1、材料热处理工程师复习资料复习资料一、名词解释1. 晶胞：晶格中取出一个能够反映晶格特征的最小的几何单元来研究晶体中原子排列的规律，这个最小的几何单元称为晶胞。2. 金属的铸造性能：合金在铸造过程中表现出的性能称为合金的铸造性能，主要是指流动性，收缩性，偏析和吸气性等。3. 结晶：结晶就是原子由不规则排列状态（液态）过渡到规则排列状态（固态）的过程。4. 合金：将两种或两种以上的金属或金属与非金属熔合在一起，获得的具有金属性质的物质，称为合金。5. 0.：名义屈服强度（点），适用于没有明显屈服现象的金属材料。低碳钢有明显的屈服现象，用s表示。6. 组织：在显微镜下所观察到的晶粒的大小、形态和分布
2、叫作显微组织。7. 金属化合物：合金组元之间发生相互作用而生成的晶格类型和性能不同于任一组元的物质。8. 渗碳体：铁与碳形成的金属化合物Fe3C。9. Fe3C：从液体金属中直接结晶出的渗碳体称为一次渗碳体。10. 亚共析钢：含碳量为0.0282.11之间的室温组织为F+P的钢。11. 比例极限：应力与应变保持线性关系的极限应力值。即在拉伸应力应变曲线上开始偏离直线时的应力。12. 回火：回火是将淬火钢加热到以下温度，进行保持12h后冷却的工艺。回火目的是消除淬火应力，降低脆性；稳定工件尺寸，由于M，残余A不稳定；获得要求的强度、硬度、塑性、韧性。13. 实际晶粒度：在某一加热条件下（实际热处
3、理）所得到的实际奥氏体晶粒大小。14. 应力：物体在外力作用下而变形时，其内部任一截面单位面积上的内力大小通常称为应力。15. 冲击韧性：是指材料在外加冲击载荷作用下断裂时消耗能量大小的特性。16. 淬火：是将钢加热到临界温度以上（一般情况是：亚共析钢为Ac3以上3050；过共析钢为Ac1以上3050），经过适当的保温后快冷，使奥氏体转变为马氏体的过程。17. 焊接：通过加热或加压，或者并用，并且用或不用填充材料，使两种分离的金属物体（同种金属或异种金属）产生原子（分子）间结合而连接成一体的连接方法，称之焊接。18. 形变织构：金属塑性变形到很大程度（70%）时，晶粒发生转动，各晶粒的位向趋于
4、一致，这种有序化的结构称为形变织构。19. 塑性：是指材料在载荷作用下断裂前发生不可逆永久变形的能力。20. 调质处理：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织为优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200350之间。二、单选题1. 常用不锈钢有铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和（A）。A铁素体-奥氏体不锈钢B马氏体-奥氏体不锈钢C莱氏体不锈钢D贝氏体不锈钢2. 马氏体组织有
5、两种形态（B）。A板条、树状B板条、针状C树状、针状D索状、树状3. C曲线右移使淬火临界冷却速度（A），淬透性（A）。A减小、增大B减小、减小C增大、减小D增大、增大4. 在Fe-Fe3C和图中，奥氏体冷却到ES线时开始析出（C）。A铁素体B珠光体C二次渗碳体D莱氏体5. 金属的（D）越好，其锻造性能就越好。A硬度B塑性C弹性D强度6. 晶体中原子一定规则排列的空间几何图形称（B）。A晶粒B晶格C晶界D晶相7. 用于制造柴油机曲轴，减速箱齿轮及轧钢机轧辊的铸铁为（B）。A可锻铸铁B球墨铸铁C灰口铸铁D白口铸铁8. 纯铁在772时的结构为（B）晶格。A体心六方 B面心立方 C密排六方 D体心立
6、方9. 过共析钢的室温组织为（C）。AP+F BP CP+Fe3C DP+Fe3C+Ld10. GCr15钢的平均含铬量为（B）%。A0.15B1.5C15D2511. 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D具有良好的切削性和铸造性12. 低碳钢拉伸应力一应变图中，-曲线上对应的最大应力值称为（C）。A弹性极限B屈服强度C抗拉强度D断裂强度13. 有利于切削加工性能的材料硬度范围为（C）。A230HBC（160230）HBD（6070）HRC14. 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
