金陵科技学院材料期末考试整理.doc

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工程材料及其成型技术基础期末复习整理

丁世斌-2012/11/20

一．填空题。

1.把晶体中的原子想象成几何结点，并用直线从其中心连接起来而构成的空间格架，称为晶格。

2.当材料处于固体状态时，若组成它的离子，原子或分子在三维空间呈有规则的长距离的周期性重复排列，即具有长程有序，这一类固态物质称为晶体。

3.通过结点的任一直线所指的方向称为晶向。

把能反映空间晶体排列方式的基本单元称为晶胞。

4.常见的金属晶体结构：

体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。

体心立方晶格：

Cr、Mo、W、V、Nb、Na、K、a-Fe（912℃以下的纯铁）

面心立方晶格：

Cu、AL、Ni、Au、Ag、Pt、r-Fe

密排六方晶格：

Be、Mg、Zn、Cd、

5.晶体方位完全一致的晶体称为单晶体。

6.每个小晶体具有不规则的颗粒状外形，故称为晶粒。

晶粒与晶粒间的界面叫做晶界。

7.晶体缺陷：

点缺陷，线缺陷，面缺陷。

8.点缺陷分为：

空位，间隙原子，置换原子。

9.线缺陷主要类型是位错。

10.面缺陷最常见的是晶界和亚晶界。

11.由两种或两种以上的金属元素，或金属元素和非金属元素组成的具有金属性质的物质，称为合金。

组成合金的独立的，最基本的单元称为组元，组元可以是纯元素或是稳定的化合物。

由两个组元组成的合金称为二元合金。

12.所谓相指合金中具有相同物理，化学性能，并与该系统的其余部分以界面分开的物质部分。

13.合金的相结构可分为固溶体和化合物。

14.固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。

15.间隙固溶体只能是有限固溶体。

16.常见的化合物分为正常价化合物，电子化合物，间隙化合物。

17.高聚物又称为高分子化合物。

18.晶体相简称晶相。

晶相是陶瓷的主要组成相，陶瓷是多相多晶体。

19.硅酸盐是传统陶瓷的主要原料，同时也是陶瓷中的重要的晶相。

20.布氏硬度符号为HBW。

采用直径D的硬质合金球作压头，在相应的实验力F的作用下压入试样的表面。

21.洛氏硬度符号为HR。

22.维氏硬度符号为HV。

采用锥面夹角为136°的金属合金钢石正四棱锥体，压痕为正四方锥形。

23.物质从一种原子排列状态过渡为另一种原子规则排列状态过程称为结晶。

24.影响形核和长大的因素：

过冷度的影响、难溶杂质的影响。

25.控制晶粒大小的方法：

増大过冷度、变质处理。

26.有些晶体伴随着外界条件的变化而具有不同类型的晶体结构，称为同素异构现象。

27.相图，又称为平衡图或状态图，是表明合金系中不同成分的合金在不同温度下所存在的相以及相与相之间的关系的图形。

28.两组元在液态和固态均能无限互溶所构成的相图称为二元均匀晶相图。

29.两组元在液态无限互溶，在固态有限溶解，（或不溶）并在结晶时发生共晶转变所构成的相图称为二元共晶相图。

30.两组元在液态无限互溶，在固态有限溶解，并在结晶时发生包晶转变的相图称为包晶相图。

31.铁素体：

碳在a-Fe中的间隙固溶体。

常用符号为F或a表示。

铁素体强度差、硬度低、塑性好。

32.奥氏体：

碳在r-Fe中得间隙固溶体。

