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钢铁和相变思考题
工程材料导论(I)思考题
一.名词解释:
热脆性、冷脆性、回火稳定性、水韧处理、固溶处理、二次硬化、热硬性、临界冷却速度、等温淬火、回火脆性、马氏体与回火马氏体、索氏体与回火索氏体、淬硬性、控制轧制和控制冷却技术、低碳贝氏体钢、淬透性、非调质钢、针状铁素体钢、红硬性、亚温淬火、调质处理、基体钢。
二、填空题
1.钢的热脆性是由()元素在()上形成低熔点共晶体引起的,在钢中加入()元素可消除热脆性。
2.在碳素钢中,低碳钢、中碳钢和高碳钢的含碳量分别为()、()和()。
3.钢的质量是按()和()含量高低进行分类的。
4.扩大奥氏体区的元素有:
()、()、()、();缩小奥氏体区的元素有:
()、()、()、();碳化物形成元素有()、()、()、()。
5.几乎所有的合金元素[除Co、Al外],都使Ms、Mf点(),因此在相同含碳量条件下合金钢淬火后比碳钢的()增多,使钢的硬度()。
6.一些含有()、()、()元素的合金钢,容易产生第二类回火脆性。
消除第二类脆性的方法是:
(a)();(b)()。
7.从合金化的角度出发,提高钢的耐蚀性的主要途径有:
(a)();(b)();(c)()。
8.除()之外,其他合金元素都使C曲线向()移动,使钢的临界冷却速度(),其淬透性()。
9.强化金属材料的有效方法有()、()、()和()四种。
10.1Cr18Ni9Ti钢中Ti的作用是(),而20CrMnTi钢中Ti的作用是()。
11.工程材料导论课程具有()、()和()的特点。
12.环境负荷是一个()、()和()的综合数据。
13.磨损有()、()、()和()四种形式。
14.特殊性能钢包括()、()和()。
15.高锰钢冷作硬化的本质是通过大变形在奥氏体基体上产生大量()、()、()和()。
16.GH1131是()型铁基合金,GH2130是()型铁基合金。
17.1Cr18Ni9Ti钢中Ti的作用是(),而20CrMnTi钢中Ti的作用是()。
18.GCr15钢中Cr的平均含量为(),钢的淬硬性主要取决于()
19.现代材料科学与工程由材料的()、()、()和()四个基本要素组成。
20.含Mn钢过热敏感性(),含Si钢脱碳倾向性()
21.结构钢又分为()和()。
工模具用钢包括()、()和()。
22.共析钢加热时,奥氏体的形成是由()、()、()和()等四个基本过程所组成。
23.钢的淬透性越高,则其C曲线的位置越(),临界冷却速度越()。
24.钢的热处理工艺是由()、()和()三个阶段组成。
一般来讲,它不改变被处理工件的(),但却改变其()。
25.当钢中发生奥氏体向马氏体转变时,原奥氏体中含碳量越高,则Ms点越(),转变后的残余奥氏体越()。
26.在碳素钢中,共析钢的临界冷却速度比亚共析钢和过共析钢的临界冷却速度都()。
27.球化退火的主要目的是(),它主要适用于()钢。
28.亚共析钢的淬火温度范围是(),过共析钢的淬火温度范围是()。
29.共析钢的临界冷却速度比亚共析钢(),比过共析钢()。
30.用T10钢制造车刀,其工艺路线为:
下料→锻造→预备热处理()→机加工→最终热处理()→磨加工。
讲预备热处理和最终热处理的工艺名称填入括号中。
31.索氏体和回火索氏体在形态上的区别是(),在性能上的区别是()。
三、选择题:
1.现有下列钢号:
(1)Q235;
(2)W18Cr4V;(3)5CrNiMo;(4)60Si2Mn;(5)ZGMN13;(6)1Cr13;(7)Q295;(8)20CrMnTi;(9)9SiCr;(10)1Cr18Ni9Ti;(11)T12;(12)40Cr;(13)GCr15;(14)Cr12MoV;(15)12CrMoV。
