金属学及热处理试题

金属学及热处理试题

1、过冷奥氏体是指过冷到（）温度以下，尚未转变的奥氏体。

A、Ms

B、Mr

C、A

1

2、确定碳钢淬火加热温度的主要依据是（）。

A、C曲线

B、铁碳相图

C、钢的Ms线

3、淬火介质的冷却速度必须（）临界冷却速度。

A、大于

B、小于

C、等于

4、T12钢的淬火加热温度为（）。

A、Ac

cm +30-50°C B、Ac

3

+30-50°C C、Ac

1

+30-50°C

5、钢的淬透性主要取决于钢的（）。

A、含硫量

B、临界冷却速度

C、含碳量

D、含硅量

6、钢的热硬性是指钢在高温下保持（）的能力。

A、高抗氧化性

B、高强度

C、高硬度和高耐磨性

7、钢的淬硬性主要取决于钢的（）。

A、含硫量

B、含锰量

C、含碳量

D、含硅量

8、一般来说，碳素钢淬火应选择（）作为冷却介质。

A、矿物油

B、20°C自来水

C、20°C的10%食盐水溶液

9、钢在一定条件下淬火后，获得淬硬层深度的能力，称为( ).

A、淬硬性

B、淬透性

C、耐磨性

10、钢的回火处理在（）后进行。

A、正火

B、退火

C、淬火

11、调质处理就是（）的热处理。

A、淬火+低温回火

B、淬火+中温回火

C、淬火+高温回火

12、化学热处理与其热处理方法的主要区别是（）。

A、加热温度

B、组织变化

C、改变表面化学成分

13、零件渗碳后一般须经（）处理，才能使表面硬而耐磨。

A、淬火+低温回火

B、正火

C、调质

14、用15钢制造的齿轮，要求齿轮表面硬度高而心部具有良好的韧性，应采用（）热处理

A、淬火+低温回火

B、表面淬火+低温回火

C、渗碳+淬火+低温回火

15、用65Mn钢做弹簧，淬火后应进行（）；

A、低温回火

B、中温回火

C、高温回火

1、（

2、（）珠光体向奥氏体的转变也是通过形核及晶核长大的过程进行的。

3、（）珠光体、索氏体、托氏体都是片层状的铁素体和渗碳体的混合物，所以它们的力学性能相

同。

4、（）钢在实际加热条件下的临界点分别用Ar

1、Ar

3

、Ar

cm

表示。

5、（）在去应力退火过程中，钢的组织不发生变化。

6、（）钢渗碳后无需淬火即有很高的硬度和耐磨性。

7、（）由于正火较退火冷却速度快，过冷度大，转变温度较低，

获得组织细，因此同一种钢，正火要比退火的强度和硬度高。

8、（）含碳量低于0

、

25%的碳钢，可用正火代替退火，以改善切削加工性能。

9、（）钢的含碳量越高，选择淬火加热温度也越高。

10、（）表面淬火的零件常用低碳结构钢制造，经淬火表面获得高硬度。

11、（）淬透性好的钢，淬火后硬度一定很高。

12、（）完全退火不适用于高碳钢。

13、（）淬火钢在回火时，其基本趋势是随着回火温度的升高，钢的强度、硬度下降，而塑性、

韧性提高。

以下，回火过程中无组织变化。

14、（）钢回火的加热温度在A

1

15、（）感应加热表面淬火，淬硬层深度取决于电流频率：频率

越低，淬硬层越低，淬硬层越浅；反之，频率越高，淬硬层越深。

三填空

1、钢的热处理是通过钢在固态下的_________、_________和_________三个阶段，使其获得所需组织结构与性能的一种工艺。

