金属材料及热处理作业.docx
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金属材料及热处理作业.docx
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金属材料及热处理作业
本次作业是本门课程本学期的第1次作业,注释如下:
一、单项选择题(只有一个选项正确,共15道小题)
1.高分子材料中,大分子链之间的结合键是()。
(A)金属键
(B)离子键
(C)共价键
(D)分子键
正确答案:
C
解答参考:
2.结构材料要求的主要性能为()
(A)物理性能
(B)化学性能
(C)力学性能
(D)物理和化学性能
正确答案:
C
解答参考:
3.材料的使用温度()。
(A)与其韧脆转变温度无关
(B)应在其韧脆转变温度以下
(C)应与其韧脆转变温度相等
(D)应在其韧脆转变温度以上
正确答案:
D
解答参考:
4.低碳钢拉伸应力-应变曲线上对应的最大应力值称为()。
(A)弹性极限
(B)屈服点
(C)抗拉强度
(D)断裂韧度
正确答案:
C
解答参考:
5.表示金属材料弹性极限的符号是()。
(A)b
(B)s
(C)
(D)p
正确答案:
C
解答参考:
6.()是金属的韧性指标。
(A)HB
(B)δ
(C)K1c
(D)E
正确答案:
C
解答参考:
7.金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫()。
(A)弹性
(B)硬度
(C)塑性
(D)强度
正确答案:
D
解答参考:
8.()属于密排六方结构。
(A)Fe
(B)Al
(C)Cu
(D)Zn
正确答案:
D
解答参考:
9.金属多晶体的晶粒越细,则其()。
(A)强度越高,塑性越差
(B)强度越高,塑性越好
(C)强度越低,塑性越好
(D)强度越低,塑性越差
正确答案:
B
解答参考:
10.从金属学的观点来看,冷加工和热加工是以()温度为界限区分的。
(A)结晶
(B)再结晶
(C)同素异构转变
(D)25℃
正确答案:
B
解答参考:
11.钨在室温塑性变形后,与塑性变形前相比()。
(A)硬度明显增高,塑性明显降低
(B)硬度明显降低,塑性明显增高
(C)硬度、塑性变化不明显
(D)硬度、塑性的变化趋势一致
正确答案:
A
解答参考:
12.
HCP金属与FCC金属在塑性上的的差别,主要是由于两者的()。
(A)滑移系数目不同
(B)滑移方向不同
(C)滑移面不同
(D)晶胞形状不同
正确答案:
A
解答参考:
13.实际生产中,金属冷却时()。
(A)理论结晶温度总是低于实际结晶温度
(B)理论结晶温度总是等于实际结晶温度
(C)理论结晶温度总是大于实际结晶温度
(D)实际结晶温度和理论结晶温度没有关系
正确答案:
C
解答参考:
14.金属在结晶时,冷却速度越快,其实际结晶温度()。
(A)越高
(B)越低
(C)越与冷却速度无关
(D)越趋于恒定
正确答案:
B
解答参考:
15.在金属结晶时,向液体金属中加入某种难熔杂质来有效细化金属的晶粒,以达到改善其机械性能的目的,这种细化晶粒的方法叫做()。
(A)时效处理
(B)变质处理
(C)加工硬化
(D)调质
正确答案:
B
解答参考:
二、不定项选择题(有不定个选项正确,共10道小题)
16.退火低碳钢的拉伸曲线包括()阶段。
[不选全或者选错,不算完成]
(A)弹性变形
(B)回复
(C)屈服
(D)加工硬化
正确答案:
ACD
解答参考:
17.金属的塑性指标有()。
[不选全或者选错,不算完成]
(A)比例极限
(B)延伸率
(C)应力循环周次
(D)断面收缩率
正确答案:
BD
解答参考:
18.工程上常用()表示材料的硬度。
[不选全或者选错,不算完成]
(A)HRC
(B)HB
(C)Ak
(D)E
正确答案:
AB
解答参考:
19.在晶体缺陷中,属于点缺陷的有()。
[不选全或者选错,不算完成]
(A)间隙原子
(B)位错
(C)晶界
(D)空位
正确答案:
AD
解答参考:
20.在晶体缺陷中,属于面缺陷的有()。
[不选全或者选错,不算完成]
(A)间隙原子
(B)位错
(C)晶界
(D)相界
正确答案:
CD
解答参考:
21.金属变形的基本方式有()。
