原创金属材料与热处理习题集.docx

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原创金属材料与热处理习题集

《金属材料学》习题

第一章金属材料的性能

1.在设计机械零件时多用哪两种强度指标？

为什么？

2.在设计刚度好的零件，应根据何种指标选择材料。

采用何种材料为宜？

材料的E越大，其塑性越差，这种说法是否正确？

为什么？

3.常用的硬度试验方法有几种？

其应用范围如何？

这些方法测出的硬度值能否进行比较？

4.标锯不相同的伸长率能否进行比较？

为什么？

5.反映材料的受冲击载荷的性能指标是什么？

不同条件下测得的这种指标能否比较？

怎样应用这种性能指标？

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.断裂韧度是表明材料何种性能的指标？

为什么要求在设计零件时考虑这种指标？

第二章金属的结构与结晶

1.解释下列名词：

晶体，非晶体，金属键；

晶格，晶胞，晶格常数，致密度，配位数；

晶面指数，晶向指数；

晶体的各向异性，同素异构（晶）转变；

点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，位错；

单晶体，多晶体；

过冷度，形核率，成长率，自由能差；

变质处理，变质剂。

2.常见的金属晶体结构有哪几种？

它们的原子排列和晶格常数有什么特点？

α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各属何种晶体结构？

3.已知Cu的原子直径为2.56

，求Cu的晶格常数，并计算1mm3Cu中的原子数。

4.在立方晶体结构中，一平面通过y＝1/2、z＝3并平行于X轴，它的晶面指数是多少？

试绘图表示。

5.在面心立方晶格中，哪个晶面和晶向的原子密度最大？

6.为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？

7.过冷度与冷却速度有何关系？

它对金属结晶过程有何影响？

对铸件晶粒大小有何影响？

8.金属结晶的基本规律试什么？

晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？

9.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？

在生产中如何应用变质处理？

举例说明。

10.简述铸钢锭的组织和缺陷。

11.为什么钢锭希望尽量减少柱状晶区？

而铜锭、铝锭往往希望扩大柱状晶区？

12.如果其他条件相同，试比较在下列铸造条件下，铸件晶粒的大小：

（1）金属模浇注与沙模浇注；

（2）高温浇注与低温浇注；

（3）铸成薄件与铸成厚件；

（4）浇注时采用震动与不采用震动。

第三章金属的塑性变形与再结晶

1.解释下列名词：

滑移、滑移系、滑移线、滑移带、孪生；

加工硬化、回复、再结晶；

织构、临界变形度。

2.指出下列名词的主要区别：

（1）弹性变形与塑性变形；

（2）韧性断裂与脆性断裂；

（3）再结晶与二次结晶；

（4）热加工与冷加工；

3.金属的塑性变形有哪几种方式？

在什么条件下会发生滑移变形？

说明滑移的机理，它与孪生有何区别？

4.说明下列现象产生的原因：

（1）滑移面是原子密度最大的晶面，滑移方向是原子密度最大的方向；

（2）晶界处滑移的阻力最大；

（3）实际测得的晶体滑移所需的临界切应力比理论计算的数值小；

（4）Zn、α-Fe、Cu的塑性不同。

5.画图说明体心立方、面心立方和密排六方等三种常见晶体结构的滑移面、滑移方向及滑移系。

6.为什么细晶粒钢强度高，塑性、韧性也好？

7.多晶体塑性变形有何特点？

在多晶体中方，哪些晶粒最先滑移？

