金属材料导论复习题.docx

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金属材料导论复习题

第一篇金属材料导论习题

一.填孔题

1.金属材料在拉断前所能承受的最大应力叫做抗拉强度，以σb表示。

2.硬度是衡量材料力学性能的一个指标，常见的试验方法有洛氏硬度、

布氏硬度。

3.过冷度是指理论结晶温度－实际结晶温度，其表示符号为：

ΔT

4.在Fe—C合金状态图中，通过PSK水平线，发生共析反应，S点称为_共析点，

其含碳量为___0.77%____,其反应式为__A→P（F+Fe3C）；

5.在Fe—C合金状态图中，通过ECF水平线，发生共晶_反应，C点称为_共晶点，

其含碳量为___4.3%____,其反应式为__Lc→Ld（A+Fe3C）____；

6.珠光体的本质是层片状的共析体（F+Fe3C）。

7．一块纯铁在912℃发生α-Fe→γ-Fe转变时，体积将：

减小

8．结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，它们是形核和晶核长大

9．固溶体的强度和硬度比溶剂高

10.碳溶解于-Fe形成的间隙固溶体称为铁素体（F）；碳溶解在面心立方晶格的-Fe形成的间隙固溶体称为奥氏体（A）

11.当钢中含碳量大于0.9%时，二次渗碳体沿晶界析出严重，使钢的脆性增加

12．在铁碳合金室温平衡组织中，含Fe3C最多的合金成分点为：

6.69%

含Le′最多的合金成分点为：

4.3%。

13．用显微镜观察某亚共析钢，若估计其中的珠光体含量体积分数为80%，则

此钢的碳的质量分数为0.77%×80%=0.616%。

14．20是优质碳素结构钢，可制造冲压、焊接件。

15．T12是碳素工具钢，可制造锉刀、量规等。

16．Q354是可焊接低合金高强钢，可制造桥梁。

17．40Cr是合金结构（或合金调质）钢，可制造（车床齿轮）。

18．20CrMnTi是合金结构（或合金渗碳）钢，热处理工艺是渗碳+淬火+低温回火。

19.合金工具钢CrWMn的平均含碳量为≥1%。

20.含碳量小于2.11%的铁碳合金我们叫做钢。

21.在T12，T8，20，65Mn四种钢中65Mn钢的弹性最好，T12钢的硬度最高，20钢的塑性最好。

22.在W18Cr4V,Cr12,9SiCr,40Cr,4Cr13中材料选择下列零件材料.

