金属学课后答案_金属学课后习题答案

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金属材料学(第二版)课后答案 主编戴启勋

第一章 钢的合金化原理 1．名词解释

1）合金元素: 特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学 或机械性能的化学元素。(常用 M 来表示)2）微合金元素: 有些合金元素如 V，Ti, Zr 和 B 等，Nb，当其含量只在 0.1%左右（如 B 0.001%，V 0.2 %）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这种化学元素称为微合金元素。3）奥氏体形成元素:在 γ-Fe 中有较大的溶解度,且能稳定 γ 相；如 Mn, Ni, Co, C, N, Cu； 4）铁素体形成元素: 在 α-Fe 中有较大的溶解度，且能稳定 α 相。如：V，Nb, Ti 等。5）原位析出: 元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时, 合金渗碳体就 在原位转变成特殊碳化物如 Cr 钢中的 Cr： ε-FexC→Fe3C→（Fe, Cr）3C→（Cr, Fe）7C3→（Cr, Fe）23C6 6）离位析出: 在回火过程中直接从 α 相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，可 使 HRC 和强度提高（二次硬化效应）如 V，Nb, Ti 等都属于此类型。2．合金元素 V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al 中哪些 是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在 a-Fe 中形成 无限固溶体？哪些能在 g-Fe 中形成无限固溶体？

答：铁素体形成元素：V、Cr、W、Mo、Ti、Al； 奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni、Cu 能在 a-Fe 中形成无限固溶体：V、Cr； 能在 g-Fe 中形成无限固溶体：Mn、Co、Ni 3．简述合金元素对扩大或缩小 γ 相区的影响，并说明利用此原理在 生产中有何意义？

答：（1）扩大 γ 相区：使 A3 降低，A4 升高一般为奥氏体形成元素 分为两类：a.开启 γ 相区：Mn, Ni, Co 与 γ-Fe 无限互溶.b.扩大 γ 相区：有 C，N，Cu 等。如 Fe-C 相图，形成的扩大的 γ 相区，构成了钢的热处理 的基础。（2）缩小 γ 相区：使 A3 升高，A4 降低。一般为铁素体形成元素 分为两类:a.封闭 γ 相区： 使相图中 γ 区缩小到一个很小的面积形成 γ 圈,其结果使 δ 相区与 α 相区连成一片。如 V, Cr, Si, A1, Ti, Mo, W, P, Sn, As, Sb。b.缩小 γ 相区：Zr, Nb, Ta, B, S, Ce 等（3）生产中的意义：可以利用 M 扩大和缩小 γ 相区作用，获得单相组织，具有特殊性能，在耐蚀钢和耐热钢中应用广泛。

4．简述合金元素对铁碳相图（如共析碳量、相变温度等）的影响。答：答：1）改变了奥氏体区的位置 2）改变了共晶温度：（l）扩大 γ 相区的元素使 A1，A3 下降；(2)缩小 γ 相区的元素使 A1，A3 升高。当 Mo>8.2%, W>12%,Ti>1.0%,V>4.5%,Si>8.5%，γ

相区消失。3.）改变了共析含碳量：所有合金元素均使 S 点左移。（提问：对组织与性能有何影响呢？）

5．合金钢中碳化物形成元素（V，Cr，Mo，Mn 等）所形成的碳化 物基本类型及其相对稳定性。

答：答：基本类型：MC 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：Ti>Zr>Nb>V>W,Mo>Cr>Mn>Fe）各种 K 相对稳定性如下：MC→M2C→M6C→M23C6→M7C3→M3C（高-------------------------低）

6．主要合金元素（V，Cr，Ni，Mn，Si，B 等）对过冷奥氏体冷却 转变影响的作用机制。

答：Ti, Nb, Zr, V：主要是通过推迟 P 转变时 K 形核与长大来提高过冷 γ 的稳定性； W，Mo,Cr：1）推迟 K 形核与长大； 2）增加固溶体原子间的结合力，降低 Fe 的自扩散激活能。作用大小为：Cr>W>Mo Mn：（Fe,Mn）3C,减慢 P 转变时合金渗碳体的形核与长大；扩大 γ 相区，强烈推迟 γ→α 转 变，提高 α 的形核功； Ni：开放 γ 相区，并稳定 γ 相，提高 α 的形核功（渗碳体可溶解 Ni, Co）Co：扩大 γ 相区，但能使 A3 温度提高（特例），使 γ→α 转变在更高的温度进行，降低了过 冷 γ 的稳定性。使 C 曲线向左移。Al, Si ：不形成各自 K，也不溶解在渗碳体中，必须扩散出去为 K 形核创造条件；Si 可提 高 Fe 原子的结合力。B，P，Re：强烈的内吸附元素，富集于晶界，降低了 γ 的界面能，阻碍 α 相和 K 形核。7．合金元素对马氏体转变有何影响？

