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金属材料参考答案
材料基础参考答案
第一章 金属的性能
一、填空
1．物理性能 化学性能 力学性能 铸造性能 锻造性能
焊接性能 切削加工性能
2．静 冲击 交变
3．弹性 塑性 塑性
4．静 塑性变形 断裂
5．屈服点 抗拉强度
6．屈服点 残余伸长应力
7．31400N 53000N
8．塑性变形 伸长率 断面收缩率
9．58% 75.99%
10. 5 硬质合金 7355 10～15 布氏 500
11．冲击 不破坏的
12．
HRC δ
二、判断
1．√ 2．× 3．× 4．√ 5．×
6．√ 7．√ 8．√ 9．√ 10．√
三、选择
1．B 2．C 3．B 4．C 5．A
四、名词解释
1．内力与应力
内力——金属受外力作用后，为保持其不变形，在材料内部作用着与外力相对抗的力称为内力。
应力——单位面积上的内力称为应力。
2．弹性变形与塑性变形
弹性变形——随载荷的作用而产生、随载荷的去除而消失的变形称为弹性变形。
塑性变形——不能随载荷的去除而消失的变形称为塑性变形。
3．屈服点与规定残余伸长应力
屈服点——拉伸试验过程中，试样在力不增加（保持恒定）的情况下仍能继续伸长（变形）时的应力称为屈服点。
规定残余伸长应力——试样卸除拉伸载荷后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力称为规定残余伸长应力。
4．疲劳极限与抗拉强度
疲劳极限——试样在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳极限。
抗拉强度——试样在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度。
5．铸造性能与锻造性能
铸造性能——金属及合金在铸造工艺中获得优良铸件的能力称为铸造性能。
锻造性能——金属材料在锻造工艺中成形的难易程度称为锻造性能。
五、简述
1．在图1－1中：
Oe——弹性变形阶段 es——屈服阶段
sb——强化阶段bz——缩颈阶段
2．断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。
塑性好的金属可以发生大量塑性变形而不破坏，易于通过塑性变形加工成复杂形状的零件。
3．工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的适应能力。
它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。
4．答案如下表
材 料
常用硬度测量法
硬度值符号
铝合金半成品
布氏硬度测量法
HBS
一般淬火钢
洛氏硬度测量法
HRC
铸 铁
布氏硬度测量法
HBS
表面氮化层
维氏硬度测量法
HV
5．解
所以，.
；
该链条能承受的最大载荷是94200N。
第二章 金属的结构与结晶
一、填空
1．非晶体 晶体 晶体
2．晶面 一定方向 晶向
3．体心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格
体心立方 面心立方 密排六方
4．空位 间隙原子 置代原子 位借 晶界 亚晶界
晶格畸变塑性变形抗力 强度
5．不规则 液体 规则 固体
6．热分析 温度 时间
7．理论结晶温度 实际结晶温度 冷却速度 冷却速度 低
8．晶核的形成 晶核的长大
9．形核率 晶核的长大速度
10．固 一种晶格 另一种晶格
二、判断
1．√2．√3．×4．√5．×6．√
7．×8．√9．×10.√11.√
三、选择
1．A2．ABA3．ABC4．B
四、名词解释
1．晶格——表示原子在晶体中排列规则的空间格架称为晶格。
晶胞——能完整反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞。
2．晶粒与晶界
晶粒——组成晶体的许多外形不规则而内部原子排列规则的小晶体称为晶粒。
晶界——晶粒与晶粒之间的分界面称为晶界。
3．单晶体与多晶体
单晶体——结晶后由一个晶粒组成的晶体称为单晶体。
多晶体——结晶后由许多位向不同的晶粒组成的晶体称为多晶体.
