机械工程材料复习题含答案.docx

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机械工程材料复习题含答案

第一章金属学基础

一、名词解释

1.过冷度：

实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。

2.均质成核：

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。

3.非均质成核：

是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。

4.冷变形：

金属在再结晶温度以下一定温度进行的塑性变形。

5.热变性：

金属加在再结晶温度以上一定温度进行的塑性变形。

6.加工硬化：

随着冷变形的增加，金属的强度、硬度增加；塑性、韧性下降的现象。

7.再结晶：

冷变形后的金属被加热到较高的温度时，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”。

8.纤维组织：

在塑性变形中，随着变形量的增加，其内部各晶粒的形状将沿受力方向伸长，由等轴晶粒变为扁平形或长条形晶粒。

当变形量较大时，晶粒被拉成纤维状，此时的组织称为“纤维组织”。

9.锻造流线：

在锻造时,金属的脆性杂质被打碎,顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布,这样热锻后的金属组织称为锻造流线。

10.同素异构转变：

某些金属，在固态下随温度或压力的改变,发生晶体结构的变化，即由一种晶格转变为另一种晶格的变化，称为同素异构转变。

11.变质处理：

在液态金属结晶前，人为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。

二、单选题

1.表示金属材料延伸率的符号是（A）

A.δB.ψC.σeD.σb

2.表示金属材料弹性极限的符号是（A）

A.σeB.σsC.σbD.σ-1

3.金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫（A）

A.强度B.韧性C.塑性D.弹性

4.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

5.在晶体缺陷中，属于线缺陷的有（B）

A.间隙原子B.位错C.晶界D.缩孔

6.变形金属再结晶后，（D）

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，塑性升高

7.表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做（B）

A.晶胞B.晶格C.晶粒D.晶向

8.晶格中的最小单元叫做（A）

A.晶胞B.晶体C.晶粒D.晶向

9.属于（B）的金属有γ-Fe、铝、铜等

A.体心立方晶格B.面心立方晶格C.密排六方晶格D.简单立方晶格

10.晶体结构属于体心立方的金属有（C）

A.γ-Fe、金、银、铜等B.镁、锌、钒、γ-Fe等

C.α-Fe、铬、钨、钼等D.α-Fe、铜、钨、铝等

11晶体结构属于面心立方的金属有（A）

A.γ-Fe、铝、铜、镍等B.镁、锌、钒、α-Fe等

C.铬、钨、钼、铝等D.铬、铜、钼、铝等

12.属于密排六方晶格的金属是（D）

A.δ-FeB.α-FeC.γ—FeD.Mg

13.属于（A）的金属有α-Fe、钨、铬等

A.体心立方B.面心立方C.密排六方D.简单立方

14Cu属于（C）

A.密排六方结构金属B.体心立方结构金属

C.面心立方结构金属D.复杂立方结构金属

15.实际金属的结晶温度一般都（C）理论结晶温度

A.高于B.等于C.低于D.都有可能

16.γ-Fe、铝、铜的晶格类型属于（D）

A.体心立方B.简单立方C.密排六方D.面心立方

17.属于面心立方晶格的金属是（B）

A.δ-FeB.CuC.α-FeD.Zn

18.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（B）

A.时效处理B.变质处理C.加工硬化D.调质

19.金属的滑移总是沿着晶体中原子密度（B）进行

A.最小的晶面和其上原子密度最大的晶向

B.最大的晶面和其上原子密度最大的晶向

C.最小的晶面和其上原子密度最小的晶向

D.最大的晶面和其上原子密度最小的晶向

20.下面关于加工硬化的说法中正确的是（B）

A.由于塑性变形而使金属材料强度和韧性升高的现象

B.加工硬化是强化金属的重要工艺手段之一；

C.钢的加工硬化可通过500～550℃的低温去应力退火消除；

D.加工硬化对冷变形工件成形没有什么影响。

21.每个体心立方晶胞中包含有（B）个原子。

A.1B.2C.3D.4

22.每个面心立方晶胞中包含有（D）个原子。

A.1B.2C.3D.4

23.属于面心立方晶格的金属有（C）。

A.α-Fe，铜B.α-Fe，钒C.γ-Fe，铜D.γ-Fe，钒

24.属于体心立方晶格的金属有（B）。

A.α-Fe,铝B.α-Fe,铬C.γ-Fe,铝D.γ-Fe,铬

25.在晶体缺陷中，属于点缺陷的有（A）。

A.间隙原子B.位错C.晶界D.缩孔

26.金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将：

B

A.越高B.越低C.越接近理论结晶温度D.没变化

27.为细化晶粒，可采用：

B

A.快速浇注B.加变质剂C.以砂型代金属型D.时效处理

28.铸锭剖面由表面到中心的晶粒特点依次为：

A

A.表面等轴粗晶粒层，中间柱状晶粒层，心部细晶粒层。

B.表面细晶粒层，中间柱状晶粒层，心部等轴粗晶粒层。

C.表面等轴粗晶粒层，中间细晶粒层，心部柱状晶粒层。

D.表面等轴粗晶粒层，中间柱状晶粒层，心部等轴粗晶粒层。

29.下列三种方法制造紧固螺栓，哪一种比较理想（B）。

A.直接用圆钢切削加工而成；

B.将圆钢局部镦粗，然后再加工；

C.用一厚钢板切削加工而成。

30.对重要受力零件，纤维组织的方向应该是与（C）。

A.最大正应力和最大剪应力平行；

B.最大正应力垂直和最大剪应力平行；

C.最大正应力平行和最大剪应力垂直。

D.最大正应力和最大剪应力垂直

31.表示金属材料屈服强度的符号是（B）

A.σeB.σsC.σbD.σ-1

32表示金属材料抗拉强度的符号是（D）

A.δB.ψC.σeD.σb

三、填空题（本大题共18小题，每小题2分，共36分）

1.常见金属的晶体结构有（体心立方晶格）、（面心立方晶格）与密排六方晶格。

2.晶体缺陷主要可分为（点缺陷）,（线缺陷）和面缺陷三类。

3.每个面心立方晶胞在晶核中实际含有（4）原子，致密度为（0.74）。

4.面缺陷主要指的是（晶界）和（亚晶界）。

5.最常见的线缺陷有（位错）和（挛晶）。

6.每个体心立方晶胞在晶核中实际含有

（2）原子，致密度为（0.68）。

7.随着过冷度的增大，晶核形核率N（增大）,长大率G（增大）。

8.细化晶粒的主要方法有（提高过冷度）、（变质处理）和机械振动。

9.纯铁在1200℃时晶体结构为（面心立方晶格），在800℃时晶体结构为（体心立方晶格）。

10.金属的结晶过程是（形核）与（长大）的过程。

11.在工业生产中，金属的晶粒形状大都呈（等轴）状。

12.晶粒的大小取决于（形核）速率与（长大）速率。

13.钨在1000℃变形加工属于（冷）加工，锡在室温下变形加工属于（热）加工。

（钨的熔点3410℃、锡的熔点232℃）

14.随着冷变形程度的增加，金属材料的强度、硬度（升高），塑性、韧性（下降）。

15.铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成，即（表面等轴粗晶粒区），（中间柱状晶粒区）和心部等轴晶粒区。

