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金属学课后答案[精选]
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 Mo8.2%, W12%,Ti1.0%,V4.5%,Si8.5%,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:TiZrNbVW,MoCrMnFe) 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:CrWMo 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?
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