工程材料-复习题--附答案

一、名词解释

1、合金：有两种或两种以上的元素，其中至少有一种是金属元素组成的，具有金属特性的物质；

2、固溶体：晶体结构与某一组元的晶体结构相同；

3、固溶强化：晶格畸变导致位错等缺陷运动困难，提高了塑性变形的抗力，使得强硬度升高，塑韧性有所下降的现象；

4、强度：金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力；

5、塑性：固体金属在外力作用下产生非断裂的永久变形的能力。

6、疲劳：是材料承受交变循环应力或应变时所引起的局部结构变化和内部缺陷发展的过程。

7、理论结晶温度T0与实际结晶温度Tn 的差△T 称过冷度。

8、晶粒越小，金属的强度、塑性和韧性越好。通过细化晶粒提高金属材料机械性能的方法就称为细晶强化。

9、随着温度的变化，金属在固态下由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变。

10、珠光体：是铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物。用符号P 表示。 贝氏体：是在过饱和固溶的铁素体基体上弥散分布着渗碳体。用B 表示。 马氏体：碳在e -F α中的过饱和固溶体称马氏体，用M 表示。

A ：奥氏体，e -F γ；F ：铁素体，e -F α；P ：珠光体，C F F 3e +；

Le ’：莱氏体，C F P 3e +；C F 3e ：渗碳体

11、滑移：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）发生相对的滑动。

12、孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）发生切变 。

13、晶粒变形，沿变形方向被拉长为细条状，形成纤维组织。

14、由于位错密度增加，位错发生堆积和缠结，在晶粒内部形成的亚晶粒。

15、多晶体金属形变后具有择优取向的晶体结构，称为形变织构。

16、金属材料在再结晶温度以下塑性变形时（冷塑性变形）强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象，称为加工硬化，又称冷作硬化。

17、当冷塑性变形金属加热到较高温度时，畸变晶粒通过形核及晶核长大而形成新的无畸变的等轴晶粒的过程称为再结晶。

18、能进行再结晶的最低温度称为再结晶温度。

19、在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工，称为热加工；在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工，称为冷加工，或冷塑性变形。

20、热处理：是指将金属材料在固态下加热、保温和冷却，以改变金属材料的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。

21、退火：将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却 (炉冷) 的热处理工艺。

22、正火：将钢加热到其上临界点(AC3或ACcm)温度以上30～50℃ ，保持适当时间后，在静止的空气中冷却（空冷）的热处理的工艺。

23、淬火：指将钢件加热到 Ac3 或 Ac1以上某一温度，保持一定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。

24、回火：是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的热处理工艺。

二、填空题

1、根据结合键的性质，工程材料可以分为（金属材料）、（高分子材料）、（陶瓷材料）和（复合材料）四大类。

2、一般可以把结合键分为：（金属键）、（共价键）、（离子键）和（分子键）四种。

3、纯金属中常见的晶体结构为（面心立方晶体结构）、（体心立方晶体结构）和（密排六方晶体结构）。

4、体/面心立方晶体结构晶胞中的原子数为2/4个，晶胞边长a 与原子半径r 之间的关系是a 4

2r /43r ==面体a r ，致密度为0.68/0.74。 5、根据合金中的相，合金的晶体结构可分为（固溶体）和（金属间化合物）。设纯金属A 为体心立方晶体结构，纯金属B 为面心立方晶体结构，A 和B 以一定的方式形成了合金C ，若C 为体心立方晶体结构，则C 属于（固溶体），若C 为面心立方晶体结构，则C 属于（固溶体），若C 为密排六方晶体结构，则C 属于 （金属间化合物）。

6、通过拉伸实验，在应力应变曲线上可以获得的力学性能指标包括（弹性模量/弹性/刚度/弹性比例极限/弹性极限、屈服强度、抗拉强度和断裂强度）。根据拉

伸试样可以获得的塑性指标包括（断面收缩率和伸长率）。

7、常用的硬度测试方法主要指（布氏硬度测试法）、（洛氏硬度测试法）和（维氏硬度测试法）。如果进行硬度仲裁，应选用的为（布氏硬度测试法）；如果测试显微硬度，应选用的为（维氏硬度测试法）。

