上海第7期材料热处理工程师(见习)资格认证考试_总复习题.docx

上海第7期材料热处理工程师（见习）资格认真考试总复习题一、工程材料1工程材料是怎样分类的？（1）金属材料，陶瓷材料，高分子材料。2原子结合键分几大类？金属键的特性？（2）分为两大类：一次键（强键），包括离子键，共价键，金属键。二次键（弱键），包括范德瓦尔键和氢键。金属键的特性：没有方向性，正离子之间改变相对位置并不会破坏电子和正离子之间的结合力，因此金属具有良好的塑性，金属正离子被另一种金属的正离子取代时不会破坏结合键，这种金属之间的固熔能力也是金属的特性，此外，金属的导电性，导热性以及金属晶体中的密集排列等都直接起因于金属结合键。3什么叫晶体结构（5）？何谓晶向指数和晶面指数（6）？典型的金属晶体结构有哪三种（6）？何谓同素异构转变及在研究钢材性能中的实际意义（7）？晶体结构：晶体中原子（离子或分子）在三维空间的具体排列方式；晶向指数是表示晶体中点阵方向的指数，由晶向上阵点的坐标值决定，用uvw表示；晶面指数是表示晶体中点阵平面的指数，由晶面与三个坐标轴的截距值所决定，用（hkl）表示；典型的晶体结构有面心，体心和密排立方结构；当外界条件（主要指温度和压力）改变时，元素的晶体结构可以发生改变，把金属的这种性质称为多晶型性。这种转变称为多晶型转变或同素异构转变。当晶体结构改变时，金属的性能（如体积，强度，塑性，磁性和导电性等）往往发生改变，钢铁材料可以通过热处理来改变性能。4晶体的缺陷分为哪三大类，并分别举例（9）。为什么金属通过冷变形使材料的强度大幅度升高？（10）晶体缺陷：点缺陷-空位，间隙原子及异类原子；线缺陷-位错；面缺陷-晶体的外表面（表面和自由界面）和内界面（晶界，亚晶界，孪晶界，堆垛层错和相界等）。金属通过冷变形，位错密度可达10141016m/m3以上，位错密度大大增加，所以强度大大提升。5何谓位错能（11）？何谓“柯氏气团”？固溶强化的原理是什么（11）？位错线周围的原子偏离原来的位置，处于较高的能量状态，高出的能量称为位错能；在位错应力场的作用下，溶质原子与刃位错能发生强烈的交互作用后，在位错周围偏聚的现象称为气团（又称柯氏气团）。固溶强化的原理：气团的形成对位错的钉扎作用。6什么叫固溶体？分哪几类？（12）以合金中某一组元作为溶剂，其他组元作为溶质，所形成的与溶剂有相同的晶体结构，晶格常数稍有变化的固相称为固溶体；按照溶质原子在溶剂晶格中所占的位置，分为置换固溶体和间隙固溶体；按固溶度的大小分为有限固溶体和无限固溶体；按溶质原子与溶剂原子的相对分布情况分为有序固溶体和无序固溶体。7铁碳合金在固态下出现的几种基本组织？晶体结构性能（2021）？铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体铁素体：溶碳能力很小，常温下仅能溶解Wc为0.0008%的碳，在727时最大溶碳能力为0.02%。奥氏体：溶碳能力较大，在727时溶碳为Wc=0.77%，1148时可溶碳2.11%。在大于727高温下才能稳定存在的组织。塑性好，是绝大多数钢种在高温下进行压力加工时所要求的组织，没有磁性。渗碳体：熔点1227，硬度很高HBW=800，塑性韧性几乎为零，脆性很大。珠光体：力学性能介于铁素体和渗碳体之间，决定于珠光体片层间距。莱氏体：其基体是硬而脆的渗碳体，硬度高，塑性很差。8绘出简化的铁碳合金相图以及指出图中各特性点的温度和成分点。并分析共析、亚共析、过共析钢结晶过程及转变产物（2223）。指出铁碳合金相图在零件选材和热处理中的应用（02627）？共析钢结晶过程：亚共析钢结晶过程：过共析钢：为零件选材提供成分依据：Fe-Fe3C相图描述了铁碳合金的平衡组织随碳的质量分数的变化规律，合金性能和碳的质量分数关系，这就可以根据零件性能要求来选择不同成分的铁碳合金。若零件要求塑性，韧性好，如建筑材料，容器等，应选择低碳钢（0.1%0.25%c），若零件要求强度，塑性，韧性都好，如轴类零件，应选择中碳钢（0.25%0.6%c），若零件要求硬度高，耐磨性好，例如工具等，应选择高碳钢（0.6%1.3%c）；热处理中的应用：热处理的加热温度都以相图上的临界点A1，A3，Acm为依据，由Fe-Fe3C相图可知，任何成分的钢加热到A1温度以上时，都会发生珠光体像奥氏体转变。