金属学与热处理练习题答案
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可编辑修改精选全文完整版金属材料与热处理试题(含答案)金属材料与热处理(答案直观方便)一.填空(每空0.5分共15分)1.纯铁在室温下具有体心立方晶体结构,马氏体是碳在α-Fe 中的过饱和固溶体2.钢的基本组织(相)包括铁素体、渗碳体、奥氏体。
3.通常钢按化学成分碳素钢、合金钢。
4.铁碳合金中的共析线指PSK ,A3线指GS 。
5.一种物质均匀地分布(溶解)于另一种固体物质中所形成的溶合体叫做固溶体。
可分为间隙固溶体和置换固溶体两种基本类型。
6.金属晶体中最常见的晶格类型有面心立方、体心立方、密排六方。
7.一般钢中硫(S)元素的有害作用是使钢产生热脆性,而磷(P)元素的有害作用为使钢产生冷脆性。
8.40Cr钢中碳的平均质量分数为0.40% 。
9.金属的性能一般分为使用性能和工艺性能。
10.表征钢试样淬硬层深度和硬度分布的特性就钢的淬透性。
11.湘钢常用的检验钢的宏观组织的检验方法有酸浸试验、硫印试验、塔形发纹试验三种。
12.典型的铸锭结晶的宏观组织由表面细晶区,次表面柱状晶区和中心等轴晶区三部分组成。
13.硫印试样受检面的表面粗糙度要求为0.8μ。
14.在物质内部,凡原子作有序、有规则排列的称为晶体,凡原子呈无序堆积状况的,称为非晶体。
二.选择(每题1分共20分)1.下列哪种组织不属于铁碳合金的基本组成相(C)A.铁素体B.奥氏体C.珠光体D.渗碳体2.马氏体的硬度主要取决于(B)A.淬火加热温度B.碳含量C.淬火冷却速度3.下列几种钢中,(B)是合金结构钢A.Q235 A.FB.40CrC.T10D.W18Cr4V4.调质处理就是(A)的热处理工艺。
A.淬火+高温回火B.淬火+中温回火C.淬火+低温回火5.下列性能中属于金属使用性能的是(B)A.热处理性能B.物理性能C.锻造性能6.下列各纯铁的素异构体中,具有相同晶体结构的一组为(C)A.δ-Fe γ-FeB.γ-Fe α-FeC.δ-Fe α-Fe7.晶粒细化对强度和塑韧性的影响分别是(B)A.晶粒越细,强度越高,塑韧性越差B.晶粒越细,强度越高,塑韧性越好C.晶粒越细,强度越低,塑韧性越差D.晶粒越细,强度越低,塑韧性越好8.下列属于钢的常存元素的为(A)A.Si Mn P SB.Si Mn Cr NbC.Si Cr P SD.Si P C S9.钢的热处理过程中,临界温度的关系为(A)A.A c1﹥A1﹥A r1B.A r1﹥A1﹥A c1C.A c1﹥A r1﹥A1D.A r1﹥A c1﹥A110.影响钢的淬透性的主要因素(C)A.淬火加热温度B.淬火冷却速度C.钢的化学成分D.加热保温时间11.理化检测人员必须按照有关(D)进行检验A.手册B.经验C.教科书D.国家标准/行业标准12.下列缺陷均属于连铸方坯低倍缺陷的是(C)A.一般疏松边部裂纹中心裂纹B.中间裂纹轴心晶间裂纹角部裂纹C.边部裂纹中心裂纹中间裂纹D.皮下气泡白点缩孔13.酸蚀试样的受检面应距烧割面至少(D)A.5mm以上B.10mm以上C.20mm以上D.40mm以上14.热酸蚀试验采用的酸液一般是(D)A.1:2的工业浓盐酸水溶液B.2:1的工业浓盐酸水溶液C.3:1的工业浓盐酸水溶液D.1:1的工业浓盐酸水溶液15.45钢在室温的平衡组织为:(A)A.铁素体+珠光体B.铁素体+奥氏体C.珠光体D.珠光体+渗碳体16.下列哪两种低倍缺陷还需要观察试样的纵截面后才能确定(D)A.一般疏松中心疏松B.皮下气泡白点C.残余缩孔轴心晶间裂纹D.白点轴心晶间裂纹17.下列材料中(A)适宜做冲压件A.08FB.Q345BC.40CrD.37Mn518.实际金属晶体结构中的晶界属于晶体缺陷中的(B)A.点缺陷B.面缺陷C.线缺陷19.维氏硬度试验采用的压头(B)A.120o的金刚石圆锥体B.136o的金刚石正四棱锥体C.硬质合金球20.一般情况下,高温回火后获得的组织为(A)A.回火索氏体B.回火马氏体C.回火托氏体D.回火贝氏体三.判断(每题1分共20分)1.晶体中的原子是排列有序的(√)2.纯金属是导电的,而合金则不导电(ⅹ)3.任何情况下,Q345钢在室温下的组织都为铁素体+珠光体(ⅹ)4.去应力退火过程中不发生组织转变(√)5.钢的淬火温度都应加热到单相奥氏体(ⅹ)6.随过冷度增加,珠光体相变产物越来越细,强度越来越高(√)7.除了碳元素以外,还含有其他元素的钢称为合金钢(ⅹ)8.钢的含碳量越高,其强度硬度越高,塑性韧性越好(ⅹ)9.珠光体是奥氏体和渗碳体的机械混合物(ⅹ)10.快速冷却时不可以用Fe-C相图判断组织转变(√)11.硫印试验所用的硫酸水溶液的浓度一般为3%左右(√)12.可采用完全退火来消除过共析钢中的网状渗碳体(ⅹ)13.淬火后的钢一般需要及时进行回火(√)14.优质碳素结构钢一般用于制作机械零件(√)15.GCr15钢中铬的质量分数w(Cr)为15% (ⅹ)16.所有的酸蚀试验,不管是热酸蚀试验,还是冷酸蚀试验或电解酸蚀,对试样检验面的表面粗糙度的要求均一样(ⅹ)17.硫印试验中,在试面清洗干净的前提下,同一个试面可重复做第二次、第三次硫印试验,但硫印时间要加倍(ⅹ)18.低倍检验中,中心疏松和一般疏松在本质上是没有区别的(√)19.酸蚀时,试样腐蚀不足时可以继续入槽腐蚀,但若腐蚀过重则需要重新加工0.5mm 以上(ⅹ)20.皮下气泡的特征一般是在试面的皮下呈分散或簇分布的细长裂缝和椭圆形气孔,并且裂缝一般垂直于钢坯表面(√)四.名词解释(每题3分,共15 分)1.相合金中具有相同的结构,相同的物理和化学性能,并以界面形式与系统中其余部分分开的均匀部分2.共析转变含碳为0.77%的奥氏体,在727℃(或A1线),同时析出铁素体与渗碳体,这种转变为共析转变(含C在0.77%的钢,在A1线附近发生P ≒A的反应就共析转变)3.亚共析钢含碳0.0218%~0.77%之间的钢。
金属学与热处理试卷及答案(期末练习题)1、金属的机械性能主要包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等指标。
其中,在静载荷下,衡量金属材料机械性能的指标有强度、硬度和塑性;在交变载荷和冲击载荷作用下,衡量金属材料机械性能的指标有韧性和疲劳强度。
2、常见的金属晶格类型有面心立方晶格、体心立方晶格和密棑六方晶格。
3、常用的回火方法有低温回火、中温回火和高温回火。
4、工程中常用的特殊性能钢有不锈钢、耐热钢和耐磨刚。
5、根据铝合金成分和工艺特点,可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。
6、按冶炼浇注时脱氧剂与脱氧程度分,碳钢分为镇静钢、半镇静钢、特殊镇静钢和沸腾钢。
7、铸铁中,碳以石墨形式析出的过程称为石墨化,影响石墨化的主要因素有化学成分和冷却速度。
