金屬學(xué)與熱處理鑄造合金期末考試題答案

1、本答案非標(biāo)準(zhǔn)答案，僅作參考，祝大家期末取的好成績！金屬學(xué)與熱處理鑄造合金及其熔煉考試題綱1. 鐵碳相圖的二重性及其分析從熱力學(xué)觀點(diǎn)上看，F(xiàn)e-Fe3c相圖只是介穩(wěn)定的，F(xiàn)e-C相圖才是穩(wěn)定的；從動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)看，在一定條件下，按Fe-Fe3c相圖轉(zhuǎn)變也是可能的，因此就出現(xiàn)了二重性。分析：1）穩(wěn)定平衡的共晶點(diǎn)C的成分和溫度與C點(diǎn)不同2）穩(wěn)定平衡的共析點(diǎn)S的成分和溫度與S點(diǎn)不同2. 穩(wěn)定態(tài)和亞穩(wěn)定態(tài)鐵碳相圖異同點(diǎn)穩(wěn)定平衡態(tài)的Fe-C相圖中的共晶溫度和共析溫度都比介穩(wěn)定平衡的高一點(diǎn)；在共晶溫度時(shí)，穩(wěn)定平衡態(tài)的奧氏體的含碳量小于亞穩(wěn)態(tài)平衡下奧氏體的含碳星。3. 用鐵碳相圖分析鑄鐵碳鋼一二次結(jié)晶異同點(diǎn)一次結(jié)

2、晶：鐵液降至液相線時(shí)，有初析石墨和初析奧氏體析出。溫度繼續(xù)下降，熔體中同時(shí)析出奧氏體和石墨，鑄鐵進(jìn)入共晶凝固階段。當(dāng)鋼液溫度降低至液相線時(shí)，有高溫鐵素體析出。溫度下降至包晶溫度時(shí)，發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，生成奧氏體。溫度繼續(xù)下降，穿過L+丫區(qū)時(shí)，又有奧氏體自鋼液中析出，此析出過程進(jìn)行到固相線溫度為止。二次結(jié)晶：鑄鐵的固態(tài)相變即二次結(jié)晶。繼續(xù)冷卻，奧氏體中的含碳量沿ES線減小，以二次石墨的形式析出。當(dāng)奧氏體冷卻至共析溫度以下，并達(dá)到一定的過冷度，就開始共析轉(zhuǎn)變。兩個(gè)固體相a與Fe3c相互協(xié)同地從第三個(gè)固體相長大（成對長大），形成珠光體。當(dāng)溫度下降至GS和PS線之間的區(qū)域是，有先共析鐵素體a相析出。隨著a相

3、的析出，剩余奧氏體的含碳量上升。當(dāng)溫度達(dá)到共析轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光體。結(jié)晶過程完了后，鋼的組織基本上不在變化。4.分析球狀石墨形成過程目前已基本肯定，球狀石墨可以和奧氏體直接從熔體中析出。在亞共晶或共晶成分的球墨鑄鐵中，首批小石墨在遠(yuǎn)局于平衡共晶轉(zhuǎn)變溫度就已成形，這是不平衡條件所造成的，但隨著溫度的下降，有的小石墨球會(huì)重新解體，而有的則能長大成球，隨著這一溫度的進(jìn)行，又會(huì)出現(xiàn)新的小石墨球，說明石墨球的成核可在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。某些石墨球能在熔體中單獨(dú)成長至一定尺寸，然后被奧氏體包圍，而有的石墨球則很早的就被奧氏體包圍，形成奧氏體外殼?？傊虻拈L大包括；兩個(gè)階段，即：1）

4、在熔體中直接析出核心并長大2）形成奧氏體外殼，在奧氏體外殼包圍下成長。5. 灰鑄鐵的金相組織及其性能特點(diǎn)灰鑄鐵的金相組織由金屬基體和片狀石墨所組成，還有少量非金屬夾雜物。特點(diǎn)：強(qiáng)度性能差；硬度特點(diǎn)，同一硬度時(shí)，抗拉強(qiáng)度有一個(gè)范圍，同一強(qiáng)度時(shí)，硬度也有一定的范圍；較低的缺口敏感性；良好的減震性；良好的減磨性。6. 流動(dòng)性的概念及其影響因素流動(dòng)性是指鐵液充填鑄型的能力O主要影響因素是化學(xué)成分和澆筑溫度。7. ?球墨鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變球狀石墨的共晶過程在相當(dāng)程度上屬于變態(tài)的共晶，一般稱之為離異共晶，因?yàn)樵谡麄€(gè)共晶轉(zhuǎn)變的相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)，球狀石墨和奧氏體兩個(gè)析出的格局；石墨在先，奧氏體在后，兩個(gè)相沒有平滑

