工程材料与热加工复习资料学生含部分答案1.docx

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工程材料与热加工复习资料学生含部分答案1

工程材料与热加工

复习资料

第1章材料的力学性能

疲劳断口的三个区域。

疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和最后断裂区三部分组成5．金属塑性的2个主要指标。

伸长率和断面收缩率

6．金属的性能包括力学性能、_物理___性能、_化学_性能和__工艺_性能。

7．材料的工艺性能包括哪些？

包括铸造性、焊接性、锻压性、切削性以及热处理性。

第2章金属的晶体结构与结晶

二、问答题

1．金属中常见的晶体结构有哪几种？

（α-Fe、γ-Fe是分别是什么晶体结构）。

体心立方体晶格、面心立方体晶格、密排六方晶格。

α-Fe是体心立方体晶格结构γ-Fe是面心立

方体晶格结构晶体和非晶体的特点和区别。

2．实际晶体的晶体缺陷有哪几种类型？

点缺陷、线缺陷、面缺陷。

3点缺陷分为：

空位、间隙原子、置换原子

4．固溶体的类型有哪几种?

置换固溶体、间隙固溶体5．纯金属的结晶是由哪两个基本过程组成的?

晶体的形成、晶体的长大6．何谓结晶温度、过冷现象和过冷度?

纯金属液体在无限缓慢的冷却条件下的结晶温度，称为理论结晶温度金属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象理论结晶温度与实际结晶温度的差叫做过冷度

过冷度与冷却速度有何关系？

结晶时冷却的速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度就越低。

7．晶粒大小对金属的力学性能有何影响?

在一般情况下，晶粒越细，金属的强度、塑性和韧性就越好。

细化晶粒的常用方法有哪几种?

