材料科学基础试题及答案.doc

金属中常见的晶格类型有哪三种；1、体心立方晶格 2、面心立方晶格 3、密排立方晶格金属有铬、钨、钼、钒、及&铁属于（体心立方晶格）金属有铜、铝、银、金、镍、y铁属于（面心立方晶格）金属有铍、镁、锌、钛等属于（密排立方晶格）金属的晶体缺陷：按照缺陷的几何特征，一般分为以下三类：1.空位和间隙原子（点缺陷） 2.位错（线缺陷）3.晶界和亚晶界（面缺陷）一般来说，在常温下细晶粒金属比粗晶粒金属具有较高的强度、硬度、塑性和韧性。工业中常用以下方法细化晶粒1.增加过2.变质处3.附加振动4.降低浇注速度1.铁素体 (F)碳溶入&铁中的间隙固溶体称为铁素体，2.奥氏体（A）碳溶入y铁中的间隙固溶体称为奥氏体，3.渗碳体 （Fe3C）铁与碳组成的金属化合物称为.渗碳体，第四章铁碳合金相图根据相图中S点碳钢可以分为以下几类1.共析钢（含碳量小于0.0218%）的铁碳合金，其室温组织为铁素体。2亚共析钢（含碳量等于0.0218%到2.11%）的铁碳合金，其室温组织为珠光体+铁素体。3过共析钢（含碳量等于0.77%到2.11%）的铁碳合金，其室温组织为+二次渗碳第五章钢的热处理一般加热时的临界点用Ac1、Ac3、Accm来表示；冷却时的临界点 用Ar1、Ar3、Arcm来表示。共析碳钢的过冷奥氏体在三个不同的温度转变，可发生三种不同的转变：珠光体型转变、贝氏体型转变、马氏体型转变。珠光体型转变 有区别起见，又分为珠光体、索氏体、和托氏体三单晶体的塑性变形的方式有两种：滑移和孪生（孪晶），而滑移是单晶体塑性变形的主要方式。多晶体的塑性变形的方式有两种：晶内变形和晶间变形。二、填空题1珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物共析组织)。2莱氏体是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物(共晶组织)。3奥氏体在1148时碳的质量分数可达2.11%，在727时碳的质量分数为0.77%。4. 根据室温组织的不同，钢可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢。 共析钢的室温组织为珠光体；亚共析钢的室温组织为铁素体+珠光体；过共析钢的室温组织为珠光体+Fe3C。6碳的质量分数为0.77%的铁碳合金称为共析钢，其奥氏体冷却到S点(727)时会发生共析转变，从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体的混合物，称为珠光体。7奥氏体和渗碳体组成的共晶产物称为莱氏体，其碳的质量分数为6.69%。8亚共晶白口铸铁碳的质量分数为2.11%4.3%，其室温组织为P+Fe3C+Ld。 9过共晶白口铸铁碳的质量分数为4.3%6.69%，其室温组织为Ld+Fe3C。10过共析钢碳的质量分数为0.77%2.11%，其室温组织为P+Fe3C。11亚共析钢碳的质量分数为0.0218%0.77%，其室温组织为F+P。 1. 实际金属的晶体缺陷有 点 、 线 、 面 。2. 二元合金基本相图是 匀晶 共晶 包晶 。3. 共析钢淬火形成M+A后，在低温、中温、高温回火后的产物分别为M回A 、T回 、 S回 。4. 45钢奥氏体化后冷却时，大于临界冷却速度获得的组织是 M ，小于临界冷却速度获得的组织可能是 P 。5. T12钢正火后渗碳体呈 片 状，球化退火后渗碳体呈 球 状。6. 碳钢 M形态主要有 片 和 板条 两种，其中 板条M硬度低、韧性好。7. 金属中常见的三种晶格 体心 ， 面心 ，密排六方 。8变形度在 _28_ 时称为临界变形度,再结晶退火后会出现异常的大晶粒。1、常见的金属晶格类型有 体心立方晶格 、面心立方晶和密排立方晶格。 2、金属的机械性能主要包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等指标，其中衡量金属材料在静载荷下机械性能的指标有 强度 硬度 塑性 疲劳强度_。衡量金属材料在交变载和冲击载荷作用下的指标有 疲劳强度 和 冲击韧性_。 3、常用的回火方法有 低温回火、中温回火 和 高温回火 。 4、常见的金属晶体结构有 体心立方晶格 面心立方晶格 和 密排六方晶格三种。 5、合金常见的相图有 匀晶相图 共晶相图 包晶相和具有稳定化合物的二元相图5、金属的断裂形式有 脆性断裂 和 延性断裂 两7、钢在一定条件下淬火后，获得一定深度的淬透层的能力，称为钢的淬透性。