答：合金元素的作用表现在： 1）对马氏体点 Ms-Mf 温度的影响； 2）改变马氏体形态及精细结构（亚结构）。除 Al,Co 外，都降低 Ms 温度，其降低程度：强 C→Mn→Cr→Ni→V→Mo,W,Si 弱 提高 γ’含量： 可利用此特点使 Ms 温度降低于 0℃以下，得到全部 γ 组织。如加入 Ni,Mn,C,N 等 合金元素有增加形成孪晶马氏体的倾向，且亚结构与合金成分和马氏体的转变温度有关.8．如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性？

答：1）低温回火脆性（第 I 类，不具有可逆性）其形成原因：沿条状马氏体的间界析出 K 薄片； 防止：加入 Si, 脆化温度提高 300℃；加入 Mo, 减轻作用。2)高温回火脆性（第 II 类，具有可逆性）其形成原因：与钢杂质元素向原奥氏体晶界偏聚有关。防止：加入 W，Mo 消除或延缓杂质元素偏聚.9．如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的相关性与不同特点。答：二次硬化:在含有 Ti, V, Nb, Mo, W 等较高合金钢淬火后，在 500-600℃范围内回火时，在 α 相中沉淀析出这些元素的特殊碳化物，并使钢的 HRC 和强度提高。(但只有离位析出时 才有二次硬化现象)二次淬火：在强 K 形成元素含量较高的合金钢中淬火后 γ’十分稳定，甚至加热到 500-600℃ 回火时升温与保温时中仍不分解，而是在冷却时部分转变成马氏体，使钢的硬度提高。相同点：都发生在合金钢中，含有强碳化物形成元素相对多，发生在淬回火过程中，且回火 温度 550℃左右。不同点：二次淬火，是回火冷却过程中 Ar 转变为 m，是钢硬度增加。二次硬化：回火后，钢硬度不降反升的现象（由于特殊 k 的沉淀析出）

10．一般地，钢有哪些强化与韧化途径？

答 1）强化的主要途径 宏观上：钢的合金化、冷热加工及其综合运用是钢强化的主要手段。微观上： 在金属晶体中造成尽可能多的阻碍位错运动的障碍； 或者尽可能减少晶体中的可动 位错，抑制位错源的开动，如晶须。（主要机制有：固溶强化、细晶强化、位错强化、“第二相”强化、沉淀强化、时效强化、弥 散强化、析出强化、二次硬化、过剩相强化）2）韧化途径：细化晶粒；降低有害元素的含量； 防止预存的显微裂纹；形变热处理； 利用稳定的残余奥氏体来提高韧性； 加入能提高韧性的 M，如 Ni, Mn； 尽量减少在钢基体中或在晶界上存在粗大的 K 或其它化合物相。第二章 工程结构钢

1． 对工程结构钢的基本性能要求是什么？

答：（1）足够高的强度、良好的塑性;（2）适当的常温冲击韧性，有时要求适当的低温冲击韧性;（3）良好的工艺性能。

2．合金元素在低合金高强度结构钢中的主要作用是什么？为什么考 虑采用低 C？

答：为提高碳素工程结构钢的强度，而加入少量合金元素，利用合金元素产生固溶强化、细 晶强化和沉淀强化。利用细晶强化使钢的韧-脆转变温度的降低，来抵消由于碳氮化物沉淀 强化使钢的韧-脆转变温度的升高。考虑低 C 的原因：（1）C 含量过高，P 量增多，P 为片状组织，会使钢的脆性增加，使 FATT50(℃)增高。（2）C 含量增加，会使 C 当量增大，当 C 当量>0.47 时，会使钢的可焊性变差，不利于工 程结构钢的使用。

