大纲方法习题.docx
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大纲方法习题
大纲/方法/习题
《金属学与热处理A》是针对材料成型与控制工程专业三年级学生开设的一门重要的专业基础课，学时多（96学时），教学密度大（周学时5）；《金属学与热处理B》对冶金工程专业也是重要的专业基础课，整合后一方面学时减少为56，另一方面提前到了第三学期开课。
两门课程的教学内容均多而繁，涉及金属学、热处理、材料学三大教学板块，是一门理论、实践兼重的课程，故而在教、学两方面都有一定的难度。
为提高教学质量，课程组在本课程的教学中采取了以下一些教学方法与手段：
（1）以材料科学研究的四大要素成分、组织、工艺、性能为主线组织理论教学与实验教学
理论教学过程中强调抓主线，即始终以材料科学研究的四大要素成分、组织、工艺、性能为主线讲解,使学生在看似抽象、复杂、枯燥的内容中寻找到其内在、本质的规律；实验教学中基础实验与大综合性实验也都围绕这四大要素进行，从而深化学生对基础理论、基本知识的真正理解与掌握，达到全面、综合的专业技能训练目的，提高学生动手解决问题的能力。
（2）针对不同专业合理组织教学，既满足各专业实际需要，又保证了课程共性与个性的统一
教学中，无论多课时课程还是少课时课程，重要的基础知识、基本理论统一要求，保持了课程系统性；同时，针对不同专业的具体情况，讲授时有所侧重，有所删减，如对冶金工程专业，以相图和结晶为重点，对材料成型与控制工程专业，以形变再结晶为重点，对热能与动力工程专业，以热处理和材料为重点，保证了课程共性与个性的统一，更重要的是满足了各专业的实际需要。
（3）科学应用多媒体等现代化教学手段
《金属学与热处理A》课时多、教学密度大，学生对教学内容、环节难掌控；一方面全程采取多媒体教学，尽可能丰富教学内容。
同时为避免学生记笔记难、无暇听课等多媒体教学的短处，在尚未实现教学资源上网的阶段，及时将电子版多媒体课件发给学生，学生提前获得课件后，课堂上更专心于听课、思考和理解。
这样既提高了课堂教学效率及课后复习效果，又便于鼓励其自学。
曾经担心学生获得课件后会不听课，实践证明这种方法和措施不仅可以提高课堂教学效率，更重要
的是大大提高了学生的学习积极性。
（4）在确保教学内容符合教学大纲的基础上，针对不同专业实际需求，对一些教学内容及教学方法进行适当调整
针对冶金工程专业课时减少、课程提前的现状，对教学内容与多媒体课件进行了适当的修改，例如讲述中减少了有关塑性变形方面的内容，而将相关多媒体课件发给学生，鼓励其自学；由于刚进入第三学期，学生尚缺乏钢铁生产相关的基本知识，为避免学生在学习中产生盲人摸象的感觉，课堂讲述中增加了有关材料性能的一些基础知识，同时随时简要介绍有关钢铁生产的相关知识，既提高了学生的学习积极性，又丰富了教学内容；对材料成型与控制工程专业增加了有关材料性能、材料分析方法的一些基础知识，适当介绍本学科各领域的新动向,同时适时将所学内容与生产实践相结合，一定程度上拓展了学生的专业知识；
（5）采取启发式、讨论式等教学方法，提高学生的学习兴趣与积极性
为提高学生的学习兴趣，一方面教学思路上尽可能从现象出发，繁杂的理论分析之后，回到实际应用，使学生意识到学有所用；另一方面加强课堂提问，鼓励同学积极、踊跃提出问题；同时，针对不同的课程内容，采取多种形式的课堂讨论，加强习题课，并辅以自学相结合的方式，课后与同学及时交流，强化了课堂教学的互动性，使同学及时消化与巩固所学知识，充分调动学生学习的主动性与积极性。
※<前言>
《金属学与热处理》是材料成型及控制工程专业、冶金工程专业及热能与动力工程专业的技术基础课，本课程要求学生掌握金属与合金的成分、结构、组织与性能之间的内在联系以及在各种条件下的变化规律，为后续各有关专业课的学习以及为日后的工作和科研提供必需的有关金属学方面的基本概念，基本知识，基本理论和基本的实验技能，以及提高分析问题和解决问题的能力。
本课程由不同教学大纲与教学内容的《金属学与热处理A》（适于材料成型及控制工程专业）、《金属学与热处理B》（适于钢铁冶金专业）以及《金属学与热处理C》（适于热能与动力工程专业）等系列课程构成。
5
※<教学内容>
