工程材料总结
第一章材料的结构与性能
一材料的性能
（一）使用性能
1.力学性能：材料在外加载荷作用时所表现出来的性能。
（1）弹性：材料产生弹性变形（去掉外力后能恢复的变形，不能回复的为塑性变形）而不发生塑性变形或破坏的能力。
（2）塑性：材料在断裂前发生永久变形的能力。
指标①断后延伸率：（为试样断后标距，为试样原始标距）
指标②断面收缩率：（为试样断后最小横截面积，为试样原始横截面积）
（3）刚度：材料保持自身形状抵抗变形的能力。
（4）强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。
分类（按外力作用方式）：
a.屈服强度（σs）：材料开始发生塑性变形时的应力值。
b.抗拉强度（σb）：材料发生变形后，在应力应变曲线中应力达到的最大值。
c.疲劳强度（σ-1）：材料承受交变载荷且应力低于一定值时，试样可经受无限次周期循环而不破坏，此应力值称为材料的疲劳强度。（提高方法：合理选材，细化晶粒，减少材料和零件的缺陷，降低应力集中，对零件表面强化处理）
（5）硬度：材料对局部塑性变形的抗力。
（6）韧性
a.冲击韧度（αK，单位J/m2）
①定义：抵抗冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力
②实验：摆锤式一次冲击实验，小能量多次冲击实验
③试样类型：U型缺口试样，V型缺口试样
④
公式：（为冲击吸收能量，即试样变形和断裂所吸收的能量，S为试样缺口底部处横截面
面积）
b.断裂韧度：①定义：抵抗裂纹失稳扩展能力
②符号：KIC
2.物理性能：密度，熔点，导热性，导电性，热膨胀性，磁性
3.化学性能：耐腐蚀性，抗氧化性
（二）工艺性能
第二章金属的结构与结晶
一金属的结构
1.晶体（其原子可在三维空间呈有规则的周期性重复排列的固态物质）的基本概念
（1）空间点阵：把原子看成空间的几何点，这些点的空间排列称为空间点阵
（2）晶格：用假想的空间直线把空间点阵（由被看作质点的原子构成）连接起来构成的三维几何构架（3）晶胞：晶格中能代表原子排列特征的最基本的几何单元
（4）晶格常数：晶胞各棱边尺寸a、b、c及各边夹角α、β、γ
（5）配位数：晶格中任意一个原子相距最近且等距离的原子数目
（6）致密度：晶胞中原子所占有的体积与晶胞体积之比
（7）晶体的原子排列长程有序，非晶体的排列短程有序（规则排列范围大大超过原子尺度的排列方式称为长程有序，规则排列范围仅在几个原子尺度内的排列方式称为短程有序）
（8）金属键：正离子与电子气之间的静电引力
2.晶格类型
3.晶向：通过若干原子中心连成的许多表示不同空间方位的直线
（1）晶向指数: 晶列通过轴矢坐标系原点的直线上任取一格点，把该格点指数化为最小整数，称为晶向指数，表示为[uvw]，若为负值字母上方加注横线
（2）晶向族:配位原子的晶向指数组成，以其中一个的晶向指数表示为
（3）原子数密度:该晶向单位长度上的原子数
4.晶面：通过若干原子中心而构成的二维平面
（1）晶面指数:以某一原子为原点，过三个以上原子的平面的法向量各坐标值的最简整数比（uvw）,若为负值字母上方加注横线
（2）晶面族:性质相同的等同晶面，表示为{uvw}
（3）原子数密度:该晶面单位面积上的原子数
5.金属的实际结构
（1）单晶体:晶体内部的晶格位向完全相同的晶体
（2）多晶体:由多晶粒构成的晶体
6.晶体的缺陷
1.凝固的基本知识
（1）凝固:物质从液态经冷却转变为固态的过程 （2）结晶:凝固形成晶体物质的过程
（3）凝固状态的影响因素:①熔融液体的黏度η（越小越易凝固为晶体）②熔融液体的冷却速度（越慢越易凝固为晶体） 2.纯金属的结晶 （1）过冷现象
`
（2）结晶条件： ①能量条件：过冷
②结构条件：液态金属内部极小范围内瞬时呈现的短程有序原子集团 （3）结晶过程
液态→晶核生成（形核）→晶核长大（长大）→晶核相遇→结晶 a.晶核形成方式：
①自发形核：在一定过冷度下，由液态金属内部一定尺寸的短程有序原子集团自发成为结晶核心的过程（过冷速度越大，形核率越大）。
②非自发形核：在一定过冷度下，液态金属优先依附在这些微粒表面上形成核并长大的形核过程 b.晶核的长大：棱角形成→棱角尖端处优先生长→长成枝晶 （4）晶粒大小：
a.表示方式：①单位面积的晶粒数目 ②晶粒的平均直径
b.晶粒越小，则金属材料强度越高、塑性和韧性越好 （5）形核率N ：单位时间、单位体积内所产生的晶核数目 （6）长大速率G ：单位时间内晶体长大的线长度
3.单晶体的塑性变形
（1）滑移变形（切应力引起的晶体塑性变形）
a.滑移表象：应力超过材料弹性极限后，晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于一部分发生滑动位移的现象
(结晶潜热=金属散热) (理论结晶温度) (实际结晶温度)
b.滑移带：金属拉伸变形后出现的滑移痕迹内部近似平行的线条
c.滑移线:滑移带由更细的相互平行的滑移线组成（电子显微镜下可观察）
d.滑移面：原子密度最大的晶面
e.滑移方向：滑移面上原子密度最大的方向
f.滑移系：一个滑移面和该面上的一个滑移方向构成一个滑移系，表示晶体中一个滑移的空间位向
g.三种典型晶格的主要滑移系：
h.位错：
（2）孪生变形
a.产生条件：滑移系较少，滑移受限制
b.与滑移变形的区别
①比滑移所需的切应力大得多，变形速度极快
②孪生使晶格位向改变，使变形与未变形部分呈镜面对称
③孪生相邻原子面的相对位移量小于原子间距，滑移时相邻原子面的相对位移量为原子间距的整数倍
4.多晶体的塑性变形
（1）软位向：能使晶体内部的滑移系获得最大的分切应力，并首先达到临界分切应力的位向
（2）硬位向：能使晶体内部滑移系获得的分切应力最小，最难滑移的位向
（3）特点：①不均匀的塑性变形过程：多晶体塑性变形先发生于软位向晶粒，后发展到硬位向晶粒
②晶粒位相差阻碍滑移
③晶界（相邻晶粒的过渡区）阻碍位错运动
5.塑性变形对金属的影响
①对组织结构的影响：1）纤维组织呈现纤维状
2）组织内的亚晶粒增多
3）产生形变织构（制耳）
附：织构：多晶体取向分布状态明显偏离随机分布的结构
②对力学性能的影响：1）出现加工硬化现象（随着塑性形变量的增大，金属的强度、硬度升高，塑性、
韧性下降）
2）金属内部形成残余内应力（残余应力：金属没有外部因素作用时，在金属内部保持平衡而存在的应力）
7.金属热塑性变形
（1）冷加工：再结晶温度以下进行的塑性变形
（2）热加工：再结晶温度以上进行的塑性变形
（3）热加工对金属组织性能的影响：
①消除铸态金属中的缺陷；
②形成热加工流线，使材料性能具有明显的方向性。
6.金属断裂类型
①韧性断裂：断裂前发生了较明显的塑性变形。
②脆性断裂：断裂前未发生较明显的塑性变形。
8.提高钢的强度的方法
（1）细化晶粒
（2）形成固溶体
（3）形成第二相
（4）采用冷加工变形
9.提升钢的韧性的技术途径
（1）细化钢的晶粒和组织
