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。1-4什么是硬度？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。
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=
56121?A N =A N 112
1 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 2-4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。
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，L0.50==β0.90；
2~2，时，剩余液相发生共晶反应：
L0.50==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：
mβ初=(0.80-0.50)/(0.90-0.50)*100%=75%
m（α+β）共晶=1- mβ初=25%
解(3)：
设合金的成分为w B=x，由题意知：
mβ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%
23.570218.077.00218.045.0%77.420218.077.045.077.0=--==--=
P Q Q α
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。
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。
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。
5-7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，内部的性能和组织不发生变化。
6-1合金钢和碳钢相比，为什么它的力学性能好，热处理变形小？为什么合金工具钢的耐磨性、热硬性比碳钢高？
（1）合金元素加入后并经适当的热处理，可使钢的力学性能提高或得意改善。（2）合金元素（除Co外）加入后使钢的淬透性增加，因此获得同样组织时合金钢可选择较缓的冷却介质，故热处理变形小。（3）合金工具钢由于含有一些合金元素，与钢中的碳形成合金碳化物，而这些合金碳化物的硬度高。熔点高，所以合金工具钢的耐磨性、热硬性比碳钢高。
6-2低合金高强度钢中合金元素主要通过哪些途径起强化作用？这类钢经常用于哪些场合？
答：低合金高强度钢主加合金元素为锰，锰具有固溶强化作用；辅加元素为V、Ti、Nb、Al等强碳（氮）化合物形成元素，所产生的细小化合物质点即可通过弥散强化进一步提高强度，又可细化钢基体晶粒而起到细晶强韧化（尤其是韧化）作用。这类钢经常用于制作大型构件。
6-3现有40Cr 钢制造的机床主轴，心部要求良好的强韧性（200~300HBW ），轴颈处要求硬而耐磨（54~58HRC ），试问：
（1） 应进行那种预备热处理和最终热处理？ 预备热处理：淬火+高温回火；最终热处理：轴颈表面淬火
（2） 热处理后各获得什么组织？ 预备热处理后获得回火索氏体；最终热处理后获得表面回火马氏体、心部回火索氏体。
（3） 各热处理工序在加工工艺路线中位置安排？
6-4现有20CrMnTi 钢制造的汽车齿轮，要求齿面硬化层，齿面硬度为58~62HRC ，心部硬度为35~40 HRC ，请确定其最终热处理方法及最终获得的表层与心部组织。
⑴ 齿轮生产工艺路线：下料→锻造→正火→加工齿形→渗碳→预冷淬火→低温回火→喷丸→精磨
⑵
⑶ 正火：消除锻造应力；细化晶粒；降低硬度，改善切削加工性能。 预冷淬火＋低温回火：获得表层的高硬度；心部的高强度和高韧性。 喷丸：消除表面氧化皮，提高表面质量；使表面留存残余压应力，提高疲劳强度。
⑷ 表层：高碳回火马氏体＋渗碳体或碳化物；心部：低碳回火马氏体＋屈氏体。
6-5弹簧为什么要进行淬火，中温回火？弹簧的表面质量对其使用寿命有何影响？可采用哪些措施提高弹簧使用寿命？
为了提高弹簧的疲劳寿命，对淬火加回火处理后的弹簧采用喷丸处理，经喷丸处理后弹簧表层处于压应力状态，形成一层极薄变形层，可使疲劳寿命成倍提高。
