04级材料科学专业《金属材料》习题200708 (1)

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1、金属材料及热处理讨论题及答案一、填空(1-15)1.晶体中的面缺陷是指 晶界 和 亚晶界 。2.金属结晶的基本过程是一个 形核 和 核长大 的过程。3.金属塑性变形过程中发生的晶体滑移是由滑移面上的 位错 运动造成的。4.珠光体类型组织按渗碳体片的粗细依次分为 珠光体 、 索氏体 和 屈氏体 三类；粒状珠光体类型组织按渗碳体粒的粗细依次分为 粒状珠光体 、 粒状索氏体 和 粒状屈氏体 三类。5.过冷奥氏体在不同过冷度下可形成珠光体、 贝氏体 和 马氏体 三种不同类型的组织。6.合金结构钢中加入合金元素Si, Mn，它们大多溶入 铁素体 中，使其得到 固溶 强化。7.一般结构零件选材的原则是考虑

2、材料的 使用 性能、 工艺 性能和 经济 性。8.表面加热淬火不改变工件表面成分，只改变工件表面组织；化学热处理 既改变 工件表面成分， 又改变 工件表面组织。9.金属中常见的三种晶格是 体心立方 ， 面心立方 和 密排六方 。10.晶体中的点缺陷是指晶体中的 空位 、 间隙原子 、 置换原子 。11.铁素体是碳在 -Fe 中的固溶体，奥氏体是碳在 -Fe 中的固溶体，马氏体是碳在-Fe 中的过饱和固溶体。12.金属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为 过冷 。13.由于溶质原子的溶入而使固溶体强度、硬度增加的现象称为 固溶强化 。14.钢在淬火后能获得淬硬层深度的性质，称为 淬透性 ，其

3、主要影响因素是 钢的淬火临界冷却速度 。15.一般将淬火加高温回火相结合的热处理称为 调质 处理。16.一般结构零件选材的原则是考虑金属的 使用性能 ， 工艺性能 和经济性。17.理想金属各向 异 性（能），实际金属各向“伪同性”（能）。18.渗碳体的分子式用 Fe3C 表示，合金渗碳体的分子式用 （Fe，M）3C 表示。19.Fe-Fe3C相图室温基本相是 铁素体 和 渗碳体 。20.固态合金中的相，按其晶体结构的基本属性分为 固溶体和金属间化合物两类。21. 强化金属材料的主要方法包括（写出四种） 固溶强化 、 弥散强化 、 细晶粒强化和 加工硬化 等 。22.晶体中的线缺陷是指晶体中的

4、位错 。23. 当次生相以细小粒子均匀分布在固溶体的晶粒中时，使合金的塑性、韧性稍下降而强度、硬度增加的现象称为 弥散强化 。24. 区别冷加工还是热加工是以 再结晶温度为界 ，而不是以具体加工温度来确定。25.在工业生产中常将金属材料分为黑色金属材料和 有色金属材料 两类。26.钢适宜压力加工成型，铸铁适宜 铸造成型 。二、是非题1-101.要使液态金属结晶，必须有一定的过冷度。（）2.金属晶粒越细，机械性能越差。（）3.奥氏体化温度越高，奥氏体晶粒长大越明显。（）4.单相固溶体合金宜制作铸件，而不易于承受压力加工。（）5. 理想金属的性能是各向异性，实际金属的性能是各向“伪同性”。（）6.

5、冷变形金属经回复可以消除加工硬化。（）7.珠光体是单相组织。（）8.多晶体金属塑性变形是在不同晶粒中逐批发生的，是不均匀的塑性变形过程。（）9.一般凡能形成稳定碳化物的元素如钛、钒、钨、钼等都会阻碍奥氏体晶粒长大。（）10.一般认为硫和磷是钢中的有害元素。（）11. 基体含Cr11.7%使合金获得单相固溶体组织而使Cr不锈钢获得一定的耐蚀性。（）12.可锻铸铁可以锻造成型。（）13.马氏体转变不能得到100%的马氏体组织。（）14.亚共析钢的淬火温度一般在Ac1+30-50 。（）15.残余奥氏体是马氏体转变结束后剩余的奥氏体。（）16.钢中马氏体含碳量越高，则马氏体硬度越高。（）17.共析碳

