工程材料
第二章金属材料组织和性能的控制
一、名词解释。
一次结晶过冷度二次结晶自发晶核非自发晶核同素异构转变变质处理相图
支晶偏析扩散退火变质处理共晶反应组织（组成物）变形织构加工硬化
再结晶临界变形度热处理过冷奥氏体退火马氏体淬透性淬硬性调质处理滑移再结晶冷加工热加工过冷度实际晶粒度本质晶粒度淬火回火正火
一次结晶：通常把金属从液态转变为固体晶态的过程称为一次结晶
过冷度：理论结晶温度与开始结晶温度之差叫做过冷度，它表明金属在液体和固态之间存在一个自能差
二次结晶：金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程称为二次结晶或重结晶
（或金属的同素异构转变）
自发晶核：从液体结构内部由金属原子本身自发长出的结晶核心叫做自发晶核
非自发结晶：杂质的存在常常能够促进晶核形成，依附于杂质而生成的晶核叫做非自发结晶同素异构转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变
变质处理：指在液体金属中加入孕育剂或变质剂，增加非自发晶核的数量或者阻止晶核的长大，以细化晶粒和改善组织
相图：是表明合金系中各种合金相的平衡条件和相与相之间关系的一种简明示意图，也称为平衡图或状态图
支晶偏析：固溶体在结晶过程中冷却过快，原子扩散不能充分形成成分不均匀的固溶体
的现象
扩散退火：为减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀性，将其加热到略低于固相线的温度，长时间保温并进行缓慢冷却的热处理工艺，称为扩散退火或均匀化退火
共晶反应：有一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应
组织（组成物）：指合金组织中具有确定本质、一定形成机制的特殊形态的组成部分。组织组成物可以是单相，或是两相混合物
变形织构：金属塑性变形很大（变形量达到70%以上）时，由于晶粒发生转动，使各晶粒的位向趋于一致，这种结构叫做形变织构
加工硬化：金属发生塑性变形，随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降，这种现象称为加工硬化
再结晶：变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大，被拉成（或压扁）破碎的晶粒通过重新形核和长大变成新的均匀、细小的等轴晶，这个过程称为再结晶
临界变形度：再结晶时使晶粒发生异常长大的预先变形度称做临界变形度
热处理：是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺
过冷奥氏体：从铁碳相图可知，当温度在A1（PSK线/共析反应线）以上时奥氏体是稳定的，能长期存在，当温度降到A1以下后，奥氏体即处于过冷状态，这种奥氏体称为过冷奥氏体（过冷A）
退火：将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般为随炉冷却）热处理工艺叫做退火-
马氏体：碳在α－Fe中的过饱和固溶体
淬透性：钢接受淬火时形成马氏体的能力叫做钢的淬透性
淬硬性：钢淬火后硬度会大幅度提高，能够达到的最高硬度叫钢的淬硬性
调质处理：通常把淬火加高温回火称为调质处理
滑移：在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（滑移面）上的一定方向（滑移方向）相对于另一部分发生滑动的过程叫做滑移
冷加工：在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工
热加工：在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工
实际晶粒度：某一具体的热处理或热加工条件下的奥氏体的晶粒度叫做实际晶粒度
本质晶粒度：钢加热到（930±10℃），保温8h，冷却后测得的晶粒度叫做本质晶粒度
淬火：将钢加热到相变温度以上，保温一定时间，然后快速冷却以获得马氏体组织的热处理工艺称为淬火
回火：钢件淬火后，为了消除内应力并获得所要求的组织和性能，将其加热到Ac1(PSK线/共析反应线)以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺叫做回火
正火：钢材或钢件加热到Ac3（对于亚共析钢）、Ac1（对于共析钢）和Accm（对于过共析钢）以上30~50℃，保温适当时间后，在自由流动的空气中均匀冷却的热处理称为正火
一次渗碳体是从液相包晶过程中直接析出
二次渗碳体是从奥氏体中析出
三次渗碳体是从铁素体中析出
珠光体：铁素体+渗碳体
高温莱氏体Le（A+Fe3C）：奥氏体+渗碳体
低温莱氏体Le’(P+Fe3CⅡ+Fe3C)：珠光体+二次渗碳体+渗碳体
二、填空。
1、Fe—Fe3C相图中存在五种相，分别为液相L 、δ相（高温铁素体）、α相（铁素体）、
γ相（奥氏体）和Fe3C相。
Fe—Fe3C相图中存在七个两相区，分别为α+γ、δ+γ、L+δ、L+γ、L+ Fe3C 、γ+ Fe3C 和α+ Fe3C 。
2、工业纯铁的室温平衡组织为F(铁素体) ；共析钢的室温平衡组织为P(珠光体) ；亚共析钢的室温平衡组织为F+P ；过共析钢的室温平衡组织为P+Fe3CⅡ（二次渗碳体）；共晶白口铸铁的室温平衡组织为Le’(低温莱氏体) ；亚共晶白口铸铁的室温平衡组织为P+Fe3CⅡ+Le’；过共晶白口铸铁的室温平衡组织为Ie’+Fe3CⅠ（一次渗碳体）。
3、珠光体的本质为铁素体与渗碳体的共析混合物。
4、一块纯铁在912℃发生α－Fe→γ—Fe转变时，体积将减少。
5、在铁碳合金室温平衡组织中，含Fe3C II最多的合金成分点为 E ，含Le最多的合金成分点为 C ，含P最多的合金成分点为s。
6、用显微镜观察亚共析钢，若估计其中珠光体含量为80%，则此钢的碳的质量分数为
80%*0.77%=0.616% 。
