金属学与热处理总结
一、金属的晶体结构
重点内容： 面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。
基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶格类型 体心立方 面心立方 密排六方
晶格类型 间隙类型 间隙个数 原子半径rA 间隙半径rB ?3?2?a4fcc(A1) 正四面体 8 2a4晶胞中的原子数 2 4 6 原子半径 34配位数 8 12 12 致密度 68% 74% 74% a 24a 12a bcc(A2) 四面体 12 3a4hcp(A3) 四面体 12 a2正八面体 4 扁八面体 6 正八面体 6 ? ?2?2?a4 ?5?3?a4 ?2?3?a4?6?2a4? ?2?1a2晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。
金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。 位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性：
①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。
刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性：
①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。
二、纯金属的结晶
重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法，铸锭三晶区的形成机制。
基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷；结晶的热力学条件和结构条件，
1
非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。
相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的原子集团。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。
变质处理：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的方法。
过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。从热力学的角度上看，没有过冷度结晶就没有趋动力。根据Rk?1?T可知当过冷度?T为零时临界晶核半径Rk为无穷大，临界形核功（?G?1?T2）也为无穷大。临界晶核半径Rk与临界形核功为无穷大时，无法形核，所以液态金属不能结晶。
晶体的长大也需要过冷度，所以液态金属结晶需要过冷度。
细化晶粒的方法：增加过冷度、变质处理、振动与搅拌。
铸锭三个晶区的形成机理：表面细晶区：当高温液体倒入铸模后，结晶先从模壁开始，靠近模壁一层的液体产生极大的过冷，加上模壁可以作为非均质形核的基底，因此在此薄层中立即形成大量的晶核，并同时向各个方向生长，形成表面细晶区。柱状晶区：在表面细晶区形成的同时，铸模温度迅速升高，液态金属冷却速度减慢，结晶前沿过冷都很小，不能生成新的晶核。垂直模壁方向散热最快，因而晶体沿相反方向生长成柱状晶。中心等轴晶区：随着柱状晶的生长，中心部位的液体实际温度分布区域平缓，由于溶质原子的重新分配，在固液界面前沿出现成分过冷，成分过冷区的扩大，促使新的晶核形成长大形成等轴晶。由于液体的流动使表面层细晶一部分卷入液体之中或柱状晶的枝晶被冲刷脱落而进入前沿的液体中作为非自发生核的籽晶。
三、二元合金的相结构与结晶 重点内容：杠杆定律、相律及应用。
基本内容：相、匀晶、共晶、包晶相图的结晶过程及不同成分合金在室温下的显微组织。合金、成分过冷；非平衡结晶及枝晶偏析的基本概念。
相律：f = c – p + 1其中，f 为 自由度数，c为 组元数，p为 相数。
伪共晶：在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的亚共晶或过共晶合金也可能得到全部共晶组织，这种共晶组织称为伪共晶。
合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼或烧结、或用其它方法组合而成的具有金属特性的物质。
合金相：在合金中，通过组成元素（组元）原子间的相互作用，形成具有相同晶体结构与性质，并以明确界面分开的成分均一组成部分称为合金相。
四、铁碳合金
重点内容：铁碳合金的结晶过程及室温下的平衡组织，组织组成物及相组成物的计算。 基本内容：铁素体与奥氏体、二次渗碳体与共析渗碳体的异同点、三个恒温转变。
钢的含碳量对平衡组织及性能的影响；二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体相对量的计算；五种渗碳体的来源及形态。
奥氏体与铁素体的异同点：
相同点：都是铁与碳形成的间隙固溶体；强度硬度低，塑性韧性高。
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不同点：铁素体为体心结构，奥氏体面心结构；铁素体最高含碳量为0.0218%，奥氏体最高含碳量为2.11%，铁素体是由奥氏体直接转变或由奥氏体发生共析转变得到，奥氏体是由包晶或由液相直接析出的；存在的温度区间不同。
二次渗碳体与共析渗碳体的异同点。
相同点：都是渗碳体，成份、结构、性能都相同。
不同点：来源不同，二次渗碳体由奥氏体中析出，共析渗碳体是共析转变得到的；形态不同二次渗碳体成网状，共析渗碳体成片状；对性能的影响不同，片状的强化基体，提高强度，网状降低强度。
成分、组织与机械性能之间的关系：如亚共析钢。亚共析钢室温下的平衡组织为F＋P，F的强度低，塑性、韧性好，与F相比P强度硬度高，而塑性、韧性差。随含碳量的增加，F量减少，P量增加（组织组成物的相对量可用杠杆定律计算）。所以对于亚共析钢，随含碳量的增加，强度硬度升高，而塑性、韧性下降
五、三元合金相图
重点内容：固态下无溶解度三元共晶相图投影图中不同区、线的结晶过程、室温组织。 基本内容：固态下无溶解度三元共晶相图投影图中任意点的组织并计算其相对量。 三元合金相图的成分表示法；直线法则、杠杆定律、重心法则。 六、金属及合金的塑性变形与断裂
重点内容：体心与面心结构的滑移系；金属塑性变形后的组织与性能。
基本内容：固溶体强化机理与强化规律、第二相的强化机理。霍尔——配奇关系式；单晶体塑性变形的方式、滑移的本质。
塑性变形的方式：以滑移和孪晶为主。
滑移：晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对另一部分作相对的滑动。滑移的本质是位错的移动。 体心结构的滑移系个数为12，滑移面：{110}，方向<111>。面心结构的滑移系个数为12，滑移面：{111}，方向<110>。
金属塑性变形后的组织与性能：显微组织出现纤维组织，杂质沿变形方向拉长为细带状或粉碎成链状，光学显微镜分辨不清晶粒和杂质。亚结构细化，出现形变织构。性能：材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降；比电阻增加，导电系数和电阻温度系数下降，抗腐蚀能力降低等。
七、金属及合金的回复与再结晶
重点内容：金属的热加工的作用；变形金属加热时显微组织的变化、性能的变化，储存能的变化。
基本内容：回复、再结的概念、变形金属加热时储存能的变化。再结晶后的晶粒尺寸；影响再结晶的主要因素性能的变化规律。
变形金属加热时显微组织的变化、性能的变化：随温度的升高，金属的硬度和强度下降，塑性和韧性提高。电阻率不断下降，密度升高。金属的抗腐蚀能力提高，内应力下降。
再结晶：冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原来的变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化，并恢复到完全软化状态，这个过程称之为再结晶。
热加工的主要作用（或目的）是：①把钢材加工成所需要的各种形状，如棒材、板材、线材等；②能明显的改善铸锭中的组织缺陷，如气泡焊合，缩松压实，使金属材料的致密度增加；③使粗大的柱状晶变细，合金钢中大块状碳化物初晶打碎并使其均匀分布；④减轻或消除成分偏析，均匀化学成分等。使材料的性能得到明显的改善。
3
影响再结晶的主要因素：①再结晶退火温度：退火温度越高（保温时间一定时），再结晶后的晶粒越粗大；②冷变形量：一般冷变形量越大，完成再结晶的温度越低，变形量达到一定程度后，完成再结晶的温度趋于恒定；③原始晶粒尺寸：原始晶粒越细，再结晶晶粒也越细；④微量溶质与杂质原子，一般均起细化晶粒的作用；⑤第二相粒子，粗大的第二相粒子有利于再结晶，弥散分布的细小的第二相粒子不利于再结晶；⑥形变温度，形变温度越高，再结晶温度越高，晶粒粗化；⑦加热速度，加热速度过快或过慢，都可能使再结晶温度升高。
塑性变形后的金属随加热温度的升高会发生的一些变化：
显微组织经过回复、再结晶、晶粒长大三个阶段由破碎的或纤维组织转变成等轴晶粒，亚晶尺寸增大；储存能降低，内应力松弛或被消除；各种结构缺陷减少；强度、硬度降低，塑性、韧度提高；电阻下降，应力腐蚀倾向显著减小。
八、扩散
重点内容：影响扩散的因素；扩散第一定律表达式。
基本内容：扩散激活能、扩散的驱动力。柯肯达尔效应，扩散第二定律表达式。
柯肯达尔效应：由置换互溶原子因相对扩散速度不同而引起标记移动的不均衡扩散现象称为柯肯达尔效应。
影响扩散的因素：
①温度：温度越高，扩散速度越大；
② 晶体结构：体心结构的扩散系数大于面心结构的扩散系数； ③ 固溶体类型：间隙原子的扩散速度大于置换原子的扩散速度； ④ 晶体缺陷：晶体缺陷越多，原子的扩散速度越快；
⑤ 化学成分：有些元素可以加快原子的扩散速度，有些可以减慢扩散速度。 扩散第一定律表达式：扩散第一定律表达式：J??D其中，J为扩散流量；D为扩散系数；
dC
dxdC为浓度梯度。 dx扩散的驱动力为化学位梯度，阻力为扩散激活能 九、钢的热处理原理
重点内容：冷却时转变产物（P、B、M）的特征、性能特点、热处理的概念。
基本内容：等温、连续C-曲线。奥氏体化的四个过程；碳钢回火转变产物的性能特点。
热处理：将钢在固态下加热到预定的温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却下来，让其获得所需要的组织结构和性能的一种热加工工艺。
转变产物（P、B、M）的特征、性能特点：片状P体，片层间距越小，强度越高，塑性、韧性也越好；粒状P体，Fe3C颗粒越细小，分布越均匀，合金的强度越高。第二相的数量越多，对塑性的危害越大；片状与粒状相比，片状强度高，塑性、韧性差；上贝氏体为羽毛状，亚结构为位错，韧性差；下贝氏体为黑针状或竹叶状，亚结构为位错，位错密度高于上贝氏体，综合机械性能好；低碳马氏体为板条状，亚结构为位错，具有良好的综合机械性能；高碳马氏体为片状，亚结构为孪晶，强度硬度高，塑性和韧性差。
等温、连续C-曲线。 十、钢的热处理工艺
重点内容：退火、正火的目的和工艺方法； 淬火和回火的目的和工艺方法。
4
基本内容：淬透性、淬硬性、热应力、组织应力、回火脆性、回火稳定性、过冷奥氏体的概念。淬火加热缺陷及其防止措施。
热应力：工件在加热(或冷却)时，由于不同部位的温度差异，导致热胀(或冷缩)的不一致所引起的应力称为热应力。
组织应力：由于工件不同部位组织转变不同时性而引起的内应力。 淬透性：是表征钢材淬火时获得马氏体的能力的特性。 可硬性：指淬成马氏体可能得到的硬度。
回火稳定性：淬火钢对回火时发生软化过程的抵抗能力。
