工程材料习题和练习.docx

《工程材料》习题集

材料工程系

金属材料工程教研室

编辑：石继红、马红岩

2006/11/01
第一章 金属材料的机械性能
思考题及习题

1． 解释下列常用机械性能指标，并说明它们的含义及在工程上的意义。
σb、σs、σ0.2、σ－1、δ、Ψ、αK、HB、HRC、HRB。
2． 通常提高金属材料的强度往往降低其塑性，试根据强度和塑性指标的含义说明是否材料的强度高塑性就一定低？
3． 布氏硬度和洛氏硬度常用来测什么材料？某一钢件毛坯，压头用Φ10mm钢球，载荷为3000公斤，测得压坑直径为3.34mm，问HB、HRC、σb各是多少？
4． 说明洛氏硬度的测试原理。
5． 某合金由α＋β两相组成。如果α％＝50％，HBα＝40，HBβ＝72，试求出该合金的大致硬度。
6． 何谓K1？何谓K1c？两者有何区别？
7． 简介冲击弯曲试验的试验方法和冲击韧度的计算方法。
8． 45钢板在一定热处理后，K1c为20.3～20.9MNm－3/2（30～35），穿透裂纹长度2a＝2mm，为使零件工作安全，实际工作应力应为多少？
9． 某零件的最大工作应力为700MPa，其材料的K1c为60MNm－3/2，实际测出该零件存在4mm长的裂纹，问此零件是否可以继续使用?
10．用Q235钢制成的拉伸试棒，直径为Φ10mm，标距长度为50mm，屈服时拉力为18840N，断裂前最大拉力为35320N，将试棒拉断后接起来，量得标距长度为75mm，断裂处端面直径为Φ6.7mm。问此Q235钢的屈服强度σS、抗拉强度σb、伸长率δ和断面收缩率ψ各是多少？
11．低碳钢、中碳钢、灰铸铁和球墨铸铁的拉伸曲线如题1-2图所示。据此：
（1）估计这四种材料的σS、σb、及δ值；
（2）计算这四种材料的E值并加以比较。
0.05
700
600
500
400
300
200
100
0
σ(MPa)
中碳钢
球墨铸铁
低碳钢
灰铸铁
I
5
10
15
20
25
30
ε)
I
放大
100
中、低碳钢
50
球墨铸铁
灰铸铁

题1-2图
12．σS和σ0.2的含义是什么？有何异同？其值大小对材料的冷变形性能和使用性能有什么影响？
13．什么叫缩颈现象？拉伸试验时，如果试棒不出现缩颈现象，是否就意味着这种材料没有发生塑性变形？
14．题1-5图中所示：①为0.45％C碳钢，②为铝青铜，③为0.35％C碳钢，④为硬铝，⑤为纯铜的拉伸曲线。试棒直径均为Φ10mm，标距长度均为100mm。
（1）当应力为380MPa时，各试棒处于何种状态？此时若将载荷去除，各试棒的应变值约为多少？
（2）一根用0.35％C碳钢制成的轴，使用中发现在弹性变形范围内有较大的弯曲变形，此时如果轴的材料减小？若轴的弯曲变形已有塑性变形，也改用上述两种材料，是否可以避免产生塑性变形？
15．有一钢制圆棒，承受7000N的拉伸载荷而未产生塑性变形，但此时的应变值不大于0.001mm/mm。问该圆棒的截面积最小应是多少？其屈服强度最低是多少？
[提示：可根据关系式σe=Eεe进行计算。]
16．在车床上车削长轴，采用两顶尖装夹，车削后总是发现轴的两端直径小而中间直径大。试分析产生这种现象的原因，并提出消除这种现象的方法。
17．在镗孔中，由于镗杆变形的原因，使镗孔后孔的尺寸总是小于预定的尺寸。已知镗杆是用中碳钢制成的，且镗削后镗杆并未发现变形试说明：
（1）这一现象是因镗杆的何种机械性能不足所引起的；
（2）改用高碳钢或经热处理强化的合金钢制造同一尺寸的镗杆，是否可以避免上述现象；
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Δl(mm)
P(103N)
60
50
40
30
20
10
①
②
③
④
⑤
（3）是否可改用灰铸铁或球墨铸铁来制造这根镗杆？并说明理由。

