040114工程材料19.docx
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040114工程材料19
《工程材料》课程综合复习资料
一、填空题
1、合金中的两种类型的相是（）。
2、钢的淬硬性主要决定于（）。
3、钢的热处理工艺的三个阶段是（）。
4、工程材料分为（）。
5、莱氏体的本质是（）。
6、常规热处理工艺包括（）。
7、造成加工硬化的原因是（）。
8、
-Fe、
-Fe的晶格结构分别是（）。
9、为了消除钢的高温回火脆性可采用（）。
10、为了获得细晶粒的铸件，在生产中通常采用的措施主要有（）。
11.工程材料包括（）。
12.变质处理是指（）。
13.铁素体的本质是（）。
14.贝氏体的显微组织形态主要有（）、（ ）两种，其中（ ）的韧性较好。
15.过共析钢正火处理的主要目的是（）。
16.45钢是（）钢，35CrMo是（）钢，1Cr13是（）钢。
17.白口铸铁的脆性比灰口铸铁大，是因为（）。
18.铝合金的时效硬化现象是指（）。
19.机械零件的失效模式分为（）、（）、（）。
二、判断题（正确的标注“√”，错误的标注“×”）
1、凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
（）
2、铁素体的本质是碳在
中的固溶体。
（）
3、20钢比T12钢的碳质量分数要高。
（）
4、晶粒度级别数数值越大，晶粒越细。
（）
5、滑移只能在切应力作用下发生。
（）
6、金属铸件可以通过再结晶退火来细化晶粒。
（）
7、室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越低。
（）
8、在同样淬火条件下，淬透层深度越深，则钢的淬透性越好。
（）
9、表面淬火能改变钢的表面组织，但不能改善心部的组织和性能。
（）
10、可锻铸铁在高温时可以进行锻造加工。
（）
三、选择题
1、金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将：
（）
A.越高B.越低C.越接近理论结晶温度
2、间隙相的性能特点是；（）
A.硬度低、熔点高B.硬度高、熔点低C.硬度高、熔点高
3、完全退火主要适用于：
（）
A.亚共析钢B.共析钢C.过共析钢
4、钢的淬硬性主要取决于：
（）
A.碳含量B.冷却介质C.合金元素
5、钢的回火处理是在：
（）
A.退火后进行B.正火后进行C.淬火后进行
6、钢的淬透性主要取决于：
（）
A.钢中的碳含量B.冷却介质C.钢中的合金元素
7、弹簧钢的热处理工艺是：
（）
A.淬火+低温回火B.淬火+中温回火C.淬火+高温回火
8、二元合金中，铸造性能最好的合金是：
（）
A.共晶合金B.固溶体合金C.共析合金
9、低合金刃具钢的正常淬火组织是：
（）
A.马氏体B.马氏体＋残余奥氏体C.马氏体＋残余奥氏体＋球状碳化物
10、奥氏体向珠光体的转变是：
（）
A.扩散性转变B.半扩散性C.非扩散型转变
四、简答题
1、什么是固溶强化？
造成固溶强化的原因是什么？
2、金属塑性变形后组织和性能会有什么变化？
3、试述马氏体转变的基本特点。
4、合金元素提高钢的回火稳定性的原因是什么？
5、不锈钢的固溶处理与稳定化处理的目的是什么？
6、试述石墨形态对铸铁性能的影响。
7、什么是细晶强化？
造成细晶强化的原因是什么？
8、比较马氏体和回火马氏体之间的形成条件、组织形态与性能上的主要区别。
9、金属结晶的基本规律是什么？
10、高速钢W18Cr4V的
约为820℃，若以一般工具钢
℃的常规方法来确定淬火加热温度，最终热处理后能否达到高速切削刀具所要求的性能？
为什么？
11、试分析20CrMnTi钢和1Cr18Ni9Ti钢中Ti的作用？
12、铝硅合金为什么要进行变质处理？
五、综合分析题
1、作图表示立方晶系中的（010）、（110）、（111）晶面和
、
晶向。
2、机床变速箱齿轮常用中碳钢或中碳合金钢制造，工艺路线为：
下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→轮齿高频淬火及低温回火→精磨，试分析正火处理、调质处理和高频淬火及低温回火的目的。
3、根据Fe-Fe3C相图分别回答下列问题：
①相图中PSK、ECF、GS线及P、E、S点的物理意义；②计算碳质量分数为0.4%的亚共析钢的组织组成物铁素体和珠光体的相对百分含量。
（E、C、P、S对应的含碳量百分数分别是2.11、4.3、0.0218、0.77）
4、共析钢按图示曲线加热、冷却，试分析各点各应得到什么组织?