7、结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个过程是形核和长大，金属晶体是以树枝状方式长大的。（平面长大较为少见）
8、当对金属晶体进行变质处理时，变质剂的作用是增加非自发晶核的数量或
阻止晶核的长大。
9、液态金属结晶时，结晶过程的推动力是金属在液态和固态之间的能量差，
阻力是建立晶体界面的表面能。
晶核的形成两种方式自发形核和非自发形核，在实际金属和合晶中，非自发形核
往往起优先和主导的作用。
10、过冷度是指理论结晶温度与实际结晶温度之差，其表示符号为ΔT 。
11、典型铸锭结构的三个晶区分别是细等轴晶区、柱状晶区和粗等轴晶区。
12、改变金属整体组织的热处理有退火、正火、淬火和回火四种；改
变金属表面或局部组织的热处理工艺有表面淬火和化学热处理两种。
13、用电子显微镜观察，上贝氏体的组织形态呈羽毛状状，而下贝氏体则呈黑色针状状。
14、马氏体的显微组织形态主要有板条马氏体和针状马氏体两种，其中板条马氏体的韧性较高。
15、钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越右移，说明临界冷却速度越慢。
16、球化退火的主要目的是使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化（退火前需先进行正火使网状二次渗碳体破碎），以降低硬度，改善切削加工性能，并为以后的淬火做作组织准备，它主要适用于过共析钢、共析钢。如工具钢、滚珠轴承钢
17、亚共析钢的正常淬火温度范围是Ac3（完全退火温度）以上30~50℃，过共析钢（和共析钢）的正常淬火温度范围是Ac1（球化退火温度）以上30~50℃。
18、过冷奥氏体的高温转变产物是珠光体型组织，转变温度越低，片层间距越小；按片层
间距珠光体型组织分为珠光体（P）、索氏体（S）和屈氏体（T）。珠光体是铁素体和渗碳体的机构混合物。
19、过冷奥氏体的中温转变产物是贝氏体型组织，分为上贝氏体（上B）和
下贝氏体（下B）两种。
20、过冷奥氏体的低温转变产物是马氏体型组织，分为板条马氏体（低碳马氏体）
和针状马氏体（高碳马氏体）两种，其亚结构分别对应为位错马氏体和
孪晶马氏体，其中低碳马氏体的韧性好。
21、根据回火温度的不同，钢的回火分为低温回火，回火温度为150~250℃；
中温回火，回火温度为350~500℃；高温回火，回火温度为500~650℃。
22、渗碳的目的是提高低碳钢件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度，而使心部仍保持良好的韧性和塑性，渗碳后的淬火方法有直接淬火、一次淬火和二次淬火。
23、化学热处理的三个基本过程是渗碳、氮化和碳氮共渗。
24渗碳的方法有气体渗碳法、液体渗碳法和固体渗碳法。
25、钢在常温下的变形加工为冷加工，而铅在常温下的变形加工称为热加工。
26、造成加工硬化的根本原因是位错密度增加，位错间的交互作用增强，相互缠结，
造成位错运动阻力的增大。
27、变形金属的最低再结晶温度与熔点的关系是T再=（0.35~0.4）*T熔点。
28、再结晶后晶粒度的大小主要取决于加热温度和预先变形度。
29、单晶体金属塑性变形的基本方式是滑移和孪生，
滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果。
30、塑性变形的金属在再加热时，随加热温度的升高，将发生回复、再结晶
与晶粒长大等过程。
31、鉄素体的本质为碳在α－Fe中的间隙固溶体。
32、奥氏体的本质为碳在β－Fe中的间隙固溶体。
33、莱氏体的本质为奥氏体与渗碳体的共晶混合物。
34、鉄的同素异晶体有δ—Fe 其晶体结构为体心立方晶格、γ—Fe 其晶体结构为面心立方晶格和α—Fe 其晶体结构为体心立方晶格三种。
35、铸锭的结构中主要的缺陷有缩孔、疏松和气孔。
36、纯组元和共晶成分的合金的流动性最好、缩孔集中，铸造性能好。
37、单相合金的锻造性能好。
三、是非题。
1、马氏体是碳在α—Fe中的过饱和固溶体。当奥氏体向马氏体转变时，体积要收缩。（错）
2、当把亚共析钢加热到Ac1和Ac3之间的温度时，将获得由铁素体和奥氏体构成的两相组织，
在平衡条件下，其中奥氏体的碳质量分数总是大于钢的碳质量分数。（对）
3、当把过共析钢加热到Ac1和Ac3之间的温度时，将获得由渗碳体和奥氏体构成的两相组织，
在平衡条件下，其中奥氏体的碳质量分数总是小于钢的碳质量分数。（对）
4、当原始组织为片状珠光体的钢加热奥氏体化时，细片状珠光体的奥氏体化速度要比粗片状
珠光体的奥氏体化速度快。（对）
5、共析成分的奥氏体在冷却发生珠光体转变时，温度越低，其转变产物组织越粗。（错）
6、是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。(错)
7、温下，金属晶粒越细，则强度越高，塑性越低。（对）
8、实际金属和合金中，自发形核往往起着优先和主导的作用。(错)
9、形成树枝状晶体时，枝晶的各次晶轴将具有不同的位向，故结晶后形成的枝晶是
一个多晶体。(错)
10 晶粒粒度级数数值越大，晶粒越细。（对）
11、铁素体的本质是碳在α－Fe中的间隙相。（错）
12、20钢比T12钢的碳质量分数要高。（错）
13、在退火状态（接近平衡组织）45钢比20钢的塑性和强度都高。（对）
14、在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为4.3%的铁碳合金才能发生共晶反应。（错）
15、在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为0.77%的铁碳合金才能发生共析反应。（错）
16、再结晶是一个没有晶格类型变化的结晶过程。（对）
四、选择正确答案。
1、钢经调质处理获得的组织是：c、回火索氏体
a、回火马氏体；
b、回火屈氏体；
c、回火索氏体；
2、共析钢的过冷奥氏体在550℃~350℃的温度区间等温转变时，所形成的组织是：a索氏体
d上贝氏体
a、索氏体；
b、下贝氏体；
c、珠光体；
3、若合金元素能使C曲线右移，钢的淬透性将：b、提高
