《工程材料學(xué)》習(xí)題與思考題

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習(xí)題與思量題

福州高校材料學(xué)院

2022.12

鋼與合金鋼

一、名詞解釋

合金元素雜質(zhì)元素鋼合金鋼奧氏體形成元素鐵素體形成元素碳化物形成元素非碳化物形成元素鐵素體鋼奧氏體鋼貝氏體鋼馬氏體鋼萊氏體鋼晶界偏聚（晶界吸附）（鋼中的）相間析出回火穩(wěn)定性（回火抗力）二次淬火二次硬化原位形核離位形核一類回火脆性二類回火脆性

（低碳鋼的）應(yīng)變時效（低碳鋼的）淬火時效調(diào)質(zhì)處理優(yōu)良的綜合機(jī)械性能噴丸處理馬氏體時效鋼超高強(qiáng)度鋼熱疲勞疲勞剝落（接觸疲勞）（滾動軸承鋼的）碳化物液析球狀不變形夾雜熱硬性（高速鋼的）黑色組織（高速鋼的）萘狀斷口基體鋼

不銹鋼晶間腐蝕點(diǎn)腐蝕應(yīng)力腐蝕氫脆陽極極化陰極極化鈍化n/8邏輯475℃脆性敏化處理穩(wěn)定化處理蠕變?nèi)渥儤O限持久強(qiáng)度持久壽命

二、問答題

1.工程材料分為幾大類？各類工程材料的使用性能、資源或價格普通有何特點(diǎn)？

2.什么叫鋼？按用途分類，鋼分為哪幾類？（盡可能具體分類）

3.一種金屬材料除基本組元外通常還含有若干種其他元素，如何界定這些元素是合金元素還是雜質(zhì)？

4.舉例說明奧氏體形成元素對鐵基二元相圖的影響邏輯。

5.舉例說明鐵素體形成元素對鐵基二元相圖的影響邏輯。

6.總結(jié)奧氏體形成元素對Fe-Fe3C相圖的A1、A3、S點(diǎn)、E點(diǎn)的影響邏輯，并解釋為什么高速鋼、Cr12

型冷模具鋼等高合金鋼中會浮現(xiàn)萊氏體？

7.總結(jié)鐵素體形成元素對Fe-Fe3C相圖的A1、A3、S點(diǎn)、E點(diǎn)的影響邏輯，并解釋為什么3Cr2W8V

鋼實際上是過共析鋼？

8.解釋下列現(xiàn)象：

（1）在相同含碳量的狀況下，大多數(shù)合金鋼的熱處理加熱溫度比碳鋼高；

（2）在相同含碳量的狀況下，含碳化物形成元素的合金鋼比碳鋼具有較高的回火穩(wěn)定性；

（3）高速鋼在熱軋或熱鍛后，經(jīng)空冷或馬氏體組織。

9.從電子結(jié)構(gòu)或原子相對尺寸大小特點(diǎn)歸納過渡族金屬在鋼中形成碳化物的邏輯，包括碳化物的穩(wěn)定性、點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和多樣性。（聯(lián)系以下提供的部分元素周期表舉行歸納）

10.哪類合金元素可以溶入滲碳體中？舉例說明這些合金元素在滲碳體中溶解度的差別。

11.試以晶界吸附現(xiàn)象的基本邏輯解釋不銹鋼的晶間腐蝕、硼提高鋼的淬透性和硫、磷、砷銻等引起的回火脆性。

12.強(qiáng)碳化物形成元素、碳、磷對奧氏體晶粒長大分離起何作用以及分離是通過哪種機(jī)理起作用的？

13.合金馬氏體回火時Cr的特別碳化物的形成是原位形核還是離位形核？而W呢？原位形核與離位形核形成的特別碳化物的組織有何顯著不同？對鋼的性能有何影響？

14.聯(lián)系“25Si2Mn2CrNiMoV鋼淬火后強(qiáng)度大大提高”的事實，論述低碳馬氏體鋼的合金化與強(qiáng)化設(shè)

計的主要思路。

15.聯(lián)系“25Si2Mn2CrNiMoV鋼淬火+低溫回火后獲得高的強(qiáng)韌性”的事實，論述低碳馬氏體鋼的成分設(shè)計與韌化設(shè)計的主要思路。

