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工程材料学习题

绪论、第一章

一．填空题

1.纳米材料是指尺寸在之间的超细微粒，与传统固体材料具有一些特殊的效应，例如、和。

2.固体物质按其原子（离子、分子）聚集的组态来讲，可以分为和

两大类。

3.工程材料上常用的硬度表示有、、、以及等。

4.在工程材料上按照材料的化学成分、结合键的特点将工程材料分为、、以及等几大类。

5.结合键是指.

6.材料的性能主要包括、和三个方面。

7.金属晶体比离子晶体具有较的导电能力。

8.低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、和三个阶段。

9.金属塑性的指标主要有和两种。

二．选择题

1.金属键的特点是：

A．具有饱和性B.没有饱和性C.具有各向异性D.具有方向性

2.共价晶体具有：

A.高强度B.低熔点C.不稳定结构D.高导电性

3.决定晶体结构和性能最本质的因素是：

A.原子间的结合力B.原子间的距离C.原子的大小D.原子的电负性

4.在原子的聚合体中，若原子间距为平衡距离时，作规则排列，并处于稳定状态，则其对应的能量分布为：

A.最高B.最低C.居中D.不确定

5.稀土金属属于：

A.黑色金属B.有色金属C.易熔金属D.难容金属

6.洛氏硬度的符号是：

A．HBB.HRC.HVD.HS

7.表示金属材料屈服强度的符号是。

 A.σeB.σsC.σB.D.σ-1

8.下列不属于材料的物理性能的是：

A.热膨胀性B.电性能C.磁性能D.抗氧化性

三．判断题

1.物质的状态反映了原子或分子之间的相互作用和他们的热运动。

2.用布氏硬度测量硬度时，压头为钢球，用符号HBS表示。

3.用布氏硬度测量硬度时，压头为硬质合金球，用符号HBW表示。

4.金属材料的机械性能可以理解为金属材料的失效抗力。

四．问答题

1.工程材料是如何分类的？

它们之间性能的主要差异表现在哪里？

工程材料与功能材料的大致概念是什么？

2.材料的弹性模量E的工程含义是什么？

它和零件的刚度有何关系？

3.说明以下符号的意义和单位。

（1）σe；

（2）σs（σ0.2）；（3）σB.；（4）δ；（5）ψ；（6）σ-1；（7）ɑk；（8）KI；（9）KIC.；

4.现有标准圆柱形的长、短式样各一根，原始直径D.0=10mm,经拉伸实验测得其伸长率δ5、δ10均为25%，求两试样拉断时标距长度。

5.δ与ψ两个性能指标，那个表征材料的塑性更准确？

塑性指标在工程上有哪些实际意义？

6.ɑk指标有什么实用意义？

7.比较布氏、洛氏、维氏硬度的测量原理及应用范围。

8.在零件设计中必须考虑的力学性能指标有哪些？

为什么？

第二章

一．填空题

1.在晶体学中，通常按晶胞中三个棱边的长度及夹角是否相等，还有夹角是否为直角的原则，将全部晶体分为种晶系，种晶胞。

2.纯金属常见的晶体结构主要有、和。

3.点缺陷的三种表现形式为、和。

4.在立方晶系中，{120}晶面族包括。

5.位错分为两中，它们是和，多余半面原子是位错所特有的。

6.γ-Fe、α-Fe的晶胞内的原子数分别是和。