a、降低；
b、提高；
c、不变；
4、马氏体的硬度取决于：c、含碳量
a、冷却速度；
b、转变温度；
c、含碳量；
5、淬硬性好的钢：b、具有高的含碳量
a、具有高的合金元素含量；
b、具有高的含碳量；
c、具有低的含碳量；
6、对开头复杂，截面变化大的零件进行淬火时，应选用：a、高淬透性钢
a、高淬透性钢；
b、中淬透性钢；
c、低淬透性钢；
7、直径为10㎜的40钢的常规淬火温度大约为：b、850℃
a、750℃；
b、850℃；
c、920℃；
8、完全退火主要适用于：a、亚共析钢
a、亚共析钢；
b、共析钢；
c、过共析钢；
9、钢的回火处理是在：c、淬火后进行
a、退火后进行：
b、正火后进行；
c、淬火后进行；
10、20钢的渗碳温度范围是：c、900~950℃
a、600~650℃；
b、800~820℃；
c、900~950℃；
d、1000~1050℃；
11、钢的淬透性主要取决于：临界冷却速度
a、碳含量；
b、冷却介质；
c、合金元素；
12、钢的淬硬性主要取决于：a、含碳量
a、含碳量；
b、冷却介质；
c、合金元素；
13、金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将：b 越低
a 越高；
b 越低；
c 越接近理论结晶温度
14、细化晶粒，可采用：b 加变质剂
a 快速浇注；
b 加变质剂；
c 以砂型代金属型；
15、使单晶体产生塑性变形的方力为：b 切应力
a 正应力；
b 切应力；
c 复合应力；
16、变形金属再结晶后：d 形成等轴晶，塑性升高
a 形成等轴晶，强度增大；
b 形成柱状晶，塑性下降；
c 形成柱状晶，强度升高；
d 形成等轴晶，塑性升高；
17、奥氏体是a.碳在γ-Fe中的间隙固熔体
a.碳在γ-Fe中的间隙固熔体；
b.碳α－Fe在中的间隙固熔体；
b.碳α－Fe在中的有限固熔体
18、珠光体是一种b.两机混合物
a.单相固熔体；
b.两机混合物；
c.Fe和C的化合物
19、T10钢的碳的质量分数为：b.1.0%
a.0.1%；
b.1.0%；
c.10%
20、铁素体的机械性能特点是c.强度低，塑性好，硬度低
a.强度高，塑性好，硬度低；
b.强度低、塑性差、硬度低
c.强度低，塑性好，硬度低
五、综合分析题。
1、确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目的及退火后的组织。
（1）经冷却后的15钢板(塑性加工过)，要求降低硬度；
（2）ZG35的铸造齿轮；
（3）锻造过热的60钢锻坯；
（锻造过热是钢材在锻造前在加热温度过高或高温下保温时间过长，晶粒粗大大的现象。过热使金属在锻造时塑性下降，降低了钢材的力学性能）
（4）改善T12钢的切削加工性能；
（1）经冷却后的15钢板，要求降低硬度；
15号钢的含碳量为0.15%，属于亚共析钢，采用再结晶退火。目的：使变形晶粒重新转变为等轴晶粒，以消除加工硬化现象，降低了硬度，消除内应力。退火后组织：等轴晶的大量铁素体和少量珠光体。
（2）ZG35的铸造齿轮；为已铸造好的齿轮
35号铸钢的含碳量为0.35%，属于亚共析钢，且为已铸造好的齿轮，采用完全退火，经铸造后的齿轮存在晶粒粗大并不均匀现象，且存在残余内应力。因此退火目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性。退火后组织：晶粒均匀细小的铁素体和珠光体。
（3）锻造过热的60钢锻坯；
60号钢锻坯，含碳量为0.6%，属于亚共析钢，且锻造过热，采用完全退火。由于锻造过热后组织晶粒剧烈粗化并分布不均匀，且存在残余内应力。因此退火目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性。退火后组织：晶粒均匀细小的少量铁素体和大量珠光体
（4）改善T12钢的切削加工性能；
T12工具钢，含碳量为1.2%，属于过共析钢，采用球化退火。由于T12钢坯里的渗碳体呈片状，因此不仅硬度高，难以切削加工，而且增大钢的脆性，容易产生淬火变形及开裂。通过球化退火，使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体，以降低硬度，均匀组织、改善切削加工性。退火后组织：粒状珠光体和球状渗碳体。
2、指出下列工件的淬火及回火温度并说明回火后获得的组织：
（1）45钢小轴；
（2）60钢弹簧；
（3）T12钢刀；
（1）45钢小轴；
840℃淬火后，550～650℃高温回火后获得回火索氏体组织，，硬度<35HRC，使钢具有高的强度同时又具有良好的塑性和韧性。
（2）60钢弹簧；
850℃淬火后，350～450℃中温回火后获得回火屈氏体组织，硬度40～50HRC，主要保证高的屈服强度及优良的弹性前提下，具有一定的塑性和韧性。
（3）T12钢刀；
800℃淬火后，150～250低温回火后获得回火马氏体组织，硬度>60HRC,工具钢在保持高硬度的条件下，回火主要是降低脆性，减小残余内应力。
3、甲、乙两厂生产同一种零件，均选用45钢，硬度要求220HB~250HB，甲厂采用正火，乙
厂采用调质处理，均能达到硬度要求，试分析甲、乙两厂产品的组织和性能差别。
选用45钢生产同一种零件，甲厂采用正火，其组织为铁素体+索氏体，乙厂采用调质处理，其组织为回火索氏体，索氏体为曾片状组织，即片状渗碳体平行分布在铁素体基体上，回火索氏体是细小的粒状渗碳体弥散的分布在铁素体基体上，由于粒状渗碳体比片状渗碳体对于阻止断裂过程的发展有利，即两者强度，硬度相近，但是回火索氏体的韧性，塑性要好很多，所以乙厂生产的零件性能要好。
4、画出共析、亚共析、过共析钢的C曲线。
亚共析钢等温转变曲线左移,上移
过共析钢等温转变曲线下移右移
共析钢等温转变曲线
5、金属结晶的条件和动力是什么？
金属结晶的条件有两个：
液态金属结晶的条件是金属必须过冷，要有一定的过冷度。
液体金属结晶的动力是金属在液态和固态之间存在的自由能差（ΔF)
或
1.液态金属必须过冷（称为热力学条件）；
2.液体金属中有结构起伏（称为结构条件）。
