金属材料学复习资料

金属材料学复习资料

题型：判断，选择，简答，问答

第一章

1.要清楚的三点：

1)同一零件可用不同材料及相应工艺。例：调质钢；工具钢

代用

调质钢：在机械零件中用量最大，结构钢在淬火高温回火后具有良好的综合力学性能，有较高的强韧性。适用于这种处理的钢种成为调质钢。调质钢的淬透性原则，指淬透性相同的同类调质钢可以互相代用。

2)同一材料，可采用不同工艺。例：T10钢，淬火有水、水-

油、分级等。强化工艺不同，组织有差别，但都能满足零件要求。力求最佳的强化工艺。

淬火冷却方式常用水-油双液淬火、分级淬火。成本低、工艺性能好、用量大。

3)同一材料可有不同的用途。例：602有时也可用作模具。低合

金工具钢也可做主轴，15也可做量具、模具等。

602是常用的硅锰弹簧钢，主要用于汽车的板弹簧。低合金工具钢可制造工具尺寸较大、形状比较复杂、精度要求相对较高的模具。15只在对非金属夹杂物要求不严格时，制作切削

工具、量具和冷轧辊等。

2.各种强化机理（书24页）

钢强化的本质机理：各种途径增大了位错滑移的阻力，从而提高了钢的塑性变形抗力，在宏观上就提高了钢的强度。

1)固溶强化：原子固溶于钢的基体中，一般都会使晶格发生畸

变，从而在基体中产生弹性应力场，弹性应力场与位错的交互作用将增加位错运动的阻力。从而提高强度，降低塑韧性。

2)位错强化：随着位错密度的增大，大为增加了位错产生交割、

缠结的概率，所以有效阻止了位错运动，从而提高了钢的强度。但在强化的同时，也降低了伸长率，提高了韧脆转变温度。

3)细晶强化：钢中的晶粒越细，晶界、亚晶界越多，可有效阻

止位错运动，并产生位错塞积强化。细晶强化既提高了钢的强度，又提高了塑性和韧度，所以是最理想的强化方法。

4)第二相强化：钢中微粒第二相对位错有很好的钉扎作用，位

错通过第二相要消耗能量，从而起到强化效果。

根据位错的作用过程，分为切割机制和绕过机制。

根据第二相形成过程，分为回火时第二相弥散沉淀析出强化；

淬火时残留第二相强化。

5)弥散强化等于第二相强化：塑韧性下降

总结：对结构钢，贡献最大的是细晶强化和沉淀强化；置换固溶对强化贡献不大。

*合金钢与C钢的强度性差异，在于合金元素对钢相变过程的影响。

3.合金化原理的重点问题：

1)什么是奥氏体形成元素，什么是铁素体形成元素？

答：在γ中有较大溶解度并稳定γ固溶体的元素称为奥氏体形成元素，如 , , , C, N, ；在α中有较大溶解度并稳定α固溶体的元素称为铁素体形成元素，如：V，, 。

2)钢中碳化物稳定性顺序？

答：碳化物在钢中的稳定性取决于金属元素与碳亲和力的大小，即d层电子数：电子越少，金属元素与碳的结合强度越大，越稳定。此外，考虑到热效应影响稳定性时，碳化物生成热越大，越稳定。

