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？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，则晶体中原子排列越紧密。
4.晶面指数和晶向指数有什么不同？
uvw；晶面是答：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[]
hkl。
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，则过冷度也越大。②随着冷却速度的增大，则晶体内形核率和长大速度都加快，加速结晶过程的进行，但当冷速达到一定值以后则结晶过程将减慢，因为这时原子的扩散能力减弱。③过冷度增大，ΔF大，结晶驱动力大，形核率和长大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N与G的比值，晶粒变细，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。
8.金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？答：①金属结晶的基本规律是形核和核长大。②受到过冷度的影响，随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快；同时外来难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率。
9.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用变质处理？答：①采用的方法：变质处理，钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速度的方法来控制晶粒大小。②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。③机械振动、搅拌。
第二章金属的塑性变形与再结晶
1．解释下列名词：
加工硬化、回复、再结晶、热加工、冷加工。
答：加工硬化：随着塑性变形的增加，金属的强度、硬度迅速增加；塑性、韧性迅速下降的现象。
回复：为了消除金属的加工硬化现象，将变形金属加热到某一温度，以使其组织和性能发生变化。在加热温度较低时，原子的活动能力不大，这时金
属的晶粒大小和形状没有明显的变化，只是在晶内发生点缺陷的消失以
及位错的迁移等变化，因此，这时金属的强度、硬度和塑性等机械性能
变化不大，而只是使内应力及电阻率等性能显著降低。此阶段为回复阶
段。
再结晶：被加热到较高的温度时，原子也具有较大的活动能力，使晶粒的外形
开始变化。从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。和变形前的晶粒形
状相似，晶格类型相同，把这一阶段称为“再结晶”。
热加工：将金属加热到再结晶温度以上一定温度进行压力加工。
冷加工：在再结晶温度以下进行的压力加工。
2．产生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金属加工中有什么利弊？
答：①随着变形的增加，晶粒逐渐被拉长，直至破碎，这样使各晶粒都破碎成细碎的亚晶粒，变形愈大，晶粒破碎的程度愈大，这样使位错密度显著增加；同时细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长而被拉长。因此，随着变形量的增加，由于晶粒破碎和位错密度的增加，金属的塑性变形抗力将迅速增大，即强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降产生所谓“加工硬化”现象。②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。
3．划分冷加工和热加工的主要条件是什么？
答：主要是再结晶温度。在再结晶温度以下进行的压力加工为冷加工，产生加工硬化现象；反之为热加工，产生的加工硬化现象被再结晶所消除。
4．与冷加工比较，热加工给金属件带来的益处有哪些？
答：（1）通过热加工，可使铸态金属中的气孔焊合，从而使其致密度得以提高。
（2）通过热加工，可使铸态金属中的枝晶和柱状晶破碎，从而使晶粒细化，机械性能提高。
（3）通过热加工，可使铸态金属中的枝晶偏析和非金属夹杂分布发生改变，使它们沿着变形的方向细碎拉长，形成热压力加工“纤维组织”（流线），使纵向的强度、塑性和韧性显著大于横向。如果合理利用热加工流线，尽量使流线与零件工作时承受的最大拉应力方向一致，而与外加切应力或冲击力相垂直，可提高零件使用寿命。
5．为什么细晶粒钢强度高，塑性，韧性也好？
答：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。
6．金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？
答：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。
7．分析加工硬化对金属材料的强化作用？
答：随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时的相互交割、位
错缠结加剧，使位错运动的阻力增大，引起变形抗力的增加。这样，金属的塑性变形就变得困难，要继续变形就必须增大外力，因此提高了金属的强度。
8．已知金属钨、铁、铅、锡的熔点分别为3380℃、1538℃、327℃、232℃，试计算这些金属的最低再结晶温度，并分析钨和铁在1100℃下的加工、铅和锡在室温（20℃）下的加工各为何种加工？
答：T 再=0.4T 熔；钨T 再=[0.4*（3380+273）]-273=1188.2℃; 铁T 再=[0.4*
（1538+273）]-273=451.4℃; 铅T 再=[0.4*（327+273）]-273=-33℃; 锡T 再=[0.4*
（232+273）]-273=-71℃.由于钨T 再为1188.2℃＞1100℃，因此属于热加工；
铁T 再为451.4℃＜1100℃，因此属于冷加工；铅T 再为-33℃＜20℃，属于冷
加工；锡T 再为-71＜20℃，属于冷加工。
9．在制造齿轮时，有时采用喷丸法（即将金属丸喷射到零件表面上）使齿面得以强化。试分析强化原因。
答：高速金属丸喷射到零件表面上，使工件表面层产生塑性变形，形成一定厚度的
加工硬化层，使齿面的强度、硬度升高。
第三章 合金的结构与二元状态图
1．解释下列名词：
合金，组元，相，相图；固溶体，金属间化合物，机械混合物；枝晶偏析，比重偏析；固溶强化，弥散强化。
答：合金：通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同一种或几种其它元素结
合在一起所形成的具有金属特性的新物质，称为合金。
组元：组成合金的最基本的、独立的物质称为组元。
相：在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组
成部分，均称之为相。
相图：用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明图解称为相图。
固溶体：合金的组元之间以不同的比例混合，混合后形成的固相的晶格结构与组
成合金的某一组元的相同，这种相称为固溶体。
金属间化合物：合金的组元间发生相互作用形成的一种具有金属性质的新相，
称为金属间化合物。它的晶体结构不同于任一组元，用分子式
来表示其组成。
机械混合物：合金的组织由不同的相以不同的比例机械的混合在一起，称机械
混合物。
枝晶偏析：实际生产中，合金冷却速度快，原子扩散不充分，使得先结晶出来的固溶体合金含高熔点组元较多，后结晶含低熔点组元较
多，这种在晶粒内化学成分不均匀的现象称为枝晶偏析。
比重偏析：比重偏析是由组成相与溶液之间的密度差别所引起的。如果先共晶相与溶液之间的密度差别较大，则在缓慢冷却条件下凝固时，先共
晶相便会在液体中上浮或下沉，从而导致结晶后铸件上下部分的化
学成分不一致，产生比重偏析。
固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。
弥散强化：合金中以固溶体为主再有适量的金属间化合物弥散分布，会提高合金的强度、硬度及耐磨性，这种强化方式为弥散强化。
2．指出下列名词的主要区别：
1）置换固溶体与间隙固溶体；
答：置换固溶体：溶质原子代替溶剂晶格结点上的一部分原子而组成的固溶体称置换固溶体。
间隙固溶体：溶质原子填充在溶剂晶格的间隙中形成的固溶体，即间隙固溶体。2）相组成物与组织组成物；
相组成物：合金的基本组成相。
组织组成物：合金显微组织中的独立组成部分。
3．下列元素在α-Fe 中形成哪几种固溶体?
Si、C、N、Cr、Mn
答：Si、Cr、Mn形成置换固溶体；C、N形成间隙固溶体。
4．试述固溶强化、加工强化和弥散强化的强化原理,并说明三者的区别.
答：固溶强化：溶质原子溶入后，要引起溶剂金属的晶格产生畸变，进而位错运动时受到阻力增大。
弥散强化：金属化合物本身有很高的硬度，因此合金中以固溶体为基体再有适量的金属间化合物均匀细小弥散分布时，会提高合金的强度、硬度
及耐磨性。这种用金属间化合物来强化合金的方式为弥散强化。
加工强化：通过产生塑性变形来增大位错密度，从而增大位错运动阻力，引起塑性变形抗力的增加，提高合金的强度和硬度。
区别：固溶强化和弥散强化都是利用合金的组成相来强化合金，固溶强化是通过产生晶格畸变，使位错运动阻力增大来强化合金；弥散强化是利用金
属化合物本身的高强度和硬度来强化合金；而加工强化是通过力的作用
产生塑性变形，增大位错密度以增大位错运动阻力来强化合金；三者相
比，通过固溶强化得到的强度、硬度最低，但塑性、韧性最好，加工强
化得到的强度、硬度最高，但塑韧性最差，弥散强化介于两者之间。5．固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？
答：在结构上：固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而金属间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。
在性能上：形成固溶体和金属间化合物都能强化合金，但固溶体的强度、硬度比金属间化合物低，塑性、韧性比金属间化合物好，也就是固溶体
有更好的综合机械性能。
6. 何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?试比较这三种反应的异同点.