金属结晶的驱动力是也向自由能减去固相自由能的差值。差值为正时结晶，为负时熔化。
6、金属结晶的基本规律是什么？
液态金属结晶是由生核和长大两个密切联系的基本过程来实现的。液态金属结晶时，首先在液体中形成一些极微小的晶体（称为晶核），然后再以它们为核心不断地长大。在这些晶体长大的同时，又出现新的晶核并逐渐长大，直至液体金属消失。
7、为什么铸锭希望尽量减少柱状晶区？
因为柱状晶的接触面常有非金属夹杂或低熔点杂质而成为弱面，在热轧、锻造时容易开裂，
所以熔点高或杂质多的金属，例如铁、镍及其合金，不希望生成柱状晶
8、画Fe—Fe3C相图，标出S、E、C各点及其所处温度和含碳量，按组织组成填相图，分析
T12钢的平衡结晶过程，写出其室温组织，计算该钢在室温下的Fe3C和F的相对含量，并画
出该钢室温下平衡组织金相示意图。
Fe—Fe
C相图
3
9、、再结晶和重结晶有何不同？
再结晶是指将冷变形（冷加工）的金属加热到最低再结晶温度以上，通过原子扩散，使被拉长（或压扁）、破碎的晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小的等轴晶，同时消除加工硬化现象，使金属的强度和硬度、塑性和韧性恢复至变形前的水平。对钢而言，再结晶温度低于共析温度727℃，因此不会发生晶体结构类型的转变。
有些金属在固态下，存在两种或两种以上的晶格形式，如铁、钴、钛等。这类金属在冷却或加热过程中，其晶格形式会发生变化。金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变，也叫做重结晶。重结晶也是一个通过原子扩散进行的形核、长大过程，但同时发生晶体结构类型的转变。
10、何为临界变形度，分析造成临界变形度的原因？
塑性变形后的金属再进行加热发生再结晶，再结晶后晶粒大小与预先变形度有关。使晶粒发生异常长大的预先变形度称作临界变形度。
金属变形度很小时，因不足以引起再结晶，晶粒不变。当变形度达到2%～10%时，金属中少数晶粒变形，变形分布很不均匀，所以再结晶时生成的晶核少，晶粒大小相差极大，非常有利于晶粒发生吞并过程而很快长大，结果得到极粗大的晶粒。
11、已知金属钨、铝的铁的熔点分别为3380℃、327℃和1538℃，试计算它们的最低再结晶温度，试分析钨、铁、在1100℃加工，铅在室温加工各为何种加工？
金属的最低再结晶温度为：T再=(0.35～0.4)T熔点
对金属钨：T熔点=273+3380=3653K
T再=(0.35～0.4) T熔点=1279～1461K =1006～1188℃
在900℃对金属钨进行加工，略低于其最低再结晶温度，应属冷加工。
对金属铅：T熔点=273+327=600K
T再=(0.35～0.4)T熔点=210～240K =-63～-33℃
在室温（如23℃）对金属铅进行加工，明显高于其最低再结晶温度的上限-33℃，应属热加工。
12、为什么碳钢进行热锻、热轧时都要加热到奥氏体相区？
因为奥氏体是面心立方晶格，其滑移变形能力大，钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较好，因此锻造或轧制选在单相奥氏体区内进行。
13、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。(根据其状态的组织物)
硬度：45钢最低，T8钢较高，T12钢最高。因为退火状态下的45钢组织是铁素体+珠光体，T8钢组织是珠光体，T12钢组织是珠光体+二次渗碳体。因为铁素体硬度低，因此45钢硬度最低。因为二次渗碳体硬度高，因此T12钢硬度最高。
强度：因为铁素体强度低，因此45钢强度最低。T8钢组织是珠光体，强度最高。T12钢中含有脆性的网状二次渗碳体，隔断了珠光体之间的结合，所以T12钢的强度比T8钢要低。但T12钢中网状二次渗碳体不多，强度降低不大，因此T12钢的强度比45钢强度要高。
塑性：因为铁素体塑性好，因此45钢塑性最好。T12钢中含有脆性的网状二次渗碳体，因此T12钢塑性最差。T8钢无二次渗碳体，所以T8钢塑性较高。
14、同样形状的两块铁碳合金，其中一块是退火状态的15钢，一块是白口铸铁，用什么简便方法可以迅速区分它们？
因为退火状态的15钢硬度很低，白口铸铁硬度很高。因此可以用下列方法迅速区分：
①两块材料互相敲打一下，有印痕的是退火状态的15钢，没有印痕的是白口铸铁。
②用锉刀锉两块材料，容易锉掉的是退火状态的15钢，不容易锉掉的是白口铸铁。
③用硬度计测试，硬度低的是退火状态的15钢，硬度高的是白口铸铁。
道路工程材料知识点考点 绪论 ● 道路工程材料是道路工程建设与养护的物质基础，其性能直接决定了道路工程质量和服务寿命和结 构形式。 ● 路面结构由下而上有：垫层，基层，面层。 ● 面层结构材料应有足够的强度、稳定性、耐久性和良好的表面特性。 第一章 ● 砂石材料是石料和集料的统称 ● 岩石物理常数为密度和孔隙率 ● 真实密度：指规定条件下，烘干岩石矿质实体单位真实体积的质量。 ● 毛体积密度：指在规定条件下，烘干岩石矿质实体包括空隙（闭口、开口空隙）体积在内的单位毛 体积的质量。 ● 孔隙率：是指岩石孔隙体积占岩石总体积（开口空隙和闭口空隙）的百分率。 ● 吸水性：岩石吸入水分的能力称为吸水性。 ● 吸水性的大小用吸水率与饱和吸水率来表征。 ● 吸水率：是岩石试样在常温、常压条件下最大的吸水质量占干燥试样质量的百分率。 ● 饱和吸水率：是岩石在常温及真空抽气条件下，最大吸水质量占干燥试样质量的百分率。 ● 岩石的抗冻性：是指在岩石能够经受反复冻结和融化而不破坏，并不严重降低岩石强度的能力。 ● 集料：是由不同粒径矿质颗粒组成的混合料，在沥青混合料或水泥混凝土中起骨架和填充作用。 ● 表观密度：是指在规定条件下，烘干集料矿质实体包括闭口空隙在内的表观单位体积的质量。 ● 级配：是指集料中各种粒径颗粒的搭配比例或分布情况。 ● 压碎值：用于衡量石料在逐渐增加的荷载下抵抗压碎的能力，也是石料强度的相对指标。压碎值是对石料的标准试样在标准条件下进行加荷，测试石料被压碎后，标准筛上筛余质量的百分率。1000 1?='m m Q a （1m ：试验后通过2.36mm 筛孔的细集料质量） ● 磨光值：是反映石料抵抗轮胎磨光作用能力的指标，是决定某种集料能否用于沥青路面抗滑磨耗层 的关键指标。 ● 冲击值：反映粗集料抵抗冲击荷载的能力。由于路表集料直接承受车轮荷载的冲击作用，这一指标 对道路表层用料非常重要。 ● 磨耗值：用于评定道路路面表层所用粗集料抵抗车轮磨耗作用的能力。 ● 级配参数： ?? ???分率。质量占试样总质量的百是指通过某号筛的式样通过百分率和。筛分级筛余百分率之总分率和大于该号筛的各是指某号筛上的筛余百累计筛余百分率率。量占试样总质量的百分是指某号筛上的筛余质分级筛余百分率i i i A a ρ 沥青混合料 水泥混合料 粗集料 ＞2.36mm ＞4.75mm 细集料 ＜2.36mm ＜4.75mm
