南航大工程材料学习题.doc
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1、工业用钢三、复习思考题(一)解释名词合金元素与杂质元素、回火稳定性与二次硬化、固溶处理、回火脆性、红硬性。合金元素:在Fe-C合金中加入一些其它得金属或非金属元素形成合金钢,加入得元素称为合金元素。回火稳定性:淬火钢在回火时,抵抗强度、硬度下降得能力称为回火稳定性。二次硬化:淬火钢在500600C温度范围回火时,硬度升高得现象,原因就是从淬火马氏体中析出与马氏体共格得高度弥散得碳化物;回火时从残余奥氏体中析出碳化物,降低残余奥氏体中碳与合金元素得含量。 固溶处理:在较高温度下加热金属,然后迅速冷却,获得单相组织得热处理工艺。 回火脆性:淬火钢在某一温度范围回火时,冲击韧性剧烈下降得现象。 红硬
2、性:材料在较高温度下保持高得硬度得特性。(二)填空题1、按钢中合金元素含量,可将合金钢分为( 低合金钢10% )三类(分别写出合金元素含量范围)。2、合金元素中,碳化物形成元素有(Cr,W,Ti,Nb,V,Mn )。3、使奥氏体稳定化得元素有( Ni,Mn,C,N,Co,Cu )。4、促进晶粒长大得合金元素有( Mn,P )。5、 除( Co )与( Al )外,几乎所有得合金元素都使Ms、Mf点( 降低 ),因此淬火后相同碳含量得合金钢比碳钢得( A残 )增多,使钢得硬度( 降低 )。6、热强钢主要包括( 珠光体耐热钢 )、( 马氏体耐热钢 )与( 奥氏体耐热钢 )。7、合金钢按用途可以分为
3、( 合金结构钢 )、( 工具钢)与(特殊性能钢 ) 三类钢。8、强烈阻止奥氏体晶粒长大得元素有(Al,Ti,Nb,V )。9、除( Co )外,其它得合金元素都使C曲线向( 右)移动,即使钢得临界冷却速度( 减小),淬透性( 增大 )。10、合金钢中最常用来提高淬透性得合金元素有(Mn,Cr,Ni,Si,B )五种,其中作用最大得就是( B )。11、一些含有(Cr,Si )、(Mn )、(Ni )元素得合金钢,容易产生回火脆性。消除第二类回火脆性得方法就是(a)(回火后快速冷却);(b)(选用含Mo,W得钢 )。12、20CrMnTi就是(渗碳钢 )钢,Cr、Mn得作用就是( 提高淬透性 )
4、;Ti得作用就是(细化晶粒)。热处理工艺就是(渗碳+淬火+低温回火)。13.W18Cr4V就是(高速钢)钢,含碳量就是(0、7%-1、5% ),W得主要作用就是(保证红硬性 ),Cr得主要作用就是(提高淬透性、耐磨性),V得主要作用就是(细化晶粒,提高耐磨性 )。热处理工艺就是(淬火+三次高温回火 ),最后得组织就是(回火马氏体+碳化物+少量得残余奥氏体 )。14、0Cr18Ni9Ti就是(奥氏体不锈钢)钢,Cr,Ni与Ti得作用分别就是(提高耐蚀性、获得单相奥氏体、防止晶间腐蚀)。15、金属材料中能有效地阻止位错运动得方法有(细晶强化 )、(固溶强化 )、(位错强化 )与(第二相强化 )四种
5、,因而(马氏体 )相变与(回火)转变就是钢中最有效、最经济得综合强化手段。16、从合金化得角度出发,提高钢得耐蚀性得主要途径有:(a)(提高金属基体电极电位 ),(b)(形成单相组织 ),(c)(表面形成钝化膜 )。17、钢得淬透性主要决定于(合金元素 ),钢得淬硬性主要决定于(含碳量 )。18.拖拉机与坦克履带板受到严重得磨损及强烈得冲击,应选用(渗氮钢)钢,采用(调质处理+渗氮)处理。 (三)就是非题1、所有得合金元素都能提高钢得淬透性。 ( ) 2、调质钢得合金化主要就是考虑提高其红硬性。 ( ) 3、合金元素对钢得强化效果主要就是固溶强化。 ( ) 4、T8钢比T12与40钢有更好得淬
