《金属材料与热处理》复习资料.doc

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《金属材料与热处理》复习思考题参考答案

将共析钢加热至780℃，经保温后，请回答：

1、若以图示的V1、V2、V3、V4、V5和V6的速度进行冷却，各得到什么组织？

2、如将V1冷却后的钢重新加热至530℃，经保温后冷却又将得到什么组织？

力学性能有何变化？

1、V1：

M+A残余、V2：

T+M、V3：

S+T+M+A残余、V4：

S+T、V5：

S，V6：

S。

第一章金属的力学性能

1．解释下列名词金属的力学性能，弹性极限，载荷，应力，强度，硬度，塑性。

答：

金属的力学性能：

是指金属在外力作用下所表现出来的性能。

弹性极限：

是指金属材料在外力作用下，只发生弹性变形而不发生塑性变时所能承受的最大应力。

载荷：

是指金属材料在加工及使用过程中所受到的各种外力。

其符号用F表示。

应力：

指单位面积上的内应力。

强度：

是指金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力，是工程技术上重要的力学性能指标。

硬度：

材料抵抗局部变形特别是塑性变性压痕或划痕的能力。

塑性：

是金属材料断裂前产生塑性变形的能力。

2、什么是金属的疲劳？

简述疲劳断裂的特点。

答：

金属材料在受到交变应力或重复循环应力时往往在工作应力小于屈服强度的情况下突然断裂，这种现象称为疲劳。

疲劳断裂的特点：

由于疲劳的应力比屈服强度低，所以不论是韧性材料还是脆性材料，在疲劳断裂前，均没有明显的塑性变形，它是在长期累积损伤过程中，经裂纹萌生和缓慢扩展到临界尺寸时突然发生的。