题1-5图
18．金属材料的弹性变形和塑性变形各有何特点？当金属材料处于塑性变形形状时，有无弹性变形？当处于弹性变形状态时，有无塑性变形？
19．某种钢材的抗拉强度是550MPa，制成截面尺寸为19mm×31mm的棒料，拉断时的载荷为25×104N，断面尺寸为12.5mm×20mm。问：
（1）该棒料能承受的最大载荷是多少？
（2）断裂前的最大条件应力和真实应力各为多少？
（3）塑性指标是多少？
20．下列硬度要求或写法是否妥当？若有不妥处应如何改正？
（1）HBS470～520；
（2）HBW180～240；
（3）HRC70～75；
（4）HRC12～15；
（5）HRC450～500MPa。
21．同一材料用不同的硬度测定方法所测得的硬度值有无确定的对应关系？为什么？有两种材料的硬度分别为45HRC和200HB，问哪一种材料硬？
22．下列说法是否准确？若不准确，应如何改正？
（1）机器种的零件在工作时，材料强度高的不会变形，材料强度低的一定会产生变形。
（2）材料的强度高，其塑性就低；材料的硬度高，其刚性就大。
（3）材料的弹性极限高，所产生的弹性变形量就较大。
23．有甲乙两种钢材，甲的硬度大于乙的硬度，分别制成完全相同的零件，且均在弹性范围内受到相同的拉力，问哪种钢材制成的零件所产生的弹性变形可能大些？为什么？
24．现用某牌号的中碳钢钢板，冷弯制成图示的U形试样。在弯制过程中，钢板的外沿出现裂纹（如题1-15图），试问这是由于材料的何种机械性能不合要求而造成的？为了避免钢板外沿开裂，分析应如何选择钢板的牌号。
a/2
裂纹
心杆
钢板
a

题 1-15图
25．在机械设计中，冲击值为什么不直接用于强度计算，一般只作为选材的参考？
26．机器零件在什么情况下会产生疲劳断裂？疲劳断裂的断口有何特征？
27．某厂原用08钢板生产控制台的面板，现为了减轻产品的重量，决定改用一种强度较高而厚度较薄的钢板。为判断新钢板材料的工艺性能，先将08钢板放在成形压头上压成所要求的形状，测得其最大的拉伸应变为4％。然后将另一薄钢板进行拉伸试验，观察到它有6％的均匀伸长。于是就认为新材料具有足够的塑性，完全可以代替08钢板。但经试生产后，发现用薄钢板制造的面板均出现裂纹，这是什么原因？上述的判断忽视了什么问题？
[提示：注意最大拉伸应变与均匀伸长的区别。]
28．用直径均为Φ6mm的低碳钢丝与弹簧钢丝各一根作锯割和弯曲试验，得出如下表所示的结果。表内所出现的现象与材料的哪种机械性能指标有关？
钢丝材料
锯割
90°冷弯回弹
180°弯曲有无裂纹
冷弯
热弯
低碳钢
易
小
无
无
弹簧钢
难
大
有
无

第二章 金属的结构
思考题及习题

2.1 解释名词

金属键、晶体、晶格、晶胞、晶格常数、单晶体、多晶体、晶粒、晶界、致密度、晶体的各向异性、刃型位错、固溶体、金属化合物

2.2 填空题

1．同非金属相比，金属的主要特性是 )。
2．晶体与非晶体结构上的最根本的区别是( )。
3．在立方晶系中，｛120｝晶面族包括( )等晶面。
4．γ-Fe的一个晶胞内的原子数为( )。

2.3 是非题

间隙固溶体一定是无限固溶体。( )

2.4 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.<100>；b.<110>；c.<111>；d.｛111｝
3．在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面是：
a.｛100｝；b.｛110｝；c.｛111｝；d.｛120｝
4．固溶体的晶体结构：
a. 与溶剂相同；b. 与溶质相同；c. 为其它晶型
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

