第一章 金属的晶体结构
马氏体沉淀硬化不锈钢,它是美国 ARMCO 钢公司在1949年发表的,其特点是强度高,耐蚀性好,易焊接,热处理工艺简单,缺点是延韧性和切削性能差,这种马氏体不锈钢与靠间隙元素碳强化的马氏体钢不同,它除靠马氏体相变外并在它的基体上通过时效处理析出金属间化合物来强化。正因为如此而获得了强度高的优点,但延韧性却差。
1、试用金属键的结合方式，解释金属具有良好的导电性、正的电阻温度系数、导热性、塑性和金属光泽等基本特性.
答：(1)导电性：在外电场的作用下，自由电子沿电场方向作定向运动。
(2)正的电阻温度系数：随着温度升高，正离子振动的振幅要加大，对自由电子通过的阻碍作用也加大，即金属的电阻是随温度的升高而增加的。
(3)导热性：自由电子的运动和正离子的振动可以传递热能。 (4) 延展性：金属键没有饱和性和方向性，经变形不断裂。
(5)金属光泽：自由电子易吸收可见光能量，被激发到较高能量级，当跳回到原位时辐射所吸收能量，从而使金属不透明具有金属光泽。
2、填空：
1)金属常见的晶格类型是面心立方、体心立方、 密排六方 。
2)金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽主要是因为金属原子具有 金属键 的结合方式。 3)物质的原子间结合键主要包括 金属键 、 离子键和 共价键 三种。 4)大部分陶瓷材料的结合键为 共价键 。 5)高分子材料的结合键是 范德瓦尔键 。
6)在立方晶系中，某晶面在x轴上的截距为2，在y轴上的截距为1/2；与z轴平行，则该晶面指数为 （ （ 140 ） ） .
7)在立方晶格中，各点坐标为：A (1，0，1)，B (0，1，1)，C (1，1，1/2)，D(1/2，1，1/2)，那么AB晶向指数为 （-110） ，OC晶向指数为 （221） ，OD晶向指数为 （121） 。 8)铜是 （面心）结构的金属，它的最密排面是（111 ）。
9) α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn中属于体心立方晶格的有（ α-Fe 、 Cr、V ） ，属于面心立方晶格的有（ γ-Fe、Al、Cu、Ni ） ，属于密排六方晶格的有 （ Mg、Zn ） 。
3、判断
1)正的电阻温度系数就是指电阻随温度的升高而增大。（ √ ）
2)金属具有美丽的金属光泽，而非金属则无此光泽，这是金属与非金属的根本区别。（×） 3) 晶体中原子偏离平衡位置，就会使晶体的能量升高，因此能增加晶体的强度。(√ ) 4) 在室温下,金属的晶粒越细,则其强度愈高和塑性愈低。(×)
5) 实际金属中存在着点、线和面缺陷，从而使得金属的强度和硬度均下降。 (×) 6)体心立方晶格中最密原子面是｛110｝，原子排列最密的方向也是<111> .（对）
7)面心立方晶格中最密的原子面是｛111}，原子排列最密的方向是<110>。 ( 对 ) 8)纯铁加热到912℃时将发生α-Fe向γ-Fe的转变，体积会发生膨胀。 ( 错 ) 9)晶胞是从晶格中任意截取的一个小单元。(错)
10)纯铁只可能是体心立方结构，而铜只可能是面心立方结构。 (错)
4、选择题
1)金属原子的结合方式是（ C ）
A．离子键 B 共价键 C 金属键 D 分子键 2)晶态金属的结构特征是（ B ）
A 近程有序排列 B 远程有序排列 C 完全无序排列 D 部分有序排列 3)正的电阻温度系数是指 （ B）
A 随温度增高导电性增大的现象 B 随温度降低电阻下降的现象 C 随温度升高电阻减少的现象 D 随温度降低电阻升高的现象 4)金属键的一个基本特征是（A ）
A． 没有方向性 B．具有饱和性 C. 具有择优取向性 D. 没有传导性。 5）晶体中的位错属于 ( D )
A．体缺陷 B 点缺陷 C 面缺陷 D．线缺陷 6）亚晶界的结构是( B )
A．由点缺陷堆集而成 B 由位错垂直排列成位错墙面构成 C 由晶界间的相互作用构成 D 由杂质和空位混合组成 7）多晶体具有( C )
A．各向同性 B 各向异性 C 伪各向同性 D 伪各向异性
一、标出下图中给定晶面和晶向的指数。 标出OO′A′A 、OO′B′B 、ODC′的晶面指数和标出给定晶向的指数：B′D、BB′、OD′。
z O′ A′ C′ D′ B′ O A x
B C D y
z O′ A′ C′ D′ B′ 答：OO′A′A晶面指数，求CC′B′B即可。 截距分别为：∞，1， ∞， 倒数后得晶面指数：（0 1 0）
O A B C D y
OO′B′B的晶面指数，求DD′E′E即可。
截距分别为： -1/2，1/2，∞，倒数、求整后，得晶面指数为： （ī 1 0）
z
E D′ A′ B′ C′ O′ 1/2 O E 1/2 1/2 D A B C y
x z O′ A′ C′ D′ B′ ODC′的晶面指数，求PFO′即可。 截距分别为： 1/2，-1，1，倒数后，得晶面指数为：（2 ī 1） 1 P O 1/2 A F x 1/2 C D B y z O′ A′ 标出晶向的指数：B′D、BB′、OD′ B′D：-1/2, 0， -1 → ［102］ C′ D′ B′ BB′：0，0，1→ ［001］ OD′：1/2, 1， 1→ ［122］ O A B x
C D 1/2y
二、在立方晶胞中画出以下晶面或晶向：（231）（102）（110）［013］［111］
Z
［013］ (102)
Z
(110) ［111］
1/2 1/3 1/2 (231) X
Y
Y X
3、在体心立方晶胞中画出一个最密排方向并标明晶向指数；再画出过该方向的两个不同的低指数(简单)晶面，写出对应的晶面指数。
4、分别画出立方晶系晶胞内的(110)、(112)晶面和（110）、（111)晶向。
5、画出立方晶系中(111)面、(435)面。写出立方特征。
立方晶系中(111)面、(435)面如右图所示。 立方晶系空间点阵特征是点阵参数有如下关系：
a =b=c，α=β=γ=90°。也可用具有哪类对称元素表示， 若有四个三次转轴，则对应立方点阵。
晶系空间点阵
三、已知铜原子直径为0.256nm，试计算 1mm铜中的原子数以及Cu的晶格常数。 答： a = = 1.414×0.256=0.362 (nm) 1mm中的原子数为：
1/a × 4 = 4/(0.362×10) = 8.43×10 (个)
3
-6
3
19
3
3
四、已知铁的原子量为55.85，1g铁有多少个原子? 计算1g铁在室温和1000℃时各有多少个晶胞?
答： 原子数：6.023×1023÷55.85=1.08×1022 （个）
室温时铁为体心立方结构，单位晶胞中有2个原子，故1g铁中含5.4×1021个晶胞
1000℃时为面心立方结构，单位晶胞中有4个原子，故1g铁中含2.7×1021个晶胞
五、Ni的晶体结构为面心立方，其原子半径为r = 0.1243nm，已知Ni的原子量为58.69，试求Ni的晶格常数和密度。
七、问答题
1、简述金属晶体中缺陷的类型
答：按尺寸可分为：点缺陷，如溶质、杂质原子、空位；线缺陷，如位错；面缺陷，如各种晶界、相界、表面等；体缺陷，如孔洞、气泡等。体缺陷对材料性能是绝对有害的。 2、什么是点阵参数?正方晶系和立方晶系的空间点阵特征是什么?
答:点阵参数是描述点阵单胞几何形状的基本参数，由六个参数组成，即三个边长a、b、c和它们之间的三个夹角α、β、γ。
正方晶系的点阵参数特征是a≠b≠c，α=β=γ=90° 立方晶系的点阵参数特征是a=b=c，α=β=γ=90° 3、什么是晶面族？｛111｝晶面族包含哪些晶面?
答：晶体中原子或分子排列相同的晶面的组合称为晶面族。因对称关系，这些面往往不止一(111)、(1ī1)、(11ī)、(īī1） 四个。 种。立方系{111}晶面族包括
4、面心立方结构和密排六方结构金属中的原子堆垛方式和致密度是否有差异?请加以说明。 答：FCC和HCP均按ABCABC方式堆垛；致密度也都是0.74。
5、根据缺陷相对于晶体尺寸和其影响范围的大小，缺陷可以分为哪几类?简述这几类缺陷的特征。
答：点缺陷：沿三个方向的尺寸很小，溶质原子、间隙原子、空位。
线缺陷：沿两个方向的尺寸很小，第三个方向上的尺寸很大，甚至可贯穿整个晶体，指位错。
面缺陷：沿一个方向上的尺寸很小，另两个方向上的尺寸很大，如晶界，相界。 体缺陷：在三个方向上的尺寸都较大，但不是很大，如第二相粒子，显微空洞。 6、点缺陷(如间隙原子或代位原子)和线缺陷(如位错)为何会发生交互作用?这种交互作用如何影响力学性能?
答：点缺陷产生畸变，使局部能量提高，附近有弹性应变场；位错也是如此，但位错周围不同位置应力场状态不同，有的为压应力，有的为拉应力；点缺陷会聚集到位错上使应变能降
低，使系统的能量下降，吸附溶质的位错是一种稳定组态；此时位错被钉扎而难以运动，使强度提高，会产生上下屈服点效应。
7、单相金属或合金各晶粒间的界面一般称之为晶界，通常晶界又分为小角度晶界和大角度晶界两大类，试问：划分为两类晶界的依据是什么?并讨论构成小角度晶界的结构模型。 答：依据是按界面两侧晶粒间的取向差，<10°的称小角度晶界，>10°的称大角度晶界。小角度晶界的结构模型是位错模型，比如对称倾转晶界用一组平行的刃位错来描述。 8、讨论晶体结构和空间点阵之间的关系。
答、两者之间的关系可用“空间点阵+基元=晶体结构”来描述。空间点阵只有14种，基元可以是无穷多种，因而构成的具体的晶体结构也是无穷多种。 9、叙述常见的金属晶体中的内外界面。
答、它们包括晶界、相界、表面、孪晶界、层错。
晶界是同种晶粒之间的交界面；相界是结构、成分不同的相间的交界面；表面是晶体与大气或外界接触的界面；孪晶界是发生孪生后产生的新界面，是特殊的大角晶界，可是共格的或半共格的；低能层错是单相晶体内因堆垛顺序反常变化后出现的新界面，也是低能界面，与孪晶界能量相近。
10、简述刃型位错和螺型位错的重要特征。 答：刃型位错的重要特征： ①刃型位错有一额外半原子面
②位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中有正应力也有切应变，对于正刃型位错，滑移面之上晶格受到压应力，滑移面上受到拉应力，负刃型位错正好相反 ③位错线与晶体的滑移方向相垂直。位错线运动的方向垂直于位错线。 ④刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直。 螺型位错的重要特征： ①螺型位错没有额外半原子面
②位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中只有切应变，没有正应力 ③位错线与晶体的滑移方向相平行。位错线运动的方向垂直于位错线。 ④螺型位错的柏氏矢量与其位错线相平行。 名词解释：
1、金属键：自由电子与原子核之间静电作用产生的键合力。
2、位错：是晶体内的一种线缺陷，其特点是沿一条线方向原子有规律地发生错排；这种缺陷用一线方向和一个柏氏矢量共同描述。
3、点阵畸变：在局部范围，原子偏离其正常的点阵平衡位置，使点阵产生弹性畸变，称为点阵畸变。
4、柏氏矢量：描述位错特征的一个重要矢量，它集中反映了位错区域内畸变总量的大小和方向；也是位错扫过后晶体相对滑动的量。
5、刃型位错和螺型位错模型:将晶体上半部切开，插入半个晶面，再粘合起来；这样，在相当于刃端部位为中心线的附近一定范围，原子发生有规则的错动。其特点是上半部受压，下半部受拉。这与实际晶体中的刃位错造成的情景相同，称刃型位错模型。同样，将晶体的前半部切开，以刃端为界使左右两部分沿上下发生一个原子间距的相对切变，再粘合起来，这时在已切动和未切动交界线附近，原子错动情况与真实的螺位错相似，称螺型位错模型。
第二章 纯金属的结晶
(一) 填空题
1．金属结晶两个密切联系的基本过程是形核和长大。
2 在金属学中，通常把金属从液态向固态的转变称为 结晶 ，通常把金属从一种结构的固态向另一种结构的固态的转变称为 相变 。
3．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是 增加非均质形核的形核率来细化晶粒 4．液态金属结晶时，获得细晶粒组织的主要方法是 控制过冷度、加入结构类型相同的形核剂、振动、搅动
5．金属冷却时的结晶过程是一个 放 热过程。 6．液态金属的结构特点为长程无序，短程有序。
7．如果其他条件相同，则金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的细小 ，高温浇注的铸件晶粒
比低温浇注的粗大，采用振动浇注的铸件晶粒比不采用振动的细小，薄铸件的晶粒比厚铸件 细小。
8．过冷度是 金属相变过程中冷却到相变点以下某个温度后发生转变，即平衡相变温度与该实际转变温度之差。一般金属结晶时，过冷度越大，则晶粒越 细小 。 9、固态相变的驱动力是新、旧两相间的自由能差。 10、金属结晶的热力学条件为 金属液必须过冷 。
11、金属结晶的结构条件为 在过冷金属液中具有尺寸较大的相起伏，即晶坯 。 12、铸锭的宏观组织包括 外表面细晶区、中间等轴晶区和心部等轴晶区 。
(二) 判断题
1 凡是由液态金属冷却结晶的过程都可分为两个阶段。即先形核，形核停止以后，便发生长
大，使晶粒充满整个容积。 ( × )
2．凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。 ( × )
3．近代研究表明：液态金属的结构与固态金属比较接近，而与气态相差较远。 ( √ ) 4．金属由液态转变成固态的过程，是由近程有序排列向远程有序排列转变的过程。( √ ) 5．当纯金属结晶时，形核率随过冷度的增加而不断增加。( × ) P41+7
6．在结晶过程中，当晶核成长时，晶核的长大速度随过冷度的增大而增大，但当过冷度很大时，晶核的长大速度则很快减小。 ( √ ) P53 图2-33
7．金属结晶时，冷却速度愈大，则其结晶后的晶粒愈细。( √ ) P53-12 8．所有相变的基本过程都是形核和核长大的过程。( √ )
9．在其它条件相同时，金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的铸件晶粒更细(√ ) 10．在其它条件相同时，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的铸件晶粒更细。( × ) 11．在其它条件相同时，铸成薄件的晶粒比铸成厚件的晶粒更细。( √ ) 12. 金属的理论结晶温度总是高于实际结晶温度。 ( √ )
14．在实际生产条件下，金属凝固时的过冷度都很小(<20℃)，其主要原因是由于非均匀形核的结果。 (√ )
15．过冷是结晶的必要条件，无论过冷度大小，均能保证结晶过程得以进行。 (× ) (三) 选择题
1 液态金属结晶的基本过程是 A
A．边形核边长大 B．先形核后长大 C．自发形核和非自发形核 D．枝晶生长
2．液态金属结晶时， C 越大，结晶后金属的晶粒越细小。
A．形核率N B．长大率G C．比值N／G D．比值G／N 3．过冷度越大，则 A A．N增大、G减少，所以晶粒细小 B．N增大、G增大，所以晶粒细小 C N增大、G增大，所以晶粒粗大 D．N减少、G减少，所以晶粒细小 4．纯金属结晶时，冷却速度越快，则实际结晶温度将 B 。
A．越高 B 越低 C．越接近理论结晶温度 D．没有变化
5．若纯金属结晶过程处在液—固两相平衡共存状态下，此时的温度将比理论结晶温度C P35-3
A．更高 B．更低 C；相等 D．高低波动
6．在实际金属结晶时，往往通过控制N／G比值来控制晶粒度。在下列 B 情况下将获得粗大晶粒。
A．N／G很大 B．N／G很小 C．N／G居中 D．N／G＝1 （四）、问答题 1、为什么金属结晶时必须过冷? P35～36 影响过冷度的因素有哪些？P33+2 2、 简述晶体成长形状与温度梯度的关系 P49～51 3、晶粒大小对金属性能有何影响?如何细化晶粒? P52～54
4、相同过冷度下比较均匀形核与非均匀形核的临界半径、临界形核功、临界晶核体积，哪个大?
