金属学与热处理习题.docx
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金属学与热处理习题
习题与思考题
绪论
（—）填空题
1.机械设计常用和两种强度指标。
2．设计刚度好的零件，应根据指标来选择材料。
3是材料从状态转变为状态时的温度。
4冲击韧性的单位是；延伸率的单位是；屈服强度的单位是。
5屈强比是与之比。
6．材料主要的工艺性能有、、、和。
（二）判断题
1抗氧化性就是指材料在高温下完全不被氧化的性能。
（）
2．材料硬度越低，其切削加工性能就越好。
（）
3．金属材料的导电导热性能远高于非金属材料。
（）
4．σs和σ0.2都是材料的屈服强度。
（）
5材料的E值越大，其塑性越差。
（）
6．同一材料的延伸率δ5>δ10。
（）
7．材料的抗拉强度与布氏硬度之间，近似地成一直线关系。
（）
8．各种硬度值之间可以互换。
（）
9．用断面收缩率ψ表示塑性更接近材料的真实应变。
（）
10．延伸率是试样拉断后的相对伸长量。
（）
11．硬度是材料对局部变形的抗力，所以硬度是材料的塑性指标。
（）
（三）选择题
1低碳钢拉伸试验时，其变形过程可简单分为几个阶段。
A．弹性变形、塑性变形、断裂B．弹性变形、断裂
C塑性变形、断裂D．弹性变形、条件变形、断裂
2．低碳钢拉伸应力一应变图中，σ曲线上对应的最大应力值称为
A．弹性极限B．屈服强度C抗拉强度D．断裂强度
3．材料开始发生塑性变形的应力值叫做材料的
A．弹性极限B．屈服强度C抗拉强度D．条件屈服强度
4．测量淬火钢件及某些表面硬化件的硬度时，一般应用
5．有利于切削加工性能的材料硬度范围为
A．<160B．>230C．（160～230）D．（60～70）
6．材料的值主要取决于其晶体结构特性，一般处理方法对它影响很小。
Aσ0.2BσbCE
（四）改错题
1屈服就是材料开始塑变失效，所以屈服强度就是材料的断裂强度。
2材料的断裂强度一定大于其抗拉强度。
3强度是材料抵抗变形和破坏的能力，塑性是在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力所以两者的单位是一样的。
4因为σb≈，所以一切材料的硬度越高，其强度也越高。
5．材料的电阻随温度升高而升高。
（五）问答题
1零件设计时，选取σ0.2（σs）还是选取σb，应以什么情况为依据?
2．在测定强度指标时，σs和σ0.2有什么不同?
3．常用的测量硬度方法有几种?
其应用范围如何?
4．δ与ψ这两个指标，那个更准确地表达材料的塑性?
为什么?
5．有一碳钢制支架刚性不足，有人要用热处理强化方法；有人要另选合金钢；有人要改变零件的截面形状来解决。
哪种方法合理?
为什么?
6．疲劳破坏是怎样形成的?
提高零件疲劳寿命的方法有哪些?
为什么表面粗糙和零件尺寸增大能使材料的疲劳强度值减小?
7．如图1—1所以，为五种材料的应力一应变曲线：
①45钢；②铝青铜；③35钢；④硬铝；⑤纯铜。
试问，当外加应力为30时，各材料处于什么状态?
（六）思考题
1．根据上图，试计算出各种材料的σ0.2（σs）、σb、E。
并讨论：
①是否材料高强度就不会变形，低强度材料一定会变形?
②是否材料强度高时，其刚度就大?