答：共晶反应：指一定成分的液体合金，在一定温度下，同时结晶出成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。
包晶反应：指一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另外一种固相的反应过程。
共析反应：由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解成两个新的，具有一定晶体结构的固相的反应。
共同点：反应都是在恒温下发生，反应物和产物都是具有特定成分的相，都处于三相平衡状态。
不同点：共晶反应是一种液相在恒温下生成两种固相的反应；共析反应是一种固相在恒温下生成两种固相的反应；而包晶反应是一种液相与一种固相在
恒温下生成另一种固相的反应。
7．二元合金相图表达了合金的哪些关系？
答：二元合金相图表达了合金的状态与温度和成分之间的关系。
8．在二元合金相图中应用杠杆定律可以计算什么？
答：应用杠杆定律可以计算合金相互平衡两相的成分和相对含量。
9. 已知A（熔点 600℃）与B(500℃) 在液态无限互溶；在固态 300℃时A溶于 B 的最大溶解度为 30% ，室温时为10%，但B不溶于A；在 300℃时，含 40% B 的液态合金发生共晶反应。现要求：
1）作出A-B 合金相图；
2）分析 20% A,45%A,80%A 等合金的结晶过程，并确定室温下的组织组成物和相组成物的相对量。
答：（1）
（2）20%A合金如图①：
合金在1点以上全部为液相，当冷至1点时，开始从液相中析出α固溶体，至2点结束，2～3点之间合金全部由α固溶体所组成，但当合金冷到3点以下，由于固溶体α的浓度超过了它的溶解度限度，于是从固溶体α中析出二次相A，因此最终显微组织：α+A
Ⅱ
相组成物:α+A
A=（90-80/90）*100%=11% α=1-A%=89%
45%A合金如图②：
合金在1点以上全部为液相，冷至1点时开始从液相中析出α固溶体，此时液相线成分沿线BE变化，固相线成分沿BD线变化，当冷至2点时，液相线成分到达E点，发生共晶反应，形成（A+α）共晶体，合金自2点冷至室温
过程中，自中析出二次相A
Ⅱ
，因而合金②室温组织：
A
Ⅱ
+α+(A+α) 相组成物:A+α
组织：A
Ⅱ=（70-55）/70*100%=21% α=1- A
Ⅱ
=79%
A+α=（70-55）/(70-40）*100%=50%
相：A=（90-55）/90*100%=50% α=1-A%=50%
80%A合金如图③：
合金在1点以上全部为液相，冷至1点时开始从液相中析出A，此时液相线成分沿AE线变化，冷至2点时，液相线成分到达点，发生共晶反应，形成(A+α)共晶体，因而合金③的室温组织：A+ (A+α)
相组成物：A+α
组织：A=（40-20）/40*100%=50% A+α=1-A%=50%
相： A=（90-20）/90*100%=78% α=1-A%=22%
10．某合金相图如图所示。
1）试标注①—④空白区域中存在相的名称；
2）指出此相图包括哪几种转变类型；
3）说明合金Ⅰ的平衡结晶过程及室温下的显微组织。
答：(1)①：L+γ②: γ+β③: β+(α+β) ④: β+α
Ⅱ
(2)匀晶转变；共析转变
(3)合金①在1点以上全部为液相,冷至1点时开始从液相中析出γ固溶体至2
点结束,2～3点之间合金全部由γ固溶体所组成,3点以下,开始从γ固溶体
中析出α固溶体,冷至4点时合金全部由α固溶体所组成,4～5之间全部由α
固溶体所组成,冷到5点以下,由于α固溶体的浓度超过了它的溶解度限度,
从α中析出第二相β固溶体,最终得到室稳下的显微组织:α+β
Ⅱ
11．有形状、尺寸相同的两个 Cu-Ni 合金铸件，一个含 90% Ni ，另一个含 50% Ni,铸后自然冷却，问哪个铸件的偏析较严重？
答：含 50% Ni的Cu-Ni 合金铸件偏析较严重。在实际冷却过程中，由于冷速较快，使得先结晶部分含高熔点组元多，后结晶部分含低熔点组元多，因为含 50% Ni 的Cu-Ni 合金铸件固相线与液相线范围比含 90% Ni铸件宽，因此它所造成的化学成分不均匀现象要比含 90% Ni的Cu-Ni 合金铸件严重。
第四章铁碳合金
1．何谓金属的同素异构转变？试画出纯铁的结晶冷却曲线和晶体结构变化图。答：由于条件（温度或压力）变化引起金属晶体结构的转变，称同素异构转变。
2．为什么γ-Fe 和α- Fe 的比容不同？一块质量一定的铁发生（γ-Fe →α-Fe ）转变时，其体积如何变化？
答：因为γ-Fe 和α- Fe 原子排列的紧密程度不同，γ-Fe 的致密度为74%,α- Fe
的致密度为68%，因此一块质量一定的铁发生（γ-Fe →α-Fe ）转变时体积将发生膨胀。
3.何谓铁素体（F ）,奥氏体（A ），渗碳体（Fe 3C ），珠光体（P ）,莱氏体（Ld ）？
它们的结构、组织形态、性能等各有何特点？
答：铁素体（F ）：铁素体是碳在Fe -α中形成的间隙固溶体，为体心立方晶格。由
于碳在Fe -α中的溶解度`很小，它的性能与纯铁相近。塑性、韧
性好，强度、硬度低。它在钢中一般呈块状或片状。
奥氏体（A ）：奥氏体是碳在Fe -γ中形成的间隙固溶体，面心立方晶格。因其晶
格间隙尺寸较大，故碳在Fe -γ中的溶解度较大。有很好的塑性。
渗碳体（Fe 3C ）：铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物。渗碳体具有
很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。在钢中以片状存在
或网络状存在于晶界。在莱氏体中为连续的基体，有时呈鱼骨状。
珠光体（P ）：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。铁素体和渗碳体呈层片状。
珠光体有较高的强度和硬度，但塑性较差。
莱氏体（Ld ）：由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。在莱氏体中，渗碳体是连续
分布的相，奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体基体上。由于渗碳体很脆，
所以莱氏体是塑性很差的组织。
4.Fe-Fe 3C 合金相图有何作用？在生产实践中有何指导意义？又有何局限性？
答：①碳钢和铸铁都是铁碳合金，是使用最广泛的金属材料。铁碳合金相图是研究
铁碳合金的重要工具，了解与掌握铁碳合金相图，对于钢铁材料的研究和使用，
各种热加工工艺的制订以及工艺废品原因的分析等方面都有重要指导意义。②
为选材提供成分依据：C Fe F 3+相图描述了铁碳合金的组织随含碳量的变化规
律，合金的性能决定于合金的组织，这样根据零件的性能要求来选择不同成分
的铁碳合金；为制定热加工工艺提供依据：对铸造，根据相图可以找出不同成
分的钢或铸铁的熔点，确定铸造温度；根据相图上液相线和固相线间距离估计
铸造性能的好坏。对于锻造：根据相图可以确定锻造温度。对焊接：
根据相图来分析碳钢焊缝组织，并用适当热处理方法来减轻或消除组织不均匀
性；对热处理：C Fe F 3+相图更为重要，如退火、正火、淬火的加热温度都要参考铁碳相图加以选择。③由于铁碳相图是以无限缓慢加热和冷却的速度得到的，而在实际加热和冷却通常都有不同程度的滞后现象。
5.画出 Fe-Fe 3C 相图，指出图中 S 、C 、E 、P 、N 、G 及 GS 、SE 、PQ 、PSK
各点、线的意义，并标出各相区的相组成物和组织组成物。
答:
C ：共晶点1148℃ 4.30%C ，在这一点上发生共晶转变，反应式：
C Fe A Lc E 3+?，当冷到1148℃时具有C 点成分的液体中同时结晶出具有
E 点成分的奥氏体和渗碳体的两相混合物——莱氏体()()C Fe A Le E 3+→ E ：碳在Fe -γ中的最大溶解度点1148℃ 2.11%C
G ：Fe Fe -?-γα同素异构转变点（A 3）912℃ 0%C
H ：碳在Fe -δ中的最大溶解度为1495℃ 0.09%C
J ：包晶转变点1495℃ 0.17%C 在这一点上发生包晶转变，反应式：
J H B A L ?+δ当冷却到1495℃时具有B 点成分的液相与具有H 点成分的固
相δ反应生成具有J 点成分的固相A 。
N ：Fe Fe -?-δγ同素异构转变点（A 4）1394℃ 0%C
P ：碳在Fe -α中的最大溶解度点 0.0218%C 727℃
S ：共析点727℃ 0.77%C 在这一点上发生共析转变，反应式：
c Fe F A p s 3+?，当冷却到727℃时从具有S 点成分的奥氏体中同时析出具
有P 点成分的铁素体和渗碳体的两相混合物——珠光体P （c Fe F p 3+）
ES 线：碳在奥氏体中的溶解度曲线，又称Acm 温度线，随温度的降低，碳在
奥化体中的溶解度减少，多余的碳以C Fe 3形式析出，所以具有0.77%～
2.11%C 的钢冷却到Acm 线与PSK 线之间时的组织ⅡC Fe A 3+，从A 中析
出的C Fe 3称为二次渗碳体。
GS 线：不同含碳量的奥氏体冷却时析出铁素体的开始线称A 3线，GP 线则是铁
素体析出的终了线，所以GSP 区的显微组织是A F +。
PQ 线：碳在铁素体中的溶解度曲线，随温度的降低，碳在铁素体中的溶解度
减少，多余的碳以C Fe 3形式析出，从F 中析出的C Fe 3称为三次渗碳
体ⅢC Fe 3，由于铁素体含碳很少，析出的ⅢC Fe 3很少，一般忽略，认