为满足各专业的不同要求，《金属学与热处理A》与《金属学与热处理B》均选用机械工业出版杜2003年出版的崔忠圻编写的《金属学与热处理》作为参考教材，《金属学与热处理C》则选用上海科技出版杜2004年出版的史美堂编写的《金属材料及热处理》作为参考教材。
《金属学与热处理A》教学内容分三部分，即金属学、热处理原理和工艺以及金属材料。
第一章金属的晶体结构包括金属的晶体结构、实际金属的晶体结构。
要求掌握bcc、fcc、hcp三种典型晶体结构。
点、线、面三种晶体缺陷。
第二章纯金属的结晶包括金属的结晶现象，结晶的条件，晶核的形成和长大，金属铸锭的组织与缺陷。
要求掌握结晶的条件、均匀形核、非均匀形核、晶核长大机制，晶粒大小的控制、铸锭的三晶区及缺陷。
第三章二元合金的相结构与结晶。
基本内容是合金的相结构和三类二元相图。
要求掌握固溶体、金属化合物、匀晶、共晶、包晶相图及结晶过程、不平衡结晶过程。
第四章铁碳合晶内容包括铁碳相图，碳和杂质元素对碳钢组织和性能的影响。
要求熟练掌握铁碳相图和组织图、结晶过程分析、相图计算、碳和其它杂质元素的影响、钢锭组织。
第五章三元合金相图，基本内容是三元相图的表达方式和几种基本类型的三元相图。
第六章金属及合金的塑性变形包括单晶体、多晶体、合金的塑性变形及塑性变形对组织和性能的影响。
要求掌握滑移、孪生、位错机制、多晶体及合金的塑性变形、晶粒大小的影响、塑性变形后组织和性能的变化。
第七章金属及合金的回复与再结晶内容包括回复、再结晶、晶粒长大和热加工。
要求掌握回复、再结晶、晶粒长大的机制、晶粒大小的控制、动态回复与动态再结晶。
第八章扩散内容包括扩散定律、影响扩散的因素。
要求掌握扩散机理、扩散第一第二定律及应用、影响扩散的因素。
第九章钢的热处理原理内容包括钢在加热、冷却和回火时的转变。
要求掌握A的形成，A向P、B和M的转变机制和特点，回火过程的各个阶段及组织性能。
第十章钢的热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火。
要求掌握各类工艺的名称、目的、工艺特点，获得的组织、性能及实际应用。
缺陷的产生及防止。
第十一章工业用钢包括钢的分类、合金元素在钢中的作用、结构钢、工具钢、特殊钢。
要求掌握合金元素在钢中的作用，各类钢的成分、合金元素的作用、热处理、组织、性能、用途。
第十二章铸铁内容包括铸铁组织的形成，白口、灰口、可锻、球墨铸铁及特殊性能铸铁。
要求掌握铁碳双重相图，各类铸铁的成分、组织、形成条件、性能、应用。
《金属学与热处理B》教学内容也分为金属学、热处理原理和工艺以及金属材料三部分。
第一章金属的晶体结构。
要求了解金属的概念，掌握金属的晶体结构和实际金属的晶体结构缺陷。
第二章纯金属的结晶。
要求掌握金属结晶的条件，晶核的形成和长大，金属铸锭的组织与缺陷。
第三章二元合金的相结构与结晶。
要求了解合金中的相和二元相图的建立方法，掌握合金相结构的类型，匀晶相图和共晶相图的结晶分析，了解包晶相图的结晶分析。
第四章铁碳相图。
要求了解铁碳合金的组织及基本相，掌握铁碳合金相图分析，平衡组织的形成，含碳量对组织性能的影响，钢中杂质元素对性能的影响。
第五章 三元合金相图。
要求了解三元相图的基本特点，三元匀晶相图和三元共晶相图分析，水平截面及重直截面的特点和应用。
第六章 金属及合金的塑性变形。
要求了解金属变形的特征，单晶体、多晶体和合金的塑性变形，掌握塑性变形对组织和性能的影响。
第七章金属与合金的回复再结晶。
要求了解形变金属与合金在退火过程中的变化，回复、再结晶和晶粒长大、金属热加工概念。
第八章扩散。
要求掌握扩散第一定律和第二定律，影响扩散的因素。
扩散定律的应用。
第九章钢的热处理原理。
要求掌握钢在加热时的转变，钢在冷却时的转变，钢在回火时的转变。
第十章钢的热处理工艺。
要求了解钢的退火、正火、淬火、回火和其它热处理工艺。
第十一章工业用钢。
要求了解钢的分类与编号，掌握合金元素在钢中的作用，结构钢、工具钢中合金化原理，了解特殊钢的种类和合金化原理。
第十二章铸铁。
掌握常用普通铸铁的分类，石墨化原理和性能特点，了解其它类型铸铁。
《金属学与热处理C》教学内容分为金属学、热处理原理和工艺以及金属材料三部分。
第一章金属的结构与结晶。
