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1、工程材料考试复习 试卷 （及答案）5：零件设计时，为什么在图子上常标其硬度值来表示机械性能要求。 解：硬度值具有代表性，它与强度值有一定对应关系，诃以间接反映强度值；硬度值还与槊 性有联 系，一般硬度值大，型性差，硬度值小，塑性好。硬度测试简单，一般可以做到无 损测试。的 晶 结 与 晶 1:名词解释：晶体；非晶体；晶格；晶胞；晶格常数；致密度；晶面；晶向。：单晶体；多晶体。：点缺陷；面缺陷；线缺陷。 晶体：原了（或分了）在三维空间中呈规则、周期性重夏排列的物质。 非晶体：原子（或分子）在三维空间中呈无规则排列的物质。晶格：在空间里，把原子或分子抽象成几何节点，再用直线将这些节点连接起来，构成
2、的几 何三维格 架。晶胞：晶体中原子（或分子）在三维空间中呈规则、周期性重复排列的规律性，可以从中 取出一个具 有代表性的基本单元来代表排列形式的特征，这个最基本的儿何单元称为晶胞。晶格常数：晶胞各边尺寸 a、b、c （以埃 A 为单位）。 晶胞致密度：晶胞内原子所占体积与晶胞体积之比。 晶面：在晶体中原了（或分了）在三维空间中排列构成许多方位的面。 晶向：通过两个以上原了（分了）中心的直线，表示空间晶格的芥种方向。 单晶体：原子（或分子）在三维空间中呈规则、周期性重夏排列而成，即晶体内部晶格位向 完全一 致。多晶体：由多个晶粒组成的晶体。 点缺陷：晶格空位或间隙原子。 线缺陷：某一些原了偏离
3、平衡位置，这些原了团的一维空间尺寸较大，另外二维空间尺寸较 小，这些 原子便是金属内部线缺陷（位错线）。面缺陷：某一些原子偏离平衡位置，这些原子团的一维空间尺寸较小，另外二维空间尺寸较 大，这些 原子便是金属内部面缺陷（晶界）。2：常见金属晶体有那几种？每种举三个实例。 解：常见金属晶体有体心立方、面心立方、密排六方三种。 bcc： a-Fe； Cr； V。Fee： Y-Fe； Cu： AhHep： Mg； Zn； Be。 3：为何单晶体具有各|何异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性。 解：由于单晶体内部原了（分了）在三维空间的规则排列，造成不同晶血和晶向原子排列方 式与紧密 程度不同，
4、从而影响不同晶面和晶 M 原子之间的结合力大小，导致单晶体性能的各 向异性。多晶体 由若干晶粒构成，每个晶粒性能表现出各向异性，这若干晶粒的各向异性互 相抵消，因而表现出各向 同性。4：晶粒粗细对金属的机械性能有何影响？ 解：晶界即面缺陷，原了畸变程度大，该处原了结合性能有大幅度强化。 单位体积中，细晶粒金属晶界面积大，变形或裂纹在金属中运动会遇到更多晶界的阻隔，是 此运动变 得更不容易了，因而细晶粒金属强度更高。在细晶粒金属一定变形会被更多晶粒分担，是单个晶粒分担变形会被更小，金属能承受更大 变形而不 致产生裂纹，因而细晶粒金属塑性更好。强度与型性的提高，裂纹和缺陷不易产生与扩展，使金属在断
5、裂前吸收更多的能量，因而细 晶粒金属 韧性更好。综上所述，细晶粒金属强度、塑性、韧性均得到提高，细晶强韧化。5：如果其它条件相同，试比较下列铸造条件下，铸件晶粒大小。：砂型铸造与金属型铸造。：铸成厚件与铸成薄件。：加变质剂与不加变质剂。（4）：浇铸时附加震动与不附加震动。 解：（1）：金属型铸造晶粒更细小。：铸成薄件晶粒更细小。：加变质剂晶粒更细小。：浇铸时附加震动晶粒更细小。1:名词解释：合金、组元、合金系、相、固溶体、金属化合物。合金：两种或以上金属或金属与非金属组成的具有金属特性的物质。 组元：组成金属最基本的独立物质。合金系：由相同的几个元素以不同比例配制的一系列成分不同的合金，所构成
