机械工程材料期末试题含答案

机械工程材料模拟练习题

一、填空题（每空0.5分）

1. 常用测定硬度的方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度测试法。

2. 金属材料的力学性能主要包括强度、硬度、弹性、塑性等；强度的主要判据有屈服强度和抗拉强度，强度和塑性可以用拉伸试验来测定；压入法测量方法简便、不破坏试样，并且能综合反映其它性能，在生产中最常用。

3. 铁碳合金在室温下平衡组织组成物的基本相是铁素体和渗碳体，随着碳的质量分数的增加，渗碳体相的相对量增多，铁素体相的相对量却减少。

4. 珠光体是一种复相组织，它由铁素体和渗碳体按一定比例组成。珠光体用符号P表示。

5. 铁碳合金中，共析钢的w

c =0.77%,室温平衡组织为珠光体；亚共析钢的w

c

=0.0218%-0.77%，

室温平衡组织为铁素体和珠光体；过共析钢的w

c

=0.77%-2.11%,室温平衡组织为珠光体和二次渗碳体。

6. 铁碳合金结晶过程中，从液体中析出的渗碳体称为一次渗碳体；从奥氏体中析出的渗碳体称为二次渗碳体；从铁素体中析出的渗碳体称为三次渗碳体。

7. 低碳钢的碳质量分数范围是：Wc≤0.25%、中碳钢：Wc=0.25%-0.6%、高碳钢：Wc>0.6%。

8. 金属的晶粒越细，强度、硬度越高，塑性、韧性越好。实际生产中可通过增加过冷度、变质处理和附加振动来细化晶粒。

9. 常用金属中，γ-Fe、Al、Cu 等金属具有面心立方晶格，α-Fe具有体心立方晶格。

10. 金属的结晶是在过冷的情况下结晶的,冷却速度越快,过冷度越大，金属结晶后的晶粒越细小,力学性能越好。

11. 钢的热处理工艺是由（加热）、（保温）和（冷却）三个步骤组成的；热处理基本不改变钢件的（形状和尺寸），只能改变钢件的（结构组织）和（力学性能）。

12. 完全退火适用于（亚共析碳）钢，其加热温度为（Ac3以上30-50°C），冷却速度（缓慢），得到（铁素体和珠光体）组织。

13. 球化退火又称为（均匀化）退火，其加热温度在（Ac1）＋20-30℃，保温后（随炉缓慢）冷却，获得（球状珠光体）组织；这种退火常用于高碳工具钢等。

14. 中碳钢淬火后，再经低温回火后的组织为（回火马氏体），经中温回火后的组织为（回火托氏体），经高温回火后的组织为（回火索氏体）；淬火高温回火后具有（综合力学）性能。

15. 钢的高温回火的温度范围在（500-650°C），回火后的组织为（回火索氏体）。

这里开始！！！16. 按化学成份分类，就含碳量而言，渗碳钢属低碳钢, 调质钢属中碳钢, 滚动轴承钢属高碳钢。

17. 高速钢W18Cr4V 中合金元素W 的作用是提高钢的红硬性和回火稳定性； Cr 的作用是提高钢的淬透性；V 的作用是与C形成稳定的VC，具有极高的硬度和耐磨性。高速钢的锻造不仅是为了成型, 而且是为了使莱氏体中呈粗大鱼骨状的共晶合金碳化物均匀分布在基体上。高速钢淬火后需经560℃三次回火，回火后其组织由隐针马氏体、粒状碳化物及少量残余奥氏体构成，其性能具有高硬度、高强度、高耐磨性。