回火脆性：钢在一定的温度范围内回火时，其冲击韧性显著下降，这种脆化现象叫做钢的回火脆性。 过冷奥氏体：在临界温度以下处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥氏体。
退火的目的：均匀钢的化学成分及组织；细化晶粒；调整硬度，改善钢的成形及切削加工性能；消除内应力和加工硬化；为淬火做好组织准备。
正火的目的：改善钢的切削加工性能；细化晶粒，消除热加工缺陷；消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火；提高普通结构零件的机械性能。
十一、工业用钢
重点内容：材料强化方法；钢的分类和编号。
基本内容：常用合金元素在钢中的主要作用。材料韧化的方法、钢的化学成分、金相组织热处理工艺和机械性能之间的关系。
合金钢：在碳钢的基础上有意地加入一种或几种合金元素，使其使用性能和工艺性能得以提高的以铁为基的合金即为合金钢。
金属学与热处理习题及参考解
一、论述四种强化的强化机理、强化规律及强化方法。
1、 形变强化
形变强化：随变形程度的增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象叫形变强化或加工硬化。 机理：随塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时的相互交割加剧，结果即产生固定的割阶、位错缠结等障碍，使位错运动的阻力增大，引起变形抗力增加，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度。
规律：变形程度增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，位错密度不断增加，根据公式Δσ=αbGρ可知强度与位错密度（ρ）的二分之一次方成正比，位错的柏氏矢量（b）越大强化效果越显著。
方法：冷变形（挤压、滚压、喷丸等）。
形变强化的实际意义（利与弊）：形变强化是强化金属的有效方法，对一些不能用热处理强化的材料可以用形变强化的方法提高材料的强度，可使强度成倍的增加；是某些工件或半成品加工成形的重要因素，使金属均匀变形，
5
1/2
，
使工件或半成品的成形成为可能，如冷拔钢丝、零件的冲压成形等；形变强化还可提高零件或构件在使用过程中的安全性，零件的某些部位出现应力集中或过载现象时，使该处产生塑性变形，因加工硬化使过载部位的变形停止从而提高了安全性。另一方面形变强化也给材料生产和使用带来麻烦，变形使强度升高、塑性降低，给继续变形带来困难，中间需要进行再结晶退火，增加生产成本。
2、 固溶强化
随溶质原子含量的增加，固溶体的强度硬度升高，塑性韧性下降的现象称为固溶强化。强化机理：一是溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，对滑移面上运动的位错有阻碍作用；二是位错线上偏聚的溶质原子形成的柯氏气团对位错起钉扎作用，增加了位错运动的阻力；三是溶质原子在层错区的偏聚阻碍扩展位错的运动。所有阻止位错运动，增加位错移动阻力的因素都可使强度提高。
固溶强化规律：①在固溶体溶解度范围内，合金元素的质量分数越大，则强化作用越大；②溶质原子与溶剂原子的尺寸差越大，强化效果越显著；③形成间隙固溶体的溶质元素的强化作用大于形成置换固溶体的元素；④溶质原子与溶剂原子的价电子数差越大，则强化作用越大。
方法：合金化，即加入合金元素。 3、第二相强化
钢中第二相的形态主要有三种，即网状、片状和粒状。
①网状特别是沿晶界析出的连续网状Fe3C，降低的钢机械性能，塑性、韧性急剧下降，强度也随之下降； ②第二相为片状分布时，片层间距越小，强度越高，塑性、韧性也越好。符合σs=σ0＋KS0-1/2的规律，S0片层间距。
③第二相为粒状分布时，颗粒越细小，分布越均匀，合金的强度越高，符合??均距离。第二相的数量越多，对塑性的危害越大；
④片状与粒状相比，片状强度高，塑性、韧性差；
⑤沿晶界析出时，不论什么形态都降低晶界强度，使钢的机械性能下降。 第二相无论是片状还是粒状都阻止位错的移动。
方法：合金化，即加入合金元素，通过热处理或变形改变第二相的形态及分布。 4、细晶强化
细晶强化：随晶粒尺寸的减小，材料的强度硬度升高，塑性、韧性也得到改善的现象称为细晶强化。 细化晶粒不但可以提高强度又可改善钢的塑性和韧性，是一种较好的强化材料的方法。
机理：晶粒越细小，位错塞集群中位错个数（n）越小，根据??n?0，应力集中越小，所以材料的强度越高。 细晶强化的强化规律：晶界越多，晶粒越细，根据霍尔-配奇关系式σs=σ0＋Kd-1/2晶粒的平均直（d）越小，材料的屈服强度（σs）越高。
6
Gb?的规律，λ粒子之间的平
细化晶粒的方法：结晶过程中可以通过增加过冷度，变质处理，振动及搅拌的方法增加形核率细化晶粒。对于冷变形的金属可以通过控制变形度、退火温度来细化晶粒。可以通过正火、退火的热处理方法细化晶粒；在钢中加入强碳化物物形成元素。 二、改善塑性和韧性的机理
晶粒越细小，晶粒内部和晶界附近的应变度差越小，变形越均匀，因应力集中引起的开裂的机会也越小。晶粒越细小，应力集中越小，不易产生裂纹；晶界越多，易使裂纹扩展方向发生变化，裂纹不易传播，所以韧性就好。
提高或改善金属材料韧性的途径：①尽量减少钢中第二相的数量；②提高基体组织的塑性；③提高组织的均匀性；④加入Ni及细化晶粒的元素；⑤防止杂质在晶界偏聚及第二相沿晶界析出。 三、Fe—Fe3C相图，结晶过程分析及计算
1.
①点之上为液毕；②～③点之
③点开始γ→α转变；④点开始γ→ P共析转变；室温下显微组织为α+ P。 结晶示意图：
2.
计算室温下亚共析钢（含碳量为x）的组织组成物的相对量。
相L；①点开始L→γ；②点结晶完间为单相γ；
分析含碳0.53～0.77％的铁碳合金的结晶过程，并画出结晶示意图。
组织组成物为α、P，相对量为：
WP?
x?0.02180.77?x?100% , W?1?WW??100% 或?P?0.77?0.02180.77?0.0218
7
3. 分析含碳0.77～2.11％的铁碳合金的结晶过程。
①点之上为液相L；①点开始L→γ；①～②之间为L+γ；②点结晶完毕；②～③点之间为单相γ；③点开始γ→Fe3C转变；④点开始γ→ P共析转变；室温下显微组织为P + Fe3C。
结晶过程示意图。
4.
计算室温下过共析钢（含碳量为x）的组织组成物的相对量。
组织组成物为P、Fe3CⅡ，相对量为：
WP?5.
6.69?xx?0.77?100% , W?1?WW??100% 或Fe3C?PFe3C?6.69?0.776.69?0.77分析共析钢的结晶过程，并画出结晶示意图。
①点之上为液相L；①点开始L→γ；②点结晶完毕；②～③点之间为单相γ；③点γ→ P共析转变；室温下显微组织为P。
8
结晶示意图：
6. 含碳
计算含碳3.0%铁碳合金室温下组织组成物及相组成物的相对量。 3.0%的亚共晶白口铁室温下组织组成物为
P、Fe3C
Ⅱ
，相对量为：
3.0?2.11?100%?40.6% , W γ?1?WLd?59.4%4.3?2.11
6.69?2.11WP??W γ?100%?46.0% , WFe3CⅡ?W γ?WP?13.4%6.69?0.77WLd?相组成物为F、Fe3C，相对量为：
WFe3C?7.
3.0?100%?44.8% , F?1?WFe3C?55.2% 6.69相图中共有几种渗碳体？说出各自的来源及形态。
相图中共有五种渗碳体: Fe3CⅠ、Fe3CⅡ、Fe3CⅢ 、Fe3C共析、Fe3C共晶 ；
Fe3CⅠ：由液相析出，形态连续分布（基体）； Fe3CⅡ：由奥氏体中析出，形态网状分布； Fe3CⅢ：由铁素体中析出，形态网状、短棒状、粒状分布在铁素体的晶界上；Fe3C晶转变得到，粗大的条状。
8.
计算室温下含碳量为x合金相组成物的相对量。
共析
：奥氏体共析转变得到，片状；Fe3C
共晶
：液相共
相组成物为α、Fe3C，相对量为：
WFe3C?9.
x?100% , W??1?WFe3C 6.69x?4.3?100% Fe3C?的相对量：WFe3C??6.69?4.36.69?100%?100% 6.69x?0.77?22.6% 10. 过共析钢中Fe3CⅡ的相对量：WFe3C??6.69?0.772.11?0.77?22.6% 当x=2.11时Fe3CⅡ含量最高，最高百分量为：WFe3C??6.69?0.77x?100% 11. Fe3CⅢ的相对量计算：WFe3C???6.690.0218?100%?0.33% 当x=0.0218时Fe3CⅢ含量最高，最高百分量为：WFe3C???6.69当x=6.69时Fe3C?含量最高，最高百分量为：WFe3C??
9
12. 共析渗碳体的相对百分量为：WFe3C?13. 共晶渗碳体的相对百分量为：WFe3C14. 说出奥氏体与铁素体的异同点。
0.77?0.0218?100%?11.2%
6.69?0.02184.30?2.11??%?47.8% 6.69?2.11相同点：都是铁与碳形成的间隙固溶体；强度硬度低，塑性韧性高。
不同点：铁素体为体心结构，奥氏体面心结构；铁素体最高含碳量为0.0218%，奥氏体最高含碳量为2.11%，铁素体是由奥氏体直接转变或由奥氏体发生共析转变得到，奥氏体是由包晶或由液相直接析出的；存在的温度区间不同。
15. 说出二次渗碳体与共析渗碳体的异同点。 相同点：都是渗碳体，成份、结构、性能都相同。
不同点：来源不同，二次渗碳体由奥氏体中析出，共析渗碳体是共析转变得到的；形态不同二次渗碳体成网状，共析渗碳体成片状；对性能的影响不同，片状的强化基体，提高强度，网状降低强度。
16. 举例说明成分、组织与机械性能之间的关系
如亚共析钢。亚共析钢室温下的平衡组织为F＋P，F的强度低，塑性、韧性好，与F相比P强度硬度高，而塑性、韧性差。随含碳量的增加，F量减少，P量增加（组织组成物的相对量可用杠杆定律计算）。所以对于亚共析钢，随含碳量的增加，强度硬度升高，而塑性、韧性下降。
17. 说明三个恒温转变，画出转变特征图 包晶转变(LB＋δ
H
γJ)含碳量0.09％～0.53％范围的铁碳合金，于HJB水平线(1495℃)均将通过包
晶转变，形成单相奥氏体。
共晶转变(LC
γE＋Fe3C)含碳放2.11％一6.69％范围的铁碳合金，于ECF平线上(1148℃)均将通过
共晶转变，形成奥氏体和渗碳体两相混合的共晶体，称为菜氏体(Ld)。
共析转变(γ
S
αP＋Fe3C)；含碳虽超过0．02％的铁碳合金，于PSK水平线上(727℃)均将通过共
析转变，形成铁素体和渗碳体两相混合的共析体，称为珠光体（P）。 转变特征图 包晶转变：
共晶转变： 共析转变：
LB γJ δH LC γE αP γS Fe3C Fe3C 各点成分为（C%）：B：0.53 ；H：0.09；J：0.17；C：4.3；E：2.11 S：0.77；P：0.0218。 18. 说出Fe -Fe3C相图中室温下的显微组织
10
工业纯铁(<0.0218％C)室温组织：α
亚共析钢（0.0218％～0.77％C）室温组织： P＋α； 共析钢：0.77％C；室温组织：P
过共析钢：0.77％～2.11％C室温组织：P＋ Fe3CⅡ
??Fe3C??P 亚共晶白口铁：2.11％～4.30％C；室温组织：Ld? 共晶白口铁：4.30％C；室温组织：Ld过共晶白口铁：4.30％～6.69％C。室温组织： 四、晶面指数与晶向指数
1）、标出图①、图②中晶面的晶面指数及图③中所示晶向(AB，OC)的晶向指数。 Z Z Z C
Y Y A O B Y X X X ①②③
①：110②：（012）
AB：110 OC：[101]
2）、标出图①、图②中晶面的晶面指数及图③中所示晶向(AC，OB )的晶向指数。 Z Z C Z
Y Y A O Y X X X B ①②③
①：012②：（112）
AC：101 OB：[120] 3）、画出下列指数的晶向或晶面
（111）110（0 21） [1 1 0] 001
Z Z Z （021） Y Y Y
11 ????????????
