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第四章工程材料复习题一、填空题1、金属的力学性能主要包括强度、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疲劳强度和冲击韧性。
2、钢以铁、碳为主要元素，其中碳的质量分数为小于2.11%，铸铁是含碳质量分数大于2.11%的铁碳合金。
3、钢按用途分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。
4、普通质量的结构钢主要用于工程结构和机械零件方面。
5、金属分为黑色金属和有色金属。
6、碳钢的编号为：碳素结构钢采用拼音字母Q和数字表示其屈服强度；优质碳素结构钢用两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分之几，如45钢；碳素工具钢用字母T表示；铸造碳钢用ZG代表铸钢二字汉语拼音首位字母。
7、合金钢的编号为：低低合金高强度结构钢由代表屈服点的汉语拼音字母Q；合金结构钢如40Cr表示平均碳的质量分数ωc= 0.40%，平均铬的质量质量分数ωCr<1.5%；滚动轴承在牌号前加G。
8、合金钢是为了改善钢的性能，在钢中加入其他合金元素。
9、合金钢分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。
10、铸铁可分为灰铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁。
11、灰铸铁的断口呈浅白色，其牌号用符号HT和数字表。
12、球墨铸铁的牌号用符号QT和数字表示。
13、机械零件需要强度、塑性和韧性都较好的材料，应选用中碳钢。
14、碳的质量分数在0.30%～0.55%之间的属于中碳钢。
15、钢的普通热处理（也叫整体热处理）有退火、正火、淬火和回火，钢的表面热处理有表面淬火热处理和化学热处理。
16、降低钢的硬度，改善切削加工性能常用的热处理有退火和正火，若是高碳钢或是高合金钢要采用退火处理。
17、钢淬火常用的冷却介质有水和油，淬火处理的目的是提高工件的强度、强度和耐磨性。
淬火后钢的硬度主要取决于钢的含碳量高低。
18、淬火和高温回火结合的处理称为调质，处理后钢的性能特点是有良好的综合性能，适合轴和齿轮类零件的热处理。
第一章钢的合金化基础1、合金钢是如何分类的？1) 按合金元素分类：低合金钢，含有合金元素总量低于5%；中合金钢，含有合金元素总量为5%-10%；中高合金钢，含有合金元素总量高于10%。
2) 按冶金质量S、P含量分：普通钢，P≤0.04%,S≤0.05%;优质钢，P、S均≤0.03%；高级优质钢，P、S均≤0.025%。
3) 按用途分类：结构钢、工具钢、特种钢2、奥氏体稳定化，铁素体稳定化的元素有哪些？奥氏体稳定化元素, 主要是Ni、Mn、Co、C、N、Cu等铁素体稳定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等3、钢中碳化物形成元素有哪些（强-弱），其形成碳化物的规律如何？1) 碳化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr、Mn、Fe等(按形成的碳化物的稳定性程度由强到弱的次序排列) ，在钢中一部分固溶于基体相中，一部分形成合金渗碳体, 含量高时可形成新的合金碳化物。
2) 形成碳化物的规律a) 合金渗碳体—— Mn与碳的亲和力小，大部分溶入α-Fe或γ-Fe中，少部分溶入Fe3C中，置换Fe3C中的Fe而形成合金渗碳体（Mn,Fe）3C; Mo、W、Cr少量时，也形成合金渗碳体b) 合金碳化物——Mo、W 、Cr含量高时，形成M6C(Fe2Mo4C Fe4Mo2C),M23C6(Fe21W2C6 Fe2W21C6)合金碳化物c) 特殊碳化物——Ti 、V 等与碳亲和力较强时i. 当rc/rMe<0.59时，碳的直径小于间隙，不改变原金属点阵结构，形成简单点阵碳化物（间隙相）MC、M2C。