要求掌握金属常见的理想晶体结构、实际晶体结构与缺陷，了解金属在凝固结晶中其组织结构的形成规律。
第二章金属的塑性变形与再结晶。
要求了解金属塑性变形的本质、塑性变形以及再结晶中金属组织与性能的变化规律，掌握冷加工与热加工的本质区别。
第三章合金的结构与相图。
要求掌握合金相的基本概念、了解相图的意义与建立方法，掌握典型二元相图的分析方法以及杠杆定律的应用。
第四章铁碳合金。
要求掌握铁碳合金的化学成分、基本相与组织的形成规律与性能特点，掌握碳在铁碳合金中的作用以及对铁碳合金力学性能的影响规律。
第五章钢的热处理。
要求掌握钢在加热过程、冷却过程以及回火过程中的组织转变规律；掌握晶粒度的有关概念，了解珠光体转变、贝氏体转变、马氏体转变在转变机理、产物相构成与性能等方面的不同特点，掌握马氏体转变的强化机理。
了解退火、正火、淬火、回火的目的、工艺方法与应用，学会正确制定热处理工艺方法。
第六章合金钢。
要求掌握常用合金钢包括结构钢、工具钢、特殊性能钢的成分、性能与应用，学会合理选用金属材料。
第七章铸铁的分类、成分、组织结构、性能及用途。
要求了解铸铁石墨化的基本规律，以及铸铁的分类、成分、组织、工艺、性能、用途等方面的基本知识。
5
※<教学进度与教时安排>
《金属学与热处理A》教学进度与教时安排：
章节
教学内容
学时
讲授学时
实践学时
绪论、材料的性能
2
2
第一章§1～2
金属的概念与特性、晶体与非晶体的概念与特性
2
2
第一章§2
金属的晶体结构
4
4
第一章§3
实际金属的晶体结构
2
2
第二章§1～3
金属的结晶现象、金属结晶的条件
2
2
第二章§4
晶核的形成
2
2
第二章§5
晶核的长大、晶粒大小的控制
2
2
第二章§6
金属铸锭的组织与缺陷
2
2
第三章§1～2
合金中的相、合金相结构的类型
2
2
第三章§3
二元合金相图的建立、杠杆定律
2
2
第三章§4
匀晶相图、固溶体的结晶
2
2
第三章§5
共晶相图、典型合金的结晶过程
2
2
第三章§6、§8
包晶相图、二元相图的分析与使用
2
2
第四章§1～2
铁碳合金的组织及基本相、Fe-Fe3C相图介绍
2
2
第四章§3
铁碳合金平衡结晶过程及组织分析
4
4
第四章§4～5
含碳量对组织性能的影响、钢中杂质元素、钢锭组织
2
2
实验一、铁碳平衡组织的观察
2
2
第六章§1～2
金属的变形特性、单晶体的塑性变形
4
4
第六章§3～4
多晶体与合金的塑性变形、金属强化机理
2
2
第七章§1～2
形变金属在退火过程中的变化、回复的机理与应用
2
2
第七章§3
再结晶的机理与应用
2
2
第七章§4～5
晶粒的长大、金属的热加工
2
2
实验二、冷塑性变形对再结晶退火组织的影响
2
2
第八章§1～2
扩散机理、扩散定律
2
2
第八章§3
影响扩散的因素
2
2
第九章§1～2
热处理概述、钢在加热时的转变
2
2
第九章§3
钢在冷却时的转变、珠光体转变
2
2
第九章§3
马氏体转变、贝氏体转变
2
2
第九章§4
钢在回火时的转变
2
2
第十章§1
钢的退火与正火
2
2
第十章§2
钢的淬火与回火
2
2
第十章§3
其它类型热处理
2
2
第十一章§1
钢的分类和编号
1
1
第十一章§2
合金元素在钢中的作用
3
3
第十一章§3
构件用钢
2
第十一章§4
机器零件用钢
3
3
第十一章§5
工具钢
3
3
第十一章§6
特殊性能钢
2
2
第十二章§1
铸铁概述
2
2
第十二章§2
常用铸铁
2
2
实验三、热处理对结构钢组织性能的影响综合性实验
6
6
总复习
2
2
《金属学与热处理B》教学进度与教时安排：
章节
教学内容
学时
讲授学时
实践学时
绪论、材料的性能
2
2
第一章§1～2
金属的晶体结构
3
3
第一章§3
实际金属的晶体结构
1
1
第二章§1～6
晶核的形成和长大、金属铸锭的组织与缺陷
2
2
第三章§1～2
合金中的相、合金相结构的类型
2
2
第三章§3～4
二元合金相图的建立、匀晶相图及结晶
2
2
第三章§5～6
共晶相图及结晶、包晶相图及结晶二元相图的分析和使用
2
2
实验一、浇铸条件对铸锭组织的影响
2
2
第四章§1～2
铁碳合金的组织及基本相、Fe-Fe3C相图介绍
2
2
第四章§3
铁碳合金平衡结晶过程及组织分析
