工程材料 简答题

简答题（本大题共9小题，每小题10分，共90分） 1.液态金属结晶的必要条件是什么？细化晶粒的途径有哪些？晶粒大小对金属材料的机械性能有何影响？

地方 本题答案： 液态金属结晶的必要条件是：必须具有一定的过冷度 细化晶粒的途径有：①提高过冷度，如提高冷却速度和降低浇注温度。②变质处理。③机械振动、搅拌。 晶粒大小对金属材料的机械性能的影响：晶粒越细，金属材料的强度、硬度越高，塑性和韧性越好

2.什么是加工硬化？试分析加工硬化的利与弊。 的 本题答案： 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。

3.何谓金属的同素异构转变？并以纯铁来说明。

4.用一冷拔钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到1000℃保温，保温后再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，试分析原因。

的 本题答案： 因为钢丝绳经冷拔后发生了加工硬化，具有很高的强度和硬度，故可以用来吊装工件。当它随工件一起加热到1000℃保温后，钢丝绳内部发生了再结晶，其强度和硬度大幅度下降，塑性和韧性恢复到冷拔前的状态，因而当其再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂。

5.分析铸锭结晶后可形成三个不同晶粒区的成因。 的 本题答案： 金属浇入铸锭时，铸锭结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成核的作用。结果，在金属的表层形成一层厚度不大、晶粒很细的等轴细晶区；细晶区形成的同时，锭模温度升高，液态金属的冷却速度降低，过冷度减小，生核速度降低，但此时长大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（即一次晶轴方向）与散热最快方向（一般为往外垂直模壁的方向）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；结晶进行到铸锭中心时，液相内外温度差减小，锭模已成为高温外壳，加上放出结晶潜热，使液态金属的冷却速度很快降低，过冷度大大减小，内部温度趋于均匀，散热逐渐失去方向性，进入过冷状态后，凝固成了等轴的粗晶粒。 简答题（本大题共9小题，每小题10分，共90分） 1.已知金属钨和铅的熔点分别为3380℃和327℃，试计算它们的最低再结晶温度，并分析钨在1100℃下的加工、铅在室温（20℃）下的加工各为何种加工？

本题答案：T再=0.4T熔；钨T再=[0.4*（3380+273）]-273=1188.2℃; 铅T再=[0.4*（327+273）]-273=-33℃; 由于钨T再为1188.2℃＞1100℃，因此属于冷加工；铅T再为-33℃＜20℃，属于热加工。

2.已知金属铁和锡的熔点分别为1538℃和232℃，试计算它们的最低再结晶温度，并分析铁在1100℃下的加工、锡在室温（20℃）下的加工各为何种加工？

本题答案：T再=0.4T熔；铁T再=[0.4*（1538+273）]-273=451.4℃; 锡T再=[0.4*（232+273）]-273=-71℃.由于T再为451.4℃＜1100℃，因此属于热加工；锡T再为-71＜20℃，属于热加工。

3.为什么常温下金属的晶粒越细，不仅强度硬度高，而且塑性，韧性也好？

本题答案：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.常用的四大力学性能指标有哪些？它们之间有什么关系？为什么零件图纸上通常只标注硬度要求？

本题答案： 常用的四大力学性能指标有：强度、硬度、塑性、韧性 它们之间的关系：一般来说，强度硬度越高，塑性韧性越好 零件图纸上通常只标注硬度要求是因为：一方面硬度检测操作简单，对已加工好的零件来说属于无损检测；另一方面硬度与其他性能有一定的对应关系，只要硬度满足零件使用要求，其他性能也可以满足要求了。 第二章 1. 根据铁碳合金相图填表

钢号 温度℃ 显微组织 温度℃ 显微组织 温度℃ 显微组织

20 700

800 920

45 700

750 850

T12 700

780 920

本题答案： 钢号 温度 ℃ 显微组织 温度℃ 显微组织 温度℃ 显微组织

20 700 F+P 800 F+A 920 A

45 700 F+P 750 F+A 850 A

T12 700 P+Fe3C 780 A+Fe3C 920 A

2.合金中固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？ 本题答案： 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。 3.铁碳合金中基本相有哪几相？ 本题答案： 铁碳合金中基本相有3个：铁素体（F）,奥氏体（A）,渗碳体（Fe3C）

