北京科技大學(xué)金屬材料與熱處理2012—2013學(xué)年第2學(xué)期試卷

1、北京科技大學(xué)20122013學(xué)年第2學(xué)期金屬材料與熱處理試卷（A）卷班級：學(xué)號：姓名：一、名詞解釋（每題3分，共36分）1 .粒狀珠光體2 .鋼的表面熱處理3 .鋼中鐵素體形成元素4 .低溫回火脆性5 .奧氏體本質(zhì)晶粒度6 .上貝氏體。7 .鋼的淬透性與淬硬性8 .鋼的奧氏體化9 .擴(kuò)散退火10 .調(diào)質(zhì)鋼11 .時效強(qiáng)化12 .鈦合金中的B同晶元素二、簡要回答問題（每題5分，共40分）1 .鈦合金淬火與鋼淬火后組織與力學(xué)性能差異？其強(qiáng)化途徑有哪些?2 .影響鋼熱處理過程與最終組織的主要因素有哪些?3 .為何Fe- ?C相圖中看不到馬氏體的存在區(qū)域？具轉(zhuǎn)變機(jī)理與珠光體轉(zhuǎn)變 機(jī)理有什么不同？4 .

2、常用工程結(jié)構(gòu)鋼設(shè)計師主要考慮哪些主要因素?5 .為什么對軸承鋼的成分要精確控制并盡量降低鋼中氧的含量?6 . GCrl5勺主要成分以及其產(chǎn)品的最終熱處理的淬火溫度與回火溫度應(yīng)如何確定？7 .何謂鋼的過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCffl線）？舉例說明其應(yīng)用8 .機(jī)械零件的滲碳處理意義是什么？說明什么成分鋼，做哪些用途時適合滲碳 處理。三、論述題（24分）1 .機(jī)械用非調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼38MnV中主要合金元素的含量大約是多少？各合金元素主要作用？使用的組織狀態(tài)是什么？ （12分）2 .對大型石油儲罐用鋼的開發(fā)一直往高強(qiáng)高韌，良好的低溫性能、焊接性能以及耐腐蝕方向發(fā)展。請利用所學(xué)知識，設(shè)計強(qiáng)度級別為

3、700Mpa勺儲油罐用鋼及其生產(chǎn)工藝。（12分）一、名詞解釋（每題3分，共36分）1 .粒狀珠光體珠光體是奧氏體共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。奧氏體化溫度比較低時獲得顆粒狀滲碳體分在鐵 素體基體上的混合物，稱之為粒狀珠光體。2 .鋼的表面熱處理改變金屬表層化學(xué)成分，獲得預(yù)期的表層組織與性能的熱處理工藝。也可叫化學(xué)熱 處理，比如滲碳、滲氮等工藝。3 .鋼中鐵素體形成元素合金元素在鐵素體中有較大溶解度并使奧氏體不穩(wěn)定。4 .低溫回火脆性淬火成馬氏體的鋼在較低溫度（約300C&右）下回火，會產(chǎn)生沖擊功 明顯降低的現(xiàn)象。為與冷卻速度無關(guān)的不可逆回火脆性。5 .奧氏體本質(zhì)晶粒度表征某鋼種在奧氏體加熱過程中，奧氏體晶粒

4、長大的趨勢。6 .上貝氏體貝氏體是過冷奧氏體中低溫轉(zhuǎn)變（半擴(kuò)散型）產(chǎn)物。上貝氏體是鋼奧氏 體化后在中溫區(qū)發(fā)生的一個沒有鐵原子擴(kuò)散、只有碳原子擴(kuò)散，組織依靠切邊 方式進(jìn)行相變，所獲得的鐵素體板條間有羽毛球狀滲碳體的組織。7 .鋼的淬透性與淬硬性鋼的淬透性是鋼奧氏體化后在冷卻過程中獲得馬氏體的能力。淬硬性是 表示鋼淬火后獲得的馬氏體所能達(dá)到的硬度，主要與鋼的含碳量有關(guān)。8 .鋼的奧氏體化將鋼加熱到A1溫度以上，珠光體開始向奧氏體轉(zhuǎn)變的工藝與過程。鋼的奧氏體化是后續(xù)熱處理加工工藝的基礎(chǔ)。9 .擴(kuò)散退火鋼件被加熱到奧氏體化后的較高溫度（1100C-1200Q，并較長時間保溫, 消除或減輕枝晶（微觀）偏

