机械工程材料

第一章1.说明以下符号代表着什么？σe 弹性强度σs屈服强度σb抗拉强度δ伸长率Ψ断面收缩率ak冲击韧性HRC洛氏硬度HBW布氏硬度HV维氏硬度2.解释名词。

强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。

塑性：材料受外力破坏前承受的最大塑性变形的能力。

硬度：材料抵抗局部塑性变形的能力。

冲击韧性：金属材料抵抗冲击载荷而不被破坏的能力称为冲击韧性，用ak 表示第二章1，解释下列名词。

晶体：原子在三维空间规则排列的固体。

晶格：通过金属原子(离子)的中心划出许多空间直线，这些直线将形成空间格架。

这种格架称为晶格。

晶胞:由于晶体中原子规则排列且有周期性的特点，为了便于讨论通常只从晶格中，选取一个能够完全反映晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子排列的规律，这个最小的几何单元称为晶胞。

晶粒：晶粒本身也不是完整的理想晶体，它由很多尺寸很小，位相差也很小的小晶块镶嵌而成，这些小晶块称为亚晶粒。

亚晶粒之间的交界面称为亚晶界。

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：与单晶体相反。

晶界：晶界是两个晶粒的过渡部位，原子排列不规则。

固溶体：合金的晶体结构与组成元素之一的晶体结构相同的固相称为固溶体，习惯上用α，β，γ·····表示。

金属化合物：合金的晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相称为金属化合物。

合金：合金是指由两种或两种以上的元素组成的具有金属特性的物质。

组元：组成合金的独立的，最基本的单元。

相：金属或合金中，凡成分相同，结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分称为相。

2. 常见的金属晶格类型有哪几种？画出各类型的原子排列方式及举例3种典型的金属。

晶格常数：a（a=b=c）原子半径：r=√3a/4原子个数：2配位数：8致密度：68%常见金属：a-Fe、铬、、钨、钼、钒等面心立方晶格晶格常数：a（a=b=c）原子半径：√2a/4原子个数：4配位数：12致密度：74%常见金属：y-Fe晶格常数：底边长a，高c原子半径：r=a/2原子个数：6配位数：12致密度：74%常见金属：a-Ti、镁、锌、铍等3.根据溶质原子在溶剂晶格中的位置，固溶体分为哪两类？分别加以说明。

