金属材料与热处理教学资料-习题答案

第一章金属材料的性能思考与练习题一、填空题1属于金属物理性能的参数是C。A、强度B、硬度C、密度D、韧度2轴承合金应具有的性能之一是A。A、足够的强度和硬度B、足够的导电性C、良好的塑性D、良好的磁性3金属材料的力学性能是指金属材料在B作用下所表现出来的性能。A、内力B、外力C、向心力D、万有引力4铝具有的特性之一是D。A、较差的导热性B、较差的导电性C、较高的强度D、较好的塑性5金属材料下列参数中，C属于机械性能。A、熔点B、密度C、硬度D、磁性6属于金属物理性能的参数是A。A、导电性B、塑性C、韧性D、抗氧化性二、简答题1在选择金属材料时要考虑几个方面的性能答金属材料在选择时考虑使用性能和工艺性能两类。使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，包括机械性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在冷、热加工条件下表现出来的性能。工艺性能的好坏，决定了材料在制造过程中被加工成成品的难易。材料使用性是指机械零件或构件在正常工作情况下材料应具备的性能。满足零件的使用要求是保证零件完成规定功能的必要条件，是材料选择应主要考虑的问题。零件的使用要求除对其形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等外部质量进行严格的规定以外，还要对其化学成分、组织结构、力学性能、物理性能和化学性能等内部质量有明确的要求。2解释以下概念答强度金属材料在静载荷作用下抵抗永久塑性变形和断裂的能力，称为强度。要通过拉伸实验得出的材料的强度性能指标。塑性塑性是指金属材料在载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。硬度硬度是指材料抵抗其他硬物压入其表面的能力，它反映了材料抵抗局部塑性变形的能力，是金属材料一项重要的技术指标。冲击韧性冲击韧性是指金属材料抵抗冲击力而不破坏的能力。疲劳强度疲劳强度是指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。3简述低碳钢在拉伸过程中的变形过程。答低碳钢试样在拉伸过程中，可分为弹性变形、塑性变形、强化、颈缩四个阶段。这四个阶段与试样的拉力是密切相关的，每个阶段都对应着相关的力学性能指标。在各个过程的转择点最具有代表意义。工程上分别是弹性极限、屈服强度、抗拉强度。4金属材料的物理性能和化学性能包括哪几个方面答在设计和工程应用时除了要根据实际工况考虑选择材料的各项机械性能参数，还要充分考虑金属材料的其它性能，这些性能在特殊要求的工作环境下起到非常大的作用。主要是金属材料的物理性能和化学性能。金属材料的物理性能是指金属特有的属性，如密度、磁性、熔点、导电性、光泽、热膨胀性能等。材料的化学性能主要是和化学相关的性能如耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等。5金属材料的工艺性能包括哪几个方面答金属材料的工艺性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能等。工艺性能直接影响到零件制造工艺和质量，是选材和制定零件加工工艺路线时必须考虑的因素之一。第二章金属的晶体结构与结晶思考与练习题1组成晶格的最基本的几何单元是B。A，原子B，晶胞C，晶粒D，亚晶粒2与FE相比，FE的晶体结构特点是原子排列B。A，紧密B，紧密且间隙尺寸小C，紧密且间隙尺寸大D，不紧密3在一个晶粒内部A。A，晶格位向完全一致B，有位向差很小的亚晶粒C，有位向差很大的亚晶粒D，原子排列完全一致4在工业生产条件下，金属结晶时冷速愈快，形核率值A，晶粒愈细。A，愈大B，愈小C，不变D，等于零5与粗晶粒金属相比，细晶粒金属的A。A，强度、韧性均好B，强度高、韧性差C，强度高、韧性相等D，强度、韧性均差二、概念题答1晶体原子按一定几何形状进行有规则地重复排列,表现为晶体特征，即有固定的熔点和各向异性的结构对的材料称为晶体。2非晶体内部的原子无规则地堆积在一起，体现为没有固定熔点，且呈现各向同性的材料称为非晶体。3晶格这种抽象的、用于描述原子在晶体中规则排列方式的空间几何图形，称为晶格。4晶胞从晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子排列的规律，这个最小的几何单元称为晶胞。5晶面通过晶体中原子中心的平面叫作晶面。6点缺陷是指在长、宽、高三方向上尺寸都变化的一种缺陷，最常见的是晶格空位和间隙原子。点缺陷可使周围原子发生靠拢或撑开，造成晶格畸变。7线缺陷是指在晶体中呈线状分布在一个方向上尺寸很大，另两个方向上尺寸很小的缺陷。8面缺陷一块晶体常常被一些界面分隔成许多较小的畴区，畴区内具有较高的原子排列完整性，畴区之间的界面附近存在着较严重的原子错排。这种发生于整个界面上的广延缺陷被称作面缺陷。9单晶体晶体内部的晶格位向完全一致的晶体称为单晶体。10多晶体而各个晶粒之间彼此间位向却不同，这种由许多晶粒组成的晶体称为多晶体。11过冷度金属结晶的理论温度与实际温度的差值，称为过冷度。12变质处理变质处理是在浇注前向液态金属中加入一些细小的难熔的物质变质剂，在液相中起附加晶核的作用，使形核率增加，晶粒被显著细化。13合金合金是指两种或两种以上的金属元素（或金属与非金属元素）熔合在一起组成的具有金属特性的物质。