金属材料学考试题库

8、请简述轴承钢最后热处理工艺和微观组织

答：轴承钢的最后热处理工艺一般为淬火+低温回火

显微组织是回火马氏体基体上分布着均匀细小的碳化物

9、请简述渗碳钢的成分设计要点

答：根据心部要求确定渗碳钢化学成分

采用较低（0.10-0.25%C）的碳含量，使心部具有足够的硬度和良好的冲击韧性。 根据零件的使用条件，考虑渗碳钢的淬透性的元素，如铬、锰、镍、钼等 考虑形成碳化物和加速渗碳的综合因素，选用铬、钼、镍、锰等元素

10、请简述渗碳钢的最后热处理工艺 答:一般渗碳钢的热处理工艺：

渗碳---淬火（直接淬火或重新加热淬火）---低温回火

第八章 工具钢

1、请以1种碳素工具钢为例，介绍其预备热处理和最终热处理工艺，并说出它的成分和组织特征。 答：化学成分

碳：为了有足够高的硬度及较好的耐磨性，碳素工具钢一般含有0.65-1.35%,含碳量越高，则钢的耐磨性越好，而韧性越差。

锰：碳素工具钢中加入少量（0.35-0.60%）的锰，如T8Mo，可提高钢的淬透性，但锰含量过高会使钢的韧性下降。

硅：硅可提高钢的淬透性，但过高会促进石墨化倾向 硫、磷应严格控制

预备热处理---球化退火

为了使渗碳体呈球状并均匀分布，必须进行球化退火，球化退火的加热温度范围一般为730-800℃ 最终热处理

碳素工具钢正常淬火加热温度为A3+30-50℃，属于不完全淬火，碳素工具钢淬火后应立即回火，回火温度因工具的种类与用途稍有差异，刀具通常采用180-210℃，螺纹工具（如板牙）采用200-250℃最终热处理后得组织是回火马氏体和一些球状碳化物

2、请以1种低合金工具钢为例，介绍其预备热处理和最终热处理工艺，并说出它的成分和组织特征。 答：化学成分

碳：为了有足够高的硬度及较好的耐磨性，碳素工具钢一般含有0.65-1.35%,含碳量越高，则钢的耐磨性越好，而韧性越差。

铬：Cr是碳化物形成元素，提高过冷奥氏体的稳定性，增加淬透性，既能阻止渗碳体型碳化物的聚集、长大，又提高了马氏体的分解温度，从而有效地提高了钢的回火抗力，Cr还能防止Si的石墨化倾向。

硅：Si增加钢的淬透性，提高钢的回火稳定性，但Si是石墨化元素，在高碳钢中，高温加热时引起脱碳和促进石墨化，必须同时添加W、Cr、Mn等，减少钢的脱碳倾向。 锰：提高钢的淬透性，但Mn增加钢的过热倾向。

钨：W在工具钢中形成较稳定的碳化物，阻止钢的过热，保证晶粒细化，有利于提高钢的耐磨性。

V：V比其他元素更为有效地阻止奥氏体晶粒长大，降低过热敏感性 预备热处理-球化退火

为了使渗碳体呈球状并均匀分布，必须进行球化退火，球化退火的加热温度范围一般为730-800℃。 最终热处理

碳素工具钢正常淬火加热温度为A3+30-50℃，属于不完全淬火，加热温度比碳工具钢稍高些，可用油、熔盐等较缓和的淬火介质，淬火后应立即回火，回火温度因工具的种类与用途而稍有差异。刀具通常采用180-210℃，螺纹工具（如板牙）采用200-250℃ 最终热处理后的组织是回火马氏体和一些球状碳化物。

3、简述高速钢的二次硬化现象

答：高速钢淬火后必须马上回火，回火温度在500-600℃之间，此时钢的硬度、强度和韧性均有提高，而在550-570℃时可达到硬度、强度的最大值，在此温度区间，钢中残留奥氏体转变为马氏体。自马氏体中析出弥散的（钼）及V的碳化物（W2C，Mo2C，VC）使钢的硬度进一步提高，这种现象为二次硬化。

