19阅读网  |  最近更新  |  TAG  | 
19阅读网
当前位置:首页 > 材料成型原理复习资料及试题库

材料成型原理复习资料及试题库

来源:互联网 时间:2021-03-06 阅读: 手机版

材料成型原理复习资料及试题库 本文关键词:复习资料,成型,试题库,原理,材料

材料成型原理复习资料及试题库 本文简介:1过冷度:金属的理论结晶温度和实际结晶温度的差值2均质形核:在没有任何外来的均匀熔体中的形核过程3异质形核:在不均匀的熔体中依靠外来杂质或者型壁面提供的衬底进行形核的过程4异质形核速率的大小和两方面有关,一方面是过冷度的大小,过冷度越大形核速率越快。二是和界面有关界面和夹杂物的特性形态和数量来决定,

材料成型原理复习资料及试题库 本文内容:

1过冷度:金属的理论结晶温度和实际结晶温度的差值

2均质形核:在没有任何外来的均匀熔体中的形核过程

3异质形核:在不均匀的熔体中依靠外来杂质或者型壁面提供的衬底进行形核的过程

4异质形核速率的大小和两方面有关,一方面是过冷度的大小,过冷度越大形核速率越快。二是和界面有关界面和夹杂物的特性形态和数量来决定,如果夹杂物的基底和晶核润湿,那么形核速率大。

5形核速率:在单位时间单位体积内生成固相核心的数目

6液态成型:将液态金属浇入铸型之,凝固后获得具有一定形状和性能的铸件或者铸锭的方法

7复合材料:有两种或者两种以上物理和化学性质不同的物质复合组成一种多相固体

8定向凝固:使金属或者合金在熔体中定向生长晶体的方法

9溶质再分配系数:凝固过程当中,固相侧溶质质量分数和液相侧溶质质量分数的比值

10流动性是确定条件下的充型能力,液态金属本身的流动能力叫做流动性

11液态金属的充型能力是指液态金属充满铸型型腔获得完整轮廓清晰的铸件能力

影响充型能力的因素:(1)金属本身的因素包括金属的密度、金属的比热容、金属的结晶潜热、金属的粘度、金属的表面张力、金属的热导率金属的结晶特点。(2)铸型方面的因素包括铸型的蓄热系数、铸型的温度、铸型的密度、铸型的比热容、铸型的涂料层、铸型的透气性和发气性、铸件的折算厚度(3)浇注方面的因素包括液态金属的浇注温度、液态金属的静压头、浇注系统中的压头总损失和。

12影响液态金属凝固过程的因素:主要因素是化学成分

冷却速度是影响凝固过程的主要工艺因素

液态合金的结构和性质以及冶金处理(孕育处理、变质处理、微合金化)等对液态金属的凝固也有重要影响

13液态金属凝固过程当中的液体流动主要包括自然对流和强迫对流,自然对流是由于密度差和凝固收缩引起的流动,由密度差引起的对流成为浮力流。凝固过程中由传热。传质和溶质再分配引起液态合金密度的不均匀,密度小的液相上浮,密度大的下沉,称为双扩散对流,凝固以及收缩引起的对流主要主要产生在枝晶之间,强迫对流是由液体受到各种方式的驱动力产生的对流,例如压力头。机械搅动、铸型震动、外加磁场。

14铸件的凝固方式:层状凝固方式(动态凝固曲线之间的距离很小的时候)、体积凝固方式(动态凝固曲线之间的距离很大的时候)、中间凝固方式(介于中间情况的时候)、

15影响铸件凝固方式的因素有二:一是合金的化学成分,二是铸件断面上的温度梯度。

16热力学能障动力学能障:热力学能障是右被迫处于高自由能过度状态下的界面原子产生的他能直接影响系统自由能的大小,动力学能障是由于金属原子穿越界面过程引起的,他与驱动力的大小无关,而仅仅取决于界面的结构和性质,例如激活自由能。单从热力学条件来看,液相的自由能已经大于固相的自由能,固相为稳定相,相变应该没有能障,但是要想液相原子具有足够的的能量越过高能界面,还需动力学条件,因此液态金属凝固过程中必须克服热力学和动力学两个能障。液态金属在成分、温度、能量、上不是均匀的,即存在成分、能量、结构的三个起伏,正是这三个起伏去克服热力学和动力学能障,使凝固过程能够进行下去。

17凝固过程当中溶质分配的平衡条件:凝固界面上溶质迁移的平衡、固相液相内部扩散的平衡。

18热过冷:金属凝固时所需过冷度完全由传热所提供仅由熔体实际温度分布决定、

19成分过冷:凝固时由于溶质再分配,固液前沿溶质浓度变化,引起理论凝固温度的改变而在固液界面前液相内形成的过冷,这种由于固液界面前方溶质再分配引起的过冷叫做成分过冷

成分过冷对晶体的外貌有什么影响:无成分过冷平面生长,窄成分过冷胞状生长,较宽成分过冷区柱状树枝晶生长,宽成分过冷区自由树枝晶生长。P62

就合金的宏观结晶状态而言,

平面生长、胞状生长柱状树枝晶生长都属于一种晶体自型壁生核然后由外向内单向延伸的生长方式,称为外生长,而等轴晶是在液体的内部自由生长的,称为内生长。

枝晶距离指的是相邻同次枝晶之间的垂直距离

20热过冷完全由热扩散控制,成分过冷不仅由热扩散控制还和溶质扩散相关。

21产生成分过冷具备两个条件:固液界面前沿的溶质的富集而引起成分再分配、固液界面前方液相的实际温度分布必须达到一定值。

22获得全部柱状晶的条件:激冷铸型形成稳定的凝固层防止晶体游离、提高金属的纯度减小成分过冷缩颈的能力、减少液体的流动,提高浇注温度使晶体游离重熔

23厚达铸件获得等轴晶的办法:(1)降低浇注温度,有利于游离晶粒的残余和产生较多的游离晶粒。(2)对金属液进行处理,加入形核剂强化非均质形核。(3)浇注系统的设计应该考虑到低温快速浇注使游离晶粒不重熔(4)使晶体内液体流动,有利于大量游离晶粒的生成。

24在熔点温度的固态金属变为同温度的液态金属的时候,金属要吸收大量的热量,称为融化潜热

25铸锭典型宏观组织的三个晶区及其组成:表面细晶区是紧靠型壁的激冷组织,由无数细小等轴晶组成。中间的柱状晶区由垂直于型壁且彼此平行排列的柱状晶组成。内部的等轴晶区由各向同性的等轴晶组成

26影响液体金属粘度的主要因素是化学成分、温度、夹杂物。一般的难容化合物的液体粘度较高,熔点低的共晶成分合金粘度较低。液体的粘度随着温度的升高粘度降低。液态金属中呈固态的非金属夹杂物使液态金属的粘度增加。冶金处理对液态金属的粘度也有一定的影响,如孕育变质晶粒细化处理等。

27粘度的实质是原子之间的结合力

28影响表面张力的因素:熔点

熔点沸点高则表面张力也大。

温度

表面张力随着温度的升高而降低。

溶质元素

溶质元素对表面张力的影响分为两大类

一类是使表面张力降低的元素,我们叫这类元素为表面活性元素,其表面含量大于内部含量,我们叫他为正吸附元素另外一类是使表面张力升高的元素,我们叫这类元素为非表面活性元素。其表面含量少于内部含量,称为负吸附元素。

29润湿角在p16

30毛细现象是液体对管壁的润湿引起的

31半固态合金的优点:对铸型的热腐蚀小,可以对黑色或者其他熔点的合金成型,填充平稳减少气体的卷入提高致密度,可实现自动化可告诉成型。

32半固态合金的特性:热容量低于液相,粘度高于液相,填充的时候已经有固相的存在,可与其他材料复合

33液体金属在枝晶之间流动的驱动力来自于三方面,一是凝固时的收缩,二是液体化学成分的变化引起的密度变化,三是液体、固体在温度降低冷却收缩时产生的收缩力。

34铸件的凝固时间指的是液态金属充满铸型的时刻到凝固完毕所需要的时间,单位时间内凝固层增长的厚度为凝固速度

35晶体(纯金属)宏观长大的方式取决于界面前方液体中的的温度分布,即温度梯度,在结晶界面前方存在正温度梯度和负温度梯度,当温度梯度为正的时候晶体以平面方式长大,当温度梯度为负的时候晶体以树枝晶的方式生长。晶体的微观长大方式分为粗糙界面和平整界面

36为什么过冷度是液态金属凝固的驱动力?因为只有实际结晶温度低于理论结晶温度,才能满足晶体结晶的热力学条件,过冷度越大固液两相的自由能相差更大,液态金属结晶的驱动力也更大,结晶速度也越快。