增加过冷度、变质处理、振动或搅拌8．什么是共析转变？

在恒定温度下，有一特定成分的固相同时分解成两种成分和结构均不同的新固相的转变成为共析转变

二、填空题

1．珠光体是由___铁素体和渗碳体组成的机械混合物（共析组织）。

2．莱氏体是由奥氏体___和渗碳体组成的机械混合物（共晶组织）。

3．奥氏体在1148℃时碳的质量分数可达2.11%，在727℃时碳的质量分数

为0.77%___。

4.根据室温组织的不同，钢可分为___共钢、亚共钢和过共___钢。

5．共析钢的室温组织为珠光体；亚共析钢的室温组织为珠光体

和铁素体；过共析钢的室温组织为珠光体和二次渗碳体。

6．碳的质量分数为0.77%的铁碳合金称为共析钢，其奥氏体冷却到S点

（727℃）时会发生共析转变，从奥氏体中同时析出铁素体和

___渗碳体的混合物，称为珠光体。

7．奥氏体和渗碳体组成的共晶产物称为莱氏体，其碳的质量分数为

4.3%。

8．亚共晶白口铸铁碳的质量分数为___2.11%~4.3%，其室温组织为。

9．过晶白口铸铁碳的质量分数为4.3%~6.69%，其室温组织为。

10．过共析钢碳的质量分数为0.77%~2.11%_，其室温组织为__珠光体和二

次渗碳体。

11．亚共析钢碳的质量分数为___0.0218%~0.77%，其室温组织为__珠光体和

铁素体。

三、选择题

1．铁素体为A晶格，奥氏体为B___晶格。

A.体心立方B.面心立方C.密排六方D.复杂的

2．Fe-Fe3C状态图上的ES线，用代号___B___表示，PSK线用代号__A___表示。

A.A1B.AcmC.A3

3．Fe-Fe3C状态图上的共析线是C，共晶线是___A。

A.ECF线B.ACD线C.PSK线

四、判断题

1．金属化合物的特性是硬而脆，莱氏体的性能也是硬而脆，故莱氏体属于金属化合物。

（×）

2．渗碳体中碳的质量分数为6.69%。

（√）

3．Fe-Fe3C状态图中，A3温度是随碳的质量分数增加而上升的。

（×）

4．碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体称为奥氏体。

（×）

第4章钢的热处理（重点掌握C曲线中各区域和温度点的意义）

1．何谓钢的热处理？

常用的热处理工艺有哪些？

热处理是指将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温、冷却，以获得所需的组织与性能的工艺

常用的热处理工艺有整体热处理、表面热处理和化学热处理。

2．简述共析钢加热时奥氏体形成的过程。

奥氏体晶核的形成、奥氏体长大、残余渗碳体的溶解、奥氏体成分的均化3．为什么要控制奥氏体晶粒大小？

如何控制奥氏体晶粒的大小？

奥氏体晶粒的大小将影响冷却转变后钢的组织和性能，若奥氏体晶粒越小，则冷却转变后钢的组织晶粒也越细小，其力学性能也越高。

若奥氏体晶粒越粗大，则冷却转变后钢的组织晶粒也越大，其力学性能较差，特别是冲击韧性下降很多。

要控制奥氏体晶粒的大小，刚在热处理加热过程中，加热温度和保温时间必须控制在一定范围内

第5章工业用钢

一、杂质元素与合金元素在钢中的作用

二、钢的种类有哪一些。

三、指出下列各钢牌号的名称及各符号的含义

08优质碳素钢450.45%的碳素钢65Mn合金弹簧钢T12A碳素工具钢ZG230-450铸钢Q235A普通碳素钢Q345优质碳素钢40Cr合金调质钢20CrMnTi60Si2Mn合金弹簧钢GCr9滚动轴承钢CrWMn9SiCrCr12MoV高速工具钢W6Mo5Cr4V2高速工具钢3Cr2Mo1Cr13不锈钢0Cr19Ni9不锈钢4Cr9Si2ZGMn13