4、请描述高速钢的铸态组织，并设计改变其碳化物形状和分布的方法 答：高速钢的铸态组织很不均匀，大量不均匀分布的粗大碳化物，将造成温度及韧性的下降，这种缺陷不能用热处理工艺来矫正，必须借助于反复压力热加工（锻、轧），将粗大的共晶碳化物和二次碳化物破碎，并使其均匀分布在基体内。

钨系高速钢的始锻温度为1140-1180℃，终锻温度为900℃左右 钨钼系高速钢的始锻温度要低些。

5、请以一种高速钢为例，介绍最终热处理工艺和特点 答：高速钢的优越性只有在正确的淬火及回火之后才能发挥出来，其淬火温度较一般合金工具钢要高得多。

因为温度越高，合金元素溶入奥氏体的数量越多，淬火之后马氏体的合金浓度越高，只有合金含量高的马氏体才具有高的红硬性，对高速钢红硬性作用最大的合金元素-W、Mo及V只有在1000℃以上时，其溶解量才急剧增加，温度超过1300℃时，各元素的溶解量还有增加，但奥氏体晶粒则急剧长大。所以，在不发生过热的前提下，高速钢的淬火温度越高，其红硬性越好。

由于高速钢的导热性差，而淬火温度又极高，故常需分两段或三段进行加热，淬火通常在油中进行，或采用分频淬火法，钢的正常淬火组织是碳化物+马氏体+残余奥氏体（30%左右） 为了消除淬火应力稳定组织，减少残余奥氏体的数量，达到所需要的性能，高速钢一般需进行三次650℃保温1h的回火处理，正常回火后其组织为回火马氏体+碳化物。

6、合作模具钢（Cr2MoV）的一次硬化法和二次硬化法是怎么回事？它们工艺以及性能有什么区别？

答：a 一次硬化处理（低淬低回）

这种方式是采用较低的淬火温度并进行低温回火。选用较低的淬火温度，晶粒较细，钢的强度和韧性较好，通常Cr12MoV钢选用980-1030C淬火，如希望得到较高的硬度，淬火温度可取上限。回火温度一般在200C左右，回火温度升高时硬度降低，但强度和韧性提高，

一次硬化处理使钢具有高的硬度和耐磨性，较小的热处理变形，大多数Cr12型钢制作冷变形磨具采用此工艺。

b 二次硬化处理（高淬高回）

这种热处理方式是在较高的温度1030-1075℃淬火，然后进行多次高温回火，以达到这种二次硬化的目的。这样可以获得高的回火稳定性，但稍降低钢的强度和韧性，二次硬化处理适用于工作温度较高（400-500℃）且受荷不大或淬火后表面需要强化的模具。

7、请以一种热作模具钢为例，介绍其成分特点 答：一种典型的铬系热变形模具钢-4Cr5MoSiV钢，这种钢含有大的5%Cr，并加入W、Mo、V、Si。由于Cr含量较高，因而有高的淬透性，加入1%Mo时，淬透性更高，故尺寸很大的模具淬火时也可以空冷。这类钢具有高的强度和韧性，抗氧化性较好（由于含Cr和Si），Si、Cr还提高钢的临界点，有利于提高其抗热疲劳性能，加入V可加强钢的二次硬化现象，增加稳定性。

