重庆大学
学期考试试卷
课程名称：金属学及热处理课程代码：
主要班级：教学班号：
本卷为 A 卷，共 2 页，考试方式：闭卷，考试时间：120 分钟题号一二三四五六七八九十总分得分
一、填空题（15分）
1、在BCC和FCC晶格中，单位晶胞内的原子数分别为和，其致密度分别为和。
2、金属的结晶过程是的过程。控制结晶后晶粒大小的方法有、和。
3、冷变形金属在加热时组织与性能的变化，随加热温度不同，大致分为、
和三个阶段。
4、1Crl8Ni9Ti钢中Ti的作用是，而20CrMnTi 钢中Ti的作用是。
5、碳在白口铸铁中主要以形式存在，而在灰口铸铁中主要以形式存在。
二、名词解释（10分）
1、合金；
2、共晶转变；
3、枝晶偏析；
4、伪共晶；
5、回复；
三、选择题（12分）
1、工程上使用的金属材料一般都呈( )。
A．各向异性；B．各向同性；C．伪各向异性；D．伪各向同性。
2、固溶体的晶体结构( )。
A．与溶剂的相同；B．与溶质的相同；
C．与溶剂、溶质的都不相同；D．是两组元各自结构的混合。
3、多晶体金属的晶粒越细，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
4、调质处理后可获得综合力学性能好的组织是( )
A．回火马氏体B．回火托氏体
C．回火索氏体D．索氏体
5、过共析钢正火的目的是( )。
A．调整硬度，改善切削加工性B．细化晶粒，为淬火作组织准备
C消除网状二次渗碳体D．防止淬火变形与开裂
6、对于可热处理强化的铝合金，其热处理方法为( )。
A．淬火＋低温回火B．完全退火
C．水韧处理D．固溶＋时效
四、判断题（5分）
1、金属铸件可通过再结晶退火来细化晶粒。( )
2、亚共析钢加热至Ac1和Ac3之间将获得奥氏体＋铁素体二相组织，在此区间，奥氏体的含碳量总是大于钢的含碳量。( )
3、化学热处理既改变工件表面的化学成分，又改变其表面组织。( )
4、所有合金元素均使Ms、Mf点下降。( )
5、可锻铸铁可在高温下进行锻造加工。( )
五、问答题（36分）
1、什么叫临界晶核?它的物理意义及与过冷度的定量关系如何?（8分）
2、试比较45钢、T 8钢、T12钢的硬度、强度和塑性有何不同?（9分）
3、试述奥氏体的形成过程及控制奥氏体晶粒的方法。（9分）
4、分析碳和合金元素在高速钢中的作用及高速钢热处理工艺的特点。（10分）
六、综合分析题（22分）
1、用9SiCr钢制成圆板牙，其工艺路线为：锻造→球化退火→机械加工→淬火→
低温回火→磨平面→开槽开口。试分析：①球化退火、淬火及回火的目的；②球化退火、淬火及回火的大致工艺。（10分）
2、一碳钢在平衡冷却条件下，所得显微组织中，含有50％的珠光体和50％的铁
素体，问：①此合金中碳的质量分数为多少? ②若该合金加热到730 ℃时，在平衡条件下将获得什么组织? ③若加热到850 ℃，又将得到什么组织?（12分）
金属学及热处理试卷参考答案
一、填空题
1、2，4，0.68，0.74；
2、形核与长大，增加过冷度，变质处理，振动、搅拌等；
3、回复，再结晶，晶粒长大；
4、防止奥氏体不锈钢晶间腐蚀，细化晶粒；
5、Fe3C，石墨。
二、名词解释
1、合金：是指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。
2、共晶转变：在一定的温度下，由—定成分的液相同时结晶出两个成分不同的固相的转变。
3、由于固溶体结晶通常是树枝状进行，结果使枝干和枝间的化学成分不同，称为枝晶偏析。
4、非共晶成分的合金所得到共晶组织称为伪共晶。
5、回复：冷变形金属在加热时所产生的某些亚结构和性能的变化过程。
三、选择题
1A，2A，3A，4C，5C，6D
四、判断题
1×，2√，3√，4×，5×
五、问答题
1、根据自由能与晶胚半径的变化关系，可以知道半径r＜r c的晶胚不能成核；r＞r c的晶胚
才有可能成核；而r＝r c的晶胚既可能消失，也可能稳定长大。因此，半径为r c的晶胚称为临界晶核。其物理意义是，过冷液体中涌现出来的短程规则排列的原子集团，当其尺寸r≥rc时，这样的原了团使可成为晶核而长大。临界晶核半径r c其大小与过冷度
有关。
T
L
T r
m
m c?=
σ2
2、由含碳质量分数对碳钢性能的影响可知，随着钢中碳含量的增加，钢中的渗碳体增多，硬度也随之升高，基本上呈直线上升。在0.8％C 以前，强度也是虽直线上升的。在，0.8％C 时，组织全为珠光体，强度最高；但在＞0. 8％C 以后，随碳量的继续增加，组织中将会出现网状渗碳体，致使强度很快下降；当≥2.11％C 后，组织中出现莱氏体．强度将很低，而塑性是随碳量增加而下降的，在出现莱氏体后，塑性将几乎降为零。由此可知，T12的硬度最高，45钢的硬度最低；T12的塑性最差，45钢塑件最好；T8钢均居中，T8钢的强度最高。
3、奥氏体形成过程：a)奥氏体晶核的形成b)奥氏体晶核的长大；c)残留渗碳体的溶解；d)奥氏体成分均匀化。控制奥氏体晶粒大小的方法：a)制定合适的加热规范，包括控制加热温度及保温时间、快速短时加热；b)碳含量控制在一定范围内，并在钢中加入—定显阻碍奥氏体晶粒长大的合金元素。如：A1、V 、Ti 、Zr 、Nb 等；c)考虑原始组织的影响，例如片状球光体比球状珠光体加热组织易粗化。
4、化学成分：高碳的目的是为了和碳化物形成元素Cr 、W 、Mo 、V 等形成碳化物，并保正得到强硬的马氏体基体以提高钢的硬度利耐磨性。W 、Mo 、V 主要是提高钢的红硬性，因为这些元素形成的碳化物硬度高，产生二次硬化效应，因而显著提高钢的红硬性、硬度和耐磨性。Cr 主要是提高钢的淬透性。其工艺突出的特点是淬火加热温度非常高，回火温度高，次数多，淬火加热时采用预热。
六、综合分析题
1、球化退火是为了消除锻造应力，获得球状珠光体和碳化物，降低硬度以利于切削加工并为淬火做好组织准备，减少淬火时的变形与开裂；淬火及回火是为了获得回火马氏体，保证热处理后具有高硬度、高耐磨性。球化退火工艺：加热温度790—810℃，等温温度700—720℃；淬火工艺：加热温度850—870℃(油淬)；回火工艺；160—180℃。
2、①设该合金中含C%＝x ，则由杠杆定律得
%50%0218.0%77.0%77.0=--X 所以 C%＝x=0.38%
②其显微组织为F ＋A
③全部奥氏体(A)组织
重庆大学
期考试试卷
课程名称： 金属学及热处理 课程代码： 主要班级： 教学班号： 本卷为 B 卷，共 2 页，考试方式： 闭卷 ，考试时间：120 分钟 题 号
一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总 分
得 分
一、填空题（15分）
1、实际金属中存在有、和三类晶体缺陷。
2、为了使金属结晶过程得以进行，必须造成一定的，它是理论结晶温度与的差值。
3、碳在α—Fe中的间隙固溶体称为，它具有晶体结构．在℃时碳的最大溶解度为％。
4、当钢中发生奥氏体向马氏体转变时，原奥氏体中碳含量越高，则Ms点越转变后的残余奥氏体量就越。
5、除处，其他的合金元素溶人A中均使C曲线向移动，即使钢的临界冷却速度，淬透性。
二、名词解释（10分）
1、相；
2、热处理；
3、置换固溶体；
4、加工硬化；
5、珠光体；
三、选择题（12分）
1、当晶格常数相同时，FCC晶体比BCC晶体( )。
A．原子半径大，但致密度小；B．原子半径小，但致密度大；
C．原子半径大，但致密度也大；D．原子半径小．但致密度也小。
2、能使单晶体产生塑性变形的应力为( )。
A．正应力B．切应力c．原子活动力D．复合应力
3、钢在淬火后所获得的马氏体组织的粗细主要取决于( )
A．奥氏体的本质晶粒度B．奥氏体的实际晶粒度
C．奥氏体的起始晶粒度D．加热前的原始组织