2、根据钢含碳量的不同，分为低碳钢含碳量 <_________、中碳钢及高碳钢含碳量 >_________三类。

3、根据铸铁中碳存在的形态，铸铁可分为_____________、_____________、_____________和

________________四类。

4、共析钢在加热时，珠光体转变为奥氏体的过程是由_______________、_____________和

____________三个过程组成的。

6、白口铸铁中的碳主要以形式存在，灰口铸铁中的碳主要以形式存在。

8、对共析钢来说，通常炉冷得到，空冷得到，水冷得到。

9、常用的退火方法有_________、_________和_________等。

10、球化退火获得________组织，降低钢的________，提高切削加工性，并为最终热处理作组织准备。主要用于共析钢和________钢。

11、常用的淬火方法有________、________、_______和 _______等。

12、亚共析钢的淬火加热温度为________以上30--50°C，加热后得到_________组织，快速冷却后得到_________组织，过共析钢的淬火加热温度为_________以上30—50°C，加热后得到_________组织，快速冷却后得到_________组织。

14、感应加热表面淬火法，按电源频率不同，可分为__________、_________和_________三种。电流频率越高，淬硬层越_________。

15、回火温度的不同，回火分为________、________和_______三类。

四名词解释

1、钢的化学热处理

2、正火和退火

3、淬透性与淬硬性：

4、钢的表面热处理 5.抗蚀渗氮

考试科目： 金属学与热处理

一、 名词解释 1晶胞 2枝晶偏析 3过冷度 4固溶强化： 5加工硬化：

二、 判断题，正确的打√，错误的打×

1）过冷度越大，晶体生长速度越快，晶粒长得越粗大。 （ ）

2）晶界处原子处于不稳定状态，故其腐蚀速度一般都比晶内快。 （ ） 3）无论温度分布如何，常用纯金属生长都是呈树枝状界面。 （ ） 4）再结晶是形核—长大过程，所以也是一个相变过程。（ ） 5）原子扩散的真正驱动力是浓度剃度。 （ ） 6）螺型位错和刃型位错都可以进行交滑移。 （ ）

7）微观内应力是由于塑性变形时，工件各部分之间的变形不均性所产生的。（ ） 8）回复可使冷变形金属的加工硬化效果及内应力消除。 （ ）

9）流线是热变形工件的组织特征，依此可判断材料的加工方式。 （ ） 10）采用适当的再结晶退火，可以细化金属铸件的晶粒。 （ ）

三、 填 空

1）布拉菲点阵共有种，归纳为个晶系；面心立方结构单个晶胞中的原子数为，密排六方结构单个晶

胞中的原子数为。

2）由热激活离开平衡位置的原子可以有两个去处，一是迁移到晶体的表面上所形成的空位称

为空位；二是迁移到晶体点阵的间隙中所形成的空位称为空位。

3）刃型位错的柏氏矢量与位错线相互；螺型位错的柏氏矢量与位错线相互。 4）铸锭组织的三个晶区分别为 ， ， 。

5）钢的淬透性是指主要取决于； 钢的淬硬性是指主要取决于 。 6）淬火钢回火时其组织转变包括 、 、、、。

四、问答题 （每题8分，共40分） 1为什么只有置换固熔体的两个组元之间才能无限互溶，而间隙固熔体则不能？ 2如图所示一位错环，能否各部分都是螺型位错或各部分都是刃型位错，为什么？

