金属学及热处理复习习题及答案Word文件下载.docx

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2．因为单晶体是各乡异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也是不相同的。

（×

）

3．金属多晶体是由许多位向相同的单晶体组成的。

4．因为面心立方晶格的配位数大于体心立方晶格的配位数，所以面心立方晶格比体心立方晶格更致密。

5．在立方晶系中，原子密度最大的晶面间的距离也最大。

6．在金属晶体中，当存在原子浓度梯度时，原子向各个方向都具有相同的跃迁几率。

7．因为固态金属的扩散系数比液态金属的扩散系数小得多，所以固态下的扩散比液态下的慢得多。

8．金属理想晶体的强度比实际晶体的强度稍强一些。

9．晶体缺陷的共同之处是它们都能引起晶格畸变。

四、选择题

1．组成合金中最基本的，能够独立存在的物质称为：

（b）

a．相；

b．组元；

c．合金。

2．正的电阻温度系数的含义是：

a．随温度升高导电性增大；

b．随温度降低电阻降低；

c．随温度增高电阻减小。

3．晶体中的位错属于：

（c）

a．体缺陷；

b．面缺陷；

c．线缺陷；

d．点缺陷。

4．亚晶界是由：

a．点缺陷堆积而成；

b．位错垂直排列成位错墙而构成；

c．晶界间的相互作用构成。

5．在面心立方晶格中，原子密度最大的晶向是：

a．<

100>

；

b．<

110>

c．<

111>

。

6．在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面是：

a．｛100｝；

b．｛110｝；

c．｛111｝。

7．α-Fe和γ-Fe分别属于什么晶格类型：

a．面心立方和体心立方；

b．体心立方和面心立方；

c．均为面心立方；

d．均为体心立方

8．固溶体的晶体结构与相同。

（a）

a．溶剂；

b．溶质；

c．其它晶型。

9．间隙相的性能特点是：

a．熔点高，硬度低；

b．硬度高，熔点低；

c．硬度高，熔点高

五、问答题

1．常见的金属晶格类型有哪几种

回答要点：

1）体心立方晶格；

其晶胞是一个立方体，在立方体的八个顶角和中心各有一个原子。

2）面心立方晶格；

其晶胞是一个立方体，在立方体的八个顶角和六个面的中心各有一个原子。

3）密排六方晶格；

其晶胞是一个立方六柱体，在六方柱体的各个角上和上下底面中心各排列着一个原子，在顶面和底面间还有三个原子。

2．金属化合物具有什么样的性能特点

熔点高、硬度高、脆性大。

3．指出下面四个晶面和四个晶向的指数填写在对应的括号内。

（110）

（112）

（111）

（100）

A:

[100]

B:

[110]

C:

[201]

D:

[111]

