重庆大学金属学热处理期末试题资料.docx

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重庆大学金属学热处理期末试题资料

重庆大学

学期考试试卷

课程名称：

金属学及热处理课程代码：

主要班级：

教学班号：

本卷为A卷，共2页，考试方式：

闭卷，考试时间：

120分钟

题号

一

二

三

四

五

六

七

八

九

十

总分

得分

一、填空题（15分）

1、在BCC和FCC晶格中，单位晶胞内的原子数分别为和，其致密度分别为和。

2、金属的结晶过程是的过程。

控制结晶后晶粒大小的方法有、和。

3、冷变形金属在加热时组织与性能的变化，随加热温度不同，大致分为、

和三个阶段。

4、1Crl8Ni9Ti钢中Ti的作用是，而20CrMnTi钢中Ti的作用是。

5、碳在白口铸铁中主要以形式存在，而在灰口铸铁中主要以形式存在。

二、名词解释（10分）

1、合金；2、共晶转变；3、枝晶偏析；4、伪共晶；5、回复；

三、选择题（12分）

1、工程上使用的金属材料一般都呈（）。

A．各向异性；B．各向同性；C．伪各向异性；D．伪各向同性。

2、固溶体的晶体结构（）。

A．与溶剂的相同；B．与溶质的相同；

C．与溶剂、溶质的都不相同；D．是两组元各自结构的混合。

3、多晶体金属的晶粒越细，则其（）。

A．强度越高，塑性越好B．强度越高，塑性越差

C．强度越低，塑性越好D．强度越低，塑性越差

4、调质处理后可获得综合力学性能好的组织是（）

A．回火马氏体B．回火托氏体

C．回火索氏体D．索氏体

5、过共析钢正火的目的是（）。

A．调整硬度，改善切削加工性B．细化晶粒，为淬火作组织准备

C消除网状二次渗碳体D．防止淬火变形与开裂

6、对于可热处理强化的铝合金，其热处理方法为（）。

A．淬火＋低温回火B．完全退火

C．水韧处理D．固溶＋时效

四、判断题（5分）

1、金属铸件可通过再结晶退火来细化晶粒。

（）

2、亚共析钢加热至Ac1和Ac3之间将获得奥氏体＋铁素体二相组织，在此区间，奥氏体的含碳量总是大于钢的含碳量。

（）

3、化学热处理既改变工件表面的化学成分，又改变其表面组织。

（）

4、所有合金元素均使Ms、Mf点下降。

（）

5、可锻铸铁可在高温下进行锻造加工。

（）

五、问答题（36分）

1、什么叫临界晶核?

它的物理意义及与过冷度的定量关系如何?

（8分）

2、试比较45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性有何不同?

（9分）

3、试述奥氏体的形成过程及控制奥氏体晶粒的方法。

（9分）

4、分析碳和合金元素在高速钢中的作用及高速钢热处理工艺的特点。

（10分）

六、综合分析题（22分）

1、用9SiCr钢制成圆板牙，其工艺路线为：

锻造→球化退火→机械加工→淬火→低温回火→磨平面→开槽开口。

试分析：

①球化退火、淬火及回火的目的；②球化退火、淬火及回火的大致工艺。

（10分）

2、一碳钢在平衡冷却条件下，所得显微组织中，含有50％的珠光体和50％的铁素体，问：

①此合金中碳的质量分数为多少?

②若该合金加热到730℃时，在平衡条件下将获得什么组织?

③若加热到850℃，又将得到什么组织?

