2006年下期《金属材料与热处理》期末试卷

2006 年下期金属材料与热处理期末试卷 用卷班级： 06 模具、06 数控 考试时间：100 分钟 一、填空。 （将正确答案填在横线上。每空 1 分，共 20 分） 1、变形一般分为变形和变形两种。 2、大小不变或变化很慢的载荷称为载荷，在短时间内以较高速度作用于 零件上的载荷称为载荷。 3、常见的金属晶格类型有、和 三种。 4、金属的力学性能包括、冲击韧性及疲劳 强度等。 5、强度是指金属材料在载荷作用下，抵抗或的能力。 6、断裂前金属材料产生的能力称为塑性。金属材料的 和的数值越大，表示材料的塑性越好。 7、材料抵抗局部变形特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为。 8、原子呈无序堆积状况的物体叫，原子呈有序、有规则排列的物体称为 。 9、常用的硬度测试有硬度试验法、洛氏硬度试验法和维氏硬度试验法三 种。 二、判断。 （正确打，错误打。每空 1 分，共 10 分） 1、金属材料的力学性能差异是由其内部组织结构所决定的。 （ ） 2、弹性变形能随载荷的去除而消失。 （ ） 3、铬属于体心立方晶格。 （ ） 4、一般说，晶粒越细小，金属材料的力学性能越好。 （ ） 5、所有金属材料在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象。 （ ） 6、用布氏硬度测量法不宜于测量成品及薄件的硬度。 （ ） 7、硫是钢中的有益元素，它能使钢的脆性下降。 （ ） 8、材料的屈服点越低，则允许的工作应力越高。 （ ） 9、在实际应用中，维氏硬度值是根据测定压痕对角线的长度，再查表得到的。 （ ） 10、做布氏硬度实验时，当实验条件相同时，其压痕直径越小，材料的硬度越低。 （ ） 三、选择（把正确答案填在括号内。每空 2 分，共 34 分） 1、拉伸实验时，试样拉断前所能承受的最大应力称为材料的（ ） 。 A、屈服点 B、抗拉强度 2、金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为（ ） 。 A、塑性 B、强度 3、渗碳体的含碳量为（ ）%。 A、2.11 B、6.69 4、组成合金的最基本的独立物质为（ ） 。 A 、相 B 、组元 5、材料的伸长率越大，材料的塑性（ ） 。 A 、越差 B 、越好 6、洛氏硬度 C 标尺所用的压头是（ ） 。 A、淬硬钢球 B、金刚石圆锥体 7、-Fe 是具有（ ）晶格的铁。 A、体心立方 B、面心立方 8、普通、优质和高级优质钢是按钢的（ ）进行划分的。 A、力学性能的高低 B、S，P 含量的多少 密 封 线 班级： 学号： 姓名： . 2 9、在下列牌号中属于优质碳素结构钢的有（ ） 。 A、08F B、Q235-A.F 10、材料表面抵抗塑性变形的能力可用下列性能指标表达：（ ） 。 A、屈服强度 B、硬度 11、08F 钢中的平均含碳量为（ ） 。 A、0.08% B、0.8% 12、在下列牌号中属于工具钢的有（ ） 。 A、65Mn B、T10A 13、纯铁在 1000 摄氏度时为（ ） A、面心立方晶格,-Fe B、面心立方晶格,-Fe C、面心立方晶格,-Fe 14、-Fe 转变为 -Fe 时，纯铁的体积会（ ） A、收缩 B、膨胀 C、不变 15、拉伸试验可测定材料的（ ）性能指标 A、强度 B、硬度 C、韧性 16、下列选项不属于材料力学性能的内容是（ ） A、强度 B、硬度 C、疲劳 17、洛氏硬度值用符号（ ）表示。 A、HR B、HV C、HBW 四、简答题（每题 5 分，共 10 分） 1、弹性变形与塑性变形的相同点和不同点？ 2、钢与白口铸铁有何区别？ 五、阅读简答题（共 26 分） 1、垃圾堆中发现的珍宝不锈钢（9 分） 不锈钢是用途极为广泛的合金材料，曾被人 们称为二十世 纪的钢材。它不 仅表面光亮夺目， 引人喜爱，而且还具备一些优 良的合金性能。目前，各行各 业都在大量使用它。人们的日常生活 也离不开它。但不锈钢是谁发 明的？又是什么时候开始应 用的？ 在第一次世界大战时，英国科学家亨利 布雷尔利受英国政府部兵工厂委托，研究武器的改 进工作。那时，士兵用的步枪枪膛极易磨损。布雷尔利想发明一种不易磨损的适于制造枪管的 合金钢。1913 年，他在一次研究过程中，用铬金属加在钢中试验，但由于一些原因，实验没有成 功。他只好失望地把它抛在废铁 堆里， 过了很久，废铁堆积太多，要拿去倒掉时，奇怪的现象发 生了。原来所有废铁都锈蚀了，仅有那几块含铬的钢依旧是亮晶晶的。布雷尔利很奇怪，就把它 们拣出来并进行了详细研究。研究 结果表明，含碳 0.24%、铬 12.8%的铬钢在任何情况下都不易 生锈。即使酸碱也不怕。但由于它太贵、太软，没有引起 军 部重视。布雷 尔利只好与莫斯勒合办 了一个餐刀厂。生产“ 不锈钢”餐刀。 