长安大学工程材料简述题

简述

晶体结构

1．何谓晶体缺陷？在工业金属中有哪些晶体缺陷？

晶体中原子排列不完整、不规则的微小区域称为晶体缺陷。工业金属中的晶体缺陷有点缺陷（空位、间隙原子），线缺陷（位错），面缺陷（晶界、亚晶界）。

合金

2．简要说明金属结晶的必要条件及结晶过程。

金属结晶的必要条件是过冷，即实际结晶温度必须低于理论结晶温度。金属结晶过程是由形核、长大两个基本过程组成的，并且这两个过程是同时并进的。

3．指出在铸造生产中细化金属铸件晶粒的途径。

用加大冷却速度，变质处理和振动搅拌等方法，获得细晶小晶粒的铸件。

4．一般情况，铸钢锭中有几个晶区？各晶区中的晶粒有何特征？

典型的铸锭组织有表层细晶区、柱状晶区和中心粗晶区三个晶区。表层细晶区的晶粒呈细小等轴状，柱状晶区的晶粒为平行排列的长条状，中心粗晶区的晶粒呈粗大的等轴状。

5．固态合金中的相有几类？举例说明。

固态合金中的相有固溶体和金属化合物两种，如铁碳合金中的铁素体为固溶体，渗碳体为金属化合物。

6．形成间隙固溶体的组元通常应具有哪些条件？举例说明。

形成间隙固溶体的两组元原子直径差要大，即ｄ质／ｄ剂<0.59,所以间隙固溶体的溶质元素为原子直径小的碳、氮、硼；溶剂元素为过渡族金属元素。如铁碳两元素可形成间隙固溶体。7．置换固溶体的溶解度与哪些因素有关？

置换固溶体的溶解度与组元的晶体结构、原子直径差和负电性等因素有关。

8．简要说明金属化合物在晶体结构和机械性能方面的特点。

金属化合物的晶体结构是与任一组元的均不相同，其性能特点是硬度高，塑性、韧性差。9．指出固溶体和金属化合物在晶体结构和机械性能方面的区别。

固溶体仍保持溶剂的晶格类型。而金属化合物为新的晶格，它与任一组元均不相同。固溶体一般是塑性、韧性好，强度、硬度低；金属化合物是硬度高，塑性、韧性差。

10．简要说明共晶反应发生的条件。

共晶反应发生的条件是合金液体的化学成分一定，结晶温度一定。

11．比较共晶反应与共析反应的异同点。

相同点：都是由一定成分的相在一定温度下同时结晶出两个成分不同的相。不同点：共晶反应前的相为液相，过冷度小，组织较粗；共析反应前的相为固相，过冷度大，组织较细。12．简要说明合金相图与合金铸造性能之间的关系。

合金相图中合金的熔点越高、结晶温度范围越大，合金的流动性越差，易形成分散缩孔，偏析严重，合金的铸造性能差；反之熔点越低、结晶范围越小，合金铸造性能越好。

塑性变形

13．比较具有体心立方晶格金属与具有面心立方晶格金属的塑性。

体心立方晶格与面心立方晶格的滑移系数目相同（6×2=12,4×3=12,），但面心立方晶格的滑移方向要多，故塑性要好。

14．简述金属经过冷变形后组织和结构的变化。

金属经过冷塑性变形后，其组织结构变化是金属的晶粒发生变形，晶粒破碎亚晶粒细化，位错密度增加；变形程度严重时会出现织构现象。

15．指出冷塑性变形金属在加热过程中各阶段的组织和性能变化。

回复，晶体缺陷减少，内应力降低。再结晶，畸变的晶粒变成无畸变的等轴晶粒，亚晶粒数

目减少、尺寸增大，位错密度下降；加工硬化消除。晶粒合并长大，机械性能下降。16．金属再结晶后的晶粒度与哪些因素有关？

金属再结晶后的晶粒度与再结晶温度及预先变形程度有关。

17．简要说明加工硬化在工程中的应用。

加工硬化在工程中的应用：①强化金属；②提高零件的使用安全性；③使某些压力加工工序能顺利进行。

18．简要说明铸钢锭经热加工（轧制、锻造）后组织和机械性能的变化。

铸钢锭经热加工后组织：晶粒可细化，成分可均匀，缩松、微裂纹、气孔等可焊合，使组织致密，并形成纤维组织；其机械性能明显提高，并具有方向性。

铁碳相图

19．从化学成分、晶体结构、形成条件及组织形态上分析共析渗碳体与共晶渗碳体的异同点。共晶渗碳体与共析渗碳体的化学成分、晶体结构是相同的。共晶渗碳体是由共晶成分的液体经共晶转变形成的，为莱氏体的基体。共析渗碳体是由共析成分的奥氏体经共析转变形成的，以片状分布在铁素体基体上。

从化学成分、晶体结构、形成条件及组织形态上分析一次渗碳体与二渗碳体的异同点。20．一次渗碳体与二次渗碳体的化学成分、晶体结构是相同的。一次渗碳体是从液体合金中结晶出来的，呈宽条状。二次渗碳体是由奥氏体中析出的，在钢中呈断续网状或网状在白口铁中与共晶渗碳体连为一体。

热处理

21．简述共析钢的奥氏体化过程。

当钢加热至Ac1以上时，通过奥氏体的形核长大、未溶渗碳体的溶解及奥氏体成分均匀化四步完成奥氏体化.即F(0.0218%C,体心立方晶格)+Fe3C(6.69%C,复杂正交晶格)→A(0.77%C,面心立方晶格).