板牙9SiCr，铣刀W18Cr4V，冷冲模Cr12，车床主轴40Cr,医疗手术刀4Cr13。

23.在W18Cr4V,Cr12,20CrMnTi，GCr15，40Cr材料中选择下列零件材料。

铣刀W18Cr4V，冷冲模Cr12，汽车变速箱中的齿轮20CrMnTi，

滚动轴承的内外套圈GCr15。

24.在20、65Mn、20CrMnTi、45、40Cr钢中，20CrMnTi是合金渗碳钢40Cr是合金调质钢。

25.铁碳合金含碳量小于0.0218%是工业纯铁，等于0.77%是共析钢，大于4.3%是过共晶白口铁

26在生产中使用最多的刀具材料是工具钢和高速钢，而用于一些手工或切削速度较低的刀具材料是碳素工具钢。

27．在过冷A等温转变产物中，P和T的主要相同点是都是层片状的共析体

（F+Fe3C）不相同点是：

T的层片间距较小。

28．用光学显微镜观察，上B的组织特征呈羽毛状，而下B则呈黑色针状。

29．M的显微组织形态有板条状、针状两种。

其中板条M的韧性较好。

30．钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越靠右，说明临界冷却速度越慢

31．球化退火的主要目的是降低硬度，提高切削性及韧性，

它适用于过共析钢钢。

32．钢的整体热处理工艺主要有___正火__、___退火__、__淬火___和回火。

33．亚共析钢的正常淬火温度范围是Ac3+30～50℃，过共析钢的正常淬火温度范围是Ac1+30～50℃。

34．淬火钢进行回火的目的是消除淬火应力，调整力学性能，回火温度越

高，钢的强度与硬度越低。

35.生产中把淬火加高温回火的热处理工艺称为调质，调质后的组织为

回火索氏体。

36.合金工具钢与碳素工具钢相比，具有淬透性好，淬火变形小,热硬性高等优点。

37.合金渗碳钢的含碳量属低碳钢范围，淬火+低温回火后能保证钢的心部

具有良好的韧性。

38.各种热处理工艺过程都是由加热、保温、冷却三个阶段组成.。

39.在钢的普通热处理里，其中退火和正火属于预先热处理。

40.将钢加热到AC3或AC1以上30-50℃，保温后在淬火介质中快速冷却，以获得马氏体组织的热处理工艺方法叫做淬火。

二.判断题

（X）1.凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。

（√）2.金属结晶时，冷却速度越快，则晶粒越细。

（X）3.室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越低。

（√）4.金属的同素异晶转变过程实质上也是一种结晶过程。

（）5.铁素体是碳在α-Fe中的固溶体。

（X）6.M是C在α-Fe中的过饱和固溶体。

当A向M转变时，体积要收缩。

（√）7.珠光体、索氏体、托氏体都是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。

（）8.当把亚共析钢加热到Ac1和Ac3之间的温度时，将获得由F和A构成的两相组织，

（×）9.碳的质量分数对碳钢力学性能的影响是：

随着钢中碳的质量分数的增加，其钢的硬度、强度增加，塑性、韧性也随着增加。

（X）10.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。

（X）11.当共析成分的A冷却发生P转变时，温度越低，其转变产物组织越粗

（×）12.由于T13钢中的含碳量比T8钢高，故前者的强度比后者高。

（√）13.钢中磷的质量分数增加，其脆性增加

（√）14.硫、磷是碳钢中的有害杂质，前者使钢产生“热脆”，后者使钢产生“冷脆”，所以两者的含量在钢中应严格控制

（×）15.GCr15是滚动轴承钢，钢中含Cr15%，主要是制造滚动轴承的内外圈。

（X）16.20钢比T12钢的碳质量分数要高。

（×）17.钢的含碳量越高，选择淬火加热温度就越高。

（X）18.T8钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。

（√）19.在亚共析钢平衡组织中，随含碳量的增加，渗碳体量增加，铁素体量减少

（X）20.T8钢与20MnVB相比，淬硬性和淬透性都较低。

（X）21.在退火状态（接近平衡组织）45钢比20钢的塑性和强度都高。

（X）22.高合金钢既具有良好的淬透性，也具有良好的淬硬性。

（X）23.退火后再高温回火的钢，得到回火S组织，具有良好的综合机械性能。

（）24.钢的淬透性高，则其淬透层的深度也越大

（X）25.表面淬火既能改变钢的表面组织，也能改变心部组织和性能。

（×）26.淬透性好的钢淬火后硬度一定高，淬硬性高的钢淬透性一定好。

（×）27.60Si2Mn的淬硬性与60钢相同，故两者的淬透性也相同。

（×）28.用65钢制成的沙发弹簧，使用不久就失去弹性，是因为没有进行淬火、高温回火。

（√）29.回火温度是决定淬火钢件回火后硬度的主要因素，与冷却速度无关。

（×）30.热处理不但可以改变零件的内部组织和性能，还可以改变零件的外形，因而淬火后的零件都会发生变形。

（×）31.奥氏体向马氏体开始转变温度Ms与转变终止温度Mf的位置，主要取决于钢的冷却速度。

三.选择题

1.金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫。

A.硬度B.强度C.塑性D.弹性

2.下列可用来作为金属材料塑性好坏的判据的是。

A．σbB.ψC.HBSD.HRC

3.合金是一种以     为基础，加入其他金属或非金属，经过熔炼或烧结制成的具有金属特性的材料。

  A、铁  B、金属  C、铜  D、钢

4.金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将

A.越高B.越低C.越接近理论结晶温度

5.铁碳合金相图中，ES线的代号是。

A.A1B.A3C.A4D.Acm

6.铁碳合金相图中，GS线是平衡结晶时

A.奥氏体向珠光体转变开始线B.奥氏体向二次渗碳体转变开始线

C.奥氏体向铁素体转变开始线D.奥氏体向莱氏体转变开始线

