习题与思考题
绪论
(—)填空题
1.机械设计常用和两种强度指标。
2．设计刚度好的零件，应根据指标来选择材料。
3 T K是材料从状态转变为状态时的温度。
4 冲击韧性的单位是；延伸率的单位是；屈服强度的单位是。
5 屈强比是与之比。
6．材料主要的工艺性能有、、、和。
(二)判断题
1 抗氧化性就是指材料在高温下完全不被氧化的性能。（）
2．材料硬度越低，其切削加工性能就越好。（）
3．金属材料的导电导热性能远高于非金属材料。（）
4．σs和σ0.2都是材料的屈服强度。（）
5 材料的E值越大，其塑性越差。（）
6．同一材料的延伸率δ5>δ10。（）
7．材料的抗拉强度与布氏硬度之间，近似地成一直线关系。（）8．各种硬度值之间可以互换。（）
9．用断面收缩率ψ表示塑性更接近材料的真实应变。（）
10．延伸率是试样拉断后的相对伸长量。（）
11．硬度是材料对局部变形的抗力，所以硬度是材料的塑性指标。（）
(三)选择题
1 低碳钢拉伸试验时，其变形过程可简单分为几个阶段。
A．弹性变形、塑性变形、断裂B．弹性变形、断裂
C 塑性变形、断裂D．弹性变形、条件变形、断裂
2．低碳钢拉伸应力一应变图中，σ-E曲线上对应的最大应力值称为
A．弹性极限B．屈服强度 C 抗拉强度D．断裂强度
3．材料开始发生塑性变形的应力值叫做材料的
A．弹性极限B．屈服强度 C 抗拉强度D．条件屈服强度
4．测量淬火钢件及某些表面硬化件的硬度时，一般应用
5．有利于切削加工性能的材料硬度范围为
A．<160HB B．>230HB C．(160～230)HB D．(60～70)HRC 6．材料的值主要取决于其晶体结构特性，一般处理方法对它影响很小。
A σ0.2 Bσb C E
(四) 改错题
1 屈服就是材料开始塑变失效，所以屈服强度就是材料的断裂强度。
2 材料的断裂强度一定大于其抗拉强度。
3 强度是材料抵抗变形和破坏的能力，塑性是在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力所以两者的单位是一样的。
4因为σb≈kHB，所以一切材料的硬度越高，其强度也越高。
5．材料的电阻随温度升高而升高。
(五) 问答题
1 零件设计时，选取σ0.
2 (σs)还是选取σb，应以什么情况为依据?
2．在测定强度指标时，σs和σ0.2有什么不同?
3．常用的测量硬度方法有几种?其应用范围如何?
4．δ与ψ这两个指标，那个更准确地表达材料的塑性?为什么?
5．有一碳钢制支架刚性不足，有人要用热处理强化方法；有人要另选合金钢；有人要改变零件的截面形状来解决。哪种方法合理?为什么?
6．疲劳破坏是怎样形成的?提高零件疲劳寿命的方法有哪些?为什么表面粗糙和零件尺寸增大能使材料的疲劳强度值减小?
7．如图1—1所以，为五种材料的应力一应变曲线：①45钢；②铝青铜；③35钢；④硬铝；⑤纯铜。试问，当外加应力为30MPa时，各材料处于什么状态?
（六) 思考题
1．根据上图，试计算出各种材料的σ0.2(σs)、σb、E。并讨论：①是否材料高强度就不会变形，低强度材料一定会变形? ②是否材料强度高时，其刚度就大? ③是否材料强度高时，其塑性都低？
第一章金属的晶体结构
(一)填空题
1．同非金属相比，金属的主要特性是
2．晶体与非晶体的最根本区别是
3．金属晶体中常见的点缺陷是，最主要的面缺陷是。
4．位错密度是指，其数学表达式为。
5．表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做，而晶胞是指。
6．在常见金属晶格中，原子排列最密的晶向，体心立方晶格是，而面心立方晶格
是。
7 晶体在不同晶向上的性能是，这就是单晶体的现象。一般结构用
金属为晶体，在各个方向上性能，这就是实际金属的现象。
8 实际金属存在有、和三种缺陷。位错是缺陷。实际
晶体的强度比理想晶体的强度得多。。
9．常温下使用的金属材料以晶粒为好。而高温下使用的金属材料在一定范围内以晶粒为好。‘
10．金属常见的晶格类型是、、。
11．在立方晶格中，各点坐标为：A (1，0，1)，B (0，1，1)，C (1，1，1/2)，D(1/2，1，1/2)，那么AB晶向指数为，OC晶向指数为，OD晶向指数为。
12．铜是结构的金属，它的最密排面是，若铜的晶格常数a=0.36nm,那么最密排面上原子间距为。
13 α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn中属于体心立方晶格的有，
属于面心立方晶格的有，属于密排六方晶格的有。
14．已知Cu的原子直径为0．256nm，那么铜的晶格常数为。1mm3Cu中的原子数为。
15．晶面通过(0，0，0)、(1/2、1/4、0)和(1/2，0，1/2)三点，这个晶面的晶面指数为. 16．在立方晶系中，某晶面在x轴上的截距为2，在y轴上的截距为1/2；与z轴平行，则该晶面指数为.
17．金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽主要是因为金属原子具有的结合方式。
18．同素异构转变是指。纯铁在温度发生和多晶型转变。19．在常温下铁的原子直径为0．256nm，那么铁的晶格常数为。
20．金属原子结构的特点是。
21．物质的原子间结合键主要包括、和三种。
22．大部分陶瓷材料的结合键为。
23．高分子材料的结合键是。
(二)判断题
1．因为单晶体具有各向异性的特征，所以实际应用的金属晶体在各个方向上的性能也是不相同的。( )
2．金属多晶体是由许多结晶位向相同的单晶体所构成。( )
3．因为面心立方晶体与密排六方晶体的配位数相同，所以它们的原子排列密集程度也相同4．体心立方晶格中最密原子面是｛111｝。
5．金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高得多。
6．金属面心立方晶格的致密度比体心立方晶格的致密度高。
7．实际金属在不同方向上的性能是不一样的。
8．纯铁加热到912℃时将发生α-Fe向γ-Fe的转变，体积会发生膨胀。( )
9．面心立方晶格中最密的原子面是<111}，原子排列最密的方向也是<111>。( ) 10．在室温下，金属的晶粒越细，则其强度愈高和塑性愈低。( )
11．纯铁只可能是体心立方结构，而铜只可能是面心立方结构。( )
12．实际金属中存在着点、线和面缺陷，从而使得金属的强度和硬度均下降。( ) 13．金属具有美丽的金属光泽，而非金属则无此光泽，这是金属与非金属的根本区别。14．正的电阻温度系数就是指电阻随温度的升高而增大。
15．多晶体是由多个取向不同的单晶体拼凑而成的。
16．晶胞是从晶格中任意截取的一个小单元。
17 从热力学上讲，所有的晶体缺陷都使畸变能升高，即都是非平衡态。
18 从热力学上讲，理想晶体没有晶体缺陷，即没有晶格畸变能，即为平衡状态。
19．晶体中原子偏离平衡位置，就会使晶体的能量升高，因此能增加晶体的强度。
(三)选择题
1．正的电阻温度系数是指
A．随温度增高导电性增大的现象B．随温度降低电阻下降的现象
C 随温度升高电阻减少的现象D．随温度降低电阻升高的现象
2．金属键的一个基本特征是
A．没有方向性B．具有饱和性 C 具有择优取向性 D. 没有传导性
3．晶体中的位错属于
A．体缺陷 B 点缺陷 C 面缺陷D．线缺陷
4．亚晶界的结构是
A．由点缺陷堆集而成 B 由位错垂直排列成位错墙面构成
C 由晶界间的相互作用构成
D 由杂质和空位混合组成
5．多晶体具有
A．各向同性 B 各向异性 C 伪各向同性 D 伪各向异性
6．在面心立方晶格中，原子线密度最大的晶向是
A．<100> B <110> C．<111> D．<112>
7．在体心立方晶格中，原子面密度最小的晶面是
A．<100} B {110} C {111} D {112}
8．金属原子的结合方式是
A．离子键 B 共价键 C 金属键 D 分子键
9．晶态金属的结构特征是
A．近程有序排列 B 远程有序排 C 完全无序排列 D 部分有序排列
(四) 改错题
1．面心立方晶格的致密度为0．68。
2．γ-Fe在912℃转变为a-Fe时体积收缩约1％。这是因为γ-Fe的晶格常数大于a-Fe的晶格常数。
3．实际金属缺陷越多，则其强度硬度越低。
4．常温下，金属材料的晶粒越细小时，其强度硬度越高，塑性韧性越低。
5．体心立方晶格的最密排面是<100}面。
(五) 问答题
1．试用金属键的结合方式，解释金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽等基本特性.
2．实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷，它们对金属的性能有什么影响?
3．实际晶体与理想晶体有何不同?
5．简述晶界的结构及特性？
7 非晶体的结构有何特点?性能怎样?
8 何谓同素异构现象?试以Fe为例阐述之。试分析γ-Fe向α-Fe的体积变化情况。
(六) 作图题
1．分别画出面心立方和体心立方晶格中的(110)晶面的原子平面排列图，并由图中找出原子半径与晶格常数之间的关系。
2．画出体心立方、面心立方晶格中原子最密的晶面和晶向，写出它们的晶面指数和晶向指数，并求出其单位面积和单位长度上的原子数。
3．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′。
(七) 计算题
1．已知铜原子直径为0．256nm，试计算lmm3铜中的原子数。
2．已知铁的原子量为55.85，1g铁有多少个原子?计算它们在室温和1000℃时各有多少个晶胞?
(八) 思考题
1．在立方晶胞内，绘出<111}晶面族所包括的晶面。
2．已知钛在20℃时，具有密排六方晶胞的体积是0．16nm3，其轴比c／a＝1．59。求a 与c的值和钛在晶胞底面中的原子半径是多少?