为从727℃冷却到室温的显微组织不变。
PSK 线：共析转变线，在这条线上发生共析转变C Fe F A P S 3+?，产物（P ）
珠光体，含碳量在0.02～6.69%的铁碳合金冷却到727℃时都有共析转
变发生。
6.简述 Fe-Fe 3C 相图中三个基本反应：包晶反应,共晶反应及共析反应，写出反应
式，标出含碳量及温度。
答：共析反应：冷却到727℃时具有S 点成分的奥氏体中同时析出具有P 点成分的
铁素体和渗碳体的两相混合物。γ0.8??→??727
F 0.02+Fe 3C 6.69 包晶反应：冷却到1495℃时具有B 点成分的液相与具有H 点成分的固相δ反应
生成具有J 点成分的固相A 。 L 0.5+δ0.1??→??1495
γ0.16 共晶反应：1148℃时具有C 点成分的液体中同时结晶出具有E 点成分的奥氏体
和渗碳体的两相混合物。 L 4.3??→??1147
γ 2.14+ Fe 3C 6.69 7.何谓碳素钢？何谓白口铁？两者的成分组织和性能有何差别？
答：碳素钢：含有0.02%~2.14%C 的铁碳合金。
白口铁：含大于2.14%C 的铁碳合金。
碳素钢中亚共析钢的组织由铁素体和珠光体所组成，其中珠光体中的渗碳体以
细片状分布在铁素体基体上，随着含碳量的增加，珠光体的含量增加，则钢的
强度、硬度增加，塑性、韧性降低。当含碳量达到0.8%时就是珠光体的性能。过共析钢组织由珠光体和二次渗碳体所组成，含碳量接近1.0%时，强度达到最
大值，含碳量继续增加，强度下降。由于二次渗碳体在晶界形成连续的网络，
导致钢的脆性增加。
白口铁中由于其组织中存在大量的渗碳体，具有很高的硬度和脆性，难以切削
加工。
8.亚共析钢、共析钢和过共析钢的组织有何特点和异同点。
答：亚共析钢的组织由铁素体和珠光体所组成。其中铁素体呈块状。珠光体中铁
素体与渗碳体呈片状分布。共析钢的组织由珠光体所组成。过共析钢的组织
由珠光体和二次渗碳体所组成，其中二次渗碳体在晶界形成连续的网络状。
共同点：钢的组织中都含有珠光体。不同点：亚共析钢的组织是铁素体和珠光
体，共析钢的组织是珠光体，过共析钢的组织是珠光体和二次渗碳体。
9.分析含碳量分别为 0.20% 、 0.60% 、 0.80% 、 1.0% 的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织.
答：0.80%C:在1~2点间合金按匀晶转变结晶出A ，在2点结晶结束，全部转变为
奥氏体。冷到3点时（727℃），在恒温下发生共析转变，转变结束时
全部为珠光体P ，珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体，当温度继续下降
时，珠光体中铁素体溶碳量减少，其成分沿固溶度线PQ 变化，析出三
次渗碳体ⅢC Fe 3，它常与共析渗碳体长在一起，彼此分不出，且数量
少，可忽略。
室温时组织P 。
0.60% C ：合金在1~2点间按匀晶转变结晶出A ，在2点结晶结束，全部转变为奥
氏体。冷到3点时开始析出F ，3-4点A 成分沿GS 线变化，铁素体成
分沿GP 线变化，当温度到4点时，奥氏体的成分达到S 点成分（含碳
0.8%），便发生共析转变，形成珠光体，此时，原先析出的铁素体保持
不变，称为先共析铁素体，其成分为0.02%C ，所以共析转变结束后，
合金的组织为先共析铁素体和珠光体，当温度继续下降时，铁素体的溶
碳量沿PQ 线变化，析出三次渗碳体，同样ⅢC Fe 3量很少，可忽略。
所以含碳0.40%的亚共析钢的室温组织为：F+P
1.0% C ：合金在1~2点间按匀晶转变结晶出奥氏体，2点结晶结束，合金为单相
奥氏体，冷却到3点，开始从奥氏体中析出二次渗碳体ⅡC Fe 3，ⅡC Fe 3沿
奥氏体的晶界析出，呈网状分布，3-4间ⅡC Fe 3不断析出，奥氏体成分沿
ES 线变化，当温度到达4点（727℃）时，其含碳量降为0.77%，在恒
温下发生共析转变，形成珠光体，此时先析出的ⅡC Fe 3保持不变，称为
先共析渗碳体，所以共析转变结束时的组织为先共析二次渗碳体和珠光
体，忽略ⅢC Fe 3。
室温组织为二次渗碳体和珠光体。
10．指出下列名词的主要区别：
1）一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体与共析渗碳体；
答：一次渗碳体：由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。
二次渗碳体：从A 中析出的C Fe 3称为二次渗碳体。
三次渗碳体：从F 中析出的C Fe 3称为三次渗碳体ⅢC Fe 3。
共晶渗碳体：经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体。
共析渗碳体：经共析反应生成的渗碳体即珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体。2）热脆与冷脆。
答：热脆：S在钢中以FeS形成存在，FeS会与Fe形成低熔点共晶，当钢材在1000℃~1200℃压力加工时，会沿着这些低熔点共晶体的边界开裂，钢材将变
得极脆，这种脆性现象称为热脆。
冷脆：P使室温下的钢的塑性、韧性急剧降低，并使钢的脆性转化温度有所升高，使钢变脆，这种现象称为“冷脆”。
11．根据 Fe-Fe
3
C 相图，计算：
1）室温下，含碳 0.6% 的钢中珠光体和铁素体各占多少；
2）室温下，含碳 1.2% 的钢中珠光体和二次渗碳体各占多少；
3）铁碳合金中，二次渗碳体和三次渗碳体的最大百分含量。
答：1）W
p =(0.6-0.02)/(0.8-0.02)*100%=74% W
α=1-74%=26%
2）W
p =(2.14-1.2)/(2.14-0.8)*100%=70% W
Fe3CⅡ
=1-70%=30%
3）W
Fe3CⅡ
=(2.14-0.8)/(6.69-0.8)*100%=23%
W
Fe3CⅢ
=0.02/6.69*100%=33%
12．某工厂仓库积压了许多碳钢（退火状态），由于钢材混杂，不知道钢的化学成分，现找出其中一根，经金相分析后，发现其组织为珠光体+铁素体，其中铁素体占 80% ，问此钢材的含碳量大约是多少？
答：由于组织为珠光体+铁素体，说明此钢为亚共析钢。
W
α=80%=(0.8-W C)/(0.8-0.02)*100% W C=0.18%
13．对某退火碳素钢进行金相分析，其组织的相组成物为铁素体+渗碳体（粒状），其中渗碳体占 18% ，问此碳钢的含碳量大约是多少？
答： W
Fe3CⅡ=18% =( W
C
-0.02)/(6.69-0.02)*100% W
C
=1.22%
14．对某退火碳素钢进行金相分析，其组织为珠光体+渗碳体（网状），其中珠光体占 93% ，问此碳钢的含碳量大约为多少？
答：W
p =93% =(2.14- W
C
)/(2.14-0.8)*100%=70% W
C
=0.89%
15.计算Fe-1.4%C合金在700℃下各个相及其组分数量和成分。
答：含1.4%C合金属于过共析钢，其组织为珠光体+二次渗碳体，相为铁素体和渗碳体。
W p =(2.14-1.4)/(2.14-0.8)*100%=55% W
Fe3CⅡ
=1-55%=45%
W
α=（6.69-1.4）/（6.69-0.02）*100%=79% W Fe3C=1-79%=21%
16．根据 Fe-Fe
3
C 相图，说明产生下列现象的原因：
1）含碳量为 1.0% 的钢比含碳量为 0.5% 的钢硬度高；
答：钢中随着含碳量的增加，渗碳体的含量增加，渗碳体是硬脆相，因此含碳量为
1.0% 的钢比含碳量为 0.5% 的钢硬度高。
2）在室温下，含碳 0.8% 的钢其强度比含碳 1.2% 的钢高；
答：因为在钢中当含碳量超过1.0%时，所析出的二次渗碳体在晶界形成连续的网络状，使钢的脆性增加，导致强度下降。因此含碳 0.8% 的钢其强度比含碳 1.2%
的钢高。
3）在 1100℃，含碳 0.4% 的钢能进行锻造，含碳 4.0% 的生铁不能锻造；
答：在 1100℃时，含碳 0.4% 的钢的组织为奥氏体，奥氏体的塑性很好，因此适合于锻造；含碳 4.0% 的生铁的组织中含有大量的渗碳体，渗碳体的硬度很高，不适合于锻造。
4）绑轧物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物却用钢丝绳（用 60 、65 、 70 、 75 等钢制成）；
答：绑轧物件的性能要求有很好的韧性，因此选用低碳钢有很好的塑韧性，镀锌低碳钢丝；而起重机吊重物用钢丝绳除要求有一定的强度，还要有很高的弹性极限，而60 、 65 、 70 、 75钢有高的强度和高的弹性极限。这样在吊重物时不会断裂。
5）钳工锯 T8 ， T10,T12 等钢料时比锯 10,20 钢费力，锯条容易磨钝；
答：T8 ， T10,T12属于碳素工具钢，含碳量为0.8%，1.0%，1.2%，因而钢中渗碳体含量高，钢的硬度较高；而10,20钢为优质碳素结构钢，属于低碳钢，钢的硬度较低，因此钳工锯 T8 ， T10,T12 等钢料时比锯 10,20 钢费力，锯条容易磨钝。
6）钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜于通过铸造成形。
答：因为钢的含碳量范围在0.02%~2.14%之间，渗碳体含量较少，铁素体含量较多，而铁素体有较好的塑韧性，因而钢适宜于压力加工；而铸铁组织中含有大量以渗碳体为基体的莱氏体，渗碳体是硬脆相，因而铸铁适宜于通过铸造成形。17.钢中常存杂质有哪些？对钢的性能有何影响？