将共析钢，亚共析钢和过共析钢分别加热到A1，A3，Acm以上时，都完全转变为单相奥氏体，通常把这种加热转变称为奥氏体化，显然加热的目的就是为了使钢获得奥氏体组织，并利用加热规范控制奥氏体晶粒大小。钢只有处于按实体状况才能通过不同的冷却方式使其转变为不同的组织，从而获得所需的性能。9钢中硫、磷、氢、氮元素等杂质元素对钢性能的影响？何谓热脆、冷脆、氢脆、应变时效？（2526）硫不熔于铁，而与铁形成熔点为1190的FeS，FeS常与-Fe形成熔点低（980）的共晶体，分布在奥氏体晶界上，当钢材在1000-1200锻造或轧制时，共晶体会融化，使钢材变脆，沿奥氏体晶界开裂，这种现象叫热脆。磷在钢中全部固熔于铁素中，虽然有较强的固熔强化作用，但它强烈的降低了钢的塑性和韧性，特别是低温韧性，使钢在低温下变脆，这种现象叫冷脆。磷还使钢的偏析严重，降低钢的焊接性能，但是在切削钢中，加入硫磷可以提高钢的切削加工性能，此外，磷还可以提高钢在大气中的抗腐蚀性能。氢在钢中含量甚微，但是对钢的危害极大，钢中微量的氢（0.53ml/100g）可以引起氢脆，甚至在钢内产生大量的微裂纹，使钢的塑性，韧性显著下降，导致零件在使用中突然断裂；氮固熔于铁素体中产生“应变时效”，应变时效是指冷变形低碳钢在室温放置或加热一定时间后强度增加，塑性，韧性下降的现象。其对锅炉，化工容器及深冲零件是不利的，增加零件脆性，影响安全性能。11何谓金属结晶的过冷和过冷度？液态金属凝固时为什么必须过冷？过冷度与形核率的关系是什么（30）？简要了解金属的结晶和长大过程（31）？临界晶核形成条件是什么（32）？为获得细晶粒的理想凝固条件是什么（增加形核率，降低长大速率）（34）？当液态金属冷却至理论凝固温度Tm(熔点)时，并不立即凝固，而是冷却到Tm以下某一温度才开始结晶，液态材料在理论结晶温度下仍保持液态的现象称为过冷；通常将液体的实际温度T与理论结晶温度Tm之差称为过冷度；过冷是金属结晶的基本条件，只有过冷才能造成固态金属自由能低于液态自由能的条件；过冷度增加，形核率增大；形核有两种方式：均匀形核，即新相晶核在母相内自发的形成；另一种是非均匀形核，即新相晶核在母相与外来夹杂相界面处优先形成。形成临界晶核时要有临界形核功的增加，主要决定于过冷度，过冷度越大，临界晶核的尺寸变小，形核功也大大减少，这意味着形核的几率增大；控制铸件晶粒尺寸的主要途径：增加环境的冷却能力；化学变质法；增加液体流动。12铸锭的缺陷有哪些？什么叫枝晶偏析，怎样消除？（35）微观偏析；宏观偏析（正常偏析，反偏析，比重偏析）；夹杂和气孔；缩孔和缩松。铸造材料在非平衡凝固时产生的晶内偏析叫作枝晶偏析，采用高温扩散退火来消除。13什么叫扩散（37）？菲克第一、第二定律及物理意义（38）？扩散的微观机制有哪几种（39-40）？影响扩散的因素是什么？碳、氮、氧、硼在铁中的扩散属于哪一种机制（4143）？在一定的温度下，材料中原子在晶格的平衡位置上进行热振动，有些能量较高的原子可能脱离周围原子的束缚，离开原来的位置跃迁到一个新的位置上去，即发生了原子迁移。这种原子迁移的微观过程，以及由于大量原子迁移而引起物质的宏观流动，称为扩散。菲克第一定律：在稳态扩散（即）的条件下，单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质的通量J（单位g.cm-2或原子数cm-2s-1）,与浓度梯度成正比。第二定律：多数扩散过程是非稳态扩散，在扩散过程中扩散物质的浓度随时间变化的，即。扩散的微观机制：空位机制，间隙机制（碳、氮、氧、硼在铁中的扩散），自间隙机制；影响扩散的因素：温度的影响，固溶体类型和浓度的影响，第三组元的影响。14零件失效方式有哪几种（43）？几种材料在常温静载下的应力-应变曲线特点（44）？何谓刚度，与弹性模量的关系？E值取决于什么？（45）零件失效方式：变形，断裂，磨损和腐蚀；几种材料在常温静载下的应力-应变曲线特点：图1.7-1,1.7-2；刚度是指零件在受力时抵抗弹性变形的能力，它等于材料弹性模量与工件截面积的乘积；E主要取决于材料中原子本性和原子间的结合力。熔点高低可以反映原子间的结合力强弱，通常材料的熔点越高，其弹性模量也越大，弹性模量对温度很敏感，随着温度升高二降低。15何谓断裂韧性？如何根据材料的断裂韧性、零件的工作应力和零件中的裂纹半径长度三参数来判断零件是否发生低应力脆断？（47）评定材料抵抗脆性断裂的力学性能指标： Y=12K1K1C时，零件发生低应力脆性断裂；当K1K1C时，零件安全可靠。 