7.每个体心立方晶胞在晶核中实际含有原子，致密度为。

8.每个面心立方晶胞在晶核中实际含有原子，致密度为。

二．选择题

1.晶体中的位错属于：

A.体缺陷B.面缺陷C.线缺陷D.点缺陷

2.α-Fe和γ-Fe分别属于晶格类型。

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.面心立方和密排六方

3.当铁发生以下同素异构转变时：

γ-Fe到α-Fe，其体积将：

A.膨胀 B.不变  C.缩小 D.有些方向膨胀，有些方向收缩

4.常见金属金、银、铜、铝室温下的晶格类型。

A．与α-Fe相同 B.与γ-Fe相同 C.与δ-Fe相同 D.与Zn相同

5.在面心立方中，原子密度最大的晶向是：

A.<110>B.<100>C.<111>D.<112>

6.在体心立方中，原子密度最大的晶面是：

A.{100}B.{110}C.{111}D.{112}

7．每个体心立方晶胞中包含有个原子。

A.1B.2C.3D.4

8．每个面心立方晶胞中包含有个原子。

A.1B.2C.3D.4

9.晶体中的位错属于：

A.体缺陷B.线缺陷C.面缺陷D.点缺陷

10.晶界是由：

A.点缺陷堆积而成B.位错垂直排列成的位错墙而构成

C.晶界间的相互作用构成D.原子的边界构成

三．判断题

1.单晶系是各项异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上性能也是不相同的。

2.密排六方晶格在晶格中实际仅包含的原子数量7个。

3.在立方晶系中，（123）晶面与[123]晶向垂直。

4.把在实际晶体中出现的刃型位错和螺型位错的缺陷叫做面缺陷。

5.把在实际晶体中出现的空位和间隙原子的缺陷叫做线缺陷。

6.面心立方晶胞在晶格中实际仅包含的原子数量是5个。

7.晶体缺陷的共同之处是它们都能引起晶格畸变。

四.问答题

1．分别说明以下概念：

（1）晶格；

（2）晶胞；（3）晶格常数；（4）致密度；（5）配位数；（6）晶面；（7）晶向；（8）单晶体；（9）多晶体；（10）晶粒；（11）晶界；（12）各向异性；（13）同素异构。

2．金属常见的晶格类型有哪几种?

如何计算每种晶胞中的原子数？

3．已知α-Fe的晶格常数为0.289nm。

试求出晶体中（110），（111）的晶面间距。

4．在立方晶格中，如果晶面指数和晶向指数的数值相同，该晶面与晶向间存在着什么关系？

5．写出体心立方晶格中的｛110｝晶面族所包含的晶面，并绘图表示。

6．金属实际晶体结构中存在哪些缺陷？

每种缺陷的具体形式何？

7．已知银的原子半径为0.144nm，求其晶格常数。

8．单晶体与多晶体有何差别？

为什么单晶体具有各向异性，而多晶体材料通常不表现出各向异性？

9．画出体心立方、面心立方晶格中原子最密的晶面和晶向，并写出其相应的指数。

10．画出一个B.C.C.、fC.C.、hC.p晶胞，计算B.C.C.、fC.C.的致密度。

11．将下列各组晶向、晶面分别画在一个立方晶胞内：

①（123）、（421），

②（210）、[210]，

③（111）、[112]，

④（110）、[111]

