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金属材料学复习题

、名词解释

1.金属的力学性能——是指金属在力作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力—应变关系的性能。

主要有强度、塑性、硬度韧性及疲劳强度等。

2.强度——是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和断裂的能力。

3.屈服点——拉伸力不增加，变形量继续的现象称为屈服，对应的S点即为屈服点。

4、抗拉强度——试样断裂前所承受的最大拉伸力（N牛顿）与试

样原始横截面积（mm2的比值，用b表

5.塑性——是指金属在断裂前材料发生不可逆永久变形的能力

6.断后伸长率3――是指试样拉断后的标距伸长量与原始标距的百

分比

7.断面收缩率®――是指试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量

与原始横截面积的百分比

8.硬度――指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划

痕的能力。

9.疲劳强度――在循环应力作用下能经受无限次循环而不发生断裂

的最大应力称为金属的疲劳强度。

用c-1表示

10.韧性――指金属在断裂前吸收变形能量的能力。

11.金属的物理性能――指金属固有的属性，包括密度、熔点、导热性、热膨胀性、磁性等

12.金属的化学性能——指金属在室温或高温时抵抗各种化学介质所

表现出来的性能，包括耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等

13.晶体——指原子按一定规律排列的固态物质。

如金刚石、石墨及一切固态金属及其合金都是晶体。

14.非晶体——指原子呈不规则排列的固态物质。

如玻璃、沥青、松香

15.晶格——这种抽象的用于描述原子在晶格中规则排列方式的空

间几何图形称为结晶格子，简称晶格

16.晶胞——组成晶格的最小几何单元称为晶胞

17.单晶体——晶格位相（原子排列方向）完全单一致的晶体称为单晶体。

18.多晶体——由许多晶粒组成的晶体称为多晶体。

19.晶界——晶粒与晶粒之间的界面称为晶界。

20.结晶——纯金属或合金由液态转变为固态的过程称为结晶。

21.过冷度一一金属液的实际结晶温度T1与理论结晶温度TO的之差

称为过冷度。

22.变质处理——即在浇注前在金属液中加入少量其他难容的固体微粒（变质剂：

钛、锆、铝）充当人工晶核，增加了形核率，使晶粒细化，这种使晶粒细化的方法称为变质处理

23.同素异构转变——铁、锰、钛等少数金属在结晶后还会继续发生晶格类型的转变，即称为同素异构转变。

24.合金——即合金是由两种或两种以上的元素所组成的金属材料

25.相——合金中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。

26.组织——用金相观察方法看到的由形态、尺寸不同和分布方式不同的一种或多种相构成的总体，称为组织

27.固溶体——在固态下两种或两种以上的物质相互溶解而形成的均匀相。

如铜镍合金就是以铜（溶剂）和镍（溶质）形成的固溶体。

28.铁素体一一碳（C）溶解于a-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素

体，用符号F或（a）表示。

29.渗碳体——铁与碳形成的金属化合物，其中碳的含量为6.69%。

渗碳体的分子式为Fe3C。

30.奥氏体碳（C）溶解于丫-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏

体，用符号（丫）表示。

31.珠光体——由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，用符号P表示。

32.莱氏体——奥氏体与渗碳体的混合物称为莱氏体，用符号Ld表示。

33.Fe—Fe3C相图一一是表示在极缓慢冷却（或加热）的条件下，

不同化学成分的铁碳合金组织状态随温度变化的图形，实际是铁与

Fe3C（Fe-Fe3C）的合金相图。

34.非合金钢是指WgC2.11%,并含有少量的硅、锰、硫、磷等

杂质元素的铁碳合金。

35.热脆一一FeS与Fe形成低熔点的共晶体，熔点为985C,分布在奥氏体晶界上，当钢材在1000~1200C进行压力加工（锻造或轧制）时，共晶体熔化，使钢材变脆，这种现象称为“热脆”。