18. 按用途分，合金钢可分为（合金结构）钢、（合金工具）钢、（特殊性能）钢。

19. 40Cr钢中铬的平均含量约为（Wcr<0.2%），GCr9钢中铬的平均含量约为（0.9%）。

20. 与铸钢相比，普通灰口铸铁具有以下优异的使用性能：（铸造性能）、（减震性）和（切削加工性），但是（塑性和韧性）差。

21. 可锻铸铁的生产过程是首先铸成（白口）铸件，然后再经过（石墨化退火或氧化脱碳），使其组织中的（渗碳体）转变成为（团絮状石墨）。

22.（化学成分）和（冷却速度）是影响铸铁石墨化的主要因素。

23. 球墨铸铁是通过浇铸前向铁水中加入一定量的（球化剂）进行球化处理，并加入少量的

（碳和硅）促使石墨化，在浇铸后直接获得球状石墨结晶的铸铁。

24. 填出下列力学性能指标的符号：屈服强度σs，洛氏硬度Ｃ标尺HRC，冲击韧性a k。（ak）

25. 碳素钢除铁、碳外，还常有锰、硅、硫、磷等杂质元素，其中锰是有益元素，硫、磷是有害元素。

26. 内部原子杂乱排列的物质叫做非晶体，内部原子规则排列的物质叫晶体，一般固态金属都属于晶体。

27. QT400-15表示名称为铁素体球墨铸铁的材料，其中两组数字分别表示和断面伸长率，其石墨形态为球状。

28. 自由锻的基本工序有镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、扭转、错移和切割等。

29. 在亚共析碳钢中，钢的力学性能随含碳量的增加其强度提高而塑性下降，这是由于平衡组织中珠光体增多而铁素体减少的缘故。

二、选择题（每空1分）

1.表示金属材料屈服强度的符号是（B）。

A.σ

e B.σ

s

C.σ

b

D.σ

-1

2.表示金属材料弹性极限的符号是（A）。

A.σ

e B.σ

s

C.σ

b

D.σ

-1

3.金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫（A）。

A.强度

B.硬度

C.塑性

D.弹性

4. 下面所的列组织中，脆性最大的是（D）；塑性最好的是（C）。

(a)F (b)P (c)A (d)Fe

3

C

5. 在Fe-Fe

3

C相图中，钢与铁的分界点的含碳量为（C）。

A．2％ B．2.06％ C．2.11％ D．2.2％

6. 莱氏体是一种（C）。

A．固溶体 B．金属化合物 C．机械混合物 D．单相组织金属

7. 在Fe-Fe

3

C相图中，ES线也称为（D）。

A．共晶线 B．共析线 C．A

3

线 D．Acm线

8. 在Fe-Fe

3

C相图中，共析线也称为（D）。

A．A

1

线 B．ECF线 C．Acm线 D．PSK线

9. 珠光体是一种（C）。

A．固溶体 B．金属化合物 C．机械混合物 D．单相组织金属

10. 加热是钢进行热处理的第一步，其目的是使钢获得（B）。

A.均匀的基体组织

B.均匀的A体组织

C.均匀的P体组织

D.均匀的M体组织

11. 完全退火主要用于（A）。

A．亚共析钢 B．共析钢 C．过共析钢 D．所有钢种

12. 共析钢在奥氏体的连续冷却转变产物中，不可能出现的组织是（C）。

A．P B．S C．B D．M

13. 退火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（C）。

A．随炉冷却 B．在油中冷却 C．在空气中冷却 D．在水中冷却

14．经过热成形制成的弹簧，其使用状态的组织是（C）。

Ａ珠光体Ｂ回火马氏体Ｃ回火屈氏体Ｄ索氏体

15.为了改善20钢的切削加工性能，一般应采用(B)。

A、退火

B、正火

C、淬火

16.亚共析钢的淬火加热温度一般确定为(B)以上30℃~50℃。

A、A c

1B、A c

3

C、A c

C m

17. 可用作弹簧的钢是（C）。

Ａ，20 Ｂ，9SiCr Ｃ，60Si2Mn Ｄ，20 CrMnMo

18. 制造板牙常选用（D）钢。

Ａ，5 CrNiMo Ｂ，Cr12MoV Ｃ，W18 Cr4V Ｄ，9 SiCr

19. 20CrMnTi钢根据其组织和机械性能，在工业上主要作为一种（A）使用。

A．合金渗碳钢 B．合金弹簧钢 C．合金调质钢 D．滚动轴承钢

20. 将相应的牌号填入括号内：硬铝（A），黄铜（B）。

a、2A11（LY11）；

b、H62；

c、3A21（LF21）。

21. 塑性是指金属在静载荷作用下（C），强度是指金属在静载荷作用下（D）。

a、抵抗塑性变形的能力；

b、抵抗破断的能力；

c、产生残余变形而不被破坏的能力；

d、抵抗塑性变形和断裂的能力。

22. 马氏体是（D），奥氏体是（B）。

a、铁和碳的金属化合物；

b、碳在γ-Fe中的固溶体；

c、碳在α-Fe中的固溶体；

d、碳在α-Fe中的过饱和固溶体。

23. 当浇注具有圆柱形内腔的铸件时，用（C）可省去型芯。

ａ、压力铸造；ｂ、熔模铸造；ｃ、离心铸造

24. 区别冷变形和热变形的依据是（B）。

a、变形时是否有加热；

b、变形温度的高低；

c、变形后是否有加工硬化组织。

25. 随温度下降从奥氏体中析出的渗碳体称为（B），从铁素体中析出的渗碳体称为（C）。

a、一次渗碳体；

b、二次渗碳体；

c、三次渗碳体。

26. 常温下金属的晶粒越细，则力学性能是（B）。

a、强度越高，塑性越好；

b、强度越高，塑性越差；

c、强度越低，塑性越差。

27. 马氏体、贝氏体、珠光体、渗碳体四者相比，（C）的硬度最高，（D）的硬度最低。

a、马氏体；

b、贝氏体；

c、渗碳体；

d、珠光体。

28. 将相应的牌号填入括号内，灰铸铁（B），高速钢（C），不锈钢（A）。

a、0Cr19Ni9；

b、HT200；

c、W18Cr4V。

29. 金属型铸造适用于（A）生产。

ａ、大批、大量；ｂ、小批量；

ｃ、成批、大量、也可单件。

三、名词解释（每题3分）

1. 第二类回火脆性:合金钢在450-650°C范围内回火后，缓冷时出现的脆性，是一种可逆的回火脆性。（书中：淬火合金钢在450-650°C回火时出现的回火脆性）

2. 二次硬化：钢中含有Cr、Mo、V、Ti、Ni等碳化物形成元素，经淬火并在500-600°C之间回火时，不仅硬度不降低，反而升高到接近淬火钢得高硬度的强化效应。（书中：淬火合金钢在500-600°C温度范围内回火时，硬度升高的现象）

3. 回火稳定性：淬火钢在回火时抵抗强度、硬度下降的能力

4. 固溶强化：通过形成固液体使金属强化的现象（书中：当溶质原子融入溶剂晶格，使溶剂晶格发生畸变，导致固溶体强度、硬度提高，塑性和韧性略有下降的现象）

5. 时效处理：金属工件经固溶处理，冷塑性变形，经铸造、锻造后，在较高的温度设置成定温，保持其性能、形状、尺寸随时间的变化的热处理工艺

6. 调质处理：淬火后高温回火的热处理方法

7. 淬透性：刚淬火时获得马氏体的能力

8. 淬火临界冷却速度（Vk）：冷却速度Vk与C曲线鼻尖相切点

9. 石墨化退火：可X段化退火使渗碳体在高温下长时间保温分解为团絮状石墨

10.铁素体：碳溶解与体心立方晶格α-Fe中所形成的固溶体

11.退火：将金属和合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺

12.同素异构转变：高温状态下的晶体，在冷却过程中晶格结构发生改变的现象

13.铸造工艺图：用红、蓝两色铅笔，将各种简明的工艺符号，标注在产品零件图上的图样

14.焊接性：金属材料对焊接加工的适应性

15.淬火：将刚加热到Ac3或Ac1以上，保温一定时间使其奥氏体化，再以大于临界冷却速度快速冷却，从而发生马氏体转变的热处理工艺

16.铸造：将液态金属浇注到铸型型腔中，讲其冷却凝固后，获得一定形状的毛胚或零件的方法

17.奥氏体：碳溶解于面心立方晶格γ-Fe中所形成的固溶体

18.加工硬化：随着塑性变形量得增加，金属的强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象

四、判断题（每题1.5分）

1．Ac1表示奥氏体向珠光体平衡转变的临界点。（X）

2．临界淬火冷却速度（VK）越大，钢的淬透性越高。（X）

3. 钢氮化处理后必须经过淬火才能获得高硬度。（X）

4．退火与正火在工艺上的主要区别是正火的冷却速度大于退火。（V）

5．球化退火可使过共析钢中严重连续网状二次渗碳体及片状共析渗碳体得以球状化。（V）6． 40钢比40Cr钢的淬透性、淬硬性和回火稳定性均低。（X）

7. 接近共晶成分的合金，流动性最好。（V）

８、1Cr13钢的含铬量比GCr15钢低。（X）

９、钢的加热温度低于727℃时，其组织不发生变化。（X）

10．用同一钢料制造的截面不同的两个零件，在相同条件下进行淬火，小件比大件的淬硬层深，故钢的淬透性好。（X）

11．感应加热表面淬火时，电流频率越高，淬硬层越深。（X）

12. 可锻铸铁由于具有较好的塑性，故可以进行锻造。（X）

13．由于可锻铸铁的塑性比灰铸铁好，所以是可以锻造的铸铁。（X）

14. 砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、压力铸造相比，大批生产时压力铸造的生产率最高。

(V)

15．承受重载荷的重要零件，例如轴、齿轮、连杆等大多采用锻件毛坯。（X）

16. 淬火钢随着回火温度的升高，钢的硬度值显著降低，这种现象称为回火脆性。（X）

17. 灰铸铁通过球化退火可以转变为球墨铸铁。（X）

18. 在室温下进行金属变形加工，称为冷加工。（X）

19. 淬透性好的钢，淬火后硬度一定很高。（X）

20. 将钢件加热到A1以下某一温度，保温、冷却，称为回火。（X）

21. 珠光体的含碳量是 6.69%。(0.77%) （X）

五、说出下列钢号属于哪一类钢，并说出牌号中各符号和数字的含义（每空1分）

六、填图及计算

1. 在下图中数字所标的七个区域内填上相应的组织组成物。（每空1分）

1：F+A 2：A+Fe3CⅡ 3：A+Fe3CⅡ+Ld 4：Fe3CⅠ+Ld 5：A 6：F+ Fe3CⅡ 7：F+P 8：P+Fe3CⅡ 9：P+Fe3CⅡ+Ld’ 10：Fe3CⅠ+ Ld’

Fe 0 0.0218 0.77 2.11 C% 4.3 6.69 Fe3C

2. 计算上图中含碳量为0.77%的铁碳合金中常温下铁素体与渗碳体的相对含

量。（4分）

七、问答题

1. 何谓共析反应和共晶反应？试比较这两种反应的异同点。

共析反应：一定温度下，一定成分的固相同时析出两种一定成分的固相的反应

共晶反应：一定温度下，一定成分的液相同时结晶出两种成分和结构都不相同的新固相的反应

相同点：共析和共晶转变都会形成两相混合物

不同点:相对于共晶体，共析体的组织较细小且均匀，共析反应母相是固相，而共晶则是液相2. 淬火的目的是什么？亚共析碳钢及过共析碳钢淬火加热温度应如何选择？试从获得的组织及性能等方面加以说明。

目的：获得马氏体，提高钢的性能、硬度和耐磨性

共析钢淬火温度为Ac3+30—50°C，组织为Wc≤0.5%时Mn和均匀而细小的马氏体，Wc>0.5%时为Mn+A

过共析钢淬火温度为Ac1+30—50°C，温度高于Accm，则奥氏体晶粒粗大，含碳量高，淬火后马氏体晶体粗大，A%增大，硬度、耐磨性下降，脆性、变形裂开倾向增加。组织物为M’+Fe3（颗粒+A’，这种组织不仅具有高强度、高耐磨性