37成分过冷区的宽度随着凝固速度的增加而减小,随着扩散系数的增大而增大

38溶质再分配不仅由平衡分配系数k0决定还受自身扩散性质的制约,液相中的对流强弱等因素也将影响溶质再分配。

39在普通的工业条件下

从热力学考虑

当非共晶成分的合金较快的冷却到两条液相线所包围的影线区域内时

液相内两相达到饱和

两相具备了同时析出的条件

但是一般总是某一相先析出

然后在其表面上析出另外一相

于是开始了两相竞争析出的共晶凝固过程

最后获得百分之百的共晶组织。

40影响成分过冷的因素有工艺因素和合金本身的因素。工艺因素:液相中温度梯度gl越小成分过冷越大,晶体生长速度越快成分过冷越大。合金本身因素:ml越大即液相线的斜率大、原始成分的c0大液相中溶质扩散系数dl越低、k0>1时候k0越大

k0<1时k0越小则成分过冷越大.上述的工艺因素是可以控制的

41规则共晶凝固和非规则共晶凝固的异同

规则共晶凝固时候影响其组织形态的因素

规则共晶、非规则共晶、伪共晶组织、片层间距

加入生核剂的目的是强化非均质形核,根据生核质点的作用过程,生核剂主要分为以下几种:(1)直接作为外加晶核的生核剂,这种生核剂是与被细化相具有界面共格对应的高熔点物质或者同类金属、非金属碎粒,他们与被细化的相之间有较小的界面能,润湿角小,作为有效的基底促进自发形核。(2)能生成较高熔点稳定化合物的生核剂,生核剂中的元素能与液态金属中的元素形成较高熔点的稳定化合物,这类化合物与被细化相之间具有界面共格关系和较小的界面能

(3)通过在液相当中微区富集使结晶相提前弥散析出形成的生核剂,(4)强成分过冷元素的生核剂,这类元素通过在生长的固液界面前沿的富集,使晶粒根部或者树枝晶分枝根部产生细弱缩颈,易于通过熔体的流动以及冲击而产生晶粒的游离,这类生核剂产生的强成分过冷也能强化界面前沿熔体内部的非均质形核,强成分过冷元素的界面富集对晶体生长有抑制作用,降低晶体的生长速率,也使晶粒细化

42焊接的基本概念:采用加热或者加压或者既加热又加压是被焊材达到原子结合形式永久连接的方法

43接头:焊接接头指的是被焊材料经过焊接过程之后发生组织和性能变化的

,焊接接头由融合区、热影响区、焊缝组成。

44焊缝:由融化的被焊材料和添加材料凝固后形成的接头组成的部分

45热影响区:受到焊接过程的热作用而发生的组织和性能的变化的被焊材部分

46母材指的就是被焊材料

47融合区是由部分被融化的被焊材料组成的

48焊接热循环指的是在焊接过程当中工件上某点的温度随着时间由低到高升高到最大值然后又由高到低的变化过程.焊接热循环的特点是加热速度快、峰值温度特别高、高温停留时间短、冷却速度快、是局部加热。

49熔滴指的是焊接材料(焊丝焊条)端部被融化形成的滴状的液态金属。焊接熔池的特点是熔池的体积小冷却速度快、焊接熔池的液态金属是处在过热的状态下、焊接熔池的液态金属始终处在运动的状态下、温度梯度较大。焊接熔池的凝固过程是从边界开始的,是一种非均质形核,

50熔池指的是母材上由融化的焊接材料和局部融化的母材组成的,具有一定几何形状的液态金属

51焊接性:金属材料在限定的焊接条件下焊接或者按照规定设计要求的构件,并满足预定的服役要求的能力,即材料对焊接加工的适应性和使用的可靠性

52能用焊接性指的是接头或者整个结构满足某种使用要求的能力

53工艺焊接性指的是在一定的焊接工艺条件下获得优质无缺陷的接头的能力

54焊接过程中对焊接区金属的保护的必要性:(1)防止焊缝成分发生变化,主要是氧化和氮化(2)防止接头性能劣化导致韧性塑性下降(3)防止产生焊接缺陷例如气孔裂纹夹杂(4)改善焊接工艺性能

55焊接过程中对焊接区金属的保护方法(1)气保护例如co2气体保护焊,效率高易实现成本低但是焊接缺陷大(2)渣保护例如埋弧焊,特点是高效可焊接厚板,(3)渣气联合保护

例如手工电弧焊(4)真空保护电子束焊接

可以焊接非常厚的板材,而且焊接缺陷小,但是价格昂贵

56焊接区内气体和金属的相互作用:有N2

O2

H2O

H2

Ar渣蒸汽

金属蒸汽,他们的主要来源是周围空气、焊接材料、母材。

57氮气和金属的相互作用,高温溶解和Fe反应生成氮化物,为硬脆相。在熔池凝固的时候氮气的溶解度降低形成气体分子,若金属凝固较快,气体无法全部跑出,形成气孔,也可与金属生成氮化物,对焊接质量有大的影响。

氮的危害;a:形成气孔;b:塑性,韧性下降;c:时效脆化

58氮气的控制:加强焊接区的保护,氮气主要是来自空气,通过氩气的保护比较好,其次是选择合理的焊接工艺参数,最后加入比铁元素活跃的元素与氮元素反应,选择合金脱氮。

59氢在高温下溶于液态金属,随着温度的下降,氢元素的溶解度也下降,残留在焊缝当中,氢对焊接质量有重要的影响,(1)气孔(2)氢脆

氢在室温附近使金属的塑性和韧性急剧下降(3)白点(4)延迟裂纹

60出现冷裂纹的几个因素:外加应力

材料脆

扩散氢的存在

61氢元素的控制:a:控制来源,氢元素的主要来源是空气中的水蒸气,控制焊接材料的含氢量,焊条中的水分和有机物,母材除油除水除锈

b:冶金脱氢:合金脱氢焊接材料加入氟化物生成hf

;提高焊接材料的氧化性生成H2O;c:工艺措施:

确定合理的焊接工艺参数;焊后脱氢。

62.

氧对焊接质量影响:a降低焊缝的力学性能,韧性、塑性强度下降硬度上升;b影响焊接过程和质量c形成Co气孔;氧的控制:a加强焊接的保护

63.

氧的控制:a加强焊接区的保护b限制焊接材料的含氧量c选择合适的焊接方法和焊接工艺参数d冶金脱氧

64.

熔渣:药皮、药芯、焊剂受热融化发生化学反应形成的;其作用:机械保护作用;改善焊接工艺性能;冶金处理作用;熔渣分类:盐型、氧化性、盐--氧化型熔渣;

65.

焊缝中金属的脱氧:先期脱氧,沉淀脱氧、扩散脱氧;

66.

脱氧剂的选择:a和氧的亲和力大的b不溶于液态金属,密度低、熔点低c价格便宜d对焊接工艺性和接头质量存在影响

67.

合金化的目地:a补充损失b消除焊接缺陷改善焊缝组织和性能d获得特殊性能堆层焊

68.

合金化的形式:焊条,焊剂,焊丝,合金粉末

69.

熔池的特点:a金属出与过热状态b熔池体积小冷却速度快c温度梯度大d运动中结晶

70.

热影响区组织转变特点:加热过程中:a组织转变向高温段推移b奥氏体均匀程度低c部分晶粒严重长大;冷却过程中d组织转变向低温段推移e马氏体转变临街冷却速度发生改变;

71.

硫的危害:a形成低熔共晶增大结晶裂纹/倾向性b韧性下降

72.

硫的控制:a控制来源b冶金脱硫

73.

磷的危害:增大结晶裂纹倾向;增加脆性;控制:限制材料的含磷量;

《材料成型原理》试卷A试题与答案

一、铸件形成原理部分(共40分)

1、概念

(每小题3分

共12分)

(1)过冷度;(2)液态成形;(3)复合材料;(4)

定向凝固;

答案:

过冷度:

a)

金属的理论结晶温度与实际结晶温度的差,称为过冷度。

液态成形:将液态金属浇入铸型后,凝固后获得一定形状和性能的铸件或铸锭的加工法。

复合材料:有两种或两种以上物理和化学性质不同的物质复合组成的一种多相固体。

定向凝固;定向凝固是使金属或合金在熔体中定向生长晶体的一种工艺方法。

溶质再分配系数:凝固过程中固-液界面固相侧溶质质量分数与液相中溶质质量分数之比,称为溶质再分配系数。

2、回答下列问题

(每小题6分

共18分)

(1)影响液态金属凝固过程的因素有哪些?(6分)答案:影响液态金属凝固的过程的主要因素是化学成分;冷却速率是影响凝固过程的主要工艺因素;液态合金的结构和性质等对液态金属的凝固也具有重要影响。

(2)热过冷与成分过冷有什么本质区别?(6分)答案

热过冷完全由热扩散控制。成分过冷由固-液界前方溶质的再分配引起的,成分过冷不仅受热扩散控制,更受溶质扩散控制。

(3)简述铸件(锭)典型宏观凝固组织的三个晶区(6分)答案:表面细晶粒区是紧靠型壁的激冷组织,由无规则排列的细小等轴晶组成;中间柱状晶区由垂直于型壁彼此平行排列的柱状晶粒组成;内部等轴晶区由各向同性的等轴晶组成。

3、

对于厚大金属型钢锭如何获得细等轴晶组织?(10分)答案::降低浇注温度,有利于游离晶粒的残存和产生较多的游离晶粒;对金属液处理,向液态金属中添加生核剂,强化非均质形核;浇注系统的设计要考虑到低温快速浇注,使游离晶不重熔;引起铸型内液体流动,游离晶增多,获得等轴晶。

二、焊接原理部分(共20分)

1简述氢在金属中的有害作用。(4分)

答案::

氢脆,

白点,气孔,冷裂纹

2写出锰沉淀脱氧反应式,并说明熔渣的酸碱性对锰脱氧效果的影响(6分)

答案::

[Mn]

+

[FeO]

=

[Fe]

+

(MnO),酸性渣脱氧效果好,碱度越大,锰的脱氧效果越差。

3冷裂纹的三大形成要素是什麽?(4分)

答案::钢材的淬硬倾向,氢含量及其分布,拘束应力状态

4说明低碳钢或不易淬火钢热影响区组织分布。(6分)

答案::(1)熔合区:组织不均匀;(2)过热区:

组织粗大;

(3)相变重结晶区(正火区):组织均匀细小;(4)不完全重结晶区:晶粒大小不一,组织分布不均匀.