（2）改善基体相和强化相的形态
（3）减少杂质和改善非金属加杂物的形态（4）降低钢的韧脆转变温度
第三章金属的结构与结晶
（一）合金的结晶
1.合金：一种金属元素与另一种或几种元素经熔炼、烧结或其他方法结合在一起而形成的具有金属特性的
物质。
2.组元：组成合金的最简单、最基本且能独立存在的物质（例如Pb-Zn合金中的Pb、Zn）
3.相
（1）定义：合金中化学成分、晶体结构皆相同并以界面互相分开的各均匀组成部分
（2）分类（固态合金中的基本相）：
①固溶体：合金中的各组元互相溶解，结晶时形成一种在某组元的晶格中含有其他组元原子的新固相
a.固溶体浓度：溶质原子溶于固溶体中的量
b.溶解度（固溶度）：溶质元素在固溶体中的极限浓度
c.分类：1）置换固溶体：溶质原子取代部分溶剂原子而占据晶格节点位置的固溶体
2）间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙之中的固溶体
d.性能：较好的综合力学性能。
e.固溶强化：通过形成固溶体使金属硬度、强度增高
②金属间化合物：合金组元间发生相互作用而生成的一种晶格类型和性能完全不同于原来任一组元的新固相
a.分类：1）正常价化合物：按正常化合价规律组成的、可用确定的化学式表示的金属间化合物
2）电子化合物：按一定电子浓度组成的、可用化学式表示的、大多不符合正常化学价规律的金属间化合物
3）间隙化合物：原子半径较大的过渡族金属元素和原子半径较小的非金属元素相互作用形成的
金属间化合物（非金属原子与金属原子半径之比小于0.59为简单结构的间隙化合物，大于0.59
为复杂结构的间隙化合物）
b.性能：弥散硬化（有效提高合金强度、硬度、耐磨性以及高速切削性能）
4.组织：用肉眼或显微镜所观察到的材料的微观形貌，包含合金中的不同形状、不同数量和分布不一的各组成部分
5.合金的相图
（1）合金系：两个或两个以上的组元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金
（2）相图：反映在平衡条件下（极缓慢冷却或加热）各成分合金的结晶过程以及相和组织存在状态与温度、成分间关系的简图。（相图又称平衡图、状态图）
（3）二元合金相图的建立：
①配置比例不同、组元相同的合金若干组
②均匀熔化，在极缓慢冷却方式下测得各组合金冷却曲线
③建立温度、成分坐标系，将各组合金冷却温度临界点绘入该图
（4）枝晶偏析：由于实际冷却过程不满足极缓慢条件，原子扩散不能充分进行，造成一个晶粒内的化学成分不均匀的现象（固液相温差越大越易产生枝晶偏析）
α
为固相质量，
、
②
③
注：表示第二次凝固析出的β相，表示第二次凝固析出的α相为共晶温度，表示成分为
相，
（5）结晶分析
注：机械混合物：共晶体或共析体，为共晶体，为共析体
（6）性能分析：通过读对照图了解合金性能（结论：共晶成分或接近共晶成分的合金宜作为铸造合金）（7）三个强化
第四章铁碳合金
一铁碳合金系相图
1．组元纯铁
（1）特性
①（相变）同素异构转变（高温状态下的晶体在冷却过程中,晶格结构发生改变的现象）：（Fe熔点：1534℃）
②（非相变）磁性转变（770℃，居里温度）
（2）性能：具有较好的抗腐蚀性，韧性和延展性较高，硬度和强度较低
（3）用途：在工业中应用较少，主要用于实验研究
2．Fe-Fe3C相图
（1）基本相
≈0
（2）特性点
/％
同素异构体转变点（
包晶点：
同素异构转变点（）（3）特性线
（4）相区
（5）铁碳合金分类
注：①亚共析钢：P 量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降
②共析钢：组织为100% 光珠体
③含碳量对工艺性能的影响：
（6）几个问题
①共晶合金得到广泛应用的原因：
液相线和固相线之间距离愈小，其流动性愈好，成分偏析愈小，分散缩孔愈少。
纯铁与共晶成分的合金其液相线和固相线距离最小（为零），故其流动性好，偏析小，分散缩孔少，形成的集中缩孔可移至冒口，从而得到致密的铸件。
②钢材锻造时始锻温度不得过高（固相线以下200℃左右）的原因：
过高会使金属产生过烧或熔化的现象。加热温度过高，氧渗入金属内部，使晶界氧化，形成脆性晶界，锻造时一打就破碎而报废。
③钢材锻造时终锻温度不能过低（应在GSE线附近，一般定为800℃左右）的原因：
过低会使金属的塑性显著降低，这样锻造时易形成锻造裂纹。
（7）平衡过程分析：
（8）渗碳体
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：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。
（10）缺陷：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时的相变过程通
常都有不同程度的滞后现象。
二、碳钢（非合金钢）
1.碳钢五大元素：C、Si、Mn、P、S
Fe+FeS
注：
4.按成分分类的钢
≤0.25% 0.25%<≤>0.6%
三铸铁（>2.11％）
1.组织特点：含有石墨
注：G X代表X次石墨
3. 影响铸铁的石墨化因素
（1）化学成分
①促进元素：C、Si、P（微弱促进）
②阻碍元素：Mn、S（强烈阻碍）
（2）冷却速度：慢冷促进，快冷抑制
4.铸铁特点
注：
（1）L表示该牌号球墨铸铁有低温下的冲击性能要求，R表示该牌号球墨铸铁有室温下的冲击性能要求（2）KTH：黑心可锻铸铁，KTZ：珠光体可锻铸铁，KTB：白心可锻铸铁
（3）合金铸铁
（4）生长：600℃以上反复加热时，体积增大、力学性能降低的现象
（原因：①渗碳体分解为石墨②氧化性气体渗入铸铁内部）
1.滑移和孪晶的变形机制有何不同？为什么在一般条件下进行塑性变形时锌中容易出现 孪晶，而纯铁中容易出现滑移带？ 主要的不同：（1）晶体位向在滑移前后不改变，而在孪生前后晶体位向改变，形成镜面对称关系。（2）滑移的变形量为滑移方向原子间距的整数倍，而孪生过程中的位移量正比于该层至孪晶面的距离。（3）孪生是一部分晶体发生了均匀的切变，而滑移是不均匀的。 锌的晶体结构为密排六方，密排六方金属滑移系少，所以容易出现孪晶，而纯铁为体心立方结构，滑移系多，所以容易出现滑移带。 2.多晶体塑性变形与单晶体塑性变形有何不同？ 多晶体的每一晶粒滑移变形的规律与单晶体相同，但由于多晶体中存在晶界，且各晶体的取向也不相同，多晶体的塑性变形具有以下特点： （1）各晶粒不同同时变形； （2）各晶粒变形的不均匀性； （3）各变形晶粒相互协调。 3.什么是滑移、滑移线、滑移带和滑移系？滑移线和滑移带是如何在金属表面形成的？列 举金属中常见晶体结构最重要的滑移系，并在其晶胞内画出一个滑移系。哪种晶体的塑性最好？哪个次之？为什么？ 所谓滑移是指在切应力的作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向发生相对滑动，滑动后原子处于新的稳定位置。