工程材料习题与辅导第五版答案

工程材料习题1、材料的结构与性能特点1.2填空题(1)同非金属相比，金属的主要特性是(①热和电的良导体②正的电阻温度系数③不透明、有金属光泽④塑性高、强韧性好)。(2)晶体与非晶体结构上最根本的区别是(晶体内原子排列是有规则、周期性的)。(3)在立方晶系中，{120}晶面族包括((120)(102)(012))等晶面。(4)-Fe的一个晶胞内的原子数为(4)。1.3．选择正确答案(1)晶体中的位错属于：a．体缺陷b．面缺陷c.线缺陷d.点缺陷(2)在面心立方晶格中，原子密度最大的晶向是a.100b.110c.111d.120(3)在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面；a.100b.110c.111d.120(4)固溶体的晶体结构：a.与溶剂相同b．与溶质相同c．与其他晶型相同(5)间隙相的性能特点是：a．熔点高、硬度低b．硬度高、熔点低．c硬度高、熔点高1.4．综合分析题(1)在立方晶胞中画出（110）、（120）晶面和【211】、【120】晶向。（2）Fe、AI、Cu、Ni、V、Mg、Zn各属何种晶体结构？答：①体心立方：Fe、V②面心立方：Al、Cu、Ni③密排六方：Mg、Zn(6)实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷?它们对性能有什么影响?答：实际金属晶体中存在：点、线、面缺陷，引起晶格畸变。a.点缺陷：使电阻率和强度增加。b.面缺陷：使塑性、强度增加。c.线缺陷（位错）：在冷变形时，使强度增加、塑性降低。（8）什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？答：固溶强化：形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象。固溶强化原因：溶质原子引起晶格畸变，使变形抗力增加。（9）间隙固溶体和间隙相有什么不同？答：间隙固溶体：晶格类型与溶剂相同。间隙相：晶格类型与任一组元都不相同。2金属材料组织和性能的控制2.2．填空题(1)结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个过程是(形核)和（晶核长大）。(2)当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是(增加晶核数量，或阻碍晶粒长大)。(3)液态金属结晶时，结晶过程的推动力是(能量差)，阻力是(表面能)。(4)过冷度是指(理论结晶温度-开始结晶温度)，其表示符号为(T)。(5)典型铸锭结构的三个晶区分别为(表面细晶区)、(柱状晶区)和（中心等轴晶）。(6)固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度(高)。(7)固溶体出现枝晶偏析后，可用(扩散退火)加以消除。(8)一合金发生共晶反应，液相L生成共晶体()。共晶反应式为(L—（α+β）)，共晶反应的特点是(在恒温下进行，三相共存)。(9)一块纯铁在912℃发生Fe→Fe转变时，体积将(收缩)。(10)珠光体的本质是(铁素体与渗碳体机械混合物)。(11)在铁碳合金室温平衡组织中，含Fe3CⅡ最多的合金成分点为(2.11%C)，含Le′最多的合金成分点为(4.3%C)。(12)用显微镜观察某亚共析钢，若估算其中的珠光体体积分数为80%，则此钢的碳的质量分数为(0.62%C)。(13)钢在常温下的变形加工称为(冷)加工，而铅在常温下的变形加工称为(热)加工(14)造成加工硬化的根本原因是(位错运动受阻,引起塑性变形抗力增加)。(15)滑移的本质是(位错的运动)。(16)变形金属的最低再结晶温度与熔点的关系是(T再=(0.35~0.4)T熔)。(17)再结晶后晶粒度的大小主要取决于(加热温度)和(预先变形度)。(18)在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体和屈氏体的主要相同点是(F+Fe3C的两相混合物),不同点是（屈氏体的片层间距小）。(19)用光学显微镜观察，上贝氏体呈(羽毛)状，下贝氏体呈(黑色针状)状。(20)马氏体的显微组织形态主要有（板条状）、（针状）两种。其中（板条马氏体）的韧性较好。