三、塑性成形力学部分[共40分]

1、简答题:(10分)

(1)

写出塑性变形时应变分量与位移分量之间关系(小变形几何方程);

答案:

(2)

简述两种屈服准则并写出表达式,并说明其在空间的几何表示。

答案:

答案:,,[5分],,而,则:

[5分]

3、

如图平面挤压工艺,,最大剪应力为K,试用上限法求解平面挤压时的平均流动应力p。[15分]

(三、3题图)

答案:;

,,,

材料成型原理》试卷B试题与答案

一、铸件形成原理部分(共40分)

1、解释下列概念(共9分,每小题3分)

液态成形:将液态金属浇入铸型后,凝固后获得一定形状和性能的铸件或铸锭的加工法。

复合材料:有两种或两种以上物理和化学性质不同的物质复合组成的一种多相固体。

溶质再分配系数:凝固过程中固-液界面固相侧溶质质量分数与液相中溶质质量分数之比,称为溶质再分配系数。

2、回答下列问题(共16分)

(1)

简述铸锭典型宏观凝固组织的三个晶区及其组成(5分)答案::表面细晶粒区是紧靠型壁的激冷组织,由无规则排列的细小等轴晶组成;中间柱状晶区由垂直于型壁彼此平行排列的柱状晶粒组成;内部等轴晶区由各向同性的等轴晶组成。

(2)

产生成分过冷必须具备哪两个条件?(5分)答案:;第一是固-液界面前沿溶质的富集而引起成分再分配;第二是固-液界面前方液相的实际温度分布,或温度分布梯度GL必须达到一定的值。

(3)

影响液态金属凝固过程的因素有哪些?(6分)答案::影响液态金属凝固的过程的主要因素是化学成分;冷却速率是影响凝固过程的主要工艺因素;液态合金的结构和性质等对液态金属的凝固也具有重要影响。

2、

厚大铸件(在干砂型中浇注)欲获得细等轴晶组织,应采取哪些措施?(15分)

答案:降低浇注温度,有利于游离晶粒的残存和产生较多的游离晶粒;对金属液处理,向液态金属中添加生核剂,强化非均质形核;浇注系统的设计要考虑到低温快速浇注,使游离晶不重熔;引起铸型内液体流动,游离晶增多,获得等轴晶。

二、焊接原理部分(共20分)

1熔渣的作用是什麽?(4分)

答案::(1)机械保护作用;(2)冶金处理作用;(3)改善工艺性能的作用

2简述氧在金属中的有害作用,并说明采取哪些措施可以减少焊缝中的氧含量。(6分)

答案::氧的有害作用:

(1)使材料的强度、塑性和韧性降低,尤其是对低温韧性影响更大;(2)引起气孔和裂纹。

氧的控制:(1)纯化焊接材料;(2)控制焊接工艺参数;(3)冶金方法脱氧处理

3冷裂纹的三大形成要素是什麽?(4分)

答案::钢材的淬硬倾向,氢含量及其分布,拘束应力状态

4说明低碳钢或不易淬火钢热影响区组织分布。(6分)

答案::(1)熔合区:组织不均匀;(2)过热区:

组织粗大;(3)相变重结晶区(正火区):组织均匀细小;(4)不完全重结晶区:晶粒大小不一,组织分布不均匀。

三、塑性成形力学部分[共40分]

1、应力张量

为,求主应力分量。(用解析法和应力摩尔圆法两种方法求)(10分)

答案:,,

2

平锤头压入半无限体属于平面变形,滑移线场如图所示,最大剪应力为K,试求平均流动应力p。(忽略摩擦)[15分]

答案:

任取一点A:

未知点C:

[5分]

沿α线:

[5分]

则:

3

平锤头压入半无限体属于平面变形,最大剪应力为K,试用上限法求平均流动应力p。(,冲头语言坯料间摩擦力为)

[15分]

(三、3题图)

答案:;,,[5分]

[5分]

[5分]

10

篇2:材料科学基础试题库内附部分自己整理答案

材料科学基础试题库内附部分自己整理答案 本文关键词:材料科学,内附,试题库,整理,答案

材料科学基础试题库内附部分自己整理答案 本文简介:《材料科学基础》试题库一、选择1、在柯肯达尔效应中,标记漂移主要原因是扩散偶中__C___。A、两组元的原子尺寸不同B、仅一组元的扩散C、两组元的扩散速率不同2、在二元系合金相图中,计算两相相对量的杠杆法则只能用于__B___。A、单相区中B、两相区中C、三相平衡水平线上3、铸铁与碳钢的区别在于有无

材料科学基础试题库内附部分自己整理答案 本文内容:

《材料科学基础》试题库

一、

选择

1、在柯肯达尔效应中,标记漂移主要原因是扩散偶中

__C___。

A、两组元的原子尺寸不同

B、仅一组元的扩散

C、两组元的扩散速率不同

2、在二元系合金相图中,计算两相相对量的杠杆法则只能用于

__B___。

A、单相区中

B、两相区中

C、三相平衡水平线上

3、铸铁与碳钢的区别在于有无

_A____。

A、莱氏体

B、珠光体

C、铁素体

4、原子扩散的驱动力是

_B____。

A、组元的浓度梯度

B、组元的化学势梯度

C、温度梯度

5、在置换型固溶体中,原子扩散的方式一般为

__C___。

A、原子互换机制

B、间隙机制

C、空位机制

6、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子,这样的缺陷称为

_B____。

A、肖脱基缺陷

B、弗兰克尔缺陷

C、线缺陷

7、理想密排六方结构金属的c/a为

__A___。

A、1.6

B、2×√(2/3)

C、√(2/3)

8、在三元系相图中,三相区的等温截面都是一个连接的三角形,其顶点触及

__A___。

A、单相区

B、两相区

C、三相区

9、有效分配系数Ke表示液相的混合程度,其值范围是

_____。(其中Ko是平衡分配系数)

A、1

r*

;能量条件:

A

>

ΔG

max

;成分条件。

16、为什么钢的渗碳温度一般要选择在γ-Fe相区中进行?若不在γ-Fe相区进行会有什么结果?γ相是原始生长相,固溶度高,渗碳可以均匀分布在组织结构中。

温度过低的其他相,比如马氏体,或珠光体的,不能均匀扩散到组织结构中,偏析严重,导致强度降低。

温度过高,组织会重新生核成长,会破坏原来的组织结构

19、位错密度有哪几种表征方式?

体密度:即单位体积内的位错线长度;面密度:即垂直穿过单位面积的位错线根数。

20、淬透性与淬硬性的差别。

淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力;淬硬性是指在一定条件下淬火后获得马氏体组织所能达到的最高硬度。

22、马氏体相变的基本特征?(12分)

1.无扩散性

2.切变性,即由母相变为新相的晶格改组过程是以切变方式进行的

3.具有一定的晶体学位相关系的惯习面,即共格切变

4.转变在一定的温度范围内进行

5.快速转变,一般不需要孕育期

6.转变不完全,会留有相当数量的残余奥氏体

23、加工硬化的原因?(6分)

产生加工硬化的主要原因是金属在塑性变形时晶粒产生滑移,滑移面和其附近的晶格扭曲,使晶粒伸长和破碎,金属内部产生残余应力等,因而继续塑性变形就变得困难,从而引起加工硬化。

24、柏氏矢量的意义?(6分)

它描述了位错线上原子畸变特征、方向、大小;位错的畸变能和柏氏矢量的平方成正比.

26、已知916℃时,γ-Fe的点阵常数0.365nm,(011)晶面间距是多少?(5分)

面心立方的g-Fe,a=b=c=0.365nm,对立方晶系,

27、画示意图说明包晶反应种类,写出转变反应式?(4分)

28、影响成分过冷的因素是什么?(9分)

温度梯度(平缓有利);凝固速度(越快越有利);凝固范围(越大越有利)。

29、单滑移、多滑移和交滑移的意义是什么?(9分)

只有一个滑移系统上的分切应力最大并达到临界分切应力,形成单滑移,这种情况下,加工硬化最弱;当拉力轴在晶体的特定取向上可能使几个滑移系的分切应力相等,在同时达到了临界分切应力时发生多滑移,这种情况下会发生加工硬化现象;交滑移是螺旋位错在两个相交的滑移面上运动,当螺型位错在一个滑移面上运动遇到障碍会转到另一个滑移面上继续滑移,滑移方向不变。交滑移影响材料的塑性。

30、简要说明纯金属中晶粒细度和材料强度的关系,并解释原因。(6分)

Hall-Petch霍尔-佩奇公式,细度减小,屈服强度增加,用晶界位错塞积模型解释。对粗晶粒,晶界塞积的位错多,产生应力集中大,在变形传递中容易使位错源开动,因此屈服强度低。

31、某晶体的原子位于四方点阵的节点上,点阵的a=b,c=a/2,有一晶面在x,y,z轴的截距分别为6个原子间距、2个原子间距和4个原子间距,求该晶面的密勒指数。

32、证明理想密排六方结构的轴比c/a=1.633。(a,厂3/3a)

33、立方晶系的(111),(110),(123)晶面族各包含多少晶面,写出它们的密勒指数。

34、说明柏氏矢量的确定方法,如何利用柏氏矢量和位错线来判断位错的类型?