答：钢中常存杂质有Si、Mn、S、P等。
Mn：大部分溶于铁素体中，形成置换固溶体，并使铁素体强化：另一部分Mn 溶于Fe3C中，形成合金渗碳体，这都使钢的强度提高，Mn与S化合成
MnS，能减轻S的有害作用。当Mn含量不多，在碳钢中仅作为少量杂质
存在时，它对钢的性能影响并不明显。
Si：Si与Mn一样能溶于铁素体中，使铁素体强化，从而使钢的强度、硬度、弹性提高，而塑性、韧性降低。当Si含量不多，在碳钢中仅作为少量夹杂
存在时，它对钢的性能影响并不显著。
S：硫不溶于铁，而以FeS形成存在，FeS会与Fe形成共晶，并分布于奥氏体的晶界上，当钢材在1000℃~1200℃压力加工时，由于FeS-Fe共晶（熔点
只有989℃）已经熔化，并使晶粒脱开，钢材将变得极脆。
P：磷在钢中全部溶于铁素体中，虽可使铁素体的强度、硬度有所提高，但却使室温下的钢的塑性、韧性急剧降低，并使钢的脆性转化温度有所升高，使钢
变脆。
18.试述碳钢的分类及牌号的表示方法。
答：分类：1）按含碳量分类
低碳钢：含碳量小于或等于0.25%的钢，0.01~0.25%C ≤0.25%C
中碳钢：含碳量为0.30~0.55%的钢0.25~0.6%C
高碳钢：含碳量大于0.6%的钢0.6~1.3%C ＞0.6%C
（2）按质量分类：即含有杂质元素S、P的多少分类：
普通碳素钢：S≤0.055% P≤0.045%
优质碳素钢：S、P≤0.035~0.040%
高级优质碳素钢：S≤0.02~0.03%；P≤0.03~0.035%
（3）按用途分类
碳素结构钢：用于制造各种工程构件，如桥梁、船舶、建筑构件等，及机器
零件，如齿轮、轴、连杆、螺钉、螺母等。
碳素工具钢：用于制造各种刀具、量具、模具等，一般为高碳钢，在质量上都是优质钢或高级优质钢。
牌号的表示方法：（1）普通碳素结构钢：
用Q+数字表示，“Q”为屈服点，“屈”汉语拼音，数字表示屈服点数值。若牌号后面标注字母A、B、C、D，则表示钢材质量等级不同，A、B、C、D 质量依次提高，“F”表示沸腾钢，“b”为半镇静钢，不标“F”和“b”的为镇静钢。
（2）优质碳素结构钢：
牌号是采用两位数字表示的，表示钢中平均含碳量的万分之几。若钢中含锰量较高，须将锰元素标出，
（3）碳素工具钢：
这类钢的牌号是用“碳”或“T”字后附数字表示。数字表示钢中平均含碳量的千分之几。若为高级优质碳素工具钢，则在钢号最后附以“A”字。
19.低碳钢、中碳钢及高碳钢是如何根据含碳量划分的？分别举例说明他们的用途？
答：低碳钢：含碳量小于或等于0.25%的钢；08、10、钢，塑性、韧性好，具有优良的冷成型性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽
车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车车身，拖拉机驾驶室等；15、20、
25钢用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不
高的渗碳零件，如活塞钢、样板等。
中碳钢：含碳量为0.30~0.55%的钢；30、35、40、45、50钢经热处理（淬火+高温回火）后具有良好的综合机械性能，即具有较高的强度和较高的
塑性、韧性，用于制作轴类零件；
高碳钢：含碳量大于0.6%的钢；60、65钢热处理（淬火+高温回火）后具有高的弹性极限，常用作弹簧。T7、T8、用于制造要求较高韧性、承受
冲击负荷的工具，如小型冲头、凿子、锤子等。T9、T10、T11、用于
制造要求中韧性的工具，如钻头、丝锥、车刀、冲模、拉丝模、锯条。
T12、T13、钢具有高硬度、高耐磨性，但韧性低，用于制造不受冲击
的工具如量规、塞规、样板、锉刀、刮刀、精车刀等。
20．下列零件或工具用何种碳钢制造：手锯锯条、普通螺钉、车床主轴。
答：手锯锯条：它要求有较高的硬度和耐磨性，因此用碳素工具钢制造，如T9、
T9A、T10、T10A、T11、T11A。
普通螺钉：它要保证有一定的机械性能，用普通碳素结构钢制造，如Q195、Q215、Q235。
车床主轴：它要求有较高的综合机械性能，用优质碳素结构钢，如30、35、40、
45、50。
21.指出下列各种钢的类别、符号、数字的含义、主要特点及用途：
Q235-AF、Q235-C、Q195-B、Q255-D、40、45、08、20、20R、20G、T8、T10A、T12A
答：Q235-AF：普通碳素结构钢，屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。
Q235-C:屈服强度为235MPa的C级普通碳素结构钢，
Q195-B: 屈服强度为195MPa的B级普通碳素结构钢，
Q255-D: 屈服强度为255MPa的D级普通碳素结构钢，
Q195、Q235含碳量低，有一定强度，常扎制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等钢结构，也可制造普通的铆钉、螺钉、螺母、垫圈、地脚螺栓、轴套、销轴等等，Q255钢强度较高，塑性、韧性较好，可进行焊接。通常扎制成型钢、条钢和钢板作结构件以及制造连杆、键、销、简单机械上的齿轮、轴节等。
40:含碳量为0.4%的优质碳素结构钢。
45含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。
40、45钢经热处理（淬火+高温回火）后具有良好的综合机械性能，即具有较
高的强度和较高的塑性、韧性，用于制作轴类零件。
08：含碳量为0.08%的优质碳素结构钢。塑性、韧性好，具有优良的冷成型性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷
冲压件，如汽车车身，拖拉机驾驶室等。
20：含碳量为0.2%的优质碳素结构钢。用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞钢、样板等。
20R：含碳量为0.2%的优质碳素结构钢，容器专用钢。
20G：含碳量为0.2%的优质碳素结构钢，锅炉专用钢。
T8：含碳量为0.8%的碳素工具钢。用于制造要求较高韧性、承受冲击负荷的工具，如小型冲头、凿子、锤子等。
T10A：含碳量为1.0%的高级优质碳素工具钢。用于制造要求中韧性的工具，如钻头、丝锥、车刀、冲模、拉丝模、锯条。
T12A：含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。具有高硬度、高耐磨性，但韧性低，用于制造不受冲击的工具如量规、塞规、样板、锉刀、刮刀、精车
刀。
第五章钢的热处理
1.何谓钢的热处理？钢的热处理操作有哪些基本类型？试说明热处理同其它工艺过程的关系及其在机械制造中的地位和作用。
答：（1）为了改变钢材内部的组织结构，以满足对零件的加工性能和使用性能的要
求所施加的一种综合的热加工工艺过程。
（2）热处理包括普通热处理和表面热处理；普通热处理里面包括
退火、正火、淬火和回火，表面热处理包括表面淬火和化学热处理，表
面淬火包括火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火，化学热处理包括渗
碳、渗氮和碳氮共渗等。
（3）热处理是机器零件加工工艺过程中的重要工序。一个毛坯件经过预备热处
理，然后进行切削加工，再经过最终热处理，经过精加工，最后装配成为
零件。热处理在机械制造中具有重要的地位和作用，适当的热处理可以显
著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强
化金属材料、充分挖掘材料潜力、降低结构重量、节省材料和能源，而且
能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命，做到一个顶几
个、顶十几个。此外，通过热处理还可使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等
特殊物理化学性能。
2.解释下列名词：
1）奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度；
答：（1）起始晶粒度：是指在临界温度以上，奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚
刚接触时的晶粒大小。
（2）实际晶粒度：是指在某一具体的热处理加热条件下所得到的晶粒尺寸。
（3）本质晶粒度：根据标准试验方法，在930±10℃保温足够时间（3-8小时）后测定的钢中晶粒的大小。
2）珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体；
答：珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物。
索氏体：在650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。
屈氏体：在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。
贝氏体：过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物。
马氏体：碳在α-Fe 中的过饱和固溶体。
3）奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体；
答：奥氏体: 碳在Fe -γ中形成的间隙固溶体.