ii. 当rc/rMe>0.59时，碳的直径大于间隙，原金属点阵变形，形成复杂点阵碳化物。
★4、钢的四种强化机制如何？实际提高钢强度的最有效方法是什么？1) 固溶强化：溶质溶入基体中形成固溶体能够强化金属；2) 晶界强化：晶格畸变产生应力场对位错运动起到阻碍达到强化，晶格越细，晶界越细，阻碍位错运动作用越大，从而提高强度；3) 第二相强化：有沉淀强化和弥散强化，沉淀强化着眼于位错运动切过第二相粒子；弥散强化着眼于位错运动绕过第二相粒子；4) 位错强化：位错密度越高则位错运动越容易发生相互交割形成割阶，引起位错缠结，因此造成位错运动困难，从而提高了钢强度。
简答1．合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在a-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？答：铁素体形成元素：V、Cr、W、Mo、Ti、Al；奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni、Cu。
能在a-Fe中形成无限固溶体：V、Cr；能在γ-Fe 中形成无限固溶体：Mn、Co、Ni2．简述合金元素对扩大或缩小γ相区的影响，并说明利用此原理在生产中有何意义？答：（1）扩大γ相区：使A3降低，A4升高一般为奥氏体形成元素。
分为两类：a、开启γ相区：Mn, Ni, Co 与γ-Fe无限互溶；b、扩大γ相区：有C，N，Cu等。
如Fe-C相图，形成的扩大的γ相区，构成了钢的热处理的基础。
（2）缩小γ相区：使A3升高，A4降低。
一般为铁素体形成元素。
分为两类:a、封闭γ相区：使相图中γ区缩小到一个很小的面积形成γ圈,其结果使δ相区与α相区连成一片。
如V, Cr, Si, A1, Ti, Mo, W, P, Sn, As, Sb；b、缩小γ相区：Zr，Nb，Ta，B，S，Ce 等。
（3）生产中的意义：可以利用M扩大和缩小γ相区作用，获得单相组织，具有特殊性能，在耐蚀钢和耐热钢中应用广泛。
3．简述合金元素对铁碳相图（如共析碳量、相变温度等）的影响。
答：答：1、改变了奥氏体区的位置；2、改变了共晶温度：（l）扩大γ相区的元素使A1，A3下降；(2)缩小γ相区的元素使A1，A3升高。
当Mo>8.2%, W>12%,Ti>1.0%,V>4.5%,Si>8.5%，γ相区消失。
3、改变了共析含碳量：所有合金元素均使S点左移。
4．合金钢中碳化物形成元素（V，Cr，Mo，Mn等）所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。
答：答：基本类型：MC型；M2C型；M23C6型；M7C3型；M3C型；M6C型；（强K形成元素形成的K比较稳定，其顺序为：Ti>Zr>Nb>V>W,Mo>Cr>Mn>Fe）各种K相对稳定性如下：MC→M2C→M6C→M23C6→M7C3→M3C（高-------------------------低）5．主要合金元素（V，Cr，Ni，Mn，Si，B等）对过冷奥氏体冷却转变影响的作用机制。
4-1 在使用性能和工艺性能的要求上，工具钢和机器零件用钢有什么不同？工具钢使用性能：（1）硬度。
工具钢制成工具经热处理后具有足够高的硬度。
工具在高的切削速度和加工硬材料所产生高温的受热条件下，仍能保持高的硬度和良好的红硬性。
（2) 耐磨性。
工具钢具有良好的耐磨性，即抵抗磨损的能力.工具在承受相当大的压力和摩擦力的条件下，仍能保持其形状和尺寸不变.（3）强度和韧性. 工具钢具有一定的强度和韧性，使工具在工作中能够承受负荷、冲击、震动和弯曲等复杂的应力，以保证工具的正常使用。
（4）其他性能。
由于各种工具的工作条件不同，工具用钢还具有一些其他性能，如模具用钢还应具有一定的高温力学性能、热疲劳性、导热性和耐磨腐蚀性能等。
