金属材料及热处理作业.docx
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金属材料及热处理作业
本次作业是本门课程本学期的第1次作业，注释如下：
一、单项选择题（只有一个选项正确，共15道小题）
1.高分子材料中，大分子链之间的结合键是（）。
（A）金属键
（B）离子键
（C）共价键
（D）分子键
正确答案：
C
解答参考：
2.结构材料要求的主要性能为（）
（A）物理性能
（B）化学性能
（C）力学性能
（D）物理和化学性能
正确答案：
C
解答参考：
3.材料的使用温度（）。
（A）与其韧脆转变温度无关
（B）应在其韧脆转变温度以下
（C）应与其韧脆转变温度相等
（D）应在其韧脆转变温度以上
正确答案：
D
解答参考：
4.低碳钢拉伸应力-应变曲线上对应的最大应力值称为（）。
（A）弹性极限
（B）屈服点
（C）抗拉强度
（D）断裂韧度
正确答案：
C
解答参考：
5.表示金属材料弹性极限的符号是（）。
（A）b
（B）s
（C）
（D）p
正确答案：
C
解答参考：
6.（）是金属的韧性指标。
（A）HB
（B）δ
（C）K1c
（D）E
正确答案：
C
解答参考：
7.金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫（）。
（A）弹性
（B）硬度
（C）塑性
（D）强度
正确答案：
D
解答参考：
8.（）属于密排六方结构。
（A）Fe
（B）Al
（C）Cu
（D）Zn
正确答案：
D
解答参考：
9.金属多晶体的晶粒越细，则其（）。
（A）强度越高，塑性越差
（B）强度越高，塑性越好
（C）强度越低，塑性越好
（D）强度越低，塑性越差
正确答案：
B
解答参考：
10.从金属学的观点来看，冷加工和热加工是以（）温度为界限区分的。
（A）结晶
（B）再结晶
（C）同素异构转变
（D）25℃
正确答案：
B
解答参考：
11.钨在室温塑性变形后，与塑性变形前相比（）。
（A）硬度明显增高，塑性明显降低
（B）硬度明显降低，塑性明显增高
（C）硬度、塑性变化不明显
（D）硬度、塑性的变化趋势一致
正确答案：
A
解答参考：
12.
HCP金属与FCC金属在塑性上的的差别，主要是由于两者的（）。
（A）滑移系数目不同
（B）滑移方向不同
（C）滑移面不同
（D）晶胞形状不同
正确答案：
A
解答参考：
13.实际生产中，金属冷却时（）。
（A）理论结晶温度总是低于实际结晶温度
（B）理论结晶温度总是等于实际结晶温度
（C）理论结晶温度总是大于实际结晶温度
（D）实际结晶温度和理论结晶温度没有关系
正确答案：
C
解答参考：
14.金属在结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度（）。
（A）越高
（B）越低
（C）越与冷却速度无关
（D）越趋于恒定
正确答案：
B
解答参考：
15.在金属结晶时，向液体金属中加入某种难熔杂质来有效细化金属的晶粒，以达到改善其机械性能的目的，这种细化晶粒的方法叫做（）。
（A）时效处理
（B）变质处理
（C）加工硬化
（D）调质
正确答案：
B
解答参考：
二、不定项选择题（有不定个选项正确，共10道小题）
16.退火低碳钢的拉伸曲线包括（）阶段。
[不选全或者选错，不算完成]
（A）弹性变形
（B）回复
（C）屈服
（D）加工硬化
正确答案：
ACD
解答参考：
17.金属的塑性指标有（）。
[不选全或者选错，不算完成]
（A）比例极限
（B）延伸率
（C）应力循环周次
（D）断面收缩率
正确答案：
BD
解答参考：
18.工程上常用（）表示材料的硬度。
[不选全或者选错，不算完成]
（A）HRC
（B）HB
（C）Ak
（D）E
正确答案：
AB
解答参考：
19.在晶体缺陷中，属于点缺陷的有（）。
[不选全或者选错，不算完成]
（A）间隙原子
（B）位错
（C）晶界
（D）空位
正确答案：
AD
解答参考：
20.在晶体缺陷中，属于面缺陷的有（）。
[不选全或者选错，不算完成]
（A）间隙原子
（B）位错
（C）晶界
（D）相界
正确答案：
CD
解答参考：
21.金属变形的基本方式有（）。
[不选全或者选错，不算完成]
（A）
扩散
（B）
滑移
（C）
孪生
（D）形核
正确答案：
BC
解答参考：
22.变形金属再结晶后（）。
[不选全或者选错，不算完成]
（A）形成柱状晶
（B）形成等轴晶
（C）强度升高
（D）塑性升高
正确答案：
BD
解答参考：
23.经冷变形后，金属（）。
[不选全或者选错，不算完成]
（A）形成柱状晶
（B）形成纤维组织