4．标出图2-1中给定的晶面指数与晶向指数：

晶面OO′A′A、OO′B′B、OO′C′C、OABC、AA′C′C、AA′D′D；

晶向OA、OB、OC、OD、OC′、OD′。

答：

晶面OO′A′A：

（010）；

晶面OO′B′B：

（110）；

晶面OO′C′C：

（100）；

晶面OABC：

（001）；

晶面AA′C′C：

晶面AA′D′D：

（210）。

晶向OA：

[100]；

晶向OB：

[110]；

晶向OC：

[010]；

晶向OD：

[120]；

晶向OC′：

晶向OD′：

[122]。

5．在立方晶胞中标出以下晶面和晶向：

晶面DEE′D′：

（210）；

晶面DBC′：

（111）；

晶向D′E′：

晶向C′D：

[011]。

第二章合金的二元相图复习题

1．组元：

2．枝晶偏析：

即晶内偏析。

固溶体合金结晶时，如果冷却较快，原子扩散不能充分进行，则形成成分不均匀的固溶体。

先结晶的树枝晶晶枝含高熔点组元较多，后结晶的树枝晶晶枝含低熔点组元较多。

结果造成在一个晶粒内化学成分分布不均，这种现象称为枝晶偏析。

1．固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度高。

2．Cu-Ni合金进行塑性变形时，其滑移面为{111}。

3．固溶体出现枝晶偏析后，可用扩散退火加以消除。

4．

5．以电子浓度因素起主导作用而生成的化合物称电子化合物。

6．共晶反应式为Ld←→αc+βe，共晶反应的特点是发生共晶反应时三相共存，它们各自的成分是确定的，反应在恒温下平衡的进行。

1．间隙固溶体一定是无限固溶体。

2．间隙相不是一种固溶体，而是一种金属间化合物。

3．平衡结晶获得的20%Ni的Cu-Ni合金比40%的Cu-Ni合金的硬度和强度要高。

4．在共晶相图中，从L中结晶出来的β晶粒与从α中析出的βⅡ晶粒具有相同的晶体结构。

5．一个合金的室温组织为α+βⅡ+（α+β），它由三相组成。

1．在发生L→α+β共晶反应时，三相的成分：

a．相同；

b．确定；

c．不定。

2．共析成分的合金在共析反应γ→α+β刚结束时，其组成相为：

（d）

a．γ+α+β；

b．γ+α；

c．γ+β；

d．α+β

3．一个合金的组织为α+βⅡ+（α+β），其组织组成物为:

a． 

α、β；

b．α、βⅡ、（α+β）；

c．α、β、βⅡ。

4．具有匀晶型相图的单相固溶体合金：

a．铸造性能好；

b．锻压性能好；

c．热处理性能好；

d．切削性能好

5．二元合金中，共晶成分的合金：

b．锻造性能好；

c．焊接性能好；

d．热处理性能好

1．熟悉Pb-Sn二元合金相图，

1）分析几类成分的合金的平衡结晶过程；

画出室温平衡组织式意图；

标上各组织组成物。

2）熟悉杠杠定律在合金组织组成物的相对量计算中的运用。

（略）

2．画出过共晶合金的结晶过程示意图，分析其结晶过程；

写出室温组成物和室温组成相，分别计算他们的相对含量（提示：

注意两次运用杠杆定律）。

（略）

第三章金属与合金的结晶复习题

1．结晶：

纯金属或合金由液体转变为固态的过程。

2．重结晶：

金属从一种固体晶态改变了晶体结构转变为另一种固体晶态的过程。

3．过冷度：

理论结晶温度（T0）和实际结晶温度（T1）之间存在的温度差。

4．变质处理：

在浇注前向金属液中加入少量其他物质（即变质剂）。

5．脱溶反应：

固溶体合金在结晶过程中，随着温度下降，由于溶质组元在固溶体中的溶解度随温度降低而减小，因此将从初生固溶体相中析出此生相，这一过程成为脱溶或沉淀。

6．组织组成物：

组织中，由一定的相构成的，具有一定形成机制、一定形态特征的组成部分。

1．金属结晶时，冷却速度越快，实际结晶温度就越低，过冷度越大。

2．纯金属的结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个过程是形核和长大。

3．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是促进形核，细化晶粒。

4．液态金属结晶时，结晶过程的推动力是自由能差（△F）降低，阻力是自由能增加。

5．能起非自发生核作用的杂质，必须符合结构相似、尺寸相当的原则。

6．过冷度是指理论结晶温度与实际结晶温度之差，其表示符号为△T。

7．过冷是结晶的必要条件。

8．细化晶粒可以通过增加过冷度、添加变质剂和附加振动等途径实现。

9．典型铸锭结构的三个晶区分别为：

表面细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区。

1．纯金属的结晶过程是一个恒温过程。

2．液态金属只有在过冷条件下才能够结晶。

3．凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。

4．室温下，金属晶粒越细，则强度越高，塑性越低。

5．金属由液态转变成固态的结晶过程，就是由短程有序状态向长程有序状态转变的过程。

6．纯金属结晶时，生核率随冷度的增加而不断增加。

7．当晶核长大时，随过冷度增大，晶核的长大速度增大。

但当过冷度很大时，晶核长大的速度很快减小。

8．当过冷度较大时，纯金属晶体主要以平面状方式长大。

9．当形成树枝状晶体时，枝晶的各次晶轴将具有不同的位向，故结晶后形成的枝晶是一个多面体。

10．在工程上评定晶粒度的方法是在放大100倍的条件，与标准晶粒度图作比较，级数越高、晶粒越细。

11．过冷度的大小取决于冷却速度和金属的本性。

1．金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将：

a．越高；

b．越低；

c．越接近理论结晶温度。

2．为细化晶粒，可采用：

a．快速浇注；

b．加变质剂；

c．以砂型代金属型。

3．实际金属结晶时，通过控制生核速率N和长大速度G的比值来控制晶粒大小，在下列情况下获得细小晶粒：

N/G很大时；

b．N/G很小时；

c．N/G居中时。

4．纯金属结晶过程处在液-固两相平衡共存状态下，此时的温度将比理论结晶温度：

a．更高；

b．更低；

c；

相等；

d．高低波动

5．液态金属结晶时，（c）越大，结晶后金属的晶粒越细小。

a．形核率N；

b．长大率G；

c．比值N／G；

d．比值G／N

1．金属结晶的必要条件是什么过冷度与冷却速度有何关系

过冷是金属结晶的必要条件。

过冷度越大，冷却速度越快。

2．简述纯金属的结晶过程。

纯金属的结晶过程是在冷却曲线上的水平线段内发生的。

它是异构不断形成晶核和晶核不断长大的过程。

当温度降至结晶温度时，液态金属中某些部位的原子首先有规则的排列成细小的晶体，成为晶核，也称自发晶核。

另外，某些外来的难熔质点也可充当晶核，形成非自发晶核，随着时间的推移，已形成的晶核不断长大，与此同时，又有新的晶核形成、长大，直至金属液全部凝固。

凝固结束后，各个晶核长成的晶粒彼此接触。

3．试画出纯金属的冷却曲线，分析曲线中出现“平台”的原因。

曲线中出现“平台”是因为在结晶过程中放出的结晶潜热与散失的热量平衡，因而结晶过程是在同一个温度下进行的。

4．金属结晶的基本规律是什么晶核的形成率和成长速度受到哪些因素的影响

金属由液体转变为固体的过程，实质上就是原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程。

在结晶过程中晶粒的形核与长大两个步骤同时进行，其中长大方式通常为枝晶长大方式。

晶核的形成率受△T和杂质的影响，成长速度受△T的影响。

5．在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，试从过冷度对结晶基本过程的影响，分析细化晶粒、提高金属材料使用性能的措施

由于过冷度越大，晶粒越细，因而能增加过冷度的措施均有利于细化晶粒，主要是增加冷却速度，凡是有利于在一定程度范围内增加过冷度的方法就有利于细化晶粒，提高金属材料使用性能。