22．简述钢的含碳量和原始组织对钢的奥氏体化的影响。

钢的含碳量增加，原始组织中的珠光体变细，都会使铁素体与渗碳体的相界面增多，加速奥氏化。球状珠光体的奥氏体化速度低于片状珠光体。

23．绘图说明共析钢的ＣＣＴ曲线与共析钢的ＴＴＴ曲线的差异。

ＣＣＴ曲线在ＴＴＴ曲线的右下方，并且无贝氏体转变区。（图Ｂ－７）

24．从图示TTT曲线判断该钢可能属于哪几类碳钢,并写出各自按V1和V2冷速冷至室温所得到的组织及热处理工艺名称。图Ａ－６①可是亚共析钢或是过共析钢;②按V1冷速冷至室温,亚共析钢为F+P,称完全退火；过共析钢为P+Fe3CⅡ，称完全退火；②按V2冷速冷至室温，亚共析钢为F+M，称亚温或欠热淬火；过共析钢为Fe3CⅡ+M，称为淬火或不完全淬火。

25．选择下列零件的退火方法：（１）用弹簧钢丝（强化的）经冷卷成弹簧后；（２）消除６０钢锻件的过热组织。(1)去应力退火;(2)扩散退火

26．选择下列零件的退火方法：（１）低碳钢钢丝多次冷拉之间；（２）Ｔ１０钢车床顶尖锻造以后。(1)再结晶退火;(2)球化退火

27．为什么一般情况下亚共析钢采用完全（奥氏体化）淬火，过共析钢采用不完全淬火？亚共析钢完全淬火为Ｍ，硬度高；不完全淬火为Ｆ＋Ｍ，Ｆ使钢的硬度不均匀且低。过共析钢完全淬火为粗大Ｍ＋较多Ａ’，不完全淬火为细小Ｍ＋少量Ａ’＋Ｆｅ３Ｃ粒。完全淬火由于Ｆｅ３Ｃ消失、Ａ’增多、Ｍ粗大，不仅降低钢的硬度，而且增大变形、开裂的倾向。28．为减少钢件的淬火变形、防止开裂，从淬火方法上应采取哪些措施？

（１）淬火加热前进行预热，严格控制加热温度和保温时间。（２）可采用双液淬火、分级淬火及等温淬火，并且注意淬火操作方式。

28．４５钢（Ac1=730℃,Ac3=780℃）分别加热至760℃,830℃,1040℃时的组织以及在水中冷却后的组织。

４５钢加热至７６０℃、８３０℃、１０４０℃时的组织依次为奥氏体＋铁素体、奥氏体、粗大的奥氏体；分别在水中冷却后的组织依次为马氏体＋铁素体、马氏体、粗大马氏体。31．判断Ｔ１０钢（Ac1=730℃,Accm=800℃）分别加热至760℃,830℃时的组织和经水冷后的组织。

Ｔ１０钢加热至７６０℃、８３０℃时的组织及在水中冷却后的组织：奥氏体＋二次渗碳体、奥氏体；马氏体＋二次渗碳体＋少量残余奥氏体、马氏体＋较多残余奥氏体。

30．某４５钢（钢料是合格的）零件，淬火后出现硬度不足，试分析产生原因。

其原因可能是：（１）淬火加热温度或保温时间不足，炉温不均匀，零件表面脱碳。（２）冷却速度不足，如淬火介质冷却能力不够大或操作不当等。

32．２０钢制造的活塞销，经渗碳淬火后应该采用什么温度回火？经回火后活塞销表层是什么组织和性能（硬度）？

低温回火１５０－２００℃。表层为回火马氏体＋粒状渗碳体＋少量残余奥氏体，ＨＲＣ６０左右。

33．４５（Ac1=730℃,Ac3=780℃）钢制造的连杆，要求具有良好的综合机械性能，试确定淬火、回火加热温度及淬火、回火后的组织。

淬火温度为８２０－８４０℃，淬火后组织为马氏体。回火温度为５５０－６００℃，回火后组织为回火索氏体。

34．Ｔ１０（Ac1=730℃,Accm=800℃）钢制造的手锯条，要求具有高的硬度、耐磨性，试确定淬火、回火加热温度及淬火、回火后的组织。

淬火温度为７６０－７８０℃，淬火后组织为马氏体＋粒状渗碳体＋少量残余奥氏体。回火温度为１８０－２００℃，回火后组织为回火马氏体＋粒状渗碳体＋少量残余奥氏体。35．简要说明４５钢零件淬火后分别经过低温回火、中温回火及高温回火的组织与机械性能特点。

