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1、金属材料学复习1 材料科学的基础知识1-1 分别说明以下概念：（1）晶格 ；为了便于描述晶体结构，把每个原子抽象成一个点，把这些点用假想直线连接起来，构成空间格架。（2）晶胞 ；组成晶格的最小几何组成单元。（3）晶格常数 ；晶胞的大小和形状可用晶胞的棱边长度a,b,c 和棱边夹角，来表示，长度为10-10m. （4）单晶体 ；原子排列的位向或方式均相同的晶体。（5）多晶体 ；由若干个小的单晶体组成，（6）晶粒 ；这些小的单晶体称晶粒（7）晶界；在多晶体中， 各晶粒的位向各不相同， 晶粒间的过渡区称晶界 （8）各向异性 ；晶体中不同晶向上的原子排列紧密程度与不同晶面间距是不同的，所以不同方向上原
2、子结合力也不同，晶体在不同方向上的物理，化学，力学的性能也有一定的差异，此特性称为晶体的各向异性（9）同素异构 。少数金属固态下的晶体结构随外界条件( 如温度、压力 )而变化的现象，称为同素异构转变。1-2 金属常见的晶格类型有哪几种? 体心立方晶格，面心立方晶格，密排六方晶格1-3 何谓凝固？ 通常把物质从液态转化成固态的过程。何谓结晶？ 物质从一种原子排列状态 ( 晶态或非晶态 )过渡为另一种原子规则排列状态 ( 晶态)的转变过程。1-4 什么是过冷度？ 理论结晶温度 T0 与实际结晶温度 Tn 的差称过冷度 。 液态金属结晶时为什么必须过冷？过冷度愈大，液态和固态之间能量状态差就愈大，促
3、使液体结晶的驱动力就愈大， 只有当结晶的驱动力达到一定值时，结晶才能进行，过冷是结晶的必要条件。1-5 何谓自发形核与非自发形核？自发形核 ：晶体核心是从液体内部自发长出的；非自发形核 ：晶核依附于金属内存在的各种固态的杂质微粒而生成。它们在结晶条件上有何差别？1-6 过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶后的晶粒大小有何影响？过冷度愈大，形核率和长大速度就愈大。过冷度较小时，长大速度的增加程度快于形核率；过冷度较大时，则形核率的增大程度快于长大速度。1-7在实际生产中，常采用哪些措施控制晶粒大小？1)增大过冷度（如用金属型代替砂型，如采用高温熔化并低温浇注）2) 变质处理（就是有意地向液态金
4、属中加入某些变质剂，以细化晶粒和改善组织，达到提高材料性能的目的）1-8 为什么室温下钢的晶粒越细，强度、硬度越高，塑性、韧性也越好？晶粒越细，过冷度愈大，形核率增长愈快，晶粒愈小，金属的强度、硬度越高，塑性、韧性也越好2 材料的力学行为2-1 工程材料是如何分类的？金属材料：（钢铁材料，非铁金属）；非金属材料：（高分子材料，陶瓷材料，复合材料）。2-2 材料的弹性模量 E的工程含义是什么？它和零件的刚度有何关系？材料受力时抵抗弹性变形的能力应力与应变之比，亦叫刚度。衡量材料抵抗弹性变形能力的指标。，2-3 说明以下符号的意义和单位。（1）e；材料能保持弹性变形的最大应力ePe/Fo (MPa
5、)(2) s(0.2) ；材料开始产生屈服时的应力sPs/Fo (MPa)(3) b；材料能承受最大载荷时的应力b Pb /Fo (MPa) (4) ；（塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力）伸长率。(5) ；断面收缩率(6) -1；材料在交变应力作用下不发生疲劳断裂所能承受的最大应力。 (7) k ；冲击韧度指标，以材料受冲击断裂时单位面积上所消耗的能量来表示的。ak Ak /F (J/mm2 2-4 比较布氏、洛氏硬度的压头、载荷、测量原理与应用X围。1） 布氏硬度： （120HBS10/1000/30表示直径为 10mm 的钢球在 1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持
