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第一章 材料的結構與金屬的結晶 1．解釋下列名詞： 變質處理P28；細晶強化P14；固溶強化P17。 5．為什么單晶體具有各向異性P12，而多晶體在一般情況下不顯示各向異性P13？ 答：因為單晶體內部的原子都按同一規(guī)律同一位向排列，即晶格位向完全一致。 而在多晶體的金屬中，每個晶粒相當于一個單晶體，具有各項異性，但各個晶粒在整塊金屬中的空間位向是任意的，整個晶體各個方向上的性能則是大量位向各不相同的晶粒性能的均值。 6．在實際金屬中存在哪幾種晶體缺陷P13？它們對力學性能有何影響P14？ 答：點缺陷、線缺陷、面缺陷。 缺陷的存在對金屬的力學性能、物理性能和化學性能以及塑性變形、擴散、相變等許多過程都有重要影響。 7．金屬結晶的基本規(guī)律是什么P25？鑄造(或工業(yè))生產中采用哪些措施細化晶粒？舉例說明。P27~P28 答：金屬結晶過程是個形核、長大的過程。 （1）增大過冷度。降低金屬液的澆筑溫度、采用金屬模、水冷模、連續(xù)澆筑等。 （2）變質處理。向鋁合金中加入鈦、鋯、硼；在鑄鐵液中加入硅鈣合金等。 （3）振動和攪拌。如機械振動、超聲波振動、電磁攪拌等。 第二章 金屬的塑性變形與再結晶 1．解釋下列名詞： 加工硬化P40；再結晶P43；纖維組織P38。 2．指出下列名詞的主要區(qū)別：重結晶、再結晶P43 答：再結晶轉變前后的晶格類型沒有發(fā)生變化，故稱為再結晶； 而重結晶時晶格類型發(fā)生了變化。 另外，再結晶是對冷塑性變形的金屬而言，只有經過冷塑性變形的金屬才會發(fā)生再結晶，沒有經過冷塑性變形的金屬不存在再結晶的問題。 5．為什么常溫下晶粒越細小，不僅強度、硬度越高，而且塑性、韌性也越好？P38 答：晶粒愈細，單位體積內晶粒數就愈多，變形是同樣的變形量可分散到更多的晶粒中發(fā)生，以產生比較均勻的變形，這樣因局部應力集中而引起材料開裂的幾率較小，使材料在斷裂前就有可能承受較大的塑性變形，得到較大的伸長率和具有較高的沖擊載荷抗力。 6．用冷拔銅絲制作導線，冷拔后應如何處理？為什么？P42 答：應該利用回復過程對冷拔銅絲進行低溫退火。 因為在回復階段，變形金屬的顯微組織沒有明顯變化，纖維狀外形的晶粒仍存在，故金屬的強度、硬度和塑性韌性等力學性能變化不大，某些物理、化學性能恢復，如電阻降低、抗應力腐蝕性能提高等，同時殘留應力顯著降低。 7．已知金屬W、Fe、Cu、鉛Pb的熔點分別為3380℃、1538℃、1083℃、327℃，試估算這些金屬的再結晶溫度P43。 T再≈0.4T熔 9．用一冷拉鋼絲繩(新的、無疵點)吊裝一件大型工件入爐，并隨工件一起被拉到1000℃，保溫后再次吊裝工件時，鋼絲繩發(fā)生斷裂，試分析原因。P44 答：退火溫度太高，再結晶速度太快，再結晶后的晶粒粗大。銅絲的塑性韌性，強度硬度都降低。 10．說明Zn、α-Fe和Cu的塑性不同的原因P35 答：晶體中滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性就越大，塑性就越好。