6-9 试分析高速工具钢中，碳与合金元素的作用及高速工具钢热处理工艺特点。为什么高速工具钢中，含碳量有普遍提高的趋势？
钢中加入较多的碳，起作用是既保证它的淬硬性，又保证淬火后有足够多的碳化物相；钨元素是提高钢红硬性的主要元素；Cr 元素的加入可提高钢的淬透性，并能形成碳化物强化相，铬在高温下可形成三氧化二铬,能起到氧化膜的保护作用；V 和C 的亲和力很强，在高速钢中形成碳化物（VC ）,它有很高的稳定性。VC 的最高硬度可达到83~85HRC ，在高温多次回火过程中VC 呈弥散状析出，进一步提高了高速钢的硬度、强度和耐磨性；Co 在高速钢中的主要作用是加强二次硬化的效果，提高红硬性。
高速工具钢的热处理工艺特点：高速钢锻后进行球化退火，以降低硬度，消除锻造应力，便于切削加工，并为淬火做好组织准备。退火后的组织为索氏体及粒状碳化物，为了缩短退火时间，生产中常采用等温退火工艺。高速钢的优越性能只有经过正确的淬火、回火才能获得。第一，高速工具钢中有大量的W 、Mo 、Cr 、V 的难溶碳化物，他们只有在1200℃以上的高温才能充分溶于奥氏体中，淬火后马氏体的强度高硬度高，且较稳定，回火后得到高热硬性
。因此高速钢淬火加热温度非常高；第时间 温度（℃） 20CrMnTi 齿轮最终热处理工艺曲线
二，高速钢中合金元素多，导热性较差。淬火加热时采用分级预热，一次预热温度600~650℃，二次预热在800~850℃，这样的加热工艺可避免由热应力而造成的变形或开裂。淬火冷却采用油中分级淬火法。高速钢的回火一般进行三次，回火温度560，每次1~1.5h。三次回火后高速钢残余奥氏体量从30％减少到3％~4％，与此同时，碳化物析出量增多，产生二次硬化现象，提高了刃具使用性能。
6-10高速工具钢经锻造后为什么要锻造？锻造后在切削加工前为什么必须退火？为什么高速工具钢退火温度较低[略高于Ac1（830℃）]而淬火温度却高达1280℃？淬火后为什么要经三次560℃回火？能否改用一次较长时间的回火？高速工具钢在560℃回火是否调质处理？为什么？
高速工具钢经锻造后的组织，不能用热处理办法矫正，必须借助于反复的压力热加工，一般选择多次轧制和锻压，将粗大的共晶碳化物和二次碳化物破碎，并使它们均匀分布在基体中。锻造后必须进行回火，目的在于既调整硬度便于切削加工，又调整组织为淬火作准备。高速工具钢中有大量的W、Mo、Cr、V的难溶碳化物，他们只有在1200以上的高温才能充分溶于奥氏体中，三次560℃的回火的目的是为了降低或消除残余奥氏体；不能改用一次较长时间的回火，因为三次回火是利用每次回火后冷却时发生奥氏体向马氏体的转变来降低残奥的量，与回火时间长短无关。
6-15奥氏体不锈钢能否通过热处理来强化？为什么？生产中常用什么方法使其强化？
不能。因为奥氏体不锈钢在淬火后，由于没有相变，加之第二相微粒全部溶入奥氏体，所以淬火后，其硬度强度将至最低，所以不能通过热处理使其强化。生产中常用加工硬化方法使其强化。
6-16奥氏体不锈钢和耐磨钢淬火的目的与一般钢的淬火目的有何不同？高锰钢的耐磨原理与淬火钢的耐磨原理又有何不同？它们的应用场合有何不同？
奥氏体不锈钢和耐磨钢淬火的目的是为了获得单一、成分均匀的奥氏体组织，防止出现第二相引起晶向腐蚀，因此奥氏体不锈钢淬火称固溶处理，而耐磨钢由于淬火后获得的单一奥氏体组织塑韧性较高，亦称其淬火为水韧处理。耐磨钢的耐磨原理是单一奥氏体组织在工作中受到强大的冲击、压力作用，从而产生应力诱发马氏体，使钢的耐磨性大大增加。淬火工具钢是通过淬火+低温回火，获得高硬度、高耐磨性的回火马氏体，使钢具有较高的耐磨性。耐磨钢用于制作承受强烈冲击、压力作用的工作零件，例推土机大铲，淬火工具钢用于不承受强烈冲击压力作用，要求耐磨性高的场合。
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
