散,石墨形成动力学条件很好，有助于石墨形成。壁薄时，由于铁水冷却快,C原子不能充足扩散，所以易得到Fe１、合金化基础标准是多元适量，复合加入。试举例说明Ｍｎ-Ｖ和Sｉ－Mn复合作用。(1０分)Mn-V复合:Mｎ有过热倾向，而V是减弱了Mn作用；Mn能减少碳活度，使稳定性很好VC溶点减少,从而在淬火温度下VC也能溶解很多，使钢取得很好淬透性和回火稳定性。Sｉ－Ｍn复合：Si、Ｍｎ所有是强化铁素体有效元素,能提高钢弹性极限，但Sｉ有脱C倾向、Ｍｎ有过热倾向，而Si－Ｍn复合可使钢脱Ｃ、过热倾向减少,这么合金复合在弹簧钢中得到了很好应用。2、说明高速钢铸态组织特性(３分)。有一批高速钢钻头，淬火后硬度比正常偏低，估量是淬火加热有问题。淬火加热也许出现什么问题?(3分)如何从金相组织上来进行鉴定?(6分）高速钢铸态组织为:黑色组织(混合型）＋白亮组织（M和ＡＲ）＋莱氏体。淬火后硬度比正常偏低也许是欠热、过热或过烧等因素。欠热：晶粒很细小，K很多;过热:晶粒较大,K较少;过烧:晶界有熔化组织,即鱼骨状或黑色组织。４、试从合金化原理角度分析9SiCr钢关键特点。（10分）Si、Cr↑淬透性，D油<40mm；Si、Cr↑回稳性，～２50℃Si、Cr使碳化物细小、分布均匀→不容易崩刃；分级或等温解决，变形较小；Ｓi使脱碳倾向较大,切削加