第一章材料的性能
1-1什么是金属材料的力学性能？金属材料的力学性能包含哪些方面?
所谓力学性能，是指材料抵抗外力作用所显示的性能。力学性能包括强度刚度硬度塑性韧性和疲劳强度等
1-2什么是强度？在拉伸试验中衡量金属强度的主要指标有哪些？他们在工程应用上有什么意义？
强度是指材料在外力作用下，抵抗变形或断裂的能力。在拉伸试验中衡量金属强度的主要指标有屈服强度和抗拉强度。
屈服强度的意义在于：在一般机械零件在发生少量塑性变形后，零件精度降低或其它零件的相对配合受到影响而造成失效，所以屈服强度就成为零件设计时的主要依据之一。
抗拉强度的意义在于：抗拉强度是表示材料抵抗大量均匀塑性变形的能力。脆性材料在拉伸过程中，一般不产生颈缩现象，因此，抗拉强度就是材料的断裂强度，它表示材料抵抗断裂的能力。抗拉强度是零件设计时的重要依据之一。
1-3什么是塑性？在拉伸试验中衡量塑性的指标有哪些？
塑性是指材料在载荷作用下发生永久变形而又不破坏其完整性的能力。拉伸试验中衡量塑性的指标有延伸率和断面收缩率。
1-4什么是硬度？指出测定金属硬度的常用方法和各自的优缺点。
硬度是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力。生产中测定硬度最常用的方法有是压入法，应用较多的布氏硬度洛氏硬度和维氏硬度等试验方法。
布氏硬度试验法的优点：因压痕面积较大，能反映出较大范围内被测试材料的平均硬度，股实验结果较精确，特别适用于测定灰铸铁轴承合金等具有粗大经理或组成相得金属材料的硬度；压痕较大的另一个优点是试验数据稳定，重复性强。其缺点是对不同材料需要换不同直径的压头和改变试验力，压痕直径的测量也比较麻烦；因压痕大，不以测试成品和薄片金属的硬度。
洛氏硬度试验法的优点是：操作循序简便，硬度值可直接读出；压痕和较小，可在工件上进行试验；采用不同标尺可测定各种软硬不同的金属厚薄不一的式样的硬度，因而广泛用于热处理质量检验。其缺点是：因压痕较小，对组织比较粗
大且不均匀的材料，测得的结果不够准确；此外，用不同标尺测得的硬度值彼此没有联系，不能直接进行比较。
维氏硬度试验法的优点是：不存在布氏硬度试验时要求试验力与压头直径之间满足所规定条件的约束，也不洛氏硬度试验是不同标尺的硬度无法统一的弊端，硬度值较为精确。唯一缺点是硬度值需要通过测量压痕对角线长度后才能进行计算或查表，因此工作效率比洛氏硬度低得多。
1-5在下面几种情况下，该用什么方法来测试硬度？写出硬度符号。
（1）检查锉刀、钻头成品硬度；（2）检查材料库中钢材硬度；（3）检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层；（4）黄铜轴套；（5）硬质合金刀片；
（1）检查锉刀、钻头成品硬度采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。
（2）检查材料库中钢材硬度采用布氏硬度试验来测定，硬度值符号HBW。
（3）检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层硬度采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。
（4）黄铜轴套硬度采用布氏硬度试验来测定，硬度值符号HBW。
（5）硬质合金刀片采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。
1-6什么是冲击韧性？a K指标有什么应用意义？
冲击韧性是指金属材料在冲击力作用下，抵抗破坏的能力。
冲击韧性a K代表了在指定温度下，材料在缺口和冲击载荷共同作用下脆化的趋势及其程度，是一个对成分、组织、结构极敏感的参数。一般把冲击韧性值a K低的材料称为脆性材料，值高的称为韧性材料。
1-7为什么疲劳断裂对机械零件有很大的潜在危险？交变应力与重复应力有什么区别？试举出一些零件在工作中分别存在着两种应力的例子。
疲劳断裂与静载荷作用下得断裂不同，无论是脆性材料还是塑性材料，疲劳断裂都是突然发生的脆性断裂，而且往往工作应力低于其屈服强度，固有很大的危险性。
第二章材料的结构
2-1：1g铁在室温和1000℃时各含有多少个晶胞？（Fe的相对原子质量56）在室温：铁为体心立方结构，每个晶胞中的原子数为2个，所以1g铁含有的
晶胞数为N=5612
1?A N =A N 1121 1000℃时: 铁为面心立方结构，每个晶胞中的原子数为4个，所以1g 铁含有的晶胞数为N=
56141?A N =A N 2241 2-2在立方晶格中，画出下列晶向和晶面指数：（111），（110），（211）（-111），[111]，
[110]，[112]，[-111]。
2-3求面心立方晶体中[112]晶向上的原子间距。
2-4单晶体和多晶体有何差别？为什么单晶体具有各向异性，多晶体具有各项同性？
单晶体是由原子排列位向或方式完全一致的晶格组成的；多晶体是由很多个小的单晶体所组成的，每个晶粒的原子位向是不同的。
因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。
2-5简述实际金属晶体和理想晶体在结构与性能上的主要差异。
理想晶体中原子完全为规则排列，实际金属晶体由于许多因素的影响，
使这些原子排列受到干扰和破坏，内部总是存在大量缺陷。
如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中
缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。
2-6简述间隙固溶体和间隙化合物的异同点。
间隙固溶体和间隙化合物都是溶质原子嵌入晶格间隙形成的。
间隙固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而间隙化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成。
2-7有两种乙烯和丙烯的共聚物，其组成相同，但其中一种在是温室时是橡胶状
的，温度一直降低值约-70时才变硬；而另一种是温室时却是硬而韧又不透明的材料。试解释他们在结构上的区别。
高聚物在不同温度下有三种力学状态：玻璃态、高弹态、粘流态。
前者在室温下是橡胶态，-70℃时变硬，说明其玻璃态转变温度T g约为-70℃
2-8陶瓷的典型组织由哪几部分组成？他们对陶瓷性能各起什么作用？
陶瓷材料是多相多晶材料，其结构中同时存在：晶体相（晶相）、玻璃相、气相，各组成相的结构、数量、形态、大小及分布决定了陶瓷的性能。
晶相是陶瓷材料的主要组成相，对陶瓷的性能起决定性作用，晶相的结合键为：离子键、共价键、混合键；且晶体缺陷还可加速陶瓷的烧结扩散过程，影响陶瓷性能；陶瓷晶粒愈细，陶瓷的强度愈高。
玻璃相是一种非晶态固体，是陶瓷烧结时，各组成相与杂质产生一系列物理化学反应形成的液相在冷却凝固时形成的。将分散的晶相粘结在一起；降低烧结温度；抑制晶相的晶粒长大；填充气孔。
气相指陶瓷孔隙中的气体即气孔。它能使陶瓷强度降低、介电损耗增大，电击穿强度下降，绝缘性降低。
第三章材料的凝固与结晶
3-1为什么金属结晶时必须过冷？
由热力学第二定律可知：在等温等压条件下，过程自动进行的方向总是向着系统自由能降低的方向。
金属在过冷的条件下，那些处于能量较低状态的原子集团就可能成为自发形核的晶胚，这是结晶的必要阶段。所以结晶的热力学条件是有一定的过冷度。3-2为什么金属结晶时常以枝晶方式长大？
在不平衡凝固过程中，固相中溶质浓度分布不均匀，凝固结束时，晶体中成分也不均匀，即有成分偏析现象。而当成分过冷很大时，固溶体晶体以树枝状生长时，先结晶的枝晶主干溶质浓度低，枝晶外围部分溶质浓度高，形成树枝状偏析。
3-3常用的管路焊锡为成分w(Pb=50%)、w(Sn=50%) 的Pb-Sn合金。若该合金以及慢速度冷却至室温，求合金显微组织中相组成物和组织组成物的相对量。
图3-1 Pb-Sn合金相图图3-2 w(Pb=50%)Pb-Sn合金室温组织由相图（图3-1）可知，成分为w(Pb=50%)、w(Sn=50%) 的Pb-Sn合金（亚共晶合金）以慢速度冷却至室温时发生的结晶过程为：先进行匀晶转变(L→α), 匀晶转变剩余的液相再进行共晶转变。极慢冷却至室温后形成的组织为先共晶固溶体α和共晶组织(α+β)。由于α固溶体的溶解度随温度变化较大，所以先共晶固溶体α中有点状βII析出（图3-2）。
相组成：先共晶α相的相对量为：1-（50-19.2）/(61.9-19.2)=72.13%
共晶组织中的α相占全部合金的相对量：45.5%*72.13%=32.82%
共晶组织中的β相相对量为1-32.82%=67.18%
3-4请根据图3.44分析解答下列问题：
（1）分析合金1、2的平衡结晶过程，并会出冷却曲线；
（2）说明室温下1、2的相和组织是什么，并计算相和组织的相对含量；（3）如果希望得到的组织为：共晶组织和5%的?初，求该合金的成分。
解（1）（2）：
合金的冷却曲线如图3-3所示。
图3-3 合金I 的冷却曲线
其结晶过程为：
1以上，合金处于液相；
1~2时，L→α，L 和α的成分分别沿液相线和固相线变化，到达2时，全部凝固完毕；
2时，为单相α；
2~3时，α→βII 。α→β室温下，I 合金由两个相组成，即α和β相，其相对量为 Mα=(0.90-0.20)/(0.90-0.05)*100%=82%
Mβ=1- Mα=18%
I 合金的组织为α+βII ,其相对量与组成物相同。
II 合金的冷却曲线如图3-4所示。
图3-4 合金II 的冷却曲线
其结晶过程如下：
1以上，合金处于均匀的液相；
1~2时，进行匀晶转变L→β初；
2时，两相平衡共存，L 0.50==β0.90；
2~2，时，剩余液相发生共晶反应：
L 0.50==α0.20+β0.90
2~3时，发生脱溶转变，α→β∏
室温下，II 合金由两个相组成，即α相和β相，其相对量为：
Mα=(0.90-0.80)/(0.90-0.05)*100%=12%
Mβ=1- Mα=88%
II 合金的组织为：β初+（α+β）共晶；组织组成物的相对量为：
m β初=(0.80-0.50)/(0.90-0.50)*100%=75%
m （α+β）共晶=1- m β初=25%
解(3)：
设合金的成分为w B =x ，由题意知：
m β初=(x-0.50)/(0.90-0.50)*100%=5%
所以x=0.52，即该合金成分为w B =0.52.