晶体材料的滑移面与晶体表面的交线称为滑移线。由数目不等的滑移线或滑移台阶组成的条带称为滑移带。一个滑移面和该面上的一个滑移方向组成一个滑移系。 滑移线是由于晶体的滑移变形使试样的抛光表面产生高低不一的台阶所造成的；相互靠近的小台阶在宏观上反映的是一个大台阶，所以形成了滑移带。 滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性就越好。滑移方向对滑移所起的作用比滑移面大，所以面心立方晶格金属比体心立方晶格金属的塑性更好。密排六方由于滑移少，塑性最差。 4.简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力，并说明如何区分冷、热加工。动态再结晶与静 态再结晶后的组织结构的主要区别是什么？ 一次再结晶的驱动力是冷变形所产生的储存能的释放。二次再结晶的驱动力是由于界面能变化引起的。在再结晶温度以上的加工变形称为热加工，在再结晶温度以下的加工过程称为冷加工。 动态再结晶和静态再结晶过程相似，同样是形核长大过程，也是通过形成新的大角度晶
第一章 金属的性能 一、填空（将正确答案填在横线上。下同） 1、金属材料的性能一般分为两类。一类是使用性能，它包括物理性能、化学性能和力学性能等。另一类是工艺性能，它包括铸造性能、锻造性能、 焊接性能和切削加工性能等。 2、大小不变或变化很慢的载荷称为静载荷，在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷称为冲击载荷，大小和方向随时间发生周期变化的载荷称为 交变载荷。 3、变形一般分为弹性变形和塑性变形两种。不能随载荷的去除而消失的 变形称为塑性变形。 4、强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。 5、强度的常用衡量指标有抗拉强度和屈服强度，分别用符号σb 和σs 表示。 6、如果零件工作时所受的应力低于材料的σ b 或σ0.2， 则不会产生过量的塑性变形。 7、有一钢试样其截面积为100mm 2，已知钢试样的MPa S 314=σ MPa b 530=σ 。拉伸试验时，当受到拉力为—————— 试样出现屈服现象，当 受到拉力为—————— 时，试样出现缩颈。 8、断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。金属材料的延伸率和 断面收缩率的数值越大，表示材料的塑性越好。 9、一拉伸试样的原标距长度为50mm,直径为10mm 拉断后试样的标距 长度为79mm ，缩颈处的最小直径为4.9 mm ，此材料的伸长率为—————，断面收缩率为——————。 10．金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏能力。称为冲击韧性。 11．填出下列力学性能指标的符号：屈服点σs ，抗拉强度σb ，洛氏硬 度C 标尺HRC ，伸长率δ，断面收缩率ψ，冲击韧度αk ，疲劳极限σ -1。
机械工程材料 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 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？ 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[] uvw；晶面是指晶格中不同方位上的原子面，用晶面指数来表示，形式为() hkl。 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
工程材料第四章习题答案． 工程材料作业（4）答案 1.解释下列现象: (1) 在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高。
奥氏体形成分为形核、长大、残余渗碳体溶解，奥氏体均匀化4阶段。多数合金元素减缓A形成，Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳亲和力大，形成的合 金元素的碳化物稳定、难溶解，会显著减慢碳及合金元素的扩散速度。但为了充分发挥合金元素的作用，又必须使其更多的溶入奥氏体中，合金钢往往需要比含碳量相同的碳钢加热到更高的温度，保温更长时间。 Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的扩散速度，使奥氏体的形成速度加快。而Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度的影响不大。 阻碍晶粒长大，合金钢需要更高的加热温度，更长的保温时间，才能保证奥氏体均匀化。 （加热温度升高了，但一般不会引起晶粒粗大：大多数合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。碳化物形成元素的作用最明显，因其形成的碳化物高温下稳定性高，很难完全溶入奥氏体，未溶的细小碳化物颗粒，分布在奥氏体晶界上，有效的阻止晶粒长大，起到细化晶粒的作用。所以，合金钢虽然热处理加热温度高，但一般不用担心晶粒粗大。 强烈阻碍晶粒长大的元素：V、Ti、Nb、Zr；中等阻碍的：W、Mo、Cr；
影响不大的：Si、Ni、Cu；促进晶粒长大的：Mn、P、B） (2) 在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定 性。 回火过程一般分为：马氏体分解、残余奥氏体转变、碳化物类型转变和碳化物长大。 合金元素在回火过程中，推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才出现分解和转变），提高铁素体的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度。因此，提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。使得合金钢在相同温度下回火时，比同样质量分数的碳钢具有更高的硬度和强度（对工具钢，耐热钢更重要），或在保证相同强度的条件下，可在更 2 高的温度下回火，而韧性更好（对结构钢更重要。） (3) 为何含C大于0.4%，含Cr大于12%的Cr钢属于过共析钢，含碳1.5%，含Cr12%的钢属于莱氏体钢。 在合金元素的作用下，使得铁碳相图的S点（即﹤﹤0.77%）和E点（即 ﹤
