《金屬材料及熱處理》期末復(fù)習(xí)試題部分有答案

哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2012/2013學(xué)年秋季學(xué)期

金屬學(xué)及熱處理A.試題卷（A）

考試形式（開(kāi)、閉卷）：閉卷答題時(shí)間：120（分鐘）本卷面成績(jī)占課程成績(jī)&%

題卷面平時(shí)課程

—■=

號(hào)1四五七八

總分成績(jī)總成績(jī)

分

數(shù)

一、名詞解釋（每題2分，共40分）

得分

湍

1.固溶體

2.晶胞

3.結(jié)構(gòu)起伏

遵

守4.枝晶偏析

考

試5.珠光體

紀(jì)

律

6.滑移

注

意

7.細(xì)晶強(qiáng)化

行

為

規(guī)

范

出題教師簽字:教研室主任簽字:第1頁(yè)（共27頁(yè)）

8.回復(fù)

9.慣析面

10.球化退火

11.時(shí)效強(qiáng)化

12.離異共晶

13.三次滲碳體

14.超塑性

15.淬透性

16.中溫回火

17.剛度

18.調(diào)質(zhì)

19.軟位向

20.下貝氏體

二、簡(jiǎn)答題（每題6分，共24分）

得分

1.影響置換固溶體固溶度的因素有哪些?

2.簡(jiǎn)述滑移與李生的異同，比較它們?cè)谒苄巫冃芜^(guò)程中的作用？

3.試推導(dǎo)球狀晶核在液相中形成時(shí)的臨界形核半徑及形核功?

4.簡(jiǎn)述不同溫度下的回復(fù)機(jī)制？

三、計(jì)算題（第一題10分,第二題12分,共22分）

得分

1.畫出純銅晶體的一個(gè)晶胞并完成下列工作:

（1）計(jì)算其致密度。

（2）求（121）與（100）決定的晶帶軸與（001）和（111）所決定的晶帶軸

所構(gòu)成的晶面的晶面指數(shù)。

2.繪制鐵碳平衡相便并標(biāo)出圖中各區(qū)相組成；寫出包晶反應(yīng)、共晶反應(yīng)、共析

反應(yīng)的反應(yīng)式并注明反應(yīng)溫度。試分析含碳量為0.40wt.%的鐵碳合金冷卻時(shí)的

組織轉(zhuǎn)變過(guò)程并計(jì)算鋼中組織組成物（先共析鐵素體和珠光體）和相組成物（鐵

素體和滲碳體）的相對(duì)含量。

四、論述題(每題14分，共14分)

普通車床的主軸要求具備較好的綜合力學(xué)性能，一般選用中碳合金鋼40Cr

(0.4%C)制造，加工工藝路線如下：鍛造—正火-＞切削加工一淬火-＞回火一

精磨一裝配.

1.若不經(jīng)正火工藝，會(huì)對(duì)零件的組織與性能產(chǎn)生什么影響？

2.淬火加熱的臨界溫度應(yīng)如何選擇？淬火得到什么組織？

3.選擇什么溫度回火？與淬火組織相比，回火組織的性能有什么變化？

4.在不考慮成本的前提下，要想進(jìn)一步提高軸頸表面的耐磨性，請(qǐng)你推薦其他

的強(qiáng)化方法并簡(jiǎn)述理由？

哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2012/2013學(xué)年秋季學(xué)期

金屬學(xué)及熱處理A試題卷（A）參考答案

考試形式（開(kāi)、閉卷）：閉卷答題時(shí)間：120（分鐘）本卷面成績(jī)占課程成績(jī)&%

題卷面平時(shí)課程

—■=

號(hào)1四五七八

總分成績(jī)總成績(jī)

分

數(shù)

一、名詞解釋（每題2分，共40分）

得分

1.固溶體：一種或多種溶質(zhì)原子溶入主組元（溶劑組元）的晶格中且仍保持溶劑

組元晶格類型的一類固態(tài)物質(zhì)。

2.晶胞：晶格最小的空間單位。一般為晶格中對(duì)稱性最高、體積最小的某種平

行六面體。

3.結(jié)構(gòu)起伏：熔體中原子的熱運(yùn)動(dòng)和相互作用力導(dǎo)致的原子團(tuán)分布不均勻現(xiàn)