3-5画出相图，标出相区及各主要点的成分和温度，并回答下列问题：
（1）45、60、T12钢的室温平衡组织分别是什么?它们从高温也太平衡冷却到室温要经过哪些转变？
45钢
室温平衡组织：铁素体α + 珠光体P
冷却过程：匀晶转变L0.45→ L0.53+ δ，包晶转变L0.53 + δ → γ0.45，同素异晶转变γ0.45→ α + γ0.77，共析转变γ0.77 → (α +Fe3C)。
60钢
室温平衡组织：铁素体α+ 珠光体P
冷却过程：匀晶转变L0.60→ L0.53+ δ，包晶转变L0.53 + δ → γ0.60，同素异晶转变γ0.60→ α + γ0.77，共析转变γ0.77 → (α +Fe3C)。
T12钢
室温平衡组织：珠光体P + 渗碳体Fe3C
冷却过程：过共析钢在液态到室温的冷却过程中，首先进行匀晶转变，形成单相固溶体γ；当温度到达ES线以下时，过饱和的固溶体γ
中析出渗碳体（二次渗碳体Fe3CII），奥氏体γ的成分变到共
析点S(0.77%C)；共析转变γ0.77 → (α+Fe3C)，形成珠光体P。（2）画出纯铁45钢T12钢的室温平衡组织，并标注其中的组织。
图3-3 45钢的室温平衡组织（铁素体α + 珠光体P）
图3-4 T12钢的室温平衡组织（珠光体P + 渗碳体Fe 3C ）
（3）计算室温下45钢 T12钢的平衡组织中相组成和组织组成物的相对量。
应用杠杆定律计算45钢中铁素体α和珠光体P 的相对量，选择α +γ二相区，共析温度727oC 。
T12钢的Q α=(2.11-1.2)/ (2.11-0.0218)=33.9%
Q P =1-33.9%=66.1%
（4）计算鉄碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体最大的相对量。
WFe 3C Ⅱ=(2.14-0.8)/(6.69-0.8)*100%=23%
W Fe 3C Ⅲ=0.02/6.69*100%=33%
二次渗碳体的最大百分含量为22.6%，三次渗碳体的最大百分含量为0.33%
（5）应用相图解释下列现象：
①钢柳丁一般用低碳钢合成；
钢柳丁一般要求具有良好的塑性和韧性，所以钢柳丁一般要求用低碳钢合成。 ②绑扎物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物时却用钢丝绳（60钢 65钢 70刚等组成）；
亚共析钢（碳的质量分数在0.0218%～0.77%）室温下的组织为铁素体加珠光体，低碳钢丝（碳的质量分数在0.0218%～0.25%）组织中铁素体的比例大，所以低碳钢丝塑性、韧性好，绑扎物件时，易于操作；而60钢、65钢、70
钢等%23.570218.077.00218.045.0%77.420218
.077.045.077.0=--==--=
P Q Q α
组织中珠光体的量多，所以强度，适于作起重机吊重物用的钢丝绳。
③T8钢的强度高于T12钢的强度。
强度＞T12钢，因为强度是一个组织敏感量，当含碳量超过0.9%以后，二次渗碳体呈网状分布，将珠光体分割开，因此强度下降。
3-6现有两种鉄碳合金，其中一种合金的显微组织中珠光体量占75%，铁素体量占25%；另一种合金的显微，组织中珠光体量占92%，二次渗碳体量占8%，这两种合金各属于哪一类合金？其含碳量各为多少？
答：第一种是亚共析钢，含碳量为0.0218%到0.77%之间，后面一种是过共析钢碳含量为0.77%到2.11%。
3-7现有形状尺寸完全相同的4块平衡状态的鉄碳合金，他们的含碳量分别为w(C)=0.2%、w(C)=0.4%、w(C)=1.2% 、w(C)=3.5%。根据你所学的知识，可用那些办法来区别他们？
答：第一种：根据金相实验铁碳相图来区别它们：含碳量分别为w(C)=0.2%的鉄碳合金金相中全部是单相的α相。而含碳量分别为w(C)=0.4%的鉄碳合金金相由α相和珠光体（P）相组成；而含碳量分别为w(C)=1.2%的鉄碳合金金相由珠光体（P）相和二次渗碳体组成；而含碳量分别为w(C)=3.5%的鉄碳合金金相主要由变态莱氏体（Ld’）相和一次渗碳体相组成。
第二种：随着含碳量的增加，铁碳合金的硬度随之增加，分别测试其硬度，按照其硬度大小可得其含碳量的大小。
3-8简述晶粒大小对金属力学性能的影响，并列举几种实际生产中细化铸造晶粒的方法。
晶粒大小对金属力学性能和工艺性能有很大影响。在一般情况下，晶粒愈细小，金属的强度、塑性、韧性及抗疲劳能力愈好，所以，细化晶粒是强化金属材料的最重要途径之一。为了细化铸件晶粒以改善其性能，常采用以下方法：增加过冷度；进行变质处理（孕育处理）；振动和搅拌。
3-9说明金属实际凝固时，铸锭的3种宏观组织的形成机制。
金属铸锭凝固时，由于表面和中心的结晶条件不同，其结构是不均匀的，整个体积中明显的分为三种晶粒状态区域：细等轴晶区、柱状晶区和粗等轴晶区。
（1）液体金属注入锭模时，由于锭模温度不高，传热快，外层金属受到激冷，过冷度大，生成大量的晶核。同时模壁也能起非自发晶核作用。结果，在金属的表层形成一层厚度不大、晶粒很细的细晶区。（2）细晶区形成的同时，锭模温度升高，液体金属的冷却速度降低，过冷度减小，生核速率降低，但此时长大的速度受到的影响较小，结晶过程进行的方式主要是，优先长大方向与散热最快方向的反方向一致的晶核向液体内部平行长大，结果形成柱状晶区。（3）随着柱状晶区的发展，液体金属的冷却速度很快降低，过冷度大大减小，温度差不断降低，趋于均匀化，散热逐渐失去方向性，所以在某个时候，剩余液体中被推来的杂质及从柱状晶上被冲下来的晶枝碎块，可能成为晶核，向各个方向均匀长大，最后形成粗大的等轴晶区。
第四章金属的塑性变形及再结晶
4-1为什么室温下金属的晶粒越细，强度硬度越高，塑性与韧性也越好？
晶界是阻碍位错运动的，而各晶粒位向不同，互相约束，也阻碍晶粒的变形。因此，金属的晶粒愈细，其晶界总面积愈大，每个晶粒周围不同取向的晶粒数便愈多，对塑性变形的抗力也愈大。因此，金属的晶粒愈细强度愈高。同时晶粒愈细，金属单位体积中的晶粒数便越多，变形时同样的变形量便可分散在更多的晶粒中发生，产生较均匀的变形，而不致造成局部的应力集中，引起裂纹的过早产生和发展。因此，塑性，韧性也越好。
4-2用手来回玩着一根铁丝时，开始感觉省劲，后来逐渐感觉有些费劲，最后铁丝被折断，试解释该过程演变的原因。
不断来回折的过程使铁丝产生了塑性变形，开始时发生的是可恢复的弹性变形，后来发生的是永久变形，故铁丝会发生断裂，这个过程中铁丝发生了形变强化，当变形量很大时，金属出现各向异性；第二，不断折的过程中产生了位错塞积，使铁丝的屈服强度增大。
4-3什么是加工硬化？其产生的原因是什么？加工硬化在工程上带来哪些利弊？
金属在再结晶温度以下进行塑性变形，变形后硬度、强度升高，塑性、韧性降低的现象称为应变硬化，或加工硬化。
原因：（1）位错密度剧增；（2）晶粒破碎，晶界增多，造成晶界强化；（3）
吸收、存储部分变形能，有残余应力存在。
金属的加工硬化现象会给金属的进一步加工带来困难，如钢板在冷轧过程中会越轧越硬，以致最后轧不动。另一方面人们可以利用加工硬化现象，来提高金属强度和硬度，如冷拔高强度钢丝就是利用冷加工变形产生的加工硬化来提高钢丝的强度的。加工硬化也是某些压力加工工艺能够实现的重要因素。如冷拉钢丝拉过模孔的部分，由于发生了加工硬化，不再继续变形而使变形转移到尚未拉过模孔的部分，这样钢丝才可以继续通过模孔而成形。
4-4冷变形对金属组织和性能有何影响？
①晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性，如纵向的强度和塑性远大于横向等；②晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化，即随着变形量的增加，强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降；③织构现象的产生，即随着变形的发生，不仅金属中的晶粒会被破碎拉长，而且各晶粒的晶格位向也会沿着变形的方向同时发生转动，转动结果金属中每个晶粒的晶格位向趋于大体一致，产生织构现象；
④冷压力加工过程中由于材料各部分的变形不均匀或晶粒内各部分和各晶粒间的变形不均匀，金属内部会形成残余的内应力，这在一般情况下都是不利的，会引起零件尺寸不稳定。
4-5金属在冷塑性变形过程中产生哪几种残余应力？残余应力对材料产生哪些影响？
金属在冷塑性变形过程中会产生残余压应力和残余拉应力。残余应力会导致工件或材料在实际应用过程中产生开裂、变形、扭曲等，应该予以退火处理消除之。
4-6用冷拔铜丝做导线，冷拔后应如何处理？为什么？
应进行退火处理，由于温度升高原子的能动性增加，即原子的扩散能力提高，而回复阶段只是消除了由于冷加工应变能产生的残余内应力，大部分应变能仍然存在，变形的晶粒仍未恢复原状。所以，随着保温时间加长，新的晶粒核心便开始形成并长大成小的等轴晶粒，这就是再结晶的开始。随着保温时间的加长或温度的升高，再结晶部分愈来愈多，直到原来的晶粒全部被新的小晶粒所代替。进一步保温或升温，新晶粒尺寸开始增大，这就是晶粒长大现象。
4-7金属再结晶温度受那些因素的影响？能否通过再结晶退火来消除粗大铸造组
织，为什么？
（1）温度：加热温度越高，再结晶速度越快，产生一定体积分数的再结晶组织需要的时间越短。
（2）变形程度：变形程度越大，储能越多，再结晶驱动力越大，因此变形程度越大，再结晶速度越快。
（3）材料的纯度：微量的溶质原子对再结晶影响巨大。溶质或杂质原子偏聚在位错和晶界处，对位错的运动和晶界的迁移起阻碍作用，因此不利于再结晶，使再结晶温度升高。
（4）原始晶粒尺寸：其他条件相同时，原始晶粒越细，冷变形抗力越大，变形后储存能越多，再结晶温度越低；同样变形度，原始晶粒越细，晶界总面积越大，可供再结晶形核的地方越多，形核率高，再结晶速度快。
（5）第二相粒子：粒子较粗大，间距较远——促进再结晶，粒子细小，间距小——阻碍再结晶。
4-8热变形对金属组织和性能有何影响？钢材在热加工（如锻造时）为什么不产生加工硬化现象？