（12分）

金属学及热处理试卷参考答案

一、填空题

1、2，4，0.68，0.74；2、形核与长大，增加过冷度，变质处理，振动、搅拌等；

3、回复，再结晶，晶粒长大；4、防止奥氏体不锈钢晶间腐蚀，细化晶粒；

5、Fe3C，石墨。

二、名词解释

1、合金：

是指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。

2、共晶转变：

在一定的温度下，由—定成分的液相同时结晶出两个成分不同的固相的转变。

3、由于固溶体结晶通常是树枝状进行，结果使枝干和枝间的化学成分不同，称为枝晶偏析。

4、非共晶成分的合金所得到共晶组织称为伪共晶。

5、回复：

冷变形金属在加热时所产生的某些亚结构和性能的变化过程。

三、选择题

1A，2A，3A，4C，5C，6D

四、判断题

1×，2√，3√，4×，5×

五、问答题

1、根据自由能与晶胚半径的变化关系，可以知道半径r＜rc的晶胚不能成核；r＞rc的晶胚才有可能成核；而r＝rc的晶胚既可能消失，也可能稳定长大。

因此，半径为rc的晶胚称为临界晶核。

其物理意义是，过冷液体中涌现出来的短程规则排列的原子集团，当其尺寸r≥rc时，这样的原了团使可成为晶核而长大。

临界晶核半径rc其大小与过冷度有关。

2、由含碳质量分数对碳钢性能的影响可知，随着钢中碳含量的增加，钢中的渗碳体增多，硬度也随之升高，基本上呈直线上升。

在0.8％C以前，强度也是虽直线上升的。

在，0.8％C时，组织全为珠光体，强度最高；但在＞0.8％C以后，随碳量的继续增加，组织中将会出现网状渗碳体，致使强度很快下降；当≥2.11％C后，组织中出现莱氏体．强度将很低，而塑性是随碳量增加而下降的，在出现莱氏体后，塑性将几乎降为零。

由此可知，T12的硬度最高，45钢的硬度最低；T12的塑性最差，45钢塑件最好；T8钢均居中，T8钢的强度最高。

3、奥氏体形成过程：

a）奥氏体晶核的形成b）奥氏体晶核的长大；c）残留渗碳体的溶解；d）奥氏体成分均匀化。

控制奥氏体晶粒大小的方法：

a）制定合适的加热规范，包括控制加热温度及保温时间、快速短时加热；b）碳含量控制在一定范围内，并在钢中加入—定显阻碍奥氏体晶粒长大的合金元素。

如：

A1、V、Ti、Zr、Nb等；c）考虑原始组织的影响，例如片状球光体比球状珠光体加热组织易粗化。

4、化学成分：

高碳的目的是为了和碳化物形成元素Cr、W、Mo、V等形成碳化物，并保正得到强硬的马氏体基体以提高钢的硬度利耐磨性。

W、Mo、V主要是提高钢的红硬性，因为这些元素形成的碳化物硬度高，产生二次硬化效应，因而显著提高钢的红硬性、硬度和耐磨性。

Cr主要是提高钢的淬透性。

其工艺突出的特点是淬火加热温度非常高，回火温度高，次数多，淬火加热时采用预热。

六、综合分析题

1、球化退火是为了消除锻造应力，获得球状珠光体和碳化物，降低硬度以利于切削加工并为淬火做好组织准备，减少淬火时的变形与开裂；淬火及回火是为了获得回火马氏体，保证热处理后具有高硬度、高耐磨性。