象。

4.枝晶偏析：合金以樹(shù)枝狀凝固時(shí):枝晶干中心部位與枝晶間的溶質(zhì)濃度明顯

不同的成分不均勻現(xiàn)象。

5.珠光體：奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的鐵素體與滲碳體的共析體。

6.滑移：晶體相鄰部分在切應(yīng)力作用下沿一定晶體學(xué)平面和方向的相對(duì)移動(dòng)。

是金屬晶體塑性變形的主要方式。

7.細(xì)晶強(qiáng)化：通過(guò)細(xì)化晶粒而使金屬材料力學(xué)性能提高的方法稱為細(xì)晶強(qiáng)化，

工業(yè)上將通過(guò)細(xì)化晶粒以提高材料強(qiáng)度。

8.回復(fù)：經(jīng)冷塑性變形的金屬在加熱時(shí)，在光學(xué)顯微組織發(fā)生改變之前所發(fā)生

的某些亞結(jié)構(gòu)和性能的變化過(guò)程。

9.慣析面：固態(tài)相變時(shí)新相往往沿母相的一定晶面優(yōu)先形成，該晶面被稱為慣

析面。

10.球化退火:將鋼加熱到Acl以上20?30℃,保溫一段時(shí)間,然后緩慢冷卻

到略低于Ari的溫度，并停留一段時(shí)間，使組織轉(zhuǎn)變完成，得到在鐵素體基體

上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織。

11.時(shí)效強(qiáng)化：合金元素經(jīng)固溶處理后，獲得過(guò)飽和固溶體。在隨后的室溫放

置或低溫加熱保溫時(shí)，第二相從過(guò)飽和固溶體中析出，引起強(qiáng)度，硬度以及物

理和化學(xué)性能的顯著變化，這一過(guò)程被稱為時(shí)效強(qiáng)化。

12.離異共晶：有共晶反應(yīng)的合金中，如果成分離共晶點(diǎn)較遠(yuǎn)，由于初晶相數(shù)

量較多，共晶相數(shù)量很少，共晶中與初晶相同的那一相會(huì)依附初晶長(zhǎng)大，另外

一個(gè)相單獨(dú)分布于晶界處，使得共晶組織的特征消失，這種兩相分離的共晶稱

為離異共晶。

13.三次滲碳體：從鐵素體F中析出的滲碳體叫三次滲碳體

14.超塑性：超塑性是指材料在一定的內(nèi)部條件和外部條件下，呈現(xiàn)出異常低

的流變抗力、異常高的流變性能的現(xiàn)象。

15.淬透性：表示鋼在一定條件下淬火時(shí)獲得淬硬層（馬氏體層）深度。它是

衡量各個(gè)不同鋼種接受淬火能力的重要指標(biāo)之一。

16.中溫回火：回火溫度范圍為350-500攝氏度，回火后的組織為回火屈氏體

17.剛度：機(jī)械零件或構(gòu)件抵抗彈性變形的能力。

18.調(diào)質(zhì)：淬火加高溫回火的綜合熱處理工藝。

19.軟位向：滑移時(shí)臨界分切應(yīng)力中取向因子取極大值對(duì)應(yīng)的屈服強(qiáng)度最低叫

軟位向。

20.下貝氏體：當(dāng)過(guò)冷奧氏體的溫度下降到350至230℃范圍時(shí)，所形成的產(chǎn)

物叫下貝氏體，是由含碳過(guò)飽和的片狀鐵素體和其內(nèi)部沉淀的碳化物組成的機(jī)

械混合物。

二、簡(jiǎn)答題(每題6分，共24分)

得分

1.影響置換固溶體固溶度的因素有哪些？

答：影響固溶度的因素很多，主要包括以下幾方面：

(1)組兀的晶體結(jié)構(gòu)類型。晶體結(jié)構(gòu)類型相同時(shí)組兀問(wèn)形成無(wú)限固溶體的必要條

件。溶質(zhì)與溶劑品格結(jié)構(gòu)相同則固溶度大，反之較小。

(2)原子尺寸因素。從晶體穩(wěn)定的觀點(diǎn)看，相互替代的原子或離子尺寸愈接近,

則固溶體愈穩(wěn)定。在其他條件相同的情況下，原子半徑差小時(shí)，有利于形成

溶解度較大的固溶體。

(3)電負(fù)性。只有電負(fù)性相近的元素才有可能有大的溶解度。

(4)電子濃度因素。在研究IB族貴金屬(Cu基、Ag基、Au基等)固溶體時(shí)，

發(fā)現(xiàn)在尺寸因素比較有利的情況下，溶質(zhì)的原子價(jià)越高，則其在Cu、Ag、

Au中的溶解度越小。溶質(zhì)原子價(jià)的影響實(shí)質(zhì)上是由電子濃度所決定的。

2.簡(jiǎn)述滑移與李生的異同，比較它們?cè)谒苄巫冃芜^(guò)程中的作用？

答：滑移：一部分晶體沿滑移面相對(duì)于另一部分晶體作切晶體作切變，切變時(shí)