8、分别填写下列铁碳合金组织符号:奥氏体A、铁素体F、渗碳体Fe3C、珠光体P、高温莱氏体LD、低温莱氏体LD’。
9、含碳量小于0.25%的钢为低碳钢,含碳量为0.25-0.6%的钢为中碳钢,含碳量大于0.6%的钢为高碳钢。
10、三大固体工程材料是指高分子材料、复合材料和陶瓷材料。
选择题:1、拉伸试验时,试样拉断前能承受的最大拉应力称为材料的抗拉强度。
2、金属的塑性越好,其锻造性能就越好。
3、根据金属铝的密度,它属于轻金属。
4、位错是一种线缺陷。
5、晶体中原子一定规则排列的空间几何图形称晶格。
6、实际生产中,金属冷却时,理论结晶温度总是大于实际结晶温度。
珠光体具有一定强度和塑性,硬度适中,而莱氏体则硬度高但塑性差。
Q235-F表示屈服点大于235的沸腾钢,KTZ450-06表示抗拉强度大于450MPa,断后伸长率大于6%的可锻铸铁,H68表示质量分数为68%的黄铜,锌为32%,而530HBW5/750表示直径为5的球在750kgf的力量下保持10-15秒的硬度值为530.为提高零件疲劳寿命,可以采取减轻应力集中、改善表面粗糙度、减少缺口效应以及采用表面热处理、化学热处理和表面复合强化工艺等方法。
金属材料与热处理练习题库与参考答案一、单选题(共30题,每题1分,共30分)1、根据石墨形态不同,铸铁的分类错误的是( )。
A、麻口铸铁B、球墨铸铁C、蠕墨铸铁D、灰铸铁正确答案:A2、GCrl5SiMn钢属于:( )。
A、滚动轴承钢B、刃具钢C、量具钢D、模具钢正确答案:A3、马氏体组织有两种形态( )。
A、树状、针状B、板条、针状C、板条、树状D、索状、树状正确答案:B4、淬火后铝合金的强度和硬度随时间而发生显著提高的现象称为( )。
A、淬火处理B、正火处理C、时效或沉淀强化D、退火处理正确答案:C5、加工硬化现象的最主要原因是( )。
A、晶粒破碎细化B、位错密度增加C、形成纤维组织正确答案:B6、a-Fe转变为y-Fe时的温度为( )摄氏度。
A、912B、770C、1538正确答案:A7、作为碳素工具钢,含碳量一般应为( )。
A、<0.25%B、>0.7%C、<0.55&D、>2.1%正确答案:B8、铜的熔点为( )。
A、1023℃B、2032℃C、1083℃D、3245℃正确答案:C9、钢的()是指钢淬火时获得一定淬透层深度的能力。
A、淬透性B、淬硬性C、时效D、冷处理正确答案:A10、ZG25表示含碳量为( )的铸造碳钢。
A、0.0025B、0.0037C、0.0028D、0.0035正确答案:A11、根据拉伸实验过程中拉伸实验力和伸长量关系,画出的--伸长曲线(拉伸图)可以确定出金属的()。
A、强度和韧性B、强度和塑性C、塑性和韧性D、强度和硬度正确答案:B12、拉伸实验时,试样拉断前所能承受的最大应力称为材料的 ( )。
A、弹性极限B、屈服强度C、抗拉强度正确答案:C13、()是硬而脆的相。
A、奥氏体B、贝氏体C、马氏体正确答案:C14、金属材料的组织不同,其性能()。
A、与组织无关B、不确定C、不同D、相同正确答案:C15、共晶白口铸铁的室温组织是( )。
第一章金属的晶体结构马氏体沉淀硬化不锈钢,它是美国 ARMCO 钢公司在1949年发表的,其特点是强度高,耐蚀性好,易焊接,热处理工艺简单,缺点是延韧性和切削性能差,这种马氏体不锈钢与靠间隙元素碳强化的马氏体钢不同,它除靠马氏体相变外并在它的基体上通过时效处理析出金属间化合物来强化。
正因为如此而获得了强度高的优点,但延韧性却差。
1、试用金属键的结合方式,解释金属具有良好的导电性、正的电阻温度系数、导热性、塑性和金属光泽等基本特性.答:(1)导电性:在外电场的作用下,自由电子沿电场方向作定向运动。
(2)正的电阻温度系数:随着温度升高,正离子振动的振幅要加大,对自由电子通过的阻碍作用也加大,即金属的电阻是随温度的升高而增加的。
(3)导热性:自由电子的运动和正离子的振动可以传递热能。
(4) 延展性:金属键没有饱和性和方向性,经变形不断裂。
(5)金属光泽:自由电子易吸收可见光能量,被激发到较高能量级,当跳回到原位时辐射所吸收能量,从而使金属不透明具有金属光泽。
2、填空:1)金属常见的晶格类型是面心立方、体心立方、密排六方。
2)金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽主要是因为金属原子具有金属键的结合方式。
3)物质的原子间结合键主要包括金属键、离子键和共价键三种。
4)大部分陶瓷材料的结合键为共价键。
5)高分子材料的结合键是范德瓦尔键。
6)在立方晶系中,某晶面在x轴上的截距为2,在y轴上的截距为1/2;与z轴平行,则该晶面指数为(( 140 )) .7)在立方晶格中,各点坐标为:A (1,0,1),B (0,1,1),C (1,1,1/2),D(1/2,1,1/2),那么AB 晶向指数为(-110),OC晶向指数为(221),OD晶向指数为(121)。
8)铜是(面心)结构的金属,它的最密排面是(111 )。
9) α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn中属于体心立方晶格的有(α-Fe 、 Cr、V ),属于面心立方晶格的有(γ-Fe、Al、Cu、Ni ),属于密排六方晶格的有( Mg、Zn )。
金属材料热处理习题库及参考答案一、单选题(共119题,每题1分,共119分)1.GCr15属于A、合金工具钢B、合金结构钢C、滚动轴承钢正确答案:C2.广泛用于重要的受力构件,比如齿轮、曲轴的回火方法是A、高温回火B、中温回火C、低温回火正确答案:A3.用于科研的铝称为A、工业高纯铝B、高纯铝C、工业纯铝正确答案:B4.加热后转化或熔化,冷却后硬化成型,且这一过程可反复进行的工程塑料为A、复合材料B、热塑性工程塑料C、热固性工程塑料正确答案:B5.主要用于碳素工具钢制造的容易开裂的,比较小的工件的淬火方法是A、分级淬火B、单液淬火C、双介质淬火正确答案:C6.可制作车刀,铣刀,钻头等,不能进行切削加工的硬质合金是A、M类硬质合金B、P类硬质合金C、K类硬质合金正确答案:A7.用于制造法兰、齿轮以及化工管道、医疗器械的工程塑料是A、ISOB、GBC、ISS正确答案:B8.力学性能不如马氏体不锈钢,塑性不及奥氏体不锈钢,多用于受力不大的耐酸结构件和抗氧化钢使用的是A、奥氏体不锈钢B、铁素体不锈钢C、马氏体不锈钢正确答案:B9.YW1表示A、M类硬质合金B、P类硬质合金C、K类硬质合金正确答案:A10.YG8表示A、P类硬质合金B、M类硬质合金C、K类硬质合金正确答案:C11.广泛用于重要的受力构件,应该采取的回火是A、低温回火B、中温回火C、高温回火正确答案:C12.用于刀具、量具冷冲模以及其他要求高硬度,高耐磨性零件的回火方法是A、中温回火B、低温回火C、高温回火正确答案:B13.9SiCr属于A、合金结构钢B、合金工具钢正确答案:B14.用于制作各种家用不锈钢厨具、餐具的不锈钢是A、奥氏体不锈钢B、铁素体不锈钢C、马氏体不锈钢正确答案:B15.直板手机壳属于A、热固性塑料B、复合材料C、热塑性塑料正确答案:A16.下列哪个不是硬质合金的特点?A、韧性好B、耐磨性好C、硬度高、红硬性高正确答案:A17.广泛用于制造桥梁、车辆、压力容器等的钢是A、低合金高强度结构钢B、合金结构钢C、合金工具钢正确答案:A18.用做铝合金的原料、特殊化学器械的是哪种铝?A、工业纯铝B、工业高纯铝C、高纯铝正确答案:B19.下列哪个不是合金元素在钢中的作用?A、细化晶粒B、强化铁素体,使钢的塑性、韧性下降C、降低钢的回火稳定性正确答案:C20.38CrMoAl钢是属于合金( )。