碳化物根据结构类型可分为简单点阵结构和复杂点阵结构。简单点阵结构：有M2C型、型，特点是硬度较高，熔点较高，稳定性较好；

复杂点阵结构：有M23C6型、M7C3型、M3C型，其特点是硬度较低，熔点较低，稳定性较差。

特别指出：M6C型碳化物虽属于复杂点阵结构，但稳定性比M23C6型、M7C3型好。

基本类型：型；M2C型；M23C6型；M7C3型；M3C型；M6C型；（强K形成元素形成的K比较稳定，其顺序为：>>>V>>>>）

各种K相对稳定性如下：→M2C→M6C→M23C6→M7C3→M3C

（高低）

3)钢的强化机制？提高钢韧性的途径？

答：如上，钢的强化机制是几种强化机制的综合结果。

提高钢韧性的途径：教材版本，举例参考上图

A.细化奥氏体晶粒，从而细化了铁素体晶粒与组织，如强碳化

物形成元素；

B.提高钢的回火稳定性，如强碳化物形成元素；

C.改善基体韧度，如；

D.细化碳化物；

E.降低或消除钢的回火脆性；

F.在保证强度水平下，适当降低含碳量；

G.提高冶金质量；

H.通过合金化形成一定量的残余奥氏体。

4)钢中的杂质？S、P作用？

答：杂质有三类：常存杂质，冶炼残余，由脱氧剂带入，、、；S、P难清除。隐存杂质，生产过程中形成，如微量元素O、H、N等。偶存杂质，与炼钢时的矿石、废钢有关，如、、、等。

典型杂质：S容易与结合形成熔点为989℃的相，会使钢产生热脆性；P和结合形成硬脆的3P相，使钢在冷加工过程中产生冷脆性；H留在钢中形成所谓的白点，导致钢的氢脆。

5)钢中各合金元素作用？如，？具体表现在T9和9（后面有题）答：复习上有归纳。硅和铬具体表现在T9和9上：

对于9，由于、的作用提高了淬透性，一般情况下油淬临界直径小于40；回火稳定性较好，经约250℃回火，硬度仍然大于60；由于的存在，脱碳倾向较大，切削加工性相对也差些。

6)第一、第二类回火脆性的典型特征和产生原因（教材24页）答：第一类回火脆性，典型特征有：①不可逆；②脆性的产生与回火后冷却速度无关；③脆性的表现特征为晶界脆断。产生原因：①3C薄膜在原奥氏体晶界上形成，削弱了晶界强度；

②杂质元素P、S、等由于内吸附现象偏聚晶界，降低了晶界的结合强度。

第二类回火脆性，典型特征：①可逆；②脆性是在回火后慢冷产生，快冷可抑制脆性；③脆性的表现特征为晶界脆断。产生原因：回火时，杂质、S、或N、P等偏聚晶界，形成网状或片状化合物，降低晶界强度。高于回火脆性温度，杂质扩散离开晶界或化合物分解；快冷抑制了杂质元素扩散。

4. 正火和淬火、高温回火得到的同样是珠光体组织，但为什么一般钢要经过淬火、回火？

答：钢的淬火目的是为了获得马氏体（或贝氏体）组织，提高钢

的硬度、强度和耐磨性，并保持足够的韧性。回火目的是消除淬火应力，降低脆性；稳定工件尺寸；调整淬火零件的力学性能。

5. 在这些处理过程中，合金元素存在的形式和所处的位置是怎样变化的，其它组织结构是怎样变化的？

6. 固溶强化、位错强化、细晶强化和弥散强化等强化机制是如何相互转化的？

7.合金化设计到组织设计的要点

答：

1)碳化物的类型及性质：碳化物的形

成规律：

2)合金元素对相图的影响：合金

元素对C线的影响：

3)合金元素对过程的影响：合金元素

对工艺性的作用：

钢的强韧化矛盾

8.合金化原则

多元适量，复合加入（看总复习）

9.主要合金元素的作用（总复习）

第三、四章

1.掌握各类钢的特点（总复习）

2.弹簧、热锻模的服役条件及技术要求

答：弹簧的服役条件：板簧主要承受弯曲载荷，失效形式是疲劳破坏；螺旋弹簧主要承受扭转应力，失效形式也为疲劳破坏。弹簧的技术要求：高的弹性极限σe、屈强比σσb→弹性↓；高的疲劳强度σ-1→避免早期疲劳破坏；有足够的塑性和韧性→不产生脆性断裂；足够的淬透性→保证σe和整体强度；具有良好的表面质量。