4、过共析钢的正常淬火加热温度是( )。
A．Acm十(30—50℃) B．Ac3十(30—50℃)
C．Ac1十(30—50℃) D．Ac1一(30—50℃)
5、制造手工锯条应采用( )。
A．45钢淬火＋低温回火B．65Mn淬火＋中温回火
C．T12钢淬火＋低温回火D．9SiCr淬火＋低温回火
6、L Yl2的( )。
A．耐蚀性好B．铸造性能好
C．时效强化效果好D．压力加工性好
四、判断题（5分）
1、固溶体的强度和硬度，比组成固溶体的溶剂金属的强度和硬度高。( )
2、实际金属是由许多结晶位向都完全相同的小晶粒组成的。( )
3、T10和T12钢如其淬火温度—样，那么它们淬火后残余奥氏体量也是一样的。( )
4、高速钢反复锻造是为了打碎鱼骨状共晶莱氏体，使其均匀分布于基体中。( )
5、铸铁可以通过再结晶退火使晶粒细化，从而提高其力学性能。( )
五、问答题（36分）
1、分析纯金属生长形态与温度梯度的关系? （8分）
2、何为超塑性?如何实现超塑性?（9分）
3、何谓回火脆性?说明回火脆性的类型、特点及其抑制方法。（9分）
4、为什么合金钢比碳钢的力学性能好?热处理变形小?合金工具钢的耐磨性热硬性比碳钢高?（10分）
六、综合分析题（22分）
1、某汽车齿轮选用20CrMnTi材料制作，其工艺路线为：下料→锻造→正火→切削加工→渗碳→淬火＋低温回火→喷丸→磨削加工。请分别说明上述四项热处理工艺的目的及工艺。（10分）
2、现有A、B两种铁碳合金。A的显微组织为珠光体的量占75％，铁素体的量占25％；B的显微组织为珠光体的量占92％，二次渗碳体的量占8％。请回答：①这两种铁碳合金按显微组织的不同分属于哪一类钢? ②这两种钢铁合金的含碳量各为多少? ③画出这两种材料在室温下平衡状态时的显微组织示意图，并标出各组织组成物的名称。（12分）
金属学及热处理试卷参考答案
一、填空题
1、点缺陷、线缺陷、面缺陷；
2、过冷度，实际结晶温度；
3、铁素体，BCC，727，0.0218；
4、低，多；
5、Co，右，减小，增加。
二、名词解释
1、相：结构相同、成分相同并以界面相互分的均匀组成部分。
2、热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。
3、置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成固溶体。溶质原子与溶剂原子的尺寸差不同，都将引起晶格畸变，产生固溶强化。
4、随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化。
5、共析转变的产物是F 与Fe3C的机械混合物，称作珠光体，用P表示。
三、选择题
1B，2B，3B，4C，5C，6C
四、判断题
1√，2×，3×，4√，5×
五、问答题
1、纯金属生长形态是指晶体长大时界面的形貌。界面形貌取决于界面前沿液体中的温度分布。
(1)平面状界面。当液体具有正温度梯度时，晶体以平界面方式推移长大。此时，界面上任何偶然的小的凸起伸入液体时，都会使其过冷度减小，长大速率降低或停止长大，而被周围部分赶上，因而能保持平界面的推移。长大中晶体沿平行温度梯度的方向生长，或沿散热的反方向生长，其他方向的生长则受到抑制；
(2)树枝状界面。当液体具行负温度梯度时，在界面上若形成偶然的凸起伸入前沿液体时，由于前方液体有更大的过冷度，有利于晶体长大和凝固潜热的散失，从而形成枝晶的一次轴。一个枝晶的形成，其潜热使邻近液体温度升向，过冷区降低，因此，类似的枝晶只在相邻一定间距的界面上形成．相互平行分布。在—次枝晶处的温度比枝晶间温度高，这种负温度梯度使一次铀上又长出二次轴分技，同样，还会产生多次分枝。枝晶生长的最后阶段，由于凝固潜热放出使枝晶周围的液体温度升高至熔点以上。液体中出现正温度梯度，此时晶体长大依靠平面方式推进，直至枝晶间隙全部被填满为止。
2、金属材料在一定条件下拉伸，其延伸率可以高达200％以上，甚至大于1000％。这种性能称作超塑性。超塑性可以分成组织超塑性，相变超塑性和其他超塑性三大类。其中组织超塑性应该具备三个条件：
(1)晶粒超细化、等轴化、稳定化，一般不超过10 μm；
(2)变形温度一般在(0.5—0.7)Tm，呈现超塑性；
(3)—定的应变速率，超塑性变形最佳的速率为10-4—10-5S-1或者10-3—10-2min-1。
3、有些钢在某一温度范围内回火时，其冲击韧性比在较低温度回火时还显者下降，这种脆化现象称为回火脆性。
回火脆性类型主要有两种，即低温回火脆性与高温回火脆性。低温回火脆性亦称第一类回大脆性，几乎所有工业用钢都存在程度不问的这类脆性、它与回火后的冷却速度无关。因此又称为不可逆回火脆性。高温间火脆性亦称第二类回火脆性，其特点是只出现在一些特定成分的钢中，其回火脆性与否，与回火后冷却速度有关，即回火缓冲出现，快冷不出现，因此亦称可逆回火脆性。
抑制回火脆性的方法：对于第一类回火脆性由于其不可逆性，只能避免在脆化温度范围内回火；如果必须在该温度回火，可采用等温淬火；加Si使低温回火脆化温度移向高温
等措施。
抑制高温回火脆性的方法：1)高温间火后快速冷却；2)降低钢中杂质元素的含量；3)钢中加人适量的Mo 、W 。
4、(1)合金元素加入后并经适当热处理，可使钢的力学性能提高或得以改善。(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)合金工具钢出于含有—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。
六、综合分析题
1、①正火目的：使组织均匀化、细化、改善加工性能。正火工艺：加热至Ac3＋(30—50)℃，空冷。②渗碳目的：提高齿轮表面的含碳量，为淬火作难备。渗碳工艺；在900—950℃进行。③淬火目的：使渗碳层获得最好的性能，即获得高的齿面硬度，耐磨性及疲劳强度并保持心部的强度及韧性。淬火工艺：渗碳后，油冷。④低温回火目的：减少或消除淬火后应力，并提高韧性。低温回火工艺：加热至(150-200)℃进行。
2、①A ：亚共析钢 B ：过共析钢
② 设A 钢的含碳量为：x1
%75%%0218.0%77.0%0218.01==--P x x1=0.58% 故A 钢的含碳量为0.58％
设B 钢的含碳量为：x2
%92%%77.0%69.62%69.6==--P x x2=1.24% B 钢的含碳量为1.24％
③组织示意图：
金属学与热处理试题
第一部分金属学
一、解释下列名词并说明其性能特点（本大题共2小题，每小题3分，总计6分）
1、渗碳体
2、铁素体
二、问答题（本大题共5小题，总计40分）
? 写出Fe-Fe3C 相图中共析和共晶转变式，并说明含碳量及温度。（8分）
?写出Fick第一定律和第二定律的表达式，并说明应用范围、区别及联系。（8分）
?图示并说明什么是热过冷。（4分）
?何谓加工硬化？产生原因是什么？有何利弊？（12分）
?无论置换固溶体还是间隙固溶体都会引起强度升高，试分析其原因。（8分）
三、计算题（本大题共2小题，每小题5分，总计10分）
1、计算莱氏体中Fe3C的相对含量。
2、已知Cu的熔点为1083℃，试估算其再结晶温度。（δ≈0.35）
四、实验题（本大题共2小题，每小题3分，总计6分）
1、试画出含碳量为0.45%的铁碳合金金相显微组织示意图；
2、试分析含碳量分别为0.20%、0.45%、0.65%的铁碳合金在组织和力学性能上有何不同？
第二部分热处理原理（38分）
一、名词解释（本大题共3小题，每小题2分，总计6分）
1、热处理
2、马氏体
3、实际晶粒度
二、填空题（本大题共16个空，每空1分，总计16分）
1、马氏体的基本形态有和，此外还有、和。通常低碳钢所形成的马氏体为，高碳钢所形成的马氏体为.
