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《金属材料与热处理》教材习题答案第五章合金钢1.什么是合金钢?答：所谓合金钢就是在碳钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢。
2.合金元素在钢中有哪些主要作用?这些作用对钢的性能会产生哪些影响?答：合金元素在钢中的作用是非常复杂，其中主要作用包括：一是形成合金铁素体。
由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径的差异，引起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化作用。
二是与碳能形成碳化物，当这些碳化物呈细小颗粒并均匀分布在钢中时，能显著提高钢的强度和硬度。
三是抑制钢在加热时奥氏体晶粒长大的作用，达到细化晶粒的目的使合金钢在热处理后获得比碳钢更细的晶粒，从而提高其综合力学性能。
四是可增加过冷奥氏体的稳定性，推迟其向珠光体的转变，减小钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。
五是提高回火稳定性，在相同的回火温度下，合金钢比相同含碳量的碳素钢具有更高的硬度和强度。
在强度要求相同的条件下，合金钢可在更高的温度下回火，以充分消除内应力，而使韧性更好。
3.合金钢是如何分类的?答：合金钢最常用下面两种分类方法。
一是按用途分类：分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。
其中合金结构钢又可以分为低合金高强度钢，渗碳钢，调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。
合金工具钢可分为刃具钢、模具钢和量具钢等。
特殊性能钢则有不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。
二是按合金元素总含量分类：分为低合金钢（合金元素总含量＜5％）、中合金钢（合金元素总含量5％一10％）和高合金钢（合金元素总含量＞10％）。
4.合金钢的牌号编制有何特点？答：我国合金钢牌号采用碳含量、合金元素的种类及含量、质量级别来编号，简单明了，比较实用。
其中合金结构钢的牌号采用两位数字（碳含量）＋元素符号（或汉字）＋数字表示，前面两位数字表示钢的平均含碳量的万分数；合金工具钢的牌号和合金结构钢的区别仅在于碳含量的表示方法，它用一位数字表示平均含碳量的千分数，当碳含量大于等于1.0％时，则不予标出。
复习自测题绪论及第一章金属的晶体结构自测题(一)区别概念1．屈服强度和抗拉强度；2．晶体和非晶体；3 刚度与强度(二)填空1．与非金属相比，金属的主要特性是2．体心立方晶胞原子数是，原子半径是，常见的体心立方结构的金属有。
3．设计刚度好的零件，应根据指标来选择材料。
是材料从状态转变为状态时的温度。
4 TK5 屈强比是与之比。
6．材料主要的工艺性能有、、和。
7 材料学是研究材料的、、和四大要素以及这四大要素相互关系与规律的一门科学；材料性能取决于其内部的，后者又取决于材料的和。
8 本课程主要包括三方面内容：、和。
(三)判断题1．晶体中原子偏离平衡位置，就会使晶体的能量升高，因此能增加晶体的强度。
( )2．因为面心立方和密排六方晶体的配位数和致密度都相同，因此分别具有这两种晶体结构的金属其性能基本上是一样的。
( )3．因为单晶体具有各向异性，多晶体中的各个晶粒类似于单晶体，由此推断多晶体在各个方向上的性能也是不相同的。
( )4．金属的理想晶体的强度比实际晶体的强度高得多。
5．材料的强度高，其硬度就高，所以其刚度也大。
(四)改错题1．通常材料的电阻随温度升高而增加。
3．面心立方晶格的致密度为0．68。
4．常温下，金属材料的晶粒越细小时，其强度硬度越高，塑性韧性越低。
5．体心立方晶格的最密排面是｛100｝晶面。
(五) 问答题1．从原子结合的观点来看，金属、陶瓷和高分子材料有何主要区别?在性能上有何表现?2．试用金属键结合的方式，解释金属具有良好导电性、导热性、塑性和金属光泽等基本特性。
(六) 计算作图题1．在一个晶胞中，分别画出室温纯铁(011)、(111)晶面及[111)、[011)晶向。
2．已知一直径为11．28mm，标距为50mm的拉伸试样，加载为50000N时，试样的伸长为0.04mm。