面心立方晶格和體心立方晶格的滑移系數目均為12，但面心立方晶格每個滑移面上有3個滑移方向，體心立方晶格每個滑移面上有2個，故體心立方晶格金屬Fe的塑性要比面心立方晶格金屬Cu的差。密排六方晶格金屬Zn滑移系只有3個，其塑性就更差。 15．金屬鑄件能否通過再結晶退火來細化晶粒？為什么？P43 答：不能 。再結晶是對冷塑性變形的金屬而言，只有經過冷塑性變形的金屬才會發(fā)生再結晶，沒有經過冷塑性變形的金屬不存在再結晶的問題。 17．經過冷拉拔工藝生產的銅導線，在用作架空導線(要求一定的強度)和電燈花導線(要求較軟)時，應分別采用什么樣的最終熱處理工藝？P42 答：用作架空導線時應利用回復過程對冷變形銅導線進行低溫退火，使其在保持加工硬化的條件下，降低其內應力和改善某些物理化學性能。 用作電燈花導線時，應進行再結晶處理，使加工硬化現象得到消除，變形儲存能充分釋放，強度硬度顯著降低，塑性韌性明顯提高。 外1．加工硬化在生產中的利弊有哪些？ 答：利（1）強化金屬主要手段之一。 （2）提高材料使用的安全性。 （3）降低金屬的塑性，提高金屬的切削加工性。 弊（1）使進一步塑性變形困難。 （2）產生殘余應力，可能使加工好的工件變形開裂或應力腐蝕。 第四章 二元合金相圖 1．解釋下列名詞： 相圖P77 ；晶內偏析P82。 2．試述固溶強化P17、加工硬化P40與彌散強化P92的強化原理，并說明三者的區(qū)別。 答：固溶強化是通過融入某種溶質元素形成固溶體而使金屬強度硬度提高的現象。 加工硬化是金屬材料經冷塑性變形后，其強度與硬度隨變形程度的增加而提高，而塑性韌性則很快降低的現象。 彌散強化是由過飽和固溶體析出彌散的強化相來強化合金的方法。 區(qū)別：固溶強化是融入溶質元素，加工硬化是把金屬進行冷塑性變形，彌散強化是從固溶體中析出次生相。 3．有尺寸和形狀完全相同兩個Ni-Cu合金鑄件，一個含Ni10%，另一個含Ni50%，鑄后緩冷，問固態(tài)鑄件中哪個偏析嚴重？為什么P93？怎樣消除偏析P82？ 答：含10%Ni合金鑄件偏析比較嚴重。有銅鎳相圖可知，10%Ni合金的結晶溫度區(qū)間范圍大于50%Ni合金，50%Ni合金結晶溫度高。因此，在鑄件自然冷卻過程中，結晶溫度范圍大的合金，成分變化大，結晶溫度低的，偏析嚴重。 一般采用擴散退火或均勻化退火處理來消除偏析。 5．為什么鑄造合金常選用具有共晶成分或接近共晶成分的合金？用于壓力加工的合金選用何種成分的合金為好？P93 答：因為共晶成份的合金結晶的成分間隔與溫度間隔較小，結晶的成分間隔與溫度間隔越小，合金的鑄造性能就越好。 壓力加工性能好的合金通常是單相固溶體，因為它強度較低，塑性好，變形均勻且不易開裂。而由兩相混合物組成的合金，由于兩項的強度和塑性不同，變形大時兩相的界面易開裂，特別是組織中存在較多的脆性化合物時，壓力加工性能更差。 6．合金的工藝性能與相圖的關系有哪些？P93~P94、P111 答：1，合理的確定溫度 2，可推測合金的鑄造性能 3，指導加壓力加工工藝范圍 4，熱處理工藝：①各熱處理加工都要參考合金相圖選擇。 ②可了解合金熱處理可能性。 第五章 鐵碳合金 4．計算碳含量為ωC0.20%的碳鋼在室溫時珠光體和鐵素體的相對量。P79P109 6．