3. 晶粒大小对金属的性能有什么影响？细化晶粒的方法有哪几种？

常温下，晶粒越细，晶界面积越大，因而金属的强度、硬度越高，同时塑性、韧性也好

高温下，晶界呈粘滞状态，在协助作用下易产生滑动，因而细晶粒无益，但晶粒太粗易产生应力集中，因而高温下晶粒过大过小都不好

方法：1：增大过冷度 2：变质处理 3：附加振动

4. 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？

1：亚共析钢才用完全淬火是因为如果加热温度过低（

2：过共析钢才用不完全淬火是因为如果加热温度高于Acm，则奥氏体晶粒粗大，含碳量高，淬火后马氏体晶粒粗大，残余奥氏体增多，使刚硬度、耐磨性下降，脆性变形裂开倾向增加5. 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？

选择合适的淬火方法可以在获得所要求的淬火组织和性能条件下，尽量减小淬火应力，从而减小工件变形和开裂的倾向

措施：单液淬火法，双液淬火法，分级淬火法，等温淬火法，局部淬火法，冷处理

6. 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。

7. . 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：810-830°C 高温回火：500-650°C 淬火组织：M 回火组织：回火索氏体8. 试说明下列合金钢的名称及其主要用途。

W18Cr4V、1Cr18Ni9Ti

高速钢，是合金工具钢中的重要钢种

奥氏体不锈钢，用于化工设备和管道

9. 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。

石墨形态：前者为片层状，后者为球状

球墨铸铁与灰铸铁相比，有高的强度和良好的塑性和韧性，屈服点比碳素结构钢高，疲劳强度接近中碳钢，同时，它具有灰铸铁的减震性，减磨性和小的缺口敏感性等优良性能，球墨铸铁中的石墨球的圆管度越好，球径越小，分布约均匀，则球墨铸铁的力学性能就越好（高强度，塑性、韧性好）

10. 拟用T10制造形状简单的车刀，工艺路线为：锻造—热处理—机加工—热处理—磨加工（1）试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用；

（2）指出最终热处理后的显微组织及大致硬度；

（3）制定最终热处理工艺规定（温度、冷却介质）

1：锻造：自由锻热处理：退火，改善切削性能机加工：切削

热处理：淬火，增加硬度及耐磨性，低温回火，细小的马氏体减少淬火应力，防止裂纹磨加工:锉削

2：细小回火马氏体，粒状合金碳化物，少量的残余奥氏体

3：温度：Ac1+30-50°C，冷却介质为油（空气、水选一…）

11. 下图为T8钢的等温转变曲线（C曲线），若使该钢在620℃进行等温转变，并经不同时间等温后，按图中1、2、3速度冷至室温，试问各获得什么组织？

700

550

Ms

1 2 3

Mf

1：M+残余A 2：残余A+M+S 3：M+S

12. 何谓再结晶？它对工件的性能有何影响？

金属的组织和性能又重新回到冷却变形前的状态，而且结晶出的经历与变形前完全一样，成为再结晶过程。

影响：强度、硬度降低，塑性、韧性升高，消除了加工硬化

机械工程材料（于永泗齐民第七版）课后习题答案

第一章

1-1、可否通过增加零件尺寸来提高其弹性模量：不能，弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。所以不能通过增大尺寸来提高弹性模量。

1-2、工程上的伸长率与选取的样品长度有关，为什么：伸长率等于，当试样(d)不变时，增加，则伸长率δ下降，只有当/为常数时，不同材料的伸长率才有可比性。所以伸长率与样品长度有关。

1-3、和两者有什么关系？在什么情况下两者相等？为应力强度因子，为平面应变断裂韧度，为的一个临界值，当增加到一定值时，裂纹便失稳扩展，材料发生断裂，此时，两者相等。

1-4、如何用材料的应力-应变曲线判断材料的韧性？所谓材料的韧性是指材料从变形到断裂整个过程所吸收的能量，即拉伸曲线（应力-应变曲线）与横坐标所包围的面积。

第二章

2-1、从原子结构上说明晶体与非晶体的区别。原子在三维空间呈现规则排列的固体称为晶体，而原子在空间呈无序排列的固体称为非晶体。晶体长程有序，非晶体短程有序。

2-2、立方晶系中指数相同的晶面和晶向有什么关系？相互垂直。

2-4、合金一定是单相的吗？固溶体一定是单相的吗？合金不一定是单相的，也可以由多相组成，固溶体一定是单相的。

第三章

3-1、说明在液体结晶的过程中晶胚和晶核的关系。在业态经书中存在许多有序排列飞小原子团，这些小原子团或大或小，时聚时散，称为晶胚。在以上，由于液相自由能低，晶胚不会长大，而当液态金属冷却到以下后，经过孕育期，达到一定尺寸的晶胚将开始长大，这些能够连续长大的晶胚称为晶核。

3-2、固态非晶合金的晶化过程是否属于同素异构转变？为什么？不属于。同素异构是物质在固态下的晶格类型随温度变化而发生变化，而不是晶化过程。

3-3、根据匀晶转变相图分析产生枝晶偏析的原因。①枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内，成分不均匀的现象叫做枝晶偏析。②结合二元匀晶转变相图可知，枝晶偏析产生的原因是固溶体合金的结晶只有在“充分缓慢冷却”的条件下才能得到成分均匀的固溶体组织。然而在实际生产中，由于冷速较快，合金在结晶过程中，固相和液相中的原子来不及扩散，使得先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素，而后结晶的枝晶中含有较多低熔点元素。③冷速越快，液固相间距越大，枝晶偏析越严重。

3-4、结合相图分析含0.45% C、1.2% C和3.0% C的Fe-C合金在缓慢冷却过程中的转变及室温下的组织。

①0.45% C: L→L+δ→L+δ+γ→L+γ→γ→γ+e→P+γ+α。室温组织：P+α②1.2%C：L→L+γ→γ+二次渗碳体→二次渗碳体。室温组织：P+二次渗碳体。③3.0%C：L→L+γ→L+γ+Le→γ+ Le+二次渗碳体→P+γ+二次渗碳体+一次渗碳体→Le’+二次渗碳体+P。室温组织：Le’+二次渗碳体+P。

3-6、说明Fe-C合金中5种类型渗碳体的形成和形态特点。一次渗碳

体：由液相直接析出，黑色的片层。二次渗碳体：含碳量超过0.77%

的铁碳合金自1148℃冷却至727℃时，会从奥氏体中析出二次渗碳体。沿奥氏体晶界呈网状排列。三次渗碳体：铁碳合金自727℃向室温冷却的过程中，从铁素体析出的为三次渗碳体。不连续网状成片状分布

于铁素体晶界。共晶渗碳体：共晶白口铸铁由液态冷却到1148℃是发生共晶反应，产生共晶奥氏体和共晶渗碳体。为白色基体。

共析渗碳体：共析钢液体在发生共析转变时，由奥氏体相析出铁

素体和共析渗碳体。为黑色的片层。

3-7、说明金属实际凝固时，铸锭的3中宏观组织的形成机制。铸锭的宏观组织由表层细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区3个晶区组成。①表层细晶区：当高温的液体金属被浇注到铸型中时，液体金属首先与铸型的模壁接触，一般来说，铸型的温度较低，产生很大的过冷度，形成大量晶核，再加上模壁的非均匀形核作用，在铸锭表面形成一层厚度较薄、晶粒很细的等轴晶区。②柱状晶区：表层细晶区形成以后，由于液态金属的加热及凝固时结晶潜热的放出，使得模壁的温度逐渐升高，冷却速度下降，结晶前沿过冷度减小，难以形成新的结晶核心，结晶只能通过已有晶体的继续生长来进行。由于散热方向垂直于模壁，因此晶体沿着与散热方向相反的方向择优生长而形成柱状晶区。③中心等轴晶区：当柱状晶区长大到一定程度，由于冷却速度进一步下降及结晶潜热的不断放出，使结晶前沿的温度梯度消失，导致柱