16.金属塑性的指标主要有（延伸率）和（断面收缩率）两种。

17.常用测定硬度的方法有（布氏硬度）、（洛氏硬度）和维氏硬度测试法。

18.对重要受力零件，纤维组织的方向应该是与最大正应力（平行），与最大剪应力的剪切平面（垂直）。

四、判断题（本大题共30小题，每小题1分，共30分）

1.金属的同素异构转变同样是通过金属原子的重新排列来完成的，故称其为再结晶。

本题答案：

错误

2.室温下，金属晶粒越细，则强度越高，塑性越低。

本题答案：

错误

3.在一般情况下，金属结晶后晶粒越细小，则其强度越好，而塑性和韧性越差。

本题答案：

错误

4.晶粒度级数数值越大，晶粒越细。

本题答案：

正确

5.间隙相的性能特点是硬度高，熔点低。

本题答案：

错误

6.晶粒度级数数值越大，晶粒越粗。

本题答案：

错误

7.再结晶过程是有晶格类型变化的结晶过程。

本题答案：

错误

8.同一金属，结晶时冷却速度愈大，则过冷度愈大，晶粒越细小。

本题答案：

正确

9.把在实际晶体中出现的刃型位错和螺型位错的缺陷叫做面缺陷。

本题答案：

错误

10.把在实际晶体中出现的空位和间隙原子的缺陷叫做线缺陷。

本题答案：

正确

11.衡量材料的塑性的指标主要有伸长率和断面收缩率。

本题答案：

正确

12.钨、铁、锡的熔点分别为3410℃、1538℃、232℃，钨在1000℃、铁在900℃、锡在100OC下的变形加工均属于热加工。

本题答案：

错误

13.冷变形强化是指金属材料在冷变形后，产生碎晶，位错密度增加，使其强度、硬度提高的现象。

本题答案：

正确

14.体心立方晶格的致密度为0.74，面心立方晶格的致密度为0.68。

所以，纯铁在发生同素异晶转变时，体积发生变化，从而产生一定的内应力。

本题答案：

错误

15.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。

本题答案：

错误

16.金属结晶的必要条件是要有一定的过冷度。

本题答案：

正确

17.非晶体具有各向异性。

本题答案：

正确

18.每个体心立方晶胞中实际包含有2个原子。

本题答案：

正确

19.每个面心立方晶胞中实际包含有2个原子。

本题答案：

错误

20.每个面心立方晶胞中实际包含有4个原子。

本题答案：

正确

21.每个体心立方晶胞中实际包含有4个原子。

本题答案：

错误

22.单晶体具有各向异性，多晶体具有各向同性。

本题答案：

正确

23.晶体具有各向同性。

本题答案：

错误

24.单晶体具有各向同性，多晶体具有各向异性。

本题答案：

错误

25.物质从液体状态转变为固体状态的过程称为结晶。

本题答案：

错误

26.金属结晶后晶体结构不再发生变化。

本题答案：

错误

27.在金属的结晶中，随着过冷度的增大，晶核的形核率N和长大率G都增大，在N/G增大的情况下晶粒细化。

本题答案：

正确

28.液态金属结晶时的冷却速度越快，过冷度就越大，形核率和长大率都增大，故晶粒就粗大。

本题答案：

错误

29.物质从液体状态转变为固体状态的过程称为凝固。

本题答案：

正确

30.液态金属冷却到结晶温度时，液态金属中立即就有固态金属结晶出来。

本题答案：

错误

六、简答题

1.液态金属结晶的必要条件是什么？

细化晶粒的途径有哪些？

晶粒大小对金属材料的机械性能有何影响？

答案：

液态金属结晶的必要条件是：

过冷度

细化晶粒的途径有：

①提高过冷度，如提高冷却速度和降低浇注温度。

②变质处理。

③机械振动、搅拌。

晶粒大小对金属材料的机械性能的影响：

晶粒越细，金属材料的强度硬度越高，塑性和韧性越好

2.什么是加工硬化？

试分析加工硬化的利与弊。

答案：

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。

3.何谓金属的同素异构转变？

并以纯铁来说明。

答案：

同一种金属元素随着外界条件（如温度、压力）的变化而转变成不同晶格类型的晶体结构，称为同素异构转变。

如，纯铁，从液态经1538℃结晶后是体心立方晶格，称为δ-Fe。

在1394℃以下转变为面心立方晶格，称为γ-Fe。

冷却912℃到时又转变为体心立方晶格，称为α-Fe。

4．用一冷拔钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到1000℃保温，保温后再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，试分析原因。

答案：

因为钢丝绳经冷拔后发生了加工硬化，具有很高的强度和硬度，故可以用来吊装工件。

当它随工件一起加热到1000℃保温后，钢丝绳内部发生了再结晶，其强度和硬度大幅度下降，塑性和韧性恢复到冷拔前的状态，因而当其再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂。