14组元组成合金最基本的、独立的物质称为组元。通常组元就是指组成合金的元素，也可以是稳定的化合物。15合金系可以由给定组元按不同比例配制出一系列不同成分的合金，这一系列合金就构成了一个合金系。16相在纯金属或合金中，具有相同的化学成份、晶体结构和相同物理性能的组分称为“相”。17组织一般将直接用肉眼观察到的，或借助于放大镜、显微镜观察到的材料内部的微观形貌图像统称为组织。18滑移滑移是晶体在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面滑移面上的一定方向滑移方向相对于另一部分发生滑动的现象。19滑移系晶体通过滑移产生塑性变形时，由滑移面和其上的滑移方向所组成的系统。20滑移线材料在屈服时，试样表面出现的线纹滑移线称为滑移线。21滑移带晶体滑移后在试样抛光表面上形成的由平行线状痕迹即滑移线构成的带。22孪生在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面孪生面和晶向孪生方向发生切变的变形过程称孪生。23再结晶当温度升高到T熔的04倍时，金属原子获得更多的热能，开始以碎晶或杂质为核心结晶成细小而均匀的再结晶新晶粒，从而消除全部加工硬化，这个过程称为再结晶。24加工硬化金属发生塑性变形,随变形度的增大,金属的强度和硬度显著提高,塑性和韧性明显下降。这种现象称为加工硬化。三、简答题1常见金属晶格类型有哪些答在形成金属晶体的过程当中，各种金属晶体结构的主要差别在于晶格类型和晶格常数的不同，大多数金属具有比较简单的晶体结构，最常见和最典型的晶体类型有三种，即体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。2简述三种晶体缺陷。答在实际晶体中，原子的排序并不像理想晶体那样规则和完整，主要受许多因素（如结晶、加工条件及原子热运动等）的影响，使某些区域的原子排序受到干扰和破坏，这种区域称为晶体缺陷。根据晶体缺陷的几何形态特点，可将其分为点缺陷、线缺陷、面缺陷三种。点缺陷是指在长、宽、高三方向上尺寸都变化的一种缺陷，最常见的是晶格空位和间隙原子。点缺陷可使周围原子发生靠拢或撑开，造成晶格畸变。线缺陷是指在晶体中呈线状分布在一个方向上尺寸很大，另两个方向上尺寸很小的缺陷。面缺陷一块晶体常常被一些界面分隔成许多较小的畴区，畴区内具有较高的原子排列完整性，畴区之间的界面附近存在着较严重的原子错排。这种缺陷被称作面缺陷。3固态合金有哪些相按合金组元间相互作用不同，合金在固态下的相结构分为固溶体和金属化合物两类。1固溶体在合金在固态下，组元间仍能互相溶解而形成的均匀相称为固溶体。固溶体的晶格类型与某一组元的晶格类型相同，能保留晶格形式的组元称为溶剂，其他组元为溶质。固溶体一般用、等符号表示。按溶质原子在晶格中所占位置不同，可分为置换固溶体和间隙固溶体。形成置换固溶体时，溶质原子在溶剂晶格中的溶解度主要取决于两者晶格类型、原子直径的差别和它们在周期表中的相互位置。2金属化合物金属化合物是指合金组元间发生相互作用而形成的具有金属特性的一种新相，一般可用分子式表示。金属化合物的晶格类型和性能不同于组成它的任一组元，它具有复杂的晶格类型，熔点高，性能硬而脆。当合金中存在金属化合物时，一般能提高合金的强度和硬度，但塑性韧性降低，故金属化合物是合金的重要强化相。4过冷度的概念。答在金属凝固的过程中，固体实际凝固的温度与理想的凝固温度是不同的，将金属结晶的理论温度与实际温度的差值，称为过冷度。5过冷度与晶粒度的关系是什么答结晶时增加过冷度T，会使结晶后晶粒变细。增加过冷度，就是要提高金属凝固的冷却转变速度，晶粒长大的时间缩短，造成晶粒小。过冷度小，在结晶的过程中易形成粗晶。6简述结晶过程的普遍规律。答一般把金属的结晶过程形象地分为晶核形成和长大两个基本过程，这两个过程是同时进行的。在开始时，液态金属中的原子进行着热运动，无严格的排序规则。但随着温度下降，原子的热运动逐渐减弱，原子活动范围缩小，相互之间逐渐靠近。当冷却到理论结晶温度时，某些部位的原子按金属固有的晶格，有规则地排列成小晶体，这些细小的晶体称为晶核，也称自发晶核，这个过程称之为形核；在金属中若含有的杂质质点能促进晶核在其表面上形成，这种依附于杂质而形成的晶核称为非自发晶核。自发晶核和非自发晶核同时存在于金属液中，但非自发晶核往往起优先和主导作用。在完成了晶核之后，晶核向着不同位向按树枝生长方式长大，当成长的枝晶与相邻晶体的枝晶互相接触时，晶体就向着尚未凝固的部位生长，直到枝晶间的金属液全部凝固为止，最后形成了许多互相接触而外形不规则的晶体。7控制晶粒度有哪些方法答在实际的生产过程中，控制晶粒的方法主要有以下几种措施1增加过冷度结晶时增加过冷度T，会使结晶后晶粒变细。增加过冷度，就是要提高金属凝固的冷却转变速度，晶粒长大的时间缩短，造成晶粒小。实际生产中，常常是采用降低铸型来提高冷却速度。2变质处理变质处理是在浇注前向液态金属中加入一些细小的难熔的物质变质剂，在液相中起附加晶核的作用，使形核率增加，晶粒被显著细化。3附加振动在金属结晶时，利用机械振动、超声波振动、电磁振动等方法，既可使正在生长的枝晶熔断成碎晶粒而细化，又可使破碎的枝晶尖端起晶核作用，以增大形核率。4降低浇注速度在浇注时，以较慢速度进行浇注，可以使形核的过程在一定流速下实现，流动的液体可以将形成的晶枝破碎成较小的颗粒，增加了形核率，实现了细化晶粒的目的。