1、解释下列名词：奥氏体化，过冷奥氏体，残余奥氏体；奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度。 答：奥氏体化：在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称为奥氏体化奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步：第一步奥氏体晶核形成、第二步奥氏体晶核长大、第三步残余Fe3C溶解、第四步奥氏体成分均匀化。 过冷奥氏体：处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。 残余奥氏体：即使冷却到Mf 点，也不可能获得100%的马氏体，总有部分奥氏体未能转变而残留下来，称残余奥氏体，用A’ 或g’ 表示。 奥氏体的起始晶粒度：奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度,此时晶粒细小均匀。 实际晶粒度：在给定温度下奥氏体的晶粒度称实际晶粒度。 本质晶粒度：加热时奥氏体晶粒的长大倾向称本质晶粒度。 2、过冷奥氏体转变时所形成的珠光体类、贝氏体类、马氏体类组织有哪几种 ? 它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点 ? 答：过冷奥氏体在 A1~ 550℃间将转变为珠光体类组织，为铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物。根据片层厚薄不同,又细分为珠光体、索氏体和屈氏体。⑴珠光体：形成温度为A1-650℃，片层较厚，500倍光镜下可辨，用符号P表示。⑵索氏体：形成温度为650-600℃,片层较薄，800-1000倍光镜下可辨，用符号S 表示。⑶屈氏体：形成温度为600-550℃，片层极薄，电镜下可辨，用符号T 表示。珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善。 过冷奥氏体在550℃- 230℃ (Ms)间将转变为贝氏体类型组织，贝氏体用符号B表示。根据其组织形态不同，贝氏体又分为上贝氏体(B上)和下贝氏体(B下)。⑴上贝氏体形成温度为550-350℃。在光镜下呈羽毛状.在电镜下为不连续棒状的渗碳体分布于自奥氏体晶界向晶内平行生长的铁素体条之间。⑵下贝氏体形成温度为350℃-Ms。在光镜下呈竹叶状。在电镜下为细片状碳化物分布于铁素体针内，并与铁素体针长轴方向呈55-60o角。上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一。 当奥氏体过冷到Ms以下将转变为马氏体类型组织。马氏体的形态分板条和针状两类。⑴板条马氏体：立体形态为细长的扁棒状在光镜下板条马氏体为一束束的细条组织。每束内条与条之间尺寸大致相同并呈平行排列，一个奥氏体晶粒内可形成几个取向不同的马氏体束。在电镜下，板条内的亚结构主要是高密度的位错，r=1012/cm2,又称位错马氏体。⑵针状马氏体立体形态为双凸透镜形的片状。显微组织为针状。在电镜下，亚结构主要是孪晶，又称孪晶马氏体。高硬度是马氏体性能的主要特点。马氏体的硬度主要取决于其含碳量。含碳量增加，其硬度增加。 3、作图并说明共析碳钢 C 曲线上各个区、各条线以及临界冷却速度 V k 的物理意义。答：
第二章材料的性能 1、布氏硬度 布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。 适于测量退火、正火、调质钢, 铸铁及有色金属的硬度（硬度少于450HB）。 2、洛氏硬度 HRA用于测量高硬度材料, 如硬质合金、表淬层和渗碳层。 HRB用于测量低硬度材料, 如有色金属和退火、正火钢等。 HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。 缺点：测量结果分散度大。 3、维氏硬度 维氏硬度所用载荷小，压痕浅，适用于测量零件表面的薄硬化层、镀层及薄片材料的硬度，载荷可调范围大，对软硬材料都适用。 4、耐磨性是材料抵抗磨损的性能，用磨损量来表示。 分类有黏着磨损（咬合磨损）、磨粒磨损、腐蚀磨损。 5、接触疲劳：（滚动轴承、齿轮）经接触压应力的反复长期作用后引起的一种表面疲劳剥落损坏的现象。 6、蠕变：恒温、恒应力下，随着时间的延长，材料发生缓慢塑变的现象。 7、应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。 第三章金属的结构与结晶 1、晶体中原子（分子或离子）在空间的规则排列的方式为晶体结构。为便于描述晶体结构，把每个原子抽象成一个点，把这些点用假想直线连接起来，构成空间格架，称为晶格。 晶格中每个点称为结点，由一系列原子所组成的平面成为晶面。 由任意两个原子之间连线所指的方向称为晶向。 组成晶格的最小几何组成单元称为晶胞。 晶胞的棱边长度、棱边夹角称为晶格常数。 ①体心立方晶格 晶格常数用边长a表示，原子半径为√3a/4，每个晶胞包含的原子数为1/8×8+1=2（个）。属于体心立方晶格的金属有铁、钼、铬等。 ②面心立方晶格 原子半径为√2a/4，每个面心立方晶胞中包含原子数为1/8×8+1/2×6=4（个） 典型金属（金、银、铝、铜等）。 ③密排六方晶格 每个面心立方晶胞中包含原子数为为12×1/6+2*1/2+3=6（个）。 典型金属锌等。 2、各向异性：晶体中不同晶向上的原子排列紧密程度及不同晶面间距是不同的，所以不同方向上原子结合力也不同，晶体在不同方向上的物理、化学、力学间的性能也有一定的差异，此特性称为各向异性。