习题集部分参考答案 2金属的晶体结构 思考题 1.晶体和非晶体的主要区别是什么？ 答：晶体和非晶体的区别在于内部原子的排列方式。晶体内部的原子（或分子）在三维空间按一定规律作周期性排列，而非晶体内部的原子（或分子）则是杂乱分布的，至多有些局部的短程规律排列。因为排列方式的不同，性能上也有所差异。晶体有固定的熔点，非晶体没有，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性。 2.何为各向异性？ 答：各向异性是指晶体的某些物理性能和力学性能在不同方向上具有不同的数值。 3.为什么单晶体呈各向异性，而多晶体通常呈各向同性？ 答：单晶体是原子排列方位完全一致的一个晶粒，由于在不同晶向上原子密度不同，原子间的结合力不同，因而导致在单晶体中的各个方向上性能差异。 对于多晶体中的任意一个晶粒来看，基本满足单晶体的特征，呈现各向异性，但是在多晶体系统中，单一晶粒的各向异性已经被周围其他位向的晶粒所“干扰”或“抵消”，整个多晶系统呈现其各向同性。 4.什么叫晶体缺陷？晶体中可能有哪些晶体缺陷？他们的存在有何实际意义？ 答：晶体缺陷是指金属晶体中原子排列的不完整性。常见的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷和面缺陷三类，它们都会造成材料的晶格畸变。 点缺陷是指呈点状分布的缺陷，包含有空位、间隙原子和置换原子等，它对材料中的原子扩散、固态相变，以及材料的物理性能（电阻、体积、密度）等都会产生重大影响。过饱和的点缺陷还可以提高材料的强度。 线缺陷是各种类型的位错。对材料的变形、扩散以及相变起着非常大的作用。特别它很好地解释了塑性变形的微观机理，使我们了解到滑移是借助于位错的运动来实现的。当位错密度不高的情况下，位错支持了滑移，材料的塑性很好，但是当位错密度达到了较高的水平时，位错间的相互作用会造成位错的彼此“纠缠”，使滑移运动受阻，这时表现出材料的塑性变形的抗力提高，材料的强度提高。 金属晶体中面缺陷主要有晶界、亚晶界、孪晶界和相界等。比如：晶界处原子的平均能量比晶内高，在高温时，晶粒容易长大。晶界和亚晶界均可提高金属的强度。单位体积中的晶粒数目越多，晶界面积越大，晶格畸变越严重，材料的强度越高，同时材料的塑性也较好（同样的变形量可以分散到更多的晶粒中去进行，说明材料可以承受更大的变形量）。
《工程材料》课程练习题 使用教材：工程材料（第三版）,朱张校,清华大学出版社 参考《工程材料习题与辅导（第三版）》 第一章作业题 1. 作图表示立方晶系中的(110)、（120）晶面和[211]、[]201晶向。 2. 画出体心立方、面心立方和密排六方晶体中原子最密排的晶面和晶向。 3. 间隙固溶体和间隙相有什么不同？ 答：间隙固溶体是固溶体的一种，溶质原子进入人溶剂晶格的间隙之中；间隙相是金属化合物的一种，是非金属原子半径与金属原子半径之比小于0.59的具有简单晶格的间隙化合物。 4. 画出线型非晶态高聚物的变形随温度变化的曲线。 第二章作业题 1. 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：增大金属的过冷度、变质处理、振动、电磁搅拌。 2. 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下铸造晶粒的大小： 答：（1）金属模浇铸小于砂模浇铸；（2）变质处理小于不变质处理；（3）铸成薄件小于铸成厚件；（4）浇铸时采用震动小于不采用振动。 3. 求碳的质量分数为3.5％的质量为10kg的铁碳合金从液态缓慢冷却到共晶温度（但尚未发生共晶反应）时所剩下的液体的碳的质量分数及液体的质量。 答：碳的质量分数为4.3%；液体的质量约为8.1Kg。 4. 比较退火状态下的45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性的高低，简述原因。 答：45钢为亚共析钢，退火后组织为F+P；T8钢为共析钢，退火后组织为P；T12钢为过共析钢，退火后组织为F+渗碳体。而F强度低、硬度低、塑性好；渗碳体硬而脆；P强度较高，塑性、韧性和硬度介于F和渗碳体之间。因而 硬度：T12>T8>45 强度：T8>45>T12 塑性：45>T12>T8 5. 为什么细晶粒钢强度高，塑性、韧性好？ 答：晶粒越细，晶界越多，变形抗力越大，金属的强度就越大；晶粒越细，金属的变形越分散，减少了应力集中，推迟裂纹的形成和发展，使金属在断裂之前可发生较大的塑性变形，因而使金属的
1 第二章土木工程材料练习题 姓名学号班级 （一）判断5*2=10＇ 1、砂是一种常用的砌筑材料。广泛地用于墙体、基础、柱等砌筑工程中。 2、既能在空气中又能在水中硬化的称为气、水硬性胶凝材料，如水泥。 3、功能材料是承受荷载作用的材料。 4、水泥浆体在常温下会逐渐变稠直到开始失去塑性，这一现象称为水泥的凝结。 5、陶瓷是以有机高分子化合物为基本材料，加入各种改性添加剂后，在一定的温度和压力下塑制而成的材料 （二）名词解释题4*6=24＇ 1、土木工程材料； 2、天然砂； 3、硅酸盐水泥； 4、绿色建材。 （三）单项选择题10*2=20＇ 1、水泥浆体在常温下会逐渐变稠直到开始失去塑性，这一现象称为水泥的（）。 A、初凝； B、终凝； C、凝结； D、硬化。 2、按表观密度为（）时称为重混凝土。 A、>2900 kg／m3； B、<1950kg／m3； C、1950~2 600 kg／m3； D、>2600 kg／m3。 3、（）是由胶凝材料、细骨料和水等材料按适当比例配制而成的。 A、混凝土； B、砂浆； C、钢筋混凝土； D、三合土。 4、对建筑物主要起装饰作用的材料称（），其应具有装饰功能、保护等功能 A、装饰材料； B、装饰功能； C、装饰效果； D、建筑材料。 5、只能在空气中硬化的称为（）胶凝材料，如石膏、石灰。 A、水硬性； B、湿硬性； C、气硬性； D、干硬性。 6、建材行业是土木工程产业的基础，建材行业为适应今后经济不断增长和可持续发展战略的需要就必须走（）之路。 A、科技建材； B、高强建材； C、绿色建材； D、高性能建材。 7、将不易传热的材料，即对热流有显著阻抗性的材料或材料复合体称为（）。 A、绝热材料； B、吸声材料； C、装饰材料； D、保温材料。 8、预应力混凝土预应力的产生，按（）可分为机械法、电热法和化学法。 A、张拉钢筋的方法； B、施加预应力的顺序； C、先张法； D、后张法。 9、（）不仅有采光和防护的功能，而且是良好的吸声、隔热及装饰材料。 A、玻璃； B、陶瓷； C、水泥； D、红砖。 10、（）具有很多优点，如轻质高强；易于加工；有较高的弹性和韧性；能承受冲击和振动作用；导电和导热性能低等特点。 A、钢材； B、水泥； C、混凝土； D、木材。 （四）多项选择题6*4=24＇ 1、按其产源不同，天然砂可分为（）。 A、河砂 B、海砂 C、山砂 D、石屑。 2、天然石材。包括：（）。 A、毛石； B、料石； C、饰面石材； D、色石渣； E、石子。 3、影响木材强度的主要因素为（）。 A、含水率； B、温度； C、荷载作用时间； D、木材的缺陷。 4、钢材品质均匀致密，（）强度都很高。 A、抗拉； B、抗压； C、抗弯； D、抗剪切。 5、按施工工艺不同，又分为（）等。 A、喷射混凝土； B、泵送混凝土； C、振动灌浆混凝土； D、高强混凝土。 6、常用的吸声材料有：（）。 A、无机材料； B、有机材料； C、多孔材料； D、纤维材料。 （五）简答题2*11=22＇ 1、特种混凝土有哪些？ 2、绿色建材的基本特征有哪些？