晶的长大停止。当心部液体全部冷却至实际结晶温度一下时，以杂志和被冲下的晶枝碎片为结晶核心均匀长大，形成粗大的等轴晶区。

第四章

4-1、为什么室温下金属的晶粒越细，强度、硬度越高，塑型、韧性也越好？因为金属的晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多，需要协调的具有不同位向的晶粒越多，金属塑性变形的抗力越高。从而导致金属强度和硬度越高；金属的晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，同时参与变形的晶粒数目也越多，变形越均匀，推迟了裂纹的形成于扩展使得在断裂前发生了较大的塑性变形，在强度和塑型同时增加的情况下，其塑型和韧性越好。

4-2、黄铜铸件上的数码不慎搓掉如何识别数码？用加热使它再结晶的方法可以使原来的数码再呈现。因为打字时会使铸件打字处产生塑性变形，有预变形存在，通过加热再结晶可使晶粒恢复到预变形之前的状态，使之显现出数码。

4-3、金属铸件的晶粒往往粗大，能否通过再结晶退火来细化其晶粒？为什么？不能，因为铸件没有产生预变形，故不能采用再结晶的方法。 4-4、铜只是通过冷加工及随后加热来细化晶粒，而铁则不需要冷加工，只需加热到一定温度便可使晶粒细化，为什么？因为铜不存在同素异构的现象，加热时晶体的结构不发生变形，所以采用冷加工破碎晶粒，产生预变形，从而来消除应力，而铁存在同素异构的现象，固态变相组织要比晶粒组织细，只需加热到一定温度便能使晶粒细化。 4-5、下列齿轮饼坯的加工方法中，哪种方法正确？为什么？（1）从热轧厚钢板上切下圆饼；（2）从热轧粗钢棒上切下圆饼；（3）由热轧钢棒镦成圆饼。选择由热轧钢棒镦成圆饼，因为这样可以控制铜的纤维素的走向与受力方向一致。

4-6、用冷拉铜丝绳（承受能力远超过工件质量）吊送刚出炉热处理工件去淬火，但在此工程中，铜丝发生断裂。为什么？原因是：冷拉钢丝绳经冷塑加工强度提高，强度大于载荷，但吊运热工件时其温度升高，使原子扩散能力升高，从而使其产生回复再结晶，晶粒恢复到以前的状态，强度降低，最终发生断裂。

4-7、钨在1100℃下的变形加工和锡在室温下的变形加工是冷加工还是热加工？为什么？再结晶温度=熔化温度×0.4，钨的熔点为3380℃，其再结晶温度为(3380+273)×0.4273=1187℃，加工温度小于再结晶温度，所以属于冷加工；锡的熔点为232℃，其再结晶温度为(232+237) ×0.4273=71℃，室温(25℃)大于再结晶温度，所以属于热加工。

4-8、在冷拔钢丝时常进行中间退火，原因？如何选择中间退火的温度？冷拔过程中产生很大应力,在使用过程中要把这种应力消除,使用中间退火会细化晶粒,产生预变形,使强度和硬度提升,消除应力,选取的温度应该小于再结晶温度。

4-9、用冷拔高碳钢丝缠绕螺旋弹簧，最后要进行何热处理，原因是？进行去应力退火,冷拔过程中产生很大应力,退火保证弹簧不会由于应力不确定而恢复原形,同时对弹簧的定型处理可以保证弹簧的弹力。4-10、反复弯折退火钢丝时，会感到越弯越硬，最后断裂，为什么？反复弯折会使晶粒变细,因而硬度提高,同时产生应力,使塑性降低,从而会被折断

第五章

5-3、判断下列说法正误，并说明原因。1.马氏体是硬而脆的相。错，马氏体是硬的相,渗碳体才是脆的相；

2.过冷奥氏体的冷却速度大于Vk时,则冷速越大,所得马氏体的硬度越高。错，马氏体硬度取决于含碳量,与冷却速度无关;

3.钢中的合金元素含碳量越高,其淬火后的硬度也越高。错,合金元素对淬透性的影响大,但对硬度影响小;

4.本质细晶粒钢的晶粒总是比本质粗晶粒钢的晶粒细。错,晶粒的大小与加热温度和保温时间有关.本质细晶粒钢只是加热时长大的趋向比本质粗晶粒钢小,但不代表本身比本质粗晶粒钢的晶粒细;

5.同种钢材在同样的加热条件下,总是水冷的比油冷的淬透性好,小件的比大件的淬透性好。错，钢的淬透性取决于其临界冷却速度,与工件尺寸和冷却介质无关。

5-4、生产中常把加热到淬火温度的钳工扁铲的刃部蘸入水中急冷后,出水停留一会,再整体投入水中冷却,两次水冷的作用及水冷后的组织。刃部入水急冷淬火,得马氏体,出水停留一段时间为回火得回火马氏体,再整体入水,抑制继续回火,保留回火组织。

5-5、用20钢进行表面淬火和用45钢进行渗碳处理是否合适？为什么？20钢不适合表面淬火,含碳量低会降低硬度和耐磨性；45钢不适合渗碳处理,碳含量足够,渗碳使低碳钢工件表面获得较高碳浓度。

5-6、钢经表面淬火或渗碳后,表层的残余应力是拉应力还是压应力？原因？压应力,因表面低温,收缩后心部的高温区产生塑性变形,冷却后内部部分弹性变形恢复。

5-7、一批45钢零件进行热处理时，不慎将淬火件和调质件弄混，如何区分开？为什么？用锯片试锯,淬火件比调质件难锯,因为淬火后工件硬度提高,二调质会降低硬度。

5-8、将两个T12钢小试样分别加热到780℃和860℃,保温后以大于的速度冷却至室温,试回答问题,并说明原因。1.哪个温度淬火后马氏体晶粒粗大？860,温度越高,奥氏体晶粒成长越快;2.哪个淬火后残余奥氏体量多？860,温度高，奥氏体含碳量高,转化充分,冷却时奥氏体越多;3.哪个淬火后末溶碳化物量多？780，溶碳能力较小;4.哪个淬火适合？780,因淬火加热温度以得到均匀细小奥氏体为原则,以便淬火后获得细小马氏体组织,高温下奥氏体易长大形成粗大奥氏体组织,故780加热好。

5-9、分别用45钢和15钢制造机床齿轮,要求齿表面具有高的硬度和耐磨性,心部具有良好的韧性.安排工艺路线,热处理工序目的及使用状态下的组织。 45:下料,锻造,退火(调整硬度),机加工,调质(得到颗粒状渗碳体),精加工,表面淬火加低温回火(加强强度和韧性),精加工,表层回火马氏体,心部回火索氏体;15:下料,锻造,正火(调整硬度),机加工,渗碳(提高表面硬度耐磨性),淬火加回火(加强强度和韧性),磨削,表层回火马氏体碳化物,心部回火索氏体。