1.弹性模量：用E表示。材料在弹性变形阶段内，应力和对应的应变的比值。反映材料抵抗弹性变形能力。其值 越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小，抵抗变形能力越强 2.韧性：在冲击、振动荷载作用下，能吸收较大能量产生一定变形而不致破坏的性质。 3.耐水性：材料长期在饱和水作用下不被破坏，强度也不显著降低的性质，表示方法——软化系数：材料在吸水 饱和状态下的抗压强度与干燥状态下的抗压强度之比K R = f b/f g 软化系数大于0.8的材料通常可以认为是耐水材料；对于经常位于水中或处于潮湿环境中的材料，软化系数不得低于0.85；对于受潮较轻或次要结构所用的材料，软化系数不宜小于0.75 4.导热性：传导热量的能力，表示方式——导热系数,材料的导热系数越小，材料的绝热性能就越好。影响导热性 的因素:材料的表观密度越小，其孔隙率越大，导热系数越小,导热性越差。由于水与冰的导热系数较空气大，当材料受潮或受冻时会使导热系数急剧增大，导致材料保温隔热方式变差。所以隔热材料要注意防潮防冻。 5.建筑石膏的化学分子式：β-CaSO4˙?H2O 石膏水化硬化后的化学成分：CaSO4˙2H2O 6.高强石膏与建筑石膏相比水化速度慢,水化热低,需水量小,硬化体的强度高。这是由于高强石膏为α型半水石膏， 建筑石膏为β型半水石膏。β型半水石膏结晶较差，常为细小的纤维状或片状聚集体，内比表面积较大；α型半水石膏结晶完整，常是短柱状，晶粒较粗大，聚集体的内比表面积较小。 7.石灰的熟化，是生石灰与水作用生成熟石灰的过程。特点：石灰熟化时释放出大量热，体积增大1~2.5倍。应 用：石灰使用时，一般要变成石灰膏再使用。CaO+H2O Ca(OH)2+64kJ 8.陈伏：为消除过火石灰对工程的危害，将生石灰和水放在储灰池中存放15天以上，使过火灰充分熟化这个过程 叫沉伏。陈伏期间，石灰浆表面应保持一层水，隔绝空气，防止发生碳化。 9.石灰的凝结硬化过程：（1）干燥结晶硬化：石灰浆体在干燥的过程中,因游离水分逐渐蒸发或被砌体吸收，浆体 中的氢氧化钙溶液过饱和而结晶析出,产生强度并具有胶结性（2）碳化硬化：氢化氧钙与空气中的二氧化碳在有水分存在的条件下化合生成碳酸钙晶体，称为碳化。由于空气中二氧化碳含量少，碳化作用主要发生在石灰浆体与空气接触的表面上。表面上生成的CaCO3膜层将阻碍CO2的进一步渗入，同时也阻碍了内部水蒸气的蒸发，使氢氧化钙结晶作用也进行的缓慢。碳化硬化是一个由表及里，速度相当缓慢的过程。
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。
第一章 1.三种典型晶胞结构： 体心立方： Mo 、Cr 、W 、V 和 α-Fe 面心立方： Al 、Cu 、Ni 、Pb 和 β-Fe 密排六方： Zn 、Mg 、Be 体心立方 面心立方 密排六方 实际原子数 2 4 6 原子半径 a r 4 3= a r 4 2= a r 21= 配位数 8 12 12 致密数 68% 74% 74% 2.晶向、晶面与各向异性 晶向：通过原子中心的直线为原子列，它所代表的方向称为晶向，用晶向指数表示。 晶面：通过晶格中原子中心的平面称为晶面，用晶面指数表示。 （晶向指数、晶面指数的确定见书P7。） 各向异性：晶体在不同方向上性能不相同的现象称为各向异性。 3.金属的晶体缺陷：点缺陷、线缺陷、面缺陷 4.晶体缺陷与强化：室温下金属的强度随晶体缺陷的增多而迅速下降，当缺陷增多到一定数量后，金属强度又随晶体缺陷的增加而增大。因此，可以通过减少或者增加晶体缺陷这两个方面来提高金属强度。 5..过冷：实际结晶温度Tn 低于理论结晶温度To 的现象称为过冷。 过冷度 n T T T -=?0 过冷度与冷却速度有关，冷却速度越大，过冷度也越大。 6.结晶过程：金属结晶就是晶核不断形成和不断长大的过程。 7.滑移变形：单晶体金属在拉伸塑性变形时，晶体内部沿着原子排列最密的晶面和晶向发生了相对滑移，滑移面两侧晶体结构没有改变，晶格位向也基本一致，因此称为滑移变形。 晶体的滑移系越多，金属的塑性变形能力就越大。 8.加工硬化：随塑性变形增加，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显著提高，塑性和韧性显著降低，这称为加工硬化。 9.再结晶：金属从一种固体晶态过渡到另一种固体晶态的过程称为再结晶。 作用：消除加工硬化，把金属的力学和物化性能基本恢复到变形前的水平。 10.合金：两种或两种以上金属元素或金属与非金属元素组成的具有金属特性的物质。 11.相：合金中具有相同化学成分、相同晶体结构并有界面与其他部分隔开的均匀组成部分称为“相”。 分类：固溶体和金属间化合物 第二章 1.铁碳合金相图（20分） P22
土木工程材料复习整理 1.土木工程材料的定义 用于建筑物和构筑物的所有材料的总称。 2.土木工程材料的分类 （一）按化学组成分类：无机材料、有机材料、复合材料 （二）按材料在建筑物中的功能分类：承重材料、非承重材料、保温和隔热材料、吸声和隔声材料、防水材料、装饰材料等（三）按使用部位分类：结构材料、墙体材料、屋面材料、地面材料、饰面材料等 3.各级标准各自的部门代号列举 GB——国家标准 GBJ——建筑行业国家标准 JC——建材标准 JG——建工标准 JGJ——建工建材标准 DB——地方标准 QB——企业标准 ISO——国际标准 4.材料的组成是指材料的化学成分、矿物成分和相组成。 5.材料的结构 宏观结构：指用肉眼或放大镜能够分辨的粗大组织。其尺寸在10-3m级以上。 细观结构：指用光学显微镜所能观察到的材料结构。其尺寸在10-3-10-6m级。 微观结构：微观结构是指原子和分子层次上的结构。其尺寸在10-6