1. 金属材料的力学性能主要取决于其()。
A. 化学成分B. 组织结构C. 热处理工艺D. 生产工艺答案:B2. 金属在高温下长期加热,组织、性能不发生变化的热处理工艺是()。
A. 正火B. 淬火C. 回火D. 热处理答案:C3. 金属在加热到一定温度后,保温一段时间,然后以适当的冷却速度冷却到室温的热处理工艺是()。
A. 正火B. 淬火C. 回火D. 热处理答案:A4. 金属在加热到一定温度后,保温一段时间,然后快速冷却到室温的热处理工艺是()。
A. 正火B. 淬火C. 回火答案:B5. 金属在加热到一定温度后,保温一段时间,然后以适当的冷却速度冷却到室温,以消除内应力的热处理工艺是()。
A. 正火B. 淬火C. 回火D. 热处理答案:D6. 金属在加热到一定温度后,保温一段时间,然后缓慢冷却到室温的热处理工艺是()。
A. 正火B. 淬火C. 回火D. 热处理答案:C7. 金属在加热到一定温度后,保温一段时间,然后快速冷却到室温的热处理工艺是()。
A. 正火B. 淬火C. 回火D. 热处理答案:B8. 金属在加热到一定温度后,保温一段时间,然后以适当的冷却速度冷却到室温,以提高其塑性的热处理工艺是()。
B. 淬火C. 回火D. 热处理答案:A9. 金属在加热到一定温度后,保温一段时间,然后快速冷却到室温,以提高其硬度的热处理工艺是()。
A. 正火B. 淬火C. 回火D. 热处理答案:B10. 金属在加热到一定温度后,保温一段时间,然后缓慢冷却到室温,以提高其韧性的热处理工艺是()。
A. 正火B. 淬火C. 回火D. 热处理答案:C二、判断题1. 金属的力学性能与化学成分无关。
()答案:×(金属的力学性能与其化学成分密切相关)2. 金属在加热过程中,组织结构不会发生变化。
()答案:×(金属在加热过程中,组织结构会发生相应的变化)3. 正火和淬火都是快速冷却的热处理工艺。
()答案:×(正火是缓慢冷却,淬火是快速冷却)4. 回火可以提高金属的硬度。
金属学与热处理习题及答案金属学与热处理习题及答案金属学是研究金属材料的结构、性质和加工工艺的学科,而热处理则是指通过加热和冷却来改变金属材料的性质和结构。
在学习金属学和热处理的过程中,习题是非常重要的一部分,通过解答习题可以加深对知识的理解和掌握。
下面将给出一些金属学与热处理的习题及答案。
习题一:金属的晶体结构1. 金属的晶体结构有哪几种?2. 铁素体和奥氏体的晶体结构分别是什么?3. 钨的晶体结构是什么?答案:1. 金属的晶体结构有面心立方结构、体心立方结构和简单立方结构。
2. 铁素体的晶体结构为体心立方结构,奥氏体的晶体结构为面心立方结构。
3. 钨的晶体结构为简单立方结构。
习题二:金属的机械性能1. 什么是屈服强度和抗拉强度?2. 强度和韧性之间的关系是什么?3. 金属的硬度和强度有什么区别?答案:1. 屈服强度是指材料在受力过程中开始发生塑性变形的应力值,抗拉强度是指材料在拉伸过程中最大的抗拉应力值。
2. 强度和韧性是互相矛盾的,一般来说,材料的强度越高,韧性越低。
3. 金属的硬度是指材料抵抗局部压痕的能力,而强度是指材料抵抗外力破坏的能力。
习题三:热处理工艺1. 什么是退火和淬火?2. 淬火的目的是什么?3. 淬火过程中的冷却介质有哪些?答案:1. 退火是将金属材料加热到一定温度,然后缓慢冷却的过程,目的是消除材料内部的应力和改善其机械性能。
淬火是将金属材料加热到一定温度,然后迅速冷却的过程,目的是使材料具有高硬度和高强度。
2. 淬火的目的是通过迅速冷却来使材料的组织发生相变,从而提高材料的硬度和强度。
3. 淬火过程中常用的冷却介质有水、油和盐溶液等。
习题四:金属的腐蚀与防护1. 什么是金属的腐蚀?2. 金属腐蚀的原因有哪些?3. 防止金属腐蚀的方法有哪些?答案:1. 金属的腐蚀是指金属在与外界介质接触时,发生化学反应而使其性能和结构受到破坏的过程。
2. 金属腐蚀的原因主要有氧化、电化学腐蚀和化学腐蚀等。
(完整版)金属材料与热处理试题及答案金属材料与热处理一、填空题(30分,每空1分)1、常见的金属晶体类型有_体心立方_晶格、__面心立方__晶格和密排六方晶格三种。
2、金属的整个结晶过程包括形核_____、___长大_______两个基本过程组成。
3、根据溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同,固溶体分为_间隙固溶体_与_置换固溶体_两种。
4、工程中常用的特殊性能钢有_不锈钢__、_耐热钢_、耐磨钢。
5、常用的常规热处理方法有___回火___、正火和淬火、__退火__。
6、随着回火加热温度的升高,钢的__强度__和硬度下降,而_塑性___和韧性提高。
7、根据工作条件不同,磨具钢又可分为_冷作模具钢_、__热作模具钢__和塑料磨具用钢等。
8、合金按照用途可分为_合金渗碳体_、_特殊碳化物_和特殊性能钢三类。
9、合金常见的相图有__匀晶相图__、_共晶相图__、包晶相图和具有稳定化合物的二元相图。
10、硬质合金是指将一种或多种难熔金属_碳化物__和金属粘结剂,通过_粉末冶金__工艺生产的一类合金材料。
11、铸铁的力学挺能主要取决于_基体的组织_的组织和石墨的基体、形态、_数量_以及分布状态。
12、根据铸铁在结晶过程中的石墨化程度不同,铸铁可分为_灰口铸铁__、_白口铸铁_和麻口铸铁三类。
13、常用铜合金中,_青铜_是以锌为主加合金元素,_白铜_是以镍为主加合金元素。
14、铁碳合金的基本组织中属于固溶体的有_铁素体_和_奥氏体_,属于金属化合物的有_渗碳体_,属于混合物的有_珠光体_和莱氏体。
二、选择题(30分,每题2分)1、铜只有通过冷加工并经随后加热才能使晶粒细化,而铁则不需冷加工,只需加热到一定温度即使晶粒细化,其原因是( C )A 铁总是存在加工硬化,而铜没有B 铜有加工硬化现象,而铁没有C 铁在固态下有同素异构转变,而铜没有D 铁和铜的再结晶温度不同α-是具有( A )晶格的铁。
2、FeA 体心立方B 面心立方C密排六方 D 无规则几何形状3、以下哪种铸铁的断口呈灰黑色?( D )A 马口铁B 白口铸铁C 麻口铸铁 D灰铸铁4、用于制造渗碳零件的钢称为(C )。