第二章纯金属的结晶
(一) 填空题
1．金属结晶两个密切联系的基本过程是和
2 在金属学中，通常把金属从液态向固态的转变称为，通常把金属从一种结构的固态向另一种结构的固态的转变称为。
3．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是
4．铸锭和铸件的区别是。
5．液态金属结晶时，获得细晶粒组织的主要方法是
6．金属冷却时的结晶过程是一个热过程。
7．液态金属的结构特点为。
8．如果其他条件相同，则金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的，采用振动浇注的铸件晶粒比不采用振动的，薄铸件的晶粒比厚铸件。
9．过冷度是。一般金属结晶时，过冷度越大，则晶粒越。
10．影响非晶体凝固的主要因素是和。
(二) 判断题
1 凡是由液态金属冷却结晶的过程都可分为两个阶段。即先形核，形核停止以后，便发生长大，使晶粒充满整个容积。
2．凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
3．近代研究表明：液态金属的结构与固态金属比较接近，而与气态相差较远。( ) 4．金属由液态转变成固态的过程，是由近程有序排列向远程有序排列转变的过程。( ) 5．当纯金属结晶时，形核率随过冷度的增加而不断增加。( )
6．在结晶过程中，当晶核成长时，晶核的长大速度随过冷度的增大而增大，但当过冷度很
大时，晶核的长大速度则很快减小。
7．金属结晶时，冷却速度愈大，则其结晶后的晶粒愈细。
8．所有相变的基本过程都是形核和核长大的过程。
9．在其它条件相同时，金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的铸件晶粒更细
10．在其它条件相同时，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的铸件晶粒更细。
11．在其它条件相同时，铸成薄件的晶粒比铸成厚件的晶粒更细。
12. 金属的理论结晶温度总是高于实际结晶温度。
14．在实际生产条件下，金属凝固时的过冷度都很小(<20℃)，其主要原因是由于非均匀
形核的结果。( )
15．过冷是结晶的必要条件，无论过冷度大小，均能保证结晶过程得以进行。( ) 16．在实际生产中，评定晶粒度方法是在放大100倍条件下，与标准晶粒度级别图作比较，级数越高，晶粒越细。( )
(三) 选择题
1 液态金属结晶的基本过程是
A．边形核边长大B．先形核后长大
C．自发形核和非自发形核D．枝晶生长
2．液态金属结晶时，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
3．过冷度越大，则
A．N增大、G减少，所以晶粒细小B．N增大、G增大，所以晶粒细小
C N增大、G增大，所以晶粒粗大D．N减少、G减少，所以晶粒细小
4．纯金属结晶时，冷却速度越快，则实际结晶温度将。
A．越高 B 越低C．越接近理论结晶温度D．没有变化
5．若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
6．在实际金属结晶时，往往通过控制N／G比值来控制晶粒度。在下列情况下将获得粗大晶粒。·
A．N／G很大B．N／C很小C．N／G居中D．N／G＝1
(四) 改错题
1．过冷度就实际结晶温度。
2．变质处理就是浇注时改变材料成分和质量的处理。
3．理论结晶温度低于金属的实际结晶温度。
4．凝固和结晶都是物质从液态变成固态的过程，所以凝固过程就是结晶过程。
5．冷却速度越大，理论结晶温度就越低。
(五) 问答题
1．试述结晶过程的一般规律，研究这些规律有何价值与实际意义?
2．什么叫过冷度?为什么金属结晶时必须过冷?
3．试从过冷度对金属结晶时基本过程的影响，分析细化晶粒，提高金属材料常温机械性能的措施。
4．为什么实际生产条件下，纯金属晶体常以树枝状方式进行长大?
5．为获得非晶态金属，经常将金属液滴到高速旋转的铜盘上，而玻璃则不需要采取这种措施，说明其原因。
6．当对液态金属进行变质处理时，变质剂的作用是什么?
7 晶粒大小对金属性能有何影响?如何细化晶粒?
8．在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小?
三、复习自测题
(一)判断题
1．液态金属结构与固态金属结构比较接近，而与气态金属相差较远。
2．过冷是结晶的必要条件，无论过冷度大、小，都能保证结晶过程得以进行。
3．当纯金属结晶时，形核率总是随着过冷度的增大而增加。( )
4．金属面心立方晶格的致密度比体心立方晶格的致密度高。( )
5．金属晶体各向异性的产生，与不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度相关。( ) 6．金属的结晶过程分为两个阶段，即先形核，形核停止之后，便发生长大，使晶粒充满整个容积。
7．玻璃是非晶态固体材料，没有各向异性现象。( )
(二)选择题
1．纯金属结晶时，冷却速度越快，则实际结晶温度将。
A．越高且越低C越接近理论结晶温度D．高低波动越大
2．在实际金属结晶时，往往通过控制N／G比值来控制晶粒度。当时，将获得粗大晶粒。
A．N／G很大B．N／G很小C．N／G居中，0．N／G＝1
3．晶体中的晶界属于。
A．点缺陷且线缺陷C面缺陷0．体缺陷
4．材料的刚度与有关。
A．弹性模量B．屈服强度C抗拉强度D．延伸率
5．纯金属结晶的冷却曲线中，由于结晶潜热而出现结晶平台现象。这个结晶平台对应的横坐标和纵坐标表示。
A理论结晶温度和时间 B 时间和理论结晶温度
C自由能和温度D．温度和自由能
（三)问答题
1．阐述液态金属结构特点并说明它为什么接近固态而与气态相差较远?
2．如果其它条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小，为什么?
①金属模浇注与砂模浇注；②高温浇注与低温浇注；
③铸成薄件与铸成厚件；④浇注时振动与不振动。
(四)作图题
1．分别画出体心立方晶格和面心立方晶格中(110)晶面的原子平面排列图，并由图中找出原子半径与晶格常数之间的关系。
2．绘图说明过冷度对金属结晶时形核率和长大率的影响规律，并讨论之。
第三章二元合金的相结构与结晶
(一)填空题
1 合金的定义是
2．合金中的组元是指。
3．固溶体的定义是
4．Cr、V在γ-Fe中将形成固溶体。C、N则形成固溶体。
5．和间隙原子相比，置换原子的固溶强化效果要些。
6．当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出的树枝主轴含有较多的组元。7．共晶反应的特征是，其反应式为
8．匀晶反应的特征是，其反应式为
9．共析反应的特征是，其反应式为
10．合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为，按原子溶入量可以分为和11．合金的相结构有和两种，前者具有较高的性能，适合于做相；后者有较高的性能，适合于做相
12．看图4—1，请写出反应式和相区：
ABC ；DEF ；GHI ；
①；②；③；④；⑤；⑥；
13．相的定义是，组织的定义是
14．间隙固溶体的晶体结构与相同，而间隙相的晶体结构与不同。
15．根据图4—2填出：
水平线反应式；有限固溶体、无限固溶体。
液相线，固相线，固溶线、
16．接近共晶成分的合金，其性能较好；但要进行压力加工的合金常选用的合金。
17．共晶组织的一般形态是。
(二)判断题
1．共晶反应和共析反应的反应相和产物都是相同的。( )
2．铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金，要进行塑性变形的合金常选用具有单相固溶体成分的合金。( )
3．合金的强度与硬度不仅取决于相图类型，还与组织的细密程度有较密切的关系。( ) 4．置换固溶体可能形成无限固溶体，间隙固溶体只可能是有限固溶体。( ) 5．合金中的固溶体一般说塑性较好，而金属化合物的硬度较高。( )
6．共晶反应和共析反应都是在一定浓度和温度下进行的。( )
7．共晶点成分的合金冷却到室温下为单相组织。( )
8．初生晶和次生晶的晶体结构是相同的。( )
9．根据相图，我们不仅能够了解各种合金成分的合金在不同温度下所处的状态及相的相对量，而且还能知道相的大小及其相互配置的情况。( )
10．亚共晶合金的共晶转变温度与共晶合金的共晶转变温度相同。( )
11．过共晶合金发生共晶转变的液相成分与共晶合金成分是一致的。( ) (三)选择题
1．固溶体的晶体结构是
A．溶剂的晶型B．溶质的晶型 C 复杂晶型D．其他晶型
2 金属化合物的特点是
A．高塑性B．高韧性 C 高硬度D．高强度
3．当匀晶合金在较快的冷却条件下结晶时将产生
A．匀晶偏析 B 比重偏C．枝晶偏析D．区域偏析
4．当二元合金进行共晶反应时，其相组成是
A．由单相组成 B 两相共存 C 三相共存D．四相组成
5．当共晶成分的合金在刚完成共晶反应后的组织组成物为
A. α+βB．(α＋L) C．(α+β) D．L＋α+β
6．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
7．二元合金中，共晶成分的合金
A．铸造性能好 B 锻造性能好 C 焊接性能好D．热处理性能好
8．共析反应是指
A．液相→固相Ⅰ+固相Ⅱ B 固相→固相Ⅰ+固相Ⅱ
C．从一个固相内析出另一个固相 D 从一个液相中析出另一个固相
9．共晶反应是指
A．液相→固相Ⅰ+固相Ⅱ B 固相→固相Ⅰ+固相Ⅱ
C．从一个固相内析出另一个固相 D 从一个液相中析出另一个固相
10．固溶体和它的纯金属组元相比
A．强度高，塑性也高些 B 强度低，但塑性高些
C 强度低，塑性也低些
D 强度高，但塑性低些
(四)改错题
1．合金是指两种以上金属元素组成的具有金属特性的物质。
2．在均匀固溶体中，由于存在着晶界，所以此固溶体是由不同位向晶粒所构成的多相系。3．合金元素Cr、Mn、Si在a-Fe和γ—Fe中只能形成间隙式固溶体；而C、N在α—Fe 和γ—Fe中则能形成代位式固溶体。
4．置换原子的固溶强化效果比间隙原子的固溶强化效果大，因为置换原子的半径一般比间隙原子大。
5．．杠杆定律只能在三相区内使用。
6．合金在结晶过程中析出的初生相和次生相具有不同的晶型和组织形态。
7．任何类型的固溶体的晶体结构为溶质的晶型。
8．金属化合物的硬度较低。
9．当共晶点成分的合金完成共晶反应后的组织组成物是α+β。
(五)问答题
1．对比纯金属与固溶体结晶过程的异同，分析固溶体结晶过程的特点。
2．试述固溶强化，加工强化和弥散强化的强化原理，并说明它们的区别。
3．什么是固溶体和化合物?它们的特性如何?
4．何谓相图?相图能说明哪些问题?实际生产中有何应用价值?
5．何谓杠杆定律?它在二元合金系中可以解决什么问题?
6．为什么固溶体合金结晶时成分间隔和温度间隔越大则流动性不好，分散缩孔大、偏析严重以及热裂倾向大?
7．试比较共晶反应与共析反应的异同点。
8．有两个形状和尺寸都完全相同的Cu—Ni合金铸件，其中一个铸件的W(Ni)=90%、另一铸件的w(Ni)＝50％，铸造后哪一个偏析严重?为什么?
9 请解释下列现象：(1)电阻丝大多用固溶体合金制造；(2)大多数铸造合金都选用共晶成
分或接近共晶成分；(3)若室温下存在固溶体+化合物两相，不易进行冷变形，往往把它加热至单相固溶体态进行热变形；(4)若要提高具有共晶成分的铸件的性能，往往增加浇注时的过冷度；(5) 钢中若含硫量高会产生热脆性。
(七)计算题
1．一个二元共晶反应如下：L(W(B)＝75％)→α(W(B)＝15％)+β(W(B)=95％)
(1)求w(B)＝50％的合金完全凝固时初晶α与共晶(α十β)的重量百分数，以及共晶体中
α相与β相的重量百分数；
(2)若已知显微组织中β初晶与(α+β)共晶各占一半，求该合金成分。
2．在固态下互不溶解的某二元合金，从显微镜下观察得到初生组织W(A)=85％，已知共晶成分中W(A)=24％，求该合金的成分。
3．有一种制造发动机汽缸的典型合金，其成分W(Si)＝16％—W(A1)＝84％。已知Al—Si 相图如图4—4。试分析：(1)熔融的液体合金缓慢冷却时，在什么温度首先析出固相?
冷却到什么温度该合金完全凝固? (2)试计算该合金在578℃与在570℃时Al在β相中的溶解度? 4．在Fe—Fe3C相图中，试比较E点与P点，S点与C点；ES线与PQ线、GS线与BC线之间含义上的异同。
4．若要配制四个不同成分的Pb—Sn合金30g，其组织要求为(参阅Pb—Sn合金相图)；
(1)α相92％和β相8％；
(2)亚共晶合金中，要求共晶体占30％；
(3)过共晶合金中，要求共晶体占70％；
(4)共晶合金。
问分别计算出需要Pb和Sn各多少克?
