工程材料及成型技术期末考试复习要点+答案

工程材料及成型技术复习要点第二章材料的性能1、材料静态、动态力学性能有哪些？静态力学性能有弹性、刚性、强度、塑性、硬度等；动态力学性能有冲击韧性、疲劳强度、耐磨性等。

2、材料的工艺性能有哪些？工艺性能有铸造性能、压力加工性能、焊接性能、热处理性能、切削加工性能等。

3、钢制成直径为30mm的主轴，在使用过程中发现轴的弹性弯曲变形过大用45钢，试问是否可改用40Cr或通过热处理来减少变形量？为什么？答：不可以；因为轴的弹性弯曲变形过大是轴的刚度低即材料的弹性模量过低和轴的抗弯模量低引起的。

金属材料的弹性模量E主要取决与基体金属的性质，与合金化、热处理、冷热加工等关系不大（45钢和40Cr弹性模量差异不大）。

4、为什么疲劳裂纹对机械零件存在着很大的潜在危险？第三章金属的结构与结晶1、金属常见的晶体结构有哪些？体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。

2、实际金属的晶体缺陷有哪些？它们对金属的性能有何影响？有点缺陷、线缺陷、面缺陷；点缺陷的存在（使周围原子间的作用失去平衡，原子需要重新调整位置，造成晶格畸变，从而）使材料的强度和硬度提高，塑性和韧性略有降低，金属的电阻率增加，密度也发生变化，此外也会加快金属中的扩散进程。

线缺陷也就是位错，位错的增多，会导致材料的强度显著增加；但是，塑性变形主要位错运动引起的，因此阻碍位错运动是金属强化重要途径。

面缺陷存在，会产生晶界和亚晶界，其原子排列不规则，晶格畸变大，晶界强度和硬度较高、熔点较低、耐腐蚀性较差、扩散系数大、电阻率较大、易产生內吸附、相变时优先形核等。

3、铸锭的缺陷有哪些？有缩孔和疏松、气孔、偏析。

4、如何控制晶粒大小？增大过冷度、变质处理、振动和搅拌。

5、影响扩散的因素有哪些？温度、晶体结构、表面及晶体缺陷（外比内快）。

间隙、空位、填隙、换位四种扩散机制6、为什么钢锭希望尽量减少柱状晶区？柱状晶区是由外往内顺序结晶的，组织较致密，有明显的各向异性，进行塑性变形时柱状晶区易出现晶间开裂。

尤其在柱状晶层的前沿及柱状晶彼此相遇处，当存在低熔点杂质而形成一个明显的脆弱界面时更容易发生开裂。

作业题、什么是理论结晶温度？在理论结晶温度点是否能完全结晶？为什么？理论结晶温度是同一物质在液态固态的能量相同平衡下，所对应的温度；理论结晶温度下不能完全结晶，因为没有相变或结晶的驱动力，（因为在结晶时的潜热析出补偿了金属向环境散热引起的温度下降。

）第四章二元合金杠杆定律只适合两相区；1、合金的相结构有哪些？它们在晶体结构和性能上有什么不同点？固溶体、金属间化合物；晶体结构上:固溶体晶体结构和溶剂相同，金属间化合物的与组元的不同；性能上：固溶体塑性好，金属间化合物有较大脆性；在合金中固溶体一般做基体相，金属~作强化相；固溶体：1.固溶体的结构与溶剂相同；2.固溶体的成分可以在一定的范围内变化，结构不变；3.固溶体一般位于相图的两侧；4.固溶体的强度和硬度较高，塑性较好，导电性明显降低；5.在合金中，固溶体一般作为基体相。

化合：1.金属化学物具有与组元不同的晶体结构；2.一般符合一定的化合比，可用分子式表示；3.一般位于相图的中部，因此又称为中间相；4.可以是离子键，共价键，金属键组合；5.一般具有高硬度，高熔点及比较大的脆性；6.在合金中，一般作为强化相。