指出个部分位错的性质。

3 如图所示为K 0< 1时，单向结晶的溶质分布图。分别指出图中a 、b 、c 、d 四条溶质分布曲线的结晶条件。

4

(1) 试述变形后铜片沿片长方向晶粒的变化情况；

(2) 试述经完全再结晶后晶粒大小沿片长方向的变化情况；

已凝固体积的体积分数 溶质浓度

5试述马氏体具有高强度、高硬度的原因？

五、绘图、分析及计算（总分45分）

1 作图表示立方晶系、，和等晶面和晶向。（6分）

2 请根据所附二元共晶相图分析解答下列问题：（15分）

1）分析合金 I、II 的平衡结晶过程，并绘出冷却曲线；

2）说明室温下 I、II 的相和组织是什么？并计算出相和组织的相对含量；

3）如果希望得到室温组织为共晶组织和 5% 的β初晶相的合金，求该合金的成分；

4）分析在快速冷却条件下， I、II 两合金获得的组织有何不同。

3.绘出Fe－FeC3相图并完成下列问题。（24分）

（1）在相图中标出各区的组织组成物；

（2）标出A1、A3、Acm线的位置；

（3）分析含碳量为3.0％的白口铸铁的平衡结晶过程，指出室温下的组织组成物，并计算各组织的相对量。

六、综合分析（总分15分）

某厂拟用65钢制造一批小弹簧，要求HRC45-50，其工艺路线为：

下料→锻造→预先热处理→粗加工及成型→最终热处理→精加工→成品

（1）画出预先热处理和最终热处理的工艺曲线图，

（2）指出各热处理工艺名称、作用及所获组织。

（3）如果需要制造的弹簧尺寸较大，应选用什么钢？

七、公式推导题（10分）

当扩散系数D是与浓度无关的常数时,请推导出菲克第二定律的数学表达式。

第二章金属和合金的晶体结构

1、名词概念

晶体、晶格、晶胞、致密度、配位数、单晶体、多晶体、空位、位错、晶界、

亚晶界、

2、金属材料三种典型晶体结构的名称、原子排列方式、原子个数、原子半径、致

密度和配位数；

3、金、银、铜、铁、铝等元素分别属于什么晶体结构？

4、单晶体与多晶体有什么区别？

5、晶体缺陷包括几种类型？

6、在晶界处金属的性能有什么特点？

7、已知铁原子的直径 d =2.54埃,铜原子的直径 d =2.55埃,试求铁和铜的晶格常数?

8、在立方晶格中画出下列晶向和晶面：

（110）、（101）、（102）、（112）、（201）

[110]、[101]、[102]、[112]、[201]

9、标出图中影线所示的晶面和晶向的指数；

10、为什么单晶体具有各向异性？宏观金属又为什么并不表现出各向异性？

11、金属有哪些特性？这些特性与金属的原子结合方式有什么关系？

12、合金的组织有几种类型？

13、影响固溶体晶体结构和溶解度的因素有哪些？

14、金属化合物在结构上和性能上有什么特点？

15、合金的组织有几种类型？

16、什么是弥散强化？

17、间隙固溶体和间隙相是一样的相吗？

第三章金属的结晶

1、名词概念：

过冷、过冷度、形核、长大、枝晶长大、变质处理、同素异构转变、

形核功、能量起伏、相、组织、固溶体、金属化合物、固溶强化、相图、相律、自由度、非平衡结晶、共晶转变、包晶转变、共析转变、偏析、成分过冷；

2、液态金属和固态金属的结构有什么不同？

3、过冷度与冷却速度有什么关系？

4、形核率N和长大速度V

与过冷度有什么样关系？

g-

5、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）金属型铸造与砂型铸造；

（2）高温浇铸与低温浇铸；

（3）铸成薄避件与铸成原避件；

（4）大体积铸件的表面部分与中心部分；

6、什么是非自发形核和自发形核？实际金属结晶时常以哪种方式形核？

7、金属的结晶须具备哪些条件？

8、晶体的长大方式怎样？举例说明；

9、合金的冷却曲线与纯金属的冷却曲线有什么不同？

10、判断下列相图是否正确：

11、已知A与B在液态时能无限溶解，在固态300℃时A溶于B的最大溶解度为30%，室温下为10%；但B在固态下不溶于A，在300℃时含有40%B的液态合金发生共晶转变；现要求：