X （111）（110） X X [110] [001] 五、固态下互不溶解的三元共晶相图的投影图如图所示。 1. 说出图中各点（M、N、P、E）室温下的显微组织。
M：B＋（B＋C）＋（A＋B＋C）； N：（A＋B）＋（A＋B＋C）； P：C＋（A＋B＋C）； E：（A＋B＋C）。
2. 求出E点合金室温下组织组成物的相对量和相组成物的相对量。 E点合金室温下组织组成物的相对量（A＋B＋C）为100% 相组成物的相对量为： WA=Ea/Aa×100% WB=Eb/Bb×100%
WC=Ec/Cc×100%
A E1 c B% B
· N A% E··M C% b K E2 E3·P a
C 3. 分析M点合金的结晶过程。
先从液相中结晶出B组元，当液相成分为K时，发生二元共晶转变，转变产物为（B＋C），当液相成分为E时，发生三元共晶转变，转变产物为（A＋B＋C）。室温下的显微组织为：B＋（B＋C）＋（A＋B＋C）。 六、固态下互不溶解的三元共晶相图的投影图如图所示。
A e1 B% B
A% E ·
e3 e2 C% C
1. 确定出E点合金A、B、C三个组元的化学成分。 2. 计算E点合金组织组成物的相对量 3. 计算E点合金相组成物的相对量
4. E点合金的化学成分与相组成物相对量之间有什么关系？为什么？
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A b D e1 B% B
A% E · c F H e3 a e2 C% C 1、 A、B、C三个组元的化学成分为：A=Ca% ，B=Ab% ，C=Bc% 2、E点合金组织组成物的相对量为：W(A＋B＋C)=100% 3、E点合金相组成物的相对量为：WA?EH?100%，W?EF?100%，
BAHBFWC?ED?100%
CD4、E点合金的化学成分与相组成物相对量是相等的，即：Ca=EH/AH，Ab=EF/BF，
Bc=ED/CD。因为三个组元在固态下互不溶解，都已纯金属的形成存在，所以三个相（A、B、C）的相对量就应该等于其各自的化学成分。
七、锻造或轧制的作用是什么？为什么锻造或轧制的温度选择在高温的奥氏体区？
锻造或轧制的作用是：把材料加工成形，通过锻造或轧制使铸锭中的组织缺陷得到明显的改善，如气泡焊合，缩松压实，使金属材料的致密度增加；粗大的柱状晶变细；合金钢中大块状碳化物初晶打碎并较均匀分布；使成分均匀，使材料的性能得到明显的改善。
奥氏体稳定存在是在高温区，温度升高材料的强度、硬度下降，塑性韧性升高，有利于变形；奥氏体为面心结构，塑性比其它结构好，塑性好，有利于变形；奥氏体为单相组织，单相组织的强度低，塑性韧性好，有利于变形；变形为材料的硬化过程，变形金属高温下发生回复与再结晶，消除加工硬化，即为动态回复再结晶，适合大变形量的变形。
八、什么是柯肯达尔效应？如何解释柯肯达尔效应？
由置换互溶原子因相对扩散速度不同而引起标记移动的不均衡扩散现象称为柯肯达尔效应。 Cu Ni
分析表明Ni向左侧扩散过来的原子数目大于Cu向右侧扩散过来的原子数目，且Ni的原子半径大于Cu的原子半径。过剩的Ni的原子使左侧的点阵膨胀，而右边原子减少的地方将发生点阵收缩，其结果必然导致界面向右侧漂移。 九、影响扩散的因素有哪些？
①温度：温度越高，扩散速度越大；
② 晶体结构：体心结构的扩散系数大于面心结构的扩散系数；
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③ 固溶体类型：间隙原子的扩散速度大于置换原子的扩散速度； ④ 晶体缺陷：晶体缺陷越多，原子的扩散速度越快；
⑤ 化学成分：有些元素可以加快原子的扩散速度，有些可以减慢扩散速度。 十、写出扩散第一定律的数学表达式，说出各符号的意义。 扩散第一定律表达式：J??DdC dx其中，J为扩散流量；D为扩散系数；
dC为浓度梯度。 dx扩散的驱动力为化学位梯度，阻力为扩散激活能
十一、写出扩散系数的数学表达式，说出各符号的意义及影响因素。 扩散系数D可用下式表示：
D?D0exp??QRT?
式中，D0为扩散常数，Q为扩散激活能，R为气体常数，T为热力学温度。由式上式可以看出，扩散系数D与温度呈指数关系，温度升高，扩散系数急剧增大。 十二、固态金属扩散的条件是什么？
①温度要足够高，温度越高原子热振动越激烈原子被激活而进行迁移的几率越大；②时间要足够长，只有经过相当长的时间才能造成物质的宏观迁移；③扩散原子要固溶，扩散原子能够溶入基体晶格形成固溶体才能进行固态扩散；④扩散要有驱动力，没有动力扩散无法进行，扩散的驱动力为化学位梯度。 十三、为什么晶体的滑移通常在密排晶面并沿密排晶向进行？
晶体滑移的实质是位错在滑移面上运动的结果，位错运动的点阵阻力为：?P?N??2?d?2G，位错exp???1????1???b?运动的点阵阻力越小，位错运动越容易，从公式中可以看出，ｄ值越大、ｂ值越小，位错运动的点阵阻力越小。ｄ为晶面间距，密排面的晶面间距最大；ｂ为柏氏矢量，密排方向的柏氏矢量最小。所以，晶体的滑移通常在密排晶面并沿密排晶向进行。 十四、晶界具有哪些特性？
①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。 十五、简述位错与塑性、强度之间的关系。
位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。
晶体塑性变形的方式有滑移和孪晶，多数都以滑移方式进行。滑移的本质就是位错在滑移面上的运动，大量位错滑移的结果造成了晶体的宏观塑性变形。
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位错滑移的结果造成了晶体的宏观塑性变形，使材料发生屈服，位错越容易滑移，强度越低，因此增加位错移动的阻力，可以提高材料的强度。溶质原子造成晶格畸变还可以与位错相互作用形成柯氏气团，都增加位错移动的摩擦阻力，使强度提高。晶界、相界可以阻止位错的滑移，提高材料的强度。所以细化晶粒、第二相弥散分布可以提高强度。
十六、论述钢的渗碳通常在奥氏体区（930～950℃）进行，而且时间较长的原因。
虽然碳原子在α-Fe比γ-Fe中扩散系数大（１分），但钢的渗碳通常在奥氏体区进行，因为可以获得较大的渗层深度。因为：①根据，D?D0exp???Q??，温度（T）越高，扩散系数（D）越大，扩散速度越快，温度越高原子RT??热振动越激烈，原子被激活而进行迁移的几率越大，扩散速度越快；②温度高，奥氏体的溶碳能力大，1148℃时最大值可达2.11%，远比铁素体(727℃，0.0218%)大，③钢表面碳浓度高，浓度梯度大，扩散速度越快；④时间要足够长，只有经过相当长的时间才能造成碳原子的宏观迁移； 十七、与滑移相比孪晶有什么特点？
①孪晶是一部分晶体沿孪晶面对另一部分晶体做切变，切变时原子移动的距离不是孪晶方向原子间距的整数倍；②孪晶面两边晶体的位相不同，成镜面对称；③由于孪晶改变了晶体的取向，因此孪经晶抛光后仍能重现；④孪晶是一种均匀的切变。
十八、影响再结晶的主要因素有哪些？
①再结晶退火温度：退火温度越高（保温时间一定时），再结晶后的晶粒越粗大；②冷变形量：一般冷变形量越大，完成再结晶的温度越低，变形量达到一定程度后，完成再结晶的温度趋于恒定；③原始晶粒尺寸：原始晶粒越细，再结晶晶粒也越细；④微量溶质与杂质原子，一般均起细化晶粒的作用；⑤第二相粒子，粗大的第二相粒子有利于再结晶，弥散分布的细小的第二相粒子不利于再结晶；⑥形变温度，形变温度越高，再结晶温度越高，晶粒粗化；⑦加热速度，加热速度过快或过慢，都可能使再结晶温度升高。 十九、论述间隙原子、置换原子、位错、晶界对材料力学性能的影响。
间隙原子、置换原子与位错相互作用形成柯氏气团，柯氏气团增加位错移动的阻力；溶质原子造成晶格畸变，增加位错移动的摩擦阻力，使强度提高，这就是固溶强化的机理。晶界越多，晶粒越细，根据霍尔—配奇关系式σs=σ0＋Kd-1/2晶粒的平均直径d越小，材料的屈服强度σs越高。晶粒越细小，晶粒内部和晶界附近的应变度差越小变形越均匀，因应力集中引起的开裂的机会也越小，塑性越好。晶粒越细小，应力集中越小，不易产生裂纹，晶界越多，易使裂纹扩展方向发生变化，裂纹不易传播，所以韧性就好。
位错密度越高，则位错运动时越易发生相互交割，形成割阶，造成位错缠结等位错运动的障碍，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度。根据公式?σ=abGρ
1/2
，位错密度（ρ）越大，强化效果越显著。
二十、什么是再结晶温度？影响再结晶温度的因素有哪些？
再结晶温度：经过严重冷变形(变形度在70％以上)的金属，在约1小时的保温时间内能够完成再结晶(>95％转
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变量)的温度。再结晶温度并不是一个物理常数，这是因为再结晶前后的晶格类型不变，化学成分不变，所以再结晶不是相变。
影响再结晶温度的因素：纯度越高T再越低；变形度越大T再越低；加热速度越小T再越高。 二十一、塑性变形后的金属随加热温度的升高会发生的一些变化：
显微组织经过回复、再结晶、晶粒长大三个阶段由破碎的或纤维组织转变成等轴晶粒，亚晶尺寸增大；储存能降低，内应力松弛或被消除；各种结构缺陷减少；强度、硬度降低，塑性、韧度提高；电阻下降，应力腐蚀倾向显著减小。 二十二、什么是晶面间距？计算低指数晶面的晶面间距。
晶面间距（d）：两个平行晶面之间的垂直距离。通常，低指数的晶面间距较大，而高指数晶面间距较小。晶面间距越大，则该晶面上原子排列越密集。 对于简单立方点阵dhkl=a·(h2＋k2＋l2)fcc :d100?－1/2
a23 ,d110?a, d111?a 243bcc:d100?a2,d110?a 22二十三、什么是过冷度？为什么金属结晶一定要有过冷度？ 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。
液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。从热力学的角度上看，没有过冷度结晶就没有趋动力。根据
Rk?1?T可知当过冷度?T为零时临界晶核半径Rk为无穷大，临界形核功（?G?12）也为无穷大。临界
?T晶核半径Rk与临界形核功为无穷大时，无法形核，所以液态金属不能结晶。晶体的长大也需要过冷度，所以液态金属结晶需要过冷度。
二十四、简述铸锭三个晶区的形成机理。
表面细晶区：当高温液体倒入铸模后，结晶先从模壁开始，靠近模壁一层的液体产生极大的过冷，加上模壁可以作为非均质形核的基底，因此在此薄层中立即形成大量的晶核，并同时向各个方向生长，形成表面细晶区。柱状晶区：在表面细晶区形成的同时，铸模温度迅速升高，液态金属冷却速度减慢，结晶前沿过冷都很小，不能生成新的晶核。垂直模壁方向散热最快，因而晶体沿相反方向生长成柱状晶。中心等轴晶区：随着柱状晶的生长，中心部位的液体实际温度分布区域平缓，由于溶质原子的重新分配，在固液界面前沿出现成分过冷，成分过冷区的扩大，促使新的晶核形成长大形成等轴晶。由于液体的流动使表面层细晶一部分卷入液体之中或柱状晶的枝晶被冲刷脱落而进入前沿的液体中作为非自发生核的籽晶。 二十五、影响置换固溶体溶解度的因素有哪些？ 1、原子尺寸因素：尺寸差越小溶解度越大。
2、负电性因素：在形成固溶体的情况下，溶解度随负电性差的减小而增大。
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3、电子浓度因素：电子浓度越小，越易形成无限固溶体。 4、晶体结构因素：晶格类型相同溶解度较大。 二十六、退火与正火的目的是什么？