过冷奥氏体: 处于临界点以下的不稳定的将要发生分解的奥氏体称为过冷奥氏
体。
残余奥氏体：M 转变结束后剩余的奥氏体。
4）退火、正火、淬火、回火、冷处理、时效处理（尺寸稳定处理）；
答：退火：将工件加热到临界点以上或在临界点以下某一温度保温一定时间后，以
十分缓慢的冷却速度（炉冷、坑冷、灰冷）进行冷却的一种操作。
正火：将工件加热到A c3或A ccm 以上30～80℃，保温后从炉中取出在空气中冷却。
淬火：将钢件加热到Ac 3或Ac 1以上30～50℃，保温一定时间，然后快速冷却（一
般为油冷或水冷），从而得马氏体的一种操作。
回火：将淬火钢重新加热到A 1点以下的某一温度，保温一定时间后，冷却到室
温的一种操作。
冷处理：把冷到室温的淬火钢继续放到深冷剂中冷却，以减少残余奥氏体的操作。时效处理：为使二次淬火层的组织稳定，在110~150℃经过6~36小时的人工时效处理，以使组织稳定。
5）淬火临界冷却速度（V
k
），淬透性,淬硬性；
答：淬火临界冷却速度（V
k
）：淬火时获得全部马氏体组织的最小冷却速度。
淬透性：钢在淬火后获得淬硬层深度大小的能力。
淬硬性：钢在淬火后获得马氏体的最高硬度。
6）再结晶、重结晶；
答：再结晶：金属材料加热到较高的温度时，原子具有较大的活动能力，使晶粒的外形开始变化。从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。和变
形前的晶粒形状相似，晶格类型相同，把这一阶段称为“再结晶”。
重结晶：由于温度变化，引起晶体重新形核、长大，发生晶体结构的改变，称为重结晶。
7）调质处理、变质处理。
答：调质处理：淬火后的高温回火。
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。
3.指出 A
1、A
3
、A
cm
； A
C1
、A
C3
、 A
ccm
； A
r1
、A
r3
、A
rcm
各临界点的意义。
答：A
1
：共析转变线，含碳量在0.02～6.69%的铁碳合金冷却到727℃时都有共析转变发生，形成P。
A
3
：奥氏体析出铁素体的开始线。
A
cm
：碳在奥氏体中的溶解度曲线。
A
C1
：实际加热时的共析转变线。
A C3：实际加热时奥氏体析出铁素体的开始线。
A
cm
：实际加热时碳在奥氏体中的溶解度曲线。
A
r1
：实际冷却时的共析转变线。
A r3：实际冷却时奥氏体析出铁素体的开始线。
A
rcm
：实际冷却时碳在奥氏体中的溶解度曲线。
4.何谓本质细晶粒钢？本质细晶粒钢的奥氏体晶粒是否一定比本质粗晶粒钢的细？
答：（1）本质细晶粒钢：加热到临界点以上直到930℃，随温度升高，晶粒长大
速度很缓慢，称本质细晶粒钢。
（2）不一定。本质晶粒度只代表钢在加热时奥氏体晶粒长大倾向的大小。本质粗晶粒钢在较低加热温度下可获得细晶粒，而本质细晶粒钢若在较高温
度下加热也会得到粗晶粒。
5.珠光体类型组织有哪几种？它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点？答：（1）三种。分别是珠光体、索氏体和屈氏体。
（2）珠光体是过冷奥氏体在550℃以上等温停留时发生转变，它是由铁素体和渗碳体组成的片层相间的组织。索氏体是在650～600℃温度范围内形成层
片较细的珠光体。屈氏体是在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光
体。珠光体片间距愈小，相界面积愈大，强化作用愈大，因而强度和硬度
升高，同时，由于此时渗碳体片较薄，易随铁素体一起变形而不脆断，因
此细片珠光体又具有较好的韧性和塑性。
6.贝氏体类型组织有哪几种？它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点？答：（1）两种。上贝氏体和下贝氏体。
（2）上贝氏体的形成温度在600～350℃。在显微镜下呈羽毛状，它是由许多互相平行的过饱和铁素体片和分布在片间的断续细小的渗碳体组成的混合
物。其硬度较高，可达HRC40～45，但由于其铁素体片较粗，因此塑性和
韧性较差。下贝氏体的形成温度在350℃～Ms，下贝氏体在光学显微镜下
呈黑色针叶状，在电镜下观察是由针叶状的铁素体和分布在其上的极为
细小的渗碳体粒子组成的。下贝氏体具有高强度、高硬度、高塑性、高
韧性，即具有良好的综合机械性能。
7.马氏体组织有哪几种基本类型？它们在形成条件、晶体结构、组织形态、性能有何特点？马氏体的硬度与含碳量关系如何？
答：（1）两种，板条马氏体和片状马氏体。
（2）奥氏体转变后，所产生的M的形态取决于奥氏体中的含碳量，含碳量＜0.6%的为板条马氏体；含碳量在0.6—1.0%之间为板条和针状混合的马氏体；
含碳量大于1.0%的为针状马氏体。低碳马氏体的晶体结构为体心立方。随
含碳量增加，逐渐从体心立方向体心正方转变。含碳量较高的钢的晶体结
构一般出现体心正方。低碳马氏体强而韧，而高碳马氏体硬而脆。这是因
为低碳马氏体中含碳量较低，过饱和度较小，晶格畸变也较小，故具有良
好的综合机械性能。随含碳量增加，马氏体的过饱和度增加，使塑性变形
阻力增加，因而引起硬化和强化。当含碳量很高时，尽管马氏体的硬度和
强度很高，但由于过饱和度太大，引起严重的晶格畸变和较大的内应力，
致使高碳马氏体针叶内产生许多微裂纹，因而塑性和韧性显著降低。
（3）随着含碳量的增加，钢的硬度增加。
8.何谓等温冷却及连续冷却？试绘出奥氏体这两种冷却方式的示意图。
以下某一温度保温，待其分解转变完成后，答：等温冷却：把奥氏体迅速冷却到Ar
1
再冷至室温的一种冷却转变方式。
连续冷却：在一定冷却速度下，过冷奥氏体在一个温度范围内所发生的转变。
9．为什么要对钢件进行热处理？
答：通过热处理可以改变钢的组织结构，从而改善钢的性能。热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。恰当的热处理工艺可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒、消除偏析、降低内应力，使钢的组织和性能更加均匀。
10.试比较共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线与连续转变曲线的异同点。
答：首先连续冷却转变曲线与等温转变曲线临界冷却速度不同。其次连续冷却转变曲线位于等温转变曲线的右下侧，且没有C曲线的下部分，即共析钢在连续冷却转变时，得不到贝氏体组织。这是因为共析钢贝氏体转变的孕育期很长，当过冷奥氏体连续冷却通过贝氏体转变区内尚未发生转变时就已过冷到M
s
点而发生马氏体转变，所以不出现贝氏体转变。