请按用途选择钢号:
(1)制造机床齿轮应选用();
(2)制造汽车板簧应选用();
(3)制造滚动轴承应选用();
(4)制造高速车刀应选用();
(5)制造桥梁应选用();
(6)制造大尺寸冷作模具应选用();
(7)制造耐酸容器应选用();
(8)制造锉刀应选用()。
2.下列钢种中,以球化退火作为预备热处理的钢种是:
(a)40Cr;(b)20Cr;(c)Q275;(d)GCr15。
3.制造手用锯条应选用:
(a)T12钢经淬火+低温回火;(b)65钢经淬火+中温回火;(c)45钢经淬火+高温回火;(d)Cr12MoV经淬火+低温回火。
4.下列钢中最易发生晶间腐蚀的是:
(a)00Cr18Ni9Ti;(b)0Cr18Ni9;(c)1Cr18Ni9;(d)1Cr18Ni9Ti。
5.汽车、拖拉机的齿轮要求表面具有高耐磨性,中心有良好的强韧性,应选用:
(a)20钢经淬火+低温回火;(b)40Cr钢经淬火+高温回火;(c)45钢经表面淬火+低温回火;(d)20CrMnTi钢经渗碳淬火+低温回火。
6.下列钢中热处理时不产生二次硬化的是:
(a)W18Cr4V;(b)Cr12MoV;(c)3Cr2W8V;(d)5CrNiMo。
7.拖拉机和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击,应选用:
(a)20Cr渗碳淬火+低温回火;(b)ZGMn13水韧处理;(c)W18Cr4V淬火+低温回火;(d)GCr15钢淬火+低温回火。
8.GCr15钢中Cr的平均含量为:
(a)1.5%;(b)15%;(c)0.15%;(d)没有表示出来。
9.钢的淬透性主要取决于:
(a)含碳量;(b)冷却介质;(c)冷却方法;(d)合金元素。
10.钢的淬硬性主要取决于:
(a)含碳量;(b)冷却介质;(c)冷却方法;(d)合金元素。
11.0Cr18Ni9Ti钢进行固溶处理的目的是:
(a)提高强度;(b)增加塑性;(c)提高耐蚀性;(d)提高切削加工性。
12.钢在淬火后获得马氏体组织的粗细主要取决于:
(a)奥氏体的本质晶粒度;(b)奥氏体的实际晶粒度;(c)奥氏体的起始晶粒度;(d)加热前的原始组织。
13.除Co外,所有合金元素都使C曲线右移,则钢的淬透性:
(a)降低;(b)提高;(c)不改变。
14.完全退火主要适用于:
(a)亚共析钢;(b)共析钢;(c)过共析钢;(d)白口铸铁。
15.过共析钢正火的目的是:
(a)调整硬度,改善切削加工性能;(b)细化晶粒,为淬火做组织准备;(c)消除网状二次渗碳体;(d)消除内应力,防止淬火变形和开裂。
16.马氏体的硬度主要取决于:
(a)过冷奥氏体的冷却速度;(b)过冷奥氏体的转变温度;(c)马氏体的含碳量;(d)马氏体的亚结构。
17.钢在水玻璃中淬火是:
(a)单液淬火;(b)双液淬火;(c)分级淬火;(d)等温淬火。
18.过共析钢球化退火前需进行:
(a)调质处理;(b)去应力退火;(c)再结晶退火;(d)正火处理。
19.生产中,常把加热到淬火温度的钳工扁铲的刃部投入水中急冷片刻后,出水停留一段时间,再整体投入水中,出水停留一定时间是为了使扁铲刃部:
(a)退火;(b)正火;(c)淬火;(d)回火。
20.钢的渗碳温度范围是:
(a)600-650℃;(b)800-850℃;(c)900-950℃;(d)1000-1050℃。
21.直径为10毫米的45钢钢棒,加热到850℃投入水中,其显微组织应为:
(a)马氏体;(b)索氏体+马氏体;(c)马氏体+残余奥氏体;(d)马氏体+珠光体。
22.T12钢正常淬火的组织是:
(a)马氏体+残余奥氏体;(b)马氏体+球状碳化物;(c)马氏体;(d)马氏体+残余奥氏体+球状碳化物。
23.制造手工锯条应选用:
