第1章 材料的基本性质 1、烧结普通砖的尺寸为240mm×115mm×53mm，已知其孔隙率为37%，干燥质量为 2487g ，浸水饱和后质量为 2984g 。求该砖的密度、干表观密度、 吸水率、开口孔隙率及闭口孔隙率。 解：砖自然状态下的体积：3 300.2400.1150.053 1.462810m V -=??=? 干表观密度：3030 2.4871700kg/m 1.462810m V ρ-===? 由孔隙率0001700100%1100%1100%37%V V P V ρρρ-????=?=-?=-?= ? ???? ? 得砖的密度：ρ＝2698 kg/m 3 吸水率：29842487100%100%20%2487 m m W m = ?=?=干吸吸干－－ 开口孔隙率： 3029842487()/100%/1.462810100%34%1000m m P V ρ-??-??=?=??=????????干吸开水－ 闭口孔隙率：37%34%%P P P ==开闭--＝3 2、已知碎石的表观密度为2.65g/cm 3，堆积密度为1.50g/cm 3，求 2.5m 3 松散状态的碎石，需要多少松散体积的砂子填充碎石的空隙 ? 若已知砂子的堆积密度为1.55g /cm 3，求砂子的重量为多少？ 解：0000002.5 1.5100%1100%1100%43%2.5 2.65V V V P V ρρ??''-??'=?=-?=-?= ? ?'???? －＝ V 0＝1.425m 3 所以，填充碎石空隙所需砂子的体积为：300 2.5 1.425 1.075 m V V '-=-= 或30 2.543% 1.075m V P '?=?=
第一章钢的合金化基础 1、合金钢是如何分类的？ 1) 按合金元素分类：低合金钢，含有合金元素总量低于5%；中合金钢，含有合金元素总量为510%；中高合金钢，含有合金元素总量高于10%。 2) 按冶金质量S、P含量分：普通钢，P≤0.04≤0.05%;优质钢，P、S均≤0.03%；高级优质钢，P、S均≤0.025%。 3) 按用途分类：结构钢、工具钢、特种钢 2、奥氏体稳定化，铁素体稳定化的元素有哪些？ 奥氏体稳定化元素, 主要是、、、C、N、等 铁素体稳定化元素, 主要有、、W、V、、、、B、、等 3、钢中碳化物形成元素有哪些（强-弱），其形成碳化物的规律如何？ 1) 碳化物形成元素：、、、V、、W、、、等(按形成的碳化物的稳定性程度由强到弱的次序排列) ，在钢中一部分固溶于基体相中，一部分形成合金渗碳体, 含量高时可形成新的合金碳化物。 2) 形成碳化物的规律 a) 合金渗碳体——与碳的亲和力小，大部分溶入α或γ中，少部分溶入3C中，置换3C中的而形成合金渗碳体（）3C; 、W、少量时，也形成合金渗碳体 b) 合金碳化物——、W 、含量高时，形成M6C(24C 42C)23C6(21W2C6 2W21C6)合金碳化物 c) 特殊碳化物——、V 等与碳亲和力较强时 i. 当<0.59时，碳的直径小于间隙，不改变原金属点阵结构，形成简单点阵碳化物（间隙相）、M2C。 . 当>0.59时，碳的直径大于间隙，原金属点阵变形，形成复杂点阵碳化物。 ★4、钢的四种强化机制如何？实际提高钢强度的最有效方法是什么？ 1) 固溶强化：溶质溶入基体中形成固溶体能够强化金属； 2) 晶界强化：晶格畸变产生应力场对位错运动起到阻碍达到强化，晶格越细，晶界越细，阻碍位错运动作用越大，从而提高强度； 3) 第二相强化：有沉淀强化和弥散强化，沉淀强化着眼于位错运动切过第二相粒子；弥散强化着眼于位错运动绕过第二相粒子； 4) 位错强化：位错密度越高则位错运动越容易发生相互交割形成割阶，引起位错缠结，因此造成位错运动困难，从而提高了钢强度。 有效方法：淬火+回火，钢淬火形成马氏体，马氏体中溶有过饱和C和元素，产生很强的固溶强化效应，马氏体形成时还产生高密度位错，位错强化效应很大；是形成许多极细小的取向不同的马氏体，产生细晶强化效应。因此淬火马氏体具有很高强度，但脆性很大，淬火后回火，马氏体中析出碳化物粒子，间隙固溶强化效应虽然大大减小，但产生很强的析出强化效应，由于基体上保持了淬火时细小晶粒，较高密度的位错及一定的固溶强化作用，所以回火马氏体仍具有很高强度，并且因间隙固溶引起的脆性减轻，韧性得到改善。 ★5、固溶强化、二次硬化、二次淬火、回火稳定性的含义。 1) 固溶强化：当溶质原子溶入基体金属形成固溶体能强化金属。 2) 二次硬化：在含、W、V较多的钢中, 回火后的硬度随回火温度的升高不是单调降低, 而是在某一温度后硬度反而增加, 并在某一温度(一般为550℃左右)达到峰值。这种在一定回火温度下硬度出现峰值的现象称为二次硬化 3) 二次淬火：通过某种回火之后，淬火钢的硬度不但没有降低，反而有所升高，这种现象称为二次淬火。
东北大学继续教育学院 工程材料学基础试卷（作业考核线上2） A 卷（共 3 页）总分题号一二三四五六七八九十得分 一、填空（每空1分，共20分） 1.位错是（线）缺陷、晶界是（面）缺陷。 2.碳在-Fe中形成的间隙固溶体称为（铁素体），它具有（ BCC（或体心 立方））晶体结构。 3.材料在受外力时表现的性能叫做（力学性能），又叫（机械性能）。 4.铝合金的时效方法可分为（自然时效）和（人工时效）两种。 5.固态物质按照原子在空间的排列方式，分为（晶体）和（非晶体）。 6.多数材料没有明显的屈服点，因此规定拉伸时产生（0.2%）残余变形所对应的 应力为（屈服强度）。 7.BCC晶格中，原子密度最大的晶面是（110 ），原子密度最大的晶向是 （ <111> ）。 8.共析钢过冷奥氏体的高温分解转变产物为（），中温分解转变产物为 （）。 9.-Fe和-Fe的晶体结构分别为（）和（）。 10.含碳量为0.0218%~2.11%称为（），大于2.11%的称为（）。 二、判断题（每题2分，共20分） 1.所有金属材料都有明显的屈服现象。（）