5、简述连铸坯三晶区形成原因及性能特点。 6、获得更多等轴晶的措施有哪些？
7、简述凝固过程的宏观特征，叙述凝固过程中晶体成长的机理。 凝固时宏观特征是：要有一定的过冷度，会放出明显的结晶潜热。
成长机理有三种：连续式成长、二维形核及借助台阶侧向生长、借螺旋位错生长。
8、叙述钢锭或连铸坯中常见的宏观组织缺陷，消除或改善方法。
宏观缺陷有：宏观偏析(如正常偏析、反常偏析、比重偏析)和带状组织以及缩孔、疏松、气泡等。严格讲，也包括三晶区的组织不均匀性。
宏观缺陷(化学不均匀性、物理不均匀性和组织不均匀性)往往是相互联系的，一般希望尽可能多而细的中心等轴晶，可采用加孕育剂、加大冷速、加强液体运动(如电磁搅拌、机械搅拌)等方法，细化晶粒，消除柱状晶，这样与柱状晶／枝状晶区相伴随的宏观偏析和缩孔、气泡也就明显改善了。
第三章 二元合金的相结构与结晶
一、填空题
1 合金的定义是 两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼或其它方法结合而成的具有金属特性的物质。
2．合金中的组元是指组成合金最基本的、能独立存在的物质。
3．固溶体的定义是 合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且晶格类型与组元之一相同的固相称之为固溶体。
4．Cr、V在γ-Fe中将形成 置换 固溶体。C、N则形成 间隙 固溶体。 5．和间隙原子相比，置换原子的固溶强化效果要 小 些。
6．当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出的树枝主轴含有较多的 高熔点 组元。 7．共晶反应的特征是 在同一温度下，由一定成分的液相转变成成分一定的两个固相（三相共存）。在共晶点处凝固温度最低。其反应式为 L （液）→α（固）+ β（固）。 8．匀晶反应的特征是结晶出的晶体与母相化学成分不同（异分结晶），结晶在一定的温度范围内进行，其反应式为L→α
9．共析反应的特征是在同一温度下，由一定成分的固相转变成成分一定的两个固相（三相共存）。在共析点处析出温度最低。，其反应式为 ? → (? + ?) 共析体。 10．合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为 置换和间隙 ，按原子溶入量可以分为 有限 和 无限
11．合金的相结构有 固溶体和 金属化合物 两种，前者具有较高的 塑韧性能，适合于做
基体相；后者有较高的 硬度性能，适合于做 强化 相 12．看图4—1，请写出反应式和相区：
ABC 包晶线 ；DEF 共晶线 ；GHI 共析线 ；
① L+α；② α +γ；③α；④ γ+ β ；⑤ L+γ ；⑥ L+β ；
13．相的定义是 指合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分，组织的定义是 在显微镜下能清楚地区分开的独立组成部分。
14．间隙固溶体的晶体结构与溶剂相同，而间隙相的晶体结构与 溶剂不同。
15、同分凝固（结晶）的定义 纯金属结晶时，所结晶出的固相成分与液相成分完全一样的结晶。
异分凝固（结晶）的定义固溶体合金结晶时所结晶出的固相成分与液相成分不同的结晶。 16．接近共晶成分的合金，其 铸造 性能较好；但要进行压力加工的合金常选用 固溶体 的合金。
17．根据图4—2填出：
水平线反应式γ= β+α ；有限固溶体 β、α 、 无限固溶体 γ 。
液相线 凸AB ，固相线 凹AB ， 固溶线 CF 、 EG
18．共晶组织的一般形态是 层片状、棒状、球状、针状、螺旋状、蛛网状、放射状 。
19、偏析的定义合金中化学成分的不均匀性。
20、正温度梯度下，随成分过冷程度增大分别形成平面晶、胞状晶和 树枝晶 。 21、为消除晶内偏析和离异共晶，工业上广泛应用 均匀化退火方法。
22、连续脱溶的含义随新相生成，母相成分连续地由过饱和态转变到饱和态。
23、中间相的定义合金组元间相互作用所形成的、与纯组元结构不同的相，在相图的中间区域。
二、判断题
1．共晶反应和共析反应的反应相和产物都是相同的。 ( × )
2．铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金，要进行塑性变形的合金常选用具有单相固溶体成分的合金。 ( √ )
3．置换固溶体可能形成无限固溶体，间隙固溶体只可能是有限固溶体。 ( √ ) 4．合金中的固溶体一般说塑性较好，而金属化合物的硬度较高。 (√ ) 5．共晶反应和共析反应都是在一定浓度和一定温度下进行的。 ( √ ) 6．共晶点成分的合金冷却到室温下为单相组织。 ( × ) 7．初生晶和次生晶的晶体结构是相同的。 ( √ )
8．根据相图，我们不仅能够了解各种合金成分的合金在不同温度下所处的状态及相的相对
量，而且还能知道相的大小及其相互配置的情况。 (×)
9．亚共晶合金的共晶转变温度与共晶合金的共晶转变温度相同。 ( √ ) 10．过共晶合金发生共晶转变的液相成分与共晶合金成分是一致的。 ( √ ) 11．固溶体合金的匀晶结晶需要在一定的温度范围内进行。（√） 12、杠杆定律只适用于二元相图的两相区。（ √ ）P71-5
13、高温下已达到饱和的有限固溶体，当冷却至低温时，固溶度降低，析出其他相.（√） 14、固溶体强硬度较纯金属高。（√）
15、铸造性能取决于结晶区间：液固相线之间距离越大，铸造性能越差。（√） 16、二元相图中，相邻相区中的相数只相差一个（点接触除外）。（√） 三、选择题
1．固溶体的晶体结构是 A
A．溶剂的晶型 B．溶质的晶型 C 复杂晶型 D．其他晶型 2 金属化合物的特点是 C
A．高塑性 B．高韧性 C 高硬度 D．高强度 3．当匀晶合金在较快的冷却条件下结晶时将产生 C
A．匀晶偏析 B 比重偏 C．枝晶偏析 D．区域偏析 4．当二元合金进行共晶反应时，其相组成是 C
A．由单相组成 B 两相共存 C 三相共存 D．四相组成 5．当共晶成分的合金在刚完成共晶反应后的组织组成物为 C A. α+β B．(α＋L) C．(α+β) D．L＋α+β 6．具有匀晶型相图的单相固溶体合金 B
A．铸造性能好 B．锻压性能好 C 热处理性能好 D．切削性能好 7．二元合金中，共晶成分的合金 A
A．铸造性能好 B 锻造性能好 C 焊接性能好 D．热处理性能好
8．共析反应是指 B
A．液相→固相Ⅰ+固相Ⅱ B 固相→固相Ⅰ+固相Ⅱ
C．从一个固相内析出另一个固相 D 从一个液相中析出另一个固相 9．共晶反应是指 A
A．液相→固相Ⅰ+固相Ⅱ B 固相→固相Ⅰ+固相Ⅱ
C．从一个固相内析出另一个固相 D 从一个液相中析出另一个固相 10．固溶体和它的纯金属组元相比 D 。
A．强度高，塑性也高些 B 强度低，但塑性高些 C 强度低，塑性也低些 D 强度高，但塑性低些 四、计算题：
1．一个二元共晶反应如下： L(W(B)＝75％)→α(W(B)＝15％)+β(W(B)=95％) (1)求w(B)＝50％的合金完全凝固时初晶α与共晶(α十β)的重量百分数，以及共晶体中α相与β相的重量百分数；
(2)若已知显微组织中β初晶与(α+β)共晶各占一半，求该合金成分。
解：（1）Wα初=（75-50）/（75-15）=41.67%
W(α十β)共晶=（50-15）/（75-15）=58.33% Wα=（95-50）/(95-15)=56.25% Wβ共=(50-15)/(95-15)=43.75% Wα共=56.25%-41.67%=14.58% （2）设合金成分为x，则：
Wβ初=(x-75)/(95-75)=50% → x=85% 即：w(B)＝85％
2．按照下面给出的条件，示意画出二元合金的相图，并填出各区域的相组成物和组织组成物。再根据相图画出合金的硬度与成分的关系曲线。 已知A、B组元在液态时无限互溶，在固态时能形成共晶，共晶成分为W(B)=35％。A组元在B组元中有限固溶，溶解度在共晶温度时为15％，在室温时为10％；B组元在A组元中不能溶解。B组元比A组元的硬度高。
400
A+L 35 A初+(A+B) L a (327.5℃)
L
(231.9℃)
B+L 15 B初+(A+B) B 300
温度200 ℃
100
L+α
e α
c
α+β
f L+β
b HB (A+B) d β B+AⅡ A 10 20 30 40 50 60 70 80 90 B g Pb 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Sn
3、讨论：Pb-Sn合金相图如下所示：(1) 试标出各区域的组织；(2) 指出组织中含最多和最少的成分；(3) 指出组织中含共晶体（α＋β）最多和最少的成分，(4) 指出最容易和最不容易产生枝晶偏析的成分；(5) 含30％Sn的Pb-Sn合金在183℃刚结束共晶反应时和室温时，各具有何种相构成与组织构成？ 五、问答题
1、简述铸锭的宏观偏析。P92~93
答：宏观偏析分：正常偏析、反常偏析和比重偏析。
正常偏析：指按合金的分配系数(设ko<1)，先析出的含溶质低，后凝固的含溶质多。
因铸锭尺寸大，由表面到中心成分不均匀，偏析出现在宏观尺度上，称宏观偏析。 反常偏析：仍遵守分配系数关系，只是形成大量枝晶后，富集溶质的液相会沿枝晶间的通道逆向反流到先凝固的铸锭表面附近，造成由表面到中心成分分布的反常。
比重偏析：是凝固时，固相与液相比重不同，而沉积或漂浮，从而造成铸锭下端与上端成分的不均匀，也是宏观尺度。
2、对比纯金属与固溶体结晶过程的异同，分析固溶体结晶过程的特点。P33 P73
3、什么是固溶体?影响固溶度的原因有哪些?固溶体与其纯溶剂组元相比，其结构、力学性能和物理性能发生了哪些变化?