淬透层通常以工件 表面 到 半马氏体层 的深度来表示。 8、 冷塑性变形的内应力，按作用范围，可分为 宏观（第一类）内应力、晶间（第二类）内应力 晶格畸变（第三类）内应力。 9、铸铁中 碳以石墨形式析出 的过程称为石墨化，影响石墨化的主要因素有 冷却速度 和 化学成分。 10、根据共析钢的“C”曲线，过冷奥氏体在A1温度以下等温转变的组织产物可分为三大类，即 珠光体 型组织、贝氏体 型组织和 马氏体 型组织等。 11、根据采用的渗碳剂的不同，将渗碳分为 固体渗碳 液体渗碳 和 气体渗碳 三种。 13、实际金属晶体的缺陷有 空位 间隙原子 位错 15、感应表面淬火的技术条件主要包括 表面硬度 有效淬硬深度 淬硬区的分布 17、金属元素在钢中形成的碳化物可分为 合金渗碳体 和 特殊碳化两类。.四、判断题 1金属化合物的特性是硬而脆，莱氏体的性能也是硬而脆，故莱氏体属于金属化合物。( )2渗碳体中碳的质量分数为6.69%。( )3Fe-Fe3C状态图中，A3温度是随碳的质量分数增加而上升的。( )4碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体称为奥氏体。( )(1) 钢的淬火冷却速度愈快，所获得的硬度愈高，淬透性也愈好。（）(2) 钢的合金元素越多，淬火后的硬度越高。（）(3) 淬火钢回火后的性能主要取决于回火后的冷却速度。（）第4章 钢的热处理（重点掌握C曲线中各区域和温度点的意义）1何谓钢的热处理？常用的热处理工艺有哪些？答：（1）将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需要的组织与性能的工艺。（2）整体热处理：退火、正火、淬火和回火;表面热处理:感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火和激光加热表面淬火； 化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等2简述共析钢加热时奥氏体形成的过程。答：共析钢加热时奥氏体的形成过程可分为以下4个阶段：奥氏体晶核的形成 奥氏体的长大 残余渗碳体的溶解 奥氏体成分的均匀化3为什么要控制奥氏体晶粒大小？如何控制奥氏体晶粒的大小？答：（1）奥氏体晶粒的大小将影响冷却形成后钢的组织和性能（2）钢在加热过程中，加热温度和保温时间必须限制在一定的范围内，以获得更细小而均匀的奥氏体晶粒；快速加热和短时间保温1金属中常见的晶体结构有哪几种？答：（1）体心立方晶格 （2）面心立方晶格 （3）密排六方晶格2实际晶体的晶体缺陷有哪几种类型？答：（1）点缺陷（2）线缺陷(3)面缺陷3固溶体的类型有哪几种?答：（1）间隙固溶体（2）置换固溶体4纯金属的结晶是由哪两个基本过程组成的?答：（1）晶核的形成（2）晶核的长大5何谓过冷现象和过冷度? 过冷度与冷却速度有何关系？答：（1）过冷现象：金属的实际结晶温度低于理论结晶温度； 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差； （2）结晶时冷却速度越大，过冷度就越大，金属的实际结晶温度就越低。6晶粒大小对金属的力学性能有何影响? 细化晶粒的常用方法有哪几种?答：（1）一般情况下，晶粒越细，金属的强度、塑性和韧性就越好；（2）增加过冷度 变质处理 振动或搅拌7什么是共析转变？共晶转变与共析转变有何异同？答：（1）共析转变：在恒定的温度下，由一个特定成分的固相同时分解成两个成分和结构均不同的新固相的转变 （2）共晶反应母相是液相，而共析反应的是固相；共析反应较共晶反应需要更大的过冷度：共析反应常出现母相与子相的比容不同而产生容积的变化，从而引起大的内应力。第3章 铁碳合金状态图（重点熟悉铁碳合金状态图）4解释下列名词： (1) 索氏体、托氏体、贝氏体、马氏体；索氏体：在650600温度范围内形成层片较细的珠光体。托氏体：在600550温度范围内形成片层极细的珠光体。贝氏体：在含碳量过饱和的相基体上弥散分布的细小的碳化物亚稳组织；马氏体：奥氏体以大于c的冷却速度冷却时，过冷奥氏体直接冷却到Ms线以下，奥氏体就转变为了马氏体。 (2) 过冷奥氏体、残余奥氏体；过冷奥氏体：当温度降到A1以下的时候，处于过冷状态的奥氏体残余奥氏体：Mf转变结束后剩余的奥氏体。