由于断裂前没有明显的预兆，故疲劳断裂危险性极大。

宏观断口一般可明显地分为三个区域，即疲劳源，疲劳裂纹扩展区和瞬间断裂区。

疲劳源多在机件的表面处。

第二章金属的晶体结构

1.常见的金属晶体结构有哪几种？

α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各属何种晶体结构？

答：

常见金属晶体结构：

体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；

α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格；

γ－Fe、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格；

Mg、Zn属于密排六方晶格；

2.实际金属晶体中存在哪几种缺陷？

这些缺陷对金属性能有何影响？

答：

金属实际晶体中存在点缺陷、线缺陷和面缺陷三种晶体缺陷。

这些缺陷对金属性能的影响如下：

1）点缺陷造成局部晶格畸变，使金属的电阻率，屈服强度增加，密度发生变化。

2）线缺陷形成位错对金属的机械性能影响很大，位错极少时，金属强度很高。

3）面缺陷晶界和亚晶界越多，晶粒越细，金属强度越高金属塑变的能力越大，塑性越好。

总之，材料的强度硬度增加，随着点、线缺陷量的增加，材料的塑性韧性下降，而随着面缺陷量的增加，塑性和韧性反而提高。

3.固溶体有哪几种类型？

固溶体与化合物有何区别？

答：

间隙固溶体固溶体根据溶质在溶剂中所占据的位置不同分为和置换固溶体。

固溶体与化合物的区别是：

固溶体与化合物的区别是：

1）固溶体的晶格结构保持了溶剂的晶格结构，化合物的晶格结构不同于任何一种组元。

2）化合物的硬度高而脆，熔点高，通常不做为主相，而作为强化相。

第三章纯金属的结晶

1．解释下列名词：

机械混合物；枝晶偏析。

答：

机械混合物：

合金的组织由不同的相以不同的比例机械的混合在一起，称机械混合物。

枝晶偏析：

实际生产中，合金冷却速度快，原子扩散不充分，使得先结晶出来的固溶体合金含高熔点组元较多，后结晶含低熔点组元较

多，这种在晶粒内化学成分不均匀的现象称为枝晶偏析。

晶粒的形态通常为树枝晶。

5．指出下列名词的主要区别：

1）置换固溶体与间隙固溶体；

答：

置换固溶体：

溶质原子代替溶剂晶格结点上的一部分原子而组成的固溶体称置换固溶体。

间隙固溶体：

溶质原子填充在溶剂晶格的间隙中形成的固溶体，即间隙固溶体。

2）相组成物与组织组成物；

相组成物：

合金的基本组成相。

组织组成物：

合金显微组织中的独立组成部分。

6．固溶体和金属化合物在结构和性能上有什么主要差别？

答：

在结构上：

固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而金属化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成。

在性能上：

形成固溶体和金属化合物都能强化合金，但固溶体的强度、硬度比金属间化合物低，塑性、韧性比金属间化合物好，也就是固溶体有更好的综合机械性能.

14.金属结晶的基本规律是什么？

晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？

答：

①金属结晶的基本规律是形核和核长大。

②受到过冷度的影响，随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快；同时外来难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率。

15.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？

在生产中如何应用变质处理？

答：

①采用的方法：

变质处理，钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速度的方法来控制晶粒大小。

②变质处理：

在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒。

③机械振动、搅拌。

第四章铁碳合金

1.选择题：

（1）下列组织中塑性最好的是（A）。

A.铁素体B.珠光体C.渗碳体莱氏体

（2）Fe—Fe3C相图上所形成的共析线是（C），共晶线是（A）。

A.ECF线B.ACD线C.PSK线

2.判断题：

（1）渗碳体中碳的质量分数是6.69%。

（√）

（2）碳溶于α—Fe中所形成的间隙固溶体为奥氏体。

（×）

（3）共析转变是在恒温下进行的。

（√）

4.何谓铁素体（F）,奥氏体（A），渗碳体（Fe3C），珠光体（P）,莱氏体（Ld）？

它们的结构、组织形态、性能等各有何特点？

答：

铁素体（F）：

铁素体是碳在中形成的间隙固溶体，为体心立方晶格。

由于碳在中的溶解度`很小，它的性能与纯铁相近。

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。

在莱氏体中，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。

8.亚共析钢、共析钢和过共析钢的组织有何特点和异同点。

答：

亚共析钢的组织由铁素体和珠光体所组成。

其中铁素体呈块状。

珠光体中铁素体与渗碳体呈片状分布。

共析钢的组织由珠光体所组成。

过共析钢的组织由珠光体和二次渗碳体所组成，其中二次渗碳体在晶界形成连续的网络状。

共同点：

钢的组织中都含有珠光体。

不同点：

亚共析钢的组织是铁素体和珠光体，共析钢的组织是珠光体，过共析钢的组织是珠光体和二次渗碳体。

9.钢中常存杂质有哪些？

对钢的性能有何影响？

答：

钢中常存杂质有Si、Mn、S、P等。

Mn：

大部分溶于铁素体中，形成置换固溶体，并使铁素体强化：

另一部分Mn溶于Fe3C中，形成合金渗碳体，这都使钢的强度提高，Mn与S化合成MnS，能减轻S的有害作用。

当Mn含量不多，在碳钢中仅作为少量杂质存在时，它对钢的性能影响并不明显。

Si：

Si与Mn一样能溶于铁素体中，使铁素体强化，从而使钢的强度、硬度、弹性提高，而塑性、韧性降低。

当Si含量不多，在碳钢中仅作为少量夹杂存在时，它对钢的性能影响并不显著。

S：

硫不溶于铁，而以FeS形成存在，FeS会与Fe形成共晶，并分布于奥氏体的晶界上，当钢材在1000℃~1200℃压力加工时，由于FeS-Fe共晶（熔点只有989℃）已经熔化，并使晶粒脱开，钢材将变得极脆。