(八)思考题
1．试判断图4—5中所列相图的正确性，若有错误，请说明原因，并加以改正。
2．按照下面给出的条件，示意画出二元合金的相图，并填出各区域的相组成物和组织组成物。再根据相图画出合金的硬度与成分的关系曲线。已知A、B组元在液态时无限互溶，在固态时能形成共晶，共晶成分为W(B)=35％。A组元在B组元中有限固溶，溶解度在共晶温度时为15％，在室温时为10％；B组元在A组元中不能溶解。B组元比A组元的硬度高。
第四章铁碳合金
(一)填空题
1．Cr、V在γ-Fe中将形成固溶体。C、N则形成固溶体。
2．渗碳体的晶体结构是，按其化学式铁与碳原子的个数比为
3．当一块质量一定的纯铁加热到温度时，将发生a-Fe向γ-Fe的转变，此时体积将发生。
4．共析成分的铁碳合金平衡结晶至室温时，其相组成物为，组织成物为。5．在生产中，若要将钢进行轧制或锻压时，必须加热至相区。
6．当铁碳合金冷却时发生共晶反应的反应式为，其反应产物在室温下被称为。7．在退火状态的碳素工具钢中，T8钢比T12 钢的硬度，强度。
8．当W(C)＝0．77％一2．11％间的铁碳合金从高温缓冷至ES线以下时，将从奥氏体中析出，其分布特征是。
9．在铁碳合金中，含三次渗碳体最多的合金成分点为，含二次渗碳体最多的合金成分点为。
10．对某亚共析碳钢进行显微组织观察时，若估计其中铁素体约占10％，其W(C) = ，大致硬度为
11．奥氏体是在的固溶体，它的晶体结构是。
12．铁素体是在的固溶体，它的晶体结构是。
13．渗碳体是和的金属间化合物。
14．珠光体是和的机械混合物。
15．莱氏体是和的机械混合物，而变态莱氏体是和的机械混合物。16．在Fe—Fe3C相图中，有、、、、五种渗碳体，它们各自的形态特征是、、、、。
17．钢中常存杂质元素有、、、等，其中、是有害元素，它们使钢产生、。
18．纯铁在不同温度区间的同素异晶体有(写出温度区间) 、、。
19．碳钢按相图分为、、；按W(C)分为(标出W(C)范围) 、、。10．在铁—渗碳体相图中，存在着四条重要的线，请说明冷却通过这些线时所发生的转变并
指出生成物。ECF水平线、；PSK水平线、；ES线、；
GS线、。
21 标出Fe—Fe3C相图(图4—3)中指定相区的相组成物：
①，②，③，④，⑤。；
22．铁碳合金的室温显微组织由和两种基本相组成。
23．若退火碳钢试样中先共析铁素体面积为41．6％，珠光体的面积为58．4％，则其W(C)＝。
24．若退火碳钢试样中二次渗碳体面积为7．3％，珠光体的面积为92．7％，则其W(C)＝。
25．平衡条件下，W(C)=0．5％的铁碳合金，100％A相的最低温度为；730℃A相的百分含量为，A相的W(C)= ；这时先共析铁素体的百分含量为。(二)判断题
1．在铁碳合金中，含二次渗碳体最多的成分点为W(C)：4．3％的合金。( ) 2．在铁碳合金中，只有共析成分点的合金在结晶时才能发生共析反应，形成共析组织。
( )
3．退火碳钢的塑性与韧性均随W(C)的增高而减小。而硬度与强度则随W(C)的增高而不断增高。( )
4．在铁碳合金中，渗碳体是一个亚稳相，而石墨才是一个稳定相。( )
5．白口铸铁在高温时可以进行锻造加工。( )
6．因为磷使钢发生热脆，而硫使钢发生冷脆，故硫磷都是钢中的有害元素。( ) 7．在室温下，共析钢的平衡组织为奥氏体。( )
8．纯铁加热到912℃时，将发生a-Fe一γ—Fe的转变，体积发生膨胀。( ) 9．铁碳合金中，一次渗碳体，二次渗碳体和三次渗碳体具有相同的晶体结构。( ) 10．在Fe—Fe3C相图中，共晶反应和共析反应都是在一定浓度和恒温下进行的。( ) 11．在Fe—Fe3C相图中，凡发生共晶反应的铁碳合金叫做白口铁；凡发生共析反应的铁碳合金叫做钢。( )
12 珠光体是单相组织。( )
13．白口铁是碳以渗碳体形式存在的铁，所以其硬度很高，脆性很大。( ) 14．W(C)＝1．3％的铁碳合金加热到780℃时得到的组织为奥氏体加二次渗碳体。( ) 15．a-Fe是体心立方结构，致密度为68％，所以其最大溶碳量为32％。( ) 16．γ-Fe是面心立方晶格，致密为0．74，所以其最大溶碳量为26％。( ) 17．钢材的切削加工性随w／(C)增加而变差。( )
18．碳钢进行热压力加工时都要加热到奥氏体区。( )
19．W(C)＝1．0％的碳钢比W(C)=0．5％的碳钢硬度高。( )
20．在室温下，w(C)＝0．8％的退火碳钢的强度比W(C)＝1．2％的退火碳钢高。( ) 21．钢铆钉一般用低碳钢制成。( )
22．钳工锯T10、T12钢料时比锯10、20钢费力，且锯条容易磨钝。( )
23．钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜于通过铸造成形。( )
24．工业纯铁的W(C)<0．2％。( )
25．工业纯铁的室温平衡组织为铁素体。( )
26．汽车外壳用低碳钢板制造，而理发工具用碳素工具钢制造。( )
27．退火碳钢W(C)＝0．9％左右时强度极限最高。( )
28．过共析钢由液态缓冷至室温中所析出的二次渗碳体在组织形态与晶体结构方面均与—次渗碳体不相同。( )
(三)选择题
1．渗碳体属于
A．间隙固溶体 B 间隙化合物 C 间隙相D．正常化合物
2．．δ-Fe的晶型是
A．体心立方B．面心立方C密排六方 D 简单立方
3．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
4．W(C)＝4．3％碳的铁碳合金具有。
A．良好的可锻性 B 良好的铸造性 C 良好的焊接性D．良好的热处理性5．建筑用钢筋宜选用
A．低碳钢 B 中碳钢 C 高碳钢D．工具钢
6．装配工使用的锉刀宜选用
A．低碳钢B．中碳钢C高碳钢D．过共晶白口铁
7．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8．三次渗碳体是从
A．钢液中析出的B．铁素体中析出的 C 奥氏体中析出的D．珠光体中析出的9．二次渗碳体是从
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10．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
(四)改错题
1．合金元素Cr、Mn、Si在a-Fe和γ—Fe中只能形成间隙式固溶体；而C、N在α—Fe 和γ—Fe中则能形成代位式固溶体。
2．渗碳体具有复杂的晶格类型，但其Fe与C的原子个数比为6．69。
3．当一块纯铁加热到1538'C温度时，将发生α—Fe向γ-Fe转变，此时体积将收缩。4．在实际生产中，若要钢的变形抗力小，容易变形，必须加热至δ单相区。
5．在普通退火状态下的工具钢中，T8钢比T12钢的强度和硬度都更高。
6．纯铁在(1394～1538)℃之间为面心立方的a-Fe。
7．按铁碳相图，钢与铁的成分分界点一般是W(C)＝4．3％。
8．铁素体和奥氏体都具有良好的综合机械性能。
9．W(C)＝4．3％的铁碳合金应具有良好的压力加工性能。
10．制作一把手用锉刀，可选用W(C)=0．1％的铁碳合金。
11．在铁碳合金系中，δ-Fe的晶格类型是复杂斜方结构。
12．工业纯铁平衡结晶过程中，可能获得奥氏体；冷到常温时可能获得珠光体。
(五)问答题
1．．根据铁碳相图，说明产生下列现象的原因：
(1) 在1100℃，W(C)＝0．4％的钢能进行锻造，而W(C)＝4．0％的生铁则不能锻造；
(2) 含碳量高的白口铸铁可做耐磨零部件；
(3)绑扎物件一般采用低碳钢丝，而起重机吊重物时则采用W(C)＝o．60％～0．75％的钢
丝绳；
(4)用做汽车挡板的材料与用做锉刀的材料为什么不同。
2 试述铁碳相图在理论和实践中的重要意义，并举例说明之；
3．指出Q235、45、T12A钢的类别、主要特点及用途。
4．一块低碳钢和一块白口铸铁，大小和形状都一样，如何迅速把它们区分开来?
5．纯铁的三个同素异构体各叫什么名称?晶体结构如何?试绘出温度－时间曲线，并标明转变临界点温度。
6．试述F、A和Fe3C的晶体结构和性能特点。
7．何谓Fe3CⅠ、Fe3CⅡ、Fe3CⅢ、Fe3C共析和Fe3C共晶?在显微镜下它们的形态有何特点?请指出Fe3CⅡ、Fe3CⅢ的最大百分含量的成分点。
8 根据铁碳相图，解释下列现象：
（1）T8钢比40钢的强度、硬度高、塑性、韧性差。（2）T12钢比T8钢的硬度高，但强度反而低；（3）所有碳钢均可加热至（1000～1100）℃区间热锻成型，而任何白口铸铁在该温度区间，仍然塑性、韧性差，不能热锻成型；（4）制造汽车外壳多用低碳钢, W(C)<0.2%；制造机床主轴、齿轮等多用中碳钢W(C)＝0.25～0.6%；而制造车刀、丝锥、锯条等则多采用高碳钢W(C)>0 .6%,而W(C)＝1.3～2.1%之间的碳钢则基本不用。
(七)计算题
1．分析w(C)＝0．2％、w(C)=0．6％、w(C)=o.77％的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织，分别计算w(C)＝0．2％的铁碳合金在室温下相的相对量和组织相对量。2．分析w(C)＝3．2％、w(C)＝4．3％、w(C)=4.7％的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织，分别计算W(C)=4．3％的铁碳合金在室温下相的相对量和组织相对量。3．计算在共析反应温度时，珠光体中铁素体与渗碳体的相对量。
4．分别计算共晶莱氏体在共晶反应温度、共析反应温度和室温时，其组成相的相对量。5．若已知珠光体的HB≈200，δ≈20％；铁素体的HB≈80，δ≈50％，试计算W(C)=0．45％钢的硬度与延伸率。
6．某工厂仓库里积压了一批退火碳钢钢材，如果取出其中的一根经制样后在金相显微镜下观察，其组织为珠光体十铁素体，若其中铁素体约占视场面积的80%时，问此钢材的W(C)大约是多少?
7．在铁碳相图中，若将ES线近似地当成直线，试求W(C)＝1．2%的钢在780℃经充分保温并快冷后的二次渗碳体含量。
8．已知某铁碳合金728℃时有奥氏体75%，渗碳体25%。求此合金的w(C)和室温时的组织组成物和相组成物的百分比。
9．根据Fe—Fe3C相图。用杠杆定律求w(C)=0．45％的碳钢在略低于727℃时相组成物
和组织组成物的相对量。
10．利用杠杆定律进行下列各题的计算：
(1)w(C)=0．25％的碳钢退火组织中先共析铁素体和珠光体的相对含量各是多少?
(2)w(C)=0．5％的碳钢退火组织中先共析铁素体和珠光体的相对含量各是多少?
(3)w(C)＝1．4％的碳钢退火组织中Fe3C：和P的相对含量各是多少?
(八)思考题
1．分析w(C)二2．11％(正点)的铁碳合金的平衡结晶过程，并计算其室温组织组成物的相对含量。根据上述结果判断该铁碳合金是碳钢或是白口铁?