2.5 综合分析题
1．在立方晶胞中画出(110)、(120)晶面和[211]、[20]晶向。
2．在立方晶体中、一晶面在z轴的截距为3；在y轴的截距为1/2；且平行于x轴；一晶面上两点坐标为：x=y=z=0和x=1/2、y=0、z=1。分别求出晶面指数和晶面指数，并绘图表示。
3．在立方晶系中，作图表示下列晶面和晶向：（123）；﹝123﹞；（112）；﹝112﹞；（10）；﹝10﹞。
4．常见金属的晶体结构有几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点？其原子半径和致密度各为多少？α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn、Ti各属何种晶体结构？
5．画出体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格中原子最密的晶面和晶向。
（1）写出它们的晶面指数和晶向指数。
（2）求出它们的原子密度（晶面原子密度以表示；晶向原子密度以表示）。
（3）晶胞中具有与这种相同原子排列的晶面有几个？这种晶面上有几个最密排的晶向？（平行的除外）。
6．已知α-Fe的晶格常数 a = 2.87×10-10m，试求出α-Fe的原子半径和致密度。
7．在常温下，已知铜的原子直径 d =255×10-10m，求铜的晶格常数，并计算1mm3体积中有多少个Cu原子？。
8．试证明密排六方结构的轴比c/a＝1.633。
9．金属的原子为何作规则排列？原子离开平衡位置将引起什么变化？
10．实际的工程金属与理想晶体在结构、性能上有什么区别？实际金属中存在哪些晶体缺陷？它们在结构上各有何特点？对性能有什么影响?
11．什么是固溶强化? 造成固溶强化的原因是什么?
12．间隙固溶体和间隙相有什么不同?
13．假定其他条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小。
（1）金属型浇注与砂型浇注；
（2）生产薄壁铸件与厚壁铸件；
（3）浇注时采用振动或不采用振动措施。
14．铁在912℃发生同素异构转变，如果原子半径不变，试求此体积的变化？

第三章 金属的结晶
思考题及习题

3.1 解释名词

过冷度、非自发生核、变质处理

3.2 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( )和( )。
2．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是( )。
3．液态金属结晶时，结晶过程的推动力是( ),阻力是( )。
4．过冷度是指( )，其表示符号为( )。
5．典型铸锭结构的三个晶区分别为( )、( )和( )。

3.3 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。( )

3.4 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．为细化晶粒，可采用：
a. 快速浇注；b. 加变质剂；c. 以砂型代金属型

3.5 综合分析题

1．金属结晶的条件和动力是什么? 过冷度与冷却速度有何关系？
2．金属结晶的基本规律是什么?
3．晶粒大小对金属材料的性能有什么影响？常用细化晶粒的方法有哪些？为什么这些方法能够使晶粒细化？
4．何谓同素异构转变？简述它与液态金属结晶的异同。
5．如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下铸件晶粒的大小：
(1) 金属模浇注与砂模浇注；
(2) 变质处理与不变质处理；
(3) 铸成薄件与铸成厚件；
(4) 浇注时采用震动与不采用震动。
6．为什么钢锭希望尽量减少柱状晶区?
第四章 二元合金相图
思考题及习题

4.1 解释名词

组元、相、铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体、相组成物、组织组成物、石墨化、孕育(变质)处理、球化处理、可锻化退火、石墨化退火

4.2 填空题

1．共晶反应式为( )，共晶反应的特点是( )。
2．珠光体的本质是( )。
3．一块纯铁在912℃发生α-Fe→γ-Fe转变时，体积将( )。
4．在铁碳合金室温平衡组织中，含Fe3CII最多的合金成分点为( )，含Le′最多的合金成分点为( )。
5．用显微镜观察某亚共析钢，若估计其中的珠光体含量体积分数为80%，则此钢的碳的质量分数为( )。
6．灰口铸铁中碳主要以( )的形式存在，可用来制造( )。

