金属材料与热处理教材习题答案

《金属材料与热处理》教材习题答案作者：陈志毅绪论1．金属材料与热处理是一门怎样的课程？答：金属材料与热处理这门课程的内容主要包括金属材料的基本知识、金属的性能、金属学基础知识和热处理的基本知识等。

2．什么是从属与从属材料？答：所谓金属是指由单一元素构成的具有特殊的光泽、延展性、导电性、导热性的物质。

如金、银、铜、铁、锰、锌、铝等。

而合金是指由一种金属元素与其它金属元素或非金属元素通过熔炼或其它方法合成的具有金属特性的材料，所以金属材料是金属及其合金的总称，即指金属元素或以金属元素为主构成的，并具有金属特性的物质。

3．怎样才能学好金属材料与热处理这门课程？答：金属材料与热处理是一门从生产实践中发展起来，又直接为生产服务的专业基础课，具有很强的实践性，因此在学习时应结合生产实际，弄清楚重要的概念和基本理论，按照材料的成分和热处理决定其组织，组织决定其性能，性能又决定其用途这一内在关系进行学习和记忆；认真完成作业和实验等教学环节，就完全可以学好这门课程的。

第一章金属的结构与结晶1．什么是晶体和非晶体？它们在性能上有什么不同？想一想，除了金属，你在生活中还见过哪些晶体？答：原子呈有序、有规则排列的物质称为晶体；而原子呈无序、无规则堆积状态的物质称为非晶体。

晶体一般具有规则的几何形状、有一定的熔点，性能呈各向异性；而非晶体一般没有规则的几何形状和一定的熔点，性能呈各向同性。

生活中常见的食盐、冰糖、明矾等都有是典型的晶体。

2．什么是晶格和晶胞？金属中主要有哪三种晶格类型？它们的晶胞各有何特点？答：假想的能反映原子排列规律的空间格架，称为晶格。

晶格是由许多形状、大小相同的小几何单元重复堆积而成的。

我们把其中能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元称为晶胞。

金属中主要有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格等三种晶格类型，体心立方晶格的晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心；面心立方晶格的晶胞也是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体六个面的中心；密排六方晶格的晶胞是一个正六棱柱，原子除排列于柱体的每个顶点和上、下两个底面的中心外，正六棱柱的中心还有三个原子。

3．晶体在结构上有哪些缺陷？答：常见的晶体结构缺陷有晶界、亚晶界、位错（刃位错、螺旋位错）以及间隙、空位、和置代原子等。

4．什么是结晶？结晶由哪两个基本过程组成？答：生产上将液态金属凝固的过程称为结晶。

金属的结晶过程由晶核的产生和长大两个基本过程所组成，并且这两过程是同时进行的。

5．晶粒大小对金属材料性能有什么影响？铸件在浇注过程中是如何细化晶粒的？答：金属结晶后，一般是晶粒愈细，强度、硬度愈高，塑性、韧性也愈好，所以控制材料的晶粒大小具有重要的实际意义。

铸件在浇注过程中为了得到细晶粒的铸件，常采取以下几种方法：增加过冷度，进行变质处理，采用振动处理等。

6．什么是同素异构转变？具有同素异构转变的金属有哪些？答：在固态下，金属随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为金属的同素异构转变。

具有同素异构转变的金属有铁、锰、锡、钛等。

7．金属的同素异构转变与结晶相比有哪些异同点？答：金属的同素异构转变与液态金属的结晶过程有许多相似之处：有一定的转变温度，转变时都有过冷现象；放出和吸收潜热；转变过程也是一个形核和晶核长大的过程，但同素异构转变属于固态相变，所以具有其本身的特点，例如：同素异构转变时，由于晶界处具有较高的能量，新晶格的晶核总是在原来晶粒的晶界处形核；另外固态时原子的迁移扩散较困难，所以转变时需要较大的过冷度；晶格的变化伴随着金属体积的变化，转变时会产生较大的内应力。

第二章金属材料的性能1．机械零件损坏的形式有哪些？答：机械零件在使用中常见的损坏形式有：变形、断裂及磨损等。

2．什么是载荷？根据性质不同分为哪几种？答：材料在加工及使用过程中所受的外力称为载荷。

根据载荷作用性质的不同，载荷可分为静载荷、冲击载荷及交变载荷三种。

3．什么是金属的力学性能？金属的力学性能包括哪些？答：金属材料所具有的承受机械荷而不超过许可变形或不破坏的能力，称为材料的力学性能。

金属的力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度指标。

4．什么是强度？强度有哪些衡量指标？这些指标用什么符号表示？如何测量？答：金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。

材料常用的强度指标有：屈服强度ReL（σs），规定非比例延伸强度（σ），抗拉强度Rm（σb）等，这些指标都是通过拉伸试验测量的。

5．什么是塑性？塑性有哪些衡量指标？这些指标用什么符号表示？如何测得？答：材料受力后断裂前产生塑性变形的能力称为塑性。

塑性的衡量指标有：断后伸长率A (δ)和断面收缩率Z（ψ）这些指标也是通过拉伸试验测量的。

6．什么是硬度？常用的硬度试验法有哪三种？各用什么符号表示？答：材料抵抗局部变形特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度，它是衡量材料软硬程度的指标。