答:首先在位错线周围作一逆时针回路,然后在无位错的晶格内作同样的回路,该回路必不闭合,连接终点与起点即为柏氏矢量.

位错线与柏氏矢量垂直的是刃型位错,平行的是螺型位错.

35、简要说明成分过冷的形成及其对固溶体组织形态的影响。

答:

固溶体凝固时,由于溶质原子在界面前沿液相中的分布发生变化而形成的过冷.

36、为什么晶粒细化既能提高强度,也能改善塑性和韧性?

答:

晶粒细化减小晶粒尺寸,增加界面面积,而晶界阻碍位错运动,提高强度;

晶粒数量增加,塑性变形分布更为均匀,塑性提高;

晶界多阻碍裂纹扩展,改善韧性.

37、共析钢的奥氏体化有几个主要过程?合金元素对奥氏体化过程有什么影响?

答:

共析钢奥氏体化有4个主要过程:

奥氏体形成、渗碳体溶解、奥氏体均匀化、晶粒长大。合金元素的主要影响通过碳的扩散体现,碳化物形成元素阻碍碳的扩散,降低奥氏体形成、渗碳体溶解、奥氏体均匀化速度。

38、提高钢材耐蚀性的主要方法有哪些?为什么说Cr是不锈钢中最重要的合金元素?

答:提高钢材耐蚀性的主要方法有:在表面形成致密氧化膜、提高基体电极电位、形成单相组织。Cr可形成表面致密氧化膜Cr2O3,可提高电极电位,可形成单相铁素体.

39、何为位错反应?如何判断一个位错反应能否进行?

40、根据凝固理论,试述细化晶粒的基本途径。

凝固理论可知,结晶时单位体积中的晶粒数目

z

取决于形核率

N

和晶体长大速率

Vg

两个因素,即

z

N/Vg

。基本途径:

(1)

增大过冷度

T。△T增加,N和Vg

都随之增加,即

z增多。

(2)

加入形核剂。加入形核剂后,可以促使过冷液体发生非均匀形核。即不但使非均匀形核所需要的基底增多,而且使临界晶核半径减小,这都将使晶核数目增加,从而细化晶粒。

(3)

振动结晶。振动结晶,一方面提供了形核所需要的能量,另一方面可以使正在生长的晶体破断,以提高更多的洁净核心,从而使晶粒细化。

41、分析金属冷变形度的大小对再结晶晶粒尺寸的影响,说明原因。

42、简述成分过冷的形成以及成分过冷对固溶体生长形态的影响。

43、位错增值机理

五、计算、作图

1、已知碳在r—Fe中的扩散常数D0=2.0×10-5m2/s,扩散激活能Q=1.4X105J/mol(R=8.31J/(molK))。碳势均为CP=1.1%C的条件下对20#钢在880℃进行渗碳,为达到927℃渗碳5h同样的效果,渗碳时间应为多少?(12分)

2、对fcc结构的晶体(点阵常数为a)

(1)分别计算原子在[100],[110]和[111]晶向上的原子密度,并说明哪个晶向是密排方向:

(2)计算原子在(100),(110)和(111)晶面上的原子密度和三个面的面间距,并指出面间距最大的晶面。

3、写出附图1.1所示立方晶格中晶面ABCD和晶向CE的指数;在右图单胞中画出晶面(111)和该面上属于三个晶向,并标出具体指数。(12分)

4、已知碳在γ-Fe中扩散时,D0

=2.0×10-5m2/s,Q=1.4×105J/mol。当温度在927℃时,求其扩散系数为多少?(已知摩尔气体常数R=8.314J/mol?K)

5、作图表示立方晶体的、、晶面和、、晶向。(每题2分,共10分)

6、已知A(熔点600℃)与B(熔点500℃)在液态无限互溶,固态时A在B中的最大固溶度(质量分数)为ωA=0.30,室温时为ωA=0.10;但B在固态和室温时均不溶于A。在300℃时,含ωB=0.40的液态合金发生共晶反应。试绘出A-B合金相图;并分析ωA=0.20、ωA=0.80的合金在室温下的组织组成物和相组成物的相对量。

在A-B二元相图中,分析wB=0.6的合金平衡凝固后,在室温下的相组成物及组织组成物,并计算各相组成物的相对含量。

相组成:A+β

组织组成:A+β+AII

解:

按已知条件,A-B合金相图如图4-13所示(各相区均用组织成物标注)。

Ⅰ合金(A-0.80B):室温下由A与B两相组成,其相对量为Wβ=(0.8-0)/(0.9-0)=89%.

WA=1-β=11%.室温下的组织为β+

A

Ⅱ,其组织组成物的相对量与组成物相同,即

W

β=89%,WA

Ⅱ=11%.

Ⅱ合金(A-0.55B):室温下由A与B两相组成,其相对量为

室温下的组织为β初+(A+β)共晶+AⅡ。在共晶反应刚完成时。则有β初+(A+β)共晶.冷至室温时,将由β初‘

与共晶β中析出AⅡ,但由于共晶β中析出的AⅡ与共晶A连接在一起。不可分辨,故略去不计。

由β初‘中析出AⅡ的相对量为

所以,室温下β初的相对量为Wβ初

=

Wβ初‘

-

WAⅡ=

50%

-

11%

=

39%

该合金室温下组织成物的相对量为

Wβ初

=

39%

.W(A+β)共晶

=50%

.WAⅡ

=

11%

7、绘出Fe-Fe3C相图,标出铁碳相图上的C、E、F、G、K、P、S点,说明ECF、PSK水平线和ES、GS曲线的意义,其上发生的转变及生成的组织组成物。

A

1538

0

纯铁的熔点

C

1148

4.3

共晶点,LC→ld

D

1227

6.69

渗碳体的熔点(计算值)

E

1148

2.11

碳在γ-Fe中的最大溶解度

G

912

0

纯铁的同素异晶转变点,α-Fe→γ-Fe

P

727

0.0218

碳在α-Fe中的最大溶解度

S

727

0.77

共析点,As→P

Q

600

0.0057

600℃时碳在α-Fe中的溶解度

ECF

共晶线

发生共晶转变,生成莱氏体(Ld)。共晶反应式为:Lc—→Ld

ACD

液相线

此线以上为液相(L),缓冷至液相线时,开始结晶

AECF

固相线

此线以下为固相

PSK

共析线

A1

发生共析转变,生成珠光体(P).

共析反应式为:AS—→P

ES

Acm

碳在γ-Fe中的溶解度曲线

PQ

碳在α-Fe中的溶解度曲线

GS

A3

奥氏体—→铁素体转变线

8、已知某低碳钢

σ

0

=64KPa

K=393.7

,若晶粒直径为

50μm

,该低碳钢的屈服强度是多少?

9、试计算

BCC

晶体最密排面的堆积密度

BCC

密排面为{

110

}面,其面积为:

.{

110

}面上被原子占据的面积为(两个原子):

.堆积密度:

10、面心立方结构和密排六方结构金属中的原子堆垛方式和致密度是否有差异?请加以说明。

FCC和HCP均按ABCABC方式堆垛;致密度也都是0.74。

11、计算wc=3.3%的铁碳合金常温下莱氏体的相对含量,组织中珠光体的相对含量和共析渗碳体的含量。(9分)

12、已知Cu的原子量为63.5,原子半径是0.1278

nm。(

20分)

(1)计算铜的密度、点阵常数和最大面间距。

(2)在立方晶胞(图1.)中标出下列晶面和晶向(要求用字母标出,如oa:[001],等等):

(011)、(11`1)、(`221)、[102]、[`110]、[11`1]

(3)以上哪些晶面和晶向互相垂直?

13、柏氏矢量的物理意义是什么?根据柏氏矢量如何区分螺型位错和刃型位错?什么是全位错和不全位错?简述位错反应条件。无外力作用时,位错反应

能否进行?(18分)

14、假设在镁晶体中,由一个位错源放出的位错移到晶体表面,使晶体表面产生高度约为10-4cm的滑移台阶,问有多少个位错运动至表面?(已知b=3.2

A)

15、在铝试样中测得晶粒内部的位错密度为5x1013m-2,假定位错全部集中在亚晶界上,且每个亚晶粒的截面均为正六边形,而位错全为刃位错,其柏氏矢量b=a/2[101]≈2x10-10m,如亚晶粒之间的倾角为5°,试求亚晶界上的位错间距和亚晶粒的平均大小。

正六边形面积

,总边长为6a,单位面积中亚晶数目

求得a=1′10-5(m)。

P/6=5*10^2/6=87.因为,D=2.3nm,所以六边形边长为:2.3*87=198nm,则晶梨外接圆直径d=2*198=396nm.