6、的合金系统 相：成份相同，结构相同，并与其他部分有明显界面分开的均匀组成部分。固溶体：固态下合金中组元如能互相溶解而形成均匀的固相。金属化合物：由具有相当程度的金属键结合，并具有明显金属特性的化合物。2：为什么合金比纯金属使用得广泛？解：纯金属种类有限，性能较差且单一，而合金通过调节合金元素种类、比例，可以得到各 神所需材 料，满足各种性能要求。3：试述固溶体强化的原理与应用。解：固溶体溶质原子以置换、间隙两种方式溶入，间隙原了不论大小，都会引起原有溶剂原 了点阵发 生畸变；置换原了在性能、尺寸上都不可能与溶剂原了完全一致，当溶质原了取代 溶剂原子（置换） 时，必然引起周围溶剂原子点阵发生畸变
7、，这必然产生强化作用。如：钢铁材料中，C间隙固溶于纯Fe所得铁素体（F）性能比纯铁高；Ni固溶于Cu所得a固溶体性 能比纯Ni高。第四章（ 1 ）金属的塑性变形与再结晶 1：名词解释：滑移；加工硬化；织构；纤维组织。滑移：晶体的一部分沿着一定晶面和晶向相对于另一部分发生滑动的现象。 加工硬化：对金属进行型性变形，随着变形程度增加，金属的强度、硬度增加与塑性、韧性 下降的现 象。纤维组织：对金属进行塑性变形，随着变形程度增加（50% 70%，使金属两向受力，单向 延伸）， 金属内部晶粒被压成纤维状组织。2：名词比较：再结晶、重结晶与结晶。：再结晶晶核长大与再结晶晶粒长大。：冷加工与热加工。解：（
8、1）：结晶：是液态金属冷却到一定温度时，原了从无序状态转变为有序状态，金属从液态转变为 晶体的过程。再结晶：金属加热到再结晶温度以上，由畸变晶粒通过形核与长大而形成新的无畸变的 等轴小 晶粒的过程（均为固态，发生于形变金属，没有相变）。重结晶：固态金属（含金）加热或冷却通过相变点（相变温度）时，从一种晶体结构转 变为另 i 种晶体结构的过程（均为固态，不限于形变金属，有相变）。：再结晶晶核长大一般指金属加热到再结晶温度以上，由畸变晶粒通过形核与长大而形成新 的无畸变的等轴小晶粒的过程，形成等轴细小晶粒。再结晶晶粒长大一般指金属再结晶过程完成后继续保温（或升温），晶粒晶界白发移动 , 使晶粒 继
9、续长大，使力学性能下降的过程。：热加工：再结晶温度以上的变形加工。 冷加工：再结晶温度以下的变形加工。3：为什么细晶粒金属不但强度高，而且塑性韧性也好？试用多晶体塑性变形特点加以说明。 解：细 晶粒金属不但强度高，而且塑性韧性也好的缘由：塑性提高晶粒小细小，单位体积内晶粒数 bl 多，同样变形量下，变形分散在更多的晶粒内进行；变形更均 匀 变形，降低裂纹的形成与发展可能性，使塑性提高。（2）：提高强度 晶粒细小，单位体积内晶粒数目多,单位体积内晶界面积增加，阻碍变形与裂纹扩展，提高强 度。（3）：提高韧性晶粒细小，阻碍裂纹的产生与扩展，使金属在断裂前能吸收更多的能量提高强度，提高 韧性。 4：
10、将一根熔点 Tm=660C 经形变为 70%的冷拔铝长棒插入盛装冰水的水槽中，并维持水温 不变，另 一端加热至 500 笆，保温一个小时后，停止加热，待试样完全冷却后，试分析铝棒 长度方向上的组织 和硬度分布情况。铝再结晶温度 T 再=0.4 X 660=264 C 如组织分布情况纽乡?：形变为 70%的冷拔铝长棒按题示装置加热，铝棒长度方 |何上温度分布如组织分 布情况 图所示， D 区域与 C 附近区域温度远低于回夏温度，保持原始纤维组织不变， B 区 域温度己达到再结 晶温度，组织为细小等轴晶粒， B 到 A 之间区域，随温度增高，呈愈来 愈大的等轴晶粒 O性能、 再结晶温度（DB区域，
