材料学 复习题

试卷1
一、名词解释：（20分）
合金同素异晶转变铁素体再结晶淬透性
合金：由两种或两种以上金属元素；或金属与非金属元素熔炼、烧结或通过其方法由化学键组合而成的具有金属特性的物质。

同素异晶转变：在固态下，同一种元素由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的转变。

铁素体：碳溶解在α－Fe中形成的间隙固溶体。

再结晶：冷变形金属在加热时其组织和性能都恢复到变形前的软化状态的过程。

淬透性：一种热处理工艺性能，表示材料在淬火时获得淬硬层深度的能力。

二、试计算面心立方（FCC）晶体的晶格致密度。

（5分）
三、铁碳相图知识测验：（25分）
1．默画出铁碳相图，并标注出所有温度和成分点；
2．40、60、T12钢的室温平衡组织是什么？它们从高温液态平衡冷却到室温要经过哪些转变？
3．画出纯铁、40钢、T12钢的室温平衡组织，并标注其中的组织。

2．
1.
四、钢的热处理知识测验：（10分）
1．T8钢经淬火后得到什么组织？经退火后得到什么组织？
2．T8钢淬火后分别在200℃、400℃、600℃回火又得到什么组织？
1．答：
淬火后组织为马氏体；（2分）
退火后组织为珠光体。

（2分）
2．
200℃回火后为回火马氏体；（2分）
400℃回火后为回火托氏体；（2分）
600℃回火后为回火索氏体。

（2分）
五、要制造齿轮、连杆、热锻模具、弹簧、冷冲压模具、滚动轴承、车刀、锉刀、机床床身等零件，试从下列牌号中分别选出合适的材料并叙述所选材料的名称、成分、热处理工艺和零件制成后的最终组织。

（20分）
T10 65Mn HT300 W6Mo5Cr4V2 GCr15Mo 40Cr 20CrMnTi Cr12MoV 5CrMnMo
答：
齿轮：20CrMnTi渗碳钢；C%=0.2%,Cr,Mn,Ti<1.5%；渗碳＋淬火＋低温回火；组织为回
火马氏体。

（3分）
连杆：40Cr调质钢；C%=0.4%,Cr<1.5%；调质处理（淬火＋高温回火）；组织为回火索氏体。

（2分）
弹簧：65Mn弹簧钢；C%=0.65%,Mn<1.5%；淬火＋中温回火；组织为回火托氏体。

（2分）
冷冲压模具：Cr12MoV冷变形模具钢；C%>1%,Cr=12%,Mo,V<1.5%；淬火＋低温回火；组织为回火马氏体。

（2分）
滚动轴承：GCr15Mo轴承钢；C%＝1%,Cr=1.5%,Mo<1.5%；球化退火＋淬火＋低温回火；组织为回火马氏体。

（2分）
车刀：W6Mo5Cr4V2高速钢；W%=6%,Mo%=5%,Cr%=4%,V%=2%；淬火＋560℃三次回火；组织为回火马氏体＋碳化物。

（3分）
锉刀：T10碳素工具钢；C%＝1%；淬火＋低温回火；组织为回火马氏体＋碳化物。

（2分）
热锻模具：5CrMnMo热变形模具钢；C%=0.5%,Cr,Mn,Mo<1.5%；淬火＋高温回火；组织为回火索氏体。

（2分）
机床床身：HT300灰口铁；无需热处理。

（2分）
六、叙述铸铁不同阶段石墨化程度与其最终组织的关系。

（10分）
七、用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件进入热处理炉，并随工件一起加热到1000℃保温，当出炉后再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，试分析其原因。

（10分）
答：冷拉钢丝绳是利用加工硬化效应提高其强度的，在这种状态下的钢丝中晶体缺陷密度增大，强度增加，处于加工硬化状态。

在1000℃时保温，钢丝将发生回复、再结晶和晶粒长大过程，组织和结构恢复到软化状态。

在这一系列变化中，冷拉钢丝的加工硬化效果将消失，强度下降，在再次起吊时，钢丝将被拉长，发生塑性变形，横截面积减小，强度将比保温前低，所以发生断裂。

试卷2
第一部分金属学（62分）
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
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、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）
∙无论臵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）
1.A0.77 (F0.0218+Fe3C)共析L4.3(A
2.11+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（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）
1.
2.T再＝δTm=0.35(1083+273)=474.6K，即201.6 oC
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？
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
2、马氏体
3、实际晶粒度
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、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。

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、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）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、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、V
2、V
3、V
4、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？
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。