第一部分--第2章工程材料基本知识 (总分：100.00，做题时间：90分钟) 一、多项选择题(总题数：43，分数：42.00) 1.用于构造建筑结构部分的承重材料称为结构性材料包括______。 （分数：1.00） A.水泥√ B.骨料√ C.混凝土及混凝土外加剂√ D.建筑钢材√ E.建筑玻璃 解析： 2.功能性材料主要是指在建筑物中发挥其力学性能以外特长的材料，包括______。（分数：1.00） A.防水材料√ B.建筑涂料√ C.绝热材料√ D.防火材料√ E.建筑钢材 解析： 3.选择承受动荷载作用的结构材料时，要选择下述材料______。 （分数：1.00） A.具有良好塑性的材料√ B.具有良好韧性的材料 C.具有良好弹性的材料√ D.具有良好硬度的材料√ E.具有良好导热性的材料√ 解析： 4.材料吸水后，将使材料的______提高。 （分数：1.00） A.耐久性 B.强度及导热系数 C.密度 D.表观密度√ E.导热系数√ 解析： 5.材料孔隙率的大小一般说来对材料的______有影响。 （分数：1.00） A.强度 B.密度 C.抗冻性 D.抗渗性√ E.导热性√ 解析： 6.材料与水有关的性质包括______。 （分数：1.00） A.孔隙率 B.吸湿性√
C.耐水性√ D.憎水性√ E.抗冻性√ 解析： 7.______浆体在凝结硬化过程中，其体积发生收缩。 （分数：1.00） A.石灰√ B.石膏 C.菱苦土√ D.水玻璃√ E.水泥(除膨胀水泥) √ 解析： 8.石灰硬化的环境条件是在______中进行。 （分数：1.00） A..水 B.潮湿环境 C.空气√ D.干燥环境√ E.海水环境 解析： 9.水泥中矿物组成包括______。 （分数：1.00） A.铁铝酸四钙√ B.硅酸三钙√ C.铝酸三钙√ D.硅酸二钙√ E.铝酸二钙 解析： 10.水泥属于______。 （分数：1.00） A.水硬性胶凝材料√ B.气硬性胶凝材料 C.复合材料 D.无机胶凝材料√ E.功能性材料 解析： 11.水泥的验收包括内容有______。 （分数：1.00） A.标志和数量的验收√ B.检查出厂合格证和试验报告√ C.复试√ D.仲裁检验√ E.外观检验 解析： 12.在______情况下水泥使用前必须进行复验，并提供试验报告。（分数：1.00） A.用于承重结构的水泥√ B.使用部位有强度等级要求的混凝土用水泥√ C.水泥出厂超过三个月√
习题集部分参考答案 4合金的结构与相图 思考题 1.何谓合金？合金中基本的相结构有哪些？ 答：合金是指两种或两种以上的金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。合金中基本的相结构有固溶体、金属化合物两类。 2.相组成物和组织组成物有何区别？ 答：相组成物是指组成合金中化学成分、结构和性能均匀一致的部分。 组织组成物是指显微组织中具有某种形貌特征的独立部分。 两者的区别在于相组成物是不涉及金相形态的。 3.固溶体合金和共晶合金的力学性能和工艺性能有什么特点？ 答：固溶体晶体结构与组成它的溶剂相同，但由于溶质原子的溶入，造成了晶格畸变，阻碍了晶体滑移，结果使固溶体的强度、硬度提高，且大多固溶体还保持着良好的塑性。而共晶合金组织为二相混合物时，合金的性能与成分呈直线关系。当共晶组织十分细密时，硬度和强度会偏离直线关系而出现峰值。共晶合金熔点低，流动性好，易形成集中缩孔，不易形成分散缩孔，铸造性能较好。 4.合金的结晶必须满足哪几个条件？ 答：合金的结晶需要满足结构、能量和化学成分三个条件（或者叫三个起伏）。 5.纯金属结晶与合金结晶有什么异同？ 答：相同点：形成晶核、晶核长大；能量和结构条件。 不同点：合金结晶还需要“化学成分条件”；从结晶的自由度看，纯金属结晶是一个恒温过程，而合金的结晶常常在某个温度范围内进行。 6.固溶体的主要类型有哪些?影响固溶体的结构形式和溶解度的因素有哪些？ 答：按溶质原子在固溶体(溶剂)晶格中的位置不同可分为置换固溶体和间隙固溶体；按固溶度可分为有限固溶体和无限固溶体；置换固溶体按溶质原子在溶剂晶格中的分布特点可分为无序固溶体和有序固溶体。影响固溶体的结构形式和溶解度的因素很多，目前比较公认的有①原子尺寸因素；②晶体结构因素；③电负性因素；④电子浓度因素。 7、试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别。 答：固溶强化是由于溶质原子的溶入，造成了晶格畸变，阻碍了晶体滑移，结果使固溶体的强度和硬度增加。 加工硬化是金属在冷塑性变形时，随着变形量的增加，出现位错的缠结，位错密度增加，造成材料的强度、硬度增加的现象。 弥散硬化是当超细第二相(强化相)大量均匀分布在材料基体中，造成位错运动受阻
第一次作业 第一章 作业1、从原材料到机械零件都要经过哪些生产工艺过程。 第二章力学性能 作业2、在下列材料或零件上测量硬度，应当用何种硬度测试方法最适宜？ ①锉刀；②黄铜；③铸造铝合金；④紫铜；⑤片式弹簧（扁簧）；⑥硬 质合金刀片；⑦淬火钢；⑧调质钢；⑨硬铝；⑩退火钢。 作业3、在机械设计时哪两种强度指标用得较多？为什么？ 作业4、如图所示为五种材料的应力—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，使用中发现塑性弯曲较大，如改用45钢制作该杆，能否减少塑性变形？ 第三章材料结构 作业5、晶体与非晶体有何区别？作业6、为什么单晶体具有各向异性，而多晶体则具有各向同性。 作业7、实际金属晶体存在哪些缺陷？对材料性能有何影响？ 第二次作业 第四章 作业1、默画出Fe—C相图，填出各点字母、含碳量及各区域的组织，写出共析反应式与共晶反应式，写出室温时亚共析钢、共析钢、过共析钢、 亚共晶铸铁、共晶铸铁、过共晶铸铁的平衡组织，并画出共析钢的冷 却曲线。 作业2、根据铁碳相图，分析产生下列现象的原因： （1）在室温下，含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.45%的钢硬度高？ （2）在室温下，含碳0.8%的钢的强度比含碳1.2%的钢高？ （3）在1100°时，含碳为0.4%的钢能进行锻造，而含碳为4.0%的白口铁不能进行锻造？ 作业3、从铁碳相图中分析回答： （1）随碳质量百分数的增加，硬度、塑性是增加还是减小？ （2）为何钢有塑性而白口铁几乎无塑性？ （3）哪个区域熔点最低？那个区域塑性最好？ （4）哪个区域的结晶温度范围最小？ （5）铸造用合金通常选择什么成分的合金？塑性加工通常选择什么成分的合金？ 作业4、同样形状的两块铁碳合金，其中一块是15号钢，一块是白口铸铁，用什么简便方法可迅速区分它们？