8、晶体中的缺陷根据几何性质可以分为（点缺陷、线缺陷和面缺陷）。点缺陷如（空位、间隙原子、置换原子），线缺陷主要指（位错），面缺陷主要指（晶界）。

9、纯金属结晶的温度必然低于其理论结晶温度，这种现象称为（过冷现象）。

10、结晶的基本过程可分为（形核）和（长大）两个基本过程。实际金属结晶一般以（树枝晶）的方式长大。

11、单晶体塑性变形的基本方式是（滑移和孪生），其中滑移是单晶体金属塑性变形的基本方式。

12、冷塑性变形后，用于消除内应力的加热工艺称为（回复），用于消除加工硬化现象的工艺称为（再结晶）。再结晶前后及过程中，材料的晶体结构不发生变化。

13、热加工是材料在高于（再结晶温度）时的加工；冷加工是在（再结晶温度）以下的塑性加工。

14、共析钢在加热保温形成晶粒细小，成分均匀的奥氏体后，在冷却转变过程中可能发生的转变包括（珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变）。

15、钢中的常存元素是指（锰、硅、硫、磷），其中具有热脆倾向的元素是（硫），具有冷脆倾向的元素是（磷），具有降低热脆倾向的元素是（锰）。

16、20钢的含碳量约是（0.2%），T10钢的含碳量约为（1%），1Cr18Ni9Ti的含碳量为（0.1%），含Ti量约为（1%），12CrMoV的含碳量约为（0.12%）。

17、钢铁牌号Q235中的Q的是指（屈服强度），235是该材料的（最小屈服强度值）。

18、铸铁根据其中石墨的形态可分为（灰铸铁）、（球墨铸铁）、（蠕墨铸铁）和（可锻铸铁），其中（球墨铸铁）的综合力学性能最好。

19、QT400-18中QT标示该材料为（球墨铸铁），400标示该材料（最小抗拉强度）为400Mpa，18标示该材料（最小伸长率）为18%。

20、铜及铜合金按俗称可分为紫铜、黄铜、白铜和青铜。其中青铜是指除黄铜和

白铜以外的铜合金。HSn90-1标示的是含铜量为90%，含锡量为1%的黄铜。21、金属中能有效阻止位错运动的障碍有四种，因而强化机制也有四种：（固溶强化）、位错强化、（细晶强化）、第二相强化。

22、确定选材是机械设计的一项重要任务，其应遵循的基本原则是（使用性能原则）、（工艺性能原则）、经济性原则。

23、变形钢加热时要经历回复、（再结晶）和晶粒长大三个阶段

24、由于合金钢加热时奥氏体的形成和均匀化过程比碳钢（慢），所以合金钢热处理时的保温时间比碳钢（长）

25、元素以化合碳（渗碳体）形式存在，断口呈亮白色的铸铁称为（白口）铸铁。

26、将下列材料分别填到它所属的类别中

（T8，HT200，H80，LY11，9SiCr，ZG25，1Cr18Ni9Ti ）灰口铸铁（HT200），硬铝合金（L Y11），碳素工具钢（T8），黄铜（H 80），铸钢（ZG25），不锈钢（1Cr18Ni9Ti），合金刃具钢（9SiCr）。

