金属学及热处理2011习题与思考题

第一章习题与思考题

1、常见的金属晶格类型有哪些?试绘图说明其特征。

2、实际金属中有哪些晶体缺陷?晶体缺陷对金属的性能有何影响?

3、为什么单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示各向异性？

4、试计算面心立方晶格的致密度。

5、什么是位错？位错密度的大小对金属强度有何影响？

6、晶体在结晶时，晶核形成种类有几种？什么是变质处理？

7、置换固溶体中，被置换的溶剂原子哪里去了？

8、间隙固溶体和间隙化合物在晶体结构与性能上区别何在？举例说明之。

9、解释下列名词：晶格、晶胞、晶体、晶面、晶向、晶粒、点缺陷、面缺陷、线缺陷、相、固溶强化、金属化合物、固溶体

第二章习题与思考题

1、什么叫结晶、过冷现象、过冷度?过冷度与冷却速度有何关系?

2、金属的晶粒大小对力学性能有何影响?控制金属晶粒大小的方法有哪些?

3、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：

（1）金属型浇注与砂型浇注；

（2）浇注温度高与浇注温度低；

（3）铸成薄壁件与铸成厚壁件；

（4）厚大铸件的表面部分与中心部分；

（5）浇注时采用振动与不采用振动。

4、金属铸锭通常由哪几个晶区组成？它们的组织和性能有何特点？

第三章习题与思考题

1、现有A、B两元素组成如图3.1所示的二元匀晶相图，试分析以下几种说法是否正确？为什么？

（1）形成二元匀晶相图的A与B两个相元的晶格类型可以不同，但是原子大小一定相等。

（2）K合金结晶过程中，由于固相成分随固相线变化，故已结晶出来的固溶体中含B量总是高于原液相中含B量。

（3）固溶体合金按匀晶相图进行结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分都不相同，故在平衡状态下固溶体的成分是不均匀的。

图3.1 题1 图

2、共晶部分的Mg-Cu相图如图3.2所示：

（1）填入各区域的组织组成物和相组成物。在各区域中是否会有纯Mg相存在？为什么？

（2）求出20%Cu合金冷却到500℃、400℃时各相的成分和重量百分比。

（3）画出20%Cu合金自液相冷到室温的却曲线，并注明各阶段的相与相变过程。

图3.2 题2 图

3、试分析比较纯金属、固溶体、共晶体三者在结晶过程和显微组织上的异同之处。

4、为什么亚共晶合金的共晶转变温度与共晶合金共晶转变温度相同？

5

6、今有两个开关相同的铜镍合金铸件，一个含ωNi=90%，一个含ωNi=50%，铸后自然冷却，问凝固后

哪个铸件的偏析较为严重？

7、解释以下名词：合金、组元、组织、相图、枝晶（晶内）偏析、共晶反应、匀晶相图、共晶相图

第四章习题与思考题

1、何谓金属的同素异晶转变?试以纯铁为例说明金属的同素异晶转变。

2、何谓共晶转变和共析转变?以铁碳合金为例写出转变表达式。

3、画出Fe-Fe3C相图钢的部分，试分析w c=0.45%钢、w c=0.77%钢、w c=1.2%钢在极缓慢的冷却条件下的

组织转变过程，并绘出室温显微组织示意图。

4、为什么铸造合金常选用靠近共晶成分的合金？而压力加工合金则选用单相固溶体成分的合金？

析后发现组织为珠光体和铁素体，其中铁素体量占80%。问此钢材碳的含量大约是多少?是哪个钢号?

7、有形状和大小一样的两块铁碳合金，一块是低碳钢，一块是白口铁。问用什么简便的方法可迅速将它们区分开来?

8、现有两种铁碳合金，在显微镜上观察其组织，并以面积分数评定各组织的相对量。一种合金的珠光体占75%，铁素体占25%；另一种合金的显微组织中珠光体占92%，二次渗碳体占8%。这两种铁碳合金各属于哪一类合金？其碳的质量分数各为多少？

9、现有形状尺寸完全相同的四块平衡状态的铁碳合金，它们碳的质量分数分别为0.20%、0.40%、1.2%、3.5%。根据你所学过的知识，可有哪些方法来区别它们?