热锻模的服役条件：1）反复冷、热→易产生龟裂、热疲劳；2）表层温度~500℃，冲击力大；3）强烈摩擦磨损；4）模具尺寸比较大。热锻模的性能要求：↑热疲劳抗力→↑A1，↓硬度是有利的；↑热强性\韧度→高温回火；→消除回脆，整体性能好；↑模具高温耐磨性；淬透性好，导热性好。热锻模的工艺要求：注意保护模面和模尾，以避免脱碳。加热要注意预热，450左右预热，升温速度要慢，<50℃；冷却要注意预冷，预冷到780℃左右，循环油冷，冷至150~200℃取出；淬火后必须立即回火，绝对不允许冷至室温。

3. 轴承钢的冶金质量

答：对轴承钢的基本质量要求是纯净和组织均匀。纯净就是杂质元素和非金属夹杂物要少，组织均匀是钢中碳化物要细小，分布要均匀。因以上两种原因造成的失效占总失效的65%。非金属夹杂主要有氧化物，硫化物和硅酸盐三种。根据形状划分又可分为脆性夹杂物、塑性夹杂物和球状不变形夹杂物。其中危害最大的是硬而脆的氧化物，主要有刚玉和尖晶石。钢冶炼时彻底脱氧是

获得高纯净钢的必要条件。碳化物的不均匀性可分为碳化物液析，可采用高温扩散退火消除；带状碳化物可由较长的退火时间消除；而控制终轧或终锻温度、控制终轧后冷速或正火可消除网状碳化物。

老师上的：碳化物细小均布。主要有三类K：K液析→结晶时枝晶偏析而存在→高温扩散退火，不允许液析严重；带状K→轧制时二次碳化物偏析→高温扩散退火；网状K→冷却时在晶界析出→正火。

4. 高速钢的热处理工艺（后面有题）

答：

1)高速钢经锻轧后，要经过退火处理，有普通退火和等温退火

两种方式，其中普通退火工艺为860-880℃保温2-3小时。2)然后进行淬火前的预热，因为高速钢导热率低，淬火加热温

度又很高。预热可减少工件在淬火加热过程中的变形开裂倾向，缩短高温保温时间，减少氧化脱碳。分为一次预热和两次预热。一次预热为800-850℃，适用于直径小的工件；两次预热是在一次预热之前加一次500-600℃预热。预热时间一般为淬火时间的两倍。

3)淬火温度和时间的确定。

4)采用分级淬火的冷却方式

5. 工具钢的球化处理

答：一般要求钢中的碳化物呈球状、细小、均匀分布，这样可保

证钢的耐磨性和韧度，而且对热处理工艺也非常有利。因此，一般情况下工具钢的预先热处理都采用球化退火。低合金工具钢在淬火前必须经过球化退火，得到粒状珠光体的原始组织，以利于切削加工，并且淬火过热倾向小。球化退火一般采用等温退火工艺，由退火温度以30-40℃冷至700℃，等温4h，再炉冷到600℃出炉。

工具钢的工艺特点：锻造→球化退火→不完全淬火，淬火工艺参数要求严格。

6. 高碳钢的第二相

答：指的是碳化物。99页

7. 齿轮、轴类零件的选材料

齿轮：不同机械的齿轮，其工作条件差别很大，所以在选择材料和热处理工艺上也有很大不同。

1)机床齿轮，载荷不大，工作平稳，一般无大的冲击力，转速

也不高。常选用调质钢制造，如45、40、42等钢，热处理工艺为正火或调质，高频感应加热淬火。

一般工艺路线为：备料→锻造→正火→粗加工→调质处理→半精加工→高频淬火+ 回火→磨削

2)汽车、拖拉机的变速箱齿轮，汽车、拖拉机上的变速箱齿轮

属于重载荷齿轮。一般都采用渗碳钢，如20、20等，进行渗碳热处理。