[不选全或者选错,不算完成]
(A)
扩散
(B)
滑移
(C)
孪生
(D)形核
正确答案:
BC
解答参考:
22.变形金属再结晶后()。
[不选全或者选错,不算完成]
(A)形成柱状晶
(B)形成等轴晶
(C)强度升高
(D)塑性升高
正确答案:
BD
解答参考:
23.经冷变形后,金属()。
[不选全或者选错,不算完成]
(A)形成柱状晶
(B)形成纤维组织
(C)强度升高
(D)塑性升高
正确答案:
BC
解答参考:
24.提高液体金属的冷却速度,可使金属结晶()。
[不选全或者选错,不算完成]
(A)过冷度增加
(B)N/G增加
(C)N/G减小
(D)晶粒细化
正确答案:
ABD
解答参考:
25.下面措施中能获得细晶粒结构的有()。
[不选全或者选错,不算完成]
(A)进行变质处理
(B)诱导晶核的快速长大
(C)振动
(D)提高液体金属的冷却速度
正确答案:
ACD
解答参考:
三、判断题(判断正误,共10道小题)
26.由弹性比功的公式:
ae=se2/2E,可通过冶金、冷变形和热处理等方式来降低材料的弹性模量E从而提高其弹性比功。
()
正确答案:
说法错误
解答参考:
27.材料断裂韧性(KIC)受到材料的成分和组织结构以及构件的裂纹尺寸和几何形状的影响。
()
正确答案:
说法错误
解答参考:
28.金属材料的冲击韧性与测试温度无关。
()
正确答案:
说法错误
解答参考:
29.金属晶体中典型的空间点阵有体心立方、面心立方和密排六方三种。
()
正确答案:
说法正确
解答参考:
30.塑性变形时,滑移面总是晶体的密排面,滑移方向也总是密排方向。
()
正确答案:
说法正确
解答参考:
31.金属晶体中位错密度的增加,金属继续塑性变形的抗力增大,强度升高;因而,那些几乎完全没有位错等缺陷的、近乎理想的晶体材料强度很低。
()
正确答案:
说法错误
解答参考:
32.当金属进行冷塑性变形加工后,强度将会降低。
()
正确答案:
说法错误
解答参考:
33.热加工是在再结晶温度以上的加工方法,也会引起加工硬化。
()
正确答案:
说法错误
解答参考:
34.在实际金属的结晶过程中,自发形核比非自发形核更重要,往往起优先的主导的作用。
()
正确答案:
说法正确
解答参考:
35.一般情况下,晶粒愈大,金属的强度、塑性愈好。
()
正确答案:
说法错误
解答参考:
(注意:
若有主观题目,请按照题目,离线完成,完成后纸质上交学习中心,记录成绩。
在线只需提交客观题答案。
)
四、主观题(共20道小题)
36.请给出两种材料的分类方法,并说明如何加以分类?
参考答案:
答:
材料可按其化学键特点加以分类:
金属材料、无机非金属材料(陶瓷材料)、高分子材料、复合材料。
材料还可按其应用时性能特点加以分类:
结构材料、功能材料
37.根据退火的低碳钢的拉伸图,指出与下列力学性能指标相关的点与物理量:
(1)断面收缩率;
(2)抗拉强度;(3)比例极限;(4)刚度
参考答案:
38.分析HB和HRC实验方法的原理及适用性。
参考答案:
39.α-Fe、Al、Cu、Zn各属何种晶体结构?
试画出体心立方、面心立方和密排六方晶体中原子排列最密的晶面和晶向。
并算出其滑移系的个数。
参考答案:
40.在常温下,已知铜的原子直径为2.55×10-10m,求铜的晶格常数。
参考答案:
答:
常温下铜为fcc结构,原子直径2d=21/2a,a=3.61×10-10m
41.试分析体心立方、面心立方和密排六方晶体的滑移系对金属塑性的影响。
参考答案:
答:
滑移系数目↑,材料塑性↑;滑移方向↑,材料塑性↑,(滑移方向的作用大于滑移面的作用)。
因此FCC和BCC的滑移系为12个,HCP为3个;FCC的滑移方向多于BCC。
金属塑性:
Cu(FCC)>Fe(BCC)>Zn(HCP)
42.再结晶晶粒大小和哪些因素有关。
参考答案:
答:
①温度:
T↑—D↑—↑晶界迁移—晶粒长大↑;
②预变形度:
预变形度<临界变形度时,无明显影响
预变形度=临界变形度时,再结晶将出现异常粗大晶粒
预变形度>临界变形度时,预变形度↑—再结晶驱动力↑—再结晶形核率↑—晶粒尺寸↓,
当预变形度很大时,出现形变织构,再结晶将出现异常粗大晶粒。
43.未进行冷变形的金属加热时,能否发生回复和再结晶,为什么?