(a)45钢淬火+低温回火;(b)65Mn淬火+中文回火;(c)T12钢淬火+低温回火;(d)9SiCr淬火+低温回火。
24.马氏体与回火马氏体:
(a)形态与组织结构都不同;(b)形态相同,组织结构不同;(c)形态不同,组织结构相同;(d)形态与组织结构都相同。
四、判断题
1.钢中合金元素含量越高,其淬透性越好。
()
2.要提高奥氏体不锈钢的强度,只能采用冷塑性变形予以强化。
()
3.调质钢的合金化主要是考虑提高其红硬性。
()
4.高速钢反复锻造是为了打碎鱼骨状共晶莱氏体,使其均匀分布于基体中。
()
5.40MnB钢中B的作用是提高淬透性。
()
6.4Cr13钢的耐蚀性不如1Cr13钢。
()
7.20CrMnTi与1Cr18Ni9Ti中的Ti都是起细化晶粒的作用。
()
8.0Cr18Ni9Ti钢进行固溶处理的目的是()。
9.本质细晶粒钢是指在任何加热条件下晶粒均不发生粗化的钢()。
10.当原始组织为片状珠光体的钢加热奥氏体化时,细片状珠光体的奥氏体化速度比粗片状珠光体的快()。
11.处于临界点A1温度以下的奥氏体称为过冷奥氏体()。
12.同一钢材,在相同的加热条件下,水冷比油冷的淬透性好,小件比大件的淬透性好()。
13.马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体,当奥氏体向马氏体转变时,体积要收缩()。
14.不论含碳量高低,马氏体都硬而脆()。
15.因为过冷奥氏体的连续冷却转变曲线位于等温转变曲线的右下方,所以连续冷却转变曲线的临界冷却速度比等温转变曲线的大()。
16.在共析钢中,未溶碳化物的存在,将使钢的淬透性降低()。
17.亚共析钢加热到Ac1-Ac3之间的温度时,得到铁素体+奥氏体的组织,在平衡条件下,其中奥氏体的含碳量总是大于钢的含碳量()。
18.为了调整硬度,便于机械加工,低碳钢、中碳钢和低碳合金钢在锻造后应采用正火处理()。
五、简答题
前沿与第0章金属热处理原理
1.为什么要提出构建循环型材料产业的发展方向?
2.常用合金元素有哪些?
其中碳化物形成元素有哪些?
非碳化物形成元素有哪些?
扩大γ区元素有哪些?
缩小γ区元素有哪些?
3.哪些合金元素可使钢在室温下获得铁素体组织?
哪些合金元素可使钢在室温下获得奥氏体组织?
并说明理由。
4.比较说明亚共析钢、共析钢、过共析钢完全奥氏体化的过程。
5.马氏体硬而脆这句话对吗?
为什么?
6.指出下列碳钢的预备热处理并确定其淬火温度。
碳钢号为20,40,60,65,T8,T10,T12。
7.45钢及T10钢小试样经850℃水冷,850℃空冷,760℃水冷,720℃水冷处理后的组织各是怎样的组织?
8.将两T12钢小试样分别加热到780℃和860℃,经保温后以大于Vk的速度冷却至室温,试问:
(1)哪个温度淬火后晶粒粗大?
(2)哪个温度淬火后未溶碳化物较多?
(3)哪个温度淬火后残余奥氏体量较多?
(4)哪个淬火温度合适?
为什么?
9.一根直径为6mm的45钢圆棒,先经840℃加热淬火,硬度为HRC55(未回火),然后马上从一端加热,依靠热传导使45钢圆棒上各点达到如图所示温度。
试问:
A
B
C
D
E
图中各点的组织
圆棒自图示各温度缓冷至室温后的组织
圆棒自图示各温度水淬至室温后的组织
10.对一批45钢零件进行热处理时,不慎将淬火件和调质件弄混,如何用最简便的方法将他们区分开?
为什么?
11.用20钢进行表面淬火和用45钢进行渗碳处理是否合适?
为什么?
12.生产中常把加热到淬火温度的钳工扁铲的刃部投入水中片刻后,出水停留一定时间,再整体投入水中冷却。
试分析两次水冷的作用及最后的组织。
13.分析一下几种说法是否正确?
为什么?
(1)过冷奥氏体的冷却速度大于Vk时,则冷却速度越快,冷却后钢的硬度越高?