已知珠光體的硬度=180HBS，δ=20%，鐵素體的硬度=80HBS，δ=50%，試計算含碳量為ωC0.45%碳鋼的硬度和伸長率。P92 7．一塊低碳鋼，一塊白口鐵，它們的形狀、大小一樣，請說出有哪些簡便的方法能把它們區(qū)分開來。P110 答：（1）互相刻畫，哪快金屬上留下明顯的畫痕就說明哪塊是低碳鋼，則另一塊就是白口鐵。 （2）用錘子砸，變形量大的就是低碳鋼，變形量小的就是白口鐵。 9．從流動性、收縮性和偏析傾向考慮，哪種成分的鐵碳合金鑄造性能最好？試分析碳含量為ωC0.45%的碳鋼的鑄造性能如何？P111 答：純鐵和共晶成份的鐵碳合金其凝固區(qū)間為零，故它們的流動性好，分散縮孔少，可使縮孔集中在冒口內，有可能得到致密的鑄件。另外，共晶成份合金結晶溫度較低，流動性也較好，偏析傾向較小。所以共晶成份合金鑄造性能最好。 含碳量為Wc0.45％的碳鋼作為鑄鋼的鑄造性能并非很好。鑄鋼的凝固區(qū)間較大，因此縮孔就較大，且容易形成分散縮孔，流動性也較差，化學成份偏析嚴重。 10．“高碳鋼的質量比低碳鋼的好”，這種說法對嗎？碳鋼的質量好壞主要按照什么標準確定？P113、P114 答：不對。碳鋼的質量好壞主要是根據鋼中所含有害雜質S,P元素的多少來分類。 含S量高時，易使鋼產生“熱脆”現象。含P量高時，易使鋼產生“冷脆”現象。 11．說明下列材料牌號的含義：Q235P115、45P116、T8AP117。 答：Q235：其屈服點值Reh為235Mpa 45：鋼號為45 T8A：平均碳含量為Wc0.80％的高級優(yōu)質碳素鋼。 外1．從倉庫找出一根積壓的鋼材，經金相分析后發(fā)現其組織為珠光體加鐵素體，其中鐵素體占80%，問此鋼材的含碳量大約是多少?法一P109；法二P79。 第六章 鋼的熱處理 1．解釋下列名詞： 冷處理P136；調質處理P149；鋼的淬硬性P151。 6．將Ф5mm的共析碳鋼加熱至760℃，保溫足夠長時間，問采用什么熱處理工藝可得到如下組織：P、S、T+M、B下、M+A’，在C曲線上畫出各熱處理工藝的冷卻曲線，注明熱處理工藝名稱和所得組織。P138~P139 8．某鋼的等溫轉變曲線如右圖所示，試說明該鋼在300℃，經不同時間等溫后按(a)、(b)、(c)線冷卻后得到的組織。P137 答：a線冷卻后得到亞共析鋼 b線冷卻后得到共析鋼 c線冷卻后得到過共析鋼 9．說明45鋼試樣(Ф10mm)經下列溫度加熱、保溫并在水中冷卻得到的室溫組織：700℃、760℃、840℃、1100℃。P143 答：700℃，因為它沒有達到相變溫度，因此沒有發(fā)生相變，組織為鐵素體和珠光體。 760℃，它的加熱溫度在Ac1～Ac3之間，因此組織為鐵素體，馬氏體和少量殘余奧氏體。 840℃，它的加熱溫度在Ac3以上，加熱時全部轉變?yōu)閵W氏體，冷卻后的組織為馬氏體和少量殘余奧氏體。 1100℃，因為它的加熱溫度過高，加熱時奧氏體晶粒粗化，淬火后得到粗片狀馬氏體和少量殘余奧氏體。 10．有兩個碳含量為ωC1.2%的碳鋼試樣，分別加熱到780℃和860℃，并保溫相同時間，使之達到平衡狀態(tài)(其平衡組織分別是A+Fe3C和A)，然后以大于υk的冷卻速度冷至室溫。試問：P143 (1)哪個溫度淬火后馬氏體晶粒粗大？ 