中国海洋大学船舶与海洋工程材料期末考试复习的题目

第一单元

1、从原始结构上，晶体与非晶体的区别

A组成晶体的基本质点在空间有一定的排列规律，因此警惕都有规则的外形

B具有一定熔点

C各向异性

2、晶体有什么缺陷，它们对性能有什么影响

点缺陷:点缺陷的形成，主要是由于原子在各自平衡位子上做不停的热运动的结果。空位和间隙原子的数目随着温度的升高而增加。此外，其他加工和处理，如塑性加工、离子轰击等，也会增加点缺陷。

点缺陷造成晶格畸变，使材料的强度、硬度和电阻率增加以及其他力学、物理、化学性能的改变。

线缺陷:位错的出现使位错线周围造成晶格畸变，畸变程度随离位错线的距离增大而逐渐减小直至为零。严重晶格畸变的范围约为几个原子间距。随着位错密度的增高，材料的强度将会显著增加，所以提高位错密度是金属强化的重要途径之一。

面缺陷:（1）在腐蚀介质中，晶界处较晶内易腐蚀。

（2）晶界面上的原子扩散速度较晶内的原子扩散速度快。

（3)晶界附近硬度高，晶界对金属的塑性变形起阻碍作用。

（4）当金属内部发生相变时，晶界处是首先形核的地方。

3、画出立方晶格的晶向：

4、碳钢在锻造温度范围内，变形时是否会有加工硬化现象，为什么？

5、分析加工硬化现象的利与弊，如何消除和利用加工硬化

加工硬化，也称为形变强化或冷作硬化。

利用形变强化现象来提高金属材料的强度。

冷态压力加工使电阻有所增大；抗蚀性降低；尺寸精度高及表面质量好。金属的硬度强度显著上升，韧性塑性下降。

加工硬化通过金属再结晶，增加中间退火工序消除

6、铅的变形（过冷度。）

7、金属结晶的规律是什么？晶核的形核率和长大率受哪些因素影响

金属的结晶过程：形核与长大的过程。形核包括自发形核和非自发形核。晶核的长大方式：枝晶成长。冷却度越大，晶体的枝晶成长越明显。

晶粒大小与形核率N（晶核数/(s·cm3)）和长大速度G（cm／s）有关。

影响形核率和长大速度的重要因素是冷却速度(或过冷度)和难熔杂质。

8、为什么材料一般希望获得细晶粒

细化晶粒在提高金属强度的同时也改善了金属材料的韧性。

因为晶粒越小，晶界越多。晶界处的晶体排列是非常不规则的，晶面犬牙交错，互相咬合，因而加强了金属间的结合力。工业中常用细化晶粒的方法来提高金属材料的机械性能，称为细晶强化。过冷度：过冷度越大，产生的晶核越多，导致晶粒越细小。通常采用改变浇注温度和冷却条件的办法来细化晶粒。

9、为什么单晶体具有各向异性，而多晶体则无各向异性

因为单晶体的物体整个物体就是一个单一结构的巨大晶粒，比如各种常温下是固体的离子化合物，NaCl、CuSO4·5H2O、NaOH等。

而多晶体是由很多微波的晶粒构成的整体，如各种金属，在整个物体内，这些晶粒的排列方向是杂乱无章的。

各向异性是晶格中不同方向上由于原子的排列周期性和疏密程度不同导致的结果，所以单晶体中(一个巨大晶粒)具有各向异性，而多晶体中的每一个微波的晶粒虽然有各向异性，但是由于宏观上所有晶粒的排列的杂乱无章，导致了各个方向上的各向异性互相抵消，表现出来的结果就是各向同性。