P：

磷在钢中全部溶于铁素体中，虽可使铁素体的强度、硬度有所提高，但却使室温下的钢的塑性、韧性急剧降低，并使钢的脆性转化温度有所升高，使钢变脆。

16.试述碳钢的分类及牌号的表示方法。

答：

分类：

1）按含碳量分类

低碳钢：

含碳量小于或等于0.25%的钢，0.01~0.25%C≤0.25%C

中碳钢：

含碳量为0.30~0.55%的钢0.25~0.6%C

高碳钢：

含碳量大于0.6%的钢0.6~1.3%C＞0.6%C

（2）按质量分类：

即含有杂质元素S、P的多少分类：

普通碳素钢：

S≤0.055%P≤0.045%

优质碳素钢：

S、P≤0.035~0.040%

高级优质碳素钢：

S≤0.02~0.03%；P≤0.03~0.035%

（3）按用途分类

碳素结构钢：

用于制造各种工程构件，如桥梁、船舶、建筑构件等，及机器零件，如齿轮、轴、连杆、螺钉、螺母等。

碳素工具钢：

用于制造各种刀具、量具、模具等，一般为高碳钢，在质量上都是优质钢或高级优质钢。

牌号的表示方法：

（1）普通碳素结构钢：

用Q+数字表示，“Q”为屈服点，“屈”汉语拼音，数字表示屈服点数值。

若牌号后面标注字母A、B、C、D，则表示钢材质量等级不同，A、B、C、D质量依次提高，“F”表示沸腾钢，“b”为半镇静钢，不标“F”和“b”的为镇静钢。

（2）优质碳素结构钢：

牌号是采用两位数字表示的，表示钢中平均含碳量的万分之几。

若钢中含锰量较高，须将锰元素标出，

（3）碳素工具钢：

这类钢的牌号是用“碳”或“T”字后附数字表示。

数字表示钢中平均含碳量的千分之几。

若为高级优质碳素工具钢，则在钢号最后附以“A”字。

17.低碳钢、中碳钢及高碳钢是如何根据含碳量划分的？

分别举例说明他们的用途？

答：

低碳钢：

含碳量小于或等于0.25%的钢；08、10、钢，塑性、韧性好，具有优良的冷成型性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车车身，拖拉机驾驶室等；15、20、25钢用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞钢、样板等。

中碳钢：

含碳量为0.30~0.55%的钢；30、35、40、45、50钢经热处理（淬火+高温回火）后具有良好的综合机械性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，用于制作轴类零件；

高碳钢：

含碳量大于0.6%的钢；60、65钢热处理（淬火+高温回火）后具有高的弹性极限，常用作弹簧。

T7、T8、用于制造要求较高韧性、承受冲击负荷的工具，如小型冲头、凿子、锤子等。

T9、T10、T11、用于制造要求中韧性的工具，如钻头、丝锥、车刀、冲模、拉丝模、锯条。

T12、T13、钢具有高硬度、高耐磨性，但韧性低，用于制造不受冲击的工具如量规、塞规、样板、锉刀、刮刀、精车刀等。

车床主轴：

它要求有较高的综合机械性能，用优质碳素结构钢，如30、35、40、45、50。

19.指出下列各种钢的类别、符号、数字的含义、主要特点及用途：

Q235-AF、Q235-C、Q195-B、Q255-D、40、45、08、20、20R、20G、T8、T10A、T12A

答：

Q235-AF：

普通碳素结构钢，屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。

Q235-C:

屈服强度为235MPa的C级普通碳素结构钢，

Q195-B:

屈服强度为195MPa的B级普通碳素结构钢，

Q255-D:

屈服强度为255MPa的D级普通碳素结构钢，

Q195、Q235含碳量低，有一定强度，常扎制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等钢结构，也可制造普通的铆钉、螺钉、螺母、垫圈、地脚螺栓、轴套、销轴等等，Q255钢强度较高，塑性、韧性较好，可进行焊接。

通常扎制成型钢、条钢和钢板作结构件以及制造