(21)钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越（靠右）,说明临界冷却速度越（小）(22)马氏体是一种(铁)磁相，在磁场中呈现磁性；而奥氏体是一种(顺)磁相，在磁场中无磁性。(23)球化退火加温温度略高于Ac1,以便保留较多的（未溶碳化物粒子）或较大的奥氏体中的（碳浓度分布不均匀），促进球状碳化物的形成。(24)球化退火的主要目的是（降低硬度）,它主要适用于（过共析钢）钢。(25)亚共析钢的正常淬火温度范围是(AC3以上30+50℃)，过共析钢的正常淬火温度范围是（AC1以上30+50℃）。(26)淬火钢进行回火的目的是(消除应力)，回火温度越高，钢的强度与硬度越(低)。(27)合金元素中，碳化物形成元素有(Mo，W，V，Nb，Ti)。(28)促进晶粒长大的合金元素有(Mn，P，B)。（29)除(Co)、(Al)外，几乎所有的合金元素都使Ms、Mf,点下降，因此淬火后相同碳质量分数的合金钢与碳钢相比，残余奥氏体（多），使钢的硬度（下降）。（30）一些含有合金元素（Mn，Cr，Ni）的合金钢，容易产生第二类回火脆性，为了消除第二类回火脆性，可采用(快冷)和(加入Mo元素)。2.3．是非题(1)凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。（×）(2)室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越低。（×）(3)在实际金属和合金中，自发生核常常起着优先和主导的作用。（×）(4)当形成树枝状晶体时，枝晶的各次晶轴将具有不同的位向，故结晶后形成的枝晶是一个多晶体。（×）(5)晶粒度级数的数值越大，晶粒越细。（√）(6)平衡结晶获得的Ni质量分数为20％的Cu-Ni合金比Ni质量分数为40％的Cu-Ni合金的硬度和强度要高。（×）(7)一个合金的室温组织为Ⅱ+（），它由三相组成。（×）(8)铁素体的本质是碳在-Fe中的间隙相。（×）(9)20钢比T12钢的碳质量分数要高。（×）(10)在退火状态(接近平衡组织)45钢比20钢的塑性和强度都高。（×）(11)在铁碳含金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为4.3％的铁碳合金才能发生共晶反应。（×）(12)滑移变形不会引起金属晶体结构的变化。（√）(13)因为B.C.C晶格与F.C.C晶格具有相同数量的滑移系，所以两种晶体的塑性变形能力完全相同。（×）(14)孪生变形所需要的切应力要比滑移变形时所需的小得多。（×）(15)金属铸件可以通过再结晶退火来细化晶粒。（×）(16)再结晶过程是有晶格类型变化的结晶过程。（×）(17)重结晶退火就是再结晶退火。（×）(18)渗碳体的形态不影响奥氏体化形成速度。（×）(19)马氏体是碳在-Fe中的过饱和固溶体。当奥氏体向马氏体转变时，体积要收缩。（×）(20)当把亚共析钢加热到Ac1和Ac3之间的温度时，将获得由铁素体和奥氏体构成的两相组织，在平衡条件下，其中奥氏体的碳质量分数总是大于钢的碳质量分数。（×）(21)当原始组织为片状珠光体的钢加热奥氏体化时，细片状珠光体的奥氏体化速度要比粗片状珠光体的奥氏体化速度快。（√）(22)当共析成分的奥氏体在冷却发生珠光体转变时，温度越低，其转变产物组织越粗。（×）(23)在碳钢中，共析钢的淬透性最好。（√）(24)高合金钢既具有良好的淬透性，也具有良好的淬硬性。（×）(25)经退火后再高温回火的钢，能得到回火索氏体组织，具有良好的综合机械性能。（×）(26)调质得到的回火索氏体和正火得到的索氏体形貌相似，渗碳体形态一样。（×）(27)在同样淬火条件下，淬透层深度越大，则钢的淬透性越好。（√）(28)感应加热过程中，电流频率愈大，电流渗入深度愈小，加热层也愈薄。（√）(29)表面淬火既能改变钢的表面组织，也能改善心部的组织和性能。（×）(30)所有的合金元素都能提高钢的淬透性。（×）(31)合金元素Mn、Ni、N可以扩大奥氏体区。（√）(32)合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。（×）(33)60Si2Mn钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。（×）(34)所有的合金元素均使Ms、Mf下降。