(2)钢中合金元素含量越高,淬火后的硬度也越高?
(3)本质细晶粒钢加热后的实际晶粒一定比本质粗晶粒钢的细?
(4)同一钢材在相同的加热条件下,总是水冷比油冷的淬透性好,小件比大件的淬透性好?
14.现有低碳钢齿轮和中碳钢齿轮各一只,为了使齿轮表面具有高的硬度和耐磨性,问各应怎样热处理?
比较热处理后他们在组织和性能上的异同点。
15.钢经表面淬火或者经渗碳热处理后,表层或渗碳层的应力是拉应力还是压应力?
为什么?
对零件的性能有何影响?
16.用45钢制造机床齿轮,其工艺路线为:
锻造→正火→粗加工→调质→精加工→高频感应加热表面淬火→低温回火→磨加工。
说明各热处理工序的目的及使用状态下的组织。
17.分析下列工艺曲线,指出各道热处理工艺的主要作用,热处理后室温下表面组织。
18.填表(以共析钢为例)
转变类型
转变产物
转变温度
转变机制
显微组织特征
HRC
获得工艺
珠光体
贝氏体
马氏体
19.填表题
退火温度
(作为预备热处理)
正火温度
淬火温度
回火温度
亚共析钢
低温回火:
共析钢
中温回火:
过共析钢
高温回火:
20.填表
退火组织
正火组织
淬火组织
回火温度
亚共析钢
完全退火:
淬火+中温回火:
调质处理:
共析钢
淬火+低温回火:
过共析钢
球化退火:
淬火+低温回火:
21.参考铁碳合金相图,将45钢和T10钢小试样经850℃加热后水冷、850℃加热后空冷、760℃加热后水冷、720℃加热后水冷等的处理,把处理后的组织填入下表中:
850℃水冷
850℃空冷
760℃水冷
720℃水冷
45钢
T10钢
22.用15钢制作一要求耐磨的小轴(直径20mm),其工艺路线为:
下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火→低温回火→磨加工。
说明各热处理工序的目的及使用状态下的组织。
23.在下表中添出所列工件的淬火温度和回火温度范围,并说明经淬火、回火后获得的显微组织。
工件
淬火温度
回火温度
显微组织
45钢小轴
要求综合机械性能好
60钢弹簧
T12钢锉刀
24.20钢锅炉炉管,在400℃条件下工作10年后其强度降低,以至发生爆管,试分析炉管显微组织会发生什么变化?
第一章钢的合金化概论
1.通常钢中的P,S控制钢的质量,按质量等级碳素钢,合金钢的钢材质量可分为哪些等级,P,S含量是如何控制的?
2.钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类?
各有什么特点?
简单点阵结构和复杂点阵结构,前者熔点高,硬度高,稳定性好;后者硬度低,熔点低,稳定性差。
3.何谓回火稳定性、回火脆性、热硬性?
合金元素对回火转变有哪些影响?
4.合金元素对Fe-Fe3C相图的S、E点有什么影响?
这种影响意味着什么?
5.试述钢在退火态、淬火态及淬火-回火态下,不同合金元素的分布状况?
6.有哪些合金元素强烈阻止奥氏体晶粒的长大?
阻止奥氏体晶粒长大有什么好处?
7.哪些合金元素能显著提高钢的淬透性?
提高钢淬透性有何作用?
8.能明显提高回火稳定性的合金元素有哪些?
提高钢的回火稳定性有什么作用?
9.第一类回火脆性和第二类回火脆性是在什么条件下产生?
如何减轻或消除?
10.就合金元素对铁素体力学性能、碳化物形成倾向、奥氏体晶粒长大倾向、淬透性、回火稳定性和回火脆性等几个方面总结下列元素的作用:
Si、Mn、Cr、Mo、W、V、Ni。
11.根据合金元素在钢中的作用,从淬透性、回火稳定性、奥氏体晶粒长大倾向、韧性和回火脆性等方面比较下列钢号的性能:
40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo。
12.为什么W、Mo、V等元素对珠光体转变阻止作用大?
而对贝氏体转变影响不大?
13.为什么合金化基本原则是“复合加入”?
试举二例说明合金元素复合作用的机理。
14.合金元素V在某些情况下能起到降低淬透性的作用,为什么?