3．什么是微合金钢？微合金化元素在微合金化钢中的主要作用有哪 些？试举例说明。

答：微合金钢：利用微合金化元素 Ti, Nb, V； 主要依靠细晶强化和沉淀强化来提高强度； 利用控制轧制和控制冷却工艺-----高强度低合金钢 微合金元素的作用： 1）抑制奥氏体形变再结晶； 例：再热加工过程中，通过应变诱导析出铌、钛、钒的氮化物，沉淀在晶界、亚晶界和位错 上，起钉扎作用，有效地阻止奥氏体再结晶的晶界和位错的运动，抑制再结晶过程的进行。2)阻止奥氏体晶粒长大； 例：微量钛（w≤0.02%）以 TiN 从高温固态钢中析出，呈弥散分布，对阻止奥氏体晶粒长 大很有效。3)沉淀强化； 例： w(Nb)≤0.04%时,细化晶粒造成的屈服强度的增量Δ ζ G 大于沉淀强化引起的增量 ΔδPh;当 w(Nb)≥0.04%时, Δ ζ Ph 增量大大增加,而Δ ζ G 保持不变。4)改变与细化钢的组织 例：在轧制加热时，溶于奥氏体的微合金元素提高了过冷奥氏体的稳定性，降低了发生先共 析铁素体和珠光体的温度范围，低温下形成的先共析铁素体和珠光体组织更细小，并使相间 沉淀 Nb(C,N)和 V(C,N)的粒子更细小。4．低碳贝氏体钢的合金化有何特点？

解： 合金元素主要是能显著推迟先共析 F 和 P 转变，但对 B 转变推迟较少的元素如 Mo，B，可得到贝氏体组织。1）加入 Mn, Ni, Cr 等合金元素，进一步推迟先共析 F 和 P 转变，并使 Bs 点下降，可得到 下 B 组织； 2)加入微合金化元素充分发挥其细化作用和沉淀作用； 3)低碳,使韧性和可焊性提高。第三章 机械制造结构钢 1．名词解释

1）液析碳化物：由于碳和合金元素偏析，在局部微小区域内从液态结晶时析出的碳化物。2）网状碳化物：过共析钢在热轧（锻）加工后缓慢冷却过程中由二次碳化物以网状析出于 奥氏体晶界所造成的。3）水韧处理：高锰钢铸态组织中沿晶界析出的网状碳化物显著降低钢的强度、韧性和抗磨 性。将高锰钢加热到单相奥氏体温度范围，使碳化物充分溶入奥氏体，然后水冷，获得单一 奥氏体组织。4）超高强度钢： 一般讲，屈服强度在 1 370MPa（140 kgf/mm2）以上，抗拉强度在 1 620 MPa（165 kgf/mm2）以上的合金钢称超高强度钢。2． 调质钢、弹簧钢进行成分、热处理、常用组织及主要性能的比较，并熟悉各自主要钢种。答： 成分 热处理 常用组织 主要性能 调质钢 弹簧钢

0.30~0.50%C 的 C 钢 淬 火 与 高 温 回 回火 S 或回火 较高的强度，良好的塑性和 T 或中、低合金钢 火 韧性 中、高碳素钢或低合 淬 火 和 中 温 回 回火 T 金钢 火 高的弹性极限，高的疲劳强 度，足够的塑性和韧性

主要钢种: A.调质钢：按淬透性大小可分为几级： 1）40，45，45B 2）40Cr，45Mn2, 45MnB, 35MnSi 3）35CrMo, 42MnVB, 40MnMoB，40CrNi 4）40CrMnMo, 35SiMn2MoV，40CrNiMo B.弹簧钢：1）Mn 弹簧钢： 60Mn，65Mn 2）MnSi 弹簧钢：55Si2Mn，60Si2MnA 3）Cr 弹簧钢： 50CrMn，50CrVA, 50CrMnVA(使用 T

答：形成：均起因于钢锭结晶时产生的树枝状偏析； 液析碳化物属于偏析引起的伪共晶碳化物（一次碳化物）； 带状碳化物属于二次碳化物偏析（固相凝固过程中）危害： 降低轴承的使用寿命，增大零件的淬火开裂倾向，造成硬度和力学性能的不均匀性（各 向异性）消除方法： 1）控制成分（C，Cr%）； 2）合理设计钢锭，改进工艺； 3）大的锻（轧）造比来破碎碳化物； 4）采用高温扩散退火（1200℃左右）。

4．说明易切削钢提高切削性能的合金化原理。

答： 钢中加入一定量的 S、Pb、或 Ca 等元素，Te、Se 形成 MnS、CaS、MnTe、PbTe、CaO-SiO2、CaO-Al2O3-SiO2 等或 Pb 的夹杂物。在热轧时，这些夹杂物沿扎向伸长，成条状或纺锤状，破坏钢的连续性，减少切削时对刀具的磨损，而又不会显著影响钢材纵向力学性能。