5-10 马氏体组织有哪几种基本类型他们的形成条件、晶体结构、组织形态、性能有何特点？马氏体的硬度与含碳量关系如何？

（1）两种，板条马氏体和片状马氏体。（2）奥氏体转变后，所产生的 M 的形态取决于奥氏体中的含碳量，含碳量＜0.6%的为板条马氏体；含碳量在 0.6—1.0%之间为板条和针状混合的马氏体；含碳量大于 1.0%的为针状马氏体。低碳马氏体的晶体结构为体心立方。随含碳量增加，逐渐从体心立方向体心正方转变。含碳量较高的钢的晶体结构一般出现体心正方。低碳马氏体强而韧，而高碳马氏体硬而脆。这是因为低碳马氏体中含碳量较低，过饱和度较小，晶格畸变也较小，故具有良好的综合机械性能。随含碳量增加，马氏体的过饱和度增加，使塑性变形阻力增加，因而引起硬化和强化。当含碳量很高时，尽管马氏体的硬度和强度很高，但由于过饱和度太大，引起严重的晶格畸变和较大的内应力，致使高碳马氏体针叶内产生许多微裂纹，因而塑性和韧性显著降低。（3）随着含碳量的增加，钢的硬度增加。5-11淬透性与淬硬层深度两者有何联系和区别影响钢淬透性的因素有哪些影响钢制零件淬硬层深度的因素有哪些？

淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层的能力。不同的钢在同样的条件下淬硬层深不同，说明不同的钢淬透性不同，淬硬层较深的钢淬透性较好。淬硬性：是指钢以大于临界冷却速度冷却时，获得的马氏体组织所能达到的最高硬度。钢的淬硬性主要决定于马氏体的含碳量，即取决于淬火前奥氏体的含碳量影响淬透性的因素：

第六章

6-1、钢的质量为什么以磷,硫的含量来划分？

磷对钢有固化作用,

降低塑性韧性,产生冷脆现象;硫在加热时会使钢发生热脆现象,对钢质量影响很大。

6-2、什么是合金钢?与碳钢相比合金钢有哪些优点?为什么?指为了提高钢的性能,在碳钢基础上有意加入

一定量的合金元素所获得的铁基合金;强度高,塑性韧性好,焊接性好,冷热压力加工性能好,耐腐蚀性好,因为加入了金属成分。

6-3、加入钢中的合金元素的作用,举例。Cr含量高,不锈钢,含量低,提高强度;Mn提高耐磨性,细化晶粒;根据加入的元素可提高强度,韧性,耐磨性,耐腐蚀性,加工性能,机械性能。

6-4、用W18Cr4V制作盘形铣刀,安排其加工工艺路线,各热加工工序的目的及使用状态下的组织。工艺路线:下料-锻造-退火(降低硬度便于加工)-基加工-淬火(得到马氏体)-多次回火(消除应力,减少残余奥氏体)-磨削.回火马氏体,细颗粒状碳化物加少量残余奥氏体。 6-5、20CrMnTi与T12钢的淬透性与淬硬性差别,原因。

前者是渗

碳钢,低碳钢,淬透性好,淬硬性差.后者为高碳钢,淬透性差,淬硬性好。 6-8、说明碳素结构钢成分特点,常用热处理方法及使用状态下的组织和用途。塑性高,可焊接性好,热轧空冷,铁素体加珠光体,热轧板.带.棒及型钢使用。（掌握碳素结构钢就行）

6-9、说明下列牌号中Cr,Mn的作用。40Cr:提高强度;20CrMnTi:Cr提高韧性,Mn细化晶粒;GCr15SiMn:Cr 提高韧性强度,Mn细化晶粒;06Cr18Ni9:提高电位,耐腐蚀性。

6-11、材料库中:42CrMo,GCr15,T13,60Si2Mn.要做锉刀,齿轮,汽车板簧选,材热处理方法及组织。锉刀:T13,下料,退火,加工,淬火,低温回火,回火马氏体加颗粒状碳化物极少量残余奥氏体;齿轮:42CrMo,下料,退火,机加工,调质,精加工,表面淬火,低温回火,磨削,回火索氏体;板簧:60Si2Mn:下料,热处理,淬火,中温回火,回火托氏体。

第七章

7-1、什么叫做石墨化，影响石墨化的因素，说明铸铁各阶段石墨化过程中的组织变化。铸铁中碳原子的析出形成石墨的过程叫石墨化，影响：化学成分、冷却速度，一：结晶时一次石墨、二次石墨、共晶石墨析出，加热时一次渗碳体、二次渗碳体和共晶渗碳体分离；二：冷却时共析石墨析出和加热时共析渗碳体分解。

7-3、指出下列铸件采用铸铁种类和热处理方式，说明。（1）机床床身：灰口铸铁，退火，消除内应力；（2）柴油机曲轴：球墨铸铁，淬火加低温回火，高硬度和耐磨性；（3）液压泵壳体：灰铸铁，表面淬火，同上；（4）犁铧：可锻铸铁，石墨化加退火，强度韧性塑性；（5）冷冻机缸套：球墨铸铁，淬火加回火，消除内应力高强度和耐磨性；（6）球磨机衬板：白口铸铁，淬火加高温回火，高硬度。 7-4、铸铁件表面、棱角和凸缘处硬度较高，难以机械加工，为什么？如何处理？这些地方在浇注时冷却速度较快，形成了共晶白口状态，可退火处理。

7-5、灰口铸铁在性能上特点，为什么用在机床床身。1.含碳量高,工艺性好;2.耐磨性消震性好;3.机械性能低,抗拉强度和刚性好;4.价格低 7-7、下列牌号灰口铸铁的类别、数字含义及用途。HT200:灰铸铁,200为最低抗拉强度为200Mpa,用于机床,车床等;KTH350-10:黑心可锻铸铁,最低伸长率10%,汽车前后轮壳,减速器壳等;KTZ700-02:珠光体可锻铸铁,凸轮轴等;QT600-3:球墨铸铁,柴油机曲轴,主轴等;RuT420:蠕墨铸铁,活塞环汽缸套。

第十三章

13-2、在选材时应考虑的原则？1.使用性能原则;2.工艺性能原则;3.经济性原则。

13-4、某柴油机曲轴技术要求如下: σb≥650MPa,ak≥15J/cm2,轴体硬度为240~300HB,轴颈硬度大于等于55HRC.选材,制定生产工艺路线及各热处理工艺的工艺规范。QT600-3, 铸造成形→正火+高温回火→切削加工→轴颈表面淬火、回火→磨削。

13-7、选择下列零部件的材料,并简要说明理由。①机床主轴:45,低速,轻或中载荷,精度要求不高; ②成型车刀:T11,不会剧烈冲击,高硬度,耐磨性好; ③医疗手术刀:T30060,具有高的淬透性,强度高,韧性好;

④内燃机火花塞:陶瓷,耐热性好,导热性好; ⑤冷凝管:铜合金,在冷凝水中良好的耐蚀性,导电性好; ⑥赛艇身:铝合金,高强度,良好的耐蚀性,低温性,没有磁性; ⑦燃气轮机主轴:珠光体耐热钢或者铁基耐热合金,高温强度高; ⑧发动机活塞环:珠光体可锻铸铁,可以振动载荷。

名词解释：

屈服强度:是指材料开始产生明显塑性变形是的最低应力值；抗拉强度（强度极限）：是指材料在拉断前所能承受的最大应力；刚度：材料抵抗弹性变形的能力（弹性模量）

塑性：是指材料在力的作用性下，产生不可你用就变形的能力；韧性：材料断裂前吸收变形能量的能力；硬度：材料表面抵抗局部变形的能力；

疲劳强度：是材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力；

晶体：物质的指点（分子、原子、离子）在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质；合金：是由两种或两种以上的金属与非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质；

固溶体：当合金由液态结晶为固态时，组成元素间会像合金溶液那样相互溶解，形成一种在某种元素的晶格结构中包含有其它元素原子的新相；

金属化合物：凡是由相当程度的金属键结合，并具有明显金属特性的化合物；固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象；铁素体：碳溶在α-Fe中的一种间隙固溶体；奥氏体：碳溶在γ-Fe中的一种间隙固溶体；

一次渗碳体：从液态金属中直接结晶出的渗碳体；二次渗碳体：含碳量大于0.77%的铁碳合金自1148℃冷却至727℃时，从奥氏体中析出的渗碳体；三次渗碳体：一般铁碳合金从727℃缓冷至室温时，从铁素体中析出的渗碳体；