答：固溶体：溶质原子以原子态溶人溶剂点阵中组成的单一均匀固体；溶剂的点阵类型被保留。
影响固溶度的因素有：
（1）原子尺寸因素。当溶剂、溶质原子尺寸相对大小△r＜±15％时，才有大的固溶度。 （2）负电性因素。溶剂、溶质的负电性差越小固溶度越大。
（3）电子浓度因素。有两方面的含义：一是原子价效应，即同一溶剂金属，溶质的原子价越高，固溶度越小；二是相对价效应，即高价溶质溶人溶剂的固溶度低于低价溶质的情况。 特点是：固溶体中有点阵畸变(强度、硬度会提高)而造成点阵常数变化；出现原子偏聚或有序化，甚至形成有序固溶体。
固溶体的结构变化：点阵畸变，点阵常数变化，偏聚及短程有序，甚至形成有序固溶体。力学性能变化：硬度、强度提高，塑性下降。物理性能变化：电阻加大，导电率下降。 4、何谓相图?相图能说明哪些问题?实际生产中有何应用价值? P69 5、何谓杠杆定律?它在二元合金系中可以解决什么问题? P71
6、为什么固溶体合金结晶时成分间隔和温度间隔越大则流动性不好，分散缩孔大、偏析严重以及热裂倾向大? P105
7、简述二元系中共晶反应、包晶反应和共析反应的特点，并计算其各相平衡时的自由度。 答：共晶反应：是液相同时凝固出两个不同成分的固相，两固相相互配合生长，一般长成片层状。
共析与共晶相似，只是母相是固相，即一个固相同时生成另两个不同成分的固相。 包晶反应：是液相与一个固相反应生成另一个固相，新生成的固相包住原有的固相，反应需要固相中的扩散，速度较慢。
这三种反应出现时，自由度都是0，即三相成分固定，温度也固定。 8、无论置换固溶体还是间隙固溶体都会引起强度升高，试分析其原因。 答：一是溶质原子的溶入使晶格畸变，阻碍滑移面上位错运动。
二是位错线上偏聚的溶质原子对位错的钉扎作用，形成“柯氏气团”对位错起钉扎作用。
第四章 铁碳合金
一、填空题
1．渗碳体的晶体结构是 正交晶系 ，按其化学式铁与碳原子的个数比为 3:1
2．当一块质量一定的纯铁加热到 912℃ 温度时，将发生a-Fe向γ-Fe的转变，此时体积
将发生 收缩 。
3．共析成分的铁碳合金平衡结晶至室温时，其相组成物为 α 和 Fe3C，组织成物为 P 。
4．在生产中，若要将钢进行轧制或锻压时，必须加热至 γ 相区。
5．当铁碳合金冷却时,发生共晶反应的反应式为 LC? γE+ Fe3C，其反应产物在室温下被称为 变态莱氏体 。
6．在退火状态的碳素工具钢中，T8钢比T12 钢的硬度 低。
7．当W(C)＝0．77％一2．11％间的铁碳合金从高温缓冷至ES线以下时，将从奥氏体中析
出 Fe3CⅡ ，其分布特征是 网状 。
8．在铁碳合金中，含三次渗碳体最多的合金成分点为 P点（C=0.0218%），含二次渗碳体最多的合金成分点为 E点（C=2.11%） 。
9．奥氏体是 C 在 Fe中 的固溶体，它的晶体结构是 面心立方 。 10．铁素体是 C 在 Fe中 的固溶体，它的晶体结构是 体心立方 。 11．渗碳体是 C 和 Fe 形成 的金属间化合物。 12．珠光体是 铁素体 和 Fe3C 的机械混合物。
13．莱氏体是 奥氏体 和 Fe3C 的机械混合物，而变态莱氏体是珠光体 和Fe3C 的机械混合物。
14．在Fe—Fe3C相图中，有 一次Fe3C 、 共晶Fe3C 、 二次Fe3C 、 共析Fe3C 、
三次Fe3C 五种渗碳体，它们各自的形态特征分别是 呈长条状 、 粗大的连续基体（或呈鱼骨状） 、 沿晶粒状或网络状分布、层片状、 小片状 。
15．钢中常存杂质元素有 P 、 S 、 Si 、 Mn 等，其中 S 使钢产生热脆， P 使钢产生冷脆。
18．纯铁在不同温度区间的同素异晶体有(写出温度区间) 1538℃~1394℃为体心立方δ铁素体、 1394℃~912℃ 为面心立方γ奥氏体 、 912℃以下为体心立方α铁素体。 19．碳钢按相图分为 亚共析钢 、 共析钢 、 过共析钢 ；按W(C)分为(标出W(C)范围)0.0218%~0.77%、 0.77% 、 0.77%~2.11%。
10．在铁—渗碳体相图中，存在着四条重要的线，请说明冷却通过这些线时所发生的转变并指出生成物。ECF水平线 共晶转变 、莱氏体；PSK水平线 共析转变、 珠光体；ES线 脱溶转变、 奥氏体+渗碳体 ；GS线 同素异构转变、 铁素体 。 21 标出Fe—Fe3C相图(图4—3)中指定相区的相组成物：
① γ ，②γ + α ，③ α ， ④ γ+ Fe3C ，⑤ P+ Fe3C 。
22．铁碳合金的室温显微组织由 铁素体和 渗碳体 两种基本相组成。
23．若退火碳钢试样中先共析铁素体面积为41．6％，珠光体的面积为58．4％，则其W(C)＝ 0.457 %。
(0.77-x)/(0.77-0.0218)=0.416 24．若退火碳钢试样中二次渗碳体面积为7．3％，珠光体的面积为92．7％，则其W(C)＝ 1.2% 。（x-0.77）/(6.69-0.77)=0.073
二、判断题
1．在铁碳合金中，含二次渗碳体最多的成分点为W(C)：4．3％的合金。 ( × )
2．在铁碳合金中，只有共析成分点的合金在结晶时才能发生共析反应，形成共析组织。 ( × )
3．退火碳钢的塑性与韧性均随W(C)的增高而减小。而硬度与强度则随W(C)的增高而不断增高。
( × ) 在C=1%抗拉强度最高
4．在铁碳合金中，渗碳体是一个亚稳相，而石墨才是一个稳定相。 ( √ )
5．白口铸铁在高温时可以进行锻造加工。 ( × )
6．因为磷使钢发生热脆，而硫使钢发生冷脆，故硫磷都是钢中的有害元素。 ( × ) 7．在室温下，共析钢的平衡组织为奥氏体。 ( × )
8．纯铁加热到912℃时，将发生a-Fe一γ—Fe的转变，体积发生膨胀。 ( × )
9．铁碳合金中，一次渗碳体，二次渗碳体和三次渗碳体具有相同的晶体结构。 ( √ ) 10．在Fe—Fe3C相图中，共晶反应和共析反应都是在一定浓度和恒温下进行的。 ( √ )
11．在Fe—Fe3C相图中，凡发生共晶反应的铁碳合金叫做白口铁；凡发生共析反应的铁碳合金叫做钢。
(√ )
12 珠光体是单相组织。 ( × )
13．白口铁是碳以渗碳体形式存在的铁，所以其硬度很高，脆性很大。 ( √ )
14．W(C)＝1．3％的铁碳合金加热到780℃时得到的组织为奥氏体加二次渗碳体。( √ ) 15．a-Fe是体心立方结构，致密度为68％，所以其最大溶碳量为32％。 ( × ) 16．γ-Fe是面心立方晶格，致密为0.74，所以其最大溶碳量为26％。 ( × ) 17．钢材的切削加工性随w (C)增加而变差。 ( × ) 18．碳钢进行热压力加工时都要加热到奥氏体区。 ( × )
19．W(C)＝1．0％的碳钢比W(C)=0．5％的碳钢硬度高。 ( √ )
20．在室温下，w(C)＝0．8％的退火碳钢的强度比W(C)＝1．2％的退火碳钢高。(√) P121 21．钢铆钉一般用低碳钢制成。 ( √ )
22．钳工锯T10、T12钢料时比锯10、20钢费力，且锯条容易磨钝。 ( √ ) 23．钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜于通过铸造成形。 ( √ ) 24．工业纯铁的W(C)<0．2％。 ( × )
25．工业纯铁的室温平衡组织为铁素体。 ( × ) 还有FeCⅢ
26．汽车外壳用低碳钢板制造，而理发工具用碳素工具钢制造。 ( √ ) 27．退火碳钢W(C)接近1％时其强度极限最高。 ( √ ) P121
28．过共析钢由液态缓冷至室温所析出的二次渗碳体在组织形态与晶体结构方面均与—次渗碳体不相
同。 ( × ) (三)选择题 1．渗碳体属于 B
A 间隙固溶体 B 间隙化合物 C 间隙相 D 正常化合物 2．．δ-Fe的晶型是 A
A 体心立方 B 面心立方 C密排六方 D 简单立方 3．铁素体的机械性能特点是 C A 具有良好的硬度与强度 B 具有良好的综合机械性能 C 具有良好的塑性和韧性 D 具有良好的切削性和铸造性 4．W(C)＝4．3％碳的铁碳合金具有 B 。
A 良好的可锻性 B 良好的铸造性 C 良好的焊接性 D 良好的热处理性 5．建筑用钢筋宜选用 A A 低碳钢 B 中碳钢 C 高碳钢 D 工具钢 6．装配工使用的锉刀宜选用 C A 低碳钢 B．中碳钢 C高碳钢 D 过共晶白口铁 7．纯铁在912℃以下的晶格类型是 C
A 密排六方晶格 B 面心立方晶格 C 体心立方晶格 D 简单立方晶格 8．三次渗碳体是从 B A 钢液中析出的 B 铁素体中析出的 C 奥氏体中析出的 D 珠光体中析出的 9．二次渗碳体是从 C A 钢液中析出的 B 铁素体中析出的 C 奥氏体中析出的 D 莱氏体中析出的 10．在下述钢铁中，切削性能较好的是 B A 工业纯铁 B 45 C 白口铁 D T12A
四、名词解释
1、渗碳体：Fe3C为复杂晶体结构的间隙化合物，其硬度高，脆性大，塑性几乎等于零，硬脆相，是钢中主要强化相。
2、铁素体：碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，铁素体仍保持α-Fe的体心立方晶格，由于间隙小，溶碳极少，力学性能与纯铁相同，强度、硬度不高，具有良好的塑性，770℃以下为铁磁性。
3、奥氏体：碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体，仍保持γ-Fe的面心立方晶格，最高溶碳可达2.11%，强度、硬度较高，塑性好，无磁性。
4、珠光体（P）：铁素体F与 渗碳体Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量0.77%），综合性能好。
5、莱氏体（Ld 或 Le）：奥氏体A与 渗碳体Fe3C 所形成的机械混合物（平均含碳量：4.3%），具有硬而脆的性能。 五、问答与计算题
1、画出铁碳相图，标明相图中各特征点的温度与成分，写出相图中包晶反应、共晶反应与共析反应的表达式。
答：包晶反应： L(0.53％C)+δ- Fe(0.09％C)→γ-Fe(0.17％C) 共晶反应： L(4.3％C)→γ-Fe(2.11％C)+Fe3C(6.69％C) 共析反应： γ-Fe(0.77％C)→α-Fe(0.0218％C)+Fe3C(6.69％C) 2、简述含碳量为0.35％钢的结晶过程和固态组织转变过程。
答：由液相先凝固出δ铁素体，在1495℃进行包晶反应，生成γ奥氏体；继续冷却，由剩余的液相再次析出γ奥氏体，然后变成单相奥氏体。冷至约800℃，从γ奥氏体中析出先共析α铁素体，在727℃进行共析反应，形成珠光体，最后得到铁素体加珠光体组织。 3、分析含碳量0.14％的铁碳合金的结晶过程。
答：含碳0．12％的钢，由液相冷却时，先形成δ铁素体，固液相分别按相图上的固、液相线成分变化，到1495℃包晶温度，部分进行包晶反应；新相γ奥氏体在已生成的δ铁素体上形核并向δ铁素体和液相中生长。反应后是两相组织δ铁素体+γ奥氏体。继续冷却得到单相奥氏体。冷却到GS线时从γ奥氏体中析出先共析α铁素体，在727℃进行共析反应，形成珠光体，最后得到铁素体加珠光体组织。
4、画出Fe-Fe3C相图，分析含碳量为1.1wt％(重量百分比)的铁碳合金从液相平衡凝固到室温时的转变过程，画出组织转变示意图，并计算出室温时各组织的相对含量。
答、1.1％C的钢由液相冷却时先进入L+γ奥氏体两相区，形成枝晶或等轴状γ奥氏体，然后进入奥氏体单相区；继续冷却到~760℃，沿晶界析出二次渗碳体，在777℃剩余的奥氏体转变为珠光体，最后的组织是珠光体+网状二次渗碳体，如图9-3所示。
珠光体相对含量为：（6.67~1.1）/（6.69~0.77）×100％=94.4％ 网状渗碳体相对含量为：(1.1~0.77)/(6.69~0.77)×100％=5.6％ 5、1）试画出含碳量为0.55%的铁碳合金金相显微组织示意图；
2）试分析含碳量分别为0.20%、0.45%、0.65%的铁碳合金在组织和力学性能上有何不同？ 答：1）0.45%的铁碳合金金相显微组织示意图：
2）随含碳量↑，F↓，Fe3C↑。塑性、韧性下降，强度硬度↑
6、说明含碳为1.9％的铁碳合金由液相缓冷到共析温度以下的组织变化过程及最终组织；计算该合金二次渗碳体的最大重量百分量；再分别计算共析转变后合金中铁素体和珠光体组织重量百分量。
答：液相冷却时，先形成先共晶奥氏体枝晶或等轴晶，直至凝固完毕。继续冷却时奥氏体枝晶无变化，到渗碳体在奥氏体的溶解度曲线后，沿晶界析出少量二次渗碳体。到共析温度后，剩余的奥氏体全部转变为珠光体，最后得到珠光体和少量网状二次渗碳体。 二次渗碳体的最大重量百分量：
W渗碳体=(1.9~0.77)／(6.69~0.77) ×100％=19.09％ 共析转变后合金中铁素体重量百分量：
W铁素体=(6.69~1.9)／(6.69~0.0218) ×100％=71.84％ 珠光体组织重量百分量：
