金属学复习总结及思考题文档格式.docx

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固溶强化，弥散强化。

2．指出下列名词的主要区别

1）置换固溶体与间隙固溶体；

2）相组成物与组织组成物。

3．下列元素在α-Fe中形成哪几种固溶体?

Si、C、N、Ni、Mn

4．试述固溶强化、加工强化和弥散强化的强化原理,并说明三者的区别.

5．固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？

6.何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?

试比较这三种反应的异同点.

7．二元合金相图表达了合金的哪些关系？

8．在二元合金相图中应用杠杆定律可以计算什么？

9.已知A（熔点600℃）与B（500℃）在液态无限互溶；

在固态300℃时A溶于B的最大溶解度为30%，室温时为10%，但B不溶于A；

在300℃时，含40%B的液态合金发生共晶反应。

现要求：

1）作出A-B合金相图；

2）分析20%A,45%A,80%A等合金的结晶过程，并确定室温下的组织组成物和相组成物的相对量。

10．某合金相图如图所示。

1）试标注①—④空白区域中存在相的名称；

2）指出此相图包括哪几种转变类型；

3）说明合金Ⅰ的平衡结晶过程及室温下的显微组织。

11．有形状、尺寸相同的两个Cu-Ni合金铸件，一个含90%Ni，另一个含50%Ni,铸后自然冷却，问哪个铸件的偏析较严重？

第四章铁碳合金

1．何谓金属的同素异构转变？

试画出纯铁的结晶冷却曲线和晶体结构变化图。

2．为什么γ-Fe和α-Fe的比容不同？

一块质量一定的铁发生（γ-Fe→α-Fe）转变时，其体积如何变化？

3.何谓铁素体（F）,奥氏体（A），渗碳体（Fe3C），珠光体（P）,莱氏体（Ld）？

它们的结构、组织形态、性能等各有何特点？

4.Fe-Fe3合金相图有何作用？

在生产实践中有何指导意义？

又有何局限性？

5.画出Fe-Fe3C相图，指出图中S、C、J、H、E、P、N、G及GS、SE、PQ、PSK各点、线的意义，并标出各相区的相组成物和组织组成物。

6.简述Fe-Fe3C相图中三个基本反应：

包晶反应,共晶反应及共析反应，写出反应式，标出含碳量及温度。

7.何谓碳素钢？

何谓白口铁？

两者的成分组织和性能有何差别？

8.亚共析钢、共析钢和过共析钢的组织有何特点和异同点。

9.分析含碳量分别为0.20%、0.60%、0.80%、1.0%的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织.

10．指出下列名词的主要区别：

1）一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体与共析渗碳体；

2）热脆与冷脆。

11．根据Fe-Fe3C相图，计算：

1）室温下，含碳0.6%的钢中珠光体和铁素体各占多少；

2）室温下，含碳1.2%的钢中珠光体和二次渗碳体各占多少；

3）铁碳合金中，二次渗碳体和三次渗碳体的最大百分含量。

12．某工厂仓库积压了许多碳钢（退火状态），由于钢材混杂，不知道钢的化学成分，现找出其中一根，经金相分析后，发现其组织为珠光体+铁素体，其中铁素体占80%，问此钢材的含碳量大约是多少？

13．对某退火碳素钢进行金相分析，其组织的相组成物为铁素体+渗碳体（粒状），其中渗碳体占18%，问此碳钢的含碳量大约是多少？

14．对某退火碳素钢进行金相分析，其组织为珠光体+渗碳体（网状），其中珠光体占93%，问此碳钢的含碳量大约为多少？

15.计算Fe-1.4%C合金在700℃下各个相及其组分数量和成分。

16．根据Fe-Fe3C相图，说明产生下列现象的原因：

1）含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢硬度高；

2）在室温下，含碳0.8%的钢其强度比含碳1.2%的钢高；

3）在1100℃，含碳0.4%的钢能进行锻造，含碳4.0%的生铁不能锻造；

4）绑轧物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物却用钢丝绳（用60、65、70、75等钢制成）；

