简答题1.钢淬火后为什么一定要回火？钢淬火后得到马氏体或贝氏体组织，这时候的马氏体或贝氏体组织是亚稳态组织，在一定条件下自发转变为稳定组织。

若淬火件不回火，则过一段时间后，马氏体或贝氏体组织发生转变就体现为工件形状、尺寸发生变化。

同时，淬火时，冷却速度快，工件存在较大的内应力，所以必须及时回火消除内应力，调整力学性能，适应不同零件的需要。

2.导致低温回火脆性的两个主要原因。

⑴发生回火转变（分解），存在ε-Fe2.4C，并且向Fe3C转变，在马氏体晶界处析出薄片状的铁碳化合物，在冲击下沿马氏体板条裂开，产生穿晶断裂。

⑵杂质元素P、Sn、锑在淬火加热时偏聚在奥氏体晶界处，淬火后被冻结在原来的位置。

同时，在此处还会形成Fe3C连续薄膜，使晶界处脆性极大，容易造成沿晶脆断。

3.耐热钢及耐热合金的基本性能要求。

⑴良好的高温强度及与之相适应的塑性；⑵足够高的化学稳定性。

4.工程结构钢中合金元素对钢材有哪些强化作用。

（１）固溶强化加入合金元素形成固溶体，提高强度。

常用的合金元素有Mn、Si、Ｃu、P、C,合金元素在提高强度的同时降低韧性。

（２）细晶强化晶粒细化可以提高强度和韧性。

细化晶粒的重要途径是用铝脱氧、合金化。

用铝脱氧生成细小弥散的AlN颗粒，用钛、铌、钒的合金化可以生成弥散的碳化物、氮化物、碳氮化物。

这些弥散相都能钉扎晶界，阻碍奥氏体晶粒长大，转变后细化铁素体-珠光体晶粒。

（３）弥散强化（沉淀强化）铌、钛、钒的合金化，使过冷奥氏体发生相间沉淀，并从铁素体中析出碳化物、氮化物、碳氮化物，钉扎晶粒移动，起弥散强化作用。

氮化物最稳定，一般在奥氏体中沉淀。

碳化物、碳氮化物一般在奥氏体转变中产生相间沉淀和从铁素体中析出。

沉淀强化相的尺寸２～１０nm。

5.马氏体转变主要特点。

①非恒温性和不完全性：一般在Ms以下一个温度区间内完成，当温度降低到某一温度Mf以下时，虽然马氏体转变量还未达到100%，但转变已不能进行。

②表面浮凸和共格性：马氏体转变时，新相和母相的点阵间保持共格关系。

③无扩散性：依靠母相以均匀切变进行点阵重构，无成分变化。

④可逆性：奥氏体可以在冷却时转变为马氏体，而已形成的马氏体重新加热时又能无扩散地转变为奥氏体。

⑤位向关系和惯习面：马氏体转变不仅新相和母相有一定的位向关系，而且马氏体在奥氏体的特定晶面上形成，这个晶面称为惯习面。

6.不锈钢发生晶间腐蚀主要原因，最有效解决办法？发生点腐蚀原因?原因;①晶界上析出富铬的连续网状Cr23C6，引起晶界周围基体产生贫铬区②晶界上析出σ相，产生贫铬区，特别是含钼钢，能促进σ相在晶界析出。

③氮含量高，w（N）高于0.16%，沿晶界析出Cr2N，增加腐蚀倾向。

④固溶处理后也会发生晶间腐蚀，原因是杂质元素P、Si的晶界偏聚。

最有效解决办法：，降低碳含量，生产超低碳不锈钢，w（C）≦0.03%。

当w（C）≦0.03%，无Cr23C6析出。

点腐蚀原因：如果不锈钢表面钝化膜的均匀性受到破坏，使得Cl-易于穿透这些脆弱的钝化膜，并与钢基体发生作用，从而破坏了钝化膜。

7.调质钢具有高温回火脆性，列举高温回火脆性的两个典型表现。

（1）在高温回火后的冷却速度严重的影响到钢的韧-脆转化温度，冷却速度愈慢，室温冲击韧性愈低，韧-脆转化温度愈高。

（2）在350～600 ℃范围等温回火保持时间愈长，不管回火后冷却快慢，其在室温的冲击韧性愈恶化，韧-脆转化温度愈高。

8.9.微合金元素在微合金钢中的作用？（1）抑制奥氏体形变再结晶在热加工过程中，通过应变诱导析出Nb、Ti、V的氮化物，沉淀在晶界、位错上，起钉扎作用，有效的阻止奥氏体再结晶时晶界和位错的运动，抑制再结晶过程的进行。