2．有一块厚度为10mm的T8钢试样，置于强烈的脱碳性气氛中于930℃长时间(如4～6h)
加热，然后缓冷至室温。请绘出该试样从表面至心部的显微组织示意图，并解释之。3．有一块厚度为10mm的10钢试样，置于渗碳气氛中于930℃长时间(如4—6h)保温，然后缓冷至室温。请绘出该试样从表面至心部的显微组织示意图，并解释之。
第五章金属及合金的塑性变形
(一)填空题
1. 硬位向是指，其含义是
2．从刃型位错的结构模型分析，滑移的实质是
3．由于位错的性质，所以金属才能产生滑移变形，而使其实际强度值大大的低于理论强度值。
4. 加工硬化现象是指，加工硬化的结果使金属对塑性变形的抗力，
造成加工硬化的根本原因是。
5．影响多晶体塑性变形的两个主要因素是、。
6．．金属塑性变形的基本方式是和，冷变形后金属的强度，塑性。
7．常温下使用的金属材料以晶粒为好，而高温下使用的金属材料以晶粒为好。
8．面心立方结构的金属有滑移系，它们是。
9．体心立方结构的金属有滑移系，它们是。
10．密排六方结构的金属有滑移系，它们是。
11．单晶体金属的塑性变形都是作用下发生的，常沿着晶体中和发生。
12 金属经冷塑性变形后，其组织和性能会发生变化，如、、、等等。
13．拉伸变形时，晶体转动的方向是转到。
14．位错密度的定义是，单位为。
15 晶体的理论屈服强度约为实际屈服强度的倍。
16．内应力是指，它分为、、、三种。
17 滑移系是指，面心立方晶格的滑移面为，滑移系方向
为，构成个滑移系。
(二)判断题
1 金属在均匀塑性变形时，若外力与滑移面相平行，则意味着不可能进行塑性变形。
2 在体心立方晶格中，滑移面为｛111｝×6，滑移方向为〈110〉×2，所以其滑移系有12个
3．滑移变形不会引起晶体结构的变化。
4 因为体心立方与面心立方晶格具有相同的滑移系数目，所以它们的塑性变形能力也相
同。（）
5．在晶体中，原子排列最密集的晶面间的距离最小，所以滑移最困难。（）6 孪生变形所需要的切应力要比滑移变形所需要的切应力小得多。（）7．金属的加工硬化是指金属冷塑性变形后强度和塑性提高的现象。（）
8 单晶体主要变形的方式是滑移，其次是孪生。（）
9．细晶粒金属的强度高，塑性也好。（）
10．反复弯折铁丝，铁丝会越来越硬，最后会断裂。（）
11．喷丸处理及表面辊压能显著提高材料的疲劳强度。（）
12．晶体滑移所需的临界分切应力实测值比理论值小得多。（）
13．晶界处滑移的阻力最大。( )
14．滑移变形的同时伴随有晶体的转动，因此，随变形度的增加，不仅晶格位向要发生变化，
而且晶格类型也要发生变化。( )
15．滑移变形不会引起晶格位向的改变，而孪生变形则要引起晶格位向的改变。( ) 16．面心立方晶格一般不会产生孪生变形；密排六方晶格金属因滑移系少，主要以孪生方式产生变形。( )
(三)选择题
1．能使单晶体产生塑性变形的应力为( )
A．正应力B．切应力
2．面心立方晶体受力时的滑移方向为( )
A (111>
B <110>
C <100>
D <112>
3．体心立方与面心立方晶格具有相同的滑移系，但其塑性变形能力是不同的，其原因是面心立方晶格的滑移方向较体心立方晶格的滑移方向( )
A．少B．多 C 相等D．有时多有时少
4．冷变形时，随着变形量的增加，金属中的位错密度( )。
A．增加 B 降低C无变化D．先增加后降低
5．钢的晶粒细化以后可以( )。
A．提高强度 B 提高硬度 C 提高韧性D．既提高强度硬度，又提高韧性6．加工硬化现象的最主要原因是( )。
A．晶粒破碎细化 B 位错密度增加 C 晶粒择优取向D．形成纤维组织7．面心立方晶格金属的滑移系为( )。
A．<111><110} B．<110><111} C．(100><110} D．(100><111}
8 用铝制造的一种轻型梯子，使用时挠度过大但未塑性变形。若要改进，应采取下列( )
措施
A 采用高强度铝合金
B 用钢代替铝
C 用高强度镁合金D．改进梯子的结构设计
(四)改错题
1．塑性变形就是提高材料塑性的变形。
2．滑移面是原子密度最大的晶面，滑移方向则是原子密度最小的方向
3．晶界处原子排列紊乱，所以其滑移阻力最小。
(五)问答题
1．试述金属经冷塑性变形后，其结构、组织与性能所发生的变化过程，分析发生变化的实质。
2．试述加工硬化对金属材料的强化作用，这些变化有什么实际意义?试举一些有用的例子，也举一些有害的事实。
3．增加金属中的位错密度，是强化金属材料的途径之一。那么，降低位错密度是否会使金
属材料的强度降低?无位错的金属材料强度是否最低?为什么?
4．用低碳钢板冲压成型的零件，冲压后发现各部位的硬度不同?为什么? 如何解决? 5．口杯采用低碳钢板冷冲而成，如果钢板的晶粒大小很不均匀，那么冲压后常常发现口杯底部出现裂纹，这是为什么?
6．面心立方、体心立方和密排六方金属的主要塑性变形方式是什么?温度、形变速度对其有何影响?
7．指出面心立方、体心立方和密排六方晶体中的滑移面。为什么滑移面为密排面，滑移方向是密排方向?
8．试阐述为什么金属的实际强度比理论强度低得多?
9．试用多晶体的塑性变形过程来阐述为什么晶粒越细的金属的强度、硬度越高、塑性、韧性也越好?
10．何谓加工硬化?产生原因及其消除方法是什么?
11．试述内应力的分类及其对材料性能的影响。
12．有些机器零件常采用表面喷丸处理从而大大提高零件的使用寿命，这是什么原因?
(六) 作图题
1．画出α—Fe和γ—Fe的晶胞，在晶胞中指出发生滑移的一个晶面，在这个晶面上发生滑移的一列晶向。
第六章回复与再结晶
(一)填空题
1. 金属再结晶概念的前提是，它与重结晶的主要区别是。
2. 金属的最低再结晶温度是指，它与熔点的大致关系是。
3 钢在常温下的变形加工称，铅在常温下的变形加工称。
4．回复是，再结晶是。
5．临界变形量的定义是，通常临界变形量约在范围内。
6 金属板材深冲压时形成制耳是由于造成的。
7．根据经验公式得知，纯铁的最低再结晶温度为。
(二)判断题
1．金属的预先变形越大，其开始再结晶的温度越高。（）
2．变形金属的再结晶退火温度越高，退火后得到的晶粒越粗大。（）
3．金属的热加工是指在室温以上的塑性变形过程。（）
4．金属铸件不能通过再结晶退火来细化晶粒。（）
5．再结晶过程是形核和核长大过程，所以再结晶过程也是相变过程。（）；
6 从金属学的观点看，凡是加热以后的变形为热加工，反之不加热的变形为冷加工。
（）
7 在一定范围内增加冷变形金属的变形量，会使再结晶温度下降。( )
8．凡是重要的结构零件一般都应进行锻造加工。（）
9．在冷拔钢丝时，如果总变形量很大，中间需安排几次退火工序。( )
10．从本质上讲，热加工变形不产生加工硬化现象，而冷加工变形会产生加工硬化现象。这是两者的主要区别。( )
(三)选择题
1．变形金属在加热时发生的再结晶过程是一个新晶粒代替旧晶粒的过程，这种新晶粒的晶型( )。
A．与变形前的金属相同 B 与变形后的金属相同
C 与再结晶前的金属相同D．形成新的晶型
2．金属的再结晶温度是( )
A．一个确定的温度值B．一个温度范围 C 一个临界点D．一个最高的温度值
3．为了提高大跨距铜导线的强度，可以采取适当的( )。
A．冷塑变形加去应力退火 B 冷塑变形加再结晶退火
C 热处理强化D．热加工强化
4 下面制造齿轮的方法中，较为理想的方法是( )。
A．用厚钢板切出圆饼再加工成齿轮B用粗钢棒切下圆饼再加工成齿轮
C 由圆钢棒热锻成圆饼再加工成齿轮D．由钢液浇注成圆饼再加工成齿轮
5．下面说法正确的是( )。
A．冷加工钨在1 000℃发生再结晶 B 钢的再结晶退火温度为450℃
C 冷加工铅在0℃也会发生再结晶D．冷加工铝的T再≈0.4Tm＝0.4X660℃＝264℃
6 下列工艺操作正确的是( ) 。
A．用冷拉强化的弹簧丝绳吊装大型零件淬火加热时入炉和出炉
B 用冷拉强化的弹簧钢丝作沙发弹簧
C 室温可以将保险丝拉成细丝而不采取中间退火
D．铅的铸锭在室温多次轧制成为薄板，中间应进行再结晶退火
7 冷加工金属回复时，位错( )。
A．增加B．大量消失C．重排 D 不变
8在相同变形量情况下，高纯金属比工业纯度的金属( )。
A．更易发生再结晶B．更难发生再结晶
C 更易发生回复D．更难发生回复
9 在室温下经轧制变形50％的高纯铅的显微组织是( ) 。
A．沿轧制方向伸长的晶粒B．纤维状晶粒
C 等轴晶粒D．带状晶粒
(四)改错题
1．钢的再结晶退火温度一般为1 100℃。
3．低碳钢试样的临界变形度一般都大于30％
4．锡在室温下加工是冷加工，钨在1000℃变形是热加工。
5．再结晶退火温度就是最低再结晶温度。
6．再结晶就是重结晶。
(五)问答题
1．钨(T m＝3 410C)在l 100℃、锡(T m＝232℃)在室温时进行的冷变形加工分别属于冷加工或热加工?
2．用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热至1 000℃，当出炉后再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，试分析其原因。
3．当把铅铸锭在室温下经多次轧制成薄铅板时，需不需要进行中间退火?为什么?
4．用冷拔钢丝缠绕的螺旋弹簧，经低温加热后，其弹力要比未加热的好，这是为什么? 5．在室温下对铅板进行弯折，你会感到越弯越硬，但稍隔一会儿再行弯折，你会发现铅板又像初时一样柔软，这是什么原因?
6．用低碳钢板冲压成型的零件，冲压后发现各部位的硬度不同?为什么? 如何解决? 7．三个低碳钢试样变形度为5％，15％，30％，如果将它们加热至800℃，指出哪个产生粗晶粒?为什么?
8．口杯采用低碳钢板冷冲而成，如果钢板的晶粒大小很不均匀，那么冲压后常常发现口杯底部出现裂纹，这是为什么?
9．试述影响再结晶过程的因素。如何确定纯金属的最低再结晶温度和实际再结晶退火温度?
10．如何区分热加工与冷加工?为什么锻件比铸件的性能好?热加工会造成哪些缺陷? 11．已知某低碳钢的抗拉强度为500MPa，若要选用这个牌号的钢来制造抗拉强度达900MPa的机器零件，问应采用除热处理以外的哪一种加工方法。
12．作沙发的冷拉弹簧钢丝，冷卷簧以后一般的弹性都能符合要求。
13．在冷拔钢丝生产过程中，常常要穿插几次中间退火工序才能拉到最终所需的尺寸要求。
如不中间退火，一直拉拔到最终尺寸，钢丝表面往往出现裂纹(发纹)甚至有中途拉断的现象发生。这是什么原因?试述中间退火的原理及其作用。
14．解释产生下列现象的原因：室温下，铝的塑性优于铁；铁的塑性优于锌。
(六) 作图题
1．拉制半成品铜丝的过程如图5—1，试在图的下部绘出不同阶段的组织和性能的变化示意图，并加以适当解释。
(七)计算题
1．铅的熔点为327℃，锡的熔点为232℃，它们分别在室温20℃下进行压力加工，此时有无加工硬化现象?为什么?