球化退火工艺：

加热温度790—810℃，等温温度700—720℃；淬火工艺：

加热温度850—870℃（油淬）；回火工艺；160—180℃。

2、①设该合金中含C%＝x，则由杠杆定律得

所以C%＝x=0.38%

②其显微组织为F＋A

③全部奥氏体（A）组织

重庆大学

期考试试卷

课程名称：

金属学及热处理课程代码：

主要班级：

教学班号：

本卷为B卷，共2页，考试方式：

闭卷，考试时间：

120分钟

题号

一

二

三

四

五

六

七

八

九

十

总分

得分

一、填空题（15分）

1、实际金属中存在有、和三类晶体缺陷。

2、为了使金属结晶过程得以进行，必须造成一定的，它是理论结晶温度与的差值。

3、碳在α—Fe中的间隙固溶体称为，它具有晶体结构．在℃时碳的最大溶解度为％。

4、当钢中发生奥氏体向马氏体转变时，原奥氏体中碳含量越高，则Ms点越转变后的残余奥氏体量就越。

5、除处，其他的合金元素溶人A中均使C曲线向移动，即使钢的临界冷却速度，淬透性。

二、名词解释（10分）

1、相；2、热处理；3、置换固溶体；4、加工硬化；5、珠光体；

三、选择题（12分）

1、当晶格常数相同时，FCC晶体比BCC晶体（）。

A．原子半径大，但致密度小；B．原子半径小，但致密度大；

C．原子半径大，但致密度也大；D．原子半径小．但致密度也小。

2、能使单晶体产生塑性变形的应力为（）。

A．正应力B．切应力c．原子活动力D．复合应力

3、钢在淬火后所获得的马氏体组织的粗细主要取决于（）

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．加热前的原始组织

4、过共析钢的正常淬火加热温度是（）。

A．Acm十（30—50℃）B．Ac3十（30—50℃）

C．Ac1十（30—50℃）D．Ac1一（30—50℃）

5、制造手工锯条应采用（）。

A．45钢淬火＋低温回火B．65Mn淬火＋中温回火

C．T12钢淬火＋低温回火D．9SiCr淬火＋低温回火

6、LYl2的（）。

A．耐蚀性好B．铸造性能好

C．时效强化效果好D．压力加工性好

四、判断题（5分）

1、固溶体的强度和硬度，比组成固溶体的溶剂金属的强度和硬度高。

（）

2、实际金属是由许多结晶位向都完全相同的小晶粒组成的。

（）

3、T10和T12钢如其淬火温度—样，那么它们淬火后残余奥氏体量也是一样的。

（）

4、高速钢反复锻造是为了打碎鱼骨状共晶莱氏体，使其均匀分布于基体中。

（）

5、铸铁可以通过再结晶退火使晶粒细化，从而提高其力学性能。

（）

五、问答题（36分）

1、分析纯金属生长形态与温度梯度的关系?

（8分）

2、何为超塑性?

如何实现超塑性?

（9分）

3、何谓回火脆性?

说明回火脆性的类型、特点及其抑制方法。

（9分）

4、为什么合金钢比碳钢的力学性能好?

热处理变形小?

合金工具钢的耐磨性热硬性比碳钢高?

（10分）

六、综合分析题（22分）

1、某汽车齿轮选用20CrMnTi材料制作，其工艺路线为：

下料→锻造→正火→切削加工→渗碳→淬火＋低温回火→喷丸→磨削加工。

请分别说明上述四项热处理工艺的目的及工艺。

（10分）

2、现有A、B两种铁碳合金。

A的显微组织为珠光体的量占75％，铁素体的量占25％；B的显微组织为珠光体的量占92％，二次渗碳体的量占8％。

请回答：

①这两种铁碳合金按显微组织的不同分属于哪一类钢?

②这两种钢铁合金的含碳量各为多少?