五、简述
1．由于结晶过程中释放出来的结晶潜热，补偿了散失在空气中的热量，因而在结晶时并不随时间的延长而下降，所以冷却线会出现水平线段。
2．生产中常用的细化晶粒方法有增加过冷度、变质处理和振动处理三种，因为细晶粒的金属具有较高的强度和韧性，所以要细化晶粒。
3．
（1）金属模浇注的铸件晶粒较细。
（2）铸成薄件晶粒较细。
（3）浇注时采用振动的铸件晶粒较细。
4．
5．如图2－1所示
6．因为单晶体仅由一个晶粒组成，在晶体中晶格位向完全相同，由于在晶格的不同晶面向上原子排列的疏密程度不同，因此原子结合力也就不同，从而在不同晶面和晶向上显示出不同的性能，所以单晶体具有各向异性。
多晶体是由许多位向不同的晶粒组成的，由于各晶粒的晶格位向与不一致，它们自身的各向异性彼此抵消，所以多晶体不显示各向异性。
第三章金属的塑性变形与再结晶
一、填空
1．外形尺寸 内部组织和性能
2．原子间的作用力
3．阻碍 紊乱 位错 塑性变形抗力
4．低
5．再结晶 冷加工 再结晶 热加工
二、判断
1．√ 2．× 3．× 4．√ 5．× 6．× 7．× 8．× 9．√
三、选择
1．B 2．A 3．A 4．AC
四、简述
1．因为晶粒越细，晶界越多，不同位向的晶粒也越多，因而塑性变形抗力越大，所以强度越高。
晶粒越细，在同样条件下变形量分布在更多的晶粒内，使晶粒变形较均匀，而不致过分集中在少数晶粒上。
又因晶粒越细，晶界就越多，越曲折，故不利于裂纹的传播，从而在其断裂前能承受较大的塑性变形，表现出较好的塑性和韧性。
所以晶粒越细，金属的强度越高，塑性、韧性越好。
2．在冷塑性变形过程中，随变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称为加工硬化。
在生产中的有利一面：
在冷冲压过程中，加工硬化可以提高金属的强度，同时还可获得壁厚均匀的冲压件。
在生产中的不利一面：
在冷冲压过程中，因加工硬化会使进一步加工困难，从而增加了加工工序，提高了加工成本。
3．将冷塑性变形后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当时间，使变形晶粒重新结晶为等轴晶粒，以消除加工硬化和残余应力，这种工艺称为再结晶退火。
一般来说，再结晶退火的温度应比该金属的再结晶温度高一二百摄氏度。
4．热加工对金属组织和性能的影响有：
（1）消除铸造金属组织的缺陷，提高了金属的致密程度，改善了金属的力学性能。
（2）细化晶粒，提高了金属的力学性能。
（3）形成锻造流线，使沿流线方向的抗拉强度和韧性提高，使垂直流线方向的抗剪强度提高，抗拉强度降低。
（4）形成带状组织，引起金属材料力学性能的各向异性。
第四章 铁碳合金
一、填空
1．金属元素 其它金属元素 非金属元素 金属特性
2．相
3．固溶体 金属化合物 混合物
4．间隙固溶体 置换固溶体
5．相互作用 金属特性 熔点 硬度 脆性
6．铁素体 奥氏体 渗碳体 珠光体 莱氏体
7．铁素体 奥氏体 渗碳体
8．铁素体 奥氏体 渗碳体 珠光体 莱氏体
9． 2.11% 0.77%
10．成分 状态 组织 温度
11．A F Fe3C P Ld Ldˊ
12．0.0218%～2.11% 亚共析 珠光体 铁素体 共析
共析珠光体 过共析 珠光体 二次渗碳体
13．塑性 韧性 强度 硬度
14．铁素体 渗碳体 珠光体
15．奥氏体 渗碳体 奥氏体 珠光体 珠光体
渗碳体 低温莱氏体
二、判断
1．√2．√3．√4．×5．√6．×
7．√8．×9．√10．√11．×12．×
三、选择
1．B 2．A 3．C 4．BA 5．C 6．A 7．B 8．B
9．C 10．CAB 11．C 12．BA 13．CDB 14．A 15．B
四、名词解释
1．钢与白口铸铁
钢：
含碳量为0.0218%～2.11%的铁碳合金。
白口铸铁：
含碳量为2.11%～6.69%的铁碳合金
2.铁素体与奥氏体
铁素体：
碳溶解在α—Fe中形成的间隙固溶体。
奥氏体：
碳溶解在γ—Fe中形成的间隙固溶体。
3.珠光体与莱氏体
珠光体：
铁素体和渗碳体的混合物。
莱氏体：
奥氏体和渗碳体的混合物。
4.共晶转变与共析转变
共晶转变：
一定成分的液态合金在某一恒温下，同时结晶出两种固相的转变称共晶转变。
共析转变：
一定成分的固溶体在某一恒温下，同时析出两种固相的转变称为共晶转变。
5.固溶强化与加工硬化
固溶强化：
通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属材料强度、硬度升高的现象称为固溶 强化。
加工硬化：
随着塑性变形程度的增加，金属的强度、硬度提高而塑性、韧性下降的现象称为加工硬化。
五、简述
1.如图4－1所示
2.