如果是一种热处理方法，属于何种热处理方法?
5、
钢制造汽车半轴，加工路线为：
下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→磨削加工，分析正火和调质两种热处理的目的和获得的组织。
6.淬硬性和淬透性有什么不同？
决定淬硬性和淬透性的主要因素是什么？
（6分）
7、为什么说“得到M随后回火处理”是钢中最有效最经济的强韧化途径？
（8分）
8.根据Fe-Fe3C相图分别回答下列问题（16分）
（1）亚共析钢、过共析钢、亚共晶铸铁、过共晶铸铁的室温组织分别是什么？
（2）分别指出平衡组织中含有一次渗碳体及二次渗碳体的质量分数最大的铁碳合金的成分？
（3）试计算共析钢的室温组织中铁素体和渗碳体的质量分数。
《工程材料》复习资料答案
综合复习资料参考答案
一、填空题
1、合金中的两种类型的相是（固溶体和金属间化合物）。
2、钢的淬硬性主要决定于（钢中的含碳量）。
3、钢的热处理工艺的三个阶段是（加热、保温、冷却）。
4、工程材料分为（金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料）。
5、莱氏体的本质是（奥氏体和渗碳体两相的共晶混合物）。
6、常规热处理工艺包括（退火、正火、淬火、回火）。
7、造成加工硬化的原因是（塑性变形导致位错密度增加和亚晶界增加，使位错运动阻力增大）。
8、
-Fe、
-Fe的晶格结构分别是（面心立方、体心立方）。
9、为了消除钢的高温回火脆性可采用（回火后快冷和加入适量Mo或W两种方法）。
10、为了获得细晶粒的铸件，在生产中通常采用的措施主要有（增大冷速、变质处理、振动搅拌）。
11.金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料。
12.在液体金属中加入孕育剂或变质剂，以细化晶粒和改善组织。
13.碳溶入α-Fe中形成的固溶体。
14.羽毛状；针状；针状贝氏体
15.消除二次网状渗碳体。
16.优质碳素钢；合金调质；马氏体不锈钢。
17.白口铸铁中有大量的渗碳体存在。
18.固溶处理后在室温下防置或低温加热时，强度和硬度明显升高的现象。
19.畸变失效、断裂时效、表面损伤失效。
二、判断题
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
×
√
×
√
√
×
×
√
√
×
三、选择题
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
B
C
A
A
C
C
B
A
C
A
四、简答题
1、什么是固溶强化？
造成固溶强化的原因是什么？
答：
形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。
固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变，晶格畸变随溶质原子浓度的增高而增大。
晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。
2、金属塑性变形后组织和性能会有什么变化？
答：
金属发生塑性变形后，晶粒发生变形，沿形变方向被拉长或压扁。
当变形量很大时，晶粒变成细长条，金属中的夹杂物也被拉长，形成纤维组织。
金属经大的塑性变形时，由于位错的密度增大和发生相互作用，大量位错堆积在局部地区，并相互缠结形成不均匀分布，使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块，而在晶粒内产生亚晶粒。
金属塑性变形到很大程度（70%以上）时，由于晶粒发生转动，使各晶粒的位向趋近于一致，形成特殊的择优取向（形变织构）。
金属发生塑性变形，随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降，产生加工硬化现象。
另外，由于纤维组织和形变织构的形成，使金属的性能产生各向异性。
3、试述马氏体转变的基本特点。
答：