2、按回火温度不同，通常将回火分为、和；
回火温度分别是、和；其回火组织分别为、和。
三、何谓奥氏体？简述奥氏体的转变的形成过程及影响奥氏体晶粒长大的因素。（本大题6分）
四、问答题：（本大题共2小题，每小题5分，总计10分）
将共析钢加热至780℃，经保温后，请回答：
1、若以图示的V1、V
2、V
3、V
4、V5和V6的速度进行冷却，各得到什么组织？
2、如将V1冷却后的钢重新加热至530℃，经保温后冷却又将得到什么组织？力学性能有何变化？
答案
第一部分金属学（62分）
一、
1.Fe3C为复杂晶体结构的间隙化合物，其硬度高，脆性大，塑性几乎等于零，硬脆相，是钢中主要强化相。
2. α-Fe中溶入溶质元素而构成的固溶体，铁素体仍保持α-Fe的体心立方晶格，由于间隙小，溶碳极少，力学性能与纯铁相同，强度、硬度不高，具有良好的塑性，770 oC以下为铁磁性。
二、
1.A0.77 (F0.0218+Fe3C)共析L4.3(A
2.11+Fe3C)共晶；
2.稳态
非稳态
第一扩散定律是第二扩散定律的特例。
3.
ΔＴ=T0 - T1
过冷是由液固界面前沿实际温度分布与平衡凝固温度之差，称热过冷。
4. 冷加工变形后，金属材料强度、硬度升高而塑性下降的现象叫加工硬化。是由于塑变中产生了大量位错等晶体缺陷，相互交互作用，使位错运动阻力增大，变形抗力增加，加工硬化是强化金属材料重要方法，尤其是热处理不能强化材料更重要，使材料在加工中成为可能。但同时变形抗力增加，进一步变形必消耗动力，塑性大幅下降，会导致开裂，有时为继续变形必加中间再结晶退火，增加生产成本。
5. 一是溶质原子的溶入使晶格畸变，阻碍滑移面上位错运动。
二是位错线上偏聚的溶质原子对位错的钉扎作用，形成“柯氏气团”对位错起钉扎作用。
三、计算题
1.
2.T再＝δTm=0.35(1083+273)=474.6K，即201.6 oC
四、实验题
1、0.45%的铁碳合金金相显微组织示意图；
2、随含碳量↑，F↓，Fe3C↑。塑性、韧性下降，强度硬度↑
第二部分热处理原理（38分）
一、名词解释（本大题共3小题，每小题2分，总计6分）
1、热处理：将钢在固态下进行加热、保温，冷却，以改变其组织而得到所需性能的工艺方法。
2、马氏体：C在α－Fe中的过饱和固溶体。
3、实际晶粒度：在某一加热条件下（实际热处理）所得到的实际奥氏体晶粒大小。
二、填空题（本大题共16个空，每空1分，总计16分）
1、板条状、片状，此外还有蝶状、薄片状和ε马氏体。板条状，片状.
2、低温、中温、高温；150～250℃，350～500℃，500～650℃；回火M，回火T，回火S 。
三、
奥氏体：C溶解在γ－Fe中的固溶体。
形成过程：奥氏体生核、长大、残余渗碳体溶解、奥氏体均匀化。
影响因素：加热温度、保温时间，加热速度，含碳量，合金元素，冶炼方法，原始组织等。
四、
1、V1：M+A残余、V2：T+M、V3：S+T+M+A残余、V4：S+T、V5：S，V6：S。
2、S回火，硬度有所下降，塑性、韧性等上升，综合力学性能提高。
第一章金属及合金的晶体结构 一、名词解释： 1．晶体：原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质。2．非晶体：指原子呈不规则排列的固态物质。 3．晶格：一个能反映原子排列规律的空间格架。 4．晶胞：构成晶格的最基本单元。 5．单晶体：只有一个晶粒组成的晶体。 6．多晶体：由许多取向不同，形状和大小甚至成分不同的单晶体（晶粒）通过晶界结合在一起的聚合体。 7．晶界：晶粒和晶粒之间的界面。 8．合金：是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。 9．组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。 10．相：金属中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。 11．组织：用肉眼观察到或借助于放大镜、显微镜观察到的相的形态及分布的图象统称为组织。 12．固溶体：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。 二、填空题： 1．晶体与非晶体的根本区别在于原子（分子、离子或原子集团）是否在三维空间做有规则的周期性重复排列。 2．常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。 3．实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 4．根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。 5．置换固溶体按照溶解度不同，又分为无限固溶体和有限固溶体。 6．合金相的种类繁多，根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。 7．同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。 8．金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。
《金属学与热处理》复习题 绪论 基本概念： 1.工艺性能:金属材料适应实际加工工艺的能力。（分类） 2.使用性能：金属材料在使用时抵抗外界作用的能力。（分类） 3.组织：用肉眼，或不同放大倍数的放大镜和显微镜所观察到的金属材料内部的情景。 宏观组织：用肉眼或用放大几十倍的放大镜所观察到的组织。 （金属内部的各种宏观缺陷） 显微组织：用100-2000倍的显微镜所观察到的组织。 （各个组成相的种类、形状、尺寸、相对数量和分布，是决定性能的主要因素）4：结构：晶体中原子的排列方式。 第一章 基本概念： 1.金属：具有正的电阻温度系数的物质，其电阻随温度升高而增加。 2.金属键；金属正离子和自由电子之间相互作用而形成的键。 3.晶体：原子（离子）按一定规律周期性地重复排列的物质。 4.晶体特性：(原子)规则排列；确定的熔点；各向异性；规则几何外形。 5.晶胞：组成晶格的最基本的几何单元。 6.配位数:晶格中任一原子周围与其最近邻且等距的原子数目。
7.晶面族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶面称为晶面族。 8.晶向族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶向称为晶向族。 9.多晶型性：当外部条件（如温度和压强）改变时，有些金属会由一种晶体结构向另一种晶体结构转变。又称为同素异构转变。 10.晶体缺陷：实际晶体中原子排列偏离理想结构的现象。 11.空位：晶格结点上的原子由于热振动脱离了结点位置，在原来的位置上形成的空结点。 12.位错：晶体中有一列或若干列原子发生了有规则的错排现象，使长度达几百至几万个原子间距、宽约几个原子间距范围内的原子离开其平衡位置，发生了有规律的错动。 13.柏氏矢量：在实际晶体中沿逆时针方向环绕位错线作一个闭合回路。在完整晶体中以同样的方向和步数作相同的回路，由回路的终点向起点引一矢量，该矢量即为这条位错线的柏氏矢量。 14.晶粒：晶体中存在的内部晶格位向完全一致，而相互之间位向不相同的小晶体。 15.各向异性：由于晶体中不同晶面和晶向上的原子密度不同，因而晶体在不同方向上的性能有所差异。 16.伪各向同性：由于多晶体中各个晶粒的位向不同，所以不表示出单晶体的各向异性。 17.小角度晶界：相邻晶粒位向差小于10o的晶界。 18.大角度晶界：相邻晶粒位向差小于10o的晶界。 基础知识： 1.三种典型金属结构的晶体学特点。（点阵常数，原子半径，晶胞内原子数，配位数，致密度，间隙种类及大小）