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 54.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 07.证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=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BC2=CE2+BE2则有CD2=OC2+1/2c2,即因此c/a=√8/3=8.试证明面心立方晶格的八面体间隙半径为r=解:面心立方八面体间隙半径r=a/2-√2a/4=面心立方原子半径R=√2a/4,则a=4R/√2,代入上式有R=√2=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,α-Fe 的晶格常数为,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;解:a令面心立方晶格与体心立方晶格的体积及晶格常数分别为V面、V 踢与a面、a体,钢球的半径为r,由晶体结构可知,对于面心晶胞有4r=√2a面,a面=2√2/2r,V面=a面3=2√2r3对于体心晶胞有4r=√3a体,a体=4√3/3r,V体=a体3=4√3/3r3则由面心立方晶胞转变为体心立方晶胞的体积膨胀△V为△V=2×V体-V面=B按照晶格常数计算实际转变体积膨胀△V实,有△V实=2△V体-V面=2x3-3=实际体积膨胀小于理论体积膨胀的原因在于由γ-Fe转化为α-Fe时,Fe 原子的半径发生了变化,原子半径减小了;10.已知铁和铜在室温下的晶格常数分别为和,求1cm3中铁和铜的原子数; 解:室温下Fe为体心立方晶体结构,一个晶胞中含2个Fe原子,Cu为面心立方晶体结构, 一个晶胞中含有4个Cu原子1cm3=1021nm3令1cm3中含Fe的原子数为N Fe,含Cu的原子数为N Cu,室温下一个Fe 的晶胞题解为V Fe,一个Cu晶胞的体积为V Cu,则N Fe=1021/V Fe=1021/3=N Cu=1021/V Cu=1021/3=11.一个位错环能不能各个部分都是螺型位错或者刃型位错,试说明之;解:不能,看混合型位错13.试计算{110}晶面的原子密度和111晶向原子密度;解:以体心立方{110}晶面为例{110}晶面的面积S=a x √2a{110}晶面上计算面积S内的原子数N=2则{110}晶面的原子密度为ρ=N/S= √2a-2111晶向的原子密度ρ=2/√3a15.有一正方形位错线,其柏式矢量如图所示,试指出图中各段线的性能,并指出任性位错额外串排原子面所在的位置;D CbA BAD、BC段为刃型位错;DC、AB段为螺型位错AD段额外半原子面垂直直面向里BC段额外半原子面垂直直面向外第二章习题1.证明均匀形核时,形成临界晶粒的ΔGk 与其体积V 之间的关系为ΔG k = V/2△G v证明:由均匀形核体系自由能的变化1可知,形成半径为r k的球状临界晶粒,自由度变化为2对2进行微分处理,有3将3带入1,有4由于,即3V=r k S 5将5带入4中,则有2.如果临界晶核是边长为a 的正方形,试求其△Gk 和a 的关系;为什么形成立方晶核的△G k比球形晶核要大3.为什么金属结晶时一定要有过冷度,影响过冷度的因素是什么,固态金属融化时是否会出现过热,为什么答:由热力学可知,在某种条件下,结晶能否发生,取决于固相的自由度是否低于液相的自由度,即G =GS-GL<0;只有当温度低于理论结晶温度Tm 时,固态金属的自由能才低于液态金属的自由能,液态金属才能自发地转变为固态金属,因此金属结晶时一定要有过冷度; 影响过冷度的因素:影响过冷度的因素:1金属的本性,金属不同,过冷度大小不同;2金属的纯度,金属的纯度越高, 过冷度越大;3冷却速度,冷却速度越大,过冷度越大; 固态金属熔化时会出现过热度;原因:由热力学可知,在某种条件下,熔化能否发生,取决于液相自固态金属熔化时会出现过热度;原因:由度是否低于固相的自由度,即G = GL-GS<0;只有当温度高于理论结晶温度Tm 时,液态金属的自由能才低于固态金属的自由能,固态金属才能自发转变为液态金属,因此金属熔化时一定要有过热度;4.试比较均匀形核和非均匀形核的异同点;相同点:均匀形核与非均匀形核具有相同的临界晶核半径,非均匀形核的临界形核功也等于三分之一.不同点:非均匀形核要克服的位垒比均匀形核的小得多,在相变的形核过程通常都是非均匀形核优先进行;核心总是倾向于以使其总的表面能和应变能最小的方式形成,因而析出物的形状是总应变能和总表面能综合影响的结果;5.说明晶体成长形状与温度梯度的关系1、在正的温度梯度下生长的界面形态:光滑界面结晶的晶体,若无其它因素干扰,大多可以成长为以密排晶面为表面的晶体,具有规则的几何外形;粗糙界面结构的晶体,在正的温度梯度下成长时,其界面为平行于熔点等温面的平直界面,与散热方向垂直,从而使之具有平面状的长大形态,可将这种长大方式叫做平面长大方式;2、在负的温度梯度下生长的界面形态粗糙界面的晶体在负的温度梯度下生长成树枝晶体;主干叫一次晶轴或一次晶枝;其它的叫二次晶或三次晶;对于光滑界面的物质在负的温度梯度下长大时,如果杰克逊因子α不太大时可能生长为树枝晶,如果杰克逊因子α很大时,即使在负的温度梯度下,仍有可能形成规则形状的晶体;6.简述三晶区形成的原因及每个晶区的性能特点形成原因:1表层细晶区:低温模壁强烈地吸热和散热,使靠近模壁的薄层液体产生极大地过冷, 形成原因形成原模壁又可作为非均匀形核的基底,在此一薄层液体中立即产生大量的晶核,并同时向各个方向生长; 晶核数目多,晶核很快彼此相遇,不能继续生长,在靠近模壁处形成薄层很细的等轴晶粒区;2 柱状晶区:模壁温度升高导致温度梯度变得平缓;过冷度小,不能生成新晶核,但利于细晶区靠近液相的某些小晶粒长大;远离界面的液态金属过热,不能形核;垂直于模壁方向散热最快,晶体择优生长;3中心等轴晶区:柱状晶长到一定程度后,铸锭中部开始形核长大---中部液体温度大致是均匀的,每个晶粒的成长在各方向上接近一致,形成等轴晶;性能特点:1表层细晶区:组织致密,力学性能好;2柱状晶区:组织较致密,存在弱面,力学性能有方向性;3中心等轴晶区:各晶粒枝杈搭接牢固,无弱面,力学性能无方向性;7.为了得到发达的柱状晶区应采用什么措施,为了得到发达的等轴晶区应采取什么措施其基本原理如何答:为了得到发达的柱状晶区应采取的措施:1控制铸型的冷却能力,采用导热性好与热容量大的铸型为了得到发达的柱状晶区应采取的措施:材料,增大铸型的厚度,降低铸型的温度;2提高浇注温度或浇注速度;3提高熔化温度; 基本原理:基本原理:1铸型冷却能力越大,越有利于柱状晶的生长;2提高浇注温度或浇注速度,使温度梯度增大,有利于柱状晶的生长;3熔化温度越高,液态金属的过热度越大,非金属夹杂物溶解得越多, 非均匀形核数目越少,减少了柱状晶前沿液体中的形核的可能,有利于柱状晶的生长;为了得到发达的等轴晶区应采取的措施:为了得到发达的等轴晶区应采取的措施:1控制铸型的冷却能力,采用导热性差与热容量小的铸型材等轴晶区应采取的措施料,增大铸型的厚度,提高铸型的温度;2降低浇注温度或浇注速度;3降低熔化温度;基本原理:基本原理:1铸型冷却能力越小,越有利于中心等轴晶的生长;2降低浇注温度或浇注速度,使温度梯度减小,有利于等轴晶的生长;3熔化温度越低,液态金属的过热度越小,非金属夹杂物溶解得越少,非均匀形核数目越多,增加了柱状晶前沿液体中的形核的可能,有利于等轴晶的生长;第三章习题1.