三、常用工程材料及选用 纯金属因价贵，力学性能较低，不能满足现代工业的要求，因此工业上多应用合金。下面对工程中常用的金属材料进行叙述。 一、碳素钢 碳素钢是指Wc≤2.11%，并含少量硅、锰、磷、硫等杂质元素的铁碳合金。碳素钢具有一定的力学性能和良好的工艺性能，且价格低廉，在工业中广泛应用。 碳素钢的分类及牌号 碳素钢的种类很多，常按以下方法分类。 1．按钢的含碳量分类 可分为：低碳钢（0.0218% 二、合金钢 为了改善碳素钢的组织和性能，在碳素钢基础上有目的地加入一种或几种合金元素所形成的铁基合金，称为低合金钢或合金钢。常加入的合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、硼、铝、铌、锆等。通常低合金钢中加入合金元素的种类和数量较合金钢少。不同元素的组合，不同的元素含量，可得到不同的性能。 合金钢的分类 1.按质量等级分 按质量等级，合金钢可分为优质合金钢（如一般工程结构用合金钢、耐磨钢、硅锰弹簧钢等）和特殊质量合金钢（如合金结构钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热钢等）。 2.按合金元素总量分 按合金元素总量将合金钢分为：低合金钢（W Me<5%）、中合金钢（W Me=5%～10%）和高合金钢（W Me >10%） 3. 按合金元素种类分 按合金元素种类将合金钢分为：铬钢、锰钢、硅锰钢、铬镍钢等。 4. 按主要性能和使用特性分 主要分为工程结构用合金钢，机械结构用合金钢，轴承钢，工具钢，不锈、耐蚀和耐热钢，特殊物理性能钢等。 合金钢的编号 1.工程材料按属性分为：金属材料、陶瓷材料、碳材料、高分子材料、复合材料、半导体材料、生物材料。 2.零维材料：是指亚微米级和纳米级（1—100nm）的金属或陶瓷粉末材料，如原子团簇和纳米微粒材料； 一维材料：线性纤维材料，如光导纤维； 二维材料：就是二维薄膜状材料，如金刚石薄膜、高分子分离膜； 三维材料：常见材料绝大多数都是三位材料，如一般的金属材料、陶瓷材料等； 3.工程材料的使用性能就是在服役条件下表现出的性能，包括：强度、塑性、韧性、耐磨性、耐疲劳性等力学性能，耐蚀性、耐热性等化学性能，及声、光、电、磁等功能性能；工程材料按使用性能分为：结构材料和功能材料。 4.金属材料中原子之间主要是金属键，其特点是无方向性、无饱和性； 陶瓷材料中的结合键主要是离子键和共价键，大多数是离子键，离子键赋予陶瓷材料相当高的稳定性； 高分子材料的结合键是共价键、氢键和分子键，其中，组成分子的结合键是共价键和氢键，而分子间的结合键是范德瓦尔斯键。尽管范德瓦尔斯键较弱，但由于高分子材料的分子很大，所以分子间的作用力也相应较大，这使得高分子材料具有很好的力学性能； 半导体材料中主要是共价键和离子键，其中，离子键是无方向性的，而共价键则具有高度的方向性。 5.晶胞：是指从晶格中取出的具有整个晶体全部几何特征的最小几何单元；在三维空间中，用晶胞的三条棱边长a、b、c（晶格常数）和三条棱边的夹角α、β、γ这六个参数来描述晶胞的几何形状和大小。 6.晶体结构主要分为7个晶系、14种晶格； 7.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[uvw]； 晶面是指晶格中不同方位上的原子面，用晶面指数来表示，形式为（hkl）。 8.实际晶体的缺陷包括点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷，其中体缺陷有气孔、裂纹、杂质和其他相。 9.实际金属结晶温度Tn总要偏低理论结晶温度T0一定的温度，结晶方可进行，该温差ΔT=T0—Tn即称为过冷度；过冷度越大，形核速度越快，形成的晶粒就越细。 10.通过向液态金属中添加某些符合非自发成核条件的元素或它们的化合物作为变质剂来细化晶粒，就叫变质处理；如钢水中常添加Ti、V、Al等来细化晶粒。 11.加工硬化是指随着塑性变形增加，金属晶格的位错密度不断增加，位错间的相互作用增强，提高了金属的塑性变形抗力，使金属的强度和硬度明显提高，塑性和韧性明显降低，也即形变强化；加工硬化是一种重要的强化手段，可以提高金属的强度并使金属在冷加工中均匀变形；但金属强度的提高往往给进一步的冷加工带来困难，必须进行退火处理，增加了成本。 12.金属学以再结晶温度区分冷加工和热加工：在再结晶温度以下进行的塑性变形加工是冷加工，在再结晶温度以上进行的塑性变形加工即热加工；热加工可以使金属中的气孔、裂纹、疏松焊合，使金属更加致密，减轻偏析，改善杂质分布，明显提高金属的力学性能。 13.再结晶是指随加热温度的提高，加工硬化现象逐渐消除的阶段；再结晶的晶粒度受加热温度和变形度的影响。 14.相:是指合金中具有相同化学成分、相同晶体结构并由界面与其他部分隔开的均匀组成部分； 合金相图是用图解的方法表示合金在极其缓慢的冷却速度下，合金状态随温度和化学成分的变化关系； 固溶体：是指在固态下，合金组元相互溶解而形成的均匀固相； 金属间化合物：是指俩组元组成合金时，产生的晶格类型和特性完全不同于任一组元的新固相。 15.固溶强化：是指固溶体的晶格畸变增加了位错运动的阻力，使金属的塑性和韧性略有下降，强度和硬度随溶质原子浓度增加而略有提高的现象； 弥散强化：是指以固溶体为主的合金辅以金属间化合物弥散分布，以提高合金整体的强度、硬度和耐磨性的强化方式。 16.匀晶反应：是指两组元在液态和固态都能无限互溶，随温度的变化，形成成分均匀的液相、固相或满足杠杆定律的中间相的固溶体的反应； 共晶反应：是指由一种液态在恒温下同时结晶析出两种固相的反应； 包晶反应：是指在结晶过程先析出相进行到一定温度后，新产生的固相大多包围在已有的固相周围生成的的反应； 共析反应：一定温度下，由一定成分的固相同时结晶出一定成分的另外两种固相的反应。 17.铁素体（F）：碳溶于α-Fe中形成的体心立方晶格的间隙固溶体；金相在显微镜下为多边形晶粒；铁素体强度和硬度低、塑性好，力学性能与纯铁相似，770℃以下有磁性； 奥氏体（A）:碳溶于γ-Fe中形成的面心立方晶格的间隙固溶体；金相显微镜下为规则的多边形晶粒；奥氏体强度和硬度不高，塑性好，容易压力加工，没有磁性； 渗碳体（Fe3C）：含碳量为6.69%的复杂铁碳间隙化合物；渗碳体硬度很高、强度极低、脆性非常大； 珠光体（P）：铁素体和渗碳体的共析混合物；珠光体强度较高，韧性和塑性在渗碳体和铁素体之间； 莱氏体（Ld）：奥氏体和渗碳体的共晶混合物；莱氏体中渗碳体较多，脆性大、硬度高、塑性很差。 18.包晶反应：1495℃时发生，有δ-Fe（C=0.10%）、γ-Fe（C=0.17%或0.18%，图中J点）、液相（C=0.53%或0.51%，图中B点）三相共存；δ-Fe（固体）+L（液体）=γ-Fe（固体） 共晶反应：1148℃时发生，有A（C=2.11%）、Fe3C（C=6.69%）、液相L（C=4.3%）三相共存；Ld→Ae+Fe3Cf（恒温1148℃） 第一章 作业1、从原材料到机械零件都要经过哪些生产工艺过程。 