W珠光体=(6.69~1.9)／(6.69~0.77) ×100％=80.91％
7、说明含2.9％C的铁碳合金由液相缓冷到共析温度以下的组织变化过程及最终组织。计算共晶转变刚结束时先共晶奥氏体的重量百分量；再分别计算共析转变后合金中铁素体和全部的珠光体组织重量百分量。
答： 液相冷却时，先形成先共晶奥氏体枝晶，剩余的液相进行共晶转变形成莱氏体，凝固完毕。继续冷却时奥氏体枝晶周围析出二次渗碳体，到共析温度后，奥氏体转变为珠光体，最后得到枝晶状分布的珠光体、二次渗碳体和变态莱氏体。 先共晶奥氏体重量百分量：
W奥氏体=(4.3—2.9)／(4.3—2.11）×100％=63.93％ 共析转变后合金中铁素体组织的重量百分量： W铁素体=(6.69—2.9)／(6.69—0.0218)×100％=56.82％ 共析转变后合金中全部珠光体组织的重量百分量： W珠光体=(6.69—2.9)／(6.69—0.77)×100％=64.02％
8、为什么钢的渗碳在奥氏体中进行而不在铁素体中进行？
答：γ-Fe即奥氏体中溶碳量为2.11%，而α-Fe仅能溶解0.0218%碳；另γ-Fe为高温相，D值大，所以在γ-Fe中渗碳。
9、一堆钢材由于混杂，不知道化学成分，现抽出一根进行金相分析，其组织为铁素体加珠光
体，其中珠光体的面积大约占40％，由于珠光体与铁素体的比容相近，可用显微组织中珠光体与铁素体的面积百分数替代二者的重量百分数，试估算该钢材的含碳量。
10、 已知珠光体的HBS＝180，δ＝20％，铁素体的HBS＝80，δ＝50％，试计算含碳量为0.45%的碳钢的硬度和伸长率。(提示：合金的性能值大约是它的各组织组成物的性能值与它的各组织组成物在合金中的含量的乘积和，或称为加权平均值)。
11、指出下列名词的主要区别：一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体。
答：一次渗碳体(呈长条状）、二次渗碳体（沿晶粒状~网络状分布）、三次渗碳体（小片状）、共晶渗碳体（连续集体或呈鱼骨状）、共析渗碳体（层片状）。
第五章 金属及合金的塑性变形
(一)填空题
1. 硬位向是指 外力与滑移面平行或垂直，取向因子为零，其含义是 无论τk如何，σs均为无穷大，晶体无法滑移。
2．从刃型位错的结构模型分析，滑移的实质是 位错在切应力作用下沿滑移面逐步移动的结果。 3．由于位错的增殖性质，所以金属才能产生滑移变形，而使其实际强度值大大的低于理论强度值。 4. 加工硬化现象是指随变形度增大，金属的强硬度显著增高而塑韧性明显下降的现象，加工硬化的结果使金属对塑性变形的抗力 增加 ，造成加工硬化的根本原因是位错密度大大增加。 5．影响多晶体塑性变形的两个主要因素是 晶界、 晶粒位向差。
6．金属塑性变形的基本方式是 滑移 和 孪生 ，冷变形后金属的强度 增加，塑性 降低。 7．常温下使用的金属材料以 细小 晶粒为好，而高温下使用的金属材料以 粗大 晶粒为好。 8．面心立方结构的金属有 12 个滑移系，它们是 4｛111｝×3＜110＞ 。 9．体心立方结构的金属有 12 个滑移系，它们是 6｛110｝×2＜111＞ 。 10．密排六方结构的金属有 3 个滑移系，它们是 1｛0001｝×3＜īī20＞。
11．单晶体金属的塑性变形主要是 切应力 作用下发生的，常沿着晶体中 密排面 和 密排方向 发生。 12 金属经冷塑性变形后，其组织和性能会发生变化，如 显微组织拉长变为纤维组织 、 亚结构的细化变为形变亚结构、 形变织构即晶粒沿某一晶向或晶面取向变形、 加工硬化等等。 13．拉伸变形时，晶体转动的方向是 由滑移面 转到 与拉伸轴平行的方向 。 14 晶体的理论屈服强度约为实际屈服强度的 1500倍。
15．内应力是指金属塑性变形后保留在金属内部的残余内应力和点阵畸变，它分为 宏观内应力 、 微观内应力、 点阵畸变 三种。 (二)判断题
1 在体心立方晶格中，滑移面为｛111｝×6，滑移方向为〈110〉×2，所以其滑移系有12个。（×） 2．滑移变形不会引起晶体结构的变化。 （×）（位向）
3 因为体心立方与面心立方晶格具有相同的滑移系数目，所以它们的塑性变形能力也相同。 （ × ）
5．在晶体中，原子排列最密集的晶面间的距离最小，所以滑移最困难。（ × ） 6 孪生变形所需要的切应力要比滑移变形所需要的切应力小得多。（ × ）
7．金属的加工硬化是指金属冷塑性变形后强度和塑性提高的现象。 （ × ） 8 单晶体主要变形的方式是滑移，其次是孪生。 （ √ ） 9．细晶粒金属的强度高，塑性也好。 （ √ ）
10．反复弯折铁丝，铁丝会越来越硬，最后会断裂。 （ √ ）
11．喷丸处理能显著提高材料的疲劳强度。 （ √ ）
12．晶体滑移所需的临界分切应力实测值比理论值小得多。 （ √ ） 13．晶界处滑移的阻力最大。 ( √ )
14．滑移变形的同时伴随有晶体的转动，因此，随变形度的增加，不仅晶格位向要发生变化，而且晶格类
型也要发生变化。 ( × )
15．滑移变形不会引起晶格位向的改变，而孪生变形则要引起晶格位向的改变。 (√ )
16．面心立方晶格一般不会产生孪生变形；密排六方晶格金属因滑移系少，主要以孪生方式产生变形。 ( √ ) (三)选择题
1．能使单晶体产生塑性变形的应力为 ( B ) A．正应力 B．切应力
2．面心立方晶体受力时的滑移方向为( B )
A <111> B <110> C <100> D <112>
3．体心立方与面心立方晶格具有相同的滑移系，但其塑性变形能力是不同的，其原因是面心立方晶格的
滑移方向较体心立方晶格的滑移方向( B )
A．少 B．多 C 相等 D．有时多有时少 4．冷变形时，随着变形量的增加，金属中的位错密度( A )。 A．增加 B 降低 C无变化 D．先增加后降低 5．钢的晶粒细化以后可以( D )。
A．提高强度 B 提高硬度 C 提高韧性 D．既提高强度硬度，又提高韧性 6．加工硬化现象的最主要原因是( B )。
A．晶粒破碎细化 B 位错密度增加 C 晶粒择优取向 D．形成纤维组织 7．面心立方晶格金属的滑移系为( B )。
A．<111>｛110｝ B．<110>｛111｝ C．<100>｛110｝ D． <100>｛111｝
(四)问答题
1、 何谓加工硬化？产生的原因及消除的方法是什么？加工硬化有何意义？
答：塑性变形中随变形程度增加，金属强硬度增加而塑韧性下降的现象称为加工硬化；
加工硬化产生的原因：塑性变形引起的位错密度的增加，导致大量位错间交互作用，互为阻碍，使位错运动阻力增大，变形抗力增加；
消除方法：再结晶退火 加工硬化的意义：强化机制；
使塑性变形均匀 2、（1）列举4种强化金属和合金的方法；
（2）指出晶粒大小对材料的机械性能影响的特殊性？如何获得细小的再结晶晶粒？ 答：
(1)固溶强化、位错强化、晶界强化、第二相强化
(2)在常温条件下，晶粒愈细小，金属的强硬度愈高，塑韧性亦愈好。但高温下晶界强度低于晶内，晶粒细小强度反而下降，但晶粒过于粗大会降低塑性，故须采取适当粗的晶粒度 。
细化再结晶晶粒的措施： (1)控制变形度：
首先须避开临界变形度，临界变形度之外，变形度越大晶粒越细； (2)控制变形温度：
变形温度越低，晶粒越细小； (3)细化原始晶粒尺寸；
(4)原始组织中保留一定量合金元素或杂质原子等。
3 拉制半成品铜丝的过程如图所示，试绘出不同阶段的组织与性能变化示意图，并加以解释。
σb HB δ
4 金属Ag经大变形量(70％)冷加工后，试样一端浸入冰水中，一端加热至0.9Tm，过程持续1小时，然后将试样冷至室温。试画出沿试样长度的组织与硬度分布曲线，并简要说明之。
答：Ⅰ. 温度T 且随T↑，再结晶的体积％↑，HB↓； Ⅲ. 随温度↑，晶粒长大，晶界对位错运动阻 碍↓，故HB进—步↓。 T 0.9Tm T再 0℃ HRC δ Ⅰ Ⅱ Ⅲ 5、低碳钢(0．1％C)板经大变形量冷轧后，进行了再结晶退火，对其进行拉伸实验，拉伸至延伸率为8％时卸载，若： (1) 卸载后立即拉伸； (2) 卸载后室温下放置10天后拉伸； (3) 卸载后700℃退火1小时，空冷至室温后再拉伸； (4) 卸载后在900℃退火保温10分钟，空冷至室温后再拉伸。 试分别画出上述4种情况下的应力一应变曲线，并简要说明之。 答：（1）卸载后立即拉伸，溶质原子来不及在位错附近聚集，故无钉扎作用，所以无上、下屈服点；且因加工硬化的作用，屈服强度较第一次拉伸时有所提高； (4)σ(1)(3)(2) （2）经过室温时效，溶质原子在位错附近聚集又形成气团，钉扎位错，需要在较高应力下才能屈服；一旦溶质原子脱钉，应力将下降，所以有上、下屈服点。同样，由于加工硬化的作用，屈服强度较第一次拉伸时有所提高； （3）对低碳钢，ε＝8％接近临界变形量，因此在700℃(高于再结晶温度)退火后晶粒粗大，强度较低； ε（4）900℃保温时发生重结晶，冷却后晶粒细小，因此强化提高。 第六章 回复与再结晶 (一)填空题 1. 金属再结晶的前提是 金属的塑性变形（或加工硬化），它与重结晶的主要区别是 晶格类型不变 。 2. 金属的最低再结晶温度是指 开始出现再结晶现象时的最低温度，它与熔点的大致关系是 T再≈0.4T熔。 3 钢在常温下的变形加工称 冷加工，铅在常温下的变形加工称 热加工 。 4．回复是 冷变形后的金属在加热温度不高时，其光学组织未发生明显改变时所产生的某些亚结构和性能的变化过程 。再结晶是 冷变形金属在低于Ac1的较高温度下，通过新晶核的形成与长大，由畸变晶粒变为相同晶格类型的无畸变等轴晶粒的过程。 5．临界变形量的定义是 把对应得到特别粗大晶粒的变形度 ，通常临界变形量约在 2%~10% 范围内。 6 金属板材深冲压时形成制耳是由于 形变织构 造成的。 7．根据经验公式得知，纯铁的最低再结晶温度为 T再≈0.31T熔。 (二)判断题 1．金属的预先变形越大，其开始再结晶的温度越高。 （ × ） 2．变形金属的再结晶退火温度越高，退火后得到的晶粒越粗大。 （ √ ） 3．金属的热加工是指在室温以上的塑性变形过程。 （ × ） 4．金属铸件不能通过再结晶退火来细化晶粒。 （ √ ） 5．再结晶过程是形核和核长大过程，所以再结晶过程也是相变过程。 （ × ）； 6 从金属学的观点看，凡是加热以后的变形为热加工，反之不加热的变形为冷加工。 （ × ） 7 在一定范围内增加冷变形金属的变形量，会使再结晶温度下降。 ( √ ) 8．凡是重要的结构零件一般都应进行锻造加工。 （ √ ） 9．在冷拔钢丝时，如果总变形量很大，中间需安排几次退火工序。 ( √ ) 10．从本质上讲，热加工变形不产生加工硬化现象，而冷加工变形会产生加工硬化现象。这是两者的主要区别。 ( × ) (三)选择题 1．变形金属在加热时发生的再结晶过程是一个新晶粒代替旧晶粒的过程，这种新晶粒的晶型( A )。 A．与变形前的金属相同 B 与变形后的金属相同 C 与再结晶前的金属相同 D．形成新的晶型 2．金属的再结晶温度是( B ) A．一个确定的温度值 B．一个温度范围 C 一个临界点 D．一个最高的温度值 3．为了提高大跨距铜导线的强度，可以采取适当的( A )。 A．冷塑变形加去应力退火 B 冷塑变形加再结晶退火 C 热处理强化 D．热加工强化 4 下面制造齿轮的方法中，较为理想的方法是( C )。 A 用厚钢板切出圆饼再加工成齿轮 B 用粗钢棒切下圆饼再加工成齿轮 C 由圆钢棒热锻成圆饼再加工成齿轮 D 由钢液浇注成圆饼再加工成齿轮 5．下面说法正确的是( C )。 A 冷加工钨在1 000℃发生再结晶 B 钢的再结晶退火温度为450℃ C 冷加工铅在0℃也会发生再结晶 D 冷加工铝的T再≈0.4Tm＝0.4X660℃＝264℃ 6 下列工艺操作正确的是( B ) 。 A 用冷拉强化的弹簧丝绳吊装大型零件淬火加热时入炉和出炉 B 用冷拉强化的弹簧钢丝作沙发弹簧 C 室温可以将保险丝拉成细丝而不采取中间退火 D 铅的铸锭在室温多次轧制成为薄板，中间应进行再结晶退火 7 冷加工金属回复时，位错( C )。 A．增加 B．大量消失 C．重排 D 不变 8在相同变形量情况下，高纯金属比工业纯度的金属( A )。 A．更易发生再结晶 B．更难发生再结晶 C 更易发生回复 D．更难发生回复 9 在室温下经轧制变形50％的高纯铅的显微组织是( C ) 。 A．沿轧制方向伸长的晶粒 B．纤维状晶粒 C 等轴晶粒 D．带状晶粒 (四)问答题 1 用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热至1000℃，当出炉后再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，试分析其原因。 答：主要是因为冷拉钢丝绳随工件一起加热至1000℃后，冷拉钢丝绳经历了回复、再结晶及晶粒长大过程，其强度大大降低，从而造成钢丝绳发生断裂。 2．