36.冷脆——磷在钢中能全部溶于铁素体中，可提高铁素体的强度和硬度；但在室温下却使钢的塑性和韧性急剧下降，低温时变脆，这种现象称为“冷脆”。

二、填空题

1、金属材料的性能分为使用性能和工艺性能。

2、金属材料的使用性能包括物理性能、化学性能和力学性能；工艺性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理工艺性能和切削加工性能。

3、金属材料的力学性能包括强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度。

4、强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和断裂的能力。

5、断裂前材料发生不可逆永久变形的能力称为塑性。

其主要判据为

“断后伸长率3”和“断面收缩率9”。

6、塑性是指金属在断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。

7、洛氏硬度根据压头类型及总试验力的不同，常用的标尺有HRA、HRB禾口HRC三种

8、金属的物理性能包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等

9、金属的化学性能包括耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性。

10、金属的变形一般分为弹性变形和塑性变形两种。

不能随外力的去

除而消失的变形称为塑性（永久）变形。

产生过量的塑性变形。

12、有一钢试样其横截面积为100mm2已知钢试样的0s=314MPa,0b=530MPa拉伸试验时当受到拉力为31400N时，试样出现屈服现象，当受到拉力为53000N时，试样出现缩颈。

13、150HBW10/1000/30表示用直径为10mm材质为硬质合金球的压

头，在1000Kgf（或9800N）试验力作用下，保持30s，测得的布氏硬度值为150.