（×）2.4．选择正确答案(1)金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将a．越高b．越低c.越接近理论结晶温度(2)为细化铸造金属的晶粒，可采用：a．快速浇注b．加变质剂c以砂型代金属型(3)在发生L→()共晶反应时，三相的成分：a．相同b．确定c.不定(4)共析成分的合金在共析反应→()刚结束时，其组成相为a．+b．c.()(5)奥氏体是：a．碳在Fe中的间隙固溶体b.碳在-Fe中的间隙固溶体c．碳在-Fe中的有限固溶体(6)珠光体是一种：a．单相固溶体b两相混合物c．Fe与C的化合物(7)T10钢的碳质量分数为：a．0.1％b.1.0％c.10％(8)铁素体的机械性能特点是a．强度高、塑性好、硬度低b.强度低、塑性差、硬度低c．强度低、塑性好、硬度低(9)面心立方晶格的晶体在受力变形时的滑移面是a.﹛100﹜b.﹛111﹜c.﹛110﹜(10)体心立方晶格的晶体在受力变形时的滑移方向是a．〈100〉b．〈111〉c.〈110〉(11)变形金属再结晶后：a．形成等轴晶，强度增大b.形成柱状晶，塑性下降c．形成柱状晶，强度升高d.形成等轴晶，塑性升高(12)奥氏体向珠光体的转变是：a.扩散型转变b．非扩散型转变c.半扩散型转变(13)钢经调质处理后获得的组织是：a.回火马氏体b．回火屈氏体c．回火索氏体(14)共析钢的过冷奥氏体在550～350~C的温度区间等温转变时，所形成的组织是a．索氏体b.下贝氏体c．上贝氏体d.珠光体(15)若合金元素能使C曲线右移，钢的淬透性将a．降低b.提高c．不改变d.降低还是提高不确定(16)马氏体的硬度取决于a．冷却速度b.转变温度c．碳质量分数(17)淬硬性好的钢：a．具有高的合金元素质量分数b.具有高的碳质量分数c．具有低的碳质量分数(18)对形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时，应选用：a．高淬透性钢b．中淬透性钢c．低淬透性钢(19)直径为10mm的40钢的常规淬火温度大约为：a．750°Cb．850°Cc．920°C(20)直径为10mm的40钢在常规淬火温度加热后水淬后的显微组织为a．马氏体b．铁素体+马氏体c．马氏体+珠光体(21)完全退火主要适用于a．亚共析钢b.共析钢c.过共析钢(22)钢的回火处理是在：a．退火后进行b.正火后进行c．淬火后进行(23)20钢的渗碳温度范围是a．600～650°Cb.800～820°Cc．900～950°Cd.1000～1050°C(24)钢的淬透性主要取决于：a．钢中碳质量分数b.冷却介质c.钢中合金元素种类和质量分数(25)钢的淬硬性主要取决于：a．钢中碳质量分数b.冷却介质c．钢中合金元素种类和质量分数2.5综合分析题(3)在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能,细化晶粒、提高金属材料使用性能的措施有哪些?(4)如果其他条件相同，试比较在下列铸造条件下铸件晶粒的大小：①砂模浇注与金属模浇注；②变质处理与不变质处理；③铸成厚件与铸成薄件；④浇注时采用震动与不采用震动。答：（1）金属模浇注晶粒尺寸小于砂模浇注，原因是金属模冷却速度大，过冷度大，核率高。（2）变质处理晶粒细小，原因是变质处理增加了非自发形核率，促进形核；（3）铸成薄件晶粒细小，原因是薄件散热速度大，增加形核率；（4）采用振动晶粒细小，振动打碎粗大枝晶，促进非均匀形核。(14)金属塑性变形后组织和性能会有什么变化?(26)为什么钢件淬火后一般不直接使用，需要进行回火?(27)直径为6mm的共析钢小试样加热到相变点A1以上30°C，用图1-4所示的冷却曲线进行冷却，试分析其所得到的组织，说明各属于什么热处理方法。答：a-单液淬火M+A’b-分级淬火M+A’c-油冷淬火T+M+A’d-等温淬火下Be-正火Sf-完全退火Pg-等温退火P(29)确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织：①经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度；②ZG35的铸造齿轮；③锻造过热的60钢锻坯；④改善T12钢的切削加工性能。答：（1）再结晶退火（2）扩散退火（3）完全退火（4）球化退火(30)说明直径为6mm的