工艺性能：（1）加工性。
工具钢应具有良好的热压力加工性能和机械加工性能,才能保证工具的制造和使用。
钢的加工性取决于化学成分、组织的质量。
(2）淬火温度范围。
工具钢的淬火温度应足够宽，以减少过热的可能性.(3）淬硬性和淬透性. 淬硬性是钢在淬火后所能达到最高硬度的性能.淬硬性主要与钢的化学成分特别是碳含量有关，碳含量越高，则钢的淬硬性越高.淬透性表示钢在淬火后从表面到内部的硬度分布状况。
淬透性的高低与钢的化学成分、纯洁度、晶粒度有关。
根据用于制造不同的工具，对这两种性能各有一定的要求.（4）脱碳敏感性. 工具表面发生脱碳，将使表面层硬度降低，因此要求工具钢的脱碳敏感性低。
在相同的加条件下，钢的脱碳敏感性取决于其化学成分。
（5）热处理变形性. 工具在热处理时,要求其尺寸和外形稳定。
（6) 耐削性。
对很制造刀具和量具用钢。
要求具有良好的磨削性.钢的磨削性与其化学成分有关，特别是钒含量,如果钒质量分数不小于0。
50%则磨削性变坏。
机器零件用钢使用性能：（1）较高的疲劳强度和耐久强度.（2）高的屈服强、抗拉强度以及较高的断裂抗力。
（3）良好的耐磨性和接触疲劳强度。
（4）较高的韧性,以降低缺口敏感性。
gold纯铁常温晶体结构为体心立方，称为α铁9121394体心立方二、碳钢铁碳合金按碳的质量分数分为碳钢与铸铁[w(C)＞2.11％]两类。
碳钢是指以铁和碳元素为主，含有少量锰、硅、硫、磷、氧、氮等非特意加入元素的钢。
碳是其中最主要的合金元素。
1. 碳在铁碳合金中的作用在熔融态,碳可溶于液体铁中。
碳在α铁、γ铁和σ铁中均以间隙形式存在于固溶体中，分别称为铁素体、奥氏体和σ固溶体（或高温铁素体）。
碳还可以与铁一起形成化合物FeC，称为渗碳体。
3铁碳合金中碳还可能以石墨片、球或团絮的形态存在。
碳溶于熔融的液态铁中，使合金熔点(平衡凝固温度)降低，降低幅度随碳的质量分数增大而下降(ABC线)。
w(C) = 4.30％的铁碳合金熔点最低，超过这个最低点后，合金熔点随碳的质量分数的增加而上升。
不论是铁碳合金还是添加其他合金元素的三元合金，熔化和凝固都是在某一温度范围内进行。
AHJECF线为始熔(终凝)温度与碳的质量分数的关系。
℃时溶解度最线所示。
按质碳还使铁碳合金的同由于铁素体溶碳量很低，铁碳合金中的碳主要以渗渗碳体的熔点共晶点共析线共析点纯铁的熔点共晶线ACD 线—液相线AECF 线—固相线碳在奥氏体中的最大溶解度A3线Acm4. 碳钢的牌号及用途(1) 普通碳素结构钢普通碳素结构钢简称普碳钢，按力学性能供应。
钢号有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275等5种。
数字表示其最低屈服强度。
Q195、Q215、Q235钢塑性好，有一定的强度，通常轧制成钢板、钢筋、钢管等，可用于制造桥梁、建筑物等构件，也可用于制造螺钉、螺帽、铆钉等。
Q255、Q275钢强度较高，常轧制成型钢、钢板作构件用。
(3) 铸钢铸钢牌号的表示是在数字前冠以“ZG”，数字则代表钢中碳的平均质量分数(以万分数表达)。
例如ZG25，表示w(C)＝0.25％的铸钢。
铸钢可用来制造形状复杂而需要一定强度、塑性和韧度的零件，如起重运输机中的齿轮、联轴器及重要的机件。
《工程材料》习题第一章第二章习题一、名称解释疲劳强度、过冷度、晶格、变质处理、晶体结构、晶体二、判断题1、金属结晶的必要条件是快冷。
2、细晶粒金属的强度高但塑性差。
3、凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
4、金属的晶界是面缺陷。
晶粒越细，晶界越多，金属的性能越差。
5、纯金属的实际结晶温度与其冷却速度有关。
6、晶界是一种面缺陷，所以晶界面积越大，金属的机械性能越差。
7、实际金属在不同方向上的性能是不一样的。
8、所有金属材料在拉伸时均有明显的屈服现象。