7..固溶体的晶体结构

A.与溶剂相同B.与溶质相同C.为其它晶格类型

8.奥氏体是

A.碳在γ-Fe中的间隙固溶体B.碳在α-Fe中的间隙固溶体

C.碳在δ-Fe中的间隙固溶体D.碳在α-Fe中的有限固溶体

9.珠光体是一种

A.单相固溶体B.两相混合物C.Fe与C的化合物

10.T10钢的碳的质量分数为

A.0.1%B.1.0%C.10%

11.铁素体的机械性能特点是

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

12.在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，细化晶粒提

高金属材料使用性能的措施有哪些？

A.提高过冷度B.变质处理C.振动结晶

13.共析钢的过冷A在550～350℃的温度区间等温转变时，所形成的组织是

A.SB.下BC.上BD.P

14.M的硬度取决于

A.冷却速度B.转变温度C.碳含量

15.淬硬性好的钢具有

A.高的合金元素含量B.高的含C量C.低的含C量

16.对形状复杂、截面变化大的零件进行淬火时，应选用

A.高淬透性钢B.中淬透性钢C.低淬透性钢

17.直径为10mm的40钢的常规淬火温度大约为

A.750℃B.850℃C.920℃

18.完全退火主要适用于

A.亚共析钢B.共析钢C.过共析钢

19.钢的回火处理是在

A.退火后进行B.正火后进行C.淬火后进行

20.20钢的渗C温度范围是

A.600～650℃B.800～820℃C.900～950℃D.1000～1050℃

21.钢的淬透性主要取决于

A.C含量B.冷却介质C.合金元素

22.正火是将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后的一种热处理工艺。

A.随炉冷却B.在空气中冷却C.在油中冷却D.在水中冷却

23.形状简单的工件淬火应选用

A.单液淬火B.双液淬火C.分级淬火D.等温淬火

24.退火是将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后的一种热处理工艺。

A.随炉冷却B.在空气中冷却C.在油中冷却D.在水中冷却

25.热处理时，一般都要使金属常温组织经加热变成组织。

A.珠光体B.渗碳体C.奥氏体D.莱氏体

26.为了获得使用要求的力学性能，T10钢制手工锯条采用处理。

A.调质B.正火C.淬火+低温回火D.完全退火

27.与其他加工方法不同，       只改变金属材料的组织和性能，不改变其形状和尺寸。

A、热处理  B、铸造  C、锻压  D、焊接

28.变形金属再结晶后

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，强度增大D.形成等轴晶，塑性增大

29.铁素体是碳溶解在中所形成的间隙固溶体。

A.α-FeB.β-FeC.δ-FeD.γ-Fe

30.下列材料中，选择制造手工锯条的材料应是

A.Q235B.45C.T10D.16Mn

31.Q235钢常用来制造

A.弹簧B.刀具C.量块D.容器

四.名词解释

1.合金---是一种金属与另一种或几种金属、非金属融合组成的具有金属特性的物质。

2.硬度---是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。

3.淬火---是将钢加热到AC3或AC1以上温度，保温后快速冷却，以获得马氏体组织的热处理工艺。

4.45钢---是含碳量为0.45%左右的优质碳素结构钢。

5.一次渗碳体——由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。

6.二次渗碳体——从A中析出的

称为二次渗碳体。

7.三次渗碳体——从

中析出的

称为三次渗碳体

8.热脆——S在钢中以FeS形成存在，FeS会与Fe形成低熔点共晶，当钢材

在1000℃~1200℃压力加工时，会沿着这些低熔点共晶体的边界

开裂，钢材将变得极脆，这种脆性现象称为热脆。

9.冷脆——P使室温下的钢的塑性、韧性急剧降低，并使钢的脆性转化温度有所升高，使钢变脆，这种现象称为“冷脆”。

10.固溶强化——溶质溶入固溶体时，溶剂晶格将产生畸变，这种畸变使塑性变形阻力增加，使固溶体的强度和硬度有所增加的现象叫固溶强化

11.同素异晶转变——随着温度的变化，固态金属的晶格也随之改变的现象

12.强度——金属材料在力的作用下，抵抗塑性变型和断裂的能力。

五.简答题

1.简述Fe-Fe3C相图中二个基本反应：

共晶反应及共析反应，写出反应式，标出含碳量及温度。

答：

共析反应：

冷却到727℃时具有S点成分（0.77%C）的奥氏体中析出铁素体和渗碳体的两相混合物珠光体P。

A

P（F+Fe3C）

共晶反应：

冷却到1148℃时具有C点成分（4.3%C）的液体中结晶出奥氏体和渗碳体的两相混合物莱氏体。

L

Ld（A+Fe3C）

2.M的本质是什么？

它的硬度为什么很高？

答：

M的本质是C在α-Fe中的过饱和固溶体。

因为M中C的过饱和度大，固溶强化效果显著，所以其硬度很高。

3.有一批45钢齿轮，其制造工艺为：

圆钢下料→锻造→退火→车削加工→淬火+高温回火→铣齿→齿面淬火+低温回火。

说明：

①各热处理工序的名称和作用。

②淬火加热温度及回火加热温度。

（45钢的Ac3=790℃，）

（1）退火：

完全退火；降低HBS，提高切削加工性能，细化晶粒，均匀组织。

淬火+回火：

调质；提高综合机械性能。

齿面淬火：

表面淬火；提高表面硬度和耐磨性。

（2）淬火加热温度：

820℃-840℃

回火加热温度：

≥500℃

表面淬火加热温度：

一般高频加热淬火温度可比普通加热淬火温度高30—200℃．加热速度较快的，采用较高的温度．淬火前的原始组织不同，也可适当地调整淬火加热温度．调质处理的组织比正火的均匀，可采用较低的温度。

表面淬火后回火温度：

180℃-200℃

4.将30钢缓慢地冷却到900℃；750℃；650℃将分别获得什么组织?