这种漂亮耐用的餐刀立刻 轰动欧洲，而 “不锈钢”一词也不 胫而走。布雷尔利于一九一六年取得英国 专利权并开始大量生 产。至此，从垃圾堆中偶然发现 的不锈钢便风靡全球，亨利布雷尔利也被誉为“不锈钢之父”。 世界上的铬除用作电镀外，大部分用于制造各种不 锈钢 合金。起初 仅将含铬 12.8%的钢称 为不锈钢，后来又将许多新元素加入，便产生了更好的性能。如镍、钼、钛、 铌、硼、 铜、 钒及稀 有元素等。现在不锈钢已发展成 为一个合金大家族，品种不下数百种。 不锈钢的“不锈” 也是相对的，在一定条件下也可能生锈，如奥氏体不锈钢在 400-850时 有发生晶间腐蚀的倾向，在受拉 应力和特写腐蚀介质联合作用下易 发生应力腐蚀，而 缝隙腐蚀 也可能发生。但这此腐蚀可以采取措施避免。目前，不锈钢仍然不失为合金钢舞台上的华丽主 角。 问题： （1） 被称为二十世纪钢材的是什么钢？ （2） 不锈钢是谁发明的？ （3） 世界上的铬主要用来做什么？ （4） 不锈钢中加入了哪些合金元素？ （5） 不锈钢是不是在任何情况下都不生锈？ 3 2、金属材料超塑性合金（9 分） 高强度材料可以满足一些耐受性要求较高的部件制造，但加工难度相应也增大了。 长期以 来，人们一直希望能够很容易地 对高强度材料进行塑性加工成型，成型以后，又能像 钢铁一样 坚固耐用。随着超塑性合金的出现， 这种想象成为了现实。 最初发现的超塑性合金是锌与 22铝的合金。 1920 年，德国人罗森汉在锌- 铝-铜三元共晶 合金的研究中，发现这种合金 经冷轧后具有暂时的高塑性。超塑性锌合金的形成条件为：温度 250 270，压力 039 兆帕1 37 兆帕。超塑性 锌合金具有成型加工温度低，成型性和耐 腐蚀性好等优点。所以除了制作各种复 杂形状的容器外， 还 广泛用作建筑材料。 1928 年英国物理学家森金斯下了一个定义：凡金属在适当的温度下变得像软糖一样柔软， 而且其应变速度为每秒 10 毫米时产生 300以上的延伸率，均属超塑性 现象。 1945 年苏联包 奇瓦尔等针对这一现象提出了“超塑性“ 这一术语，并在 许许 多多有色金属共晶体及共折体合金 中，发现了不少的延展性特别显 著的特异现象。 70 年代的初期，全世界都在追 寻金属的超塑性，并已 发现 170 多种合金材料具有超塑性。 在通常情况下，金属的延伸率不超过 90，而超塑性材料的最大延伸率可高达 10002000，个别的达到 6000。金属只有在特定条件下才显示出超塑性。在一定的变形 温度范围内进行低速加工时可能出现超塑性。 产生超塑性的合金，晶粒一般为微细晶粒，这种 超塑性叫做微晶超塑性。有些金属受热达到某个温度区域 时，会出 现一些异常的变化，若使这 种金属在内部结构发生变化的温度范围上下波动，同 时又 对金属施力，就会使金属呈 现相变超 塑性。 问题： （1）什么是超塑性现象？ （2）目前已发现多少种合金材料具有超塑性？ （3）最初发现的超塑性合金是哪两种材料的合金？ （4）通常情况下金属的延伸率是多少？ （5）超塑性锌合金的主要用途是什么？ 3、纳米材料的发现（8 分） 组成材料的物质颗粒变小了， “小不点”会不会与“大个子”的性质很不相同呢？这便是纳米 材料的发现者德国物理学家格莱特（Grant）的科学思路。 那是 1980 年的一天，格莱特到澳大利 亚旅游，当他独自驾车横穿澳大利亚的大沙漠时，空 旷、寂寞和孤独的环境反而使他的思 维特别活跃和敏锐。他长期从事晶体材料的研究，了解晶 体的晶粒大小对材料的性能有很大的影响，晶粒越小，强度就越高。 格莱特上面的设想只是材料的一般规律，他的想法一步一步地深入，如果组成材料的晶体 的晶粒细到只有几个纳米大小，材料会是个什么 样子呢？或 许会发生“翻天覆地”的变化吧！ 格莱特带着这些想法回国后，立即开始 试验， 经过将近 4 年的努力，终于在 1984 年制得了 只有几个纳米大小的超细粉末，包括各种金属、无机化合物和有机化合物的超细粉末。 格莱特在研究这些超细粉末时发现了一个十分有趣的现象。众所周知，金属具有各种不同 的颜色，如金子是金黄色的，银子是银白色的，铁是灰黑色的。至于金属以外的材料，例如无机 化合物和有机化合物，它们也可以 带着不同的色彩，瓷器上面的釉历来都是多彩的，由各种有 机化合物组成的染料更是鲜艳无比。 可是，一旦所有这些材料都被制成超 细粉末时，它 们的 颜色便一律都是黑色的，瓷器上的 釉、染料以及各种金属统统变 成了一种颜色黑色。正像格莱特想像的那样， “小不点”与“ 大 个子”相比，性能上 发生了“翻天覆地“的变化。 为什么无论什么材料，一旦制成 纳米“ 小不点”，就都成了黑色的呢？原来，当材料的颗粒 尺寸变到小于光波的波长（110-7 m 左右）时，它 对光的反射能力 变得非常低，大约低到小于 1，既然超细粉末对光的反射能力很小，我们见到的纳米材料便都是黑色的了。 “小不点”性质上的变化确实是令人难以置信的。著名的美国阿贡国家实验室制备出了一种 纳米金属，居然