5）钳工锯T8，T10,T12等钢料时比锯10,20钢费力，锯条容易磨钝；

6）钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜于通过铸造成形。

17.钢中常存杂质有哪些？

对钢的性能有何影响？

18.试述碳钢的分类及牌号的表示方法。

19.低碳钢、中碳钢及高碳钢是如何根据含碳量划分的？

分别举例说明他们的用途？

20．下列零件或工具用何种碳钢制造：

手锯锯条、普通螺钉、车床主轴。

21.指出下列各种钢的类别、符号、数字的含义、主要特点及用途：

Q235-AF、Q235-C、Q195-B、Q255-D、40、45、08、20、20R、20G、T8、T10A、T12A

第五章钢的热处理

1.何谓钢的热处理？

钢的热处理操作有哪些基本类型？

试说明热处理同其它工艺过程的关系及其在机械制造中的地位和作用。

2.解释下列名词：

1）奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度；

2）珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体；

3）奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体；

4）退火、正火、淬火、回火、冷处理、时效处理（尺寸稳定处理）；

5）淬火临界冷却速度（Vk），淬透性,淬硬性；

6）再结晶、重结晶；

7）调质处理、变质处理。

3.指出A1、A3、Acm；

AC1、AC3、Accm；

Ar1、Ar3、Arcm各临界点的意义。

4.何谓本质细晶粒钢？

本质细晶粒钢的奥氏体晶粒是否一定比本质粗晶粒钢的细？

5.珠光体类型组织有哪几种？

它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点？

6.贝氏体类型组织有哪几种？

7.马氏体组织有哪几种基本类型？

它们在形成条件、晶体结构、组织形态、性能有何特点？

马氏体的硬度与含碳量关系如何？

8.何谓等温冷却及连续冷却？

试绘出奥氏体这两种冷却方式的示意图。

9．为什么要对钢件进行热处理？

10.试比较共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线与连续转变曲线的异同点。

11.淬火临界冷却速度Vk的大小受哪些因素影响？

它与钢的淬透性有何关系？

12.将¢

5mm的T8钢加热至760℃并保温足够时间，问采用什么样的冷却工艺可得到如下组织：

珠光体，索氏体，屈氏体，上贝氏体，下贝氏体，屈氏体+马氏体，马氏体+少量残余奥氏体；

在C曲线上描出工艺曲线示意图。

13．退火的主要目的是什么？

生产上常用的退火操作有哪几种？

指出退火操作的应用范围。

14.何谓球化退火？

为什么过共析钢必须采用球化退火而不采用完全退火？

15.确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织：

1）经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度；

2）ZG35的铸造齿轮

3）锻造过热后的60钢锻坯；

4）具有片状渗碳体的T12钢坯；

16.正火与退火的主要区别是什么？

生产中应如何选择正火及退火？

17.指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的显微组织：

（1）20钢齿轮

（2）45钢小轴（3）T12钢锉刀

18.一批45钢试样（尺寸Φ15*10mm），因其组织、晶粒大小不均匀，需采用退火处理。

拟采用以下几种退火工艺；

（1）缓慢加热至700℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；

（2）缓慢加热至840℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；

（3）缓慢加热至1100℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；

问上述三种工艺各得到何种组织？

若要得到大小均匀的细小晶粒，选何种工艺最合适？

19.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。

20.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。

21.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℃。

22.有两个含碳量为1.2%的碳钢薄试样，分别加热到780℃和860℃并保温相同时间，使之达到平衡状态，然后以大于VK的冷却速度至室温。

试问：

（1）哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大？

（2）哪个温度加热淬火后马氏体含碳量较多？

（3）哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？

（4）哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少？

（5）你认为哪个温度加热淬火后合适？

为什么？

23.指出下列工件的淬火及回火温度，并说明其回火后获得的组织和大致的硬度：

（1）45钢小轴（要求综合机械性能）；

（2）60钢弹簧；

（3）T12钢锉刀。

24.为什么工件经淬火后往往会产生变形，有的甚至开裂？

减小变形及防止开裂有哪些途径？

25.淬透性与淬硬层深度两者有何联系和区别？

影响钢淬透性的因素有哪些？

影响钢制零件淬硬层深度的因素有哪些？

26.钢的淬硬层深度通常是怎规定的？

用什么方法测定结构钢的淬透性？

怎样表示钢的淬透性值。

27.回火的目的是什么？

常用的回火操作有哪几种？

指出各种回火操作得到的组织、性能及其应用范围。

28.指出下列组织的主要区别：

（1）索氏体与回火索氏体；

（2）屈氏体与回火屈氏体；

（3）马氏体与回火马氏体。

29.表面淬火的目的是什么？

常用的表面淬火方法有哪几种？

比较它们的优缺点及应用范围。

并说明表面淬火前应采用何种预先热处理。

30.化学热处理包括哪几个基本过程？

常用的化学热处理方法有哪几种？

31.试述一般渗碳件的工艺路线，并说明其技术条件的标注方法。