7、发生回复D更难发生回复15. 面心立方晶格金属的滑移系为（B）。A110B111C110D11116. 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17. 碳对钢的耐电化学腐蚀性一般（A）。A不利B有利C无影响D不能确定18. 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19. 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（C）。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20. 强度的大小可用（A）表示。A应力B内力C
8、屈服点D韧性21. 在刀具材料中，制造各种结构复杂的刀具应选用（C）。A碳素工具钢B合金工具钢C高速工具钢D都可以22. 金属材料的在外力作用下产生塑性变形而不破裂的能力称为（B）。A弹性B塑性C韧性D硬度23. 在下列3种钢中，（C）的弹性最好。AT10钢B20钢C65MnD一样24. 材料的（B）越好，则可锻性越好。A强度B塑性C硬度D韧性25. 用拉伸试验可测定材料的（A）性能指标。A强度B硬度C韧性D塑性26. 45钢按碳的含量分类属于（A）钢。A中碳B高碳C低碳D合金调质钢27. （C）的主要特点是在高温下仍能保持与常温相似的强度。A耐磨钢B不锈钢C热强钢D低碳钢28. 制造手用锯条
9、应当选用（A）。AT12钢经淬火和低温回火BCrl2Mo钢经淬火和低温回火C65钢淬火后中温回火D40Cr钢经调质处理29. 下列钢种中，以球化退火作为预备热处理的钢种是（D）。A40CrB20CrC16MnDGCrl530. GCrl5钢中Cr的平均含量为（B）。A15%B1.5%C0.15%D没有表示出来31. 下列钢中最易发生晶间腐蚀的是（C）。A0Crl8Ni9TiB0Crl8Ni9C1Crl8Ni9D1Crl8Ni9Ti32. 提高灰口铸铁的耐磨性应采用（C）。A整体淬火B渗碳处理C表面淬火D回火33. LF5的（C）。A铸造性能好B强度高C耐蚀性好D时效强化效果好三、填空题1. 普
10、通灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁中石墨的形态分别为（片状）、（棉絮状）、（球状）和（蠕虫状）。2. 金属的断裂形式有（脆性断裂）和（延性断裂）两种。3. 常见的金属晶体结构有（体心立方晶格）、（面心立方晶格）和（密排六方晶格）三种。4. 金属的机械性能主要包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等指标，其中衡量金属材料在静载荷下机械性能的指标有（强度）、（硬度）和（塑性）。衡量金属材料在交变载荷和冲击载荷作用下的指标有（疲劳强度）和（冲击韧性）。5. 根据铝合金成分和工艺特点，可将铝合金分为（变形铝合金）和（铸造铝合金）两大类。6. 冷变形金属在加热时随加热温度的升高，其组织和性能的变化分为
11、三个阶段，即回复，（再结晶），晶粒长大。7. 钢加热时奥氏体的形成分为三个阶段，依次为（奥氏体晶核的形成及长大），残余渗碳体，奥氏体的均匀化。8. 亚共析钢的正火温度为（Ac3）以上，3050度，而过共析钢的正火温度为Accm以上3050度。9. 奥氏体不锈钢进行固溶处理的目的是获得单相奥氏体组织，提高钢的耐蚀性，进行稳定化处理的目的是（防止晶间腐蚀的产生）。10. 按回火温度不同，通常将回火分为（低温）、（中温）和（高温）；回火温度分别是（150250）、（350500）和（500650）；其回火组织分别为（回火M）、（回火T）和（回火S）。11. 三大固体工程材料是指（高分子材料）、（复合
12、材料）和陶瓷材料。12. 硬度是指材料抵抗（局部变形）特别是塑性变形、压痕、划痕的能力；常用的硬度试验法有（布氏硬度）、洛氏硬度和（维氏硬度）。13. 根据工艺的不同，钢的热处理分为退火、正火、（淬火）、（回火）和（表面热处理）五种。14. 铸铁是含碳量大于（2.11）%的铁碳合金。15. 合金钢按用途分为（合金结构钢）、（合金工具钢）和（特殊性能钢）。辨别钢质量高低的主要依据是（S、P等杂质含量的高低）。16. 热处理过程主要是由加热、保温（时间）、冷却三个阶段构成的。17. 晶格常数为a的面心立方晶胞，其原子数为（4），配位数为（12），致密度为（74%）。18. 固溶体合金中产生晶内偏析