2．已知W的熔点为3410℃，Fe为1538℃，Cu为1083℃，Pb为327℃。比较几种金属在室温下塑性变形的能力，并简述理由。
(八)思考题
1．用以下三种方法制成齿轮，哪种方法最好?为什么?
(1) 由厚钢板切出圆饼再加工成齿轮
(2) 由粗钢棒切下圆饼再加工成齿轮
(3) 由圆钢棒热锻成圆饼再加工成齿轮
2．在纯铁板上冲一个孔，再将此板加热至200℃、400℃、600℃后保温1h, 试分析其孔边缘内部组织的变化。
第七章扩散习题与思考题
(一)选择题
1．菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随( )变化
A 距离
B 时间
C 温度
2 原子扩散的驱动力是( )
A 组元的浓度梯度
B 组元的化学势梯度
C 温度梯度
（二）问答题
1 何谓扩散，固态扩散有哪些种类?
2 何谓上坡扩散和下坡扩散?试举几个实例说明之。
3 扩散系数的物理意义是什么?影响因素有哪些？
4 固态金属中要发生扩散必须满足哪些条件。
5 铸造合金均匀化退火前的冷塑性变形对均匀化过程有何影响?是加速还是减缓? 为什么。
6 巳知铜在铝中的扩散常数D0＝0.84×10-5m2／s，Q＝136×103J／mol，试计算在477℃和
497℃时铜在铝中的扩散系数。
7 有一铝—铜合金铸锭，内部存在枝晶偏析，二次枝晶轴间距为0．01cm，试计算该铸锭
在477℃和497℃均匀化退火时使成分偏析振幅降低到1％所需的保温时间。
8 可否用铅代替铅锡合金作对铁进行钎焊的材料，试分析说明之。
9 铜的熔点为1083℃，银的熔点为962℃，若将质量相同的一块纯铜板和一块纯银板紧密
地压合在一起，置于900℃炉中长期加热，问将出现什么样的变化，冷至室温后会得到什么样的组织(图8-37为Cu-Ag相图)。
10 渗碳是将零件置于渗碳介质中使碳原子进入工件表面，然后以下坡扩散的方式使碳原子
从表层向内部扩散的热处理方法。试问：
(1) 温度高低对渗碳速度有何影响?
(2) 渗碳应当在r-Fe中进行还是应当在α-Fe中进行?
（3）空位密度、位错密度和晶粒大小对渗碳速度有何影响？
第八章热处理原理
(一)填空题
1 起始晶粒度的大小决定于及。
2 在钢的各种组织中，马氏体的比容，而且随着w(C)的增加而。
3．热处理后零件的力学性能决定于奥氏体在不同过冷度下的及其。
4．板条状马氏体具有高的及一定的与。它的强度与奥氏体有关，越细则强度越高。
5. 淬火钢低温回火后的组织是和；中温回火后的组织是，一般用于高的结构件；高温回火后的组织是，用于要求足够高的及高的的零件。
6．钢在加热时，只有珠光体中出现了和时，才有了转变成奥氏体的条件，奥氏体晶核才能形成。
7．马氏体的三个强化包括强化、强化、强化。
8．第二类回火脆性主要产生于含、、等合金元素的钢中，其产生的原因是钢中晶粒边界的增加的结果，这种脆性可用冷来防止，此外在钢中加入和Mo及热处理等方法也能防止回火脆性。
第十章钢的热处理工艺 10-1 何谓钢的退火？退火种类及用途如何？ 答： 钢的退火：退火是将钢加热至临界点AC1以上或以下温度，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。 退火种类：根据加热温度可以分为在临界温度AC1以上或以下的退火，前者包括完全退火、不完全退火、球化退火、均匀化退火，后者包括再结晶退火、去应力退火，根据冷却方式可以分为等温退火和连续冷却退火。 退火用途： 1、完全退火：完全退火是将钢加热至AC3以上20-30℃，保温足够长时间，使 组织完全奥氏体化后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。 其主要应用于亚共析钢，其目的是细化晶粒、消除应力和加工硬化、提高塑韧性、均匀钢的化学成分和组织、改善钢的切削加工性能，消除中碳结构钢中的魏氏组织、带状组织等缺陷。 2、不完全退火：不完全退火是将钢加热至AC1- AC3（亚共析钢）或AC1-ACcm （过共析钢）之间，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。对于亚共析钢，如果钢的原始组织分布合适，则可采用不完全退火代替完全退火达到消除应力、降低硬度的目的。对于过共析钢，不完全退火主要是为了获得球状珠光体组织，以消除应力、降低硬度，改善切削加工性能。 3、球化退火：球化退火是使钢中碳化物球化，获得粒状珠光体的热处理工艺。 主要用于共析钢、过共析钢和合金工具钢。其目的是降低硬度、改善切削加工性能，均匀组织、为淬火做组织准备。 4、均匀化退火：又称扩散退火，它是将钢锭、铸件或锻轧坯加热至略低于固相 线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。其目的是消除铸锭或铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均匀化。 5、再结晶退火：将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保持适当时间，然后 缓慢冷却至室温的热处理工艺。其目的是使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒，同时消除加工硬化和残留应力，使钢的组织和性能恢复到冷变形前的状态。 6、去应力退火：在冷变形金属加热到再结晶温度以下某一温度，保温一段时间 然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。其主要目的是消除铸件、锻轧件、焊接件及机械加工工件中的残留应力（主要是第一类应力），以提高尺寸稳定性，减小工件变形和开裂的倾向。 10-2 何谓钢的正火？目的如何？有何应用？ 答： 钢的正火：正火是将钢加热到AC3或Accm以上适当温度，保温适当时间进行完全奥氏体化以后，以较快速度（空冷、风冷或喷雾）冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。正火过程的实质是完全奥氏体化加伪共析转变。 目的：细化晶粒、均匀成分和组织、消除应力、调整硬度、消除魏氏组织、带状组织、网状碳化物等缺陷，为最终热处理提供合适的组织状态。
《金属学与热处理》复习题 绪论 基本概念： 1.工艺性能:金属材料适应实际加工工艺的能力。（分类） 2.使用性能：金属材料在使用时抵抗外界作用的能力。（分类） 3.组织：用肉眼，或不同放大倍数的放大镜和显微镜所观察到的金属材料内部的情景。 宏观组织：用肉眼或用放大几十倍的放大镜所观察到的组织。 （金属内部的各种宏观缺陷） 显微组织：用100-2000倍的显微镜所观察到的组织。 （各个组成相的种类、形状、尺寸、相对数量和分布，是决定性能的主要因素）4：结构：晶体中原子的排列方式。 第一章 基本概念： 1.金属：具有正的电阻温度系数的物质，其电阻随温度升高而增加。 2.金属键；金属正离子和自由电子之间相互作用而形成的键。 3.晶体：原子（离子）按一定规律周期性地重复排列的物质。 4.晶体特性：(原子)规则排列；确定的熔点；各向异性；规则几何外形。 5.晶胞：组成晶格的最基本的几何单元。 6.配位数:晶格中任一原子周围与其最近邻且等距的原子数目。
7.晶面族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶面称为晶面族。 8.晶向族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶向称为晶向族。 9.多晶型性：当外部条件（如温度和压强）改变时，有些金属会由一种晶体结构向另一种晶体结构转变。又称为同素异构转变。 10.晶体缺陷：实际晶体中原子排列偏离理想结构的现象。 11.空位：晶格结点上的原子由于热振动脱离了结点位置，在原来的位置上形成的空结点。 12.位错：晶体中有一列或若干列原子发生了有规则的错排现象，使长度达几百至几万个原子间距、宽约几个原子间距范围内的原子离开其平衡位置，发生了有规律的错动。 13.柏氏矢量：在实际晶体中沿逆时针方向环绕位错线作一个闭合回路。在完整晶体中以同样的方向和步数作相同的回路，由回路的终点向起点引一矢量，该矢量即为这条位错线的柏氏矢量。 14.晶粒：晶体中存在的内部晶格位向完全一致，而相互之间位向不相同的小晶体。 15.各向异性：由于晶体中不同晶面和晶向上的原子密度不同，因而晶体在不同方向上的性能有所差异。 16.伪各向同性：由于多晶体中各个晶粒的位向不同，所以不表示出单晶体的各向异性。 17.小角度晶界：相邻晶粒位向差小于10o的晶界。 18.大角度晶界：相邻晶粒位向差小于10o的晶界。 基础知识： 1.三种典型金属结构的晶体学特点。（点阵常数，原子半径，晶胞内原子数，配位数，致密度，间隙种类及大小）
1、热处理的定义：根据钢件的热处理目的,把钢加热到预定的温度，在此温度下保持一定的时间，然后以预定的速度冷却下来的一种综合工艺。钢的热处理是通过加热、保温和冷却的方法，来改变钢内部组织结构，从而改善其性能的一种工艺。凡是材料体系（金属、无机材料）中有相变发生，总可以采用热处理的方法，来改变组织与性能。 2、Ac1、Ac 3、Accm的意义：对于一个具体钢成分来说，A1、A3、Acm是一个点，而且是无限缓慢加热或冷却时的平衡临界温度。加热时的实际临界温度加注脚字母“C”，用Ac1、Ac3、Accm表示；冷却时的实际临界温度加注脚字母“r”，用Ar1、Ar3、Arcm表示。 3、什么是奥氏体化？奥氏体化的四个过程？是什么类型的相恋？将钢加热到AC1点或AC3点以上，使体心立方的α-Fe铁结构转变为面心立方结构的γ-Fe，这个过程就是奥氏体化过程。从铁碳相图可知，任何成分碳钢加热到Ac1以上，珠光体就向奥氏体转变；加热到Ac3或Accm以上，将全部变为奥氏体。这种加热转变称奥氏体化。共析钢的奥氏体化过程包括以下四个过程：形核；长大；残余渗碳体溶解；奥氏体成分均匀化。加热时奥氏体化程度会直接影响冷却转变过程，以及转变产物的组成和性能。是扩散型相变。 4、碳钢与合金钢的奥氏体化有什么区别？为什么？在同一奥氏体化温度下，合金元素在奥氏体中扩散系数只有碳的扩散系数的千分之几到万分之几，可见合金钢的奥氏体均匀化时间远比碳钢长得多。在制定合金钢的热处理工艺规范时，应比碳钢的加热温度高些，保温时间长些，促使合金元素尽可能均匀化。 5奥氏体晶粒的三个概念（初始晶粒、实际晶粒和本质晶粒）？奥氏体的初始晶粒：指加热时奥氏体转变过程刚刚结束时的奥氏体晶粒，这时的晶粒大小就是初始晶粒度。奥氏体实际晶粒：指在热处理时某一具体加热条件下最终所得的奥氏体晶粒，其大小就是奥氏体的实际晶粒度。奥氏体的本质晶粒：指各种钢的奥氏体晶粒的长大趋势。晶粒容易长大的称为本质粗晶粒钢；晶粒不容易长大的称为本质细晶粒钢； 6为什么要研究奥氏体晶粒大小？奥氏体晶粒大小会显著影响冷却转变产物的组织和性能。 7、工厂中对奥氏体晶粒大小的表征方法是什么？本质晶粒度的测试方法？统一采用与标准金相图片比较，来确定晶粒度的级别。生产中为了便于确定钢的本质晶粒度，只需测出930度左右的实际晶粒度，就可以判断。 8过冷奥氏体：奥氏体冷至临界温度以下，牌热力学不稳定状态，称为过冷奥氏体。 9、钢的共析转变？珠光体组织的三种类型？钢的共析转变：钢奥氏体化后，过冷到A1至“鼻尖”之间区域等温停留时，将发生共析转变，形成珠光体组织，其反应如下：γ→P(α+Fe3C)结构：FCC、BCC、正交；含碳：0.77%、0.0218%、6.69%珠光体的三种类型：珠光体，索氏体，屈氏体。 10、什么叫钢的C曲线？如何测定？影响C曲线的因素？过冷奥氏体等温转变曲线，也称TTT曲线。因曲线形状象英文字母“C”，故常称C曲线。在过冷奥氏体的转变过程中有组织（相变）转变和性能变化，因此可用金相法、硬度法、膨胀法或磁性法等来测定过冷奥氏体的等温转变过程，其中金相法是最基本的。金相法测定过冷奥氏体等温转变图---C曲线（基本方法），以共析钢为例：①用共析钢制成多组圆片状试样(φ10×1.5)；②取一组试样加热奥氏体化；③迅速转入A1以下一定温度熔盐浴中等温；④各试样停留不同时间后分别淬入盐水中，使未分解的过冷奥氏体变为马氏体；⑤这样在金相显微镜下就可以观察到过冷奥氏体的等温分解过程。钢的成分和热处理条件都会引起C曲线形状和位置的变化1)含碳量的影响2)合金元素的影响3)奥氏体化温度和保温时间的影响 11、什么叫CCT曲线？如何测定？连接冷却曲线上相同性质的转变开始点和终了点，得到钢种的连续冷却转变图称为CCT曲线。与测定C曲线的方法相同，一般也都用膨胀法或金相-硬度法等来测定CCT(Continuous Cooling Transformation)图；在测定时，首先选定一组具有不同冷却速度的方法，然后将欲测试样加热奥氏体化，并以各种冷却速度进行冷却，同时测