而对于40Mn2和42Mn2V,后者的淬透性稍大,为什么?
15.怎样理解“合金钢与碳钢的强度性能差异,主要不在于合金元素本身的强化作用,而在于合金元素对钢相变过程的影响。
并且合金元素的良好作用,只有在进行适当的热处理条件下才能表现出来”?
16.合金元素提高钢的韧度主要有哪些途径?
17.40Cr、40CrNi、40CrNiMo钢,其临界淬透直径分别为25-30mm、40-60mm、60-100mm。
试解释淬透性成倍地增大的现象。
18.钢的强化机制有哪些?
为什么一般钢的强化工艺都采用淬火-回火?
19.试解释4Cr13属于过共析钢,而Cr12钢出现共晶组织,属于莱氏体钢。
20.试解释含Mn稍高的钢易过热;而含Si的钢淬火加热温度应稍高,且冷作硬化率较高,不利于冷变形加工。
21.什么叫钢的内吸附现象?
其机理和主要影响因素是什么?
22.试述钢中置换固溶体和间隙固溶体形成的规律。
23.钢的分类方法很多通常有哪些分类?
24.试述金属材料的环境协调性设计的思路。
25.什么叫简单合金、通用合金?
试述其合金化设计思想及其意义。
26.简述什么是材料科学
27.什么是工程材料?
工程材料分为哪些类别?
28.什么是新材料?
开发新材料的重要意义是什么?
29.钢的分类方法很多通常有哪些分类?
30.通常钢中的P,S控制钢的质量,按质量等级碳素钢,合金钢的钢材质量可分为哪些等级,P,S含量是如何控制的?
31.合金元素在钢中的分布或存在的形式有哪几种?
32.按化学成分如何区分低中高碳钢和低中高合金钢?
33.利用晶界偏聚理论解释钢的第二类回火脆性以及硼钢的淬透性问题
34.钢中常见的合金元素有:
C、N、Mn、Ni、Cu、Co、Hf、Zr、Ti、Ta、Nb、V、W、Mo、Cr、Al、Si等,回答下列问题:
(1)上述哪些是奥氏体形成元素?
哪些是铁素体形成元素?
(2)哪些元素能与α-Fe形成无限固熔体?
哪些元素能与γ-Fe形成无限固熔体?
(3).上述元素哪些是碳化物形成元素?
哪些是非碳化物形成元素?
如何鉴别他们与碳的亲和力大小或强弱?
请按由强到弱将他们排列。
(4).分析上述元素对Fe-C相图临界点A1,A3及S、E点影响。
35.合金钢中常见的碳化物形成元素有哪几种类型?
并按其稳定性强弱排序。
36.合金元素中碳化物形成元素,非碳化物形成元素以及Si元素是如何影响钢中碳在奥氏体中扩散的?
37.试述Cr,Ni元素对淬火马氏体的亚结构影晌。
38.通过合金化使钢强化的方法有哪些?
39.加热时合金元素对钢奥氏体晶粒长大有什么影响?
并简要说明影响原因?
40.简要说明合金元素对珠光体转变速度,转变温度及转变产物中碳化物类型的影响?
41.为什么说Wl8Cr4V钢中会出现莱氏体?
42.为什么4Cr13变为过共析钢?
43.简述合金元素对马氏体分解的影响?
44.高碳高合金钢淬火后,钢中含有大量的残余奥氏体,采用什么热处理工艺消除?
45.提高钢马氏体淬透性的元素有哪些?
46.为了使大截面钢正火得到贝氐体组织,为什么硼元素是不可缺少的?
47.微量元素在钢中的有益效应主要有哪几方面?
48.微量B,RE等元素是如何使钢净化的?
第二章工程结构钢
1.工程结构钢按用途如何分类?
按化学成分又分为哪些?
2.叙述构件用钢一般的服役条件、加工特点和性能要求。
3.Q235钢经调质处理后使用是否合理?
为什么?
4.低碳钢中淬火时效和应变时效的机理是什么?
对构件有何危害?
5.为什么低合金高强度钢中基本上都含有不大于0.8%Mn?
6.为什么贝氏体型低合金高强度钢多采用0.5%Mo和微量B作为基体合金化元素?