12．写出{223}晶面族中包括的全部晶面。

13.写出附图1.1所示立方晶格中晶面ABCD和晶向CE的指数；在右图单胞中画出晶面（111）和该面上属于<112>三个晶向，并标出具体指数。

（12分）

第三章

一．填空题

1.结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程实现的，这两个过是

和。

2.液态金属结晶时，结晶过程的推动力是，阻力是。

3.过冷度是指，其表示符号为。

4.根据溶质原子在溶剂晶格中所占位置的不同，固溶体可以分为

和两类。

5.随着过冷度的增大，晶核形核率N,长大率G。

6.细化晶粒的主要方法有和。

7.共晶反应的反应式为，共晶反应的特点是。

8.共析反应的反应式为，共析反应的特点是。

9.包晶反应的反应式为，包晶反应的特点是。

二．选择题

1.铸造性能最佳的合金应该是成分的合金。

A.固溶体 B.亚共晶 C.共晶 D.过共晶

2.固溶体的结构与相同。

A．溶剂B.溶质C.其他晶型D.自身原有状态

3.组成合金的最基本的，称为组元。

A.化学元素B.能够独立存在的物质

C.稳定的化合物D.单一成分的物质

4.一种金属元素与另外一种或几种金属或非金属元素相互形成的具有金属特性的物质称为合金。

A．机械混合 B.熔合 C.各自保持原来特性D.化合

5.在实际冷却速度的条件下，以树枝晶方式结晶的固溶体中，先后结晶的树枝状晶体内化学成分不均匀的现象，称为枝晶偏析。

A.较慢  B.较快  C.适中  D.极为缓慢

6.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.越接近临界理论结晶温度D.与冷却速度无关

7.实际金属结晶时，通过控制生长速率N和长大速率G比值来控制晶粒大小，在下列情况下获得的晶粒较为较为粗大的是：

A.N/G很大时B.N/G很小时C.N/G居中时D.与N/G无关

8.在二元合金相图中，三相平衡共存时，必定是一条水平线，每条水平线必定和相遇，也一定与以一点接触。

A.一个两相区 B.两个两相区 C.三个两相区D.一个单相区 

E.共存三相之中的二个单相区   F.共存三相的三个单相区

9.在发生

共晶反应时，三相的成分：

A.相同B.确定C.不确定D.不相同

三．判断题

1.物质从液体状态转变为固体状态的过程称为结晶。

2.金属结晶后晶体结构不再发生变化。

3.液态金属结晶时的冷却速度越快，过冷度就越大，形核率和长大率都增大，故晶粒就粗大。

4.物质从液体状态转变为固体状态的过程称为凝固。

5.当过冷度较小时，纯金属晶体主要以平面状的方式长大。

6.液态金属冷却到结晶温度时，液态金属中立即就有固态金属结晶出来。

7.过冷度的大小取决于过冷速度和金属的本性。

8.当晶核长大时，随过冷度的增加，晶核的长大速率增大。

但是过冷度很大时，晶核长大速率很快减小。

9.在实际金属和合金中，自发形核常常起着优先主导的作用。

四．问答题

1.何谓凝固？

何谓结晶？

2.什么是过冷度？

液态金属结晶时为什么必须过冷？

3.何谓自发形核与非自发形核？

它们在结晶条件上有何差别？

4.过冷度与冷却速度有何关系？

它对金属结晶后的晶粒大小有何影响？

5.在实际生产中，常采用哪些措施控制晶粒大小？

6.什么是合金？

什么是相？

固态合金中的相是如何分类的?