2.伸长率的测值与试样长短有关。（） 3.凡是由液体转变为固体的过程都是结晶过程。（）。 4.材料的强度与塑性只要化学成分一定，就不变了。（） 5.晶体具有固定的熔点。（） 6.结晶的驱动力是过冷度。（） 7.珠光体的形成过程，是通过碳的扩散生成低碳的渗碳体和高碳的铁素体的过程。（） 8.铸铁在浇注后快速冷却，不利于石墨化，容易得到白口。（） 9.材料愈易产生弹性变形其刚度愈小。（） 10.各种硬度值之间可以进行互换。（） 三、选择题（每题2分，共20分） 1.钢的淬透性主要取决与（d ）。 （a）含碳量；（b）冷却介质；（c）冷却方法；（d）合金元素。 2.二元合金在发生L→+共晶转变时，其相组成是（ c ）。 (a) 液相；（b）单一固相；(c)三相共存；（d）两相共存 3.在面心立方晶格中，原子密度最大的晶面是（ c ）。 （a）（100）（b）（110）；(c)（111）；（d）（121） 4.材料刚度与（ a ）有关。 (a)弹性模量；(b)屈服点；(c)抗拉强度；（d）伸长率 5.晶体中的位错属于（ c ）。 （a）体缺陷；（b）面缺陷；(c)线缺陷；（d）点缺陷 6.珠光体是（a ）。 （a）二相机械混合物；（b）单相固溶体；(c)金属化合物； 7.45钢是（b ）。
工程材料 判断题 、珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物 1..√ 2..× 、可锻铸铁中，石墨是团絮状的，有较高强度和一定塑韧性，所以可以锻造。 1..√ 2..× 、正火是将钢加热到临界温度以上一定范围保温一定时间，然后空冷的热处理工艺。 1..√ 2..× 、上贝氏体是由过饱和的铁素体和渗碳体组成。 1..√ 2..× 、把在实际晶体中出现的空位和间隙原子的缺陷叫做面缺陷。
1..√ 2..× 、实际金属中位错密度越大、晶界和亚晶界越多，其强度越高。 1..√ 2..× 、金属材料在载荷作用下抵抗变形和断裂的能力叫强度。 1..√ 2..× 、选材的一般原则包括满足零件使用性能、工艺性、经济性、环保和资源合理利用。 1..√ 2..× 、贝氏体是过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物。 1..√ 2..× 、奥氏体是碳溶解在γ中所形成的置换固溶体。 1..√
2..× 、钢的淬火后进行高温回火的工艺称为调质，其组织为回火索氏体。 1..√ 2..× 、零件失效形式包括变形失效、磨损失效、断裂失效。 1..√ 2..× 、表面淬火既能改变工件表面的化学成分，也能改善其心部组织与性能。 1..√ 2..× 、调质钢经淬火和高温回火后的组织是回火马氏体。 1..√ 2..× 、在一般情况下，金属结晶后晶粒越细小，则其强度越好，而塑性和韧性越差。 1..√ 2..×
、在铁碳合金中，铁素体在℃时，溶碳能力可达。 1..√ 2..× 、衡量材料的塑性的指标主要有伸长率和冲击韧性。 1..√ 2..× 、布氏硬度测量硬度时，用符号表示。 1..√ 2..× 、单晶体具有各向异性，多晶体具有各向同性。 1..√ 2..× 、失效是机械零件因某种原因致使丧失其规定功能的现象。 1..√ 2..× 、维氏硬度测量硬度时，用符号表示.
1.常见的金属晶格类型有哪些？试绘图说明其特征。 i 4 I 体心立方: 单位晶胞原子数为2 配位数为8 <3 原子半径=—a （设晶格常数为a） 4 致密度0.68
面心立方： 单位晶胞原子数为4 配位数为12 原子半径=_2a（设晶格常数为 4 a）致密度0.74
密排六方： 晶体致密度为0.74，晶胞内含有原子数目为6。配位数为12,原子半径为1/2a。 2实际金属中有哪些晶体缺陷？晶体缺陷对金属的性能有何影响点缺陷、线缺陷、面缺陷 一般晶体缺陷密度增大，强度和硬度提高。 3什么叫过冷现象、过冷度？过冷度与冷却速度有何关系？它对结晶后的晶粒大小有何影响？ 金属实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象。理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。金属结晶时的过冷度与冷却速度有关，冷却速度愈大，过冷度愈大，金属的实际结晶温度就愈低。结晶后的晶粒大小愈小。 4金属的晶粒大小对力学性能有何影响？控制金属晶粒大小的方法有哪些 一般情况下，晶粒愈细小，金属的强度和硬度愈高，塑性和韧性也愈好。
控制金属晶粒大小的方法有：增大过冷度、进行变质处理、采用振动、搅拌处理。 5?如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小： (1) 金属型浇注与砂型浇注： (2) 浇注温度高与浇注温度低； (3) 铸成薄壁件与铸成厚壁件； (4) 厚大铸件的表面部分与中心部分 (5) 浇注时采用振动与不采用振动。 (6) 浇注时加变质剂与不加变质剂。 (1) 金属型浇注的冷却速度快，晶粒细化，所以金属型浇注的晶粒小; (2) 浇注温度低的铸件晶粒较小； (3) 铸成薄壁件的晶粒较小； (4) 厚大铸件的表面部分晶粒较小； (5) 浇注时采用振动的晶粒较小。 (6) 浇注时加变质剂晶粒较小。。 6 ?金属铸锭通常由哪几个晶区组成 ？它们的组织和性能有何特点 ？ (1) 表层细等轴晶粒区 金属铸锭中的细等轴晶粒区，显微组织比较致密，室温下 力学性能最 高； (2) 柱状晶粒区 在铸锭的柱状晶区，平行分布的柱状晶粒间的接触面较为脆弱， 并常常聚集有易熔杂质和非金属夹杂物等，使金属铸锭在冷、热压力加工时容 易沿这些脆弱面产生开裂现象，降低力学性能。 (3) 中心粗等轴晶粒区 由于铸锭的中心粗等轴晶粒区在结晶时没有择优取向，不 存在脆弱的交界面，不同方向上的晶粒彼此交错，其力学性能比较均匀，虽然 其强度和硬度 低，但塑性和韧性良好。 7?为什么单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示各向异性 ？ 因为单晶体中的不同晶面和晶向上的原子密度不同， 导致了晶体在不同方向上的性能不 同的现象，因此其性能呈现各向异性的。 而多晶体是由许多位向不同的晶粒组成， 虽然每个晶粒具有各向异性， 但不同位向的各晶粒 的综合作用结果，使多晶体的各方向上性能一样，故显示出各向同性。 &试计算面心立方晶格的致密度。 4 3 4 一 r 3 3 a 9?什么是位错？位错密度的大小对金属强度有何影响 ？ 所谓位错是指晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。 随着位错密度的增加金属的强度会明显提高。 0.74 74% nv V
工程材料学基础复习题 一、填空 1. 位错是（线）缺陷、晶界是（面）缺陷。 2. 碳在-Fe 中形成的间隙固溶体称为（铁素体），它具有（BCC（或体心立方））晶体结构。 3. 材料在受外力时表现的性能叫做（力学性能），又叫（机械性能）。 4. 铝合金的时效方法可分为（自然时效）和（人工时效）两种。 5. 固态物质按照原子在空间的排列方式，分为（晶体）和（非晶体）。 6. 多数材料没有明显的屈服点，因此规定拉伸时产生（0.2% ）残余变形所对应的应力为（屈服强 度）。 7. BCC 晶格中，原子密度最大的晶面是（（110 ）），原子密度最大的晶向是 （<111> ）。 二、判断题 1. 所有金属材料都有明显的屈服现象。（） 2. 伸长率的测值与试样长短有关。（） 3. 凡是由液体转变为固体的过程都是结晶过程。（）。 4. 材料的强度与塑性只要化学成分一定，就不变了。（） 5. 晶体具有固定的熔点。（） 6. 结晶的驱动力是过冷度。（） 7. 珠光体的形成过程，是通过碳的扩散生成低碳的渗碳体和高碳的铁素体的过程。（）三、选择题1. 钢的淬透性主要取决与（D ）。 （a）含碳量；（b）冷却介质；（c）冷却方法；（d）合金元素。 2. 二兀合金在发生L T +共晶转变时，其相组成是（C ）。 （a）液相；（b）单一固相；（c）三相共存；（d）两相共存 3. 在面心立方晶格中，原子密度最大的晶面是（C ）。 （a）（100）（b）（110）；（c）（111）；（d）（121） 4. 材料刚度与（A ）有关。 （a）弹性模量；（b）屈服点；（c）抗拉强度；（d）伸长率 5. 晶体中的位错属于（C ）。 （a）体缺陷；（b）面缺陷；（c）线缺陷；（d）点缺陷 6. 珠光体是（A ）。 （a）二相机械混合物；（b）单相固溶体；（c）金属化合物； 7. 45 钢是（B ） （a）碳素结构钢；（b）优质碳素结构钢；（c）碳素工具钢；（d ）碳素铸钢 四、名词解释 同素异构：有些物质在固态下其晶格类型会随温度发生变化，这种现象叫做同素异构。 晶体缺陷：陷。断裂韧 实际应用的材料中，总是不可避免地存在着一些原子偏离规则排列，叫做晶体缺材料抵抗内部裂纹失稳扩展的能力。 时效：固溶处理获得过饱和固溶体在室温或一定加热条件下放置一定时间，强度、硬度升高塑性、韧性降低，叫做时效。 塑性：材料受力破坏前承受最大塑性变形的能力。 五、计算题
习题集部分参考答案 2金属的晶体结构 思考题 1.晶体和非晶体的主要区别是什么？ 答：晶体和非晶体的区别在于内部原子的排列方式。晶体内部的原子（或分子）在三维空间按一定规律作周期性排列，而非晶体内部的原子（或分子）则是杂乱分布的，至多有些局部的短程规律排列。因为排列方式的不同，性能上也有所差异。晶体有固定的熔点，非晶体没有，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性。 2.何为各向异性？ 答：各向异性是指晶体的某些物理性能和力学性能在不同方向上具有不同的数值。 3.为什么单晶体呈各向异性，而多晶体通常呈各向同性？ 答：单晶体是原子排列方位完全一致的一个晶粒，由于在不同晶向上原子密度不同，原子间的结合力不同，因而导致在单晶体中的各个方向上性能差异。 对于多晶体中的任意一个晶粒来看，基本满足单晶体的特征，呈现各向异性，但是在多晶体系统中，单一晶粒的各向异性已经被周围其他位向的晶粒所“干扰”或“抵消”，整个多晶系统呈现其各向同性。 4.什么叫晶体缺陷？晶体中可能有哪些晶体缺陷？他们的存在有何实际意义？ 答：晶体缺陷是指金属晶体中原子排列的不完整性。常见的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷和面缺陷三类，它们都会造成材料的晶格畸变。 点缺陷是指呈点状分布的缺陷，包含有空位、间隙原子和置换原子等，它对材料中的原子扩散、固态相变，以及材料的物理性能（电阻、体积、密度）等都会产生重大影响。过饱和的点缺陷还可以提高材料的强度。 线缺陷是各种类型的位错。对材料的变形、扩散以及相变起着非常大的作用。特别它很好地解释了塑性变形的微观机理，使我们了解到滑移是借助于位错的运动来实现的。当位错密度不高的情况下，位错支持了滑移，材料的塑性很好，但是当位错密度达到了较高的水平时，位错间的相互作用会造成位错的彼此“纠缠”，使滑移运动受阻，这时表现出材料的塑性变形的抗力提高，材料的强度提高。 金属晶体中面缺陷主要有晶界、亚晶界、孪晶界和相界等。比如：晶界处原子的平均能量比晶内高，在高温时，晶粒容易长大。晶界和亚晶界均可提高金属的强度。单位体积中的晶粒数目越多，晶界面积越大，晶格畸变越严重，材料的强度越高，同时材料的塑性也较好（同样的变形量可以分散到更多的晶粒中去进行，说明材料可以承受更大的变形量）。