参考答案:
答:
未进行冷变形的金属加热时,不发生回复和再结晶。
因为回复和再结晶的驱动力是金属变形储存能(晶格畸变能),未进行冷变形的金属不存在再结晶的驱动力。
44.金属塑性变形后力学性能有哪些变化?
参考答案:
答:
①出现各向异性——当形成纤维组织(晶界取向排列)或形变织构(晶粒的位向出现择优取向)时。
②加工硬化(形变硬化)——随着变形度的增加,位错大量增殖→位错相互作用→位错运动阻力加大→变形抗力↑→其强度、硬度提高,塑性、韧性下降。
45.在热加工过程中,金属能否产生加工硬化?
试分析原因。
参考答案:
答:
在热加工过程中,金属塑性变形与金属动态再结晶过程同时进行,金属不产生加工硬化。
46.
晶界对多晶体塑性变形有何影响?
为何细晶粒钢强度高,塑性、韧性也好?
参考答案:
答:
晶界一方面是滑移的主要障碍;另一方面通过晶界自身变形→协调变形→以维持相邻晶粒变形保持连续;因此导致细晶强化。
晶粒小→晶界面积大→变形抗力大→强度大;晶粒小→单位体积晶粒多→变形分散→相邻晶粒不同滑移系相互协调;晶粒小→晶界多→不利于裂纹的传播→断裂前承受较大的塑性变形。
因此晶粒细化→强度、硬度提高,塑性、韧性提高;细晶粒钢强度高,塑性、韧性也好。
47.
已知钨和铅的熔点分别为3380C和327C,试问钨在1100C加工、铅在室温加工各为何种加工?
参考答案:
答:
纯金属的再结晶温度:
TR=0.4-0.35Tm(K)
钨的再结晶温度:
钨TR=0.4-0.35Tm(K)=1461-1278(K);钨在1100C加工为冷加工
铅的再结晶温度:
铅TR=0.4-0.35Tm(K)=240-210(K);铅在室温加工为冷加工
48.
滑移的本质是什么?
试比较低碳钢塑性变形前(状态A)、经历塑性变形(状态B)以及再结晶退火后(状态C)的力学性能,并分析性能变化的原因。
参考答案:
答:
滑移的本质是滑移面上位错的运动。
低碳钢塑性变形后会出现加工硬化,即强度、硬度提高,塑性、韧性下降,是因为随着变形度的增加,位错大量增殖→位错相互作用→位错运动阻力加大→变形抗力↑;
经再结晶退火后,低碳钢加工硬化消除力学性能恢复,即强度、硬度下降,塑性、韧性提高,是因为无形变的再结晶晶粒的形成,位错密度大幅度降低→变形抗力↓;
但再结晶退火后低碳钢的强度、硬度、塑性、韧性均高于塑性变形前的低碳钢,是因为再结晶退火后形成的再结晶晶粒小于塑性变形前的晶粒,细晶强化作用造成强度、硬度、塑性、韧性的提高。
49.
过冷度与冷却速度有什么关系?
它对金属结晶后的晶粒大小有什么影响?
参考答案:
50.
列举几种实际生产中采用的细化铸造晶粒的方法。
参考答案:
答:
①提高过冷度:
过冷度△T↑,N↑↑,G↑——N/G增大,晶粒细化;
②变质处理:
在液态金属中加入孕育剂或变质剂作为非自发晶核的核心,以细化晶粒和改善组织。
③振动,搅拌等
51.
试分析比较纯金属、固溶体、共晶体三者在结晶过程和显微组织上的异同点。
参考答案:
52.试分析含碳量为2.11%的铁碳含金从液态冷却到室温时的平衡结晶过程,计算其室温组织组成物的相对含量,并判断其属于哪一类铁碳合金。
参考答案:
53.
有两块退火钢样经组织分析发现其中珠光体占80%,但硬度差别较大,请分别计算它们的含碳量。
参考答案:
答:
第一块属于亚共析钢,P%=(X-0.02)/(0.77-0.02)=80%,求出X=0.55,含碳量为0.55%。
第二块属于过共析钢,P%=(6.69-X)/(6.69-0.77)=80%,求出X=1.95,含碳量为1.95%。
54.画出T12钢的平衡组织和淬火组织示意图并标出组织,计算其平衡组织中各组织组成物的相对含量。
参考答案:
55.
现有两种铁-碳合金,其中一种合金的显微组织中珠光体量占75%,铁素体量占25%;另一种合金的显微组织中珠光体量占92%,二次渗碳体量占8%。
这两种合金各属于哪一类合金?