5、的共同結(jié)晶前沿，而且在時(shí)間和場合上都是分析的。8. 球墨鑄鐵生產(chǎn)孕育處理的目的消除結(jié)晶過冷傾向；促進(jìn)石墨球化；減少晶間偏析：9. 球墨鑄鐵的凝固特點(diǎn)球墨鑄鐵有較寬的共晶凝固溫度范圍；球墨鑄鐵的糊狀凝固特性；球墨鑄鐵具有較大的共晶膨脹。10. 球化衰退及其防治措施1) 鐵液中應(yīng)保持有足夠多的球化元素含量2) 降低元鐵液中的含硫量，并防止鐵液氧化3) 縮短鐵液經(jīng)球化處理后的停留時(shí)間4) 鐵液經(jīng)球化處理并扒渣后，為防止鎂及稀土元素逃逸，可以用覆蓋劑將鐵液表面覆蓋嚴(yán)，隔絕空氣及減少元素的逃逸。11. 分析石墨形態(tài)對灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和可鍛造鑄鐵組織和性能的影響碳提高鋼的淬透性，促使熱影響區(qū)部位

6、的鋼發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，因而產(chǎn)生大的淬火應(yīng)力，易導(dǎo)致開裂，有惡化鋼焊接性能的傾向。因此含碳量越高，其焊接性能越差。對于含碳量高的碳鋼鑄件，在焊接前對焊接熱影響區(qū)進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱，有助于避免鑄件的開裂。12. 碳鋼鑄件熱處理目的目的：細(xì)化晶粒，消除魏氏體和消除鑄造應(yīng)力。13. 碳對鑄鋼淬透性、焊接性能、鑄造性能的影響14. 鑄鋼和低合金鋼的牌號(hào)15. 提高低合金鋼淬透性的5種合金元素排序Mn、Mo、Cr、Si、Ni16. 鎳對低合金鋼組織性能的影響1) 固溶強(qiáng)化2) 提高鋼的淬透性3) 細(xì)化珠光體4) 降低鋼的韌性-脆性轉(zhuǎn)變溫度5) 提高鋼在高溫下的抗氧化性6)仃?獲得高強(qiáng)度、高韌性低合金鋼的途徑低含

7、碳量；多種合金元素復(fù)合強(qiáng)化；多階段熱處理；鋼液凈化。18. 解釋高錳鋼的加工硬化現(xiàn)象和水韌處理目的加工硬化現(xiàn)象：高錳鋼經(jīng)過熱處理后具有單一奧氏體組織，韌性很好，但硬度并不高。但這種奧氏體有加工硬化性、鑄件在工作中經(jīng)受強(qiáng)烈沖擊或擠壓時(shí)，其表面層組織發(fā)生加工硬化，硬度大幅度提高，因而具有很高抗磨性。水韌處理目的：消除碳化物，得到單一的奧氏體組織；這種奧氏體鋼在經(jīng)受沖擊擠壓時(shí)，表面層發(fā)生變形，產(chǎn)生強(qiáng)化；這種表面層硬度與內(nèi)部高韌性的結(jié)合，使高錳鋼具有很高抵抗沖擊磨損的能力。19. 不銹鋼抗腐蝕機(jī)理及其提高耐腐蝕性的途徑不銹鋼抗腐蝕機(jī)理：鉻溶于鐵的晶格中形成固溶體。當(dāng)鋼中含鉻量達(dá)到一定的濃度（約12%）