3．含碳量对钢的性能影响很大，低碳钢、中碳钢和高碳钢的含碳量分别为小

于0.25、0.25~0.6、大于0.6。

4．钢中常存的杂质元素为___磷、硫___、锰___、硅___，钢的质

量等级主要以硫和磷的多少划分。

5．合金钢按主要用途可分为结构钢、___工具钢、___特殊性能钢

三大类。

第6章铸铁

一、填空题

1．铸铁与钢相比，具有

良好的铸造性能

、___良好的减震性、_

___较

低的缺口敏感性___、___良好的切削加工性___

_和___良好的减摩性___等优点。

2．碳在铸铁中主要有_

___石墨和_

___渗碳体两种存在形式。

3．影响石墨化的因素是

化学成分___

___和冷却速度。

第7章非铁金属一、填空题

1．白铜是铜和___镍金属组成的的合金。

2．青铜是除锌和镍元素以外，铜和其它元素组成的合金。

3、目前常用的滑动轴承合金组织有软基体硬质点组织和硬基体软质

点组织两大类。

4．通用硬质合金又称__万能硬质合金。

在钨钴类硬质合金中，碳化钨的含量越多，钴的含量越少，则合金的硬度、红硬性及耐磨性越__高___，但强度和韧性越___低

第9章铸造

二、填空题

1．收缩的三个阶段：

液态收缩、凝固收缩、固态收

缩。

2．型砂和芯砂主要由原沙、粘剂和水组成。

3．造型材料应具备的性能有__可塑__性、___耐火__性、__透气__性、__退让__性、__溃散__性等。

4．手工造型方法有：

__整模___造型、__分模___造型、__挖沙___造型、___假箱__造型、__活块___造型、__三箱__造型和__刮板__造型等。

5．浇注系统由___浇口杯、___直浇道、___横浇道和___内浇道组

成。

第10章锻压

二、填空题

1．___塑性__与__变形抗力___是衡量锻造性优劣的两个主要指标，__塑性__愈高，_变形抗力___愈小，金属的可锻性就愈好。

２．随着金属冷变形程度的增加，材料的强度和硬度__提高__，塑料和韧性___下降__，使金属的可锻性__变差___。

３．金属塑性变形过程的实质就是__位错沿着滑移面的运动___过程。

随着变形程度的增加，位错密度__提高__，塑性变形抗力__加大__。

三、判断题

1．细晶粒组织的可锻性优于粗晶粒组织。

（√）

2．非合金钢（碳素钢）中碳的质量分数愈低，可锻性就愈差。

（×）3．零件工作时的切应力应与锻造流线方向一致。

（×）4．常温下进行的变形为冷变形，加热后进行的变形为热变形。

（×）

5．因锻造之前进行了加热，所以任何材料均可以进行锻造。

（×）

第11章焊接

3．焊条由___焊芯__和___药皮两部分组成。

4．焊接电弧包括___阳极区___、阴极区___和___弧柱三部分。

5．按焊条熔渣的碱度，可以将焊条分为碱性和酸性两大类

6．焊接电源的种类：

电源有交流和直流两类。

8．气体保护焊的保护气体有：

（CO2、氩气）。

9．常用的电阻焊方法有：

（a）对焊；（b）点焊；（c）缝焊

复习题

一、判断：

（对的打√，错的打×）１、奥氏体与渗碳体均为面心立方晶格。

２、Ｆ与Ｐ是亚共析钢中室温时的主要组成相。

３、金属的加工硬化是指金属在塑性变形后强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。

４、钢淬火时的冷却速度越快，马氏体的硬度越高。

５、合金中，一个晶粒内的成分不均匀现象称枝晶偏析。

6、一种合金的室温组织为α+βⅡ+（α+β），它由三相组成。

7、当把亚共析钢加热到Ac1和Ac3之间的温度时，将获得由铁素体和奥氏体构成的两相组织，在平衡条件下，其中奥氏体的碳含量总是大于钢的碳含量。

8、在铁碳合金平衡结晶过程中只有成分为4.3%C的铁碳合金才能发生共晶反应。

9、20钢比T12钢的碳含量要高。

10、再结晶能够消除加工硬化效果，是一种软化过程。

11、过共析钢中，网状渗碳体的存在使钢的硬度和塑性均上升。

12、正火是将钢件加热至完全奥氏体化后空冷的热处理工艺。

（）

13、65Mn是合金调质结构钢。

14、回火索氏体的性能明显优于奥氏体等温冷却直接所得到的片层状

索氏体的性能。

15、T10A和60号钢均属于高碳钢。

（）

16、晶体缺陷的共同之处是它们都能引起晶格畸变。

17、位错是实际金属晶体的一种面缺陷。

18、体心立方晶格的致密度为74%。

19、塑性变形指的是外载荷撤销后变形不能恢复的变形。

20、当过冷度较大时，纯金属晶体主要以平面状方式长大。

21、室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越好。

22、一般来说，钢的强度高于铸铁的强度。

23、65Mn的淬透性比65号钢的淬透性差。

24、从C曲线中分析可知，共析钢的过冷奥氏体在A1-550℃的范围内

发生贝氏体转变。

25、共析反应就是在某一温度时，从一种固相中同时结晶析出两种不同的固相。

26、包晶偏析可以通过回火的热处理方法消除。

27、所谓本质细晶粒钢就是一种在任何加热条件下晶粒均不发生粗化的钢。

（）

28、一个合金的室温组织为α+βⅡ+（α+β），它由两相组成。

（）

29、过冷奥氏体转变为马氏体是一种扩散型转变。

30、60钢比T12钢的碳含量要高。

31、标识为100HBS的材料硬度大于标识为60HRC的材料硬度。

（）

32、马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，当奥氏体向马氏体转变时，体积要收缩。

（）

33、再结晶过程是有晶格类型变化的结晶过程。

34、当亚共析成分的奥氏体在冷却发生珠光体转变时，温度越低，其转变产物组织越粗。

（）

35、贝氏体是过冷奥氏体中温转变产物，在转变过程中，碳原子能进行扩散，而铁原子不能进行扩散。

36、不论碳含量高低，马氏体的硬度都很高，脆性都很大。

37、高合金钢既具有良好的淬透性，也具有良好的淬硬性。

38、经退火后再高温回火的钢，能得到回火马氏体组织，具有良好的综合机械性能。

（）

39、热加工是指在室温以上的塑性变形加工。

40、在正常加热淬火条件下，亚共析钢的淬透性随碳的增高而增大，过共析钢的淬透性随碳的增高而减小。

二、填空题：

请把答案填在题中横线上。

1、铁素体的晶体结构为体心立方；奥氏体的晶体结构为面心立方。

2、细化晶粒可以通过增大过冷度_和__加入变质剂__两种途径实现。

3、在金属学中，通常把金属从液态过渡为固体晶态的转变称为结晶；而把金属从一种固态晶体结构过渡为另一种固态晶体结构的转变称为同素异构转变。

4、共析成分的铁碳合金室温平衡组织是珠光体，其组成相是__铁素体__和渗碳体。