③是否材料强度高时，其塑性都低？
第一章金属的晶体结构
（一）填空题
1．同非金属相比，金属的主要特性是
2．晶体与非晶体的最根本区别是
3．金属晶体中常见的点缺陷是，最主要的面缺陷是。
4．位错密度是指，其数学表达式为。
5．表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做，而晶胞是指。
6．在常见金属晶格中，原子排列最密的晶向，体心立方晶格是，而面心立方晶格是。
7晶体在不同晶向上的性能是，这就是单晶体的现象。
一般结构用金属为晶体，在各个方向上性能，这就是实际金属的现象。
8实际金属存在有、和三种缺陷。
位错是缺陷。
实际晶体的强度比理想晶体的强度得多。
。
9．常温下使用的金属材料以晶粒为好。
而高温下使用的金属材料在一定范围内以晶粒为好。
‘
10．金属常见的晶格类型是、、。
11．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），那么晶向指数为，晶向指数为，晶向指数为。
12．铜是结构的金属，它的最密排面是，若铜的晶格常数0.36,那么最密排面上原子间距为。
13α、γ、、、、、、V、、中属于体心立方晶格的有，属于面心立方晶格的有，属于密排六方晶格的有。
14．已知的原子直径为0．256，那么铜的晶格常数为。
13中的原子数为。
15．晶面通过（0，0，0）、（1/2、1/4、0）和（1/2，0，1/2）三点，这个晶面的晶面指数为.
16．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.
17．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的结合方式。
18．同素异构转变是指。
纯铁在温度发生和多晶型转变。
19．在常温下铁的原子直径为0．256，那么铁的晶格常数为。
20．金属原子结构的特点是。
21．物质的原子间结合键主要包括、和三种。
22．大部分陶瓷材料的结合键为。
23．高分子材料的结合键是。
（二）判断题
1．因为单晶体具有各向异性的特征，所以实际应用的金属晶体在各个方向上的性能也是不相同的。
（）
2．金属多晶体是由许多结晶位向相同的单晶体所构成。
（）
3．因为面心立方晶体与密排六方晶体的配位数相同，所以它们的原子排列密集程度也相同
4．体心立方晶格中最密原子面是｛111｝。
5．金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高得多。
6．金属面心立方晶格的致密度比体心立方晶格的致密度高。
7．实际金属在不同方向上的性能是不一样的。
8．纯铁加热到912℃时将发生α向γ的转变，体积会发生膨胀。
（）
9．面心立方晶格中最密的原子面是<111}，原子排列最密的方向也是<111>。
（）
10．在室温下，金属的晶粒越细，则其强度愈高和塑性愈低。
（）
11．纯铁只可能是体心立方结构，而铜只可能是面心立方结构。
（）
12．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。
（）
13．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。
14．正的电阻温度系数就是指电阻随温度的升高而增大。
15．多晶体是由多个取向不同的单晶体拼凑而成的。
16．晶胞是从晶格中任意截取的一个小单元。
17从热力学上讲，所有的晶体缺陷都使畸变能升高，即都是非平衡态。
18从热力学上讲，理想晶体没有晶体缺陷，即没有晶格畸变能，即为平衡状态。
19．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。
（三）选择题
1．正的电阻温度系数是指
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
2．金属键的一个基本特征是
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
3．晶体中的位错属于
A．体缺陷B点缺陷C面缺陷D．线缺陷
4．亚晶界的结构是
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
5．多晶体具有
A．各向同性B各向异性C伪各向同性D伪各向异性
6．在面心立方晶格中，原子线密度最大的晶向是
A．<100>B<110>C．<111>D．<112>
7．在体心立方晶格中，原子面密度最小的晶面是
A．<100}B{110}C{111}D{112}
8．金属原子的结合方式是
A．离子键B共价键C金属键D分子键
9．晶态金属的结构特征是
A．近程有序排列B远程有序排C完全无序排列D部分有序排列
（四）改错题
1．面心立方晶格的致密度为0．68。
2．γ在912℃转变为时体积收缩约1％。
这是因为γ的晶格常数大于的晶格常数。
3．实际金属缺陷越多，则其强度硬度越低。
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}面。
（五）问答题
1．试用金属键的结合方式，解释金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽等基本特性.
2．实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷，它们对金属的性能有什么影响?
3．实际晶体与理想晶体有何不同?