相与显微组织有何区别和联系？

7.说明固溶体与金属化合物的晶体结构特点并指出二者在性能上的差异。

8.何谓间隙固溶体？

何谓间隙化合物？

试比较二者在形成条件上的的异同点。

9.何谓组元、成分、合金系、相图？

二元合金相图表达了合金的哪些关系？

有哪些实际意义？

10.何谓合金的组织组成物？

指出wSn=30%的PB.-Sn合金在183℃下全部结晶完毕后的组织组成物和相组成物，并利用杠杆定律计算它们的质量分数。

11.什么是共晶反应？

什么是共析反应？

它们各有何特点？

试写出相应的反应通式。

12.已知在500℃时，A-B二元系共晶反应式为L（wB=75%）

α（wB=15%）+β（wB=95%）,A组元的熔点为700℃，B组元的熔点为600℃，并假定α及β固溶体的溶解度不随温度而改变。

试画出A-B二元合金相图。

13.为什么铸件常选用靠近共晶成份的合金生产，压力加工件则选用单相固溶体成份的合金生产

第四章

一．填空题

1.珠光体是和混合在一起形成的机械混合物。

2.碳溶解在中所形成的称为铁素体。

3.在Fe-Fe3C相图中，共晶点的含碳量为，共析点的含碳量为。

4.低温莱氏体是和组成的机械混合物。

5.高温莱氏体是和组成的机械混合物。

6.铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成，即，和心部等轴晶粒区。

7.在Fe-Fe3C相图中，共晶转变温度是，共析转变温度是。

8.用显微镜观察某亚共析钢，若估算其中的珠光体含量为80%，则此钢而碳含量为.。

9.在铁碳合金室温平衡组织中，含

最多的合金成分点为,含

最多的碳含量为。

10.钢与铸铁的区别是。

二．选择题

1.碳溶入α-Fe中使晶格畸变：

A.不产生  B.正  C.负  D.不定型

2.铁素体是碳溶解在中所形成的间隙固溶体。

  A．α-FeB．γ-FeC．δ-FeD．β-Fe

3.奥氏体是碳溶解在中所形成的间隙固溶体。

  A．α-FeB．γ-FeC．δ-FeD．β-Fe

4.渗碳体是一种。

  A．稳定化合物B．不稳定化合物

  C．介稳定化合物D．易转变化合物

5.莱氏体是一种。

  A．固溶体B．金属化合物

  C．机械混合物D．单相组织金属

6.亚共析钢的含碳量是。

A.＜0.0218%   B.0.0218%～0.77%   C.0.77%～2.11%   D.2.11%～4.3%

7.室温下平衡组织为F+P的铁碳合金是。

A.工业纯铁  B.共析钢  C.过共析铜 D.亚共析钢

8.60钢在室温下的平衡组织中，珠光体的相对重量百分数为。

A.[（0.60-0.0218）/（0.77-0.0218）]×100%  

B.[（0.60-0.0008）/（2.11-0.0008）]×100%

C.[（0.60-0.0008）/（4.30-0.0008）]×100%   

D.[（0.60-0.0008）/（6.69-0.0008）]×100%

9.钢中的常存杂质元素会导致钢材在1000～1200℃进行热加工时，沿着奥氏体晶界开裂造成钢材的。

A.磷  B.热脆性  C.锰  D.硫  E.冷脆性 F.硅

10.在Fe-Fe3C相图中，ES线也称为。

  A．共晶线B．共析线C．A3线D．ACm线

11.在Fe-Fe3C相图中，GS线也称为。

  A．共晶线B．共析线C．A3线D．ACm线

12.在Fe-Fe3C相图中，共析线也称为（）。

  A．A1线B．ECF线C．ACm线D．PSK线

13.在铁－碳合金中，当含碳量超过以后，钢的硬度虽然在继续增加，但强度却在明显下降。

  A．0.8％B．0.9％C．1.0％D．1.1％

14.在铁碳合金中，共析钢的含碳量为。

  A．0.67％B．0.77％C．0.8％D．0.87％

15.铁素体的机械特性是。

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D.强度高、塑性差、硬度高

三．判断题

1.奥氏体是碳溶解在γ-Fe中所形成的置换固溶体。

2．20钢的碳含量比T12钢的碳含量高。

3.铁素体的本质是碳在

中的间隙想。

4.在Fe-Fe3C相图中的ES线是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线，通常称为A3线。

5.共析钢结晶的过程是：

L—L+A—A—P。

6.在Fe-Fe3C相图中的ES线是表示由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，通称AC.m线。

7.在铁碳合金平衡过程中，只有成分为4.3%C的铁碳合金才能发生共晶反应。

8．GS线表示由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，通称A1线。

9.亚共析钢结晶的过程是：

L—L+A—A—F+A--F+P。

10.在退火状态下（接近平衡组织），45钢比20钢的硬度和强度都要高。

四．问答题

1．默绘Fe-Fe3C相图，并填出各区组织，标明重要的点、线、成份及温度。

图中组元碳的质量分数为什么只研究到6.69%？

2．解释以下名词：

（1）铁素体；

（2）奥氏体；（3）渗碳体；（4）珠光体；（5）莱氏体。

3．指出铁素体、奥氏体、渗碳体、石墨的晶体结构及力学性能的特点。

4．说明纯铁的同素异构转变及其意义。

5．简述Fe-Fe3C相图中共晶转变与共析转变，写出转变式，标出反应温度及反应前后各相的含碳量。

6．比较Fe3CI、Fe3CII、Fe3CIII、Fe3C共晶、Fe3C共析的异同点。

7．钢与白口铸铁在成分上的界限是多少？

碳钢按室温下的组织如何分类？

写出各类碳钢的室温平衡组织。

8．说明含碳量对钢及白口铸铁力学性能的影响。

9．根据石墨形态，铸铁一般分为哪几类？

各类大致用途如何？

10．分析石墨形态对力学性能的影响。

11．识别下列牌号的铁碳合金：

Q235，08F,45,T10A,HT150,QT400-18,KTH350-10。

12．用杠杆定律分别计算珠光体、莱氏体在其共析温度、共晶温度转变完毕时，相组成物的质量分数。

13．现有两种铁碳合金，其中一种合金在室温下的显微组织中珠光体的质量分数为75%，铁素体的质量分数为25%，另一种合金在室温下的显微组织中珠光体的质量分数为92%，二次渗碳体的质量分数为8%，用杠杆定律求出这两种合金中的含碳量，并指明它们按组织分类的名称。