其含碳量各为多少?
参考答案:
答:
第一种合金属于亚共析钢,P%=(X-0.0218)/(0.77-0.0218)=75%,求出X=0.54,含碳量为0.54%。
第二种合金属于过共析钢,P%=(6.69-X)/(6.69-0.77)=92%,求出X=1.24,含碳量为1.24%。
本次作业是本门课程本学期的第2次作业,注释如下:
一、单项选择题(只有一个选项正确,共15道小题)
1.二元合金在发生共晶转变时,其相组成是()。
(A)单一液相
(B)单一固相
(C)两相共存
(D)三相共存
正确答案:
D
解答参考:
2.实际金属结晶时,通过控制晶核形成率N和成长率G的比值来控制晶粒的大小,在下列()情况下获得粗大的晶粒:
(A)N/G很大时
(B)N/G很小时
(C)N/G居中时
(D)N=G时
正确答案:
B
解答参考:
3.常温铁素体是碳溶解在()中所形成的间隙固溶体。
(A)α-Fe
(B)γ-Fe
(C)δ-Fe
(D)β-Fe
正确答案:
A
解答参考:
4.()属于冶金缺陷。
(A)间隙原子
(B)位错
(C)晶界
(D)缩孔
正确答案:
D
解答参考:
5.铁素体的机械性能特点是()
(A)低塑性、高强度
(B)高塑性、高强度
(C)高塑性、低强度
(D)低塑性、低强度
正确答案:
C
解答参考:
6.共晶成分的铁碳合金发生共晶反应时,其反应式为()。
(A)L+FA
(B)AF+Fe3C
(C)LA+Fe3C
(D)AP
正确答案:
C
解答参考:
7.()为共晶体。
(A)莱氏体
(B)珠光体
(C)铁素体
(D)渗碳体
正确答案:
A
解答参考:
8.在Fe-Fe3C相图中,Acm线也称为()。
(A)固相线
(B)共析线
(C)共晶线
(D)固溶度线
正确答案:
D
解答参考:
9.下列铁碳合金在室温平衡状态,()成分的强度最高。
(A)0.2%
(B)0.8%
(C)2.0%
(D)4.0%
正确答案:
B
解答参考:
10.铸铁的含碳量一般为()。
(A)0.008~4.3%
(B)0.008~6.69%
(C)2.11~6.69%
(D)4.3~6.69%
正确答案:
C
解答参考:
11.钢的含碳量一般为()。
(A)0.0218~2.11%
(B)0.008~6.69%
(C)0.008~4.3%
(D)0.0218~0.77%
正确答案:
A
解答参考:
12.脆性相以()析出的危害最大。
(A)网状
(B)颗粒
(C)薄片层状
(D)球状
正确答案:
A
解答参考:
13.热处理能使钢的性能发生变化,其根本原因是()。
(A)铁有同素异构转变
(B)钢在加热保温过程中成分达到均匀
(C)钢在加热保温过程中成分达到均匀
(D)钢在热处理过程中发生的固液、液固转变
正确答案:
A
解答参考:
14.比较以下()的强度最高。
(A)F
(B)P
(C)Fe3C
(D)S
正确答案:
D
解答参考:
15.钢经调质处理后获得的组织是()。
(A)回火马氏体
(B)回火屈氏体
(C)回火索氏体
(D)回火贝氏体
正确答案:
C
解答参考:
二、不定项选择题(有不定个选项正确,共10道小题)
16.渗碳体的机械性能特点是()[不选全或者选错,不算完成]
(A)高弹性
(B)高塑性
(C)高硬度
(D)高脆性
正确答案:
CD
解答参考:
17.()是碳溶解在Fe中形成的间隙固溶体。
[不选全或者选错,不算完成]
(A)铁素体
(B)奥氏体
(C)渗碳体
(D)珠光体
正确答案:
AB
解答参考:
18.马氏体组织有()形态。
[不选全或者选错,不算完成]
(A)网状
(B)树枝状
(C)板条状
(D)针状
正确答案:
CD
解答参考:
19.铸铁的力学性能可取决于()。
[不选全或者选错,不算完成]
(A)基体组织
(B)石墨的形态
(C)变质处理
(D)石墨化程度
正确答案:
ABCD
解答参考:
20.大多数合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用,其中细化晶粒作用最为显着的有()。
[不选全或者选错,不算完成]
(A)Cr
(B)Ti
(C)Si
(D)V
正确答案:
BD
解答参考:
21.含有合金元素()较多的钢可能是本质粗晶钢。
[不选全或者选错,不算完成]
(A)Mn