14、晶体与非晶体的根本区别在于晶体有固定的熔点而非晶体没有固定熔点。

15、常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格三种

16、金属结晶时冷却速度越快，实际结晶温度就越低，过冷度越大。

17、纯金属的结晶过程是一个不断形成晶核和晶核不断长大的过程

18、根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体。

19、置换固溶体按照溶解度不同，又分为又分为无限固溶体和有限固溶体。

20、根据含碳量和室温组织的不同，钢可分为三种，分别为亚共析钢、共析钢和过共析钢。

21、合金的相结构分为固溶体、金属化合物与机械混合物三种

22、金属的同素异构转变也是一种结晶过程，为区别于液态金属的

结晶，一般称为同素异构转变。

23、分别填出下列铁碳合金基本组织的符号：

铁素体F或（a）、奥氏体A或（丫）、珠光体P、渗碳体Fe3G高温莱氏体Ld、低温莱氏体L'd

24、在铁碳合金基本组织中属于固溶体的有铁素体和奥氏体，属于金属化合物的是渗碳体，属于机械混合物的有珠光体和莱氏体。

25、非合金钢中除铁，碳元素外，还有硅、锰、硫、磷等元素，其中硅、锰是有益元素

26、非合金钢按钢中含碳量可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢三种

27、非合金钢按钢的用途可分为碳素结构钢和碳素工具钢两类

28、硫、磷都是钢中有害杂质，硫能使钢产生热脆性，磷能使钢产生冷脆性。

29、45钢按含碳量属于中碳钢，按质量属于优质非合金钢，按用途属于碳素结构钢

三、判断题

1、金属材料的屈服点越低，则允许的工作应力越大。

（X）

2、所有金属在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象。

（X）

3、做布氏硬度试验，当试验条件相同时，压痕直径越大，则金属的硬度就越高。

（X）

4、布氏硬度试验法不适合于测量成品及较薄的零件。

（“）

5、所有的金属都具有磁性，都能被磁铁所吸引。

（X）

6、塑性变形你随拉伸力的去除而消失。

（X）

7、金属的电阻率越大，导电性就越好。

（X）

8金属材料的韧脆转变温度越低，则低温抗冲击性能越差（X）。

9、纯金属都有固定的熔点。

（“）

10、纯金属的结晶过程是一个恒温过程。

（“）

11、液态金属只有在过冷条件下才能够结晶。

（“）

12、所有金属都有同素异构转变现象（X）。

13、碳溶于a-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体。

（X）

14、纯铁在780C时为体心立方晶格的3-Fe。

（X）

15、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。

（X）

16、金属结晶后，晶粒越粗大，其力学性能越好。

（X）

17、固溶体具有与溶剂金属相同的结晶结构。

（“）

18、高碳钢的质量优于中碳钢，中碳钢的质量优于低碳钢。

（X）

19、T12钢表示平均含碳量为12%（X）。

21、碳素工具钢的平均含碳量一般都大于0.7%。

（V）

22、铸造碳钢主要用于受冲击载荷作用的形状复杂，力学性能要求较高的机械零件。

（V）

23、碳素工具钢随着含碳量的增加，硬度和耐磨性提高，而韧性下降。

（V）

四、选择题

1、拉伸试验时，试样断裂前所承受的最大拉应力称为金属材料的

（B）。

A．弹性极限B.抗拉强度C.屈

服点

2、用拉伸试验可测定材料的（A）指标。

A．强度B韧性C硬度

3、在断裂前材料发生不可逆永久变形的能力称为（B）。

A塑性B强度C硬度

4、金属的（A）越好，则其锻造性能就越好。

A塑性B强度C硬度

5、组成合金中最基本的，能够独立存在的物质称为（B）。

A相B组元C组织

6、多晶体金属的晶粒越细小，则其（A）.

A强度越高，塑性越好B强度越高，塑性越差

C强度越低，塑性越好

7、Fe—Fe3C相图上的共析线为（C）

A.ECF线B.ACD线C.PSK线

8、碳的质量分数为（A）%的铁碳合金称为共析钢。

A.0.77B.2.11C.4.3

9、亚共析钢冷却到PSK线时，要发生共析转变，奥氏体转变成（A）

A.珠光体加体素体B.珠光体c.体素体

10、体素体为（A）晶格，奥氏体（B）晶格，渗碳体（D）晶格。

A体心立方B面心立方C密排六方D复杂的斜方

11、珠光体是由（A）组成的的机械混合物。

A.铁素体和渗碳体B.奥氏体和渗碳体C体素体和奥氏体

12、45钢牌号中，45表示其平均含碳量为（A）。

A．0.45%

B.4.5%C.45%

13、选择制造下列零件的材料：

冷冲压件（A）,齿轮（C）,

小弹簧（B）

A.08F钢B.70钢C.45钢

14、在下列三种非合金钢中（C）钢的弹性最好，（A）钢的硬度最高，

（B）钢的塑性最好。

A.T12B.15C.65Mn

15、选择制造下列零件的材料：

冲头（B），变速箱（C），螺钉、螺

母（A）。

A.Q235B.T8

C.ZG200--400

2、下列工件应采用什么试验方法测定硬度？

（1）铸铁轴承座毛坯——布氏硬度试验法

（2）黄铜轴套——布氏

硬度试验法

（3）硬质合金刀片——洛氏硬度试验法（4）耐磨工件的表面硬化层——维氏硬度试验法

3、金属的疲劳断裂是怎样发生的？

如何提高零件的疲劳强度？

答、；零件工作时虽然承受的应力低于材料的。

s（或。

r0.2）,但长时间运转后也会发生断裂，断裂前材料没有明显的塑性变形，是突然发生的，机械零件断裂中有80%属于疲劳断裂。

为了提高金属的疲劳强度，可以通过改善零件的结构形状，避免应力集中，降低表面粗糙度值，进行表面热处理和表面滚压、喷丸处理等方法。

5、常见的金属晶格类型有哪几种？

答：

体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格三种。

6、金属结晶的必要条件是什么？

过冷度与冷却速度有何关系？

答：

金属都是在过冷条件下结晶的，所以过冷是金属结晶的必要条件。

金属结晶时过冷度的大小与冷却速度有关，冷却速度越快，金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。