5、典型铸锭结构的三个晶区分别为：

表面细晶粒区、中间柱状晶区、内部粗大等轴晶。

6、金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。

7、用显微镜观察某亚共析钢，若估算其中的珠光体含量为80%，则此钢的碳含量为62%。

8、金属材料热加工和冷加工划分是以再结晶温度为界限的。

已知铁的T再=600℃，铅的T再=-33℃，

那么在室温下，铁的变形加工称为冷加工，铅的变形加工称为热加工。

9、钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越向右（填“左或右”）。

10、HT200牌号中“HT”表示灰口铸铁，数字”200”表示最低抗拉强度。

11、用光学显微镜观察，上贝氏体的组织特征呈羽毛状状，而下贝氏体则呈针状状。

12、金属凝固时，理论结晶温度与实际结晶温度之间的差值称为过冷度，冷却速度愈大，凝固时过冷度就愈大。

13、奥氏体是___C在γ-Fe__的间隙固溶体，马氏体是___C在α-Fe___的过饱和固溶体。

14、合金钢的__淬透性___比碳钢大，其原因是大部分合金元素都使钢的临界冷却速度__降低___。

15、按碳的质量分数对碳钢进行分类，可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢三类。

16、QT600--3牌号中“QT”表示球墨铸铁数字”600”表示最低抗拉强度,”3”表示延伸率

17、用光学显微镜观察，根据含碳量的多少，马氏体的组织特征有板条状状，和针状状

其中板条状的力学性能要好。

18、衡量金属材料的塑性好坏有伸长率和断面收缩率两个参数。

19、渗碳体是___Fe和C具有复杂结构_的间隙化合物，珠光体的本质是__铁素体和渗碳体的机械混合物_。

20、铸铁中的石墨有球状、团絮状和__片状__、__蠕虫状___等四种。

21、共晶成分的铁碳合金室温平衡组织是莱氏体，其组成相是奥氏体和渗碳体。

三、单项选择：

1、制造弹簧应选用：

a

10、若合金元素能使C曲线右移，钢的淬透性将：

a．降低；b．提高；c．不改变。

11、挖掘机的挖斗要求表面具有高耐磨性和高的疲劳强度，最好应选用

a、20CrMnMob、65Mnc、ZGMn13d、T8

12、铁碳合金中，随着碳质量百分数的增加，硬度增加，强度。

a、增加b、减小c、不变d、不确定

13、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

14、钢经低温回火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。

15、0Cr18Ni9Ti不锈钢中的含Cr量为：

a．0.18%；b．1.8%；c．18%。

16、共析钢过冷奥氏体在350℃-Ms的温度区间等温转变时，所形成的组织是：

（）a．索氏体；b．下贝氏体；c．上贝氏体；d．珠光体。

四、名词解释题

晶体和非晶体、

晶体是原子（离子、分子）在三维空间有规律地周期性重复排列的物体。

其排列的方式称为晶体结构。

非晶体是原子（离子、分子）在三维空间无规律地周期性重复排列的物体.同素异构转变金属在固态下随着温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变

2.铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体的符号及组织。

铁素体是碳溶解于α-Fe中形成的间隙固溶体（F）

奥氏体是碳溶解于γ-Fe中形成的间隙固溶体（A）

渗碳体是Fe与C形成的一种复杂结构的间隙固溶体（Fe3C）

珠光体是铁素体和渗碳体组成的机械混合物（P）

莱氏体是奥氏体和渗碳体组成的机械混合物（Ld）

1、固溶强化：

在合金中，随溶质原子的加入发生晶格畸变，形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象。

2、热硬性（红硬性）：

钢在高温下保持高硬度的能力。

3、调质处理：

淬火加高温回火。

4、加工硬化：

金属塑性变形时，随变形度的增加，强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象。

5、马氏体：

碳原子在α-Fe中的过饱和固溶体。

6、变质处理：

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的处理方法。

7、冷加工：

在再结晶温度以下的塑性变形加工方式。

8、相：

化学成分相同，晶体结构相同并有界面与其他部分分开的均匀组成部分。

9、残余奥氏体：

过冷奥氏体向马氏体转变时，马氏体转变结束后剩余的奥氏体。

10、本质晶粒度：

根据标准试验方法，在930±10℃保温足够时间（3-8小时）后测定的钢中晶粒的大小。

11、固溶体：

合金的组元之间以不同的比例混合，混合后形成的固相的晶格结构与组成合金的某一组元的相同，这种相称为固溶体。

12、淬硬性：

钢在淬火后获得马氏体的最高硬度。

13、奥氏体：

奥氏体是碳在中形成的间隙固溶体，面心立方晶格。

七、简答题：

1、某汽车重负荷齿轮选用合金渗碳钢20CrMnMo材料制作，其工艺路线如下：

下料→锻造→热处理①→切削加工→热处理②→热处理③→热处理④→喷丸→磨削加工。

试分别说明上述①②③④四项热处理工艺的名称、目的及热处理后的组织。

答1）正火的目的：

使网状碳化物分解；细化晶粒使组织正常化；消除应力。

正火后的组织：

索氏体。

2）渗碳的目的：

提高工件表面含碳浓度，经过淬火和回火处理，从而提高表面的硬度、耐磨性和疲劳强度，使心部保持良好的塑性和韧性。

渗碳不改变组织

3）淬火加热的理论温度：

Ac1以上30-50℃。

淬火后的组织：

淬火马氏体+残余奥氏体。

4）低温回火的目的是消除淬火应力和提高韧性；低温回火后的组织：

回火马氏体。

2、试各举出一类钢材，说明通过热处理方法，可在室温下得到下列组织：

1粒状珠光体②针状马氏体③回火索氏体④回火马氏体

粒状珠光体：

T12A等过共析钢，球化退火

针状马氏体：

65等高碳钢，淬火

回火索氏体：

45等调质钢，调质处理回火马氏体：

T10等工具钢，淬火+低温回火

3、奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体有何异同？

3、奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体有何异同？

，

答：

都是一种奥氏体

奥氏体:

碳在伽马铁中形成的间隙固溶体.