6、钢连续冷却能够得到贝氏体类型组织。 （）18.冷却速度越大，过冷度越大。（）19.从奥氏体中析出的渗碳体叫二次渗碳体。 （）20.过冷奥氏体是处于临界点以下的不稳定的将要发生分解的奥氏体 。 （）21.钢的淬火临界冷却速度越小，钢的淬透性越小。 （）三、问答题5-301.以热轧空冷状态的碳钢为例说明含碳量对机械性能的影响。答：当钢的含碳量1.0时，随着钢中含碳量增加，钢的强度和硬度不断增加，而塑性、韧性却不断降低；当钢的含碳量1.0时，钢的强度下降，硬度仍不断增加，塑性、韧性仍不断下降。2.将T8钢加热至760 保温后，以在TTT图中所示的三种方式冷却，标出在室温下各获得什么组织，并回答图中两

7、条“C”曲线各表示什么含义？答：1：索氏体； 2：下贝氏体； 3：马氏体和残余奥氏体。左“C”线：转变开始线，右“C”线：转变终了线。3.有一批T12钢制造的丝锥，要求HRC6064，但生产时混入了45钢，而热处理仍按T12钢进行淬火，问这批丝锥在热处理后能否达到要求？为什么？答：不能达到要求。因为45属亚共析钢，淬火加热温度（大于A3）高于T12（淬火加热温度高于A1），如仍按T12钢进行淬火，淬火后组织中会含有铁素体，而使硬度达不到要求。4.与合金钢相比，碳钢有哪些不足？答：强度指标低，淬透性低，无热硬性，无特殊性能如耐腐蚀性，耐热性，磁性等。5.说明退火和正火的主要目的。答：1）降低硬度

8、，以便进行切削加工；2）消除残余应力，以防钢件的变形、开裂；3）细化晶粒，改善组织以提高钢的机械性能；4）为最终热处理（淬火回火）作好组织上的准备。6.按形成、组织形态与机械性能比较索氏体与回火索氏体的区别。答：1）索氏体是过冷奥氏体在600650C等温转变形成的，回火索氏体是钢淬火后经500650C高温回火形成的。2）索氏体是铁素体和渗碳体的层片状机械混合物，回火索氏体是铁素体和渗碳体粒状混合物3）回火索氏体比索氏体具有较优的性能，如同样硬度，回火索氏体具有较高的强度、塑性和韧性。7. 高速钢在550-560C回火时为什么会发生“二次硬化”？答：a.在此温度范围，W、V的碳化物 W2C、VC

9、从M中弥散沉淀析出， 从而提高了钢的硬度。这种现 象叫“弥散硬化”。b.在此温度范围，一部分C及合金元素从残余A中析出，提高了其向M的转变温度（Ms、Mz），在回火冷却时就会有部分残余A转变成M，从而提高钢的硬度。8. 影响奥氏体晶粒长大的因素有哪些并说明是怎样影响奥氏体晶粒长大的？答：1）奥氏体化温度越高奥氏体晶粒长大越明显；2）奥氏体含碳量增加奥氏体晶粒长大倾向增大；3）可以形成稳定碳化物的合金元素阻碍奥氏体晶粒长大。9. 与合金钢相比，碳钢有哪些不足？答：1）淬透性低；2）强度指标低；3）没有热硬性；4）无一些特殊的物理、化学性能。10.什么叫变质处理，其对金属材料的组织和机械性能有何影

10、响？答：金属结晶时通过加入变质剂，产生人工晶核，提高形核率，从而使金属结晶后获得较细晶粒的工艺称为变质处理。变质处理通过细化金属晶粒使金属强度，塑性和韧性提高。11.冷塑性变形金属在回复和再结晶时对金属的组织和机械性能各有什么影响？答：回复不会对组织和机械性能产生明显影响，但会使金属内应力明显降低；再结晶使金属重新获得等轴晶粒，加工硬化和内应力完全消除，使材料强度和硬度降低，塑性和韧性增加。12.为什么机床床身常用灰口铸铁制造？答：因为灰口铸铁有铸造性优良，切削加工性好，减摩性优良，消震性良好，缺口敏感性低等优点，所以适合制造承受压力、要求消震、经受摩擦、结构复杂的机床床身等。四、按要求完成下