（C）强度升高
（D）塑性升高
正确答案：
BC
解答参考：
24.提高液体金属的冷却速度，可使金属结晶（）。
[不选全或者选错，不算完成]
（A）过冷度增加
（B）N/G增加
（C）N/G减小
（D）晶粒细化
正确答案：
ABD
解答参考：
25.下面措施中能获得细晶粒结构的有（）。
[不选全或者选错，不算完成]
（A）进行变质处理
（B）诱导晶核的快速长大
（C）振动
（D）提高液体金属的冷却速度
正确答案：
ACD
解答参考：
三、判断题（判断正误，共10道小题）
26.由弹性比功的公式：
ae=se2/2E，可通过冶金、冷变形和热处理等方式来降低材料的弹性模量E从而提高其弹性比功。
（）
正确答案：
说法错误
解答参考：
27.材料断裂韧性（KIC）受到材料的成分和组织结构以及构件的裂纹尺寸和几何形状的影响。
（）
正确答案：
说法错误
解答参考：
28.金属材料的冲击韧性与测试温度无关。
（）
正确答案：
说法错误
解答参考：
29.金属晶体中典型的空间点阵有体心立方、面心立方和密排六方三种。
（）
正确答案：
说法正确
解答参考：
30.塑性变形时，滑移面总是晶体的密排面，滑移方向也总是密排方向。
（）
正确答案：
说法正确
解答参考：
31.金属晶体中位错密度的增加，金属继续塑性变形的抗力增大，强度升高；因而，那些几乎完全没有位错等缺陷的、近乎理想的晶体材料强度很低。
（）
正确答案：
说法错误
解答参考：
32.当金属进行冷塑性变形加工后，强度将会降低。
（）
正确答案：
说法错误
解答参考：
33.热加工是在再结晶温度以上的加工方法，也会引起加工硬化。
（）
正确答案：
说法错误
解答参考：
34.在实际金属的结晶过程中，自发形核比非自发形核更重要，往往起优先的主导的作用。
（）
正确答案：
说法正确
解答参考：
35.一般情况下，晶粒愈大，金属的强度、塑性愈好。
（）
正确答案：
说法错误
解答参考：
（注意：
若有主观题目，请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成绩。
在线只需提交客观题答案。
）
四、主观题（共20道小题）
36.请给出两种材料的分类方法，并说明如何加以分类？
参考答案：
答：
材料可按其化学键特点加以分类：
金属材料、无机非金属材料（陶瓷材料）、高分子材料、复合材料。
材料还可按其应用时性能特点加以分类：
结构材料、功能材料
37.根据退火的低碳钢的拉伸图，指出与下列力学性能指标相关的点与物理量：
（1）断面收缩率；
（2）抗拉强度；（3）比例极限；（4）刚度
参考答案：
38.分析HB和HRC实验方法的原理及适用性。
参考答案：
39.α-Fe、Al、Cu、Zn各属何种晶体结构？
试画出体心立方、面心立方和密排六方晶体中原子排列最密的晶面和晶向。
并算出其滑移系的个数。
参考答案：
40.在常温下，已知铜的原子直径为2.55×10-10m，求铜的晶格常数。
参考答案：
答：
常温下铜为fcc结构，原子直径2d=21/2a，a=3.61×10-10m
41.试分析体心立方、面心立方和密排六方晶体的滑移系对金属塑性的影响。
参考答案：
答：
滑移系数目↑，材料塑性↑；滑移方向↑，材料塑性↑,（滑移方向的作用大于滑移面的作用）。
因此FCC和BCC的滑移系为12个，HCP为3个；FCC的滑移方向多于BCC。
金属塑性：
Cu（FCC）＞Fe（BCC）＞Zn（HCP）
42.再结晶晶粒大小和哪些因素有关。
参考答案：
答：
①温度：
T↑—D↑—↑晶界迁移—晶粒长大↑；
②预变形度：
预变形度＜临界变形度时，无明显影响
预变形度＝临界变形度时，再结晶将出现异常粗大晶粒
预变形度＞临界变形度时，预变形度↑—再结晶驱动力↑—再结晶形核率↑—晶粒尺寸↓，
当预变形度很大时，出现形变织构，再结晶将出现异常粗大晶粒。
43.未进行冷变形的金属加热时，能否发生回复和再结晶，为什么？
参考答案：
答：
未进行冷变形的金属加热时，不发生回复和再结晶。
因为回复和再结晶的驱动力是金属变形储存能（晶格畸变能），未进行冷变形的金属不存在再结晶的驱动力。
44.金属塑性变形后力学性能有哪些变化？
参考答案：
答：
①出现各向异性——当形成纤维组织（晶界取向排列）或形变织构（晶粒的位向出现择优取向）时。
②加工硬化（形变硬化）——随着变形度的增加，位错大量增殖→位错相互作用→位错运动阻力加大→变形抗力↑→其强度、硬度提高，塑性、韧性下降。
45.在热加工过程中，金属能否产生加工硬化？
试分析原因。
参考答案：
答：
在热加工过程中，金属塑性变形与金属动态再结晶过程同时进行，金属不产生加工硬化。
46.