①马氏体转变是一种非扩散型转变，产生很强的固溶强化；②马氏体的形成速度很快，无孕育期；③马氏体转变是不彻底的，总要残留少量奥氏体；④马氏体形成时体积膨胀。
4、合金元素提高钢的回火稳定性的原因是什么？
答：
合金元素在回火过程中推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才开始分解和转变）；提高铁素体的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度，因此提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。
5、不锈钢的固溶处理与稳定化处理的目的是什么？
答：
不锈钢固溶处理的目的是获得单相奥氏体组织，提高耐蚀性。
稳定化处理的目的是使溶于奥氏体中的碳与钛以碳化钛的形式充分析出，而碳不再同铬形成碳化物，从而有效地消除了晶界贫铬的可能，避免了晶间腐蚀的产生。
6、试述石墨形态对铸铁性能的影响。
答：
石墨强度、韧性极低，相当于钢基体上的裂纹或空洞，它减小基体的有效截面，并引起应力集中。
普通灰口和孕育铸铁的石墨呈片状，对基体的严重割裂作用使其抗拉强度和塑性都很低。
球墨铸铁的石墨呈球状，对基体的割裂作用显著降低，具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性，其综合机械性能接近于钢。
蠕墨铸铁的石墨形态为蠕虫状，虽与灰口铸铁的片状石墨类似，但石墨片的长度与厚度的比值较小，端部较钝，对基体的割裂作用小，它的强度接近于球墨铸铁，且有一定的韧性，较高的耐磨性。
可锻铸铁的石墨呈团絮状，对基体的割裂作用较小，具有较高的强度、一定的延伸率。
7、什么是细晶强化？
造成细晶强化的原因是什么？
答：
金属多晶体中，晶粒越细，金属的硬度强度越高，塑性韧性也越高的现象称为细晶强化。
金属晶粒越细，晶界数量越多，对位错运动的阻碍作用越大，变形抗力就越大，金属的硬度和强度越高；而且金属晶粒越细，金属的变形越分散，也就减少了应力集中，推迟裂纹的形成和发展，使金属在断裂之前可发生较大的塑性变形，从而使金属的塑性提高。
由于细晶粒金属的强度高、塑性好，所以断裂时需要消耗较大的功，因而韧性也较好。
8、比较马氏体和回火马氏体之间的形成条件、组织形态与性能上的主要区别。
？
答：
马氏体是钢淬火后的主要组织，低碳马氏体为板条状，高碳马氏体为针状。
马氏体存在有内应力，容易产生变形和开裂。
马氏体是不稳定的，在使用中会发生分解，导致零件尺寸发生变化。
高碳马氏体硬而脆，韧性较低。
回火马氏体是淬火马氏体经低温回火形成的。
回火马氏体由极细的ε碳化物和低过饱和度的α固溶体组成，低碳马氏体是暗板条状，高碳马氏体是黑针状。
回火马氏体与马氏体相比，内应力小、韧性提高，同时保持了马氏体的高硬度和高耐磨性。
9、金属结晶的基本规律是什么？
答：
液体金属结晶需要过冷度，是由形核和长大两个密切联系的基本过程来实现的。
结晶时首先在液体金属中形成一些极微小的晶体（称为晶核），然后再以它们为核心不断地长大。
在这些晶体长大的同时，又出现新的晶核并逐渐长大，直至液体金属消失。
10、高速钢W18Cr4V的
约为820℃，若以一般工具钢
℃的常规方法来确定淬火加热温度，最终热处理后能否达到高速切削刀具所要求的性能？
为什么？
答：
若按照
℃的常规方法来制定W18Cr4V的淬火加热温度，淬火加热温度为850℃~870℃，不能达到高速钢切削刀具要求的性能。
因为高速钢中含有大量W、Cr、V的难熔碳化物，只有在1200℃以上才能大量地溶于奥氏体中，以保证钢淬火、回火后获得很高的热硬性，因此其淬火加热温度非常高，一般1220℃~1280℃
。
11、试分析20CrMnTi钢和1Cr18Ni9Ti钢中Ti的作用？
答：
20CrMnTi钢中Ti的作用是阻止渗碳时奥氏体晶粒长大、增加渗碳层硬度和耐磨性。
1Cr18Ni9Ti钢中Ti的作用是优先与碳形成稳定的金属间化合物TiC，避免晶界贫Cr，防止晶间腐蚀，提高耐腐蚀性。
12、铝硅合金为什么要进行变质处理？
答：