860℃淬火溫度過高加熱時得到的奧氏體粗大，冷卻后得到馬氏體晶粒粗大。 (2)哪個溫度淬火后馬氏體含碳量較多？ 因為加熱溫度860℃已經超過了Accm，此時碳化物全部溶于奧氏體中，奧氏體中含碳量增加，而奧氏體向馬氏體轉變是非擴散性轉變，所以冷卻后馬氏體中含碳量增加 (3)哪個溫度淬火后殘留奧氏體較多？ 因為加熱溫度860℃已經超過了Accm，此時碳化物全部溶于奧氏體中，奧氏體中含碳量增加，降低鋼的Ms和Mf點，淬火后殘留奧氏體多。 (4)哪個溫度淬火后未溶碳化物較少？為什么？ 因為加熱溫度860℃已經超過了Accm，此時碳化物全部溶于奧氏體中，奧氏體中含碳量增加，因此淬火后未溶碳化物較少。 (5)你認為哪個溫度加熱淬火合適？為什么？ 780℃合適，因為含碳量為1.2%的碳鋼屬于過共析鋼，加熱溫度一般為Ac1+30~50℃，780℃在這個范圍內，得到的奧氏體晶粒細，淬火后的組織為細小馬氏體，使淬火鋼具有高的硬度、耐磨性，也具有較好的韌性。 14．以下說法是否正確？為什么？ (1)過冷奧氏體的冷卻速度大于υk時，則冷卻速度愈快，冷卻后鋼的硬度愈高；P151 不正確，當冷卻速度達到Vk時，冷卻速度再快組織不發(fā)生任何變化 ，鋼冷卻后的硬度就不在提高。 (2)鋼中合金元素越多，則淬火后硬度就越高；P151 答：錯。硬度取決于鋼的含碳量，和鋼的工作尺寸冷卻介質相關。 (3)同一鋼材在相同加熱條件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好；P152 答：正確。同一鋼種，其c曲線是一定的，因此冷卻速度快或工件小容易淬成馬氏體。 (4)冷速愈快，馬氏體轉變點Ms、Mf愈低；P135 不正確。因為馬氏體轉變點Ms、Mf的位置與冷卻速度無關，而與鋼的化學成分有關，尤其是含碳量。 (5)淬火鋼回火后的性能主要取決于回火后的冷卻速度；P149 不正確。淬火鋼回火后的性能主要取決于回火溫度。 (6)為了改善碳素工具鋼的切削加工性，應采用完全退火。P141 不正確，要改善工具鋼的切削加工性應采用球化退火。 (外1)本質細晶粒鋼的晶粒總是比本質粗晶粒鋼的晶粒細。P128 不正確。溫度低于930℃時，本質細晶粒比本質粗晶粒細。但溫度高于930℃本質細晶粒鋼比本質粗晶粒鋼晶粒長大快。 15．45鋼經調質處理后硬度為240HBS，若再進行200℃回火，能否使其硬度提高？為什么？又45鋼經淬火、低溫回火后硬度為57HRC，若再進行560℃回火，能否使其硬度降低？為什么？P149 答：1，不能。因為回火溫度越高，硬度下降越多，而調質處理就是淬火+高溫回火，碳化物已經析出，鐵素體回復，硬度不能提高。 2，能。該鋼低溫回火組織是回馬氏體，碳化物還未析出，560℃為高溫回火，可以使硬度降低。 外1．淬火后的鋼為什么必須經過回火處理才能使用？P147回火的目的是什么？P147 答：因為淬火后淬火內應力很大，組織中有少量殘余奧氏體，如不經過回火直接使用，零件在使用中可能在內應力作用下產生變形或開裂，精密零件或密封性零件可能因殘余奧氏體發(fā)生轉變而失去精度。 回火目的：1，降低淬火鋼的脆性，減少或消除內應力，防止工件變形或開裂； 2，使不穩(wěn)定的組織趨于穩(wěn)定，以穩(wěn)定工件的形狀尺寸精度； 3，獲得所要求的組織和性能。 