北科大2005金属材料学考试试卷及答案

课程名称：   金属材料学        考试日期：  2005       

专业学号：                     姓   名：                  

1、高速钢有很好的红硬性，但不宜制造热锤锻模。

答案要点：高速钢虽有高的耐磨性、红硬性，但韧性比较差、在较大冲击力下抗热疲劳性能比较差，高速钢没有能满足热锤锻模服役条件所需要高韧性和良好热疲劳性能的要求。

2、在一般钢中，应严格控制杂质元素S、P的含量。

答案要点：S能形成FeS，其熔点为9℃，钢件在大于1000℃的热加工温度时FeS会熔化，所以易产生热脆；P能形成Fe3P，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成冷脆。

3、9SiCr钢和T9钢相比，退火后硬度偏高，在淬火加热时脱碳倾向较大。

答案要点：Si是非K形成元素，能有效地强化铁素体，所以使钢在退火后硬

度偏高；Si提高碳活度，使渗碳体稳定性变差，促进了钢在加热时脱碳

倾向较大。

4、高锰钢（ZGMn13）在Acm以上温度加热后空冷得到大量的马氏体，而水冷却可得到全部奥氏体组织。

答案要点：高锰钢在Acm以上温度加热后得到了单一奥氏体组织，奥氏体中

合金度高（高C、高Mn），使钢的Ms低于室温以下。如快冷，就获得

了单一奥氏体组织，而慢冷由于中途析出了大量的K，使奥氏体的合金

度降低，Ms上升，所以空冷时发生相变，得到了大量的马氏体。

5、4Cr13含碳量（质量分数）为0.4%左右，但已是属于过共析钢。

答案要点：Cr元素使共析S点向左移动，当Cr含量达到一定程度时，S点已

左移到小于0.4%C，所以4Cr13是属于过共析钢。

6、奥氏体不锈钢1Cr18Ni9晶界腐蚀倾向比较大。

答案要点：1Cr18Ni9含C较高，又没有Ti等稳定C的强碳化物形成元素，

所以在晶界上容易析出Cr23C6，从而使晶界上产生贫Cr区，低于不锈钢

的基本成分要求，所以在晶界处的腐蚀倾向比较大。

三、问答题（40分）

1、试总结Ni元素在合金钢中的作用，并简要说明原因。（10分）

答案要点：

1）↑基体韧度 → Ni↓位错运动阻力，使应力松弛；

2）稳定A，→ Ni↓A1 ，扩大γ区，量大时，室温为A组织； 

3）↑淬透性→↓ΔG，使“C”线右移，Cr-Ni复合效果更好；

4）↑回火脆性 → Ni促进有害元素偏聚；

5）↓Ms ，↑Ar → ↓马氏体相变驱动力。

2、高速钢的热处理工艺比较复杂，试回答下列问题：（12分，每小题3分）

1）淬火加热时，为什么要预热? 

2）高速钢W6Mo5Cr4V2的AC1在800℃左右，但淬火加热温度在1200~1240℃，淬火加热温度为什么这样高?

3）高速钢回火工艺一般为560℃左右，并且进行三次，为什么? 

4）淬火冷却时常用分级淬火，分级淬火目的是什么?

答案要点：

1）高速钢合金量高，特别是W，钢导热性很差。预热可减少工件加热过

程中的变形开裂倾向；缩短高温保温时间，减少氧化脱碳；可准确地控制炉温稳定性。

2）因为高速钢中碳化物比较稳定，必须在高温下才能溶解。而高速钢淬火目的是获得高合金度的马氏体，在回火时才能产生有效的二次硬化效果。

3）由于高速钢中高合金度马氏体的回火稳定性非常好，在560℃左右回火，才能弥散析出特殊碳化物，产生硬化。同时在560℃左右回火，使材料的组织和性能达到了最佳状态。一次回火使大部分的残留奥氏体发生了马氏体转变，二次回火使第一次回火时产生的淬火马氏体回火，并且使残留奥氏体更多地转变为马氏体，三次回火可将残留奥氏体控制在合适的量，并且使内应力消除得更彻底。

4）分级淬火目的：降低热应力和组织应力，尽可能地减小工件的变形与开裂。

3、从合金化角度考虑，提高钢的韧度主要有哪些途径?（8分）

答案要点：

1）加入Ti、V、W、Mo等强碳化物形成元素，细化晶粒；

2）提高回火稳定性，加入Ti、V等强碳化物形成元素和Si元素；

3）改善基体韧性，主要是加入Ni元素；

4）细化碳化物，如加入Cr、V等元素使K小、匀、圆；

5）降低或消除钢的回火脆性，主要是Mo 、W元素比较有效；（2分）

4、试从合金化原理角度分析9Mn2V钢的主要特点。（10分）

答案要点：

1）Mn↑淬透性，D油 = ~30mm；

2）Mn↓↓ MS，淬火后AR较多，约20~22%，使工件变形较小；

3）V能克服Mn的缺点，↓过热敏感性，且能细化晶粒；

4）含0.9%C左右，K细小均匀，但钢的硬度稍低，回火稳定性较差，宜

在200℃以下回火；

5）钢中的VC使钢的磨削性能变差。