7.什么是微合金化钢?
微合金化元素的主要作用是什么?
8.在汽车工业上广泛应用的双相钢,其成分、组织和性能特点是什么?
为什么能在汽车工业上得到大量应用,发展很快?
9.在低合金高强度工程结构钢中大多采用微合金元素(Nb、V、Ti等),它们的主要作用是什么?
10.什么是热机械控制处理工艺?
为什么这种工艺比相同的成分普通热轧钢有更高的力学综合性能?
11.普碳钢和普低钢性能上主要有什么差别?
12.简述我国普低钢(低合金高强度钢)的合金化特点(或化学成分特点)
13.下列是普碳钢(指出各钢号中合金元素的主要作用)指出数字字母代表的意义。
①Q235-A.F②Q235-D.Tz③Q235-B.b
14.为什么低碳马氏体钢经淬火加低温回火具有最佳的硬度,塑性及韧性的配合?
用来代替碳钢的优越性主要有哪些?
15.简述微合金化低碳高强度钢强韧化特点?
16.常规热轧钢与控制轧制冷却钢组织性能上的基本差别。
17.下列是什么钢,钢中合金元素的主要作用、使用状态?
①45②40Cr③40CrMo④40MnVB⑤20MnV⑥20MnTi⑦65Mn⑧60Si2Mn⑨GCr15⑩GCrl5SiMn
第三章机器零件用钢
1.在结构钢的部颁标准中,每个钢号的力学性能都注明热处理状态和试样直径或钢材厚度。
为什么?
有什么意义?
2.为什么说淬透性是评定结构钢性能的重要指标?
3.调质钢中常用哪些合金元素?
这些合金元素各起什么作用?
4.零件用钢和构件用钢对使用性能和工艺性能上的要求有什么不同?
5.低碳马氏体在力学性能和工艺性上有哪些突出优点?
在应用上应注意些什么问题?
6.某工厂原来使用45MnSiV生产φ8mm高强度调质钢筋。
要求σb>1450MPa,σS>1200MPa,δ>6%。
热处理工艺是920℃±20℃油淬,470℃±10℃回火。
因该钢缺货,库存有25MnSi钢。
请考虑是否可以代用?
如可以代用,热处理工艺如何调整?
7.弹簧钢的主要性能要求是什么?
为什么弹簧钢中碳含量一般在0.5-0.75%之间?
8.弹簧为什么要求较高的冶金质量和表面质量?
弹簧钢的强度极限高,是否就意味着弹簧的疲劳极限高?
为什么?
9.有些普通弹簧冷卷成形后为什么要进行去应力退火?
车辆用板簧淬火后,为什么要用中温回火?
10.为什么板簧不能强化后成形?
而线径很细的弹簧不能用热成形后强化?
11.直径25mm的40CrNiMo钢棒料,经过正火后难以切削,为什么?
12.钢的切削加工性与材料的组织和硬度之间有什么关系?
为获得良好的切削性,中碳钢和高碳钢各自应经过什么样的热处理,得到什么样的金相组织?
13.用低淬钢制作中小模数的中高频感应加热淬火齿轮有什么优点?
14.滚动轴承钢常含有哪些合金元素?
各起什么作用?
为什么含Cr量限制在一定范围?
15.滚动轴承钢对冶金质量、表面质量和原始组织有哪些要求?
为什么?
16.滚动轴承钢原始组织中碳化物不均匀性有哪几种情况?
应如何改善或消除?
17.在使用状态下,滚动轴承钢的最佳组织是什么?
在工艺上应如何保证?
18.分析机床主轴的服役条件、性能要求。
按最终热处理工艺分类机床主轴有哪几种?
每种主轴可选用哪些钢号?
其冷热加工工艺路线是怎样的?
19.分析齿轮的服役条件、性能要求。
在机床、汽车拖拉机及重型机械上,常分别选用哪些材料作齿轮?
应用哪些热处理工艺?
20.高锰耐磨钢有什么特点?
如何获得这些特点?
在什么情况下适合使用这类钢?
21.为什么ZGMn13型高锰耐磨钢在淬火时能得到全部奥氏体组织,而缓冷却得到了大量的马氏体?
22.一般说S元素在钢中
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