页眉 工程材料习题集 钢的合金化基础第一章 1合金元素在钢中有哪四种存在形式？（马氏体），以溶质形式存在形成固溶体；、γ（奥氏体）、M①溶入α（铁素体）形成强化相：碳化物、金属间化合物；②形成非金属夹杂物；③。、以游离状态存在：CuAg④ 其中哪三个可无限溶解在奥氏体中？哪两个铁素体形成元素可写出六个奥氏体形成元素，2 无 限溶解在铁素体中？，其中（锰、钴、镍、铜、碳、氮）C、NCo、Ni、Cu、①奥氏体形成元素：Mn、（铜、碳、氮）为有限溶NC、、Co、Ni（锰、钴、镍）可无限溶解在奥氏体中，CuMn、解；（铬、钒）可无限溶解在铁素体中，其余为有限溶解。、V②Cr 写出钢中常见的五种非碳化物形成元素。3Co 、、Cu、Si、Al①非碳化物形成元素：Ni按碳化物稳定性由弱到强的顺序按由强到弱的顺序写出钢中常见的八种碳化物形成元素。4 写出钢中常见的四种碳化物的分子式。Fe Mn、Cr、（弱）、、V、（中强）W、MoNb①碳化物由强到弱排列：（强）Ti、C→MC→MFeC→MC②碳化物稳定性由弱到强的顺序：63623容易加工硬化？奥氏体层而高锰奥氏体钢难于冷变形，5为什么高镍奥氏体钢易于冷变形，错能高和低时各形成什么形态的马氏体？越有层错能越低，镍是提高奥氏体层错能的元素，锰是降低奥氏体层错能的元素，①利于位错扩展而形成层错，使交滑移困难，加工硬化趋势增大。钢；奥氏体层错Cr18-Ni8 奥氏体层错能越低，形成板条马氏体，位错亚结构。如②合金。能越高，形成片状马氏体，孪晶亚结构。如Fe-Ni钢的强化机制的出发点是什么？钢中常用的四种强化方式是什么？其中哪一种方式在提6 高强度的同时还能改善韧性？钢中的第二相粒子主要有哪两个方面的作用？①强化机制的出发点是造成障碍，阻碍位错运动。、第二相强化、位错钢中常用的四种强化方式：固溶强化、晶界强化（细晶强化）②强化（加工硬化）。晶界强化（细晶强化）在提高强度的同时还能改善韧性。③沉淀强化。钢中的第二相粒子主要作用：细化晶粒、弥散④/ 钢中常用的韧性指标有哪三个？颈缩后的变形主要取决于什么？7韧性指标：冲击韧度①? TK、韧脆转变温度、平面应变断裂韧度。ICk k颈缩后的变形用?表示，主要取决于微孔坑或微裂纹形成的难易程度。②P钢中碳化物应保持什么形晶粒大小对极限塑性有什么影响？为什么？为了改善钢的塑性，8 态？细化晶粒对改善均匀塑性(εu) 贡献不大，但对极限塑性(εT)却会有一定好处。因为① 随着晶粒尺寸的减少，使应力集中减弱，推迟了微孔坑的形成。应为球状、钢中的碳化物（第二相）充分发挥弥散强化的作用，②为了改善钢的塑性，细小、均匀、弥散地分布。页脚 页眉 9改善延性断裂有哪三个途径？改善解理断裂有哪两种方法？引起晶界弱化的因素有哪两个？ ①改善延性断裂有三个途径：（1）减少钢中第二相的数量：尽可能减少第二相数量，特别是夹杂物的数量。细化、球化第二相颗粒。（2）提高基体组织的塑性：宜减少基体组织中固溶强化 效果大的元素含量。（3）提高组织的均匀性：目的是防止塑性变形的不均匀性，以减少应力集中；碳化物强化相呈细小弥散分布，而不要沿晶界分布。 ②改善解理断裂有两种方法：（1）细化晶粒；（2）加入Ni元素降低钢的T。k③引起晶界弱化的因素有两个：（1）溶质原子(P、As、Sb、Sn)在晶界偏聚，晶界能r下降，裂纹易于沿晶界形成和扩展。（2）第二相质点(MnS、Fe3C)沿晶界分布，微裂纹g易于在晶界形成，主裂纹易于
工程材料课后大作业 1.现有下列零件及可供选择的材料,给各零件选择合适的材料,并选择合适的最终热处理方法(或使用状态). 零件名称:自行车架,连杆螺栓,车厢板簧,滑动轴承,变速齿轮,机床床身,柴油机曲轴. 可选材料:60Si2Mn,ZQSn6-6-3,QT600-2, T12A, 40Cr, HT200, 16Mn, 20CrMnTi.答：自行车架：16Mn 焊接 连杆螺栓：40Cr 最终热处理方法：调质； 车厢板簧：60Si2Mn 最终热处理方法：淬火+中温回火； 滑动轴承：ZQSn6-6-3 使用状态：铸造； 变速齿轮：20CrMnTi 最终热处理方法：渗碳后淬火、低温回火； 机床床身：HT200 最终热处理方法：去应力退火； 柴油机曲轴：QT600-2 最终热处理方法：等温淬火。 2. 某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（HRC>50），而心部具有 良好的韧性（Ak>40J），原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的45钢已用完，只剩15钢，拟用15钢代替。试说明： （1）原45钢各热处理工序的作用； （2）改用15钢后，应按原热处理工序进行能否满足性能要求？为什么？ （3）改用15钢后，为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下采用何种热处理工艺？ 答：(1)调质处理：得到心部硬度,获得良好的综合力学性能和疲劳强度，为高频淬火做好准备；高频淬火：使其有足够的强度硬度，耐磨性;低温回火：消除内应力，便于后续加工; （2）、不能，心部较软而表面硬度，会造成表面脱落； （3）表面要渗碳处理 3. 选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛 坯，并且钢材具有足够的淬透性）： （1）某机床变速箱齿轮（模数m=4），要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45 钢； （2）某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴径部分要求耐磨（HRC 50-55），材料选用45 钢； （3）镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用38CrMoALA。 （4）M12 丝锥，要求刃部硬度为60～62HRC，柄部硬度为30～40HRC，材料选用T12A。 答: ⑴45钢机床变速箱齿轮: 下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→超音频感应加热淬火+低温回火→精磨→成品； ⑵45钢机床主轴: 下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火+低