③画出这两种材料在室温下平衡状态时的显微组织示意图，并标出各组织组成物的名称。

（12分）

金属学及热处理试卷参考答案

一、填空题

1、点缺陷、线缺陷、面缺陷；2、过冷度，实际结晶温度；

3、铁素体，BCC，727，0.0218；4、低，多；5、Co，右，减小，增加。

二、名词解释

1、相：

结构相同、成分相同并以界面相互分的均匀组成部分。

2、热处理：

是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。

3、置换固溶体：

溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成固溶体。

溶质原子与溶剂原子的尺寸差不同，都将引起晶格畸变，产生固溶强化。

4、随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化。

5、共析转变的产物是F与Fe3C的机械混合物，称作珠光体，用P表示。

三、选择题

1B，2B，3B，4C，5C，6C

四、判断题

1√，2×，3×，4√，5×

五、问答题

1、纯金属生长形态是指晶体长大时界面的形貌。

界面形貌取决于界面前沿液体中的温度分布。

（1）平面状界面。

当液体具有正温度梯度时，晶体以平界面方式推移长大。

此时，界面上任何偶然的小的凸起伸入液体时，都会使其过冷度减小，长大速率降低或停止长大，而被周围部分赶上，因而能保持平界面的推移。

长大中晶体沿平行温度梯度的方向生长，或沿散热的反方向生长，其他方向的生长则受到抑制；

（2）树枝状界面。

当液体具行负温度梯度时，在界面上若形成偶然的凸起伸入前沿液体时，由于前方液体有更大的过冷度，有利于晶体长大和凝固潜热的散失，从而形成枝晶的一次轴。

一个枝晶的形成，其潜热使邻近液体温度升向，过冷区降低，因此，类似的枝晶只在相邻一定间距的界面上形成．相互平行分布。

在—次枝晶处的温度比枝晶间温度高，这种负温度梯度使一次铀上又长出二次轴分技，同样，还会产生多次分枝。

枝晶生长的最后阶段，由于凝固潜热放出使枝晶周围的液体温度升高至熔点以上。

液体中出现正温度梯度，此时晶体长大依靠平面方式推进，直至枝晶间隙全部被填满为止。

2、金属材料在一定条件下拉伸，其延伸率可以高达200％以上，甚至大于1000％。

这种性能称作超塑性。

超塑性可以分成组织超塑性，相变超塑性和其他超塑性三大类。

其中组织超塑性应该具备三个条件：

（1）晶粒超细化、等轴化、稳定化，一般不超过10μm；

（2）变形温度一般在（0.5—0.7）Tm，呈现超塑性；

（3）—定的应变速率，超塑性变形最佳的速率为10-4—10-5S-1或者10-3—10-2min-1。

3、有些钢在某一温度范围内回火时，其冲击韧性比在较低温度回火时还显者下降，这种脆化现象称为回火脆性。

回火脆性类型主要有两种，即低温回火脆性与高温回火脆性。

低温回火脆性亦称第一类回大脆性，几乎所有工业用钢都存在程度不问的这类脆性、它与回火后的冷却速度无关。

因此又称为不可逆回火脆性。

高温间火脆性亦称第二类回火脆性，其特点是只出现在一些特定成分的钢中，其回火脆性与否，与回火后冷却速度有关，即回火缓冲出现，快冷不出现，因此亦称可逆回火脆性。

抑制回火脆性的方法：

对于第一类回火脆性由于其不可逆性，只能避免在脆化温度范围内回火；如果必须在该温度回火，可采用等温淬火；加Si使低温回火脆化温度移向高温等措施。

抑制高温回火脆性的方法：

1）高温间火后快速冷却；2）降低钢中杂质元素的含量；3）钢中加人适量的Mo、W。

4、

（1）合金元素加入后并经适当热处理，可使钢的力学性能提高或得以改善。

（2）合金元素（除Co外）加入后使钢的淬透性增加，因此获得同样组织时合金钢可选择较缓的冷却介质，故热处理变形小。

（3）合金工具钢出于含有—些合金元素，与钢中的碳形成合金碳化物，而这些合金碳化物的硬度高、熔点高，所以合金工具钢的耐磨性、热硬性比碳钢高。

六、综合分析题

1、①正火目的：

使组织均匀化、细化、改善加工性能。

正火工艺：

加热至Ac3＋（30—50）℃，空冷。

②渗碳目的：

提高齿轮表面的含碳量，为淬火作难备。

渗碳工艺；在900—950℃进行。

③淬火目的：

使渗碳层获得最好的性能，即获得高的齿面硬度，耐磨性及疲劳强度并保持心部的强度及韧性。

淬火工艺：

渗碳后，油冷。

④低温回火目的：

减少或消除淬火后应力，并提高韧性。

低温回火工艺：

加热至（150-200）℃进行。

2、①A：

亚共析钢B：

过共析钢

②设A钢的含碳量为：

x1

x1=0.58%故A钢的含碳量为0.58％

设B钢的含碳量为：

x2

x2=1.24%B钢的含碳量为1.24％

③组织示意图：

金属学与热处理试题

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）

∙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；

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，770oC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。

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201.6oC

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。