绍兴文理学院2007学年01学期 机自专业06级《机械工程材料》期末试卷 （考试形式：闭卷） 一、名词解释（共15 分，每小题 3 分） 1、过冷度 2、渗碳体 3、淬硬性 4、纤维组织 5、再结晶 二、填空题（共15 分，每空格0.5分） 1、HB、a k、б0.2分别表示材料的力学性能是、、。 2、工程材料的结合键有、、和。 3、金属的结晶过程主要由和两个基本过程组成。 4、常温下，金属单晶体的塑性变形方式为和两种。其中主要的变形方式是。 5、固溶体出现枝晶偏析后，可用加以消除。 6、在缓慢冷却条件下，含碳0.8%的钢比含碳1.2%的钢硬度、强度。 7、共析成分的铁碳合金室温平衡组织是，其组成相是和。 8、利用Fe-Fe3C相图确定钢完全退火的正常温度范围是________________，它只适应于___________钢。 9、马氏体的显微组织中，高碳马氏体呈状，低碳马氏体呈状。其中________的韧性较好。 10、调质钢中加入Cr、Mn等元素是为了提高，加入W、Mo是为了。 11、1Cr18Ni9Ti是钢，Cr、Ni的主要作用是，Ti主要作用是，使用状态下的组织是。 12、铸铁中析出石墨的三个途径是、、。 13、QT500-05牌号中，QT表示，数字500表示、数字05表示。 14、变形铝合金按热处理性质可分为铝合金和铝合金两类。 15、机器零件选材的三大基本原则是、和。 三、判断题（共10 分，每小题 1 分） 1、材料愈易产生弹性变形其刚度愈小。（） 2、室温下，金属的晶粒越细，则强度越高，塑性越低。（） 3、滑移变形不会引起金属晶体结构的变化。（） 4、凡组织组成物都是以单相状态存在于合金系中。（） 5、莱氏体的含碳量为6.69％。（） 6、不论碳含量高低，马氏体的硬度都很高，脆性都很大。（） 7、表面淬火既能改变钢的表面化学成分，也能改善心部的组织和性能。（） 8、在碳钢中具有共析成分的钢，较之于亚共析钢和过共析钢有更好的淬透性。（） 9、球墨铸铁可通过热处理来提高其机械性能。（） 10、表面耐磨的凸轮，材料用20钢，热处理技术条件：淬火+低温回火，HRC50～60。（） 四、选择题（共15 分，每小题 1 分） 1、拉伸试验时，试样断裂前所能承受的最大应力称为材料的（）。 (a)屈服强度(b)弹性极限(c)抗拉强度(d)疲劳强度 2、晶体中的位错属于（）。 (a) 体缺陷(b) 面缺陷(c) 线缺陷（d）点缺陷
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？
工程材料试题及答案 工程材料试题及答案 在现实的学习、工作中，我们都不可避免地要接触到试题，试题是考核某种技能水平的标准。什么类型的试题才能有效帮助到我们呢？以下是小编为大家收集的工程材料试题及答案，欢迎阅读与收藏。 1、金属材料的使用性能包括物理性能、（）和（）。答案：化学性能力学性能 2、金属材料的工艺性能包括锻造、（）、（）等。答案：铸造焊接 3、变化很慢的载荷称为（）载荷。答案：静 4、在短时间内以高速度作用于零件上的载荷称为（）载荷。答案：冲击 5、大小和方向随时间发生周期性变化的载荷称为（）载荷。答案：交变 6、变形一般分为（）变形和塑性变形两种。不能随载荷的去除而消失的变形称为（）变形。答案：弹性塑性 7、强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗（）或（）的能力。答案：塑性断裂 8、强度常用的衡量指标有（）和（）。答案：屈服点抗拉强度 9、如果零件工作时所受的应力低于材料的（）和（），则不会产生过量的塑性变形。答案：屈服点σs 210、有一钢试样其横截面积为100mm，已知钢试样的σs＝314MPa，σb＝530MPa 。拉伸试时，当受到拉力为（）时，试样出现屈服现象，当受到拉力为（）时，试样出现缩颈. 答案：31400 53000 11、断裂前金属材料产生塑性变形的能力称为塑性。金属材料的（）和（）的数值越大，表示材料的塑性越好。答案：断后伸长率断面收缩率 12、一拉伸试样的原标距长度为50mm，直径为10 mm拉断后试样的标距长度为79 mm，缩颈处的最小直径为4.9 mm,此材料的伸长率为（）,断面必缩率为（）。答案：58% 73% 13、填出下列力学性能指标的符号：符号：抗拉强度（），洛氏硬度C标尺（）。答案：σb HRC 14、符号：断面收缩率（），冲击韧度（）。答案：φ Ak 15、500HBW5/750表示用直径为5mm, 材料为硬质合金球形压头，在7350 N压力下，保持（）s,测得的硬度值是（）。答案：10—15 500 16、金属材料抵抗（）载荷作用而（）能力，称为冲击韧性。答案：冲击不破坏 17、原子呈无序堆积状况的物体叫非晶体，原子呈有序、有规则排列的物体称为（）。一般固态金属都属于（）。答案：晶体晶体 18、在晶体中由一系列原子组成的平面，称为（）。通过两个或两个以上原子中心的连