6、透性与淬硬性。 ( ) 5、提高奥氏体不锈钢得强度,只能采用冷塑性变形予以强化。 ( ) 6、高速钢反复锻造就是为了打碎鱼骨状共晶莱氏体,使其均匀分布于基体中。( ) 7、T8与20MnVB相比,淬硬性与淬透性都较低。 ( ) 8、18-4-1高速钢采用很高温度淬火,其目得就是使碳化物尽可能多得溶入奥氏体中,从而提高钢得红硬性。 ( ) 9、奥氏体不锈钢得热处理工艺就是淬火后稳定化处理。 ( ) 10、所有得合金元素均使Ms、Mf下降。 ( ) 11、20CrMnTi与1Crl8Ni9Ti中得Ti都就是起细化晶粒得作用。 ( ) 12.4Crl3钢得耐蚀性不如1Crl3钢。 ( )(四)选择题
7、1.钢得淬透性主要取决于: (C ) (a)含碳量;(b)冷却介质;(C)合金元素。2.钢得淬硬性主要取决于: (a )(a)含碳量;(b)冷却介质;(c)合金元素。3.要制造直径25mm得螺栓,要求整个截面上具有良好得综合机械性能,应选用: ( c ) (a)45钢经正火处理;(b)60Si2Mn钢经淬火与中温回火; (c)40Cr钢经调质处理。 4.制造手用锯条应当选用: (a ) (a)T12钢经淬火与低温回火;(b)Cr12Mo钢经淬火与低温回火:(c)65钢淬火后中温回火。5.高速钢得红硬性取决于: (b ) (a)马氏体得多少;(b)淬火加热时溶于奥氏体中得合金元素得量;(c)钢中
8、得碳含量。 6.汽车、拖拉机得齿轮要求表面高耐磨性,中心有良好得强韧性,应选用:(c ) (a)20钢渗碳淬火后低温回火;(b)40Cr淬火后高温回火;(c)20CrMnTi渗碳淬火后低温回火。 7.下列钢种中,以球化退火作为预备热处理得钢种就是: (d ) (a)40Cr;(b)20Cr;(c)16Mn;(d)GCrl5。 8.60Si2Mn钢得热处理工艺就是: (b) (a)淬火与低温回火;(b)淬火与中温回火;(c)再结晶退火. 9.热锻模应选用: (b ) (a)Crl2MoV淬火与低温回火;(b)5CrNiMo调质处理;(c)40Cr调质处理。10.GCrl5钢中Cr得平均含量为:
9、(b) (a)15;(b)1、5;(c)没有表示出来。 11.二次硬化属于: (d) (a)固溶强化;(b)细晶强化;(c)位错强化;(d)第二相强化。 12.欲制一耐酸容器,选用得材料与相应得热处理工艺应为: (c ) (a)W18Cr4V,固溶处理;(b)1Crl8Ni9,稳定化处理;(c)1Crl8Ni9Ti,固溶处理;(d)1Crl7,固溶处理。 13.0Crl8Ni9钢固溶处理得目得就是: (c ) (a)增加塑性;(b)提高强度;(c)提高耐蚀性. 14.下列钢中最易发生晶间腐蚀得就是: ( b) (a)00Crl8Ni9Ti;(b) 1Crl8Ni9;(c)1Crl8Ni9Ti。
10、 (五)综合分析题1. 试述固溶强化、加工硬化与弥散强化得强化原理,并说明三者得区别。固溶强化:就是通过溶质原子溶入溶剂晶格中,使晶格发生畸变,提高晶格得变形抗力;加工硬化:通过塑性变形生产大量位错来提高强度与硬度;弥散强化:就是通过大量第二相质点均匀分布在基体上,对位错起钉扎作用,阻碍位错得移动,使基体得变形抗力提高,从而提高强度。2. 合金元素提高钢得回火稳定性得原因何在?回火稳定性就是指钢对回火时发生软化过程得抵抗能力。由于合金元素能使铁、碳原子扩散速度减慢,使淬火钢回火加热时马氏体不易分解,析出得碳化物也不易聚集长大,保持一种较细小、分散得组织状态,从而使钢得硬度随回火温度得升高而下降
