材料科学基础试卷和答案大连交通大学市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

材料科学基础材料科学基础 C C 小小 考考10/10/1Dalian Jiaotong University第1页一、名词解释一、名词解释1.马氏体马氏体2.固溶体固溶体3.固溶强化固溶强化4.调质处理调质处理5.变质处理变质处理6.细晶强化细晶强化7.莱氏体莱氏体8.退火退火9.正火正火10.冷处理冷处理10/10/2Dalian Jiaotong University第2页二、填空二、填空（40个空）个空）1）布布拉拉菲菲点点阵阵共共有有 种种，归归纳纳为为 个个晶晶系系；面面心心立立方方结结构构单单个个晶晶胞胞中中原原子子数数为为 ，密密排排六六方方结结构构单单个个晶晶胞胞中中原原子子数数为为 。2）金金属属结结晶晶热热力力学学条条件件是是 ，结结构构条条件件是是 ，确确保晶体生长动力学条件是保晶体生长动力学条件是 。3）晶晶粒粒大大小小对对金金属属性性能能有有很很大大影影响响，细细化化结结晶晶晶晶粒粒度度惯惯用用方方法法有：有：_、_、_。4）共析钢奥氏体形成过程分为四个阶段，依次为）共析钢奥氏体形成过程分为四个阶段，依次为_，_，_，_。5）钢钢中中马马氏氏体体两两种种基基本本形形态态为为_，_；含含碳碳量量较较高高时时，马马氏氏体体呈呈_晶晶格格；奥奥氏氏体体含含碳碳量量越越高，高，Ms越越_；马氏体硬度主要取决于；马氏体硬度主要取决于_。10/10/3Dalian Jiaotong University第3页6）几几乎乎全全部部合合金金元元素素溶溶入入奥奥氏氏体体都都会会使使C-曲曲线线_移移、临临界冷却速度界冷却速度_、淬透性、淬透性_。7）固固溶溶体体晶晶格格类类型型与与_相相同同。铁铁素素体体具具为为_结结构构，奥氏体具为奥氏体具为_结构，渗碳体具为结构，渗碳体具为_结构。结构。8）冷冷变变形形金金属属在在退退火火过过程程中中，伴伴随随温温度度升升高高，依依次次会会发发生生_，_和和_三个过程。三个过程。9）在在铁铁碳碳合合金金中中，伴伴随随碳碳含含量量增增加加，渗渗碳碳体体相相对对量量_。渗渗碳碳体体作作为为一一个个组组织织有有五五种种形形式式，分分别别称称为为_，_，_，_，_。10）按按位位错错线线与与柏柏氏氏矢矢量量之之间间关关系系，晶晶体体中中位位错错可可分分为为 _、_和和_三三大大类类。单单位位长长度度位位错错能能量量与与 _ 成正比。成正比。10/10/4Dalian Jiaotong University第4页三、判断题三、判断题 1二二元元合合金金二二相相平平衡衡转转变变是是在在恒恒温温下下进进行行；三三元元合合金金三三相相平平衡衡转变是在恒温下进行。转变是在恒温下进行。（）2伴随含碳量增加铁碳合金强度、硬度一直是增加。伴随含碳量增加铁碳合金强度、硬度一直是增加。（）3热热处处理理强强化化只只适适合合用用于于固固态态下下发发生生相相变变材材料料，不不发发生生固固态态相相变材料不能用热处理来强化。变材料不能用热处理来强化。（）4只只有有共共析析钢钢中中才才能能发发生生共共析析转转变变、共共晶晶铸铸铁铁中中才才能能发发生生共共晶晶转变。转变。（）5在在金金属属晶晶体体中中，原原子子排排列列最最紧紧密密晶晶面面间间距距离离最最小小，所所以以这这些些晶面间难以发生滑移。晶面间难以发生滑移。（）6水中淬火比油中淬火淬透性高。水中淬火比油中淬火淬透性高。（）10/10/5Dalian Jiaotong University第5页 7从从扩扩散散角角度度讲讲，珠珠光光体体转转变变是是扩扩散散型型转转变变，马马氏氏体体转转变变是是非非扩散型转变。扩散型转变。（）8置换固溶体较间隙固溶体固溶强化效果大。置换固溶体较间隙固溶体固溶强化效果大。（）9冷冷变变形形金金属属再再结结晶晶退退火火后后，晶晶粒粒形形状状和和晶晶格格结结构构都都发发生生了了很很大改变，所以性能发生了突变。大改变，所以性能发生了突变。（）10钢中碳含量越高，则正常淬火温度越高。钢中碳含量越高，则正常淬火温度越高。（）四、简明回答四、简明回答1为何晶粒越细钢强度、硬度越高而且塑性、韧性越好？为何晶粒越细钢强度、硬度越高而且塑性、韧性越好？2塑性变形对金属组织和性能有何影响？塑性变形对金属组织和性能有何影响？3为何钢淬火后要回火？回火后组织和性能有哪些改变？