原子移動(dòng)的距離是滑移方向原子間距的整數(shù)倍；滑移面兩側(cè)晶體位向不變；滑

移所造成的臺(tái)階經(jīng)拋光后，即使侵蝕也不會(huì)重現(xiàn)；滑移是一種不均勻切變，它

只集中在某一些晶面上大量進(jìn)行，而各滑移帶之間的晶體并沒(méi)發(fā)生滑移。

與之相對(duì)應(yīng)，李生主要區(qū)別如下：

季生：一部分晶體沿李晶面相對(duì)于另一部分晶體作切晶變，切變時(shí)原子移

動(dòng)距離不是李生方向原子間距的整數(shù)倍；攣生面兩邊晶體位向不同，成鏡面對(duì)

稱；李晶經(jīng)拋光后仍能顯現(xiàn)，攣生改變晶體雙向；攣生是一種均勻切變，即在

切變區(qū)內(nèi)，與攣晶面平行的每一層原子面均相對(duì)于其比鄰晶面沿?cái)伾较蛭灰?/p>

了一定距離。

3.試推導(dǎo)球狀晶核在液相中形成時(shí)的臨界形核半徑及形核功?

答：AG=—Jiry\G+

3v

令華=0可得：臨界形核半徑〃=一上二

drAGV

將八代入AG中可得臨界形核功

]6的‘

△G'=

2

3(AGV)

4.簡(jiǎn)述不同溫度下的回復(fù)機(jī)制？

答：(1)低溫回復(fù)：主要涉及點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)，空位或間隙原子移動(dòng)到晶界或?yàn)殄e(cuò)

處消失。空位與間隙原子的相遇復(fù)合，空位集結(jié)形成空位對(duì)或空位片，使點(diǎn)缺

陷密度大大下降。

(2)中溫回復(fù)：隨溫度升高，原子活動(dòng)能力增強(qiáng)，位錯(cuò)可以在滑移面上滑移

或交滑移，使異號(hào)位錯(cuò)相遇相消，位錯(cuò)密度下降，位錯(cuò)纏結(jié)內(nèi)部重新排列組合,

使亞晶規(guī)整化。

(3)高溫回復(fù)：原子活動(dòng)能力進(jìn)一步增強(qiáng)，位錯(cuò)除滑移外，還可攀移，主要

機(jī)制是多變化。

三、計(jì)算題(第一題10分,第二題12分,共22分)

得分

1.畫出純銅晶體的一個(gè)晶胞并完成下列工作：

(1)計(jì)算其致密度。

答：銅具有面心立方結(jié)構(gòu)，其晶胞如右圖所示

,43

」.一,nV.Q

致密度K=-L=-—

V/

/4,行、3

4x———a)'

.34

=0.74

(2)求(121)與(100)決定的晶帶軸與(001)和(111)所決定的晶帶軸

所構(gòu)成的晶面的晶面指數(shù)。

(121)晶面與(100)晶面的晶帶軸為［01-2］;

(001)晶面與(111)晶面的晶帶軸為［-110］;

［01-2］晶帶軸與［-110］晶帶軸所構(gòu)成的晶面的晶面指數(shù)為(221)

2.繪制鐵碳平衡相便并標(biāo)出圖中各區(qū)相組成；寫出包晶反應(yīng)、共晶反應(yīng)、共析

反應(yīng)的反應(yīng)式并注明反應(yīng)溫度。試分析含碳量為0.40wt.%的鐵碳合金冷卻時(shí)的

組織轉(zhuǎn)變過(guò)程并計(jì)算鋼中組織組成物(先共析鐵素體和珠光體)和相組成物(鐵

素體和滲碳體)的相對(duì)含量。

答：鐵碳平衡相圖如下圖所示

其中：包晶反應(yīng)：品+詼一九1495℃

共晶反應(yīng)：屋—九+屬3c1148℃

共析反應(yīng)：%—+民3c727℃

含碳量為0.40wi.%的鐵碳合金冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變過(guò)程如下：首先發(fā)生勻晶

轉(zhuǎn)變從液相中析出8固溶體，冷卻至1495℃時(shí)發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變形成奧氏體，但