置换固溶体：溶质原子占据溶剂点阵的阵点所形成的固溶体。

间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体。

4.金属化合物分为哪三类？正常价化合物：符合正常的原子价规律的化合物称为正常价化合物。

电子化合物：符合电子浓度规律的化合物。

间隙化合物：间隙化合物是由过渡金属元素与碳，氮，氢，硼等原子半径较小的非金属元素形成的化合物。

5.在实际的金属结构中有哪些缺陷？说明这些缺陷对材料的机械性能有哪些影响？1)点缺陷——空位，间隙原子和置换原子。

点缺陷导致晶格畸变，而晶格畸变将使晶体性能发生改变，如强度，硬度和电阻增加。

2）线缺陷——位错当金属处于退火状态时的强度最低，随着位错密度的增加或降低都能增加金属的强度。

3）面缺陷——晶界和亚晶界。

晶界和亚晶界处在常温下的强度和硬度较高，在高温下则较低；易腐蚀和氧化；熔点低。

第三章1.什么是结晶？什么是过渡冷？说明冷却速度和过渡冷的关系。

结晶：材料由固态到液态的凝固形成晶体过渡冷：理论结晶温度（T0）与实际温度（T1）的差值称为过渡冷（△T），即△T=T0-T1。

一般的规律是冷却速度越大，过冷度越大。

而过冷度越大，自由能差△G的绝对值越大，结晶越容易进行。

2.晶核的长大方式有哪两种？实际金属主要以哪种方式长大？均匀长大和树枝状长大。

实际金属主要以树枝状长大方式进行，因为实际金属结晶时冷却速度较大。

3.晶粒大小共分为几个等级？最细的是哪一级？标准晶粒度共分为8级，1级最粗，8级最细。

晶粒度是晶粒大小的量度。

4.影响晶粒大小的因素是什么？用哪些方法可以控制晶粒度？说明晶粒大小对金属的机械性能如何产生影响？晶粒大小取决于晶核的形成速率和长大速度。

单位时间，单位体积内形成晶核的数目称为形核率（N），而单位时间内晶核生长的长度称为长大速度（G）。

可见，形核率与长大速度的比值越大，晶粒越细小。

控制过冷度；变质处理；振动，搅拌。

常温下，晶粒越细，晶界面积越大，因而金属强度，硬度越高，同时塑形，韧性越好，称为结晶强化。

高温下，晶粒过粗过细都不好。

5.什么是同素异构转变？画出纯Fe冷却曲线，并以此说明纯Fe的同素异构转变过程。

有些物质在固态下其晶格类型会随着温度的变化而发生变化这种现象成为同素异构转变。

δ-Fe、γ-Fe、α-Fe是铁在不同温度下的同素异构体。

δ-Fe和α-Fe都是体心立方晶格，分别存在于熔点至1394℃之间及912℃以下。

γ-Fe是面心立方晶格，存在于1394℃~912℃之间。

第四章1.什么是共晶转变？什么是共析转变？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称为共晶转变或共晶反应。

共析转变：共析反应是指在一定温度下，由一定成分的固相同时析出两个成分和结构完全不同的新固相的反应。

2.解释下列名词。

铁素体：碳在δ-Fe中的固溶体称为δ铁素体，又称高位铁素体。

用符号δ表示。

奥氏体：碳在γ-Fe中的固溶体称为奥氏体。

渗碳体：渗碳体是铁与碳的间隙化合物，含碳量为6.69%，用Fe3C或Cm表示。

珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物，称为珠光体。

用符号P表示。

莱氏体：奥氏体和渗碳体的机械混合物，称为莱氏体。

用符号Le表示。

3.默画出铁碳合金相图（包括图，各点的符号，填满相区。

）4.写出铁碳合金相图中1148℃和727℃这两条水平线上的反应类型和反应式 ECF 水平线（1148°C ）为共晶线，与该线成分（2.11%~6.69%C ）对应的合金在该线温度下将发生共晶转变：L 4.3 → γ2.11 + Fe 3CPSK 水平线（727°C ）为共析线，与该线成分（0.0218%~6.69%C ）对应的合金在该线温度下将发生共析转变：γ0.77→ α0.0218 + Fe 3C5.分别写出含碳量为0.45%，0.77%和1.2%的铁碳合金从奥氏体缓慢冷却至室温的组织转变过程。

碳的质量分数为0.45%的铁碳合金的结晶过程：L→ A+L→A→A+F→P+F碳的质量分数为0.77%的铁碳合金的结晶过程：L→ A+L→A→P碳的质量分数为1.2%的铁碳合金的结晶过程：L→A+L→A→A+Fe3C→P+Fe3C6.写出工业纯铁，亚共析钢，共析钢，过共析钢，亚共晶白口铸铁，共晶白口铸铁，过共晶白口铸铁这7种合金在室温下的组织。

工业纯铁：+Fe3C III<0.0218%C 铁素体晶粒碳钢：0.0218%-2.11%C 单相奥氏体亚共析钢：珠光体+铁素体 0.0218%-0.77%C共析钢：100%的珠光体 0.77%C过共析钢：珠光体 0.77%-2.11%C亚共晶白口铸铁：P+ Fe3CⅡ+Le’ 2.11%-4.3%C共晶白口铸铁：Le’（P+ Fe3C） 4.3%C过共晶白口铸铁：Fe3CⅠ+Le’ 4.3%-6.69%C第五章1.解释下列名词。