5.分析铸锭结晶后可形成三个不同晶粒区的成因。

答案：

金属浇入铸锭时，铸锭结液体金属注入锭模时，由于锭模温度不高，传热快，外层金属受到激冷，过冷度大，生成大量的晶核。

同时模壁也能起非自发成核的作用。

结果，在金属的表层形成一层厚度不大、晶粒很细的等轴细晶区；细晶区形成的同时，锭模温度升高，液态金属的冷却速度降低，过冷度减小，生核速度降低，但此时长大速度受到的影响较小，结晶过程进行的方式主要是，优先长大方向（即一次晶轴方向）与散热最快方向（一般为往外垂直模壁的方向）的反方向一致的晶核，向液体内部平行长大，结果形成柱状晶区；结晶进行到铸锭中心时，液相内外温度差减小，锭模已成为高温外壳，加上放出结晶潜热，使液态金属的冷却速度很快降低，过冷度大大减小，内部温度趋于均匀，散热逐渐失去方向性，进入过冷状态后，凝固成了等轴的粗晶粒。

第二章合金相图

一、名词解释

1.珠光体：

由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。

铁素体和渗碳体呈层片状。

2.奥氏体：

奥氏体是碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体

3.铁素体：

铁素体是碳在α-Fe中形成的间隙固溶体

4.固溶体：

合金组元通过相互溶解形成一种成分和性能均匀且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。

5.固溶强化：

溶质原子溶入到溶剂晶格中形成固溶体，并使溶剂晶格产生畸变，而使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。