由于鋼中的含碳量大于0.17%,所以包晶轉(zhuǎn)變結(jié)束后仍有液相存在，這些殘余

的液相在隨后的冷卻過(guò)程中繼續(xù)結(jié)晶成奧氏體；單相的奧氏體在冷卻過(guò)程中在

晶界上開(kāi)始析出鐵素體，隨溫度的不斷降低先共析鐵素含量逐漸增加，當(dāng)溫度

降至727。（？時(shí)，發(fā)生共析反應(yīng)形成珠光體，最終該鋼在室溫下的組織由先共析

鐵素體和珠光體所組成。

鋼中組織組成物的相對(duì)含量如下:

0.77-0.40

%x100%=49.5%

0.77-0.0218

%=1-49.5%=50.5%

鋼中相組成物的相對(duì)含量如下:

6.69-0.40

①ax100%=94.3%

6.69-0.0218

①行=1—94.3%=5.7%

四、論述題（每題14分，共14分）

普通車床的主軸要求具備較好的綜合力學(xué)性能，一般選用中碳合金鋼40Cr

（0.4%C）制造，加工工藝路線如下：鍛造—正火-＞切削加工一淬火-＞回火一

精磨一裝配.

1.若不經(jīng)正火工藝，會(huì)對(duì)零件的組織與性能產(chǎn)生什么影響？

2.淬火加熱的臨界溫度應(yīng)如何選擇？淬火得到什么組織？

3.選擇什么溫度回火？與淬火組織相比，回火組織的性能有什么變化？

4.在不考慮成本的前提下，要想進(jìn)一步提高軸頸表面的耐磨性，請(qǐng)你推薦其他

的強(qiáng)化方法并簡(jiǎn)述理由？

答：

I.因40Cr鋼經(jīng)鍛造后呈現(xiàn)纖維狀鍛造組織,由于加工硬化導(dǎo)致材料硬度升高,

不利于后續(xù)的切削加工。

2.淬火加熱溫度一般選取Ac3或Acl以上一定溫度，然后以大于臨界淬火速

度冷卻，經(jīng)淬火后得到的組織為馬氏體或貝氏體組織。

3.由于40Cr鋼屬于中碳鋼且用于車床主軸，故淬火后應(yīng)選擇在500?650。（2進(jìn)

行高溫回火，及調(diào)質(zhì)處理以獲得強(qiáng)度、塑形和韌性均較好的綜合機(jī)械性能。

與淬火組織相比，高溫回火后的組織為回火索氏體。

4.在不考慮成本的前提下，通過(guò)以下途徑可以提高軸頸表面的耐磨性：表面

淬火、滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲銘、熱噴涂、離子注入以及激光

表面改性等。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2012/2013學(xué)年秋季學(xué)期

金屬學(xué)及熱處理A.試題卷（B）

考試形式（開(kāi)、閉卷）：閉卷答題時(shí)間：120（分鐘）本卷面成績(jī)占課程成績(jī)&%

題卷面平時(shí)課程

—■=

號(hào)1四五七八

總分成績(jī)總成績(jī)

分

數(shù)

一、名詞解釋（每題2分，共40分）

得分

1.相

2.晶格

3.成分起伏

4.宏觀偏析

5.馬氏體

6.攣生

7.細(xì)晶強(qiáng)化

8.再結(jié)晶

9.共晶反應(yīng)

10.完全退火

11.正火

12.索氏體

13.二次滲碳體

14.超塑性

15.淬硬性

16.低溫回火

17.剛度

18.調(diào)質(zhì)

19.硬位向

20.固態(tài)相變

二、簡(jiǎn)答題（每題6分，共24分）

得分

1.為什么金屬具有光澤、延展性及正的電阻溫度系數(shù)、導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性?

2.為什么碳在y-Fe中的溶解度較其在a-Fe中的溶解度大?

3.影響形核率的因素?

4.簡(jiǎn)述多晶體塑形變形的特點(diǎn)？

三、計(jì)算題（第一題10分,第二題12分,共22分）

得分

1.計(jì)算面心立方、體心立方和密排六方晶胞的致密度。

2.碳鋼在平衡冷卻條件下.所得顯微組織中，含有50%的珠光體和50%的鐵素

體，問(wèn)：（1）此合金中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少？（2）若該合金加熱到730℃,在平