（2）阻止奥氏体晶粒长大在锻造和轧制过程中，会发生晶粒长大现象。

析出碳、氮化合物弥散分布。

（3）沉淀强化微合金钢中的沉淀强化相主要是低温下析出的Nb（C、N）和VC。

（4）改变钢的显微组织在轧制加热过程中，溶于奥氏体的微合金元素提高了过冷奥氏体的稳定性，降低了发生先共析铁素体和珠光体的温度范围，低温下形成的先共析铁素体和珠光体组织更细小，并使相间沉淀Nb（C、N）和V（C、N）的粒子更细小。

10.氮化处理提高疲劳强度和耐磨性的原因。

⑴表面形成高硬度的γ’-Fe4N和ε-Fe3-2N⑵氮原子与合金元素形成氮化物，弥散强化作用，提高强度、硬度⑶表面渗入氮原子后体积膨胀，表面产生了压应力，能抵消外力作用产生的张应力，减少表面疲劳裂纹的产生。

11.双相钢性能特点？为什么应力—应变曲线是光滑连续的，没有屈服平台？性能特点：⑴低屈服强度，一般不超过350MPa；⑵钢的应力-应变曲线是光滑连续的，没有屈服平台，没有锯齿形屈服现象；⑶高的伸长率，总生长率；⑷高的加工硬化指数；⑸高的塑性应变比。

原因：析出铁素体时，碳集中在奥氏体中，最后奥氏体转变为中高碳马氏体，而铁素体间隙碳原子贫化。

马氏体的转变引起体积效应，在基体铁素体中激发出许多位错。

这些位错是可动的，未被碳、氮间隙原子钉扎。

因而双相钢有低的屈服强度，且是连续屈服，无屈服平台和上、下去屈服点。

12.阳极极化与阴极极化电位变化趋势，并解释极化原因。

阳极极化引起阳极电位由负向正方向升高，原因：阳极表面形成保护膜，阻碍阳极金属离子进入溶液，降低了阳极表面电荷密度。

阴极极化引起阴极电位由正向负方向降低，原因：阴极消耗电子的速度低于阳极流来的电子，造成阴极电子堆积，阴极表面电荷密度升高。

13.不锈钢发生应力腐蚀影响因素，如何防止应力腐蚀发生。

⑴介质氯离子Cl-对应力腐蚀危害最大。

在微酸性FeCl2、MgCl2溶液中，氧能促进应力腐蚀破坏。

在pH小于4~5的酸性介质中，H+浓度越高，应力腐蚀破断时间就越短。

当pH大于4~5时，加入NO3-、I-及醋酸盐，就可以抵制应力腐蚀。

⑵应力只有张应力才会引发应力腐蚀。

应力越大，则破断时间越短。

钢的屈服强度越高，抗应力腐蚀破裂的能力越高。

钢的应力腐蚀敏感度取决于实际应力和屈服强度之比，比值越高，应力腐蚀敏感度越高。

⑶不锈钢的组织和成分Cr18Ni9型奥氏体不锈钢对应力腐蚀很敏感。

含Cr15%~28%的铁素体不锈钢对Cl-引起的应力腐蚀不敏感。

不稳定的奥氏体不锈钢中，形变引起的马氏体对应力腐蚀有害。

低镍奥氏体不锈钢对应力腐蚀敏感，而高镍钢（w（Ni）>45%），就不会产生应力腐蚀。

氮促进应力腐蚀裂缝的诱发和扩展。

碳降低奥氏体不锈钢的应力腐蚀敏感度。

w（Cr）高于12%的奥氏体不锈钢，其铬含量越高，则应力腐蚀敏感性越高。

硅能提高对应力腐蚀的抵抗力。

硅的加入量一般为2%~4%。

铜能改善奥氏体不锈钢的应力腐蚀。

2%的铜可以产生良好的应力腐蚀抗力。

钼使奥氏体不锈钢应力腐蚀破裂的诱发期缩短。

磷、砷、锑、铋、铝是有害元素，降低应力腐蚀抵抗力。

硫也是有害的，MnS可优先被溶解，形成裂纹源。

14.写出耐热钢三个高温强度指标，并解释其内涵。

蠕变强度：表示在某温度下，在规定时间达到规定变形时所承受的压力。

持久强度：表示在规定温度、规定时间断裂所承受的压力。

持久寿命：表示在规定温度、规定应力作用下拉断所需的时间。

15.工程钢焊接裂纹产生的原因：焊接是一次热处理过程，电弧移走以后，焊缝的热量被周围的母材迅速吸收，使焊缝的冷却速度很大，发生局部淬火，产生相变，产生很大的内应力。