8什么是同素异构转变答同一种金属材料在不同的条件下其力学性能也是不同的，这主要是因为同一种金属在不同温度下能形成不同的晶格。金属在固态下随着温度的改变，由一种晶格转变成另一种晶格的现象称为同素异构转变。9冷热加工的区别有哪些答在工业生产时将加工分成冷加工、热加工，通常把锻造、热轧等成型加工叫热加工，将冷轧、冷拉等加工称为冷变形加工，区别冷、热加工是以金属再结晶的温度为界。在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工；在再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工。在一般情况下，热加工比冷加工的力学性能要好些，经过热处理的钢材，它的抗拉、屈服强度、塑性、韧性都会有所提高，此外，热加工能消除残余应力，而冷轧可能会因为在加工过程中钢材发生屈服的不均匀变形，会产生残余应力，这个残余应力对稳定性影响很大。冷加工存在冷作硬化现象，会使材料的韧性迅速下降，在承受载荷时，容易脆性断裂，危害设备和人身安全。热加工时，材料具有良好的塑性，易于变形，同时由于材料变形，使金属的晶粒变长，在再结晶作用下，使其晶粒细化，提高了材料的综合性能，热加工能避免冷加工易产生的裂纹缺陷。第三章铁碳合金思考与练习题一、填空题1Q235AF中的235表示B。A、屈服点235MPB、屈服点235MPC、含碳量235D、序号245钢属于B。A、普通钢B、优质钢C、高级优质钢D、最优质钢3结构钢中有害元素是C。A、锰B、硅C、磷D、铬4A用于制造低速手用刀具。A、碳素工具钢B、碳素结构钢C、合金工具钢D、高速钢5使钢产生热脆性的元素是C。A、锰B、硅C、硫D、磷二、简答题1解释以下概念铁素体碳溶于FE中形成的间隙固溶体称为铁素体，常用符号“”表示。铁素体仍保持FE的体心立方晶格，碳溶于FE的晶格间隙中。奥氏体碳溶于FE中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号表示。奥氏体仍保持FE的面心立方晶格。由于面心立方晶格间隙较大，故奥氏体的溶碳能力较强。渗碳体渗碳体是铁和碳形成的具有复杂结构的金属化合物，用化学分子式“FE3C”表示。珠光体铁素体与渗碳体层片相间的机械混合物称为珠光体。莱氏体对于含碳量C211669的铁碳合金，当缓冷至1148ECF共晶线都发生共晶转变。2简述珠光体与渗碳体和铁素体的组织和性能特点。答奥氏体是碳溶解在FE中的间隙固溶体，它仍保持FE的面心立方晶格。其溶碳能力较大，奥氏体塑性好，是绝大多数钢种在高温下进行压力加工时所要求的组织。奥氏体没有磁性。渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，其晶格为复杂的正交晶格，硬度很高，塑性、韧性几乎为零，脆性很大。在铁碳合金中有不同形态的渗碳体，其数量、形态与分布对铁碳合金的性能有直接影响。珠光体是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。其力学性能介于铁素体与渗碳体之间，决定于珠光体片层间距，即一层铁素体与一层渗碳体厚度和的平均值。4简述二元合金图的建立方法。答建立二元合金相图的方法是配制不同比例的合金合金，通过实验建立各比例的冷却曲线，并建立一个坐标系以合金的比例值为横坐标，以温度为纵坐标，将开始融化的临界温度和全部融化的临界温度标注在坐标内。开始结晶温度的连线为液相线，该线以上为液相区；结晶终了温度的连线为固相线，液相线下为固态合金组织；两曲线之间为液、固两相共存的两相区。5何谓铁碳合金相图答铁碳合金相图是表示在极缓慢冷却或加热条件下，不同成分的铁碳合金在不同的温度下所具有的组织或状态的一种图形，铁碳合金相图中可以反映碳钢和铸铁的成分含碳量、组织和性能之间的关系。6铁碳合金相图在工程应用上的意义有哪些答主要应用在钢铁材料的选用和热加工工艺的制订两个方面。1在钢铁材料选用方面的应用FEFE3C相图所表明的某些成分组织性能的规律，为钢铁材料选用提供了根据；建筑结构和各种型钢需用塑性、韧性好的材料，因此选用碳含量较低的钢材；各种机械零件需要强度、塑性及韧性都较好的材料，应选用碳含量适中的中碳钢；各种工具要用硬度高和耐磨性好的材料，则选用含碳量高的钢种；纯铁的强度低，不宜用做结构材料，但由于其导磁率高，矫顽力低，可作软磁材料使用，例如做电磁铁的铁芯等；白口铸铁硬度高、脆性大，不能切削加工，也不能锻造，但其耐磨性好，铸造性能优良，适用于作要求耐磨、不受冲击、形状复杂的铸件。2在铸造工艺方面的应用根据FEFE3C相图可以确定合金的浇注温度。浇注温度一般在液相线以上50100。从相图上可看出，纯铁和共晶白口铸铁的铸造性能最好。它们的凝固温度区间最小，因而流动性好，分散缩孔少，可以获得致密的铸件，所以铸铁在生产上总是选在共晶成分附近。在铸钢生产中，碳含量规定在01506之间，因为这个范围内钢的结晶温度区间较小，铸造性能较好。3在热锻、热轧工艺方面的应用FEFE3C相图能对热加工起到指导的作用。钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较好，因此锻造或轧制选在单相奥氏体区内进行。4在热处理工艺方面的应用FEFE3C相图对于制订热处理工艺有着特别重要的意义。一些热处理工艺如退火、正火、淬火的加热温度都是依据FEFE3C相图确定的。7根据铁碳相图写出钢的分类。答在液相铁碳合金结晶的过程中，因二元组的成分不同，组成晶体的晶相组织不同。