5.马氏体时效钢与低合金超强钢相比，在合金化、热处理、强化机制、主要性能等方面有何不同？

合金化 热处理 强化机制 主要性能 马 氏 1）过大 γ 相区（Ni、1）高温奥氏体化后淬火 固溶强化 高强度，同时具有良好 体 时 Co）； 成 马 氏 体 冷 作 相 变 强 的塑韧性和缺口强度； 效钢 2）时效强化（Ni，Al,（Ms:100~150 ℃）化 Ti, ； 热处理工艺简单； Mo, Nb，Mo）； 2）进行时效，产生强烈 时效强化 淬火后硬度低，冷变形 3）为提高塑韧性，必 沉淀强化效应，显著提 性能和切削性能好； 须严格控制杂事元素含 高强度。焊接性较好 量（C,S,N,P）

低 合 1）保证钢的淬透性（Cr, 淬火 + 低温回火或等 晶粒细化、强度高；成本低廉；生 沉 金 超 Mn, Ni）； 温淬火 淀 硬 化 及 亚 产工艺较简单； 强钢 2）增加钢的抗回火稳定 结构的变化 韧塑性较差； 性（V, Mo）； 较大的脱 C 倾向； 3）推迟低温回火脆性 焊接性不太好。（Si）4）细化晶粒 ；（V,Mo）。

3． 高锰钢在平衡态、铸态、热处理态、使用态四种状态下各是什么 组织？为何具有抗磨特性？

答：平衡态组织：α+(Fe,Mn)3C； 铸态组织：γ +碳化物； 热处理态组织：单相 γp；使用状态下组织: 表面硬化层 + 内部γ 具有抗磨特性的原因：1)高冲击和强挤压下，其表面层迅速产生加工硬化，在滑移面上形成 硬化层，即冷作硬化，使其具有抗磨性。2)加入 2-4%的 Cr 或适量的 Mo 和 V，能形成细小碳化物，提高屈服强度、冲击韧性和抗磨 性。

4． GCr15 钢是什么类型的钢？这种钢中碳和铬的含量约为多少？ 碳和铬的主要作用分别是什么？其预先热处理和最终热处理分别是 什么？ 答：高碳铬轴承钢。C 含量 1%，Cr 含量 1.5%。C 的作用：固溶强化提高硬度;形成碳化物。Cr 的作用：提高淬透性、耐磨性、耐蚀性 预先热处理：（扩散退火，正火）+ 球化退火 最终热处理：淬火 + 低温回火 +（稳定化处理）8．氮化钢的合金化有何特点？合金元素有何作用？

答：合金化特点：钢中加入氮化物形成元素后，氮化层的组织有很大变化，在 α 相中形成含 有铬、钼、钨、钒、铝等合金元素的合金氮化物，其尺寸在 5mm 左右，并与基体共格，起 着弥散强化作用。钢中最有效的氮化元素是铝、铌、钒，所形成的合金氮化物最稳定，其次 是铬、钼、钨的合金氮化物。合金元素作用： 加入 Al（HV1000 以上）, V, Cr, Mo, W（HV900 以下）可以提高表面硬度； 加入 Cr，Mn，Mo 提高淬透性； 加入 Mo，V 等可以使钢在高温下保持高强度； 加入少量 Mo，可以防止高温回火脆性。第四章 工具钢

1．从总体看，工具钢与结构钢相比，在主要成分、组织类型、热处 理工艺、主要性能与实际应用方面各自有何特点？

答： 结构钢 成分 组织 热处理 综合性能 应用 C：中低 C 合金元素:中偏低 P（S,T）,B,M 退、正、淬、回火 强韧 工程或制造结构 工具钢 中高 C 合金元素:中偏低高 C M,S,T 淬火回火（热）硬，强 各种工具 2．采用普通素工具钢的优点是什么？局限性是什么？

答：优点：成本低，冷热性能较好，热处理简单，应用范围较宽。不足处：1）淬透性低,盐水中淬火,变形开裂倾向大。2）组织稳定性差,热硬性低,工作温度小于 200 ℃。

3． 什么是红硬性?为什么它是高速钢的一种重要性能？哪些元素在高 速钢中提高红硬性? 答：红硬性：在高的温度下保持硬度的能力。提高热硬性的元素有：W、Mo、V、Co、N(常与 Al 配合加入)。