金属与合金在再结晶温度以上进行的塑性变形，称为热变形或热加工。（1）改善铸造组织缺陷：铸造组织往往含有缩松、气孔等缺陷，热变形时被压合消除；铸态组织(晶粒)粗大，通过变形和再结晶变成细小的等轴晶；改善铸态组织中的成分偏析，提高成分均匀性。以上这些都对提高力学性能有利。因此，材料经热变形后，虽然没有应变硬化，但力学性能明显提高。
（2）形成纤维组织，出现各向异性：由于铸态组织中的夹杂物多分布在晶界处，热变形时被拉长或打碎成为链状，都是沿变形方向呈纤维状分布。这些夹杂物很稳定，再结晶时仍能保留下来，纤维组织使材料呈现各向异性。
（3）带状组织的形成：带状组织也使材料具有各向异性，并且破坏材料的切削性能，应避免和消除。
（4）热变形后的晶粒变化：终止热变形时的温度、总变形量和热变形后的冷却速度，决定了热变形后晶粒的大小。合理控制这些因素，就可以得到细小的晶粒，从而获得高的力学性能。采用低的终止变形温度，大的变形量，快的冷却速度，可以得到细小的晶粒。
4-9 在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬。随后如果在室温放置一段时间后再进行弯折，铅板又像最初一样柔软，这是什么原因？（已知铅的熔点为328℃） 小于再结晶温度的加工称为冷加工；大于再结晶温度的加工称为热加工。
热加工也有加工硬化现象，但由于处于再结晶温度以上，硬化的同时发生了再结晶而使材料软化，即消除了加工硬化现象，故热加工最终结果，材料并不存在加工硬化。经计算：T 铅再＝－33℃
所以，室温下弯折属于热加工，消除了加工硬化。
第五章 钢的热处理
5-1说明亚共析钢、共析钢、过共析钢奥氏体化的过程。
把实际加热时发生的相变临界温度用A c1、A c3、A ccm 表示，而冷却时的临界温度用A r1、A r3、A rcm 表示。
共析钢加热时组织转变。在实际加热条件下，当温度达到或以上时，珠光体转变为奥氏体。奥氏体的形成是通过形核与晶核长大来实现的，其基本过程可分为四步。（1）奥氏体形核。奥氏体晶核首先在铁素体相界面处形成。（2）奥氏体长大。形成的奥氏体晶核依靠Fe 、C 原子的扩散，同时向铁素体和渗碳体两个方向长大，直至铁素体消失。（3）残余渗碳体溶解。在奥氏体形成的过程中，铁素体首先消失，残余的渗碳体随着加热和保温时间的延长，不断溶入奥氏体，直到全部消失。（4）奥氏体成分的均匀化。刚形成的奥氏体其中碳浓度是不均匀的，在原渗碳体处C 的质量分数较高，而原铁素体处C 的质量分数较低，只有在继续加热和保温过程中，通过C 原子的扩散，才能使奥氏体中C 的质量分数趋于均匀，形成成分较为均匀的奥氏体。
亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢的相似，不同的是，在室温下它们的平衡组织中除珠光体外，还有先共析相存在，当它们被加热到A c1以上时，首先是其中的珠光体转变为奥氏体（这一过程与共析钢相同），而此时还有先共析相（铁素体或渗碳体）存在，要得到单一的奥氏体，必须提高加热温度，对亚共析钢来说，加热温度超过A c3后，先共析铁素体才逐渐转变为奥氏体；对共析钢来说，加热温度超过A rcm 后，先共析渗碳体才会全部溶解到奥氏体中去。 5-2以共析钢为例，说明将其奥氏体化后立即随炉冷却、空气中冷却、油中冷却
和水中冷却，各得到什么组织？力学性能有何差异？（如图：温度上限为MS 线，冷速下限为Vk ）
① 当冷却速度V ＜/K V 时，冷却曲线与珠光体转变开始线相交便发生P →γ，与终了线相交时，转变便告结束，形成全部的珠光体。
② 当冷速/K V ＜V ＜K V 时，冷却曲线只与珠光体转变开始线相交，而不再与转变终了线相交，但会与中止线相交，这时奥氏体只有一部分转变为珠光体。冷却曲线一旦与中止线相交就不再发生转变，只有一直冷却到Ms 线以下才发生马氏体转变。并且随着冷速 V 的增大，珠光体转变量越来越少，而马氏体量越来越多。
③ 当冷速V ＞K V 时，冷却曲线不再与珠光体转变开始线相交，即不发生P →γ，而全部过冷到马氏体区，只发生马氏体转变。此后再增大冷速，转变情况不再变化。由上面分析可见，K V 是保证奥氏体在连续冷却过程中不发生分解而全部过冷到马氏体区的最小冷速，称为“上临界冷速”，通常也叫做“淬火临界冷速”。/K V 则是保证奥氏体在连续冷却过程中全部分解而不
发生马氏体转变的最大冷速，称为“下临界冷速”。
④共析碳钢的连续冷却转变只发生珠光体转变和马氏体转变，不发生贝氏体转变，也就是说，共析碳钢在连续冷却时得不到贝氏体组织。但有些钢在连续冷却时会发生贝氏体转变，得到贝氏体组织。
5-3过冷奥氏体在不同温度等温转变时，可得到哪些转变产物？试列表比较他们的组织和性能。
根据等温温度不同，其转变产物有珠光体型和贝氏体型两种。
高温转变
Ac1～650℃珠光体P 粗片状铁素体与渗碳体混合物HRC<25；
650～600℃索氏体S 600倍光学金相显微镜下才能分辨的细片状珠
光体HRC为25～35；
600～550℃托氏体T 在光学金相显微镜下已无法分辨的极细片状珠
光体HRC为35～40；
中温转变
550～350℃上贝氏体B上羽毛状组织HRC40～45；
350℃～Ms 下贝氏体B下黑色针状或称竹叶状组织HRC45～55；5-4什么是Vk？其主要影响因素有哪些？
Vk是指淬火临界冷却速度。其主要受化学成分的影响：亚共析钢中随着含碳量的增加，C曲线右移，过冷奥氏体稳定性增加，则Vk减小，过共析钢中随着含碳量的增加，C曲线左移，过冷奥氏体稳定性减小，则Vk增大；合金元素中，除Co和Al(>2.5%)以外的所有合金元素，都增大过冷奥氏体稳定性，使C曲线右移，则Vk减小。
5-5什么是马氏体？其组织形态和性能取决于什么因素？马氏体转变有何特点？
马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发现的：将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。
其组织形态和性能取决于材料和淬火速率。
马氏体相变属于一种广义的位移型无扩散相变，以切变位移为其特征，新旧相成分不变。相变特征是：
①新相与母相之间有一定的位向关系。例如Fe-C合金的体心四方马氏体（M）与面心立方奥氏体(γ)──碳在γ-Fe中的固溶体──间有，
。
②相界面是确定的晶面，称为惯习面。例如含碳量为0.5～1.4C 的Fe-C 合金的惯习面是。惯习面在相变过程中不畸变不转动（即所谓不变平面）。
③转变区由于形成马氏体发生切变，所以在平的样品表面上会出现浮凸。
④马氏体形态呈片状或条状，内有亚结构，往往是孪晶。
⑤是一级相变，具有成核成长过程。
⑥晶体长大速率接近声速
⑦相变动力学有两类：a.变温转变，成核率很大，马氏体形成数量只是温度的函数，不依赖于时间。b.等温转变，成核率（或孕育期）依赖于温度,具有“C”字形动力学曲线。变温转变可视为很快的阶梯式的等温转变；而等温转变如仅考虑转变后期马氏体的极限量则同样满足变温转变的动力学方程。
⑧转变的不完全性。由于多数钢的M f（马氏体转变结束的温度点）在室温以下，因此钢冷却到室温时仍有部分未转变的奥氏体存在，称之为残余奥氏体（A r），随碳含量的增加，A r也随之增加。一般钢经过淬火后要经过深冷处理来减少A r的量。
5-6下列说法是否正确？为什么？
（1）马氏体是硬而脆的相；
（2）过冷奥氏体的冷却速度大于时，则冷速越大，所得马氏体的硬度越高；（3）本质细晶粒钢的晶粒总是比本质粗晶粒钢的晶粒细；
（4）同种钢材在同样的加热条件下，总是水冷的比油冷的淬透性好，小件比大件的淬透性好；
（5）马氏体中的碳含量等于钢中的碳含量；
（6）低碳钢和高碳钢零件为了切削方便，可预先进行球化退火处理。
5-7生产中常把加热到淬火温度的钳工扁铲的刃部款入水中急冷片刻后，出水停留一段时间，在整体投入水中冷却。说明两次水冷的作用及水冷后的组织。
分级淬火的目的是使工件内部温度趋于一致，减少在后续冷却过程中的内应力及变形和开裂倾向。淬火后产生马氏体组织。
5-8对一批45钢零件进行热处理时，不慎将淬火件和调质件弄混，如何通过最简单的方法将他们区分开？为什么？
淬火加高温回火的热处理过程称为调质处理，调质处理后的钢件具有优良的综合力学性能，强度和韧性均好于直接淬火零件，微观组织也更细化；所以可以测硬度、进行冲击试验、观察微观组织来进行区分，调质工件的硬度更大，韧性更好，微观晶粒更细化。
5-9 将两个12钢小试样分别加热到780和860，保温后以大于的速度冷却至室温，试问：
（1）哪个温度淬火后马氏体晶粒粗大？
因为860℃加热温度高，加热时形成的奥氏体晶粒粗大，冷却后得到的马氏体晶粒较粗大。
（2）哪个温度淬火后参与奥氏体多？
因为加热温度860℃已经超过了A ccm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，使奥氏体中含碳量增加，降低钢的M s和M f点，淬火后残余奥氏体增多。（3）哪个温度淬火后未溶碳化物量多？
因为加热温度860℃已经超过了A ccm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，因此加热淬火后未溶碳化物较少。
（4）哪个温度淬火合适？为什么？
780℃加热淬火后合适。因为含碳量为1.2%的碳钢属于过共析钢，过共析碳钢淬火加热温度Ac1+（30～50℃），而780℃在这个温度范围内，这时淬火后的组织为均匀而细小的马氏体和颗粒状渗碳体及残余奥氏体的混合组织，使钢具有高的强度、硬度和耐磨性，而且也具有较好的韧性。5-10 什么是钢的淬透性和淬硬性？它们对于钢材的使用各有何意义？
淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层的能力。淬硬性：是指钢以大于临界冷却速度冷却时，获得的马氏体组织所能达到的最高硬度。
5-11回火的目的是什么？为什么淬火工件务必要及时回火？
回火是工件淬硬后加热到AC1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。回火的目的有一下几方面：
1．降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。