共分为以下几种1工业纯铁，组织构成是铁素体2共析钢，共析钢缓冷到室温的组织为珠光体。3亚共析钢在室温下的显微组织都是铁素体和珠光体。但是，随着碳含量的增加，组织中铁素体的数量减少，珠光体的数量增加，力学性能差异很大。4过共析钢组织组成物为FE3C和P。5共晶白口铸铁室温组织为一次渗碳体低温莱氏体。6亚共晶白口铸铁室温组织为珠光体二次渗碳体低温莱氏体。7过共晶白口铸铁室温下组织为一次渗碳体低温莱氏体。8简述长存杂质元素对钢的性能的影响。答1锰和硅的影响脱氧剂中的SI与MN总会有一部分溶于钢液，凝固后溶于铁素体，产生固溶强化作用。在含量不高1时，可以提高钢的强度，而不降低钢的塑性和韧性。2其它杂质的影响S的影响。钢中含S量不高，由于严重偏析，凝固快完成时，钢中的S几乎全部残留在枝晶间的钢液中，最后形成低熔点的FEFES共晶。，含有较多的FEO，还会形成（FEFEOFES）三相共晶体，熔点更低，危害性更大。P的影响。P在铁中固溶度较大，钢中的P一般都固溶于铁中。P溶入铁素体后，有较之其他元素更强的固溶强化能力，尤其是较高的含P量，使钢显著提高强度、硬度的同时，剧烈地降低钢的塑、韧性，并且还提高了钢的脆性转化温度，使得低温工作的零件冲击韧性很低，脆性很大，这种现象通常称为钢的冷脆。O、H、N的影响。O在钢中溶解度很小，几乎全部以氧化物夹杂形式存在，如FEO、AL2O3、SIO2、MNO2等，这些非金属夹杂使钢的力学性能降低，尤其是对钢的塑性、韧性、疲劳强度等危害很大。H在钢中含量尽管很少，但溶解于固态钢中时，剧烈地降低钢的塑、韧性，增大钢的脆性，这种现象称为氢脆。少量N存在于钢中，会起强化作用。N的有害作用表现为造成低碳钢的时效现象，即含N的低碳钢自高温快速冷却或冷加工变形后，随时间的延长，钢的强度、硬度上升，塑、韧性下降，脆性增大，同时脆性转变温度也提高了，造成了许多焊接工程结构和容器突然断裂事故。第四章钢的热处理思考与练习题一、选择正确答案1钢中加入除CO之外的其它合金元素一般均能使其C曲线右移，从而BA、增大VKB、增加淬透性C、减小其淬透性D、增大其淬硬性2为改善低碳钢的切削加工性应进行哪种热处理DA、等温退火B、完全退火C、球化退火D、正火3回火是将淬火钢加热到D某一温度，保温一定时间，然后冷却至室温的热处理工艺。A、AC3以上B、ACM以下C、AC1以下D、AC1以上4某一中载齿轮决定用45钢制造，其最终热处理采用下列哪种方案为宜AA、淬火低温回火B、渗碳后淬火低温回火C、调质后表面淬火D、正火5感应加热表面淬火的淬硬深度，主要决定于CA、淬透性B、冷却速度C、感应电流的大小D、感应电流的频率6过共析钢的退火组织是CA、FFE3CIIIB、FPC、PFE3CIID、PFE3CIII7过共析钢因过热而析出网状渗碳体组织时，可用下列哪种工艺消除CA、完全退火B、等温退火C、球化退火D、正火8对亚共析钢进行完全退火,其退火温度应为DA低于AC1温度B高于AC1温度而低于AC3温度C等于AC3温度DAC33050二、判断题1结构钢的淬透性，随钢中碳含量的增大而增大。2工具钢淬火时，冷却速度越快，则所得组织中的残余奥氏体越多。3同一钢材在相同加热条件下，水淬比油淬的淬透性好。4同一钢材在相同加热条件下，小件比大件的淬透性好。5过共析钢用球化处理的方法可消除其网状渗碳体。6采用等温淬火可获得晶粒大小均匀的马氏体。7亚共析钢经正火后，组织中的珠光体含量高于其退火组织中的。8钢经热处理后，其组织和性能必然会改变。9凡能使钢的临界冷却速度增大的合金元素均能减小钢的淬透性。三、简答题。1确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度ZG35的铸造齿轮锻造过热的60钢锻坯具有片状渗碳体的T12钢坯答1）经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度；答再结晶退火。目的使变形晶粒重新转变为等轴晶粒，以消除加工硬化现象，降低了硬度，消除内应力。细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度以消除加工硬化现象。组织等轴晶的大量铁素体和少量珠光体。2）ZG35的铸造齿轮答完全退火。经铸造后的齿轮存在晶粒粗大并不均匀现象，且存在残余内应力。因此退火目的细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性。组织晶粒均匀细小的铁素体和珠光体。3）锻造过热后的60钢锻坯；答完全退火。由于锻造过热后组织晶粒剧烈粗化并分布不均匀，且存在残余内应力。因此退火目的细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性。组织晶粒均匀细小的少量铁素体和大量珠光体。4）具有片状渗碳体的T12钢坯；答球化退火。由于T12钢坯里的渗碳体呈片状，因此不仅硬度高，难以切削加工，而且增大钢的脆性，容易产生淬火变形及开裂。通过球化退火，使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体，以降低硬度，均匀组织、改善切削加工性。组织粒状珠光体和球状渗碳体。2何谓钢的临界冷却速度它的大小受哪些因素影响它与钢的淬透性有何关系答当奥氏体化的钢由高温冷却时，使奥氏体不分解成铁素体与渗碳体的机械混合物，而转变为马氏体所需要的最低冷却速度，称为钢的临界冷却速度。