工程材料学课后习题答案.doc

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1、第一章钢的合金化基础1、合金钢是如何分类的？1) 按合金元素分类：低合金钢，含有合金元素总量低于5%；中合金钢，含有合金元素总量为5%-10%；中高合金钢，含有合金元素总量高于10%。2) 按冶金质量S、P含量分：普通钢，P≤0.04%,S≤0.05%;优质钢，P、S均≤0.03%；高级优质钢，P、S均≤0.025%。3) 按用途分类：结构钢、工具钢、特种钢2、奥氏体稳定化，铁素体稳定化的元素有哪些？奥氏体稳定化元素,主要是Ni、Mn、Co、C、N、Cu等铁素体稳定化元素,主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、S

2、i、B、Nb、Zr等3、钢中碳化物形成元素有哪些（强-弱），其形成碳化物的规律如何？1) 碳化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr、Mn、Fe等(按形成的碳化物的稳定性程度由强到弱的次序排列)，在钢中一部分固溶于基体相中，一部分形成合金渗碳体,含量高时可形成新的合金碳化物。2) 形成碳化物的规律a) 合金渗碳体——Mn与碳的亲和力小，大部分溶入α-Fe或γ-Fe中，少部分溶入Fe3C中，置换Fe3C中的Fe而形成合金渗碳体（Mn,Fe）3C;Mo、W、Cr少量时，也形成合金渗碳体b) 合金碳化物——M

3、o、W、Cr含量高时，形成M6C(Fe2Mo4C Fe4Mo2C),M23C6(Fe21W2C6 Fe2W21C6)合金碳化物c) 特殊碳化物——Ti、V等与碳亲和力较强时i. 当rc/rMe<0.59时，碳的直径小于间隙，不改变原金属点阵结构，形成简单点阵碳化物（间隙相）MC、M2C。ii. 当rc/rMe>0.59时，碳的直径大于间隙，原金属点阵变形，形成复杂点阵碳化物。 ★4、钢的四种强化机制如何？实际提高钢强度的最有效方法是什么？1) 固溶强化：溶质溶入基体中形成固溶体能够强化金属；2) 晶界强化：晶格畸

4、变产生应力场对位错运动起到阻碍达到强化，晶格越细，晶界越细，阻碍位错运动作用越大，从而提高强度；3) 第二相强化：有沉淀强化和弥散强化，沉淀强化着眼于位错运动切过第二相粒子；弥散强化着眼于位错运动绕过第二相粒子；4) 位错强化：位错密度越高则位错运动越容易发生相互交割形成割阶，引起位错缠结，因此造成位错运动困难，从而提高了钢强度。   有效方法：淬火+回火，钢淬火形成马氏体，马氏体中溶有过饱和C和Fe元素，产生很强的固溶强化效应，马氏体形成时还产生高密度位错，位错强化效应很大；R-M是形成许多极细小的取向不同的马

5、氏体，产生细晶强化效应。因此淬火马氏体具有很高强度，但脆性很大，淬火后回火，马氏体中析出碳化物粒子，间隙固溶强化效应虽然大大减小，但产生很强的析出强化效应，由于基体上保持了淬火时细小晶粒，较高密度的位错及一定的固溶强化作用，所以回火马氏体仍具有很高强度，并且因间隙固溶引起的脆性减轻，韧性得到改善。★5、固溶强化、二次硬化、二次淬火、回火稳定性的含义。1) 固溶强化：当溶质原子溶入基体金属形成固溶体能强化金属。2) 二次硬化：在含Mo、W、V较多的钢中,回火后的硬度随回火温度的升高不是单调降低,而是在某一温度后硬度

6、反而增加,并在某一温度(一般为550℃左右)达到峰值。这种在一定回火温度下硬度出现峰值的现象称为二次硬化3) 二次淬火：通过某种回火之后，淬火钢的硬度不但没有降低，反而有所升高，这种现象称为二次淬火。4) 回火稳定性：合金元素在回火过程中推迟马氏体分解和残余奥氏体转变，提高Fe的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大的弥散度提高了钢对回火软化的抗力即提高了回火稳定性。★6、何谓第一类、第二类回火脆，如何消除及预防？1) 第一类回火脆：250-300℃片状碳化物在马氏体边界上析出，破坏了马氏体间的连接，使脆性增大，是由相

7、变机制本身决定的，不能消除，只能避免，不可逆。2) 第二类回火脆：450-600℃杂质及本身在原晶界偏聚，（Mn、Cr、Ni钢）降低晶界结合力，使脆性增加。消除方法： 1) Mo或W能阻止，推迟杂质往晶界偏移，可消除第二类回火脆。2) 高温回火、快冷3) 尽量减少杂质元素含量（S、P）7、如何提高钢的韧性？1) 细化晶粒：Ti，V，Nb，Al  阻碍晶粒长大，使晶面积↑，裂纹阻力大；2) 改善基本的韧性：置换使强↑，韧↓，但Ni元素却相反，Ni置换改变位错运动的特点，使其容易绕过某些障碍，避免产生应力集中，使基体

8、韧性↑，Ni＞13％，消除Tk，低温用钢—高Ni钢（Mn）；3) 提高回火稳定性：间隙固溶，位↑→应力，脆性↑，提高回火稳定性，（可提高T回），可以在获相同的强度条件下提T回， 充分地降低固溶度，位错，应力；4) 细化碳化物：碳化物自身断裂；成为核心;粗大的碳化物使裂纹易扩展。细化碳化物、均匀、弥散分布对强度韧性有利。5) 控制非金属夹杂和杂质元素：  Mo，W能抑制杂质