当把铅铸锭在室温下经多次轧制成薄铅板时，需不需要进行中间退火?为什么? 答：不需要中间退火，因为铅铸锭在室温下轧制属于热加工，它会发生边加工边再结晶的软化过程。 3．用冷拔钢丝缠绕的螺旋弹簧，经低温加热后，其弹力要比未加热的好，这是为什么? 答：冷拔钢丝经低温加热后，发生了回复过程，储存能部分消除；宏观内应力基本消除，微观内应力也消除一部分。 4．在室温下对铅板进行弯折，你会感到越弯越硬，但稍隔一会儿再行弯折，你会发现铅板又像初时一 样柔软，这是什么原因? 答：发生了回复和再结晶过程，使应力、储存能得以消除。 5．三个低碳钢试样变形度为5％，15％，30％，如果将它们加热至800℃，指出哪个产生粗晶粒?为什 么? 答：变形度为5％产生粗晶粒，因为金属的临界变形度为2%~10%，当钢的变形度为5％时，正好在临界变形度范围内。 第八章 扩散习题与思考题 (一)选择题 1．菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随( B )变化 A 距离 B 时间 C 温度 2 原子扩散的驱动力是( B ) A 组元的浓度梯度 B 组元的化学势梯度 C 温度梯度 （二）问答题 1 何谓扩散，扩散的本质是什么？固态扩散有哪些种类? 答：扩散指物质中原子或分子通过无规运动导致宏观迁移与传质的现象。 扩散的本质指大量原子不断克服原子之间 能垒，跃迁到邻近位置，实现宏观的物质迁移过程。 固态扩散主要有两种：空位扩散和间隙扩散。 2 何谓上坡扩散和下坡扩散?试举例说明之。 ① 下坡扩散：沿浓度降低的方向扩散，即原子由高浓度区向低浓度区扩散。 如：不均匀固溶体（铸件）均匀化过程、渗碳等。 ② 上坡扩散：沿浓度升高的方向扩散，即原子由低浓度区向高浓度区扩散。 如：奥氏体转变为珠光体时碳由低浓度的奥氏体向高浓度的渗碳体扩散 3 固态金属中要发生扩散必须满足哪些条件。 答：① 存在扩散驱动力——热力学条件 梯度：化学位(主要）、温度、应力、 电场、磁场等 ② 扩散原子与基体有固溶性——前提条件 ③ 足够高温度——动力学条件 ④ 足够长时间——宏观迁移的动力学条件 4 渗碳是将零件置于渗碳介质中使碳原子进入工件表面，然后以下坡扩散的方式使碳原子从表层向内部扩 散的热处理方法。试问： (1) 温度高低对渗碳速度有何影响? (2) 渗碳应当在r-Fe中进行还是应当在α-Fe中进行? （3）空位密度、位错密度和晶粒大小对渗碳速度有何影响？ 答：(1)温度越高，渗碳速度越快，反之，渗碳速度越慢。 (2)虽然Dα-Fe ≈163Dγ-Fe ，但是钢在渗碳时仍然在r-Fe中进行。原因是温度高有利于原子的扩散；还有γ-Fe的溶碳能力》α-Fe 。 （3）空位密度和位错密度越大则渗碳速度越快；晶粒越小渗碳速度越快。因为空位密度和位错密度越大，晶界越多，晶格畸变能越大，原子扩散所需激活能越小，原子就越容易迁移。 第九章 热处理原理 (一)填空题 1 起始晶粒度的大小决定于 成分 及 冶炼条件 。 2 在钢的各种组织中，马氏体的比容 最大 ，而且随着w(C)的增加而 增加 。 3．板条状马氏体具有高的 强度和硬度 及一定的 塑性 与 韧性 。它的强度与奥氏体 碳含量 有关， 马氏体板条群越细（或尺寸越小） 则强度越高。 4. 淬火钢低温回火后的组织是 低碳过饱和铁素体 和 粒状碳化物ε—FexC ( x ≈ 2.4 ) ；中温回火后的组织是回火屈氏体 ，一般用于高 弹性 的结构件；高温回火后的组织是回火索氏体 ，用于要求足够高的 强度 及高的 塑韧性 的零件。 5．钢在加热时，只有珠光体中出现了 浓度起伏 和 结构起伏 时，才有了转变成奥氏体的条件，奥氏体晶核才能形成。 6．马氏体的三个强化包括 固溶 强化、相变强化强化、 时效（沉淀） 强化。 7．第二类回火脆性主要产生于含 Mn、 、 Cr 、 Ni 等合金元素的钢中，其产生的原因是钢中晶粒边界 偏聚的杂质元素 增加的结果，这种脆性可用 快冷来防止，此外在钢中加入 W 和Mo及 形变（亚温回火） 热处理等方法也能防止回火脆性。 8．共析钢加热至稍高于727℃时将发生 P→A 的转变，其形成过程包括 A的形核 、 A的长大、 剩余渗碳体的溶解和A成分均匀化 等几个步骤。 9 根据共析钢转变产物的不同，可将C曲线分为 珠光体、 贝氏体、 马氏体三个转变区。 10 根据共析钢相变过程中原子的扩散情况，珠光体转变属于扩散型 转变，贝氏体转变属于 半扩散型 转 变，马氏体转变属于非扩散型 转变。 11．马氏体按其组织形态主要分为 片（针）状马氏体 和板条状马氏体 两种。其中板条状马氏体的韧性较好。 12．马氏体按其亚结构主要分为胞状亚结构 和 孪晶亚结构两种。 13．贝氏体按其形成温度和组织形态，主要分为 上贝氏体 和 下贝氏体 两种。 14．珠光体按其组织形态可分为 片状 珠光体和 粒状 珠光体；按片间距的大小又可分为珠光体、 索氏体和 托氏体 。 15、 描述过冷奥氏体在A1点以下相转变产物规律的曲线有 TTT 和 CCT 两种；对比这两种曲线可看出，前者指示的转变温度比后者 高一些 ，转变所需的时间前者比后者 短一些，临界冷却速度前者比后者 大 。 16、 当钢发生奥氏体向马氏体组织的转变时，原奥氏体中w(c)越高，则Ms点越 低 ，转变后的残余奥氏体量越 多 。 17 钢的淬透性越高，则临界冷却速度越 小 ；其C曲线的位置越 靠右 。 18、在过冷A等温转变产物中，P和T的主要相同点是：都是共析体（F + 层片状 Fe3C） 不相同点是：T的层片间距较小。 19、用光学显微镜观察，上B的组织特征呈（羽毛）状，而下B则呈（黑色针）状。 （二)判断题 1．相变时新相的晶核之所以易在母相的晶界上首先形成，是因为晶界处能量高。（ √ ） 2．随奥氏体中W (C)的增高，马氏体转变后，其中片状马氏体减少，板条状马氏体增多。（×） 3．第一类回火脆性是可逆的，第二类回火脆性是不可逆的。（ × ） 4．马氏体降温形成时，马氏体量的不断增加不是依靠原有的马氏体长大，而是不断形成新的马氏体。（ √ ） 5．钢经加热奥氏体化后，奥氏体中碳与合金元素的含量与钢中碳及合金元素的含量是相等的。（ × ） 6．所谓本质细晶粒钢，就是一种在任何加热条件下晶粒均不粗化的钢。（ × ） 7．当把亚共析钢加热到Ac1和Ac3之间的温度时，将获得由铁素体与奥氏体构成的两组织，在平衡条件 下，其中奥氏体的w(C)总是大于钢的w(C)。 （ √ ） 8．马氏体是C在a-Fe中所形成的过饱和固溶体，当发生奥氏体向马氏体的转变时，体积发生收缩。 （ × ） 9 钢在奥氏体化时，若奥氏体化温度愈高，保温时间愈长，则过冷奥氏体愈稳定，C曲线愈靠左。 ( × ) 10、当共析成分的A在冷却发生P转变时，温度越低，其转变产物组织越粗。（ × ） (三)选择题 1 钢在淬火后所获得马氏体组织的粗细主要取决于 B 。 A．奥氏体的本质晶粒度 B．奥氏体的实际晶粒度 C奥氏体的起始晶粒度 D．珠光体和铁素体的原始晶粒度 2．高碳片状马氏体脆性较大的原因是 A 。 A．有显微裂纹存在 B．固溶度太高 C 残余奥氏体存在于马氏体片间界处 D．转变不完全 3．低碳板条马氏体中板条群的大小决定于 C 。 A．冷却速度的大小 B．奥氏体w(C)多少 C 奥氏体晶粒的大小 D．以上都不是 4 在淬火钢中w(C)增加到0．6％以后，随w(C)增加硬度不再继续增加，这是因为A A 随w(C)的增加残余奥氏体的量增多的关系 B．随w(C)增加片状马氏体的量增多的关系 C 随w (C)增加淬火内应力增大的关系 D．随w(C)增加非马氏体量减少的关系 5．若钢中加入合金元素能使C曲线左移，则将使淬透性 B A．提高 B．降低 C不改变 D．对小试样提高，对大试样则降低 6在过冷奥氏体等温转变图的鼻尖处，孕育期最短，此处 B A．过冷奥氏体稳定性最好，转变速度最快 B 过冷奥氏体稳定性最差，转变速度最快 C 过冷奥氏体稳定性最差，转变速度最慢 D 过冷奥氏体稳定性最好，转变速度最慢 7 钢进行奥氏体化的温度愈高，保温时间愈长则 B A．过冷奥氏体愈稳定，C曲线愈靠左 B．过冷奥氏体愈稳定，C曲线愈靠右 C 过冷奥氏体愈不稳定，C曲线愈靠左 D．过冷奥氏体愈不稳定，C曲线愈靠右 8 上贝氏体和下贝氏体的机械性能相比较， D A．两者具有较高的强度和韧性 B．两者具有很低的强度和韧性 C 上贝氏体具有较高强度和韧性 D．下贝氏体具有较高强度和韧性 9．过共析钢加热到Ac1一Accm之间时，则 A A．奥氏体的w(C)小于钢的w(C) B 奥氏体的w (C)大于钢的w(C) C 奥氏体的w(C)等于钢的w(C) D．无法判断两者w (C)的关系 (四) 问答题 1 、M的本质是什么？它的硬度为什么很高？是什么因素决定了它的脆性？ 答：M的本质是C在α- Fe中的过饱和固溶体。 相变强化、固溶强化和时效强化 高碳M的脆性大，是由于其C的过饱和度大，则内应力大造成。另外，孪晶结构增加了其脆性。 2、为什么马氏体的塑性和韧性与其碳含量（或形态）密切相关？ 高碳马氏体由于过饱和度大、内应力高和存在孪晶结构，所以硬而脆，塑性、韧性极差，但晶粒细化得到的隐晶马氏体却有一定的韧性。而低碳马氏体，由于过饱和度小，内应力低和存在位错亚结构，则不仅强度高，塑性、韧性也较好。 3、 直径为10mm的共析钢小试样加热到相变点A1以上30℃，用图1-82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。 答： a b c d e f g 热处理方式 水淬 分级淬火 油淬 等温淬火 正火 退火 等温退火 组织 M＋A残 M＋A残 S+T＋M＋A残 B下＋ A残 P+S P P 4、有一根长2米直径20mm的实心T12钢圆棒，不均匀加热，加热后棒料温度如图所示，假设各段冷却介质如表所示，请在各段中填入相应的相组织，并分析其力学性能。 A B C D 1000 ℃ 750 ℃ 700 ℃ 500 ℃ A B C D P+Fe3CII P+Fe3CII 水冷 粗M+A残 M+A残 油冷 粗T+M+Fe3CII+A残 T+M+Fe3CII+A残 P+Fe3CII P+Fe3CII P+Fe3CII 炉冷 粗P+Fe3CII 网 P+Fe3CII P+Fe3CII 空冷 粗P+Fe3CII S+Fe3CII P+Fe3CII P+Fe3CII 5、试比较索氏体和回火索氏体，托氏体和回火托氏体，马氏体和回火马氏体之间在形成条件、组织形态、性能上的主要区别。 答： 马氏体 回火马氏体 形成条件 230～－50℃ 淬火后低温回火150～250℃以上 碳在α－Fe中过饱和的固溶体，形态由过饱和的α相与其共格的ε－Fe2.4C组组织形态 为片状或板条状 成，形态保留原M形状 性 能 高碳片状M，硬度（64～66HRC）、脆由于需低温淬火的都为高碳钢，故保持淬火性大，塑性、韧性差。低碳板条状M，M的高硬度（58～62HRC) 硬度（30～50HRC），塑性韧性较高 高耐磨性，降低淬火应力和脆性。 1、说明下列符号的物理意义及加热速度、冷却速度对它们的影响：Ac1、Ar1、Ar3、Ac3、Accm、Arcm 答：Ac1——加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度 Ar1——冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度 Ar3——冷却时奥氏体开始析出先共析铁素体的温度 Ac3——加热时铁素体全部溶入奥氏体的终了温度 Accm——加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度 Arcm——冷却时奥氏体开始析出二次渗碳体的温度 冷却速度越大，以上临界温度偏离平衡位置越大。 2、今有40钢坯（平衡组织）从室温缓慢加热到1000℃保温，详述其在加热过程中的组织转变过程。知Ac1＝724℃，Ac3＝790℃。 答：加热温度低于Ac1＝724℃时，组织不变；加热温度大于724℃后珠光体转变为奥氏体，温度在724~790℃时，组织为A+F；加热温度大于790℃后，铁素体全部溶入奥氏体中，此时组织为细小的A；随加热温度的继续升高，达到1000℃保温，组织为粗大的奥氏体。 3、何谓奥氏体的起始晶粒度，实际晶粒度，本质晶粒度？为什么用铝脱氧的钢或加入少量V、Ti、Nb、Zr、W、Mo等元素的钢是本质细晶粒钢？本质细晶粒钢的奥氏体实际晶粒是否一定细小。 答：初始晶粒度—奥氏体转变刚结束时的晶粒大小。 实际晶粒度—具体加热条件下获得的奥氏体晶粒大小。①与具体热处理工艺有关： 热处理温度↑，时间↑，晶粒越大。 ②与晶粒是否容易长大有关 本质晶粒度—指钢在特定的加热条件下，奥氏体晶粒长大的倾向性，分为本质粗晶粒度和本质细晶粒度。 Al脱氧镇静钢和含V、Ti、Nb、Zr钢，因有难溶粒子的机械阻碍作用（钉扎作用），加热奥氏体化时晶粒不易粗化。 