（30钢的Ac3=800℃，）

答：

冷却到900℃获得：

全部奥氏体（A）

冷却到750℃获得：

奥氏体（A）+铁素体（F）

冷却到650℃获得：

铁素体（F）+珠光体（P）

5.下列钢件应采用什么退火方法，并说明退火的目的？

（6分）

（1）亚共析钢（Wc=0.35℅）；铸造齿轮

（2）锻造后产生过热组织（晶粒粗大）的亚共析钢（Wc=0.6℅）

（3）具有片状渗碳体的钢坯（Wc=1.2℅）

答：

（1）去应力退火；消除应力。

（2）完全退火；细化晶粒。

（3）球化退火；使Fe3C球化，降低硬度，提高切削加工性。

6.淬火的目的是什么？

亚共析碳钢及过共析碳钢淬火加热温度应如何选择？

试从获得的组织及性能等方面加以说明。

答：

淬火的目的是使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体以便于回火后获

得各种需要的性能。

亚共析碳钢淬火加热温度Ac3+（30～50℃），淬火后的组织为均匀而细小的马氏体。

如果亚共析碳钢加热温度在Ac1～Ac3之间，淬火组织中除马氏体外，还保留一部分铁素体，使钢的强度、硬度降低。

但温度不能超过Ac3点过高，以防奥氏体晶粒粗化，淬火后获得粗大马氏体。

过共析碳钢淬火加热温度Ac1+（30～50℃），淬火后的组织为均匀而细小的马氏体和颗粒状渗碳体及残余奥氏体的混合组织。

如果加热温度超过Accm，渗碳体全部溶于奥氏体，使奥氏体晶粒迅速增大，会使淬火后马氏体针变粗；还易得到含有显微裂纹的粗片状马氏体，使钢的脆性增加。

另渗碳体全部溶于奥氏体后，奥氏体中的含碳量多，使马氏体转变终了线下移，淬火后残余奥氏体量增多，从而降低钢的硬度和耐磨性。

淬火温度过高。

7.常用的淬火方法有哪几种？

说明它们的主要特点及其应用范围。

答：

常用的淬火方法有单液淬火法、双液淬火法、等温淬火法和分级淬火法。

单液淬火法：

操作简单，容易实现机械化，自动化。

其缺点是不符合理想淬火冷却速度的要求，水淬容易产生变形和裂纹，油淬容易产生硬度不足或硬度不均匀等现象。

适合于小尺寸且形状简单的工件。

双液淬火法：

采用先水冷再油冷的操作。

充分利用了水在高温区冷速快和油在低温区冷速慢的优点，既可以保证工件得到马氏体组织，又可以降低工件在马氏体区的冷速，减少组织应力，从而防止工件变形或开裂。

适合于尺寸较大、形状复杂的工件。

等温淬火法：

它是将加热的工件放入温度稍高于Ms的硝盐浴或碱浴中，保温足够长的时间使其完成B转变。

等温淬火后获得B下组织。

下贝氏体与回火马氏体相比，在碳量相近，硬度相当的情况下，前者比后者具有较高的塑性与韧性，适用于尺寸较小，形状复杂，要求变形小，具有高硬度和强韧性的工具，模具等。

分级淬火法：

它是将加热的工件先放入温度稍高于Ms的硝盐浴或碱浴中，保温2～5min，使零件内外的温度均匀后，立即取出在空气中冷却。

这种方法可以减少工件内外的温差和减慢马氏体转变时的冷却速度，从而有效地减少内应力，防止产生变形和开裂。

但由于硝盐浴或碱浴的冷却能力低，只能适用于零件尺寸较小，要求变形小，尺寸精度高的工件，如模具、刀具等。

8.说明45钢试样（Φ10mm）经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：

700℃，760℃，840℃，1100℃。

（45钢的A1=727℃，AC3=780℃）

答：

700℃：