2．获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的韧性，塑性。
3．稳定工件尺寸，保证精度；
4．对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。
淬火工件务必要及时回火是为了降低脆性，防止开裂。
5-12 为什么生产中对刃具、冷作模具、量具、滚动轴承等热处理常采用淬火+低温回火，对弹性零件则采用淬火+中温回火，而对轴连杆等零件却采用淬火+高温回火？
答：刃具、冷作模具、量具、滚动轴承的材质要求要较高的硬度，而淬火+低温回火热处理可以得到高硬度的回火马氏体室温组织。弹性零件的材质要求要有高的弹性模量，而用淬火+中温回火热处理可以得到高弹性模量的回火屈氏体室温组织组织。轴连杆等零件的材质要求材质要有高的力学综合性能，而淬火+高温回火的热处理可以得到综合力学性能良好的回火索氏体。
5-13在硬度相同条件下，为什么经调质处理的工件比正火后的工件具有较好的力学性能？
答：因为正火得到的索氏体中的渗碳体是片状的，而调质处理得到的索氏体索氏体中的渗碳体是粒状的，粒状渗碳体阻止断裂过程的发展比片状渗碳体有利。
5-14用T12（碳素工具钢）钢制造的丝锥，其成品硬度要求为〉60HRC，加工工艺过程为：轧制-热处理1-机加工-热处理2-机加工。
（1）写出个热处理工序的名称及作用；
热处理1：第一次热处理是去应力退火，因为轧制的过程产生加工硬化，同时有应力存在，为了免去后面加工过程中因为应力释放导致产品变形或者应力集中断裂。
热处理2第二次热处理是刃部的低温淬火和低温回火。淬火的作用是提高其硬度。回火是降低脆性还有释放淬火产生的应力
（2）制订最终热处理的工艺规范（加热温度冷却介质）。
第一次热处理是去应力退火：升温到500℃-650℃，保温后随炉冷却。
第二次热处理是刃部的低温淬火和低温回火：温度升高到300-500℃，用油或熔融的碱或盐做为淬火介质。然后在150~250°C保温1-3小时。
5-15用20钢进行表面淬火和45钢进行渗碳处理是否合适？为什么？
20钢不适合行行表面淬火。表面淬火的具体方法是将工件表面快速加热到奥氏体区，在热量尚未达到心部时立即迅速冷却，使表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持原始组织的一种局部淬火方法；其目的为提高表面硬度，保持心部良好的塑韧性。使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限；而心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧。适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。
含碳量为0.4-0.5%C的中碳钢适合进行表面淬火，若含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降，若含碳量过高，心部韧性下降。
45钢不适合进行渗碳处理。渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢(含碳量小于0.25％)。渗碳后﹐钢件表面的化学成分可接近高碳钢。工件渗碳后还要经过淬火﹐以得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度﹐并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷。
5-16现有20钢和45钢制造的齿轮各一个，为了提高齿轮齿面的硬度和耐磨性，宜采用何种热处理工艺？热处理后的组织和性能有何不同？
答：20钢（低碳钢）：渗碳后淬火+低温回火，表面得到高碳回火马氏体，硬度、耐磨性提高。45钢（中碳钢）制造的齿轮：表面感应加热淬火，控制冷却时间可实现自回火，可以不用专门进行低温回火，表面的硬度提高，内部的性
土木工程材料课后习题 第一章 2、当某种材料得孔隙率增大时,表17内其她性质如何变化？(用符号表示:↑增大、↓下降、不变、？不定) 材料长期在水得作用下不被破坏,强度也不显著降低得性质称耐水性 用软化系数来表示K R=f b/f g 工程中将K R>0、85得材料瞧做就是耐水材料,可以用在水中或潮湿环境中得重要结构;用于受潮较轻或次要结构时,材料得K R值也不得低于0、75 4、材料发生渗水与冻融破坏得主要原因就是什么？如何提高材料得抗渗性与抗冻性？材料得孔隙率大,孔径大、开口并连通得空隙多、强度低就是发生渗水与冻融破坏得主要原因。 工程上常采用降低孔隙率、提高密实度、提高闭口孔隙比例、减少裂缝或进行憎水处理等方法提高材料得抗渗性。 工程上常采用降低孔隙率、提高密实度、提高闭口孔隙比例、提高材料得强度等方法提高材料得抗冻性。 5、什么就是材料得导热性？用什么表示？一般如何利用孔隙提高材料得保温性能？导热性就是指材料传导热量得能力。用导热系数来表示。 减少开口孔隙率,提高闭口孔隙率比例。 7、什么就是材料得耐久性？通常用哪些性质来反映？ 材料得耐久性就是指其在长期得使用过程中,能抵抗环境得破坏作用,并保持原有性质不变、不破坏得一项综合性质。 通常用抗渗性、抗冻性、抗老化与抗碳化等性质。 8、某工地有砂50t,密度为2、65g/cm3,堆积密度为1450kg/m3;石子100t,密度为2、70g/cm3,堆积密度为1500kg/m3、试计算砂石得空隙率,若堆积高度为1、2m,各需要多大面积存放？ 砂:绝对密实体积V1=50*1000/2650=18、87m3 自然状态下得体积V2=50*1000/1450=34、48m3 砂得空隙率为P1=(34、4818、87)/34、48=45、28% 存放面积为S1=3*34、48/1、2=86、2m2 石:绝对密实体积V3=100*1000/2700=37、04m3 自然状态下得体积V4=100*1000/1500=66、67m3 砂得空隙率为P2=(66、6737、04)/66、67=44、44% 存放面积为S2=3*66、67/1、2=166、675m2 第二章 3、花岗石与大理石各有何特性及用途？ 花岗石特性:(1)、密度大。(2)、结构致密,抗压强度高。(3)、孔隙率小,吸水率低。(4)、材质坚硬。(5)、装饰性好。(6)、耐久性好。 用途:用于高级建筑结构材料与装饰材料
《机械工程材料》期末试卷 班级：______________ 学号：___________ 姓名：____________ 一、名词解释(每题2分，共10分) 1.淬透性 2. 回火马氏体 3. 位错 4. 相 5. 加工硬化 二、判断正误(每题1分，共10分) 1. 可锻铸铁可以进行锻造加工。（） 2. 高分子材料中，大分子链之间的结合键是离子键( ) 3. 钢的淬硬性主要取决于钢中的碳元素含量，合金元素越高，其淬硬性越好。( ) 4. 所以金属均有明显的屈服现象。（） 5. 金属或合金中，凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分称为相。( ) 6. 在铁碳合金相图中，具有E点与F点之间成分的合金缓冷到1148℃时都将发生共晶转变。（） 7. 凡是液态凝固为固体的过程都是结晶过程。( ) 8. 铸造条件下，冷却速度越大，则过冷度越大，晶粒越细( ) 9. 马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，当奥氏体向马氏体转变时，体积要收缩。（） 10.复合材料中的增强相主要起承受应力和显示功能的作用。( ) 三、填空(每空1分，共15分) 1.金属的结晶主要由和两个基本过程。 2. 渗碳的方法主要有、和。 3. 完全退火是指将亚共析钢加热至A3+（30~50℃）完全奥氏体化，炉冷至室温得到和组织的热处理工艺。 4. 材料的工艺性能是指性、性、性和性。 5. 白口铸铁中碳主要以的形式存在，灰口铸铁中碳主要以的形式存在。 6. 常温下，金属单晶体的塑性变形方式为和。 四、选择题(单选或多选) (每题2分，共30分) 1.过共析钢正火的目的（）。 A. 调整硬度，便于切削加工 B.细化晶粒，为最终热处理作组织准备 C. 消除网状二次渗碳体 D.消除残余内应力，防止变形开裂 2. T12钢的正常淬火组织是（）。 A. 马氏体+残余奥氏体 B. 马氏体+颗粒状碳化物 C. 马氏体+铁素体 D.马氏体+残余奥氏体+颗粒状碳化物 11. 随冷塑性变形量增加，金属的（）。 A.强度下降，塑性提高 B.强度和塑性都下降 C.强度和塑性都提高 D.强度提
工程材料 第一章金属的晶体结构与结晶 1．解释下列名词 点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。 线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。 如位错。 面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。如晶界和亚晶界。 亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。 亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。 刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半 原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。 单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。 多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。 过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。 非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即 为变质处理。 变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。 2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？