32.氮化的主要目的是什么？

说明氮化的主要特点及应用范围。

33.试说明表面淬火、渗碳、氮化热处理工艺在用钢、性能、应用范围等方面的差别。

34.拟用T10制造形状简单的车刀，工艺路线为：

锻造—热处理—机加工—热处理—磨加工

（1）试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用；

（2）指出最终热处理后的显微组织及大致硬度；

（3）制定最终热处理工艺规定（温度、冷却介质）

35.选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，并且钢材具有足够的淬透性）：

（1）某机床变速箱齿轮（模数m=4），要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45钢；

（2）某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴径部分要求耐磨（HRC50-55），材料选用45钢；

（3）镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用38CrMoALA。

36.某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（HRC>

50），而心部具有良好的韧性（Ak>

40J），原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的45钢已用完，只剩15钢，拟用15钢代替。

试说明：

（1）原45钢各热处理工序的作用；

（2）改用15钢后，应按原热处理工序进行能否满足性能要求？

（3）改用15钢后，为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下采用何种热处理工艺？

37.有甲、乙两种钢，同时加热至1150℃，保温两小时，经金相显微组织检查，甲钢奥氏体晶粒度为3级，乙钢为6级。

由此能否得出结论：

甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢？

38.为什么用铝脱氧的钢及加入少量Ti，Zr，V，Nb,W等合金元素的钢都是本质细晶粒钢？

奥氏体晶粒大小对转变产物的机械性能有何影响？

39.钢获得马氏体组织的条件是什么？

与钢的珠光体相变及贝氏体相变比较，马氏体相变有何特点？

40.说明共析钢C曲线各个区,各条线的物理意义，并指出影响C曲线形状和位置的主要因素。

41.将20钢及60钢同时加热至860℃，并保温相同时间，问哪种钢奥氏体晶粒粗大些？

第六章合金钢

1．为什么比较重要的大截面的结构零件如重型运输机械和矿山机器的轴类，大型发电机转子等都必须用合金钢制造？

与碳钢比较，合金钢有何优缺点？

2．合金元素Mn、Cr、W、Mo、V、Ti、Zr、Ni对钢的C曲线和MS点有何影响？

将引起钢在热处理、组织和性能方面的什么变化？

3．合金元素对回火转变有何影响？

4．解释下列现象：

（1）在相同含碳量情况下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高；

（2）在相同含碳量情况下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性；

（3）含碳量≥0.40%、含铬12%的铬钢属于过共析钢，而含碳1.5%、含铬12%的钢属于莱氏体钢；

（4）高速钢在热锻或热轧后，经空冷获得马氏体组织。

5.何谓调质钢？

为什么调质钢的含碳量均为中碳？

合金调质钢中常含哪些合金元素？

它们在调质钢中起什么作用？

6.W18Cr4V钢的Ac1约为820℃，若以一般工具钢Ac1+30-50℃常规方法来确定淬火加热温度，在最终热处理后能否达到高速切削刃具所要求的性能？

W18Cr4V钢刀具在正常淬火后都要进行560℃三次回火，又是为什么？

第七章铸铁

1.白口铸铁、灰口铸铁和钢，这三者的成分、组织和性能有何主要区别？

2.化学成分和冷却速度对铸铁石墨化和基体组织有何影响？

3.试述石墨形态对铸铁性能的影响。

第八章有色金属及其合金

1.不同铝合金可通过哪些途径达到强化目的？

2.何谓硅铝明？

它属于哪一类铝合金？

为什么硅铝明具有良好的铸造性能？

在变质处理前后其组织及性能有何变化？

这类铝合金主要用在何处？

《工程材料》复习思考题参考答案

第一章金属的晶体结构与结晶

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？

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？

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？

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

；

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

。

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？

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，从而使晶体强度增加。

同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。

6.为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？

因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；

而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。

7.过冷度与冷却速度有何关系？

①冷却速度越大，则过冷度也越大。

②随着冷却速度的增大，则晶体内形核率和长大速度都加快，加速结晶过程的进行，但当冷速达到一定值以后则结晶过程将减慢，因为这时原子的扩散能力减弱。

③过冷度增大，ΔF大，结晶驱动力大，形核率和长大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N与G的比值，晶粒变细，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。