热影响区由于温度高而引起晶粒粗化。

这些都促使焊接裂纹产生。

16.灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁四大铸铁石墨形态以及力学性能。

灰口铸铁碳以片状石墨形态存在。

⑴机械性能低，其抗拉强度和塑性、韧性都远远低于钢⑵耐磨性与消震性好⑶工艺性能好。

球墨铸铁碳大部分或全部以球状石墨形态存在。

⑴与灰口铸铁相比，球墨铸铁具有较高的抗拉强度和弯曲疲劳极限、良好的塑性及韧性。

⑵球墨铸铁的刚性比灰口铸铁好⑶球墨铸铁的消震能力比灰口铸铁低很多。

蠕墨铸铁碳大部分或全部以蠕虫状石墨形态存在。

⑴蠕墨铸铁的性能介于灰口铸铁与球墨铸铁之间。

即强度和韧性高于灰口铸铁，但不如蠕墨铸铁的耐磨性较好⑵导热性比球墨铸铁要高得多，几乎接近于灰口铸铁⑶高温强度、热疲劳性能大大优于灰口铸铁，适用于制造承受交变热负荷的零件⑷减震能力优于球墨铸铁⑸铸造性能接近于灰口铸铁，铸造工艺简便，成品率高可锻铸铁碳大部分或全部以絮状石墨形态存在。

⑴可锻铸铁不能用锻造方法制成零件。

因为石墨的形态改造为团絮状，不如灰口铸铁的石墨片分割基体严重，因而强度与韧性比灰口铸铁高。

⑵可锻铸铁的机械性能介于灰口铸铁与球墨铸铁之间，有较好的耐蚀性。

⑶由于退火时间长，生产效率极低，使用受到限制。

17.写出金属材料四种常见强化机制，并分析强化机理。

⑴固溶强化①溶质原子的溶入使固溶体的晶格发生畸变，阻碍了位错在滑移面上的运动②在位错线上偏聚的溶质原子对位错的钉扎作用。

⑵晶界强化（细晶强化）①晶界的存在使变形晶粒中的位错在晶界处受阻，每一晶粒中的滑移带也都终止在晶界附近②由于各晶粒间存在位向差，为了协调变形，要求每个晶粒必须进行多滑移，而多滑移必然要发生位错的相互交割。

细晶强化的显著特点：不仅能提高强度，还能提高塑性和韧性。

⑶第二相强化①不可变形的第二相：位错线只能绕过第二相质点，为此必须克服弯曲位错的线张力。

②可变形的第二相：位错可以切过，使之同基体一起产生变形，由此也能提高屈服强度。

⑷位错强化金属中位错密度越高，则位错运动越容易发生相互交割，形成割阶，造成位错缠结等位错运动的障碍，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度。

18.四把火定义。

⑴退火：将钢加热到临界点Ac1以上或以下的一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡状态的组织，这种热处理工艺称为退火。

⑵正火：是将钢加热到Ac3或Acm以上约30-50℃,或者更高的温度，保温足够时间，然后在静止空气中冷却的热处理工艺，得到的显微组织为珠光体。

⑶淬火：将钢加热到临界点Ac1或Ac3以上的一定温度，保温一段时间，然后在水或油等冷却介质中快速冷却，这种热处理工艺称为淬火。

⑷回火：是将淬火钢在A1温度下加热，保温一段时间，然后以适当方式冷却至室温的一种热处理工艺。

填空题1.具有铁磁性的三种金属Fe、Co、Ni。

2.根据溶质原子在点阵中的位置，固溶体分为置换固溶体、间隙固溶体。

3.钢淬火后形成显微组织马氏体。

4.能明显推迟低温回火脆性元素Si、Cr。

5.制作不锈钢需添加两个主要合金元素Cr、Ni。

6. 能够引发点腐蚀离子:氯离子。

7.高温下铁与空气反应生成多种氧化物，当反应产物中出现FeO产物时，氧化腐蚀速度剧增。

8.杂质元素能够降低镍基耐热合金晶界原子扩散激活能，为了重新提高扩散激活能需添加硼元素。

9.可锻铸铁是由含碳和硅不高的白口铸铁经石墨化退火而得。

10.青铜中合金元素：锡、铝、铍、硅、锰、铬、镉、锆、钛。