3．图4-2a中含碳量为0.6%的铁碳合金冷却到1点时从液态合金中开始结晶出奥氏体，到2点时结晶完毕，2点到3点为单相奥氏体组织。
冷却到3点时从奥氏体中析出铁素体。
由于铁素体中含碳量很低，所以随着铁素体的析出，奥氏体中的含碳量逐渐增加，奥氏体中的含碳量沿GS线增加。
当温度降到4点时（727ºC）时，奥氏体中的含碳量达到0.77%，此时剩余的奥氏体发生共析转变，从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体的混合物，也就是奥氏体转变为珠光体，转变结束后的组织为珠光体和铁素体。
温度继续下降，组织不再发生变化，直到室温，含碳量为0.6%的铁素合金的组织为珠光体和铁素体。
图4-2b中含碳量为1.0%的铁碳合金冷却到1点时，从液态合金中开始结晶出奥氏体，到2点时结晶完毕，2点到3点为单相奥氏体组织，冷却到3点时，奥氏体中的含碳量达到饱和，继续冷却时，从奥氏体中开始析出二次渗碳体。
随着温度下降，剩余奥氏体中含碳量逐渐下降，奥氏体中含碳量沿ES线变化，当冷却到4点时，奥氏体的含碳量达到0.77%，奥氏体发生共析转变，转变为珠光体，转变结束后的组织为珠光体和二次渗碳体。
温度继续下降，组织不再发生变化，直到室温，含碳量达到1.0%的铁碳合金的组织为珠光体和二次渗碳体。
室温组织示意图如图4－3所示
4．
（1）含碳量为1%的铁碳合金的室温组织是珠光体和渗碳体，而含碳量为0.5%的铁碳合金的室温组织是珠光体和铁素体，因铁素体的硬度比渗碳体的硬度低，所以含碳量为1%的铁碳合金比含碳量为0.5%的铁碳合金的硬度高。
（2）钢加热到1000～12500C时的组织为单一的奥氏体组织，其组织的性能特点是强度低而塑性好，便于塑性变形加工，所以要把钢材加热到1000～12500C高温下进锻轧加工。
（3）从Fe—Fe3C相图可以看出，靠近共晶成分的铁碳合金不仅熔点低，而且凝固温度区间也较小，故具有良好的铸造性能。
5．随着含碳量的增加，钢的组织将按下列顺序发生变化：
珠光体＋铁素体→珠光体→珠光体＋二次渗碳体。
由此可见，随着含碳量的增加，钢中铁素体量逐渐减少，而渗碳体的量则有所增加，因此钢中含碳量提高，强度和硬度提高，而塑性和韧性降低。
当含碳量超过0.9%时，由于二次渗碳体呈网状，使钢的强度有所降低。
第五章 碳素钢
一、填空
1．2．11% 特意加入的
2．硅 锰 硫 磷 硅 锰 硫 磷
3．0.25% 0.25%～0.6% 0.6%
4．结构 优质 中碳
5．工具 高碳 高级优质钢
二、判断
1．×2．√3．×4．√5．√6．√7．√8．×
三、选择
1．A 2．B 3．B 4．C 5．ABC 6．ACB
四、名词解释
1．08F——优质碳素结构钢，平均含碳量为0.08%，沸腾钢。
2．45——优质碳素结构钢，平均含碳量为0.45%。
3．65Mｎ——较高含锰量的优质碳素结构钢，平均含碳量为0.65%。
4．T12A——高级优质碳素工具钢，平均含碳量为1.2%
5．ZG340－640——铸造碳钢，抗拉强度不小于340Mpa，屈服点不小于640Mpa。
6．Q235－A·F——碳素结构钢，屈服点为235Mpa，A级，沸腾钢。
五、简述
1．硫能使钢产生热脆性，磷能使钢产生冷脆性，所以在碳钢中要严格控制它们的含量。