10、根据Fe-Fe3C相图解释下列现象：

（1）在进行热轧和锻造时，通常将钢材加热到1000～1200℃；

（2）钢铆钉一般用低碳钢制作；

（3）绑扎物件一般用铁丝(镀锌低碳钢丝)，而起重机吊重物时却用钢丝绳(60钢、65钢、70钢等高碳钢制成)；

（4）在1100℃时，w c=0.4%的碳钢能进行锻造，而wc=4.0%的铸铁不能进行锻造；

（5）在室温下w c=0.8%的碳钢比w c=1.2%的碳钢强度高；

（6）钳工锯割T8钢、T10钢等高碳钢料比锯割10钢、20钢等低碳钢费力，锯条易磨钝；

11、试以钢的显微组织说明w c=0.2%钢、w c=0.45%钢和w c=0.8%钢的力学性能有何不同。

12、下列说法是否正确?为什么?

（1）钢的含碳量越高，质量越好；

（2）共析钢在727℃发生共析转变形成单相珠光体；

（3）w c=4.3%的钢在1148℃发生共晶转变形成莱氏体；

（4）钢的含碳量越高，其强度和塑性也越高。

13、写出碳质量分数为5%的过共晶白口铸铁在共晶反应（1148℃）刚刚完毕时的相组成

物和组织组成物，并计算其相组成物和组织组成物的相对含量；。

14、解释下列名词：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体

第五章习题与思考题

1、举出两个实际金属零件说明塑性变形行为的重要性。

2、金属经冷和热塑性变形后的组织和性能有什么变化？能否根据它们的显微组织区别这两种变形？

3、低碳钢板冲零件前硬度100HBS，而冲零件后硬度不均匀，有的部位为100HBS，有的部位为150HBS，

说明其原因。

4、如何选择再结晶退火温度？什么是热变形和冷变形？钢的再结晶退火温度是多少？

5、名词解释：滑移、加工硬化、再结晶、临界变形量

6、在制造长的精密丝杆时或轴时，常在半精加工之后将其吊挂起来，并用木锤沿全长轻击几遍，再吊挂５～７天，然后再精加工，试解释这样做的目的和其原因。

7、锡在室温下变形，钨在１０００℃变形，它们属于热加工还是冷加工，组织和性能会有何变化？

8、想一想低碳钢的拉伸试验中，拉伸至e点、s点、b点时组织发生和变化。

9、由厚板机械加工成齿轮；（２）由粗钢棒机械加工成齿轮；（３）由圆棒热锻成齿轮坯，再加工成齿轮。哪种方法较为理想？为什么？

10、说明下列现象产生的原因？

（1）滑移面是原子密度最大的晶面，滑移方向是原子密度最大的方向；

（2）实际测得的晶体滑移所需的临界切应力比理论计算的数值小得多；

（3）晶界处滑移的阻力最大；

（4）Zn、α-Fe、Cu的塑性不同。

11、影响再结晶后晶粒大小的主要因素有哪些？

第六章习题与思考题

1、奥氏体晶粒大小与哪些因素有关?为什么说奥氏体晶粒大小直接影响冷却后钢的组织和性能?

2、过冷奥氏体在不同的温度等温转变时，可得到哪些转变产物?试列表比较它们的组织和性能。

3、共析钢过冷奥氏体在不同温度的等温过程中，为什么550℃的孕育期最短?转变速度最快?

4、判断下列说法是否正确？为什么？

（1）钢在奥氏体化冷却，所形成的组织主要取决于钢的加热速度。

（2）低碳钢和高碳钢零件为了切削方便，可预先进行球化退火处理。

（3）过冷奥氏体的冷却速度越快，钢件冷却后的硬度越高。

（4）钢经淬火后处于硬脆状态。

（5）马氏体中的碳含量等于钢中的碳含量。

5、什么是V k？其主要影响因素有哪些?