退火的目的：均匀钢的化学成分及组织；细化晶粒；调整硬度，改善钢的成形及切削加工性能；消除内应力和加工硬化；为淬火做好组织准备。
正火的目的：改善钢的切削加工性能；细化晶粒，消除热加工缺陷；消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火；提高普通结构零件的机械性能。
二十七、固溶体与金属化合物有何异同点？ 相同点：都具有金属的特性；
不同点：结构不同，固溶体的结构与溶剂的相同，金属化合物的结构不同于任一组元；键合方式不同，固溶体为金属键，金属化合物为金属键、共价键、离子键混合键；性能不同，固溶体的塑性好、强度、硬度低，金属化合物，硬度高、熔点高、脆性大；在材料中的作用不同固溶体多为材料的基体，金属化合物为强化相。 二十八、合金元素Cr、Mn、Ni、强碳化物形成元素在钢中的主要作用是什么？
Cr在钢中的主要作用有：溶入基体，提高淬透性，固溶强化；形成第二相提高强度、硬度；含量超过13%时提高耐腐蚀性；在表面形成致密的氧化膜，提高抗氧化能力。Cr促进第二类回火脆性的发生。
Mn在钢中的主要作用有：溶入基体，提高淬透性，固溶强化；形成第二相提高强度、硬度；含量超过13%时形成奥氏体钢，提高耐磨性；消除硫的有害作用。Mn促进第二类回火脆性的发生，促进奥氏体晶粒的长大。
Ni在钢中的主要作用有：溶入基体，提高淬透性，固溶强化；扩大奥氏体区，提高钢的韧性，降低冷脆转变温度。
强碳化物形成元素（Ti、Nb、Zr，V）的主要作用有：形成碳化物提高硬度、强度、耐磨性，提高回火稳定性，细化晶粒，防止晶间腐蚀。
二十九、论述钢材在热处理过程中出现脆化现象的主要原因及解决方法。
答：①过共析钢奥氏体化后冷却速度较慢出现网状二次渗碳体时，使钢的脆性增加，脆性的网状二次渗碳体在空间上把塑性相分割开，使其变形能力无从发挥。解决方法，重新加热正火，增加冷却速度，抑制脆性相的析出。②淬火马氏体在低温回火时会出现第一类回火脆性，高温回火时有第二类回火脆性，第一类回火脆性不可避免，第二类回火脆性，可重新加热到原来的回火温度，然后快冷恢复韧性。③工件等温淬火时出现上贝氏体时韧性降低，重新奥氏体化后降低等温温度得到下贝氏体可以解解。④奥氏体化温度过高，晶粒粗大韧性降低。如：过共析钢淬火温度偏高，晶粒粗大，获得粗大的片状马氏体时，韧性降低；奥氏体晶粒粗大，出现魏氏组织时脆性增加。通过细化晶粒可以解决。
三十、20CrMnTi 、40CrNiMo、60Si2Mn、T12属于哪类钢？含碳量为多少？钢中合金元素的主要作用是什么？淬火加热温度范围是多少？常采用的热处理工艺是什么？最终的组织是什么？性能如何？
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20CrMnTi为渗碳钢，含碳量为0.2%，最终热处理工艺是淬火加低温回火，得到回火马氏体，表面为高碳马氏体（渗碳后），强度、硬度高，耐磨性好；心部低碳马氏体（淬透）强韧性好。Mn与Cr提高淬透性，强化基体，Ti阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒。
40CrNiMo为调质钢，含碳量为0.4%，最终热处理工艺是淬火加高温回火，得到回火索氏体，具有良好的综合机械性能，Cr、Ni提高淬透性，强化基体，Ni提高钢的韧性，Mo细化晶粒，抑制第二类回火脆性。
60Si2Mn为弹簧钢，含碳量为0.6%，最终热处理工艺是淬火加中温回火，得到回火托氏体（或回火屈氏体），具有很高的弹性极限，Si、Mn提高淬透性，强化基体，Si提高回火稳定性。
T12钢为碳素工具钢钢，含碳量为1.2%，最终热处理工艺是淬火加低温回火，得到回火马氏体＋粒状Fe3C＋残余奥氏体（γ'），强度硬度高、耐磨性高，塑性、韧性差。
三十一、计算体心立与面心立方方结构滑移面的原子密度及滑移方向上的线密度。
1?4?1体心立方结构的滑移面为{110}，面密度??4?a?2a2?滑移方向为＜111＞，线密度??22a2?2a2?1.4 a21?11.162? a3a11?3??32?面心立方结构的滑移面为{111}，面密度??632a243a2?2.3 a22?滑移方向为＜110＞，线密度??1?11.4142? a2a三十二、比较下贝氏体与高碳马氏体的主要不同点
①显微组织特征不同，下贝氏体为黑针状或竹叶状，高碳马氏体为片状；②亚结构不同，下贝氏体亚结构为位错，高碳马氏体的亚结构为孪晶；③性能特点不同，下贝氏体具有良好的综合机械性能，高碳马氏体强度硬度高，塑性和韧性差；④相变特点不同，下贝氏体为半扩散型相变，高碳马氏体非扩散型相变。⑤下贝氏体为复相组织，高碳马氏体为单相组织。
三十三、过共析钢淬火加热温度为什么不超过Accm？
过共析钢淬火加热温度为AC1＋30～50℃。加热温度超过Accm时，温度高，容易发生氧化、脱碳；奥氏体晶粒容易粗大，淬火后马氏体粗大，产生显微裂纹，强度下降；渗碳体全部溶解，失去耐磨相，奥氏体中的含碳量高，淬火后残余奥氏体量多，硬度降低、强度降低。 三十四、亚共析钢正火与退火相比哪个硬度高?为什么?
正火后硬度高。正火与退火相比，正火的珠光体是在较大的过冷度下得到的，因而对亚共析钢来说，析出的先共析铁素体较少，珠光体数量较多(伪共析)，珠光体片间距较小。此外由于转变温度较低，珠光体成核率较大，因
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而珠光体团的尺寸较小。
三十五、用T12钢（锻后缓冷）做一切削工具，工艺过程为：正火→球化退火→机加工成形→淬火→低温回火。各热处理工艺的目的是什么？得到什么组织？各种组织具有什么性能。
① 正火：消除网状的二次渗碳体，同时改善锻造组织、消除锻造应力，得到片状的珠光体，片状的珠光体硬度较
高，塑性韧性较差。
② 球化退火：将片状的珠光体变成粒状珠光体，降低硬度，便于机械加工；组织为粒状珠光体，这种组织塑性韧
性较好，强度硬度较低。
③ 淬火：提高硬度、强度和耐磨性；组织为马氏体＋粒状碳化物＋残余奥氏体；这种组织具有高强度高硬度，塑
性韧性差。
④ 低温回火：减少或消除淬火应力，提高塑形和韧性；组织为回火马氏体＋粒状碳化物＋残余奥氏体。回火组织
有一定的塑性韧性，强度、硬度高，耐磨性高。
三十六、什么是淬火？目的是什么？具体工艺有哪些？简述淬火加热温度的确定原则。
把钢加热到临界点（Ac1或Ac3）以上保温并随之以大于临界冷却速度（Vc)冷却，以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺方法称为淬火。
淬火目的：提高工具、渗碳零件和其它高强度耐磨机器零件等的硬度、强度和耐磨性；结构钢通过淬火和回火之后获得良好的综合机械性能；此外，还有很少数的一部分工件是为了改善钢的物理和化学性能。如提高磁钢的磁性，不锈钢淬火以消除第二相，从而改善其耐蚀性等。
具体工艺有：单液淬火法；中断淬火法(双淬火介质淬火法)；喷射淬火法；分级淬火法；等温淬火法。 淬火加热温度，主要根据钢的相变点来确定。对亚共析钢，一般选用淬火加热温度为Ac3＋(30～50℃)，过共析钢则为Ac1＋(30～50℃)，合金钢一般比碳钢加热温度高。确定淬火加热温度时，尚应考虑工件的形状、尺寸、原始组织、加热速度、冷却介质和冷却方式等因素。在工件尺寸大、加热速度快的情况下，淬火温度可选得高一些。另外，加热速度快，起始晶粒细，也允许采用较高加热温度。 三十七、某车床主轴（45钢）加工路线为：
下料→锻造→正火→机械加工→淬火（淬透）→高温回火→花键高频表面淬火→低温回火→半精磨→人工时效→精磨。正火、淬火、高温回火、人工时效的目的是什么？花键高频表面淬火、低温回火的目的是什么？表面和心部的组织是什么？
正火处理是为了得到合适的硬度，以便切削加工，同时改善锻造组织，消除锻造应力。淬火是为了得到高强度的马氏体组织，高温回火是为了得到回火索氏体，淬火＋高温回火称为调质，目的是为使主轴得到良好的综合力学性能。人工时效主要是为了消除粗磨削加工时产生的残余应力。花键部分用高频淬火后低温回火是为了得到回火马氏体，增加耐磨性。表面为回火马氏体，心部为回火索氏体组织。
三十八、什么是退火？目的是什么？具体工艺有哪些？正火、退火工艺选用的原则是什么？
将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当的温度，保持一定时间，然后缓慢冷却以达到接近平衡状态组织的热处理工艺称为退火。
退火的目的在于均匀化学成分、改善机械性能及工艺性能、消除或减少内应力，并为零件最终热处理准备合适的内部组织。
具体工艺有：扩散退火、完全退火、不完全退火、球化退火、再结晶退火和消除应力退火。
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三十九、正火、退火工艺选用的原则是什么？
含0．25％C以下的钢，在没有其它热处理工序时，可用正火来提高强度。对渗碳钢，用正火消除锻造缺陷及提高切削加工性能。对含碳0．25～0．50％的钢，一般采用正火。对含碳0．50～0．75％的钢，一般采用完全退火。含碳0．75～1．0％的钢，用来制造弹簧时采用完全退火作预备热处理，用来制造刀具时则采用球化退火。含碳大于1．0％的钢用于制造工具，均采用球化退火作预备热处理。
四十、说出低碳钢（15、20）、中碳钢（40、45）、共析钢（T8）获得良好综合力学性能的最终热处理工艺及组织。 低碳钢：淬火加低温回火，组织为回火马氏体。中碳钢：淬火加高温回火，组织为回火索氏体。共析钢：等温淬火，组织为下贝氏体。
四十一、比较回火索氏体与索氏体的主要异同点。
相同点：都是铁素体与渗碳体的机械的机械混合物。
不同点：①渗碳体的形态不同，回火索氏体的渗碳体的形态为颗粒状，索氏体的渗碳体的形态为片状；②来源不同，回火索氏体是淬火马氏体分解的到的，索氏体是奥氏体直接分解得到的；③性能特点不同，回火索氏体具有良好的综合机械性能，索氏体的抗拉强度高；韧性比回火索氏体低。 四十二、珠光体、贝氏体、马氏体的特征、性能特点是什么？
片状P体，片层间距越小，强度越高，塑性、韧性也越好；粒状P体，Fe3C颗粒越细小，分布越均匀，合金的强度越高。第二相的数量越多，对塑性的危害越大；片状与粒状相比，片状强度高，塑性、韧性差；上贝氏体为羽毛状，亚结构为位错，韧性差；下贝氏体为黑针状或竹叶状，亚结构为位错，位错密度高于上贝氏体，综合机械性能好；低碳马氏体为板条状，亚结构为位错，具有良好的综合机械性能；高碳马氏体为片状，亚结构为孪晶，强度硬度高，塑性和韧性差。
四十三、W18Cr4V是什么钢？主要性能特点是什么？合金元素在钢中的主要作用是什么？为什么此钢淬火加热的奥氏体化温度（1280±5℃）非常高？回火工艺是什么？最终组织是什么？
W18Cr4V是高速钢，主要性能特点是具有很高的红硬性，高硬度、高耐磨性和高的淬透性。
合金元素在钢中的主要作用是：①提高淬透性。②形成高硬度碳化物，在回火时弥散析出，产生二次硬化效应，显著提高钢的红硬性、硬度和耐磨性。③Cr能提高钢的抗氧化、脱碳和抗腐蚀能力。
目的是让钢中的碳化物形成元素W、Cr、V更多地溶解到奥氏体中，充分发挥碳和合金元素的作用，淬火后获得高碳、高合金的马氏体，回火时以合金碳化物形式析出，从而保证高速钢获得高的淬透性、淬硬性和红硬性。退火状态下这些合金元素大部分存在于合金碳化物中，而这些合金碳化物的稳定性很高，需要加热到很高的温度，才能使其向奥氏体中大量溶解。