11、表。钢号详细类别（按用途分）碳的平均含量（%）用途实例T12A优质碳素工具钢1.2%钢锉等GCr15滚动轴承钢0.95-1.05%滚动轴承套圈、滚动体等40Cr调质钢0.40%机床齿轮、汽车后半轴等55Si2Mn弹簧钢0.55%车辆减振板簧等W18Cr4V高速钢0.70-0.80%车、铣、刨刀及钻头等9SiCr低合金刃具钢0.85-0.95%丝锥、板牙、铰刀等QT700-2球墨铸铁曲轴、连杆、齿轮等Q235普通碳素钢0.12-0.22%桥梁20Cr渗碳钢0.20机床及小汽车齿轮等GCr15滚动轴承钢0.95-1.05滚动轴承套圈、滚动体等55Si2Mn弹簧钢0.55车辆减振板簧等9SiCr低合

12、金刃具钢0.85-0.95丝锥、板牙、铰刀等HT200灰口铸铁机床床身等1Cr18Ni9不锈钢0.10耐硝酸零件等五-1、汽车变速箱齿轮用中淬透性合金渗碳钢20CrMnTi制造，其加工工艺路线为：锻造正火机加工渗碳、淬火及低温回火喷丸精磨。请说明下列问题。1.20CrMnTi中各合金元素的主要作用。答:Cr:提高淬透性;Mn:强化铁素体;Ti:细化晶粒。温度/C时间950-970空冷2.已知正火温度范围为950970C，绘出正火工艺曲线，并说明正火的作用。答：1)正火工艺曲线如右图；2)正火的作用：降低硬度，以便进行切削加工；消除残余应力，以防钢件的变形、开裂；细化晶粒，改善组织以提高钢的机械

13、性能；为最终热处理（淬火回火）作好组织上的准备。3.渗碳、退淬火及低温回火工艺曲线如下图所示，试说明：油1） 渗碳、淬火的作用。答：提高齿面硬度和耐磨性。2） 低温回火的作用。3） 答：降低淬火内应力,形成回火马氏体,保持齿面高硬度和耐磨性。4） 为什么渗碳后可以采用直接淬火的工艺？答：20CrMnTi合金元素含量较多, 尤其Ti能够显著阻碍渗碳过程中奥氏体晶粒的长大,缩短了工艺时间。5） 淬火冷却介质为什么用油而不用水？答：20CrMnTi具有较高淬透性，油淬可以获得足够马氏体防止水冷产生的较大内应力，避免产生裂纹。4.最终热处理后，齿面的组织和性能如何？答：齿面组织:回火马氏体+残余奥氏体

14、+碳化物；齿面性能:具有很高的硬度和耐磨性。五-2、某C616机床齿轮，选用40Cr钢制造，其加工工艺路线为：锻造正火粗加工调质精加工高频淬火及低温回火精磨。请说明下列问题。1.40Cr按用途属于什么钢？合金元素Cr的作用是什么？答：调质钢 (1分) ； Cr的作用：提高淬透性，细化晶粒，提高强度。温度/C时间870空冷2.已知正火温度为870C，绘出正火工艺曲线，并说明正火的作用。答：1）正火工艺曲线如右图 2）正火的作用：（1）降低硬度，以便进行切削加工；（2）消除残余应力，以防钢件的变形、开裂；（3）细化晶粒，改善组织以提高钢的机械性能；（4）为最终热处理（淬火回火）作好组织上的准备。3

15、.调质工艺曲线如下图所示，试说明：（1）淬火后组织和作用。答：获得马氏体组织，提高材料强度和硬度。（2）高温回火后组织和作用。答：高温回火组织：回火索氏体； 作用：使材料具有良好综合机械性能。（3）淬火冷却介质为什么用油而不用水？答：40Cr具有较好淬透性，油淬可以获得足够马氏体；防止水冷产生的较大内应力，避免产生裂纹。（4）高频淬火后为什么要进行低温回火？答：消除淬火内应力；保持淬火后齿面高的硬度和耐磨性。（5）低温回火后齿轮表面的组织和性能如何？答：组织：回火马氏体+少量残余奥氏体；性能：高硬度和耐磨性。六、解释名词相、固溶体、金属间化合物、同素异构转变、过冷度、淬透性、淬火临界冷却速度、调质处理、热加工、加工硬化、固溶强化、弥散强化二次硬化。答：相：在金属