撤去载荷，变形恢复，求该试样的弹性模量。
3．已知a-Fe的晶格常数a=0.28664nm，γ-Fe的晶格常数a=0.364nm。
金属学与热处理第一章习题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=1.6338.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R=0.146X4R/√2=0.414R9.a）设有一刚球模型，球的直径不变，当由面心立方晶格转变为体心立方晶格时，试计算其体积膨胀。
b）经X射线测定，在912℃时γ-Fe的晶格常数为0.3633nm，α-Fe的晶格常数为0.2892nm，当由γ-Fe转化为α-Fe时，求其体积膨胀，并与a）比较，说明其差别的原因。
模块五合金的结晶（P86）一、填空题1.合金状态图又称为相图或平衡图，它表示平衡状态下温度、成分、状态之间关系的图解。
2.二元合金状态图的基本类型有匀晶相图、共晶相图和包晶相图。
3.共晶状态图可分为共晶和共析两类。
4.包晶转变是指在一定温度下，已结晶的固相与剩余的一定成分的液相生成的一种新的固相的转变。
二、判断题1.合金状态图是表示平衡条件下，合金的性能、温度和成分之间的关系图解。
（×）2.由共晶转变所获得的两相混合物称为共晶体。
（√）3.共析转变在固态下进行，比共晶转变内应力小。
（×）4.合金是由成分、结构都相同的同种晶粒组成的，其组织是同一相。
（×）5.合金状态图的水平线是三相共存线。
（√）6.二元共晶状态图共晶线以下的组织组成物就是相组成物。
（×）三、选择题1.具有二元匀晶相图的合金，固态下的组织一定是（ C ）。
A.间隙固溶体B.置换固溶体C.无限固溶体D.有限固溶体2.恒温下，由一个固相同时形成两个固相的转变称为（ C ）。
A.匀晶转变B.共晶转变C.共析转变D.包晶转变3.在发生L→α+β共晶反应时，三相的成分（ B ）。
A.相同B.确定C.不定4.共析成分的合金在共析反应γ→α+β刚结束时，其组成相为（ C ）。
A.γ+α+βB.α+βC.（α+β）+（α+β），其相组成物为（A）。
5、一个合金的组织为α+βA.α、βB.α、βⅡ、（α+β）C.α、β、βⅡ四、简答题1.二元合金状态图有哪些类型?画出示意图。
答：有匀晶相图、共晶相图和包晶相图三种基本类型。
示意图（略）2.设A、B两组元在液态时互相溶解，在固态时形成共晶，共晶成分中B质量分数为30%，A组元在B组元中有限溶解，溶解度在共晶温度时为15%，在室温时为10%，B组元在A组元中不能溶解，A组元比B组元熔点高，画出合金相图并填出各区域的相组成物和组织组成物，分析B质量分数分别为12%、20%、30%、50%的合金结晶过程及组织。
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σb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100mm2,已知钢试样的。
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。
二、判断（正确打√，错误打×。
下同）1、弹性变形能随载荷的去除而消失。
（√）2、所有金属材料在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象。
（×）3、材料的屈服点越低，则允许的工作应力越高。
（×）4、洛氏硬度值无单位。
（√）5、做布氏硬度试验时，当试验条件相同时,其压痕直径越小，材料的硬度越低。
（×）6、材料对小能量多次冲击抗力的大小主要取决于材料的强度和塑性。
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。
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？3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？4.晶面指数和晶向指数有什么不同？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？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？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？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？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？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。