16.什么叫熱軋正火態(tài)？為什么工程結(jié)構(gòu)鋼普通不舉行淬火強(qiáng)化而使用熱軋正火態(tài)？

17.簡述工程結(jié)構(gòu)鋼的性能要求、成分、熱處理與使用組織、合金元素的作用、用途等方面的特點(diǎn)。

18.簡述一般低合金鋼的性能、成分、熱處理與使用組織、合金元素的作用、用途及牌號等方面的特點(diǎn)。

19.以18Cr2Ni4W鋼為例，簡述滲碳鋼的性能要求、成分、滲碳后的熱處理與使用組織、合金元素的作用、用途等方面的特點(diǎn)。

20.滲碳鋼為什么采納低碳？如何保證滲層的韌性？

21.以40CrNiMo鋼為例，簡述調(diào)質(zhì)鋼的性能要求、成分、熱處理與使用組織、合金元素的作用、用途等方面的特點(diǎn)。

22.調(diào)質(zhì)鋼為什么采納中碳？對調(diào)質(zhì)鋼來說，為什么“高的淬透性”與“優(yōu)良的綜合機(jī)械性能”往往是全都的？

23.調(diào)質(zhì)鋼高溫回火時常浮現(xiàn)的問題是什么？如何克服？

24.就工程構(gòu)件和調(diào)質(zhì)件的性能要求，說明合金調(diào)質(zhì)鋼與一般低合金鋼在成分上的差別。

25.合金調(diào)質(zhì)鋼和合金滲碳鋼在合金化的思路上有何異同點(diǎn)？它們在獲得良好綜合性能上實行何不同途徑？

26.高合金超高強(qiáng)度鋼（馬氏體時效鋼）如何解決超高強(qiáng)度與優(yōu)越韌性相結(jié)合的？（從成分、熱處理與組織方面解釋）

27.18%Ni型馬氏體時效鋼含有0.03%C、18%Ni、9%Co、4%Mo、0.15%Ti。試分析加入這些合金元素的成分設(shè)計思路。

28.以60Si2Mn鋼為例，簡述彈簧鋼的性能要求、成分、熱處理與使用組織、合金元素的作用、用途等方面的特點(diǎn)。

29.為提高彈簧的疲勞壽命可采納哪些措施？

30.為什么大尺寸的彈簧鋼熱成型后要采納淬火+中溫回火，而小尺寸的彈簧鋼冷成型后只需容易的去應(yīng)力回火？

31.簡述滾動軸承鋼的性能要求、成分、熱處理與使用組織等方面的特點(diǎn)。

32.滾動軸承鋼中的非金屬夾雜和碳化物不勻稱分布嚴(yán)峻影響其使用壽命。如何從這兩方面改進(jìn)，從而提高滾動軸承鋼的使用壽命？

33.刃具鋼有何主要性能要求？比較碳素工具鋼、低合金刃具鋼、高速鋼的性能差別。

34.從T9鋼和9SiCr鋼的成分差別，說明它們的熱處理、使用性能和應(yīng)用的不同。9SiCr鋼制板牙應(yīng)如何舉行準(zhǔn)備熱處理和終于熱處理？試分析熱處理工藝。

35.分析比較T9碳素工具鋼與9SiCr合金工具鋼：

36.為什么9SiCr鋼的熱處理加熱溫度比T9鋼的高？

37.直徑為30-40mm的9SiCr鋼在油中冷卻能淬透，而相同尺寸的T9鋼卻不能淬透？

38.9SiCr鋼制刀具刃部在250℃條件下工作，硬度仍不低于HRC60，尚可維持正常工作，而T9鋼制刀具刃部受熱到相同溫度時，硬度以及耐磨性已快速下降，以致失效？