常用符号为A或r表示。

强度低、塑性高。

33.渗碳体：

碳与铁的化合物（Fe3C）。

硬度高、极脆、塑性几乎为零。

34.莱氏体：

奥氏体和渗碳体两相的机械混合物。

35.珠光体：

铁素体和渗碳体的机械混合物。

36.单晶体的塑性变形主要通过滑移和孪生两种方式进行。

37.材料牌号QT600-3中,QT表示球墨铸铁,600表示最低抗拉强度为600MPa,3表示最低伸长率为3%。

38.金属结晶的必要条件是一定的过冷度。

39.冷加工和热加工是以金属的再结晶温度区分的。

40.冷变形金属在加热时发生的三个过程依次为回复，再结晶，晶粒长大。

41.利用再结晶退火消除加工硬化现象。

42.钢的表面淬火目前应用较多的是感应加热淬火、火焰加热淬火。

43.低温回火温度范围为150-250℃，回火组织是回火马氏体。

44.中温回火温度范围为350-500℃，回火组织是回火托氏体。

45.低温回火温度范围为500-650℃，回火组织是回火索氏体。

46.钢中含有的杂质主要有锰、硅、硫、磷。

47.钢的种类按化学成分分为

（1）碳素钢（低碳钢、中碳钢、高碳钢）

（2）合金钢

按合金元素种类分（锰钢、铬钢、硼钢、硅钢）

按合金元素质量分数分（低合金钢、中合金钢、高合金钢）

按用途分为结构钢、工具钢、特殊钢。

48.铸铁分为灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁。

49.淬火冷却方法单介质淬火法、双介质淬火法、马氏体分级淬火法、贝氏体等温淬火法、冷处理。

50.造型是砂型铸造的重要工序，有手工造型和机器造型两类。

51.铸造金属或合金从浇注到冷至室温要经历三个阶段为：

液态收缩、凝固收缩、固态收缩。

52.塑性加工常用的方法有：

自由锻、模锻、板料冲压、轧制、挤压等。

53.分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。

如落料、冲孔、切断、修整等。

54.成型工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序。

如拉深、弯曲、翻边、胀形等。

55.一般焊条电弧焊所使用的焊条为普通电焊条，由焊芯和药皮两部分组成。

焊芯起导电和填充焊缝金属的作用，药皮则用于保证焊接顺利进行并使焊缝具有一定的化学成分和力学性能。

56.淬火常用的冷却介质分为水，盐（碱）水和油三类。

57.常见的失效形式可分为过量变形失效、断裂失效和表面损伤失效三大类。

58.合金钢按用途可分为三类,即合金结构钢，合金工具钢,和特殊性能钢。

59.冷变形金属在加热时随加热温度的升高,其组织和性能的变化分为三个阶段,即回复，再结晶，晶粒长大。

60.化合物的性能是高熔点，高硬度和高脆性。

61.材料受力变形后所产生的应力随时间而逐渐衰减的现象称为应力松弛。

62.钢的热处理工艺三要素加热、保温、冷却。

二．选择题。

1．布氏硬度值用A表示。

A.HBWB.HBSC.HRAD.HRC

2．在图纸上出现以下几种硬度技术条件的标注，其中B是正确的。

A.500HBSB.230HBWC.12～15HRCD.799HV

3．布氏硬度测量压痕的A。

A.直径　　　　B.深度C.对角线长度

4．强度是金属材料的A。

A.力学性能B.物理性能C.化学性能

5．塑性是指金属材料在静载荷作用于下，产生B而不破坏的能力。