11、回复与回复温度以前区域）之前，铝长棒机械性能（硬 度）没 有明显变化（仅有极少数偏离平衡位置原子网到平衡位置或向平衡位置靠近，畸变程 度基本未得到缓 减，形变强化作用依然存在）。B 区域温度达再结晶区域机械性能（硬度）明显下降（畸变程度得到缓减，形变强化消 除）。B 到 A 之间区域，随温度增高，晶粒长大机械性能（硬度）下降（细晶强韧化，粗晶粒 强度韧性 下降）。5：用以下三种方法制成齿轮，那种方法较为理想？（ 1）：用厚钢板切成圆饼，再加工成齿轮。（2）：由粗棒料切下圆饼，再加工成齿轮。（3）：用圆棒热敏成圆饼，再加工成齿轮。解：第种方法较为理想，经热锻（形变），齿坯内部组织流线与轮廓匹配良
12、好如齿坯 内部组 织流线图，流线方向与切应力（冲击力）方向垂直，并与正应力方向一致如齿轮破 坏示意图；（1）、方法内部组织流线被切断（不连续），且流线方向与切应力（冲击力）方 向一致，并与正 应力方向垂直。第四章（ 2） 铁碳合金-1：画出 Fe-Fe3C 相图，并标出各区域组织，写出相图中三个恒温转变式。指出三个恒 温转变产 物中，哪一个产物是固溶体，哪些产物是两相混合物。Fe.Fe3C 二元合金相图（组织、相区）1、共析转变：转变产物为两相混合物A（）.77% （727C） F（）.o218%+ Fe3C （珠光体 P ）2、共晶转变：转变产物为两相混合物L4.3% -（1148C） A2
13、.n%+Fe3C （莱氏体 Le ）3、包晶转变：转变产物为固溶体L（）.53%+ & （）.09%（1495 C ）A 0.17%2：分析WC=O.55%铁碳合金结晶过程画出冷却曲线示意图，并标出各温度阶段的转变 式。计算室温平衡组织中各组织组成物的相对量。的出室温显微组.织示意图，标出其中组织 组成物名称。（1）：分析WC=0.55%铁碳合金结品过程，并写出各温度阶段的转变式：分析：从Fe-Fe3C相图可看出A： 1-2点，液态冷却，没有相变。L 0.55% f L 0.55%B： 2.3点，从液体中析出奥氏体A ,L 0.55% 一 Aw 0.55%+L N 0.55%C：至3点，全部液
14、体转化为奥氏体A oL 0.55% f A 0.55%D： 3-4点，含碳量为0.55%的奥氏体冷却。E： 4-5点，从奥氏体A中析出先铁素体F先。AF().55%A n 0.55% + F 先 w 0.0218%033A4iG55ZFs6F (00008%)6,69% Fe3CF(0 77%)5点，剩余奥氏体A （含碳量为0.77% ）发生 共析反应，生成铁1素体F与渗碳体（P）。A 0,77%（恒温） Fo.0218%+Fe3C6,69% （共析）G： 5-6 点，从铁素体析出三次渗碳体 Fe3Cui ,F 先+ F 共析一 F + Fe3CmH： 6 点（室温）室温组织为亚共析钢:F+P
15、 （F 先+ F 共析）0.0008% + Fe3Gn 6.69% + Fe3C 6血 V共析）。：画出冷却曲线示意图（3）：计算室温平衡组织中各组织组成物的 相对量。解：如上述结晶过程分析，去掉中间过程有：L (A) 0.6% F0.0008%+P0.77%WF”0.0008%xlOO%0.77%-055%人29%WP()m =100%-29% =71%0.77%-0.0008%3：己知甲钢中珠光体为 75%,铁素体为 25%；乙钢中珠光体为92%,二次渗碳体为 8%。：甲、乙钢的含碳量是多少？70HBS300250200150loo12001000800600400200HBS605040302010240200160E1120 d8040（2）：指出甲、乙各属哪类钢？ 解：（1）：由于钢铁材料中各组织密度接近，因而可得结论珠光体 P 占总质量的 75%,铁素 体 F 占 总质量的 25%o 并设总质量为