13、的原因是（冷却速度快）。19. 属干珠光体类型的组织有三种，它们的机械性能是有差别的，其原因是（片层间距不同）。根据金属学的观点，冷、热加工的区分应以金属的（再结晶温度）为界限。20. 在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面是（110），有（6）个，原子密度最大的晶向是（），有（2）个，因此其滑移系数目为（12）；在面心立方晶格中，原子密度最大的晶面是（110），有（4）个，原子密度最大的晶向是（），有（3）个，因此其滑移系数目为（12）。两者比较，具有（面心立方）晶格的金属塑性较好，其原因是（面心立方晶格的滑移面上最密晶向比体心立方晶格多）。21. 共析成分的过冷奥氏体冷却到C曲线鼻尖以上温度
14、（Ar1550）等温时，发生（珠光体）转变；过冷到C曲线鼻尖以下、Ms点以上温度等温时，发生（贝氏体）转变；过冷到Ms点以下温度时，发生（马氏体）转变。22. 钢的组织特点是：高温组织为（奥氏体），具有良好的（塑性）。23. 一块纯铁在912C发生-Fe-Fe转变时，体积将（减小）。24. 滑移的本质是（位错的运动）。25. 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（F）和（Fe3C）以层片状分布，不同点是层片间距不同。26. 20CrMnTi是（合金渗碳钢）钢，Cr，Mn的主要作用是（提高淬透性），Ti的主要作用是（细化晶粒），热处理工艺是（渗碳后直接淬火，再低温回火）。27.
15、 拖拉机和坦克履带板受到严重的磨损及强烈的冲击，应选用（耐磨）钢，采用（水韧）处理。28. 铸铁的石墨化过程分为三个阶段，分别为（结晶出一次石墨和形成共晶石墨）、（析出二次石墨）和（形成共析石墨）。29. 生产球墨铸铁选用（稀土镁）作为球化剂。30. HSn70-1是（铜锌（复杂黄铜）合金，其含Sn量为（1）。31. 影响石墨化的主要因素是（温度及冷却速度）和（合金元素）。32. 有一具有网状渗碳体的T12钢坯：（1）应先进行（正火）再进行（球化退火）热处理才能达到改善切削性能的目的。（2）这时钢的组织名称是（球状珠光体）。四、判断题1. 金属的晶粒越细小，其强度越高，但韧性变差。（）2. 黄
16、铜的耐蚀性比青铜差。（）3. 硅、锰是钢的有益元素，能降低钢的强度和硬度。（）4. 45钢可用调质进行热处理。（）5. 20CrMnTi是合金调质钢。（）6. 渗碳件经淬火处理后用HB硬度计测量表层硬度。（）7. 冲击韧性是指金属材料在载荷作用下抵抗破坏的能力。（）8. 在金属的结晶中，随着过冷度的增大，晶核的形核率N和长大率G都增大，在N/G增大的情况下晶粒细化。（）9. 液态金属冷却到结晶温度时，液态金属中立即就有固态金属结晶出来。（）10. 铁素体是碳溶解在-Fe中所形成的置换固溶体。（）11. 钢中的含磷量增加，其钢的热脆性增加。（）12. GS线表示由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，
17、通称A3线。（）13. ES线是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线，通称Acm线。（）14. 在Fe-Fe3C相图中的ES线是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线，通常称为A3线。（）15. GS线表示由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，通称A3线。（）16. 完全退火是将钢加热到Acm以上3050，保温一定的时间后，随炉缓慢冷却的一种热处理工艺。（）17. 布氏硬度当试验条件相同是压痕直径越大，材料越软；布氏硬度的单位是Pa。（）18. 索氏体和回火索氏体的性能没有多大的区别。（）19. 灰铸铁是目前应用最广泛的一种铸铁。（）20. T12A和CrW5都属高碳钢，它们的耐磨性、红硬性也基本相同。（）21.