7．可锻铸铁中石墨的形态为( )，可用来制造( )。
8．球墨铸铁中石墨的形态为( )，可用来制造( )。
9．蠕墨铸铁中石墨的形态为( )，可用来制造( )。
10．影响石墨化的主要因素是( )和( )。
11．球墨铸铁的强度、塑性和韧性均较普通灰口铸铁高，这是因为( )。
12．HT200 牌号中 "HT" 表示( )，数字 "200" 表示( )。
13．生产球墨铸铁选用( )作为球化剂。

4.3 是非题

1．平衡结晶获得的质量分数为 20%Ni 的 Cu-Ni 合金比质量分数为 40%Ni 的 Cu-Ni 合金的硬度和强度要高。( )
2．一个合金的室温组织为α+βⅡ+（α+β）, 它由三相组成。( )
3．铁素体的本质是碳在α-Fe 中的间隙相。( )
4．20 钢比 T12 钢的碳质量分数要高。( )
5．在退火状态 (接近平衡组织) 45 钢比 20 钢的塑性和强度都高。( )
6．在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为 4.3% 的铁碳合金才能发生共晶反应。( )
7．铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态。( )
8．可锻铸铁在高温时可以进行锻造加工。( )
9．石墨化的第三阶段不易进行。( )
10．可以通过球化退火使普通灰口铸铁变成球墨铸铁。( )
11．球墨铸铁可通过调质处理和等温淬火工艺提高其机械性能。( )

4.4 选择正确答案

1．在发生 L→(α+β) 共晶反应时，三相的成分：
a. 相同；b. 确定；c. 不定
2．共析成分的合金在共析反应 γ→(α+β) 刚结束时，其组成相为：
a. γ+α+β b. α+β c. (α+β)
3．奥氏体是：
a. 碳在γ-Fe 中的间隙固溶体； b. 碳在α-Fe 中的间隙固溶体；
c. 碳在α-Fe 中的有限固溶体
4．珠光体是一种：
a. 单相固溶体；b. 两相混和物；c. Fe 与 C 的化合物
5．T10 钢的碳的质量分数为：
a. 0.1%；b. 1.0%；c. 10%
6．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

4.5 综合分析题

1．二元合金相图表述了合金的哪些关系？有哪些实际意义？
2． 何谓枝晶偏析与比重偏析？能否消除？如何消除？
3．图4-1为Pb-Sn二元合金相图。说明28％Sn的Pb-Sn合金在下列各温度时，组织中有哪些相？并求出相的相对量。
(1) 高于300℃；
(2) 刚冷到183℃共晶转变尚未开始；
(3) 在183℃共晶转变完毕；
200
0
100
300
T℃
20
40
60
80
Sn
Pb
α
β
L
18.5
183℃
61.9
96
Sn%→

图4-1

(4) 冷却到室温。
4．将 20kg 纯铜与 3Okg 纯镍熔化后慢冷至如图 4-2 温度 T1, 求此时：
(1) 两相的化学成分；
(2) 两相的质量比；
(3) 各相的质量分数；
(4) 各相的质量。