5、析的熱處理工藝。10 .調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)淬火和后續(xù)高溫回火，獲得綜合力學(xué)性能較好的回火索氏體鋼。11 .時效強(qiáng)化合金在固溶處理后淬火后獲得的過飽和固溶體在一定溫度條件下加熱，析 出第二相顆粒來強(qiáng)化合金的工藝。12 .鈦合金中的B同晶元素鈦有兩種多品型，分別是a與B。合金元素加入鈦合金中能降低a與B的 轉(zhuǎn)變溫度，穩(wěn)定B相的元素為鈦合金中的B穩(wěn)定元素或同晶元素。二、簡要回答問題（每題5分，共40分）1 .鈦合金淬火與鋼淬火后組織與力學(xué)性能差異？其強(qiáng)化途徑有哪些？答：鈦合金淬火獲得的馬氏體是代位固溶體，淬透性差，不如鋼淬火獲得的過 飽和間隙固溶體強(qiáng)化效果好。鋼的淬透性可調(diào)范圍大，淬透性好，淬火是其重 要強(qiáng)化

6、途徑（3分）。鈦合金主要用淬火加時效處理來強(qiáng)化，且以時效強(qiáng)化為主（2分）。2 .影響鋼熱處理過程與最終組織的主要因素有哪些？答：化學(xué)成分與加熱和冷卻制度（3分）。其中化學(xué)成分影響奧氏體化溫度與 共析點(diǎn)成分，也影響C曲線位置和形狀；加熱與冷卻制度影響影響奧氏體化程度 和冷卻過程的轉(zhuǎn)變類型，進(jìn)而影響最終組織（2分）。3 .為何Fe- ?C相圖中看不到馬氏體的存在區(qū)域？具轉(zhuǎn)變機(jī)理與珠光體轉(zhuǎn)變 機(jī)理有什么不同？答：馬氏體是冷卻速度較快時的非穩(wěn)態(tài)組織，F(xiàn)e- ?期目圖是緩冷條件下接近 平衡態(tài)的較穩(wěn)定組織，緩冷時擴(kuò)散條件充分，不會出現(xiàn)馬氏體組織（2分）。馬氏體轉(zhuǎn)變中沒有擴(kuò)散，鐵原子通過切邊的方式來改變原子

7、的排列方式，轉(zhuǎn)變 后強(qiáng)度高，塑性差；而珠光體的轉(zhuǎn)變機(jī)理是碳與鐵原子都是完全擴(kuò)散，轉(zhuǎn)變的 相與組織都與馬氏體不一樣，轉(zhuǎn)變后的性能強(qiáng)度較低，塑性較好（3分）。4 .常用工程結(jié)構(gòu)鋼設(shè)計師主要考慮哪些主要因素？答：1）強(qiáng)度（2分）：2）塑、韌性，尤其是低溫韌性（1分）：3）焊接性（1 分）：4）耐腐蝕性，主要是耐大氣腐蝕（1分）。5 .為什么對軸承鋼的成分要精確控制并盡量降低鋼中氧的含量？答：1）其中鋼的成分嚴(yán)重影響該鋼的碳化物與淬透性，精確控制成分有利于壁面不良的碳化物組織，并獲得一致的淬硬性（淬透性窄）和尺寸穩(wěn)定性（3分）：2）盡量使鋼潔凈，減少氧化物夾雜物，提高其疲勞壽命（2分）6 . GCrl