钢的淬透性在本质上取决于过冷A的稳定性。过冷A越稳定，临界冷却速度越小，钢件在一定条件下淬火后得到的淬透层深度越大，则钢的淬透性越好。因此，凡是影响过冷A稳定性的因素，都影响钢的淬透性。过冷A的稳定性主要决定于钢的化学成分和A化温度。也就是说，钢的含碳量、合金元素及其含量以及淬火加热温度是影响淬透性的主要因素。淬透性是钢的一种工艺性能，也是钢的一种属性，对于一种钢在一定的奥氏体化温度下淬火时，其淬透性是确定不变的。钢的淬透性的大小用规定条件下的淬透层深度表示。而具体工件的淬透层深度是指在实际淬火条件下得到的半马氏体区至工件表面的距离，是不确定的，它受钢的淬透性、工件尺寸及淬火介质的冷却能力等诸多因素的影响。3钢件淬火后为什么要进行回火处理，回火工艺有哪几种，各用于什么类型的工件答为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。回火的目的是1降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。2获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的韧性、塑性。3稳定工件尺寸4对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。回火工艺有常见的回火工艺有低温回火，中温回火，高温回火和多次回火等。1低温回火150250回火后组织为回火马氏体。其性能特点是减小淬火应力和脆性，保持淬火后的高硬度5864HRC和耐磨性。主要用于处理量具、刃具、模具、滚动轴承以及各种表面热处理的零件。2中温回火350500回火后组织为回火托氏体。其性能特点是获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。硬度一般为3545HRC。中温回火主要用于处理各种弹簧、发条及热锻模具等。3高温回火500650高温回火后的组织为回火索氏体，回火索氏体综合机械性能最好，即强度、塑性和韧性都比较好，硬度一般为2535HRC。工业生产中，常把淬火并高温回火的联合工艺称为调质。调质处理主要用于各种重要结构件，特别是那些在交变载荷下工作的轴类、齿轮、连杆、螺栓等。也可作为某些精密零件的预先热处理。4有两个T10钢小试样A和B，A试样加热到750，B试样加热到850，均充分保温后在水中冷却，哪个试样的硬度高为什么答A试样硬度高，A试样加热的温度低，淬火后有渗碳体存在，并且残余奥氏体少，所以硬度高。第五章合金钢思考与练习题一、选择题1合金钢除有较高的强度、比强度、热硬性和特殊的理化性能外，还有较高的B。A淬硬性B淬透性C减振性D变形抗力2调质钢大多是CA高碳钢B低碳钢C中碳钢DB或C3合金结构钢主要是AA低合金结构钢B合金渗碳钢和合金弹簧钢C合金调质钢和滚珠轴承钢DABC4制造船舶、桥梁、大型钢结构的钢材是BA普通碳素结构钢B普通低合金结构钢C低合金调质钢D不锈钢5制造南京长江大桥的材料是DA优质碳素结构钢B高合金钢C合金调质钢D普通低合金钢6属于合金调质钢的是B材料A20CRB40CRC4CR9SI2D4CR137调质钢要求含碳量在一定的范围，如含碳量过低，则D；含碳量过高，则D。A强度低/刚度低B刚度低/强度低C韧性低/疲劳性能低D硬度低/韧性低8下列钢材中属于合金钢的是B。A20B40CRCZG200400DH629生产中对较重要的零件（如汽车、拖拉机齿轮等）及对于截面较大或心部强度要求较高的渗碳零件，通常采用D来制造。A含碳量较低（010025）的钢B含碳量为030的钢C合金渗碳钢D高碳高合金钢10高速钢刀具刃部能保持高硬度的最高工作温度是C。A250300B350450C500550D600650二、简答题1什么叫合金钢同碳素钢相比，有哪些优越性答普通低合金结构钢是在低碳碳素结构钢的基础上加入少量合金元素得到的钢。普通低合金结构钢比相同碳质量分数碳素钢的强度约高1030。2试述普通低合金钢的性能特点（同普通碳素钢比）答与低碳钢相比，普低钢不但具有良好的塑性和韧性以及焊接工艺性能，而且还具有较高的强度，较低的冷脆转变温度和良好的耐腐蚀能力。因此，用普低钢代替低碳钢，可以减少材料和能源的损耗，减轻工程结构件的自重，增加可靠性。3分析说明优质碳素结构钢中，为什么碳的质量分数的差异会造成较大的性能差异答钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量023超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过020。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。典型的例子是低碳钢、高碳钢、高碳钢力学性能变化。4什么是合金调质钢其主要用途是什么其所含主要合金元素有哪些答合金调质钢碳的质量分数一般在C02505之间。碳的质量分数过低不易淬硬，且回火后达不到所需要的强度；如果碳的质量分数过高，则零件韧性较差。合金调质钢指调质处理后使用的合金结构钢，其具有良好的综合力学性能。例如在即需要有一定的强度同时还要有较好的韧性，如机床的主轴、汽车底盘的半轴、柴油机连杆螺栓等。合金调质钢的主加元素有铬、镍、锰、硅、硼等，以增加淬透性、强化铁素体；钼、钨的主要作用是防止或减轻第二类回火脆性，并增加回火稳定性；钒、钛的作用是细化晶粒。