第十章钢的热处理工艺 10-1 何谓钢的退火？退火种类及用途如何？ 答： 钢的退火：退火是将钢加热至临界点AC1以上或以下温度，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。 退火种类：根据加热温度可以分为在临界温度AC1以上或以下的退火，前者包括完全退火、不完全退火、球化退火、均匀化退火，后者包括再结晶退火、去应力退火，根据冷却方式可以分为等温退火和连续冷却退火。 退火用途： 1、完全退火：完全退火是将钢加热至AC3以上20-30℃，保温足够长时间，使 组织完全奥氏体化后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。 其主要应用于亚共析钢，其目的是细化晶粒、消除应力和加工硬化、提高塑韧性、均匀钢的化学成分和组织、改善钢的切削加工性能，消除中碳结构钢中的魏氏组织、带状组织等缺陷。 2、不完全退火：不完全退火是将钢加热至AC1- AC3（亚共析钢）或AC1-ACcm （过共析钢）之间，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。对于亚共析钢，如果钢的原始组织分布合适，则可采用不完全退火代替完全退火达到消除应力、降低硬度的目的。对于过共析钢，不完全退火主要是为了获得球状珠光体组织，以消除应力、降低硬度，改善切削加工性能。 3、球化退火：球化退火是使钢中碳化物球化，获得粒状珠光体的热处理工艺。 主要用于共析钢、过共析钢和合金工具钢。其目的是降低硬度、改善切削加工性能，均匀组织、为淬火做组织准备。 4、均匀化退火：又称扩散退火，它是将钢锭、铸件或锻轧坯加热至略低于固相 线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。其目的是消除铸锭或铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均匀化。 5、再结晶退火：将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保持适当时间，然后 缓慢冷却至室温的热处理工艺。其目的是使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒，同时消除加工硬化和残留应力，使钢的组织和性能恢复到冷变形前的状态。 6、去应力退火：在冷变形金属加热到再结晶温度以下某一温度，保温一段时间 然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。其主要目的是消除铸件、锻轧件、焊接件及机械加工工件中的残留应力（主要是第一类应力），以提高尺寸稳定性，减小工件变形和开裂的倾向。 10-2 何谓钢的正火？目的如何？有何应用？ 答： 钢的正火：正火是将钢加热到AC3或Accm以上适当温度，保温适当时间进行完全奥氏体化以后，以较快速度（空冷、风冷或喷雾）冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。正火过程的实质是完全奥氏体化加伪共析转变。 目的：细化晶粒、均匀成分和组织、消除应力、调整硬度、消除魏氏组织、带状组织、网状碳化物等缺陷，为最终热处理提供合适的组织状态。
《金属学与热处理》试题库 一、名词解释 1、铁素体、奥氏体、珠光体、马氏体、贝氏体、莱氏体 2、共晶转变、共析转变、包晶转变、包析转变 3、晶面族、晶向族 4、有限固溶体、无限固溶体 5、晶胞 6、二次渗碳体 7、回复、再结晶、二次再结晶 8、晶体结构、空间点阵 9、相、组织 10、伪共晶、离异共晶 11、临界变形度 12、淬透性、淬硬性 13、固溶体 14、均匀形核、非均匀形核 15、成分过冷 16、间隙固溶体 17、临界晶核 18、枝晶偏析 19、钢的退火，正火，淬火，回火 20、反应扩散 21、临界分切应力 22、调幅分解 23、二次硬化 24、上坡扩散 25、负温度梯度 26、正常价化合物 27、加聚反应 28、缩聚反应 四、简答 1、简述工程结构钢的强韧化方法。（20分）
2、简述Al-Cu二元合金的沉淀强化机制（20分） 3、为什么奥氏体不锈钢（18-8型不锈钢）在450℃～850℃保温时会产生晶间腐蚀？如何防止或减轻奥氏体不锈钢的晶间腐蚀？ 4、为什么大多数铸造合金的成分都选择在共晶合金附近？ 5、什么是交滑移?为什么只有螺位错可以发生交滑移而刃位错却不能？ 6、根据溶质原子在点阵中的位置，举例说明固溶体相可分为几类？固溶体在材料中有何意义？ 7、固溶体合金非平衡凝固时，有时会形成微观偏析，有时会形成宏观偏析，原因何在？ 8、应变硬化在生产中有何意义？作为一种强化方法，它有什么局限性？ 9、一种合金能够产生析出硬化的必要条件是什么？ 10、比较说明不平衡共晶和离异共晶的特点。 11、枝晶偏析是怎么产生的？如何消除？ 12、请简述影响扩散的主要因素有哪些。 13、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点？ 14、临界晶核的物理意义是什么？形成临界晶核的充分条件是什么？ 15、请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。 16、为什么钢的渗碳温度一般要选择在γ-Fe相区中进行？若不在γ-Fe相区进行会有什么结果？ 17、一个楔形板坯经冷轧后得到相同厚度的板材，再结晶退火后发现板材两端的抗拉强度不同，请解释这个现象。 18、冷轧纯铜板，如果要求保持较高强度，应进行何种热处理？若需要继续冷轧变薄时，又应进行何种热处理？ 19、位错密度有哪几种表征方式？ 20、淬透性与淬硬性的差别。 21、铁碳相图为例说明什么是包晶反应、共晶反应、共析反应。 22、马氏体相变的基本特征？（12分） 23、加工硬化的原因？（6分） 24、柏氏矢量的意义？（6分） 25、如何解释低碳钢中有上下屈服点和屈服平台这种不连续的现象？（8分） 26、已知916℃时，γ-Fe的点阵常数0.365nm，（011）晶面间距是多少？（5分） 27、画示意图说明包晶反应种类，写出转变反应式？（4分） 28、影响成分过冷的因素是什么？（9分） 29、单滑移、多滑移和交滑移的意义是什么？（9分） 30、简要说明纯金属中晶粒细度和材料强度的关系，并解释原因。（6分）
第一章习题 1.作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶面和[-1 0 2]、[-2 1 1]、[3 4 6] 等晶向 3.某晶体的原子位于正方晶格的节点上，其晶格常数a=b≠c， c=2/3a。今有一晶面在X、Y、Z坐标轴上的截距分别是5个原子间距，2个原子间距和3个原子间距，求该晶面的晶面参数。 解：设X方向的截距为5a，Y方向的截距为2a，则Z方向截距为3c=3X2a/3=2a，取截距的倒数，分别为 1/5a，1/2a，1/2a 化为最小简单整数分别为2,5,5 故该晶面的晶面指数为（2 5 5） 4.体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1）晶面的晶面间距，并指出面间距最大的晶面 解：（1 0 0）面间距为a/2，（1 1 0）面间距为√2a/2，（1 1 1）面
间距为√3a/3 三个晶面晶面中面间距最大的晶面为（1 1 0） 7.证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=1.633 证明：理想密排六方晶格配位数为12，即晶胞上底面中心原子与其下面的3个位于晶胞内的原子相切，成正四面体，如图所示 则OD=c/2，AB=BC=CA=CD=a 因△ABC是等边三角形，所以有OC=2/3CE 由于(BC)2=(CE)2+(BE)2 则 有(CD)2=(OC)2+(1/2c)2，即 因此c/a=√8/3=1.633 8.试证明面心立方晶格的八面体间隙半径为r=0.414R 解：面心立方八面体间隙半径r=a/2-√2a/4=0.146a 面心立方原子半径R=√2a/4，则a=4R/√2，代入上式有