热处理：是指将钢在固态下加热，保温和冷却，已改变钢的组织结构，从而获得所需性能的一种工艺。

过冷奥氏体：处于临界线A线以下的奥氏体称为过冷奥氏体。

残余奥氏体：2.根据加热，冷却方式及钢组织性能变化特点，热处理工艺如何分类？普通热处理：如退火，正火，淬火和回火。

表面热处理：如表面淬火，化学热处理。

其它热处理：如真空热处理，形变热处理，控制气氛热处理，激光热处理等。

3.在共析钢的c曲线中填入下列组织：过冷奥氏体，珠光体，索氏体，托氏体，上贝氏体，马氏体+残余奥氏体，马氏体。

4.珠光体，索氏体，托氏体，在组织和性能上的区别是什么？珠光体，索氏体，托氏体都是珠光体类型，片状结构不同，越来越细。

6.什么是退火，正火，淬火和回火？退火：将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却的热处理工艺叫退火。

正火：正火是指将亚共析钢加热到Ac3+(30~80)℃，共析钢加热到Ac1+(30~80)℃，过共析钢加热到Accm+(30~80)℃，保温后空冷的热处理工艺。

淬火：淬火是指将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk的速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。

回火：回火是指将淬火钢加热到A1以下某温度保温后，再冷却的热处理工艺。

7.写出三种退火方法的名称。

完全退火，等温退火，球化退火。

最常用的是去应力退火。

8.什么是临界冷却速度？说明奥氏体稳定性的大小和临界冷却速度的关系。

临界冷却速度：Vk为CCT曲线的临界冷却速度，即获得全部马氏体组织时的最小冷却速度。

C曲线越靠右，Vk越小，过冷奥氏体越稳定。

9.写出亚共析钢，共析钢，过共析钢的淬火温度范围。

亚共析钢：Ac3+（30~50）℃。

共析钢和过共析钢：Ac1+（30~50）℃10.常用的淬火介质有哪两种？水及水溶液和油。

11.淬火方法有哪几种？写出他们的名称，并在C曲线上画出。

单介质淬火法，双介质淬火法，分级淬火法，等温淬火法。

12.有哪几种回火方法？写出他们的名称，并在c曲线上画出。

低温回火，中温回火，高温回火。

13.什么是回火脆性？共有哪几种回火脆性，如何防止？在某些温度范围内回火时，会出现冲击韧性下降的现象，称为回火脆性。

共分为两类，不可逆回火脆性和可逆回火脆性。

第一类：回火时避开250~350℃这一温度范围。

第二类：回火后快速冷却；在钢中加入合金元素W（约1%），Mo（约0.5%）也可有效抑制这类回火脆性的产生。

14.为什么淬火后要马上进行回火？淬火后金属工件因内部组织结构变化，硬度增加的同时，他的脆性增加，容易断裂，回火可以减小内部应力，减少断裂的可能。

15.什么是调质，钢经过调质后得到什么组织？通常把淬火加高温回火的热处理工艺称为调质处理，简称调质。

钢经过调质后的到的组织是回火索氏体。

第六章钢的编号方法1.钢分别按（1）化学成分（2）质量（3）用途分为哪几类？分别说明。

（1）化学成分：低合金钢（合金元素总量<5%）、中合金钢（合金元素总量5%~10%）和高合金钢（合金元素总量>10%）。

（2）质量：低碳钢（含碳量<0.25%），中碳钢（含碳量为0.25%~0.6%），高碳钢（含碳量>0.6%）（3）用途：结构钢，工具钢，特种钢。

2.钢中的杂质元素共分为哪几种？那些是有害的？在钢中，S，P含量不能超过的最大值是多少？钢中的常存杂质元素主要是指锰、硅、硫、磷及氮、氧、氢等元素。

硫和磷在钢中都是有害元素。

S的含量不能超过0.05%，P的含量不能超过0.04%。

3.说明合金元素对C曲线的影响。

除Co外，凡溶入奥氏体的合金元素均使C曲线右移，钢的临界冷却速度下降，淬透性提高。