珠光体：铁素体与渗碳体的机械混合物；

滑移：是指晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面发生相对的移动；

回复：加热温度较低时，变形金属中的一些点缺陷和位错，在某些晶内发生迁移变化的过程；再结晶：变形金属加热到较高温度时，原子具有较强的活动能力，有可能在破坏的亚晶界处重新形核和长大，使原来破碎拉长的晶粒变成新的，内部缺陷较少的等轴晶粒，这种使晶粒的外形发生了变化，而晶格类型无任何变化的过程；

加工硬化：在机械加工过程中，工件表面层金属受到切削力的作用，产生塑性变形，使晶格扭曲，晶粒被拉长、纤维化甚至破碎而引起表面层的强度、硬度提高的现象；热加工：在再结晶温度以上的加工过程；奥氏体实际晶粒度：钢在具体加热条件下实际得到的奥氏体晶粒的尺寸；本质晶粒度：钢加热到930℃±10℃，保温8h，冷却后得到的晶粒度；马氏体：碳溶在α-Fe中的过饱和固溶体；

过冷奥氏体：钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到Ar1以下，即成为热力学不稳定状态的过冷奥氏体；退火：把钢加热到高于或低于临界点（Ac3或Ac1）的某一温度，保温一段时间，然后随炉冷却，以获得接近平衡组织的一种热处理工艺；

正火：把亚共析钢加热到Ac3+30℃～50℃，过共析钢加热到Acm+30℃～50℃，，保温后在空气中冷却的热处理工艺；

淬火：将钢加热到Ac3或Ac1以上30℃～50℃，保温后快速冷却的热处理工艺；

回火：把淬火钢件加热到A1以下某一温度，保温一段时间，然后冷却到室温的热处理工艺；淬透性：表示钢在淬火时获得马氏体的能力，在规定条件下，决定了钢材淬硬深度和硬度分布的特性；淬硬性：钢淬火后所能达到的最高硬度。

选择题：

1、下列晶体缺陷中，属于线缺陷的是（位错）。

A．间隙原子 B．位错 C．晶界 D．晶体表面 2、晶格中原子偏离平衡位置的现象称为（晶格畸变）。

A．晶格畸变 B．位错 C．同素异构转变 D．空位

3、奥氏体的力学性能特点是（ C ）。

A．强度高，塑性好，硬度低 B．强度高，塑性好，硬度高 C．强度低，塑性好，硬度低 D．强度低，塑性差，硬度低 4、金属的晶粒越细，晶界总面积越大，金属的强度（越高）

A．越高 B．越低 C．不变 D．无法判断 5、相变过程中的过冷和过热是（促进相变的动力）。

A．合金中原子扩散的条件 B．一种热处理缺陷 C．相变的阻力 D．促

进相变的动力 6、珠光体向奥氏体转变时，奥氏体晶核最容易在（ A ）形成。

A．铁素体渗碳体的相界面 B．渗碳体内 C．铁素体内 D、其它 7、贝氏体转变的相变类型是（半扩散型）。

A．扩散型 B．半扩散型 C．非扩散型 D．其它 8、钢经过淬火加中温回火处理后获得的组织是（回火屈氏体）。

A．珠光体 B．回火索氏体 C．回火屈氏体 D．回火马氏体 9、牌号10钢中碳元素的平均百分含量是（ 0.1% ）。

A．0.01% B．0.1% C．1% D．没有标示出来 10、牌号GCr9钢中合金元素Cr的平均质量分数是（ 0.9% ）。

A．0.09% B．0.9% C．9% D．没有标示出来 11、退火态20、T8及T13钢的强度排序应为（ T8T1320 ）。

A．20T8T13 B．T13T820 C．T8T1320 D．T820T13

12、共析钢的过冷奥氏体在A1~550℃之间等温转变时所获得组织产物是（珠光体）。 A．珠光体B．贝氏体 C．马氏体 D．回火马氏体 13、亚共析钢适宜的淬火加热温度一般为（ D ）。A．Accm+30~50℃ B．Ac1+30~50℃ C．Ac2+30~50℃ D．Ac3+30~50℃

14、对于平衡状态下的亚共析钢，随着含碳量的增加，其（硬度，强度均升高）。 A．硬度，强度均升高B．硬度下降，塑性升高 C．强度，韧性均下降 D．强度，塑性均不变 15、铸铁和碳钢的主要区别在于组织中是否有（莱氏体）

A．渗碳体 B．珠光体 C．铁素体 D．莱氏体 16、同一成分的铁碳合金组织中，硬度最高的是（马氏体）。

A．珠光体 B．索氏体 C．贝氏体 D．马氏体

17、含碳量为1％的碳钢平衡结晶到室温，则在室温下该合金中（珠光体含量为4％）。 A．相组成物为铁素体和珠光体 B．组织组成物是铁素体和二次渗碳体 C．珠光体含量为4％ D．铁素体总含量为85%

18、合金结构钢40Cr可用作车床主轴材料，其整体最终热处理工艺应该是（调质处理）。 A．淬火+低温回火 B．淬火+中温回火

C．调质处理 D．渗碳后淬火+低温回火

填空题：

1、在铁碳合金的平衡相图中，共晶点C以及共析点S的所对应的含碳量分别为 4.3% 、 0.77% 。

2、合金材料的相结构可以根据其化学成分以及晶体结构特点分为两大类，分别是固溶体、金属化合物。

3、绝大多数金属元素的晶体结构比较简单，其中最典型、最常见的三种晶体结构类型为体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格，相对应的代表金属元素分别有α-Fe、W、V、Cr 、γ-Fe、

Al、Ni、Cu 和 Mg、Zn 。

4、常用测定硬度的方法有布氏硬度测试法、洛氏硬度测试法和维氏硬度测试法等。

5、根据共析钢的C曲线，过冷奥氏体在A1线以下发生组织转变，其转变产物分别为珠光体、贝氏体和马氏体组织。

6、共析钢中奥氏体的形成过程包括奥氏体晶核的形成、奥氏体的长大、残余Fe3C溶解及奥氏体均匀化。

7、材料力学性能指标中，HR表示硬度指标，表示塑性指标。 8、钢淬火+低温回火后的组织是回火马氏体。

9、理论结晶温度与实际结晶温度之差，称为过冷度。 10、纯铁在912℃以下时晶体结构为体心立方晶格，在912℃~1394℃时晶体结构为面心立方晶格。 11、铁碳合金室温平衡组织中，Fe3CII的最大含量为 2.11% 。

12、球化退火是指将钢中的渗碳体球状化的工艺，它主要适用于过共析钢。判断题：

再结晶过程中金属的晶格类型发生了改变。（×）金属材料的弹性模量E越大，则其塑性越差。（×）形成二元匀晶相图的两金属组元的晶格类型可以不同，但其原子半径大小一定要相等。（×）钢能

进行热处理改性工艺的主要原因是钢具有固态相变的特性。（√）

工业应用的铁碳合金无论成分如何，在平衡条件下冷却到室温时，其相组成都是铁素体和渗碳体。（√）

钢加热到800℃时，其组织将转变为奥氏体。（×）

金属铸件可以通过再结晶退火来达到细化晶粒的目的。（√）临界冷却速度Vk的大小可以表征钢材淬火工艺性能的好坏。（×）

铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为0.77%的铁碳合金才能发生共析反应。（×）一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体的形态及晶格结构类型均不相同。（×）本质细晶粒钢加热后的实际晶粒一定比本质粗晶粒钢的细。（×）