回火工艺是：560℃三次回火，每次1小时。
第一章金属及合金的晶体结构复习题 一、名词解释
1． 晶体：原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质。 2． 非晶体：指原子呈不规则排列的固态物质。
3． 空间点阵：描述晶体中原子（离子、分子或原子集团）规律排列的空间格架称为空间点阵。
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4． 晶格：一个能反映原子排列规律的空间格架。 5． 晶胞：构成晶格的最基本单元。 6． 晶界：晶粒和晶粒之间的界面。 7． 单晶体：只有一个晶粒组成的晶体。
8． 多晶体：由许多取向不同，形状和大小甚至成分不同的单晶体（晶粒）通过晶界结合在一起的聚合体。 9． 晶粒：组成多晶体的各个小单晶体的外形一般为不规则的颗粒状，故通常称之为晶粒。
10．合金：是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。 11．组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。
12．相：金属中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。 13．组织：用肉眼观察到或借助于放大镜、显微镜观察到的相的形态及分布的图象统称为组织。 14．固熔体：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。 二、填空题
1．晶体与非晶体的根本区别在于原子的排列是否规则。
2．常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。 3．实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。
4．根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。 5．置换固溶体按照溶解度不同，又分为无限固溶体和有限固溶体。
6．合金相的种类繁多，根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。
7．同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。 8．晶体与非晶体最根本的区别是原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质，而非晶体则不是。
9．金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。 10． 11． 12．
位错两种基本类型是刃型位错和螺型位错，多余半原子面是刃型位错所特有的。 在立方晶系中，｛120｝晶面族包括(120)、(120)、 (120)、(120)等晶面。
点缺陷有空位、间隙原子和置换原子等三种；属于面缺陷的小角度晶界可以用位错来描述。
三、判断题
1． 固溶体具有与溶剂金属相同的晶体结构。（√）
2． 因为单晶体是各乡异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也是不相同的。（×） 3． 金属多晶体是由许多位向相同的单晶体组成的。（×）
4． 因为面心立方晶格的配位数大于体心立方晶格的配位数，所以面心立方晶格比体心立方晶格更致密。（√） 5． 在立方晶系中，原子密度最大的晶面间的距离也最大。（√）
6． 在金属晶体中，当存在原子浓度梯度时，原子向各个方向都具有相同的跃迁几率。（×）
7． 因为固态金属的扩散系数比液态金属的扩散系数小得多，所以固态下的扩散比液态下的慢得多。（√）
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8． 金属理想晶体的强度比实际晶体的强度稍强一些。（×） 9． 晶体缺陷的共同之处是它们都能引起晶格畸变。（√） 四、选择题
1． 组成合金中最基本的，能够独立存在的物质称为：（b）
a．相；b．组元；c．合金。 2． 正的电阻温度系数的含义是：（b）
a．随温度升高导电性增大；b．随温度降低电阻降低；c．随温度增高电阻减小。 3． 晶体中的位错属于：（c）
a．体缺陷；b．面缺陷；c．线缺陷；d．点缺陷。 4． 亚晶界是由：（b）
a．点缺陷堆积而成；b．位错垂直排列成位错墙而构成；c．晶界间的相互作用构成。 5． 在面心立方晶格中，原子密度最大的晶向是：（b） a．<100>；b．<110>；c．<111>。
6． 在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面是：（b） a．｛100｝；b．｛110｝；c．｛111｝。 7． α-Fe和γ-Fe分别属于什么晶格类型：（b）
a．面心立方和体心立方；b．体心立方和面心立方；
c．均为面心立方；d．均为体心立方 8． 固溶体的晶体结构与相同。（a）
a．溶剂； b．溶质； c．其它晶型。 9． 间隙相的性能特点是：（c）
a．熔点高，硬度低； b．硬度高，熔点低；c．硬度高，熔点高 五、问答题
1． 常见的金属晶格类型有哪几种？
回答要点：1）体心立方晶格；其晶胞是一个立方体，在立方体的八个顶角和中心各有一个原子。 2）面心立方晶格；其晶胞是一个立方体，在立方体的八个顶角和六个面的中心各有一个原子。
3）密排六方晶格；其晶胞是一个立方六柱体，在六方柱体的各个角上和上下底面中心各排列着一个原子，在顶面和底面间还有三个原子。
2． 金属化合物具有什么样的性能特点？
回答要点：熔点高、硬度高、脆性大。
3． 指出下面四个晶面和四个晶向的指数填写在对应的括号内。
(100) (110) (112) 22 (111)
z A : [100]
C F A D B: [ 110]
y C: [201] D: [111]
B 4． 标出图2-1中给定的晶面指数与晶向指数：
晶面OO′A′A、OO′B′B、OO′C′C、OABC、AA′C′C、AA′D′D；晶向OA、OB、OC、OD、OC′、OD′。
答：晶面OO′A′A：（010）；晶面OO′B′B：（110）； 晶面OO′C′C：（100）；晶面OABC：（001）； 晶面AA′C′C：（110）；晶面AA′D′D：（210）。 晶向OA：[100]；晶向OB：[110]； 晶向OC：[010]；晶向OD：[120]； 晶向OC′：[010]；晶向OD′：[122]。 5． 在立方晶胞中标出以下晶面和晶向：
晶面DEE′ D′：（210）；
晶面DBC′：（111）； 晶向D′ E′：[120]； 晶向C′ D：[011]。
第二章合金的二元相图复习题
一、名词解释
x 1．组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。
2．枝晶偏析：即晶内偏析。固溶体合金结晶时，如果冷却较快，原子扩散不能充分进行，则形成成分不均匀的固
溶体。先结晶的树枝晶晶枝含高熔点组元较多，后结晶的树枝晶晶枝含低熔点组元较多。结果造成在一个晶粒内化学成分分布不均，这种现象称为枝晶偏析。 二、填空题
1．固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度高。 2．Cu-Ni合金进行塑性变形时，其滑移面为{111}。 3．固溶体出现枝晶偏析后，可用扩散退火加以消除。 4．
23
5．以电子浓度因素起主导作用而生成的化合物称电子化合物。 6．共晶反应式为
三、判断题
Ld←→αc+βe，共晶反应的特点是发生共晶反应时三相共存，它们各自的成分是确定的，反应在
恒温下平衡的进行。
1．间隙固溶体一定是无限固溶体。（×）
2．间隙相不是一种固溶体，而是一种金属间化合物。（√）
3．平衡结晶获得的20%Ni的Cu-Ni合金比40%的Cu-Ni合金的硬度和强度要高。（×）
4．在共晶相图中，从L中结晶出来的β晶粒与从α中析出的βⅡ晶粒具有相同的晶体结构。（√） 5．一个合金的室温组织为α+β
四、选择题
Ⅱ
+（α+β），它由三相组成。（×）
1．在发生L→α+β共晶反应时，三相的成分：（b）
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：（d）
a．γ+α+β； b．γ+α； c．γ+β；d．α+β
3．一个合金的组织为α+βⅡ +（α+β），其组织组成物为:（b）
a． α、β； b．α、βⅡ、（α+β）； c． α、β、βⅡ。
4．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
5．二元合金中，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 五、问答题
1．熟悉Pb-Sn二元合金相图，
1）分析几类成分的合金的平衡结晶过程；画出室温平衡组织式意图；标上各组织组成物。 2）熟悉杠杠定律在合金组织组成物的相对量计算中的运用。 （略）
2．画出过共晶合金的结晶过程示意图，分析其结晶过程；写出室温组成物和室温组成相，分别计算他们的相对含
量（提示：注意两次运用杠杆定律）。
（略）
24
第三章金属与合金的结晶复习题
一、名词解释
1．结晶：纯金属或合金由液体转变为固态的过程。
2．重结晶：金属从一种固体晶态改变了晶体结构转变为另一种固体晶态的过程。 3．过冷度：理论结晶温度（T0）和实际结晶温度（T1）之间存在的温度差。 4．变质处理：在浇注前向金属液中加入少量其他物质（即变质剂）。
5．脱溶反应：固溶体合金在结晶过程中，随着温度下降，由于溶质组元在固溶体中的溶解度随温度降低而减小，
因此将从初生固溶体相中析出此生相，这一过程成为脱溶或沉淀。
6．组织组成物：组织中，由一定的相构成的，具有一定形成机制、一定形态特征的组成部分。
二、填空题
1．金属结晶时，冷却速度越快，实际结晶温度就越低，过冷度越大。
2．纯金属的结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个过程是形核和长大。 3．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是促进形核，细化晶粒。
4．液态金属结晶时，结晶过程的推动力是自由能差（△F）降低，阻力是自由能增加。 5．能起非自发生核作用的杂质，必须符合结构相似、尺寸相当的原则。 6．过冷度是指理论结晶温度与实际结晶温度之差，其表示符号为△T。 7．过冷是结晶的必要条件。
8．细化晶粒可以通过增加过冷度、添加变质剂和附加振动等途径实现。 9．典型铸锭结构的三个晶区分别为：表面细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区。
三、判断题
1．纯金属的结晶过程是一个恒温过程。（√） 2．液态金属只有在过冷条件下才能够结晶。（√） 3．凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。（×） 4．室温下，金属晶粒越细，则强度越高，塑性越低。（×）
5．金属由液态转变成固态的结晶过程，就是由短程有序状态向长程有序状态转变的过程。（√） 6．纯金属结晶时，生核率随冷度的增加而不断增加。（×）
7．当晶核长大时，随过冷度增大，晶核的长大速度增大。但当过冷度很大时，晶核长大的速度很快减小。（√） 8．当过冷度较大时，纯金属晶体主要以平面状方式长大。（×）