2
2
第四章§4～5
含碳量对组织性能的影响、钢中杂质元素、钢锭组织
2
2
第十二章§1～2
铸铁
2
2
实验二、铁碳平衡组织的观察
2
2
第七章§1～5
形变金属在退火中组织与性能的变化、金属热加工
2
2
第八章§1～3
扩散定律、影响扩散的因素
2
2
第九章§1～2
钢在加热时的转变、奥氏体晶粒度
2
2
第九章§3
钢在冷却时的转变
3
3
第九章§4
钢在回火时的转变
1
1
第十章§1
钢的退火与正火
2
2
第十章§2
钢的淬火与回火
2
2
第十一章§1～2
钢的分类和编号、合金元素在钢中的作用
2
2
第十一章§3～4
结构钢
2
2
第十一章§5
工具钢
2
2
第十一章§6
特殊性能钢
2
2
实验三、热处理对结构钢组织性能的影响综合性实验
2
6
总复习
2
《金属学与热处理C》教学进度与教时安排：
章节
教学内容
学时
讲授学时
实践学时
绪论、材料的性能
1
1
第一章§1
金属的晶体结构
2
2
第一章§2～3
金属的实际结构、金属的结晶与铸锭
2
2
第二章§1～2
金属的塑性变形对组织和性能的影响
2
2
第二章§3～4
回复与再结晶、金属的热加工
2
2
实验一、钢材成分、热处理工艺和性能之间关系的认识
2
2
第三章§1～2
固态合金中的相结构
2
2
第三章§3～4
匀晶相图与二元共晶相图
2
2
第四章§1
纯铁、铁碳合金的组织结构及其性能
1
1
第四章§2
铁碳合金相图分析
3
3
第四章§3
碳钢
1
1
实验二、碳钢及铸铁的平衡组织观察
2
2
第五章§1
钢在加热时的转变、奥氏体晶粒度
1
1
第五章§2～3
钢在冷却时的转变
3
3
第五章§4
钢的退火与正火
2
2
第五章§5～7
钢的淬火、回火
2
2
第六章§1
合金元素在钢中的作用、钢的分类和编号
2
2
第六章§2
结构钢
2
2
第六章§3
工具钢
2
2
第六章§4
特殊性能钢
2
2
第七章§1～5
铸铁
2
2
习题与思考题
绪论
（—）填空题
1.机械设计常用和两种强度指标。
2．设计刚度好的零件，应根据指标来选择材料。
3TK是材料从状态转变为状态时的温度。
4冲击韧性的单位是；延伸率的单位是；屈服强度的单位是。
5屈强比是与之比。
6．材料主要的工艺性能有、、、和。
（二）判断题
1抗氧化性就是指材料在高温下完全不被氧化的性能。
（）
2．材料硬度越低，其切削加工性能就越好。
（）
3．金属材料的导电导热性能远高于非金属材料。
（）
4．σs和σ0.2都是材料的屈服强度。
（）
5材料的E值越大，其塑性越差。
（）
6．同一材料的延伸率δ5>δ10。
（）
7．材料的抗拉强度与布氏硬度之间，近似地成一直线关系。
（）
8．各种硬度值之间可以互换。
（）
9．用断面收缩率ψ表示塑性更接近材料的真实应变。
（）
10．延伸率是试样拉断后的相对伸长量。
（）
11．硬度是材料对局部变形的抗力，所以硬度是材料的塑性指标。
（）
（三）选择题
1低碳钢拉伸试验时，其变形过程可简单分为几个阶段。
A．弹性变形、塑性变形、断裂B．弹性变形、断裂
C塑性变形、断裂D．弹性变形、条件变形、断裂
2．低碳钢拉伸应力一应变图中，σ-E曲线上对应的最大应力值称为
A．弹性极限B．屈服强度C抗拉强度D．断裂强度
3．材料开始发生塑性变形的应力值叫做材料的
A．弹性极限B．屈服强度C抗拉强度D．条件屈服强度
4．测量淬火钢件及某些表面硬化件的硬度时，一般应用
5．有利于切削加工性能的材料硬度范围为
A．<160HBB．>230HBC．（160～230）HBD．（60～70）HRC
6．材料的值主要取决于其晶体结构特性，一般处理方法对它影响很小。
Aσ0.2BσbCE
（四）改错题
1屈服就是材料开始塑变失效，所以屈服强度就是材料的断裂强度。
2材料的断裂强度一定大于其抗拉强度。
3强度是材料抵抗变形和破坏的能力，塑性是在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力所以两者的单位是一样的。
4因为σb≈kHB，所以一切材料的硬度越高，其强度也越高。
5．材料的电阻随温度升高而升高。
（五）问答题
1零件设计时，选取σ0.2（σs）还是选取σb，应以什么情况为依据?