三、选择题

1、下列选项表示的是晶面指数A

A (111) 晶面

B <111> 晶向族

C [111] 晶向

D {111} 晶面族

2、体心立方晶体结构中的原子数是B

A 1个

B 2个

C 3个

D 4个

3、下列哪一个属于晶体的缺陷C

A 裂纹

B 夹杂物

C 晶界

D 气孔

4、下列哪一个属于线缺陷：A

A 位错

B 亚晶界

C 空位

D 间隙原子

5、通过拉伸试验，可以确定的力学性能指标不包括C

A 强度

B 硬度

C 塑性

D 弹性

6、冲击试验主要测试材料在下列哪一种载荷下的力学性能B

A 静载荷

B 冲击载荷

C 交变载荷

D 多种载荷综合

7、下列哪一种材料性能不属于材料的力学性能D

A 强度

B 疲劳

C 断裂韧性

D 熔点

8、材料的韧脆转变温度可以通过下列哪一种试验方法获得D

A 冲击试验

B 拉伸试验

C 疲劳试验

D 上述都不对

9、下列哪一个过冷度计算公式是正确的B

AΔT=T0+T n B ΔT=T0-T n C ΔT=T0*T n D ΔT=T0/T n

10、下列哪一种措施可以细化晶粒B

A形成过饱和固溶B 降低过冷度 C 同素异构转变 D 再结晶退火11、已知某晶体结构密排面为4个，每个密排面上的密排方向为3个，则该晶体的滑移系为A

A 12个

B 3个

C 4个

D 上述都不对

12、已知A和B晶体的滑移系数目相同，但A的滑移方向比B多，A的滑移面比B少，则 A

A A的塑性好

B B的塑性好

C A、B塑性相同

D 上述都不对

滑移系数目↑，材料塑性↑；滑移方向↑，材料塑性↑

13、在冷塑性变形后，下列哪一种组织最不可能出现D

A形变织构 B 纤维组织 C 晶粒内亚结构 D 均匀的等轴晶

14、下列哪一个符号表示亚共析钢升温过程中完全奥氏体化的温度A

A A C3

B A C1

C A r3

D A r1

15、共析钢完全奥氏体化后，在连续冷却过程中不可能出现的组织是D

A珠光体 B 贝氏体 C 马氏体 D 残余奥氏体16、在热处理冷却转变过程中，转变温度最高的是A

A珠光体 B 贝氏体 C 马氏体 D 不确定

17、在热处理冷却转变过程中，哪一种组织的形成形态与含碳量相关C

A珠光体 B 贝氏体 C 马氏体 D 不确定

18、在热处理冷却转变过程中，哪一种转变属于扩散转变A

A珠光体 B 贝氏体 C 马氏体 D 不确定

19、下列哪一种组织的力学性能最好C

A珠光体 B 屈氏体 C 索氏体 D 不确定

20、下列哪一种组织的硬度最高C

A珠光体 B 贝氏体 C 马氏体 D 不确定

21、在热处理冷却转变过程中，哪一种组织的转变速度最快C

A珠光体 B 贝氏体 C 马氏体 D 不确定

22、在热处理冷却转变过程中，哪一种组织呈羽毛状A

A上贝氏体 B 下贝氏体 C 位错马氏体 D 孪晶马氏体23、在热处理冷却转变过程中，哪一种组织转变后的内应力最大

A珠光体 B 贝氏体 C 马氏体 D 不确定

24、球化退火的目的使把珠光体中的C

A 铁素体球化

B 残余奥氏体球化

C 渗碳体球化

D 珠光体球化

25、下列哪一种退火工艺可以消除枝晶偏析现象A

A 扩散退火

B 完全退火

C 球化退火D去应力退火

26、下列哪一种退火工艺可以消除加工硬化现象C

A 扩散退火

B 完全退火

C 再结晶退火D去应力退火

27、哪一种热处理工艺的冷却速度最慢A

A退火 B 正火 C 淬火 D 不确定

28、加热保温后，在空气中冷却的热处理工艺是B

A退火（炉冷） B 正火（空冷）C 淬火 D 不确定

29、下列哪一种热处理工艺完成后必须进行回火C

A退火 B 正火 C 淬火 D 不确定

30、下列哪一种热处理工艺是调质处理C

A淬火+低温回火B淬火+中温回火 C 淬火+高温回火D淬火+时效处理31、下列哪一种热处理工艺可以作为最终热处理B

A退火 B 正火（普通件的最终处理）C 淬火 D 都可以32、钢中的哪一种常存元素可以降低热脆倾向A

A锰 B 硅 C 硫 D 磷

33、钢中的哪一种常存元素具有冷脆倾向

A锰 B 硅 C 硫 D 磷

34、低碳钢的含碳量范围是A

A≤0.25% B 0.25%-0.6% C ≥0.60% D 不确定

35、T12的含碳量为D

A 0.12%

B 12%

C 0.012%

D 1.2%

36、共析钢的含碳量是为A

A 0.77%

B 2.11%

C 4.3%

D 16.69%