11.淬火临界冷却速度 V
k
的大小受哪些因素影响？它与钢的淬透性有何关系？答：（1）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V
k
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V
k
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V
k
减小。
(2)一定尺寸的工件在某介质中淬火，其淬透层的深度与工件截面各点的冷却
速度有关。如果工件截面中心的冷速高于V
k
，工件就会淬透。然而工件淬火时表面冷速最大，心部冷速最小，由表面至心部冷速逐渐降低。只有冷
速大于V
k 的工件外层部分才能得到马氏体。因此，V
k
越小，钢的淬透层越
深，淬透性越好。
12.将￠5mm的T8钢加热至760℃并保温足够时间，问采用什么样的冷却工艺可得到如下组织：珠光体，索氏体，屈氏体，上贝氏体，下贝氏体，屈氏体+马氏体，马氏体+少量残余奥氏体；在C曲线上描出工艺曲线示意图。
答：(1)珠光体：冷却至线~550℃范围内等温停留一段时间，再冷却下来得到珠光
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： 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
工程材料习题集 第一章钢得合金化基础 1合金元素在钢中有哪四种存在形式？ ①溶入α(铁素体)、γ(奥氏体)、M(马氏体),以溶质形式存在形成固溶体; ②形成强化相:碳化物、金属间化合物; ③形成非金属夹杂物; ④以游离状态存在:Cu、Ag。 2写出六个奥氏体形成元素,其中哪三个可无限溶解在奥氏体中？哪两个铁素体形成元素可无限溶解在铁素体中？ ①奥氏体形成元素:Mn、Co、Ni、Cu、C、N(锰、钴、镍、铜、碳、氮),其中Mn、Co、Ni(锰、钴、镍)可无限溶解在奥氏体中,Cu、C、N(铜、碳、氮)为有限溶解; ②Cr、V(铬、钒)可无限溶解在铁素体中,其余为有限溶解。 3写出钢中常见得五种非碳化物形成元素。 ①非碳化物形成元素:Ni、Si、Al、Cu、Co 4按由强到弱得顺序写出钢中常见得八种碳化物形成元素。按碳化物稳定性由弱到强得顺序写出钢中常见得四种碳化物得分子式。 ①碳化物由强到弱排列:(强)Ti、Nb、V、(中强)W、Mo、Cr、(弱)Mn、Fe ②碳化物稳定性由弱到强得顺序:Fe3C→M23C6→M6C→MC 5为什么高镍奥氏体钢易于冷变形,而高锰奥氏体钢难于冷变形,容易加工硬化？奥氏体层错能高与低时各形成什么形态得马氏体？ ①镍就是提高奥氏体层错能得元素,锰就是降低奥氏体层错能得元素,层错能越低,越有利于位错扩展而形成层错,使交滑移困难,加工硬化趋势增大。 ②奥氏体层错能越低,形成板条马氏体,位错亚结构。如Cr18-Ni8钢;奥氏体层错能越高,形成片状马氏体,孪晶亚结构。如Fe-Ni合金。 6钢得强化机制得出发点就是什么？钢中常用得四种强化方式就是什么？其中哪一种方式在提高强度得同时还能改善韧性？钢中得第二相粒子主要有哪两个方面得作用？ ①强化机制得出发点就是造成障碍,阻碍位错运动。 ②钢中常用得四种强化方式:固溶强化、晶界强化(细晶强化)、第二相强化、位错强化(加工硬化)。 ③晶界强化(细晶强化)在提高强度得同时还能改善韧性。 ④钢中得第二相粒子主要作用:细化晶粒、弥散/沉淀强化。 7钢中常用得韧性指标有哪三个？颈缩后得变形主要取决于什么？ α、平面应变断裂韧度K IC、韧脆转变温度T k。 ①韧性指标:冲击韧度 k ε表示,主要取决于微孔坑或微裂纹形成得难易程度。 ②颈缩后得变形用P 8晶粒大小对极限塑性有什么影响？为什么？为了改善钢得塑性,钢中碳化物应保持什么形态？ ①细化晶粒对改善均匀塑性(εu)贡献不大,但对极限塑性(εT)却会有一定好处。因为随着晶粒尺寸得减少,使应力集中减弱,推迟了微孔坑得形成。 ②为了改善钢得塑性,充分发挥弥散强化得作用,钢中得碳化物(第二相)应为球状、细小、均匀、弥散地分布。 9改善延性断裂有哪三个途径？改善解理断裂有哪两种方法？引起晶界弱化得因素有哪两
工程材料 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. （√）
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、密排六方晶格。 2．空位属于____点__缺陷，晶界和亚晶界分别_____线_____ 缺陷，位错属于________面_______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、渗碳体、莱氏体6．常见的金属的塑性变形方式有_____滑移___和____孪生____两种类型。 7．钢的热处理工艺是：加热、保温、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－渗碳体相图。 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。 A．亚共析钢 B．共析钢 C．过共析钢 D．白口铸铁 （ A ）7.铸铁如果第一、第二阶段石墨化都完全进行，其组织为。 A． F＋G B． F＋P＋G C． P＋G D.Le＋P＋G （ D ）8.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．正火 C．水韧处理 D. 固溶处理 + 时效 （ C ）9. 马氏体的硬度主要取决于。 A．过冷奥氏体的冷却速度 B．过冷奥氏体的转变温度 C．马氏体的含碳量 D．马氏体的亚结构 （ D ）10.在下列方法中，可使晶粒细化的方法是。 A．扩散退火 B．切削加工 C．喷丸处理 D．变质处理 三、判断题（每题1分，共10分） （正确）1.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。 （错误）2.在实际金属和合金中，自发生核常常起着优先和主导的作用。 （错误）3.由于再结晶过程是一个形核和长大的过程，因而是相变过程。 （正确）4.位错是晶体中常见的缺陷，在常见的工业金属中位错密度愈多，其强度愈高。 （错误）5. 回火屈氏体、回火索氏体和过冷奥氏体分解时形成的屈氏体、索氏体，只是形成过程不同，但组织形态和性能则是相同的。 （正确）6.球墨铸铁可通过热处理来提高其综合力学性能。 （错误）7.所有铝合金都可以通过热处理进行强化。 （错误）8.钢的铸造性能比铸铁好，故常用来铸造形状复杂的工件。 .