在铁碳合金平衡相图中，奥氏体在1148℃时，溶碳能力可达4.3%。（×）同一钢材在相同的加热条件下，总是水冷比油冷的淬透性好。（×）问答题：

1、设计好刚度的零件，应根据何种指标选择材料？材料的弹性模量E越大，则材料的塑性越差。这种说法是否正确？为什么？

答：弹性模量E。这种说法不正确，因为弹性模量E是衡量刚度的指标，E越大，材料的刚度就越大，抵抗变形的能力就越强，而塑性是指材料产生永久变形而不破坏的能力，这两者之间并没有直接的联系。2、在铸造生产中，采取哪种措施控制晶粒大小？如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，铸件晶粒的大小。（1）金属模浇注和砂模浇注（2）高温浇注与低温浇注（3）浇注时采用振动与不采用振动

答：控制晶粒大小的措施：①增大过冷度；②进行变质处理；③附加振动

1.金属模浇注的晶粒小于砂模浇注的晶粒；

2.高温浇注的晶粒大于低温浇注的晶粒；

3.采用振动的晶粒小于不采用振动的晶粒。

3、为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金？为什么要进行压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金？

答：接近共晶成分的合金是在较低且恒定的温度下进行结晶的，同时熔点又最低，故金属液的流动性好，在结晶时易形成集中缩孔，偏析较小，铸件的致密性好，铸造性能好；通过选择适当的组成元素和适量的组成关系，可以使合金获得较纯金属高得多的强度和硬度，并保持了较高的塑性和韧性，总的来说，就是形成单相固溶体的合金具有较好的综合机械性能。 4、为什么细晶粒钢强度高，塑性、韧性也好？

答：晶界是一种面缺陷，能够有效地阻碍位错运动，使金属强化，晶粒越细，晶界越多也越曲折，强化作用越显著；晶粒越细，金属单位体积中的晶粒数越多，变形可以分散在更多的晶粒内进行，各晶粒滑移量的总和增大，故塑性好；同时，由于变形分散在更多的晶粒内进行，引起裂纹过早产生和发展的应力集中得到缓和，从而具有较高的抗冲击载荷能力，故韧性好。

5、热加工对金属组织和性能有何影响？钢材在热加工（如锻造）时，为什么不产生加工硬化现象？答：热加工将钢中的气孔焊合，分散缩孔压实，使材料的致密度增加，可将钢中的粗大枝晶和柱状晶破碎，使晶粒细化，可将钢中的各种夹杂物沿着变形方向伸长，但晶粒通过再结晶变成细等轴晶，而夹杂物却保留下来，形成使钢的机械性能有了方向性的纤维组织。由此可见，热加工改变了粗大的铸态组织，使金属组织得到改善，由于组织的改善，提高了金属的机械性能，特别是塑性、韧性提高得更多；加工硬化是在切削力的作用下使晶粒拉长，纤维化，从而提高金属表面的硬度和强度，而热加工是使钢中的各种夹杂物沿变形的方向伸长，晶粒再结晶后夹杂物被保留下来，形成纤维组织，使其在纤维方向上具有较高强度，两种强化的机理不同，因而不能产生加工硬化。

6、淬火的目的是什么？亚共析钢和过共析钢淬火加热温度应如何选择？为什么选这个范围？

答：淬火的目的是为了获得马氏体或下贝氏体组织，提高钢的机械性能。亚共析钢的淬火加热温度是Ac3+30℃～50℃，此时可全部得到奥氏体，淬火后得到马氏体组织，如果加热到Ac1或Ac3之间，这时得到奥氏体和铁素体组织，淬火后奥氏体转变成马氏体，而铁素体则保留下来，因而使钢的硬度和强度达不到要求，如果淬火温度过高，加热后奥氏体晶粒粗化，淬火后会得到粗大马氏体组织，这将使钢的机械性能下降，特别是塑性和韧性显著下降，并且淬火时容易引起零件变形和开裂；过共析钢的淬火温度是Ac1+30℃～50℃，这时得到奥氏体和渗碳体组织，淬火后奥氏体转变成马氏体，而渗碳体则保留下来，获得均匀细小的马氏体和颗粒状渗碳体的混合组织，由于渗碳体的硬度比马氏体还高，所以钢的硬度不但没

有降低，而且还可以提高钢的耐磨性，如果将过共析钢加热到Acm以上，这时渗碳体已全部溶入奥氏体中，增加了奥氏体的含碳量，因而钢的Ms点下降，从而使淬火后的残余奥氏体量增多，反而降低了钢的硬度和耐磨性，另外，温度高还将使奥氏体晶粒长大，淬火时易形成粗大的马氏体，使钢的韧性降低。

分析题：

铁碳合金相图综合分析：各特征点温度、成分、含义，各特征线的含义（水平线所代表的相变反应）、各区所对应的相、组织等，杠杠定律的应用。

共析钢过冷奥氏体转变图：不同冷却方式下所对应的热处理名称及组织名称等。

钢号、钢种、含碳量、合金元素含量及其作用，热处理特点及组织等。

Q235AF：屈服强度为235MPa的高级碳素结构钢、沸腾钢。Q345：屈服强度为345MPa的低合金高强度结构钢。08F、10F、T8、T10A、（15Cr、20、20CrMnTi是渗碳钢）、（40、40Cr、40Mn、40CrNiMo、45、50是调质钢）、（55Si2Mn、60Si2Mn、65、65Mn是弹簧钢）、（GCr9、GCr15、GCr15SiMn是滚动轴承钢）、（ZGMn13是铸钢、耐磨钢）、9SiCr是低合金工具钢、5CrNiMo热锻模钢、Cr12MoV冷作模具钢、W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2是高速钢、（1Cr13、3Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti都是不锈钢，前面的1、3表示其碳含量在0.1%到1.0%之间，0表示其碳含量在0.03%到0.1%之间）、HT200：最低抗拉强度为200MPa 的灰口铸铁。QT600：最低抗拉强度为600MPa的球墨铸铁。（LF21、LF5防锈铝合金）、（LD5可锻铝合金）、（H80、H68含80%和68%铜的黄铜[铜锌合金]）

给定零件的加工工艺路线中各热处理

1、判断下列说法正误，并说明原因。

（1）马氏体是硬而脆的相。

错，马氏体是硬的相,渗碳体才是脆的相；

（2）过冷奥氏体的冷却速度大于Vk时,则冷速越大,所得马氏体的硬度越高。

错，马氏体硬度取决于含碳量与冷却速度无关

（3）钢中的合金元素含碳量越高,其淬火后的硬度也越高。

错,合金元素对淬透性的影响大,但对硬度影响小;

（4）本质细晶粒钢的晶粒总是比本质粗晶粒钢的晶粒细。

错,晶粒的大小与加热温度和保温时间有关.本质细晶粒钢只是加热时长大的趋向比本质粗晶粒钢小,但不代表本身比本质粗晶粒钢的晶粒细

（5）同种钢材在同样的加热条件下,总是水冷的比油冷的淬透性好,小件的比大件的淬透性好。

错，钢的淬透性取决于其临界冷却速度与工件尺寸和冷却介质无关

2、马氏体组织有哪几种基本类型他们的形成条件、晶体结构、组织形态、性能有何特点？马氏体的硬度与含碳量关系如何？

（1）两种，板条马氏体和片状马氏体。（2）奥氏体转变后，所产生的 M 的形态取决于奥氏体中的含碳量，含碳量＜0.6%的为板条马氏体；含碳量在 0.6—1.0%之间为板条和针状混合的马氏体；含碳量大于 1.0%的为针状马氏体。低碳马氏体的晶体结构为体心立方。随含碳量增加，逐渐从体心立方向体心正方转变。含碳量较高的钢的

晶体结构一般出现体心正方。低碳马氏体强而韧，而高碳马氏体硬而脆。这是因为低碳马氏体中含碳量较低，过饱和度较小，晶格畸变也较小，故具有良好的综合机械性能。随含碳量增加，马氏体的过饱和度增加，使塑性变形阻力增加，因而引起硬化和强化。当含碳量很高时，尽管马氏体的硬度和强度很高，但由于过饱和度太大，引起严重的晶格畸变和较大的内应力，致使高碳马氏体针叶内产生许多微裂纹，因而塑性和韧性显著降低。（3）随着含碳量的增加，钢的硬度增加。