6、什么是马氏体?其组织形态和性能取决于什么因素?

7、马氏体转变有何特点？为什么说马氏体转变是一个不完全的转变?

27、解释下列名词：淬透性、淬硬性、临界冷却速度

第七章习题与思考题

1退火的主要目的是什么?生产中常用的退火方法有哪几种?

2正火与退火相比有何异同?什么条件下正火可代替退火?

3、为什么过共析钢锻件采用球化退化而不用完全退火?

4、为什么说淬火回火处理是钢铁材料最经济和最有效的强化手段?

5、将二个同尺寸的T12钢试样，分别加热到780℃和860℃，并保温相同时间，然后以大于Vk的同一冷速冷至室温，试问：

（1）哪个试样中马氏体的w C较高?

（2）哪个试样中残余奥氏体量较多?

（3）哪个试样中未溶碳化物较多?

（4）哪个淬火加热温度较合适?为什么?

6、一根直径为6mm的45钢棒料，经860℃淬火、160℃低温回火后，硬度为55HRC，然后从一端加热，使钢棒上各点达到图5-1所示的温度。试问：

（1）此时各点的组织是什么？

（2）从图示温度缓冷至室温后各点的组织是什么？

（3）从图示温度水冷至室温后各点的组织是什么？

图5-1 题6图

7、现有20钢和40钢制造的齿轮各一个，为了提高轮齿齿面的硬度和耐磨性，宜采用何种热处理工艺？热处理后的组织和性能有何不同？

8、什么是钢的淬透性和淬硬性?它们对于钢材的使用各有何意义?

9、回火的目的是什么?为什么淬火工件务必要及时回火?

10、为什么生产中对刃具、冷作模具、量具、滚动轴承等热处理常采用淬火+低温回火，对弹性零件则采用淬火+中温回火，而对轴、连杆等零件却采用淬火+高温回火?

11在硬度相同的条件下，为什么经调质处理的工件比正火后的工件具有较好的力学性能?

12、．用T12钢制造的丝锥，其成品硬度要求为＞60HRC，加工工艺过程为：轧制—→热处理1—→机

加工—→热处理2—→机加工。

（1）写出各热处理工序的名称及作用：

（2）制订最终热处理的工艺规范(加热温度、冷却介质)。

13、什么是表面淬火?为什么机床主轴、齿轮等中碳钢零件常采用感应加热表面淬火?

14、．什么是化学热处理?化学热处理包括哪几个基本过程？常用的化学热处理方法有哪几种?

15、渗碳的目的是什么?为什么渗碳零件均采用低碳钢或低碳合金钢钢制造?

16、为什么钢经渗碳后还需进行淬火+低温回火处理?

17、经调质处理后，45钢的硬度为240HBS，若再进行200℃的回火，能否使其硬度升高？为什么？经淬火、低温回火后，45钢的硬度为57HRC，若再进行560℃的回火，能否使其硬度降低？为什么？

18、常用碳氮共渗的方法有哪几种?其主要目的和应用范围如何?

19、确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目的及退火后的组织：

（1）经冷轧后的15钢板要求降低硬度；

（2）ZG270-500铸造齿轮；

（3）锻造过热的60钢锻坯。

20、解释下列名词：退火、正火、淬火、完全退火、球化退火、回火

第八章习题与思考题

1、从力学性能、热处理变形、耐磨性和热硬性几方面比较合金钢和碳钢的差异，并简单说明原因。

2、下列工件，由于管理的差错，造成钢材错用，问使用过程中会出现哪些问题?

（1）把Q235—A当作45钢制造齿轮?