A.弹性变形　　　　B.塑性变形

6．α-Fe和γ-Fe分别属于＿B晶格类型。

A.面心立方晶格和体心立方晶格B.体心立方晶格和面心立方晶格

C.均为面心立方晶格D.体心立方晶格

7．为细化晶粒，可采用C。

A．快速浇注B.低温浇注C.加变质剂D.以砂型代金属型

8．金属实际结晶温度C理论结晶温度。

A.高于B.等于C.小于

9．在体心立方晶体结构中，晶胞中的原子数为A个。

A.2B.4C.6

10．铁素体的力学性能特点是＿C。

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D.强度高，塑性好，硬度高

11．渗碳体的力学性能特点是B。

A．硬而韧B.硬而脆C.软而韧D.软而脆

12．为使低碳钢便于机械加工，常预先进行＿B。

A.淬火B.正火C.球化退火D.回火

13．在Fe-Fe3C合金中，其平衡组织中含有二次渗碳量最多的合金的含碳量为D。

A.0.0008%B.0.021%

C.0.77%D.2.11%

14.在Fe-Fe3C合金的退火组织中，含珠光体量最多的合金的碳含量为B。

A.0.02%B.0.77%

C.2.11%D.4.3%

15.金属随温度的改变，由一种晶格类型转变为另一种晶格类型的过程，称为C转变。

A．物理B．化学C．同素异构

16.晶体中的位错属于C。

A.体缺陷B.面缺陷C.线缺陷D.点缺陷

17.金属Cu的晶体结构是B。

A.体心立方晶体结构B.面心立方晶体结构C.密排立方晶体结构

18.铁素体的晶体结构为A。

A.体心立方晶体结构B.面心立方晶体结构C.密排立方晶体结构

19.奥氏体的晶体结构为B。

A.体心立方晶体结构B.面心立方晶体结构C.密排立方晶体结构

20.铁素体和渗碳体组成的机械混合物称为A。

A．珠光体B.奥氏体C.莱氏体D.铁素体

21.蠕墨铸铁牌号以D表示。

A．HTB．QTC．KTD．RuT

22.灰口铸铁中，石墨的形态是A。

A.片状　　B.球状　　C.团絮状

23．可锻铸铁中，石墨的形态是C。

A.片状　　B.球状　　C.团絮状

24.墩粗、拔长、冲孔、弯曲、错移均属于C。

A．精整工序 B．辅助工序 C．基本工序 D．无法分类

25.电焊条由焊芯和药皮组成_B_主要起填充焊缝金属和传导电流的作用。

A.电焊条B.焊芯C.药皮D.焊芯和药皮

26.对过共析钢不能进行下列哪种退火处理A。

A.完全退火B.再结晶退火

C.等温退火D.去应力退火

27.感应加热表面淬火的淬硬深度,主要决定于因素D。

A.淬透性B.冷却速度

C.感应电流的大小D.感应电流的频率

28．普通车床床身浇注时,导轨面应该B。

A.朝上B,朝下

C.朝左侧D.朝右侧

29．40Cr钢的碳含量范围是C。

A.约40%B.约4%

C.约0.4%D.约0.04%

30..白口铸铁件不具有下列哪个性能A。

A.高强度B.高硬度

C.高耐磨性D.高脆性

三．简答题。

1晶粒大小对金属材料的机械性能有何影响？

结晶时哪些因素影响晶粒度的大小？

如何影响？

采取哪些方法可以细化晶粒？

答：

晶粒越细小，综合力学性能越好。

晶粒度的大小与结晶时的形核率和长大速度有关，形核率越大，在单位体积中形成的晶核数就越多，每个晶粒长大的空间就越小，晶粒就越细小；长大速度越慢，在晶体长大的过程中可能形成的晶粒数目就越多，晶粒也越细小。

