金属材料试题

一、填空题（30分）

1、钢的合金化基本原则是多元适量、复合加入。细化晶粒对钢性能的贡献是既提高强度又提高塑韧性。

2、在钢中，常见碳化物形成元素有 ti、nb、v、w、mo、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为简单点阵结构，有 mc 和 m2c 型，其性能特点是硬度高、熔点高、稳定性好；

rc/rm > 0.59为复杂点阵结构，有 m3c 、 m7c3 和 m23c7 型。

3、选择零件材料的一般原则是力学性能、工艺性能、经济性和环境协调性等其它因素。

4、奥氏体不锈钢1cr18ni9晶界腐蚀倾向比较大，产生晶界腐蚀的主要原因是

在晶界上析出了cr23c6为防止或减轻晶界腐蚀，在合金化方面主要措施有加入ti、nb 等强碳化物形成元素、降低钢中的含c量。

5、影响铸铁石墨化的主要因素有化学成分、冷却速度。球墨铸铁在浇。

注时要经过孕育处理和球化处理。qt600-3是球墨铸铁。

6、对耐热钢最基本的性能要求是热强性、抗氧化性。

7、铁基固溶体的形成有一定规律，影响组元在置换固溶体中溶解情况的因素有：点阵结构、电子因素、原子半径。

8、提高钢淬透性的主要作用是获得均匀的组织，满足力学性能要求、能采取比较缓慢的冷却方式以减少变形、开裂倾向。

二、解释题（30分，每小题5分）

mn2钢淬火加热时，过热敏感性比较大。

答案要点：mn促进了晶粒长大倾向，因为mn降低a1温度，又强化了c促进晶粒长大的作用。所以，40mn2钢过热敏感性比较大。

crnimo钢正火后，切削性能比较差。

答案要点：40crnimo钢由于含有提高淬透性的元素cr、ni、mo，而且又是多元复合作用更大，所以钢的淬透性很好，在正火条件下也会有大量的马氏体产生。因此其切削性能比较差。

3、球墨铸铁的强度和塑韧性都要比灰口铸铁好。

答案要点：灰铁：g形态为片状，易应力集中，产生裂纹，且g割裂基体严重，使材料有效承载面积大为减小。

而球铁：g形态为球状，基体是连续的，，相对而言，割裂基体的作用小，基体可利用率可达70~90%；且球状g应力集中倾向也大为减小。因此钢的热处理强化手段在球铁中基本都能采用，所以其强度和塑韧性都要比灰口铸铁好。

4、铝合金的晶粒粗大，不能靠重新加热热处理来细化。

答案要点：铝合金没有同素异构转变，不能象钢那样可以靠重新加热产生重。

结晶来细化晶粒。

5、h68、h70俗称弹壳黄铜，常用于制造炮弹壳、子弹壳。

答案要点：弹壳黄铜的zn含量小于32%，所以是单相α黄铜，其塑性很好，特别适宜制造要求深冲压性能较好的弹壳等零件。

6、在一般钢中，应严格控制杂质元素s、p的含量。

答案要点：s能形成fes，其熔点为989℃，钢件在大于1000℃的热加工温度时fes会熔化，所以易产生热脆；p能形成fe3p，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。

三、问答题（40分）

1、试总结si元素在合金中的作用，并简要说明原因（10分）。

答案要点：1）↑σ可切削性 → 固溶强化效果显著；

2）↑低温回火稳定性 → 抑制ε-k形核长大及转变；

3）↑抗氧化性 → 形成致密的氧化物；（2分）

4）↑淬透性 → 阻止k形核长大，使“c”线右移，高c时作用较大；

5）↑淬火温度 → f形成元素，↑a1 ；

6）↑脱c、石墨化倾向 → si↑碳活度，含si钢脱c倾向大。（2分）

2、画出示意图说明高速钢的铸态组织（3分）。简述高速钢中w、v、cr合金元素的主要作用（3分）。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征（6分）。

答案要点：高速钢的铸态组织为：黑色组织（混合型）+白亮组织（m和ar）+莱氏体，高速钢铸态组织图（略）。

w：提高红硬性、耐磨性的主要元素；v：提高红硬性、耐磨性的重要元素，一般高速钢都含v，v能有效细化晶粒，且vc也细小；cr：提高淬透性和抗氧化性，改善切削性，一般都含4%左右。