图 4-2

5． A－B相图如图4-3所示。
(1) 填写空白相区的相，并将相图转换为组织图。
A
B
B%
α
H
K
L
c
e
f

图4-3
(2) 用冷却曲线及结晶示意图，说明K合金及纯组元B的平衡结晶过程。
6．上题图中，如果f点的成分为10％B，c点成分为20％B、e点成分为40％B、H合金成分为30％B，K合金为80％B，
(1) 求合金K在室温时，组织中共晶体的百分含量。
(2) 求合金H在室温时，共晶体、α相的百分含量。
(3) 指出图中组织中含β´最多和最少的合金，并计算H合金在室温时，组织中β´的百分含量。
7． 已知A（熔点600℃）与B（熔点500℃）在液态无限互溶；在固态300℃时A溶于B的最大溶解度为30％，室温时为10％，但B不溶于A；在300℃时，含40％B的液态合金发生共晶反应。试作出A－B合金相图。
根据共晶相图，指出适合于压力加工的合金及铸造性最好的合金，并说明原因。
8．求碳的质量分数为 3.5% 的质量为 10kg 的铁碳合金从液态缓慢冷却到共晶温度 (但尚未发生共晶反应) 时所剩下的液体的碳的质量分数及液体的质量。
9．试分析含0.2％C、0.6％C、1.2％C的铁碳合金缓冷时的组织转变，画出冷却曲线及每一个阶段的显微组织示意图。
10. 根据Fe－Fe3C相图计算：
(1) 室温下，含碳0.2％的铁碳合金中铁素体和渗碳体各占多少？
(2) 室温下，含碳0.6％的铁碳合金中珠光体和铁素体各占多少？
3) 室温下，含碳1.2％的铁碳合金中珠光体和二次渗碳体各占多少？
11. 比较退火状态下的 45钢、 T8钢、 T12钢的硬度、强度和塑性的高低，简述原因。
12. 同样形状的两块铁碳合金，其中一块是退火状态的 15钢，一块是白口铸铁，用什么简便方法可迅速区分它们?
13. 某厂材料仓库，两种碳钢材料混料，无法区别。实验人员截取了两块试样，退火后制备金属试样，放在显微镜下观察。其中一块，铁素体占41.6％，珠光体占58.4％；另一块二次渗碳体占7.3％，珠光体占92.7％；试求这两种钢的牌号。
14. 根据Fe－Fe3C相图，说明产生下列现象的原因。
(1) 退火后含碳量为08％的钢比含碳量0.4％的钢强度，硬度高。
(2) 在室温下，含碳0.8％的钢比含碳1.2％的钢强度高。
(3) 变态莱氏体的塑性比珠光体塑性差。
(4) 在1100℃，含碳0.4％的钢能进行锻造，含碳4.0％的铸铁不能锻造。
(5) 绑机物体一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物则用钢丝绳（60、70钢丝）。
(6) 用手锯锯T8、T10、T12钢料比锯10、15、20钢费力而锯条更容易变钝。
(7) 制造汽车外壳多用低碳钢，制造机器零件加机床主轴、齿轮、曲轴等多用中碳钢，制造工具时如车刀、丝锥、锯条等多用高碳钢，而制造机器的支架，机床床身时则常用灰口铸铁。
(8) 钢适于压力加工成型，而铸铁适于铸造成型。
15. 同样形状和大小的三块铁碳合金，其中一块是低碳钢；一块是灰口铸铁；一块是白口铸铁，用什么方法将它们区分开来。
16．为什么碳钢进行热锻、热轧时都要加热到奥氏体区?
17．手锯锯条、普通螺钉、车床主轴分别用何种碳钢制造?
18．现有A、B两组元形成的二元合金状态图，如题1-24图所示。若以α表示B溶于A的固溶体，B1表示自α中析出的次生B，（α＋B）表示形成的共晶体。请填出各相区的组织，并分别写出成分各为①、②、③、④的四种合金自液态缓冷至常温时的组织变化过程。
A
B
B(%)
①
②
③
④
温度（℃）

题1-24图
19．试示意地绘出下列二元合金状态图，并填写出各相区的组织。A、B元素在液态时互相溶解。在固态时形成共晶，共晶成分中含B30％，A元素在B元素中有限溶解，溶解度在共晶温度时为15％，在室温时为10％。B元素在A元素中不能溶解。
20．什么是铁素体、奥氏体、渗碳体和珠光体？填出下表。
名称
合金结构
含碳量（％）
晶格类型
机械性能
σb
HB
δ（％）
铁素体

奥氏体

渗碳体

珠光体

21．含碳量分别为0.2％、0.40％、0.80％和1.30％的碳钢，自液态缓冷至室温后所得的组织有何不同？试定性地比较这四种钢的σb和HB。
22．含碳量0.20％的碳钢在770℃和900℃、含碳量0.80％的碳钢在680℃和770℃、含碳量1.20％的碳钢在700℃和770℃分别达到平衡状态时，各是什么组织？
23．含碳量0.40％、0.60％和1.20％的碳钢在室温时的平衡组织中，珠光体、铁素体或渗碳体，各占百分之几？
24．为什么要严格限制钢材中的P、S含量？
25．要使球墨铸铁的基本组织为铁素体、珠光体或下贝氏体，工艺上应如何控制?
26．有一灰口铸铁铸件，经检查发现石墨化不完全，尚有渗碳体存在，试分析其原因，并提出使这一铸件完全石墨化的方法。
27．试述石墨形态对铸铁性能的影响。
28．试比较各类铸铁之间性能的优劣顺序，与钢相比较铸铁性能有什么优缺点?
29．为什么一般机器的支架、机床的床身常用灰口铸铁制造?