三、选择题1、决定金属结晶后晶粒大小的因素a)液态金属的形核率b)金属的实际结晶温度c)结晶速率d)晶核的长大速率2、工程上使用的金属材料一般都具有a)各向异性b)各向同性c)伪各向异性d)伪各向同性3、金属在结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度a)越高b)越低c)越接近理论结晶温度d)不能确定4、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5、同素异构转变伴随着体积的变化，其主要原因是a)晶粒尺寸发生变化b)过冷度发生变化c)致密度发生变化d)晶粒长大速度发生变化6、铸造条件下，冷却速度越大，则a)过冷度越大，晶粒越细b)过冷度越大，晶粒越粗c)过冷度越小，晶粒越细d)过冷度越大，晶粒越粗四、填空题1、金属在结晶过程中，冷却速度越大，则过冷度越，晶粒越，强度越，塑性越。
2、金属的结晶主要由和两个基本过程组成。
3、金属结晶过程中，细化晶粒的方法有、和。
4、实际金属中存在、、缺陷。
其中，位错是缺陷，晶界是缺陷。
第三章习题一、名称解释固溶强化弥散强化相金属化合物固溶体二、判断题9、金属化合物相与固溶体相的本质区别在于前者的硬度高、脆性大。
10、由于溶质原子对位错运动具有阻碍作用，因此造成固溶体合金的强度、硬度提高。
11、固溶体的强度、·一定比溶剂金属的强度、硬度高。
三、选择题1、固溶体合金在结晶时a)不发生共晶转变b)要发生共晶转变c)必然有二次相析出d)多数要发生共析转变2、二元合金中，铸造性能最好的合金是：a)固溶体合金b)共晶合金c)共析合金d)包晶成分合金3、同素异构转变伴随着体积的变化，其主要原因是：a)晶粒尺寸发生变化b)过冷度发生变化c)致密度发生变化d)晶粒长大速度发生变化4、二元合金中，压力加工性能最好的合金是a)固溶体合金b)共晶合金c)共析合金d)包晶成分合金四、填空题1、强化金属材料的基本方法：、和。
图1 钢合金化原理、主线、核心和设计思路2、结构钢复习小结表1 典型结构钢的特点、应用及演变横向图2 材料成分、工艺、组织、性能间的关系3、合金工具钢复习小结表2 典型工具钢的特点、应用及演变图2 铸铁成分、工艺、组织、性能关系图3 铝合金分类和性能特点总复习提要一、主线、核心和“思想”主线：零件服役条件→技术要求→选择材料→强化工艺→组织结构→最终性能→应用、失效。
寻求最佳方案，充分发掘材料潜力。
（1）同一零件可用不同材料及相应工艺。
例：调质钢符合淬透性原则可代用，柴油机连杆螺栓可用40Cr调质，也可用15MnVB；工模具钢，CrWMn、9SiCr、9Mn2V等钢在有些情况下也可考虑代用。
（2）同一材料，可采用不同的强化工艺。
例：60Si2Mn，有常规中温回火，也可等温淬火；T10钢，淬火方法有水、水-油、分级等。
根据不同零件的服役条件，考虑改进工艺，以达到提高零件寿命的目的。
强化工艺不同，组织有所不同，但都能满足零件的性能要求。
通过分析、试验，可得到最佳的强化工艺。
考虑问题不可呆板、机械、照搬书本，不要认为中C就是调质，低合金超高强度钢就是用低温回火工艺。
弹簧钢就是中温回火?其实，60Si2Mn有时也可用作模具。
某些低合金工具钢也可做主轴，GCr15也可制作量具、模具等。
要学活，思路要宽。
提出独特见解，怎样才能做到?核心：核心是合金化基本原理。
这是材料强韧化矛盾的主要因素，要真正理解“合金元素的作用，主要不在于本身的固溶强化，而在于对合金材料相变过程的影响，而良好的作用只有在合适的处理条件下才能得到体现。
”应该主要从强化机理和相变过程两个方面来考虑。
掌握了合金元素的作用，才能更好地理解各类钢的设计与发展，才能更好地采用热处理等强化工艺。
从钢厂出来，钢成分已定。
如何在这基础上充分优化材料的使用性能，关键就在于热处理等处理工艺。
企业中的许多问题都是因为在材料的加工过程中的工艺存在问题。
总结一下常用合金元素的作用、表现是很有必要的。