第二章力学性能 作业2、在下列材料或零件上测量硬度，应当用何种硬度测试方法最适宜？ ①锉刀；②黄铜；③铸造铝合金；④紫铜；⑤片式弹簧（扁簧）；⑥硬 质合金刀片；⑦淬火钢；⑧调质钢；⑨硬铝；⑩退火钢。 作业3、在机械设计时哪两种强度指标用得较多？为什么？ 作业4、如图所示为五种材料的应力—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，使用中发现塑性弯曲较大，如改用45钢制作该杆，能否减少塑性变形？ 第三章材料结构 作业5、晶体与非晶体有何区别？ 作业6、为什么单晶体具有各向异性，而多晶体则具有各向同性。 作业7、实际金属晶体存在哪些缺陷？对材料性能有何影响？ 第四章 作业1、默画出Fe—C相图，填出各点字母、含碳量及各区域的组织，写出共析反应式与共晶反应式，写出室温时亚共析钢、共析钢、过共析钢、 亚共晶铸铁、共晶铸铁、过共晶铸铁的平衡组织，并画出共析钢的冷 却曲线。 作业2、根据铁碳相图，分析产生下列现象的原因： （1）在室温下，含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.45%的钢硬度高？ （2）在室温下，含碳0.8%的钢的强度比含碳1.2%的钢高？ （3）在1100°时，含碳为0.4%的钢能进行锻造，而含碳为4.0%的白口铁不能进行锻造？ 作业3、从铁碳相图中分析回答： （1）随碳质量百分数的增加，硬度、塑性是增加还是减小？ （2）为何钢有塑性而白口铁几乎无塑性？ （3）哪个区域熔点最低？那个区域塑性最好？ （4）哪个区域的结晶温度范围最小？ （5）铸造用合金通常选择什么成分的合金？塑性加工通常选择什么成分的合金？ 作业4、同样形状的两块铁碳合金，其中一块是15号钢，一块是白口铸铁，用什么简便方法可迅速区分它们？ 工程材料第四章作业参考答案 1、什么是滑移与孪生？一般条件下进行塑性变形时，为什么在锌、镁中易出现孪晶?而在纯铜中易产生滑移带? 答：滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。 孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。 密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称退火孪晶。 铜是面心立方，锌、镁是密排六方，故在锌、镁中易出现孪晶，而在纯铜中易产生滑移带。 2、根据纯金属及合金塑性变形的特点，可以有几种强化金属性能的方式？答：通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称细晶强化。 单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也与多晶体纯金属相 似。但随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称固溶强化。 当在晶内呈颗粒状弥散分布时，第二相颗粒越细，分布越均匀，合金的强 度、硬度越高，塑性、韧性略有下降，这种强化方法称弥散强化或沉淀强化。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。加工硬化是强化金属的重要手段之一，对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。 3、用手来回弯折一根铁丝时，开始感觉省劲，后来逐渐感到有些费劲，最后铁丝被弯断。试解释过程演变的原因？ 答：用手来回弯折一根铁丝时，铁丝会发生冷塑性变形。随着弯折的持续，铁丝的冷塑性变形量会增加，从而发生加工硬化，此时，铁丝的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，故逐渐感到有些费劲。进一步弯折时，铁丝会因为超过疲劳强度而被弯断。 4、什么是变形金属的回复、再结晶？再结晶晶粒度受哪些因素的影响?答：回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。 当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开 始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为完整均匀的等轴晶粒。这种冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶。 影响再结晶晶粒度的因素：1、加热温度和保温时间。加热温度越高，保温时间越长，金属的晶粒越粗大，加热温度的影响尤为显著。2、预先变形度。预先变形度的影响，实质上是变形均匀程度的影响。 5、当金属继续冷拔有困难时，可以通过什么热处理解决？为什么? 答：再结晶退火。在对金属进行冷拔时，随冷塑性变形量的增加，金属会发生加工硬化，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，从而导致冷拔越来越困难。此时，若对其进行再结晶退火处理，当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为完整均匀的等轴晶粒。由于再结晶后组织的复原，因而金属的强度、硬度下降，塑性、韧性提高，加工硬化消失。此时再进行冷拔则容易的多。 6、能否通过再结晶退火来消除粗大的铸造晶粒及组织?为什么？ 答：不能。铸造是熔炼金属、制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能金属零件毛坯的成型方法。在铸造过程中，熔融金属因冷却而成形，并没有发生塑性变形。而再结晶退火是将冷变形的金属加热到一定温度使其组织发生复原的一种工艺。对于没有塑性变形的铸造物件，是不能通过再结晶退火来消除粗大的铸造晶粒及组织的。 7、金属热加工与冷加工的区别？对金属组织和性能有何影响？ 江南大学现代远程教育第二阶段练习题 考试科目:《工程材料与成型基础》第五章至第六章（总分100分） 学习中心（教学点）批次：层次： 专业：学号：身份证号： 姓名：得分： 一、单项选择题（本题共10小题，每小题1分，共10分。在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在括号内。） 1．过共析钢正常的淬火加热温度是（A ）。 A．A C1+30～50℃B．A C3+30～50℃ C．A Ccm+30～50℃D．A C3 2．下列热处理方法中，加热时使T10钢完全奥氏体化的方法是（D ）。 A．去应力退火B．球化退火 C．再结晶退火D．正火 3．