第一章金属及合金的晶体结构 一、名词解释： 1．晶体：原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质。2．非晶体：指原子呈不规则排列的固态物质。 3．晶格：一个能反映原子排列规律的空间格架。 4．晶胞：构成晶格的最基本单元。 5．单晶体：只有一个晶粒组成的晶体。 6．多晶体：由许多取向不同，形状和大小甚至成分不同的单晶体（晶粒）通过晶界结合在一起的聚合体。 7．晶界：晶粒和晶粒之间的界面。 8．合金：是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。 9．组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。 10．相：金属中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。 11．组织：用肉眼观察到或借助于放大镜、显微镜观察到的相的形态及分布的图象统称为组织。 12．固溶体：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。 二、填空题： 1．晶体与非晶体的根本区别在于原子（分子、离子或原子集团）是否在三维空间做有规则的周期性重复排列。 2．常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。 3．实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 4．根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。 5．置换固溶体按照溶解度不同，又分为无限固溶体和有限固溶体。 6．合金相的种类繁多，根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。 7．同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。 8．金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。
第一章金属及合金的晶体结构 一、名词解释: 1 ?晶体：原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质。 2?非晶体：指原子呈不规则排列的固态物质。 3 ?晶格：一个能反映原子排列规律的空间格架。 4?晶胞：构成晶格的最基本单元。 5. 单晶体：只有一个晶粒组成的晶体。 6?多晶体：由许多取向不同，形状和大小甚至成分不同的单晶体（晶粒）通过晶界结合在一起的聚合体。 7?晶界：晶粒和晶粒之间的界面。 8. 合金：是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。 9. 组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。 10. 相：金属中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。 11. 组织：用肉眼观察到或借助于放大镜、显微镜观察到的相的形态及分布的图象统称为组织。 12. 固溶体：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相 、填空题: 1 .晶体与非晶体的根本区别在于原子（分子、离子或原子集团）是否在三维空间做有规则的周期性重复排列。 2?常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。 3?实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 4?根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。 5?置换固溶体按照溶解度不同，又分为无限固溶体和有限固溶体。 6 ?合金相的种类繁多，根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。 7. 同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光—泽，正的电阻温度系数。 8. 金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。 9. 位错两种基本类型是刃型位错和螺型位错，多余半原子面是刃型位错所特有的 10. 在立方晶系中，｛120｝晶面族包括(120)、(120)、(102)、(102)、(210)、(210)> (201)、
金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶格类型晶胞中的原子 数原子半 径 配位 数 致密度 体心立方 2 a 4 38 68% 面心立方 4 a 4 212 74% 密排六方 6 a 2 112 74% 晶格类型fcc(A1) bcc(A2) hcp(A3) 间隙类型正四面 体 正八面 体 四面体扁八面体四面体 正八面 体 间隙个数8 4 12 6 12 6 原子半径 r A a 4 2a 4 3 2 a 间隙半径 r B () 4 2 3a -()42 2 a -()43 5a -()43 2a -()42 6a -()21 2a - 晶胞：在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，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。 位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性： ①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。 二、纯金属的结晶
金属学与热处理期末练习题（含答案） 1、金属的机械性能主要包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等指标，其中衡量金属材料在静载荷下机械性能的指标有____强度_______、_____硬度______、_________塑性__。衡量金属材料在交变载荷和冲击载荷作用下的指标有_______韧性____和____疲劳强度_______。 2、常见的金属晶格类型有___面心立方晶格____ 、___体心立方晶格___ ____和__密棑六方晶格_ ________。 3、常用的回火方法有低温回火、_中温回火__________ 和____高温回火_______ 。 4、工程中常用的特殊性能钢有___不锈钢______、耐热钢_________和耐磨刚。 5、根据铝合金成分和工艺特点，可将铝合金分为__变形铝合金_________和铸造铝合金两大类。 6、按冶炼浇注时脱氧剂与脱氧程度分，碳钢分为_镇静钢________、半镇静钢_________、特殊镇静钢_________和__沸腾钢_______。 7、铸铁中_________碳以石墨形式析出___________________的过程称为石墨化，影响石墨化的主要因素有_化学成分__________ 和冷却速度。 8、分别填写下列铁碳合金组织符号： 奥氏体A、铁素体F、渗碳体fe3c 、 珠光体P 、高温莱氏体ld 、低温莱氏体ld’。 9、含碳量小于%的钢为低碳钢，含碳量为的钢为中碳钢，含碳量大于% 的钢为高碳钢。 10、三大固体工程材料是指高分子材料、复合材料和陶瓷材料。 二、选择题（每小题1分，共15分） （ b ）1、拉伸试验时，试样拉断前能承受的最大拉应力称为材料的（）。 A 屈服点 B 抗拉强度 C 弹性极限 D 刚度 （b）2、金属的（）越好，其锻造性能就越好。 A 硬度 B 塑性 C 弹性 D 强度 （ c ）3、根据金属铝的密度，它属于（）。 A 贵金属 B 重金属 C 轻金属 D 稀有金属 （ d ）4、位错是一种（）。
第二章纯金属的结晶 2-1 a）试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△Gk与其体积V之间关系式为△Gk=V△Gv/2 b）当非均匀形核形成球冠状晶核时，其△Gk与V之间的关系如何？ 答： 2-2 如果临界晶核是边长为a的正方体，试求出△Gk和a之间的关系。为什么形成立方体晶核的△Gk比球形晶核要大。 答：
2-3 为什么金属结晶时一定要由过冷度？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？ 答： 金属结晶时需过冷的原因： 如图所示，液态金属和固态金属的吉布斯自由能随温度的增高而降低，由于液态金属原子排列混乱程度比固态高，也就是熵值比固态高，所以液相自由能下降的比固态快。当两线相交于Tm温度时，即Gs=Gl，表示固相和液相具有相同的稳定性，可以同时存在。所以如果液态金属要结晶，必须在Tm温度以下某一温度Tn，才能使G s＜Gl，也就是在过冷的情况下才可自发地发生结晶。把Tm-Tn的差值称为液态金属的过冷度 影响过冷度的因素： 金属材质不同，过冷度大小不同；金属纯度越高，则过冷度越大；当材质和纯度一定时，冷却速度越大，则过冷度越大，实际结晶温度越低。 固态金属熔化时是否会出现过热及原因： 会。原因：与液态金属结晶需要过冷的原因相似，只有在过热的情况下，Gl＜G s，固态金属才会发生自发地熔化。 2-4 试比较均匀形核和非均匀形核的异同点。 答： 相同点： 1、形核驱动力都是体积自由能的下降，形核阻力都是表面能的增加。
2、具有相同的临界形核半径。 3、所需形核功都等于所增加表面能的1/3。 不同点： 1、非均匀形核的△Gk小于等于均匀形核的△Gk，随晶核与基体的润湿角的变 化而变化。 2、非均匀形核所需要的临界过冷度小于等于均匀形核的临界过冷度。 3、两者对形核率的影响因素不同。非均匀形核的形核率除了受过冷度和温度的 影响，还受固态杂质结构、数量、形貌及其他一些物理因素的影响。 2-5 说明晶体生长形状与温度梯度的关系。 答： 液相中的温度梯度分为： 正温度梯度：指液相中的温度随至固液界面距离的增加而提高的温度分布情况。负温度梯度：指液相中的温度随至固液界面距离的增加而降低的温度分布情况。固液界面的微观结构分为： 光滑界面：从原子尺度看，界面是光滑的，液固两相被截然分开。在金相显微镜下，由曲折的若干小平面组成。 粗糙界面：从原子尺度看，界面高低不平，并存在着几个原子间距厚度的过渡层，在过渡层中，液固两相原子相互交错分布。在金相显微镜下，这类界 面是平直的。 晶体生长形状与温度梯度关系： 1、在正温度梯度下：结晶潜热只能通过已结晶的固相和型壁散失。 光滑界面的晶体，其显微界面-晶体学小平面与熔点等温面成一定角度，这种情况有利于形成规则几何形状的晶体，固液界面通常呈锯齿状。 粗糙界面的晶体，其显微界面平行于熔点等温面，与散热方向垂直，所以晶体长大只能随着液体冷却而均匀一致地向液相推移，呈平面长大方式，固液界面始终保持近似地平面。 2、在负温度梯度下： 具有光滑界面的晶体：如果杰克逊因子不太大，晶体则可能呈树枝状生长；当杰克逊因子很大时，即时在较大的负温度梯度下，仍可能形成规则几何形状的晶体。具有粗糙界面的晶体呈树枝状生长。 树枝晶生长过程：固液界面前沿过冷度较大，如果界面的某一局部生长较快偶有突出，此时则更加有利于此突出尖端向液体中的生长。在尖端的前方，结晶潜热散失要比横向容易，因而此尖端向前生长的速度要比横向长大的速度大，很块就长成一个细长的晶体，称为主干。这些主干即为一次晶轴或一次晶枝。在主干形成的同时，主干与周围过冷液体的界面也是不稳的的，主干上同样会出现很多凸出尖端，它们会长大成为新的枝晶，称为称为二次晶轴或二次晶枝。二次晶枝发展到一定程度，又会在它上面长出三次晶枝，如此不断地枝上生枝的方式称为树枝状生长，所形成的具有树枝状骨架的晶体称为树枝晶，简称枝晶。 2-6 简述三晶区形成的原因及每个晶区的特点。 答： 三晶区的形成原因及各晶区特点： 一、表层细晶区