因为它没有达到相变温度，因此没有发生相变，组织为铁素体和珠光体。

760℃：

它的加热温度在Ac1～Ac3之间，因此组织为铁素体、马氏体和少量残余奥氏体。

840℃：

它的加热温度在Ac3以上，加热时全部转变为奥氏体，冷却后的组织为马氏体和少量残余奥氏体。

1100℃：

因它的加热温度过高，加热时奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗片状马氏体和少量残余奥氏体。

9.用9SiCr钢制成圆板牙，其工艺路线为：

锻造→球化退火→机械加工→淬火→低温回火→磨平面→开槽开口。

试分析：

①球化退火、淬火及回火的目的；②淬火加热温度及回火加热温度。

（9SiCr钢的Ac1=770℃，Acm=870℃）

●球化退火是为了消除锻造应力，获得球状珠光体，降低硬度以利于切削加工并为淬火做好组织准备，减少淬火时的变形与开裂；

●淬火及回火是为了获得回火马氏体，保证热处理后具有高硬度、高耐磨性。

淬火加热温度：

800—820℃；

●回火加热温度；≤200℃。

10.一碳钢在平衡冷却条件下，所得显微组织中，含有50％的珠光体和50％的铁素体，问：

①此合金中碳的质量分数为多少?

②若该合金加热到730℃时，在平衡条件下将获得什么组织?

③若加热到850℃，又将得到什么组织?

答：

①设该合金中含C%＝x，则由杠杆定律得

Wc=A面积%*0.77%

所以:

Wc=50%*0.77%

Wc=0.385%

②其显微组织为F＋A

③全部奥氏体（A）组织

11.用显微镜观察某平衡状态的亚共析钢，估计其中的珠光体含量体积分数为80%，则此钢碳的质量分数为多少？

答：

根据WC=A珠光体X0.77=80%×0.77=0.616%

所以此钢碳的质量分数为0.616%

12.现有A、B两种铁碳合金。

在室温且组织处于平衡状态时：

A的显微组织中珠光体占25％，铁素体占75％；B的显微组织中珠光体占92％，二次渗碳体占8％。

请回答：

①这两种铁碳合金分别分属于哪一类钢?

②画出这两种材料在室温下平衡状态时的显微组织示意图，并标出各组织的名称。

答：

①A：

亚共析钢

B：

过共析钢

②组织示意图：

13.右图是T10钢热处理工艺曲线，

指出T10钢在曲线1、2、3、

4点时的组织，并说明是何

种热处理工艺？

答：

1点时的组织是：

球状P

2点时的组织是：

A+Fe3C

3点时的组织是：

淬火M+Fe3C+残余A

4点时的组织是：

回火M+Fe3C+残余A

此工艺是淬火+低温回火工艺

14.在T12，T8，20，65Mn四种钢中，那种钢的弹性最好？

那种钢的硬度

最高？

那种钢的塑性最好？

答：

65Mn钢的弹性最好；T12钢的硬度最高；20钢的塑性最好。

15.某凸轮要求表面有高的硬度（＞50HRC），而心部有良好的韧性，原来用45

钢调质处理后，再进行高频淬火+低温回火。

现因45钢已用完，拟用20CMnTi

钢代替，试说明；

（1）原45钢各热处理工序的作用。

（2）改用20CMnTi钢后，其热处理工序是否应修改？

采用怎样的热处理工艺最恰当？

答：

（1）调质处理：

提高综合机械性能，为高频淬火准备好组织并使高频淬火后心部仍有良好的韧性

高频淬火：

使表面有高硬度

低温回火：

消除淬火应力，保持高硬度。

（2）恰当的热处理工艺为：

预备热处理：

正火

最终热处理：

渗碳+淬火+低温回火