39.為什么9SiCr鋼較適合于創(chuàng)造硬度高、變形較小、耐磨性較好的圓板牙、絲錐等薄刃刀具？

40.按照高速鋼的物理冶金原理，分析碳和合金元素W、Cr、V在高速鋼中的作用邏輯。

41.為什么高速鋼刀具具有高的紅硬性？

42.分析高速鋼W18Cr4V采納1280℃淬火+560℃1h回火三次的工藝原理。是否可用560℃3h回火一次代替560℃1h回火三次？為什么？

43.高速鋼W18Cr4V鑄態(tài)組織中萊氏體的形貌有何顯著特征？畫出其組織暗示圖，并說明其相組成。

44.什么叫高速鋼的萘狀斷口？畫出其組織暗示圖。它是怎麼形成的以及對高速鋼性能有何不利影響？

如何克服？

45.冷模具鋼的性能要求與普通刃具鋼有何差別？為什么尺寸較大、重載、高精度、高耐磨的冷模具不宜使用9SiCr、CrWMn等普通低合金冷模具鋼而常用Cr12型高合金冷模具鋼創(chuàng)造？

46.分析Cr12型高合金冷模具鋼一次硬化法和二次硬化法的熱處理工藝、適用場合。

47.指出熱模具鋼與普通工具鋼的性能要求、含碳量、終于熱處理和使用組織的差別，并說明緣由。

48.何謂熱模具的熱疲勞？熱模具熱疲勞后有何特征？可實行哪些措施來提高熱模具鋼的抗熱疲勞性能？

49.試分析結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和不銹鋼使用性能中的主要沖突，研究它們成分設(shè)計的主要差別。

50.硬質(zhì)合金有哪幾類？牌號如何？其性能及應(yīng)用特點(diǎn)是什么鋼結(jié)硬質(zhì)合金的成分性能及應(yīng)用特點(diǎn)又是什么？

51.分離講述Cr、Ni、Ti在不銹鋼中如何起到耐電化腐蝕的作用。

52.簡述Cr13型不銹鋼的成分、終于熱處理與使用組織、性能、用途等方面的特點(diǎn)。

53.分析碳在不銹鋼中對力學(xué)性能和化學(xué)性能影響的雙重性。要解決這一沖突可實行哪些技術(shù)措施？

54.按主要合金元素種類分類，不銹鋼可分為哪幾類？其用途如何？

55.按金相組織分類，不銹鋼可分為哪幾類？其性能有何差別？

56.對照鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的抗應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕方面的特點(diǎn)，并分析緣由。

57.為提高抗晶間腐蝕能力，常對含Ti、Nb的18-8型奧氏體不銹鋼舉行何種熱處理？其大致工藝如何？在這種熱處理中Ti、Nb起到何作用？

58.為什么鐵在570℃以上抗氧化性能很差？論述提高鋼鐵材料高溫抗氧化性能的途徑。

59.高溫強(qiáng)度和常溫強(qiáng)度有何顯著不同？論述提高熱強(qiáng)性的途徑。

60.抗氧化鋼按組織分為哪幾類？各類的性能、使用溫度如何？

61.熱強(qiáng)鋼按組織分為哪幾類？各類的性能、使用溫度如何？

62.珠光體熱強(qiáng)鋼使用中常浮現(xiàn)的組織問題是什么？如何防止或改善？

63.以12CrMoV鋼為例說明珠光體熱強(qiáng)鋼為了提高組織穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性的成分設(shè)計原則。

64.按強(qiáng)化方式的不同奧氏體型熱強(qiáng)鋼分為哪幾類？各類的熱處理有何不同？

65.牌號判別。下列各牌號分離是何材料（盡可能具體）？并指出牌號中各符號的意義：

20CrMnTiW6Mo5Cr4V238CrMoAl9Cr182Cr1318Cr2Ni4WGCr15ZGMn13

Q275T1020Cr16Mn5CrMnMo65Mn18-4-1CrWMn12CrMoVB3

HT200KT300-6QT600-2

66.鋼號判別。下列各鋼號按用途分類分離是何類鋼（盡可能具體）？并指出鋼號中各符號的意義：

A3Q275AJ4FT1016Mn40Cr20CrMnTi55Si2Mn40CrNiMo38CrMoAl12CrMoVCr122Cr13W6Mo5Cr4V25CrMnMo65Mn30CrMnSi9Cr184Cr9Si220CrT8A18Cr2Ni4WGCr150Cr18Ni9Ti45ZGMn1318-4-1CrWMn3Cr2W8VCr12MoV