细化晶粒的方法有：

增大过冷度，加入形核剂变质处理，机械震动法。

2．指出下列牌号所代表材料的类别，并分别指出各符号及数字所代表的含义。

Q235——碳素结构钢，Q代表屈服强度；235代表最低屈服强度为235MPa。

40Cr——合金结构钢，40代表含碳量为0.4%;Cr代表含合金元素Cr，含量小于1.5%。

T8——碳素工具钢，含碳量为0.8%。

9SiCr——合金工具钢，含碳量为0.9%；Cr、Si含量小于1.5%。

HT250——灰口铸铁，最低抗拉强度为250Mpa。

3.晶粒大小如何控制？

答：

方法有三种①增大过冷度②变质处理③机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。

4.铸铁性能特点？

答：

（1）力学性能低，铸铁的抗拉强度和塑性都较低。

（2）耐磨性和消振性好，是因为铸铁中的石墨有利于润滑及贮油。

（3）工艺性能好，由于铸铁含碳量高，接近共晶成分，熔点比钢低，因而铸铁流动性好。

5.金属结晶的基本规律是什么？

晶核的成核率和长大速度受到哪些因素的影响？

答：

纯金属的结晶规律是：

在恒定的温度下进行结晶时要放出潜热需要过冷度，结晶的过程是晶核产生和晶核不断长大的过程。

影响晶核的因素是

（1）冷却速度

（2）难溶杂质

6.为什么材料一般希望获得细晶粒？

细化晶粒的方法有哪些？

答：

金属结晶后形成的晶粒度对其力学性能有很大的影响。

一般情况下，晶粒越小，则金属的强度、塑性和韧性越好。

细化晶粒的方法有

（1）增大过冷度

（2）变质处理。

（3）机械震动、超声波震动等。

7.碳钢在锻造温度范围内变形时，是否会有形变强化现象？

为什么？

答：

碳钢在锻造温度范围内变形时不会发生变形强化现象。

因为碳钢的锻造温度超过了碳钢的再结晶温度，故碳钢在锻造温度范围内变形时产生了再结晶现象，消除了冷变形强化现象。

8.钢材的退火、正火、淬火、回火的目的是什么？

各种热处理加热温度范围和冷却方法如何选择？

各应用在什么场合？

热处理后形成的组织是什么？

答：

退火目的：

1）降低硬度，改善切削加工性能。

（2）消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与开裂倾向。

（3）细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。

正火目的：

（1）对普通碳素钢和力学性能要求不高的结构件，可作为最终热处理。

（2）对低碳素钢用来调整硬度，避免切削加工中“粘刀”现象，改善切削加工性能。

（3）对共析、过共析钢用来消除网状二次渗碳体，为球化退火作好组织上的准备。

淬火目的：

（1）淬火可以使钢件获得马氏体，以提高钢的力学性能。

（2）可以提高硬度和耐磨性。

回火目的：

（1）消除或降低内应力，降低脆性，防止变形和开裂。

（2）稳定组织，稳定尺寸和形状，保证零件使用精度和性能。

（3）通过不同回火方法，来调整零件的强度、硬度，获得所需要的韧性和塑性。

9.化学热处理的基本过程是什么？

常用的化学热处理方法有哪些？

各自的目的是什么？

答：

（1）活性原子的产生

（2）活性原子的吸收（3）活性原子的扩散

常用的化学热处理方法有：

渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗金属。

渗碳目的：

提高零件的硬度、耐磨性及疲劳强度。

渗氮目的：

提高零件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度、增加表面的抗腐蚀能力。

碳氮共渗目的：

提高零件的硬度、耐磨性。

渗硼目的：

提高零件的硬度、耐磨性、具有良好的抗腐蚀性、红硬性和抗氧化性。

渗金属目的：

提高零件的抗腐蚀性、抗高温氧化和耐磨性，较高的抗疲劳能力。

10.金属材料表面改性处理前为什么要进行预处理？

答：

为了提高零件的表面质量、减少其磨损和腐蚀，发挥零件的潜力，提高表面装饰效果，必须对零件进行表面改性处理。

11.什么是退火？

退火的目的是什么？

答：

退火是将钢加热到预定温度，保温一定时间后缓慢冷却，获得接近于平衡装组织的热处理工艺。

目的是

（1）降低硬度，改善切削加工性能。

（2）消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与开裂倾向。

（3）细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。

12.什么是正火？

正火的目的是什么？

答：

正火是将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Accm（共析和过共析钢）以上30-50℃，保温适当时间后在静止空气中冷却的热处理工艺。

