1、金属材料及热处理2本次作业是本门课程本学期的第2次作业，注释如下：一、单项选择题(只有一个选项正确，共15道小题)1. 二元合金在发生共晶转变时，其相组成是（ ）。(D)三相共存2. 实际金属结晶时，通过控制晶核形成率N和成长率G的比值来控制晶粒的大小，在下列（ ）情况下获得粗大的晶粒：(B)N/G很小时3. 常温铁素体是碳溶解在（ ）中所形成的间隙固溶体。(A)-Fe4. （ ）属于冶金缺陷。(D)缩孔5. 铁素体的机械性能特点是（ ）(C)高塑性、低强度6. 共晶成分的铁碳合金发生共晶反应时，其反应式为( )。(C)LA+Fe3C 7. （ ）为共晶体。(A)莱氏体8. 在Fe-Fe3C相
2、图中，Acm线也称为（ ）。(D)固溶度线9. 下列铁碳合金在室温平衡状态，（ ）成分的强度最高。(B)0.8 10. 铸铁的含碳量一般为（ ）。(C)2.116.69% 11. 钢的含碳量一般为（ ）。(A)0.02182.11%12. 脆性相以（ ）析出的危害最大。(A)网状13. 热处理能使钢的性能发生变化，其根本原因是（ ）。(A)铁有同素异构转变14. 比较以下（ ）的强度最高。(D)S15. 钢经调质处理后获得的组织是( )。(C)回火索氏体二、不定项选择题(有不定个选项正确，共10道小题)16. 渗碳体的机械性能特点是（ ） 不选全或者选错，不算完成(C)高硬度 (D)高脆性17
3、. （ ）是碳溶解在Fe中形成的间隙固溶体。 不选全或者选错，不算完成(A)铁素体(B)奥氏体18. 马氏体组织有（ ）形态。 不选全或者选错，不算完成(C)板条状 (D)针状19. 铸铁的力学性能可取决于（ ）。 不选全或者选错，不算完成(A)基体组织(B)石墨的形态 (C)变质处理(D)石墨化程度20. 大多数合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用，其中细化晶粒作用最为显著的有（ ）。 不选全或者选错，不算完成(B)Ti(D)V21. 含有合金元素（ ）较多的钢可能是本质粗晶钢。 不选全或者选错，不算完成(A)Mn (C)P22. 钢中常含有的有益元素主要有（ ）。 不选全或者选错，不算完
4、成(A)Mn(D)Si23. 钢经调质处理后的机械性能（ ） 不选全或者选错，不算完成(B)强度比正火高 (C)塑性比正火更好(D)韧性比正火更好24. 齿轮类零件的主要失效形式有（ ）。 不选全或者选错，不算完成(B)疲劳断裂 (C)过载断裂 (D)表面损伤25. 选材的主要原则有（ ）。 不选全或者选错，不算完成(A)使用性能原则 (B)工艺性能原则 (C)经济性原则 (D)环境与资源原则三、判断题(判断正误，共10道小题)26.凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。（ ）正确答案：说法错误27.非晶体是各向同性的。（ ）正确答案：说法正确28.单晶体和多晶体都表现为各向异性。（ ）正确
5、答案：说法错误29.合金中凡成分相同、结构相同，并与其它部分有界面分开的均匀组成部分称为组织。（ ）正确答案：说法错误30.固溶体的强度和硬度，比组成固溶体的溶剂金属的强度和硬度高。（ ）正确答案：说法正确31.在平衡结晶条件下，由于匀晶转变在整个结晶过程中，固相的成分沿着固相线变化，因此，结晶完成后，得到固体的成分是不均匀的。（ ）正确答案：说法正确32.无限固溶体一定是置换固溶体。（ ）正确答案：说法正确33.Fe3CI与Fe3C的形态和晶体结构均不相同。（ ）正确答案：说法错误34.在FeFe3C相图中，含碳量大于2.11%的成分在结晶过程中均会发生共晶反应。（ ）正确答案：说法正确35
6、.只有共析成分的铁碳合金才能发生共析反应。（ ）正确答案：说法错误四、主观题(共20道小题)36.现有形状、尺寸完全相同的四块平衡状态的铁碳合金，它们的碳含量分别为0.2%，0.4%， 1.2%，3.5%的合金。根据你所学的知识，可有哪些方法区别它们？参考答案： 答：测量四块合金的硬度，其硬度随含碳量增加而升高。观察四块合金的金相，0.2%和0.4%的合金均为亚共析钢，其组织为珠光体+铁素体，珠光体的量随含碳量增加而增加；1.2%的合金为过共析钢，其组织为珠光体+二次渗碳体；3.5%的合金为亚共晶白口铁，其组织为珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体。观察四块合金与砂轮磨出的火花，随着含碳量的增加，流