6．如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下铸件晶粒的大小：

1） 

金属模浇注与砂型浇注；

答：

金属模浇注比砂型浇注晶粒细小。

2） 

变质处理与不变质处理；

变质处理晶粒细小。

3） 

铸成薄件与铸成厚件；

铸成薄件的晶粒细小。

4） 

浇注时采用震动与不采用震动；

浇注时采用振动的晶粒较细小。

7．为什么钢锭希望尽量减少柱状晶区

柱状晶区具有方向性，使金属存在各向异性，且存在弱面部夹杂及低熔点杂质富集于晶面，降低了金属的性能。

8．试叙述匀晶系不平衡结晶条件下将产生什么组织，分析其形成条件、形成过程和组织特征。

固溶体合金的非平衡结晶，是由于冷却速度较快，不能使相内的扩散充分进行，尤其是固相α内，由于扩散不能成分进行，使从前往后依次结晶的α相的成分各不相同（如图分别为：

α′1、α′2、α′3、α′4、α′5）。

固溶体非平衡结晶的结果，使前后结晶的固相成分不同，会出现“晶内偏析”，即在每个晶粒内部出现了化学成分不均匀，先结晶的含高熔点组元较多，后结晶的含低熔点组元较多。

晶内偏析的存在，会严重影响合金的机械性能，使塑性和韧性降低。

影响晶内偏析的因素有：

冷却速度、元素的扩散能力、相图上液相线与固相线之间的水平距离。

工艺上可通过扩散退火或均匀化退火，使异类原子互相充分扩散均匀，可消除晶内偏析。

第四章铁碳合金及Fe-Fe3C相图复习题

1．铁素体：

碳溶解于

中形成的间隙固溶体。

2．渗碳体：

是铁与碳形成的质量分数为%的金属化合物。

3．奥氏体：

4．珠光体：

是由铁素体与渗碳体组成的机械化合物。

5．莱氏体：

奥氏体与渗碳体的混合物为莱氏体。

6．α-Fe：

铁在不同的温度范围具有不同的晶体结构，即具有同素异构转变，温度低于912℃时，Fe呈体心立方晶格，称为“α-Fe”。

7．Fe－Fe3C相图：

是表示在极缓慢冷却的条件下，不同化学成分的铁碳合金组织状态随温度变化的图形。

是人类经过长期生产实践以及大量科学实验后总结出来的。

8．同素异构转变：

一些金属，在固态下随温度或压力的改变,还会发生晶体结构变化，即由一种晶格转变为另一种晶格的变化，称为同素异构转变。

1．根据含碳量和室温组织的不同，钢可分为三种，分别为亚共析钢、共析钢、过共析钢。

2．分别填出下列铁碳合金基本组织的符号，铁素体：

F（α），奥氏体：

A（

），珠光体：

P，渗碳体：

Fe3C，高温莱氏体：

Ld，低温莱氏体：

Ld′。

3．在铁碳合金基本组织中属于固溶体的有铁素体或（奥氏体），属于金属化合物的渗碳体，属于机械混合物的有珠光体和莱氏体。

4．一块纯铁在912℃发生α-Fe→γ-Fe转变时，体积将发生收缩。

5．F的晶体结构为体心立方；

A的晶体结构为面心立方。

6．共析成分的铁碳合金室温平衡组织是珠光体，其组成相是铁素体和渗碳体。

7．用显微镜观察某亚共析钢，若估算其中的珠光体含量为80%，则此钢的碳含量约为%。

三、判断题：

1．所有金属都具有同素异构转变现象。

2．碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体，称为奥氏体。

3．纯铁在780°

C时为体心立方晶格的

4．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。

5．铁素体的本质是碳在α-Fe中的间隙相。

6．20钢比T12钢的碳含量要高。

7．在退火状态（接近平衡组织），45钢比20钢的硬度和强度都高。

8．铁碳合金平衡结晶过程中，只有Wc=%的共析钢才能发生共析反应。

1．

相图上的共析线是（d），共晶线是（b）。

a．ABCD；

b．ECF；

c．HJB；

d．PSK。

2．碳的质量分数为（b）％的铁碳合金称为共析钢。

a．%；

b．%；

c．%；

d．%。

3．亚共析钢冷却到PSK线时，要发生共析转变，由奥氏体转变成（a）。

a．珠光体；

b．铁素体；

c．莱氏体。

4．奥氏体为（b）晶格，渗碳体为（c）晶格，铁素体为（a）晶格。

a．体心立方；

b．面心立方；

c．密排六方。

5．珠光体是由（c）组成的机械混合物。

a．铁素体和奥氏体；

b．奥氏体和渗碳体；

c．铁素体和渗碳体。

6．奥氏体是：

a．碳在γ-Fe中的间隙固溶体；

b．碳在α-Fe中的间隙固溶体；

c．碳在α-Fe中的有限固溶体。

7．珠光体是一种：

a．单相固溶体；

b．两相混合物；

c．Fe与C的混合物。

8．T10钢的含碳量为：

c．10%。

9．铁素体的机械性能特点是：

a．强度高、塑性好、硬度低；

b．强度低、塑性差、硬度低；

c．强度低、塑性好、硬度低。

10．不适宜进行锻造的铁碳合金有：

亚共析钢；

b．共析钢；

c．亚共晶白口铁。