（1）做出A-B相图；

（2）分析20%B、80%B合金的平衡结晶过程，并计算室温组织中共晶体的相对含量；

12、一个二元共晶反应如下：

L（75%B）————（15%B）+ （95%B）

（1）求共晶体中α和β的相对含量；

（2）一合金的室温组织中β与（α +β）共晶体各占50%，求该合金成分；

13、有形状、尺寸相同的现个Cu—Ni合金不平衡结晶后，哪个合金的偏析比较严重？

（一个为90%Ni，一个为50%Ni）

14、简述二元匀晶相图、共晶相图与合金的力学性能、工艺性能之间的关系；

15、共晶体是一个相吗？铸造合金常选用接近共晶成分的合金，这是为什么？

第四章铁碳合金相图

1、名词解释

铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体、共析钢、亚共析钢、过共析钢

2、写出相图中的共析反应，它与共晶反应有什么不同？

3、默写铁碳相图（省略包晶反应）；并标出各点的符号、温度、成分以及各相区

的相组成；

4、分析含碳0.01%、0.4%、1.2%铁碳合金的平衡结晶过程及室温平衡组织；并计算室温组织中组织组成物和相组成物的相对含量；

C？它们之间有什么不同？

5、铁碳合金中有几种形式的F

3

6、由于某种原因，一批钢材的标签丢失；经金相检验这批钢材的组织为F和P，

其中F占80%。试问这批钢材的含碳量为多少？

8、根据铁碳相图，回答下列问题：

（1）1%C合金的硬度比值0.5%C的硬度高；

（2）1.2%C合金的强度比值0.77%C的强度低；

（3）为什么绑扎物体选用低碳铁丝；吊车吊运物体时选用中碳的钢丝绳？

（4）为什么要“趁热打铁”？

（5）钢和铸铁都能进行锻造吗？为什么？

9、简述C%与铁碳合金组织、性能之间的关系；

10、铁碳相图有哪些局限性；

11、钢中常有哪些杂质？它们对钢的性能有什么影响？

12、碳钢如何分类？各种钢如何编号？

13、填表：

第五章三元合金相图

1、名词解释

成分三角形、直线法则、重心法则、二元共晶线、三元共晶线、水平截面图、

垂直截面图；

2、在成分三角形ABC中画出含A40%的所有三元合金；画出含B、C二组元相等的所有合金；

3、含A40%、B20%的ABC三元合金在温度T时处于三相平衡。已知三相的成分分别为：

（A70%、C20%）；（A20%、C20%）；（A20%、C70%）；试用作图法求三相的相对含量；

4、已知在固态下不相溶的三元共晶相图的投影图：

（1）说明合金H1、H2、H3、H4的结晶过程并计算室温组织中各部分的相对含量；

（2）画出过EF线的垂直截面图；

5、三元合金相图和二元合金相图有哪些区别？

6、三元匀晶相图的投影图应用；

第六章金属的塑性变形与再结晶

1、名词概念

滑移、滑移系、晶粒细化、加工硬化、回复、再结晶、再结晶温度、热变形

加工、冷变形加工

2、金属的塑性变形方式有几种？

3、为什么具有面心立方晶格的铜、铝比具有体心立方晶格的铁塑性好？而铁的

塑性又比具有密排六方晶格的锌好？

4、为什么通过位错的移动实现滑移时需要的力量小？

5、为什么具有细小晶粒的材料力学性能好？

6、位错密度对材料的力学性能有什么影响？

7、金属经过冷塑性变形后，组织和性能有什么样变化？

8、举例说明加工硬化在实际中的应用；

9、变形内应力分几种？各对材料产生什么影响？

10、在回复、再结晶过程中材料的组织和性能发生哪些变化？在实际中有什么意义？

11、用冷拉钢丝绳向电炉内吊装一大型工件，并随工件一起加热。在加热完毕

后向炉外吊远时钢丝绳发生断裂，这是为什么？

12、简要比较液态金属结晶、重结晶和再结晶；

14、金属铸件能否通过再结晶退火来细化晶粒？

15、固溶强化、晶粒细化、加工硬化有什么相同之处和不同之处？

金属学及热处理考研试题

考试科目：金属学及热处理报考专业：材料学、材料加工工程、材料物理与化学

一、（10分）分别写出体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格晶体的滑移面、滑移方向和滑移系数目。在其它条件相同时，那种晶体结构的晶体塑性最好？那种最差？为什么？

二、（15分）什么是滑移？绘图说明在拉伸变形时，晶体滑移过程中的转动机制。

三、（15分）用45号钢（Wc=0.45% ）制造机床主轴，要求具有良好的机械性能，请制订预备热处理及最终热处理工艺规程（包括工艺名称和具体工艺参数），并分别说明预备热处理及最终热处理后获得的显微组织。（Ac1=730℃，Ac3=800℃）

