1、第一章1.為什么說鋼中的S、P雜質元素在一般情況下總是有害的？答：S、P會導致鋼的熱脆和冷脆，并且容易在晶界偏聚，導致合金鋼的第二類高溫回火脆性，高溫蠕變時的晶界脆斷。S能形成FeS，其熔點為989，鋼件在大于1000的熱加工溫度時FeS會熔化，所以易產生熱脆；P能形成Fe3P，性質硬而脆，在冷加工時產生應力集中，易產生裂紋而形成冷脆。2.鋼中的碳化物按點陣結構分為哪兩大類？各有什么特點？答：簡單點陣結構和復雜點陣結構簡單點陣結構的特點：硬度較高、熔點較高、穩定性較好；復雜點陣結構的特點：硬度較低、熔點較低、穩定性較差。3.簡述合金鋼中碳化物形成規律。答：當rC/rM>0.59時，形成復

2、雜點陣結構；當rC/rM<0.59時，形成簡單點陣結構；相似者相溶：完全互溶：原子尺寸、電化學因素均相似；有限溶解：一般K都能溶解其它元素，形成復合碳化物。NM/NC比值決定了碳化物類型碳化物穩定性越好，溶解越難，析出難越，聚集長大也越難；強碳化物形成元素優先與碳結合形成碳化物。4.合金元素對Fe-C相圖的S、E點有什么影響？這種影響意味著什么？答：A形成元素均使S、E點向_移動，F形成元素使S、E點向_移動。S點左移意味著_減小，E點左移意味著出現_降低。（左下方；左上方）（共析碳量；萊氏體的C量）5.試述鋼在退火態、淬火態及淬火-回火態下，不同合金元素的分布狀況。答：退火態：非碳化物

3、形成元素絕大多數固溶于基體中，而碳化物形成元素視C和本身量多少而定。優先形成碳化物，余量溶入基體。淬火態：合金元素的分布與淬火工藝有關。溶入A體的因素淬火后存在于M、B中或殘余A中，未溶者仍在K中?；鼗饝B：低溫回火，置換式合金元素基本上不發生重新分布；>400，Me開始重新分布。非K形成元素仍在基體中，K形成元素逐步進入析出的K中，其程度取決于回火溫度和時間。6.有哪些合金元素強烈阻止奧氏體晶粒的長大？阻止奧氏體晶粒長大有什么好處？答：Ti、Nb、V等強碳化物形成元素（好處）：能夠細化晶粒，從而使鋼具有良好的強韌度配合，提高了鋼的綜合力學性能。7.哪些合金元素能顯著提高鋼的淬透性？提高鋼

4、的淬透性有何作用？答：在結構鋼中，提高馬氏體淬透性作用顯著的元素從大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni等。作用：一方面可以使工件得到均勻而良好的力學性能，滿足技術要求；另一方面，在淬火時，可選用比較緩和的冷卻介質，以減小工件的變形與開裂傾向。8.能明顯提高回火穩定性的合金元素有哪些？提高鋼的回火穩定性有什么作用？答：提高回火穩定性的合金元素：Cr、Mn 、Ni、Mo、W、V、Si作用：提高鋼的回火穩定性，可以使得合金鋼在相同的溫度下回火時，比同樣碳含量的碳鋼具有更高的硬度和強度；或者在保證相同強度的條件下，可在更高的溫度下回火，而使韌性更好些。9.第一類回火脆性和第二類回火脆性是在什么條件

5、下產生的？如何減輕和消除？答：第一類回火脆性:脆性特征：不可逆；與回火后冷速無關；斷口為晶界脆斷。產生原因：鋼在200-350回火時，Fe3C薄膜在奧氏體晶界形成，削弱了晶界強度；雜質元素P、S、Bi等偏聚晶界，降低了晶界的結合強度。防止措施：降低鋼中雜質元素的含量；用Al脫氧或加入Nb（鈮）、V、Ti等合金元素細化奧氏體晶粒；加入Cr、Si調整溫度范圍；采用等溫淬火代替淬火回火工藝。第二類回火脆性：脆性特征：可逆；回火后滿冷產生，快冷抑制；斷口為晶界脆斷。產生原因：鋼在450-650回火時，雜質元素Sb、S、As或N、P等偏聚于晶界，形成網狀或片狀化合物，降低了晶界強度。高于回火脆性溫度，雜