6.金属化合物：

合金的组元间发生相互作用形成的一种具有金属性质的新相，称为金属间化合物。

7.共晶反应：

指一定成分的液体合金，在一定温度下，同时结晶出成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。

8.共析反应：

由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解成两个新的，具有一定晶体结构的固相的反应。

9.匀晶：

组成合金的组元在液态时无限互溶，在固态时也无限互溶，并形成单一的固溶体。

2、选择题

1.铁素体是碳溶解在（A）中所形成的间隙固溶体。

A．α-FeB.γ-FeC．δ-FeD．β-Fe

2.奥氏体是碳溶解在（B）中所形成的间隙固溶体。

A．α-FeB．γ-FeC．δ-FeD．β-Fe

3.渗碳体是一种（C）。

A．固溶体B．金属化合物C．机械混合物D．非金属化合物

4.在Fe-Fe3C相图中，钢与铁的分界点的含碳量为（C）。

A．2％B．2.06％C．2.11％D．2.2％

5.莱氏体是一种（C）。

A．固溶体B．金属化合物C．机械混合物D．单相组织金属

6.在Fe-Fe3C相图中，ES线也称为（D）。

A．共晶线B．共析线C．A3线D．Acm线

7.在Fe-Fe3C相图中，GS线也称为（C）。

A．共晶线B．共析线C．A3线D．Acm线

8.在Fe-Fe3C相图中，共析线也称为（D）。

A．A1线B．ECF线C．Acm线D．PSK线

9.珠光体是一种（C）。

A．固溶体B．金属化合物C．机械混合物D．单相组织金属

10.在Fe-Fe3C相图中，PSK线也称为（B）。

A．共晶线B．共析线C．A3线D．Acm线

11.Fe-Fe3C相图中，共析线的温度为（D）。

A．724℃B．725℃C．726℃D．727℃

12.在铁碳合金中，共析钢的含碳量为（B）。

A.0.67％B．0.77％C．0.8％D．0.87％

13.根据Fe-Fe3C平衡相图，含碳量为3.0%的合金平衡冷却至750℃时的组织为（C）

A）P+Fe3CⅡ+Ld′B）A+Fe3CⅡ+Ld′C）A+Fe3CⅡ+LdD.P+Fe3CⅡ+Ld

14.40钢中，珠光体的含量大约C。

A.20％B.35％C.50％D.70％

15.固溶体的晶体结构（A）

A.与溶剂相同B.与溶质相同C.为其他晶型D.都有可能

16.根据Fe-Fe3C平衡相图，含碳量为3.0%的合金平衡冷却至室温的组织为（D）

A.P+Fe3CⅡ+LdB.A+Fe3CⅡ+Ld′C.A+Fe3CⅡ+LdD.P+Fe3CⅡ+Ld′

17.根据Fe-Fe3C平衡相图，含碳量为4.3%的合金平衡冷却至室温的组织为（C）

A.P+Fe3CⅡ+Ld′B.A+Fe3CⅡ+Ld′C.Ld＇D.Ld

18.共晶成分的铁碳合金发生共晶反应时，其反应式为（C）

A.L+F→AB.A→F+Fe3CC.L→A+Fe3CD.A→P

19.铁素体的机械性能特点是（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、硬度低

3、填空题

1.根据溶质原子在溶剂晶格中分布情况的不同，可将固溶体分为（置换固溶体）和（间隙固溶体）。

2.相是指合金中（具有相同的物理和化学性能）与（其他部分以界面分开的）均匀一致的组成部分。

3.合金的晶体结构大致可以有三种类型：

（固溶体），化合物和（机械混合物）。

合金的基本相结构有（固溶体）和（化合物）两种类型。

4.组成合金的（），（）物质称为组元。

5.珠光体是（铁素体）和（渗碳体）混合在一起形成的机械混合物。

6.碳溶解在（-Fe）中所形成的（固溶体）称为铁素体。

7.在Fe-Fe3C相图中，共晶点的含碳量为（4.3），共析点的含碳量为（0.77）。

8.低温莱氏体是（珠光体）和（渗碳体）组成的机械混合物。

9.高温莱氏体是（奥氏体）和（渗碳体）组成的机械混合物。

10.在Fe-Fe3C相图中，共晶转变温度是（1148），共析转变温度是（727）。