7、线数量和爆花数量都急剧增多，碳含量超过0.8%以后，增多的趋势逐渐缓和。37.根据铁碳相图解释下列现象： 含碳量1.0%的钢比含碳量0.5%的钢硬度高；在室温平衡状态下，含碳量为0.8%的钢比含碳量为1.2%的钢强度高；室温下莱氏体比珠光体塑性差。参考答案： 1) 含碳量1.0%的钢比含碳量0.5%的钢硬度高；钢由较软的铁素体和较硬的渗碳体组成，随着含碳量的提高，钢中渗碳体的量提高，因此硬度提高。2) 在室温平衡状态下，含碳量为0.8%的钢比含碳量为1.2%的钢强度高；钢的强度是典型的对组织敏感的性能指标，细密相间的两相组织珠光体具有较高的强度，因此提高珠光体的比例可改善钢的强度，而连续分布在
8、原奥氏体晶界上的二次渗碳体将降低钢的强度。0.8%的钢中珠光体的比例高于1.2%的钢，同时1.2%的钢含有更多的二次渗碳体，故0.8%的钢比1.2%的钢强度高。3) 室温下莱氏体比珠光体塑性差； 室温下莱氏体Fe3C+P，即珠光体分布渗碳体相的基底上，而渗碳体基底的脆性极大，莱氏体表现为脆性的，几乎不能塑性变形。38.将含碳量分别为0.2%和0.6%的碳钢加热到860，保温相同时间，使奥氏体均匀化，问哪一种钢奥氏体晶粒易粗大？为什么？参考答案： 0.2%和0.6%的碳钢加热到860，均为完全奥氏体化，其奥氏体中的含碳量分别为0.2%和0.6%，由于奥氏体中C%晶粒长大，故含碳量为0.6%的碳钢
9、奥氏体晶粒易粗大。39.试比较S和S、M和M在形成条件、金相形态与性能上的主要区别。参考答案： 答：形成条件金相形态性能特点S正火铁素体和渗碳体相间分布呈细层片状S的强度、硬度、韧性、塑性均高于SS淬火+高温回火细小弥散的渗碳体粒分布在铁素体基体（等轴晶）上M淬火低碳M呈板条状，高碳M呈针状（竹叶状）M保持了M的高硬度，同时降低了M的脆性及残余应力。M淬火+低温回火亚稳定的-Fe2.4C碳化物分布于过饱和的（板条或针状）上40.试说明淬火钢回火的必要性。参考答案： 答：必要性淬火组织的问题：a. 消除淬火应力，降低脆性b. 稳定工件尺寸，由于M，残余A不稳定c. 获得要求的强度、硬度、塑性、韧
10、性。41.为什么钢淬火后回火是钢最有效的强化手段？参考答案： 答：淬火形成：固溶强化：过饱和C和Me，位错强化：高密度位错细晶强化：极细小、不同取向的马氏体束 回火第二相强化：析出细小碳化物粒子基本保持了淬火态的细小晶粒、高密度位错及一定的固溶强化作用。42.确定下列钢件的退火方法及退火后的组织 1) 经冷轧后的15钢钢板。要求降低硬度2) 65钢切削加工前3) 改善T12钢的切削加工性能4) ZG35的铸造齿轮铸造后存在枝晶偏析参考答案： 答：1）再结晶退火，退火后的组织F+P2）完全退火，退火后的组织F+P3）球化退火，退火后的组织球状渗碳体分布于铁素体基体上4）扩散退火，退火后的组织F+
11、P43.指出下列工件的回火温度，并说明回火后的组织 1) 45钢轴2) 60钢弹簧3) T12钢锉刀参考答案： 答：1）560600，回火后的组织S2）350-500，回火后的组织T3）150-250，回火后的组织M44.写出下列零件的最终热处理方式及其组织：(1)60Si2Mn弹簧；(2)高速钢车刀。参考答案： 答：60Si2Mn弹簧高速钢车刀最终热处理方式（各3分）淬火+中温回火淬火+550-570（600）回火三次最终组织（各2分）TM+K45.试说明表面淬火、渗碳、氮化处理在适用钢种、性能、应用等方面的差别。参考答案： 答：适用钢种性能特点应用表面淬火通过快速加热，使刚件表面很快到淬火
12、的温度，在热量来不及穿到工件心部就立即冷却，实现局部淬火。中碳钢、合金调质钢获得高硬度，高耐磨性的表面，而心部仍然保持的良好韧性。机床主轴，齿轮，发动机的曲轴等渗碳处理使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。低碳钢、合金渗碳钢更高的表面硬度高的耐磨性和疲劳强度并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性使工件能承受冲击载荷。飞机汽车和拖拉机等的机械零件如齿轮轴凸轮轴等。氮化处理指在一定温度（一般在AC1）以下，使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。氮化温度低、变形小。中碳钢、合金调质钢优异的耐磨性、耐疲劳性