5优质碳素钢的牌号是如何规定的45钢的化学成分、抗拉强度、屈服强度分别是多少答优质碳素结构钢的钢号用平均碳含量的万分数表示。例如钢号“20”，即表示碳含量为020（万分之二十）的优质碳素结构钢。“45”表示碳含量为045的优质碳素结构钢。主要化学成分C0405MN04507SI017037CR不大于02力学性能屈服不小于290MPA抗拉不小于580MPA3连线题连接下列常用材料的牌号16MN合金渗碳钢20CRMNTI滚动轴承钢50CRVA普通低合金结构钢40CR合金弹簧钢GCR15合金调质钢9SICR合金调质钢40CRNI合金工具钢3CR13合金弹簧钢W6MO5CR4V2普通低合金结构钢55SI2MN高速钢16MNNB不锈钢W18CR4V铬镍不锈钢1CR13耐热钢0CR18NI9高速钢4CR14NI14W2MO铬不锈钢第六章铸铁思考与练习题一、选择题1铸铁中的碳以石墨形态析出的过程称为DA石墨化B变质处理C球化处理D孕育处理2灰口铸铁具有良好的铸造性、耐磨性、切削加工性及消振性，这主要是由于组织中的C的作用。A铁素体B珠光体C石墨D渗碳体3B的石墨形态是片状的。A球墨铸铁B灰口铸铁C可锻铸铁D白口铸铁4铸铁的A性能优于碳钢。A铸造性B锻造性C焊接性D淬透性5与灰口铸铁相比，球墨铸铁最突出的优点是C。A塑性高B韧性好C疲劳强度高DAB6孕育铸铁是灰口铸铁经孕育处理后，使B，从而提高灰口铸铁的机械性能。A基体组织改变B石墨片细小C晶粒细化D石墨片粗大7下列牌号中A、B是孕育铸铁。AHT200BHT300CKTH30006DQT400178可锻铸铁是在钢的基体上分布着C石墨。A粗片状B细片状C团絮状D球粒状9可锻铸铁是B均比灰口铸铁高的铸铁A强度、硬度B刚度、塑性C塑性、韧性D强度、韧性10D的性能提高，甚至接近钢的性能A孕育铸铁B可锻铸铁C球墨铸铁D合金铸铁二、简答题1简述灰口铸铁的性能特点。答灰铸铁的性能与其化学成分和组织有密切的联系。因灰铸铁内的石墨的存在，导致灰铸铁有很多独特的性能，体现为以下几个方面1优良的铸造性能由于灰口铸铁的化学成分接近共晶点，所以铁水流动性好，可以铸造非常复杂的零件。另外，由于石墨比容较大，使铸件凝固时的收缩量减少，可简化工艺，减轻铸件的应力并可得到致密的组织。2优良的耐磨性和吸震性石墨本身具有润滑作用，石墨掉落后的空洞能吸附和储存润滑油，使铸件有良好的耐磨性。此外，由于铸件中带有硬度很高的磷共晶物，又能使抗磨能力进一步提高，这对于制备活塞环、气缸套等受摩擦零件具有重要的意义。石墨还可以阻止振动的传播，灰铸铁的消振能力是钢的10倍，常用来制作承受振动的机床底座等零件。3较低的缺口敏感性和良好的切削加工性能灰铸铁中由于石墨的存在，相当于存在很多小的缺口时，表面的缺陷、缺口等几乎没有敏感性。因此，表面的缺陷对铸铁的疲劳强度影响较小，但其疲劳强度比钢低。由于铸铁中的石墨可以起断屑作用和对刀具的润滑起减小切削阻力的作用，所以铸铁具有良好的可切削加工性。4灰铸铁的机械性能灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性及弹性模量都低于碳素钢。灰铸铁的抗压强度和硬度主要取决于基体组织。灰铸铁的抗压强度一般比抗拉强度高出三四倍，这是灰铸铁的一种特性。因此，在设计时常选用灰铸铁制作的零件用来承受压力不受拉力。这就是铸铁广泛用作机床床身和支柱的原因。（5）较好的经济性灰铸铁的制造过程简单，原材料来源广泛，同时采用铸造的形式，生产出的毛坯可以满足复杂零件的一次成型的需要，加工余量小，既节省材料又减少了加工的成本。所以，强度要求不高而形状复杂的零件铸铁材料是首选。2与灰口铸铁相比，球墨铸铁的机械性能有哪些特点3与钢相比，灰口铸铁有哪些优缺点答与钢相比铸铁的优点主要体现为以下几个方面1优良的铸造性能由于灰口铸铁的化学成分接近共晶点，所以铁水流动性好，可以铸造非常复杂的零件。另外，由于石墨比容较大，使铸件凝固时的收缩量减少，可简化工艺，减轻铸件的应力并可得到致密的组织。2优良的耐磨性和吸震性石墨本身具有润滑作用，石墨掉落后的空洞能吸附和储存润滑油，使铸件有良好的耐磨性。此外，由于铸件中带有硬度很高的磷共晶物，又能使抗磨能力进一步提高，这对于制备活塞环、气缸套等受摩擦零件具有重要的意义。石墨还可以阻止振动的传播，灰铸铁的消振能力是钢的10倍，常用来制作承受振动的机床底座等零件。3较低的缺口敏感性和良好的切削加工性能灰铸铁中由于石墨的存在，相当于存在很多小的缺口时，表面的缺陷、缺口等几乎没有敏感性。因此，表面的缺陷对铸铁的疲劳强度影响较小，但其疲劳强度比钢低。由于铸铁中的石墨可以起断屑作用和对刀具的润滑起减小切削阻力的作用，所以铸铁具有良好的可切削加工性。4简述蠕化处理。答蠕墨铸铁是通过铁液的蠕化处理获得的，浇注前向铁液中加入蠕化剂，促使石墨呈蠕虫状析出，就得到了蠕墨铸铁，这种处理方法称为蠕化处理。目前常用的蠕化剂有稀土镁钛合金、稀土硅铁合金、稀土钙镁铁合金等。5简述合金铸铁的分类和作用。答合金铸铁主要分为以下几类1耐磨铸铁向铸铁中加入一定的P、B、V或TI等元素，使铸铁组织中形成大量均布的高硬度显微夹杂物，大大提高了铸铁的耐磨性。向铸铁中加入CR、MO和CU等元素使基体组织细化和强化，也能提高耐磨性。高P、CU、TI合金铸铁是制造机床导轨的好材料。CR、MO、CU合金铸铁主要用在汽车、拖拉机、精密机床方面以及要求较高的大型柴油机汽缸套及活塞环等零件。2耐热铸铁耐热铸铁是指在高温下具有较好的抗氧化和抗生长的能力。