四、（15分）A、B、C三组元的熔点tA>tB>tC，三个二元共晶温度tE1>tE2>tE3,tC>tE1,

1.根据给出的三元共晶相图的投影图，作出hk变温截面图；

2.作出t=tE2时的等温截面图。

五、（15分）画出由两个包晶转变、一个共析转变和一个包析转变组成的二元合金状态图。

六、（15分）什么是均匀形核？什么是非均匀形核？非均匀形核时，球冠状晶核以及晶核与基底的关系如图所示，试推导出临界晶核曲率半径和形核功。

七、（15分）说明Al-4%Cu合金的过饱和固溶体在190℃时效脱溶过程及力学性能的变化。

金属学及热处理

考试科目：金属学及热处理

一、（10分）已知铜单晶的{111}<110>滑移系得临界分切应力为1Mpa。直径为1mm的铜单晶丝受轴向拉伸，加载方向平行于单晶的[001]方向，若使铜单晶丝不产生明显的塑性变形，求此单晶丝能承受的最大轴向载荷是多少？（计算结果保留3位有效数字）

二、（15分）根据组元间固态下互不溶解的三元共晶相图的投影图（如右图所示），说明O点成分合金平衡结晶过程，画出冷却曲线示意图，并写出室温下该合金的组织组成物相对含量的表达式。三、（15分）求珠光体组织中铁素体相的相对含量是多少？若某铁碳合金组织中除有珠光体外，还有15%的二次渗碳体，试求该合金的含碳量是多少？

四、（15分）试叙述贝氏体的转变特点，并比较与珠光体和马氏体转变的异同点。

五、（15分）什么是异分结晶？说明如何利用区域熔炼方法提纯金属。提纯效果与什么因素有关？

六、（15分）某厂对高锰钢制造的碎矿机颚板经1100℃加热后，用崭新的优质冷拔态钢丝绳吊挂，由起重吊车运往淬火水槽，行至途中钢丝绳突然发生断裂，试分析钢丝绳发生断裂的主要原因。

七、（15分）用T10A钢（Wc=1.0%，Ac1=730℃，Accm=800℃）制造冷冲模的冲头，试制订预备热处理工艺（包括工艺名称和具体参数），并说明预备热处理的目的以及加热转变完成和冷至室温后获得何种组织。

金属学及热处理考研试题

考试科目：金属学及热处理

一、（20分）已知面心立方晶格的晶格常数为a，分别计算（100）、（110）和（111）晶面的晶面间距；并求出[100]、[110]和[111]晶向上的原子排列密度（某晶向上的原子排列密度是指该晶向上单位长度排列原子的个数）；写出面心立方结构的滑移面和滑移方向，并说明原因。（计算结果保留两位有效数字）

二、（20分）右图为组元在固态下完全不溶的三元共晶合金相图的投影图：

1.作m n变温截面图，分析O1点成分合金的平衡结晶过程。

2.写出O1点成分合金室温下的相组成物，给出各相的相对含量的表达式。

3.写出O1点成分合金室温下的组织组成物，给出各组织组成物的相对含量的表达式

三、（25分）试述冷变形金属在加热时，其组织和性能发生的变化。

四、（20分）什么是离异共晶？举例说明离异共晶产生的原因及对合金性能的影响。

五、（20分）求莱氏体中共晶渗碳体的相对含量是多少？若某铁碳合金平衡组织中含有10%的一次渗碳体，试求该合金的含碳量是多少？（计算结果保留两位有效数字）

六、（20分）叙述板条马氏体和下贝氏体的组织形态，并说明板条马氏体和下贝氏体具有良好强韧性的原因。

七、（25分）T10A钢含碳量约为1.0%，Ac1=730℃，Accm=800℃，Ms=175℃，该合金的原始组织为片状珠光体加网状渗碳体，若用此钢制作冷冲模的冲头，说明需要经过那些热处理工序才能满足零件的性能要求，写出具体热处理工艺名称、加热温度参数、冷却方式以及各工序加热转变完成后和冷却至室温时得到的组织。

