金属学及热处理试卷含答案

1. 对钢的硬度进行标注时，一般来说，退火状态标注，淬火状态标注。A、布氏硬度（HBS） B、洛氏硬度（HRC）2在铁碳相图中，共析点对应的含碳量为，温度为。A、0.77% B、2.11% C、727C D、1148C3. 要求耐磨的零件，应选择的材料。A、塑性好B、韧性好C、强度高D、硬度高4. 纯金属在结晶，合金在结晶。A、一定温度范围内 B、恒温下5. a-Fe具有晶格，丫-Fe具有 晶格。A、面心立方 B、体心立方 C、密排六方6. 对金属材料来说，晶粒越细小，则力学性育。A、越低 B、越高 C、没有多大变化7. 所谓调质处理就是。A、淬火+高温回火B、淬火+中温回火C、淬火+低温回火8. 对共析钢来说，通常炉冷得到，空冷得到，水冷得到。A、珠光体B、马氏体C、托氏体D、索氏体9. 白口铸铁中的碳主要以形式存在，灰口铸铁中的碳主要以形式存在。A、固溶体B、渗碳体C、石墨10. 冷冲模具工作零件的最终热处理为。A、调质B、退火C、淬火+低温回火二、名词解释（4分X5）1. 晶体：2. 珠光体:3弥散强化：4共晶转变：5.淬透性：1、热处理：将钢在固态下进行加热、保温，冷却，以改变其组织而得到所需性能的工艺方法。2、马氏体：C在aFe中的过饱和固溶体。3、实际晶粒度：在某一加热条件下（实际热处理）所得到的实际奥氏体晶粒大小。三、判断题（对的在后面括弧内打V,错的打X） （2分X5） 1材料的伸长率反映了材料韧性的大小。（）2. 金属都具有同素异晶转变的特性。（）3. 铸铁不能进行热处理。（）4. 大多数合金元素都有助于提高钢的热处理性能。（）5. 零件渗碳后必须淬火，而渗氮后不再淬火（） 图示并说明什么是热过冷。（4分）融 AT=T0 T1过冷是由液固界面前沿实际温度分布与平衡凝固温度之差，称热过冷。何谓加工硬化？产生原因是什么？有何利弊？冷加工变形后，金属材料强度、硬度升高而塑性下降的现象叫加工硬化。是由于塑变中产生了大量位错等晶体缺陷， 相互交互作用，使位错运动阻力增大，变形抗力增加，加工硬化是强化金属材料重要方法，尤其是热处理不能强化材 料更重要，使材料在加工中成为可能。但同时变形抗力增加，进一步变形必消耗动力，塑性大幅下降，会导致开裂， 有时为继续变形必加中间再结晶退火，增加生产成本。试画出含碳量为0.45%的铁碳合金金相显微组织示意图金属学及热处理试卷A一、填空题(15分)1、在BCC和FCC晶格中，单位晶胞内的原子数分别为 2 和 ,其致密度分别为0.68和0.74。2、金属的结晶过程是 形核与长大的过程。控制结晶后晶粒大小的方法有 增加过冷度、 变质处理 和振动与搅拌。3、冷变形金属在加热时组织与性能的变化，随加热温度不同，大致分为回复、再结晶和 晶粒长大三个阶段。4、lCrl8Ni9Ti钢中Ti的作用是 防止奥氏体不锈钢晶间腐蚀，而20CrMnTi钢中Ti的作用是 细化晶粒。5、碳在白口铸铁中主要以Fe”C形式存在，而在灰口铸铁中主要以 石墨形式存在。3二、名词解释(10分)1、合金；2、共晶转变； 3、枝晶偏析； 4、伪共晶； 5、回复；三、选择题(12分)1、工程上使用的金属材料一般都呈 ( A )。A各向异性；B各向同性；C.伪各向异性； D.伪各向同性。2、固溶体的晶体结构 ( A )。A.与溶剂的相同；B.与溶质的相同；C.与溶剂、溶质的都不相同； D.是两组元各自结构的混合。3、多晶体金属的晶粒越细，则其 ( A )。A.强度越高，塑性越好B.强度越高，塑性越差C.强度越低，塑性越好D.强度越低，塑性越差4、调质处理后可获得综合力学性能好的组织是 ( C )A.回火马氏体 B.回火托氏体C.回火索氏体D.索氏体5、过共析钢正火的目的是 ( C )。