工程材料习题集 一．名词解释题 间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂的晶格间隙中所形成的固溶体。 再结晶：金属发生重新形核和长大而不改变其晶格类型的结晶过程。 淬透性：钢淬火时获得马氏体的能力。 枝晶偏析：金属结晶后晶粒内部的成分不均匀现象。 时效强化：固溶处理后铝合金的强度和硬度随时间变化而发生显著提高的现象。 同素异构性：同一金属在不同温度下具有不同晶格类型的现象。 临界冷却速度：钢淬火时获得完全马氏体的最低冷却速度。 热硬性：指金属材料在高温下保持高硬度的能力。 二次硬化：淬火钢在回火时硬度提高的现象。 共晶转变：指具有一定成分的液态合金,在一定温度下,同时结晶出两种不同的固相的转变。比重偏析：因初晶相与剩余液相比重不同而造成的成分偏析。 置换固溶体：溶质原子溶入溶质晶格并占据溶质晶格位置所形成的固溶体。 变质处理：在金属浇注前添加变质剂来改变晶粒的形状或大小的处理方法。 晶体的各向异性：晶体在不同方向具有不同性能的现象。 固溶强化：因溶质原子溶入而使固溶体的强度和硬度升高的现象。 形变强化：随着塑性变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。残余奥氏体：指淬火后尚未转变，被迫保留下来的奥氏体。 调质处理：指淬火及高温回火的热处理工艺。 淬硬性：钢淬火时的硬化能力。 过冷奥氏体：将钢奥氏体化后冷却至A1温度之下尚未分解的奥氏体。 本质晶粒度：指奥氏体晶粒的长大倾向。 C曲线：过冷奥氏体的等温冷却转变曲线。 CCT曲线：过冷奥氏体的连续冷却转变曲线。 马氏体：含碳过饱和的α固溶体。 热塑性塑料：加热时软化融融，冷却又变硬，并可反复进行的塑料。 热固性塑料：首次加热时软化并发生交连反应形成网状结构，再加热时不软化的塑料。 回火稳定性：钢在回火时抵抗硬度下降的能力。 可逆回火脆性：又称第二类回火脆性，发生的温度在400～650℃，当重新加热脆性消失后，应迅速冷却，不能在400～650℃区间长时间停留或缓冷，否则会再次发生催化现象。 过冷度：金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差。 二．判断正误并加以改正 1、细化晶粒虽能提高金属的强度，但增大了金属的脆性。（╳） 改正：细化晶粒不但能提高金属的强度，也降低了金属的脆性。 2、结构钢的淬透性，随钢中碳含量的增大而增大。（╳） 改正：结构钢的淬硬性，随钢中碳含量的增大而增大。 3、普通低合金结构钢不能通过热化处理进行强化。（√） 4、置换固溶体必是无限固溶体。（╳） 改正：置换固溶体有可能是无限固溶体。 5、单晶体必有各向异性。（√）
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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
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
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。 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=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。
一、填空 1. 金属单晶体具有（各向异性）性，这是由于在不同晶面、不同晶向上的（原子 密排程度不同）造成的。 2. 按照溶质原子在溶剂晶格中的分布不同，可将固溶体分为（置换）固溶体和 （间隙）固溶体。 3. 钢的锻造温度高于（最低再结晶）温度，故属于（热）加工。 4. 在F&Fe s C相图的各组织或相中，硬度最高的是（渗碳体），强度最高的是（珠 光体），塑性最好的是（铁素体）。 5. T10钢，按用途分类，属于（工具）钢；按化学成分分类，属于（高碳）钢； 按质量分类，属于（优质碳素）钢 6. 在平衡状态下，45、T8及T12钢中，塑性最好的是（45）钢，硬度最高的是 （T12）钢，强度最高的是（T8）；制造锉刀常用（T12）钢，制造调质零件常用（45）钢。 7. 完全退火适用于（亚共析）钢，其加热温度为（Ac3+3O~50,冷却速度（较 慢），得到（接近平衡）组织。 8. 38CrMoAI钢制的零件经过表面（淬火）以后，表面硬度可达到800 HV以上 （＞67 HRC，零件的心部组织为（回火索氏体）。 9. 60Si2Mn钢制载重汽车板簧，其常规热处理为（淬火+中温回火），最终组织 为（回火屈氏体），硬度大致为（48HRC 0 10. QT700-2牌号中的QT表示（球墨铸铁），700表示（最低抗拉强度），2表示 （延伸率），该铸铁组织应是（P+Q。 二、单项选择 1. 与粗晶粒金属相比，细晶粒金属的（A）。 A,强度、韧性均好B,强度高、韧性差C,强度高、韧性相等D,强度、 韧性均差 2. 在工业生产条件下，金属结晶时冷速愈快，（形核率）N/（长大率）G值（A ）, 晶粒愈细。 A,愈大B,愈小C,不变D,等于零 3. 欲使冷变形金属的硬度降低、塑性提高，应进行（D）o A,去应力退火B,再结晶退火C,完全退火D,重结晶退火 4. 为了提高零件的机械性能，通常将热轧圆钢中的流线（纤维组织）通过（C）o A,热处理消除B,切削来切断C,锻造使其分布合理D,锻造来消除 5. 单相黄铜中a相的晶格类型应该（B ）o A，与锌的相同B，与铜的相同C,锌、铜的都不同D，无法确定 6. 消除晶内偏析的工艺方法是（C）o A，正火B，完全退火C,扩散退火D，再结晶退火 7. 平衡结晶时，共析钢冷至共析温度，共析转变已经开始，但尚未结束，此时存在的相为（A）。 A铁素体+渗碳体+奥氏体B铁素体+渗碳体C奥氏体D奥氏体+铁素体 8. 在铁碳合金平衡组织中，硬度最高的是（B）,塑性最高的是（A）o A铁素体B渗碳体C低温莱氏体或变态莱氏体D珠光体中E奥氏体
土木工程材料习题集与参考答案 1 土木工程材料的基本性质 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ρ：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0ρ：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。如果材料孔隙较大，其空气会发生对流，则导热系数就大，导热性好。 4．材料的耐水性、吸水性、吸湿性、抗冻性、导热性、热容、抗渗性的含义是什么？ 参考答案：耐水性： 材料抵抗水破坏作用的能力称为耐水性，即材料经水浸泡后，不发生破坏，同时强
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;
工程材料试题 一、填空题（1×20=20分） 1.常用的材料强度指标有抗拉强度和屈服强度两种强度指标。（6页） 2.金属结晶的必要条件是一定的过冷度。（28页） 3.屈强比是屈服强度与，抗拉强度之比。（6页） 4.一般工程结构用金属是多晶体，在各个方向上的性能相同，这就是实际金属的各向同性现象。（20页） 5.实际金属存在点缺陷、线缺陷和面缺陷三种缺陷。实际晶体的强度比理想晶体的强度低得多。（20-21页） 6.共析钢加热至Ac1时将发生珠光体向奥氏体的转变，其形成过程包括四个阶段。（51页） 7.碳在铸铁中可以两种形式存在渗碳体和石墨。（131页） 8.金属晶体通过滑移和孪生两种方式来发生塑性变形。（83页） 9.缩聚反应的实施方法主要有熔融缩聚和溶液缩聚两种。 二、单项选择题（在下列选项中选择一个正确答案，并将其序号填在括号内）（每题2分，共20分） 1.钢在淬火后所得的组织是（A ） A.淬火马氏体 B.回火索氏体 C.回火屈氏体 D.索氏体 2.在淬火钢中，当含碳量增加到0.6％以后，随含碳量的增加，硬度增加缓慢，这是因为（ A ） A. 随含碳量的增加，残余奥氏体的量增多 B. 随含碳量的增加，片状马氏体的量增多 C. 随含碳量的增加，淬火内应力增大 D. 随含碳量的增加，非马氏体的量减少 3.若钢中加入的合金元素能使C曲线左移，则将使钢的淬透性（B ） A.提高 B.降低 C.不改变 D.对小试样堤高，对大试样则降低 4.下列钢铁材料中切削性能较好的是（B ） A.工业纯铁 B.45钢 C.白口铸铁 D.T12A钢 5.钢锭中的疏松可以能过下面哪种方法改善（B ） A.完全退火 B.足够变形量的锻轧 C.扩散退火 D.正火 6.正火T8钢与完全退火T8钢相比（ B ） A.前者珠光体更细密，故强度要低些 B. 前者珠光体更细密，故强度要高些 C.前者珠光体更粗大，故强度要低些 D. 前者珠光体更粗大，故强度要高些 7.退火亚共析钢，随含碳量的增加（ B ） A.HBS、σb值减小，δ、aK值增加 B. HBS、σb值增加，δ、aK值减小 C. HBS、σb值增加，δ、aK值增加 D. HBS、σb值减小，δ、aK值减小 8.碳含量为Wc＝4.3％的铁碳合金具有良好的（ D ） A. 可锻性 B. 切削加工性能 C. 可焊性 D. 铸造性能 9.建筑用钢筋宜选用（ C ） A. 高碳钢 B.中碳钢 C. 低碳钢 D.工具钢 10.下述退火态钢中强度最高的是（ D ） A.T13钢 B.45钢 C.65钢 D.T8钢 三、判断题（1×10=10分） 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。（√） 四、名词解释（3×6=18分） 1．屈服强度：是指当材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。（6页） 2、断后伸长率：断后伸长率是指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。用符号δ表示。