7、晶粒大小对金属力学性能有何影响？

细化晶粒的方法有哪些？

答：

一般情况下，晶粒越细小，金属的强度、硬度就越高，塑性、韧性就越好。

这是因为，晶粒越小，晶界面越多，晶界越曲折，晶粒与晶粒间相互咬合的机会就越多，越不利于裂纹的扩展，增强了彼此间的结合力，强度和韧性就越好。

同时，晶粒越细，塑性变形就可分散在更多的晶粒内进行，使塑性变形越均匀，内应力集中越小，塑性就越好。

因此在生产中总是希望使金属及其合金获得较细小的晶粒组织。

使细化晶粒的方法有三种：

1）增加过冷度增加过冷度会使晶核数显著增加，可使晶粒细化。

2）变质处理即在浇注前在金属液中加入少量其他难容的固体微粒（变质剂：

钛、锆、铝）充当人工晶核，增加了形核率，使晶粒细化。

3）附加振动金属结晶过程中，采用机械、超声波、电磁振动方法，不仅使晶粒破碎，而且又使破碎的枝晶尖端起晶核作用，增大形核率，双重作用使细化晶粒。

8、什么是金属的同素异构转变？

试以Fe为例分析同素异构转变过程。

答：

少数金属在结晶后还会继续发生晶格类型转变的现象称为同素异构转变。

以铁为例其同素异构转变过程为：

继续冷却1538C时结晶为体心立方晶格的S-Fe-----1394C时发生同素异构转变，-----继续冷却变为面心立方晶格的丫-Fe912C又发生同素异构转变，变为体心立

继续冷却方晶格的a-Fe晶格类型不再发生变

化

9、铁碳合金在固态下的基本组织有哪几种？

答：

铁碳合金在固态下有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体五种组织

10、金属化合物具有什么样的性能特点？

答：

金属化合物具有熔点高、硬度高、脆性大的性能特点。

11、铁碳合金相图的应用具体表现在哪几个方面？

答：

铁碳合金相图对工业生产具有指导意义，为选材，制定铸造、锻造、焊接、热处理等加工工艺提供了重要的理论依据。

13、非合金钢常用分类方法有哪几种？

答：

非合金钢（碳素钢）有三种分类方法：

1）、按钢中含碳量分类

a.低碳钢WcV0.25%b.中碳钢Wc=0.25%~0.60%c.高碳钢

WO0.60%

2）、按钢的质量分类即根据钢中有害元素硫。

磷的多少来分a.

普通质量非合金钢Ws=0.035%~0.050%Wp=

0.035%~0.045%b.优质非合金钢Ws<0.035%Wp<

0.035%c.特殊质量非合金钢Ws<0.020%Wp<0.020%3）、按用途分类

a.碳素结构钢：

用于制造工程结构（如桥梁、船舶、建筑、高压容器等）和机械零件（如齿轮、轴、螺钉、螺帽、连杆等），这类钢一般W（K0.70%b.碳素工具钢：

用于制造各种工具（刃具、模具和量具等），这类钢一般WO0.70%

14、说明下列钢号属于哪一类钢?

钢号具体含义？

举例说明其主要用途。

Q235-A.F204565MnT10T12AZG310—570

答:

Q235-A.F表示。

s>235MPa质量等级为A级，脱氧方法为沸腾钢的碳素结构钢；主要用于制造连杆、拉杆、轴、螺栓、螺帽、型钢

20表示含碳量为0.2%的优质碳素结构钢，要用于制造凸轮、小齿轮、摩擦片、活塞销、摇臂等；

45表示含碳量为0.45%的优质碳素结构钢，用来制造齿轮、飞轮

齿圈、连杆、曲轴类等零件；

65Mn为优质碳素结构钢，加工制成碳素弹簧钢丝、气门弹簧、螺旋

弹簧、座垫板簧等

T10表示含碳量为1.0%的碳素工具钢，T12A表示含碳量为1.2%的优质碳素工具钢，主要用于制造低速切削刃具及模具、量具；

ZG310—570表示。

s>310MPa,°b>570MPa的铸钢，主要用于受冲击载荷作用的形状复杂、力学性能要求较高的机械零件，如轧钢机机架、重载大型齿轮、飞轮等。

15、简述碳素工具钢随含碳量的增加，对其力学性能及应用有何影响？

答：

碳素工具钢随着含碳量的增加，硬度和耐磨性提高，而韧性下降，一般经淬火+低温回火后，才能进一步提高硬度和耐磨性。