晶界对多晶体塑性变形有何影响？
为何细晶粒钢强度高，塑性、韧性也好？
参考答案：
答：
晶界一方面是滑移的主要障碍；另一方面通过晶界自身变形→协调变形→以维持相邻晶粒变形保持连续；因此导致细晶强化。
晶粒小→晶界面积大→变形抗力大→强度大；晶粒小→单位体积晶粒多→变形分散→相邻晶粒不同滑移系相互协调；晶粒小→晶界多→不利于裂纹的传播→断裂前承受较大的塑性变形。
因此晶粒细化→强度、硬度提高，塑性、韧性提高；细晶粒钢强度高，塑性、韧性也好。
47.
已知钨和铅的熔点分别为3380C和327C，试问钨在1100C加工、铅在室温加工各为何种加工？
参考答案：
答：
纯金属的再结晶温度：
TR=0.4-0.35Tm（K）
钨的再结晶温度：
钨TR=0.4-0.35Tm（K）=1461-1278（K）；钨在1100C加工为冷加工
铅的再结晶温度：
铅TR=0.4-0.35Tm（K）=240-210（K）；铅在室温加工为冷加工
48.
滑移的本质是什么？
试比较低碳钢塑性变形前（状态A）、经历塑性变形（状态B）以及再结晶退火后（状态C）的力学性能，并分析性能变化的原因。
参考答案：
答：
滑移的本质是滑移面上位错的运动。
低碳钢塑性变形后会出现加工硬化，即强度、硬度提高，塑性、韧性下降，是因为随着变形度的增加，位错大量增殖→位错相互作用→位错运动阻力加大→变形抗力↑；
经再结晶退火后，低碳钢加工硬化消除力学性能恢复，即强度、硬度下降，塑性、韧性提高，是因为无形变的再结晶晶粒的形成，位错密度大幅度降低→变形抗力↓；
但再结晶退火后低碳钢的强度、硬度、塑性、韧性均高于塑性变形前的低碳钢，是因为再结晶退火后形成的再结晶晶粒小于塑性变形前的晶粒，细晶强化作用造成强度、硬度、塑性、韧性的提高。
49.
过冷度与冷却速度有什么关系？
它对金属结晶后的晶粒大小有什么影响？
参考答案：
50.
列举几种实际生产中采用的细化铸造晶粒的方法。
参考答案：
答：
①提高过冷度：
过冷度△T↑，N↑↑，G↑——N/G增大，晶粒细化；
②变质处理：
在液态金属中加入孕育剂或变质剂作为非自发晶核的核心，以细化晶粒和改善组织。
③振动，搅拌等
51.
试分析比较纯金属、固溶体、共晶体三者在结晶过程和显微组织上的异同点。
参考答案：
52.试分析含碳量为2.11%的铁碳含金从液态冷却到室温时的平衡结晶过程，计算其室温组织组成物的相对含量，并判断其属于哪一类铁碳合金。
参考答案：
53.
有两块退火钢样经组织分析发现其中珠光体占80%，但硬度差别较大，请分别计算它们的含碳量。
参考答案：
答：
第一块属于亚共析钢，P%=（X-0.02）/（0.77-0.02）=80%，求出X=0.55，含碳量为0.55%。
第二块属于过共析钢，P%=（6.69-X）/（6.69-0.77）=80%，求出X=1.95，含碳量为1.95%。
54.画出T12钢的平衡组织和淬火组织示意图并标出组织，计算其平衡组织中各组织组成物的相对含量。
参考答案：
55.