2、读懂四种基本的二元相图及铁碳合金图，能够依据相图说明在缓慢冷却下合金的结晶过程及最终产物的组织构成。

区别：包晶反应（1495°C，得奥氏体）：恒温下一个液相包着一个固相生成另一个新固相；（凡含碳量0.09%~0.53%的铁碳合金结晶时均发生包晶转变）共晶反应（1148°C，得莱氏体）：恒温下一个液相同时生成两个新固相；共析反应（727°C，得珠光体）：恒温下一个固相同时析出两个新固相；3、铁碳合金的基本相有哪些？各有什么特性？铁素体、奥氏体、渗碳体、石墨；铁素体因为是体心立方晶格，间隙极小，溶碳能力极差；它强度、硬度不高，但有良好的塑性和韧性，是低温相，其显微组织和工业纯铁近似；奥氏体间隙直径较大，溶解度也稍大，强度不高但塑性很好的高温相，是热变形加工所需要的相；渗碳体是金属化合物，高硬度，高脆性，高熔点，低强度，低塑性；石墨强度、硬度、塑性都很低；在钢中不允许存在，但在铸铁中需要一定的石墨，改善切削加工性。

4、亚共析钢、共析钢及过共析钢各有什么组织组成？亚共析钢是铁素体和珠光体（F+P）；共析钢是珠光体（P）；过共析钢是珠光体和网状二次渗碳体（P+Fe3CⅡ）5、亚共晶铁、共晶铁及过共晶铁各有什么组织组成？亚共晶铁是珠光体、二次渗碳体、低温莱氏体（P+Fe3CⅡ+Ld’）；共晶铁是低温莱氏体（Ld’）；过共晶铁是低温莱氏体和一次渗碳体（Ld’+Fe3CⅠ）6、为什么铸造常选用靠近共晶成分的合金？为什么压力加工选用单相固溶成分的合金？因为共晶成分的合金液、固线温度间隔小，合金结晶范围窄，形成枝晶偏析的倾向性小，流动性好，从而减少疏松的形成。

单相固溶体合金的塑性好，变形抗力小，变形均匀，不易开裂，故压力加工性好。

另外，单相固溶体切削加工性差，表现为不易切削，工件表面粗糙度高等7、含碳量如何影响钢的组织和性能？对于钢的组织，当含碳量增高时，组织中不仅渗碳体的数量增加，而且渗碳体的存在形式也在变化，由分布在铁素体的基体内（如珠光体），变为分布在奥氏体的晶界上（Fe3C Ⅱ）。

对于钢的性能，当其基体是铁素体时，随着渗碳体数量增多，其分布越均匀，材料的强度、硬度越高，而塑性和韧性则有所下降，但当渗碳体分布在晶界，作为基体，材料的塑性和韧性大大下降。

碳含量为0.77%时，组织全为珠光体；碳含量小于0.9%时，二次渗碳体为晶界，连续网状，强度下降，但硬度上升；碳含量大于 2.11%时，组织中有以渗碳体为基的莱氏体，合金太脆；8、合金化为何可以提高金属的性能？（细晶强化，晶粒尺寸越小，阻碍位错运动的抗力越大，变形抗力越大，强度提高，同时韧性提高；）固溶体强化，溶质原子融入，造成晶格畸变，导致滑移面变得“粗糙”，增加了位错阻力，变形抗力增大，使强度、硬度升高；第二相弥散强化，金属化学物细小粒状均匀分布在固溶体的基体上，有效地阻碍了位错运动，使合金强度、硬度和耐磨性进一步提高；作业题、有形状尺寸相同的两个Cu—Ni合金铸件，一个Ni含量为90%，另一个为50%，自然冷却，问哪个偏析较严重？在50%处的液相线比90%处的间隙大，间隙越大，偏析越严重，所以50%偏析大；第五章金属的塑性变形与再结晶多晶体塑性变形的特点：不同时性、协调性、不均匀性；金属塑性：面心立方>体心立方>密排六方1、塑性变形的基本形式有哪些？滑移、孪生。

2、冷塑性变形使金属的组织与性能发生哪些变化？答：1、晶粒拉长，产生纤维组织；2、晶粒碎化，位错密度增加，产生加工硬化；3、产生变形结构；4、产生残余内应力。

3、冷塑性变形后的金属随加热温度的提高将发生哪些组织与性能改变？随加热温度的提高，冷变形金属经历三个过程：在回复过程中，晶粒组织和性能没有发生明显变化，只会使内应力及电阻率降低，耐腐蚀性得到改善；在再结晶阶段，温度进一步提高，形成等轴晶粒，位错等晶体缺陷大大减少，强度和硬度显著降低，塑性和韧性重新提高，加工硬化现象得以消除；在晶粒长大阶段，继续升高温度，晶粒继续长大，晶界的面积减少，使得组织处于更稳定的状态。