1、热处理的定义：根据钢件的热处理目的,把钢加热到预定的温度，在此温度下保持一定的时间，然后以预定的速度冷却下来的一种综合工艺。钢的热处理是通过加热、保温和冷却的方法，来改变钢内部组织结构，从而改善其性能的一种工艺。凡是材料体系（金属、无机材料）中有相变发生，总可以采用热处理的方法，来改变组织与性能。 2、Ac1、Ac 3、Accm的意义：对于一个具体钢成分来说，A1、A3、Acm是一个点，而且是无限缓慢加热或冷却时的平衡临界温度。加热时的实际临界温度加注脚字母“C”，用Ac1、Ac3、Accm表示；冷却时的实际临界温度加注脚字母“r”，用Ar1、Ar3、Arcm表示。 3、什么是奥氏体化？奥氏体化的四个过程？是什么类型的相恋？将钢加热到AC1点或AC3点以上，使体心立方的α-Fe铁结构转变为面心立方结构的γ-Fe，这个过程就是奥氏体化过程。从铁碳相图可知，任何成分碳钢加热到Ac1以上，珠光体就向奥氏体转变；加热到Ac3或Accm以上，将全部变为奥氏体。这种加热转变称奥氏体化。共析钢的奥氏体化过程包括以下四个过程：形核；长大；残余渗碳体溶解；奥氏体成分均匀化。加热时奥氏体化程度会直接影响冷却转变过程，以及转变产物的组成和性能。是扩散型相变。 4、碳钢与合金钢的奥氏体化有什么区别？为什么？在同一奥氏体化温度下，合金元素在奥氏体中扩散系数只有碳的扩散系数的千分之几到万分之几，可见合金钢的奥氏体均匀化时间远比碳钢长得多。在制定合金钢的热处理工艺规范时，应比碳钢的加热温度高些，保温时间长些，促使合金元素尽可能均匀化。 5奥氏体晶粒的三个概念（初始晶粒、实际晶粒和本质晶粒）？奥氏体的初始晶粒：指加热时奥氏体转变过程刚刚结束时的奥氏体晶粒，这时的晶粒大小就是初始晶粒度。奥氏体实际晶粒：指在热处理时某一具体加热条件下最终所得的奥氏体晶粒，其大小就是奥氏体的实际晶粒度。奥氏体的本质晶粒：指各种钢的奥氏体晶粒的长大趋势。晶粒容易长大的称为本质粗晶粒钢；晶粒不容易长大的称为本质细晶粒钢； 6为什么要研究奥氏体晶粒大小？奥氏体晶粒大小会显著影响冷却转变产物的组织和性能。 7、工厂中对奥氏体晶粒大小的表征方法是什么？本质晶粒度的测试方法？统一采用与标准金相图片比较，来确定晶粒度的级别。生产中为了便于确定钢的本质晶粒度，只需测出930度左右的实际晶粒度，就可以判断。 8过冷奥氏体：奥氏体冷至临界温度以下，牌热力学不稳定状态，称为过冷奥氏体。 9、钢的共析转变？珠光体组织的三种类型？钢的共析转变：钢奥氏体化后，过冷到A1至“鼻尖”之间区域等温停留时，将发生共析转变，形成珠光体组织，其反应如下：γ→P(α+Fe3C)结构：FCC、BCC、正交；含碳：0.77%、0.0218%、6.69%珠光体的三种类型：珠光体，索氏体，屈氏体。 10、什么叫钢的C曲线？如何测定？影响C曲线的因素？过冷奥氏体等温转变曲线，也称TTT曲线。因曲线形状象英文字母“C”，故常称C曲线。在过冷奥氏体的转变过程中有组织（相变）转变和性能变化，因此可用金相法、硬度法、膨胀法或磁性法等来测定过冷奥氏体的等温转变过程，其中金相法是最基本的。金相法测定过冷奥氏体等温转变图---C曲线（基本方法），以共析钢为例：①用共析钢制成多组圆片状试样(φ10×1.5)；②取一组试样加热奥氏体化；③迅速转入A1以下一定温度熔盐浴中等温；④各试样停留不同时间后分别淬入盐水中，使未分解的过冷奥氏体变为马氏体；⑤这样在金相显微镜下就可以观察到过冷奥氏体的等温分解过程。钢的成分和热处理条件都会引起C曲线形状和位置的变化1)含碳量的影响2)合金元素的影响3)奥氏体化温度和保温时间的影响 11、什么叫CCT曲线？如何测定？连接冷却曲线上相同性质的转变开始点和终了点，得到钢种的连续冷却转变图称为CCT曲线。与测定C曲线的方法相同，一般也都用膨胀法或金相-硬度法等来测定CCT(Continuous Cooling Transformation)图；在测定时，首先选定一组具有不同冷却速度的方法，然后将欲测试样加热奥氏体化，并以各种冷却速度进行冷却，同时测
姓名: 班级: 学号: 遵 守 考 试 纪 律 注 意 行 为 规 范 哈尔滨工业大学（威海） 2012/2013 学年秋季学期 金属学及热处理A 试题卷（A ）参考答案 考试形式（开、闭卷）： 闭卷 答题时间： 120 （分钟） 本卷面成绩占课程成绩 80 % 一、名词解释（每题2分，共40分） 1. 固溶体：一种或多种溶质原子溶入主组元(溶剂组元)的晶格中且仍保持溶剂组元晶格类型的一类固态物质。 2. 晶胞：晶格最小的空间单位。一般为晶格中对称性最高、体积最小的某种平行六面体。 3. 结构起伏：熔体中原子的热运动和相互作用力导致的原子团分布不均匀现象。 4. 枝晶偏析：合金以树枝状凝固时，枝晶干中心部位与枝晶间的溶质浓度明显不同的成分不均匀现象。 5. 珠光体：奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。 6. 滑移：晶体相邻部分在切应力作用下沿一定晶体学平面和方向的相对移动。是金属晶体塑性变形的主要方式。 7. 细晶强化：通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法称为细晶强化，工业上将通过细化晶粒以提高材料强度。 8. 回复：经冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变之前所发生的某些亚结构和性能的变化过程。
9. 惯析面：固态相变时新相往往沿母相的一定晶面优先形成，该晶面被称为惯析面。 10. 球化退火：将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温一段时间，然后缓慢冷却到略低于Ar1的温度，并停留一段时间，使组织转变完成，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。 11. 时效强化：合金元素经固溶处理后，获得过饱和固溶体。在随后的室温放置或低温加热保温时，第二相从过饱和固溶体中析出，引起强度，硬度以及物理和化学性能的显著变化，这一过程被称为时效强化。 12. 离异共晶：有共晶反应的合金中，如果成分离共晶点较远，由于初晶相数量较多，共晶相数量很少，共晶中与初晶相同的那一相会依附初晶长大，另外一个相单独分布于晶界处，使得共晶组织的特征消失，这种两相分离的共晶称为离异共晶。 13. 三次渗碳体：从铁素体F中析出的渗碳体叫三次渗碳体 14. 超塑性：超塑性是指材料在一定的内部条件和外部条件下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能的现象。 15. 淬透性：表示钢在一定条件下淬火时获得淬硬层（马氏体层）深度。它是衡量各个不同钢种接受淬火能力的重要指标之一。 16. 中温回火：回火温度范围为350-500摄氏度，回火后的组织为回火屈氏体 17. 刚度：机械零件或构件抵抗弹性变形的能力。 18. 调质：淬火加高温回火的综合热处理工艺。 19. 软位向：滑移时临界分切应力中取向因子取极大值对应的屈服强度最低叫软位向。 20. 下贝氏体：当过冷奥氏体的温度下降到350至230℃范围时，所形成的产物叫下贝氏体，是由含碳过饱和的片状铁素体和其内部沉淀的碳化物组成的机械混合物。
金属学与热处理复习题
第一章复习题 晶向指数相同，符号相反的为同一条直线 原子排列相同但空间位向不同的所有晶向 晶面指数的数字和顺序相同，符号相反则两平面互相平行 晶面的空间位向不同但原子排列相同的所有晶面 当一个晶向[uvw]与一个晶面（hkl）平行时hu+kv+lw=0 当一个晶向[uvw]与一个晶面（hkl）垂直时h=u，K=v，l=w 晶体的各向异性原因: 在不同晶面上的原子紧密程度不同 纯铁冷却时在912 发生同素异晶转变是从结构转变为结构，配位数，致密 度降低，晶体体积，原子半径发 生。 面心立方晶胞中画出） 11晶面和]211[晶向 （2 刃型位错的四个特征（作业） 螺型位错的四个特征（作业） 面心立方（FCC）体心立方（BCC）密排六方（HCP）晶胞原子数