现有两种铁-碳合金，其中一种合金的显微组织中珠光体量占75%，铁素体量占25%；另一种合金的显微组织中珠光体量占92%，二次渗碳体量占8%。
这两种合金各属于哪一类合金？
其含碳量各为多少？
参考答案：
答：
第一种合金属于亚共析钢，P%=（X-0.0218）/（0.77-0.0218）=75%，求出X=0.54，含碳量为0.54%。
第二种合金属于过共析钢，P%=（6.69-X）/（6.69-0.77）=92%，求出X=1.24，含碳量为1.24%。
本次作业是本门课程本学期的第2次作业，注释如下：
一、单项选择题（只有一个选项正确，共15道小题）
1.二元合金在发生共晶转变时，其相组成是（）。
（A）单一液相
（B）单一固相
（C）两相共存
（D）三相共存
正确答案：
D
解答参考：
2.实际金属结晶时，通过控制晶核形成率N和成长率G的比值来控制晶粒的大小，在下列（）情况下获得粗大的晶粒：
（A）N/G很大时
（B）N/G很小时
（C）N/G居中时
（D）N=G时
正确答案：
B
解答参考：
3.常温铁素体是碳溶解在（）中所形成的间隙固溶体。
（A）α-Fe
（B）γ-Fe
（C）δ-Fe
（D）β-Fe
正确答案：
A
解答参考：
4.（）属于冶金缺陷。
（A）间隙原子
（B）位错
（C）晶界
（D）缩孔
正确答案：
D
解答参考：
5.铁素体的机械性能特点是（）
（A）低塑性、高强度
（B）高塑性、高强度
（C）高塑性、低强度
（D）低塑性、低强度
正确答案：
C
解答参考：
6.共晶成分的铁碳合金发生共晶反应时，其反应式为（）。
（A）L+FA
（B）AF+Fe3C
（C）LA+Fe3C
（D）AP
正确答案：
C
解答参考：
7.（）为共晶体。
（A）莱氏体
（B）珠光体
（C）铁素体
（D）渗碳体
正确答案：
A
解答参考：
8.在Fe-Fe3C相图中，Acm线也称为（）。
（A）固相线
（B）共析线
（C）共晶线
（D）固溶度线
正确答案：
D
解答参考：
9.下列铁碳合金在室温平衡状态，（）成分的强度最高。
（A）0.2％
（B）0.8％
（C）2.0％
（D）4.0％
正确答案：
B
解答参考：
10.铸铁的含碳量一般为（）。
（A）0.008～4.3%
（B）0.008～6.69%
（C）2.11～6.69%
（D）4.3～6.69%
正确答案：
C
解答参考：
11.钢的含碳量一般为（）。
（A）0.0218～2.11%
（B）0.008～6.69%
（C）0.008～4.3%
（D）0.0218～0.77%
正确答案：
A
解答参考：
12.脆性相以（）析出的危害最大。
（A）网状
（B）颗粒
（C）薄片层状
（D）球状
正确答案：
A
解答参考：
13.热处理能使钢的性能发生变化，其根本原因是（）。
（A）铁有同素异构转变
（B）钢在加热保温过程中成分达到均匀
（C）钢在加热保温过程中成分达到均匀
（D）钢在热处理过程中发生的固液、液固转变
正确答案：
A
解答参考：
14.比较以下（）的强度最高。
（A）F
（B）P
（C）Fe3C
（D）S
正确答案：
D
解答参考：
15.钢经调质处理后获得的组织是（）。
（A）回火马氏体
（B）回火屈氏体
（C）回火索氏体
（D）回火贝氏体
正确答案：
C
解答参考：
二、不定项选择题（有不定个选项正确，共10道小题）
16.渗碳体的机械性能特点是（）[不选全或者选错，不算完成]
（A）高弹性
（B）高塑性
（C）高硬度
（D）高脆性
正确答案：
CD
解答参考：
17.（）是碳溶解在Fe中形成的间隙固溶体。
[不选全或者选错，不算完成]
（A）铁素体
（B）奥氏体
（C）渗碳体
（D）珠光体
正确答案：
AB
解答参考：
18.马氏体组织有（）形态。
[不选全或者选错，不算完成]
（A）网状
（B）树枝状
（C）板条状
（D）针状
正确答案：
CD
解答参考：
19.铸铁的力学性能可取决于（）。
[不选全或者选错，不算完成]
（A）基体组织
（B）石墨的形态
（C）变质处理
（D）石墨化程度
正确答案：
ABCD
解答参考：
20.大多数合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用，其中细化晶粒作用最为显着的有（）。
[不选全或者选错，不算完成]
（A）Cr
（B）Ti
（C）Si
（D）V
正确答案：
BD
解答参考：
21.含有合金元素（）较多的钢可能是本质粗晶钢。