-10-10m 级。微观结构可以分为晶体、非晶体和胶体三种。 6.材料的密度、表观密度、堆积密度、密实度与孔隙率、填充率与空隙率的概念及计算 密度：材料在绝对密实状态下,单位体积的质量。（质量密度） 密实体积：不含有孔隙和空隙的体积(V)。 g/cm3 表观密度：材料在自然状态下，单位体积的质量。（体积密度） 表观体积：含有孔隙但不含空隙的体积(V0)。（用排水法测得的扣除了材料内部开口孔隙的体积称为近视表观体积，也称视体积。 ㎏/m3或g/cm3 堆积密度：材料在堆积状态下，单位体积的质量。（容装密度） 堆积体积：含有孔隙和空隙的体积（V0’）。 ㎏/m3 密实度：密实度是指材料体积内，被固体物质所充实的程度。 v m = ρv o m = 0ρ' 00 v m ='ρ00100%100%V D V ρρ =??＝%100101??-=W V V m m W ρ
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
第二章材料的性能 一、1）弹性和刚度 弹性：为不产生永久变形的最大应力，成为弹性极限 刚度：在弹性极限范围内，应力与应变成正比，即：比例常数E称为弹性模量，它是衡量材料抵抗弹性变形能力的指标，亦称为刚度。 2）强度 屈服点与屈服强度是材料开始产生明显塑性变形时的最低应力值，即： 3）疲劳强度：表示材料抵抗交变应力的能力，即： 脚标r 为应力比，即： 对于对称循环交变应力，r= —1 时，这种情况下材料的疲劳代号为 4）裂纹扩展时的临界状态所对应的应力场强度因子，称为材料的断裂韧度，用K IC表示 二、材料的高温性能： 1、蠕变的定义：是指在长时间的恒温下、恒应力作用下，即使应力小于该温度下的屈服点，材料也会缓慢的产生塑性变形的现象，而导致的材料断裂的现象称为蠕变断裂 2、蠕变变形与断裂机理：材料的蠕变变形主要通过位错滑移、原子扩散及晶界滑动等机理进行的；而蠕变断裂是由于在晶界上形成裂纹并逐渐扩展而引起的，大多为沿晶断裂。 3、应力松弛：指承受弹性变形的零件，在工作中总变形量应保持不变，但随时间的延长而发生蠕变，从而导致工作应力自行逐渐衰减的现象 4、蠕变温度：指金属在一定的温度下、一定的时间内产生一定变形量所能承受的最大应力 5、持久强度：指金属在一定温度下、一定时间内所能承受最大断裂应力 第三章：金属结构与结晶 三种常见金属晶格：体心立方晶格，面心立方晶格、密排六方晶格 晶格致密度和配位数 晶面和晶向分析 1、晶面指数 2、晶向指数 3、晶面族和晶向族 4、晶面和晶向的原子密度第四章：二元合金相图（计算组织组成物的相对含量及相的相对量） 1、二元合金相图的建立 2、二元合金的基本相图 1）匀晶相图（枝晶偏析：由于固溶体一般都以树枝状方式结晶，先结晶的树枝晶轴含高熔点的组元较多；后结晶的晶枝间含低熔点组元较多，故把晶内偏析又称为枝晶偏析） 2）共晶相图 3）包晶相图 4）共晶相图 3、铁碳合金 铁碳合金基本相 1）铁素体 2）奥氏体 3）渗碳体 4）石墨 第五章金属塑性变形与再结晶 1、单晶体塑性变形形式 1）滑移 2）孪生 2、加工硬化：随着变形程度的增加，金属的强度、硬度上升而塑性、韧性下降，即为冷变形强化，也称加工硬化。 3、铁的最低再结晶温度为4500C,故即使它在4000C的加工变形仍应属于冷变形；铅的再结晶温度在00C以下，故它在室温的加工变形为热变形 第六章：金属热处理及材料改性 1、本质粗晶粒钢：对于碳素钢，奥氏体晶粒随加热温度升高会迅速长大，这类钢称为本质粗晶粒钢 2、马氏体类型的转变 1）马氏体组织形态和性能：马氏体组织形态主要有两种基本类型：一种是板条状马氏体，也称低碳马氏体；另一种是在片状马氏体，也称高碳马氏体。 2）马氏体性能：马氏体塑性韧性主要取决于碳的过饱和度和亚结构。低碳板条状马氏体的韧性塑性相当好。 3、过冷奥氏体连续转变 曲线图CCT曲线与TTT曲线比较：共析钢和过共析钢连续冷却时，由于贝氏体转变孕育期大大增长，因而有珠光体转变区而无贝氏体转变
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）。
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√
工程材料及热处理 第一部分名词解释 第一章材料的结构与性能 1、金属键：通过共有化的自由电子和正离子依靠静电引力结合的方式。 金属的宏观特性：①导电性②导热性③不透明④有光泽⑤具有正电阻温度系数⑥塑性、延展性 书P12 表1-1 2、晶体：内部质点（原子、离子或分子）在三维空间按一定规律进行周期性重复排列的固体。 晶体与非晶体的区别： 根本区别：内部质点排列的规律不同，即结构不同。 （1）晶体有一定的熔点，而非晶体则没有。 （2）晶体具有各向异性，而非晶体是各向异性。 （3） 3、空间点阵或晶格：将晶体的内部质点抽象为几何点得到的由几何点构成的空间构架。 4、晶胞：能完全反应点阵特征的最小的几何单元。 5、晶面：通过将晶体中由原子构成的平面。 6、晶向：任意两个原子的连线方向。 7、晶体缺陷：实际金属中，因一些原子在外在因素的作用下偏离平衡位置破坏晶体中原子排列的规律性，形成的微小不完整区域。 根据几何形状特征，可将晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。 点缺陷：空位、间隙原子和置换原子 线缺陷：也称为位错（位错密度用X射线或透射电镜测定） 面缺陷：晶界、亚晶界 8、合金：由两种或两种以上的金属元素（或金属元素与非金属元素）组成的具有金属特性的物质。 9、相：合金中具有同一聚集状态、同一结构、同一性质，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分。 10、固溶体：溶质原子溶入固态金属溶剂晶格中所形成的均一的、保持溶剂晶体结构的合金相称为固溶体。 间隙固溶体：溶质原子不是占据溶剂晶格结点位置，而是填入溶剂晶格的某些间隙位置所形成的固溶体。 置换固溶体：溶质原子占据了溶剂晶格的某些结点位置所形成的的固溶体。