机械工程材料期末复习 《工程材料》复习思考题参考答案 第一章金属的晶体结构与结晶 1?解释下列名词 点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。 答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。 线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。 如位错。 面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。如晶界和亚晶界。 亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶 粒。 亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。 刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。如果相对滑移的 结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体 中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。 单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。
多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。 过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。 非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高 了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。 变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。 2■常见的金属晶体结构有哪几种？ a -Fe、丫- Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各属何种晶体结构？ 答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格； a - Fe、Cr、V属于体心立方晶格； 丫― Fe、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格； Mg、Zn属于密排六方晶格； 3■配位数和致密度可以用来说明哪些问题？ 答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。晶体中配位数和致密度越大，则晶体中原子排列越紧密。 4■晶面指数和晶向指数有什么不同？ 答:晶向是指晶格中各种原子列的位向，用晶向指数来表示，形式为；晶面是指晶格中不同方位上的原子面，用晶面指数来表示，形式为。 5■实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？ 答：如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。 6■为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？ 答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。 7■过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小 有何影响？ 答：①冷却速度越大，贝U过冷度也越大。②随着冷却速度的增大，贝U晶体内形
第一章 2.图1-79为五种材料的应力-应变曲线：①45钢，②铝青铜，③35钢，④硬铝，⑤纯铜。试问： （1）当外加应力为300MPa时，各材料处于什么状态？ （2）有一用35钢制作的杆，使用中发现弹性弯曲较大，如改用45钢制作该杆，能否减少弹性变形？ （3）有一用35钢制作的杆，使用中发现塑性变形较大，如改用45钢制作该杆，能否减少塑性变形？ 答：（1）①45钢：弹性变形②铝青铜：塑性变形③35钢：屈服状态④硬铝：塑性变形⑤纯铜：断裂。 （2）不能，弹性变形与弹性模量E有关，由E=σ/ε可以看出在同样的条件下45钢的弹性模量要大，所以不能减少弹性变形。 （3）能，当35钢处于塑性变形阶段时，45钢可能处在弹性或塑性变形之间，且无论处于何种阶段，45钢变形长度明显低于35钢，所以能减少塑性变形。 4．下列符号表示的力学性能指标的名称和含义是什么？ σb 、σs、σ0.2、σ-1、δ、αk、HRC、HBS、HBW 答：σb抗拉强度，是试样保持最大均匀塑性的极限应力。 σs屈服强度，表示材料在外力作用下开始产生塑性变形时的最低应力。 σ0.2条件屈服强度，作为屈服强度的指标。 σ-1疲劳强度，材料循环次数N次后达到无穷大时仍不发生疲劳断裂的交变应力值。 δ伸长率，材料拉断后增加的变形长度与原长的比率。 HRC洛氏硬度，表示用金刚石圆锥为压头测定的硬度值。 HBS布氏硬度，表示用淬硬钢球为压头测定的硬度值。 HBW布氏硬度，表示用硬质合金为压头测定的硬度值。 7.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？ 答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格； α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格； γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格； Mg、Zn属于密排六方晶格； 8．什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？ 答：形成固溶体使金属强度和硬度提高，塑性和韧性略有下降的现象称为固溶强化。
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工程材料 思考题参考答案 第一章金属的晶体结构与结晶 1．解释下列名词 点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。 答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位 间隙原子、 置换原子等。 线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个 方向 上的尺寸很小。如位错。 面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上 的尺 寸很小。如晶界和亚晶界。 亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许 多尺寸 很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。 亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。 刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而 造成。 滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。如果相对滑移的结果上半部
口，故称“刃型位错”。 单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。 多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。 2 过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核 心。 非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成 为非自 发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率， 细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。 变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。 2. 常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、 Cr 、V 、 Mg 、Zn 各属何种晶体结构？ 答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格； α－Fe、Cr、V 属于体心立方晶格； γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb 属于面心立方晶格； Mg、Zn 属于密排六方晶格； 3. 配位数和致密度可以用来说明哪些问题？ 答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。晶体中配位数和致密度越大，则晶