４５钢淬火后经低温回火组织为回Ｍ，硬度约为ＨＲＣ５５，耐磨性高、韧性较低；经中温回火组织为回Ｔ，硬度约为ＨＲＣ４０，具有高的σｅ、σｓ及较好的韧性；经高温回火组织为回Ｓ，硬度约为ＨＲＣ２５，具有良好的综合机械性能

36．从形成条件、组织形态及机械性能（ＨＢ、σｓ、Ａｋ）方面比较索氏体与回火索氏体。索氏体是由过冷奥氏体在６００－６５０℃分解得到的，其中的渗碳体呈细片状；回火索氏体是由马氏体经高温回火得到的，其中的渗碳体呈细粒状。两者的硬度相近，为低硬度，但回火索氏体的σｓ、Ａｋ值高于索氏体。

37．简述淬火钢在回火过程中的组织转变。

随回火温度的升高，淬火组织（Ｍ＋Ａ’）通过马氏体的分解，残余奥氏体的转变，碳化物的聚集长大和α相的回复、再结晶，并逐渐转变为回火马氏体、回火屈氏体和回火索氏体组织。

38．从形成条件、组织形态及机械性能（ＨＢ、σｓ、Ａｋ）方面比较屈氏体与回火屈氏体。屈氏体是由过冷奥氏体在６００－５５０℃分解得到的，呈极细片状；回火屈氏体是由马氏体经中温回火得到的，呈极细粒状；两者的硬度相近，均为中等硬度，但回火屈氏体的屈服强度及韧性均高于屈氏体。

39．试分析比较在正常淬火条件下２０、４５、４０Ｃｒ、Ｔ８、６５等钢的淬透性和淬硬性高低。

淬透性由高到低的顺序为：４０Ｃｒ、Ｔ８、６５、４５、２０。因为铬提高淬透性；在亚共析碳钢中，随含碳量的提高，淬透性提高。淬硬性由高到低的顺序为：Ｔ８、６５、４５、

４０Ｃｒ、２０。因为淬硬性主要取决于钢中的含碳量。

40．试分析影响钢的淬透性的因素。

影响钢的淬透性的因素有：（１）钢的化学成分主要是钢中的合金元素种类及其含量，其次是钢中的含碳量。（２）加热条件奥氏体化的温度及保温时间。即凡使Ｃ曲线右移，降低临界淬火速度的因素均提高钢的淬透性。

41．４５钢零件在高频淬火以前为什么要进行预备热处理？常用预备热处理有哪几种？

４５钢件高频表面淬火前预备热处理的作用是：提高钢件心部的强韧性，并为表面淬火做组织准备。常用的预备热处理有：正火和调质。

42．以渗碳为例，简要说明化学热处理的三个基本过程。

化学热处理的基本过程有：分解、吸收（吸附）和扩散。以渗碳为例，分解：渗碳介质受热分解出活性碳原子；吸收：活性碳原子被钢件表面吸收，进入铁的晶格，形成固溶体或碳化物；扩散：表层碳原子向工件内部扩散，形成一定厚度的渗碳层。

43．在易切削钢中，常加入硫，试说明其作用。

在易切钢中，硫与锰形成硫化锰，它能中断基体的连续性，使切屑短小（断屑），减小刀具磨损，从而有利于降低零件的表面粗糙度。

44．简述强化金属材料的途径。

强化金属材料的途径有很多，例如细晶强化、合金化、加工硬化、淬火强化、时效强化等等。合金钢

45．试述ＣｒＷＭｎ低变形钢制精密量具（块规）所需要的热处理工艺。

ＣｒＷＭｎ钢制造精密量具需要的热处理有：（１）毛坯（预备）热处理为球化退火；如有网状二次碳化物存在时为正火＋球化退火。（２）量具热处理为淬火、冷处理、低温回火、人工时效。

46．用Ｃｒ１２ＭｏＶ钢制冷作模具时，应如何进行热处理？

Ｃｒ１２ＭｏＶ钢冷作模具的热处理有：一次硬化法，即较低温度加热淬火、较低温度回火；二次硬化法，即较高温度加热淬火、较高温度回火。

47．为什么Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ钢锻造后经空冷能够获得马氏体组织？

Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ钢中有大量的合金元素，它们均能提高钢的淬透性，使Ｃ曲线大大右移，因此在空冷时也可得到马氏体。

铸铁

48．说明普通灰口铸铁的使用性能和工艺性能特点。

普通灰口铸铁的使用性能特点是：抗拉强度低，塑性、韧性差，具有良好的减磨性、消震性和低的缺口敏感性；其工艺性能特点是好铸、好切、难焊、不可锻。

49．指出普通灰口铸铁与球墨铸铁在石墨形态、机械性能和应用方面的主要区别。

普通灰口铸铁，石墨呈片状，强度低，为脆性材料，常用于箱体、床身等要求具有减磨性、减震性的机器零件。球墨铸铁，石墨呈球状，强度高、塑性韧性较好，可代替铸钢件。