A.调整硬度，改善切削加工性B.细化晶粒，为淬火作组织准备C消除网状二次渗碳体D.防止淬火变形与开裂6、对于可热处理强化的铝合金，其热处理方法为 ( D )。A.淬火+低温回火B.完全退火C.水韧处理D.固溶+时效四、判断题(5分)1、金属铸件可通过再结晶退火来细化晶粒。( X )2、亚共析钢加热至Ac1和Ac3之间将获得奥氏体+铁素体二相组织，在此区间，奥氏体的含碳量总是大于钢的含碳量。 ( V )3、化学热处理既改变工件表面的化学成分，又改变其表面组织。( V )4、所有合金元素均使Ms、Mf点下降。(X )5、可锻铸铁可在高温下进行锻造加工。( X )五、问答题(36分)1、什么叫临界晶核?它的物理意义及与过冷度的定量关系如何? (8分)根据自由能与晶胚半径的变化关系，可以知道半径rr的晶胚才有可能成核；而r=r的晶 胚既可能消失，也可能稳定长大。因此，半径为r的晶胚称知临界晶核。其物理意义是，过冷液体中涌现出来的短程规则 c排列的原子集团，当其尺寸rNrc时，这样的原了团使可成为晶核而长大。临界晶核半径 r其大小与过冷度有关。c2 Tr =mc L ATm2、试比较45钢、T 8钢、T12钢的硬度、强度和塑性有何不同？ (9分)由含碳质量分数对碳钢性能的影响可知，随着钢中碳含量的增加，钢中的渗碳体增多，硬度也随之升高，基本上 呈直线上升。在0.8%C以前，强度也是虽直线上升的。在，0.8%C时，组织全为珠光体，强度最高；但在0. 8%C 以后，随碳量的继续增加，组织中将会出现网状渗碳体，致使强度很快下降；当逸11%C后，组织中出现莱氏体.强 度将很低，而塑性是随碳量增加而下降的，在出现莱氏体后，塑性将几乎降为零。由此可知，T12的硬度最高，45钢 的硬度最低；T12的塑性最差，45钢塑件最好；T8钢均居中，T8钢的强度最高。3、试述奥氏体的形成过程及控制奥氏体晶粒的方法。（9分）奥氏体形成过程：a）奥氏体晶核的形成b）奥氏体晶核的长大；c）残留渗碳体的溶解；d）奥氏体成分均匀化。控制 奥氏体晶粒大小的方法：a）制定合适的加热规范，包括控制加热温度及保温时间、快速短时加热；b）碳含量控制在一 定范围内，并在钢中加入一定显阻碍奥氏体晶粒长大的合金元素。如：A1、V、Ti、Zr、Nb等；c）考虑原始组织的影 响，例如片状球光体比球状珠光体加热组织易粗化。4、分析碳和合金元素在高速钢中的作用及高速钢热处理工艺的特点。（10分）化学成分：高碳的目的是为了和碳化物形成元素Cr、W、Mo、V等形成碳化物，并保正得到强硬的马氏体基体以提 高钢的硬度利耐磨性。W、Mo、V主要是提高钢的红硬性，因为这些元素形成的碳化物硬度高，产生二次硬化效应，因 而显著提高钢的红硬性、硬度和耐磨性。Cr主要是提高钢的淬透性。其工艺突出的特点是淬火加热温度非常高，回火 温度高，次数多，淬火加热时采用预热。六、综合分析题（22分）1、用9SiCr钢制成圆板牙，其工艺路线为：锻造一球化退火一机械加工一淬火一低温回火一磨平面一开槽开口。试分 析：球化退火、淬火及回火的目的；球化退火、淬火及回火的大致工艺10分） 球化退火是为了消除锻造应力，获得球状珠光体和碳化物，降低硬度以利于切削加工并为淬火做好组织准备，减少淬 火时的变形与开裂；淬火及回火是为了获得回火马氏体，保证热处理后具有高硬度、高耐磨性。球化退火工艺：加热 温度790810C，等温温度700720C ；淬火工艺：加热温度85087OC（油淬）；回火工艺；160180C。2、一碳钢在平衡冷却条件下，所得显微组织中，含有50%的珠光体和50%的铁素体，问：此合金中碳的质量分数 为多少？ 若该合金加热到730 C时，在平衡条件下将获得什么组织？若加热到850 C,又将得到什么组织？