9．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面体。（×） 10． 11．
在工程上评定晶粒度的方法是在放大100倍的条件，与标准晶粒度图作比较，级数越高、晶粒越细。（√） 过冷度的大小取决于冷却速度和金属的本性。（√）
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四、选择题
1．金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将：（b）
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：（b）
a．快速浇注；b．加变质剂；c．以砂型代金属型。
3．实际金属结晶时，通过控制生核速率N和长大速度G的比值来控制晶粒大小，在下列情况下获得细小晶粒：（a）
a． N/G很大时；b．N/G很小时；c．N/G居中时。
4．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：（b）
a．更高； b．更低；c；相等；d．高低波动
5．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 五、问答题
1．金属结晶的必要条件是什么？过冷度与冷却速度有何关系？
回答要点：过冷是金属结晶的必要条件。过冷度越大，冷却速度越快。
2．简述纯金属的结晶过程。
回答要点：纯金属的结晶过程是在冷却曲线上的水平线段内发生的。它是异构不断形成晶核和晶核不断长大的过程。当温度降至结晶温度时，液态金属中某些部位的原子首先有规则的排列成细小的晶体，成为晶核，也称自发晶核。另外，某些外来的难熔质点也可充当晶核，形成非自发晶核，随着时间的推移，已形成的晶核不断长大，与此同时，又有新的晶核形成、长大，直至金属液全部凝固。凝固结束后，各个晶核长成的晶粒彼此接触。
3．试画出纯金属的冷却曲线，分析曲线中出现“平台”的原因。
回答要点：曲线中出现“平台”是因为在结晶过程中放出的结晶潜热与散失的热量平衡，因而结晶过程是在同一个温度下进行的。
4．金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长速度受到哪些因素的影响？
回答要点：金属由液体转变为固体的过程，实质上就是原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程。在结晶过程中晶粒的形核与长大两个步骤同时进行，其中长大方式通常为枝晶长大方式。晶核的形成率受△T和杂质的影响，成长速度受△T的影响。
5．在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，试从过冷度对结晶基本过程的影响，分析细化
晶粒、提高金属材料使用性能的措施
回答要点：由于过冷度越大，晶粒越细，因而能增加过冷度的措施均有利于细化晶粒，主要是增加冷却速度，凡是有利于在一定程度范围内增加过冷度的方法就有利于细化晶粒，提高金属材料使用性能。
6．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：
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1） 金属模浇注与砂型浇注；答：金属模浇注比砂型浇注晶粒细小。 2） 变质处理与不变质处理；答：变质处理晶粒细小。 3） 铸成薄件与铸成厚件；答：铸成薄件的晶粒细小。
4） 浇注时采用震动与不采用震动；答：浇注时采用振动的晶粒较细小。
7．为什么钢锭希望尽量减少柱状晶区？
回答要点：柱状晶区具有方向性，使金属存在各向异性，且存在弱面部夹杂及低熔点杂质富集于晶面，降低了金属的性能。
8．试叙述匀晶系不平衡结晶条件下将产生什么组织，分析其形成条件、形成过程和组织特征。
回答要点：固溶体合金的非平衡结晶，是由于冷却速度较快，内的扩散充分进行，尤其是固相α内，由于扩散不能成分进行，使从次结晶的α相的成分各不相同（如图分别为：α′1、α′2、α′3、5）。
固溶体非平衡结晶的结果，使前后结晶的固相成分不同，会出偏析”，即在每个晶粒内部出现了化学成分不均匀，先结晶的含高熔多，后结晶的含低熔点组元较多。晶内偏析的存在，会严重影响合金能，使塑性和韧性降低。影响晶内偏析的因素有：冷却速度、元素的
现“晶内点组元较的机械性扩散能力、不能使相前往后依α′4、α′
相图上液相线与固相线之间的水平距离。工艺上可通过扩散退火或均匀化退火，使异类原子互相充分扩散均匀，可消除晶内偏析。
第四章铁碳合金及Fe-Fe3C相图复习题
一、名词解释
1．铁素体：碳溶解于??Fe中形成的间隙固溶体。
2．渗碳体：是铁与碳形成的质量分数为6.69%的金属化合物。 3．奥氏体：碳溶解于??Fe中形成的间隙固溶体。 4．珠光体：是由铁素体与渗碳体组成的机械化合物。 5．莱氏体：奥氏体与渗碳体的混合物为莱氏体。
6．α-Fe：铁在不同的温度范围具有不同的晶体结构，即具有同素异构转变，温度低于912℃时，Fe呈体心立方晶
格，称为“α-Fe”。
7．Fe－Fe3C相图：是表示在极缓慢冷却的条件下，不同化学成分的铁碳合金组织状态随温度变化的图形。是人类
经过长期生产实践以及大量科学实验后总结出来的。
8．同素异构转变：一些金属，在固态下随温度或压力的改变,还会发生晶体结构变化，即由一种晶格转变为
另一种晶格的变化，称为同素异构转变。 二、填空题
1．根据含碳量和室温组织的不同，钢可分为三种，分别为亚共析钢、共析钢、过共析钢。
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2．分别填出下列铁碳合金基本组织的符号，铁素体：F(α) ，奥氏体：A(?莱氏体：Ld ，低温莱氏体：Ld′。
)，珠光体：P，渗碳体：Fe3C，高温3．在铁碳合金基本组织中属于固溶体的有铁素体或（奥氏体），属于金属化合物的渗碳体，属于机械混合物的有珠光体和莱氏体。
4．一块纯铁在912℃发生α-Fe→γ-Fe转变时，体积将发生收缩。 5．F的晶体结构为体心立方；A的晶体结构为面心立方。
6．共析成分的铁碳合金室温平衡组织是珠光体，其组成相是铁素体和渗碳体。
7．用显微镜观察某亚共析钢，若估算其中的珠光体含量为80%，则此钢的碳含量约为0.62%。
三、判断题：
1．所有金属都具有同素异构转变现象。（×）
2．碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体，称为奥氏体。（×） 3．纯铁在780°C时为体心立方晶格的??Fe。（×）
4．金属化合物的特性是硬而脆，莱氏体的性能也是硬而脆故莱氏体属于金属化合物。（×） 5．铁素体的本质是碳在α-Fe中的间隙相。（×） 6．20钢比T12钢的碳含量要高。（×）
7．在退火状态（接近平衡组织），45钢比20钢的硬度和强度都高。（√） 8．铁碳合金平衡结晶过程中，只有Wc=0.77%的共析钢才能发生共析反应。（×）
四、选择题
1．Fe?Fe3C相图上的共析线是（d），共晶线是（b）。
a．ABCD； b．ECF； c．HJB； d．PSK。
2．碳的质量分数为（b）％的铁碳合金称为共析钢。
a．0.0218%； b．0.77%； c．2.11%； d．4.3%。
3．亚共析钢冷却到PSK线时，要发生共析转变，由奥氏体转变成（a）。
a．珠光体； b．铁素体； c．莱氏体。
4．奥氏体为（b）晶格，渗碳体为（c）晶格，铁素体为（a）晶格。
a．体心立方； b．面心立方； c．密排六方。
5．珠光体是由（c）组成的机械混合物。
a．铁素体和奥氏体； b．奥氏体和渗碳体； c．铁素体和渗碳体。
6．奥氏体是：（a）
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。
7．珠光体是一种：（b）
28
a．单相固溶体； b．两相混合物； c．Fe与C的混合物。
8．T10钢的含碳量为：（b）
a．0.10%； b．1.0%； c．10%。
9．铁素体的机械性能特点是：（c）
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。
10． 11．
不适宜进行锻造的铁碳合金有：（c）
a． 亚共析钢； b．共析钢； c．亚共晶白口铁。
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
12．
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
13．
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
14．
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
15． 16． 17．
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
建筑用钢筋宜选用：（b）
a．低碳钢； b．中碳钢； c．高碳钢； d．工具钢
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 五、问答题：
1. 2. 3.
什么是金属的同素异构转变？试以纯Fe为例分析同素异构转变过程。
回答要点：金属在固态下，随温度的变化而发生晶格类型改变的现象称为同素异构转变。 铁碳合金在固态下的基本组织有哪几种？
回答要点：有5种，铁素体、奥氏体和渗碳体都是单相组织，珠光体、莱氏体则是两相混合组织。 简述含碳量为0.45%和1.2%的铁碳合金从液态冷却到室温的结晶过程。 回答要点：含碳量为0.45%到1.2%的铁碳合金可分为三个部分：
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1）含碳量为0.45%到0.77%，室温组织为F+P； 2）含碳量为0.77%时，室温组织为P；
3）含碳量为0.77%到1.2%时，室温组织为P+ Fe3 C。
4.
默画出按“组织组成物”填写的Fe?Fe3C相图。Fe?Fe3C相图在合金工艺性能的应用具体表现在哪几个方
面？
回答要点：1）铸造工艺方面；2）锻造工艺方面；3）焊接工艺方面；4）热处理工艺方面；5）切削性能方面。
5. 6.
对某一碳钢（平衡状态）进行相分析，得知其组成相为80%F和20tC3，求此钢的成分及其硬度。 提示：用杠杆定理计算。
如图为Fe-Fe3C相图，分析Wc=0.45%合金的结晶过程，画出其冷却曲线示意图，并标出各温度阶段的转变式。
计算其室温平衡组织中各组织组成物的相对量，并画出室温显微平衡组织示意图，标注出其中组织组成物的名称。
回答要点：（1）结晶过程分析： 1点以上为液相，1点开始析出δ，2点开始发生包晶转变，即L+δ=γ，2-3点之间从液相中析出γ直至3点，3点到4点没有组织变化，均为γ，4点开始从γ中析出α直至5点，5点开始发生共析转变，即γ=α+Fe3C，得到P，5点以下可认为没发生其它变化。则最终室温平衡组织为：α+P。
（2）示意图：
（3）组织组成物相对量：
Wα=(0.77-0.45)/(0.77-0.0218)=42.77%， Wp=(0.45-0.0218)/(0.77-0.0218)=57.23%。
7.
用冷却曲线表示各成分范围的铁碳合金的平衡结晶过程，画出室温组织示意图，标上组织组成物，计算室温平
衡组织中组成相和组织组成物的相对质量。
（略）
8. 9.