37、已知某亚共析钢金相组织中珠光体所占面积约为80%，则该钢的含碳量约为（共析钢的含碳量按0.8%）C

A 0.08

B 0.77%

C 0.64%

D 难以断定

38、下列哪一个选项是冷塑性变形后回复处理的主要目的B

A 消除加工硬化

B 消除内应力

C 细化晶粒

D 消除织构

39、中温回火转变产生物为（B ）。

A. 珠光体

B. 回火屈氏体

C. 贝氏体

D. 奥氏体

40、下列物质由液体凝固成固体的过程是结晶过程（C ）。

A. Cu、NaCl、玻璃、水银

B. 石蜡、玻璃、Cu、Al

C. Cu、Al、水银、NaCl

D. Cu、Al、NaCl、石蜡

41、在钢的热处理中A3, A C3, Ar3三者的关系是 B

A A3=A C3=Ar3；

B A C3>A3>Ar3；

C A C3＜A3＜Ar3；

D Ar3>A3> A C3

42、（D ）是机械零件的几种失效形式。

A. 铸造，机械加工，热处理

B. 疲劳，位错，应力腐蚀

C. 固溶处理，蠕变，断裂及腐蚀

D. 断裂，畸变，磨损及腐蚀

43、变形金属再结晶后，（C ）。

A. 形成等轴晶，塑性升高

B. 形成柱状晶，塑性下降

C. 形成等轴晶，强度增大

D. 形成柱状晶，强度升高

44、合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是D

A均强烈阻止奥氏体晶粒长大B均强烈促进奥氏体晶粒长大（Mn除外）

C无影响D上述说法都不全面

45、热处理的最终目的是：A

A 改善材料的性能；

B 调整材料的成分；

C 消除材料中的缺陷；

D 消除加工硬化

46、铸锭结构包括：B

A 细等轴晶区、树枝晶区、等轴晶区；

B 细等轴晶区、柱状晶区、粗等轴晶区；

C 树枝晶区、柱状晶区、等轴晶区；

D 细等轴晶区、柱状晶区、树枝晶区；

47、共析反应是：A

A. 一种固相同时转变为二种固相；

B. 二种固相同时转变为一种固相；

C.一种液相同时转变为二种固相；

D. 一种液相转变为一种固相.

48、高速切削刀具选用：C

A T8A碳素工具刚

B GCr15轴承钢

C W18Cr4V高速钢

D 9CrSi低合金工具钢

49、再结晶和重结晶都有形核与长大两个过程，主要区别在于有没有（B）改变。

A 温度

B 晶体结构

C 应力状态

D 强度

50、能使单晶体产生塑性变形的应力为：B

A 拉应力

B 切应力

C 复合应力

D 压应力

51、随冷塑性变形量增加，金属的：D 加工硬化现象

A 强度下降，塑性提高

B 强度和塑性都下降

C 强度和塑性都提高

D 强度提高，塑性下降

52、相和组织的区别是B （组织由相组成）

A 相是由组织组成的

B 一种相可能是某种组织，而组织绝对不是相

C 相是由成分、结构决定，而组织由其微观形貌决定

D相是由微观形貌决定，而组织由其由其成分、结构决定

53、金属键以下哪个说法是正确的：D

A金属键没有方向性但有饱和性 B 金属键有方向性及饱和性

C 金属键没有饱和性但有方向性

D 金属键没有方向性和饱和性

54、45号钢加热到900℃（位于A3线以上）后，若从该温随炉冷却到室温所得到的组织是（ 1 ），若从该温快速转入20℃水中冷却所得到的组织是（ 2 ）。

A. F＋P

B. A＋F

C. A

D. M

E. M＋Ar

四、是非题

1、冷却速度越快，过冷度越小。×

2、室温下金属晶粒越细，则强度越高，塑性越低。×

3、冷加工是指在低于室温时的塑性变形加工。×

4、回复可以消除金属材料在冷加工时产生的加工硬化。×

5、20钢比T12钢的碳质量分数要高。×

6、奥氏体用符号P表示。×

7、只要能够继续使用，工件就没有失效。×

8、灰铸铁中的石墨呈球状。×

9、金属化合物的晶体结构肯定与其任一组元的晶体结构不相同。√

10、滑移是金属材料发生塑性变形的主要方式。√

11、再结晶温度是指发生再结晶转变的最低温度。√

12、纯金属结晶必须有一定的过冷度。×

13、热加工是指在高于室温时的塑性变形加工。×

14、再结晶可以消除金属材料在冷加工时产生的加工硬化。√

15、金属的晶粒越大，性能越差。√

16、珠光体用符号A表示。×

17、球墨铸铁中的石墨呈球状。√

18、灰口铸铁中存在游离态的石墨。√

19、金属化合物的晶体结构与其某一组元的晶体结构相同。×

20、孪生是金属材料发生塑性变形的主要方式。×

21、金属材料发生屈服，意味着开始发生塑性变形。√