在正温度梯度下,为什么纯金属凝固时不能呈树枝状生长,而固溶体合金却能呈树枝状成长纯金属凝固时,要获得树枝状晶体,必需在负的温度梯度下;在正的温度梯度下,只能以平面状长大;而固溶体实际凝固时,往往会产生成分过冷,当成分过冷区足够大时,固溶体就会以树枝状长大;2.何谓合金平衡相图,相图能给出任一条件下的合金显微组织吗合金平衡相图是研究合金的工具,是研究合金中成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础,也是制定各种热加工工艺的依据;其中二元合金相图表示二元合金相图表示在平衡状态下,合金的组成相或组织状态与温度、成分、压力之间关系的简明图解;平衡状态:合金的成分、质量份数不再随时间而变化的一种状态; 合金的极缓慢冷却可近似认为是平衡状态;三元合金相图是指独立组分数为3的体系,该体系最多可能有四个自由度,即温度、压力和两个浓度项,用三维空间的立体模型已不足以表示这种相图;若维持压力不变,则自由度最多等于3,其相图可用立体模型表示;若压力、温度同时固定,则自由度最多为2,可用平面图来表示;通常在平面图上用等边三角形有时也有用直角坐标表示的来表示各组分的浓度;不能,相图只能给出合金在平衡条件下存在的合金显微组织4.何谓成分过冷成分过冷对固溶体结晶时晶体长大方式和铸锭组织有何影响在固溶体合金凝固时,在正的温度梯度下,由于固液界面前沿液相中的成分有所差别,导致固液界面前沿的熔体的温度低于实际液相线温度,从而产生的过冷称为成分过冷;这种过冷完全是由于界面前沿液相中的成分差别所引起的;温度梯度增大,成分过冷减小; 成分过冷必须具备两个条件:第一是固~液界面前沿溶质的富集而引起成分再分配;第二是固~液界面前方液相的实际温度分布,或温度分布梯度必须达到一定的值;对合金而言,其凝固过程同时伴随着溶质再分配,液体的成分始终处于变化当中,液体中的溶质成分的重新分配改变了相应的固液平衡温度,这种关系有合金的平衡相图所规定;利用“成分过冷”判断合金微观的生长过程;第四章习题1.分析分析ωc=%,wc=%,wc=%的铁碳合金从液态平衡冷却到室温的转变过程;ωc=%: L---L+δ---δ→γ1495度---γ+L---γ----α+γ----γ→α727度---α+Fe3C; γ=A,α=F;下同ωc=%: L---γ+L---γ----α+γ----γ→α727度---α+Fe3C;ωc=%: L---γ+L---γ----Fe3C+γ----γ→α727度---α+Fe3C;室温下相组成物的相对含量:ωc=%,渗碳体相对含量= %,余量铁素体ωc=%,渗碳体相对含量= %,余量铁素体ωc=% 渗碳体相对含量= %,余量铁素体室温下组织组成物的相对含量:ωc=%,珠光体相对含量=余量铁素体ωc=%,珠光体相对含量= %,余量铁素体ωc=%,渗碳体相对含量= %,余量珠光体2.分析ωc=%、ωc=%的铁碳合金从液态到室温的平衡结晶过程,画出冷却曲线和组织转变示意图,并计算室温下的组织组成物和相组成物;解:下图表示ωc=%%的铁碳合金从液态到室温的平衡结晶过程:下图表示ωc=%的铁碳合金从液态到室温的平衡结晶过程:3.计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体最大可能含量;答:铁碳合金中二次渗碳体即Fe3CⅡ的最大可能含量产生在%C的铁碳合金中,因此Fe3CⅡmax=/x100%=%三次渗碳体即Fe3CⅢ的可能最大含量在%C的铁碳合金中,因此Fe3CⅢmax/x100%=%4.分别计算莱氏体中共晶渗碳体、二次渗碳体、共析渗碳体的含量;解:在莱氏体中,Fe3C共晶%=/100%=%Fe3CⅡ%=//100%=%Fe3C共析%=/%/100%=%5.为了区分两种弄混的钢,工人分别将A、B两块碳素钢试样加热至850 ℃保温后缓冷, 金相组织分别为:A试样的先共析铁素体面积为%,珠光体面积为%;B试样的二次渗碳体面积为%,珠光体面积为%;设铁素体和渗碳体的密度相同,铁素体的含碳量为零, 求A、B两种碳素钢的含碳量;解:这两个试样处理后都是得到的平衡态组织,首先判断A试样为亚共析钢,根据相图杠杆原理列出方程如下:/这样得到X=%,大概是45钢的成分范围;同理B试样为过共析钢/;X=%,大概是T12钢的范围,当然相应地还可以利用杠杆的另外一端来求了;6.利用Fe-FeC3相图说明铁碳合金的成分、组织和性能的关系;从相组成物的情况来看,铁碳合金在室温下的平衡组织均由铁素体和渗碳体组成,当碳质量分数为零时,合金全部由铁素体所组成,随着碳质量分数的增加,铁素体的量呈直线下降,到w c为%时降为零,相反渗碳体则由零增至100%;碳质量分数的变化不仅引起铁素体和渗碳体相对量的变化,而且两相相互组合的形态即合金的组织也将发生变化,这是由于成分的变化引起不同性质的结晶过程,从而使相发生变化的结果,由图3-35可见,随碳质量分数的增加,铁碳合金的组织变化顺序为:F→F+Fe3CⅢ→F+P→P→P+ Fe3CⅡ→P+ Fe3CⅡ+Le→Le→Le+ Fe3CⅠw c<%时的合金组织全部为铁素体,w c=%时全部为珠光体,w c=%时全部为莱氏体,w c=%时全部为渗碳体,在上述碳质量分数之间则为组织组成物的混合物;而且,同一种组成相,由于生成条件不同,虽然相的本质未变,但其形态会有很大的差异;如渗碳体,当w c<% 时,三次渗碳体从铁素体中析出,沿晶界呈小片状分布;经共析反应生成的共析渗碳体与铁素体呈交替层片状分布;从奥氏体中析出的二次渗体则以网状分布于奥氏体的晶界;共晶渗碳体与奥氏体相关形成,在莱氏体中为连续的基体,比较粗大,有时呈鱼骨状;从液相中直接析出的一次渗碳体呈规则的长条状;可见,成分的变化,不仅引起相的相对量的变化,而且引起组织的变化,从而对铁碳合金的性能产生很大的影响;1切削加工性能钢中碳质量分数对切削加工性能有一定的影响;低碳钢的平衡结晶组织中铁素体较多,塑性、韧性很好,切削加工时产生的切削热较大,容易黏刀,而且切屑不易折断,影响表面粗糙度,因此,切削加工性能不好;高碳钢中渗碳体较多,硬度较高,严重磨损刀具,切削性能也不好;中碳钢中铁素体与渗碳体的比例适当,硬度与塑性也比较适中,切削加工性能较好;一般说来,钢的硬度在170~250HBW时切削加工性能较好;2压力加工性能金属压力加工性能的好坏主要与金属的锻造性有关;金属的锻造性是指金属在压力加工时能改变形状而不产生裂纹的性能;钢的锻造性主要与碳质量分数及组织有关,低碳钢的锻造性较好,随着碳质量分数的增加,锻造性逐渐变差;由于奥氏体具有良好的塑性,易于塑性变形,钢加热到高温获得单相奥氏体组织时可具有良好的锻造性;白口铸铁无论在低温或高温,其组织都是以硬而脆的渗碳体为基体,锻造性很差,不允许进行压力加工;3铸造性能随着碳质量分数的增加,钢的结晶温度间隔增大,先结晶形成的树枝晶阻碍未结晶液体的流动,流动性变差;铸铁的流动性要好于钢,随碳质量分数的增加,亚共晶白口铁的结晶温度间隔缩小,流动性随之提高;过共晶白口铁的流动性则随之降低;共晶白口铁的结晶温度最低,又是在恒温下结晶,流动性最好;碳质量分数对钢的收缩性也有影响,一般说来,当浇注温度一定时,随着碳质量分数的增加,钢液温度与液相线温度差增加,液态收缩增大;同时,碳质量分数增加,钢的凝固温度范围变宽,凝固收缩增大,出现缩孔等铸造缺陷的倾向增大;此外,钢在结晶时的成分偏析也随碳质量分数的增加而增大; 