11．铁素体的机械性能特点是：

a．具有良好的硬度与强度；

b具有良好的综合机械性能；

c．具有良好的塑性和韧性；

d．具有良好的切削性和铸造性

12．二次渗碳体是从：

a．钢液中析出的；

b．铁素体中析出的；

c．奥氏体中析出的；

d．莱氏体中析出的

13．三次渗碳体是从：

c奥氏体中析出的；

d．珠光体中析出的

14．纯铁在912℃以下的晶格类型是：

a．密排六方晶格；

b．面心立方晶格；

c．体心立方晶格；

d．简单立方晶格

15．在下述钢铁中，切削性能较好的是：

a．工业纯铁；

b．45；

c．白口铁；

d．T12A

16．建筑用钢筋宜选用：

a．低碳钢；

b．中碳钢；

c．高碳钢；

d．工具钢

17．装配工使用的锉刀宜选用：

d．过共晶白口铁

五、问答题：

1.什么是金属的同素异构转变试以纯Fe为例分析同素异构转变过程。

金属在固态下，随温度的变化而发生晶格类型改变的现象称为同素异构转变。

2.铁碳合金在固态下的基本组织有哪几种

有5种，铁素体、奥氏体和渗碳体都是单相组织，珠光体、莱氏体则是两相混合组织。

3.简述含碳量为%和%的铁碳合金从液态冷却到室温的结晶过程。

含碳量为%到%的铁碳合金可分为三个部分：

1）含碳量为%到%，室温组织为F+P；

2）含碳量为%时，室温组织为P；

3）含碳量为%到%时，室温组织为P+Fe

C。

4.默画出按“组织组成物”填写的

相图。

相图在合金工艺性能的应用具体表现在哪几个方面

1）铸造工艺方面；

2）锻造工艺方面；

3）焊接工艺方面；

4）热处理工艺方面；

5）切削性能方面。

5.对某一碳钢（平衡状态）进行相分析，得知其组成相为80%F和20%FeC3，求此钢的成分及其硬度。

提示：

用杠杆定理计算。

6.如图为Fe-Fe3C相图，分析Wc=%合金的结晶过程，画出其冷却曲线示意图，并标出各温度阶段的转变式。

计算其室温平衡组织中各组织组成物的相对量，并画出室温显微平衡组织示意图，标注出其中组织组成物的名称。

（1）结晶过程分析：

1点以上为液相，1点开始析出δ，2点开始发生包晶转变，即L+δ=γ，2-3点之间从液相中析出γ直至3点，3点到4点没有组织变化，均为γ，4点开始从γ中析出α直至5点，5点开始发生共析转变，即γ=α+Fe3C，得到P，5点以下可认为没发生其它变化。

则最终室温平衡组织为：

α+P。

（2）示意图：

（3）组织组成物相对量：

Wα=，

Wp=。

7.用冷却曲线表示各成分范围的铁碳合金的平衡结晶过程，画出室温组织示意图，标上组织组成物，计算室温平衡组织中组成相和组织组成物的相对质量。

8.10㎏含%C的铁碳合金从液态缓慢冷却到共晶温度（但尚未发生共晶反应）时所剩下的液体的成分及重量。

成分为：

%C（根据平衡结晶过程分析液相的成分点）；

重量为（运用杠杆定律计算）。

9.同样状态的两块铁碳合金，其中一块是15钢，一块是白口铸铁，用什么简便方法可迅速区分它们

可用尖锤敲击，易敲出坑的是15钢等方法。

10.为什么碳钢进行热锻、热轧时都加热到奥氏体区

因为奥氏体（A）的塑性好。

11.说出Q235A，20，45，65，T8A，T12等钢的钢类、含碳量。

Q235A为屈服强度为235MP的普通碳素结构钢，质量等级为A级；

20为平均含碳量为%的优质碳素结构钢；

45为平均含碳量为%的优质碳素结构钢；

65为平均含碳量为%的优质碳素结构钢；

T8A为平均含碳量为%的高级优质碳素工具钢；

T12为为平均含碳量为%的碳素工具钢。

附加思考题：

1.比较退火状态（近平衡组织）下的45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性的高低，简述原因。

2.说出Q235A，15，45，65，T8，T12等钢的钢类、含碳量，各举出一个应用实例。

3.下列零件或工具用何种碳钢制造：

手锯锯条、普通螺钉、车床主轴。

第五章金属及合金的塑性变形复习题

1.滑移：

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过程。

2.临界分切应力：

晶体开始滑移时，在该滑移面上的滑移方向上所需要的切应力C称为临界分切应力。

3.取向因子：

在单晶体滑移应力模型分析中，取向因子为＝cosλcos，即施密特因子，其值越大，晶体开始滑移时的屈服应力S就可以减小；

反之，其值越小，屈服应力S就要增加。

4.滑移系统：

一个滑移面与其上的一个滑移方向组成一个滑移系统，简称滑移系。

5.多滑移和交滑移：

由于滑移时晶体的转动，可能使原来处于软取向的滑移系转向硬取向而停止滑移（几何硬化）；

而原来处于硬取向的滑移系转向软取向进行滑移，后者将引起晶体向另一方向转动，这又会使一些新的滑移系参加滑移，或者使已硬化的旧滑移系重新滑移。

如此反复便发生两个或多个滑移系交替或同时进行滑移（外力在几个滑