目的是

（1）对普通碳素钢和力学性能要求不高的结构件，可作为最终热处理。

（2）改善低碳钢件的切削加工性能。

（3）消除钢中组织缺陷或二次网状渗碳体。

13.什么是回火？

回火的目的是什么？

答：

回火就是把经过淬火的零件重新加热到低于Ac1的某一温度，适当保温后，冷却到室温的热处理工艺。

目的是

（1）消除或降低内应力，降低脆性，防止变形和开裂。

（2）稳定组织，稳定尺寸和形状，保证零件使用精度和性能。

（3）通过不同回火方法，来调整零件的强度、硬度，获得所需要的韧性和塑性。

14.钢中中的杂质S、P为什么是有害元素？

答：

磷是由矿石带入钢中的，一般，磷在钢中能全部溶于铁素体。

提高铁素体的强度、硬度，但使室温下钢的塑性和韧性急剧下降而变脆。

所以是有害元素。

硫不溶于铁，而以FeS的形式存在，FeS与Fe能形成低熔点的共晶体，当钢材在1000-1200℃进行热加工时，共晶体熔化使钢材变脆。

所以硫是有害杂质。

15.什么是铸造？

答：

铸造是将液态金属或合金浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型内、待其冷却凝固后，获得毛坯或零件的方法。

16.浇注位置的选择原则？

答：

（1）铸件上的重要加工面或质量要求高的面，尽可能置于铸型的下部或处于侧立位置。

因为在浇注过程中金属液中得气体和熔渣往上浮；且由于静压力作用铸件下部组织致密。

（2）将铸件上的大平面朝下，以免在此面上出现气孔和夹砂缺陷。

（3）有大面积薄壁的铸件，应将其薄壁部分放在铸型的下部或处于侧立位置，以免产生浇不足和冷隔缺陷。

17.机器零件制造工艺流程一般是什么？

答：

下料—毛坯成型（通常为锻造）--预备热处理—粗加工—最终热处理—精加工—装配

18．常见的合金结构钢有哪些?

写出其牌号,说明其一般使用时的热处理状态（即最终热处理）和用途。

答：

常见的合金结构钢有：

（1）低合金高强度结构钢：

其中Q345是最常用的低合金高强度结构钢，一般不进行热处理，广泛用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器、起重机械等钢结构件。

（2）合金渗碳钢：

20CrMnTi是最常用的合金渗碳钢，一般是渗碳后淬火、低温回火，用来工作中承受较强烈的冲击作用和磨损条件下的渗碳零件。

（3）合金调质钢：

40Cr是最常用的合金调质钢，其热处理工艺是调质，用来制造一些受力复杂的重要零件，如机床的主轴等。

（4）合金弹簧钢：

常用的合金弹簧钢的牌号有60Si2Mn、60Si2CrVA和50CrVA，热成形弹簧钢进行淬火、中温回火，冷成形弹簧钢只需进行依次去应力退火，合金弹簧钢主要用于制造各种弹性元件，如制作汽车的减震板弹簧等。