外2．下列鋼件應采用什么退火方法，并說明退火的目的。 (1) 亞共析鋼(ωC=0.35%)鑄造齒輪；P142 采用去應力退火。消除鑄件內應力，穩(wěn)定尺寸，減少變形。 (2) 鍛造后產生過熱組織(晶粒粗大)的亞共析鋼(ωC=0.6%)鍛造毛坯；P141 采用完全退火。獲得近似平衡組織，細化晶粒。 (3) 具有片狀滲碳體的鋼坯(ωC=1.2%)。P141 采用球化退火。降低鋼的硬度，改善切削加工性能。 第七章 合金鋼 1．什么叫合金鋼？P169按合金元素含量如何分類？P114 答：合金鋼是為了提高或改善鋼的力學性能、工藝性能或使鋼具有某些特殊的物理，化學性能，在冶煉時特意往鋼中加入一些合金元素。 （1）低合金鋼－－合金元素總含量Wme≦5％ （2）中合金鋼－－合金元素總含量Wme＝5％～10％ （3）高合金鋼－－合金元素總含量Wme＞10％ 2．試分析說明鐵素體鋼、奧氏體鋼、萊氏體鋼的形成原因。P126 答：某些合金元素的加入會是奧氏體區(qū)縮小，特別是 Cr、Si 含量高時將限制奧氏體區(qū)，甚至完 全消失，使得室溫下只有單相鐵素體組織存在。如高 Cr 含量的鉻不銹鋼。 某些合金元素的加入會使奧氏體相區(qū)擴大，特別是 Ni、Mn。當鋼中加入大量這類元素時， 甚至可使 A1、A2、Acm 線將至室溫一下，從而獲得在室溫下只有單相奧氏體存在的所謂奧 氏體鋼。如高 Mn 含量的耐磨鋼。 大部分合金元素可使 Fe-Fe3C 相圖中 E 點左移，因此，含碳量相同的碳鋼和合金鋼具有不 同的顯微組織。某些高碳合金鋼中就會出現萊氏體組織，稱為萊氏體鋼。如高速鋼。 4．什么叫第一類、第二類回火脆性P149？其產生原因及防止方法如何？P120、P121 答：第一類回火脆性是淬火鋼在250~350℃回火時出現的脆性。第二類回火脆性是淬火鋼在500~650℃范圍內回火后出現的脆性。 第一類回火脆性與沿馬氏體析出斷續(xù)的碳化物薄片有關。為了避免這類脆性，一般不在這個溫度內回火。 第二類回火脆性產生的原因是由于回火慢冷時鉻、錳等合金元素以及磷、銻、錫等雜質向奧氏體晶界偏聚。防止這類回火脆性的方法，對于截面較小的零件，可自回火溫度加速冷卻。對于較大截面零件，由于中心部分很難快冷，可在鋼中加入適量的鉬、鎢等合金元素。 6．指出下列合金鋼的類別、用途及熱處理工藝： 40Cr P176；碳鋼，用于結構件。850℃淬火，500℃回火。 60Si2Mn P183；硅錳彈簧鋼?？娠@著提高彈性極限和回火穩(wěn)定性。用途：＜25mm的機車車輛、拖拉機上的板簧、螺旋彈簧等。噴丸處理，830~880℃淬火，中溫回火。 1Cr18Ni9Ti P211。18-8型不銹鋼。用于600℃以下的鍋爐及汽車輪機的過熱器管道及構件。1100~1150℃水淬。 8．為什么硬質合金采用粉末冶金生產？P213YG8、YT30的成分和用途有何不同？P213 答：因為這樣可以使硬質合金鋼的硬度很高，熱硬性好，耐磨性優(yōu)良。 YG8為含鈷8%、含WC94%的鎢鈷類硬質合金鋼。一般用于粗加工或加工表面較粗糙的工件。 YT30表示含TiC30%，其他為WC、Co的鎢鈷鈦類硬質合金。用于細加工工件。 外1．