2．在测定强度指标时，σs和σ0.2有什么不同?
3．常用的测量硬度方法有几种?
其应用范围如何?
4．δ与ψ这两个指标，那个更准确地表达材料的塑性?
为什么?
5．有一碳钢制支架刚性不足，有人要用热处理强化方法；有人要另选合金钢；有人要改变零件的截面形状来解决。
哪种方法合理?
为什么?
6．疲劳破坏是怎样形成的?
提高零件疲劳寿命的方法有哪些?
为什么表面粗糙和零件尺寸增大能使材料的疲劳强度值减小?
7．如图1—1所以，为五种材料的应力一应变曲线：
①45钢；②铝青铜；③35钢；④硬铝；⑤纯铜。
试问，当外加应力为30MPa时，各材料处于什么状态?
（六）思考题
1．根据上图，试计算出各种材料的σ0.2（σs）、σb、E。
并讨论：
①是否材料高强度就不会变形，低强度材料一定会变形?
②是否材料强度高时，其刚度就大?
③是否材料强度高时，其塑性都低？
第一章金属的晶体结构
（一）填空题
1．同非金属相比，金属的主要特性是
2．晶体与非晶体的最根本区别是
3．金属晶体中常见的点缺陷是，最主要的面缺陷是。
4．位错密度是指，其数学表达式为。
5．表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做，而晶胞是指。
6．在常见金属晶格中，原子排列最密的晶向，体心立方晶格是，而面心立方晶格是。
7晶体在不同晶向上的性能是，这就是单晶体的现象。
一般结构用金属为晶体，在各个方向上性能，这就是实际金属的现象。
8实际金属存在有、和三种缺陷。
位错是缺陷。
实际晶体的强度比理想晶体的强度得多。
。
9．常温下使用的金属材料以晶粒为好。
而高温下使用的金属材料在一定范围内以晶粒为好。
‘
10．金属常见的晶格类型是、、。
11．在立方晶格中，各点坐标为：
A（1，0，1），B（0，1，1），C（1，1，1/2），D（1/2，1，1/2），那么AB晶向指数为，OC晶向指数为，OD晶向指数为。
12．铜是结构的金属，它的最密排面是，若铜的晶格常数a=0.36nm,那么最密排面上原子间距为。
13α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn中属于体心立方晶格的有，属于面心立方晶格的有，属于密排六方晶格的有。
14．已知Cu的原子直径为0．256nm，那么铜的晶格常数为。
1mm3Cu中的原子数为。
15．晶面通过（0，0，0）、（1/2、1/4、0）和（1/2，0，1/2）三点，这个晶面的晶面指数为.
16．在立方晶系中，某晶面在x轴上的截距为2，在y轴上的截距为1/2；与z轴平行，则该晶面指数为.
17．金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽主要是因为金属原子具有的————结合方式。
18．同素异构转变是指。
纯铁在温度发生和多晶型转变。
19．在常温下铁的原子直径为0．256nm，那么铁的晶格常数为。
20．金属原子结构的特点是。
21．物质的原子间结合键主要包括、和三种。
22．大部分陶瓷材料的结合键为。
23．高分子材料的结合键是。
（二）判断题
1．因为单晶体具有各向异性的特征，所以实际应用的金属晶体在各个方向上的性能也是不相同的。
（）
2．金属多晶体是由许多结晶位向相同的单晶体所构成。
（）
3．因为面心立方晶体与密排六方晶体的配位数相同，所以它们的原子排列密集程度也相同
4．体心立方晶格中最密原子面是｛111｝。
5．金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高得多。
6．金属面心立方晶格的致密度比体心立方晶格的致密度高。
7．实际金属在不同方向上的性能是不一样的。
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