本质粗晶粒度钢实际晶粒度并非一定粗大，本质细晶粒度钢实际晶粒度并非一定细小，而与具体的热处理工艺有关。只是表征该钢种在通常的热处理条件下A晶粒长大的趋势，不代表真实、实际晶粒大小。 4、画出T8钢过冷奥氏体等温转变曲线，在等温转变曲线上画出为获得以下组织应采取的连续冷却曲线：（1）索氏体＋珠光体；（2）马氏体＋残余奥氏体；（3）屈氏体＋马氏体＋残余奥氏体。 共析碳钢 TTT曲线 共析碳钢 CCT曲线 T Pf PS C′ A1 C ① Ms Vc″ ② M+A′ Vc ③ Vc′ Mf P τ M+P +A′ 共析碳钢 TTT 与 CCT 曲线 5、钢中马氏体高强度高硬度的本质是什么？钢中马氏体的硬度主要与什么因素有关？ 答：固溶强化：碳处于α相扁八面体间隙中，造成晶格的正方畸变，其应力场与位错发生强烈交互作用→提高M强度和硬度。 相变强化：A转变成M时，造成高密度位错、孪晶、层错。 时效强化：碳及合金元素向位错或缺陷处扩散偏聚或析出，钉扎位错。 另外，原始A晶粒越细，M强度越高。因为M相界面越多，阻碍位错的运动阻力越大。 钢中马氏体的硬度主要与碳含量有关。 6、钢中板条马氏体具有较好的强韧性，而片状马氏体塑韧性较差，可否用板条马氏体代替片状马氏体？ 答：可以。 低碳钢或低合金钢采用强烈淬火(盐溶液)——获得全板条状M。 中碳低合金钢或中碳合金钢采用高温加热淬火——使A成分均匀，消除富碳区，淬火后获得较多板条M。 高碳钢采用低温快速、短时加热淬火——可保留较多未溶碳化物，降低A中含碳量并阻止富碳区形成→获得较多板条状M。 7、影响过冷奥氏体等温转变C曲线的因素有哪些？试述钢中含碳量及合金元素对Ms、Mf、AR量的影响。 答：影响过冷奥氏体等温转变C曲线的因素有： ⑴ 化学成分 ①含碳量：亚共析钢：随C%↑，C曲线右移；过共析钢：随C%↑， C曲线左移；∵未溶 Fe3C↑。奥氏体中含碳量越高，Ms、Mf点越低，AR量越多。 ② 合金元素 a、除Co、Al(ωAl>2.5%)外，其它合金元素随Me%↑，C曲线右移。Co、Al使Ms、Mf↑，其它合金元素使Ms、Mf↓，AR量增加。但须溶入A中。 b、非碳化物形成元素：只改变C曲线位置，如：Co,Al,Ni,Cu,Si T Si Co,Al Ni,Si,Cu,Mn Ni,Cu,Mn Ms Co,Al外所有合金元素 τ c、强碳化物形成元素：Cr、W、Mo、V、Ti、Nb 、Zr等，改变C 曲线位置和形态 T 中强碳化物形成元素Cr 的影响 强碳化物形成元素W,Mo,V,Ti,Nb 等的影响 τ 注意：如Cr、W、Mo、V、Ti、Nb 、Zr等形成稳定的碳化物，加热时未溶入A,反而降低A稳定性，使C曲线左移。 8、 何谓上临界冷却速度？何谓下临界冷却速度？它在生产中有何实际意义？ 答：连续冷却中全部A过→P的最大Vc′——下临界冷却速度 连续冷却中全部A过→M的最小Vc——上临界淬火速度 临界淬火速度Vc是表示钢接受淬火的能力，即获得M的难易程度，它是研究钢淬透性、合理选择钢材、制订正确热处理工艺的重要依据之一。Vc′和Vc可估计淬火后钢件的组织和性能。 第十章 热处理工艺 (一)填空题 2．时效的方式有 自然时效 及 人工时效 两种方式。 3．球化退火后，球化等级是否符合要求，主要决定于 退火温度 及 退火时间。 4 一般来讲，热处理不会改变被热处理工件的 化学成分，但却能改变它的 组织结构 。 5 根据铁碳相图，碳钢进行完全退火的正常加热温度范围是 AC3+20~30℃ ，它仅用于 亚共析 钢。 6 钢球化退火的主要目的是降低硬度，均匀组织，改善切屑加工性能，它主要适于过共析钢。 7 钢的正常淬火加热温度范围，对亚共析钢为 Ac3以上30～50℃ ；对共析和过共析钢则为 Ac1以上30～50℃ 。 8 把两个45钢的退火态小试样分别加热到Acl～Ac3之间和Ac3以上温度快速水冷，所得组织前者为 F 加 M ；后者为 M 。 9 把加热到Accm以上温度后缓冷下来的T10钢小试样重新加热到Acl以下温度，然后快速水冷，所得到的组织为 P 加 渗碳体 。 10 淬火钢进行回火的目的是 减少或消除内应力，保证相应的组织转变，提高钢的塑韧性，获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合；回火温度越高，钢的强度与硬度越 低 。 11 T8钢低温回火温度一般不超过 250℃，回火组织为 回火M。 12．碳钢高温回火的温度一般为 500~650℃，回火组织为 回火S ，高温回火主要适于 承受冲击并要求有优良综合力学性能的零件。 13．淬火钢在(250～400)℃回火后产生的脆性通常称为 第一类回火脆性 或 低温回火脆性 或 不可逆回火脆性 。 14 作为淬火介质，食盐水溶液（NaCl）浓度为 10% ，苛性钠(NaOH)水溶液浓度为 15% 。 15．淬火内应力主要包括 组织应力 和 热应力 两种。 16．淬火时，钢件中的内应力超过钢的 屈服 强度时，便会引起钢件的变形；超过钢的 抗拉 强度时，钢件便会发生裂纹。 17．热应力的大小主要与冷却速度造成零件截面上的 温差 有关，冷却速度 越大 ，截面温差 越大，产生的热应力愈大。 19．具有最佳切削加工性能的硬度范围一般为 170~250HBS，为便利切削加工，不同钢材宜采用不同的热处理方法。w(C)<0．5％的碳钢宜采用 正火 ， w(C)超过共析成分的碳钢宜采用 球化退火 ，w (C)＝在0．5％至共析成分之间的碳钢宜采用 完全退火 。 20．常见淬火缺陷有 硬度不足、 开裂 、 过热 和 脱碳 等。 21．感应加热是利用 电磁感应 原理，使工件表面产生 密度很高的感应电流 而加热的—种加热方法。 22．我国常用的感应加热设备中，高频设备频率范围为 80~1000K Hz, 中频设备频率范围为 2500~8000Hz，工频设备频率范围为 50 Hz。 23．工件经感应加热表面淬火后，表面硬度一般比普通淬火的高 2~3HRC ，这种现象称 集肤效应 。 24 化学热处理包括 分解 、 吸收 和 扩散 三个基本过程。 26．渗碳零件表面碳含量应控制在 0.85~1.05% 之间为宜。否则会影响钢的机械性能。 W(C)过低，使 硬度 下降，W (C)过高，使 表层网站碳化物增加，脆性 增大。 27 根据氮化零件所用钢材和技术条件不同，抗磨氮化可分为 一段渗氮法 、 二段渗透法 和 三段渗氮法 三种。 （二)判断题 1．回火索氏体和过冷奥氏体分解时形成的索氏体，两者只是形成过程不同，但组织形态和性能则是相同 的。（ × ） 2．硬度试验操作既简便，又迅速，不需要制备专门试样，也不会破坏零件，根据测得的硬度值还能估计近似的强度值，因而是热处理工人最常用的一种机械性能试验方法。（ × ） 3．淬火、低温回火后的钢，常用布氏硬度试验方法测定其硬度。（ × ） 4．退火工件常用HRC标尺标出其硬度。（ × ） 6．高合金钢既具有良好的淬透性，又具有良好的淬硬性。（ × ） 7．表面淬火既能改变钢表面的化学成分，也能改善其心部的组织与性能。（ × ） 8．淬火理想的冷却速度应该是在奥氏体等温转变曲线(即C曲线)的“鼻部”温度时要快冷，以避免奥氏体分解，则其余温度不必快冷，以减少淬火内应力引起的变形或开裂。（√） 9．高碳钢淬火时，将获得高硬度的马氏体，但由于奥氏体向马氏体转变的终止温度在0℃以下，故淬火后钢中保留有少量残余奥氏体。（ √ ） 10．完全退火使钢的组织完全重结晶，获得接近平衡状态的组织，亚共析钢，过共析钢都采用此工艺。 （ × ） 11低碳钢为了改善组织结构和机械性能，改善切削加工性，常用正火代替退火工艺 ( √ ) 12．钢在临界温度以上加热过高，使钢晶粒粗化，降低钢的机械性能，只有通过正火或退火来纠正这种钢的过热现象；若钢产生过烧，就只能成废品了。( × ) P294 13．淬火、低温回火后能保证钢件有高的弹性极限和屈服强度、并有很好韧性，它常用于处理各类弹簧。 ( × ) 15．经加工硬化了的金属材料，为了基本恢复材料的原有性能，常进行再结晶退火处理。 (√ ) 16．某些重要的、精密的钢制零件，在精加工前，预先要进行调质处理。 ( × ) (三)选择题 1．钢经调质处理后所获得的组织是 B 。 A．淬火马氏体 B．回火索氏体 C 回火屈氏体 D 索氏体 2．淬火钢产生时效硬化的原因是 B 。 A．在室温或小于100℃的温度下，碳原子向晶格中的缺陷偏聚从而使该处碳浓度升高，使马氏体的 晶格畸变加大的结果。 B．时效时析出高硬度碳化物的结果 C 时效时由于残余奥氏体向珠光体转变的结果 D．时效时由于残余奥氏体向贝氏体转变的结果 3．扩散退火的目的是 C 。 A．消除冷塑性变形后产生的加工硬化 B．降低硬度以利切削加工 C 消除或改善晶内偏析 D．消除或降低内应力 4．测量淬火钢、调质钢深层表面硬化层的硬度，应选用 D 标尺。 A 布氏硬度计HB B 洛氏硬度计HRA C 洛氏硬度计HRC D 洛氏硬度计HRB 5．测量氮化层的硬度，应选用 C 标尺。 A 洛氏硬度计HRC B 洛氏硬度计HRA C 维氏硬度计HV或表面洛氏硬度计HRN D 布氏硬度计HB 6．经过热处理的零件，如表层存在残余压应力，则钢的表面硬度和疲劳强度 A A 均增加 B 均降低 C 均不变 D 硬度降低、疲劳强度增加 7．为消除碳素工具钢中的网状渗碳体而进行正火，其加热温度是 A A．Accm + (30～50) ℃ B．Accm － (30～50) ℃ C．Ac1＋ (30～50) ℃ D．Ac1－(30～50) ℃ 8．钢锭中的疏松可以通过 B 得到改善。 A．完全退火 B．足够变形量的锻轧 C 扩散退火 D．正火 9．过共析钢加热到Ac1一Accm之间时，则 A A．奥氏体的w(C)小于钢的w(C) B 奥氏体的w (C)大于钢的w(C) C 奥氏体的w(C)等于钢的w(C) D．无法判断两者w (C)的关系 10．钢丝在冷拉过程中必须经 C 退火。 A 扩散退火 B 去应力退火 C 再结晶退火 D．重结晶退火 11．工件焊接后应进行 A 。 A．重结晶退火 B．去应力退火 C 再结晶退火 D．扩散退火 12．为消除钢锭的偏析应进行 D 退火。 A 去应力退火 B．再结晶退火 C 重结晶退火 D．扩散退火 13．若将奥氏体化的工件，淬入温度在Ms点附近的冷却介质中，稍加保温后取出空冷，以完成马氏体转 变，这种冷却方法称为——；将工件淬入高于Ms点的热浴中，经一定时间保温，使奥氏体进行下贝氏体转变后取出空冷，这种淬火冷却方法称为 D A．等温淬火，分级淬火 B 双液淬火，等温淬火 C 单液淬火，分级淬火 D．分级淬火，等温淬火 14．退火碳钢随w(C)增加，其室温相组成的变化是 A A．Fe3C量不断增加 B．Fe3C量不断减少 C Fe3C量不变化 D．Fe3C量先减少后增加 15 要求某钢件淬硬层深度为0．6mm时，应选用的感应加热设备是 D A．工频设备 B 超音频设备 C中频设备 D高频设备 16．通常出砂后的铸铁件需要经过 B 热处理。 A 完全退火 B．去应力退火 C球化退火 D 正火 17．铸钢件因成分不均匀，影响其性能，这时可进行 A 。 A 扩散退火 B完全退火 C不完全退火 D 去应力退火 18．正火T8钢与完全退火T8钢相比 B A 前者珠光体更细密，故σb要低些 B 前者珠光体更细密，故σb要高些 C 前者珠光体更粗大，故σb要低些 D 前者珠光体更粗大，故σb要高些 19．退火态亚共析钢，随W(C)增加 D A．HB、σb减小，δ、αk增加 B．HB、σb减小，δ、αk减小 C．HB、σb增加，δ、αk增加 D．HB、σb增加，δ、αk减小 20．某钢的淬透性为J45/15，其含义是 C 。 A 15钢的硬度为40HRC B．40钢的硬度为15HRC C 该钢离试样末端15mm处硬度为45HRC , D 该钢离试样末端40mm处硬度为15HRC 21．把W(C)相同的两个过共析碳钢试样分别加热到A区和A+Fe3C区后快速淬火，则前者的淬火组织与 后者相比 B 。 A．残余奥氏体多；硬度高 B 残余奥氏体多，硬度低 C．残余奥氏体少；硬度高 D 残余奥氏体少，硬度低 22 如果因淬火加热温度不当，产生了过热或过烧，那么 C 。 A 两种都可返修 B 两种都不可返修 C 过热可以返修，过烧只能报废 D 过热只有报废，过烧可以返修 1、 确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目的与退火后的组织： ⑴经冷轧后的钢板，要求降低硬度；再结晶退火 ⑵锻造过热的60钢锻坯；完全退火 ⑶具有片状渗碳体的T12钢坯。球化退火 2、指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的组织： ⑴20钢齿轮；提高硬度，改善切削加工性能。组织：S+F ⑵45钢小轴；消除热加工缺陷，细化晶粒，均匀组织，消除内应力。