6、質元素擴散離開了晶界或化合物分解了；快冷抑制了雜質元素的擴散。防止措施：降低鋼中的雜質元素；加入能細化A晶粒的元素（Nb、V、Ti）加入適量的Mo、W元素；避免在第二類回火脆性溫度范圍回火。10.就合金元素對鐵素體力學性能、碳化物形成傾向、奧氏體晶粒長大傾向、淬透性、回火穩定性和回火脆性等幾個方面總結下列元素的作用：Si、Mn、Cr、Mo、W、V、Ni。答：Si：Si是鐵素體形成元素，固溶強化效果顯著；（強度增加，韌性減?。㏒i是非碳化物形成元素，增大鋼中的碳活度，所以含Si鋼的脫C傾向和石墨化傾向較大；Si量少時，如果以化合物形式存在，則阻止奧氏體晶粒長大，從而細化A晶粒，同時增大了鋼的強度

7、和韌性；Si提高了鋼的淬透性，使工件得到均勻而良好的力學性能。在淬火時，可選用比較緩和的冷卻介質，以減小工件的變形與開裂傾向。Si提高鋼的低溫回火穩定性，使相同回火溫度下的合金鋼的硬度高于碳鋼； Si能夠防止第一類回火脆性。Mn:Mn強化鐵素體，在低合金普通結構鋼中固溶強化效果較好；（強度增加，韌性減?。㎝n是奧氏體形成元素，促進A晶粒長大，增大鋼的過熱敏感性；Mn使A等溫轉變曲線右移，提高鋼的淬透性；Mn提高鋼的回火穩定性，使相同回火溫度下的合金鋼的硬度高于碳鋼；Mn促進有害元素在晶界上的偏聚，增大鋼回火脆性的傾向。Cr：Cr是鐵素體形成元素，固溶強化效果顯著；（強度增加，韌性減小）Cr是碳

8、化物形成元素，能細化晶粒，改善碳化物的均勻性；Cr阻止相變時碳化物的形核長大，所以提高鋼的淬透性；Cr提高回火穩定性，使相同回火溫度下的合金鋼的硬度高于碳鋼；Cr促進雜質原子偏聚，增大回火脆性傾向；Mo:（W類似于Mo）是鐵素體形成元素，固溶強化效果顯著；（強度增加，韌性減小）是較強碳化物形成元素，所以能細化晶粒，改善碳化物的均勻性，大大提高鋼的回火穩定性；阻止奧氏體晶粒長大，細化A晶粒，同時增大了鋼的強度和韌性；能提高鋼的淬透性，使工件得到均勻而良好的力學性能。在淬火時，可選用比較緩和的冷卻介質，以減小工件的變形與開裂傾向。能有效地抑制有害元素的偏聚，是消除或減輕鋼第二類回火脆性的有效元素。

9、V:（Ti、Nb類似于V）是鐵素體形成元素，固溶強化效果顯著；（強度增加，韌性減小）是強碳化物形成元素，形成的VC質點穩定性好，彌散分布，能有效提高鋼的熱強性和回火穩定性；阻止A晶粒長大的作用顯著，細化A晶粒，同時增大了鋼的強度和韌性；提高鋼的淬透性，消除回火脆性。Ni:是奧氏體形成元素，促進晶粒長大，增大鋼的過熱敏感性；（強度增加，韌性增加）是非碳化物形成元素，增大鋼中的碳活度，所以含Ni鋼的脫C傾向和石墨化傾向較大；對A晶粒長大的影響不大；能提高鋼的淬透性，使工件得到均勻而良好的力學性能。在淬火時，可選用比較緩和的冷卻介質，以減小工件的變形與開裂傾向。提高回火穩定性，使相同回火溫度下的合金

10、鋼的硬度高于碳鋼；促進鋼中有害元素的偏聚，增大鋼的回火脆性?？偨Y：SiMnCrMoWVNiF的力學性能增加強度，減小韌性增加強度、韌性同上增加強度，減小韌性同上同上增加強度、韌性K形成傾向非K形成元素弱K形成元素中強K形成元素中強K形成元素中強K形成元素強K形成元素非K形成元素A晶粒長大傾向細化促進阻礙作用中等阻礙作用中等阻礙作用中等大大阻礙影響不大淬透性增加增加增加增加增加增加增加回火穩定性提高低溫回火提高提高提高提高提高影響不大回火脆性推遲低溫回脆，促進高溫回脆促進促進大大降低降低降低促進11.根據合金元素在鋼中的作用，從淬透性、回火穩定性、奧氏體晶粒長大傾向、韌性和回火脆性等方面比較下列