退火：将钢加热到适当的温度后，保温一定的时间，然后缓慢冷却，以获得近似平衡组织的热处理工艺；正火：将工件加热到ACc3或ACcm以上3050，保温一定时间后从炉中取出在空气中冷却的热处理工艺。淬火：将钢加热到临界温度以上的适当温度，经保温后，以大于该钢的淬火临界冷却速度进行冷却，以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。回火：将淬火钢重新加热到A1以下某一温度，保温后冷却到室温的热处理工艺。表面淬火：通过对零件表面的快速加热，使其很快达到淬火温度，在热量尚未充分传到心部时立即进行淬火。淬透性：钢在淬火后获得淬硬层深度大小的能力。淬硬性：钢在淬火后获得最高硬度的能力。 5珠光体类型组织有哪几种？它们的形成条件和性能方面有何特点？答：（1）三种。分别是珠光体、索氏体和屈氏体。（2）珠光体:是A1至650之间范围内等温转变所获得的粗层片状的渗碳体和铁素体构成的共析体；索氏体：是在650600温度之间等温转变所得的层片较细的珠光体。屈氏体：是在600550温度范围内形等温转变所获得的更细的层片状珠光体。珠光体片间距越小，相界面积越多，塑性变形的抗力越大，即强度、硬度越高，同时，塑性和韧性也有所改善。6简述贝氏体的性能特点。答：上贝氏体：强度、硬度较高，较易引起脆断； 下贝氏体：强度、硬度、塑性和韧性均高于上贝氏体，具有良好的综合力学性能7生产中常用的退火方法有哪几种？各适用于什么场合？答：（1）生产上常用的退火操作有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火 。（2）完全退火和等温退火用于亚共析钢成分的碳钢和合金钢的铸件、锻件及热轧型材；有时也用于焊接结构。球化退火主要用于共析或过共析成分的碳钢及合金钢。扩散退火主要用于合金钢铸锭和铸件；去应力退火主要用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件（或冷拔件）及机加工的残余内应力。8举例说明钢的淬透性、淬硬深度和淬硬性三者之间的区别。9回火的目的是什么？淬火钢在回火过程中显微组织发生哪些变化?答：（1）回火的目的是降低淬火钢的脆性，减少或消除内应力，使组织趋于稳定并获得所需要的性能。（2）马氏体的分解（200以下）残余奥氏体的转变（200300）碳化物的转变（300450）渗碳体的长大和铁素体的再结晶（450-Ac1）10什么叫回火脆性？生产中如何防止回火脆性?答：（1）回火脆性：在某些温度范围内回火时，钢的韧性不仅没有提高，反而显著下降的脆化现象；（2）第一类回火脆性不可避免，只能在第二回火脆性中采取措施防止，即提高钢的纯度；小截面工件回火后采用快冷（油冷或水冷）；大截面工件加入一定量的钨和钼。1同素异构转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象2. 铁素体（F）：铁素体是碳在-Fe中形成的间隙固溶体，体心立方晶格。性能与纯铁相近，塑性、韧性好，强度、硬度低。它在钢中一般呈块状或片状。奥氏体（A）：奥氏体是碳在-Fe中形成的间隙固溶体，面心立方晶格。因其晶格间隙尺寸较大，故碳在-Fe中的溶解度较大，有很好的塑性。渗碳体（Fe3C）：铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物。渗碳体具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。在钢中以片状存在或网络状存在于晶界。在莱氏体中为连续的基体，有时呈鱼骨状。珠光体（P）：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。铁素体和渗碳体呈层片状。珠光体有较高的强度和硬度，但塑性较差。莱氏体（Ld）：由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。莱氏体中，渗碳体是连续分布的相，奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体基体上。由于渗碳体很脆，所以莱氏体是塑性很差的组织12何谓表面热处理？表面淬火的目的是什么? 常用的表面淬火有哪几种？（1）表面热处理：仅对工件表层进行热处理，以改变表层组织和性能的工艺。