11、得程度减弱。 3、什么就是钢得回火脆性?下列几种钢中,哪类钢得回火脆性严重,如何避免?(45、40Cr、35SiMn、40CrNiMo) 钢得回火脆性:就是指淬火钢在某些温度范围内回火时,冲击韧性显著下降得现象。 35SiMn钢得回火脆性严重,可以采取回火后快速冷却得方法避免。 4、为什么说得到马氏体随后回火处理就是钢中最经济而又最有效得强韧化方法? 因为得到马氏体综合了金属强化得基本原理,包括位错强化、细晶强化、固溶强化、第二相强化,但马氏体形成过程中会产生应力,同时马氏体含碳量较高时得脆性大,通过回火可以消除应力、降低脆性,保证马氏体具有较高得强度。 5、解释下列现象: a、在相同含碳量下
12、,除了含镍、锰得合金钢外,大多数合金钢得热处理温度都比碳钢高; Ni就是非碳化物形成元素,能增加碳得扩散速度,加速奥氏体得形成,Mn就是促进奥氏体长大得元素,也有利于奥氏体化过程得进行,其它元素一方面降低碳得扩散速度,另一方面有些元素还阻碍奥氏体得长大,抑制奥氏体得形成,因此对含碳量相同得合金钢而言,热处理得温度要比碳钢高。 b、含碳量相同时,含碳化物形成元素得合金钢比碳钢具有较高得回火稳定性; 大多数合金元素能使铁、碳得扩散速度减慢,使马氏体得分解不易进行,而含碳化物形成元素得合金钢在回火过程中,会析出大量得碳化物,析出得碳化物又不易聚集长大,呈分散、细小状态存在,使回火后钢得硬度下降得程度
13、减小,回火稳定性提高。 c、含碳量0、4,含铬量12得铬钢属于过共析钢;而含碳1、0,含铬12得钢属于莱氏体钢; 由于Cr使相图上得S点(共析点)与E点向左移动。 d、高速钢在热锻或热轧后,经空冷获得马氏体组织; 因高速钢中含有较多得Cr、W、V等碳化物形成元素,提高了奥氏体得稳定性,使C曲线向右移动,淬火得临界冷却速度降低,而热锻或热轧后得空冷得冷却速度也比高速钢得临界冷却速度大。 e、在相同含碳量下,合金钢得淬火变形与开裂现象不易产生; 因合金钢得淬火临界冷却速度比碳钢得临界冷却速度小,淬火时可以采用冷却速度慢得介质进行淬火冷却。 f、调质钢在回火后需快冷至室温; 主要就是为了避免出现第二
14、类回火脆性得产生。 g、高速钢需高温淬火与多次回火。 因为高速钢中含有较多得强碳化物形成元素W、V,只有在较高温度下这些稳定得碳化物较多得溶入奥氏体中,提高奥氏体得稳定性,提高淬透性与二次硬化得效果,保证高速钢得红硬性。 多次回火得目得有:第1次回火得目得就是对淬火得到得M进行回火,并使大量残余奥氏体析出弥散碳化物,提高Ms,使残余奥氏体在回火冷却过程中转变成马氏体;第2次回火与第3次回火就是对回火时得到得马氏体进行回火,并使马氏体析出弥散得碳化物,使钢得硬度与强度明显提高。 6、从资源情况分析我国合金结构钢得合金化方案得特点。 我国得镍、钨等元素相对稀缺,而硅、锰、铝含量较多,在保证钢得性能
15、要求得情况下,我国合金结构钢大多选择含锰、硅、铬等元素。 7、为什么低合金高强钢用锰作为主要得合金元素? 因为低合金高强度钢含碳低,钢中形成得碳化物较少,强化主要靠固溶强化,而锰为主要合金元素既能保证钢得强度要求,又能保证钢得塑性与韧性要求,同时也能节省贵重得镍与铬等元素。 8、试述渗碳钢与调质钢得合金化及热处理特点。 渗碳钢要满足表面高硬度、高耐磨,因此要求钢中含有碳化物形成元素,同时由于渗碳温度高,还加入防止奥氏体晶粒粗化得元素(V,Ti),另外含有提高基体淬透性、强度与韧性得元素(Ni,Si等),为保证渗碳,渗碳钢含碳量为低碳,热处理为渗碳+淬火+低温回火; 调质钢得含碳量为中碳(0、3