《金属学与热处理》试题库 一、名词解释 1、铁素体、奥氏体、珠光体、马氏体、贝氏体、莱氏体 2、共晶转变、共析转变、包晶转变、包析转变 3、晶面族、晶向族 4、有限固溶体、无限固溶体 5、晶胞 6、二次渗碳体 7、回复、再结晶、二次再结晶 8、晶体结构、空间点阵 9、相、组织 10、伪共晶、离异共晶 11、临界变形度 12、淬透性、淬硬性 13、固溶体 14、均匀形核、非均匀形核 15、成分过冷 16、间隙固溶体 17、临界晶核 18、枝晶偏析 19、钢的退火，正火，淬火，回火 20、反应扩散 21、临界分切应力 22、调幅分解 23、二次硬化 24、上坡扩散 25、负温度梯度 26、正常价化合物 27、加聚反应 28、缩聚反应 四、简答 1、简述工程结构钢的强韧化方法。（20分）
2、简述Al-Cu二元合金的沉淀强化机制（20分） 3、为什么奥氏体不锈钢（18-8型不锈钢）在450℃～850℃保温时会产生晶间腐蚀？如何防止或减轻奥氏体不锈钢的晶间腐蚀？ 4、为什么大多数铸造合金的成分都选择在共晶合金附近？ 5、什么是交滑移?为什么只有螺位错可以发生交滑移而刃位错却不能？ 6、根据溶质原子在点阵中的位置，举例说明固溶体相可分为几类？固溶体在材料中有何意义？ 7、固溶体合金非平衡凝固时，有时会形成微观偏析，有时会形成宏观偏析，原因何在？ 8、应变硬化在生产中有何意义？作为一种强化方法，它有什么局限性？ 9、一种合金能够产生析出硬化的必要条件是什么？ 10、比较说明不平衡共晶和离异共晶的特点。 11、枝晶偏析是怎么产生的？如何消除？ 12、请简述影响扩散的主要因素有哪些。 13、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点？ 14、临界晶核的物理意义是什么？形成临界晶核的充分条件是什么？ 15、请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。 16、为什么钢的渗碳温度一般要选择在γ-Fe相区中进行？若不在γ-Fe相区进行会有什么结果？ 17、一个楔形板坯经冷轧后得到相同厚度的板材，再结晶退火后发现板材两端的抗拉强度不同，请解释这个现象。 18、冷轧纯铜板，如果要求保持较高强度，应进行何种热处理？若需要继续冷轧变薄时，又应进行何种热处理？ 19、位错密度有哪几种表征方式？ 20、淬透性与淬硬性的差别。 21、铁碳相图为例说明什么是包晶反应、共晶反应、共析反应。 22、马氏体相变的基本特征？（12分） 23、加工硬化的原因？（6分） 24、柏氏矢量的意义？（6分） 25、如何解释低碳钢中有上下屈服点和屈服平台这种不连续的现象？（8分） 26、已知916℃时，γ-Fe的点阵常数0.365nm，（011）晶面间距是多少？（5分） 27、画示意图说明包晶反应种类，写出转变反应式？（4分） 28、影响成分过冷的因素是什么？（9分） 29、单滑移、多滑移和交滑移的意义是什么？（9分） 30、简要说明纯金属中晶粒细度和材料强度的关系，并解释原因。（6分）
金属学与热处理 一、填空题（30分，每空1分） 1、常见的金属晶体类型有___体心立方晶格、_面心立方_________晶格和密排六方晶格三种。 2、金属的整个结晶过程包括___型核_______、___长大_______两个基本过程组成。 3、根据溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同，固溶体分为___间隙固溶体_______与__置换固溶体________两种。 4、工程中常用的特殊性能钢有__不锈钢_______、___耐热钢______、耐磨钢。 5、常用的常规热处理方法有__回火________、正火和淬火、_退_火________。 6、随着回火加热温度的升高，钢的__强度________和硬度下降，而____塑性______和韧性提高。 7、根据工作条件不同，磨具钢又可分为__冷作磨具钢________、__热作磨具钢________和塑料磨具用钢等。 8、合金按照用途可分为__合金渗碳体________、_特殊碳化物_________和特殊性能钢三类。 9、合金常见的相图有__匀晶相图________、_共晶相图_________、包晶相图和具有稳定化合物的二元相图。 10、硬质合金是指将一种或多种难熔金属__碳化物________和金属粘结剂，通过__粉末冶金________工艺生产的一类合金材料。 11、铸铁的力学挺能主要取决于__机体组织________的组织和石墨的基体、形态、_____数量_____以及分布状态。 12、根据铸铁在结晶过程中的石墨化程度不同，铸铁可分为__灰口铸铁________、__白口铸铁________和麻口铸铁三类。 13、常用铜合金中，__青铜________是以锌为主加合金元素，__白铜________是以镍为主加合金元素。 14、铁碳合金的基本组织中属于固溶体的有___铁素体_______和___奥氏体_______,属于金属化合物的有___渗碳体_______，属于混合物的有____珠光体______和莱氏体。 二、选择题（30分，每题2分） 1、铜只有通过冷加工并经随后加热才能使晶粒细化，而铁则不需冷加工，只需加热到一定温度即使晶粒细化，其原因是（ C ）
第1章金属和合金的晶体结构 1.1金属原子的结构特点：最外层的电子数很少，一般为1～2个，不超过3个。 金属键的特点：没有饱和性和方向性 结合力：当原子靠近到一定程度时，原子间会产生较强的作用力。结合力＝吸引力＋排斥力结合能＝吸引能＋排斥能（课本图1.2） 吸引力：正离子与负离子（电子云）间静电引力，长程力 排斥力：正离子间，电子间的作用力，短程力 固态金属原子趋于规则排列的原因：当大量金属原子结合成固体时，为使固态金属具有最低的能量，以保持其稳定状态，原子间也必须保持一定的平衡距离。 1.2晶体：基元在三维空间呈规律性排列。晶体结构：晶体中原子的具体排列情况， 也就是晶体中的这些质点在三维空间有规律的周期性的重复排列方式。 晶格：将阵点用直线连接起来形成空间格子。晶胞：保持点阵几何特征的基本单元 三种典型的金属晶体结构（要会画晶项指数，晶面指数） 共带面：平行或相交于同一直线的一组晶面组成一个晶带，这一组晶面叫做共带面 晶带轴：同一晶带中所有晶面的交线互相平行，其中通过坐标原点的那条直线。 多晶型转变或同素异构转变：当外部的温度和压强改变时，有些金属会由一种晶体结构向另一种晶体结构转变。 1.3合金：两种或两种以上金属元素，或金属元素与非金属元素，经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的物质。组元：组成合金最基本的独立的物质，通常组元就是组成合金的元素。相：是合金中具有同一聚集状态、相同晶体结构，成分和性能均一，并以界面相互分开的组成部分。固溶体：合金的组元通过溶解形成一种成分及性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相，称为固溶体。与固溶体结构相同的组元为溶剂，另一组元为溶质。 固溶体的分类：按溶质原子在溶剂晶格中的位置：置换固溶体与间隙固溶体。按溶质原子在固体中的溶解度：分为有限固溶体和无限固溶体。按溶质原子在固溶体内分布规则：分为有序固溶体和无序固溶体 固溶强化：在固体溶液中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性韧性下降。 间隙相：当非金属原子半径与金属原子半径的比值小于0.59时，将形成具有简单晶体结构的金属间化合物。间隙化合物：与间隙相相反（比值大于0.59）。 1.4点缺陷：⑴空位⑵间隙原子⑶置换原子。线缺陷：线缺陷就是各种类型的位错。它是指晶体中的原子发生了有规律的错排现象。（刃型位错、螺型位错、混合型位错）滑移矢量：表示位错的性质，晶格畸变的大小的物理量（刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直；螺形位错的柏氏矢量与其位错线平行。）。 面缺陷：晶体的面缺陷包括晶体的外表面（表面或自由界面）和内界面两类，其中的内界面又有晶界、亚晶界、 小角度晶界、大角度晶界：两相邻晶粒位向差小于或大于10° 相界面的结构有三类：共格界面、半共格界面、非共格界面 习题3 、5做一下 第2章纯金属的结晶 2.1结晶：结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。 同素异构转变：金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。过冷是结晶的必要条件。（金属不同过冷度也不同，金属纯度越高过冷度越大。过冷度的速度取决于，冷却速度越大过冷度越大实际洁净无度越低，反之） 金属结晶:孕育—出现晶核—长大—金属单晶体 2.2从液体向固体的转变使自由能下降.液态金属结晶时，结晶过程的推动力是 自由能差降低（△F）是自由能增加，阻力是自身放热
本答案非标准答案，仅作参考，祝大家期末取的好成绩！ 金属学与热处理铸造合金及其熔炼考试题纲 1．铁碳相图的二重性及其分析 从热力学观点上看，Fe-Fe3C相图只是介稳定的，Fe-C相图才是稳定的；从动力学观点看，在一定条件下，按Fe-Fe3C相图转变也是可能的，因此就出现了二重性。 分析：1）稳定平衡的共晶点C’的成分和温度与C点不同 2）稳定平衡的共析点S’的成分和温度与S点不同 2．稳定态和亚稳定态铁碳相图异同点 稳定平衡态的Fe-C相图中的共晶温度和共析温度都比介稳定平衡的高一点； 在共晶温度时，稳定平衡态的奥氏体的含碳量小于亚稳态平衡下奥氏体的含碳量。 3．用铁碳相图分析铸铁碳钢一二次结晶异同点 一次结晶：铁液降至液相线时，有初析石墨和初析奥氏体析出。温度继续下降，熔体中同时析出奥氏体和石墨，铸铁进入共晶凝固阶段。 当钢液温度降低至液相线时，有高温铁素体析出。温度下降至包晶温度时，发生包晶转变，生成奥氏体。温度继续下降，穿过L+γ区时，又有奥氏体自钢液中析出，此析出过程进行到固相线温度为止。 二次结晶：铸铁的固态相变即二次结晶。继续冷却，奥氏体中的含碳量沿E’S’线减小，以二次石墨的形式析出。当奥氏体冷却至共析温度以下，并达到一定的过冷度，就开始共析转变。两个固体相α与Fe3C相互协同地从第三个固体相长大（成对长大），形成珠光体。当温度下降至GS和PS线之间的区域是，有先共析铁素体α相析出。随着α相的析出，剩余奥氏体的含碳量上升。当温度达到共析转变温度时，发生共析转变，形成珠光体。结晶过程完了后，钢的组织基本上不在变化。 4．分析球状石墨形成过程 目前已基本肯定，球状石墨可以和奥氏体直接从熔体中析出。 在亚共晶或共晶成分的球墨铸铁中，首批小石墨在远高于平衡共晶转变温度就已成形，这是不平衡条件所造成的，但随着温度的下降，有的小石墨球会重新解体，而有的则能长大成球，随着这一温度的进行，又会出现新的小石墨球，说明石墨球的成核可在一定的温度范围内进行。 某些石墨球能在熔体中单独成长至一定尺寸，然后被奥氏体包围，而有的石墨球则很早的就被奥氏体包围，形成奥氏体外壳。总之，石墨球的长大包括；两个阶段，即：1）在熔体中直接析出核心并长大2）形成奥氏体外壳，在奥氏体外壳包围下成长。 5．灰铸铁的金相组织及其性能特点 灰铸铁的金相组织由金属基体和片状石墨所组成，还有少量非金属夹杂物。 特点：强度性能差；硬度特点，同一硬度时，抗拉强度有一个范围，同一强度时，硬度也有一定的范围；较低的缺口敏感性；良好的减震性；良好的减磨性。 6．流动性的概念及其影响因素