为何钢淬火后要回火？回火后组织和性能有哪些改变？10/10/6Dalian Jiaotong University第6页五、五、依据依据AB二元相图二元相图 1）写出图中液相线、固相线、）写出图中液相线、固相线、和和相溶解度曲线、全部两相相溶解度曲线、全部两相区及三相恒温转变线；区及三相恒温转变线；2）平衡凝固时，计算）平衡凝固时，计算A-25B(wt)合金合金(yy线线)凝固后初晶凝固后初晶相在铸锭中相对量；相在铸锭中相对量；3）画出上述合金冷却曲线及室温组织示意图。）画出上述合金冷却曲线及室温组织示意图。10/10/7Dalian Jiaotong University第7页六、六、依据依据A-B-C三元共晶投影图，分析合金三元共晶投影图，分析合金O结晶过程，绘出冷结晶过程，绘出冷却曲线和室温下组织示意图，并求出结晶完成后组织组成物和却曲线和室温下组织示意图，并求出结晶完成后组织组成物和相组成物含量，作出相组成物含量，作出Bb变温截面。变温截面。BACEE1E3E2Ob10/10/8Dalian Jiaotong University第8页七、七、画共析钢画共析钢TTT曲线上并给出取得以下组织冷却方式：曲线上并给出取得以下组织冷却方式：(1)P (2)B下下 (3)B下下+M+A (4)P+B+M+A (5)M+A 以上为全部试题以上为全部试题10/10/9Dalian Jiaotong University第9页试题参考解答试题参考解答10/10/10Dalian Jiaotong University第10页一、名词解释一、名词解释1.马氏体：马氏体：过冷奥氏体在较低温下经过切变进行点阵重构，过冷奥氏体在较低温下经过切变进行点阵重构，而无成份改变非扩散型转变产物。钢中马氏体实际上是碳而无成份改变非扩散型转变产物。钢中马氏体实际上是碳在在-Fe中过饱和间隙固溶体。中过饱和间隙固溶体。2.固溶体：固溶体：晶体结构与组成合金某一组元晶体结构相同合金晶体结构与组成合金某一组元晶体结构相同合金相。相。3.固溶强化：固溶强化：经过形成固溶体使材料强度、硬度提升，而塑经过形成固溶体使材料强度、硬度提升，而塑性、韧性有所下降现象。性、韧性有所下降现象。4.调质处理：调质处理：淬火加高温回火相结合热处理工艺。淬火加高温回火相结合热处理工艺。5.变质处理：变质处理：在浇铸前向液态金属中加入形核剂，促进形成在浇铸前向液态金属中加入形核剂，促进形成大量非均匀晶核来细化晶粒方法。大量非均匀晶核来细化晶粒方法。6.细晶强化：细晶强化：经过细化晶粒增加晶界提升强度方法。经过细化晶粒增加晶界提升强度方法。7.莱氏体：莱氏体：铁碳合金共晶转变形成奥氏体和渗碳体两相混合铁碳合金共晶转变形成奥氏体和渗碳体两相混合物。物。10/10/11Dalian Jiaotong University第11页8.退火：退火：将钢加热到临界点将钢加热到临界点Ac1以上或以下温度，保温以后随以上或以下温度，保温以后随炉迟缓冷却以取得靠近平衡状态组织热处理工艺。炉迟缓冷却以取得靠近平衡状态组织热处理工艺。9.正火：正火：将钢加热到将钢加热到Ac1或或Accm以上适当温度，保温以后在空以上适当温度，保温以后在空气中冷却得到珠光体类型组织热处理工艺。气中冷却得到珠光体类型组织热处理工艺。10.冷处理：冷处理：为降低残余奥氏体，淬火冷至室温之后继续冷却为降低残余奥氏体，淬火冷至室温之后继续冷却到零度以下，使残余奥氏体继续转变为马氏体冷却方法。到零度以下，使残余奥氏体继续转变为马氏体冷却方法。10/10/12Dalian Jiaotong University第12页二、填空二、填空（40个空）个空）1）布布拉拉菲菲点点阵阵共共有有 14 种种，归归纳纳为为 7 个个晶晶系系；面面心心立立方方结结构构单单个个晶晶胞胞中中原原子子数数为为 4 ，密密排排六六方方结结构构单单个个晶晶胞胞中中原原子子数数为为 6 。2）金金属属结结晶晶热热力力学学条条件件是是 过过冷冷，结结构构条条件件是是 结结构构起起伏伏，确确保保晶体生长动力学条件是晶体生长动力学条件是 形核功形核功 。3）晶晶粒粒大大小小对对金金属属性性能能有有很很大大影影响响，细细化化结结晶晶晶晶粒粒度度惯惯用用方方法法有：有：增大过冷度增大过冷度 、变质处理变质处理、搅拌搅拌 。