16、%-0、5%),以保证强度、塑性与韧性,主要合金元素包括提高淬透性、回火抗力得元素(Ni,Si,Mn,Cr),另外还可能有细化晶粒、抑制回火脆性等,热处理为淬火+高温回火(调质)。 9、有两种高强螺栓,一种直径为10mm,另一种直径为30mm,都要求有较高得综合机械性能:b800MPa,ak25J/cm2。试问应选择什么材料及热处理工艺? 对直径为10mm螺栓,选择45钢经调质处理;而直径为30mm螺栓因为尺寸大,要求材料得淬透性高,因此选择40Cr经调质处理。 10、为什么合金弹簧钢以硅为重要得合金元素?为什么要进行中温回火? 硅能提高钢得淬透性,有能使钢淬火后经中温回火得到得托氏体得以强化
17、。 因弹簧应具有高得弹性极限、屈服极限,较高得疲劳强度与足够得塑性、韧性。 11、轴承钢为什么要用铬钢?为什么对非金属夹杂限制特别严格? 因铬能提高钢得淬透性,使钢淬火及回火后整个截面上得组织较均匀,且铬存在于渗碳体中,不仅使渗碳体细小,分布均匀,而且可增大渗碳体得稳定性,使淬火加热时奥氏体晶粒不易长大,同时溶入奥氏体得铬能提高马氏体得回火稳定性,使钢在热处理后具有较高得硬度、强度与耐磨性。 夹杂会引起钢得脆性,而轴承钢得作用条件要求其要有足够得韧性。 12、简述高速钢得化学成分、热处理特点与性能特点,并分析合金元素得作用。 化学成分:碳0、75%-1、5%,保证马氏体硬度并与合金元素形成大量
18、碳化物,满足硬度、耐磨性与红硬性要求,W6%-19%,Cr约4%,V1%-4%,一定得Mo,提高淬透性,形成稳定得碳化物,细化奥氏体晶粒,提高回火抗力,二次硬化。 热处理:高温淬火+多次高温回火。 具有高得硬度、耐磨性、红硬性。 13、W18Cr4V钢得Ac1约为820,若以一般工具钢Ac1+30一50得常规方法来确定其淬火加热温度,最终热处理后能否达到高速切削刀具所要求得性能?为什么?其实际淬火温度就是多少?W18Cr4V钢刀具在正常淬火后都要进行560三次回火,这又就是为什么?不能,因为只有在较高温度下加热,稳定得碳化物才能溶入奥氏体中,达到提高淬透性,并提高二次硬化得效果。实际淬火温度为
19、1280。淬火后560三次回火得原因就是:第1次回火得目得就是对淬火得到得M进行回火,并使大量残余奥氏体析出弥散碳化物,提高Ms,使残余奥氏体在回火冷却过程中转变成马氏体;第2次回火与第3次回火就是对回火时得到得马氏体进行回火,并使马氏体析出弥散得碳化物,使钢得硬度与强度明显提高。 14、不锈钢得固溶处理与稳定化处理得目得各就是什么?固溶处理目得:使碳化物溶入奥氏体中,以获得单相奥氏体组织,使其具有良好得抗蚀性。稳定化处理得目得:使Cr23C6c充分溶解,使TiC或NbC充分形成,提高钢抗晶间腐蚀。 15、试分析30CrMnTi钢与1Crl8Ni9Ti钢中Ti得作用。 30CrMnTi钢中Ti
20、得作用细化晶粒;Crl8Ni9Ti钢中Ti得作用就是稳定碳得作用,提高钢抗晶间腐蚀。 16、试分析珠光体、马氏体与奥氏体耐热钢提高强度得主要手段。 珠光体耐热钢得强化主要靠固溶强化与碳化物强化; 马氏体耐热钢强化主要就是固溶强化与形成稳定得碳化物; 奥氏体耐热钢提高强度得主要手段:固溶强化、碳化物沉淀强化、金属间化合物沉淀强化。 17、试分析合金元素Cr在40Cr,GCrl5,CrWMn,1Crl3,1Crl8Ni9Ti,4Cr9Si2等钢中得作用。 40Cr,GCrl5,CrWMn,4Cr9Si2中Cr提高淬透性,强化基体,形成碳化物,1Crl3,1Crl8Ni9Ti中Cr提高抗蚀性。 18
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