14.画出WB=1.2%的铁碳合金从液态缓冷到室温时的冷却曲线及组织转变示意图，并用杠杆定律计算室温下的组织组成物及相组成物的质量分数。

15.A为金属元素，B为非金属元素，形成二元相图如图4-5：

1）画出Ⅱ合金平衡冷却曲线以及平衡结晶后组织示意图，计算其室温下相组成物及组织组成物相对含量。

2）试分析不同冷却速度对下图中Ⅰ合金凝固后显微组织的影响。

15.根据铁碳平衡相图回答下列问题：

1）写出下列Fe3CII含量最多的合金；珠光体含量最多的合金；莱氏体含量最多的合金。

2）指出此二元系中比较适合做变形合金和铸造合金的成分范围。

3）标注平衡反应的成分及温度，写出平衡反应式。

4）分析Fe-1%C合金的平衡凝固过程，并计算室温下其中相组成物和组织组成物的百分含量，

第五章

一．填空题

1.钢加热时奥氏体形成是由、、和四个基本过程所形成的。

2.用光学显微镜观察，上贝氏体的组织特性呈状，而下贝氏体则呈状。

3.马氏体的显微组织形态主要有、两种，其中的韧性较好。

4.钢的热处理是工艺由、和三个阶段组成成的。

5.钢的淬透性越高，其C曲线的位置越，说明临界冷却速度越。

6.钢的中温回火的温度范围在，回火后的组织为。

7.钢的低温回火的温度范围在，回火后的组织为。

8.钢的高温回火的温度范围在，回火后的组织为。

9.在钢的回火时，随着回火温度的升高，淬火钢的组织转变可以归纳为以下四个阶段：

马氏体的分解，残余奥氏体的转变，，。

10.根据共析钢的C曲线，过冷奥氏体在A1线以下等温转变所获得的组织产物是和贝氏体型组织。

11.见钢的退火种类有：

完全退火，和。

12.根据共析钢的C曲线，过冷奥氏体在A1线以下转变的产物类型有，和马氏体型组织。

13.要使钢件能够有效的发挥渗碳层的作用应在渗碳后进行的热处理工艺为。

14.化学热处理的基本过程包括、和三个阶段。

二．选择题

1.钢在淬火后获得马氏体组织的粗细主要取决于。

A．奥氏体的本质晶粒度  B.奥氏体的实际晶粒度

C.奥氏体的起始晶粒度  D.加热前的原始组织

2.马氏体的硬度主要取决于。

A.过冷奥氏体的冷却速度B.过冷奥氏体的转变温度

C.马氏体的含碳量 D.临界冷却速度（Vk）

3.碳素钢的马氏体点Ms和Mf与奥氏体的含碳量有关，随着含碳量增加，。

A.Ms升高，Mf降低    B.Ms降低，Mf升高

C.Ms、Mf都升高      D.Ms、Mf都降

4.T12钢正常淬火的组织是。

A.马氏体+残余奥氏体

B.马氏体+残余奥氏体+粒状碳化物

C.屈氏体+马氏体+残余奥氏体

5.选用45钢制造机床变速箱齿轮，要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，则其预先热处理及最终热处理的最佳方案应分别为。

A.球化退火；整体淬火+低温回火

B.完全退火；整体淬火+低温回火

C.正火；齿部表面淬火+低温回火

D.调质处理；齿部表面淬火+中温回火

6.钢进行奥氏体化的温度愈高，保温时间愈长则。

A.过冷奥氏体愈稳定，C曲线愈靠左

B.过冷奥氏体愈稳定，C曲线愈靠右

C.过冷奥氏体愈不稳定，C曲线愈靠左

D.过冷奥氏体愈不稳定，C曲线愈靠右

7．钢的低温回火的温度为。

 A．400℃B．350℃C．300℃D．250℃

8.可逆回火脆性的温度范围是。

 A．150℃～200℃B．250℃～400℃C．400℃～550℃D．550℃～650℃

9.不可逆回火脆性的温度范围是。

 A．150℃～200℃B．250℃～400℃C．400℃～550℃D．550℃～650℃

10.加热是钢进行热处理的第一步，其目的是使钢获得。

 A．均匀的基体组织B．均匀的A体组织

C．均匀的P体组织D．均匀的M体组织

11.钢的高温回火的温度为。

 A．500℃B．450℃C．400℃D．350℃

12.钢的中温回火的温度为。

 A．350℃B．300℃C．250℃D．200℃

13.碳钢的淬火工艺是将其工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是。

 A．随炉冷却B．在风中冷却C．在空气中冷却D．在水中冷却

14.正火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是。

 A．随炉冷却B．在油中冷却C．在空气中冷却D．在水中冷却

15.为消除钢锭的晶内偏析应进行退火。

A.去应力 B.再结晶  C.完全   D.扩散

16.完全退火主要用于。

 A．亚共析钢B．共析钢C．过共析钢D．所有钢种

17.共析钢在奥氏体的连续冷却转变产物中，不可能出现的组织是。

 A．PB．SC．BD．M

18.退火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是。

 A．随炉冷却B．在油中冷却C．在空气中冷却D．在水中冷却

19.钢的渗碳温度范围是。

A．600-650℃B.800-850℃C.900-950℃D.1000-1050℃

三．判断题

1.完全退火是将工件加热到ACm以上30～50℃，保温一定的时间后，随炉缓慢冷却的一种热处理工艺。

2.钢经过加热奥氏体化后，在任何情况下，奥氏体中的他碳的含量均与钢中碳含量相等。

3.合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。

4.马氏体钢是碳

中的过饱和固溶体，当奥氏体向马氏体转变时，体积要发生膨胀。

5.当原始组织为片状珠光体的钢加热奥氏体化时，细片状珠光体的奥氏体化速度要比粗片状珠光体的奥氏体速度快。

6.高合金钢既具有良好的淬透性，又具有良好的淬硬性。

7.钢种为溶的碳化物的存在，将使钢的淬透性降低。

8.在正常加热淬火条件下，亚共析钢的淬透性随碳含量的增加而增加，过共析钢的淬透性随钢含量的增高而减小。

9.马氏体转变温度区的位置主要与钢的化