原子半径 配位数 致密度 同素异构转变定义--18页 晶体缺陷的分类： 常见的点缺陷： 常见的面缺陷： 第二章复习题 一、填空 1、金属结晶两个密切联系的基本过程是和 2 、金属结晶的动力学条件为 3 、金属结晶的结构条件为 4 、铸锭的宏观组织包括 5、如果其他条件相同，则金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的晶粒更细，高 温浇注的铸件晶粒比低温浇注的晶粒粗大，采用振动浇注的铸件晶 粒比不采用振动的晶粒更细，薄铸件的晶粒比厚铸件晶粒更细。 二、问答 1、金属的结晶形核45页 2、金属的长大的要点52页 2、铸锭三晶区名称及形成过程（柱状晶为重点） 3、影响柱状晶生长的因素56-57页 三、名词解释： 1、细晶强化 2、变质处理 3、铸造织构 第三章二元合金的相结构与结晶作业题（复习题） 1、概念 合金、相、固溶体、固溶强化、、离异共晶、伪共晶 2、填空
金属学与热处理期末练习题（含答案） 1、金属的机械性能主要包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等指标，其中衡量金属材料在静载荷下机械性能的指标有____强度_______、_____硬度______、_________塑性__。衡量金属材料在交变载荷和冲击载荷作用下的指标有_______韧性____和____疲劳强度_______。 2、常见的金属晶格类型有___面心立方晶格____ 、___体心立方晶格___ ____和__密棑六方晶格_ ________。 3、常用的回火方法有低温回火、_中温回火__________ 和____高温回火_______ 。 4、工程中常用的特殊性能钢有___不锈钢______、耐热钢_________和耐磨刚。 5、根据铝合金成分和工艺特点，可将铝合金分为__变形铝合金_________和铸造铝合金两大类。 6、按冶炼浇注时脱氧剂与脱氧程度分，碳钢分为_镇静钢________、半镇静钢_________、特殊镇静钢_________和__沸腾钢_______。 7、铸铁中_________碳以石墨形式析出___________________的过程称为石墨化，影响石墨化的主要因素有_化学成分__________ 和冷却速度。 8、分别填写下列铁碳合金组织符号： 奥氏体A、铁素体F、渗碳体fe3c 、 珠光体P 、高温莱氏体ld 、低温莱氏体ld’。 9、含碳量小于%的钢为低碳钢，含碳量为的钢为中碳钢，含碳量大于% 的钢为高碳钢。 10、三大固体工程材料是指高分子材料、复合材料和陶瓷材料。 二、选择题（每小题1分，共15分） （ b ）1、拉伸试验时，试样拉断前能承受的最大拉应力称为材料的（）。 A 屈服点 B 抗拉强度 C 弹性极限 D 刚度 （b）2、金属的（）越好，其锻造性能就越好。 A 硬度 B 塑性 C 弹性 D 强度 （ c ）3、根据金属铝的密度，它属于（）。 A 贵金属 B 重金属 C 轻金属 D 稀有金属 （ d ）4、位错是一种（）。
一、填空（每空0.5 分，共 23 分） 1 、200HBW10/3000表示以毫米压头，加载牛顿的试验力，保持秒测得的 硬度值，其值为。 1、洛氏硬度 C 标尺所用压头为，所加总试验力为牛顿，主要用于测的硬度。 2 、金属常见的晶格类型有、、。α -Fe 是晶格，γ -Fe 是 晶格。 2 、与之差称为过冷度，过冷度与有关，越大，过冷度也越大，实际结晶温 度越。 3 、钢中常存元素有、、、，其中、是有益元素，、是有害 元素。 3、表示材料在冲击载荷作用下的力学性能指标有和，它除了可以检验材料的冶炼和热加工质 量外，还可以测材料的温度。 3 、拉伸试验可以测材料的和指标，标准试样分为种，它们的长度分别是和。 4 、疲劳强度是表示材料在载荷作用下的力学性能指标，用表示，对钢铁材料，它是试验循环数达时的应力值。 4 、填出下列力学性能指标的符号： 上屈服强度，下屈服强度，非比例延伸强度，抗拉强度，洛氏硬度 C 标尺，伸长率，断面收缩率，冲击韧度，疲劳强度，断裂韧度。 5 、在金属结晶时，形核方式有和两种，长大方式有和两种。 5 、单晶体的塑性变形方式有和两种，塑性较好的金属在应力的作用下，主要以方式进行变形。 5 、铁碳合金的基本组织有五种，它们分别是，，，，。 ６、调质是和的热处理。 6 、强化金属的基本方法有、、三种。 6 、形变热处理是将与相结合的方法。 ７、根据工艺不同，钢的热处理方法有、、、、。 ９、镇静钢的主要缺陷有、、、、等。 10、大多数合金元素（除Co 外），在钢中均能过冷奥氏体的稳定性，使 C 曲线的位置，提 高了钢的。 11、按化学成分，碳素钢分为、、，它们的含碳量围分别为、、 。 12、合金钢按用途主要分为、、三大类。 13、金属材料抵抗冲击载荷而的能力称为冲击韧性。 14、变质处理是在浇注前向金属液体中加入促进或抑制的物质。 15、冷塑性变形后的金属在加热过程中，结构和将发生变化，其变化过程分为、、三个 阶段。 10、在机械零件中，要求表面具有和性，而心部要求足够和时，应进行表面热处理。 16、经冷变形后的金属再结晶后可获得晶粒，使消除。 17、生产中以划分塑性变形的冷加工和。 18、亚共析钢随含碳量升高，其力学性能变化规律是：、升高，而、降低。 19、常用退火方法有、、、、等。 20、08 钢含碳量， Si 和 Mn 含量，良好，常轧成薄钢板或带钢供应。
第1章金属的结构与结晶 一、填空： 1、原子呈无序堆积状态的物体叫，原子呈有序、有规则排列的物体称为。一般固态金属都属于。 2、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直线，可代表晶格空间排列的的直线，称为。 3、常见的金属晶格类型有、和三种。铬属于晶格，铜属于晶格，锌属于晶格。 4、金属晶体结构的缺陷主要有、、、、、和 等。晶体缺陷的存在都会造成，使增大，从而使金属的提高。 5、金属的结晶是指由原子排列的转变为原子排列的过程。 6、纯金属的冷却曲线是用法测定的。冷却曲线的纵坐标表示，横坐标表示。 7、与之差称为过冷度。过冷度的大小与有关， 越快，金属的实际结晶温度越，过冷度也就越大。 8、金属的结晶过程是由和两个基本过程组成的。 9、细化晶粒的根本途径是控制结晶时的及。 10、金属在下，随温度的改变，由转变为的现象称为
同素异构转变。 二、判断： 1、金属材料的力学性能差异是由其内部组织结构所决定的。（） 2、非晶体具有各向同性的特点。（） 3、体心立方晶格的原子位于立方体的八个顶角及立方体六个平面的中心。（） 4、金属的实际结晶温度均低于理论结晶温度。（） 5、金属结晶时过冷度越大，结晶后晶粒越粗。（） 6、一般说，晶粒越细小，金属材料的力学性能越好。（） 7、多晶体中各晶粒的位向是完全相同的。（） 8、单晶体具有各向异性的特点。（） 9、在任何情况下，铁及其合金都是体心立方晶格。（） 10、同素异构转变过程也遵循晶核形成与晶核长大的规律。（） 11、金属发生同素异构转变时要放出热量，转变是在恒温下进行的。（） 三、选择 1、α—Fe是具有（）晶格的铁。 A、体心立方 B、面心立方 C、密排六方 2、纯铁在1450℃时为（）晶格，在1000℃时为（）晶格，在600℃时为 （）晶格。A、体心立方 B、面心立方 C、密排六方 3、纯铁在700℃时称为（），在1000℃时称为（），在1500℃时称为（）。
802 华南理工大学 2009年攻读硕士学位研究生入学考试试卷 （请在答题纸上做答，试卷上做答无效，试后本卷必须与答题纸一同交回） 科目名称：金属学及热处理 适用专业：材料加工工程
