《工程材料学》习题与思考题

工程材料学

习题与思考题

福州大学材料学院

2008.12

钢与合金钢

一、 名词解释

合金元素 杂质元素 钢 合金钢 奥氏体形成元素 铁素体形成元素 碳化物形成元素 非碳化物形成元素 铁素体钢 奥氏体钢 贝氏体钢 马氏体钢 莱氏体钢 晶界偏聚（晶界吸附） （钢中的）相间析出 回火稳定性（回火抗力） 二次淬火 二次硬化 原位形核 离位形核 一类回火脆性 二类回火脆性

（低碳钢的）应变时效 （低碳钢的）淬火时效 调质处理 优良的综合机械性能 喷丸处理 马氏体时效钢 超高强度钢 热疲劳 疲劳剥落（接触疲劳） （滚动轴承钢的）碳化物液析 球状不变形夹杂 热硬性 （高速钢的）黑色组织 （高速钢的）萘状断口 基体钢

不锈钢 晶间腐蚀 点腐蚀 应力腐蚀 氢脆 阳极极化 阴极极化 钝化 n/8规律 475℃脆性 敏化处理 稳定化处理 蠕变 蠕变极限 持久强度 持久寿命 二、问答题

1. 工程材料分为几大类？各类工程材料的使用性能、资源或价格一般有何特点？ 2. 什么叫钢？按用途分类，钢分为哪几类？（尽可能详细分类） 3. 一种金属材料除基本组元外通常还含有若干种其他元素，如何界定这些元素是合金元素还是杂质？ 4. 举例说明奥氏体形成元素对铁基二元相图的影响规律。 5. 举例说明铁素体形成元素对铁基二元相图的影响规律。 6. 总结奥氏体形成元素对Fe-Fe3C相图的A1、A3、S点、E点的影响规律，并解释为什么高速钢、Cr12

型冷模具钢等高合金钢中会出现莱氏体？

7. 总结铁素体形成元素对Fe-Fe3C相图的A1、A3、S点、E点的影响规律，并解释为什么3 Cr2 W8 V

钢实际上是过共析钢？ 8. 解释下列现象：

（1）在相同含碳量的情况下，大多数合金钢的热处理加热温度比碳钢高；

（2）在相同含碳量的情况下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性； （3）高速钢在热轧或热锻后，经空冷或马氏体组织。

9. 从电子结构或原子相对尺寸大小特点归纳过渡族金属在钢中形成碳化物的规律，包括碳化物的稳定性、点阵结构的复杂性和多样性。（联系以下提供的部分元素周期表进行归纳）

族 周期 Ⅳ Ti Zr Hf Ⅴ V Nb Ta Ⅵ Cr Mo W Ⅶ Mn Ⅷ Fe 一 二 三

10. 哪类合金元素可以溶入渗碳体中？举例说明这些合金元素在渗碳体中溶解度的差别。

11. 试以晶界吸附现象的基本规律解释不锈钢的晶间腐蚀、硼提高钢的淬透性和硫、磷、砷锑等引起的回火脆性。

12. 强碳化物形成元素、碳、磷对奥氏体晶粒长大分别起何作用以及分别是通过哪种机理起作用的？ 13. 合金马氏体回火时Cr的特殊碳化物的形成是原位形核还是离位形核？而W呢？原位形核与离位形核形成的特殊碳化物的组织有何显著不同？对钢的性能有何影响？

14. 联系“25Si2Mn2CrNiMoV钢淬火后强度大大提高”的事实，论述低碳马氏体钢的合金化与强化设

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计的主要思路。

15. 联系“25Si2Mn2CrNiMoV钢淬火+低温回火后获得高的强韧性”的事实，论述低碳马氏体钢的成分设计与韧化设计的主要思路。

16. 什么叫热轧正火态？为什么工程结构钢一般不进行淬火强化而使用热轧正火态？

17. 简述工程结构钢的性能要求、成分、热处理与使用组织、合金元素的作用、用途等方面的特点。 18. 简述普通低合金钢的性能、成分、热处理与使用组织、合金元素的作用、用途及牌号等方面的特点。 19. 以18Cr2Ni4W钢为例，简述渗碳钢的性能要求、成分、渗碳后的热处理与使用组织、合金元素的作用、用途等方面的特点。