鑄鐵

一名詞解釋

（灰口鑄鐵的）孕育處理（灰口鑄鐵的）球化處理孕育劑球化劑蠕化劑碳當(dāng)量共晶度

二問答題

1.與鋼相比，灰口鑄鐵的成分、性能、組織有何特點(diǎn)？

2.簡述一般灰口鑄鐵的牌號、成分、組織、性能、用途等方面的特點(diǎn)。

3.簡述可鍛鑄鐵的牌號、成分、組織、性能、用途等方面的特點(diǎn)。

4.簡述球墨鑄鐵的牌號、成分、組織、性能、用途等方面的特點(diǎn)。

5.比較一般灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵的碳當(dāng)量設(shè)計差別，說明緣由。

6.灰口鑄鐵中石墨的形態(tài)有哪幾種？能通過熱處理加以轉(zhuǎn)變嗎？為什么？

7.默畫Fe-G相圖，分析碳當(dāng)量為4.3%的鐵碳合金的平衡結(jié)晶過程。

8.什么是灰口鑄鐵石墨化過程的第一階段、其次階段？分離寫出它們的反應(yīng)表達(dá)式。若某鐵碳合金冷卻時第一階段徹低石墨化、其次階段部分石墨化，則常溫下獲得何組織？

9.哪些因素影響灰口鑄鐵的石墨化過程？歸納其影響邏輯。

10.論述使灰口鑄鐵中片狀石墨細(xì)化的孕育機(jī)理。

11.論述球墨鑄鐵的石墨球化機(jī)理。

12.一顆石墨球是單晶體還是多晶體？試以螺旋位錯長大機(jī)制闡述球狀石墨的生長過程。

13.熱處理可以轉(zhuǎn)變灰口鑄鐵的基體組織，但為什么一般灰口鑄鐵通常只舉行容易的去應(yīng)力退火，而球墨鑄鐵卻可以像鋼那樣舉行各種熱處理？

14.試述球墨鑄鐵經(jīng)徹低奧氏體化正火后F（牛眼狀）+P+G的組織形成過程。

15.解釋下列現(xiàn)象：

1）灰鑄鐵薄壁處易浮現(xiàn)白口組織；

2）以灰鑄鐵鑄造的床身舉行切削加工后，發(fā)覺床身發(fā)生了不允許的變形；

3）球墨鑄鐵生產(chǎn)過程中含硫量控制要比灰鑄鐵的嚴(yán)；

4）同一爐次同一鐵水包的球墨鑄鐵澆注的鑄件，先澆注的比后澆注的性能好。

16.下列零構(gòu)件的選材是否合適？簡要說明道理。

1）可鍛鑄鐵創(chuàng)造薄壁（＜25mm）零件；

2）灰鑄鐵創(chuàng)造機(jī)床床身；

3）灰鑄鐵創(chuàng)造1000℃加熱爐底版；

4）球墨鑄鐵創(chuàng)造化工用耐酸泵體。

有色金屬及其合金

一名詞解釋

晶界無沉淀帶（析出帶）（鋁合金的）變質(zhì)處理紫銅黃銅青銅白銅銅的熱脆與冷脆黃銅的“自裂”（即應(yīng)力破碎，亦稱“季裂”）時效處理時效強(qiáng)化人工時效自然時效過時效（鈦合金中的）α相穩(wěn)定元素（鈦合金中的）β相穩(wěn)定元素（鈦合金中的）中性元素

二問答題

1.闡述鑄造鋁硅合金變質(zhì)處理的機(jī)理及組織變化。

2.2闡述鋁銅合金過飽和固溶體的脫溶沉淀過程。

3.硬鋁LY12屬于何類合金系？用途如何？其常采納何種熱處理？

4.H62（四六黃銅）是單相黃銅還是雙相黃銅？需熱變形加工還是冷變形加工？為何？

5.H68（三七黃銅）是單相黃銅還是雙相黃銅？變形加工時需熱變形還是冷變形？為何？

6.歸納純鈦的基本性質(zhì)和鈦合金的應(yīng)用。舉出鈦合金中的α相穩(wěn)定元素、β相穩(wěn)定元素和中性元素各兩