第五章 金属的塑性变形与再结晶
思考题及习题

5.1 解释名词

滑移、滑移面、滑移方向、滑移系、加工硬化、回复、再结晶、硬位向、固溶强化、沉淀强化、细晶强化、形变强化（加工硬化）

5.2 填空题

1．钢在常温下的变形加工称为( )加工，而铅在常温下的变形加工称为( )加工。
2．造成加工硬化的根本原因是( )。
3．滑移的本质是( )。
4．变形金属的最低再结晶温度与熔点的关系是( )。
5．再结晶后晶粒度的大小主要取决于( )和( )。
6．固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度( )。
7．固溶体出现枝晶偏析后，可用( )加以消除。

5.3 是非题

1．滑移变形不会引起金属晶体结构的变化。( )
2．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。( )
3．孪生变形所需要的切应力要比滑移变形时所需的小得多。( )
4．金属铸件可以通过再结晶退火来细化晶粒。( )
5．再结晶过程是有晶格类型变化的结晶过程。( )

5.4 选择正确答案

1．能使单晶体产生塑性变形的应力为：
a. 正应力；b. 切应力；c. 复合应力
2．面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>
3．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

5.5 综合分析题

1．为什么细晶粒钢强度高，塑性、韧性也好?
2．与单晶体的塑性变形相比较，说明多晶体塑性变形的特点。
3．金属塑性变形后组织和性能会有什么变化?
4．滑移面和滑移方向原子排列有何特点？为什么？三种常见金属晶体结构中的滑移系各是多少？
5．在图5-1所示的晶面、晶向中，哪些是滑移面? 哪些是滑移方向? 问图中情况能否构成滑移系?

图 5-1

6．用低碳钢钢板冷冲压成形的零件，冲压后发现各部位的硬度不同，为什么?
7．用低碳钢板料，冲压成复杂零件，试分析采用下列工艺中哪一种更合理?
(1) 冲压－再结晶－冲压－再结晶；
(2) 再结晶－冲压－再结晶；
(3) 冲压－再结晶－冲压－回复。
8．自行车链板，通常用塑性很好的16Mn钢制造。根据受力情况，要求材料的抗拉强度为1000MPa，硬度为HB275，但16Mn钢的抗拉强度只有520MPa，硬度HB150，问此时可采用什么方法提高强度？
9．有一块纯铝板，晶粒十分粗大，强度与塑性均差，为了细化晶粒，可采用什么方法？
10．加工硬化给生产带来了哪些好处和困难？
11．已知金属钨、铅的熔点分别为 3380℃和 327℃，试计算它们的最低再结晶温度，并分析钨在 900℃加工、铅在室温加工各为何种加工?
12． 室温下经轧制变形50％的纯铅，其显微组织为等轴晶粒，请解释这一现象。
13． 拉制铜丝过程如图5-2所示。请画出不同阶段的组织与性能变化示意图，并简要说明。

铜(退火状态)
加热炉
模具
拉

加热温度>T再

组织变化示意图
性能变化示意图
↑σb、δ％
HB
简要说明

图5-2

14．何谓临界变形度? 分析造成临界变形度的原因。
15．在制造齿轮时，有时采用喷丸处理 (将金属丸喷射到零件表面上)，使齿面得以强化。试分析强化原因。
16．再结晶和重结晶有何不同?
17．用下述方法制成齿轮，哪种方法较理想？为什么？
(1) 用厚钢板切出圆饼再机加工成齿轮；
(2) 用粗棒料下圆饼再机加工成齿轮；
(3) 由圆棒料加热，锻打成型再机加成成品。

