工程材料習題集
第一章鋼的合金化基礎
1合金元素在鋼中有哪四種存在形式？
1 溶入α（鐵素體）、γ（奧氏體）、m（馬氏體），以溶質形式存在形成固溶體；
2 形成強化相：碳化物、金屬間化合物；
3 形成非金屬夾雜物；
4 以游離狀態存在：cu、ag。
2寫出六個奧氏體形成元素，其中哪三個可無限溶解在奧氏體中？哪兩個鐵素體形成元素可無限溶解在鐵素體中？
1 奧氏體形成元素：mn、co、ni、cu、c、n（錳、鈷、鎳、銅、碳、氮），其中mn、co、ni（錳、鈷、鎳）可無限溶解在奧氏體中，cu、c、n（銅、碳、氮）為有限溶解；
2 cr、v（鉻、釩）可無限溶解在鐵素體中，其餘為有限溶解。
3寫出鋼中常見的五種非碳化物形成元素。
1 非碳化物形成元素：ni、si、al、cu、co
4按由強到弱的順序寫出鋼中常見的八種碳化物形成元素。按碳化物穩定性由弱到強的順序寫出鋼中常見的四種碳化物的分子式。
1 碳化物由強到弱排列：（強）ti、nb、v、（中強）w、mo、cr、（弱）mn、fe
2 碳化物穩定性由弱到強的順序：fe3c→m23c6→m6c→mc
5為什麼高鎳奧氏體鋼易於冷變形，而高錳奧氏體鋼難於冷變形，容易加工硬化？奧氏體層錯能高和低時各形成什麼形態的馬氏體？
1 鎳是提高奧氏體層錯能的元素，錳是降低奧氏體層錯能的元素，層錯能越低，越有利於位錯擴充套件而形成層錯，使交滑移困難，加工硬化趨勢增大。
2 奧氏體層錯能越低，形成板條馬氏體，位錯亞結構。如cr18-ni8鋼；奧氏體層錯能越高，形成片狀馬氏體，孿晶亞結構。如fe-ni合金。
6鋼的強化機制的出發點是什麼？鋼中常用的四種強化方式是什麼？其中哪一種方式在提高強度的同時還能改善韌性？鋼中的第二相粒子主要有哪兩個方面的作用？
1 強化機制的出發點是造成障礙，阻礙位錯運動。
2 鋼中常用的四種強化方式：固溶強化、晶界強化（細晶強化）、第二相強化、位錯強化（加工硬化）。
3 晶界強化（細晶強化）在提高強度的同時還能改善韌性。
4 鋼中的第二相粒子主要作用：細化晶粒、瀰散/沉澱強化。
7鋼中常用的韌性指標有哪三個？頸縮後的變形主要取決於什麼？
1 韌性指標：衝擊韌度、平面應變斷裂韌度kic、韌脆轉變溫度tk。
2 頸縮後的變形用表示，主要取決於微孔坑或微裂紋形成的難易程度。
8晶粒大小對極限塑性有什麼影響？為什麼？為了改善鋼的塑性，鋼中碳化物應保持什麼形態？
1 細化晶粒對改善均勻塑性(εu)貢獻不大，但對極限塑性(εt)卻會有一定好處。因為隨著晶粒尺寸的減少，使應力集中減弱，推遲了微孔坑的形成。
2 為了改善鋼的塑性，充分發揮瀰散強化的作用，鋼中的碳化物（第二相）應為球狀、細小、均勻、瀰散地分布。
9改善延性斷裂有哪三個途徑？改善解理斷裂有哪兩種方法？引起晶界弱化的因素有哪兩個？
1 改善延性斷裂有三個途徑：（1）減少鋼中第二相的數量：盡可能減少第二相數量，特別是夾雜物的數量。
細化、球化第二相顆粒。（2）提高基體組織的塑性：宜減少基體組織中固溶強化效果大的元素含量。
（3）提高組織的均勻性：目的是防止塑性變形的不均勻性，以減少應力集中；碳化物強化相呈細小瀰散分布，而不要沿晶界分布。
2 改善解理斷裂有兩種方法：（1）細化晶粒；（2）加入ni元素降低鋼的tk。
3 引起晶界弱化的因素有兩個：（1）溶質原子(p、as、sb、sn)在晶界偏聚，晶界能rg下降，裂紋易於沿晶界形成和擴充套件。（2）第二相質點(mns、fe3c)沿晶界分布，微裂紋易於在晶界形成，主裂紋易於沿晶界傳播。