8.金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？

9.分析加工硬化对金属材料的强化作用？

10金属塑性变形造成哪几种残余应力？

残余应力对机械零件可能产生哪些利弊？

11.说明回复在工业上的应用。

12.金属的再结晶温度受到哪些因素的影响？

再结晶退火前后组织和性能有何变化？

13.金属铸件能否通过再结晶退火来细化晶粒，为什么？

14.为什么生产中一般应尽量避免在临界变形度这一范围内加工变形？

15.用冷拔紫铜管通过冷弯的方法制造机器上的输油管，为了避免开裂，弯前应进行什么热处理？

16.拉制半成品铜丝的过程如图所示。

试绘出不同阶段的组织与性能变化示意图，并加以解释。

17.在室温下对铅板进行弯折，愈弯愈硬，而隔一段时间再进行弯折，铅板又像最初一样柔软，这是什么原因？

18.热加工对金属组织和性能有何影响？

钢材在热变形加工（如锻造）时，为什么不出现硬化现象？

第四章铁碳合金

1.何谓金属的同素异构转变？

试画出纯铁的结晶冷却曲线和晶体结构变化图。

2.简述纯铁的性能和用途。

3.为什么γ-Fe和α-Fe的比容不同？

一块质量一定的铁发生γ-Fe

α-Fe转变时，其体积如何变化？

4.何谓铁素体（F）、奥氏体（A）、渗碳体（C）、珠光体（P）、莱氏体（Ld）？

它们的结构、组织形态、性能等各有何特点？

5.画出Fe－Fe3C相图，指出图中S、C、J、H、E、P、N、G及GS、SE、PQ、PSK各点、线的意义，并标出各相区的相组成物何组织组成物。

6.简述Fe－Fe3C相图中三个基本反应：

包晶反应、共晶反应、及共析反应，写出反应式，注出含碳量及温度。

7.何谓碳素钢？

何谓白口铁？

两者的成分组织和性能有何差别？

8.分析碳量分别为0.20％、0.60％、0.80％、1.0％的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织。

9.说明含碳量分别为3.2％、4.3％和4.7％的铁碳合金的结晶过程和室温组织。

10.指出下列名词的主要区别：

（1）莱氏体和变态莱氏体；

（2）一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体和共析渗碳体；

（3）热脆和冷脆。

11.根据Fe－Fe3C相图，计算：

（1）室温下，含碳0.6％的钢中珠光体和铁素体各占多少？

（2）室温下，含碳1.2％的钢中珠光体和二次渗碳体各占多少？

（3）铁碳合金中，二次渗碳体和三次渗碳体的最大百分含量。

12.某工厂仓库积压了许多碳钢（退火状态），由于钢材混杂，不知道钢的化学成分，现找出其中一根，经金相分析后，发现其组织为珠光体＋铁素体，其中铁素体占80％，问此钢材的含碳量大约是多少？

13.对某退火碳素钢进行金相分析，其组织的相组成物为铁素体+渗碳体（粒状），其中渗碳体占18％，问此碳钢的含碳量大约是多少？

14.对某退火碳素钢进行金相分析，其组织的相组成物为珠光体+渗碳体（网状），其中珠光体占93％，问此碳钢的含碳量大约是多少？

15.根据Fe－Fe3C相图，说明产生下列现象的原因：

（1）含碳量为1.0％的钢比含碳量为0.5％的钢硬度高；

（2）在室温下，含碳量0.8％的钢的强度比含碳量1.2％的钢高；

（3）变态莱氏体的塑性比珠光体的塑性差；

（4）在1100℃，含碳量0.4％的钢能进行锻造，含碳量4.0％生铁不能锻造；

（5）钢锭在950-1100℃正常温度下轧制，有时会造成锭坯开裂；

（6）一般要把钢材加热到高温（约1000--1250℃）下进行热轧或锻造；

（7）钢铆钉一般用低碳钢制成；

（8）绑扎物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物却用钢丝绳（用60、65、70、75等钢制成）；