11、鋼號的性能：40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo答：淬透性：40CrNiMo>40CrMn >40CrNi >40Cr （因為在結構鋼中，提高馬氏體淬透性作用顯著的元素從大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni，而合金元素的復合作用更大。）回火穩定性：40CrNiMo>40CrMn >40CrNi >40Cr 奧氏體晶粒長大傾向：40CrMn>40Cr >40CrNi >40CrNiMo 韌性：40CrNiMo>40CrNi>40CrMn>40Cr（Ni能夠改善基體的韌度）回火脆性：40CrNi>4

12、0CrMn>40Cr>40CrNiMo（Mo降低回火脆性）12.為什么W、Mo、V等元素對珠光體轉變阻止作用大，而對貝氏體轉變影響不大？答：對于珠光體轉變，不僅需要C的擴散和重新分布，而且還需要W、Mo、V等K形成元素的擴散，而間隙原子碳在A中的擴散激活能遠小于W、Mo、V等置換原子的擴散激活能，所以W、Mo、V等K形成元素擴散是珠光體轉變時碳化物形核的控制因素。V主要是通過推遲碳化物形核與長大來提高過冷奧氏體的穩定性W、Mo除了推遲碳化物形核與長大外，還增大了固溶體原子間的結合力、鐵的自擴散激活能，減緩了C的擴散。貝氏體轉變是一種半擴散型相變，除了間隙原子碳能作長距離擴散外，W、

13、Mo、V等置換原子都不能顯著地擴散。W、Mo、V增加了C在y相中的擴散激活能，降低了擴散系數，推遲了貝氏體轉變，但作用比Cr、Mn、Ni小。13.為什么鋼的合金化基本原則是“復合加入”？試舉兩例說明合金元素復合作用的機理。答：因為合金元素能對某些方面起積極的作用，但許多情況下還有不希望的副作用，因此材料的合金化設計都存在不可避免的矛盾。合金元素有共性的問題，但也有不同的個性。不同元素的復合，其作用是不同的，一般都不是簡單的線性關系，而是相互補充，相互加強。所以通過合金元素的復合能夠趨利避害，使鋼獲得優秀的綜合性能。例子：Nb-V復合合金化：由于Nb的化合物穩定性好，其完全溶解的溫度可達1325

14、-1360。所以在軋制或鍛造溫度下仍有未溶的Nb，能有效地阻止高溫加熱時A晶粒的長大，而V的作用主要是沉淀析出強化。Mn-V復合：Mn有過熱傾向，而V是減弱了Mn的作用；Mn能降低碳活度，使穩定性很好的VC溶點降低，從而在淬火溫度下VC也能溶解許多，使鋼獲得較好的淬透性和回火穩定性。14.合金元素V在某些情況下能起到降低淬透性的作用，為什么？而對于40Mn2和42Mn2V，后者的淬透性稍大，為什么？答：釩和碳、氨、氧有極強的親和力，與之形成相應的穩定化合物。釩在鋼中主要以碳化物的形式存在。其主要作用是細化鋼的組織和晶粒，降低鋼的強度和韌性。當在高溫溶入固溶體時，增加淬透性；反之，如以碳化物形式

15、存在時，降低淬透性。15.怎樣理解“合金鋼與碳鋼的強度性能差異，主要不在于合金元素本身的強化作用，而在于合金元素對鋼相變過程的影響。并且合金元素的良好作用，只有在進行適當的熱處理條件下才能表現出來”？16.合金元素提高鋼的韌度主要有哪些途徑？答：細化奧氏體晶粒-如Ti、V、Mo提高鋼的回火穩定性-如強K形成元素改善基體韌度-Ni細化碳化物-適量的Cr、V降低或消除鋼的回火脆性W、Mo在保證強度水平下，適當降低含碳量，提高冶金質量通過合金化形成一定量的殘余奧氏體17.40Cr、40CrNi、40CrNiMo鋼，其油淬臨界淬透直徑Dc分別為25-30mm、40-60mm、60-100mm，試解釋淬

16、透性成倍增大的現象。答：在結構鋼中，提高馬氏體淬透性作用顯著的元素從大到小排列：Mn、Mo、Cr、Si、Ni等。Cr、Ni、Mo都能提高淬透性，40Cr、40CrNi、40CrNiMo單一加入到復合加入，淬透性從小到大。較多的Cr和Ni的適當配合可大大提高鋼的淬透性，而Mo提高淬透性的作用非常顯著。18.鋼的強化機制有哪些？為什么一般鋼的強化工藝都采用淬火-回火？答：四種強化機制：固溶強化、位錯強化、細晶強化和第二相彌散強化。因為淬火+回火工藝充分利用了細晶強化,固溶強化、位錯強化、第二相強化這四種強化機制。 (1)淬火后獲得的馬氏體是碳在-Fe 中的過飽和間隙固溶體,碳原子起到了間隙固溶強化