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。
工程材料试题库及答案 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见的热处理方法( 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) 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 )
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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
《工程材料与成形技术》课复习提纲 一、工程材料部分 1.常见金属晶格类型。 2. 三种晶体缺陷。 3. 相的概念。 4.固态合金有哪些相。 5.过冷度的概念。 6.过冷度与晶粒度的关系。 7.结晶过程的普遍规律。8.控制晶粒度的方法。 9.同素异构转变的概念。 10.绘制铁碳合金相图（各线、特殊点、成份、温度、组织、相）。 11.分析钢从奥氏体缓冷至室温时的结晶过程，画出典型铁碳合金（钢）显微组织示意图。 12.共晶反应式和共析反应式。 13.金属塑性变形的两种方式。14.加工硬化的概念。 15再结晶温度的计算。16热加工与冷加工的区别。 17.钢的热处理概念。18.热处理工艺分类。 19.过冷奥氏体转变的产物。20.决定奥氏体转变产物的因素。 21.马氏体的概念。 22会分析过冷奥氏体转变曲线。知道淬透性与C曲线的关系。 23.退火和正火的目的。24.淬火的概念。 25.一般怎样确定碳钢的淬火温度？26.影响淬透性的因素。 27.回火的目的。28.何为回火脆性？ 29.回火的种类。 30.一般表面淬火的预备热处理方法和表面淬火后的组织。 31渗碳的主要目的。32.钢按化学成分分类。 33.钢按质量分类。34 钢按用途分类。 35.机器结构钢的分类。36 钢中S、P杂质的影响。 37合金元素在钢中的作用。38.结构钢牌号表示的含义。 39.能区别渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢的牌号和一般采用的热处理方法。40按刃具钢的工作条件，提出哪些性能要求？ 41.根据碳钢在铸铁中存在形式及石墨形态，铸铁的分类。 二、材料成形技术部分 1、铸造工艺参数主要包括哪些内容？ 2、流动性对铸件质量的影响。 3、什么合金易于形成缩孔、什么合金易于形成缩松？。 4、铸造应力分为哪几类？ 5、减小和消除铸造应力的主要方法。 6、绘制自由锻件图主要考虑哪些问题？。 7、何谓拉深系数？有何意义？8.焊接的实质。
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。
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.晶体的各向异性：金属各方向的具有不同性能的现象。 5.枝晶偏析：结晶后晶粒内成分不均匀的现象。 6.本质晶粒度：奥氏体晶粒长大的倾向。 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.孕育铸铁：经过孕育处理的铸铁。 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.（×） 2.结构钢的淬透性,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. （×） 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。（√） 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. （×） 11. 晶界是金属晶体的常见缺陷. （√） 12. 渗碳体是钢中常见的固溶体相. （×） 13. 