4）共共析析钢钢奥奥氏氏体体形形成成过过程程分分为为四四个个阶阶段段，依依次次为为 奥奥氏氏体体形形核核 ，奥奥氏氏体体长长大大 ，残残余余渗渗碳碳体体溶溶解解 ，奥奥氏氏体体均均匀匀化化 。5）钢钢中中马马氏氏体体两两种种基基本本形形态态为为 板板条条马马氏氏体体 ，片片状状马马氏氏体体 ；含含碳碳量量较较高高时时，马马氏氏体体呈呈 体体心心正正方方 晶晶格格；奥奥氏氏体体含含碳碳量量越越高高，Ms越越 低低 ；马马氏氏体体硬硬度度主主要要取取决决于于 马马氏氏体体含含碳碳量量 。10/10/13Dalian Jiaotong University第13页6）几几乎乎全全部部合合金金元元素素溶溶入入奥奥氏氏体体都都会会使使C-曲曲线线 右右 移移、临临界界冷冷却速度却速度 减小减小 、淬透性、淬透性 提升提升 。7）固固溶溶体体晶晶格格类类型型与与 溶溶剂剂 相相同同。铁铁素素体体具具为为 bcc 结结构构，奥奥氏体具为氏体具为 fcc 结构，渗碳体含有结构，渗碳体含有 复杂正交复杂正交 结构。结构。8）冷冷变变形形金金属属在在退退火火过过程程中中，伴伴随随温温度度升升高高，依依次次会会发发生生 回回复复 ，再结晶再结晶 和和 晶粒长大晶粒长大 三个过程。三个过程。9）在在铁铁碳碳合合金金中中，伴伴随随碳碳含含量量增增加加，渗渗碳碳体体相相对对量量 增增加加。碳碳体体作作为为一一个个组组织织有有五五种种形形式式，分分别别称称为为 共共晶晶渗渗碳碳体体 ，共共析渗碳体析渗碳体 ，一次渗碳体一次渗碳体 ，二次渗碳体二次渗碳体，三次渗碳体三次渗碳体。10）按按位位错错线线与与柏柏氏氏矢矢量量之之间间关关系系，晶晶体体中中位位错错可可分分为为 刃刃型型位位错错、螺螺型型位位错错 和和 混混合合型型位位错错 三三大大类类。单单位位长长度度位位错错能能量量与与 Gb2 成正比。成正比。10/10/14Dalian Jiaotong University第14页三、判断题三、判断题 1二二元元合合金金二二相相平平衡衡转转变变是是在在恒恒温温下下进进行行；三三元元合合金金三三相相平平衡衡转变是在恒温下进行。转变是在恒温下进行。（）2伴随含碳量增加铁碳合金强度、硬度一直是增加。伴随含碳量增加铁碳合金强度、硬度一直是增加。（）3热热处处理理强强化化只只适适合合用用于于固固态态下下发发生生相相变变材材料料，不不发发生生固固态态相相变材料不能用热处理来强化。变材料不能用热处理来强化。（）4只只有有共共析析钢钢中中才才能能发发生生共共析析转转变变、共共晶晶铸铸铁铁中中才才能能发发生生共共晶晶转变。转变。（）5在在金金属属晶晶体体中中，原原子子排排列列最最紧紧密密晶晶面面间间距距离离最最小小，所所以以这这些些晶面间难以发生滑移。晶面间难以发生滑移。（）6水中淬火比油中淬火淬透性高。水中淬火比油中淬火淬透性高。（）10/10/15Dalian Jiaotong University第15页 7从从扩扩散散角角度度讲讲，珠珠光光体体转转变变是是扩扩散散型型转转变变，马马氏氏体体转转变变是是非非扩散型转变。扩散型转变。（）8置换固溶体较间隙固溶体固溶强化效果大。置换固溶体较间隙固溶体固溶强化效果大。（）9冷冷变变形形金金属属再再结结晶晶退退火火后后，晶晶粒粒形形状状和和晶晶格格结结构构都都发发生生了了很很大改变，所以性能发生了突变。大改变，所以性能发生了突变。（）10钢中碳含量越高，则正常淬火温度越高。钢中碳含量越高，则正常淬火温度越高。（）四、简明回答四、简明回答1为何晶粒越细钢强度、硬度越高而且塑性、韧性越好？为何晶粒越细钢强度、硬度越高而且塑性、韧性越好？答答：晶晶粒粒越越细细，晶晶界界总总面面积积越越多多，晶晶界界妨妨碍碍位位错错运运动动，提提升升塑塑性性变形抗力，所以强度、硬度越高。变形抗力，所以强度、硬度越高。晶晶粒粒越越细细小小，晶晶界界越越波波折折，变变形形越越均均匀匀，应应力力集集中中越越小小，断断裂裂前前可可发发生生较较大大变变形形，即即塑塑性性好好；强强度度和和塑塑性性同同时时提提升升，故故韧性也提升。韧性也提升。10/10/16Dalian Jiaotong University第16页2塑性变形对金属组织和性能有何影响？塑性变形对金属组织和性能有何影响？答答：晶晶粒粒形形状状发发生生改改变变，沿沿变变形形方方向向压压扁扁或或拉拉长长，以以致致形形成成纤纤维维组织；形成变形织构和变形孪晶。组织；形成变形织构和变形孪晶。产生加工硬化；造成残余内应力；理化性能发生改变。