6、30s 测得的布氏硬度值为120）HBS压头为淬火钢球，适用于布氏硬度值在 450 以下的材料。 HBW 压头为硬质合金球，适用于布氏硬度值在650以下的材料。测量原理：布氏硬度试验是以一定的载荷户把直径为D的淬火钢球或硬质合金球压入试样表面，保持规定的时间后卸载。布氏硬度值与抗拉强度的关系 b 0.36HB。适用 X围：HBS 适用于测量退火、正火、调质钢与铸铁、有色合金等硬度小于450HB的较软金属；HBW 适用于测量硬度值在650HB以下的材料。特点：测出硬度值准确、可靠；压痕大，不宜成品检验；测量过程速度慢2）洛氏硬度： （60HRC 数字：硬度值 HR ：洛氏硬度 C ：标尺）HRA
7、用于测量高硬度材料 , 如硬质合金、 表淬层和渗碳层。 HRB 用于测量低硬度材料 , 如有色金属和退火、正火钢等。 HRC 用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。测量原理：洛氏硬度试验是用一定的载荷将规定的钢球或颤角为120的金刚石圆锥体压入试样表面， 根据压痕的深度在洛氏硬度计上直接读出其硬度值。特点：试验简便、方便。压痕小，适用成检。测出硬度值不很准确2-5 金属塑性变形的主要方式是什么？解释其含义1）单晶体塑性变形方式滑移：晶体在切应力的作用下， 一部分沿一定的晶面 (滑移面 ) 和晶向 ( 滑移方向 )相对于另一部分产生运动。孪生：在切应力作用下， 晶体的一部分对应于一定的晶面(
8、 孪晶面 ) 产生一定角度的切变。2）多晶体的塑性变形：晶界影响; 两个晶粒构成的试样来进行拉伸试验2-6 塑性变形使金属的组织与性能发生哪些变化？1) 晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性2) 织构现象的产生 (出现纤维状组织 ; 产生“织构”和各向异性) 3) 位错密度增加，产生冷变形强化形变强化（加工硬化或冷作硬化）2-7 什么是冷变形强化（加工硬化现象）？指出产生的原因与消除的措施。随塑性变形程度的增加，金属的强度、硬度上升，塑性、韧性下降，这种现象称为冷变形强化。原因：位错密度增加。措施：加热2-8 说明冷加工后的金属在回复与再结晶两个阶段中组织与性能变化的特点。回复：当冷变形金属的
9、加热温度不太高时，内部原子活动能力尚不强， 只能作短距离扩散，通过空位和间隙原子结合、 异号刃型位错的结合使晶格缺陷数目明显减少，但晶粒大小和形状无明显变化。金属的强度， 硬度和塑性等力学性能变化不大，但会使残余内应力和电阻显著下降，抗蚀性得到改善。再结晶：位错等晶体缺陷大大减少， 金属的显微组织发生彻底改变， 金属的强度，硬度显著下降，塑性，韧性大大提高，冷变形强化现象消失，残余内应力也完全消除。3 二元合金与相变基础知识3-1 什么是合金？什么是相？固态合金中的相是如何分类的?相与显微组织有何区别和联系？合金：由两种或两种以上的金属元素， 或金属元素和非金属元素组成的具有金属性质的物质。相
10、：合金中化学成分相同、晶体结构相同，并有界面均匀组成部分叫做相。3-2 什么是固溶体？说明固溶体与金属化合物的晶体结构特点并指出二者在性能上的差异。固溶体 : 有些合金组元在凝固后溶质原子溶入溶剂晶格而形成的单一均匀的晶体称为固溶体。3-3 什么是相图？什么是共晶反应？什么是共析反应？它们各有何特点？试写出相应的反应通式。相图: 又称为平衡图或状态图，是表明合金系中不同成分的合金在不同温度下所存在的相以与相与相之间关系的图形。共晶反应 :指在一定的温度下,一定成分的液体同时结晶出两种一定成分的固相的反应（Lc一d+e）共析反应 :一个固相对另两个或两个以上的固相同时过饱和，两相或多相同时由过饱