相图有哪些应用,又有哪些局限性答:铁—渗碳体相图的应用:1在钢铁选材方法的应用;2在铸造工艺方法的应用;3在热锻、热轧、热锻工艺方法的应用;4在热处理工艺方法的应用;渗碳体相图的局限性:1只反映平衡相,而非组织;2只反映铁二元合金中相的平衡;3不能用来分析非平衡条件下的问题第五章习题1.试在A、B、C 成分三角形中,标出注下列合金的位置:1ωC=10%,ωC=10%,其余为A;2ωC=20%,ωC=15%,其余为A;3ωC=30%,ωC=15%,其余为A;4ωC=20%,ωC=30%,其余为A;5ωC=40%,A和B组元的质量比为1:4;6ωA=30%,A和B组元的质量比为2:3;解:6设合金含B 组元为WB,含C 组元为WC,则WB/WC=2/3WB+WC=130% 可求WB=42%,WC=28%;2.在成分三角形中标注P ωA=70%、ωB=20%、ωC=10%;QωA=30%、ωB=50%、ωC=20%;NωA=30%、ωB=10%、ωC=60%合金的位置,然后将5kgP合金、5kgQ合金和10kgN合金熔合在一起,试问新合金的成分如何解:设新合金的成分为ω新A、ω新B、ω新C ,则有ω新A=5×ωP A+5×ωQ A+10×ωN A/5+5+10=5×70%+5×30%+10×30%/20=% ;ω新B=5×ωP A+5×ωQ A+10×ωN A/5+5+10=5×20%+5×50%+10×10%/20=% ;ω新C=5×ωP A+5×ωQ A+10×ωN A/5+5+10=5×10%+5×20%+10×60%/20=%;所以,新合金的成分为:ω新A =%、ω新B =%、ω新C =%;第六习题1.计算方法τk=σs·cosλcosφ=F/A cosλcosφ4. 试用多晶体的塑性变形过程说明金属晶粒越细强度越高、塑性越好的原因是什么答:由Hall-Petch 公式可知,屈服强度σs 与晶粒直径平方根的倒数d v2呈线性关系; 在多晶体中,滑移能否从先塑性变形的晶粒转移到相邻晶粒主要取决于在已滑移晶粒晶界附近的位错塞积群所产生的应力集中能否激发相邻晶粒滑移系中的位错源,使其开动起来,从而进行协调性的多滑移; 由τ=nτ0知,塞积位错数目n越大,应力集中τ越大;位错数目n与引起塞积的晶界到位错源的距离成正比;晶粒越大,应力集中越大,晶粒小,应力集中小,在同样外加应力下,小晶粒需要在较大的外加应力下才能使相邻晶粒发生塑性变形; 在同样变形量下,晶粒细小,变形能分散在更多晶粒内进行,晶粒内部和晶界附近应变度相差较小,引起的应力集中减小,材料在断裂前能承受较大变形量,故具有较大的延伸率和断面收缩率;另外,晶粒细小,晶界就曲折,不利于裂纹传播,在断裂过程中可吸收更多能量,表现出较高的韧性;6.滑移和孪生有何区别,试比较它们在塑性变形过程的作用;答:区别:1滑移:一部分晶体沿滑移面相对于另一部分晶体作切变,切变时原子移动的距离是滑移方向原区别:区别子间距的整数倍;孪生:一部分晶体沿孪生面相对于另一部分晶体作切变,切变时原子移动的距离不是孪生方向原子间距的整数倍;2滑移:滑移面两边晶体的位向不变;孪生:孪生面两边的晶体的位向不同,成镜面对称;3滑移:滑移所造成的台阶经抛光后,即使再浸蚀也不会重现;孪生:由于孪生改变了晶体取向,因此孪生经抛光和浸蚀后仍能重现;4滑移:滑移是一种不均匀的切变,它只集中在某些晶面上大量的进行,而各滑移带之间的晶体并未发生滑移;孪生:孪生是一种均匀的切变,即在切变区内与孪生面平行的每一层原子面均相对于其毗邻晶面沿孪生方向位移了一定的距离;作用:晶体塑性变形过程主要依靠滑移机制来完成的;孪生对塑性变形的贡献比滑移小得多,但孪生改变了部分晶体的空间取向,使原来处于不利取向的滑移系转变为新的有利取向,激发晶体滑移;7.试述金属塑性变形后组织结构与性能之间的关系,阐明加工硬化在机械零构件生产和服役过程中的重要试述金属塑性变形后组织结构与性能之间的关系, 意义;答:关系:随着塑性变形程度的增加,位错密度不断增大,位错运动阻力增加,金属的强度、硬度增加,而关系:关系塑性、韧性下降;重要意义:1提高金属材料的强度;2是某些工件或半成品能够加工成形的重要因素;3提高零件或构件在使用过程中的安全性;8.金属材料经塑性变形后为什么会保留残留内应力研究这部分残留内应力有什么实际意义金属材料经塑性变形后为什么会保留残留内应力研究这部分残留内应力有什么实际意义答:残余内应力存在的原因1塑性变形使金属工件或材料各部分的变形不均匀,导致宏观变形不均匀;2塑性变形使晶粒或亚晶粒变形不均匀,导致微观内应力;3塑性变形使金属内部产生大量的位错或空位,使点阵中的一部分原子偏离其平衡位置,导致点阵畸变内应力;实际意义:可以控制材料或工件的变形、开裂、应力腐蚀;可以利用残留应力提高工件的使用寿命;9.何谓脆性断裂和塑性断裂,若在材料中存在裂纹时,试述裂纹对脆性材料和塑性材料断裂过程中的影响;答:塑性断裂又称为延性断裂,断裂前发生大量的宏观塑性变形,断裂时承受的工程应力大于材料的屈服强度;在塑性和韧性好的金属中,通常以穿晶方式发生塑性断裂,在断口附近会观察到大龄的塑性变形痕迹,如缩颈;金属脆性断裂过程中,极少或没有宏观塑性变形,但在局部区域任然存在着一定的微观塑性变形;断裂时承受的工程应力通常不超过材料的屈服强度,甚至低于按宏观强度理论确定的许用应力,因此又称为低应力断裂;在塑性材料中,断裂是胃口形成、扩大和连接的过程,在打的应力作用下,基体金属产生塑性变形后,在基体和非金属夹杂物、析出相粒子周围产生应力集中,使界面拉开,或使异相颗粒折断形成微孔;微孔扩大和链接也是基体金属塑性变形的结果;当微孔扩大到一定的程度,相邻微孔见的金属产生较大的塑性变形后就发生微观塑性失稳,就像宏观实验产生缩颈一样,此时微孔将迅速扩大,直至细缩成一线,最后由于金属与金属件的连线太少,不足以承载而发生断裂;脆性材料中,由于断裂前既无宏观塑性变形,又无其他预兆,并且一旦开裂后,裂纹扩展迅速,造成整体断裂或河大的裂口,有时还产生很多碎片,容易导致严重事故;10.