第六章 钢的热处理
思考题及习题

6.1 解释名词

钢的热处理、起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度、球化退火、索氏体屈氏体、贝氏体、马氏体、奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体、退火、正火、淬火、回火、冷处理、时效、淬透性、淬火临界冷却速度VK、淬硬性、调质处理、回火稳定性、二次硬化、回火脆性、固溶处理、CVD、激光相变硬化、化学热处理

6.2 填空题

1．在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体与屈氏体的主要相同点是( )，不同点是( )。
2．用光学显微镜观察，上贝氏体的组织特征呈( )状，而下贝氏体则呈( )状。
3．马氏体的显微组织形态主要有( )、( )两种。其中( )的韧性较好。
4．钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越( )说明临界冷却速度越( )。
5．球化退火的主要目的是( )，它主要适用于( )钢。
6．亚共析钢的正常淬火温度范围是( )，过共析钢的正常淬火温度范围是( )。
7．淬火钢进行回火的目的是( )，回火温度越高，钢的强度与硬度越( )。
8．合金元素中，碳化物形成元素有( )。
9．促进晶粒长大的合金元素有( )。
10．除( )、( )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( )，使钢的硬度( )。
11．一些含有合金元素( )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( )和( )。
12．在电刷镀时，工件接直流电源( )极，镀笔接直流电源( )极，可以在工件表面获得镀层。
13．利用气体导电(或放电)所产生的( )作为热源进行喷涂的技术叫等离子喷涂。

6.3 是非题

1．晶粒度级数数值越大，晶粒越细。( )
2．马氏体是碳在的α-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。( )
3．当把亚共析钢加热到 Acl 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。( )
4．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。( )
5．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。( )
6．高合金钢既具有良好的淬透性，也具有良好的淬硬性。( )
7．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。( )
8．钢的淬透性高，则其淬透层的深度也越大。( )
9．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。( )
10．所有的合金元素都能提高钢的淬透性。( )
11．合金元素 Mn、Ni、N 可以扩大奥氏体区。( )
12．合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。( )
13．60Si2Mn 钢比 T12 和 40 钢有更好的淬透性和淬硬性。( )
14．所有的合金元素均使 MS、Mf 下降。( )
15．电弧喷涂技术可以在金属表面喷涂塑料。( )
16．气相沉积技术是从气相物质中析出固相并沉积在基材表面的一种表面镀膜技术。( )

6.4 选择正确答案

1．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
2．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
3．共析钢的过冷奥氏体在 550℃～350℃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
4．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
5．马氏体的硬度取决于：
a. 冷却速度；b. 转变温度；c. 碳含量
6．淬硬性好的钢：
a. 具有高的合金元素含量；b. 具有高的碳含量；c. 具有低的碳含量
7．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
8．直径为 10mm 的 40 钢的常规淬火温度大约为：
a. 750℃；b. 850℃；c. 920℃
上述正确淬火后的显微组织为：
a. 马氏体；b. 铁素体+马氏体；c. 马氏体+珠光体
9．完全退火主要适用于：
a. 亚共析钢；b. 共析钢；c. 过共析钢
10．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
11．20 钢的渗碳温度范围是：
a. 600℃～650℃；b. 800℃～820℃；c. 900℃～950℃；d. 1000℃～1050℃
12．钢的淬透性主要取决于：
a. 碳含量；b. 冷却介质；c. 合金元素
13．钢的淬硬性主要取决于：
a. 碳含量；b. 冷却介质；c. 合金元素

6.5 综合分析题

1．热轧空冷的 45钢钢材在重新加热到超过临界点后再空冷下来时，组织为什么能细化?
2．珠光体类型组织有几种？它们在形成条件、组织形态性能方面有何特点？
3．贝氏体类型组织有哪几种？它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点？
4．马氏体的本质是什么? 马氏体组织有哪几种基本类型？它们形成条件、晶体结构、组织形态、性能有何特点？马氏体的性能与含碳量的关系如何？
5．试比较索氏体和回火索氏体、马氏体和回火马氏体之间在形成条件组织形态与性能上的主要区别。
6． 将Φ5mm的T8钢加热到760℃并保温足够时间，问采用什么样的冷却方式可得到如下组织：珠光体、索氏体、下贝氏体、屈氏体＋马氏体、马氏体。请在图6-1所示的C曲线上画出工艺曲线示意图。
温 度
Ac1
时间
①
②
③
④
⑤
Ms