（12 分） 设该合金中含c%=x,贝g由杠杆定律得=50%0.77% - X0.77% 0.0218%所以 C%=x=0.38% 其显微组织为F+A 全部奥氏体（A）组织 金属学及热处理试卷B一、填空题（15分）1、实际金属中存在有点缺陷、线缺陷和面缺陷三类晶体缺陷。2、为了使金属结晶过稈得以进行，必须造成一定的 过冷度，它是理论结晶温度与实际结晶温度的差值。3、碳在aFe中的间隙固溶体称为,它具有 体心立方 晶体结构.在727 C时碳的最大溶解度为_0.0218%o4、当钢中发生奥氏体向马氏体转变时，原奥氏体中碳含量越高，则Ms点越 低 转变后的残余奥氏体量就越 多。5、除Co处，其他的合金元素溶人A中均使C曲线向右移动，即使钢的临界冷却速度减小，淬透性增加。二、名词解释（10分）1、相：结构相同、成分相同并以界面相互分的均匀组成部分。2、热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。3、置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成固溶体。溶质原子与溶剂原子的尺寸差不同，都将引起 晶格畸变，产生固溶强化。4、加工硬化：随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化。5、珠光体：共析转变的产物是F与Fe3C的机械混合物，称作珠光体，用P表示。三、选择题（12分）1、当晶格常数相同时，FCC（面心立方晶格）晶体比BCC（体心立方晶格）晶体（B ）oA.原子半径大，但致密度小；B.原子半径小，但致密度大；C.原子半径大，但致密度也大D.原子半径小但致密度也小。2、能使单晶体产生塑性变形的应力为（ B ）。A.正应力 B.切应力 c.原子活动力D.复合应力3、钢在淬火后所获得的马氏体组织的粗细主要取决于（ B ）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4、过共析钢的正常淬火加热温度是（ C ）。A. Acm 十（3050C）B. Ac3 十（3050C） C. Acl 十（3050C）D. Acl （3050C）5、制造手工锯条应采用（ C ）。A. 45钢淬火+低温回火B. 65Mn淬火+中温回火C. T12钢淬火+低温回火D. 9SiCr淬火+低温回火6、LY12 的（C ）。A.耐蚀性好B.铸造性能好C.时效强化效果好D.压力加工性好四、判断题（5分）1、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。（V ）2、实际金属是由许多结晶位向都完全相同的小晶粒组成的。（ X ）3、T10和T12钢如其淬火温度一样，那么它们淬火后残余奥氏体量也是一样的。（X ）4、高速钢反复锻造是为了打碎鱼骨状共晶莱氏体，使其均匀分布于基体中。（ V ）5、铸铁可以通过再结晶退火使晶粒细化，从而提高其力学性能。（ X ）五、问答题（36分）1、分析纯金属生长形态与温度梯度的关系？ （8分） 纯金属生长形态是指晶体长大时界面的形貌。界面形貌取决于界面前沿液体中的温度分布。（1）平面状界面。当液体具有正温度梯度时，晶体以平界面方式推移长大。此时，界面上任何偶然的小的凸起伸入 液体时，都会使其过冷度减小，长大速率降低或停止长大，而被周围部分赶上，因而能保持平界面的推移。长大中晶 体沿平行温度梯度的方向生长，或沿散热的反方向生长，其他方向的生长则受到抑制；（2）树枝状界面。当液体具行负温度梯度时，在界面上若形成偶然的凸起伸入前沿液体时，由于前方液体有更大的 过冷度，有利于晶体长大和凝固潜热的散失，从而形成枝晶的一次轴。