18、不锈钢中的含碳量越高，其耐腐蚀性越好。（）22. 大型铸件在扩散退火后不再进行一次正火或完全退火。（）23. 钢在加热时，往往在600以上才开始发生氧化现象。（）24. 淬火过程中常用的冷却介质是水、油、盐和碱水溶液。（）25. 材料的伸长率、断面收缩率数值越大表明其塑性越好。（）26. 硫是碳钢中的有益元素，它能使钢的脆性下降。（）27. 40钢与40Cr钢的含碳量基本相同，性能和用途也一样。（）28. 合金工具钢都是高级优质钢。（）29. 有些钢件经退火或正火后，能满足工艺要求，但还要进行一次最终热处理。（）30. 要提高奥氏体不锈钢的强度，只能采用冷塑性变形予以强化。（）31. 高速钢采
19、用很高温度淬火，其目的是使碳化物尽可能多的溶入奥氏体中，从而提高钢的硬性。（）32. 铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态。（）33. 可以通过球化退火使普通灰口铸铁变成球墨铸铁。（）34. 若铝合金的晶粒粗大，可以重新加热予以细化。（）35. 所有的铝合金都可以通过热处理予以强化。（）五、简答题1. 正火与退火相比有何异同?什么条件下正火可代替退火?答：它们的目的都是在于消除钢材经热加工所引起的某些缺陷，为以后加工做好准备。将钢件加热温度到适当温度保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺称为退火。将钢件加热到Ac3（或Ac）以上30-50C。保温适当后，在静止的空气中冷却的热处理称为正火。
20、2. 硫、磷元素的含量为什么在碳钢中要严格地控制?而在易切削钢中又要适当地提高？答：硫、磷是有害元素，含硫多了会使钢产生热脆，含磷多了使钢产生冷脆，但在易切削钢中多加些硫、磷可改善切削加工性，使切屑易断。3. 高锰耐磨钢具有良好的韧性却又特别耐磨，为什么?答：高锰耐磨钢是ZGMn13型，它经水韧处理后为单一奥氏体组织，从而有良好的塑性和韧性，但硬度并不高，一般大于230HBS，当工作时受到很大的压力，强烈冲击和磨擦时，表面因塑性变形产生加工硬化，并同时伴有马氏体异变，使表面硬度迅速提高到52-56HRC，表面具有良好耐磨性，而内部仍有良好塑性和韧性，使工件具有低抗冲击的能力。4. 铸件的薄壁及
21、表面部位常有一层高硬度层，引起切削加工困难，原因何在?如何消除?答：由铸件的薄壁处或表面冷却速度大，容易出现白口组织，导致铸件的硬度增高，切削加工难以进行，此时可将铸件加热至850-950保温2-5H，使白口组织中的渗碳体在高温下分解，然后随炉缓冷却400-500出炉这样可降低硬度改善可切削性能。5. 一幅完整的铸造工艺图应包含哪些主要内容?答：铸件的浇注位置，分型面，型芯的形状，数量，尺寸及固定方法，机械加工余量，拔模斜度，收缩率以及浇口，冒口，冷铁的尺寸和位置等。6. 生产中如何选择焊接方法？下列焊接结构应选用何种焊接方法？为什么？答：（1）厂房屋架等低碳钢桁架结构：手弧焊（空间与焊件材料