衡條件下將獲得什么組織?（3）若加熱到850℃,又將得到什么組織？

四、論述題（每題14分，共14分）

塑料注塑機(jī)中的注塑螺桿一般用38CrMoAl鋼制造，既要有一定的強(qiáng)度，又要

有較高的表面硬度和耐磨性。該桿的制造過(guò)程大致分為以下幾個(gè)步驟：毛坯一

鍛造一熱處理⑴一粗加工一熱處理（2）一精加工一表面滲氮一熱處理⑶一成

品。請(qǐng)列出熱處理（1）、（2）、（3）的工藝名稱、熱處理目的，并繪出這三種熱處

理的工藝曲線。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）/學(xué)年季學(xué)期

金屬材料及熱處理試題卷（樣題）

考試形式（開(kāi)、閉卷）：閉卷答題時(shí)間：120（分鐘）本卷面成績(jī)占課程成績(jī)/%

n|r>題—■"[=四五六七卷面平時(shí)課程

於號(hào)

總分成績(jī)總成績(jī)

分

數(shù)

一、填空題（每空1分，共3（）分）得分

1、鋁的單晶體中原子排列密度最高的晶面是,其原子半徑可用晶格常數(shù)a

表示為O

疝

2、金屬結(jié)晶一般包含與兩個(gè)階段，結(jié)晶時(shí)液相必須有足

夠的,同時(shí)需要與其相適應(yīng)的起伏與起伏。

遵對(duì)于合金，液相結(jié)晶時(shí)還應(yīng)該具備起伏。

守

3、從相的結(jié)構(gòu)來(lái)看，鋼中的鐵素體是一種，滲碳體是一種

考

試

紀(jì)4、二元共晶轉(zhuǎn)變的反應(yīng)式可以寫為o

律

5、金屬晶體塑性變形的主要方式是________________,體心立方點(diǎn)陣的晶體中，滑移阻力最

注

小的晶面為,晶向是O

意

行6、表現(xiàn)出較高強(qiáng)度和韌性的鋼中馬氏體具有狀的形態(tài)，其亞結(jié)構(gòu)是高密度的

為。貝氏體的形成溫度通常在以下以

規(guī)上。可以采用的方法獲得綜合力學(xué)性能優(yōu)異的下貝氏體組

范

織。

7、38CrMoAl中含碳,含Cr。

8、通常情況下，建筑塔吊的使用組織是_________________________，彈簧使用的組織是

，滾動(dòng)軸承使用的組織是。

9、形石墨對(duì)鑄鐵基體的削弱作用最小，鑄鐵可以進(jìn)行整體淬

火回火處理，用于制造一些重要的機(jī)器零件。

10、根據(jù)加工工藝不同，鋁合金可以分為和

11、鋼中含有雜質(zhì)P會(huì)造成鋸的,而S雜質(zhì)會(huì)造成鋼的

二、名詞解釋（每題2分，共10分）得分

1、合金

2、枝晶偏析

3、臨界冷卻速度

4、回復(fù)

5、回火脆性

三、判斷題（每題1分，共10分）

得分

1、當(dāng)液相的溫度梯度為正時(shí)，合金結(jié)晶時(shí)的界面以平面狀推移。（）

2、通常元素的擴(kuò)散能力越差，越容易產(chǎn)生枝晶偏析，反映在相圖中液固相線水平距離越大，

偏析越嚴(yán)重。（）

3、k0>l時(shí)，自左向右定向凝固的合金棒中出現(xiàn)左端溶質(zhì)含最低、右端溶質(zhì)含量高的現(xiàn)象屬于

正偏析。（）

4、合金結(jié)晶的溫度范圍越大，流動(dòng)性越好，越容易形成集中縮孔。（）

5、只有共晶點(diǎn)成分的合金才會(huì)在結(jié)晶時(shí)得到全部共晶體的組織。（）

6、固溶體結(jié)晶一定溫度下固相與液相平衡時(shí)，兩相的化學(xué)成分相同。（）

7、固溶體的力學(xué)性能往往接近其溶劑組元構(gòu)成的金屬，既有一定的強(qiáng)度同時(shí)還保持一定的韌

性。（）

8、含有Ti、Zr、V等元素的合金鋼在熱處理時(shí)容易得到細(xì)小的奧氏體晶粒。

（）

9、同一種鋼，水冷獲得的冷卻速度比油冷更大，所以水冷時(shí)獲得的淬透性更好。

（）

10、馬氏體中的含碳量越高，c/a越大。（）

得分

四、根據(jù)Fe—Fe3c相圖，回答以下問(wèn)題（10分）

1、判斷1495C,727c水平線上發(fā)生轉(zhuǎn)變的類型，寫出其轉(zhuǎn)變式4分

2、分析Wc=1.2%的鐵碳合金平衡凝固條件下室溫組織的形成過(guò)程。4分

3、計(jì)算2中室溫顯微組織中各組織組成體的相對(duì)含量2分

"FcjC

a+Fe3c

56669

圖1