图6-1

7．直径为 10mm 的共析钢小试样加热到相变点 A1 以上 30℃，用图6-2所示的冷却曲线进行冷却，分析其所得到的组织，说明各属于什么热处理方法。
8．调质处理后的 40钢齿轮，经高频感应加热后的温度T分布如图6-3所示。试分析高频感应加热水淬后，轮齿由表面到中心各区(I、Ⅱ、Ⅲ)的组织。

图6-2 图6-3

9．说明45钢经下列温度加热，保温并在水中冷却后得到的组织，为了使钢强化，哪一种加热温度最好？为什么？
700℃、760℃、830℃、1100℃。
10．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；
(2) ZG35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。
11．说明直径为 10mm 的 45钢试样分别经下列温度加热：700℃、 760℃、 840℃、 1100℃，保温后在水中冷却得到的室温组织。
12．两个碳质量分数为 1.2% 的碳钢薄试样，分别加热到 780℃和900℃，保温相同 时间奥氏体化后，以大于淬火临界冷却速度的速度冷却至室温。试分析：
(1) 哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大?
(2) 哪个温度加热淬火后马氏体碳含量较少?
(3) 哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多?
(4) 哪个温度加热淬火后未溶碳化物较多?
(5) 你认为哪个温度加热淬火合适? 为什么?
13．指出下列工件的淬火及回火温度，并说出回火后获得的组织。
(1)45钢小轴 (要求综合机械性能好)；
(2)60 钢弹簧；
(3)T12 钢锉刀。
14．两根 45钢制造的轴，直径分别为 10mm和100mm，在水中淬火后，横截面上的组织和硬度是如何分布的?
15．甲、乙两厂生产同一种零件，均选用 45钢，硬度要求 220HB～250HB，甲厂采用正火，乙厂采用调质处理，均能达到硬度要求，试分析甲、乙两厂产品的组织和性能差别。
16．有两块渗碳体呈粒状均匀分布的T12试样，分别加热到750℃和850℃，保温后以大于VK的速度冷却到室温，试比较它们的组织，哪一个加热温度得到的组织性能好？
17．试说明表面淬火、渗碳、氮化处理工艺在选用钢种、性能、应用范围等方面的差别。
18．试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化机理。
19．合金元素提高钢的回火稳定性的原因何在?
20．什么是钢的回火脆性? 如何避免?
21．为什么说得到马氏体随后回火处理是钢的最经济而又最有效的强韧化方法? 淬火钢在回火时其组织性能变化的大致规律是什么？
22． 一些钢由奥氏体冷却时，可直接得到屈氏体、索氏体，为什么还要通过淬火＋回火来得到回火屈氏体和回火索氏体？
23．为什么碳质量分数为 0.4%、铬质量分数为 12%的铬钢属于过共析钢，而碳质量分数为 1.0% 、铬质量分数为 12%的钢属于莱氏体钢?
24．什么是表面淬火? 它有什么特点? 在表面淬火之前通常采用什么热处理工艺?
25．举出二个采用激光强化技术提高工件使用寿命的实际例子。
26．用T10钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为：锻造一热处理一机加工一热处理一磨加工。
(1) 写出其中热处理工序的名称及作用。
(2) 制定最终热处理 (磨加工前的热处理) 的工艺规范，并指出车刀在使用状态下的显微组织和大致硬度。
27． 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。
（2）ZG35的铸造齿轮。
（3）锻造过热的60钢锻坯。
（4）具有片状渗碳体的T12钢坯。
28．甲、乙两厂生产同一批零件，材料均选用45钢，硬度要求HB220～250。甲厂采用正火，乙厂采用调质，都能达到该硬度要求。试分析甲、乙两厂产品组织和性能上的