4、冷热加工如何区分？为什么热加工金属不出现加工硬化？在金属再结晶温度以上变形为热变形；在金属再结晶温度以下的变形为冷变形。

加工硬化出现的原因是金属塑性变形导致了亚结构细化，位错密度、位错运动阻力增大，同时变形抗力增加。

但热加工在变形的同时进行着动态再结晶，金属的变形抗力小，所以不会产生加工硬化。

5、为什么室温下钢的晶粒越细，强度、硬度越高，塑性、韧性越好？晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越大，需要协调的不同位向的晶粒越多，对塑性变形的抗力也越大，所以强度和硬度越高。

晶粒越细，金属单位体积内的晶粒数越多，塑性变形量就可分散在更多的晶粒中进行，就能在断裂前承受更大的变形量，同时晶粒越细，晶界阻碍裂纹扩展的作用也越强，所以塑性、韧性越好。

6、塑性变形如何提高金属的力学性能？细化晶粒（细晶强化）；形成固溶体（固溶强化）；形成第二相（弥散强化）；采用冷加工变形；第六章钢的热处理区别：退火：冷却到某温度；回火：加热到某温度；低碳钢用正火（S）；中碳钢用退火或正火；高碳钢用完全退火（P）；弹簧（亚共析）钢采用完全退火、中温回火；工具钢、高碳钢（共析、过共析）采用球化退火、低温回火；调质钢（轴类）先调质（淬火+高温回火）再表面淬火+低温回火；淬透性：指钢在淬火时获得马氏体的能力。

淬硬层深度：工件表面到半马氏体深度；淬硬性：钢淬火后所能达到的最高硬度，主要取决于M的含碳量，与淬透性无关。

回火的四个阶段：马氏体分解，残余奥氏体转变，碳化物聚集长大，α固溶体回复与再结晶.热处理只通过改变工件的组织来改变性能，并不改变其形状；只适用于固态下的相变；珠光体：状珠光体比片状具有少的相界面，故硬度、强度较低，但由于铁素体连续分布，故塑性、韧性较高；故粒状珠光体常常是高碳钢切削加工前要求获得的组织状态；粒状珠光体可以通过球化退火、片状珠光体球化、淬火组织回火（也叫回火马氏体）得到；马氏体：低碳板条状马氏体塑性、韧性相当好（正方比接近1，晶格畸变轻微，残余应力小，亚结构主要是位错），高碳片状马氏体塑性、韧性很差（亚结构主要是孪晶破坏滑移系）马氏体的塑性、韧性主要取决于亚结构；马氏体转变的特点：无扩散性、高速长大、变温形成、转变不完全；马氏体的性能：硬度主要取决于含碳量，合金元素基本不影响硬度，但可提高强度；马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起固溶强化；热处理强化只适用于固态下发生相变的材料；1、加热时奥氏体化转变过程如何完成？（不确定）奥氏体形核、奥氏体晶核长大、残余渗碳体的溶解、奥氏体均匀化；2、等温冷却时奥氏体发生哪些转变？各形成什么组织？其性能如何？珠光体类型转变、贝氏体类型转变、马氏体类型转变；珠光体：片层间距越小，强度、硬度越高，而塑性、韧性略有改善；贝氏体：上贝氏体强度、塑性都较低，无实用价值；下贝氏体除强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，具有良好综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一；马氏体：随着含碳量的增加，硬度增大但超过0.6%后变化趋于平稳；针状马氏体脆性较大，板条马氏体具有良好的塑性和韧性。

3、连续冷却时奥氏体发生哪些相变？各形成什么组织？其性能如何？发生A→P、A→M、A→F、A→B等相变；各形成珠光体、马氏体、贝氏体铁素体等；珠光体：片层间距越小，强度、硬度越高，而塑性、韧性略有改善；贝氏体：上贝氏体强度、塑性都较低，无实用价值；下贝氏体除强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，具有良好综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一；马氏体：随着含碳量的增加，硬度增大但超过0.6%后变化趋于平稳；针状马氏体脆性较大，板条马氏体具有良好的塑性和韧性。