向铸铁中加入一定量的AL、SI或CR等元素，一方面使铸铁表面形成致密的氧化膜AL2O3、SIO2、CR2O3，使这类铸铁在高温下具有抗氧化、不起皮的能力；另一方面，这些元素提高了铸铁组织的相变温度，阻止了FE3C的分解，增强了铸铁在高温下的抗生长性，使铸件的性能与尺寸稳定，即提高了耐热性。耐热铸铁可用于制造炉门、炉栅等耐热件。3耐蚀铸铁耐蚀铸铁是指在腐蚀性介质中工作时具有耐蚀能力的铸铁。它们主要应用于化工部门，如阀门、管道、泵、容器等。提高铸铁耐蚀性主要靠加入大量的SI、AL、CR、NI、CU等合金元素。在铸件表面形成保护膜，可以提高铸铁的耐蚀性能。6简述球墨铸铁的性能和应用。答球墨铸铁的力学性能与球状石墨和基体组织有关。石墨球越细小、越圆整、分布越均匀，球墨铸铁的强度、塑性与韧性越好；铁素体基体具有高的塑性和韧性；珠光体基体强度较高，耐磨性较好；热处理后获得的回火马氏体基体硬度最高，但韧性很低。第七章有色金属及其合金思考与练习题一、选择题1普通黄铜分为单相黄铜和D两类。A、多相黄铜B、复杂相黄铜C、复相黄铜D、双相黄铜2普通黄铜H68平均含锌量为D。A、6B、8C、68D、323轴承合金应具有的性能之一是A。A、足够的强度和硬度B、足够的导电性C、足够的热硬性D、良好的磁性4铅基轴承合金是以铅锑为基，加入C等合金元素组成的轴承合金。A、碳、氮B、铁、镍C、锡、铜D、铬、钼5下列为硅青铜的牌号是D。A、QSN43B、QAL94C、QBE2D、QSI316青铜可分为D、铝青铜、硅青铜、铍青铜等。A、铁青铜B、镍青铜C、钛青铜D、锡青铜7纯铝中加入适量的B等合金元素，可以形成铝合金。A、碳B、硅C、硫D、磷8属于超硬铝合金的牌号是C。A、5A02（LF21）B、2A11（LY11）C、7A04（LC4）D、2A70（LD7）9属于防锈铝合金的牌号是A。A、5A02（LF21）B、2A11（LY11）C、7A04（LC4）D、2A70（LD7）10锡基轴承合金是锡中加入C等合金元素组成的合金。A、碳、氮B、铁、镍C、锑、铜D、铬、钼二、简答题1有色金属和合金的强化方法与钢有什么不同答有色金属的强化与合金的强化形式不同，以铝为例，钢经淬火后，得到马氏体组织，强度、硬度提高，韧性急剧降低。回火时，马氏体发生分解，强度、硬度降低，而塑性和韧性提高。2铝合金有什么特点铝合金是加入一定的合金元素形成的合金，具有以下特点1密度小。铝的密度为272G/CM3，约为钢的密度的三分之一。2可强化。纯铝的抗拉强度虽然不高，但它可以通过固溶强化、沉淀强化、应变强化等手段，使铝合金的强度提高到适合的预定目标。3工艺性好。纯铝可用任何一种铸造方法铸造；其塑性好，可轧制成板材和箔材，拉拔成线材和丝材，挤压成管材、棒材及复杂断面的型材；也可以进行机械加工。4耐腐蚀。铝是最活泼的金属，在常温下铝及其合金的表面极易形成一薄层致密A1203保护膜，这层保护膜使铝在具有一定腐蚀性的环境介质中不被腐蚀，属耐腐蚀性能良好的金属材料。5导电、电热性好。铝是良好的电导体和热导体。3概述铝合金在工业上的用途。答铝合金在工业上的应用广泛，铝合金分为铸造铝合金和变形铝合金两大类，铸铝广泛应用于工业各个领域，汽车、钢铁、石化等制造结构件，如壳体、缸体、箱体、框架和活塞等部件。变形铝合金可用于制造受力不大的容器、油箱和深冲件；也可轧成板材、管材和型材，制造较高载荷下的铆接和焊接零件；超硬铝合金多用于制造受力较大的结构件，如飞机大梁、起落架等。4铜合金有几大类，各类有什么用途答根据加入合金元素的不同，铜合金分为黄铜、青铜和白铜。1黄铜1普通黄铜仅有固溶体的黄铜为单相黄铜，有较高的强度和塑性，可进行冷、热变形加工；它还具有良好的锻造、焊接性能。双相黄铜具有良好的热变形能力，较高的强度和耐蚀性。可用于散热器、水管、油管、弹簧等。2特殊黄铜在普通黄铜的基础上加入AL、FE、SI、MN、PB、NI等元素就成为特殊黄铜。根据加入元素的不同，特殊黄铜分为铝黄铜、锰黄铜、铅黄铜、硅黄铜及镍黄铜等。特殊黄铜包括黄铜和铸黄铜两种类型。在生产方式上黄铜可以进行机械加工或压力加工，铸黄铜可以铸造和机械加工。特殊黄铜有良好的变形能力。在船舶、电机及化工工业小制造高强度、高耐蚀性的零件。铅黄铜主要用于要求有良好切削加工性及耐磨的零件如钟表零件，铸造铅黄铜可制作轴瓦、衬套等。硅黄铜主要用于制造船舶、化工、水泵等机械零件。2青铜1锡青铜锡青铜可用作轴套、弹簧等抗磨、抗蚀、抗磁零件，广泛应用于化工、机械、仪表、造船等行业。2铝青铜宜作机械、化工、造船及汽车工业中的轴套、齿轮、蜗轮、管路配件等零件。3铍青铜主要用于制作高级精密的弹性元件，如弹簧、膜片、膜盘等，特殊要求的耐磨零件，如钟表的齿轮和发条、压力表游丝；高速、高温、高压下工作的轴承、衬套及矿山、炼油厂用的冲击不带火花的工具。3白铜白铜具有高的耐蚀性、优良的冷、热加工工艺性。因此，广泛用于制造精密仪器、仪表化工机械及医疗器械中的关键零件。5简述轴承合金的结构特点和应用。答轴承合金的组织在构成时是在软基体上分布着硬质点，如图所示。在轴和轴瓦配合时，轴的硬度高，与轴承接触的是轴承合金的组织是软基体上分布硬质点，则运转时软基体受磨损而凹陷，硬质点将凸出于基体上，使轴和轴瓦的接触面积减小，而凹坑能储存润滑油，降低轴和轴瓦之间的摩擦系数，减少轴和轴承的磨损。另外，软基体能承受冲击和震动，使轴和轴瓦能很好的结合，并能起嵌藏外来小硬物的作用，保证轴颈不被擦伤。应用适于制作最重要的轴承，如汽轮机、发动机和压气机等大型机器的高速轴瓦，可用于制造中、低载荷的轴瓦，例如汽车、拖拉机曲轴的轴承等。