說明高速鋼的熱處理特點及各階段的目的。P194~P196 球化退火；退火加熱溫度為860~880℃持續(xù)4小時，740~750℃持續(xù) 6小時然后爐冷。目的：消除鍛造應力，降低硬度。 淬前預熱；800~840℃預熱，截面尺寸大的工件可進行二次預熱。目的：避免驟然加熱至淬火溫度而產生過大的內應力，甚至使刀具變形或開裂。 淬火；分級淬火。目的：發(fā)揮高速鋼的強度、硬度、耐磨性、熱硬性。 三次回火。回火三次，每次保溫一小時。消除殘留奧氏體，消除前一次回火產生的內應力。 外2．鋼的強化機制有哪些？ 答：固溶強化機制、界面強化、彌散強化、析出強化及細晶強化。 第八章 鑄鐵 1．鑄鐵分為哪幾類？其最基本的區(qū)別是什么？P219 答：一，按石墨化程度分類 白口鑄鐵。第一，二，三階段石墨化過程全部被抑制。碳幾乎全部以Fe3C形式存在。 灰口鑄鐵。第一，二階段石墨化過程充分進行，碳主要以石墨形式存在，一部分以Fe3C形式存在。 麻口鑄鐵。第一階段石墨化過程部分進行，其中一部分碳以石墨存在，一部分以Fe3C存在。 二，按石墨形態(tài)分類 灰鑄鐵。鑄鐵組織中石墨呈片狀。 可鍛鑄鐵。鑄鐵中石墨呈團絮狀。 球墨鑄鐵。鑄鐵中石墨成球狀。 蠕墨鑄鐵。鑄鐵組織中石墨呈短小的蠕蟲狀。 2．影響石墨化的因素有哪些？是怎樣影響的？P217~P218 答：鑄鐵的化學成分和澆筑時的冷卻速度。 化學成分的影響。鑄鐵中碳和硅的含量越高，石墨化的過程越容易進行，析出的片狀石墨就越多。 冷卻速度的影響。冷卻速度越慢，即過冷度越小，越有利于原子的擴散，對石墨化越有利。 4．在鑄鐵石墨化的過程中，如果第一階段、第二階段都完全石墨化，第三階段或完全石墨化，或未石墨化，或部分石墨化，問它們各得到什么組織？P217 答：第三階段完全石墨化得到F＋G。部分石墨化得到F＋P＋G。未石墨化得到P＋G。 5．為什么說球墨鑄鐵是“以鐵代鋼”的好材料？其生產工藝如何？P225 答：球墨石墨對基體的削弱和造成應力集中很小，故強度高又有良好的塑性和韌性。彎曲疲勞強度，耐磨性，抗拉強度等都接近于鋼。生產工藝上，有優(yōu)良的鑄造性，切削加工性和低的缺口敏感性，成本低，生產方便。 7．試指出下列鑄件應采用的鑄鐵種類和熱處理方式，為什么？ (1)機床床身P222； 灰鑄鐵，采用孕育處理?？梢蕴岣呋诣T鐵的強度，使鑄件整個截面上的組織和性能比較均勻一致，斷面敏感性小。 (2)柴油機曲軸P227。 球墨鑄鐵，采用調質處理。可以得到具有良好綜合力學性能的鑄鐵。 第九章 非鐵(有色)金屬及其合金 1．解釋下列名詞： 固溶處理P232；時效強化P233。 2．鋁合金可通過哪些途徑達到強化目的？P232~ P234 答：時效強化，細晶強化。 3．鋁合金的強化熱處理原理和工藝操作與鋼的強化處理原理和工藝操作有什么異同？ 5．黃銅能否進行時效強化？一般采用何種強化方式？P241 答：不能進行時效強化。一般采用過剩相強化。 7．軸承合金必須具有什么特性？P249其組織有什么要求？P249 答：1，具有良好的減摩性和耐磨性。 2，在工作溫度下，應具有足夠的抗壓強度和疲勞強度。 3，具有良好的磨合性。 4，具有良好的耐腐蝕性，導熱性，較小的膨脹系數。 5，有良好的工藝性能，容易制造且價格低廉。