(B)Cr
(C)P
(D)Ni
正确答案:
AC
解答参考:
22.钢中常含有的有益元素主要有()。
[不选全或者选错,不算完成]
(A)Mn
(B)P
(C)S
(D)Si
正确答案:
AD
解答参考:
23.钢经调质处理后的机械性能()[不选全或者选错,不算完成]
(A)强度比正火低
(B)强度比正火高
(C)塑性比正火更好
(D)韧性比正火更好
正确答案:
BCD
解答参考:
24.齿轮类零件的主要失效形式有()。
[不选全或者选错,不算完成]
(A)过度弹性变形
(B)疲劳断裂
(C)过载断裂
(D)表面损伤
正确答案:
BCD
解答参考:
25.选材的主要原则有()。
[不选全或者选错,不算完成]
(A)使用性能原则
(B)工艺性能原则
(C)经济性原则
(D)环境与资源原则
正确答案:
ABCD
解答参考:
三、判断题(判断正误,共10道小题)
26.凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
()
正确答案:
说法错误
解答参考:
27.非晶体是各向同性的。
()
正确答案:
说法正确
解答参考:
28.单晶体和多晶体都表现为各向异性。
()
正确答案:
说法错误
解答参考:
29.合金中凡成分相同、结构相同,并与其它部分有界面分开的均匀组成部分称为组织。
()
正确答案:
说法错误
解答参考:
30.固溶体的强度和硬度,比组成固溶体的溶剂金属的强度和硬度高。
()
正确答案:
说法正确
解答参考:
31.在平衡结晶条件下,由于匀晶转变在整个结晶过程中,固相的成分沿着固相线变化,因此,结晶完成后,得到固体的成分是不均匀的。
()
正确答案:
说法正确
解答参考:
32.无限固溶体一定是置换固溶体。
()
正确答案:
说法正确
解答参考:
33.Fe3CI与Fe3CⅡ的形态和晶体结构均不相同。
()
正确答案:
说法错误
解答参考:
34.在Fe-Fe3C相图中,含碳量大于2.11%的成分在结晶过程中均会发生共晶反应。
()
正确答案:
说法正确
解答参考:
35.只有共析成分的铁碳合金才能发生共析反应。
()
正确答案:
说法错误
解答参考:
(注意:
若有主观题目,请按照题目,离线完成,完成后纸质上交学习中心,记录成绩。
在线只需提交客观题答案。
)
四、主观题(共20道小题)
36.现有形状、尺寸完全相同的四块平衡状态的铁碳合金,它们的碳含量分别为0.2%,0.4%,1.2%,3.5%的合金。
根据你所学的知识,可有哪些方法区别它们?
参考答案:
答:
测量四块合金的硬度,其硬度随含碳量增加而升高。
观察四块合金的金相,0.2%和0.4%的合金均为亚共析钢,其组织为珠光体+铁素体,珠光体的量随含碳量增加而增加;1.2%的合金为过共析钢,其组织为珠光体+二次渗碳体;3.5%的合金为亚共晶白口铁,其组织为珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体。
观察四块合金与砂轮磨出的火花,随着含碳量的增加,流线数量和爆花数量都急剧增多,碳含量超过0.8%以后,增多的趋势逐渐缓和。
37.根据铁碳相图解释下列现象:
含碳量1.0%的钢比含碳量0.5%的钢硬度高;在室温平衡状态下,含碳量为0.8%的钢比含碳量为1.2%的钢强度高;室温下莱氏体比珠光体塑性差。
参考答案:
1)含碳量1.0%的钢比含碳量0.5%的钢硬度高;
钢由较软的铁素体和较硬的渗碳体组成,随着含碳量的提高,钢中渗碳体的量提高,因此硬度提高。
2)在室温平衡状态下,含碳量为0.8%的钢比含碳量为1.2%的钢强度高;
钢的强度是典型的对组织敏感的性能指标,细密相间的两相组织珠光体具有较高的强度,因此提高珠光体的比例可改善钢的强度,而连续分布在原奥氏体晶界上的二次渗碳体将降低钢的强度。
0.8%的钢中珠光体的比例高于1.2%的钢,同时1.2%的钢含有更多的二次渗碳体,故0.8%的钢比1.2%的钢强度高。
3)室温下莱氏体比珠光体塑性差;
室温下莱氏体Fe3C+P,即珠光体分布渗碳体相的基底上,而渗碳体基底的脆性极大,莱氏体表现为脆性的,几乎不能塑性变形。
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- 金属材料 热处理 作业