（9）钳工用锯T8、T10、T12等钢料比锯10、20钢费力，锯条容易磨钝；

（10）钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜于通过铸造成形。

16.Fe－Fe3C相图在生产实践中有何指导意义？

有何局限性？

17.钢中常存杂质有哪些？

对钢的性能有何影响？

18.试述碳钢的分类及牌号的表示方法。

19.低碳钢、中碳钢及高碳钢是如何根据含碳量划分的？

分别举例说明它们的用途。

第五章钢的热处理

1.何谓钢的热处理？

钢的热处理操作有哪些基本类型？

试说明热处理同其他工艺过程的关系及其在机械制造中的地位和作用。

2.解释下列名词：

（1）奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度；

（2）珠光体、屈氏体、贝氏体、马氏体；

（3）奥氏体，过冷奥氏体，残余奥氏体；

（4）退火，正火，淬火，回火，冷处理，时效处理（尺寸稳定处理）；

（5）淬火临界冷却温度（Vk），淬透性，淬硬性；

（6）再结晶，重结晶；

（7）调质处理，变质处理。

3.指出共析碳钢加热时奥氏体形成的几个阶段，并说明亚共析碳钢及过共析碳钢的奥氏体形成的主要特点。

4.指出影响奥氏体形成速度和奥氏体实际晶粒度的因素。

5.何谓本质细晶粒钢？

本质细晶粒钢的奥氏体晶粒是否一定比本质粗晶粒钢的细？

6.有甲、乙两种钢，同时加热至1150℃，保温两小时，经金相显微组织检查，甲钢的奥氏体晶粒度为3级，乙钢为6级。

由此能否得出结论：

甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢。

7.将20钢及60钢加热至860℃，保温时间相同，问哪种钢奥氏体晶粒粗大些？

8.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？

9.贝氏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？

10.马氏体组织有哪几种基本类型？

它们的形成条件、晶粒结构、组织形态、性能有何特点？

马氏体的硬度与含碳量关系如何？

11.何谓连续冷却及等温冷却？

试绘出奥氏体这两种冷却方式的示意图。

12.说明共析碳钢C曲线中各个区、各条线的物理意义，并指出影响C曲线形状和位置的主要因素。

13.试比较共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线与连续转变曲线的异同点。

14.淬火临界冷却速度Vk的大小受哪些因素影响？

它与钢的淬透性有何关系？

15.钢获得马氏体组织的条件是什么？

与钢的珠光体相变及贝氏体相变比较，马氏体相变有何特点？

16.将Φ5mm的T8钢加热到760℃并保温足够时间，采用何种冷却工艺可以得到如下组织：

珠光体，屈氏体，上贝氏体，下贝氏体，屈氏体＋马氏体，马氏体＋少量残余奥氏体；

在C曲线上描出工艺曲线示意图。

17.退火的主要目的是什么？

生产上常用的退火操作有哪几种？

指出退火操作的应用范围。

18.何谓球化退火？

为什么过共析钢必须采用球化退火而不采用完全退火？

19.确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织：

（1）经冷扎后的15钢钢板，要求降低硬度；

（2）ZG35钢的铸造齿轮；

（3）锻造过热的60钢锻坯；

（4）具有片状渗碳体的T12钢坯。

21.为什么工件经淬火后往往会产生变形，有的甚至开裂？

减小变形及防止开裂有哪些途径？

22.机械设计中应如何考虑钢的淬透性。

23.为了合理分布淬硬区及防止变形开裂，轴类和齿轮类零件感应加热时应注意哪些问题？

第六章合金钢

1.为什么比较重要的大截面的结构零件如重型运输机械和矿上机器的轴类，大型发电机转子等都必须用合金钢制造？

与碳钢比较，合金钢有何优缺点？

2.合金钢中经常加入的合金元素有哪些？

怎样分类？

3.合金元素Mn、Cr、W、Mo、V、Zr、Ni、Si、Al、Co在室温的退火钢中如何分别？

它们对钢中基本相有何影响？

4.合金元素Mn、Cr、W、Mo、V、Ti、Zr、Ni对钢的C曲线和Ms点有何影响？

将引起钢在热处理、组织和性能方面的什么变化？

5.合金元素对回火转变有何影响？

6.解释下列现象：