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？3．划分冷加工和热加工的主要条件是什么？4．与冷加工比较，热加工给金属件带来的益处有哪些？5．为什么细晶粒钢强度高，塑性，韧性也好？6．金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？7．分析加工硬化对金属材料的强化作用？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？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。
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。
2．指出下列名词的主要区别：1）置换固溶体与间隙固溶体；2）相组成物与组织组成物；3．下列元素在α-Fe 中形成哪几种固溶体?Si、C、N、Cr、Mn4．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.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？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.7．二元合金相图表达了合金的哪些关系？8．在二元合金相图中应用杠杆定律可以计算什么？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。
《金属材料与热处理》课程教学大纲一、课程说明适用专业：机械设备安装与修理、机械制造大类前期课程：《金属工艺学》、《机械根底》二、教学性质和任务课程性质：本课程是的一门专业必修课。
本课程实践性强，与生产实际联系严密，学问的掩盖面较宽，是理论与实践的结合。
课程任务：〔一〕学问目标1、以铁碳合金的成分-组织-温度-性能为主线，了解四者的相互关系和变化规律的根底学问，初步具有依据零件的使用要求选择零件材料的力量。
2、了解钢材在实际加热和冷却时内部组织的变化与其对钢材性能的影响，了解各种热处理方法的目的、工艺和应用，初步具有选择钢材热处理方法的力量。
了解毛坯的成形方法和根本工艺过程，初步具有选择零件毛坯成形方法的力量。
〔二〕力量目标1、具有依据零件的使用要求选择零件材料的力量2、初步具有选择钢材热处理方法的力量3、步具有选择零件毛坯成形方法的力量。
〔三〕思想教育目标通过本课程的学习培育学生实事求是的精神和理论联系实际的工作方法。
三、课程内容和要求第一章金属的性能1、金属的力学性能2、金属的工艺性能其次章金属的构造与结晶1、金属的晶体构造2、纯金属的结晶3、金属的同素异构转变第三章金属的塑性变形和再结晶1、金属的塑性变形2、冷塑性变形对金属性能与组织的影响3、回复与再结晶4、金属的热塑性变形第四章铁碳合金1、合金的组织2、二元合金相图3、铁碳合金相图第五章碳素钢1、常存元素对钢性能的影响2、碳素钢的分类3、碳素钢的牌号与用途4、钢的火花鉴别第六章钢的热处理1、钢在加热时的转变2、钢在冷却时的转变3、钢的退火与正火4、钢的淬火5、钢的回火6、钢的外表热处理7、热处理工艺简介8、零件的热处理分析第七章合金钢1、合金元素在钢中的主要作用2、合金钢的分类和牌号3、合金构造网4、合金工具网5、特别性能钢第八章铸铁1、铸铁的石墨化2、灰铸铁8-3 可锻铸铁3、球墨铸铁4、蠕墨铸铁第九章有色金属与硬质合金1、铜与其合金2、铝与铝合金3、钛与钛合金4、轴承合金5、硬质合金第十章非金属材料1、高分子材料2、陶瓷材料3、复合材料四、学时安排建议序号教学提要必修/选修理论课时实践课时1绪论，金属的性能，必修42金属和合金的晶体与结晶必修623铁碳合金必修624碳素钢必修425钢的热处理必修8226合金钢必修227铸造必修228有色金属与硬质合金必修229非金属材料必修22合计36 36章节教学环节讲课习题课争论课试验其他合计绪论21第一章金属的性能516§1-1 金属的力学性能 2§1-2 金属的工艺性能 2§5-3 碳素钢的牌号与用途 1*§5-4 钢的火花鉴别 1*实验钢的火花鉴别 1第六章钢的热处理§6-1 钢在加热时的转变§6-2 钢在冷却时的转变§6-3 钢的退火与正火§6-4 钢的淬火§6-5 钢的回火5 16 10．