4．18-4-1 高速钢的铸态显微组织特征是什么？为什么高速钢在热处 理之前一定要大量地热加工？

答：铸态组织：鱼骨状 Le+黑色与白色组织 铸态高速钢组织中粗大的共晶碳化物必须经过锻轧将其破碎，是其尽可能成为均匀分布的颗 粒状碳化物。7． 高速钢 18-4-1 的最终热处理的加热温度为什么高达 1280℃？在加 热过程中为什么要在 600~650℃和 800~850℃进行二次预热保温？ 答：加热温度高：为使奥氏体中合金度含量较高，应尽可能提高淬火温度至晶界熔化温度偏 下（晶粒仍然很细，8-9 级）。目标：淬火后获得高合金的 M 组织，具有很高抗回火稳定性； 在高温回火时析出弥散的合金碳化物产生二次硬化，使钢具有高的硬度和热硬性。一次或两次预热：由于高合金的高速钢导热性差，为防止工件加热时变形，开裂和缩短加热 的保温时间以减少脱碳。8．高速钢 18-4-1 淬火后三次回火的目的是什么?这种回火在组织上 引起什么样的变化？

答：目的：一方面，增强二次硬化效果； 另一方面，（主要）是为了利用二次淬火来降低残余奥氏体含量，也间接地提高了性能。回火后的显微组织为回火马氏体加碳化物。

9． 高碳、高铬工具钢耐磨性极好的原因何在？抗氧化的原因为什么？ 第五章 不锈耐蚀钢 1．名词解释：

1）晶间腐蚀：晶界上析出连续网状富铬的 Cr23C6 引起

晶界周围基体产生贫铬区，贫铬区 成为微阳极而发生的腐蚀。2）应力腐蚀：奥氏体或 M 不锈钢受张应力时，在某些介质中经过一段不长时间就会发生破 坏，且随应力增大，发生破裂的时间也越短； 当取消张应力时，腐蚀较小或不发生腐蚀。这种腐蚀现象称为“应力腐蚀（破裂）。” 4）n/8 规律：加入 Cr 可提高基体的电极电位，但不是均匀的增加，而是突变式的。当 Cr 的含量达到 1/8，2/8，3/8，„„原子比时，Fe 的电极电位就跳跃式显著提高，腐蚀也显著 下降。这个定律叫做 n/8 规律。

2．从电化学腐蚀原理看，采用哪些途径可提高钢的耐蚀性？

答：1）使钢表面形成稳定的表面保护膜； 2）得到单相均匀的固溶体组织； 3）提高固溶体（阳极）的电极电位。

3．合金元素及环境介质对耐蚀钢的耐蚀性的影响。

答：合金元素：Cr 决定和提高耐蚀性的主要元素； Ni 可提高耐蚀性； C 与 Cr 形成碳化物，降低耐蚀性； Mn，N 提高高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性； Mo 提高不锈钢的钝化能力； Cu 少量加入可有效地提高不锈钢在硫酸及有机酸中的耐蚀性； Si 提高在盐酸、硫酸和高浓度硝酸中耐蚀性。环境介质：（1）氧化性介质如硝酸，NO3 是氧化性的，不锈钢表面氧化膜容易形成，钝化时间短。（2）在稀硫酸等非氧化性酸中，由于介质中溶有的氧量较低，而 SO4 又不是氧化剂，H+ 浓度又高，一般的铬不锈钢和 Cr18Ni9 型不锈钢难以达钝化状态，因而是不耐蚀的。（3）强有机酸中，由于介质中氧含量低，又有 H+存在，一般铬和铬镍不锈钢难钝化，易被 腐蚀。（4）在含有 Cl*的介质中，Cl*容易破坏不锈钢表面氧化膜，穿透过并与钢表面起作用，产 生点腐蚀。4．奥氏体不锈钢晶间腐蚀产生的原因，影响因素与防止方法。

答：原因：奥氏体不锈钢晶间腐蚀主要是晶界上析出网状富铬的 Cr23C6 引起晶界周围基体 产生贫铬区，贫铬区的宽度约 10-5cm，Cr800℃时 K 重溶；T

答：原因：不锈钢在某些介质中受张应力时经过一感;2）应力：应力越大，越严重;3）介质温度：温度越高，越严重;4）不锈钢组织与成分: 对应力腐蚀的影响.防止措施： 1）提高纯度（降低 N, H 以及杂质元素含量）2）； 加入 2-4%Si 或 2%Cu 或提高 Ni%（>35%）； 3）采用高纯度 15-25%F 不锈钢；4）采用奥氏体和铁素体（50-70%）双相钢。第六章 耐热钢及耐热合金 1．名词解释：