17、在870℃比在930℃渗碳有一定优越性,淬火变形小又可得到较细的晶粒,碳在γ铁中的D0=2.0×10-5m2/s,Q=140×103J/mol,请计算:(10分)

(a)

870℃时碳在γ铁中的扩散系数;

(b)

将渗层加深一倍需多长时间?

(c)

若规定0.3%C作为渗碳层厚度的量度,则在930℃渗碳10小时的渗层厚度为870℃渗碳10小时的多少倍?

(气体常数R=8.314J/mol·K,渗层厚度)

(a)

D870℃=7.98×10-12

m2/s

(b)

4倍时间

(c)

1.44倍

18、位错线与柏氏矢量,切应力方向,位错线运动方向以及晶体滑移方向的关系?

六、综合

1、试分析冷塑性变形对合金组织结构、力学性能、物理化学性能、体系能量的影响。

组织结构:(

1

)形成纤维组织:晶粒沿变形方向被拉长;(

2

)形成位错胞;(

3

)晶粒转动形成变形织构.

力学性能:位错密度增大,位错相互缠绕,运动阻力增大,造成加工硬化。

物理化学性能:其变化复杂,主要对导电,导热,化学活性,化学电位等有影响。

体系能量:包括两部分:(

1

)因冷变形产生大量缺陷引起点阵畸变,使畸变能增大;(

2

)因晶粒间变形不均匀和工件各部分变形不均匀引起的微观内应力和宏观内应力。这两部分统称为存储能,其中前者为主要的。冷变形后引起的组织性能变化为合金随后的回复、再结晶作了组织和能量上的准备。

2、对铁碳合金(wc=0.0015)经过完全退火后:(20分)

(1)

在室温下包含哪些组成相,计算其相对量。

(2)

在室温下由哪些组织组成物构成,画出组织示意图,并计算各自的相对量。

(3)

在室温下该合金经过较大的塑性变形(例如压缩50%),其组织会发生哪些变化?

(4)

变形后再经过750℃充分保温后缓慢冷却到室温,所得到的组织与原完全退火的组织有哪些差别?

3、请根据所附二元共晶相图分析解答下列问题:

(1)

分析合金I、II的平衡结晶过程,并绘出冷却曲线;

(2)

说明室温下I、II的相和组织是什么?并计算出相和组织的相对含量;

(3)

如果希望得到共晶组织和5%的β初的合金,求该合金的成分;

(4)分析在快速冷却条件下,I、II两合金获得的组织有何不同。

:(

1

2

I

α

β

II

,相组成与组织组成比例相同

II

β

+(

α

β

β

II

(忽略)

3

)设所求合金成分为

x

4

I

合金在快冷条件下可能得到少量的共晶组织,且呈现离异共晶的形态,合金中的

β

II

量会减少,甚至不出现;

II

合金在快冷条件下

β

初呈树枝状,且数量减少。共晶体组织变细小,相对量增加。

4、叙述板条马氏体和下贝氏体的组织形态,并说明板条马氏体和下贝氏体具有良好强韧性的原因。

5、试述冷变形金属在加热时,其组织和性能发生的变化。

6、试论述含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响。

7、论述影响扩散的主要因素。

8、求体心立方结构中的四面体和八面体间隙的半径及其中心位置的坐标。

9、45钢的过冷奥氏体连续转变曲线如图所示,请回答下列问题:(共15分)

(1)说明图中A1线、Ms、1线、2线、3线表示的意义。

(2)过冷奥氏体转变产物有哪些?写出各种转变产物的名称、相变类型、组织形态和性能特点;

(3)在V1、V2、V3、V4

冷却速度下,各得到何种组织?

(4)指出与V1、V2、V3、V4相对应的热处理工艺名称是什么?

1.

A1线—共析线;Ms—马氏体转变开始线;1线—过冷奥氏体向铁素体转变开始线;2线—珠光体转变终了线;3线—贝氏体转变开始线。

2.

过冷奥氏体转变产物:

珠光体,扩散型相变,片状组织,强度较高,塑性较好;

铁素体,扩散型相变,块状组织,强度低,塑性好;

马氏体,非扩散型相变,板条或片状,强度高,脆性大;

贝氏体,兼有扩散与非扩散相变特点,上贝氏体,羽毛状,脆性大,下贝氏体,片状,强度高,韧性好。

3.V1—铁素体、珠光体;V2—铁素体、珠光体;V3—铁素体、珠光体、贝氏体、马氏体;V4—马氏体。

4.V1、V2—退火,V3—正火,V4—淬火

10、就Fe-Fe3C相图,回答下列问题:

1.

默画出Fe-Fe3C相图,用相组成物填写相图;

2.

分析含碳量为1.0wt%的过共析钢的平衡结晶过程,并绘出室温组织

示意图。

LàL+γàγàγ+Fe3CⅡàP+Fe3CⅡ

3.

计算相图中二次渗碳体和三次渗碳体可能的最大含量。

Fe3CⅡ=(2.11-0.77)/(6.69-0.77)=22.6%

Fe3CⅢ=(0.0218-0.00001)/(6.69-0.00001)=0.325%

4.已知某铁碳合金室温时的相组成物为铁素体和渗碳体,铁素体占82%,试求该合金的含碳量和组织组成物的相对量。wc=1.2%,P=92.7%,Fe3C=7.3%

11、右图为固态有限互溶三元共晶相图的投影图,请回答下列问题:

(1)指出三个液相面的投影区;

(2)指出e3E线和E点表示的意义;

(3)分析合金N的平衡结晶过程。

1.

Ae1Ee3A、

Be2Ee1B、

Ce3Ee2C

2.e3E线:α与γ的共晶线,

E点:三元(四相)共晶点。

3.N点合金:LèLàγèLàβ+γè

Làα+β+γ

12.

在面心立方晶体中,分别画出

和、,指出哪些是滑移面、滑移方向,并就图中情况分析它们能否构成滑移系?若外力方向为

[001]

,请问哪些滑移系可以开动?

13.假设某面心立方晶体可以开动的滑移系为

,请回答:

1)

给出滑移位错的单位位错柏氏矢量;

2)若滑移位错为纯刃位错,请指出其位错线方向;若滑移位错为纯螺位错,其位错线方向又如何?

答:(

1

)单位位错的柏氏矢量

2

)纯刃位错的位错线方向与

b

垂直,且位于滑移面上,

;纯螺位错的位错线与

b

平行,为

[011]。

篇3:金属材料学考试题库

金属材料学考试题库 本文关键词:金属材料,考试题库

金属材料学考试题库 本文简介:第一章钢中的合金元素1、合金元素对纯铁γ相区的影响可分为哪几种?答:开启γ相区的元素:镍、锰、钴属于此类合金元素扩展γ相区元素:碳、氮、铜属于此类合金元素封闭γ相区的元素:钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅属于此类合金元素缩小γ相区的元素:硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素2、合金元素对钢γ相区和共析点

金属材料学考试题库 本文内容:

第一章

钢中的合金元素

1、合金元素对纯铁γ相区的影响可分为哪几种?

答:开启γ相区的元素:镍、锰、钴属于此类合金元素

扩展γ相区元素:碳、氮、铜属于此类合金元素

封闭γ相区的元素:钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅属于此类合金元素

缩小γ相区的元素:硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素

2、合金元素对钢γ相区和共析点会产生很大影响,请举例说明这种影响的作用

答:合金元素对α-Fe、γ-Fe、和δ-Fe的相对稳定性以及同素异晶转变温度A3和A4均有很大影响

A、奥氏体(γ)稳定化元素

这些合金元素使A3温度下降,A4温度上升,即扩大了γ相区,它包括了以下两种情况:

(1)开启γ相区的元素:镍、锰、钴属于此类合金元素

(2)扩展γ相区元素:碳、氮、铜属于此类合金元素

B、铁素体(α)稳定化元素

(1)封闭γ相区的元素:钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅

(2)缩小γ相区的元素:硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素

3、请举例说明合金元素对Fe-C相图中共析温度和共析点有哪些影响?

答:

1、改变了奥氏体相区的位置和共析温度

扩大γ相区元素:降低了A3,降低了A1

缩小γ相区元素:升高了A3,升高了A1

2、改变了共析体的含量

所有的元素都降低共析体含量

第二章

合金的相组成

1、什么元素可与γ-Fe形成固溶体,为什么?

答:镍可与γ-Fe形成无限固溶体

决定组元在置换固溶体中的溶解条件是:

1、溶质与溶剂的点阵相同

2、原子尺寸因素(形成无限固溶体时,两者之差不大于8%)

3、组元的电子结构(即组元在周期表中的相对位置)

2、间隙固溶体的溶解度取决于什么?举例说明

答:组元在间隙固溶体中的溶解度取决于:

1、溶剂金属的晶体结构

2、间隙元素的尺寸结构

例如:碳、氮在钢中的溶解度,由于氮原子小,所以在α-Fe中溶解度大。

3、请举例说明几种强、中等强、弱碳化物形成元素

答:铪、锆、鈦、铌、钒是强碳化物形成元素;形成最稳定的MC型碳化物

钨、钼、铬是中等强碳化物形成元素

锰、铁、铬是弱碳化物形成元素

第四章

合金元素和强韧化

1、请简述钢的强化途径和措施

答:固溶强化

细化晶粒强化

位错密度和缺陷密度引起的强化

析出碳化物弥散强化

2、请简述钢的韧化途径和措施

答:细化晶粒

降低有害元素含量

调整合金元素含量

降低钢中含碳量

3、请简述影响钢冷成型的主要力学性能指标或组织要求

答:低的屈服强度

高的延伸率

高的均匀伸长率

高的加工硬化率

高的深冲性参量

适当面均匀的晶粒度

控制夹杂物的形状和分布

游离渗碳体的数量和分布

4、请问那些合金元素有可能改善钢的切削加工性能?