第一份试题 1.判断下列说法是否正确： （1）钢在奥氏体化后，冷却时形成的组织主要取决于钢的加热温度。 错误，钢在奥氏体化后，冷却时形成的组织主要取决于钢的冷却速度。 （2）低碳钢与高碳钢工件为了便于切削加工，可预先进行球化退火。 错误，低碳钢工件为了便于切削加工，预先进行热处理应进行正火（提高硬度）或完全退火。而高碳钢工件则应进行球化退火（若网状渗碳体严重则在球化退火前增加一次正火），其目的都是为了将硬度调整到HB200左右并细化晶粒、均匀组织、消除网状渗碳体。钢的实际晶粒度主要取决于钢的加热温度。 （3）过冷奥氏体冷却速度快，钢冷却后的硬度越高 错误，钢的硬度主要取决于含碳量。 （4）钢中合金元素越多，钢淬火后的硬度越高 错误，钢的硬度主要取决于含碳量。 （5）同一钢种在相同加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。 正确。同一钢种，其C曲线是一定的，因此，冷速快或工件小容易淬成马氏体。（6）钢经过淬火后是处于硬脆状态。 基本正确，低碳马氏体韧性要好些，而高碳马氏体硬而脆。 （7）冷却速度越快，马氏体的转变点Ms和Mf越低。 正确。 （8）淬火钢回火后的性能主要取决于回火后的冷却速度。 错误，淬火钢回火后的性能主要取决于回火温度。 （9）钢中的含碳量就等于马氏体的含碳量 错误，钢中的含碳量是否等于马氏体的含碳量，要看加热温度。完全奥氏体化时，钢的含碳量等于奥氏体含碳量，淬火后即为马氏体含碳量。如果是部分奥氏体化，钢的含碳量一部分溶入奥氏体，一部分是未溶碳化物，从而可以减轻马氏体因含碳量过高的脆性，也能细化晶粒，此时马氏体含碳量要低于钢的含糖碳量。 2、将含碳量为1.2%的两个试件，分别加热到760℃和900℃，保温时间相同，达到平衡状态后以大于临界冷速的速度快速冷却至室温。问： （1）哪个温度的试件淬火后晶粒粗大。900℃粗大，处于完全奥氏体化区，对于过共析钢易
机械工程材料期末复习题 一、填空 1.纯金属常见的晶体结构有面心结构，体心结构和密排_____ 结构。金属中常见的点缺陷为，线缺陷为，面缺陷为；工程实践中，通常采 用晶体缺陷数量的方法强化金属 2.铁素体的强度高于纯铁，是由于发生了强化；孕育铸铁的强度高于普通灰口铸铁，是由于发生了强化；冷变形钢丝的强度高于退火态钢丝，是由于发生了强化；珠光体的强度高于铁素体，是由于发生了强化。 3.石墨为片状的灰口铸铁称为铸铁，石墨为团絮状的灰口铸铁称为 __ 铸铁，石墨为球状的灰口铸铁称为铸铁。其中，铸铁的韧性最，因而可以锻造。 4. 高分子材料中分子链的形状有三种，其中的型具有热固性，而具有热性。按照物理状态，室温下处于态的高分子材料称为塑料，处于__ 态的称为橡胶。高分子材料的加工成型是在其态下进行的。 5.滑动轴承材料的显微组织特征是：粒子分布在软中，或粒子分布在硬中，前者的承载能力于后者。 6.陶瓷材料中的气相是指，它是在过程中形成的，它了陶瓷的强度。 7．根据采用的渗碳剂的不同，将渗碳分为__________、__________和__________三种。 8、普通灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁中石墨的形态分别为__________、 __________、__________和__________。 9、陶瓷材料中的气相是指__ ，它是在________过程中形成的， 它了陶瓷的强度。 10、工程中常用的特殊性能钢有_________、_________、_________等。 11、金属的断裂形式有__________和__________两种。 12、按冶炼浇注时脱氧剂与脱氧程度分，碳钢分为_________、_________、_________和 _________。 13、金属元素在钢中形成的碳化物可分为_________、_________两类。 14、常见的金属晶体结构有____________、____________和____________三种。 15、合金常见的相图有__________、__________、__________和具有稳定化合物的二元相图。
土木工程材料习题集与参考答案 第一章土木工程材料的基本性质 1. 试述材料成分、结构和构造对材料性质的影响？ 参考答案： 材料的成分对性质的影响：材料的组成及其相对含量的变化，不仅会影响材料的化学性质，还会影响材料的物理力学性质。材料的成分不同，其物理力学性质有明显的差异。值得注意的是，材料中某些成分的改变，可能会对某项性质引起较大的改变，而对其他性质的影响不明显。 材料的结构对性质的影响：材料的结构是决定材料物理性能的重要因素。可分为微观结构和细观结构。材料在微观结构上的差异影响到材料的强度、硬度、熔点、变形、导热性等性质，可以说材料的微观结构决定着材料的物理力学性能。 材料的构造对性质的影响：材料的构造主要是指材料的孔隙和相同或不同材料间的搭配。不同材料适当搭配形成的复合材料，其综合性能优于各个单一材料。材料的内部孔隙会影响材料的强度、导热性、水渗透性、抗冻性等。 总之，材料的组成、结构与构造决定了材料的性质。材料的组成、结构与构造的变化带来了材料世界的千变万化。 2．试述材料密度、表观密度、孔隙率的定义、测定方法及相互关系。密度与视密度的区别何在？ 参考答案： 密度 ：是指材料在密实状态下单位体积的质量。测定方法：将材料磨细成粒径小于0.25mm的粉末，再用排液法测得其密实体积。用此法得到的密度又称“真密度”。
表观密度0 ρ：是指材料在自然状态下单位体积的质量。测定方法：对于外形规则的块体材料，测其外观尺寸就可得到自然体积。对于外观不规则的块体材料，将其加工成规则的块体再测其外观尺寸，或者采用蜡封排液法。 孔隙率P ：材料中的孔隙体积与总体积的百分比。 相互关系： %10010????? ??-=ρρP 密度与视密度区别：某些散粒材料比较密实，其内部仅含少量微小、封闭的孔隙，从工程使用角度来说，不需磨细也可用排液法测其近似的密实体积，这样测得的密度称为“视密度”。 3．孔隙率及孔隙特征对材料的表观密度、强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性等性质有何影响？ 参考答案： 对表观密度的影响：材料孔隙率大，在相同体积下，它的表观密度就小。而且材料的孔隙在自然状态下可能含水，随着含水量的不同，材料的质量和体积均会发生变化，则表观密度会发生变化。 对强度的影响：孔隙减小了材料承受荷载的有效面积，降低了材料的强度，且应力在孔隙处的分布会发生变化，如：孔隙处的应力集中。 对吸水性的影响：开口大孔，水容易进入但是难以充满；封闭分散的孔隙，水无法进入。当孔隙率大，且孔隙多为开口、细小、连通时，材料吸水多。 对抗渗性的影响：材料的孔隙率大且孔隙尺寸大，并连通开口时，材料具有较高的渗透性；如果孔隙率小，孔隙封闭不连通，则材料不易被水渗透。 对抗冻性的影响：连通的孔隙多，孔隙容易被水充满时，抗冻性差。 对导热性的影响：如果材料内微小、封闭、均匀分布的孔隙多，则导热系数就小，导热性差，保温隔热性能就好。如果材料内孔隙较大，其内空气会发生对流，则导热系数就大，导热性好。
名词解释： 合金：由两种或两种以上金属元素；或金属与非金属元素熔炼、烧结或通过其方法由化学键组合而成的具有金属特性的物质。 同素异晶转变：在固态下，同一种元素由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的转变。 铁素体：碳溶解在α－Fe中形成的间隙固溶体。 再结晶：冷变形金属在加热时其组织和性能都恢复到变形前的软化状态的过程。淬透性：一种热处理工艺性能，表示材料在淬火时获得淬硬层深度的能力。 奥氏体：C在γ－Fe中的间隙固溶体，常用A或γ表示，是一种硬度较低而塑性较高的固溶体。 固溶体：组成合金的组元，在固态时相互溶解，所形成的单一均匀的物质。 自然时效：自然时效是指经过冷、热加工或热处理的金属材料，于室温下发生性能随时间而变化的现象。 加工硬化：金属材料随着冷塑变形程度的增大，强度和硬度逐渐升高，塑性和韧性逐渐降低的现象称为加工硬化或冷作硬化。 调质:对钢材作淬火+高温回火处理，称为调质处理。 碳素钢:含碳量≤2.11%的铁碳合金。 SPCD: 表示冲压用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08A（13237）优质碳素结构钢。 填空题： 1.石墨为片状的灰口铸铁称为铸铁，石墨为团絮状的灰口铸铁称为__ 铸铁，石墨为球状的灰口铸铁称为铸铁。其中铸铁的韧性最高，因而可以锻造。 2. 陶瓷材料中的气相是指，在程中形成的，它了陶瓷的强度。 3.根据采用的渗碳剂的不同，将渗碳分为__________、__________和__________三种。 4.工程中常用的特殊性能钢有_________、_________、_________等。 5.金属的断裂形式有__________和__________两种。 6.金属元素在钢中形成的碳化物可分为_________、_________两类。 7.常见的金属晶体结构有____________、____________和____________三种。 1、普通灰口；可锻；球墨； 2、气孔；烧结；降低。 3、固体渗碳气体渗碳 4、不锈钢耐热钢耐磨刚 5、延性断裂 6、合金渗碳体特殊碳化物 7、体心立方晶格密排六方晶格
三、选择正确答案 1、为改善低碳钢的切削加工性应进行哪种热处理（ A、等温退火 B 、完全退火 C、球化退火 D 、正火 2、钢中加入除Co之外的其它合金元素一般均能使其 C 曲线右移，从而（B ） A、增大VK B 、增加淬透性 C、减小其淬透性 D 、增大其淬硬性 3、金属的塑性变形主要是通过下列哪种方式进行的（ C ） A、晶粒的相对滑动 B 、晶格的扭折 C、位错的滑移 D 、位错类型的改变 4、高碳钢淬火后回火时，随回火温度升高其（A ） A、强度硬度下降，塑性韧性提高 B、强度硬度提高，塑性韧性下降 C、强度韧性提高，塑性韧性下降 D、强度韧性下降，塑性硬度提高 5、过共析钢的正常淬火加热温度应该选择在（ A ） A、Acl+30 —50C B 、Ac3+30 —50C C、Accm+30 —50C D 、T 再+30 —50C 6、常见的齿轮材料20CrMnTi 的最终热处理工艺应该是（D ） A、调质 B 、淬火+低温回火 C、渗碳 D 、渗碳后淬火+低温回火 7、常见的调质钢大都属于（B ） A、低碳低合金钢 B 、中碳低合金钢 C、高碳低合金钢 D 、低碳中合金钢 8 、某一中载齿轮决定用45 钢制造，其最终热处理采用下列哪种方案为宜（ A、淬火+低温回火 B 、渗碳后淬火+ 低温回火