11．碳在奥氏体中的溶解度随温度而变化，在1148℃时溶解度为（2.11）％，在727℃时达（0.77）％。

12．填写下列组织的符号：

奥氏体（A,）、铁素体（F）、渗碳体（Fe3C）、珠光体（P）、高温莱氏体（Ld）

13．奥氏体和渗碳体组成的共晶组织称为（高温莱氏体），其含碳量为（4.3）％，当温度低于723.7℃，转变为珠光体加渗碳体，又称为（低温莱氏体）。

14.碳在α--Fe中的固溶体称为（铁素体），在γ--Fe中的固溶体称为（奥氏体）。

其中溶碳能力大的是（奥氏体）

四．判断题

1.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。

本题答案：

错误

2.合金元素在固态下彼此相互溶解或部分地溶解，而形成成分和性能均匀的固态合金称为金属化合物。

本题答案：

错误

3.铁素体是碳溶解在α-Fe中所形成的置换固溶体。

本题答案：

错误

4.铁素体是碳溶解在γ-Fe中所形成的间隙固溶体。

本题答案：

错误

5.渗碳体是一种不稳定化合物，容易分解成铁和石墨。

本题答案：

错误

6.GS线表示由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，通称Acm线。

本题答案：

错误

7.奥氏体是碳溶解在γ-Fe中所形成的间隙固溶体。

本题答案：

正确

8.ES线是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线，通称Acm线。

本题答案：

正确

9.ES线是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线，通称A1线。

本题答案：

错误

10.奥氏体是碳溶解在γ-Fe中所形成的置换固溶体。

本题答案：

错误

11.在Fe-Fe3C相图中的ES线是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线，通常称为A3线。

本题答案：

错误

12共析钢结晶的过程是：

L—L+A—A—P。

本题答案：

正确

13.GS线表示由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，通称A1线。

本题答案：

错误

14.铸铁在室温下的相组成物是铁素体和渗碳体。

本题答案：

正确

15.铁素体是碳溶解在α-Fe中所形成的间隙固溶体。

本题答案：

正确

16.过共析钢缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体和二次渗碳体组成。

本题答案：

错误

17.过共析钢缓冷到室温时，其平衡组织由珠光体和二次渗碳体组成。

本题答案：

正确

18.奥氏体是碳溶解在α-Fe中所形成的间隙固溶体。

本题答案：

错误

19.ES线表示由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，通称Acm线。

本题答案：

错误

20.GS线表示由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，通称A3线。

本题答案：

正确

21.金属化合物的性能特点时硬度高，熔点低、脆性大。

本题答案：

错误

22.在亚共析钢平衡组织中，随含碳量的增加，则珠光体量增加，而二次渗碳体量在减少

本题答案：

错误

23.合金中各组成元素的原子按一定比例相互作用而生成的一种新的具有金属特性的物质称为固溶体。

本题答案：

错误

24.在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为0.77％的铁碳合金才能发生共析反应。

本题答案：

错误

25.在亚共析钢中含碳量越多，则其组织中的珠光体量减少，而铁素体量在增多。

本题答案：

错误

26.铁碳合