一般情况下，铝硅合金的共晶体由粗针状硅晶体和α固溶体构成，强度和塑性都较差；经变质处理后的组织是细小均匀的共晶体加初生α固溶体，合金的强度和塑性显著提高，因此，铝硅合金要进行变质处理。
五、综合分析题
1、作图表示立方晶系中的（010）、（110）、（111）晶面和
、
晶向。
答：
BDGF－（010）；ABFE—（110）；ABC—（111）；AB—
；CD—
。
2、机床变速箱齿轮常用中碳钢或中碳合金钢制造，工艺路线为：
下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→轮齿高频淬火及低温回火→精磨，试分析正火处理、调质处理和高频淬火及低温回火的目的。
答：
正火目的：
正火处理可消除锻造应力，均匀组织，使同批坯料具有相同的硬度，便于切削加工，改善齿轮表面加工质量。
调质的目的：
使齿轮具有较高的综合力学性能，心部有足够的强度和韧性，能够承受较大的交变弯取应力和冲击载荷，并可减少齿轮的淬火变形。
高频表面淬火及低温回火的目的：
齿轮表面硬度提高，提高耐磨性，并使齿轮表面有残余压应力存在，从而提高抗疲劳破坏的能力。
低温回火是为了消除淬火应力，获得隐晶马氏体组织。
3、根据Fe-Fe3C相图分别回答下列问题：
①相图中PSK、ECF、ES线及P、E、S点的物理意义；②计算碳质量分数为0.4%的亚共析钢的组织组成物铁素体和珠光体的相对百分含量。
（E、C、P、S对应的含碳量百分数分别是2.11、4.3、0.0218、0.77）
答：
①相图中PSK、ECF、ES线及P、E、S点的物理意义：
PSK线为共析线，其上的铁碳合金均发生共析反应
ECF线为共晶线，其上的铁碳合金均发生共晶反应
ES（Acm线）是碳在A中的固溶线
P碳在α-Fe中的最大溶解度点
E碳在γ-Fe中的最大溶解度点
S为共析点：
温度为727℃，碳质量分数为0.77％，
②
，
。
4、共析钢按图示曲线加热、冷却，试分析各点各应得到什么组织?
如果是一种热处理方法，属于何种热处理方法?
答：
1：
P，去应力退火；2：
M+Ar，水冷淬火；3：
M′+Ar，低温回火；4：
过冷A；5：
B下+M+Ar，等温淬火（等温时间不足）；6：
B下，等温淬火；7：
T+M+Ar，油淬；8：
S，正火；9：
P，退火；10：
S，高温回火（去应力）。
5、
钢制造汽车半轴，加工路线为：
下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→磨削加工，分析正火和调质两种热处理的目的和获得的组织。
答：
正火：
正火处理可消除锻造应力，均匀组织，获得合适的硬度便于切削加工，为调质处理做好组织上的准备。
获得的组织为索氏体组织。
调质：
使汽车半轴具有较高的综合力学性能，心部有足够的强度和韧性。
获得的组织为回火索氏体组织。
6.答：
钢淬火时形成马氏体的能力叫做淬透性，主要受钢种合金元素的影响，除钴以外，合金元素都提高钢的淬透性；钢淬火后能够达到的最高硬度叫钢的淬硬性，它主要决定于马氏体的含碳量，含碳量越高淬淬硬性越大。
7.答：
钢淬火时形成M，M强化充分而合理的利用全部四种强化机制。
①马氏体内部含有很高密度的位错，有很强的位错强化效应；②马氏体形成时，奥氏体被分割成许多较小的区域（马氏体束），产生细晶强化效果；③溶质原子特别是碳原子溶入马氏体中造成了很强的固溶强化效应；④马氏体回火后碳化物析出，造成了强烈的第二相析出强化效应。
8.答：
（1）亚共析钢的组织为：
F+P；过共析钢的组织为：
P+Fe3CⅡ；亚共晶白口铸铁的组织为：
P+Fe3CⅡ+Le’；过共晶白口铸铁的组织为：
Fe3CⅠ+Le’
（2）含碳0.0218%成分的铁碳合金的组织中含有一次渗碳体的质量分数最大，含碳2.11%成分的铁碳合金的组织中含有二次渗碳体的质量分数最大。
（3）w（F）=（6.69-0.77）/（6.69-0.0008）=88%；w（Fe3C）=1-88%=12%
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