（7页） 3、晶胞：从晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的，最小的几何单元来分析晶体中原子排列的规律。这个最小的几何单元称为晶胞。（18页） 4、过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。（28页） 5、固溶体：合金在固态时组元间会相互溶解，形成一种在某一组元晶格中包含有其他组元的新相，这种新相称为固溶体。（22页） 6、变质处理：在浇铸前向液体金属中加入难溶质点（变溶质）结晶时这些质点将在液体中形成大量非自发晶核，使晶粒数目大大增加，从而达到晶粒细化的作用。（30页） 四、问答题（4×8=32分） 1．什么是工程材料？按其组成主要分为哪些类型? 答：工程材料主要指用于机械工程和建筑工程等领域的材料。按其组成主要分为：金属材料、高分子材料、无机非金属材料、复合材料。（2页） 2、金属的实际晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？（20-22页） 答：在实际金属中存在的缺陷有点缺陷（空位和间隙原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）三种类型。一般情况下，晶体缺陷的存在可以提高金属的强度，但是晶体缺陷的存在常常降低金属的抗腐蚀性能。 3、淬火目的是什么？常用淬火方法有哪些？（65-66页） 答：淬火目的是提高钢的硬度和耐磨性，常用淬火方法有单介质淬火、双介质淬火、马氏体分
课程名称: 工程材料学(A卷, 闭卷) 适用专业年级: 考试时间100分钟 考生注意事项：1、本试卷共 2 页，试卷如有缺页或破损，请立即举手报告以便更换。 2、考试结束后，考生不得将试卷、答题纸和草稿纸带出考场。(答案请写在试卷纸密封线内和试卷纸正面，否则不记分) 一、填空题（10分，每空1分） 1、共晶转变和共析转变的产物都属于相混合物。 2、塑性变形后的金属经加热将发生回复、、晶粒长大的变化。 3、共析钢的含碳量为。 4.共晶白口铸铁的含碳量为。 5、Q235钢的含义是为。 5、三种典型的金属晶体结构是：体心立方晶格、面心立方晶格 和。 7、根据钢的成分、退火的工艺与目的不同，退火常分为、球化退火、去应力退火等几种。 8、钢在奥氏体化后，冷却的方式通常有和连续冷却两种。 9、工具钢按用途可分为、模具钢、量具钢。 10、常用测定硬度的方法有、洛氏硬度和维氏硬度等测试法。 二、判断题（15分，每小题1分） （在括号里正确的划“√”，错误的划“×”） 1、单晶体具有各向同性，多晶体具有各向异性。（） 2、铁素体是碳溶解在γ-Fe中所形成的间隙固溶体。（） 3、热处理的加热，其目的是使钢件获得表层和心部温度均匀一致。（） 4、熔点为232℃的锡在室温下的塑性变形是冷加工。（） 5、金属结晶时，冷却速度愈大，则结晶后金属的晶粒愈粗大。（） 6、铸铁经过热处理，改变了基体和石墨形态，从而提高了性能。（） 7、物质从液体状态转变为固体状态的过程称为结晶。 （） 8、共晶转变是在恒温下进行的。 （） 9、机械零件选材的一般原则是：使用性能足够原则、工艺性能良好原则和经济行 合理原则。（） 10、对于弹簧钢的要求是具有高的弹性极限和高的屈强比，以保证承受大的弹性变形和较高的载荷；具有高的疲劳强度以承受交变载荷的作用。（） 11、热处理的基本工艺过程是加热、保温和冷却。（） 12、马氏体是碳在α-Fe中的过饱和溶解。（）
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 ）
第一部分 一、判断：（每题1.5分，共30分） 1、 Vk表示临界冷却速度。（） 2、σb和σS都是判定材料强度的性能指标。 （） 3、铁素体（F）和奥氏体（A）都属于固溶体。 （） 4、共析钢的Wc=2.11%。（） 5、高速钢不需要进行三次回火。（） 6、灰铸铁中碳主要以片状石墨的形态存在。 （） 7、大多数的合金元素加入钢中均使“C”曲线右移，淬透性提高。（） 8、 HBS210-240为布氏硬度的正确标注方法。 （） 9、正火与退火的主要区别是加热温度的不同。（） 10、淬火后的钢必须立即进行回火。（） 11、20钢的碳含量低于40钢。（） 12、钢的质量高低是按磷和硫的含量多少来分。（） 13、渗碳用钢一般属于中碳钢。（） 14、金属由液态变为固态的过程称为结晶。 （） 15、铁素体的塑性高于渗碳体。（） 16、在Fe-Fe3C相图中，PSK线为共晶转变线。 （） 17、晶粒越细小，钢的力学性能能越好。（） 18、合金钢的力学性能低于非合金钢，且价格也低于非合金钢。（） 19、球墨铸铁可以用热处理来强化。（） 20、铸造主要用于内腔较简单的零件。（） 二、填空 1、热处理主要分___________、___________和 ___________三个阶段。 2、珠光体是___________和___________的机械混合物。 3、在相图中，AECF线是___________、ES线是 ___________线。 4、若按含碳量来分，碳钢可分为 ___________________钢___________钢和___________钢。 三、作图（10分） 将常见的淬火方法画在“C”曲线示意图中并注明各属于哪中淬火。 四、填表 材料名称Wc(%)主要用途材料名称σb或σsMPa主要用途 制订CA6140主轴的加工工艺路线，并说明各热处理工序的作用 第二部分 一、判断题（25分） 1、灰铸铁的减震性能比钢好。（） 2、铸造生铁专供炼钢所用。（） 3、钢若按质量分类分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。（） 4、“C”曲线越靠右，钢的淬透性越好。（） 5、淬火+高温回火为调质处理。（） 6、含碳量越低钢的塑性、韧性就越好。（） 7、Vk表示临界冷却速度。（） 8、灰铸铁中碳主要以片状石墨形态存在。 （） 9、共析钢的碳质量分数WC=2.11%。（） 10、δb和δs都是判定材料强度的指标。 （） 二、选择（10分） 1、下列牌号中哪个属于沸腾钢( ) A.Q345B B.08F C.W6Mo5Cr4V2A 2、下列哪种钢的淬透性最好( ) A.ZGMn13 B.W18Cr4V C.40Cr 3、制造汽车的后桥齿轮所选用的材料( ) A.20CrMnTi B.W18Cr4V C.60Si2Mn 4、制造一个内燃机曲轴，其毛坯成型方法应为( ) A.铸造 B.锻压 C.焊接 5、下列哪种组织的塑性最好( ) A.铁素体 B.渗碳体 C.马氏体 三、填表（20分） 四、为下列零件选材并制定其加工工艺路线（30分） 1、CA6140 车床主轴 2、解放牌载重汽车齿轮 五、为下列零件及用品选择合适的材料（15分）
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ρ：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0ρ：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。 4．材料的耐水性、吸水性、吸湿性、抗冻性、导热性、热容、抗渗性的含义是什么？ 参考答案：耐水性： 材料抵抗水破坏作用的能力称为耐水性，即材料经水浸泡后，不发生破坏，同时强度也不显著降 低的性质。指标：软化系数 吸水性：材料与水接触时其毛细管会吸收水分的性质。指标：吸水率 吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。指标：平衡含水率 抗冻性：材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不被破坏，强度也不严重降低的性质。指标：抗冻等 级，其划分取决于材料在一定条件下经受冻融而不被破坏的次数。 导热性：当材料两面存在温度差时，热量会从温度较高的一面传导到温度较低的一面的性质。指标：导热系数 热容：某块材料在温度升降1K 时所放出或吸收的热量。 指标：C （热容）＝c （比热容）?m（材料质量） 抗渗性：材料抵抗压力水或液体渗透的性质。指标：渗透系数 5．材料的导热系数、比热容和热容与建筑物的使用功能有什么关系？ 参考答案：材料的导热系数小，建筑物的保温隔热性能就好。如果建筑物围护结构的热容越大，则在气温变化较大时，能较好地保持室内 温度。 6．试述材料的弹性、朔性、脆性和弹性磨量的意义？ 参考答案：弹性： 当撤去外力或外力恢复到原状态，材料能够完全恢复原来形状的性质。 塑性： 当撤去外力或外力恢复到原状态，材料仍保持变形后的形状和尺寸，并不产生裂缝的性质。 脆性：是材料在外力作用下不产生明显变形而突然发生破坏的一种性能。 弹性模量： 晶体材料如金属材料表现为线弹性，一些非晶体材料如玻璃等也表现为线弹性，其应力与应变之比为常数，比值称为弹性 模量，它是衡量材料抵抗外力使其变形能力的一个指标。 7．影响材料强度试验结果的因素有哪些？强度与强度等级是否不同，试举例说明。 参考答案： 试验条件对材料强度试验结果有较大的影响，其中主要有试件的形状和尺寸、试验机的加载速度、试验时的温度和湿度，以 及材料本身的含水状态等。 强度与强度等级不一样。强度是一个具体值，而强度等级是一个等级范围。如：混凝土的强度等级为C30，那么属于C30强度等级的 混凝土的实际强度值有可能是30MPa 或与30MPa 接近的强度值。 8．某地红砂岩，已按规定将其磨细，过筛。烘干后称取50g ，用李氏瓶测得其体积为18.9cm 3 。另有卵石经过清洗烘干后称取1000g ，将其浸水饱和后用布擦干。又用广口瓶盛满水，连盖称得其质量为790g ，然后将卵石装入，再连盖称得其质量为1409g ，水温为25℃，求红砂岩及卵石的密度或视密度，并注明哪个是密度或视密度。 参考答案：红砂岩的密度：)/(646.29 .1850 3cm g == ρ