50．50．50．5*试验力学性能试验1其次章金属的构造与结晶2．5 2．5 §2-1 金属的晶体构造1*§2-2 纯金属的结晶0．5§2-3 金属的同素异构转变1＊第三章金属的塑性变形与再结晶22§3-1 金属的塑性变形0．5§3-2 冷塑性变形对金属性能与组织的影响0．5§3-3 回复与再结晶0．5§3-4 金属的热塑性变形0．5第四章铁碳合金314§4-1 合金的组织1§4-2 二元合金相图1§4-3 铁碳合金相图1*试验观看典型铁碳合金的金相组织1第五章碳素钢314§5-1 常存元素对钢性能的影响1§5-2 碳素钢的分类1§6-6 钢的外表热处理0．5*§6-7 热处理工艺简介0．5§6-8 零件的热处理分析1*实验钢的热处理1第七章合金钢2．5 2．5 §7-l 合金元素在钢中的主要作用0．5§7-2 合金钢的分类与牌号0．5§7-3 合金构造钢0．5§7-4 合金工具钢0．5§7-5 特别性能钢0．5第八章铸铁2．5 2．5 §8-1 铸铁的石墨化0．5§8-2 灰铸铁0．5§8-3 可锻铸铁0．5§8-4 球墨铸铁0．5*§8-5 蠕墨铸铁0．5第九章有色金属与硬质合金55§9-1 铜与铜合金1§9-2 铝与铝合金1*§9-3 钛与钛合金1§9-4 轴承合金1§9-5 硬质合金1*第十章非金属材料33§10-1 高分子材料1§10-2 陶瓷材料1§10-3 复合材料1机动3总计32 840五、教学方法：本课程实践性很强，建议承受以下教学方法：1、金属的性能、金属和合金的晶体与结晶、铁碳合金等承受理论课教学和音响教学相应结。
第五章钢的热处理一、名词解释1.过冷：结晶只有在理论结晶温度以下才能发生，这种现象称为过冷。
2.枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内不均匀的现象叫做枝晶偏析。
3.二次相：由已有固相析出的新固相称为二次相或次生相。
4.铁素体：碳在α—Fe中的固溶体称为铁素体。
5.奥氏体：碳在γ—Fe中的固溶体称为奥氏体。
6.莱氏体：转变产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物，称为莱氏体。
7.珠光体：转变产物为铁素体和渗碳体的机械混合物，称为珠光体。
8.变质处理：又称为孕育处理，是一种有意向液态金属中加入非自发形核物质从而细化晶粒的方法。
9.共晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变过程。
10.包晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相包着一定成分的固相，发生反应后生成另一一定成分新固相的反应。
二、填空题1、金属的结晶过程由晶核形成和晶核长大两个基本过程组成。
2、金属结晶过程中，细化结晶晶粒的主要方法有控制过冷度、变质处理和振动、搅拌3、当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出来的枝晶轴含有较多的高熔点组元。
4、在实际生产中，若要进行热锻或热轧时，必须把钢加热到奥氏体相区。
5、在缓慢冷却条件下，含碳0.8%的钢比含碳1.2%的钢硬度低强度低。
三、选择题1.铸造条件下，冷却速度越大，则（A.过冷度越大，晶粒越小）2.金属在结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度（B.越低）3.如果其他条件相同，下列各组铸造条件下，哪种铸锭晶粒细？（A.金属模铸造B.低温铸造A.铸成薄片A.浇注时振动）4.同素异构体转变伴随着体积的变化，其主要原因是（致密度发生变化）5.实际金属结晶时，可通过控制形核N和长大速度G的比值来控制晶粒大小，要获得细晶粒，应采用（A.增大N/G值）6.二元合金在发生共晶转变时，各相组成是（D.三相共存）7.二元合金在发生共析转变时，各相的（B.质量固定，成分发生变化）10.产生枝晶偏析的原因是由于（D.液、固相线间距大，冷却速度也大）11.二元合金中，铸造性能最好的是（B.共晶合金）14.在下列方法中，可使晶粒细化的方法是（D.变质处理）四、判断题1。