17、效應。(2)馬氏體形成后，奧氏體被分割成許多較小的取向不同的區域，產生了細晶強化作用。(3)淬火形成馬氏體時，馬氏體中的位錯密度增高，從而產生位錯強化效應。(4)淬火后回火時析出的碳化物造成強烈的第二相強化，同時也使鋼的韌性得到了改善。綜上所述：無論是碳鋼還是合金鋼，在淬火-回火時充分利用了強化材料的四種機制，從而使鋼的機械性能的潛力得到了充分的發揮。所以獲得馬氏體并進行相應的回火是鋼的最經濟最有效的綜合強化手段。19.試解釋40Cr13已屬于過共析鋼，而Cr12鋼中已經出現共晶組織，屬于萊氏體鋼。答：因為Cr屬于封閉y相區的元素，使S點左移，意味著共析碳量減小，所以鋼中含有Cr12%時，共析

18、碳量小于0.4%，所以含0.4%C、13%Cr的40Cr13不銹鋼就屬于過共析鋼。Cr使E點左移，意味著出現萊氏體的碳含量減小。在Fe-C相圖中，E點是鋼和鐵的分界線，在碳鋼中是不存在萊氏體組織的。但是如果加入了12%的Cr，盡管含碳量只有2%左右，鋼中卻已經出現了萊氏體組織。20.試解釋含Mn稍高的鋼易過熱；而含Si的鋼淬火加熱溫度應稍高，且冷作硬化率較高，不利于冷變形加工。答：Mn是奧氏體形成元素，降低鋼的A1溫度，促進晶粒長大，增大鋼的過熱敏感性；Si是鐵素體形成元素，提高了鋼的A1溫度，所以含Si鋼往往要相應地提高淬火溫度。冷作硬化率高，材料的冷成型性差。合金元素溶入基體，點陣產生不同

19、程度的畸變，使冷作硬化率提高，鋼的延展性下降。21.什么叫鋼的內吸附現象？其機理和主要影響因素是什么？答：合金元素溶入基體后，與晶體缺陷產生交互作用，使這些合金元素發生偏聚或內吸附，使偏聚元素在缺陷處的濃度大于基體中的平均濃度，這種現象稱為內吸附現象。機理：從晶體結構上來說，缺陷處原子排列疏松、不規則，溶質原子容易存在；從體系能量角度上分析，溶質原子在缺陷處的偏聚，使系統自由能降低，符合自然界最小自由能原理。從熱力學上說，該過程是自發進行的，其驅動力是溶質原子在缺陷和晶內處的畸變能之差。影響因素：溫度：隨著溫度的下降，內吸附強烈；時間：通過控制時間因素來控制內吸附；缺陷類型：缺陷越混亂，畸變能

20、之差越大，吸附也越強烈；其他元素：不同元素的吸附作用是不同的，也有優先吸附的問題；點陣類型：基體的點陣類型對間隙原子有影響。22.試述鋼中置換固溶體和間隙固溶體形成的規律答：置換固溶體的形成的規律：決定組元在置換固溶體中的溶解度因素是點陣結構、原子半徑和電子因素，無限固溶必須使這些因素相同或相似.Ni、Mn、Co與y-Fe的點陣結構、原子半徑和電子結構相似，即無限固溶；Cr、V與-Fe的點陣結構、原子半徑和電子結構相似，形成無限固溶體；Cu和-Fe點陣結構、原子半徑相近，但電子結構差別大有限固溶；原子半徑對溶解度影響：R±8%，可以形成無限固溶；±15%，形成有限固溶；>±15%，溶解度極小。間隙固溶體形成的規律：間隙固溶體總是有限固溶體，其溶解度取決于溶劑金屬的晶體結構和間隙元素的原子尺寸；間隙原子在固溶體中總是優先占據有利的位置；間隙原子的溶解度隨溶質原子的尺寸的減小而增大；同一溶劑金屬不同的點陣結構，溶解度是不同的，C、N原子在y-Fe中的溶解度高于a-Fe。23.在相同成分的粗晶粒和細晶粒鋼中，偏聚元素的偏聚程度有什么不同？24.試述金屬材料的環境協調性設計的思路答：金屬材料的