4.铁碳合金中基本组织是哪些？并指出哪个是单相组织、哪个是双相混合组织。 本题答案： 铁碳合金中基本组织有6个：F,A,Fe3C,P,Ld’,Ld

单相组织有3个：F,A,Fe3C 双相混合组织有3个：P,Ld’,Ld

5.试写出T12钢冷却时的结晶过程转变表达式，计算该钢在室温下的组织组成物的相对百分含量，并估算此钢的大致硬度。(已知：珠光体的大致硬度是240HB，渗碳体的大致硬度是800HB)

本题答案： （1）结晶过程转变表达式：

L→L+A→A→A+ Fe3CⅡ→P+ Fe3CⅡ （2）T12钢室温下组织为：P，Fe3C 计算珠光体和二次渗碳体的相对百分含量：

mp=（6.67-1.2）/（6.67-0.77）*100%=93% mFe3C = 1-93%=7% （3）此碳钢的大致硬度为： 93%*240+7%*800=279.2HB 简答题（本大题共24小题，每小题10分，共240分） 1.二块钢样，退火后经显微组织分析，其组织组成物的相对含量如下：第一块：珠光体占40%，铁素体60%。第二块：珠光体占95%，二次渗碳体占5%。试问它们的含碳量约为多少？（铁素体含碳量可思略不计） 错误！未找到引用源。

错误！未找到引用源。 本题答案：

第一块：Wc=40%*0.77%=0.308% 第二块：Wc=95%*0.77%+5%*6.67%=1.08%

2.写出铁碳相图上共晶和共析反应式及反应产物的名称。 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 本题答案：

共晶反应：LELd(FeC)。产物名称：高温莱氏体 共析反应：ASP(F+Fe3C)。产物名称：珠光体

3.请填写出Fe—Fe3C相图上1-7处的组织。 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 本题答案：1：L+A；2：L+Fe3CⅠ； 3：A； 4：P+F；5：P+Fe3CⅡ；6：Ld´+P+Fe3CⅡ； 7：Ld´+Fe3CⅠ

4.试分析含碳量为0.6%的铁碳含金在室温下相的相对含量和组织相对含量。 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 本题答案：

（1）室温下组织为：P和F

mp=0.6/0.77*100%=78%

mF= 1-78%=22%

（2）室温下相为： F和Fe3C

mF=（6.67-0.6）/6.67*100%=91% mFe3C = 1-91%=9%

5.结合Fe-Fe3C相图指出A1、A3和Acm代表哪个线段，并说明该线段表示的意思。 错误！未找到引用源。

错误！未找到引用源。 本题答案：

A1：即PSK线，共析转变线，在这条线上发生共析转变，转变产物为珠光体 A3：即GS线，奥氏体冷却时析出铁素体的开始线 Acm：即ES线，碳在奥氏体中的溶解度曲线 1.试计算退火状态的T10钢珠光体和二次渗碳体的相对含量，并估算此碳钢的大致硬度。（已知：珠光体的大致硬度是240HB，渗碳体的大致硬度是800HB） 错误！未找到引用源。

错误！未找到引用源。 本题答案：

（1）T10钢室温下组织为：P，Fe3C 计算退火状态的T10钢珠光体和二次渗碳体的相对含量：

mp=（6.67-1.0）/（6.67-0.77）*100%=96% mFe3C = 1-96%=4% （2）此碳钢的大致硬度为： 96%*240+4%*800=262.4HB

2.二块钢样，退火后经显微组织分析，其组织组成物的相对含量如下： 第一块：珠光体占30%，铁素体70%； 第二块：珠光体占93%，二次渗碳体占7%。 试问它们的含碳量约为多少？（铁素体中含碳量可忽略不计） 错误！未找到引用源。

错误！未找到引用源。