11、和相中析出的反应。3-4 默绘 Fe-Fe3C相图，并填出各区组织，标明重要的点、线、成份与温度。图中组元碳的质量分数为什么只研究到6.69%？3-5 解释以下名词：（1）铁素体 (F) ；碳在 -Fe 中形成的间隙固溶体称铁素体（2）奥氏体 (A) ；碳在 -Fe 中形成的间隙固溶体称奥氏体（3）渗碳体；按亚稳定平衡系统凝固和冷却转变时析出的Fe3C 型碳化物。（渗碳体的分子式为Fe3C ，它是一种具有复杂晶格结构的间隙化合物。它的含碳量为6.69 ）（4）珠光体（ P）；反应产物是铁素体 (F) 和渗碳体（ Fe3C ）组成的共析混合物。 （5）莱氏体 : 反应产物是奥氏体和渗碳体所组成的
12、共晶混合物。3-6 指出铁素体、奥氏体、渗碳体的晶体结构与力学性能的特点。3-7 简述 Fe-Fe3C相图中共晶转变与共析转变，写出转变式，标出反应温度与反应前后各相的含碳量。3-8 钢与白口铸铁在成分上的界限是多少？碳钢按室温下的组织如何分类？写出各类碳钢的室温平衡组织。3-9 说明含碳量对钢与白口铸铁力学性能的影响。3-10 为什么铸件常选用靠近共晶成份的合金生产，压力加工件则选用单相固溶体成份的合金生产？3-11 C 曲线分为几个转变区？合金影响C 曲线规律如何？3-12 索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体是什么？马氏体有几种形态？由什么因素决定的？4 材料的改性4-1 何谓热处理？其主要环
13、节是什么？固态金属材料通过适当的方式进行加热、保温和冷却，改变材料内部组织结构，从而改善材料性能的一种工艺方法。( 热处理：渗碳、淬火、回火等)4-2 试述 A1、A3、Acm、与 Ac1、Ac3、Accm和 Ar1、Ar3、Arcm的意义。4-3 解释下列名词退火： 将钢加热到预定温度，保温一定时间后缓慢冷却(通常随炉冷却 )，得接近于平衡组织的热处理工艺。完全退火： 将钢加热到 Ac3 以上 3050，保温一定时间后随炉冷却到500以下，出炉空冷的热处理工艺。球化退火：将钢加热到 Ac1 以上 1030，保温较长时间后以极其缓慢速度冷却到 600以下，再出炉空冷的热处理工艺正火： 是将钢加
14、热到 Ac3(亚共析钢 )或 Accm(共析和过共析钢 )以上 3050，保温适当时间后在静止空气中冷却的热处理工艺。淬火： 将钢加热到 Ac3 或 Ac1 以上 3050 ，经过保温后在冷却介质中迅速冷却的热处理工艺。回火： 把淬火零件重新加热到低于Ac1 的某一温度，适当保温后，冷却到室温的热处理工艺。4-4 退火、正火、淬火的目的是什么？并画出工艺曲线。退火目的： (1)降低硬度，改善切削加工性能。适合加工的硬度为170-250HB。(2)消除残余应力，防止加工中变形。(3)细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。正火目的： (1)作为最终热处理 (2)用来调整硬度 (3)消除网状二次渗碳体淬
15、火的目的：强化钢件，提高硬度和耐磨性，提高钢的力学性能。4-5 四种常用的淬火方法是什么？用示意图表示。1）单介质淬火：水、油冷2）双介质淬火：水冷 + 油冷3）分级淬火： Ms盐浴中保温空冷4）等温淬火：（ 在盐、碱浴中） 下 B 4-6 何谓淬火临界冷却温度、淬透性和淬硬性？它们主要受哪些因素影响？4-7 为什么亚共析碳钢的正常淬火加热温度为Ac3 +（3050），而共析和过共析碳钢的正常淬火加热温度为Ac1 +（3050）？4-8 对过共析碳钢零件，何种情况下采用正火？何时采用球化退火？4-9 指出下列钢件坯料按含碳量分类的名称、正火的主要目的、工序地位与正火后的组织：（1）20 钢齿轮