20. 渗碳钢为什么采用低碳？如何保证渗层的韧性？

21. 以40CrNiMo钢为例，简述调质钢的性能要求、成分、热处理与使用组织、合金元素的作用、用途等方面的特点。

22. 调质钢为什么采用中碳？对调质钢来说，为什么“高的淬透性”与“优良的综合机械性能”往往是一致的？

23. 调质钢高温回火时常出现的问题是什么？如何克服？

24. 就工程构件和调质件的性能要求，说明合金调质钢与普通低合金钢在成分上的差别。

25. 合金调质钢和合金渗碳钢在合金化的思路上有何异同点？它们在获得良好综合性能上采取何不同途径？

26. 高合金超高强度钢（马氏体时效钢）如何解决超高强度与优越韧性相结合的？（从成分、热处理与组织方面解释）

27. 18%Ni型马氏体时效钢含有0.03%C、18% Ni 、9% Co 、4% Mo 、0.15% Ti。试分析加入这些合金元素的成分设计思路。

28. 以60Si2Mn钢为例，简述弹簧钢的性能要求、成分、热处理与使用组织、合金元素的作用、用途等方面的特点。

29. 为提高弹簧的疲劳寿命可采用哪些措施？

30. 为什么大尺寸的弹簧钢热成型后要采用淬火+中温回火，而小尺寸的弹簧钢冷成型后只需简单的去应力回火？

31. 简述滚动轴承钢的性能要求、成分、热处理与使用组织等方面的特点。 32. 滚动轴承钢中的非金属夹杂和碳化物不均匀分布严重影响其使用寿命。如何从这两方面改进，从而提高滚动轴承钢的使用寿命？

33. 刃具钢有何主要性能要求？比较碳素工具钢、低合金刃具钢、高速钢的性能差别。

34. 从T9钢和9SiCr钢的成分差别，说明它们的热处理、使用性能和应用的不同。9SiCr钢制板牙应如何进行预备热处理和最终热处理？试分析热处理工艺。 35. 分析比较T9碳素工具钢与9 SiCr合金工具钢： 36. 为什么9 SiCr钢的热处理加热温度比T9钢的高？

37. 直径为30-40mm的9 SiCr钢 在油中冷却能淬透，而相同尺寸的T9钢却不能淬透？

38. 9 SiCr钢制刀具刃部在250℃条件下工作，硬度仍不低于HRC60，尚可维持正常工作，而T9钢制刀具刃部受热到相同温度时，硬度以及耐磨性已迅速下降，以致失效？

39. 为什么9SiCr钢较适合于制造硬度高、变形较小、耐磨性较好的圆板牙、丝锥等薄刃刀具？ 40. 根据高速钢的物理冶金原理，分析碳和合金元素W、Cr、V在高速钢中的作用规律。 41. 为什么高速钢刀具具有高的红硬性？

42. 分析高速钢W18Cr4V采用1280℃淬火+560℃1 h 回火三次的工艺原理。是否可用560℃3h回火一次代替560℃1 h回火三次？为什么？

43. 高速钢W18Cr4V铸态组织中莱氏体的形貌有何显著特征？画出其组织示意图，并说明其相组成。 44. 什么叫高速钢的萘状断口？画出其组织示意图。它是怎麽形成的以及对高速钢性能有何不利影响？