10為什麼含碳量為0.75%的高速鋼w18cr4v鑄態組織中會出現萊氏體？而含碳量為0.4%的馬氏體不鏽鋼4cr13為過共析鋼？
1 鐵素體形成元素w、cr、v均使a3線上公升，而且大多數元素均使es線左移，所以含碳量為0.75%的高速鋼w18cr4v鑄態組織中會出現萊氏體。
2 所有合金元素均使s點左移，降低了共析體中的碳含量，所以含碳量為0.4%的馬氏體不鏽鋼4cr13為過共析鋼。
11合金元素從哪兩個方面影響鋼加熱時奧氏體的形成過程？
1 加入了合金元素改變了臨界點溫度，s點的位置和碳在奧氏體中的溶解度，使奧氏體形成的溫度條件和碳濃度條件發生了改變；
2 合金元素不僅本身擴散困難，而且還影響鐵和碳原子的擴散，從而影響奧氏體化過程。
12合金元素對鋼的c曲線有何影響？從而對鋼的淬透性產生什麼影響？如果合金元素存在於未溶碳化物中，對淬透性是什麼影響？
1 幾乎所有的合金元素（除co外）都使c曲線右移，即減慢珠光體的形成速度；除co、al外，所有合金元素都使ms點下降，而使殘餘奧氏體量增多。
2 c曲線右移的結果，降低了鋼的臨界冷卻速度，提高了鋼的淬透性。
3 合金元素只有淬火加熱時溶入奧氏體，才能提高淬透性。未溶碳化物粒子可作為珠光體的核心，使淬透性下降。
13合金元素對ms點和殘餘奧氏體量有什麼影響？如何減少鋼中的殘餘殘餘奧氏體量？
1 鋼中加入合金元素將使點ms下降，而使殘餘奧氏體增多。
2 冷處理、多次高溫回火可減少鋼中的殘餘殘餘奧氏體量。
14何為二次淬火？何為二次硬化？
1 二次淬火：高合金鋼在回火過程中，由於從殘餘奧氏體中析出合金碳化物，造成殘餘奧氏體中碳和合金元素的溶解量減少，使其ms點公升高，在隨後的回火冷卻過程中轉變為馬氏體。
2 二次硬化：在含w、mo、v較多的鋼中，回火後的硬度隨回火溫度的公升高不是單調降低，而是在某一回火溫度後，硬度反而增加，並在某一溫度達到峰值。高溫回火時從馬氏體中析出高度分散的合金碳化物粒子所造成的。
15各加入何種合金元素可以分別減輕第一類回火脆性和第二類回火脆性？
1 加入si，可使第一類回火脆性的溫度向高溫方向推移。
2 加入合金元素mo、w可以抑制第二類回火脆性。
第二章構件用鋼
1構件用鋼對效能的要求中，以什麼效能為主？什麼效能為輔？構件用鋼的力學效能有哪三大特點？
1 構件用鋼以工藝效能為主，力學效能為輔。
2 構件用鋼的力學效能有三大特點：屈服現象、冷脆現象、時效現象。
2焊接脆性有哪四種？為什麼從工藝效能方面考慮構件用鋼應採用低碳鋼？
1 焊接脆性有四種：馬氏體轉變脆性；過熱及過燒脆性；凝固脆性；熱影響區時效脆性
2 碳和合金元素增加鋼的淬透性，對焊接效能不利，故構件用鋼一般採用低碳、低合金鋼。
3構件用鋼發生大氣腐蝕的微電池模型中，鐵素體和碳化物分別是微電池的什麼極？提高構件用鋼耐大氣腐蝕性能主要有哪三種途徑？
1 鐵素體基體的電極電勢較低，為陽極；碳化物（第二相質點）的電極電勢較高，為陰極。
2 減少微電池數量；提高基體的電極電勢；利用鈍化效應
4碳素構件用鋼產量約佔鋼總產量的多少?分別寫出一種常用的普碳鋼和冷衝壓薄板鋼的鋼號。
1 產量約佔鋼總產量的70%。
2 普碳鋼q235；冷衝壓薄板鋼08al
5普低鋼化學成分有哪五大特點？
1 低碳低合金元素。
2 主加合金元素是mn。
3 輔加合金元素al、ti、nb、v。加入微量的ti、nb、v，既可產生沉澱強化作用，還可細化晶粒。必須控制軋制溫度。