10㎏含3.5%C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）时所剩下的液体的成分及重量。 回答要点：成分为：4.3%C（根据平衡结晶过程分析液相的成分点）；重量为6.35kg（运用杠杆定律计算）。 同样状态的两块铁碳合金，其中一块是15钢，一块是白口铸铁，用什么简便方法可迅速区分它们？ 答：可用尖锤敲击，易敲出坑的是15钢等方法。
10. 为什么碳钢进行热锻、热轧时都加热到奥氏体区？
30
回答要点：因为奥氏体（A）的塑性好。
11. 说出Q235A，20，45，65，T8A，T12等钢的钢类、含碳量。
回答要点：Q235A为屈服强度为235MP的普通碳素结构钢，质量等级为A级；20为平均含碳量为0.2%的优质碳素结构钢；45为平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢；65为平均含碳量为0.65%的优质碳素结构钢；T8A为平均含碳量为0.8%的高级优质碳素工具钢；T12为为平均含碳量为1.2%的碳素工具钢。
第五章金属及合金的塑性变形复习题
一、名词解释
1. 滑移：晶体在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相对于另一部分发
生滑动的过程。
2. 临界分切应力：晶体开始滑移时，在该滑移面上的滑移方向上所需要的切应力?C称为临界分切应力。 3. 取向因子：在单晶体滑移应力模型分析中，取向因子为?＝cosλcos?，即施密特因子，其值越大，晶体开始滑
移时的屈服应力?S就可以减小；反之，其值越小，屈服应力?S就要增加。 4. 滑移系统：一个滑移面与其上的一个滑移方向组成一个滑移系统，简称滑移系。
5. 多滑移和交滑移：由于滑移时晶体的转动，可能使原来处于软取向的滑移系转向硬取向而停止滑移（几何硬化）；
而原来处于硬取向的滑移系转向软取向进行滑移，后者将引起晶体向另一方向转动，这又会使一些新的滑移系参加滑移，或者使已硬化的旧滑移系重新滑移。如此反复便发生两个或多个滑移系交替或同时进行滑移（外力在几个滑移系上的分切应力同时达到临界值），即成为多滑移；也可能会使两个或多个滑移系同时沿着一个滑移方向滑移，就成为交滑移。
6. 软取向和硬取向：滑移系统对于外力的取向不同，滑移所需要的外加应力是不同的。当滑移面法线方向、滑移
方向与外力轴三者共处一个平面，即当??45?、??45?时、?＝cosλcos?＝1/2 ，此取向最有利于滑移，即以最小的拉应力就能达到滑移所需的分切应力，称此取向为软取向。当外力与滑移面平行或垂直时（??9??或????），则?S→∞，晶体无法滑移，称此取向为硬取向。
7. 几何软化和几何硬化：滑移时不仅滑移面发生转动，而滑移方向也逐渐改变，滑移面上的分切应力也随之改变。
?=?=45o时，分切应力最大。经滑移转动后，若?角趋近于45o，则分切应力逐渐增大，滑移越来越容易，称为几何软化；若?角远离45o，则滑移越来越困难，称为几何硬化。
8. 细晶强化：晶界对晶粒变形具有阻碍作用，使得晶粒中的滑移终止于晶界附近，造成晶界附近位错塞积，位错
密度增高，材料强度提高。因此，晶粒越细，晶界越多，材料强度越高，就称为细晶强化。
9. 霍尔佩奇（Hall-Petch）经验公式：实践表明，多晶体金属的屈服强度随其晶粒细化而提高，用于表达屈服强度
与晶粒直径之间的关系式即为霍尔佩奇经验公式，用它可以作为细晶强化的定量描述。
10. 孪生：在切应力作用下晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面(孪生面)和晶向(孪生方向)发生切变的变形过程。 11. 加工硬化：金属发生塑性变形，随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降，这种现
31
象称为加工硬化，也称形变强化。
12. 纤维组织：金属发生塑性变形后，其外形尺寸的改变是内部晶粒变形的总和，晶粒沿形变方向被拉长或压扁(拉
伸或扎制时) ，当变形量很大时，所形成类似纤维状形貌的组织。
13. 形变织构：与单晶体一样，多晶体在塑性变形时也伴随着晶体的转动过程，故当变形量很大（70%以上）时，
多晶体中原为任意取向的各个晶粒会逐渐调整其取向而彼此趋于一致，这种由于塑性变形导致晶粒具有择优取向的组织叫做“形变织构”。 二、填空题
1．加工硬化现象是指随变形度的增大，金属强度和硬度显著提高而塑性和韧性显著下降的现象。
2．加工硬化的结果，使金属对塑性变形的抗力增大，造成加工硬化的根本原因是位错密度提高，变形抗力增大。 3．滑移的实质是位错的运动。
4．金属塑性变形的基本方式是滑移和孪生。
5．多晶体的塑性变形过程比单晶体更为复杂，其两个主要因素是不同晶粒位向和晶界。
三、判断题
1．金属结晶后，晶粒越粗大，其力学性能越好。（×）
2．在体心立方晶格中，滑移面为｛110｝×6，而滑移方向为〈111〉×2，所以滑移系为12。（√） 3．滑移变形不会引起金属晶体结构的变化。（√）
4．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。（×） 5．孪生变形所需要的切应力要比滑移变形时所需的小得多。（×）
四、选择题
1．多晶体金属的晶粒越细小，则其:（a）
a．强度越高、塑性越好； b．强度越低、塑性越差； c．强度越高、但塑性变差； d．强度越低、但塑性较好。
2．能使单晶体产生塑性变形的应力为：（b）
a．正应力；b．切应力；c．复合应力。
3．面心立方晶格的晶体在受力时的滑移方向：（b）
a．〈111〉；b．〈110〉；c．〈100〉。
4．体心立方与面心立方晶格具有相同数量的滑移系，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。
5．加工硬化使：（a）
a．强度增大，塑性降低； b．强度增大，塑性增大；
c．强度减小，塑性增大； d．强度减小，塑性降低。 五、问答题
32
1．晶粒大小对金属力学性能有何影响？常用的细化晶粒的方法有哪些？
回答要点：晶粒越细小，金属的强度、硬度越高，塑性、韧性就越好。 细化晶粒的方法：1）增加过冷度；2）变质处理；3）附加振动。
2．晶格结构分别为密排六方、体心立方、面心立方的Zn、α-Fe、Cu的塑性在通常情况下不同，说明谁好谁差并
解释产生的主要原因。
回答要点：Zn为密排六方晶格，α-Fe为体心立方晶格，Cu 为面心立方晶格，所以Zn的塑性最差，α-Fe其次，Cu的塑性最好。因为密排六方晶格的滑移系最少，而体心立方晶格与面心立方晶格虽然滑移系相同，但前者的滑移方向较多，因而塑性最好。
3．说明滑移变形与孪生变形的主要区别。
（略，详见教材P93）。
4．为什么细晶粒钢强度高，塑性、韧性也好？
回答要点：1）晶粒越细，强度硬度逾高，这是因为晶粒越小，单位面积上晶粒的数量越多，晶界的总面积越大，因晶界变形的抗力较大，所以整个金属的强度水平较高。
2）晶粒越细，塑性韧性逾好，这是因为晶粒数愈多，金属的总变形量可分布在更多的晶粒内，晶粒间的变形不均匀性减小，使塑性较好；晶界的影响较大，晶粒内部和晶界附近的变形量差减小，晶粒变形也较均匀，所以减小了应力集中，推迟了裂纹的形成和发展，使金属在断裂之前可发生较大的塑性变形。
3）由于细晶粒金属的强度较高，塑性较好，所以断裂时需要消耗较大的功，所以韧性较好。
5．用低碳钢板冷冲压形成的零件，冲压后发现各部位的硬度不同，为什么？如何解决？
回答要点：变形较大的地方硬度高，因产生了加工硬化现象，可用再结晶退火的方法解决。 6．阐述多相合金的塑形变形的机理。
提示：按第二相粒子可变形与否，分别以绕过和切过两种机制讨论之。
第六章金属与合金的回复与再结晶复习题
一、名词解释
1. 回复：指冷塑性变形的金属在加热时，在显微组织发生改变前（即在再结晶晶粒形成前）所产生的某些亚结构
和性能的变化过程。
2. 再结晶：是指冷变形金属加热到一定温度之后，在原来的变形组织中重新产生无畸变的新等轴晶粒，而性能也
发生明显的变化，并恢复到冷变形之前状态的过程。
3. 临界变形度：使晶粒发生异常长大的变形度(2～10%)称为临界变形度。生产上应尽量避免在临界变形度范围内
进行塑性加工变形。
4. 热加工：在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工。 5. 冷加工：在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工。 二、填空题
1．变形金属的最低再结晶温度是指通常用经大变形量(70%以上)的冷塑性变形的金属，经一小时加热后能完全再
33
结晶(＞95%的转变量)的最低温度为再结晶温度。
2．钢在常温下的变形加工称为冷加工，而铅在常温下的变形加工称为热加工。
3．影响再结晶开始温度的因素预变形度、金属的熔点、微量杂质和合金元素、加热速度、保温时间。 4．再结晶后晶粒的大小主要取决于预变形度和加热温度。
5．金属在塑性变形时所消耗的机械能，绝大部分(占90%)转变成热而散发掉。但有一小部分能量（约10%）是以
增加金属晶体缺陷（空位和位错）和因变形不均匀而产生弹性应变的形式（残余应力）储存起来，这种能量我们称之为形变储存能。
6．从硬度变化方面来看，金属经大量塑性变形后，会出现加工硬化现象，随后对金属进行热加工，且加工温度高于再结晶温度，由于金属会经过回复(动态回复)与再结晶(动态再结晶)过程，故金属会发生软化（或硬度下降）。 三、判断题
1．金属的预先变形度越大，其开始再结晶的温度越高。（×）
2．其它条件相同，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．金属铸件可以通过再结晶退火来细化晶粒。（×） 4．热加工是指在室温以上的塑性变形加工。（×） 5．再结晶能够消除加工硬化效果，是一种软化过程。（√） 6．再结晶过程是有晶格类型变化的结晶过程。（×）
四、选择题
1．工业纯金属的最低再结晶温度可用下式计算：（b）
a．T再（℃）=0.4T熔（℃）； b．T再（K）=0.4T熔（K）； c．T再（K）=0.4T熔（℃）+273。
2．变形金属再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，这种新晶粒的晶型是：（a）
a．与变形前的金属相同；b．与变形后的金属相同；c．形成新的晶型。
3．再结晶后：（d）
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。 五、简答题
1．已知金属钨、铁、铅、锡的熔点分别为3380℃，1528℃，327℃和232℃，试计算这些金属的最低再结晶温度，
并分析钨和铁在1100下的加工，锡和铅在室温（20℃）下的加工各为何种加工？
（略，提示：根据T再（K）=0.4T熔（K）计算判断，其中注意温度的单位换算！）
2．何谓临界变形度？分析造成临界变形度的原因。
（略，详见教材P113）
3．热加工对金属的组织和性能有何影响？钢材在热变形加工（如锻造）时，为什么不出现硬化现象？
回答要点：详见教材（P120）；钢材在热变形加工（如锻造）时，塑性变形产生的加工硬化被随即发生的回复、
34
再结晶的软化作用所消除，使金属不产生硬化。
6． 拉制半成品铜丝的过程如图5-15，试在图的下部绘出不同阶段的组织和性能的变化示意图，并加以适当解释。
（略）
7． 解释说明在室温下，对铅板进行变形，越弯越硬，而稍后再弯折，又像初时柔软现象。
回答要点：（1）首先出现加工硬化现象，（2）铅的再结晶温度低于室温，（3）室温下加工也已经超过其再结晶温度，故产生再结晶而使铅板变软。
第七章金属热处理原理复习题
一、名词解释
1. 2. 3.
实际晶粒度：某一具体热处理或热加工条件下的奥氏体的晶粒度叫实际晶粒度，它决定钢冷却后的组织和性能。 马氏体：碳在α-Fe 中的过饱和间隙固溶体，具有很大的晶格畸变，强度很高。
贝氏体：渗碳体分布在含碳过饱和的铁素体基体上或的两相混合物。根据形貌不同又可分为上贝氏体和下贝氏
体。 二、填空题
1．钢加热时奥氏体形成是由形核；长大；剩余渗碳体的熔解；奥氏体的均匀化等四个基本过程所组成。 2．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都是渗碳体的机械混合物，不同点是层间距不同，珠光体较粗，屈氏体较细。
3．用光学显微镜观察，上贝氏体的组织特征呈羽毛状，而下贝氏体则呈针状。
4．与共析钢相比，非共析钢C曲线的特征是C曲线靠左，亚共析钢左上部多一条先共析铁素体析出线，过共析钢多一条二次渗碳体析出线。
5．马氏体的显微组织形态主要有板条状、针状马氏体两种。其中板条状马氏体的韧性较好。
6．高碳淬火马氏体和回火马氏体在形成条件上的区别是前者是在淬火中形成，后者在低温回火时形成，在金相显
微镜下观察二者的区别是前者为竹叶形，后者为黑色针状。
7．目前较普遍采用的测定钢的淬透性的方法是“端淬试验”即末端淬透性试验。
三、判断题
1．所谓本质细晶粒钢就是一种在任何加热条件下晶粒均不发生粗化的钢。（×）
2．当把亚共析钢加热到Ac1和Ac3之间的温度时，将获得由铁素体和奥氏体构成的两相组织，在平衡条件下，其
中奥氏体的碳含量总是大于钢的碳含量。（√）
35
3．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。（√）
4．当共亚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。（×）
5．贝氏体是过冷奥氏体中温转变产物，在转变过程中，碳原子能进行扩散，而铁原子不能进行扩散。（√） 6．不论碳含量高低，马氏体的硬度都很高，脆性都很大。（×）
7．在正常热处理加热条件下，随碳含量的增高，过共析钢的过冷奥氏体越稳定。（√）
8．因为过冷奥氏体的连续冷却转变曲线位于等温转变曲线的右下方，所以连续冷却转变曲线的临界冷却速度比等
温转变曲线的大。（×） 四、选择题
1．钢在淬火后获得的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
2．奥氏体向珠光体的转变是：（a）
a．扩散型转变；b．非扩散型转变；c．半扩散型转变
3．若合金元素能使C曲线右移，钢的淬透性将：（b）
a．降低；b．提高；c．不改变
4．若合金元素能使C曲线左移，钢的淬透性将：（a）
a．降低；b．提高；c．不改变
5．马氏体的硬度取决于：（c）
a．冷却速度；b．转变温度；c．碳含量
6．在过冷奥氏体等温转变图的鼻尖处，孕育期最短，故：（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；
36
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 五、简答题
1.
奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度的含义及区别。 回答要点：（略）（提示：详见教材P151-152。）
2.
奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体的异同。
回答要点提示：冷却到A1线以下而又尚未转变的奥氏体称为过冷奥氏体；马氏体转变不能完全进行到底，冷
却到MS线以下转变停止时仍未能转变的奥氏体称为残余奥氏体。
3.
说明共析钢C曲线各个区、各条线的物理意义，指出影响C曲线形状和位置的主要因素。 回答要点：（略）（提示：“物理意义”详见教材P154-155；因素详见教材P157-160。）
4.
注意比较共析钢过冷奥氏体等温转变曲线和连续转变曲线的异同点。 （略）
附加思考题：
1．指出影响奥氏体形成速度和奥氏体实际晶粒度的因素。
2．何谓钢的临界冷却速度？它的大小受哪些因素影响？它与钢的淬透性有何关系？
第八章金属热处理工艺复习题
一、名词解释
1. 淬透性：淬透性是指在规定条件下，钢在淬火冷却时获得马氏体组织的能力。 2. 淬硬性：淬硬性是指钢在理想的淬火条件下，获得马氏体所能达到的最高硬度。 3. 调质处理：淬火后高温回火的热处理工艺组合。 二、填空题
1. 钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越靠右，说明临界冷却速度越慢。 2. 钢的热处理工艺由加热、保温、冷却三个阶段所组成。
3. 利用Fe-C相图确定钢完全退火的正常温度范围是AC3+20 ~ 30℃，它只适应于亚共析钢。
4. 球化退火的主要目的是降低硬度，改善切削加工性，改善组织，提高塑性，它主要适用于共析钢、过共析钢的锻压件，结构钢的冷挤压件。
37
5. 钢的正常淬火温度范围，对亚共析钢是线以上AC3+30 ~ 50℃，对过共析钢是AC1+30 ~ 50℃。
6. 当钢中发生奥氏体向马氏体的转变时，原奥氏体中碳含量越高，则MS点越低，转变后的残余奥氏体量就越多。 7. 在正常淬火温度下，碳素钢中共亚析钢的临界冷却速度比共析钢和过共析钢的临界冷却速度都慢。 8. 钢的临界冷却速度与奥氏体化温度的关系是奥氏体化温度越高，临界冷却速度越慢。
9. 淬火钢进行回火的目的是消除内应力，获得所要求的组织与性能，回火温度越高，钢的强度与硬度越低。 10. 钢在回火时的组织转变过程是由马氏体分解，残余奥氏体分解，碳化物的转变，渗碳体的聚集长大等四个阶段所组成。
11. 化学热处理的基本过程包括介质的分解、吸收、扩散等三个阶段。 三、判断题
1. 高合金钢既具有良好的淬透性，也具有良好的淬硬性。（×）
2. 经退火后再高温回火的钢，能得到回火马氏体组织，具有良好的综合机械性能。（×） 3. 钢的淬透性高，则其淬透层的深度也越大。（√）
4. 在正常加热淬火条件下，亚共析钢的淬透性随碳的增高而增大，过共析钢的淬透性随碳的增高而减小。（√） 5. 表面淬火既能改变钢的表面化学成分，也能改善心部的组织和性能。（×） 四、选择题
1．钢经调制处理后获得的组织是：（c）
a．回火马氏体；b．回火屈氏体；c．回火索氏体
2．过共析钢的正常淬火加热温度是：（a）
a．Ac1+30℃-50℃；b．Ac3+30℃-50℃；c．Accm+30℃-50℃
3．影响碳钢淬火后残余奥氏体量的主要因素是：（b）
a．钢材本身的碳含量；b．钢中奥氏体的碳含量；
c．钢中碳化物的含量
4．共析钢过冷奥氏体在550-350℃的温度区间等温转变时，所形成的组织是：（b）
a．索氏体；b．下贝氏体；c．上贝氏体；d．珠光体
5．淬硬性好的钢：（b）
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
6．对形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时，应选用：（a）
a．高淬透性钢；b．中淬透性钢；c．低淬透性钢
7．对形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时，应采用：（b）
a．水中淬火；b．油中淬火；c．盐水中淬火
8．若要提高淬火时的淬硬层深度，应采取：（a）
a．选择高淬透性钢；b．增大工件的截面尺寸；
c．选用比较缓和的冷却介质
38
9．45钢为得到回火马氏体组织，应进行：（c）
a．正火；b．淬火；c．淬火+低温回火；d．淬火+高温回火
10． 完全退火主要适用与：（a）
a．亚共析钢；b．共析钢；c．过共析钢
11．
扩散退火的目的是：（a）
a．消除和改善晶内偏析；b．消除冷塑性变形后产生的加工硬化；
c．降低硬度以便于加工
12． 钢的回火处理是在：（c）
a．退火后进行；b．正火后进行；c．淬火后进行
13．
通常钢的渗碳温度范围是：（c）
a．600-650℃；b．800-850℃；c．900-950℃；d．1000-1050℃ 五、简答题
1.
T12钢加热到Ac1以上，用如图所示的a、b、c的三种方法冷却。
（1）a 和 c 是何种热处理工艺？
（2）a、b、c的三种方法冷却方式应得到的组织是什么？ 回答要点：（1）a:分级淬火；b:等温淬火。(2）a: M+Ar；B+M+Ar；c: 下B。
2.
如图所示为共析钢C曲线图，说出图中各冷却曲线对理方法及其最终组织。
回答要点：a: 完全淬火，马氏体+残余奥氏体；火，马氏体+残余奥氏体；c: 不完全淬火，曲氏体和等温淬火，贝氏体；e:正火，索氏体；f: 完全退火，等温退火，珠光体。 附加思考题：
1．加热使钢的组织完全转变为奥氏体时，原始组织
珠光体为好，还是以细片状珠光体为好？为什么？
2．简述各种淬火方法及其使用范围。
3．用示意图表示珠光体、索氏体、屈氏体、上贝氏
体和马氏体在显微镜下的形态特征。
4．试述马氏体转变的基本特点。
5．马氏体的本质是什么？它的硬度为什么很高？是什么因素决定了它的脆性？ 6．淬透性和淬透层深度有何联系与区别？影响钢件淬透层深度的主要因素是什么？ 7．正火与退火的主要区别是什么？生产中应如何选择正火与退火？
39
b:
下
应的热处
b:双液淬马氏体；d:珠光体；g:
是粗粒状
体、下贝氏
8．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发铸造齿轮； 3） 锻造过热的60钢锻坯； 4） 改善T12钢的切削加工性能。
9．两个碳含量为1.2%的碳钢薄试样，分别加热到780℃和900℃并保温相同时间奥氏体化后，以大于淬火临界冷
却速度的冷却速度冷至室温。试分析：
1） 两个温度加热淬火后马氏体晶粒粗细的比较、马氏体碳含量比较、残余奥氏体数量比较、未溶碳化物数量比较；2）你认为哪个温度加热淬火合适？为什么？
10．
指出下列工件的淬火及回火温度，并说明回火后获得的组织。
1） 45钢小轴（要求综合机械性能好）； 2） 60弹簧； 3） T12钢锉刀。
11． 12． 13． 14．
织：
两根45钢制造的轴，直径分别为10㎜和100㎜，在水中淬火后，横截面上的组织和硬度分布情况如何？ 用T10钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为：锻造－热处理－机加工—热处理—磨削加工。写出其中热
处理工序的名称及其作用。
试说明表面淬火、渗碳、氮化处理工艺在选用钢种、性能、应用范围等方面的区别。
低碳钢（0.2%C）小件经930℃，5h渗碳后，表面碳含量增至1.0%，试分析以下处理后表面层和心部的组
1） 渗碳后慢冷；
2） 渗碳后直接水淬并低温回火；
3） 有渗碳温度预冷到820℃，保温后水淬，再低温回火；
4） 渗碳后慢冷至室温，再加热到780℃，保温后水淬，再低温回火。
第一部分金属学
一、解释下列名词并说明其性能特点（本大题共2小题，每小题3分，总计6分） 1、渗碳体2、铁素体
? ?
? ? ? ?
二、问答题（本大题共5小题，总计40分）
写出Fe-Fe3C相图中共析和共晶转变式，并说明含碳量及温度。（8分）
写出Fick第一定律和第二定律的表达式，并说明应用范围、区别及联系。（8分）
40
? ?
?
? ?
图示并说明什么是热过冷。（4分）
何谓加工硬化？产生原因是什么？有何利弊？（12分）
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。（8分）
三、计算题（本大题共2小题，每小题5分，总计10分） 1、计算莱氏体中Fe3C的相对含量。
2、已知Cu的熔点为1083℃，试估算其再结晶温度。（δ≈0.35） 四、实验题（本大题共2小题，每小题3分，总计6分） 1、试画出含碳量为0.45%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？
第二部分热处理原理（38分）
一、名词解释（本大题共3小题，每小题2分，总计6分） 1、热处理2、马氏体3、实际晶粒度
二、填空题（本大题共16个空，每空1分，总计16分）
1、马氏体的基本形态有和，此外还有、和。通常低碳钢所形成的马氏体为，高碳钢所形成的马氏体为. 2、按回火温度不同，通常将回火分为和；
41
回火温度分别是和；其回火组织分别为和。
三、何谓奥氏体？简述奥氏体的转变的形成过程及影响奥氏体晶粒长大的因素。（本大题6分）
四、问答题：（本大题共2小题，每小题5分，总计10分） 将共析钢加热至780℃，经保温后，请回答：
1、若以图示的V1、V2、V3、V4、V5和V6的速度进行冷却，各得到什么组织？
2、如将V1冷却后的钢重新加热至530℃，经保温后冷却又将得到什么组织？力学性能有何变化？
答案
第一部分金属学 （62分）
一、
1.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. α-Fe中溶入溶质元素而构成的固溶体，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 oC以下为铁磁性。
二、 1.A0.77
(F0.0218+Fe3C)共析L4.3
(A2.11+Fe3C)共晶；
2. 稳态
非稳态
第一扩散定律是第二扩散定律的特例。 3.
ΔＴ=T0 - T1
过冷是由液固界面前沿实际温度分布与平衡凝固温度之差，称热过冷。
42
4. 冷加工变形后，金属材料强度、硬度升高而塑性下降的现象叫加工硬化。是由于塑变中产生了大量位错等晶体缺陷，相互交互作用，使位错运动阻力增大，变形抗力增加，加工硬化是强化金属材料重要方法，尤其是热处理不能强化材料更重要，使材料在加工中成为可能。但同时变形抗力增加，进一步变形必消耗动力，塑性大幅下降，会导致开裂，有时为继续变形必加中间再结晶退火，增加生产成本。
5. 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。 三、计算题
1.
2.T再＝δTm=0.35(1083+273)=474.6K，即201.6 oC 四、实验题
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↑
第二部分热处理原理（38分）
一、名词解释（本大题共3小题，每小题2分，总计6分）
1、热处理：将钢在固态下进行加热、保温，冷却，以改变其组织而得到所需性能的工艺方法。 2、马氏体：C在α－Fe中的过饱和固溶体。
3、实际晶粒度：在某一加热条件下（实际热处理）所得到的实际奥氏体晶粒大小。 二、填空题（本大题共16个空，每空1分，总计16分）
1、板条状、片状，此外还有蝶状、薄片状和ε马氏体。板条状，片状.
2、低温、中温、高温；150～250℃，350～500℃，500～650℃；回火M，回火T，回火S 。 三、
奥氏体：C溶解在γ－Fe中的固溶体。
形成过程：奥氏体生核、长大、残余渗碳体溶解、奥氏体均匀化。
影响因素：加热温度、保温时间，加热速度，含碳量，合金元素，冶炼方法，原始组织等。 四、
1、V1：M+A残余、V2：T+M、V3：S+T+M+A残余、V4：S+T、V5：S，V6：S。 2、S回火，硬度有所下降，塑性、韧性等上升，综合力学性能提高。
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