金属的塑性变形主要通过位错的滑移进行.（√） 14. 金属在进行热加工时，不会产生加工硬化现象. （√） 15. 上贝氏体的韧性比下贝氏体的好 . （×） 16. 对过共析钢工件进行完全退火可消除渗碳体网. （×） 17. 对低碳低合金钢进行正火处理可提高其硬度. （√） 18. 淬火获得马氏体的必要条件之一是其淬火冷却速度必须小于Vk. （×） 19. 高锰钢在各种条件下均能表现出良好的耐磨性. （×） 20. 无限固溶体必是置换固溶体. （√） 21. 金属的晶粒越细小,其强度越高,但韧性变差. （×） 22. 所谓临界冷却速度就是指钢能获得完全马氏体组织的最小冷却速度. （√）
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
1. 将同一棒料上切割下来的4块45#试样，同时加热到850°，然后分别在水、油、 炉和空气中冷却，说明：各是何种热处理工艺？各获得何种组织？排列一下硬度大小： 答： （1）水冷：淬火M （2）油冷：淬火M+T （3）炉冷：退火P+F （4）空冷：正火S+F 硬度（1）>（2）>（4）>（3） 2. 确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的和退火后的组织： （1）经冷轧后的15号钢板，要求降低硬度。 （2）ZG的铸造齿轮； （3）锻造过热后的60钢锻坯； （4）改善T12钢的切削加工性能： 答： （1）再结晶退火：目的：细化晶粒，均匀组织，使变形晶粒重新转变为等轴晶粒，以消除加工硬化，降低了硬度，消除内应力，得到P(等轴)+F （2）去应力退火：目的：消除铸造内应力，得到P+F 3）完全退火：目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低了硬度，改善切削加工性，得到P+F （4）球化退火：目的：使片状渗碳体装变为球状渗碳体，降低硬度，均匀组织，改善切削
性能，得到粒状P+Fe3C 3. 说明直径为10mm的45钢试样分别为下列温度加热：700°C、760°C、840°C、1100°C。保温后在水中冷却得到的室温组织 答： 温度加热后组织水冷后组织 700°C P+F P+F 760°C A+F M+F 840°C A M 1100°C A M 4.两个碳质量分数为1.2%的碳钢薄试样，分别加热到780°C和900°C，保温相同时间奥氏体化后，以大于淬火临界冷却速度的速度冷却至室温。试分析：
（1）哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大？ （2）哪个温度加热淬火后马氏体碳含量较多？ （3）哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？ （4）哪个温度加热淬火后未溶渗碳体较多？ （5）你认为哪个温度加热淬火合适？为什么？ 答：（1）900°C（2）900°C（3）900°C（4）780°C（5）780°C，综上所述此温度淬火后得到的均匀细小的M+颗粒状Cm+AR的混合组织，使钢具有最大的硬度和耐磨性。 5.用T10钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为：锻造—热处理—机加工—热处理—磨加工。 （1）写出其中热处理工序的名称及作用。 （2）制定最终热处理（磨加工前的热处理）的工艺规范，并指出车刀在使用状态下的显微组织和大致硬度。 答:(1)球化退火，作用：利于切削加工。得到球状珠光体，均匀组织，细化晶粒，为后面淬火处理作组织准备。淬火+低温回火，作用：使零件获得较高的硬度、耐磨性和韧性，消除淬火内应力，稳定组织和尺寸。 （2）工艺规范：760°C水淬+200°C回火； 显微组织：M回+Cm，大致硬度：60HRC. 6.如下图所示，T12钢加热到Ac1以上，用图示
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。
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;