第二单元

1、指出下列名词的区别：置换固溶体与间隙固溶体，相组成物与组织组成物；、

在固态下，合金组元间会相互溶解，形成在某一组元晶格中包含有其他组元的新相，这种新相称为固溶体。晶格与固溶体相同的组元为固溶体的溶剂，其他组元为溶质。

根据溶质在溶剂晶格中所处的位置，可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。

间隙固溶体：溶质原子在溶剂晶格中并不占据晶格结点位置，而是嵌入溶剂晶格各结点的空隙处，这样形成的固溶体叫做间隙固溶体。

置换固溶体：溶质原子代替了一部分溶剂原子，占据了溶剂晶格结点的位置而形成的固溶体叫做置换固溶体。

相：合金中具有相同的物理、化学性能、并与该系统的其余部分以界面分开的物质部分。

合金组织：用金相显微镜观察法，在金属及合金内部看到的涉及各相（晶体或晶粒）大小、方向、形状、排列状况等组成关系和构造情况。当材料成分一定时，相同的相在不同处理条件下形成，会具有各种不同的形态（大小、方向、形状、排列状况等），从而构成不同的显微组织。可见，一个相可以构成一种或一种以上的组织。

2、画相图

3、A、B两组元，B熔点大于A，组成二元匀晶相图：分析对错：（1）组元晶格不同，大小一定相同（错）（2）固溶体合金按匀晶相图平衡结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分不相同，所以是。。。（错）

第三单元

1、何谓铁素体、渗碳体、奥氏体、莱氏体、珠光体，它们组织结构性能形态的特点

(1)铁素体：常用符号F或α表示。其溶碳能力差。铁素体的强度差，硬度低，塑

性好。

(2)奥氏体：常用符号A或γ表示。在1147℃时可溶碳2.06％。是一种硬度较低而塑性较高的固溶体。常作为各类钢的加工状态。奥氏体不可能全部转变为马氏体，总有部分残余奥氏体存在。

(3)渗碳体：碳与铁的化合物(Fe3C)，叫渗碳体，含碳为6.67％。渗碳体的硬度高，

约为800HB，极脆，塑性几乎等于零，熔点为l227℃。

高温铁素体：以δ表示。碳在δ—Fe中的最大溶解度为0.10％，δ固溶体只存在于高温很小的区间，对钢铁的性能影响不大。

A1~650℃ ：珠光体，或称普通片状珠光体（P）

650~600℃ ：细珠光体称为索氏体(S)。

2、 分析含碳为0.45%，1.0%，3%，4.7%的铁碳合金从液态冷却至室温的过程，并画出室温

下的显微示意图

3、 根据渗碳体图计算：（1）室温下，含碳为0.45%的钢中，铁素体和珠光体各占多少

（2）室温下，含碳为1.0%的钢中，珠光体和渗碳体各占多少

（3）铁碳合金中，二次渗碳体的最大百分含量是多少

4、 积压的碳钢不明成分，发现组织80%铁素体和珠光体，求碳的含量

5、奥氏体形成过程分那几个阶段?影响奥氏体过程的因素有哪些？

将共析钢加热到稍高于Ac 1的温度，便发生珠光体(P)向奥氏体(A)的转变，其转变式可写成 奥氏体的形成过程，也称为“奥氏体化”，它是一个形核、长大、 溶解和成分均匀化的过程，由以上四个阶段组成。 影响因素：

(1)加热温度和加热速度

(2)原始组织

(3)合金元素

6、简述加热温度和保温时间对钢的奥氏体晶粒尺寸及其冷却后的组织和性能的影响

奥氏体形成过程结束后，如继续提高加热温度或在当前温度下保温更长时间，将会发生奥氏体晶粒长大的现象。

奥氏体实际晶粒大小，对冷却后钢的组织和性能有很大的影响。奥氏体晶粒过大，会使冷却后的钢材强度、塑性和韧性下降，尤其是塑性和韧性下降更为显著。

在热处理时，为了控制奥氏体晶粒大小，应合理选择钢件材料并严格控制加热温度和保温时间。

7、画图

8、退火、正火、淬火、回火的目的是什么？加热温度范围和冷却方法如何选择，各应用在什么场合，热处理后形成的组织是什么？

退火是将钢加热到预定温度，保温一定时间后缓慢冷却(通常随炉冷却)，获得接近于平衡组织的热处理工艺。

目的： (1)降低硬度，改善切削加工性。

(2)消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与开裂倾向。

(3)细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。

完全退火 是将钢加热到Ac 3以上20—30℃，保温一定时间后随炉冷却到500 ℃以下，再出炉空冷的热处理工艺。使热加工过程中造成的粗大不均匀组织均匀细化，降低硬度，提高塑性，改善加工性能，消除内应力。适用于亚共析钢和铸件、锻件及焊接件。 球化退火 是将钢加热到Ac 1以上l0~30℃，保温较长时间后以极其缓慢的速度冷却到600 ℃以下，再出炉空冷的热处理工艺。适用于共析和过共析钢及合金工具钢。渗碳体球化，降低材料硬度，改削切削加工性，并可减小最终淬火变形和开裂，为以后的热处理作准备，适用于共析和过共析钢及合金工具钢。