5．简述晶界的结构及特性？
7非晶体的结构有何特点?
性能怎样?
8何谓同素异构现象?
试以为例阐述之。
试分析γ向α的体积变化情况。
（六）作图题
1．分别画出面心立方和体心立方晶格中的（110）晶面的原子平面排列图，并由图中找出原子半径与晶格常数之间的关系。
2．画出体心立方、面心立方晶格中原子最密的晶面和晶向，写出它们的晶面指数和晶向指数，并求出其单位面积和单位长度上的原子数。
3．标出图2—1中给定的晶面指数与晶向指数：
晶面′A′A、′B′B、′C′C、、′C′C、′D′D；
晶向、、、、′、′。
（七）计算题
1．已知铜原子直径为0．256，试计算3铜中的原子数。
2．已知铁的原子量为55.85，1g铁有多少个原子?
计算它们在室温和1000℃时各有多少个晶胞?
（八）思考题
1．在立方晶胞内，绘出<111}晶面族所包括的晶面。
2．已知钛在20℃时，具有密排六方晶胞的体积是0．163，其轴比c／a＝1．59。
求a与c的值和钛在晶胞底面中的原子半径是多少?
第二章纯金属的结晶
（一）填空题
1．金属结晶两个密切联系的基本过程是和
2在金属学中，通常把金属从液态向固态的转变称为，通常把金属从一种结构的固态向另一种结构的固态的转变称为。
3．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是
4．铸锭和铸件的区别是。
5．液态金属结晶时，获得细晶粒组织的主要方法是
6．金属冷却时的结晶过程是一个热过程。
7．液态金属的结构特点为。
8．如果其他条件相同，则金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的，采用振动浇注的铸件晶粒比不采用振动的，薄铸件的晶粒比厚铸件。
9．过冷度是。
一般金属结晶时，过冷度越大，则晶粒越。
10．影响非晶体凝固的主要因素是和。
（二）判断题
1凡是由液态金属冷却结晶的过程都可分为两个阶段。
即先形核，形核停止以后，便发生长大，使晶粒充满整个容积。
2．凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
3．近代研究表明：
液态金属的结构与固态金属比较接近，而与气态相差较远。
（）
4．金属由液态转变成固态的过程，是由近程有序排列向远程有序排列转变的过程。
（）
5．当纯金属结晶时，形核率随过冷度的增加而不断增加。
（）
6．在结晶过程中，当晶核成长时，晶核的长大速度随过冷度的增大而增大，但当过冷度很大时，晶核的长大速度则很快减小。
7．金属结晶时，冷却速度愈大，则其结晶后的晶粒愈细。
8．所有相变的基本过程都是形核和核长大的过程。
9．在其它条件相同时，金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的铸件晶粒更细
10．在其它条件相同时，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的铸件晶粒更细。
11．在其它条件相同时，铸成薄件的晶粒比铸成厚件的晶粒更细。
12.金属的理论结晶温度总是高于实际结晶温度。
14．在实际生产条件下，金属凝固时的过冷度都很小（<20℃），其主要原因是由于非均匀
形核的结果。
（）
15．过冷是结晶的必要条件，无论过冷度大小，均能保证结晶过程得以进行。
（）
16．在实际生产中，评定晶粒度方法是在放大100倍条件下，与标准晶粒度级别图作比较，级数越高，晶粒越细。
（）
（三）选择题
1液态金属结晶的基本过程是
A．边形核边长大B．先形核后长大
C．自发形核和非自发形核D．枝晶生长
2．液态金属结晶时，越大，结晶后金属的晶粒越细小。
A．形核率NB．长大率GC．比值N／GD．比值G／N
3．过冷度越大，则
A．N增大、G减少，所以晶粒细小B．N增大、G增大，所以晶粒细小
CN增大、G增大，所以晶粒粗大D．N减少、G减少，所以晶粒细小
4．纯金属结晶时，冷却速度越快，则实际结晶温度将。
A．越高B越低C．越接近理论结晶温度D．没有变化
5．若纯金属结晶过程处在液—固两相平衡共存状态下，此时的温度将比理论结晶温度
A．更高B．更低C；相等D．高低波动
6．在实际金属结晶时，往往通过控制N／G比值来控制晶粒度。
在下列情况下将获得粗大晶粒。
·
A．N／G很大B．N／C很小C．N／G居中D．N／G＝1
（四）改错题
1．过冷度就实际结晶温度。
2．变质处理就是浇注时改变材料成分和质量的处理。
3．理论结晶温度低于金属的实际结晶温度。
4．凝固和结晶都是物质从液态变成固态的过程，所以凝固过程就是结晶过程。
5．冷却速度越大，理论结晶温度就越低。
（五）问答题
1．试述结晶过程的一般规律，研究这些规律有何价值与实际意义?