C、调质后表面淬火 D 、正火 9、某工件采用单相黄铜制造，其强化工艺应该是（ C ) A、时效强化 B、固溶强化 C、形变强化 D、热处理强化 10 、在Fe-Fe3C 合金中，其平衡组织中含有二次渗碳量最多的合金的含碳量为（ D ） A、0.0008% B 、0.021% C、0.77% D 、2.11% 11 、在Fe-Fe3C 合金的退火组织中，含珠光体量最多的合金的碳含量为（ B ） A、0.02% B 、0.77% C、2.11% D 、4.3% 12 、下列钢经完全退火后，哪种钢可能会析出网状渗碳体（ D ） A、Q235 B 、45 C、60Si2Mn D 、T12 13 、下列材料中不宜淬火的是（D ） A、GCr15 B 、W18Cr4V C、40Cr D 、YT15 14 、下列二元合金的恒温转变中，哪个是共析转变（ C ） A、L+ a~^卩 B、L f a +卩 C、a +卩 D 、 a +宦丫 15 、下列合金钢中，耐蚀性最好的是（D ） A、20CrMnTi B 、40Cr B、W18Cr4V D 、1Cr18Ni9Ti 16 、下列合金中，哪种合金被称为巴氏合金（B ）
WORD恪式 1-5在下面几种情况下，该用什么方法来测试硬度？写出硬度符号。 （1）检查锂刀、钻头成品硬度；（2）检查材料库中钢材硬度；（3）检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层；（4）黄铜轴套；（5）硬质合金刀片； （1）检查锂刀、钻头成品硬度采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRCo （2）检查材料库中钢材硬度采用布氏硬度试验来测定，硬度值符号 HBWo （3）检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层硬度采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。 （4）黄铜轴套硬度采用布氏硬度试验来测定，硬度值符号HBW。 （5）硬质合金刀片采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。 2-4单晶体和多晶体有何差别？为什么单晶体具有各向异性，多晶体具有各项同性？ 单晶体是由原子排列位向或方式完全一致的晶格组成的；多晶体是由很多个小的单晶体所组成的，每个晶粒的原子位向是不同的。因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。 2-5简述实际金属晶体和理想晶体在结构与性能上的主要差异。理想晶体中原子完全为规则排列，实际金属晶体由于许多因素的影响，使这些原子排列受到干扰和破坏，内部总是存在大量缺陷。如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存
在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。 2-6简述间隙固溶体和间隙化合物的异同点。 间隙固溶体和间隙化合物都是溶质原子嵌入晶格间隙形成的。间隙固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而间隙化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成。 3-3常用的管路焊锡为成分w(Pb二50%)、w(Sn=50%)的Pb-Sn合金。若该合金以及慢速度冷却至室温，求合金显微组织中相组成物和组织组成物的相对量。 0 20 40 80 |ixr? HXTcPb Sn
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） 三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20— 25，其加工路线为： 下料 锻造 正火 机加工 调质 机加工（精） 名称 候选材料 选用材料 热处理方法 最终组织 机床床身 T10A, KTZ450-06, HT200 HT200 时效 P ＋F ＋G 片 汽车后桥齿轮 40Cr, 20CrMnTi, 60Si2Mn 20CrMnTi 渗碳＋淬火＋低温回火 表面Cm ＋M ＋A ’ 心部 F ＋M 滚动轴承 GCr15, Cr12, QT600-2 GCr15 球化退火＋淬火＋低温回火 Cm ＋M ＋A ’ 锉刀 9SiCr, T12, W18Cr4V T12 球化退火＋淬火＋低温回火 Cm ＋M ＋A ’ 汽车板簧 45, 60Si2Mn, T10 60Si2Mn 淬火＋中温回火 T 回 钻头 W18Cr4V ，65Mn, 20 W18Cr4V 淬火＋低温回火 Cm ＋M ＋A ’ 桥梁 1Cr13, 16Mn, Q195 16Mn, 不热处理 F ＋P 滑动轴承 H70, ZSnSb11Cu6, T8 ZSnSb11C u6 不热处理 a+SnSb 耐酸容器 Q235, 1Cr18Ni9Ti, ZGMn13 1Cr18Ni9T i 固溶处理 A 发动机曲轴 QT600-3, 45, ZL101 QT600-3 等温淬火＋高温回火 S 回＋G 球
1—５在下面几种情况下,该用什么方法来测试硬度?写出硬度符号。(1)检查锉刀、钻头成品硬度;(２)检查材料库中钢材硬度;(３)检查薄壁工件得硬度或工件表面很薄得硬化层;(4)黄铜轴套;(5)硬质合金刀片; (1)检查锉刀、钻头成品硬度采用洛氏硬度试验来测定,硬度值符号HＲC。 (２)检查材料库中钢材硬度采用布氏硬度试验来测定,硬度值符号HＢW。 (3)检查薄壁工件得硬度或工件表面很薄得硬化层硬度采用洛氏硬度试验来测定,硬度值符号HRC。 (4)黄铜轴套硬度采用布氏硬度试验来测定,硬度值符号ＨBW。 (5)硬质合金刀片采用洛氏硬度试验来测定,硬度值符号HRC。 ２-4单晶体与多晶体有何差别?为什么单晶体具有各向异性,多晶体具有各项同性？ 单晶体就是由原子排列位向或方式完全一致得晶格组成得;多晶体就是由很多个小得单晶体所组成得,每个晶粒得原子位向就是不同得。因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同,造成原子间结合力不同,因而表现出各向异性;而多晶体就是由很多个单晶体所组成,它在各个方向上得力相互抵消平衡,因而表现各向同性、 ２-５简述实际金属晶体与理想晶体在结构与性能上得主要差异。 理想晶体中原子完全为规则排列,实际金属晶体由于许多因素得影响,使这些原子排列受到干扰与破坏,内部总就是存在大量缺陷、如果金属中无晶体缺陷时,通过理论计算具有极高得强度,随着晶体中缺陷得增加,金属得强度迅速下降,当缺陷增加到一定值后,金属得强度又随晶体缺陷得增加而增加、因此,无论点缺陷,线缺陷与面缺陷都会造成晶格崎变,从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷得存在还会增加金属得电阻,降低金属得抗腐蚀性能。
判断题（在括号内打“√”或“×”，每小题1分，共17分） 1.测试淬火件的硬度经常使用布氏硬度。……………………洛氏………（F） 2.细晶粒金属不仅强度、硬度高，而且塑性、韧性也好。………………………（T） 3.由于存在温度不同，过冷奥氏体与奥氏体具有不同的组织结构。…………（T） 4.渗碳体是钢中的一种基本相。………………………………………………（） 5.高温回火脆性可通过快冷消除。……………………………………………（T ） 6.钢号GCr15种，15表示Cr含量是15%。……………………………………（F ） 7.灰铸铁中的白口组织可通过正火消除。……………退火………………（F ） 8.铸铁中顺序凝固法用来防止产生铸造应力。………………………………（） 9.冲压件强度高是因为材料产生了加工硬化。………………………………（） 10. 金属热加工就是把金属加热后进行加工。………………………………（F） 11.可锻铸铁适合锻造加工。……………………………………………………（F） 12.酸性焊条是指焊条药皮中含有酸性氧化物。………………………………（） 13.低碳钢焊接接头中以正火区性能最好。……………………………………（） 14.钎焊时焊件也发生融化。……………………………………………………（） 15.自由锻可生产大型零件。……………………………………………………（F） 16.弯曲成形件模具角度只要与工件角度吻合即可得到合格工件。…………（F ） 17.轴承套圈开裂后焊补不能继续使用。………………………………………（T） 二、填空题（每空1分，共30分） 1.常用的金属材料强度指标有抗拉强度和屈服强度两种。 2.钢中常存的元素中，有害元素有P 和S 两种 3.碳在γ-Fe的间隙固溶体称为，它具有晶体结构，在1148℃时 碳具有最大溶解度为 2.11 %。 4.齿轮经过渗碳淬火处理后，既改变了齿轮表面的，又改变 了。 5.钢铁牌号QT500-7中，QT表示，500表示，单位 是，7表示。 6.拔长时的锻造比表达式为； 镦粗时的锻造比表达式为。 7.焊接变形形式有、、、、。 8.设计机械零件时遵循的选材原则是、、。 9.白口铸铁中碳主要以形式存在，而在灰口铸铁中碳主要以 形式存在。 10.热处理工艺过程包括、、三个阶段。 11.ZL201是合金，H68是合金。 三、选择题（每空1分，共17分） 1.在二元合金中，最适宜用于铸造生产的合金是（）。 A、共析成分合金； B、固溶成分合金； C、共晶成分合金。 2.等温淬火所得组织中适用于生产的组织是（）。 A、上贝氏体； B、下贝氏体； C、贝氏体 3.对低碳结构钢，为提高其切削加工性能、细化晶粒，选用（）。 A、退火； B、正火； C、淬火 4.金属牌号T8表示( )。 A、特殊钢； B、碳素结构钢； C、碳素工具钢； D、铜合金