（5）滚动轴承钢：

目前应用最多的有：

GCr15主要用于中小型滚动轴承；GCr15SiMn主要用于较大的滚动轴承，滚动轴承钢的热处理包括预备热处理（球化退火）和最终热处理（淬火+低温回火）。

19.何谓铸件的浇注位置？

它是否就是指铸件上的内浇道的位置？

铸件的浇注位置对铸件的质量有什么影响？

应按何原则来选择？

答：

（1）浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。

（2）否，有的铸件没有内浇道。

①铸件上的重要加工面或质量要求高的面，尽可能置于铸型的下部或处于侧立位置。

因为在浇注过程中金属液中得气体和熔渣往上浮；且由于静压力作用铸件下部组织致密。

②将铸件上的大平面朝下，以免在此面上出现气孔和夹砂缺陷。

③有大面积薄壁的铸件，应将其薄壁部分放在铸型的下部或处于侧立位置，以免产生浇不足和冷隔缺陷。

20.高速工具钢淬火后为什么需要进行三次以上回火？

在560℃回火是否是调质处理？

答：

三次回火的目的：

提高耐回火性，为钢获得高硬度和高热硬性提供了保证。

在560℃时调质处理，高速工具钢热处理包括退火、淬火和回火。

退火温度低，淬火温度高，回火温度高且次数多。

21不同的铝合金可通过哪些途径达到强化的目的？

答：

铸造铝合金可通过变质处理进行强化。

能热处理强化的变形铝合金可利用时效强化（固溶处理后时效处理）。

22.白口铸铁，灰铸铁和钢，这三着的成分、组织和性能有何主要区别？

答：

白口铸铁是不含石墨的铸铁，几乎全部的碳与铁形成碳化三铁。

具有很大的硬度和脆性。

不能承受冷加工，也不能承受热加工，只能直接用于铸造状态。

灰口铸铁中含大量的片状石墨，极易切削，常用来制作厚壁件。

钢是含碳量在0.04%—2.3%之间的铁碳合金。

四．名词解释。

1.什么是焊条电弧焊？

答：

焊条电弧焊即手工电弧焊，是利用焊条与工件间产生电弧热，将工件和焊条熔化而进行焊接的方法。

焊接电弧是在电极与工件之间的气体介质中长时间有力的放电现象，即在局部气体介质中有大量电子流通过的导电现象。

2.什么是铸铁的石墨化？

答：

铸铁的石墨化就是铸铁中碳原子析出和形成石墨的过程。

3．什么是钢的淬透性？

答：

钢的淬透性是在规定的淬火条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。

通常用在规定的淬火条件下（工件尺寸、淬火介质）所能获得的淬硬层深度来表示。

4.什么是调质处理？

答：

调质处理：

淬火和高温回火相结合的热处理方法称为调质处理。

5.什么是感应加热表面淬火？

答：

感应加热是将钢件置于通入交变电流的线圈中，由于电磁感应，钢件产生频率相同、方向相反的交变电流。

由于集肤效应，集中在钢件表层的高密度电流，在具有较大电阻的钢件表层呈涡旋流动并产生热效应，将钢件表层迅速加热至淬火温度。

6.什么是形变强化？

答：

形变强化：

随着塑性变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。

7.什么是固溶强化？

答：

固溶强化：

因溶质原子溶入而使固溶体的强度和硬度升高的现象

8.什么是凝固和结晶？

答：

在一定条件下，物质从液态转化成固态的过程称为凝固。

物质从一种原子排列状态过渡为另一种原子规则排列状态的转变过程称为结晶。

9.什么是过冷度？

答：

过冷度：

金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差。

10.什么是淬硬性？

答：

指钢淬火后所能达到的最高硬度。

11什么是.再结晶？

答：

再结晶：

金属发生重新形核和长大而不改变其晶格类型的结晶过程。

12.什么是时效强化？

答：

时效强化：

固溶处理后铝合金的强度和硬度随时间变化而发生显著提高的现象。

13.什么是热处理？

答：

热处理：

是金属材料在固态下，通过适当的方式进行加热、保温和冷却，改变材料内部组织结构，从而改善材料性能的一种工艺方法，也称之为金属材料的改性处理。

五．分析题。

1、铁碳合金相图

（1）、五个重要的成份点:

P：

0.0218%、碳在α–Fe中的最大溶解度；

S：

0.77%、共析点；

E：

2.11%、碳在γ–Fe中的最大溶解度；

C：

4.3%、共晶点；

K：

6.69%渗碳体。

（2）、重要的线:

ECF:

共晶线ES：

Acm线GS：

A3线

HJB-包晶线AHJECF-固相线

PSK:

共析线又称A1线PQ：

碳在铁素铁中的固溶线

（3）、三个重要转变:

包晶转变反应式：

L+δ——A

共晶转变反应式：

L——A+Fe3C

共析转变反应式：

A——F+Fe3C

（4）、二个重要温度:

ECF1148℃、PSK727℃。

（5）、