在易切削钢中适当地提高硫、磷的含量，增加钢的脆性以有利于切削时形成断裂的切屑，从而提高切削效率和延长刀具寿命，所以在易切削钢中要适当提高硫、磷含量。
2．在碳素工具钢中，随着含碳量的增加，未溶的二次渗碳体增多，钢的耐磨性增加，而韧性降低。
T7，T8钢应用于受冲击，需较高硬度和耐磨性的工具，如錾子、锤子等，T9、T10，T11钢用于受中等冲击的工具和耐磨机件，如丝锥、板牙、锯条等，T12，T13钢用于不受冲击而要求极高硬度的工具和耐磨机件，如锉刀、刮刀、量具等。
第六章钢的热处理
一、填空
1．加热 保温 冷却 组织结构 性能
2．退火 正火 淬火 回火 表面热处理
3．同素异构转变
4．奥氏体晶核的形成与长大 残余渗碳体的溶解 奥氏体的均匀化
5．珠光体和铁素体 珠光体 奥氏体 铁素体 奥氏体 Ac3
6．珠光体和渗碳体 珠光体 奥氏体 渗碳体 奥氏体 Accm
7．8 1～4 5～8
8．珠光体 索氏体 托氏体 上贝氏体 下贝氏体
9．临界冷却速度 Ms
10．铁的晶格 碳的扩散 碳 α—Fe 过饱和
11．Ms～Mf 针 板条
12．索氏体 下贝氏体 马氏体 马氏体
13．完全退火 球化退火 去应力退火
14．单液淬火 双介质淬火 马氏体分级淬火 贝氏体等温淬火
15．Ac3 奥氏体 马氏体 Ac1 奥氏体和渗碳体 马氏体和渗碳体
16．氧化与脱碳 过热与过烧 淬火变形与开裂 硬度不足与软点
17．马氏体分解 残余奥氏体分解 渗碳体的形成 渗碳体的聚集长大
18．高频感应加热 中频感应加热 工频感应加热
19．分解 吸收 扩散
20．硬度及耐磨性 塑性和韧性
21．低温回火 中温回火 高温回火 回火马氏体 回火托氏体 回火索氏体
22．低碳钢 低碳合金钢
二、判断
1．× 2.√ 3. × 4.√ 5.× 6.√ 7.× 8.√ 9.√
10.√ 11.× 12.× 13.× 14.× 15.√ 16.× 17.√
三、选择
1．C 2．B 3．A 4．BAC 5．CA 6．B 7．C 8．B
9．B 10．C 11．A 12．CB 13．CB 14．BC 15．BD
四、名词解释
1．连续冷却转变与等温转变
连续冷却转变：
将奥氏体化的钢从高温冷却到室温，使奥氏体在连续冷却条件下发生组织转变，称为连续冷却转变。
等温转变：
将奥氏体化的钢迅速冷却到A1以下某一温度保温，使奥氏体在此温度发生组织转变，称为等温转变。
2．片状珠光体与球状珠光休体
片状珠光体：
铁素体和渗碳体的片层状混合物
球状珠光休体：
颗粒状的渗碳体弥散分布在铁素体基体之内的温合物。
3．碳与氮化
渗碳：
将钢件置于渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入工件表层的化学热处理工艺称为渗碳。
氮化：
在一定温度下，使氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺称为渗氮。
4．淬透性与淬硬性
淬透性：
淬透性是指在规定条件下，钢在淬火冷却时获得马氏体组织深度的能力。
淬硬性：
淬硬性是指钢在理想条件下淬火得到马氏体后所能达到的最高硬度。
5．过冷奥氏体与残余奥氏体
过冷奥氏体：
在共析温度下存在的尚未转变的奥氏体称为过冷奥氏体。
残余奥氏体：
奥氏体钢过冷到Mf以下温度，仍有一定量奥氏体存在，这部分奥氏体称为残余奥氏体。