（1）在相同含碳量情况下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高；

（2）在相同含碳量情况下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性；

（3）高速钢在热轧或热锻后，在空气中冷却获得马氏体组织。

7.何谓调制钢？

为什么调制钢的含碳量均为中碳？

合金调制钢中常含哪些合金元素？

它们在调制钢中起什么作用？

8.为什么常用弹簧钢在淬火之后一般要进行中温回火？

一般在什么温度范围内回火？

回火后的硬度大致为多少？

弹簧的表面质量对使用寿命有何影响？

为了提高弹簧使用寿命应采取什么有效措施？

9.为什么滚动轴承钢的含碳量均为高碳？

滚动轴承钢中常含有哪些合金元素？

它们在滚动轴承钢中起什么作用？

为什么钢中含铬量被限制在一定范围之内？

为了使GCr15滚动轴承钢获得高硬度、高耐磨性、高疲劳强度以及足够的韧性应对其材质提出什么要求？

GCR15钢制精密零件应如何合理选定热处理工艺？

10.刃具钢一般要求什么性能？

T7、T10、T10A、T12A钢号表示什么意思？

为什么碳素工具钢只能用于制造刃部受热程度较低的手用工具或低速及小走刀量的机用刃具？

11.何谓热硬性（红硬性）？

钢的热硬性与二次硬化有什么关系？

W18Cr4V钢的二次硬化现象在哪个回火温度范围产生？

12.为什么量具在保存和使用过程中尺寸会发生变化？

采取什么措施可使量具尺寸得到长期稳定？

试举例说明。

13.哪些工件或用品要求具有高的抗氧化性？

常见的抗氧化性钢有哪几种？

其用途如何？

合金元素在其中有何作用？

14.与高速钢相比，硬质合金有何特点？

第七章铸铁

1.白口铸铁、灰口铸铁和钢，这三者的成分、组织和性能有何区别？

2.化学成分和冷却速度对铸铁石墨化和基体组织有何影响？

3.试述石墨形态对铸铁性能的影响。

4.为什么一般机器的支架、机床的床身常用灰口铸铁制造？

5.有一壁厚为15—30mm的零件，要求抗弯强度350MN/m2，应选用何种牌号灰口铸铁制造为宜？

6.生产中出现下列不正常现象，应采取什么有效措施予以防止或改善？

（1）灰口铸铁磨床床身铸造以后就进行切削，在切削加工后发生不允许的变形；

（2）灰口铸铁铸件薄壁处出现白口组织，造成切削加工困难。

7.为什么可锻化退火前要求铸铁的原始组织全部为白口组织？

可采取什么措施加以保证？

与灰口铸铁比较，可锻铸铁有何优缺点？

可锻铸铁可否锻造？

8.与灰口铸铁、可锻铸铁相比，为什么球墨铸铁的机械性能较高？

高强度球墨铸铁如何获得？

举例说明目前有哪些工件已成功地用球墨铸铁代替钢或可锻铸铁制造。

9.举例说明热处理在灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁等铸件生产中的实际应用及效果。

10.下列工件宜选择何种特殊铸铁制造？

（1）磨床导轨；

（2）1000--1100℃加热炉底板；

（3）硝酸盛贮器。

第八章有色金属及其合金

1.不同铝合金可通过哪些途径达到强化目的？

2.何谓硅铝明？

它属于哪一类铝合金？

为什么铝硅明具有良好的铸造性能？

在变质处理前后其组织及性能有何变化？

这类铝合金主要用在何处？

3.黄铜属于什么合金？

简单黄铜与复杂黄铜的牌号如何表示？

试举例说明。

为什么含锌量较多的黄铜，经冷加工后不适宜于在潮湿的大气、海水及在含有氨的情况下使用？

用什么方法改善其抗蚀性？

4.锡青铜属于什么合金？

为什么工业用锡青铜的含锡量大多不超过14％？

5.轴瓦材料必须具有什么特性？

对轴承合金的组织有什么要求？

何谓“巴比特合金”或“巴氏合金”？

巴氏合金有哪几类？

举例说明常用巴氏合金的成分、性能及用途。

第九章机械零件选材及其工艺路线分析

1.在选材时应考虑哪些原则？

2.在图纸上如何标注热处理技术条件？

试举例说明。

3.钢的切削加工性与其化学成分、金相组织以及硬度之间有何关系？

如何改善钢的切削加工性？

试举例说明。

4.举例说明工件的结构形状对淬火变形、开裂倾向有何影响。

5.齿轮在下列情况下，宜选用何种材料制造？

（1）当齿轮尺寸较大（d分>400—600mm），而轮坯形状较复杂，不宜锻造时；

（2）能够在缺乏润滑油条件下工作的低速、无冲击的齿轮；

（3）在缺少磨齿机或内齿轮难以磨齿的情况下；

（4）当齿轮承受较大的载荷，要求坚硬的齿面和强韧的齿心。