1）蠕变极限：在某温度下，在规定时间达到规定变形时所能承受的最大应力。2）持久强度：在规定温度和规定时间断裂所能承受的应力（ζ η）。4）持久寿命：它表示在规定温度和规定应力作用下拉断的时间。2．耐热钢及耐热合金的基本性能要求有哪两条？

答：足够高的高温强度、高温疲劳强度 足够高的高温化学稳定性（特别是抗氧化性能）

3．如何利用合金化（或怎么合金化）提高钢的高温强度？

答：V，Ti 碳化物沉淀强化； Mo、W、Cr 固溶强化； B 强化晶界。4．如何利用合金化（或怎么合金化）提高钢的高温抗氧化性能？ 5．耐热钢有哪些种类？

答：（1）F-P 耐热钢，常用钢种：12Cr1MoV，15CrMo, 12Cr2MoWVSiTiB（2）马氏体耐热钢，钢种：2Cr12MoV, 2Cr12WMoV（3）工业炉用耐热钢，Fe-Al-Mn 炉用耐热钢，Cr-Mn-C-N 炉用耐热钢，高 Cr-Ni 奥氏体炉 用耐热钢（4）奥氏体耐热钢，分为三类:简单奥氏体耐热钢（Cr18Ni9 型奥氏体不锈钢）;固溶强化型 奥氏体耐热钢;沉淀强化型奥氏体耐热钢。第七章 铸铁 1．名词解释：

1）碳当量：一般以各元素对共晶点实际含碳量的影响, 将这些元素的量折算成 C%的增减, 这样算得的碳量称为碳当量（C.E）（C.E = C + 0.3（Si+P）+ 0.4 S0.3Si）

2．铸铁与钢相比，在主要成分、使用组织、主要性能上有何不同？

答：铸铁与钢总体比较：（铸铁）A.成分：C、Si 含量高，S、P 含量高； 2.5-4.0 C, 1.0-3.0 Si, 0.5-1.4 Mn, 0.01-0.5 P, 0.02-0.2 S B.组织：钢的基体 +（不同形状）石墨； C.热处理：不同形式的热处理 D.性能：取决于基体组织及 G 数量、形状、大小及分布.G：HB3-5，屈强 20MPa, 延伸率 近为 0;G 对基体有割裂（削弱）作用，对钢强度（抗拉强度）、塑性、韧性均有害，其性能 特别塑、韧性;比钢要低，但：具有优良的减震性、减摩性以及切削加工性能、优良的铸造 性能、低的缺口敏感性； E.生产：铸铁熔化设备简单，工艺操作简便，生产成本低廉

3．对灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的成分（主要是 C 与 Si）、组 织、牌号、主要性能与应用做相互对比。

答： 灰口铸铁 成分 C 2.5-3.6；Si 1-2.5 可锻铸铁 C 2.2, Si 1.2-2.0, 0.4-1.2,P

牌号 HT100，150，200，250，KT300-6，330-8，350-10，QT400-18，400-15，450-10，HT300，350 370-12（F-KT）500-7，600-3，700-2，800-2，KTZ450-5，500-4，600-3，900-2 700-2（P-KT 性能 强度较低，塑韧性低，硬 较高强度，良好塑性，有一 基 体 强 度 利 用 率 高，可 达 度 HB130-270，耐磨性好，定的塑变能力（展性铸铁，70-90%；强度，塑性，韧性，减振性好，缺口敏感性小 马铁），但并不能锻造。但生 疲劳强度明显提高 等 产周期长，工艺复杂，成本 较高。用途 可用作耐压减震件，如机 制造一些形状复杂而在工作 可制造各种受力复杂、负荷较 床底座、支柱等 中 以 经 受 震 动 的 薄 壁 大和耐磨的重要铸件，如曲轴、（

1．以 Al-4%Cu 合金为例，阐述铝合金的时效过程及主要性能（强 度）变化。答：分为四阶段： 1）形成溶质原子（Cu）的富集区—GP[I] 与母相 α（Al 为基的固溶体）保持共格关系，引起α 的严重畸变，使位错运动受阻碍，从而 提高强度； 2）GP[I]区有序化—GP[II]区（θ ’）’ 化学成分接近 CuAl2，具有正方晶格，引起更严重的畸变，使位错运动更大阻碍，显著提高 强度； 3）溶质原子的继续富集，以及θ ’形成 θ’已达到 CuAl2，且部分地与母相晶格脱离关系，晶格畸变将减轻，对位错阻碍能力减小，合金趋于软化，强度开始降低。4）稳定相θ 的形成与长大 与母相完全脱离晶格关系，强度进一步降低。（这种现象称为过时效）