（2）表面淬火的目的是使工件表层得到强化，使它具有较高的强度，硬度，耐磨性及疲劳极限，而心部为了能承受冲击载荷的作用，应具备足够的塑性与韧性。（3）常用的表面淬火方法有：1.感应加热表面淬火；2.火焰加热表面淬火3.激光加热表面热处理；4.电接触加热表面热处理。13渗碳的主要目的是什么？答：主要目的：为了使零件表面具有高的硬度、耐磨性和耐疲劳性，以及心部具有较高的塑性、韧性和足够的强度。14渗氮后的性能特点是什么？答：钢渗氮后可以获得极高的硬度、高的耐磨性、高的疲劳强度、一定的耐腐蚀性和抗热性以及热处理变形小产生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金属加工中有什么利弊？答：随着变形的增加，晶粒逐渐被拉长，直至破碎，这样使各晶粒都破碎成细碎的亚晶粒，变形愈大，晶粒破碎的程度愈大，这样使位错密度显著增加；同时细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长而被拉长。因此，随着变形量的增加，由于晶粒破碎和位错密度的增加，金属的塑性变形抗力将迅速增大，即强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降产生所谓“加工硬化”现象。金属的加工硬化现象会给金属的进一步加工带来困难，如钢板在冷轧过程中会越轧越硬，以致最后轧不动。另一方面人们可以利用加工硬化现象，来提高金属强度和硬度，如冷拔高强度钢丝就是利用冷加工变形产生的加工硬化来提高钢丝的强度的。加工硬化也是某些压力加工工艺能够实现的重要因素。如冷拉钢丝拉过模孔的部分，由于发生了加工硬化，不再继续变形而使变形转移到尚未拉过模孔的部分，这样钢丝才可以继续通过模孔而成形。2划分冷加工和热加工的主要条件是什么？答：主要是再结晶温度。在再结晶温度以下进行的压力加工为冷加工，产生加工硬化现象；反之为热加工，产生的加工硬化现象被再结晶所消除。3与冷加工比较，热加工给金属件带来的益处有哪些？答：（1）通过热加工，可使铸态金属中的气孔焊合，从而使其致密度得以提高。（2）通过热加工，可使铸态金属中的枝晶和柱状晶破碎，从而使晶粒细化，机械性能提高。（3）通过热加工，可使铸态金属中的枝晶偏析和非金属夹杂分布发生改变，使它们沿着变形的方向细碎拉长，形成热压力加工“纤维组织”（流线），使纵向的强度、塑性和韧性显著大于横向。如果合理利用热加工流线，尽量使流线与零件工作时承受的最大拉应力方向一致，而与外加切应力或冲击力相垂直，可提高零件使用寿命。一） 淬火方法：目前常用淬火的方法有以下几种？答：（1）单介质淬火叙述）（2）双介质淬火3）马氏体分级淬（4）贝氏体等温淬5）冷处理（二） 简述 合金元素在钢中的作用？答：（1）强化铁素体 （叙述）（2）形成合金碳化物（3）阻碍奥氏体晶粒长大（4）提高钢的淬透性(5)提高淬火钢的耐回火性晶体：是指原子（离子、分子）在三维空间有规则地周期性重复排列的物体；晶格：是指原子（离子、分子）在空间无规则排列的物体；晶胞：通常只从晶格中选取一个能完全反应晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子的排列规律，这个最小的几何单元成为晶胞；晶粒：多晶体中每个外形不规则的小晶体；晶界：晶粒与晶粒间的界面；共晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个固相的过程；结晶：原子从排列不规则的液态转变为排列规则的晶态的过程。二、作图题：(20分) 、写出图1钢的“”线1和2冷却速度下的转变产物。（1，5分；2；5分）2、在Fe-Fe3C相图左下角部分画出亚共析钢和共析钢钢淬火加热温度范围线。（10分） P+MVkA10M+A Fe c% Fe3C 1题图 2题图四、分析题（25分）（每题5分）分析下列材料强化方法的强化机理1、细晶强化： 晶界增加提高强度 5分 2、热处理强化 改变组织结构提高强度 5分 3、固溶强化 晶格变形提高强度 5分 4、合金强化 固溶强化和碳化物强化 5分 5、加工硬化 位错增加提高强度 5分 三、 名词解释（12分，每题3分） 1、加工硬化 : 金属材料随着冷塑变形程度的增大，强度和硬度逐渐升高，塑性和韧性逐渐降低的现象称为加工硬化或冷作硬化2、回复 : 回复是指冷塑性变形金属在加热温度较低时，金属中的一些点缺陷和位错的迁移，使晶格畸变逐渐降低，内应力逐渐减小的过程3、合金：将两