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第4章习题 4-1 分析w C =%、w C =%、w C =%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的转变过程，用冷却曲 线和组织示意图说明各阶段的组织，并分别计算室温下的相组成物和组织组成物的含量。 解：在室温下，铁碳合金的平衡相是α-Fe(碳的质量分数是%)和Fe 3 C(碳的质量分数是%)，故 (1) w C =%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3 C相的相对量分别为 w C =%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe和P，其组织可近似看做和共析转变完时 一样，在共析温度下α-Fe碳的成分是%，P的碳的成分为%，故w C =%的合金在室温时组织中P和α的相对量分别为 (2) w C =%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3 C相的相对量分别为 w C =%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe和P，在室温时组织中P和α的相对量为 (3) w C =%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3 C相的相对量分别为 w C =%的合金在室温下平衡态下的组织是P和Fe 3 C，在室温时组织中P的相对量为 4-2 分析w C =%、w C =%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的平衡结晶过程，画出冷却曲 线和组织变化示意图，并计算室温下的组织组成物和相组成物的含量。 解：w C =%的铁碳合金在室温平衡相是α-Fe(碳的质量分数是0)和Fe 3 C(碳的质量分数 是%)，故 (1) w C =%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3 C相的相对量分别为 因为刚凝固完毕时，初生γ相和Ld中碳的成分分别为%和%，所以刚凝固完毕时初生γ相和Ld的相对量分别为 碳的成分为%的初生γ相从共晶温度冷却到共析温度后，它的成分变为%，在冷却 过程中它析出Fe 3C II ，每份γ相析出Fe 3 C II 的量为 现在初生γ相的量是%，所以到共析温度析出的Fe 3 C相对于整体的相对量为 因为合金中的初生γ相到共析温度析出Fe 3 C，初生γ相的相对量减少%，余下的γ相在共析温度都转变为P，所以P的相对量为 (2) w C =%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3 C相的相对量分别为
钢的热处理总结 晶向指数[UVW]，晶向族 6. 能量起伏：液态金属中处于热运动的原子能量有高有低，同一原子的能量也在随时间不停地变化，时高时低的现象。 7. 均匀形核：液相中各个区域出现新相晶核的几率都是相同的，是液态金属绝对纯净、无任何杂质，喝不喝型壁接触，只是依靠液态金属的能量变化，由晶胚直接生核的理想过程。临界半径 8. 非均匀形核：液态金属中总是存在一些微小的固相杂质点，并且液态金属在凝固时还要和型壁相接触，于是晶核就可以优先依附于这些现成的固体表面上形成，需要的过冷度较小。 临界半径 非均匀形核的临界球冠半径与均匀形核的临界半径是相等的。 晶核长大的微观结构：光滑界面和粗糙界面。 晶粒大小的控制：控制过冷度；变质处理；振动、搅动。 表面细晶区的形成：当液态金属浇入温度较低的铸型中时，型壁附近熔体由于受到强烈的激冷作用，产生很大的过冷度而大量非均质生核。这些晶核在过冷熔体中也以枝晶方式生长，由于其结晶潜热既可从型壁导出，也可向过冷熔体中散失，从而形成了无方向性的表面细等轴晶组织。 柱状晶区的形成：在结晶过程中由于模壁温度的升高，在结晶前沿形成适当的过冷度，使表面细晶粒区继续长大（也可能直接从型壁处长出），又由于固-液界面处单向的散热条件（垂直于界面方向），处在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的单向热流的作用下，以表面细等轴晶凝固层某些晶粒为基底，呈枝晶状单向延伸生长，那些主干取向与热流方向相平行的枝晶优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长，在淘汰取向不利的晶体过程中，发展成柱状晶组织。 中心等轴晶的形成：内部等轴晶区的形成是由于熔体内部晶核自由生长的结果。随着柱状晶的发展，熔体温度降到足够低，再加之金属中杂质等因素的作用，满足了形核时的过冷度要求，于是在整个液体中开始形核。同时由于散热失去了方向性，晶体在各个方向上的长大速度是相等的，因此长成了等轴晶。 10. 固溶体与金属化合物的区别：固溶体晶体结构与组成它的溶剂相同，而金属化合物的晶体结构与组成它的组元都不同，通常较复杂。固溶体相对来说塑韧性好，硬度较低，金属化合物硬而脆。 11. 影响置换固溶体溶解度的因素：原子尺寸因素；电负性因素；电子浓度因素；晶体结构因素。 历年试题 材料成型与控制专业01级金属学与热处理试题 一. 名词解释（每小题2分，共2０分）： 1.晶体 2.正火 3.无限固溶体 4. 金属间化合物 5.晶界 6.相起伏 7.共晶转变 8.比重偏析 9.马氏体 10. 同素异构转变 二. 在同一个立方晶胞中画出以下晶面和晶向：（111）、（110）、（122）、[110]、[210]。（5分） 三. 晶粒大小对合金的常温力学性能有何影响？试分析其原因。(15分) 四.T8钢的过冷奥氏体等温冷却曲线如图所示，试分析以图中标明的几种冷却条件冷却之后各得到什么组织？对比这几种组织各具有什么样的力学性能特点．(10分) 五.．(15分) 六.冷塑性变形后的金属，在重新加热时其组织结构和力学性能各有何变化？(15分) 七．简述T8钢的奥氏体化过程由哪几个阶段组成？分析其中奥氏体晶核长大机理。(10分) 八.具有网状渗碳体的T12钢要获得回火马氏体，应进行哪些热处理？试说明每种热处理的加热温度和冷却条件。(10分) 02级材料加工各专业金属学与热处理期末考试题B 一. 名词解释（每小题3分，共30分） 1.非自发形核 2.滑移 3.再结晶 4.间隙固溶体 5.铁素体 6.珠光体 7.本质晶粒度 8.淬火 9.各向异性 10.合金 二. 填空（每空1分，共15分） 1.一个体心立方晶胞中包含（）个原子，一个面心立方晶胞中包含（）个原子，一个密排六方晶胞中包含（）个原子。 2. 纯铁在加热时，在912℃纯铁的晶格由（）转变为（），在1394℃纯铁的晶格由（）转变为（）。 3.结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个基本过程分别是（）和（）。 4.纯金属的最低再结晶温度和熔点的关系是（）。 5.马氏体的显微组织形态主要有（）、（）两种。其中（）的韧性比较好。 6.钢的淬透性越高，则其C曲线位置越靠（），说明临界冷却速度越（）。 三. 选择（每题1分，共10分） 1.具有体心立方晶格的金属有（） a)Cu b)α-Fe c)γ-Fe 2.具有面心立方晶胞的金属有（）个滑移系。 a) 6 b)8 c)12 3.固溶体的晶体结构（）。 a) 与溶剂相同 b)与溶质相同 c) 与溶质和溶剂都不相同 4. 铁碳两个元素可能形成的相有（）。 a) 间隙固溶体 b)间隙化合物 c) 置换固溶体 5. 下列金属中塑性最好的是（） a) α-Fe b)Al c) Mg 6.冷变形金属再结晶后，（）。 a) 形成等轴晶，强度升高 b)形成柱状晶，强度升高 c) 形成等轴晶，塑性升高 7.与铁素体相比，珠光体的力学性能特点是（）。 第七章金属及合金的回复和再结晶 7-1 用冷拔铜丝线制作导线，冷拔之后应如何如理，为什么？ 答： 应采取回复退火（去应力退火）处理：即将冷变形金属加热到再结晶温度以下某一温度，并保温足够时间，然后缓慢冷却到室温的热处理工艺。 原因：铜丝冷拔属于再结晶温度以下的冷变形加工，冷塑性变形会使铜丝产生加工硬化和残留内应力，该残留内应力的存在容易导致铜丝在使用过程中断裂。因此，应当采用去应力退火使冷拔铜丝在基本上保持加工硬化的条件下降低其内应力（主要是第一类内应力），改善其塑性和韧性，提高其在使用过程的安全性。 7-2 一块厚纯金属板经冷弯并再结晶退火后，试画出截面上的显微组织示意图。答：解答此题就是画出金属冷变形后晶粒回复、再结晶和晶粒长大过程示意图（可参考教材P195，图7-1） 7-3 已知W、Fe、Cu的熔点分别为3399℃、1538℃和1083℃，试估算其再结晶温度。 答： 再结晶温度：通常把经过严重冷变形（变形度在70%以上）的金属，在约1h的保温时间内能够完成超过95%再结晶转变量的温度作为再结晶温度。 1、金属的最低再结晶温度与其熔点之间存在一经验关系式：T ≈δTm，对于工 再 业纯金属来说：δ值为0.35-0.4，取0.4计算。 2、应当指出，为了消除冷塑性变形加工硬化现象，再结晶退火温度通常要比其最低再结晶温度高出100-200℃。 =0.4Tm，可得： 如上所述取T 再 =3399×0.4=1359.6℃ W 再 =1538×0.4=615.2℃ Fe 再 =1083×0.4=433.2℃ Cu 再 7-4 说明以下概念的本质区别： 1、一次再结晶和二次在结晶。 2、再结晶时晶核长大和再结晶后的晶粒长大。 答： 1、一次再结晶和二次在结晶。 定义 一次再结晶：冷变形后的金属加热到一定温度，保温足够时间后，在原来的变形组织中产生了无畸变的新的等轴晶粒，位错密度显著下降，性能发生显著变化恢复到冷变形前的水平，称为（一次）再结晶。它的实质是新的晶粒形核、长大的过程。 二次再结晶：经过剧烈冷变形的某些金属材料，在较高温度下退火时，会出现反常的晶粒长大现象，即少数晶粒具有特别大的长大能力，逐步吞食掉周围的小晶粒，其最终尺寸超过原始晶粒的几十倍或上百倍，比临界变形后的再结晶晶粒还要粗大得多，这个过程称为二次再结晶。二次再结晶并不是晶粒重新形核和长大的过程，它是以一次再结晶后的某些特殊晶粒作为基础而异常长大，严格来说它是特殊条件下的晶粒长大过程，并非是再结晶过程。 本质区别：是否有新的形核晶粒。 2、再结晶时晶核长大和再结晶后的晶粒长大。 定义 再结晶晶核长大：是指再结晶晶核形成后长大至再结晶初始晶粒的过程。其长大驱动力是新晶粒与周围变形基体的畸变能差，促使晶核界面向畸变区域推进，界面移动的方向，也就是晶粒长大的方向总是远离界面曲率中心，直至所有畸变晶粒被新的无畸变晶粒代替。 再结晶后的晶粒长大：是指再结晶晶核长大成再结晶初始晶粒后，当温度继续升高或延长保温时间，晶粒仍然继续长大的过程。此时，晶粒长大的驱动力是晶粒长大前后总的界面能的差，界面移动的方向，也就是晶粒长大的方向都朝向晶界的曲率中心，直至晶界变成平面状，达到界面能最低的稳定状态。 本质区别： 1、长大驱动力不同 2、长大方向不同，即晶界的移动方向不同。 7-5 分析回复和再结晶阶段空位与位错的变化及其对性能的影响。 答： 回复阶段： 回复：是指冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变前（即再结晶晶粒形成前）所产生的某些亚结构和性能的变化过程。 空位和位错的变化及对性能的影响： 回复过程中，空位和位错发生运动，从而改变了他们的数量和组态。 低温回复时，主要涉及空位的运动。空位可以移至表面、晶界或位错处消失，也可以聚集形成空位对、空位群，还可以与间隙原子相互作用而消失，总之空位运动的结果使空位密度大大减小。电阻率对空位密度比较敏感，因此其数值会有显著下降。而力学性能对空位的变化不敏感，没有变化。 中温回复时，主要涉及位错的运动。由于位错滑移会导致同一滑移面上异号位错金属学与热处理期末复习
金属学与热处理课后习题答案第七章
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