答:硫是了解最清楚和广泛应用的易削添加剂

铅是仅次于硫的常用易削添加剂

近年来许多注意力已经转到钙脱氧生产易削结构钢上

5、简述改善钢的焊接性能的途径

答:采用碳当量为比较的基础,由加入的各元素来计算和评定钢材的焊接性能。碳当量越低,焊接性能越好。

近似公式:碳当量=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5

第六章

构件用钢

1、碳钢中长存元素有哪些?它们与钢的性能有什么影响?

答:碳、锰、硫、磷、硅

含碳量增加,强度上升,硬度提高,塑韧性下降

锰可提高钢的淬透性,同时具有固溶强化作用

硅有固溶强化作用,但不能细化铁素体晶粒

硫在一般钢中均被认为是有害元素,会引起钢的热脆,S在易切钢中是有利的

磷在一般钢中均被认为是有害元素,会引起晶界脆化,造成冷脆

2、人们对低合金高强度钢的性能有什么要求?

答:1、要求钢材具有较高的屈服强度

2、较大的屈强化比σs/σb,适合的比值在0.65-0.75之间

3、较好的塑性、延伸率一般不小于21%

4、较好的冲击韧性,在纵向和横向分别不小于80和60J/cm2

5、较低的韧脆转折温度:应低于-30℃左右

6、具有良好的工艺性能和耐蚀性,较低成本

3、请概述低合金高强度钢中常用合金元素

答:低合金高强度钢的基本成分的考虑应该是低的含碳量

稍高的锰含量

用铝细化晶粒

适当用硅固溶强化

利用Nb、V、Ti细化晶粒和产生沉淀强化

4、何为控制轧钢和控制冷却?

答:常规热轧在高温快速再结晶区轧制,控制轧制在高温下的再结晶区变形紧靠Ar3以上的低温无再结晶区变形。在奥氏体-铁素体两相区变形,通过控制轧制,可以获得极细的晶粒度。控制冷却是在轧制整个过程中对钢材的温度进行控制,以求获得理想的微观组织。

5、概述双相钢的组织和性能特征

答:常见的双相钢显微组织是铁素体+岛状铁素体+少量残余奥氏体

这类钢具有连续强度的σ-ε

曲线

低的屈服强度

高的应变硬化速率

优良的抗拉强度于塑性的配合

高的均匀伸长率和总伸长率

高加工硬化指数

高塑性应变比

6、请介绍双相钢有几种获取方法,并简述工艺过程

答:1、热处理双相处理

钢在Ac1与Ac3双相区加热,其组织为α+γ,在随后的冷却过程中形成α+M的组织

2、热轨双相钢

钢在热轨后控制冷却,形成80-90%的细小多边形铁素体和马氏体的组织

7、为了调节双相钢中的马氏体百分含量,有几种手段和方法(包括材料成分和处理工艺)

答:在双相区加热

相同成分的材料,加热温度越高,奥氏体越多,冷却后马氏体越多,相同的加热温度,材料中含碳量越高,奥氏体越多,冷却后马氏体越多。

8、为了调节双相钢中马氏体的含碳量,有几种手段和方法(包括材料的成分和处理了工艺)

答:在双相区加热

相同成分的材料,加热温度越高,奥氏体越多,冷却后马氏体含碳量越低,相同的马氏体含量,材料中含碳量越高,奥氏体越多,冷却后马氏体含碳量越高。

第七章

机械用钢

1、调质钢的成分、组织和性能主要特征有哪些?

答:具有中等含碳量的结构钢

经过加热淬火成马氏体,并经高温回火,金相组织是回火索氏体

具有强度、塑性及韧性良好匹配的钢

2、请简述调质钢的最后热处理工艺和微观组织

答:淬火:将钢体加热至Ac3线以上进行淬火,淬火温度由钢的成分来决定,淬火介质根据钢件尺寸大小和钢的淬透性加以选择

回火:根据所要求的性能来决定回火温度,因此回火是使调质钢的性能定型化的重要工序。

合金组织是回火索氏体。

3、某一调质钢零件经调质处理后,硬度值、抗拉强度值均符合要求,但是零件的疲劳寿命却大幅度下降,请分析原因。

答:淬透成马氏体的钢与未淬透过的钢通过调节回火温度的高低可达到两者具有相同的硬度或相同的拉伸强度。但是这两者的屈服强度、断面收缩率、冲击韧性、疲劳强度等因原始晶相组织的不同而有明显的差异。

可能性有:1、材料的成分有偏差

2、零件直径太大,材料淬火未淬透

3、淬火介质冷却能力太弱,材料淬火未淬透

4、某一调质钢零件经调质处理后,屈服强度值、延伸率均符合要求,但是零件的冲击韧性却明显低于正常值,请分析原因。

答:淬透成全马氏体的钢与未淬透过的钢通过调节回火温度的高低可达到两者具有相同的硬度或相同的拉伸强度,但是这两者的屈服强度、断面收缩率、冲击韧性、疲劳强度等因原始金相组织的不同而有明显的差异。

可能性有:1、材料的成分有偏差

2、零件直径太大,材料淬火未淬透

3、淬火介质冷却能力太弱,材料淬火未淬透

5、弹簧钢的成分、组织和性能主要特征有哪些?

答:弹簧钢的含碳量一般介于0.46-0.75%,最常加入的合金元素为锰、硅、铬

弹簧钢的热处理一般为淬火+中温回火,组织为回火屈氏体

弹簧钢要求具有高的强度极限,高的屈强比σs/σb,高的疲劳极限

6、请简述弹簧钢最后热处理工艺和微观组织

答:弹簧钢的最后热处理一般为淬火+中温回火

金相组织为回火屈氏体

7、轴承钢的成分、组织、性能和主要特征有哪些?

答:轴承钢选用过过共析的碳含量,铬含量范围为0.40至1.65%

显微组织是回火马氏体基体上分布着均匀细小的碳化物

高的淬硬性、高的耐磨性、高的接触疲劳性能、尺寸稳定好

8、请简述轴承钢最后热处理工艺和微观组织

答:轴承钢的最后热处理工艺一般为淬火+低温回火

显微组织是回火马氏体基体上分布着均匀细小的碳化物

9、请简述渗碳钢的成分设计要点

答:根据心部要求确定渗碳钢化学成分

采用较低(0.10-0.25%C)的碳含量,使心部具有足够的硬度和良好的冲击韧性。

根据零件的使用条件,考虑渗碳钢的淬透性的元素,如铬、锰、镍、钼等

考虑形成碳化物和加速渗碳的综合因素,选用铬、钼、镍、锰等元素

10、请简述渗碳钢的最后热处理工艺

答:一般渗碳钢的热处理工艺:

渗碳---淬火(直接淬火或重新加热淬火)---低温回火

第八章

工具钢

1、请以1种碳素工具钢为例,介绍其预备热处理和最终热处理工艺,并说出它的成分和组织特征。

答:化学成分

碳:为了有足够高的硬度及较好的耐磨性,碳素工具钢一般含有0.65-1.35%,含碳量越高,则钢的耐磨性越好,而韧性越差。

锰:碳素工具钢中加入少量(0.35-0.60%)的锰,如T8Mo,可提高钢的淬透性,但锰含量过高会使钢的韧性下降。

硅:硅可提高钢的淬透性,但过高会促进石墨化倾向

硫、磷应严格控制

预备热处理---球化退火

为了使渗碳体呈球状并均匀分布,必须进行球化退火,球化退火的加热温度范围一般为730-800℃

最终热处理

碳素工具钢正常淬火加热温度为A3+30-50℃,属于不完全淬火,碳素工具钢淬火后应立即回火,回火温度因工具的种类与用途稍有差异,刀具通常采用180-210℃,螺纹工具(如板牙)采用200-250℃最终热处理后得组织是回火马氏体和一些球状碳化物

2、请以1种低合金工具钢为例,介绍其预备热处理和最终热处理工艺,并说出它的成分和组织特征。

答:化学成分

碳:为了有足够高的硬度及较好的耐磨性,碳素工具钢一般含有0.65-1.35%,含碳量越高,则钢的耐磨性越好,而韧性越差。

铬:Cr是碳化物形成元素,提高过冷奥氏体的稳定性,增加淬透性,既能阻止渗碳体型碳化物的聚集、长大,又提高了马氏体的分解温度,从而有效地提高了钢的回火抗力,Cr还能防止Si的石墨化倾向。