8.金属结晶的基本规律是什么？

①金属结晶的基本规律是形核和核长大。

②受到过冷度的影响，随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快；

同时外来难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率。

9.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？

①采用的方法：

变质处理，钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速度的方法来控制晶粒大小。

②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。

③机械振动、搅拌。

1．解释下列名词：

加工硬化：

随着塑性变形的增加，金属的强度、硬度迅速增加；

塑性、韧性迅速下降的现象。

回复：

为了消除金属的加工硬化现象，将变形金属加热到某一温度，以使其组织和性能发生变化。

在加热温度较低时，原子的活动能力不大，这时金属的晶粒大小和形状没有明显的变化，只是在晶内发生点缺陷的消失以及位错的迁移等变化，因此，这时金属的强度、硬度和塑性等机械性能变化不大，而只是使内应力及电阻率等性能显著降低。

此阶段为回复阶段。

再结晶：

被加热到较高的温度时，原子也具有较大的活动能力，使晶粒的外形开始变化。

从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。

和变形前的晶粒形状相似，晶格类型相同，把这一阶段称为“再结晶”。

热加工：

将金属加热到再结晶温度以上一定温度进行压力加工。

冷加工：

在再结晶温度以下进行的压力加工。

①随着变形的增加，晶粒逐渐被拉长，直至破碎，这样使各晶粒都破碎成细碎的亚晶粒，变形愈大，晶粒破碎的程度愈大，这样使位错密度显著增加；

同时细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长而被拉长。

因此，随着变形量的增加，由于晶粒破碎和位错密度的增加，金属的塑性变形抗力将迅速增大，即强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降产生所谓“加工硬化”现象。

②金属的加工硬化现象会给金属的进一步加工带来困难，如钢板在冷轧过程中会越轧越硬，以致最后轧不动。

另一方面人们可以利用加工硬化现象，来提高金属强度和硬度，如冷拔高强度钢丝就是利用冷加工变形产生的加工硬化来提高钢丝的强度的。

加工硬化也是某些压力加工工艺能够实现的重要因素。

如冷拉钢丝拉过模孔的部分，由于发生了加工硬化，不再继续变形而使变形转移到尚未拉过模孔的部分，这样钢丝才可以继续通过模孔而成形。

主要是再结晶温度。

在再结晶温度以下进行的压力加工为冷加工，产生加工硬化现象；

反之为热加工，产生的加工硬化现象被再结晶所消除。

（1）通过热加工，可使铸态金属中的气孔焊合，从而使其致密度得以提高。

（2）通过热加工，可使铸态金属中的枝晶和柱状晶破碎，从而使晶粒细化，机械性能提高。

（3）通过热加工，可使铸态金属中的枝晶偏析和非金属夹杂分布发生改变，使它们沿着变形的方向细碎拉长，形成热压力加工“纤维组织”（流线），使纵向的强度、塑性和韧性显著大于横向。

如果合理利用热加工流线，尽量使流线与零件工作时承受的最大拉应力方向一致，而与外加切应力或冲击力相垂直，可提高零件使用寿命。

晶界是阻碍位错运动的，而各晶粒位向不同，互相约束，也阻碍晶粒的变形。

因此，金属的晶粒愈细，其晶界总面积愈大，每个晶粒周围不同取向的晶粒数便愈多，对塑性变形的抗力也愈大。

因此，金属的晶粒愈细强度愈高。

同时晶粒愈细，金属单位体积中的晶粒数便越多，变形时同样的变形量便可分散在更多的晶粒中发生，产生较均匀的变形，而不致造成局部的应力集中，引起裂纹的过早产生和发展。

因此，塑性，韧性也越好。

①晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性，如纵向的强度和塑性远大于横向等；

②晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化，即随着变形量的增加，强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降；

③织构现象的产生，即随着变形的发生，不仅金属中的晶粒会被破碎拉长，而且各晶粒的晶格位向也会沿着变形的方向同时发生转动，转动结果金属中每个晶粒的晶格位向趋于大体一致，产生织构现象；

④冷压力加工过程中由于材料各部分的变形不均匀或晶粒内各部分和各晶粒间的变形不均匀，金属内部会形成残余的内应力，这在一般情况下都是不利的，会引起零件尺寸不稳定。

随着塑