何谓断裂韧度,它在机械设计中有何作用答:在弹塑性条件下,当应力场强度因子增大到某一临界值,裂纹便失稳扩展而导致材料断裂,这个临界或失稳扩展的应力场强度因子即断裂韧度;它反映了材料抵抗裂纹失稳扩展即抵抗脆断的能力,是材料的力学性能指标;第七章习题1.用冷拔铜丝制成导线,冷拔之后应如何处理,为什么答:冷拔之后应该进行退火处理;因为冷拔是在再结晶温度以下进行加工,因此会引起加工硬化,所以要通过回复再结晶,使金属的强度和硬度下降,提高其塑性;2.一块厚纯金属板经冷弯并再结晶退火后,试画出界面上的显微组织示意图;3.已知W、Fe、Cu的熔点分别为3399℃、1538℃和1083℃,试估算其再结晶温度;解:T再=σT m,其中σ=~,取σ =,则W、Fe、Cu的再结晶温度分别为3399℃×=1 ℃、1538℃×=℃和1083℃×=℃4.说明以下概念的本质区别:1一次再结晶和二次再结晶;2再结晶时晶核长大和再结晶后晶粒长大;解:1再结晶:当退火温度足够高、时间足够长时,在变形金属或合金的显微组织中,产生无应变的新晶粒──再结晶核心;新晶粒不断长大,直至原来的变形组织完全消失,金属或合金的性能也发生显着变化,这一过程称为再结。
一、填空题(每空1分, 共20分)1. 常见的金属的塑性变形方式有和孪生两种类型。
2. 滑移实际上是在切应力下运动的结果。
当滑移面与外力平行或垂直时, 晶体不可能滑移, 这种位向称为。
3. 钢的热处理是指把钢在固态下加热到一定温度, 进行必要的, 并以适当的速度, 以改变钢的内部组织, 从而得到所需性能的工艺方法。
4. 淬火前, 若钢中存在网状渗碳体, 应采用的方法予以消除, 否则会影响钢的淬透性。
5. 是指加热温度偏高而使奥氏体晶粒粗大, 淬火后得到粗大的马氏体, 导致零件性能变脆。
6.合金元素能够抑制马氏体分解, 阻碍碳化物的聚集和长大, 使钢在很高的回火温度下保持高硬度和高强度, 这种性质称为。
7. 强碳化物形成元素, 在含量较高及在一定回火温度下, 还将沉淀析出各自细小、弥散的特殊碳化物, 其使钢的硬度不降低反而再次提高, 这种现象称为。
8. 把两个45钢退火状态小试样分别加热到Ac3+30 ~50℃和Ac1~ Ac3之间, 保温后迅速水冷, 所得到的组织是, 前者为马氏体和残余奥氏体, 后者为、残余奥氏体和, 前者的硬度较后者(高或低)。
9. 钢的淬透性主要指钢在淬火时形成组织深度的能力, 是一种重要的热处理工艺性能, 其高低可在相同的淬火条件下钢所获得的淬硬层来评定的。
10. 量具用钢的主要性能要求是具有及良好的耐磨性, 并在长期使用和存放期间有良好的。
11.可锻铸铁中, 石墨呈状存在。
在各类铸铁中, 铸铁的力学性能介于优质灰铸铁和球墨铸铁之间。
12. 淬火铝合金随着时间的延长而发生强化的现象称为。
已时效硬化的铝合金再重新加热后在室温下放置, 仍能进行正常时效的现象称为。
二、单项选择题(每一小题的备选答案中, 只有一个答案是正确的, 请把你认为正确答案的题号填入括号内。
错选、多选、不选均不给分, 每小题2分, 共30分)1.锻造的曲轴要比由切削制成的曲轴有更高的力学性能, 主要是由于工件内部有()。
第一章金属的晶体结构马氏体沉淀硬化不锈钢,它是美国 ARMCO 钢公司在1949年发表的,其特点是强度高,耐蚀性好,易焊接,热处理工艺简单,缺点是延韧性和切削性能差,这种马氏体不锈钢与靠间隙元素碳强化的马氏体钢不同,它除靠马氏体相变外并在它的基体上通过时效处理析出金属间化合物来强化。
正因为如此而获得了强度高的优点,但延韧性却差。
1、试用金属键的结合方式,解释金属具有良好的导电性、正的电阻温度系数、导热性、塑性和金属光泽等基本特性.答:(1)导电性:在外电场的作用下,自由电子沿电场方向作定向运动。
(2)正的电阻温度系数:随着温度升高,正离子振动的振幅要加大,对自由电子通过的阻碍作用也加大,即金属的电阻是随温度的升高而增加的。
(3)导热性:自由电子的运动和正离子的振动可以传递热能。
(4) 延展性:金属键没有饱和性和方向性,经变形不断裂。
(5)金属光泽:自由电子易吸收可见光能量,被激发到较高能量级,当跳回到原位时辐射所吸收能量,从而使金属不透明具有金属光泽。
2、填空:1)金属常见的晶格类型是面心立方、体心立方、密排六方。
2)金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽主要是因为金属原子具有金属键的结合方式。
3)物质的原子间结合键主要包括金属键、离子键和共价键三种。
4)大部分陶瓷材料的结合键为共价键。
5)高分子材料的结合键是范德瓦尔键。
6)在立方晶系中,某晶面在x轴上的截距为2,在y轴上的截距为1/2;与z轴平行,则该晶面指数为(( 140 )) .7)在立方晶格中,各点坐标为:A (1,0,1),B (0,1,1),C (1,1,1/2),D(1/2,1,1/2),那么AB晶向指数为(-110),OC晶向指数为(221),OD晶向指数为(121)。
8)铜是(面心)结构的金属,它的最密排面是(111 )。
9) α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn中属于体心立方晶格的有(α-Fe 、 Cr、V ),属于面心立方晶格的有(γ-Fe、Al、Cu、Ni ),属于密排六方晶格的有( Mg、Zn )。
3、判断1)正的电阻温度系数就是指电阻随温度的升高而增大。
(√)2)金属具有美丽的金属光泽,而非金属则无此光泽,这是金属与非金属的根本区别。
(×)3) 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。
(√ )4) 在室温下,金属的晶粒越细,则其强度愈高和塑性愈低。
(×)5) 实际金属中存在着点、线和面缺陷,从而使得金属的强度和硬度均下降。
(×)6)体心立方晶格中最密原子面是{110},原子排列最密的方向也是<111> .(对)7)面心立方晶格中最密的原子面是{111},原子排列最密的方向是<110>。
( 对 )8)纯铁加热到912℃时将发生α-Fe向γ-Fe的转变,体积会发生膨胀。
( 错 )9)晶胞是从晶格中任意截取的一个小单元。
(错)10)纯铁只可能是体心立方结构,而铜只可能是面心立方结构。
(错)4、选择题1)金属原子的结合方式是( C )A.离子键 B 共价键 C 金属键 D 分子键2)晶态金属的结构特征是( B )A 近程有序排列B 远程有序排列C 完全无序排列D 部分有序排列3)正的电阻温度系数是指( B)A 随温度增高导电性增大的现象B 随温度降低电阻下降的现象C 随温度升高电阻减少的现象D 随温度降低电阻升高的现象4)金属键的一个基本特征是(A )A . 没有方向性B .具有饱和性C. 具有择优取向性D. 没有传导性。