22、的限制）。（2）用厚度为20mm的Q345钢板拼焊成的大型工字梁：手弧焊（厚度，材料，空间的限制）。（3）纯铝低压容器：缝焊（厚度，焊接位置）。（4）低碳钢薄板（厚度为1mm）的链轮罩：气焊（厚度，材料的限制）。7. 写出下列牌号数字及文字的含意，Q235-F、KTZ450-06、H68、LF5。例如：HT100：表示灰铸铁，其最低抗拉强度为100MPa。答：Q235-F：表示普通碳素结构钢，其屈服强度为235MPa，F表示是沸腾钢。KTZ450-06：表示珠光体基体的可锻铸铁，其表示最低抗拉强度为450MPa，最小伸长率为6%。H68：表示含铜68%的黄铜。LF5：表示防锈铝，其序数号为5。
23、8. 简述回火的目的。答：（1）降低零件脆性，消除或降低内应力。（2）获得所要求的力学性能。（3）稳定尺寸。（4）改善加工性。9. 简述正火的主要应用场合。答：（1）改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性。（2）作为普通结构零件或大型及形状复杂零件的最终热处理。（3）作为中碳和低合金结构钢重要零件的预备热处理。（4）消除过共析钢中的网状二次渗碳体。10. k代表什么指标？为什么k不用于设计计算？答：k代表金属材料的冲击韧度，即试样缺口底部面积上的冲击吸收功，代表抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。因为k值的影响因素多，重复性差，且工件大多以小能量多次冲击下工作，此时的寿命主要取决于强度。所以，不直接用
24、于设计计算。11. 有一批Wc=0.45的碳钢齿轮，其制造工艺为：圆钢下料锻造退火车削加工淬火回火铣齿表面淬火。说明各热处理工序的名称和作用。答：（1）退火：完全退火；降低HBS，提高切削加工性能，细化晶粒，均匀组织。（2）淬火+回火：调质；提高综合性能。（3）齿面淬火：表面淬火；提高HRC和耐磨性。12. 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。答：，稳态，非稳态第一扩散定律是第二扩散定律的特例。13. 铁碳合金中基本相有哪些？其机械性能如何？答：铁素体：强度硬度较低，塑性韧性高。奥氏体：具有一定的强度硬度塑性好。渗碳体：硬度高，脆性大塑性韧性较低。珠光体：有一定
25、强度塑性，硬度适中。莱氏体：硬度高，塑性差。14. 根据铸铁中石墨形态的不同，铸铁可分为哪几种？每种铸铁的石墨分别以何种形式存在？答：白口铸铁碳主要以游离碳化铁形式出现。灰铸铁：片状石墨形式析出的铸铁。可锻铸铁：白口铸铁通过石墨化或氧化脱碳退火处理，改变其金相组织或成分而获得较高韧性的铸铁。球墨铸铁：球化处理，使石墨大部分或全部呈球状，有时少量为团絮状。儒墨铸铁：金相组织中石墨形态主要为蠕虫状的铸铁。麻口铸铁：碳部分以游离碳化铁形式析出，部分以石墨形式析出的铸铁，断口呈灰白色相间。15. 奥氏晶粒的大小对钢热处理后的性能有何影响？答：奥氏体的晶粒越细小，淬火后马氏体的晶粒越细小。晶粒越细小钢的
26、强度硬度越高，塑性韧性也越好；若奥氏体晶粒粗大则淬火后的钢的脆性也相应增大，力学性能变差。16. 请解释均匀形核和非均匀形核的概念。并说明为什么在凝固过程中非均匀形核往往比均匀形核易于发生。答：均匀形核是指形核过程不依附于任河靠背，也就是在母相的任何地方都具有相同的形核几率的形核过程。而非均匀形核是指在形核过程中，核心依附于母相中某些靠背的形核过程。在同样的过冷度条件下，由于非均匀形核的核心体积的减少（取决于新相和靠背之间的润湿角）而导致形核功的减小，使得形核所需要能量起伏所提供的能量降低，从而导致非均匀形核易于形成。在同样的形核功的条件下，非均匀形核所需要的临界核心半径较小，由此通过结构起伏