《土木工程材料》重要知识点 关注各章习题：选择题、判断题、是非题 一、材料基本性质 （1）基本概念 1.密度：材料在绝对密实状态下单位体积下的质量； 2.体积密度：材料在自然状态下单位体积（包括材料实体及开口孔隙、闭口孔隙）的质量，俗称容重； 3.表观密度：单位体积（含材料实体及闭口孔隙体积）材料的干质量，也称视密度； 4.堆积密度：散粒状材料单位体积（含物质颗粒固体及其闭口孔隙、开口孔隙体积以及颗粒间孔隙体积）物质颗粒的质量； 5.孔隙率：材料中的孔隙体积占自然状态下总体积的百分率 6.空隙率：散粒状材料在堆积体积状态下颗粒固体物质间空隙体积（开口孔隙与间隙之和）占堆积体积的百分率； 7.强度：指材料抵抗外力破坏的能力（材料在外力作用下不被破坏时能承受的最大应力） 8.比强度：指材料强度与表观密度之比，材料比强度越大，越轻质高强； 9.弹性：指材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复原来形状的性质； 10.塑性：指在外力作用下材料产生变形，外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，这种不能恢复的变形称为塑性变形； 11.韧性：指在冲击或震动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不破坏的性质； 12.脆性：指材料在外力作用下，无明显塑性变形而突然破坏的性质； 13.硬度：指材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力； 14.耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力； 15.亲水性：当湿润角≤90°时，水分子之间的内聚力小于水分子与材料分子之间的相互吸引力，这种性质称为材料的亲水性； 16.憎水性：当湿润角＞90°时，水分子之间的内聚力大于水分子与材料分子之间的吸引力，这种性质称为材料的憎水性；
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℃） 共析反应：727℃时发生，有A（C=0.77%）、F（C=0.0218%）、Fe3C（C=6.69%）三相共存；As→Fp+Fe3Ck(恒温727℃) 工程材料 第三章金属材料 一、名词解释。 合金钢为了提高钢的性能，在铁碳合金中特意加入合金元素所获得的钢。 回火稳定性淬火钢在回火时，抵抗强度、硬度下降的能力称为回火稳定性。 二次硬化某些铁碳合金（如高速钢）须经多次回火后，才进一步提高其硬度。这种硬化现象，称为二次硬化，它是由于特殊碳化物析出和（或）由于与奥氏体转变为马氏体或贝氏体所致。 回火脆性250-400和450-650两个温度区间回火后，钢的冲击韧性明显下降。 铸铁碳的质量分数在2.11％以上的铁碳合金 青铜含铝，硅，铅，鈹，锰等的铜基合金 黄铜以锌为主要合金元素的铜合金。 二、填空题。 1、一些含有合金元素Ni 、Cr 和Mn 的钢容易产生第二类回火脆性，为了消除第二类回火脆性，可采用同时含有合金元素Mo和W的钢。 2、合金元素中，碳化物形成元素有Fe 、Mn、Cr 、Mo等。 3、除Co、Al外，几乎所有的合金元素都使Ms、Mf点下降，因此淬火后相同碳质量分数的合金钢比碳钢残余奥氏体少，使钢的硬度变大。 4、促进晶粒长大的元素有Mn、P 等。 5、按钢中合金元素含量，可将合金钢分为低合金钢、中合金钢和高合 金钢三类。 6、合金钢中常用来提高淬透性的合金元素有Cr 、Mn 、Ni 、Si和 B五种，其中作用最大的是Cr 。 7、20钢是优质碳素结构钢，可以制造冲压件及焊接件。 8、20CrMnTi钢是中淬透性合金渗透钢，可以制造汽车、拖拉机上的重要零件。 9、9SiCr是冷作模具钢，可以制造冷作模具。 10、CrWMn是冷作模具钢，可以制造冷作模具。 11、5CrMnMo是热作模具钢，可以制造热锻模钢。 12、Cr12MoV是冷作模具钢，可以制造冷作模具。 13、T12是碳素工具钢，可以制造锉刀、挂刀等刃具。 14、16Mn是低合金高强度结构钢，可以制造桥梁、船舶、车辆等结构钢。 15、40Cr是低淬透性合金调质钢，可以制造一般尺寸的重要零件。 16、60Si2Mn是合金弹簧钢，可以制造汽车、拖拉机上的板簧和螺旋弹簧。 17、GCr15钢铬弹簧钢，可以制造冷冲模、量具、丝锥等。 18、1Cr13是马氏体不锈钢，可以制造韧性要求较高的紧固件、叶片等。 19、1Cr18Ni9Ti是奥氏体不锈钢，可以制造耐酸容器、抗磁仪表、医疗器械。 20、ZGMn13是高锰钢，可以制造车履带、铁轨分道叉。 21、20CrMnTi是中淬透性合金渗透钢，Cr、Mn的主要作用是提高淬透性，Ti 的主要作用是阻碍渗碳时奥氏体晶粒长大；增加渗碳层，提高研磨性，热处理的工艺是渗碳后直接淬火，再低温回火。 22、W18Cr4V是高速钢，碳质量分数是0.73%~0.83%，W的主要作用是提高热硬性，Cr的主要作用是提高淬透性，V的主要作用是形成VC，阻止奥氏体晶粒长大。热处理工艺是球化退火→淬火→回火。最后组织是回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体。 23、0Cr18Ni9Ti是奥氏体钢，Cr、Ni和Ti的作用分别是提高钢的耐蚀性、形成稳定碳化物和防止晶间腐蚀。 24、灰口铸铁中碳主要以石墨的形式存在，可用来制造机床床身、柴油机汽缸。 25、可锻铸铁中石墨的形态为团絮状，可用来制造制造形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件，如汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门等。《工程材料基础》知识点汇总
工程材料第三章知识点
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