5)晶体中的位错属于 ( D )A .体缺陷B 点缺陷C 面缺陷D .线缺陷6)亚晶界的结构是( B )A .由点缺陷堆集而成B 由位错垂直排列成位错墙面构成C 由晶界间的相互作用构成D 由杂质和空位混合组成7)多晶体具有( C )A .各向同性B 各向异性C 伪各向同性D 伪各向异性一、标出下图中给定晶面和晶向的指数。
标出OO ′A ′A 、OO ′B ′B 、ODC ′的晶面指数和标出给定晶向的指数:B ′D 、BB ′、OD ′。
答:OO ′A ′A 晶面指数,求CC ′B ′B 即可。
截距分别为:∞,1, ∞,倒数后得晶面指数:(0 1 0)OO ′B ′B 的晶面指数,求DD ′E ′E 即可。
截距分别为: -1/2,1/2,∞,倒数、求整后,得晶面指数为: (ī 1 0)yz二、在立方晶胞中画出以下晶面或晶向:(231)(102)(110)[013][111]3、在体心立方晶胞中画出一个最密排方向并标明晶向指数;再画出过该方向的两个不同的低指数(简单)晶面,写出对应的晶面指数。
XY Z[013] X Z]z4、分别画出立方晶系晶胞内的(110)、(112)晶面和(110)、(111)晶向。
5、画出立方晶系中(111)面、(435)面。
写出立方晶系空间点阵特征。
立方晶系中(111)面、(435)面如右图所示。
立方晶系空间点阵特征是点阵参数有如下关系:a =b=c,α=β=γ=90°。
也可用具有哪类对称元素表示,若有四个三次转轴,则对应立方点阵。
三、已知铜原子直径为0.256nm,试计算 1mm3铜中的原子数以及Cu的晶格常数。
答: a = = 1.414×0.256=0.362 (nm)1mm3中的原子数为:1/a3× 4 = 4/(0.362×10-6)3 = 8.43×1019 (个)四、已知铁的原子量为55.85,1g铁有多少个原子? 计算1g铁在室温和1000℃时各有多少个晶胞?答:原子数:6.023×1023÷55.85=1.08×1022 (个)室温时铁为体心立方结构,单位晶胞中有2个原子,故1g铁中含5.4×1021个晶胞1000℃时为面心立方结构,单位晶胞中有4个原子,故1g铁中含2.7×1021个晶胞五、Ni的晶体结构为面心立方,其原子半径为r = 0.1243nm,已知Ni的原子量为58.69,试求Ni的晶格常数和密度。
七、问答题1、简述金属晶体中缺陷的类型答:按尺寸可分为:点缺陷,如溶质、杂质原子、空位;线缺陷,如位错;面缺陷,如各种晶界、相界、表面等;体缺陷,如孔洞、气泡等。
体缺陷对材料性能是绝对有害的。
2、什么是点阵参数?正方晶系和立方晶系的空间点阵特征是什么?答:点阵参数是描述点阵单胞几何形状的基本参数,由六个参数组成,即三个边长a、b、c和它们之间的三个夹角α、β、γ。
正方晶系的点阵参数特征是a≠b≠c,α=β=γ=90°立方晶系的点阵参数特征是a=b=c,α=β=γ=90°3、什么是晶面族?{111}晶面族包含哪些晶面?答:晶体中原子或分子排列相同的晶面的组合称为晶面族。
因对称关系,这些面往往不止一种。
立方系{111}晶面族包括四个。
4、面心立方结构和密排六方结构金属中的原子堆垛方式和致密度是否有差异?请加以说明。
答:FCC和HCP均按ABCABC方式堆垛;致密度也都是0.74。
5、根据缺陷相对于晶体尺寸和其影响范围的大小,缺陷可以分为哪几类?简述这几类缺陷的特征。
答:点缺陷:沿三个方向的尺寸很小,溶质原子、间隙原子、空位。
线缺陷:沿两个方向的尺寸很小,第三个方向上的尺寸很大,甚至可贯穿整个晶体,指位错。
面缺陷:沿一个方向上的尺寸很小,另两个方向上的尺寸很大,如晶界,相界。
体缺陷:在三个方向上的尺寸都较大,但不是很大,如第二相粒子,显微空洞。
(111)、(1ī1)、(11ī)、(īī1)6、点缺陷(如间隙原子或代位原子)和线缺陷(如位错)为何会发生交互作用?这种交互作用如何影响力学性能?答:点缺陷产生畸变,使局部能量提高,附近有弹性应变场;位错也是如此,但位错周围不同位置应力场状态不同,有的为压应力,有的为拉应力;点缺陷会聚集到位错上使应变能降低,使系统的能量下降,吸附溶质的位错是一种稳定组态;此时位错被钉扎而难以运动,使强度提高,会产生上下屈服点效应。
7、单相金属或合金各晶粒间的界面一般称之为晶界,通常晶界又分为小角度晶界和大角度晶界两大类,试问:划分为两类晶界的依据是什么?并讨论构成小角度晶界的结构模型。
答:依据是按界面两侧晶粒间的取向差,<10°的称小角度晶界,>10°的称大角度晶界。
小角度晶界的结构模型是位错模型,比如对称倾转晶界用一组平行的刃位错来描述。
8、讨论晶体结构和空间点阵之间的关系。
答、两者之间的关系可用“空间点阵+基元=晶体结构”来描述。
空间点阵只有14种,基元可以是无穷多种,因而构成的具体的晶体结构也是无穷多种。
9、叙述常见的金属晶体中的内外界面。
答、它们包括晶界、相界、表面、孪晶界、层错。
晶界是同种晶粒之间的交界面;相界是结构、成分不同的相间的交界面;表面是晶体与大气或外界接触的界面;孪晶界是发生孪生后产生的新界面,是特殊的大角晶界,可是共格的或半共格的;低能层错是单相晶体内因堆垛顺序反常变化后出现的新界面,也是低能界面,与孪晶界能量相近。
10、简述刃型位错和螺型位错的重要特征。
答:刃型位错的重要特征:①刃型位错有一额外半原子面②位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道,其中有正应力也有切应变,对于正刃型位错,滑移面之上晶格受到压应力,滑移面上受到拉应力,负刃型位错正好相反③位错线与晶体的滑移方向相垂直。
位错线运动的方向垂直于位错线。
④刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直。
螺型位错的重要特征:①螺型位错没有额外半原子面②位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道,其中只有切应变,没有正应力③位错线与晶体的滑移方向相平行。
位错线运动的方向垂直于位错线。
④螺型位错的柏氏矢量与其位错线相平行。
名词解释:1、金属键:自由电子与原子核之间静电作用产生的键合力。
2、位错:是晶体内的一种线缺陷,其特点是沿一条线方向原子有规律地发生错排;这种缺陷用一线方向和一个柏氏矢量共同描述。
3、点阵畸变:在局部范围,原子偏离其正常的点阵平衡位置,使点阵产生弹性畸变,称为点阵畸变。
4、柏氏矢量:描述位错特征的一个重要矢量,它集中反映了位错区域内畸变总量的大小和方向;也是位错扫过后晶体相对滑动的量。
5、刃型位错和螺型位错模型:将晶体上半部切开,插入半个晶面,再粘合起来;这样,在相当于刃端部位为中心线的附近一定范围,原子发生有规则的错动。
其特点是上半部受压,下半部受拉。
这与实际晶体中的刃位错造成的情景相同,称刃型位错模型。
同样,将晶体的前半部切开,以刃端为界使左右两部分沿上下发生一个原子间距的相对切变,再粘合起来,这时在已切动和未切动交界线附近,原子错动情况与真实的螺位错相似,称螺型位错模型。