22、金属晶体是由原子通过离子键结合而成的。×

23、合金组织组成物为固溶体、金属化合物和机械混合物。√

24、原子在面心立方晶格中排列的紧密程度，比在体心立方晶格中大。√

25、氧化铝陶瓷又叫刚玉，熔点高，抗氧化性好，广泛用作耐火材料。√

26、再结晶是一种引起晶格形式改变的生核及长大过程。√

27、多晶体的晶粒越细，则强度、硬度越高，塑性韧性也越大。√

28、晶体有一定的熔点，结晶和熔化都恒定在熔点进行。×

29、冷却速度越快，越不利于铸铁的石墨化。√

30、钢的淬硬性主要取决于合金元素。√

31、渗氮处理是将活性氮原子渗入工件表层，然后再进行淬火和低温回火的一种热处理方法。×

五、综合题

1、画出典型的低碳钢拉伸实验中的应力应变曲线，在图上标注弹性变形阶段和塑性变形阶段，以及屈服强度和抗拉强度。

2、简单阐述在金属结晶过程中冷却速度、过冷度、形核率和长大速度与晶粒尺寸之间的关系，并用此关系解释铸锭的晶粒结构，提出改善铸锭晶粒结构的措施。答：冷却速度越快，过冷度越大；随着冷却速度的增大，则晶体内形核率和长大速度都加快，加速结晶过程的进行，但当冷速达到一定值以后则结晶过程将减慢；过冷度增大，ΔF大，结晶驱动力大，形核率和长大速度都大，且N的增加比G 增加得快，提高了N与G的比值，晶粒变细，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。从而影响铸锭的晶粒结构。

措施：①增大过冷度②加入孕育剂③震动搅拌

3、什么是塑性变形？金属塑性变形的基本方式有哪些？最主要的方式是什么，简述这些方式的特点和区别。

答：物质在外力的作用下产生形变，当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。

基本方式：滑移、孪生和多晶体的塑性变形。最主要的方式是滑移。

4、什么是热处理？退火、正火、淬火各自是如何冷却的，共析钢在退火、正火、淬火后获得的组织分别是什么，简单描述珠光体、贝氏体、马氏体各自的分类，

形态和性能？

答：热处理是指将金属材料在固态下加热、保温和冷却，以改变金属材料的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。

退火：炉冷；正火：空冷；淬火：浸入淬冷介质中冷却。

共析钢在退火后获得珠光体，正火后获得索氏体，等温淬火后获得下贝氏体，淬火后获得马氏体。

珠光体：珠光体（粗片状），索氏体（细片状），托氏体（极细片状）；贝氏体：上贝氏体（羽毛状），下贝氏体（针状）；马氏体（板条状和针状）。

5、简单分析亚共析钢和过共析钢淬火温度的区别及原因。

答：亚共析钢淬火通常是在Ac3以上30--50℃，过共析钢淬火通常是在Ac1以上30--50℃。

如果过共析钢加热温度超过Accm，将导致渗碳体消失，奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大针状马氏体，残余奥氏体量增多，硬度和耐磨性降低，脆性增大；如果淬火温度过低，可能得到非马氏体组织，则钢的硬度达不到要求

6、简单描述滑移的主要特点。

答：⑴滑移只在切应力作用下发生，不同金属产生滑移的最小切应力大小不同。

⑵滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果。并非是晶体两部分沿滑移面作整体的滑动。

⑶滑移造成的晶体总变形量是原子间距的整数值，不引起晶格位向的变化。

⑷滑移总是沿着晶体中原子密度最大的晶面和其上密度最大的晶向进行。

⑸滑移时晶体伴随有转动

7、铁碳相图分析

（a）画出相图并填充各相区的组织或相；

（b）画出T12钢从高温冷却至室温的冷却结晶过程曲线。

（c）计算室温时的相组成物和组织组成物的相对量。

8、分析共析钢的冷却转变：

（a）在共析钢的等温冷却转变曲线上标注转变起始线、转变终了线，珠光体转变区、贝氏体转变区和马氏体转变区

（b）简答沿着不同的冷却速度V1、V2、V3、V4、V5冷却后共析钢中的组织是什么。

9、下面为铁碳合金在平衡状态下的显微组织（为工业纯铁、45＃钢、T8钢、T12钢）；

根据各组织图中的相及组织组成物的本质、形态及分布特征，将各组织图与上述

具体材料相对应，并用箭头和代表符号标明各组织组成物，并标明该材料碳含量；根据铁碳相图，利用杠杆定律计算出室温时45＃钢相组成物和组织组成物的相对含量。（Fe3C碳质量分数6.69%，共析点碳质量分数0.77%）

(a) (b)

(c) (d)