五、简述
1．奥氏体晶粒细小，冷却后产物组织的晶粒也细小。
细晶粒组织不仅强度、塑性比粗晶粒组织高，而且冲击韧性也有明显的提高。
2．图6-2中：
奥氏体稳定区，其组织工作为奥氏体。
过冷奥氏体区，其组织为过冷奥氏体。
过冷奥氏体转变区，其组织为过冷奥氏体和转变产物（根据过冷度不同，分别为珠光体、索氏体、托氏体、上贝氏体、下贝氏体）。
过冷奥氏体转变产物区，根据过冷度不同，其组织分别为珠光体、索氏体、托氏体、上贝氏体、下贝氏体
过冷奥氏体向马氏体转变区，其组织为过冷奥氏体和马氏体。
3．是将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺。
退火的目的是：
（1）降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。
（2）细化晶粒，均匀钢的组织及成分。
改善钢的性能或为以后的热处理作准备。
（3）消除钢中的残余内应力，防止变形和开裂。
4．首先应进行正火处理，然后进行球化退火。
经热处理后得到球状珠光体，即球状渗碳体小颗粒弥散分布在铁素体基体之内的混合物。
5．正火是将钢加热到Ac3或Accm以上30～50ºC，保温适当时间后，在空气中冷却的工艺方法。
正火主要有以下用途：
（1）改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性；
（2）当力学性能要求不太高时，可作最终热处量；
（3）消除过共析钢的网状渗碳体；
（4）代替中碳钢或低碳合金结构钢的退火，以改善组织结构和切削加工性能。
6．淬火将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却，获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。
淬火的主要目的是获得马氏体组织，提高钢的强度和硬度。
7
8．回火是将淬火后的钢，再加热到Ac1点以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
钢在淬火后产生很大的内应力，通过回火可消除淬火钢的内应力，防止工件在使用过程 中变形和开裂。
另外，钢在淬火后硬度很高，但塑性、韧性很差、通过回火，可提高钢的韧性，适当调整钢的强度和硬度，以满足各种使用的需要。
钢淬火后的组织是马氏体及少量残余奥氏体，它们都是不稳定的组织，通过回火可使它们向稳定组织转变，使零 件在使用过程中不发生组织转变，从而保证零件的形状和尺寸不变，保证零件的精度。
所以钢在淬火后必须进行回火 。
9．奥氏体在冷却时，为抑制非马氏体转变所需的最小冷却速度称为临界冷却速度。
临界冷却速度越小，钢的淬透性越好。
10．仅对工件表层进行淬火的工艺称为表面淬火。
常用的表面淬火有火焰加热表面淬火 及感应加热表面淬火两种方法。
11．第一种热处理是球化退火。
其作用是改善切削加工性能，为以后热处理作组织准备。
12．第二种热处理是淬火加低温回火。
淬火的目的是提高T12钢的硬度、耐磨性；低回火目的是消除淬火时产生的内应力，提高韧性减小脆性。
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