8、時(shí)，就會(huì)在鋼的晶粒表面形成一層致密的、含氧化鉻（CtO3）的薄膜，其組成可以用FeO?C2O3表示。這種氧化膜在氧化性酸類（如硝酸）中具有高的化學(xué)穩(wěn)定性，稱為鈍化膜。合金元素鉻固溶在鐵素體中，能提高它的電極電位，縮小兩相之間電極電位的差值，從而減輕電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。提高耐腐蝕性途徑：降低含碳量；凈化鋼液。20. 解釋不銹鋼晶界處晶間貧鉻導(dǎo)致的晶間腐蝕產(chǎn)生原因：少量的碳化物在晶界處析出，不銹鋼中的碳化物中含有很高的鉻，其含鉻量比鋼的平均含鉻量高出很多，因此在晶界上析出碳化物，會(huì)造成鋼的晶粒內(nèi)界面層的貧鉻現(xiàn)象，使鋼的鈍化膜不易形成，降低鋼的耐蝕性。而由于晶界部位鋼的耐蝕性低，致使腐蝕過程易沿著鋼的晶

9、界向深處擴(kuò)展，從而促使晶間腐蝕發(fā)生。這種腐蝕方式隱蔽，其危害性比均勻腐蝕更為嚴(yán)重。防治措施：嚴(yán)格控制鋼的含碳量，在可能條件下，盡量低一些，特別是對于厚壁鑄件，鋼的含碳量應(yīng)按照規(guī)格成分的下限控制；往鋼中加入適量的碳化物形成元素鈦或鈮，使鋼中的碳除了奧氏體能溶解的部分以外，多余的部分形成碳化鈦或碳化鈮。在固溶化處理后，進(jìn)行穩(wěn)定化處理，可充分發(fā)揮鈦（或鈮）的作用以將鉻穩(wěn)定在奧氏體晶粒內(nèi)部，從而避免晶間腐蝕。21. 鋁硅合金變質(zhì)處理時(shí)對性能的影響變質(zhì)前的力學(xué)性能低，切削加工性能差，必須進(jìn)行變質(zhì)處理，使板片狀的共晶硅轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維狀，并消除初晶硅。22. 鋁硅合金初晶硅加磷細(xì)化機(jī)理磷以AIP的形式存在于合金

10、中，由于AIP的晶型和硅相同，成為硅的非自發(fā)結(jié)晶核心，在過共晶合金中，AIP的數(shù)量不足，成為少數(shù)初晶硅非自發(fā)核心，發(fā)展為大塊初晶硅，惡化力學(xué)性能，需要加磷在鋁液中形成大量的AIP,細(xì)化初晶硅并均勻分布在基體上，成為理想耐磨組織。23.鋁鑄件熱處理目的提高鋁鑄件的綜合力學(xué)性能；消除偏析和針狀組織；改善組織性能；穩(wěn)定鋁鑄件的組織和尺寸；消除鑄造應(yīng)力。24. 鋁合金強(qiáng)化機(jī)制（？）Al-Si-Mg在540-545C固溶時(shí)，MgSi固溶劑中形成鋁基固溶體，起固溶強(qiáng)化；經(jīng)170C人工時(shí)效后，Al2Si以彌散相析出，使a鋁的晶格發(fā)生突變，得過飽和a鋁固溶體起彌散飽和效果；加入Ti（0.10.2%）作變質(zhì)劑，

11、細(xì)化a鋁，起細(xì)晶強(qiáng)化作用；將Fe控制在0.15%以下，可減少B硅的含量，防止削弱a鋁基體的作用。25. AL-Si合金中加入微量Mg的作用加入Mg后，形成Mg2Si,固溶處理時(shí)，Mg2Si固溶入a(AL)中，人工時(shí)效后，Mg2Si呈彌散相析出，使a(AL)結(jié)晶點(diǎn)陣發(fā)生畸變，強(qiáng)化合金，力學(xué)性能大幅度提高。26. 銅合金性能的特點(diǎn)銅合金具有較高的力學(xué)性能和耐磨性能，很高的導(dǎo)熱性27. Cu-Sn二元合金性能及工藝特點(diǎn)錫青銅結(jié)晶溫度范圍很寬，凝固速度較慢時(shí)，容易形成縮松，導(dǎo)致錫青銅滲漏；容易發(fā)生熱裂；出現(xiàn)反偏析；工藝較簡單；線收縮率約1.2%1.6%，是銅合金中最小的，所以鑄造內(nèi)應(yīng)力小，冷裂傾向小。