27、可以达到的临界核心的数目增加，从而使得形核过程易于进行。17. 合金元素Mn、Cr、W、Mo、V、Ti对过冷奥氏体的转变有哪些影响?答：除Co外，所有合金元素溶于奥氏体后，都增大其稳定性，使奥氏体分解转变速度减慢，即C曲线右移，从而提高钢的淬透性。碳化物形成碳化物形成元素，如Mo、W、V、Ti等，当它们含量较多时，不仅使C曲线右移，而且还会使C曲线的形状发生变化，甚至出现两组C曲线，上部的C曲线反映了奥氏体向珠光体的转变，而下部的C曲线反映了奥氏体向贝氏体的转变。18. 金属晶粒大小对金属的性能有何影响?说明铸造时细化晶粒的方法及其原理。答：金属晶粒越细，金属的强度越高，塑性和韧性也越好，反之
28、力学性能越差。铸造时细化晶粒的方法有：（1）增加过冷度：当过冷度增大时，液态金属的结晶能力增强，形核率可大大增加，而长大速度增加较少，因而可使晶粒细化。（2）变质处理：在液态金属结晶前，加入一些细小的变质剂，使金属结晶时形核率N增加，因而可使晶粒细化。（3）振动处理：在金属结晶时，对液态金属附加机械振动、超声波振动或电磁振动等措施使已生长的晶粒因破碎而细化，同时破碎的晶粒尖端也起净核作用，增加了形核率，使晶粒细化。19. 简述耐磨钢的耐磨原理。答：耐磨钢工作时，如受到强烈的冲击、压力和摩擦，则表面因塑性变形会产生强烈的加工硬化，而使表面硬度提高到500550HBS，因而获得高的耐磨性，而心部仍
29、保持原来奥氏体所具有的高的塑性与韧性。当旧表面磨损后，新露出的表面又可在冲击与摩擦作用下，获得新的耐磨层。故这种钢具有很高的抗冲击能力与耐磨性，但在一般机器工作条件下，它并不耐磨。20. 有一批直经为5mm的共析钢制成的销子，采用什么热处理方法可得到下列组织：答：（1）珠光体：退火。（2）托氏体+索氏体：正火。（3）下贝氏体：等温淬火。（4）回火索氏体：淬火+高温回火。（5）马氏体+残余奥氏体：淬火。六、综合分析题1. 下列零件或工具用何种碳钢制造及用何种热处理方法并简述为什么？（1）手锯锯条。（2）普通螺钉。（3）车床主轴。答：（1）手锯锯条：碳素工具钢T9/T10/T11，淬火+低温回火，
30、目的是降低淬火应力，提高工件韧性，保证淬火后的高硬度和高耐磨性。（2）普通螺钉：普通碳素结构钢，Q235，一般不用热处理。（3）车床主轴：优质碳素结构钢，45等，淬火+高温回火（调质处理），目的是得到回火索氏体组织，它的综合机械性能最好，即强度、塑性和韧性都比较好。2. 已知Cu的熔点为1083，试估算其再结晶温度。（0.35）答：T再Tm=0.35（1083+273）=474.6K，即201.63. 画出Fe-Fe3C相图，标出重要的温度与成分：（1）计算珠光体中两相的百分含量，有一碳素钢退火后在室温下测得先共析铁素体占20，求该钢的成分。（2）钢中最重要的强化元素是什么？简要说明含碳量对退火钢机械性能的影响规律，解释原因。