过冷奥氏体:

处于临界点以下的不稳定的将要发生分解的奥氏体称为过冷奥氏体。

残余奥氏体：

M转变结束后剩余的奥氏体

4、下列零件或工具用何种碳钢制造，说出其名称、至少一个钢号以及其热处理方法：

手锯锯条、普通螺钉、车床主轴、弹簧钢。

答：

手锯锯条采用碳素工具钢制造，如T10A，采用淬火+低温回火普通螺钉用普通碳素结构钢制造，如Q235，在热轧状态下使用

普通弹簧采用弹簧钢制造，如65Mn,采用淬火+中温回火车床主轴中碳调质钢制造，如45，采用调质处理

5、用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件进入热处理炉，并随工件一起加热到1000℃保温，当出炉后再

次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，试分析其原因。

答：

冷拉钢丝绳是利用加工硬化效应提高其强度的，在这种状态下的钢丝中晶体缺陷密度增大，强度增加，处于加工硬化状态。

在1000℃时保温，钢丝将发生回复、再结晶和晶粒长大过程，组织和结构恢复到软化状态。

在这一系列变化中，冷拉钢丝的加工硬化效果将消失，强度下降，在再次起吊时，钢丝将被拉长，发生塑性变形，横截面积减小，强度将比保温前低，所以发生断裂。

6、如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下铸件晶粒的大小：

1）金属模浇注与砂型浇注；

2）变质处理与不变质处理；

3）铸成薄件与铸成厚件；

4）浇注时采用震动与不采用震动。

金属模浇注比砂型浇注晶粒细小；变质处理晶粒细小；铸成薄件的晶粒细小；浇注时采用震动的晶粒较细小。

7、何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?

试比较这三种反应的异同点。

8、答共晶反应：

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。

包晶反应：

指一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另外一种固相的反应过程。

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。

共同点：

反应都是在恒温下发生，反应物和产物都是具有特定成分的相，都处于三相平衡状态。

不同点：

共晶反应是一种液相在恒温下生成两种固相的反应；共析反应是一种固相在恒温下生成两种固相的反应；而包晶反应是一种液相与一种固相在恒温下生成另一种固相的反应。

9、以共析钢为例，说明过冷奥氏体在高温（A1—550℃）、中温（550℃—Ms）、低温（Ms以下）三个温

度阶段等温转变时，转变的组织及性能特点。

答：

高温转变组织为珠光体类组织，珠光体为铁素体和渗碳体相间的片层状组织，随转变温度的降低片层间距减小，分别生成P、S、T,这三种组织的片层粗细不同，片层越细，强度硬度越高；中温转变产物为B,B是含碳过饱和的铁素体与渗碳体的非片层状混合物，按组织形态的不同分为上贝氏体和下贝氏体，下贝氏体的强度硬度高于上贝氏体，塑韧性也较上贝氏体要好。

低温转变产物为马氏体，马氏体是含有大量过饱和碳的α固溶体，马氏体分为板条马氏体和片状马氏体，片状马氏体强度硬度很高但很脆，板条马氏体强度硬度高而塑韧性也较好。

9、对某退火碳素钢进行金相分析，其组织为珠光体+渗碳体（网状），其中珠光体占93%，问此碳钢

的含碳量大约为多少？

答：

属于过共析钢。

Wp=93%=（6.69-WC）/（6.69-0.77）*100%则：

WC=1.18%

10、在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？

10、答题要点：

①采用的方法：

增大过冷度，钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速度的方法来控制晶粒大小。

②变质处理：

在液态金属结晶前，特意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。

③机械振动。

④搅拌方式。

11、珠光体类型组织有哪几种？

它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点？

（1）三种。

分别是珠光体、索氏体和屈氏体。

（2）珠光体是过冷奥氏体在550℃以上等温停留时发生转变，它是由铁素体和渗碳体组成的片层相间的组织。

索氏体是在650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。

屈氏体是在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。

珠光体片间距愈小，相界面积愈大，强化作用愈大，因而强度和硬度升高，同时，由于此时渗碳体片较薄，易随铁素体一起变形而不脆断，因此细片珠光体又具有较好的韧性和塑性。

12、指出下列名词