1、画出纯金属的冷却曲线，解释其上各参数T0、 T1和?T 的含义。 答： T 0：理论结晶温度，即液体和晶体处于动平衡状态的温度。 T 1：实际结晶温度，晶体结晶的实际温度，结晶只有在T 0以下的实际结晶温度T 1才能进行。 ?T ：过冷度，即理论结晶温度与实际结晶温度之差，?T= T 0 –T 1。 2、晶核的形成和长大方式是什么？ 答：形核有两种方式，即均匀形核和非均匀形核。 由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核。以液体中存在的固态杂质为核心形核称非均匀形核。 晶核的长大方式主要有两种，即均匀长大和树枝状长大。均匀长大：在正温度梯度下，晶体生长主要以平面状态向前推进。树枝状长大：在负温度梯度下，结晶主要以树枝状向前推进。 T
3、写出二元合金的匀晶、共晶、包晶、共析等典型转变的定义，并分析其相图。（我这里是以Pb、Sn 合金进行描述的） 答：从液相中结晶出单一固相的转变称为匀晶转变或匀晶反应。匀晶相图由两条线构成，上面是液相线，下面是固相线。相图被分为三个相区，液相线以上为液相区(L)，固相线以下为固相区(固溶体α)，两线之间为两相区（两相共存L+α）。
在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变称作共晶转变或共晶反应. 相图分析 ① 相：相图中有L 、α、β 三种相, α 是溶质Sn 在 Pb 中的固溶体， β 是溶质Pb 在Sn 中的固溶体。② 相区：相图中有三个单相区： L 、α 、β ；三个两相区：L+α 、L+β 、α + β ；一个三相区：即水平线CED 。③ 液固相线: 液相线AEB, 固相线 L + α 温度液相线 固相线 B α α+L
工程材料试题及答案 一、判断题 1、合金渗碳钢经最终热处理后的组织全部是回火马氏体。（×） 2、热加工与冷加工的主要区别在于是否有加工强化现象产生。（×） 3、铸铁是含碳量小于2.11%的铁碳合金。（×） 4、二元共晶相图是指合金两组元在液态和固态均能无限互溶所构成的相图。（×） 5、感应加热表面淬火一般只改变钢件表面层的组织，而不改变心部组织。（√） 6、一个合金的室温组织为α+β11 +（α+β），则它由三相组成。（×） 7、将金属加热到再结晶温度以上时，金属将发生回复、再结晶及晶粒长大等变化。（√） 8、金属在塑性变形后产生的纤维组织能使金属具有各向异性。（√） 9、碳钢的塑性和强度都随着含碳量的增加而降低。（×） 10、金属的再结晶转变，也要经历形核与晶核长大的过程。（√） 二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法（30分） 路线为： 下料锻造正火机加工调质机加工（精） 轴颈表面淬火低温回火磨加工 指出：1、主轴应用的材料：45钢 2、正火的目的和大致热处理工艺细化晶粒，消除应力；加热到Ac3＋50℃保温一段
时间空冷 3、调质目的和大致热处理工艺强度硬度塑性韧性达到良好配合淬火＋高温回火 4、表面淬火目的提高轴颈表面硬度 5．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。去除表面淬火热应力，表面M＋A’心部S 回 四、选择填空（20分） 1、合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（d） （a）均强烈阻止奥氏体晶粒长大（b）均强烈促进奥氏体晶粒长大 （c）无影响（d）上述说法都不全面 2、适合制造渗碳零件的钢有（c）。 （a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A （b）45、40Cr、65Mn、T12 （c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi 3、要制造直径16mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c ） （a）45钢经正火处理（b）60Si2Mn经淬火和中温回火（c）40Cr钢经调质处理4、制造手用锯条应当选用（a ） （a）T12钢经淬火和低温回火（b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火（c）65钢淬火后中温回火 5、高速钢的红硬性取决于（b ） （a）马氏体的多少（b）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量（c）钢中的碳含量6、汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c ） （a）60钢渗碳淬火后低温回火（b）40Cr淬火后高温回火（c）20CrMnTi渗碳淬火后低温回火 7、65、65Mn、50CrV等属于哪类钢，其热处理特点是（c ） （a）工具钢，淬火+低温回火（b）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火（c）弹簧钢，淬火+中温回火 8、二次硬化属于（d） （a）固溶强化（b）细晶强化（c）位错强化（d）第二相强化 9、1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（b） （a）获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性 （b）获得单一的奥氏体组织，提高抗腐蚀性，防止晶间腐蚀（c）降低硬度，便于切削加工 10、推土机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击，应选择用（b ） （a）20Cr渗碳淬火后低温回火（b）ZGMn13—3经水韧处理（c）W18Cr4V淬火后低温回火 11、位错是一种。（①） ①线缺陷②点缺陷③面缺陷 12、纯铁在850℃时为晶格。（①） ①体心立方②面心立方③密排六方 13、有些金属在固态下会发生晶体结构的变化，这种变化可以称为。(③) ①等温转变②变温转变③同素异构转变 14、共析钢过冷奥氏体在连续冷却时，有如下转变。(②) ①只有贝氏体和马氏体转变，而没有珠光体型转变 ②只有珠光体型和马氏体转变，而没有贝氏体转变 ③只有珠光体型和贝氏体转变，而没有马氏体转变
1、1 4.简答及综合分析题 (1）金属结晶得基本规律就是什么？条件就是什么？简述晶粒得细化方法。 （2）什么就是同素异构转变？ (１)金属结晶得基本规律:形核、长大; 条件就是具有一定得过冷度； 液态金属晶粒得细化方法:增大过冷度、变质处理、附加振动; 固态金属晶粒得细化方法:采用热处理、压力加工方法。 (2)金属同素异构性(转变）：液态金属结晶后获得具有一定晶格结构得晶体,高温状态下得晶体,在冷却过程中晶格发生改变得现象。 １、2 4。简答及综合分析题 （４)简述屈服强度得工程意义。 （5)简述弹性变形与塑性变形得主要区别。 （4）答：屈服强度就是工程上最重要得力学性能指标之—.其工程意义在于:①屈服强 度就是防止材料因过最塑性变形而导致机件失效得设计与选材依据； ②根据屈服强度与抗拉强度之比（屈强比）得大小，衡量材料进一步产生塑性变形得倾向，作为金属材料冷塑性变形加工与确定机件缓解应力集中防止脆性断裂得参考依据。 (５）答:随外力消除而消失得变形称为弹性变形。当外力去除时，不能恢复得变形称为塑性变形。 1、３ 4.简答题 （6）在铁碳相图中存在三种重要得固相，请说明它们得本质与晶体结构(如，δ相就是碳在δ—Ｆｅ中得固溶体，具有体心立方结构）。 α相就是 ; γ相就是
； Fe３C相就是。 （7）简述Fe—Fe３C相图中共晶反应及共析反应,写出反应式,标出反应温度. （9）在图３—2所示得铁碳合金相图中，试解答下列问题: 图3—2铁碳合金相图 （1)标上各点得符号； (2）填上各区域得组成相(写在方括号内）; (3）填上各区域得组织组成物（写在圆括号内); （４)指出下列各点得含碳量：E（)、C（）、P( )、S（)、K（）；(5）在表３—1中填出水平线得温度、反应式、反应产物得名称。 表3—１ （6)答:碳在α—Fe中得固溶体，具有体心立方结构；碳在γ—Fe中得固溶体,具有面心 立方结构;Fe与Ｃ形成得金属化合物，具有复杂结构。
工程材料习题集 第一章钢得合金化基础 1合金元素在钢中有哪四种存在形式？ ①溶入α(铁素体)、γ(奥氏体)、M(马氏体),以溶质形式存在形成固溶体; ②形成强化相:碳化物、金属间化合物; ③形成非金属夹杂物; ④以游离状态存在:Cu、Ag。 2写出六个奥氏体形成元素,其中哪三个可无限溶解在奥氏体中？哪两个铁素体形成元素可无限溶解在铁素体中？ ①奥氏体形成元素:Mn、Co、Ni、Cu、C、N(锰、钴、镍、铜、碳、氮),其中Mn、Co、Ni(锰、钴、镍)可无限溶解在奥氏体中,Cu、C、N(铜、碳、氮)为有限溶解; ②Cr、V(铬、钒)可无限溶解在铁素体中,其余为有限溶解。 3写出钢中常见得五种非碳化物形成元素。 ①非碳化物形成元素:Ni、Si、Al、Cu、Co 4按由强到弱得顺序写出钢中常见得八种碳化物形成元素。按碳化物稳定性由弱到强得顺序写出钢中常见得四种碳化物得分子式。 ①碳化物由强到弱排列:(强)Ti、Nb、V、(中强)W、Mo、Cr、(弱)Mn、Fe ②碳化物稳定性由弱到强得顺序:Fe3C→M23C6→M6C→MC 5为什么高镍奥氏体钢易于冷变形,而高锰奥氏体钢难于冷变形,容易加工硬化？奥氏体层错能高与低时各形成什么形态得马氏体？ ①镍就是提高奥氏体层错能得元素,锰就是降低奥氏体层错能得元素,层错能越低,越有利于位错扩展而形成层错,使交滑移困难,加工硬化趋势增大。 ②奥氏体层错能越低,形成板条马氏体,位错亚结构。如Cr18-Ni8钢;奥氏体层错能越高,形成片状马氏体,孪晶亚结构。如Fe-Ni合金。 6钢得强化机制得出发点就是什么？钢中常用得四种强化方式就是什么？其中哪一种方式在提高强度得同时还能改善韧性？钢中得第二相粒子主要有哪两个方面得作用？ ①强化机制得出发点就是造成障碍,阻碍位错运动。 ②钢中常用得四种强化方式:固溶强化、晶界强化(细晶强化)、第二相强化、位错强化(加工硬化)。 ③晶界强化(细晶强化)在提高强度得同时还能改善韧性。 ④钢中得第二相粒子主要作用:细化晶粒、弥散/沉淀强化。 7钢中常用得韧性指标有哪三个？颈缩后得变形主要取决于什么？ α、平面应变断裂韧度K IC、韧脆转变温度T k。 ①韧性指标:冲击韧度 k ε表示,主要取决于微孔坑或微裂纹形成得难易程度。 ②颈缩后得变形用P 8晶粒大小对极限塑性有什么影响？为什么？为了改善钢得塑性,钢中碳化物应保持什么形态？ ①细化晶粒对改善均匀塑性(εu)贡献不大,但对极限塑性(εT)却会有一定好处。因为随着晶粒尺寸得减少,使应力集中减弱,推迟了微孔坑得形成。 ②为了改善钢得塑性,充分发挥弥散强化得作用,钢中得碳化物(第二相)应为球状、细小、均匀、弥散地分布。 9改善延性断裂有哪三个途径？改善解理断裂有哪两种方法？引起晶界弱化得因素有哪两