2．什么叫过冷度?
为什么金属结晶时必须过冷?
3．试从过冷度对金属结晶时基本过程的影响，分析细化晶粒，提高金属材料常温机械性能的措施。
4．为什么实际生产条件下，纯金属晶体常以树枝状方式进行长大?
5．为获得非晶态金属，经常将金属液滴到高速旋转的铜盘上，而玻璃则不需要采取这种措施，说明其原因。
6．当对液态金属进行变质处理时，变质剂的作用是什么?
7晶粒大小对金属性能有何影响?
如何细化晶粒?
8．在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小?
三、复习自测题
（一）判断题
1．液态金属结构与固态金属结构比较接近，而与气态金属相差较远。
2．过冷是结晶的必要条件，无论过冷度大、小，都能保证结晶过程得以进行。
3．当纯金属结晶时，形核率总是随着过冷度的增大而增加。
（）
4．金属面心立方晶格的致密度比体心立方晶格的致密度高。
（）
5．金属晶体各向异性的产生，与不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度相关。
（）
6．金属的结晶过程分为两个阶段，即先形核，形核停止之后，便发生长大，使晶粒充满整个容积。
7．玻璃是非晶态固体材料，没有各向异性现象。
（）
（二）选择题
1．纯金属结晶时，冷却速度越快，则实际结晶温度将。
A．越高且越低C越接近理论结晶温度D．高低波动越大
2．在实际金属结晶时，往往通过控制N／G比值来控制晶粒度。
当时，将获得粗大晶粒。
A．N／G很大B．N／G很小C．N／G居中，0．N／G＝1
3．晶体中的晶界属于。
A．点缺陷且线缺陷C面缺陷0．体缺陷
4．材料的刚度与有关。
A．弹性模量B．屈服强度C抗拉强度D．延伸率
5．纯金属结晶的冷却曲线中，由于结晶潜热而出现结晶平台现象。
这个结晶平台对应的横坐标和纵坐标表示。
A理论结晶温度和时间B时间和理论结晶温度
C自由能和温度D．温度和自由能
（三）问答题
1．阐述液态金属结构特点并说明它为什么接近固态而与气态相差较远?
2．如果其它条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小，为什么?