2．变形铝合金分为几类？说明主要变形铝合金之间的合金系、牌号 及主要性能特点。

答：(1)非热处理强化变形铝合金 主要有防锈铝合金： 合金系：Al-Mn 系 牌号： LF21 Al-Mg-（Mn）牌号： LF2, 3, 5, 6, 7, 10,11,12 等 性能：耐蚀性好；塑性好（易加工成形）；焊接性好； 可利用冷加工硬化来提高强度（2）热处理强化变形铝合金,（过饱和）固溶处理和时效处理； 主要有硬铝、锻铝、超硬铝合金： A 硬铝：基本是 Al-Cu-Mg 合金； 牌号 性能 低 合 金 硬 铝（铆 钉 硬 LY1，LY3，LY10 合金 Mg, Cu%较低，有较高塑性，但强度较低，时 铝）效速度慢。标准硬铝 高合金硬铝 耐热硬铝 LY11 LY12 可淬火（过饱和固溶）时效，强度提高 具有良好的耐热性，强度高，但塑性及承受冷 热加工能力差。较 多的 Mn, Mg，强化相 S，θ 外，还有 Al19Mg2Mn，可制做 250-300 ℃工作的飞机 零件。

B 超硬铝合金，Al-Zn-Mg-Cu 系合金 牌号：LC3，LC4，LC5，LC6，LC9 性能：强度高（淬火+120℃时效），但抗蚀性差（包铝），组织稳定性不好，工作温度小于 120℃ C 锻铝合金 合金系：Al-Mg-Si, Al-Mg-Si-Cu（普通锻铝合金）；Al-Cu-Mg-Ni-Fe（耐热锻铝合金）牌号：LD2，LD5，LD6，LD10；LD7，LD8，LD9 性能：良好的热塑性，较高的机械性能。

3．铸造铝合金主要分为几类？说明主要铸造铝合金的合金系、牌号 及主要性能特点。

答：普通锻铝合金：Al-Mg-Si, Al-Mg-Si-Cu 耐热锻铝合金：Al-Cu-Mg-Ni-Fe 合金系 Al-Si 系 Al-Cu 系 Al-Mg 系 Al-Zn 系 牌号 ZL1xx ZL20x ZL30x ZL40x 主要性能特点 最好的铸造性能、中等强度和抗蚀性，应用最广泛。最高的高温和室温性能，适于制造大负荷或耐热铸件，但铸造性能 和抗蚀性较差。有最好的抗蚀性和较高的强度，但铸造、耐热性能差，适于抗蚀、耐冲击和表面装饰性高的铸件。铸态下的高强度铝合金，在强度、抗蚀性和铸造性能，均中等 第九章 镁合金

1．镁的晶格类型如何？镁及镁合金有何主要性能特点？

答：密排六方点阵（冷变形较困难）镁：强度和弹性模量较低；在大气中有足够的耐蚀性，但在淡水、海水中耐蚀性差，熔炼困 难。镁合金：强度硬度高，塑韧性好，一般可焊性较差。

2．镁合金按生产方法分几类？其牌号如何表示？

答：分为变形镁合金和铸造镁合金两大类 变形镁合金主要合金系为：Mg-Zn-Zr 系，Mg-Al-Zn 系、Mg-Re-Zr 系、Mg-Mn 系和 Mg-Li 系 牌号有 MB1，MB2，MB3 等 铸造镁合金中主要合金系：Mg-Zn-Zr 系；Mg-Al-Zn 系；Mg-Re-Zr 系；Mg-Th-Zr 系 Mg-Al-Ag 系等 牌号有 ZM1，ZM2，ZM5 等 第十章 铜合金 1．名词解释：

1）黄铜；铜锌合金称为黄铜，再加入其他合金元素后，形成多元黄铜。2）锌当量系数 ：黄铜中加入 M 后并不形成新相，只是影响α，β 相的相对含量，其效果 象增加了锌一样。可以用加入 1%的其它合金元素对组织的影响上相当于百分之几的 Zn 的 换算系数来预估加入的合金元素对多元黄铜组织的影响，这种换算关系称为锌当量系数。3）青铜：是 Cu 和 Sn、Al、Be、Si、Mn、Cr、Cd、Zr 和 Co 等元素组成的合金的统称。4）白铜：是以镍为主要合金元素的铜合金。