13、、耐蚀性及耐高温。钻头、螺丝攻、挤压模、压铸模、鍜压机用鍜造模、螺杆、连杆、曲轴、吸气及排气活门及齿轮凸轮等46.钢的回火脆性有哪几类？其发生是否可逆？如何避免？参考答案： 答：回火脆性是指淬火钢回火后出现韧性下降的现象。回火脆性可分为第一类回火脆性（250400）和第二类回火脆性（450650）。第一类回火脆性与碳化物片沿M晶界析出有关，具有不可逆性，与回火后的冷却速度无关。因此只能避免在此温度回火。第二类回火脆性与P等元素在原A晶界偏聚有关，具有可逆性，与回火后的冷却速度有关，回火保温后，缓冷出现，快冷不出现，出现脆化后可重新加热后快冷消除。因此可提高钢材的纯度（P等杂质元素含量）；加入适
14、量的Mo、W等有益的合金元素；采用回火后快冷的方法。47.为什么过共析钢的淬火温度不选择在ACCM以上？参考答案： 答：如过共析钢的淬火温度选择在ACCM以上，（1）淬火温度过高A粗大M粗大，从而力学性能，淬火应力变形，开裂；（2）A中C%M中C%残余AM脆性、HRC、耐磨性。因此过共析钢的淬火温度不选择在ACCM以上。48.试分析金属的主要强化机制。参考答案： 答：（1）固溶强化：溶质原子晶格畸度与位错相互作用阻碍位错运动强化。（2）细晶强化：晶界阻碍位错运动强化（3）位错强化：位错增殖并相互作用阻碍位错运动强化（4）第二相强化：第二相粒子阻碍位错运动强化49.合金元素对钢的等温转变“C”曲
15、线有哪些影响？又是如何影响淬透性的？参考答案： 答：“C”曲线位置：除Co以外的合金元素均使“C”曲线右移，因此提高淬透性。“C”曲线形状：碳化物形成元素(Mn,Cr,Mo,W,V,Nb,Zr,Ti)使“C”曲线上下分离成两个C形转变临界温度：除Co、Al以外的合金元素均使转变临界温度下降。50.合金元素对钢的回火转变有哪些影响？参考答案： 答：（1）提高回火稳定性：V、Si、Mo、W、Ni、Mn、Co；（2）产生二次硬化：沉淀硬化：V、Mo、W、Cr (Ni、Co协同）；（3）影响回火脆性：（第二类回火脆性450-600oC高温，与P有关）：增大第二类回火脆性：Mn、Cr、Ni，消除第二类回
16、火脆性：Mo(0.5%)、W(1%)51.为何要向不锈钢中加入大量的Cr和Ni？参考答案： 答：加入Cr：电极电位含量12.5%电极电位跃升(如马氏体不锈钢)；形成单相F Cr量12.7%单相F(如铁素体不锈钢)；加入Ni：形成单相A（如奥氏体不锈钢）52.手工锯条、普通螺钉、机床主轴分别用何种碳钢制造？参考答案： 答：手工锯条T12；普通螺钉Q235；机床主轴4553.试对比渗碳钢和调质钢的合金化和热处理特点参考答案： 答：合金化特点热处理特点渗碳钢低C：0.1%0.25%加入提高淬透性元素：Cr，Ni，Mn，B加入Mo、W、V、Nb、Ti等阻碍A晶粒长大和形成(碳化物)提高耐磨性Ni增加渗
17、层塑、韧性正火渗碳淬火低温回火调质钢中C：0.25%0.50%，以0.4左右为主主：加入提高淬透性元素Cr,Ni,Mn,Si,B辅：加入Mo,W消除回火脆性正火淬火高温回火（表面淬火）54.简述高速钢的热处理和性能特点，并说明合金元素的作用。参考答案： 答：高速钢的性能特点：高硬度：HRC60；高耐磨性；高热硬性；足够塑性和韧性。靠加入的合金元素的作用来保证：高C:0.7 %1.5%M硬度，形成高硬度的碳化物；加入Cr（4）提高淬透性保证获得M；加入W,Mo,形成二次硬化保证高的热硬性；加入V形成高硬度的碳化物提高耐磨性。如W系W18Cr4V热硬性突出；W-Mo系W6Mo5Cr4V2热塑性、韧性突出。55.请分析高速钢工具的最终热处理中需回火三次的原因及使用态组织。参考答案： 答：淬火时1220-1280oC高温加热使合金元素充分溶解于奥氏体中，显著提高回火稳定性，550-570oC回火仍然处于低温回火阶段，三次回火后碳化物的充分析出，形成显著的二次硬化效应。最终组织：M+K+A