16何谓疲劳（49）？何谓疲劳极限和过载持久值（50）？疲劳断裂的过程？简述典型疲劳断口由哪三部分组成的，宏观形貌和微观形貌特征（394）？疲劳断口微观分析的工具是什么（391）？影响疲劳抗力的主要因素（5354）？常用哪些热处理工艺提高零件的疲劳强度（54）？疲劳指在交变载荷（载荷的大小、方向随时间发生周期性变化）下经较长时间的工作。疲劳极限：材料经受无限多次应力循环而不断裂的最大应力。过载持久值：材料在高于疲劳极限的应力作用下发生疲劳断裂的应力循环周次。疲劳断裂的过程：裂纹的萌生、扩展和最终断裂。疲劳断口：裂纹源区、裂纹扩展区和最终瞬裂区。（宏观）裂纹源区：面积较少而平坦，有时呈光亮镜面，源区一般位于表面，但当表面残余压应力较高时，裂纹源移向次表面，形成所谓的鱼眼状断口。也有多个疲劳源区的情况。当表面存在类裂纹缺陷时，疲劳裂纹由缺陷处扩展而不存在源区。裂纹扩展区：呈海滩或贝壳花样，由一些间距不等的以疲劳源为圆心的平行弧线组成。这是判断是否是疲劳裂纹的重要特征证据。最终瞬断区：是裂纹最后失稳扩展所形成的断裂区，具有静载断裂裂口的形貌特征，其微观形貌取决于材料特性。载荷方式与大小、零件几何形状等因素，可能为韧窝、准解理、解理、沿晶断口或混合型。（微观）疲劳断口微观形貌的基本特征是在电子显微镜（分析工具）下观察到的条形花样，称为疲劳条带或疲劳辉纹。疲劳条带有延性和脆性两种，疲劳条带具有一定的间距，在某种特定的条件下，每条条纹与一次应力循环相对应。影响疲劳抗力的主要因素：载荷类型、材料本质、零件表面状态、工作温度、腐蚀介质。常见提高疲劳强度的热处理工艺：渗碳、渗氮、感应加热表面淬火、激光加热表面淬火等。 17磨损基本类型有哪几这种？何谓接触疲劳（55）？为提高接触疲劳，除了在设计上减少接触压应力外常采取哪些措施（56）粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、麻点磨损（即接触疲劳）接触疲劳是零件（如齿轮、滚动轴承、钢轨和轮箍）两接触面做滚动或滚动加滑动摩擦时，在交变接触压应力长期作用下引起的一种表面疲劳剥落破坏而使物质损耗的现象。方法：1) 提高材料的硬度；2) 提高材料的纯净度，减少夹杂物，从而减少裂纹源；3) 提高零件的心部强度和硬度，增加硬化层深度，细化硬化层组织；4) 减少零件表面粗糙度，以减小摩擦力；5) 提高润滑油的粘度以降低油楔作用。19蠕变极限、持久强度？（58、59）蠕变极限：高温长期载荷作用下材料对塑性变形的抗力指标。持久强度：材料在高温长期载荷作用下抵抗断裂的能力。 20熟悉常用钢号指出它的类别如：10、T12、20CrMnTi、65Mn、GCr15、CrWMn、W18Cr4、5CrNiMo、HT100、QT400-18、1Gr18Ni9、5A05、H70等。（6064）10：优质碳素结构钢，T12 ：碳素工具钢，20CrMnTi：合金碳素钢，65M：合金弹簧钢，GCr15：滚珠轴承钢，CrWMn：高碳低合金工具钢，W18Cr4：高速钢，5CrNiMo：中碳合金工具钢，HT100：灰铸铁，QT400-18：球墨铸铁，1Gr18Ni9：低温钢，5A05：防锈铝合金，H70：单相（简单）黄铜21铝合金分哪几类？铸造铝合金、变形铝合金特点和用途？（65）1.铸造铝合金 2.变形铝合金（防锈铝合金，硬铝合金，超硬铝合金，锻铝合金）铸造铝合金：密度小，抗蚀性好、线膨胀系数小、强度和硬度高，耐磨性和耐热性较好，用于制造低、中强度的形状复杂铸件，常用于制造活塞。变形铝合金：防锈铝合金锻造退火后为单相固溶体组织，抗蚀性高、塑性好，易于变形加工，焊接性能好，但切削性能差，不能进行热处理强化，常用冷变形加工产生硬化，以提高强度，用于制造需要弯曲的、冲压的零件；5A05铝合金密度比纯铝小，强度比Al-Mn合金高，有较高的疲劳强度和抗振性，可用于制造管道、容器、铆钉等。硬铝合金可制成板材、型材和管材，热处理强化后抗拉强度达470MPa，主要用于飞机构件蒙皮或挤压螺旋桨、叶片等重要零件。超硬铝合金热态塑性好，耐蚀性差，主要用于飞机的蒙皮、壁板、大梁、起落架部件和隔框等。锻铝合金可热处理强化，热塑性好，适宜于锻压、挤压、轧制、冲压等，主要用于制造喷气发动机的压气机叶轮、导风轮及飞机上的接头、框架、支架等。 22何谓复合材料？复合材料的性能有什么特点？（68、69