工程材料与技术成型基础课后习题答案 第一章 1-1由拉伸试验可以得出哪些力学性能指标?在工程上这些指标是如何定义的? 答:强度和韧性.强度(σb)材料抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度;塑性(δ)材料在外力作用下产生永久变形而不被破坏的能力.强度指标里主要测的是:弹性极限,屈服点,抗拉强度等.塑性指标里主要测的是:伸长率,断面收缩率. 1-2 1-3锉刀:HRC 黄铜轴套:HB 供应状态的各种非合金钢钢材：HB 硬质合金刀片：HRA,HV 耐磨工件的表面硬化层：HV 调质态的机床主轴：HRC 铸铁机床床身：HB 铝合金半成品：HB 1-4公式HRC=10HBS,90HRB=210HBS,HV=HBS 800HV>45HRC>240HBS>90HRB 1-7材料在加工制造中表现出的性能，显示了加工制造的难易程度。包括铸造性，锻造性，切削加工性，热处理性。 第二章 2-2 答:因为γ-Fe为面心立方晶格,一个晶胞含4个原子,致密度为0.74;γ-Fe冷却到912°C后转变为α-Fe后，变成体心立方晶格，一个晶胞含2个原子，致密度为0.68，尽管γ-Fe的晶格常数大于α-Fe的晶格常数，但多的体积部分抵不上因原子排列不同γ-Fe变成
α-Fe体积增大的部分，故γ-Fe冷却到912℃后转变为α-Fe时体积反而增大。 2-3.答：（1）过冷度理论结晶温度与实际结晶温度只差。 （2）冷速越快则过冷度越大，同理，冷速越小则过冷度越小 （3）过冷度越大则晶粒越小，同理，过冷度越小则晶粒越大。过冷度增大，结晶驱动力越大，形核率和长大速度都大，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。 2-4：答：（1）在一般情况下，晶粒越小，其强度塑性韧性也越高。 （2）因为晶粒越小则晶界形成就越多，产生晶体缺陷，在晶界处晶格处于畸变状态，故晶界能量高因此晶粒的大小对金属的力学性能有影响。 （3）在凝固阶段晶粒细化的途径有下列三种： ①提高结晶时的冷却速度增加过冷度 ②进行变质处理处理：在液态金属浇筑前人工后加入少量的变质剂，从而形成大量非自发结晶核心而得到细晶粒组织。 ③在液态金属结晶时采用机械振动，超声波振动，电磁搅拌等。 2-5答：（1）固溶体是溶质原子溶于溶剂晶格中而保持溶剂晶格类型的合金相。 （2）固溶体中溶剂由于溶质原子的溶入造成固溶体晶格产生畸变，使合金的强度与硬度提高，而塑性与韧性略有下降。 （3）通过溶入原子，使合金强度与硬度提高的办法称之为固溶强化。 2-6答(1)金属化合物是指合金组元之间相互作用形成具有金属特征的物质;
此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除 机械工程材料模拟练习题 一、填空题（每空0.5分） 1. 常用测定硬度的方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度测试法。 2. 金属材料的力学性能主要包括强度、硬度、弹性、塑性等；强度的主要判据有屈服强度和 抗拉强度，强度和塑性可以用拉伸试验来测定；压入法测量方法简便、不破坏试样，并且能综合反映其它性能，在生产中最常用。 3. 铁碳合金在室温下平衡组织组成物的基本相是铁素体和渗碳体，随着碳的质量分数的增加，渗碳体相的相对量增多，铁素体相的相对量却减少。 4. 珠光体是一种复相组织，它由铁素体和渗碳体按一定比例组成。珠光体用符号P表示。 5. 铁碳合金中，共析钢的w c=0.77%,室温平衡组织为珠光体；亚共析钢的w=0.0218%-0.77% 室温平衡组织为铁素体和珠光体；过共析钢的w c=0.77%-2.11 %，室温平衡组织为珠光体和二次渗碳体。 6. 铁碳合金结晶过程中，从液体中析出的渗碳体称为一次渗碳体；从奥氏体中析出的渗碳体称为二次渗碳体；从铁素体中析出的渗碳体称为三次渗碳体。 7. 低碳钢的碳质量分数范围是：Wcc 0.25%、中碳钢:Wc=0.25%-0.6%高碳钢：Wc>0.6% 8. 金属的晶粒越细，强度、硬度越高，塑性、韧性越好。丄际生产中可通过增加过冷度、变质处理和附加振动来细化晶粒。 9. 常用金属中，丫-Fe、Al、Cu等金属具有面心立方晶格，a -Fe具有体心立方晶格。 10. 金属的结晶是在过冷的情况下结晶的，冷却速度越快，过冷度越大，金属结晶后的晶粒越细小,力学性能越好。 11. 钢的热处理工艺是由（加热）、（保温）和（冷却）三个步骤组成的；热处理基本不改变钢件的（形状和尺寸），只能改变钢件的（结构组织）和（力学性能）。 12. 完全退火适用于（亚共析碳）钢，其加热温度为（Ac3以上30-50 ° C），冷却速度（缓慢），得到（铁素体和珠光体）组织。 13. 球化退火又称为（均匀化）退火，其加热温度在（Ac1）+ 20-30 C,保温后（随炉缓慢）冷却，获得（球状珠光体）组织；这种退火常用于高碳工具钢等。 14. 中碳钢淬火后，再经低温回火后的组织为（回火马氏体），经中温回火后的组织为（回火托氏体），经高温回火后的组织为（回火索氏体）；淬火高温回火后具有（综合力学）性能。 15. 钢的高温回火的温度范围在（500-650 ° C），回火后的组织为（回火索氏体）。 这里开始！！！16.按化学成份分类，就含碳量而言，渗碳钢属低碳钢,调质钢属中碳钢,滚动轴承钢属高碳钢。 17. 高速钢W18Cr4V中合金元素W的作用是提高钢的红硬性和回火稳定性；Cr的作用是提高钢的淬透性；V的作用是与C形成稳定的VC，具有极高的硬度和耐磨性。高速钢的锻造不仅是为了成型，而且是为了使莱氏体中呈粗大鱼骨状的共晶合金碳化物均匀分布在基体上。高速钢淬火后需经560E三次回火，回火后其组织由隐针马氏体、粒状碳化物及少量残余奥氏体构成, 其性能具有高硬度、高强度、高耐磨性。 18. 按用途分，合金钢可分为（合金结构）钢、（合金工具）钢、（特殊性能）钢。 19. 40Cr钢中铬的平均含量约为（Wcr<0.2%，GCr9钢中铬的平均含量约为（0.9%）。 20. 与铸钢相比，普通灰口铸铁具有以下优异的使用性能：（铸造性能）、（减震性）和（切削加工性），但是（塑性和韧性）差。 21. 可锻铸铁的生产过程是首先铸成（白口）铸件，然后再经过（石墨化退火或氧化脱碳），使其组织中的（渗碳体）转变成为（团絮状石墨）。 22. （化学成分）和（冷却速度）是影响铸铁石墨化的主要因素。 23. 球墨铸铁是通过浇铸前向铁水中加入一定量的（球化剂）进行球化处理，并加入少量的（碳和硅）促使石墨化，在浇铸后直接获得球状石墨结晶的铸铁。
第一章 6、实际金属晶体中存在哪些缺陷？它们对性能有什么影响？ 答:点缺陷:空位、间隙原子、异类原子。点缺陷造成局部晶格畸变,使金属的电阻率、屈服强度增加,密度发生变化。 线缺陷:位错。位错的存在极大地影响金属的机械性能。当金属为理想晶体或仅含极少量位错时,金属的屈服强度σs很高,当含有一定量的位错时,强度降低。当进行形变加工时,为错密度增加,σs将会增高。 面缺陷:晶界、亚晶界。亚晶界由位错垂直排列成位错墙而构成。亚晶界就是晶粒内的一种面缺陷。 在晶界、亚晶界或金属内部的其她界面上,原子的排列偏离平衡位置,晶格畸变较大,位错密度较大(可达1016m-2以上)。原子处于较高的能量状态,原子的活性较大,所以对金属中的许多过程的进行,具有极为重要的作用。晶界与亚晶界均可提高金属的强度。晶界越多,晶粒越细,金属的塑性变形能力越大,塑性越好。 8、什么就是固溶强化？造成固溶强化的原因就是什么？ 答:形成固溶体使金属强度与硬度提高的现象称为固溶强化。 固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。晶格畸变随溶质原子浓度的提高而增大。晶格畸变增大位错运动的阻力,使金属的滑移变形变得更加困难,从而提高合金的强度与硬度。 9、间隙固溶体与间隙相有什么不同？ 答:合金组元通过溶解形成一种成分与性能均匀的,且结构与组元之一相同的固相称为间隙固溶体。间隙固溶体中溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。间隙固溶体的晶体结构与溶剂相同。间隙相就是间隙化合物中的一种,其晶体结构不同于组成它的任意元素的晶体结构,一般就是较大金属元素的原子占据晶格的结点位置,半径较小的非金属元素的原子占据晶格的间隙位置,晶体结构简单,间隙相一般具有高熔点、高硬度,非常稳定,就是合金的重要组成相。 第二章 1、金属结晶的条件与动力就是什么? 答:液态金属结晶的条件就是金属必须过冷,要有一定的过冷度。液体金属结晶的动力就是金属在液态与固态之间存在的自由能差(ΔF)。 2、金属结晶的基本规律就是什么? 答:液态金属结晶就是由生核与长大两个密切联系的基本过程来实现的。液态金属结晶时,首先在液体中形成一些极微小的晶体(称为晶核),然后再以它们为核心不断地长大。在这些晶体长大的同时,又出现新的品核并逐渐长大,直至液体金属消失。 3、在实际应用中,细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能,细化晶粒、提高金属材料使用性能的措施有哪些？ 答:(1) 提高液态金属的冷却速度,增大金属的过冷度。(2) 进行变质处理。在液态金属中加入孕育剂或变质剂,增加晶核的数量或者阻碍晶核的长大,以细化晶粒与改善组织。(3) 在金属结晶的过程中采用机械振动、超声波振动等方法。(4) 电磁搅拌。将正在结晶的金属置于一个交变的电磁场中,由于电磁感应现象,液态金属会翻滚起来,冲断正在结晶的树枝状晶体的晶枝,增加了结晶的核心,从而可细化晶粒。 4、如果其她条件相同,试比较在下列铸造条件下铸件晶粒的大小。 (1)金属模浇注与砂模浇注; (2)变质处理与不变质处理; (3)铸成薄件与铸成厚件; (4)浇注时采用震动与不采用震动。 答:(1)金属模浇注比砂模浇注,铸件晶粒小; (2)变质处理比不变质处理,铸件晶粒小;