工程材料及成形技术作业题库 一. 名词解释 1.间隙固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。 2.过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。 3..同素异构性：同一合金在不同温度下晶格类型不同的现象。 4.同素异构性：同一合金在不同温度下晶格类型不同的现象。 5.再结晶：金属发生重新形核和长大而晶格类型没有改变的结晶过程。 6.枝晶偏析：结晶后晶粒内成分不均匀的现象。 7.淬透性：钢淬火时获得淬硬层深度的能力。 8.淬硬性：钢淬火时得到的最大硬度。 9.临界冷却速度：奥氏体完全转变成马氏体的最低冷却速度。 10.热硬性：钢在高温下保持高硬度的能力。 11.时效强化：经固溶处理后随着时间的延长强度不断提高的现象。 12.形变强化：由于塑性变形而引起强度提高的现象。 13.调质处理：淬火+高温回火得到回火索氏体的热处理工艺。 14.变质处理：在浇注是向金属液中加入变质剂，使其形核速度升高长大速度减低，从而实现细化晶粒的 处理工艺。 15.顺序凝固原则：铸件时使金属按规定从一部分到另一部分逐渐凝固的原则。 16.同时凝固原则： 17.孕育铸铁：经过孕育处理的铸铁。 18.热固性塑料： 19.热塑性塑料： 二. 判断正误并加以改正 1.细化晶粒虽能提高金属的强度,但增大了金属的脆性. （╳） 改正：细化晶粒不但能提高金属的强度，也降低了金属的脆性。 2.结构钢的淬透性,随钢中碳含量的增大而增大. （╳） 改正：结构钢的淬硬性，随钢中碳含量的增大而增大。 3.普通低合金结构钢不能通过热处理进行强化。（√） 4. 单晶体必有各向异性. （√） 5. 普通钢和优质钢是按其强度等级来区分的. （╳） 改正：普通钢和优质钢是按钢中有害杂质硫、磷的含量来划分的。 6. 过热钢经再结晶退火后能显著细化晶粒. （√） 7. 奥氏体耐热钢也就是奥氏体不锈钢。（╳） 改正：奥氏体耐热钢不是奥氏体不锈钢。 8. 马氏体的晶体结构和铁素体的相同. （√） 9. 面心立方金属的塑性比体心立方金属的好. （╳） 10. 铁素体是置换固溶体. （╳） 改正：铁素体是碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体体。
工程材料习题集 第一章钢的合金化基础 1合金元素在钢中有哪四种存在形式？ ①溶入α（铁素体）、γ（奥氏体）、M（马氏体），以溶质形式存在形成固溶体； ②形成强化相：碳化物、金属间化合物； ③形成非金属夹杂物； ④以游离状态存在：Cu、Ag。 2写出六个奥氏体形成元素，其中哪三个可无限溶解在奥氏体中？哪两个铁素体形成元素可无限溶解在铁素体中？ ①奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni、Cu、C、N（锰、钴、镍、铜、碳、氮），其中Mn、Co、Ni（锰、钴、镍）可无限溶解在奥氏体中，Cu、C、N（铜、碳、氮）为有限溶解； ②Cr、V（铬、钒）可无限溶解在铁素体中，其余为有限溶解。 3写出钢中常见的五种非碳化物形成元素。 ①非碳化物形成元素：Ni、Si、Al、Cu、Co 4按由强到弱的顺序写出钢中常见的八种碳化物形成元素。按碳化物稳定性由弱到强的顺序写出钢中常见的四种碳化物的分子式。 ①碳化物由强到弱排列：（强）Ti、Nb、V、（中强）W、Mo、Cr、（弱）Mn、Fe ②碳化物稳定性由弱到强的顺序：Fe3C→M23C6→M6C→MC 5为什么高镍奥氏体钢易于冷变形，而高锰奥氏体钢难于冷变形，容易加工硬化？奥氏体层错能高和低时各形成什么形态的马氏体？ ①镍是提高奥氏体层错能的元素，锰是降低奥氏体层错能的元素，层错能越低，越有利于位错扩展而形成层错，使交滑移困难，加工硬化趋势增大。 ②奥氏体层错能越低，形成板条马氏体，位错亚结构。如Cr18-Ni8钢；奥氏体层错能越高，形成片状马氏体，孪晶亚结构。如Fe-Ni合金。 6钢的强化机制的出发点是什么？钢中常用的四种强化方式是什么？其中哪一种方式在提高强度的同时还能改善韧性？钢中的第二相粒子主要有哪两个方面的作用？ ①强化机制的出发点是造成障碍，阻碍位错运动。 ②钢中常用的四种强化方式：固溶强化、晶界强化（细晶强化）、第二相强化、位错强化（加工硬化）。 ③晶界强化（细晶强化）在提高强度的同时还能改善韧性。 ④钢中的第二相粒子主要作用：细化晶粒、弥散/沉淀强化。 7钢中常用的韧性指标有哪三个？颈缩后的变形主要取决于什么？ α、平面应变断裂韧度K IC、韧脆转变温度T k。 ①韧性指标：冲击韧度 k ε表示，主要取决于微孔坑或微裂纹形成的难易程度。 ②颈缩后的变形用P 8晶粒大小对极限塑性有什么影响？为什么？为了改善钢的塑性，钢中碳化物应保持什么形态？ ①细化晶粒对改善均匀塑性(εu)贡献不大，但对极限塑性(εT)却会有一定好处。因为随着晶粒尺寸的减少，使应力集中减弱，推迟了微孔坑的形成。 ②为了改善钢的塑性，充分发挥弥散强化的作用，钢中的碳化物（第二相）应为球状、细小、均匀、弥散地分布。