①金属模浇注与砂模浇注；②高温浇注与低温浇注；
③铸成薄件与铸成厚件；④浇注时振动与不振动。
（四）作图题
1．分别画出体心立方晶格和面心立方晶格中（110）晶面的原子平面排列图，并由图中找出原子半径与晶格常数之间的关系。
2．绘图说明过冷度对金属结晶时形核率和长大率的影响规律，并讨论之。
第三章二元合金的相结构与结晶
（一）填空题
1合金的定义是
2．合金中的组元是指。
3．固溶体的定义是
4．、V在γ中将形成固溶体。
C、N则形成固溶体。
5．和间隙原子相比，置换原子的固溶强化效果要些。
6．当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出的树枝主轴含有较多的组元。
7．共晶反应的特征是，其反应式为
8．匀晶反应的特征是，其反应式为
9．共析反应的特征是，其反应式为
10．合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为，按原子溶入量可以分为和
11．合金的相结构有和两种，前者具有较高的性能，适合于做相；后者有较高的性能，适合于做相
12．看图4—1，请写出反应式和相区：
；；；
①；②；③；④；⑤；⑥；
13．相的定义是，组织的定义是
14．间隙固溶体的晶体结构与相同，而间隙相的晶体结构与不同。
15．根据图4—2填出：
水平线反应式；有限固溶体、无限固溶体。
液相线，固相线，固溶线、
16．接近共晶成分的合金，其性能较好；但要进行压力加工的合金常选用的合金。
17．共晶组织的一般形态是。
（二）判断题
1．共晶反应和共析反应的反应相和产物都是相同的。
（）
2．铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金，要进行塑性变形的合金常选用具有单相
固溶体成分的合金。
（）
3．合金的强度与硬度不仅取决于相图类型，还与组织的细密程度有较密切的关系。
（）
4．置换固溶体可能形成无限固溶体，间隙固溶体只可能是有限固溶体。
（）
5．合金中的固溶体一般说塑性较好，而金属化合物的硬度较高。
（）
6．共晶反应和共析反应都是在一定浓度和温度下进行的。
（）
7．共晶点成分的合金冷却到室温下为单相组织。
（）
8．初生晶和次生晶的晶体结构是相同的。
（）
9．根据相图，我们不仅能够了解各种合金成分的合金在不同温度下所处的状态及相的相对量，而且还能知道相的大小及其相互配置的情况。
（）
10．亚共晶合金的共晶转变温度与共晶合金的共晶转变温度相同。
（）
11．过共晶合金发生共晶转变的液相成分与共晶合金成分是一致的。
（）
（三）选择题
1．固溶体的晶体结构是
A．溶剂的晶型B．溶质的晶型C复杂晶型D．其他晶型
2金属化合物的特点是
A．高塑性B．高韧性C高硬度D．高强度
3．当匀晶合金在较快的冷却条件下结晶时将产生
A．匀晶偏析B比重偏C．枝晶偏析D．区域偏析
4．当二元合金进行共晶反应时，其相组成是
A．由单相组成B两相共存C三相共存D．四相组成
5．当共晶成分的合金在刚完成共晶反应后的组织组成物为
A.α+βB．（α＋L）C．（α+β）D．L＋α+β
6．具有匀晶型相图的单相固溶体合金
A．铸造性能好B．锻压性能好C热处理性能好D．切削性能好
7．二元合金中，共晶成分的合金
A．铸造性能好B锻造性能好C焊接性能好D．热处理性能好
8．共析反应是指
A．液相→固相Ⅰ+固相ⅡB固相→固相Ⅰ+固相Ⅱ
C．从一个固相内析出另一个固相D从一个液相中析出另一个固相
9．共晶反应是指
A．液相→固相Ⅰ+固相ⅡB固相→固相Ⅰ+固相Ⅱ
C．从一个固相内析出另一个固相D从一个液相中析出另一个固相
10．固溶体和它的纯金属组元相比
A．强度高，塑性也高些B强度低，但塑性高些
C强度低，塑性也低些D强度高，但塑性低些
（四）改错题
1．合金是指两种以上金属元素组成的具有金属特性的物质。
2．在均匀固溶体中，由于存在着晶界，所以此固溶体是由不同位向晶粒所构成的多相系。
3．合金元素、、在和γ—中只能形成间隙式固溶体；而C、N在α—和γ—中则能形成代位式固溶体。
4．置换原子的固溶强化效果比间隙原子的固溶强化效果大，因为置换原子的半径一般比间隙原子大。
5．．杠杆定律只能在三相区内使用。
6．合金在结晶过程中析出的初生相和次生相具有不同的晶型和组织形态。
7．任何类型的固溶体的晶体结构为溶质的晶型。
8．金属化合物的硬度较低。
9．当共晶点成分的合金完成共晶反应后的组织组成物是α+β。
（五）问答题
1．对比纯金属与固溶体结晶过程的异同，分析固溶体结晶过程的特点。
2．试述固溶强化，加工强化和弥散强化的强化原理，并说明它们的区别。
3．什么是固溶体和化合物?