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。

3、从合金化角度考虑，提高钢的韧度主要有哪些途径？（8分）

答案要点：1）加入ti、v、w、mo等强碳化物形成元素，细化晶粒；

2）提高回火稳定性，加入ti、v等强碳化物形成元素和si元素；

3）改善基体韧性，主要是加入ni元素；

4）细化碳化物，如加入cr、v等元素使k小、匀、圆；

5）降低或消除钢的回火脆性，主要是mo 、w元素比较有效；（2分）

4、试定性比较40cr、40crni、40crnimo钢的淬透性、回火脆性、韧度和回火稳定性，并简要说明原因（10分，比较为1.5分，解释为1分）。

答案要点：淬透性：40cr ＜ 40crni ＜ 40crnimo；cr-ni-mo复合作用更大。

回脆性：40crnimo ＜40cr ＜ 40crni；cr、ni↑脆性，mo有效↓。

韧度：40cr ＜ 40crni ＜ 40crnimo；ni↑韧性，mo细化晶粒。

回稳性：40cr 、 40crni ＜ 40crnimo；mo↑回稳性。ni影响不大。

一、填空题（30分）

1、细化晶粒对钢性能的贡献是强化同时韧化；提高钢淬透性的主要作用是使零件整个断面性能趋于一致，能采用比较缓和的方式冷却。

2、滚动轴承钢gcr15的cr质量分数含量为 1.5% 。滚动轴承钢中碳化物不均匀性主要是指碳化物液析、带状碳化物、网状碳化物。

3、选择零件材料的一般原则是使用性能要求、工艺性要求和经济性要求等。

4、凡是扩大γ区的元素均使fe-c相图中s、e点向左下方移动，例 ni、mn 等元素；凡封闭γ区的元素使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的碳含量减少。

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是表示压力加工黄铜的一个牌号，主要成份及名义含量是 cu62%、zn38% 。

7、在非调质钢中常用微合金化元素有 ti、v、nb、n 等，这些元素的主要作用是

细化组织和相间沉淀析出强化。

8、球铁的力学性能高于灰铁是因为球铁中石墨的断面切割效应、石墨应力集中效应要比灰铁小得多。

9、铝合金热处理包括固溶处理和时效硬化两过程，和钢的热处理最大区别是铝合金没有同素异构相变。

二、解释题（30分）

1、高速钢有很好的红硬性，但不宜制造热锤锻模。

答案要点：高速钢虽有高的耐磨性、红硬性，但韧性比较差、在较大冲击力下抗热疲劳性能比较差，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劳性能的要求。

2、在一般钢中，应严格控制杂质元素s、p的含量。

sicr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。

答案要点：9sicr虽然与t9含碳量相同，但由于它含有cr、si合金元素，si是非k形成元素，固溶强化基体的作用较大，因此退火后硬度偏高。另外si提高碳皇度，促进石墨化，因此在加热时脱碳倾向较大。

4、高锰钢（zgmn13）在acm以上温度加热后空冷得到大量的马氏体，而水冷却可得到全部奥氏体组织。

答案要点：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），使钢的ms低于室温以下。如快冷，就获得。

了单一奥氏体组织，而慢冷由于中途析出了大量的k，使奥氏体的合金。

度降低，ms上升，所以空冷时发生相变，得到了大量的马氏体。

cr13含碳量（质量分数）为0.4%左右，但已是属于过共析钢。

答案要点：cr使fe-c相图中s点左移，当cr达到13%时，可使共析点的含碳量< 0.4%，因此虽然4cr13只有0.4%c左右，但已是属于过共析钢。

6、奥氏体不锈钢1cr18ni9晶界腐蚀倾向比较大。

答案要点：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的碳化物cr23 c 6 从而导致晶界贫cr，低于1/8规律的cr%，使电极电位大大降低，从而导致晶界腐蚀。

三、问答题（40分）

1、试总结mo元素在合金中的作用，并简要说明原因。

答案要点：mo元素在合金中的主要作用归结如下：

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，故回火稳定性比较好并且形成的在高温下碳化物稳定。

2、高速钢的成分和热处理工艺比较复杂，试回答下列问题：

1）高速钢中w、mo、v合金元素的主要作用是什么？

2）高速钢w6mo5cr4v2的ac1在800℃左右，但淬火加热温度在1200~1240℃，淬火加热温度为什么这样高？

3）常用560℃三次回火，为什么？

答案要点：1）w的作用主要是提高钢红硬性。主要形成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w降低钢的导热性。mo作用与w相似。含mo的高速钢热塑性较好，便于热压力加工或热塑性变形。

v显著提高红硬性、硬度和耐磨性，同时可有效降低过热敏感性。

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