12、28. 解釋磷加入導(dǎo)致錫青銅反偏析加劇現(xiàn)象及其防治措施加入磷，將發(fā)生鑄型反應(yīng)2P+5H2O=P2O5+5產(chǎn)生大量的氫氣，產(chǎn)生背壓，把富錫熔體推向枝晶間隙中心。而在凝固后期，鑄件從內(nèi)到外仍存在著大量的顯微通道，在氫氣泡形成的背壓和固態(tài)收縮力內(nèi)外交攻下，迫使富錫熔體沿a枝晶間的顯微通道向鑄件表面滲出，堆積在鑄件表面。措施：1)放置冷鐵，提高冷卻速度，出現(xiàn)層狀凝固2 )調(diào)整化學(xué)成分，如加入鋅，縮小結(jié)晶溫度范圍3 )采取有效的精煉除氣措施，減少合金中的含氣量。29. 黃銅的脫鋅腐蝕及其弱化措施在海水或帶有電解質(zhì)的腐蝕介質(zhì)中工作時(shí)，電極電位較低的富鋅相B與富銅的a相之間產(chǎn)生相間電流，B相成為微電池的陽極

13、被腐蝕脫鋅。最后B相只剩下銅的骨架，成為構(gòu)件斷裂的根源。弱化措施：30. 黃銅不接受熱處理強(qiáng)化原因因?yàn)閺?00r起向下降溫過程中，自B相中沉淀析出的二次a相，是一種軟的晶體，沒有強(qiáng)化作用，自456C繼續(xù)冷卻時(shí)，由于溫度過低，二次B相難以從a相中析出，因此固溶處理后，力學(xué)性能不再提高。31.鈹青銅最獨(dú)特性能特點(diǎn)及其應(yīng)用在青銅中的強(qiáng)度和硬度最高；彈性極限、耐磨性、耐蝕性高；良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、冷熱加工及鑄造性能；但價(jià)格較貴。應(yīng)用：用于重要的彈性件、耐磨件，如精密彈簧、膜片，高速、高壓軸承及防爆工具、航海羅盤等重要機(jī)件。毒性太強(qiáng)。無論是單質(zhì)鈹，還是鈹?shù)幕衔铮加泻軓?qiáng)的毒性。鈹中毒是不可逆的，以肺

14、纖維化、肝、脾、腎、骨骼損傷為主。吸入、接觸、食入都會(huì)導(dǎo)致急性或慢性中毒。32. 簡述鎂合金的特點(diǎn)及其雜志元素危害性(1) 性能特點(diǎn)：比強(qiáng)度高，減震性好，切削加工性好，抗蝕性差(2) 熱處理特點(diǎn)：由于鎂合金中原子擴(kuò)散速度慢，所以固溶處理中加入時(shí)間較長，在空氣或熱水中冷卻也能保持固溶體不分解。絕大多數(shù)鎂合金對自然時(shí)效不敏感，淬火后在室溫下放置仍能保持淬火狀態(tài)原有性能。鎂合金氧化傾向比鋁合金強(qiáng)烈，所以加熱溫度要準(zhǔn)確控制，為防止氧化，要通入保護(hù)爐氣(通常為C02),以防止鎂合金的氧化或燃燒。雜質(zhì)元素危害：名詞解釋1. 碳當(dāng)量：根據(jù)各元素對共晶點(diǎn)實(shí)際碳量的影響，將這些元素的量折算成碳量的增減，謂之碳當(dāng)

15、量，以CE表示。2. 共晶度：鑄鐵偏離共晶點(diǎn)的程度可以用鑄鐵的實(shí)際含碳量和共晶點(diǎn)的實(shí)際含碳量的比值表示，這個(gè)比值稱為共晶度。3. 共晶團(tuán)：以每個(gè)石墨核心為中心所形成的這樣一個(gè)石墨-奧氏體兩相共生生長的共晶晶粒稱為共晶團(tuán)。4. 球化處理：加入球化劑促使石墨結(jié)晶呈球狀析出。5. 孕育處理：鐵液澆注以前，在一定的條件下（如一定溫度、一定化學(xué)成分、合適的加入方法等），像鐵液中加入一定量物質(zhì)（稱為孕育劑）以改變鐵液的凝固過程，改善鑄態(tài)組織，從而達(dá)到提高性能為目的的處理方法，稱為孕育處理。6. 相對耐磨性：相對耐磨性=標(biāo)準(zhǔn)試樣的磨損量/試驗(yàn)試樣的磨損量。相對耐磨性越高，試驗(yàn)試樣的磨損量越小，耐磨性越好。7. 流動(dòng)