共析钢加热为奥氏体后，冷却时所形成的组织主要决定于（C ）。 A．奥氏体加热时的温度B．奥氏体在加热时的均匀化程度； C．奥氏体冷却时的转变温度D．奥氏体的冷却速度 4. 冷变形强化现象最主要的原因是（B ）。 A．晶粒破裂细化B．位错密度增大 C．晶粒择优取向D．形成纤维组织 5．为改善冷变形金属塑性变形的能力，可采用（B ）。 A．低温退火B．再结晶退火 C．二次再结晶退火D．变质处理 6．调质钢回火后快冷的原因是_C___。 A．提高钢的强度B．提高钢的塑性 C．防止产生回火脆性D．提高钢的韧性 7．滚动轴承零件要求硬度≥60HRC，最终热处理应选用__C___。 A．调质B．淬火+中温回火 C．淬火+低温回火D．正火+高温回火 8. 钢的热硬性主要取决于（D ）。 A．钢的碳质量分数B．马氏体的碳质量分数 C．残留奥氏体量D．马氏体的回火稳定性 9．提高灰铸铁的耐磨性可采用（C ）。 A．整体淬火B．渗碳处理 C．表面淬火D．低温退火 10．以铜、锌为主的合金称为（A ）。 A．黄铜B．青铜 1 、什么是滑移与孪生？一般条件下进行塑性变形时，为什么在锌、镁中易出现孪晶? 而在纯铜中易产生滑移带? 答：滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。 孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。 密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称退火孪晶。 铜是面心立方，锌、镁是密排六方，故在锌、镁中易出现孪晶，而在纯铜中易产生滑移带。 2 、根据纯金属及合金塑性变形的特点，可以有几种强化金属性能的方式？ 答：通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称细晶强化。 单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也与多晶体纯金属相似。但随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称固溶强化。 当在晶内呈颗粒状弥散分布时，第二相颗粒越细，分布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑性、韧性略有下降，这种强化方法称弥散强化或沉淀强化。 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。加工硬化是强化金属的重要手段之一，对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。 3 、用手来回弯折一根铁丝时，开始感觉省劲，后来逐渐感到有些费劲，最后铁丝被弯断。试解释过程演变的原因？ 答：用手来回弯折一根铁丝时，铁丝会发生冷塑性变形。随着弯折的持续，铁丝的冷塑性变形量会增加，从而发生加工硬化，此时，铁丝的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，故逐渐感到有些费劲。进一步弯折时，铁丝会因为超过疲劳强度而被弯断。 4 、什么是变形金属的回复、再结晶？再结晶晶粒度受哪些因素的影响? 答：回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。 当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为完整均匀的等轴晶粒。这种冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶。 影响再结晶晶粒度的因素：1、加热温度和保温时间。加热温度越高，保温时间越长，金属的晶粒越粗大，加热温度的影响尤为显著。2、预先变形度。预先变形度的影响，实质上是变形均匀程度的影响。 5 、当金属继续冷拔有困难时，可以通过什么热处理解决？为什么? 答：再结晶退火。在对金属进行冷拔时，随冷塑性变形量的增加，金属会发生加工硬化，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，从而导致冷拔越来越困难。此时，若对其进行再结晶退火处理，当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为完整均匀的等轴晶粒。由于再结晶后组织的复原，因而金属的强度、硬度下降，塑性、韧性提高，加工硬化消失。此时再进行冷拔则容易的多。 第三章钢的热处理和表面改性 一简述等温转变动力学曲线（C曲线）的意义和应用。 答：意义：反映了共析钢的奥氏体在不同温度下发生等温转变的变化规律； 应用：定性分析共析钢的奥氏体连续冷却转变的组织和产物。 二什么是贝氏体、珠光体、马氏体？其性能和组织有何特点？ 答： 1贝氏体：奥氏体转变过程中形成碳过饱和的铁素体和细小碳化物的混合物； 2珠光体：铁素体和渗碳体的共析混合物； 3马氏体：奥氏体转变过程中形成碳在α-Fe中的过饱和间隙固溶体。 性能和组织：贝氏体：上贝氏体（350-550℃下形成）金相显微组织整体呈羽毛状，强度和韧性等力学性能都较差；下贝氏体（350-230℃下形成）金相显微组织整体呈针状组织，具有较好的综合力学性能。 三为什么要对钢进行热处理？ 答：为了使心部和表面具有不同的组织和相应的性能，而不改变钢的成分。 四淬火的目的是什么？常用的淬火操作有哪几种？指出各种淬火 在应用和材料组织上的异同点。 答：目的：获得马氏体组织以提高钢的强度和硬度； 1，表面淬火：感应加热表面淬火（分为高频淬火，常用200-300kHz，淬硬层深度为,适用于中小型零件；中频淬火常用，淬硬层深度为2-8mm,适用于大中型零件； 2，工频淬火，,淬硬层深度为10-15mm,适用于大型零件）； 3，火焰加热表面淬火，用乙炔-氧或者煤气-氧等火焰使钢件快速加热到淬火温度，再用水或乳化液喷射冷却，淬硬深度为2-6cm; 4，高能束表面淬火,高能束快速轰击金属表面，使表面与内部有极大的温差，在停止高能轰击时，钢件会迅速降温，形成细针马氏体。 五回火的目的是什么？常用的回火操作有哪几种？ 答：目的是改善钢件的组织并消除内应力；高温回火、中温回火、低温回火。 六试分析各种回火在应用和材料组织上的异同点。 答：1低温回火得到回火马氏体，主要用于处理高碳钢、高碳合钢制作的工具、模具、滚动轴承、渗碳和表面淬火零件； 2 中温回火得到回火屈氏体，主要用于各种弹簧处理； 3高温回火得到回火索氏体，广泛用于机器设备的重要零件，尤其是受到交变载荷的部件，如轴、连杆、螺栓、齿轮等。 七简述退火、正火、回火、淬火对组织结构影响及特点。 答： （一）正火 有以下目的和用途。《工程材料基础》知识点汇总
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