8、5勺主要成分以及其產(chǎn)品的最終熱處理的淬火溫度與回火溫度應(yīng)如何確 定？答：GCr1劃過共析高碳鋼，淬火溫度在A市口之間（3分），回火溫度 是低溫回火，獲得硬度、耐磨性都很好的回火馬氏體（2分）。7 .何謂鋼的過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCffl線）？舉例說明其應(yīng)用。答：過冷奧氏體在冷卻過程中在不同的冷卻速度下發(fā)生相變的開始點(diǎn)（溫度與 時間）與相變的終了點(diǎn)測定出來分別把性質(zhì)相同的相變開始點(diǎn)與終了點(diǎn)連成線 而成的曲線為CCffl線（3分）。舉例：如確定馬氏體的臨界冷卻條件；軋鋼冷 卻的控制以獲得合適的組織（2分）。8 .機(jī)械零件的滲碳處理意義是什么？說明什么成分鋼，做哪些用途時適合滲碳 處理。答

9、：一些機(jī)械零件在服役的時它的受力情況是不均勾的，往往表而到一定深度 的內(nèi)部收到的力較大，往往還需要耐磨；而中心部分受力較小，因為表面部分 要求硬度高，抗屈服應(yīng)力大等，內(nèi)部塑性韌性好。因此，通過在高溫條件下， 讓碳滲入零件的一定深度范圍內(nèi)，從而在一定的熱處理工藝與合金元素的配合 下，獲得一定的組織和性能（3分）。中、低碳齒輪、軸等機(jī)器零件鋼通過滲碳 及隨后的淬火并低溫回火后，可以獲得很高的表面硬度、耐磨性、高的接觸疲 勞強(qiáng)度和高的彎曲疲勞強(qiáng)度；心部具有良好的塑性和韌性（2分）。三、論述題（24分）1 .機(jī)械用非調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼38MnV中主要合金元素的含量大約是多少？各合金元素 主要作用？使用的組織狀

10、態(tài)是什么？ （12分）答：含碳量：0.38% 鈕：小于1.5% 含有鈾和硫。（4分）碳：提高珠光體含量，提高強(qiáng)度；鈕：固溶強(qiáng)化、細(xì)品強(qiáng)化，提高淬透性；銳：提高淬透性，主要形成碳化物，起沉淀強(qiáng)化；硫：形成硫化物，起易切削 作用。組織狀態(tài)-?般為鐵素體和珠光體組織。2 .對大型石油儲罐用鋼的開發(fā)一直往高強(qiáng)高韌，良好的低溫性能、焊接性能以 及耐腐蝕方向發(fā)展。請利用所學(xué)知識，設(shè)計強(qiáng)度級別為 700Mpa勺儲油罐用鋼及 其生產(chǎn)工藝。（12分）答：（1）強(qiáng)化方式與熱處理上（4分）：700MPO；雖度級別的儲油罐用鋼的強(qiáng) 化方法可以利用固溶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化、細(xì)品強(qiáng)化以及相變強(qiáng)化。方可達(dá)到這 樣的強(qiáng)度級別且具有很好的焊接性能。一般需要調(diào)質(zhì)處理，也可以使用變形熱處理。（2）合金化分析上（5分）：可以加C、Si、Mn實現(xiàn)固溶強(qiáng)化，其中Mn還具 有細(xì)品強(qiáng)化和抑制S的有害作用；可以增加Ni、V等元素，與控制軋制結(jié)合起 來，細(xì)化晶粒以及第二相強(qiáng)化，既提高強(qiáng)度又增加韌性，提高低溫性能；為了 增大淬透性，一般要加入；增加低溫性能，Ni元素常是必加元素，并控制 P含量。Cr/Ni對于提高耐蝕性也有利；合金化強(qiáng)化的同時，注意塑性和韌性的保 證，以及焊接性的確