一、填空题（每空1分，共20分） 1．常见的金属晶格类型有体心立方晶格、_面心立方晶格_____________和__密排六方晶格____________。 2．空位属于____点______缺陷，晶界和亚晶界分别_面_________ 缺陷，位错属于_____________线__缺陷。 3．金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，这种现象称为_过冷______________。 4．原子在溶剂晶格中的分布不同，可将固溶体分为_间隙______________固溶体和_____________置换__ 固溶体。 5．室温下Fe－Fe3C合金中的4种基本组织是________铁素体______、_________珠光体______、___莱式体____________和_渗碳体______________。 6．常见的金属的塑性变形方式有______孪生_________和_____滑移__________两种类型。7．钢的热处理工艺是由______加热_________、__保温_____________和_______冷却________三个步骤组成的。 8．铁碳合金为双重相图，即___铁渗碳体____________相图和____铁石墨___________相图。 二、单项选择题（每题2分，共20 分） （ b）1.两种元素组成固溶体，则固溶体的晶体结构。 A．与溶质的相同 B．与溶剂的相同 C．与溶剂、溶质的都不相同 D．是两种元素各自结构的混合体 （ d）2.铸造条件下，冷却速度越大，则。 A．过冷度越小，晶粒越细 B．过冷度越小，晶粒越粗 C．过冷度越大，晶粒越粗 D．过冷度越大，晶粒越细 （ a）3.金属多晶体的晶粒越细，则其。 A．强度越高，塑性越好 B．强度越高，塑性越差 C．强度越低，塑性越好 D．强度越低，塑性越差 （ b）4. 钢的淬透性主要取决于。 A．冷却介质 B．碳含量 C．钢的临界冷却速度 D.其它合金元素 （ d）5.汽车、拖拉机的齿轮要求表面具有高耐磨性，心部具有良好的强韧性，应选用。 A．45钢表面淬火+低温回火 B．45Cr调质 C．20钢渗碳、淬火+低温回火 D．20CrMnTi渗碳、淬火+低温回火 （ a）6.完全退火主要适用于。
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;
1．F和A分别是碳在α-Fe、γ-Fe中所形成的间隙固溶体。 2．液态金属结晶时常用的细化晶粒的方法有增加过冷度、 加变质剂、增加液体的流动。 3.加热是钢进行热处理的第一步，其目的是使钢获得奥氏体组织。 4．在Fe-Fe3C相图中，钢与铸铁分界点的含碳量为 2.11% 。 5．完全退火主要用于亚共析钢，其加热温度为： Ac3 +（30～50）℃。 6．1Cr18Ni9Ti是不锈钢，其碳的质量分数是 0.1% 。 7. QT600-03中的“600”的含义是：σb≥600MPa 。 8．T8MnA是碳素工具钢，其中“A”的含义是高级优质。 9．40Cr是合金结构钢，其Cr的主要作用是提高淬透性、强化铁素体。 10．调质件应选中碳成分的钢，渗碳件应选低碳成分的钢。 11．化学热处理的基本过程包括：化学介质分解出渗入元素的活性原子，活性原子被工件表面吸附，原子由表层向内扩散形成渗层。 12．按冷却方式的不同，淬火可分为单介质淬火、双介质淬火、等温淬火、分级淬火等。 13．60钢（Ac1≈727℃，Ac3≈766℃）退火小试样经700 ℃、740 ℃、800 ℃加热保温，并在水中冷却得到的组织分别是：P+F ，F+M+Ar ，M+Ar 。14．金属的冷加工与热加工是按再结晶温度来划分的。 15．制造形状简单、小型、耐磨性要求较高的热固性塑料模具应选用 T10 钢，而制造形状复杂的大、中型精密塑料模具应选用 3Cr2Mo 钢。（请从45、 T10、3Cr2Mo、Q235A中选择） 1．碳钢在室温下的相组成物是铁素体和渗碳体。 2．铁碳合金平衡结晶时，只有成分为 0.77%的共析钢才能发生共析反应。 3．在1100℃，含碳0.4%的钢不能进行锻造，含碳4.0%的铸铁能进行锻造。 4．细晶强化能同时提高钢的强度和韧性。 5．碳的质量分数对碳钢力学性能的影响是：随着钢中碳的质量分数的增加，硬度、强度增加，塑性、韧性也随着增加。 6．固溶强化是指因形成固溶体而引起的合金强度、硬度升高的现象。