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如何克服？

45. 冷模具钢的性能要求与一般刃具钢有何差别？为什么尺寸较大、重载、高精度、高耐磨的冷模具不宜使用9SiCr、CrWMn等一般低合金冷模具钢而常用Cr12型高合金冷模具钢制造？ 46. 分析Cr12型高合金冷模具钢一次硬化法和二次硬化法的热处理工艺、适用场合。

47. 指出热模具钢与一般工具钢的性能要求、含碳量、最终热处理和使用组织的差别，并说明原因。 48. 何谓热模具的热疲劳？热模具热疲劳后有何特征？可采取哪些措施来提高热模具钢的抗热疲劳性能？

49. 试分析结构钢、工具钢和不锈钢使用性能中的主要矛盾，讨论它们成分设计的主要差别。

50. 硬质合金有哪几类？牌号如何？其性能及应用特点是什么钢结硬质合金的成分性能及应用特点又是什么？

51. 分别叙述Cr、Ni、Ti在不锈钢中如何起到耐电化腐蚀的作用。

52. 简述Cr13型不锈钢的成分、最终热处理与使用组织、性能、用途等方面的特点。

53. 分析碳在不锈钢中对力学性能和化学性能影响的双重性。要解决这一矛盾可采取哪些技术措施？ 54. 按主要合金元素种类分类，不锈钢可分为哪几类？其用途如何？ 55. 按金相组织分类，不锈钢可分为哪几类？其性能有何差别？

56. 对比铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的抗应力腐蚀、晶间腐蚀方面的特点，并分析原因。 57. 为提高抗晶间腐蚀能力，常对含Ti、Nb的18-8型奥氏体不锈钢进行何种热处理？其大致工艺如何？在这种热处理中Ti、Nb起到何作用？

58. 为什么铁在570℃以上抗氧化性能很差？论述提高钢铁材料高温抗氧化性能的途径。 59. 高温强度和常温强度有何显著不同？论述提高热强性的途径。 60. 抗氧化钢按组织分为哪几类？各类的性能、使用温度如何？ 61. 热强钢按组织分为哪几类？各类的性能、使用温度如何？

62. 珠光体热强钢使用中常出现的组织问题是什么？如何防止或改善？

63. 以12CrMoV钢为例说明珠光体热强钢为了提高组织稳定性和热强性的成分设计原则。 64. 按强化方式的不同奥氏体型热强钢分为哪几类？各类的热处理有何不同？

65. 牌号判别。下列各牌号分别是何材料（尽可能详细）？并指出牌号中各符号的意义：

20CrMnTi W6Mo5Cr4V2 38CrMoAl 9Cr18 2Cr13 18Cr2Ni4W GCr15 ZGMn13 Q275 T10 20Cr 16Mn 5CrMnMo 65Mn 18-4-1 CrWMn 12CrMoV B3 HT200 KT300-6 QT600-2

66. 钢号判别。下列各钢号按用途分类分别是何类钢（尽可能详细）？并指出钢号中各符号的意义：

A3 Q275 AJ4F T10 16Mn 40Cr 20CrMnTi 55Si2Mn 40CrNiMo 38CrMoAl 12CrMoV Cr12 2Cr13 W6Mo5Cr4V2 5CrMnMo 65Mn 30CrMnSi 9Cr18 4Cr9Si2 20Cr T8A 18Cr2Ni4W GCr15 0Cr18Ni9Ti 45 ZGMn13 18-4-1 CrWMn 3Cr2W8V Cr12MoV

铸铁

一 名词解释

（灰口铸铁的）孕育处理 （灰口铸铁的）球化处理 孕育剂 球化剂 蠕化剂 碳当量 共晶度 二 问答题

1. 与钢相比，灰口铸铁的成分、性能、组织有何特点？

2. 简述普通灰口铸铁的牌号、成分、组织、性能、用途等方面的特点。 3. 简述可锻铸铁的牌号、成分、组织、性能、用途等方面的特点。 4. 简述球墨铸铁的牌号、成分、组织、性能、用途等方面的特点。

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