3、说明共析碳钢C曲线各个区、各条线的物理意义并指出影响C曲线形状和位置的主要因素。

4、淬透性与淬硬层深度两者有何联系和区别影响钢淬透性的因素有哪些影响钢制零件淬硬层深度的因素有哪些？

淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层的能力。不同的钢在同样的条件下淬硬层深不同，说明不同的钢淬透性不同，淬硬层较深的钢淬透性较好。淬硬性：是指钢以大于临界冷却速度冷却时，获得的马氏体组织所能达到的最高硬度。钢的淬硬性主要决定于马氏体的含碳量，即取决于淬火前奥氏体的含碳量影响淬透性的因素：

5、用20钢进行表面淬火和用45钢进行渗碳处理是否合适？为什么？

20钢不适合表面淬火,含碳量低会降低硬度和耐磨性；45钢不适合渗碳处理,碳含量足够,渗碳使低碳钢工件表面获得较高碳浓度。

6、一批45钢零件进行热处理时，不慎将淬火件和调质件弄混，如何区分开？为什么？

用锯片试锯,淬火件比调质件难锯,因为淬火后工件硬度提高,二调质会降低硬度。

7、将两个T12钢小试样分别加热到780℃和860℃,保温后以大于的速度冷却至室温,试回答问题,并说明原因。

（1）哪个温度淬火后马氏体晶粒粗大？

860,温度越高,奥氏体晶粒成长越快

（2）哪个温度加热淬火后马氏体含碳量较多？

860,温度高，奥氏体含碳量高,转化充分

（3）哪个淬火后残余奥氏体量多？

（4）哪个淬火后末溶碳化物量多？

780，溶碳能力较小

（5）哪个淬火适合？为什么？

780,因淬火加热温度以得到均匀细小奥氏体为原则,以便淬火后获得细小马氏体组织,高温下奥氏体易长大形成粗大奥氏体组织,故780加

热好。

8、分别用45钢和15钢制造机床齿轮,要求齿表面具有高的硬度和耐磨性,心部具有良好的韧性.安排工艺路线,热处理工序目的及使用状态下的组织。

45:下料,锻造,退火(调整硬度),机加工,调质(得到颗粒状渗碳体),精加工,表面淬火加低温回火(加强强度和韧性),精加工,表层回火马氏体,心部回火索氏体;15:下料,锻造,正火(调整硬度),机加工,渗碳(提高表面硬度耐磨性),淬火加低温回火(加强强度和韧性),磨削,表层回火马氏体碳化物,心部回火索氏体。

第一章金属的机械性能（了解）

1．低碳钢的拉伸图

2．材料的性能：强度、刚度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性。

第二章材料的组成和内部结构特征

⒈掌握概念（名词解释）：

固溶体、固溶强化、枝晶偏析、A、F、P、F e3C;

⒉合金中的基本相结构：固溶体和金属间化合物

⑴固溶体：产生晶格畸变，增加晶体位错移动的阻力，使滑移变形难以进行，使金属得到强化。

⑵金属化合物：熔点、硬度高、脆性大。碳钢中的Fe3C。对钢的强度和耐磨性有重要的作用。

⑶金属化合物对固溶体基体的强化作用：

弥散硬化：当金属间化合物以极小的粒子均匀分布在固溶体基体上通常能提高合金的强度、硬度以及耐磨性，但会降低合金的塑性和韧性。

⒊掌握铁碳相图基本知识：

⑴正确填写铁碳相图的相组成物相图

⑵两条水平线是什么线，能写出反应式，解释共晶、共析反应。

⑶正确填写铁碳相图的组织组成物相图

第3章工程材料成型过程中的行为与性能变化掌握概念：冷加工、热加工、回复、再结晶，加工硬化

⒈掌握金属的凝固

⑴纯金属的结晶：由晶核的形成和长大这两个基本过程组成；晶核的形成：存在有两种方式，即自发形核和非自发形核；晶体长大的形态：有平面推进、树枝状生长两种；金属结晶过程缺陷的产生：缩孔和疏松，液体供应不充分，最后凝固的树枝晶之间的间隙不能被填满，将形成缩孔和疏松等缺陷。

⑵合金结晶的特点：合金结晶时有相的变化、成分变化，有成分偏析，它将引起铸件力学性能恶化和抗腐蚀性能降低。

⑶晶粒大小和控制：控制过冷度、加入形核剂、机械方法（振动与搅拌）

⒉掌握铸造过程中的材料行为及性能变化

⑴铸锭组织：表面细晶粒层、柱状晶粒层、中心等轴晶粒区

⑵铸锭结构中主要的缺陷。

①缩孔与缩松

集中的缩孔：金属凝固时体积要收缩，如果得不到液体的补充，就会形成缩孔。

缩松（分散性缩孔）：树枝晶结晶时不能保证液体的补给而在枝晶间和枝晶内形成细小而分散的缩孔。

②气孔

③非金属夹杂物

外来非金属夹杂物由冶炼、浇铸过程中炉衬、型壁材料等脱落进人铸锭带来；

金属内部各种化学反应生成，非金属夹杂物很大的脆性，破坏金属晶体的连续性，促进裂纹的萌生和扩展削弱金属的机械性能。

④成分偏析

枝晶偏析（微观偏析）：局限于一个或几个晶粒尺寸范围内的偏析。可用扩散退火的方法来消除宏观偏折（或域偏析）：同一铸件中，表面和中心、上层和下层的化学成分也可能存在不均匀，这种较大尺寸范围内出现的偏析。

消除枝晶偏析：扩散退火或均匀化退火→把有枝晶偏析的合金加热到高温，长时间保温，使固溶体中原子充分扩散．以达到成分的均匀化。

⒊掌握冷塑性变形过程中的材料行为及性能变化

冷塑性变形对金属组织与性能的影响

冷塑性变形金属加热时组织与性能的变化

⒋掌握热塑性变形过程中的材料行为及性能变化

金属的热加工和冷加工

热塑性变形对金属组织和性能的影响

第4章改善材料性能的热处理、合金化及改性

⒈掌握概念： P、S、T、B、M、S回、T回、M回、、完全退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、正火、淬火、淬透性、淬硬性、表面淬火、渗碳、调质。

⒉掌握金属材料在加热与冷却过程中的主要变化

⑴钢在加热时的转变（奥氏体的形成）

⒈）转变温度

共析钢

：加热超过PSK线（A1）时，完全转变为奥氏体，

平衡状态下亚共析钢：必须加热到GS线（A3）以上

过共析钢：必须加热到ES线（A CM）以上，才能全部获得奥氏体。

⒉）奥氏体的形成：晶核形成、晶核长大、剩余渗碳体溶解、奥氏体成分均匀化四个基本过程。

⒊）影响奥氏体转变的因素

①加热温度：提高加热温度，加速了奥氏体的形成。

②加热速度：加热速度越快，缩短奥氏体的形成时间。

③．钢中碳含量：碳含量增加时，转变速度加快。

④．合金元素：大部分合余元素加入钢中，减慢了奥氏体的形成速度。

⑤．原始组织：片状珠光体奥氏体形核长大快＞粒状珠光体。

⑵、钢的冷却转变（等温冷却）：共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和特性

1）珠光体类转变组织： (高温转变区)，在A1～550℃之间

2）贝氏体转变(中温转变)：

转变温度：在550℃～Ms：之间，

550℃~350℃上贝氏体半扩散型，Fe不扩散，C原子有一定的扩散能力羽毛状碳化物在F间，韧性差

350℃~MS下贝氏体C原子有一定的扩散能力针状碳化物在F内，韧性高，综合机械性能好