9、20CrMnTi钢是（27）钢，Cr的主要作用是（28）。 10、根据铝合金的成分及生产工艺特点，可将其分为（29）铝合金和（30） 铝合金两大类。 二、选择题 (每小题1.5分,共22.5分) 1、面心立方晶格中原子排列密度最大的晶面和晶向分别是。 A．{110}、<111> B．{111}、<110> C．{100}、<111> 2、一根弯曲的位错线，。 A．具有唯一的位错类型B．具有唯一的柏氏矢量 C．位错类型和柏氏矢量处处相同 3、置换固溶体中原子扩散机制为。 A．换位扩散机制B．空位扩散机制C．间隙扩散机制 4、铁丝在室温下反复弯折，会越变越硬，直到断裂；而铅丝在室温下反复弯折， 则始终处于软态，其原因是。 A．Pb不发生加工硬化，不发生再结晶，Fe发生加工硬化，不发生再结晶 B．Fe不发生加工硬化，不发生再结晶，Pb发生加工硬化，不发生再结晶 C．Pb发生加工硬化，发生再结晶，Fe发生加工硬化，不发生再结晶 D．Fe发生加工硬化，不发生再结晶，Pb发生加工硬化，不发生再结晶 5、对于亚共析钢，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．Ac 1+30~50℃B．Acm+30~50℃C．Ac 3 +30~50℃D．A +30~50℃ 6、在二元合金中，铸造性能最好的合金是具有。 A．共析成分合金B．固溶成分合金C．共晶成分合金7、马氏体片的粗细，主要取决于。
金属学与热处理 一、填空题（30分，每空1分） 1、常见的金属晶体类型有___体心立方晶格、_面心立方_________晶格和密排六方晶格三种。 2、金属的整个结晶过程包括___型核_______、___长大_______两个基本过程组成。 3、根据溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同，固溶体分为___间隙固溶体_______与__置换固溶体________两种。 4、工程中常用的特殊性能钢有__不锈钢_______、___耐热钢______、耐磨钢。 5、常用的常规热处理方法有__回火________、正火和淬火、_退_火________。 6、随着回火加热温度的升高，钢的__强度________和硬度下降，而____塑性______和韧性提高。 7、根据工作条件不同，磨具钢又可分为__冷作磨具钢________、__热作磨具钢________和塑料磨具用钢等。 8、合金按照用途可分为__合金渗碳体________、_特殊碳化物_________和特殊性能钢三类。 9、合金常见的相图有__匀晶相图________、_共晶相图_________、包晶相图和具有稳定化合物的二元相图。 10、硬质合金是指将一种或多种难熔金属__碳化物________和金属粘结剂，通过__粉末冶金________工艺生产的一类合金材料。 11、铸铁的力学挺能主要取决于__机体组织________的组织和石墨的基体、形态、_____数量_____以及分布状态。 12、根据铸铁在结晶过程中的石墨化程度不同，铸铁可分为__灰口铸铁________、__白口铸铁________和麻口铸铁三类。 13、常用铜合金中，__青铜________是以锌为主加合金元素，__白铜________是以镍为主加合金元素。 14、铁碳合金的基本组织中属于固溶体的有___铁素体_______和___奥氏体_______,属于金属化合物的有___渗碳体_______，属于混合物的有____珠光体______和莱氏体。 二、选择题（30分，每题2分） 1、铜只有通过冷加工并经随后加热才能使晶粒细化，而铁则不需冷加工，只需加热到一定温度即使晶粒细化，其原因是（ C ）
第二章纯金属的结晶 2-1 a）试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△Gk与其体积V之间关系式为△Gk=V△Gv/2 b）当非均匀形核形成球冠状晶核时，其△Gk与V之间的关系如何？ 答： 2-2 如果临界晶核是边长为a的正方体，试求出△Gk和a之间的关系。为什么形成立方体晶核的△Gk比球形晶核要大。 答：
2-3 为什么金属结晶时一定要由过冷度？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？ 答： 金属结晶时需过冷的原因： 如图所示，液态金属和固态金属的吉布斯自由能随温度的增高而降低，由于液态金属原子排列混乱程度比固态高，也就是熵值比固态高，所以液相自由能下降的比固态快。当两线相交于Tm温度时，即Gs=Gl，表示固相和液相具有相同的稳定性，可以同时存在。所以如果液态金属要结晶，必须在Tm温度以下某一温度Tn，才能使G s＜Gl，也就是在过冷的情况下才可自发地发生结晶。把Tm-Tn的差值称为液态金属的过冷度 影响过冷度的因素： 金属材质不同，过冷度大小不同；金属纯度越高，则过冷度越大；当材质和纯度一定时，冷却速度越大，则过冷度越大，实际结晶温度越低。 固态金属熔化时是否会出现过热及原因： 会。原因：与液态金属结晶需要过冷的原因相似，只有在过热的情况下，Gl＜G s，固态金属才会发生自发地熔化。 2-4 试比较均匀形核和非均匀形核的异同点。 答： 相同点： 1、形核驱动力都是体积自由能的下降，形核阻力都是表面能的增加。
2、具有相同的临界形核半径。 3、所需形核功都等于所增加表面能的1/3。 不同点： 1、非均匀形核的△Gk小于等于均匀形核的△Gk，随晶核与基体的润湿角的变 化而变化。 2、非均匀形核所需要的临界过冷度小于等于均匀形核的临界过冷度。 3、两者对形核率的影响因素不同。非均匀形核的形核率除了受过冷度和温度的 影响，还受固态杂质结构、数量、形貌及其他一些物理因素的影响。 2-5 说明晶体生长形状与温度梯度的关系。 答： 液相中的温度梯度分为： 正温度梯度：指液相中的温度随至固液界面距离的增加而提高的温度分布情况。负温度梯度：指液相中的温度随至固液界面距离的增加而降低的温度分布情况。固液界面的微观结构分为： 光滑界面：从原子尺度看，界面是光滑的，液固两相被截然分开。在金相显微镜下，由曲折的若干小平面组成。 粗糙界面：从原子尺度看，界面高低不平，并存在着几个原子间距厚度的过渡层，在过渡层中，液固两相原子相互交错分布。在金相显微镜下，这类界 面是平直的。 晶体生长形状与温度梯度关系： 1、在正温度梯度下：结晶潜热只能通过已结晶的固相和型壁散失。 光滑界面的晶体，其显微界面-晶体学小平面与熔点等温面成一定角度，这种情况有利于形成规则几何形状的晶体，固液界面通常呈锯齿状。 粗糙界面的晶体，其显微界面平行于熔点等温面，与散热方向垂直，所以晶体长大只能随着液体冷却而均匀一致地向液相推移，呈平面长大方式，固液界面始终保持近似地平面。 2、在负温度梯度下： 具有光滑界面的晶体：如果杰克逊因子不太大，晶体则可能呈树枝状生长；当杰克逊因子很大时，即时在较大的负温度梯度下，仍可能形成规则几何形状的晶体。具有粗糙界面的晶体呈树枝状生长。 树枝晶生长过程：固液界面前沿过冷度较大，如果界面的某一局部生长较快偶有突出，此时则更加有利于此突出尖端向液体中的生长。在尖端的前方，结晶潜热散失要比横向容易，因而此尖端向前生长的速度要比横向长大的速度大，很块就长成一个细长的晶体，称为主干。这些主干即为一次晶轴或一次晶枝。在主干形成的同时，主干与周围过冷液体的界面也是不稳的的，主干上同样会出现很多凸出尖端，它们会长大成为新的枝晶，称为称为二次晶轴或二次晶枝。二次晶枝发展到一定程度，又会在它上面长出三次晶枝，如此不断地枝上生枝的方式称为树枝状生长，所形成的具有树枝状骨架的晶体称为树枝晶，简称枝晶。 2-6 简述三晶区形成的原因及每个晶区的特点。 答： 三晶区的形成原因及各晶区特点： 一、表层细晶区