6简述钛合金的分类和用途。答钛合金可分为三类钛合金、钛合金和（）钛合金。钛合金。主要用于制造导弹的燃料罐、超音速飞机的涡轮机匣等。钛合金。一般在350以下使用，适于制造压气机叶片、轴、轮盘等重载的回转件，以及飞机构件等。钛合金。钛中通常加入稳定化元素、大多数还加入稳定化元素所得到的钛合金，塑性很好，容易锻造、压延和冲压，并可通过淬火和时效进行强化。热处理后强度可提高50100。7简述镁合金的分类和用途。答镁合金按加工方式可以分为铸造镁合金和变形镁合金两种。铸造镁合金包括高强铸造镁合金如ZM5、ZM1、ZM2和耐热铸造镁合金如ZM3等两类。其中ZM5是应用最广泛的合金之一，其特点是强度较高，塑性良好，易于铸造，适于生产各类铸件。变形镁合金有MGMN系、MGALZN系和MGZNZR等合金系。MGMN系合金包括MB1和MB8二种，它们不能热处理强化，这些合金工艺性能好，抗蚀性高，适于制作飞机蒙皮、模锻件和要求耐蚀的管件。8粉末冶金有哪些优点答从目前的粉末冶金技术的应用来看，它有如下几大优点粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。在制备高性能稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土催化剂、高温超导材料、新型金属材料（如ALLI合金、耐热AL合金、超合金、粉末耐蚀不锈钢、粉末高速钢、金属间化合物高温结构材料等）具有重要的作用。可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料，这些材料具有优异的电学、磁学、光学和力学性能。可以容易地实现多种类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分离膜材料、高性能结构陶瓷和功能陶瓷材料等。可以实现净近形成形和自动化批量生产，从而，可以有效地降低生产的资源和能源消耗。可以充分利用矿石、尾矿、炼钢污泥、轧钢铁鳞、回收废旧金属作原料，是一种可有效进行材料再生和综合利用的新技术。第八章铸造思考与练习题一、填空题1下列是铸造特点的是（B）A成本高B适应性广C精度高D铸件质量高2机床的床身一般选（A）A铸造B锻造C焊接D冲压3造型时上下型的结合面称为（D）A内腔B型芯C芯头D分型面4型芯是为了获得铸件的（C）A外形B尺寸C内腔D表面5造型时不能用嘴吹芯砂和（A）A型芯B工件C型砂D砂箱6没有分型面的造型是（D）A整体模造型B分开模造型C三箱造型D熔模造型7冒口的主要作用是排气和（B）A熔渣B补缩C结构需要D防沙粒进入8浇铸时产生的抬箱跑火现象的原因是（C）A浇铸温度高B浇铸温度低C铸型未压紧D为开气孔9把熔炼后的铁液用浇包注入铸腔的过程时（D）A合箱B落砂C清理D浇铸10铸件上有未完全融合的缝隙，接头处边缘圆滑是（A）A裂缝B冷隔C错型D砂眼二、问答题1什么是合金的铸造性能试比较铸铁和铸钢的铸造性能。答通常把合金对铸造过程和效果有着比较重要影响的特性称为合金的铸造性能。一般合金的铸造性能主要指流动性、收缩性、应力及变形、裂纹倾向及成分均一性等。铸钢的力学性能比铸铁好，但其铸造性能比铸铁差，主要表现在流动性上。因流动性低铸钢在铸造的过程中在体积收缩和缩孔倾向大、热裂倾向大、冷裂倾向大等铸造问题。2试述铸造生产的特点，并举例说明其应用情况。1适用范围广。铸铁、钢和有色金属等金属材料均可铸造；铸件形状可以非常复杂，内腔复杂的坯件或零件，如汽车用多缸式水冷整铸汽缸体等均可采用铸造的廉价制造方式来实现；铸造法几乎不受零件大小、厚薄和复杂程度的限制，可以铸造壁厚范围为几毫米到1米，长度从几个毫米到十几米，质量从几克到300多吨的各种合金铸件。2铸造材料广泛。可制造各种合金铸件用铸造法可以生产铸钢件、铸铁件、各种铝合金、铜合金、镁合金、钛合金及锌合金等铸件。对于脆性金属或合金，铸造是唯一可行的加工方法。在生产中以铸铁件应用最广，约占铸件总产量的70以上。3铸件的尺寸精度高一般比锻件、焊接件尺寸精确，可节约大量金属材料和机械加工工时。4成本低廉铸件在一般机器生产中约占总质量的4080，而成本只占机器总成本的2530。在机床、内燃机、重型机器、风机、压缩机、拖拉机、汽车中占很大的比例。3试列表分析比较整模造型、分模造型、挖砂造型、活块造型和刮板造型的特点和应用情况。造型方法特点应用范围整模造型整体模，分型面为平面，铸型型腔全部在一个砂箱内。造型简单，铸件不会产生错箱缺陷铸件最大截面在一端，且为平面分模造型模样沿最大的截面分为两半，型腔位于上、下两个砂箱内。造型方便，但制作模样较麻烦最大截面在中部，一班为对称性铸件挖砂造型整体模，造型时需挖去阻碍起模的造砂，故分型面是曲面。造型麻烦，生产率低单件小批量生产，分模后易损坏或变形的铸件活块造型将模样上妨碍起模的部分，做成活动的活块，便于造型起模。造型和制作模样都麻烦单位小批量生产带有突起部分的铸件刮板造型用特制的刮板代替实体模样造型，课显著降低模样成本。但操作复杂，要求工人技术水平高单件小批量生产等截面或回转体大、中性铸件4型砂由哪些材料组成试述型砂的主要性能及其对铸件质量的影响。答型砂；也称造型混合料。它是将原砂、粘土、附加物和水等按一定的比例进行混制、满足一定的工艺性能要求，用来制造铸型，这种混制好的混合料称为型砂。型砂的性能具有较高的强度和热稳定性，以承受各种外力和高温的作用。良好的流动性，即型砂在外力或本身重力作用下砂粒间相互移动的能力。一定的可塑性，即型砂在外