硅:Si增加钢的淬透性,提高钢的回火稳定性,但Si是石墨化元素,在高碳钢中,高温加热时引起脱碳和促进石墨化,必须同时添加W、Cr、Mn等,减少钢的脱碳倾向。

锰:提高钢的淬透性,但Mn增加钢的过热倾向。

钨:W在工具钢中形成较稳定的碳化物,阻止钢的过热,保证晶粒细化,有利于提高钢的耐磨性。

V:V比其他元素更为有效地阻止奥氏体晶粒长大,降低过热敏感性

预备热处理-球化退火

为了使渗碳体呈球状并均匀分布,必须进行球化退火,球化退火的加热温度范围一般为730-800℃。

最终热处理

碳素工具钢正常淬火加热温度为A3+30-50℃,属于不完全淬火,加热温度比碳工具钢稍高些,可用油、熔盐等较缓和的淬火介质,淬火后应立即回火,回火温度因工具的种类与用途而稍有差异。刀具通常采用180-210℃,螺纹工具(如板牙)采用200-250℃

最终热处理后的组织是回火马氏体和一些球状碳化物。

3、简述高速钢的二次硬化现象

答:高速钢淬火后必须马上回火,回火温度在500-600℃之间,此时钢的硬度、强度和韧性均有提高,而在550-570℃时可达到硬度、强度的最大值,在此温度区间,钢中残留奥氏体转变为马氏体。自马氏体中析出弥散的(钼)及V的碳化物(W2C,Mo2C,VC)使钢的硬度进一步提高,这种现象为二次硬化。

4、请描述高速钢的铸态组织,并设计改变其碳化物形状和分布的方法

答:高速钢的铸态组织很不均匀,大量不均匀分布的粗大碳化物,将造成温度及韧性的下降,这种缺陷不能用热处理工艺来矫正,必须借助于反复压力热加工(锻、轧),将粗大的共晶碳化物和二次碳化物破碎,并使其均匀分布在基体内。

钨系高速钢的始锻温度为1140-1180℃,终锻温度为900℃左右

钨钼系高速钢的始锻温度要低些。

5、请以一种高速钢为例,介绍最终热处理工艺和特点

答:高速钢的优越性只有在正确的淬火及回火之后才能发挥出来,其淬火温度较一般合金工具钢要高得多。

因为温度越高,合金元素溶入奥氏体的数量越多,淬火之后马氏体的合金浓度越高,只有合金含量高的马氏体才具有高的红硬性,对高速钢红硬性作用最大的合金元素-W、Mo及V只有在1000℃以上时,其溶解量才急剧增加,温度超过1300℃时,各元素的溶解量还有增加,但奥氏体晶粒则急剧长大。所以,在不发生过热的前提下,高速钢的淬火温度越高,其红硬性越好。

由于高速钢的导热性差,而淬火温度又极高,故常需分两段或三段进行加热,淬火通常在油中进行,或采用分频淬火法,钢的正常淬火组织是碳化物+马氏体+残余奥氏体(30%左右)

为了消除淬火应力稳定组织,减少残余奥氏体的数量,达到所需要的性能,高速钢一般需进行三次650℃保温1h的回火处理,正常回火后其组织为回火马氏体+碳化物。

6、合作模具钢(Cr2MoV)的一次硬化法和二次硬化法是怎么回事?它们工艺以及性能有什么区别?

答:a

一次硬化处理(低淬低回)

这种方式是采用较低的淬火温度并进行低温回火。选用较低的淬火温度,晶粒较细,钢的强度和韧性较好,通常Cr12MoV钢选用980-1030C淬火,如希望得到较高的硬度,淬火温度可取上限。回火温度一般在200C左右,回火温度升高时硬度降低,但强度和韧性提高,一次硬化处理使钢具有高的硬度和耐磨性,较小的热处理变形,大多数Cr12型钢制作冷变形磨具采用此工艺。

b

二次硬化处理(高淬高回)

这种热处理方式是在较高的温度1030-1075℃淬火,然后进行多次高温回火,以达到这种二次硬化的目的。这样可以获得高的回火稳定性,但稍降低钢的强度和韧性,二次硬化处理适用于工作温度较高(400-500℃)且受荷不大或淬火后表面需要强化的模具。

7、请以一种热作模具钢为例,介绍其成分特点

答:一种典型的铬系热变形模具钢-4Cr5MoSiV钢,这种钢含有大的5%Cr,并加入W、Mo、V、Si。由于Cr含量较高,因而有高的淬透性,加入1%Mo时,淬透性更高,故尺寸很大的模具淬火时也可以空冷。这类钢具有高的强度和韧性,抗氧化性较好(由于含Cr和Si),Si、Cr还提高钢的临界点,有利于提高其抗热疲劳性能,加入V可加强钢的二次硬化现象,增加稳定性。

第九章

不锈钢

1、请举例3种工程上常见的腐蚀类型及腐蚀过程

答:常见的金属腐蚀类型有以下几种:

1、均匀腐蚀

均匀腐蚀又称一般腐蚀或连续腐蚀

2、晶间腐蚀

一般晶界较晶内具有较大的活性,晶界、晶内电位差加大,这时则会引起晶界的深腐蚀,称为晶间腐蚀

3、点腐蚀

点腐蚀又称缝隙腐蚀、孔蚀,是发生在金属制件上极局部区域的一种腐蚀形式

4、应力腐蚀

应力腐蚀在静拉伸应力和腐蚀介质共同作用下,材料发生破裂的现象

5、磨损腐蚀

在同时存在腐蚀和机械磨损时,两者相互加速的腐蚀称为磨损腐蚀。

2、合金元素提高钢的耐蚀性途径有哪几种?

答:a、使不锈钢对具体使用的介质具有稳定钝化区的殃及极化曲线

b、提高不锈钢基体的电极电位,来降低原电池电动势

c、使钢具有单相组织,减少微电池的数量

d、使钢表面上生成稳定的表面保护膜,如钢中加硅、铝、铬等,在许多腐蚀和氧化的场合能形成致密的保护膜,提高钢的耐蚀性。

3、请分析碳在不锈钢中对组织的影响的双重性

答:碳能强烈地稳定奥氏体,稳定奥氏体的能力均为镍的30倍

同时,碳又是不锈钢强化的主要元素

碳与铬能形成一系列碳化物,使不锈钢的腐蚀性受到严重影响

同时碳使不锈钢的加工性能和焊接性能变坏

4、请简述铬、碳、镍、锰、鈦、铌与不锈钢耐蚀性的关系

答:a、铬

铬是决定不锈钢耐蚀性的主要元素

当铬含量(原子比)达到1/8,2/8时,铁的电极电位就跳跃式地增加,耐蚀性也随之提高

铬元素是a稳定化元素

铬的氧化物比较致密,可以形成耐蚀的保护膜

b、碳

碳能强烈地稳定奥氏体,稳定奥氏体的能力均为镍的30倍

同时,又是不锈钢强化的主要元素

碳与铬能形成一系列碳化物,使不锈钢的耐蚀性受到严重影响

同时碳使不锈钢的加工性能和焊接性能变坏

c、镍

镍是不锈钢中的一种重要元素,能提高耐蚀性

镍是γ稳定化元素,镍能有效地降低Ms点,使奥氏体能保持到很低的温度

d、锰

锰是镍的代用品,是γ稳定化元素

锰在奥氏体钢中部分替代Ni,2%Mn相当于1%Ni

e、鈦、铌

鈦、铌死强的碳化物形成元素,可优先于铬同碳形成碳化物,防止晶间腐蚀,提高耐蚀性

5、什么是不锈钢中的n/8定律?它与不锈钢的晶间腐蚀有什么关系?

答:钢的电极电位随铬的变化规律是:在铬达到12.5%原子比(即1/8时),电位有一个突跃升高。当铬量达到20%原子比(即2/8时),铁的固溶体电位又有一次突跃升高,这一现象称为二元合金固溶体电位的n/8规律。假如钢中虽含有12.5%的原子比的铬量,但因一部分铬和钢中的碳化合固溶体中实际含铬量低于12.5%,则钢的耐蚀性不能得到突跃提高。

6、请概述常见不锈钢类型和性能特点

答:沉淀强化不锈钢强度最高

马氏体不锈钢具有较好的综合机械性能,即较高的强度和一定的延展性

铁素体+奥氏体不锈钢的强度较高,延展性也较好

铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢的强度性能相近,但后者的延展性能较其他各类不锈钢为高

7、请举一种Cr13型不锈钢制作机械零件或工具,并制定热处理工艺

答:Cr13型马氏体不锈钢能在淬火过程中发生马氏体转变,可以获得热处理强化,所以这类钢可进行多种热处理,以控制和调节这种相变,满足不锈钢性能要求。

a、调质处理:

一般不锈钢结构件采用调质处理,以获得高的综合机械性能

b、淬火低温回火

Cr13、3Cr3Mo、4Cr13的热处理通过淬火+低温回火,可获得高硬度和耐磨性。

3、总结铬镁钼奥氏体不锈钢作用的成分特点和热处理方法

答:奥氏体不锈钢是以18%Cr-8%l为典型成分而发展起来的,18%Cr-8%l合金正好处于奥氏体有利于形成的成分范围。

同时,铬、镍含量总达75%时不锈钢的腐蚀性电位接近n/8规律中n=2的电位值,这样既获得了单相奥氏体,又得到好的钝化性能,使耐蚀性达到了较高的水平。

由于这两方面的原因,28-8的成分才成为国际奥氏体不锈钢的主要成分。

18-8型奥氏体钢平衡态时为奥氏体+铁素体+碳化物足相组织,实际的单相奥氏体是通过固溶热处理的配合获得的。

3、分析18-8不锈钢产生晶间腐蚀的原因和阻止方法

答:工程上为防止奥氏体钢晶间腐蚀现象,可采取如下措施:

a、降低钢中碳含量

b、在钢中加稳定碳化物形成元素(Ti,Nb),与碳综合析出特殊碳化物,消除晶间贫铬区

c、钢经1050-1100℃加热淬火,保证固溶体中碳和铬的含量

d、对非稳定性钢进行淬火,使奥氏体成分均匀化,消除贫铬区;对稳定性钢将铬的碳化物转化为鈦、铌的特殊碳化物,保证耐蚀所需的固溶体含铬水平。

第十一章

铸铁

1、请简述铸铁的分类

答:铸铁是碳含量大于2.11%的铁碳合金,其中的碳有以化合态的渗碳体Fe3C析出,也有以游离态的石墨析出。根据铸铁中的碳在结晶过程中的析出状态以及凝固后颜色的不同,状态可分为三大类:

白口铸铁;麻口铸铁;灰口铸铁

白口铸铁-碳除少量溶于铁素体外,其余全部以化合物状态的渗碳体析出,凝固后断口呈白亮的颜色,故称白口铸铁。

麻口铸铁-碳即以化和状态的渗碳体析出,又以流离状态的石墨析出,凝固后断口夹杂着白亮的渗碳体和暗灰色的石墨,故称为麻口铸铁。

灰口铸铁-碳全部或大部分以游离状态的石墨析出,凝固后断口呈灰色,故称为灰口铸铁。

灰口铸铁按石墨的形状和大小又可分为:

灰铸铁-石墨为片状;(常被称为灰口铸铁)

球墨铸铁-石墨为球状

可锻铸铁-石墨为团絮状

蠕墨铸铁-石墨为蠕虫状

2、铸铁的成分与钢有何较大的区别?

答:普通铸铁的化学成分一般为2-4%碳,1-3%硅,0.02-0.25%硫,0.05-1.0%磷,铸铁与碳钢相比较,除了有较高的碳、硅含量外,还有较高的杂质元素硫和磷。

3、铸铁的组织和钢有何较大的区别?

答:铸铁中的碳主要有如下三种分布形状

a、溶于铁晶格的间隙中,形成间隙固溶体,如铁素体、奥氏体

b、与铁生成化合物,如Fe3C碳化物(渗碳体)

c、以游离的石墨形式析出

由于铸铁中的碳主要是以石墨的形式存在。所以,铸铁的组织是由金属基体和石墨所组成的。

铸铁的金属基体有珠光体、铁素体、铁素体+珠光体,经热处理后有马氏体、贝氏体等组织,它们相当于钢的组织

铸铁的组织特点,可以看成是在钢的基体上分布着不同形状的石墨

4、铸铁的性能与钢有何较大的区别

答:铸铁的性能取决于铸铁的组织和成分,因此,铸铁的机械性能主要取决于铸铁基体组织以及石墨的数量、形状、大小及分布特点。石墨机械性能很低,硬度仅为BB3-5,抗拉强度为20MPa,延伸率接近零。

石墨与基体相比,其强度和塑性都要小得多,石墨减小铸铁件的有效承载截面积,同时石墨尖端易使铸件在承载时产生应力集中,形成脆性断裂。

因此,铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低。

一般说来,石墨的数量越少,分布越分散,形状越接近球形,则铸铁的强度、塑性和韧性越高。

虽然铸铁的机械性能不如钢,但由于石墨的存在,却赋予铸铁许多为钢所不及的性能。如良好的耐磨性、高的消振型、低的缺口敏感性、以及优良的切削加工性。

5、请分析影响铸铁石墨化的诸因素

答:

a、化学成分的影响:

碳和硅的影响

硅和碳都是强烈促进石墨哈的元素

石墨来源于碳,随着碳含量的提高,铁水中的碳浓度和未溶解的石墨微粒增多,有利于石墨形核,从而促进了石墨化

硅与铁原子的结合力大于碳与铁原子的结合力,硅溶于铁水和铁的固溶体中,由于削弱了铁和碳原子之间的结合力,而促使石墨化。

锰的影响:

锰能溶于铁素体和渗碳体,其固定碳的作用,从而阻碍石墨化。

硫的影响:

硫阻碍碳原子的扩散,是一个促进白口铸铁的元素。

磷的影响:

磷是一个促进石墨化不十分强烈的元素

b、冷却速度对铸件石墨化的影响

铸件的冷却速度对石墨化过程也有明显的倾向,一般来说,铸件冷却速度越缓慢,即冷却速度较小时,越有利于按照Fe-C系状态图进行结晶和转变,即越有利于石墨化过程的充分进行,反之,铸件冷却速度快,就不利于石墨化的进行。

6、请制定铁素体基体的可锻铸铁热处理工艺,并说明理由。

答:可锻造铸铁石墨化是由白口铸铁较长时间石墨化退火而研制的,在退货过程中主要是发生石墨化。

如果白口组织在退火过程中第一阶段和第二阶段石墨化充分进行,则退火后得到铁素体基体加团絮状石墨的组织,称为铁素体可锻铸铁

如果退火过程中经第一阶段和中间阶段石墨化后,以较快冷却速度冷却,是第二阶段石墨化未能进行,则退火后的组织为珠光体加团絮状石墨的组织,称为珠光体可锻铸铁。

当原始组织为珠光体加共晶渗碳体的白口铸铁缓慢加热到900-1000C时,其原始组织便转化为奥氏体加共晶渗碳体。

第一阶段石墨化

第一阶段石墨化是发生在900-1000℃的高温长时间保温过程中,共晶渗碳体分解为奥氏体加团絮状石墨,此过程温度越高,渗碳体分解速度越快,退火周期越短,但是,退火温度过高,还引起石墨团和奥氏体晶粒钝化,故第一阶段石墨化温度一般应控制在900-1000℃,最高不超过1050℃。

中间石墨化阶段

发生在第一阶段石墨化以后,自高温随炉冷却到750-720℃的过程中,从奥氏体中析出二次石墨,在此过程中冷却速度不宜过快,以避免析出二次渗碳体,一般以40-50C/h为宜。

第二阶段石墨化

发生在第一阶段石墨化以后,以3-5℃/h的冷却速度缓慢冷却通过共析转变温度区的过程中,奥氏体直接转变成铁素体加石墨,最终得到铁素体可锻铸铁。

冷却过程:

经过第二阶段石墨化以后,铸件的组织已转变成为铁素体加团絮状石墨,在随后的冷却过程中将不发生相变,为了避免退火后产生脆性,通常应在退火冷却到650℃左右后打开炉门进行空冷。

7、球墨铸铁的基体可能有哪几种,它们分别如何获得的?

答:球墨铸铁的组织是由球状石墨与金属基体所组成的

球墨铸铁的金属基体组织与许多因素相关,除了化学成分的影响外,还与铁水处理和贴士的凝固条件以及热处理有关。

球墨铸铁经正火或退火后的基体组织有珠光体、珠光体加铁素体和铁素体,分别称为珠光体球墨铸铁、珠光体加铁素体球墨铸铁和铁素体球墨铸铁以及各种热处理工艺处理后钢的基体所形成的各种组织。

第十二章

1、请简述合金的强化途径

答:固溶强化

时效强化

过剩相强化

细化组织强化

2、请简述合金的时效过程

答:铝合金的热处理强化,主要是由于合金元素在铝中有较大固溶度,且随着温度的降低而固溶度急剧减小,故铝合金加热到某一温度淬火后,可以得到过饱和的铝基固溶体,这种过饱和铝基固溶体放置在室温或加热到某一温度时,其强度和硬度随时间的延长而提高,但塑性、韧性则降低,这个过程称为时效。

时效过程使合金的强度、硬度增高的现象称为时效强化或时效硬化。

淬火(又称固溶)+时效处理是铝合金强化的一种重要手段。

4%Cu-Al合金时效的基本过程可以概括为:

过饱和固溶体---形成钢原子富集区(GP(1)区)---铜原子富集区有序化(GP(1)区)---形成过渡相---析出稳定相(CuAl2)+平衡的a固溶体

铝-铜二元合金的时效原理及一般规律,对于其他工业合金是适用的。

3、请简述铝合金的时效强化因素

答:合金的化学成分与合金的时效强化有直接关系,一种合金是否能通过时效强化,首先取决于组成合金的元素能否溶解于固溶体以及固溶度随温度变化的程度。如果在铝中加入某些合金元素能形成结构与成分复杂的化合物(第二相),如CuAl2(θ)、Mg3Si(β)、Al2CuMg(S)、MgZn(M)等等,则在时效析出过程中形成的GP区结构就比较复杂,与基体共格关系引起的畸变较严重,合金的时效强化就较为显著。

正确控制合金的固溶处理(淬火)工艺,是保证获得良好的时效强化效果的前提。一般说来,在不发生过热、过烧的条件下,淬火加热温度高些,保温时间长些比较好,有利于获得最大过饱和度的均匀固溶体。

其次,淬火冷却时要保证淬火过程中不析出第二相,时效温度时决定合金时效过程与时效强化效果的重要工艺参数。

猜你喜欢

最新文章

热门文章