第九章 不锈钢

1、请举例3种工程上常见的腐蚀类型及腐蚀过程 答：常见的金属腐蚀类型有以下几种： 1、均匀腐蚀

均匀腐蚀又称一般腐蚀或连续腐蚀 2、晶间腐蚀

一般晶界较晶内具有较大的活性，晶界、晶内电位差加大，这时则会引起晶界的深腐蚀，称为晶间腐蚀 3、点腐蚀

点腐蚀又称缝隙腐蚀、孔蚀，是发生在金属制件上极局部区域的一种腐蚀形式 4、应力腐蚀

应力腐蚀在静拉伸应力和腐蚀介质共同作用下，材料发生破裂的现象 5、磨损腐蚀

在同时存在腐蚀和机械磨损时，两者相互加速的腐蚀称为磨损腐蚀。

2、合金元素提高钢的耐蚀性途径有哪几种？

答：a、使不锈钢对具体使用的介质具有稳定钝化区的殃及极化曲线

b、提高不锈钢基体的电极电位，来降低原电池电动势 c、使钢具有单相组织，减少微电池的数量

d、使钢表面上生成稳定的表面保护膜，如钢中加硅、铝、铬等，在许多腐蚀和氧化的场合能形成致密的保护膜，提高钢的耐蚀性。

3、请分析碳在不锈钢中对组织的影响的双重性

答：碳能强烈地稳定奥氏体，稳定奥氏体的能力均为镍的30倍

同时，碳又是不锈钢强化的主要元素

碳与铬能形成一系列碳化物，使不锈钢的腐蚀性受到严重影响 同时碳使不锈钢的加工性能和焊接性能变坏

4、请简述铬、碳、镍、锰、鈦、铌与不锈钢耐蚀性的关系 答：a、铬

铬是决定不锈钢耐蚀性的主要元素

当铬含量（原子比）达到1/8,2/8时，铁的电极电位就跳跃式地增加，耐蚀性也随之提高 铬元素是a稳定化元素

铬的氧化物比较致密，可以形成耐蚀的保护膜 b、碳

碳能强烈地稳定奥氏体，稳定奥氏体的能力均为镍的30倍 同时，又是不锈钢强化的主要元素

碳与铬能形成一系列碳化物，使不锈钢的耐蚀性受到严重影响 同时碳使不锈钢的加工性能和焊接性能变坏 c、镍

镍是不锈钢中的一种重要元素，能提高耐蚀性

镍是γ稳定化元素，镍能有效地降低Ms点，使奥氏体能保持到很低的温度 d、锰

锰是镍的代用品，是γ稳定化元素

锰在奥氏体钢中部分替代Ni，2%Mn相当于1%Ni e、鈦、铌

鈦、铌死强的碳化物形成元素，可优先于铬同碳形成碳化物，防止晶间腐蚀，提高耐蚀性

5、什么是不锈钢中的n/8定律？它与不锈钢的晶间腐蚀有什么关系？ 答：钢的电极电位随铬的变化规律是：在铬达到12.5%原子比（即1/8时），电位有一个突跃升高。当铬量达到20%原子比（即2/8时），铁的固溶体电位又有一次突跃升高，这一现象称为二元合金固溶体电位的n/8规律。假如钢中虽含有12.5%的原子比的铬量，但因一部分铬和钢中的碳化合固溶体中实际含铬量低于12.5%，则钢的耐蚀性不能得到突跃提高。

6、请概述常见不锈钢类型和性能特点 答：沉淀强化不锈钢强度最高

马氏体不锈钢具有较好的综合机械性能，即较高的强度和一定的延展性 铁素体+奥氏体不锈钢的强度较高，延展性也较好

铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢的强度性能相近，但后者的延展性能较其他各类不锈钢为高

7、请举一种Cr13型不锈钢制作机械零件或工具，并制定热处理工艺

答：Cr13型马氏体不锈钢能在淬火过程中发生马氏体转变，可以获得热处理强化，所以这类钢可进行多种热处理，以控制和调节这种相变，满足不锈钢性能要求。 a、调质处理：

一般不锈钢结构件采用调质处理，以获得高的综合机械性能 b、淬火低温回火

Cr13、3Cr3Mo、4Cr13的热处理通过淬火+低温回火，可获得高硬度和耐磨性。

3、总结铬镁钼奥氏体不锈钢作用的成分特点和热处理方法

答：奥氏体不锈钢是以18%Cr-8%l为典型成分而发展起来的，18%Cr-8%l合金正好处于奥氏体有利于形成的成分范围。

同时，铬、镍含量总达75%时不锈钢的腐蚀性电位接近n/8规律中n=2的电位值，这样既获得了单相奥氏体，又得到好的钝化性能，使耐蚀性达到了较高的水平。 由于这两方面的原因，28-8的成分才成为国际奥氏体不锈钢的主要成分。