%8.03%02.0A C Fe F →+C

Fe 3

正火是将钢加热到A c3，(亚共析钢)或A c cm(共析和过共析钢)以上30～50℃，保温适当时间后在静止空气中冷却的热处理工艺。

目的：

(1)对普通碳素钢、低合金钢和力学性能要求不高的结构件，可作为最终热处理。

(2)对低碳素钢用来调整硬度，避免切削加工中“粘刀”现象，改善切削加工性。

(3)对共析、过共析钢用来消除网状二次渗碳体，为球化退火作好组织上的准备。淬火是将钢加热到A c3或A c1以上30~50℃，经过保温后在冷却介质中迅速冷却的热处理工艺。

淬火可以使钢件获得马氏体和贝氏体组织，以提高钢的力学性能，并为调质处理做好组织准备。

淬火是强化钢件的最主要的而且是最常用的热处理方法。

回火就是把经过淬火的零件重新加热到低于A c1的某一温度，适当保温后，冷却到室温的热处理工艺。

回火目的

(1)消除或降低内应力，降低脆性。防止变形和开裂。

(2)稳定组织，稳定尺寸和形状，保证零件使用精度和性能。

(3)通过不同回火方法，来调整零件的强度、硬度，获得所需要的韧性和塑性。1．低温回火

回火温度范围为150~250℃，回火组织是回火马氏体，硬度为58~64HRC。低温回火的主要目的是降低钢的淬火应力和减少脆性，并保持其高硬度和高耐磨性，适用于刃具、量具、模具、滚动轴承及渗碳、表面淬火的零件。

2．中温回火

回火温度范围为350~500℃，回火组织是回火屈氏体，硬度为35~45HRC。中温回火的目的是获得高的弹性极限和屈服强度，并具有一定的韧性和抗疲劳能力。适应于各种弹簧和锻模等。

3．高温回火

回火温度范围为500~650℃，回火组织是回火索氏体，硬度为25~35HRC。高温回火的目的是获得较高强度的同时，还有较好的塑性和韧性。广泛适应于处理各种重要的零件，特别是受交变载荷和冲击作用力的连杆、曲轴、齿轮和机床主轴等。也常作为精密零件和模具、量具的预备热处理，以获得均匀组织、减小淬火变形，为后续的表面淬火、渗氮等作好组织准备。生产中常把淬火和高温回火相结合的热处理方法称为调质处理。

9、为什么要进行表面淬火，常用的表面淬火的方法有哪些？和化学热处理有什么异同？

表面淬火方法是将淬火零件表层金属迅速加热至相变温度以上，而心部未被加热，然后迅速冷却，使零件表层获得马氏体而心部仍为原始组织的“外硬内韧”状态。

含碳量在0.40％~0.50％为宜。

为了保证心部较好的塑性和韧性，在表面淬火前应进行正火或调质处理。

表面淬火目前应用较多的是感应加热淬火法和火焰加热淬火法。

钢的化学热处理是将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。

10、淬透性、淬硬层深度、淬硬性的概念，影响淬透性的因素有哪些？

淬透性是指淬硬层的深度，淬透性：钢的临界冷却速度－合金元素。

淬硬性是指钢淬火时的硬化能力，用淬成M可能得到的最高硬度表示，取决于M中的C%.