组织S+F ⑶T12钢锉刀. 消除网状渗碳体，为球化退火做组织准备。 3、何谓钢的淬透性？何谓钢的淬硬性？影响淬透性的因素有哪些？影响淬硬性的因素有哪些？ 答：钢的淬透性指钢在淬火时获得马氏体的能力。其大小通常用规定条件下淬火获得的淬透层深度和硬度分布来表示。是钢的一种属性，不随工件形状、尺寸和介质冷却能力而变化，只与钢的Vc有关，Vc↓，淬透层深度↑，钢的淬透性越好。 钢的淬硬性指淬火后马氏体所能达到的最高硬度。淬硬性主要决定于马氏体的碳含量。 4、何谓钢的淬火临界冷却速度？影响因素有哪些？它和钢的淬透性有何关系？ 答：钢的淬火临界冷却速度：连续冷却中全部过冷A转变为M的最小冷却速度V。 影响因素：化学成分、奥氏体组织、应力和塑性变形（实际上与影响C曲线的因素相同） 临界冷却速度越小，过冷奥氏体越稳定，钢的淬透性越好。 5、试分析下列说法是否正确： ⑴钢中合金元素的含量愈多，则淬火后硬度愈高； ⑵同一钢材在相同加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。 答：⑴错，钢淬火后硬度的高低与碳含量有关，而与合金因素的多少无关。 ⑵错，钢的淬透性是钢的属性，与淬火介质、零件的尺寸大小和形状无关。 6、指出φ10mm的45钢(退火态)经下列温度加热并水冷后获得的组织：700℃、760℃、840℃。(知Ac1＝724℃，Ac3＝780℃，D水冷＝20mm) 答：700℃：P+F； 760℃：M+F+少量残余奥氏体；840℃：M+少量残余奥氏体 7、今有GCr15钢，制成轴承套，试述其预备热处理及最终热处理的名称、目的、工艺、获得的组织和性能。 答：预备热处理名称：球化退火 目的：降低硬度，以利于切削加工；获得细的球状P和均匀分布的细粒状碳化物,为零件的最终热处理做组织准备。 工艺：球化退火温度780~810℃,保温时间2~6h，冷速10~30℃/h，冷却至600℃出炉空冷。 组织：细粒状P+粒状碳化物。 最终热处理名称：淬火和低温回火 淬火的目的是为了获得高强和具有一定韧性的隐晶马氏体及细小均匀分布的碳化物，所以必须严格控制淬火温度。温度过高会过热,晶粒长大,使韧性和疲劳强度下降,且易淬裂和变形；温度过低，则奥氏体中溶解的铬量和碳量不够,钢淬火后硬度不足。GCr15钢的淬火温度严格控制在840±10℃范围内, 回火温度一般为150℃～160℃(时间约3h)。 淬火组织：隐晶M+细均匀碳化物+少量AR 回火采用低温回火，其目的是消除内应力，提高韧性，稳定组织及尺寸。 回火组织：回火M+细均匀碳化物+少量AR 轴承套的最终性能：具有高的强度、硬度、接触疲劳强度、耐磨性和一定的韧性。 第十章 工业用钢 (一)填空题 1．决定钢的性能最主要的元素是 碳 。 2．硫存在钢中，会使钢产生 热脆 ，磷存在钢中会使钢产生 冷脆 。 3．碳钢中的有益元素是 硅 、 锰 ，碳钢中的有害杂质是 P、S、N、H、O 。 4．碳钢按质量分为 普通质量钢 、 优质钢 、 高级优质钢 三类，它们的主要区别在于钢中 P 、 S 杂质的含量不同。 5．碳钢按w(C)分为 低碳钢、 中碳钢 、 高碳钢 三类，其w(C)分别为 w(C)≤0.25%、 w(C)=0.25%～0.6% 、 w(C)＞0.6% 。 6．钢按用途分为 结构钢 、 工具钢 、 特殊性能钢 。 7．20钢属 低碳优质钢 钢，其w (C)为 0.2% 。 8．45钢属 中碳优质钢 钢，其w (C)为 0.45% 。 9．T8钢属 高碳工具钢 钢，其w (C)为 0.8% 。 10．根据合金元素在钢中与碳的相互作用，合金元素可分为 碳化物形成元素 和 非碳化物形成元素 两大类。 11．按钢中合金元素含量将合金钢分为 低合金 钢、 中合金 钢、 高合金 钢, 其合金元素含量分别为 ≤5% 、 5%～10% 、 ＞10% 。 12．合金钢按用途分类可分为 结构 钢、 工具 钢、 特殊性能 钢。 13．除Co元素以外，其它所有的合金元素都使C曲线往 右 移动，使钢的临界冷却速度 降低 ，提高了钢的 淬透 性。P311 14．形成强碳化物的合金元素有 Zr 、 Ti、 Nb 、 V 。 15．扩大奥氏体区域的合金元素有 Mn 、 Ni 、 Co 、 C 等。 16．扩大铁素体区域的合金元素有 Cr、 Si 、 P 、 V 等。 17．除 Mn 、 C 、P、N元素以外，几乎所有的合金元素都能阻止奥氏体晶粒长大，起到细化晶粒的作 用。 18．几乎所有的合金元素除 Co 、Al 以外，都使Ms和Mf 温度下降 。因此，钢淬火后在相同w(C)下合金钢比碳钢组织的 残余奥氏体 增多，从而使钢的硬度 下降 。 19．对钢回火脆性敏感的元素是 Cr 、 Mn 、 Ni ；为了消除回火脆性可采用快速冷却 和 加入Mo、W 等合金元素 。 20．合金结构钢按用途可分四类，它们的w(C)有一个大致范围。在0.25％～0.45％之间的为 调质钢 ， 在0.6％～0.9％之间的为 弹簧钢 ，在0．95％～1．10％之间的为 轴承钢 ，在0.10％～0.25％之间的为 渗碳钢 。 21．合金钢中提高淬透性的常用合金元素为 Mn 、 Cr 、 Ni 、 Si 、 B ，其中作用最强烈 的是 B ，其含量约为 0.005% 。 22．机器上的传动件和连接件，在工作过程中要承受 拉伸 、 压缩、 剪切、 扭转 等四种变形，并经受强烈 摩擦、冲击和振动 。 23．调质钢w(C)范围 0.25～0.45% ，加入Cr、Mn等元素是为了提高 淬透性 ，加入W、Mo是为了 细 化奥氏体晶粒 。 24．40Cr钢属 调质钢 钢，其w(C)为 0.4% ，w(Cr)为 0.8～1.1% ，可制造 轴类 零件。 25．16Mn钢属 低合金高强度结构 钢，其w(C)为 0.16% ，w(Mn)为 1.0～1.6% ，可用在桥梁、车辆、建筑结构等方面。 26．工具钢按用途可分 刃具钢 、 模具钢 和 量具钢 。 27．工具钢按合金元素含量可分为 低合金 、 中合金和 高合金 三类。 28 在轴承钢标准中，除对偏析、疏松和表面脱碳等作明确规定外，特别对 P 和 S 作了严格规定。 29．我国常用的铬轴承钢的w(C)范围为 0.95～1.05%，w(Cr)范围为 1.4～1.65% 。 30．弹簧在机器中的作用是 吸收冲击能量 和 缓和机械振动和冲击 。 31．调质钢中加入钒(如40MnVB)，钒是强 碳化物 形成元素，起到 细化晶粒 的作用，所形成的 VC 熔点 高，能起到 阻止奥氏体晶粒长大 的作用。 32．在合金调质钢所属硅锰钢中，硅在钢中全部溶入固溶体， 固溶强化 效果显著。中碳锰钢加入硅后， 可显著 降低 钢的临界冷却速度， 提高 淬透性与 回火 稳定性，特别是σs/σb (屈强比)。P313 33．常用的渗碳钢有 15Cr 、 20CrMnTi 、 20Cr2Ni4 等。 34．常用的调质钢有 40Cr、 35CrMo 、 38CrMoAl 等；用于制造 轴类、连杆等 。 35．高速钢需要进行反复锻造的目的是 打碎粗大的共晶碳化物，W18Cr4V钢采用(1270～1300)℃高温淬火 的目的是 使更多的碳化物形成元素溶入到奥氏体中，淬火后在(550～570) ℃回火后出现硬度升高的原因是产生了二次硬化效应(弥散碳化物的析出)和二次回火（残余奥氏体转变为马氏体） ，经三次 回火后的显微组织是 回火马氏体+颗粒合金碳化物+少量残余奥氏体 。 36．20CrMnTi是 渗碳 钢，Cr、Mn主要作用是 提高淬透性 ，Ti主要作用是 细化晶粒 。 (二)判断题 1 优质碳素结构钢用两位数字表示其平均w(c)，以0.01％为单位，如45表示0．45％C的钢。 (√) 2 碳素工具钢用代号“T”及后面的数字来编号，数字表示钢中平均w(C)，以0.1％为单位，如T8表示平均W(C)为0.8％。 (√ ) 3 碳素工具钢经热处理后有良好的硬度和耐磨性，但红硬性不高，故只宜作手动工具等。( √ ) 4 碳素结构钢的淬透性较好，而回火稳定性较差。( × ) 5 合金调质钢的综合机械性能高于碳素调质钢。( √ ) 6 在钢中加入多种合金元素比加入单一元素的效果好些，因而合金钢将向合金元素多元化的方向发展。( √ ) P323 7 调质钢加入合金元素主要是考虑提高钢的红硬性。( × ) 8 高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成型。 ( × ) 9 奥氏体型不锈钢不能进行淬火强化。 ( √ ) 10 T12与20CrMnTi相比较，淬透性和淬硬性都较低。 ( × ) 11 T8钢T12钢淬火温度相同，那么它们淬火后的残余奥氏体量也是一样的。 ( × ) 12 不论钢的含碳量高低，其淬火马氏体的硬度高而脆性都很大。 ( × ) 13 钢中合金元素含量越多，则淬火后钢的硬度越高。 ( × ) 14 汽车拖拉机的齿轮要求表面高硬度、高耐磨；中心有良好的强韧性，应选用40Cr钢，经淬火＋高温 回火处理。 ( × ) 15 所有的合金元素都能提高钢的淬透性。 ( × ) 16 滚动轴承钢（GCr15）其w(Cr)为15％。 ( × ) 17 调质处理的主要目的是提高钢的塑性。 ( × ) 具有综合力学性能 18．调质结构钢多为过共析钢。 ( × ) 19．65Mn是弹簧钢，45Mn是碳素调质钢。 ( × ) 20．钢号为3W4Cr2VA的钨铬钒钢，是一种高合金结构钢。 ( × ) 21．对于受弯曲或扭转变形的轴类调质零件，也必须淬透。 ( × ) 22．提高弹簧表面质量的处理方法之一，是喷丸处理。 ( √ ) 23．有高温回火脆性的钢，回火后采用油冷或水冷。 ( × ) 24．含锰和含硼的合金调质钢过热倾向较小。 ( × ) 25 多数合金元素都使C曲线往右移，但必须使合金元素溶入奥氏体后方有这样的作用。 ( √ ) 26．铸钢的铸造性能要比铸铁差，但常用于制造形状复杂、锻造有困难，要求有较高强度和塑性，并要求受冲击载荷，铸铁不易达到的零件。 ( √ ) (三)选择题 1．合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是 D A．均强烈阻止奥氏体晶粒长大；B．均强烈促进奥氏体晶粒长大； C 无影响； D 上述说法都不全面 2．适合制造渗碳零件的钢有 C 。 A．16Mn、15、20Cr、1Crl3、12Cr2Ni4A B．45、40Cr、65Mn、T12 C．15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi 3．制造轴、齿轮等零件所用的调质钢，其W(C)范围是 A ，为提高淬透性应加入合金元素 A 。 A．W(C)＝0.27％～0.5％ B．W(C)＝0.6％～0.9％ C．W(C)<0.25% (前空用) A．Cr、Ni、Si、Mn、B B．W、Mo、V、Ti、Nb C．Co、A1、P、S。 (后空用) 4．45、40CrNi和40CrNiMo等调质钢产生第二类回火脆性的倾向是 B A．40CrNiMO>40CrNi>45 B．40CrNi>40CrNiMo>45 C．45>40CrNi>40CrNiMo D 40CrNiMO>45>40CrNi 5．属冷作模具钢有 A 。 A．9SiCr、9Mn2V、Crl2MoV B．5CrNiMo、9Mn2V、3Cr2W8V C．5CrMnMo、Crl2MoV、9SiCr 6．属热作模具钢有 B 。 A．9CrWMn、9Mn2V、Crl2 B．5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V C．9SiCr、Crl2MoV、3Cr2W8V 7．制造高速切削刀具的钢是 C 。 A．T12A、3Cr2W8V B．Crl2MoV、9SiCr C．W18Cr4V、W6M05Cr4V2 8．制造医疗手术刀具的是 D 。 A GCrl5、40Cr、Crl2 B．Crl7、2Crl3、1Crl8Ni9Ti C．2Crl3、1Crl3、Crl2MoV D．3Crl3、4Crl3 9．65、65Mn、60Si2Mn、50CrV等属于 C 类钢，其热处理特点是 C A．工具钢，淬火+低温回火 B．轴承钢，渗碳+淬火+低温回火 C 弹簧钢，淬火+中温回火 10．为了改善高速钢铸态组织中的碳化物不均匀性，应进行 D 。 A 完全退火 B 正火 C 球化退火 D 锻造加工 13．为消除碳素工具钢中的网状渗碳体而进行正火，其加热温度是 B A．Accm一(30～50)℃ B．Accm+(30~50)℃ C．Ac1+(30～50)℃ D．Ac3+(30～50)℃ 14．40Cr钢制φ18mm×450mm丝杠，硬度要求(250～280)HB，其热处理工艺为 C A 正火 B 退火 C 调质 D 表面淬火+回火 15．