本答案非标准答案，仅作参考，祝大家期末取的好成绩！ 金属学与热处理铸造合金及其熔炼考试题纲 1．铁碳相图的二重性及其分析 从热力学观点上看，Fe-Fe3C相图只是介稳定的，Fe-C相图才是稳定的；从动力学观点看，在一定条件下，按Fe-Fe3C相图转变也是可能的，因此就出现了二重性。 分析：1）稳定平衡的共晶点C’的成分和温度与C点不同 2）稳定平衡的共析点S’的成分和温度与S点不同 2．稳定态和亚稳定态铁碳相图异同点 稳定平衡态的Fe-C相图中的共晶温度和共析温度都比介稳定平衡的高一点； 在共晶温度时，稳定平衡态的奥氏体的含碳量小于亚稳态平衡下奥氏体的含碳量。 3．用铁碳相图分析铸铁碳钢一二次结晶异同点 一次结晶：铁液降至液相线时，有初析石墨和初析奥氏体析出。温度继续下降，熔体中同时析出奥氏体和石墨，铸铁进入共晶凝固阶段。 当钢液温度降低至液相线时，有高温铁素体析出。温度下降至包晶温度时，发生包晶转变，生成奥氏体。温度继续下降，穿过L+γ区时，又有奥氏体自钢液中析出，此析出过程进行到固相线温度为止。 二次结晶：铸铁的固态相变即二次结晶。继续冷却，奥氏体中的含碳量沿E’S’线减小，以二次石墨的形式析出。当奥氏体冷却至共析温度以下，并达到一定的过冷度，就开始共析转变。两个固体相α与Fe3C相互协同地从第三个固体相长大（成对长大），形成珠光体。当温度下降至GS和PS线之间的区域是，有先共析铁素体α相析出。随着α相的析出，剩余奥氏体的含碳量上升。当温度达到共析转变温度时，发生共析转变，形成珠光体。结晶过程完了后，钢的组织基本上不在变化。 4．分析球状石墨形成过程 目前已基本肯定，球状石墨可以和奥氏体直接从熔体中析出。 在亚共晶或共晶成分的球墨铸铁中，首批小石墨在远高于平衡共晶转变温度就已成形，这是不平衡条件所造成的，但随着温度的下降，有的小石墨球会重新解体，而有的则能长大成球，随着这一温度的进行，又会出现新的小石墨球，说明石墨球的成核可在一定的温度范围内进行。 某些石墨球能在熔体中单独成长至一定尺寸，然后被奥氏体包围，而有的石墨球则很早的就被奥氏体包围，形成奥氏体外壳。总之，石墨球的长大包括；两个阶段，即：1）在熔体中直接析出核心并长大2）形成奥氏体外壳，在奥氏体外壳包围下成长。 5．灰铸铁的金相组织及其性能特点 灰铸铁的金相组织由金属基体和片状石墨所组成，还有少量非金属夹杂物。 特点：强度性能差；硬度特点，同一硬度时，抗拉强度有一个范围，同一强度时，硬度也有一定的范围；较低的缺口敏感性；良好的减震性；良好的减磨性。 6．流动性的概念及其影响因素
历年试题 材料成型与控制专业01级金属学与热处理试题 一. 名词解释（每小题2分，共2０分）： 1.晶体 2.正火 3.无限固溶体 4. 金属间化合物 5.晶界 6.相起伏 7.共晶转变 8.比重偏析 9.马氏体 10. 同素异构转变 二. 在同一个立方晶胞中画出以下晶面和晶向：（111）、（110）、（122）、[110]、[210]。（5分） 三. 晶粒大小对合金的常温力学性能有何影响？试分析其原因。(15分) 四.T8钢的过冷奥氏体等温冷却曲线如图所示，试分析以图中标明的几种冷却条件冷却之后各得到什么组织？对比这几种组织各具有什么样的力学性能特点．(10分) 五.．(15分) 六.冷塑性变形后的金属，在重新加热时其组织结构和力学性能各有何变化？(15分) 七．简述T8钢的奥氏体化过程由哪几个阶段组成？分析其中奥氏体晶核长大机理。(10分) 八.具有网状渗碳体的T12钢要获得回火马氏体，应进行哪些热处理？试说明每种热处理的加热温度和冷却条件。(10分) 02级材料加工各专业金属学与热处理期末考试题B 一. 名词解释（每小题3分，共30分） 1.非自发形核 2.滑移 3.再结晶 4.间隙固溶体 5.铁素体 6.珠光体 7.本质晶粒度 8.淬火 9.各向异性 10.合金
二. 填空（每空1分，共15分） 1.一个体心立方晶胞中包含（）个原子，一个面心立方晶胞中包含（）个原子，一个密排六方晶胞中包含（）个原子。 2. 纯铁在加热时，在912℃纯铁的晶格由（）转变为（），在1394℃纯铁的晶格由（）转变为（）。 3.结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个基本过程分别是（）和（）。 4.纯金属的最低再结晶温度和熔点的关系是（）。 5.马氏体的显微组织形态主要有（）、（）两种。其中（）的韧性比较好。 6.钢的淬透性越高，则其C曲线位置越靠（），说明临界冷却速度越（）。 三. 选择（每题1分，共10分） 1.具有体心立方晶格的金属有（） a)Cu b)α-Fe c)γ-Fe 2.具有面心立方晶胞的金属有（）个滑移系。 a) 6 b)8 c)12 3.固溶体的晶体结构（）。 a) 与溶剂相同 b)与溶质相同 c) 与溶质和溶剂都不相同 4. 铁碳两个元素可能形成的相有（）。 a) 间隙固溶体 b)间隙化合物 c) 置换固溶体 5. 下列金属中塑性最好的是（） a) α-Fe b)Al c) Mg 6.冷变形金属再结晶后，（）。 a) 形成等轴晶，强度升高 b)形成柱状晶，强度升高 c) 形成等轴晶，塑性升高 7.与铁素体相比，珠光体的力学性能特点是（）。
金属学及热处理试题 1 A、Ms B、Mr C、A 1 2、确定碳钢淬火加热温度的主要依据是（）。 A、C曲线 B、铁碳相图 C、钢的Ms线 3、淬火介质的冷却速度必须（）临界冷却速度。 A、大于 B、小于 C、等于 4、T12钢的淬火加热温度为（）。 A、Ac cm +30-50°C B、Ac 3 +30-50°C C、Ac 1 +30-50°C 5、钢的淬透性主要取决于钢的（）。 A、含硫量 B、临界冷却速度 C、含碳量 D、含硅量 6、钢的热硬性是指钢在高温下保持（ ）的能力。 A、高抗氧化性 B、高强度 C、高硬度和高耐磨性 7、钢的淬硬性主要取决于钢的（）。 A、含硫量 B、含锰量 C、含碳量 D、含硅量 8、一般来说，碳素钢淬火应选择（）作为冷却介质。 A、矿物油 B、20°C自来水 C、20°C的10%食盐水溶液 9、钢在一定条件下淬火后，获得淬硬层深度的能力，称为( ). A、淬硬性 B、淬透性 C、耐磨性 10、钢的回火处理在（）后进行。 A、正火 B、退火 C、淬火 11、调质处理就是（）的热处理。 A、淬火+低温回火 B、淬火+中温回火 C、淬火+高温回火 12、化学热处理与其热处理方法的主要区别是（）。 A、加热温度 B、组织变化 C、改变表面化学成分 13、零件渗碳后一般须经（）处理，才能使表面硬而耐磨。 A、淬火+低温回火 B、正火 C、调质 14、用15钢制造的齿轮，要求齿轮表面硬度高而心部具有良好的韧性，应采用 （）热处理 A、淬火+低温回火 B、表面淬火+低温回火 C、渗碳+淬火+低温回火 15、用65Mn钢做弹簧，淬火后应进行（）； A、低温回火 B、中温回火 C、高温回火 1 2、（）珠光体向奥氏体的转变也是通过形核及晶核长大的过程进行的。 3、（）珠光体、索氏体、托氏体都是片层状的铁素体和渗碳体的混合物， 所以它们的力学性能相同。 4、（）钢在实际加热条件下的临界点分别用Ar 1、Ar 3 、Ar cm 表示。 5、（）在去应力退火过程中，钢的组织不发生变化。 6、（）钢渗碳后无需淬火即有很高的硬度和耐磨性。 7、（）由于正火较退火冷却速度快，过冷度大，转变温度较低， 获得组织细，因此同一种钢，正火要比退火的强度和硬度高。 8、（）含碳量低于0 、 25%的碳钢，可用正火代替退火，以改善切削加工性能。 9、（）钢的含碳量越高，选择淬火加热温度也越高。 10、（）表面淬火的零件常用低碳结构钢制造，经淬火表面获得高硬度。 11、（）淬透性好的钢，淬火后硬度一定很高。 12、（）完全退火不适用于高碳钢。 13、（）淬火钢在回火时，其基本趋势是随着回火温度的升高，钢的强度、 硬度下降，而塑性、韧性提高。 14、（）钢回火的加热温度在A 1 以下，回火过程中无组织变化。 15、（）感应加热表面淬火，淬硬层深度取决于电流频率：频率 越低，淬硬层越低，淬硬层越浅；反之，频率越高，淬硬层越深。三填空 1、钢的热处理是通过钢在固态下的_________、_________和_________三个阶段，使其获得所需组织结构与性能的一种工艺。 2、根据钢含碳量的不同，分为低碳钢含碳量 <_________、中碳钢及高碳钢含碳量 >_________三类。 3、根据铸铁中碳存在的形态，铸铁可分为_____________、_____________、