它们的特性如何?
4．何谓相图?
相图能说明哪些问题?
实际生产中有何应用价值?
5．何谓杠杆定律?
它在二元合金系中可以解决什么问题?
6．为什么固溶体合金结晶时成分间隔和温度间隔越大则流动性不好，分散缩孔大、偏析
严重以及热裂倾向大?
7．试比较共晶反应与共析反应的异同点。
8．有两个形状和尺寸都完全相同的—合金铸件，其中一个铸件的W（）=90%、另一铸件的w（）＝50％，铸造后哪一个偏析严重?
为什么?
9请解释下列现象：
（1）电阻丝大多用固溶体合金制造；
（2）大多数铸造合金都选用共晶成分或接近共晶成分；（3）若室温下存在固溶体+化合物两相，不易进行冷变形，往往把它加热至单相固溶体态进行热变形；（4）若要提高具有共晶成分的铸件的性能，往往增加浇注时的过冷度；（5）钢中若含硫量高会产生热脆性。
（七）计算题
1．一个二元共晶反应如下：
L（W（B）＝75％）→α（W（B）＝15％）+β（W（B）=95％）
（1）求w（B）＝50％的合金完全凝固时初晶α与共晶（α十β）的重量百分数，以及共晶体中α相与β相的重量百分数；
（2）若已知显微组织中β初晶与（α+β）共晶各占一半，求该合金成分。
2．在固态下互不溶解的某二元合金，从显微镜下观察得到初生组织W（A）=85％，已知共晶成分中W（A）=24％，求该合金的成分。
3．有一种制造发动机汽缸的典型合金，其成分W（）＝16％—W（A1）＝84％。
已知—相图如图4—4。
试分析：
（1）熔融的液体合金缓慢冷却时，在什么温度首先析出固相?
冷却到什么温度该合金完全凝固?
（2）试计算该合金在578℃与在570℃时在β相中的溶解度?
4．在—3C相图中，试比较E点与P点，S点与C点；线与线、线与线之间含义上的异同。
4．若要配制四个不同成分的—合金30g，其组织要求为（参阅—合金相图）；
（1）α相92％和β相8％；
（2）亚共晶合金中，要求共晶体占30％；
（3）过共晶合金中，要求共晶体占70％；
（4）共晶合金。
问分别计算出需要和各多少克?
（八）思考题
1．试判断图4—5中所列相图的正确性，若有错误，请说明原因，并加以改正。
2．按照下面给出的条件，示意画出二元合金的相图，并填出各区域的相组成物和组织组成物。
再根据相图画出合金的硬度与成分的关系曲线。
已知A、B组元在液态时无限互溶，在固态时能形成共晶，共晶成分为W（B）=35％。
A组元在B组元中有限固溶，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。
B组元比A组元的硬度高。
第四章铁碳合金
（一）填空题
1．、V在γ中将形成固溶体。
C、N则形成固溶体。
2．渗碳体的晶体结构是，按其化学式铁与碳原子的个数比为
3．当一块质量一定的纯铁加热到温度时，将发生向γ的转变，此时体积将发生。
4．共析成分的铁碳合金平衡结晶至室温时，其相组成物为，组织成物为。
5．在生产中，若要将钢进行轧制或锻压时，必须加热至相区。
6．当铁碳合金冷却时发生共晶反应的反应式为，其反应产物在室温下被称为。
7．在退火状态的碳素工具钢中，T8钢比T12钢的硬度，强度。
8．当W（C）＝0．77％一2．11％间的铁碳合金从高温缓冷至线以下时，将从奥氏体中析出，其分布特征是。
9．在铁碳合金中，含三次渗碳体最多的合金成分点为，含二次渗碳体最多的合金成分点为。
10．对某亚共析碳
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