一个枝晶的形成，其潜热使邻近液体温度升向， 过冷区降低，因此，类似的枝晶只在相邻一定间距的界面上形成.相互平行分布。在次枝晶处的温度比枝晶间温度 高，这种负温度梯度使一次铀上又长出二次轴分技，同样，还会产生多次分枝。枝晶生长的最后阶段，由于凝固潜热 放出使枝晶周围的液体温度升高至熔点以上。液体中出现正温度梯度，此时晶体长大依靠平面方式推进，直至枝晶间 隙全部被填满为止。2、何为超塑性?如何实现超塑性?（9分） 金属材料在一定条件下拉伸，其延伸率可以高达200以上，甚至大于1000。这种性能称作超塑性。超塑性可以分 成组织超塑性，相变超塑性和其他超塑性三大类。其中组织超塑性应该具备三个条件：（1）晶粒超细化、等轴化、稳定化，一般不超过10 um；（2）变形温度一般在（0.50.7）Tm，呈现超塑性；（3）定的应变速率，超塑性变形最佳的速率为10-410-5S-1或者10-310-2min-1o3、何谓回火脆性?说明回火脆性的类型、特点及其抑制方法。（9分） 有些钢在某一温度范围内回火时，其冲击韧性比在较低温度回火时还显者下降，这种脆化现象称为回火脆性。回火脆性类型主要有两种，即低温回火脆性与高温回火脆性。低温回火脆性亦称第一类回大脆性，几乎所有工业 用钢都存在程度不问的这类脆性、它与回火后的冷却速度无关。因此又称为不可逆回火脆性。高温间火脆性亦称第二 类回火脆性，其特点是只出现在一些特定成分的钢中，其回火脆性与否，与回火后冷却速度有关，即回火缓冲出现， 快冷不出现，因此亦称可逆回火脆性。抑制回火脆性的方法：对于第一类回火脆性由于其不可逆性，只能避免在脆化温度范围内回火；如果必须在该温 度回火，可采用等温淬火；加Si使低温回火脆化温度移向高温等措施。抑制高温回火脆性的方法：1）高温间火后快速冷却；2）降低钢中杂质元素的含量；3）钢中加人适量的Mo、Wo 4、为什么合金钢比碳钢的力学性能好?热处理变形小?合金工具钢的耐磨性热硬性比碳钢高?（10分）（1）合金元素加入后并经适当热处理，可使钢的力学性能提高或得以改善。合金元素（除Co外）加入后使钢的淬透性 增加，因此获得同样组织时合金钢可选择较缓的冷却介质，故热处理变形小。（3）合金工具钢出于含有一些合金元素， 与钢中的碳形成合金碳化物，而这些合金碳化物的硬度高、熔点高，所以合金工具钢的耐磨性、热硬性比碳钢高。六、综合分析题（22分）1、某汽车齿轮选用20CrMnTi材料制作，其工艺路线为：下料一锻造一正火一切削加工一渗碳一淬火+低温回火一喷 丸一磨削加工。请分别说明上述四项热处理工艺的目的及工艺。（10分）正火目的：使组织均匀化、细化、改善加工性能。正火工艺：加热至3+（3050）C，空冷。渗碳目的：提高 齿轮表面的含碳量，为淬火作难备。渗碳工艺；在0950C进行。淬火目的：使渗碳层获得最好的性能，即获得高的齿面硬度，耐磨性及疲劳强度并保持心部的强度及韧性。淬火工艺：渗碳后，油冷。低温回火目的：减少或消 除淬火后应力，并提高韧性。低温回火工艺：加热至50-200）C进行。2、现有A、B两种铁碳合金。A的显微组织为珠光体的量占75%，铁素体的量占25%； B的显微组织为珠光体的量占 92%,二次渗碳体的量占8%。请回答：这两种铁碳合金按显微组织的不同分属于哪一类钢？这两种钢铁合金的 含碳量各为多少？ 画出这两种材料在室温下平衡状态时的显微组织示意图，并标出各组织组成物的名称。（12分） A：亚共析钢B：过共析钢设A钢的含碳量为：xl=P% = 75%=P % = 92%x1 - 0.0218%0.77% 0.0218%设B钢的含碳量为:x26.69% - x 26.69% 0.77%x1=0.58%故A钢的含碳量为0.58%x2=1.24% B钢的含碳量为1.24%组织示意图:AB