4 為改善鋼的耐大氣腐蝕性能，應加入少量cu、p。
5 加入微量稀土元素可以脫硫去氣，淨化鋼材，並改善夾雜物的形態與分布。
6進一步提高普低鋼力學效能有哪四種途徑？
1 採用其它型別組織：低碳貝氏體，低碳索氏體，針狀鐵素體；採用控制軋制工藝
7低碳貝氏體型普低鋼中， 加入合金元素mo、b的目的是什麼？採用控制軋制工藝為什麼能細化鐵素體晶粒？
1 加入能顯著推遲珠光體轉變而對貝氏體轉變影響很小的合金元素，從而能保證在熱軋空冷的條件下獲得下貝氏體組織。採用mo、b為基本成分，以保證得到貝氏體組織。
2 控制軋制必須將終軋溫度控制在ar3附近，以使鐵素體可以在奧氏體晶內和晶界同時形核，從而細化鐵素體晶粒。
第三章機器零件用鋼
1機器零件用鋼對力學效能有哪四大要求？有哪兩大主要工藝效能？按回火溫度可以分為哪三類？
1 機器零件用鋼對力學效能有四大要求：⑴因承受交變載荷作用，要求應有較高的疲勞強度；⑵承受短時超負荷作用，要求具有高的屈服強度、抗拉強度；⑶要求具有良好的耐磨性和接觸疲勞強度；⑷由於機器零件上存在不同形式的缺口，會造成應力集中，易於產生低應力脆斷。所以要求應具有較高的韌性(kic、ak)，以降低缺口敏感性。
2 切削加工效能、熱處理工藝效能
3 淬火低溫回火鋼、淬火中溫回火鋼、淬火高溫回火鋼
2調質鋼的組織有哪三大特點？
1 強化相為瀰散均勻分布的粒狀碳化物，可以保證有較高的塑變抗力和疲勞強度。
2 組織均勻性好，減少了裂紋在區域性薄弱地區形成的可能性，可以保證有良好的塑性和韌性。
3 作為基體組織的鐵素體是從淬火馬氏體轉變而來的，其晶粒細小，使鋼的冷脆傾向性小。
3調質鋼中主加和輔加合金元素的作用分別是什麼？調質鋼熱處理時最終效能取決於什麼？
1 主加元素：mn、cr、si、ni、b。提高鋼的淬透性；輔加元素：mo、w、v、ti。細化晶粒，提高回火穩定性。
2 最終熱處理是淬火加高溫回火，最終效能取決於回火溫度。
4調質零件用鋼有哪兩個發展動向？
1 低碳馬氏體鋼；中碳微合金非調質鋼
5彈簧鋼的化學成分有何特點？其常用的最終熱處理工藝是什麼？獲得何種顯微組織？
1 彈簧鋼的化學成分特點：（1）彈簧鋼的碳含量較高，以保證高的彈性極限與疲勞極限；（2）加入si、mn。目的是提高淬透性、強化鐵素體、提高鋼的回火穩定性，使其在相同的回火溫度下具有較高的硬度和強度。
（3）加入cr、w、v。因為它們為碳化物形成元素，可以防止過熱（細化晶粒）和脫碳，提高淬透性，從而保證具有高的彈性極限和屈服極限。
2 最終熱處理採用淬火加中溫回火，獲得回火屈氏體組織，目的是追求高的彈性極限和疲勞極限。
6滲碳鋼一般是什麼含碳量的鋼？加入什麼合金元素可促使滲碳層中的碳化物呈粒狀分布？20crmnti鋼滲碳後一般如何熱處理？
1 為了保證心部有良好的韌性，滲碳鋼為低碳鋼，心部w(c)=0.1～0.25%，滲碳後表層w(c)=0.8～0.9%
2 中強碳化物形成元素cr易使碳化物呈粒狀分布。
3 20crmnti鋼，滲碳後預冷直接淬火及低溫回火。
7滾動軸承主要發生哪兩種形式的破壞？軸承鋼中加入合金元素cr主要有哪三方面的作用？
1 接觸疲勞破壞和摩擦磨損
2 cr可提高鋼的淬透性；含cr的合金滲碳體在淬火加熱時較穩定，可減少過熱傾向，細化熱處理後的組織；碳化物能以細小質點均勻分布於鋼中，提高鋼的耐磨性和接觸疲勞強度。
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