金属学及热处理

一. 填空题（每空1分，20×1分，共20分）

1．实际金属中存在有、和三类晶体缺陷。

2．为了使金属结晶过程得以进行，必须造成一定的，它是理论结晶温度与的差值。

3．碳在α—Fe中的间隙固溶体称为，它具有晶体结构．在℃时碳的最大溶解度为％。

4．纯金属铸锭的宏观组织通常由三个晶区组成，分别、

、。

5．金属塑性变形的基本方式是和，冷变形后金属的强硬度，塑韧性，该现象称为。

6．珠光体是和的机械混合物；而变态莱氏体是

和渗碳体的机械混合物。

二.选择题(每题2分, 10×2分，共20分)

1.铁素体的机械性能特点是( )。

A．具有良好的硬度与强度B. 具有良好的综合机械性能

C.具有良好的塑性

D.具有良好的切削性和铸造性

2. Al为面心立方晶格，Mg 为密排六方晶格，Cr为体心立方晶格，三种金属塑性变形能力由高到低的顺序是（）。

A. Mg、Al、Cr；

B. Al、Cr、Mg；

C. Cr、Mg、Al ；

D. Cr、Al、Mg

3．低碳钢拉伸应力-应变图中，ζ-ε曲线上对应的最大应力值称为( ) 。

A．弹性极限B．屈服强度C 抗拉强度D．断裂强度

4．能使单晶体产生塑性变形的应力为( )。

A．正应力B．切应力C.拉应力D.压应力

5．正的电阻温度系数是指（）。

A.随温度增高导电性增大的现象

B.随温度升高电阻增大的现象

C. 随温度升高电阻减少的现象

D. 随温度降低电阻升高的现象

6.磷易引起（）。

A. 冷脆

B. 热脆

7.ζb、δ分别代表材料的（）。

A. 抗拉强度、断面收缩率

B.屈服强度、断面收缩率

C. 抗拉强度、延伸率 D 屈服强度、延伸率

8. 有利于切削加工性能的材料硬度范围为（）。

A．<160HB B．>230HB C．(160～230)HB D．(60～70)HRC

9．具有匀晶型相图的单相固溶体合金（）。

A．铸造性能好B．锻压性能好C.热处理性能好D．切削性能好

10．纯铁在912℃以下的晶格类型是（）。

A．密排六方晶格B.面心立方晶格C.体心立方晶格D.简单立方晶格

三.名词解释(每题2分, 5×2分，共10分)

1.铁素体：

2.热加工:

3. 变质处理:

4. 固溶强化：

5. 回复:

四. 简答题(每题5分，6×5分，共30分)

1、何谓加工硬化，简单说明其产生原因是什么及利弊？（5分）

2、(1) 列举4种强化金属和合金的方法；

(2)如何获得细小的再结晶晶粒？（5分）

3、α-Fe 、Cu 、Al 、Ag都具有12个滑移系，为什么α-Fe比Cu 、Al 、Ag 的

塑性要差? （5分）

4、细化晶粒仅可以提高材料的强度吗？说明原因。(5分)

5、钢中最重要的强化元素是什么？简要说明含碳量对退火钢机械性能的影响规律，解释原因。

6、用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热至1000℃，当出炉后再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，试分析其原因。（5分）

五.综合分析题（共20分）

1、金属Ag经大变形量(70％)冷加工后，试样一端浸入冰水中，一端加热至0.9T

，过程持续1小时，

m

，试画出沿试样长度的组织与性能变化示意图，并然后将试样冷至室温。假定再结晶温度为0.4T

m

简要说明之。(8分)

2、现有A、B两种铁碳合金。A的显微组织为珠光体的量占75％，铁素体的量占25％；B的显微组织为珠光体的量占92％，二次渗碳体的量占8％。请回答：①这两种铁碳合金按显微组织的不同分属于哪一类钢? ②这两种钢铁合金的含碳量各为多少? ③画出Fe-Fe3C平衡相图，并标出各组织组成物的名称。