[不选全或者选错，不算完成]
（A）Mn
（B）Cr
（C）P
（D）Ni
正确答案：
AC
解答参考：
22.钢中常含有的有益元素主要有（）。
[不选全或者选错，不算完成]
（A）Mn
（B）P
（C）S
（D）Si
正确答案：
AD
解答参考：
23.钢经调质处理后的机械性能（）[不选全或者选错，不算完成]
（A）强度比正火低
（B）强度比正火高
（C）塑性比正火更好
（D）韧性比正火更好
正确答案：
BCD
解答参考：
24.齿轮类零件的主要失效形式有（）。
[不选全或者选错，不算完成]
（A）过度弹性变形
（B）疲劳断裂
（C）过载断裂
（D）表面损伤
正确答案：
BCD
解答参考：
25.选材的主要原则有（）。
[不选全或者选错，不算完成]
（A）使用性能原则
（B）工艺性能原则
（C）经济性原则
（D）环境与资源原则
正确答案：
ABCD
解答参考：
三、判断题（判断正误，共10道小题）
26.凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
（）
正确答案：
说法错误
解答参考：
27.非晶体是各向同性的。
（）
正确答案：
说法正确
解答参考：
28.单晶体和多晶体都表现为各向异性。
（）
正确答案：
说法错误
解答参考：
29.合金中凡成分相同、结构相同，并与其它部分有界面分开的均匀组成部分称为组织。
（）
正确答案：
说法错误
解答参考：
30.固溶体的强度和硬度，比组成固溶体的溶剂金属的强度和硬度高。
（）
正确答案：
说法正确
解答参考：
31.在平衡结晶条件下，由于匀晶转变在整个结晶过程中，固相的成分沿着固相线变化，因此，结晶完成后，得到固体的成分是不均匀的。
（）
正确答案：
说法正确
解答参考：
32.无限固溶体一定是置换固溶体。
（）
正确答案：
说法正确
解答参考：
33.Fe3CI与Fe3CⅡ的形态和晶体结构均不相同。
（）
正确答案：
说法错误
解答参考：
34.在Fe－Fe3C相图中，含碳量大于2.11%的成分在结晶过程中均会发生共晶反应。
（）
正确答案：
说法正确
解答参考：
35.只有共析成分的铁碳合金才能发生共析反应。
（）
正确答案：
说法错误
解答参考：
（注意：
若有主观题目，请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成绩。
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）
四、主观题（共20道小题）
36.现有形状、尺寸完全相同的四块平衡状态的铁碳合金，它们的碳含量分别为0.2%，0.4%，1.2%，3.5%的合金。
根据你所学的知识，可有哪些方法区别它们？
参考答案：
答：
测量四块合金的硬度，其硬度随含碳量增加而升高。
观察四块合金的金相，0.2%和0.4%的合金均为亚共析钢，其组织为珠光体+铁素体，珠光体的量随含碳量增加而增加；1.2%的合金为过共析钢，其组织为珠光体+二次渗碳体；3.5%的合金为亚共晶白口铁，其组织为珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体。
观察四块合金与砂轮磨出的火花，随着含碳量的增加，流线数量和爆花数量都急剧增多，碳含量超过0.8%以后，增多的趋势逐渐缓和。
37.根据铁碳相图解释下列现象：
含碳量1.0%的钢比含碳量0.5%的钢硬度高；在室温平衡状态下，含碳量为0.8%的钢比含碳量为1.2%的钢强度高；室温下莱氏体比珠光体塑性差。
参考答案：
1）含碳量1.0%的钢比含碳量0.5%的钢硬度高；
钢由较软的铁素体和较硬的渗碳体组成，随着含碳量的提高，钢中渗碳体的量提高，因此硬度提高。
2）在室温平衡状态下，含碳量为0.8%的钢比含碳量为1.2%的钢强度高；
钢的强度是典型的对组织敏感的性能指标，细密相间的两相组织珠光体具有较高的强度，因此提高珠光体的比例可改善钢的强度，而连续分布在原奥氏体晶界上的二次渗碳体将降低钢的强度。
0.8%的钢中珠光体的比例高于1.2%的钢，同时1.2%的钢含有更多的二次渗碳体，故0.8%的钢比1.2%的钢强度高。
3）室温下莱氏体比珠光体塑性差；
室温下莱氏体Fe3C+P，即珠光体分布渗碳体相的基底上，而渗碳体基底的脆性极大，莱氏体表现为脆性的，几乎不能塑性变形。
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