东北大学《工程材料学基础》在线平时作业2满分答案 1 3、当残余奥氏体比较稳定．在较高温度回大加热保温时来发生分解：而在随后冷却时转变为马氏体。这种 在回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体的现象称为（）。 A 二次硬化 B 回火抗性 C 二次淬火 答案：C 2 12、T12钢的正常淬火组织是（）。 A A 马氏体残余奥氏体球状碳化物 B 马氏体球状碳化物 C 马氏体 答案：A 3 7、亚共析钢的正常淬火加热温度是（）。 A Ac1+30~50℃ B Ac3+30~50℃ C Accm+30~50℃ 答案：B 4 12、T12钢的正常淬火组织是（）。 A 马氏体残余奥氏体球状碳化物 B 马氏体球状碳化物 C 马氏体 答案：A 5 2、对于亚共折钢，适宜的淬火加热温度一般为（），淬火后的组织为均匀的马氏体。 A Ac1+30~50℃ B Acm+30~50℃ C Ac3+30~50℃ 答案：C 1 31、热处理只适用于固态下发生相变的材料。（） A 错误 B 正确 答案：B 2 1、合金中凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的、物理化学性能均匀的组成部分叫相。 A 错误 B 正确 答案：B
3 17、金属钛具有同素异构转变。（） A 错误 B 正确 答案：B 4 6、时效强化是指由于形成固溶体而使强度、硬度升高的现象。（） A 错误 B 正确 答案：A 5 12、材料的刚度可以弹性模量值来反映，可通过热处理改变组织的方法来提高材料的刚度。 A 错误 B 正确 答案：A 6 13、铸件的壁厚越薄，越容易出现白口。（） A 错误 B 正确 答案：B 7 5、金属理想晶体的强度比实际晶体强度稍高一些。 A 错误 B 正确 答案：A 8 22. 钢中铁素体与奥氏体的本质区别在于含碳量不同。（） A 错误 B 正确 答案：A 9 17. T10和T12钢如其淬火温度一样，那么它们的淬火后残余奥氏体的含量也是一样的。（） A 错误 B 正确 答案：A 10 19、断裂韧性和强度的单位是相同的。 A 错误 B 正确 答案：A 11 12、铸件的冷却速度越快，越容易石墨化。（） A 错误 B 正确
4 ?简答及综合分析题 (1 )金属结晶的基本规律是什么？条件是什么？简述晶粒的细化方法。 (2)什么是同素异构转变？ (1)金属结晶的基本规律：形核、长大； 条件是具有一定的过冷度； 液态金属晶粒的细化方法：增大过冷度、变质处理、附加振动； 固态金属晶粒的细化方法：采用热处理、压力加工方法。 (2)金属同素异构性(转变)：液态金属结晶后获得具有一定晶格结构的晶体，高温状态下的 晶体，在冷却过程中晶格发生改变的现象。 4 ?简答及综合分析题 (4)简述屈服强度的工程意义。 (5)简述弹性变形与塑性变形的主要区别。 (4)答：屈服强度是工程上最重要的力学性能指标之一。其工程意义在于：①屈服强 度是防止材料因过最塑性变形而导致机件失效的设计和选材依据； ②根据屈服强度与抗拉强度之比(屈强比)的大小，衡量材料进一步产生塑性变形的倾向，作 为金属材料冷塑性变形加工和确定机件缓解应力集中防止脆性断裂的参考依据。 ⑸答:随外力消除而消失的变形称为弹性变形。当外力去除时，不能恢复的变形称为塑性 变形。 4 ?简答题 (6)在铁碳相图中存在三种重要的固相，请说明它们的本质和晶体结构(如，3相是碳在3 —Fe中的固溶体，具有体心立方结构)。 a相是_____________________________________________________________________________ ； Y相是 _____________________________________________________________________________ ； Fe3C相是。 ⑺ 简述Fe—Fe3C相图中共晶反应及共析反应，写出反应式，标出反应温度。 (9)在图3—2所示的铁碳合金相图中，试解答下列问题:
工程材料学总结(2020) 第一部分：晶体结构与塑性变形 一、三种典型的金属晶体结构 1、bcc、fcc、hcp的晶胞结构、内含原子数，致密度、配位数。 2、立方晶系的晶向指数[uvw]、晶面指数(hkl)的求法和画法。 3、晶向族〈…〉/晶面族{…}的意义（原子排列规律相同但方向不同的一组晶向/晶面，指数的数字相同而符号、顺序不同），会写出每一晶向族/晶面族包括的全部晶向/晶面。 4、bcc、fcc晶体的密排面和密排方向。 密排面密排方向 fcc {111} <110>bcc {110} <111> 二、晶体缺陷 1、点缺陷、线缺陷、面缺陷包括那些具体的晶体缺陷。如：位错是线缺陷，晶界（包括亚晶界）是面缺陷 三、塑性变形与再结晶 1、滑移的本质：滑移是通过位错运动进行的。 2、滑移系 =滑移面 + 其上的一个滑移方向。滑移面与滑移方向就是晶体的密排面和密排方向。 3、强化金属的原理及主要途径：阻碍位错运动，使滑移进行困难，提高了金属强度。主要途径是细晶强化（晶界阻碍）、固
溶强化（溶质原子阻碍）、弥散强化（析出相质点阻碍）、加工硬化（因塑变位错密度增加产生阻碍）等。 4、冷塑性变形后金属加热时组织性能的变化过程：回复→再结晶→晶粒长大。性能变化：回复：不引起硬度大的变化；再结晶：硬度大幅度降低 5、冷、热加工的概念冷加工：在再结晶温度以下进行的加工变形，产生纤维组织和加工硬化、内应力。热加工：在再结晶温度以上进行的加工变形，同时进行再结晶，产生等轴晶粒，加工硬化、内应力全消失。 6、热加工应使流线合理分布，提高零件的使用寿命。第二部分：金属与合金的结晶与相图 一、纯金属的结晶 1、为什么结晶必须要过冷度？ 2、结晶是晶核形成和晶核长大的过程。 3、细化晶粒有哪些主要方法？（三种方法） 二、二元合金的相结构与相图 1、固溶体和金属化合物的区别。（以下哪一些是固溶体，哪一些是金属化合物：α-Fe、γ-Fe、 Fe3 C、 A、 F、 P、L’d、 S、 T、 B上、B下、M片、M条？）