淬硬性好，淬透性不一定好

淬透性好，淬硬性不一定好

淬透层深度：由工件表面→半马氏体点(50%M)的深度

钢的淬透性——指钢材被淬透的能力，或者说钢的淬透性是指表征钢材淬火时获得马氏体的能力的特性。

淬透性系指淬火时获得马氏体难易程度。它主要和钢的过冷奥氏体的稳定性有关，或者说与钢的临界淬火冷却速度有关，可硬性指淬成马氏体可能得到的硬度，因此它主要和钢中含碳量有关。

影响钢的淬透性主要是钢的临界冷却速度，临界冷却速度越小，钢的淬透性越大。（钢的化学成分、奥氏体晶粒度、奥氏体化温度、第二相及其分布）

影响临界冷却速度的原因主要是：(1)钢的含碳量 (2)合金元素(除Co外，多数元素使V c↓ ) (3)钢中未溶物质→促进A分解→V c↑ 。此外，工件的截面尺寸和淬火的冷却速度也影响了钢的淬硬层深度，

第四单元

1、为什么比较重要的大截面的结构零件如重型运输机械和矿山机器的轴类，大型发电机转

子等都必须用合金钢制造？与碳钢比较，合金钢有何优缺点？

答：碳钢制成的零件尺寸不能太大，否则淬不透，出现内外性能不均，对于一些大型的机械零件，（要求内外性能均匀），就不能采用碳钢制作，比较重要的大截面的结构零件如重型运输机械和矿山机器的轴类，大型发电机转子等都必须用合金钢制造。

(1) 如上所述合金钢的淬透性高

(2)合金钢回火抗力高

碳钢淬火后，只有经低温回火才能保持高硬度，若其回火温度超过200℃，其硬度就显著下降。即回火抗力差，不能在较高的温度下保持高硬度，因此对于要求耐磨，切削速度较高，刃部受热超过200℃的刀具就不能采用碳钢制作而采用合金钢来制作。

(3)合金钢能满足一些特殊性能的要求

如耐热性、耐腐蚀性、耐低温性（低温下高韧性）。

选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，并且钢材具有足够的淬透性）：

（1）某机床变速箱齿轮（模数m=4），要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45钢；

（2）某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴径部分要求耐磨（HRC 50-55），材料选用45钢；

答：（1）下料→锻造→正火→粗加工→精加工→局部表面淬火+低温回火→精磨→成品（2）下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→局部表面淬火+低温回火→精磨→成品

3、某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（HRC>50），而心部具有良好的韧性（Ak>40J），原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的45钢已用完，只剩15钢，拟用15钢代替。试说明：

（1）原45钢各热处理工序的作用；

（2）改用15钢后，应按原热处理工序进行能否满足性能要求？为什么？

（3）改用15钢后，为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下采用何种热处理工艺？答：（1）正火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；调质处理可获得高的综合机械性能和疲劳强度；局部表面淬火及低温回火可获得局部高硬度和耐磨性。

（2）不能。改用15钢后按原热处理工序会造成心部较软，表面硬，会造成表面脱落。（3）渗碳。

4、有一个为10mm的杠类元件，受中等拉压荷载作用，要求零件沿截面性能均匀一致，供选材料有：16Mn、 4

5、40Cr、T12

（1）选择合适的材料（2）编制简明的工艺路线（3）说明各个热处理工序的作用

5、拖拉机的变速齿轮材料：20CrMnTi，要求材料硬度：58-64HRC，分析说明采用什么热处

理工艺，才能达到这要求

渗碳淬火+低温回火

6、有一块凹模，材料为Cr12MoV,因材料下错，下成T12A，分析：（1）如果按Cr12MoV进

行预备热处理和最终热处理，凹模会产生哪些缺陷（2）如果按Cr12MoV进行预备热处理，而最终热处理按T12A进行，凹模会产生哪些缺陷

（1）Cr12MoV预备热处理（正火+球化退火） Cr12MoV最终热处理（淬火+低温回火）

7、说明电化学腐蚀的原理是什么？

8、拟用T10制造形状简单的车刀，工艺路线为：

锻造—热处理—机加工—热处理—磨加工

试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用；

指出最终热处理后的显微组织及大致硬度；

制定最终热处理工艺规定（温度、冷却介质）

答：（1）工艺路线为：锻造—退火—机加工—淬火后低温回火—磨加工。退火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；淬火及低温回火可获得高硬度和耐磨性以及去除内应力。

（2）终热处理后的显微组织为回火马氏体，大致的硬度60HRC。

（3）T10车刀的淬火温度为780℃左右，冷却介质为水；回火温度为150℃～250℃。