45钢在水和油中冷却时，其临界直径分别用D0水和D0油表示，它们的关系是 B A．D0水 16．用轴承钢GCrl5制造零件，若在热压成型后有粗大网状碳化物，应采用 D 的预备热处理工艺消 除之。 A．完全退火 B球化退火 C．完全退火+球化退火 D．正火十球化退火 17．合金调质钢必须具备的热处理性能是 C 。 A．回火稳定性 B．热稳定性 C 足够的淬透性 18．在下列调质钢中，淬透性最好的是 D 。 A．40 B．40Cr C．40Mn2 D．40MnB 19．40Cr与40钢相比较，其热处理工艺参数特点是 C A．C曲线左移，Ms点上升 B．C曲线左移，Ms点下降 C．C曲线右移，Ms点下降 D．C曲线右移，Ms点上升 20．T8钢与60钢相比较，T8钢的热处理工艺参数特点是 A A．Ms点低，C曲线靠左 B．Ms点低，C曲线靠右 C Ms点高，C曲线靠左 D．Ms点高，C曲线靠右 21．40CrNiMoA钢与40钢相比，40CrNiMo钢的热处理工艺参数特点是 B A Ms点低，淬火后残余奥氏体量少 B Ms点低，淬火后残余奥氏体量多 C Ms点高，淬火后残余奥氏体量少 D．Ms点高，淬火后残余奥氏体量多 22．合金调质钢中的硼能显著提高钢的淬透性，其w(B)范围一般为 B A．w(B)＝0.0001%～0.0004% B．w(B)＝0.001％一0.003% C．w(B) = 0.01%～0.04% D．w(B) = 0.1%～0.4％ 23．1Crl8Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是 B 。 A 获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性 B 提高抗腐蚀性、防止晶间腐蚀 C 降低硬度，便于切削加工 24 制造一直径为25mm的连杆，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应该选用 C 。 A 45钢经正火处理 B 60Si2Mn钢经淬火＋中温回火 C 40Cr钢，经调质处理 25 制造高硬度、高耐磨的锉刀应选用 C 。 A 45钢经调质 B Cr12MoV钢经淬火＋低温回火 C T12钢经淬火＋低温回火 26．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高硬度、高耐磨，中心有良好的强韧性，应选用 C A．T8钢淬火＋低温回火 B 40Cr钢淬火+高温回火 C 20CrMnTi钢渗碳淬火+低温回火 27．拖拉机和坦克履带受到严重的磨损及强烈冲击应选用 B 。 A．T12钢淬火+低温回火 B．ZGMnl3经水韧处理 C Wl8Cr4V钢淬火+低温回火 28．无第二类回火脆性的钢是 A 。 A．碳素钢 B 铬钢 C 锰钢 1、钢中常用合金元素中有哪些是强碳化物形成元素？中强碳化物形成元素？ 答：中强碳化物形成元素Cr、Mo、W等。 强碳化物形成元素V、Nb、Ti、Zr等。 2、合金钢的主要优点是什么？常用以提高钢淬透性的元素有哪些？强烈阻碍奥氏体晶粒长大的元素有哪些？提高回火稳定性的元素有哪些？ 合金钢的主要优点是：⑴力学性能优异；⑵淬透性好；⑶能满足特殊性能的要求。如耐酸不锈钢、高温强度钢等。 常用以提高钢淬透性的元素有Mn、Cr、Ni、Si、B等 强烈阻碍奥氏体晶粒长大的元素有Mo、W、V、Nb、Ti、Zr等 提高回火稳定性的元素有Mo、W等。 3、解释下列现象：⑴大多数合金钢的热处理温度比相同含碳量的碳素钢高；⑵大多数合金钢比相同含碳量的碳素钢具有较高的回火稳定性；⑶含碳量为0.4%、含铬量为12%的铬钢属于过共析钢，而含碳量为1.5%、含铬量为12%的铬钢属于莱氏体钢；⑷高速钢在热锻或热轧后经空冷获得马氏体钢。 答：⑴大多数合金元素都使奥氏体的长大速度减慢，成分均匀化难度加大(Ni、Co除外)。特别是强碳化物形成元素具有强烈阻碍奥氏体晶粒长大的作用,即使高温加热，也能获得细晶粒组织。 ⑵原因是合金元素推迟回火各个阶段，使回火温度增加，增强了钢抵抗软化的能力，从而提高钢的回火稳定性。 ⑶因为合金元素铬会使S、E点左移，碳含量为0.4%和碳含量为1.5%的钢，当铬含量达到一定量后就会由亚共析钢变为过共析钢，而过共析钢变为共晶白口铁。 ⑷是因为高速钢临界淬火速度非常小，即使在空冷的条件下也可得到马氏体组织。 4、有资料表明，南京长江大桥采用16Mn钢比普通碳素钢节约钢材15％，简要解释原因。 答：16Mn钢是在Q235钢中加入适量Mn形成的。Mn加热普通碳素钢Q235后，可起到固溶强化、细晶强化、增加P数量及沉淀强化的作用。其抗拉强度约提高50%，塑性、冲击韧性也得到提高。 5、试比较45钢与40Cr钢的应用范围，以此说明合金元素Cr在调质钢中的作用。 45钢经热处理后，可获得良好的综合机械性能，主要用来制造一般的齿轮、轴类、套筒等零件。 40Cr主要用于汽车、拖拉机的连杆、螺栓、传动轴及机床主轴等。 Cr是提高淬透性的合金元素，另外Cr还会形成合金渗碳体，提高钢的强度。 6、说明下列牌号钢的大致化学成分、合金元素的主要作用、用途及最终热处理工艺： 20CrMnTi 40CrNiMo 60Si2Mn GCr15 7、何谓二次硬化？何谓红硬性？提高红硬性的主要元素有哪些？ 二次硬化：指淬火高速钢在某温度回火时，由于细小弥散特殊碳化物从马氏体析出而使钢强度和硬度明显升高的现象。另外，二次硬化效应还与二次淬火现象有关。 （二次淬火：因残余奥氏体在回火冷却过程中转变为马氏体而引起钢的强度和硬度升高的现象。） 红硬性：材料在经过一定温度下保持一定时间后所能保持其硬度的能力。 提高红硬性的主要元素有：W、Mo、V、Co、Cr 8、高速工具钢淬火后为什么需要进行三次以上回火？在560℃回火是否是调质处理？ 答：高速工具钢淬火加热后的奥氏体中含有大量碳和合金因素，Ms和Mf点显著降低，淬火后钢中保留大量残余奥氏体，约20~30％，影响尺寸稳定性。经一次回火后残余奥氏体降低为15％，二次回火后降低为5～7％，三次回火后降低为1～2％。 在560℃回火不是调质处理，因为随着合金因素的增加，增加了钢的耐回火稳定性，使钢回火温度升高。在该温度回火的组织为回火马氏体+ 大量粒状碳化物+少量残余奥氏体(<1~2%)。 9、为什么Cr能提高金属的腐蚀抗力？不锈钢常用的含Cr量是多少？C对钢的耐腐蚀性能有何影响？ 答：Cr加入钢中的作用：提高基体电极电位；形成致密氧化膜；一定条件下能形成单相铁素体。 不锈钢常用的含Cr量一般大于13%。 碳对钢的耐腐蚀性能的影响：固溶态C影响小； 总体不利：形成碳化物，增加微电池数；形成Cr的碳化物，降低Cr% , 降低基体电极电位；造成晶间腐蚀。所以不锈钢中含碳量通常小于0.1~0.25%；不锈工具钢中碳含量0.4～0.7%，但须↑Cr% 的含量。 第十二章 铸铁 (一)填空题 1．碳在铸铁中的存在形式有 渗碳体 和 游离石墨 。 2．影响铸铁石墨化最主要的因素是 化学成分 和 冷却速度 。 3．根据石墨形态，铸铁可分为 普通灰铸铁 、 球墨铸铁、 可锻铸铁 和 蠕墨铸铁 。 4 根据生产方法的不同，可锻铸铁可分为 珠光体可锻铸铁 和 黑心可锻铸铁 。 5 球墨铸铁是用一定成分的铁水经 球化 和 孕育处理 后获得的石墨呈 球状 的铸铁。 6 HT350是 普通灰铸铁 的一个牌号，其中350是指 最低抗拉强度 为 350MPa 。 7 KTH300－06是 可锻铸铁 的一个牌号，其中300是指 最低抗拉强度 为 300MPa ；06是指 最低伸 长率 为 6% 。 8．QT1200—01是 球墨铸铁 的一个牌号，其中1200是指 最低抗拉强度 为 1200MPa ；01是指 最低伸长率 为 1% 。 9 普通灰口铸铁按基体的不同可分为 铁素体、 铁素体—珠光体 、 珠光体 三种。其中以 珠光体 的强度和耐磨性最好。 10．可锻铸铁按基体的不同可分为 珠光体 和 铁素体 。 11 球墨铸铁按铸态下基体的不同可分为 铁素体 、 珠光体 和 铁素体—珠光体 。 12．球墨铸铁经等温淬火其组织为 下贝氏体 。 14 球墨铸铁的强度、塑性和韧性较普通灰口铸铁为高，这是因为 球状G的应力集中效应小 。 15 生产变质铸铁常选用 硅铁合金 和 硅钙合金 作为变质剂。 16．目前生产球墨铸铁常选用 稀土—硅铁—镁合金 作为球化剂。 17 生产可锻铸铁的方法是 将一定成分的白口铸铁经石墨化退火得到的一种高强度铸铁 。 18 灰口铸铁铸件薄壁处（由于冷却速度快）出现 白口 组织，造成 加工 困难，采用 退火或正火 克服 之。 19 铸铁具有优良的 铸造 性、 切屑加工 性、 耐磨 性、减震 性和缺口不敏感性。 20 普通灰口铸铁软化退火时，铸铁基体中的 渗碳体 全部或部分石墨化，因而软化退火也叫做退火。 21．球墨铸铁等温淬火的目的，是提高它 强度 以及 塑性 和 韧性 。 22 铸铁件正火的目的是提高 强度 和 耐磨性，并为表面淬火做好组织准备。 23 灰口铸铁经正火处理，所获得的组织为 P+G 。 24 球墨铸铁的淬透性比较好，一般件采用 油 淬，形状简单硬度要求较高时采用 水 淬。 25．普通灰口铸铁软化退火的主要目的是 消除白口铁 和 改善切削加工性 。 （二)判断题 1．可锻铸铁在高温状态下可以进行锻造加工 × 。 2．铸铁可以经过热处理来改变基体组织和石墨形态 × 。 3．可以通过热处理的方法获得球墨铸铁 × 。 5．利用热处理方法来提高普通灰口铸铁的机械性能其效果较显著 × 。 6．可以通过热处理方法提高球墨铸铁的机械性能,其效果较显著 √ 。 7．灰口铸铁的抗拉强度、韧性和塑性均较钢低得多，这是由于石墨存在，不仅割裂了基体的连续性，而且在尖角处造成应力集中的结果 √ 。 8．碳全部以渗碳体形式存在的铸铁是白口铸铁 √ 。 9．由于石墨的存在，可以把铸铁看成是分布有空洞和裂纹的钢 √ 10．含石墨的铸铁具有低的缺口敏感性 √ 。 11．含石墨的铸铁切削加工性比钢差，所以切削薄壁、快冷的铸铁零件毛坯时容易崩刃。× 12 灰口铸铁与孕育铸铁组织的主要区别是孕育铸铁的石墨片细而密 √ 。 13 可锻铸铁是由灰口铸铁经可锻化退火得到 ×。 14 硫和锰是促进铸铁石墨化的元素 × 。 15 灰口铸铁在工业上应用最广泛 √ 。 17 铸铁件只有在热处理时，才发生石墨化 × 。 18 石墨是由碳构成的晶体，它的强度、硬度和塑性都较好，所以石墨是铸铁中很重要的成分 × 。 19．为了减小或消除铸件的内应力，在铸造后不再进行其它热处理时，可进行去应力退火 √ 。 20．铸铁件经正火处理的主要目的是为降低硬度和改善切削加工性能 × 。 (三)选择题 1．根据冷却速度对铸铁石墨化的影响 A 。 A 金属模铸件易得到白口、砂模铸件易得到灰口 B 金属模铸件易得到灰口、砂模铸件易得白口 C 薄壁铸件易得到灰口、厚壁铸件易得到白口 D 上述说法都不对 2．为消除灰口铸铁中较多的自由渗碳体，以便切削加工，可采用 B 。 A 低温石墨化退火 B高温石墨化退火 C再结晶退火 D 去应力退火 3．为促进铸铁石墨化，可采用下述方法 B 。 A 提高w(C)、w(Si)，提高冷却速度 B 增加W(C)、w(Si)，降低冷却速度 C 降低w(C)、w(Si)，提高冷却速度 D 降低W(C)、w(Si)，降低冷却速度 4．碳、硅、硫三元素对铸铁石墨化的影响是 D 。 A 碳促进石墨化，硅、硫抑制石墨化 B 碳、硅、硫均促进石墨化 C 碳、硅、硫均抑制石墨化 D 上述说法都不对 5 灰口铸铁中的片状石墨由下述方式获得 C 。 A 由白口铸铁经高温回火获得 B 由白口铸铁经低温回火获得 C 直接由液体中结晶而得 D 上述说法都不对 6．灰口铸铁热处理可达到如下目的 B 。 A 改变基体组织和石墨形态 B 只改变基体组织，不改变石墨形态 C 只改变石墨形态，不改变基体组织 D 述说法都不对 7 灰口铸铁正火后获得的基体组织为 B A 铁素体 B 珠光体 C珠光体+渗碳体 D．贝氏体 8 可锻铸铁中的团絮状石墨由下述方法获得 A 。 A 由白口铸铁经高温退火从渗碳体分解而来 B 直接从液体中结晶而来 C 由灰铁经锻造而得 D上述说法都不对 9．球墨铸铁中的石墨由下述方式获得 D 。 A 由白口铸铁经高温退火获得 B 由白口铸铁经低温回火获得 C 直接由液体中结晶获得 D 上述说法都不对 10．可锻铸铁应理解为 C 。 A 锻造成型的铸铁 B 可以锻造的铸铁 C 具有一定的塑性与韧性的铸铁 D 上述说法都不对 11 生产球墨铸铁前，在浇注前往铁水中加入：①一定量镁、稀土镁合金或稀土元素； ②W(Si)＝0.6%~0.8%的硅铁。它们的作用是 A A ①作球化剂、②作孕育剂 B ①作孕育剂、②作球化剂 C ①、②均作球化剂 D ①、②均作孕育剂 12 球墨铸铁热处理的作用是 C 。 A．只能改变基体组织、不能改变石墨形状和分布 B．不能改变基体组织、只能改变石墨形状和分布