16、；（ 2）T12 钢锉刀；（ 3）性能要求不高的45 钢小轴；4-10 简述回火的分类、目的、组织性能与其应用X围。低温回火（ 150250）组织：回火马氏体 ( 过饱和 F +薄片状 Fe2.4C ) ，硬度为 5564HRC 适用：刃具、量具、模具、滚动轴承与渗碳、 表面淬火的零件。中温回火（ 350500）组织：回火托氏体 (F + 细粒状 Fe3C ) ，硬度为3545HRC ；适应：各种弹簧和锻模等。高温回火（ 500650）组织：回火索氏体（等轴状F +粒状 Fe3C ），硬度为 2535HRC ，适应：各种重要的零件，连杆、曲轴、齿轮和主轴等。回火的目的： (1) 消除或降低内应
17、力，防止变形和开裂。(2) 稳定组织，稳定尺寸和形状，保证零件使用精度和性能。(3) 调整零件的强度、硬度，获得所需要的韧性和塑性。4-11 比较表面淬火与常用化学热处理方法渗碳、氮化的异同点。化学热处理 ; 将工件置于活性介质中保温，使一种或几种元素渗入表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。渗碳; 将钢件在渗碳介质中加热并保温使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。2）渗氮（氮化处理） ; 是在一定温度下 (一般在 Ac1 温度下 )使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。4-12 钢渗碳后还要进行何种热处理？处理前后表层与心部组织各有何不同？4-13 什么叫时效强化现象？5 金属材料
18、5-1 何谓碳钢？ S、P元素对碳钢质量有何影响？除铁、碳元素之外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质元素。5-2 何谓合金钢？它与碳钢相比有哪些优缺点？在碳钢的基础上，特意加入某些合金元素而得到的钢种。5-3 简述合金元素对合金钢的主要影响和作用规律。5-4 识别下列牌号指出下列钢中表达含义与用途：Q235 ，08F, 45, T10A, HT150, GCr15， QT400-18, KTH350-10 。5-5 按合金钢的编号规则指出下列钢中各元素平均含量与类别名称与用途。 W18Cr4V, 3Cr2W8V, 5CrMnMo, GCr15, 42CrMo, 60Si2CrVA, 20MnT
19、iB。5-6 合金工具钢 W18Cr4V 淬火、回火温度？热处理有何特点？5-7 用表格形式简明指出下列牌号属于哪一类钢（如低合金高强度结构钢、 渗碳钢、调质钢），其合金元素的大致含量，并写出其预备热处理、最终热处理工艺方法与相应组织（不必表明加热温度和冷却介质）与用途。 Q345 、20CrMnTi、60Si2Mn 、9SiCr 、GCr15 、3Cr13、0Cr18Ni9Ti 、40Cr。5-8 说明铝合金分类的大致原则。5-9 指出下列牌号的材料各属于哪类非铁合金，并说明牌号中的字母与数字含义： LF2 ， LY11 ， LC4， LD5， ZL104 ， ZL302， H62， HSn62-1， QSn4-3， ZQSn5-5-5 5-10 根据石墨形态，铸铁一般分为哪几类？各类大致用途如何？5-11 名词解释：白口铸铁；灰口铸铁；可锻铸铁；球墨铸铁；石墨化；孕育铸铁。5-12 铸铁的石墨化过程是如何进行的？影响石墨化的主要因素有哪些？5-13 比较各类铸铁的性能特点，与钢相比铸铁在性能（包括工艺性能）上有何优缺点？