产生加工硬化；造成残余内应力；理化性能发生改变。3为何钢淬火后要回火？回火后组织和性能有哪些改变？为何钢淬火后要回火？回火后组织和性能有哪些改变？答：回火能够消除内应力、稳定组织、调整性能。答：回火能够消除内应力、稳定组织、调整性能。依回火温度高低，淬火马氏体可转化为依回火温度高低，淬火马氏体可转化为M回回、T回回、S回回。随回火温度提升，强度、硬度下降，塑性、韧性提升。随回火温度提升，强度、硬度下降，塑性、韧性提升。10/10/17Dalian Jiaotong University第17页五、五、依据依据AB二元相图二元相图 1）写出图中液相线、固相线、）写出图中液相线、固相线、和和相溶解度曲线、全部两相相溶解度曲线、全部两相区及三相恒温转变线；区及三相恒温转变线；2）平衡凝固时，计算）平衡凝固时，计算A-25B(wt)合金合金(yy线线)凝固后初晶凝固后初晶相在铸锭中相对量；相在铸锭中相对量；3）画出上述合金冷却曲线及室温组织示意图。）画出上述合金冷却曲线及室温组织示意图。答：答：1）液相线：）液相线：TATETB；固；固相线：相线：TAF、GTB；固溶；固溶度曲线：度曲线：GI、FH；两相；两相区为区为L+、L+、+（如图）；三相恒温线（如图）；三相恒温线为为FTEG。L+L+10/10/18Dalian Jiaotong University第18页2）利用杠杆定律：）利用杠杆定律：W=(45-25)/(45-20)=80%3）冷却曲线及室温组织示意图以下。）冷却曲线及室温组织示意图以下。温度温度时间时间LL初初L(+)共共初初初初(+)共共10/10/19Dalian Jiaotong University第19页六、六、依据依据A-B-C三元共晶投影图，分析合金三元共晶投影图，分析合金O结晶过程，绘出冷结晶过程，绘出冷却曲线和室温下组织示意图，并求出结晶完成后组织组成物和却曲线和室温下组织示意图，并求出结晶完成后组织组成物和相组成物含量，作出相组成物含量，作出Bb变温截面。变温截面。BACEE1E3E2Obeg10/10/20Dalian Jiaotong University第20页解：解：用冷却曲线分析结晶过程，如图用冷却曲线分析结晶过程，如图LL+BL+B+C计算相对量计算相对量B(B+C)共晶共晶(A+B+C)共晶共晶结晶过程结晶过程L+A+B+CB+(B+C)+(A+B+C)0tT组织：组织：10/10/21Dalian Jiaotong University第21页相：相：BACEE1E3E2Obc10/10/22Dalian Jiaotong University第22页变温截面变温截面bBL+BL+CA+B+CLBACEE1E3E2ObgL+B+CL+A+C10/10/23Dalian Jiaotong University第23页七、七、画共析钢画共析钢TTT曲线上并给出取得以下组织冷却方式：曲线上并给出取得以下组织冷却方式：(1)P (2)B下下 (3)B下下+M+A (4)P+B+M+A (5)M+A 温温度度 时间时间 tA1AA冷冷MsM+A残残（1）（5）（2）（4）（4）（3）10/10/24Dalian Jiaotong University第24页10/10/25Dalian Jiaotong University第25页10/10/26Dalian Jiaotong University第26页10/10/27Dalian Jiaotong University第27页10/10/28Dalian Jiaotong University第28页10/10/29Dalian Jiaotong University第29页10/10/30Dalian Jiaotong University第30页10/10/31Dalian Jiaotong University第31页10/10/32Dalian Jiaotong University第32页七、七、图为某三元固态互不溶解共晶系投影图，当成份为图为某三元固态互不溶解共晶系投影图，当成份为F 材料从材料从高温液相冷却到室温过程中，画出冷却曲线及标明可能反应；高温液相冷却到室温过程中，画出冷却曲线及标明可能反应；列出计算初晶列出计算初晶A相相对含量公式；指出二元共晶线和三元共晶点。相相对含量公式；指出二元共晶线和三元共晶点。10/10/33Dalian Jiaotong University第33页