（2）把30钢当作T13钢制成锉刀；

（3）把20钢当作60钢制成弹簧。

3、根据括号内提供的钢号(08F；20；T8；T12；65Mn；45)选择下列工件所采用的材料：

冷冲压件；螺钉；齿轮；小弹簧；锉刀。

4、解释下列钢的牌号含义、类别及热处理方法：20CrMnTi，40Cr，4Cr13，16Mn，T10A，1Cr18Ni9Ti，Cr12MoV，W6Mo5Cr4V2，38CrMoAlA，5CrMnMo，GCr15，55Si2Mn

5、比较9SiCr，Cr12MoV，5CrMnMo，W18Cr4V等四种合金工具钢的成分、性能和用途差异。

6、今有W18Cr4V钢制铣刀，试制定其加工工艺路线，说明热加工工序的目的，淬火温度为什么要高达1280℃？淬火后为什么要进行三次高温回火？能不能用一次长时间回火代替？

7、耐磨钢（ZGMn13）和奥氏体不锈钢的淬火目的与一般钢的淬火目的有何不同？耐磨钢的耐磨原理与工具钢有什么差异？

8、为什么有些合金钢能在室温下获得稳定的单相奥氏体组织（奥氏体钢）或单相铁素体组织(铁素体钢)?

9、什么是钢的耐回火性和“二次硬化”？它们在实际应用中有何意义?

10、9SiCr钢和W18Cr4V钢在性能方面有何区别?生产中能否将它们相互代用?

11、为什么小型热锻模选用5CrMnMo钢制造而大型热锻模宜选用5CrNiMo钢制造?

12、试列表总结渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢、量具刃具用钢、冷作模具钢、热作模具钢和高速钢的工作条件、性能要求、成分特点、热处理特点、典型钢种及其用途。

13、硬质合金有什么特点？

14、与工具钢相比，硬质合金材料的优点有哪些？

15、制作刃具的材料有哪些类别？列表比较它们的化学成分、热处理方法、性能特点（硬度、红硬性、耐磨性、韧性等）、主要用途及常用代号。

16、为什么在砂轮上磨削经热处理的W18Cr4V或9CrSi、T12A等制成的工具时，要经常用水冷却，而磨硬质合金制成的刃具时，却不能用水冷却。

17、解释下列名词：合金铁素体、合金奥氏体、合金渗碳体、热硬性、

18、铸铁分为哪几类？其最基本的区别是什么？

19、在生产中，有些铸件表面棱角和凸缘处常常硬度很高，难以进行机械加工，试问其原因是什么？消除办法是什么？

20、在铸铁的石墨化过程中，如果第一、第二阶段完全石墨化，第三阶段完全石墨化、或部分石墨化、或未石墨化时，问它们各获得哪种组织的铸铁？

21、什么是孕育铸铁？如何进行孕育处理？

22、为什么说球墨铸铁是“以铁代钢”的好材料？其生产工艺如何？

23、可锻铸铁是怎样生产的？可锻铸铁可以锻造吗？

24、为什么可锻铸铁适宜制造壁厚较薄的零件？而球墨铸铁却不宜制造壁厚较薄的零件？

25、HT200、KTH300-06、KTZ550-04、QT400-15、QT700-2、QT900-2等铸铁牌号中数字分别表示什么性能？具有什么显微组织？这些性能是铸态性能，还是热处理后性能？若是热处理后性能，请指出其热处理方法。

26、解释下列名词：石墨化、白口铸铁、可锻铸铁、普通灰铸铁、球墨铸铁

27、变形铝合金与铸造铝合金在成分选择上及其组织上有何差别？

28、何谓硅铝明？它属于哪一类铝合金？为什么硅铝明具有良好的铸造性能？

29、怎样的有色金属合金才能进行时效强化？

30、铝合金的自然时效与人工时效有什么区别？选用自然时效或人工时效的原则是什么？

31、简述时效温度和时效时间对合金强度有何影响？

32、变质处理前后其组织和性能有何变化？这类铝合金主要用处何在？

33、解释下列名词：

（1）时效强化（2）紫铜（3）黄铜（4）青铜

34、为什么H62黄铜的强度高而塑性较低？而H68黄铜的塑性却比H62黄铜好？

12、滑动轴承合金必须具有什么特性？其组织有什么要求？举例说明常用巴氏合金的化学成分、性能和用途。

35、滑动轴承合金应具有怎样的性能和理想的显微组织？