2．铜合金主要分为几类？不同铜合金的牌号如何？其主要 性能是什 么？ 答：A 紫铜

a 韧铜：0.02%-0.10%O；T1，T2，T3，T4； T1、T2： 导电及高纯度铜合金用； T3、T4： 一般用铜材及铜合金.b 无氧铜：

6、H90、H85 α 黄铜，用于冷凝器和散热器。b 三七黄铜 H70、H68 α 黄铜，用于深冲或深拉制造复杂形状的零件。c 四六黄铜 H62、H59 α +β 黄铜，用于制造销钉、螺帽、导管及散热器零件。C 青铜 二元青铜： Cu-Sn，Cu-Al，Cu-Be，„； 二元锡青铜 β 相：Cu5Sn 电子化合物为基的固溶体； γ 相： CuSn 为基的固溶体； δ 相：Cu31Sn8 电子化合物 性能： 1）锡青铜铸造的优点是铸件收缩率小，适于铸造形状复杂、壁厚变化大的零件;2）锡青铜在大气、海水和碱性溶液中有良好耐蚀性，用于海上船舶、矿山机械零件； 3）力学性能，工业锡青铜中锡含量不超过 14%，其中 Sn10%: 铸造合金，用于铸件。a 二元铝青铜有 QAl5、QAl7 和 QAl10，铝青铜有良好的力学性能、耐蚀性和耐磨性，是青 铜中应用最广的一种。b 多元青铜： Cu-Sn-M，Cu-Al-M，Cu-Be-M，„ +P：能显著提高合金的弹性极限和疲劳极限，并能承受压 力加工，广泛用于制造各种弹性 元件。如 QSn6.5-0.1：可制造导电性好的弹簧、接触片、精密仪器中的齿轮等耐磨和抗磁元 件。ZQSn10-1：Cu3P 与δ 相可作为青铜轴承材料的耐磨相，可做耐磨轴承合金。+Zn: 可提高力学性能和耐蚀性。QSn4-3 , 常用作制造弹簧、等弹性零件和抗磁零件。c 铍青铜 QBe2, QBe1.9，具有良好的导电和导热性能； 耐蚀和耐磨； 无磁，冲击时无火 花 ；可制造高级弹性元件和特殊耐磨元件，还用于电气转向开关、电接触器等； D 白铜 白铜按成分分为二元白铜（Cu-Ni）和多元白铜（Cu-Ni-(M)）。按用途分为结构白铜和电工白铜。a 结构白铜，常用的牌号有 B10、B20、B30，在大气、海水、过热蒸气和高温下有优良的 耐蚀性，而且冷热加工性能都很好，可制造高温高压下的冷凝器、热交换器，广泛用于船舶、电站、石油化工、医疗器械等部门.B20 也是常用的镍币材料，可制造高面额的硬币。b 电工白铜 康铜 含 Ni40％、Mn1.5％的锰白铜 具有高电阻、低电阻温度系数，与铜、铁、银配成热电偶对时，能产生高的热电势，组成铜-康铜、铁—康铜和银—康铜热电偶，测温精确，工作温度范围为-200℃--600℃。考铜 Ni43％、Mn0.5％的锰白铜 有高的电阻, 与铜、镍铬合金、铁分别配成热电偶时，能产生高的热电势，考铜—镍铬热电 偶的测温范围从-253℃(液氢沸点)到室温。B0.6，在 l00℃以下与铜线配成对, 其热电势与铂铑-铂热电偶的热电势相同，可做铂铑—铂 热电偶的补偿导线 第十一章 钛合金

3．钛的晶格类型如何？钛合金的分类及牌号？

答：钛的晶格类型：密排六方 常用钛合金 :α-钛合金：牌号：TA1-TA8，TA1-TA3 为工业纯钛。α+β 钛合金牌号 用 TC 表示，TC1-TC10 β-钛合金和近 β 钛合金：TB1,TB22、钛及钛合金有何主要性能特点？

答：钛：比强度高，熔点高，塑性好.具有优良的耐蚀性;低温性能很好；化学活性极高，与 Cl, O, S, C, N 等强烈反应（高温下），液态下几乎同 ThO2 以外的所有坩埚起反应，只能用真空电耗电弧炉熔炼。可焊性好；具有良好的冲压性能；但耐磨性较差； 弹性模量较低(120GPa)，约为铁的 54%;导热系数及线胀系数均较低。其导热系数比铁低 4.5 倍，使用时易产生温度梯度及热应力。钛合金：α-钛合金高温性能好（1400-1500MPa）钛合金潜力最大的合金，但组织稳定性 较差，工作温度低于 200 度；