常用的硬度试验法有布氏硬度试验法（HB）、洛氏硬度试验法（HR）和维氏硬度试验法（HV）。

7．布氏硬度试验法有哪些优缺点？它主要适用于什么样材料的测试？答：布氏硬度试验法, 压痕直径较大,能较准确地反映材料的平均性能。

且由于强度和硬度间有一定的近似比例关系，因而在生产中较为常用。

但由于测压痕直径费时费力，操作时间长，而且不适于测高硬度材料；压痕较大，只适合毛坯和半成品的测试，而不宜对成品及薄壁零件测试。

所以生产中布氏硬度主要用于测定铸铁、有色金属及退火、正火、调质处理后的各种软钢等硬度较低的材料。

8．常用的洛氏硬度标尺有哪三种？各用什么符号表示？最常用的是一种？答：常用的洛氏硬度标尺有A、B、C三种，分别用符号HRA、HRB和HRC表示，其中C 标尺应用最广。

9．什么是冲击韧性？什么是冲击韧度？其值用什么符号表示？答：金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性。

通过一次摆锤冲击弯曲试验测定出的试样缺口处单位横截面积上所吸收的功来反映金属材料冲击韧性好坏的指标称为冲击韧度（αk）。

10．什么是金属的疲劳断裂？什么是疲劳强度？答：零件长期在交变载荷作用下，承受的应力虽低于材料的屈服强度，但经过长时间的工作后，仍会产生裂纹或突然发生断裂。

金属这样的断裂现象称为疲劳断裂。

金属材料抵抗交变载荷作用而不产生破坏的能力称为疲劳强度。

11．生产中如何提高零件的抗疲劳能力？答：在生产中为了提高零件的抗疲劳能力，除合理选材外，细化晶粒，均匀组织，减少材料内部缺陷，改善零件的结构形式，减少零件表面粗糙度数值及采取各种表面强化的方法（如对工件表面淬火、喷丸、渗、镀等），都能取得一定的抗疲劳效果。

12．什么是金属的工艺性能？它包括哪些内容？答：金属材料的工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的适应能力。

它包括铸造性能、锻造性能、切削加工性能和焊接性能、热处理性能等。

第三章铁碳合金1．什么是合金中的元和相？答：组成合金最基本的独立物质称为组元（简称元）。

一般把组成合金的化学元素当作组元，也可把合金中稳定的化合物作为组元。

合金中成分、结构及性能相同的组成部分称为相。

相与相之间有明显的界面分开。

2．什么是合金的组织？合金的组织有哪几种类型？答：合金中不同的相的分布状态就称为合金的组织；换而言之，数量、大小、和分布方式不同的相就构成合金不同的组织。

由单一相构成的组织为单相组织，由不同相构成的组织称为多相组织。

根据合金中各组元之间结合方式的不同，合金的组织可分为固溶体、金属化合物和混合物三类。

3．什么是固溶体？固溶强化是怎么回事？答：固溶体是一种组元的原子溶入另一组元的晶格中所形成的均匀固相。

形成固溶体，时都会使溶剂晶格发生畸变，从而使合金对变形的抗力增加，这种通过溶入溶质元素形成固溶体，而使金属材料强度、硬度提高的现象称为固溶强化。

4．为什么说合金的组织决定它的性能？答：数量、大小、和分布方式不同的相就构成合金不同的组织。

由单一相构成的组织为单相组织，由不同相构成的组织称为多相组织。

由于不同相之间的性能差异很大，再加上数量、大小、和分布方式不同，所以合金的组织不同，其性能也就不同。

5．什么是共析转变？什么是共晶转变？答：在保持温度不变的条件下，从一个固相（奥氏体）同时析出两个固相（铁素体和渗碳体），这种转变称为共析转变。

在保持温度不变的条件下，从一个液相中同时结晶出两种固相（奥氏体和渗碳体），这种转变称为共晶转变。

6．按含碳量铁碳合金可分几种？答：按含碳量的不同，铁碳合金的室温组织可分为工业纯铁、钢和白口铸铁。

其中把含碳量小于%的铁碳合金称为纯铁；把含碳量大于%而小于%的铁碳合金称为钢；而把含碳量大于%的铁碳合金称为铸铁。

7．什么是钢？根据含碳量和室温组织的不同，钢分为哪几类？答：含碳量大于%而小于%的铁碳合金称为钢，根据钢的含碳量不同可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢；根据钢的室温组织不同可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢。

8．铁碳合金相图有哪些具体用途？答：铁碳合金相图表明了当含碳量不同时，其组织、性能的变化规律，同时揭示了相同的成分不同的温度时，组织和性能的变化。

这为生产实践中的选材，铸造、锻造和热处理工艺的制定提供了依据。

9．含碳量的变化对钢的性能有何影响？答：钢中含碳量越高，硬度越高，而塑性、韧性越低，这在钢经过热处理后表现尤为明显。

这主要是因为含碳量越高，钢中的硬脆相Fe3 C越多的缘故。

钢的强度一般随含碳量的增加而提高，但当含碳量超过％后，由于脆而硬的二次渗碳体沿晶界析出，随二次渗碳体数量增加，形成网状分布，将钢中的珠光体组织割裂开来，使钢的强度有所降低。

因此对于碳素钢及低、中合金钢来说，其含碳量一般不超过％。

10．碳钢中存在哪些杂质元素？它们对钢性能有哪些影响？答：碳素钢中除铁和碳两种元素外，还会不可避免的在冶炼过程中从生铁、脱氧剂等炉料中入一些其它杂质元素，其中主要有硅、锰、硫、磷等元素，这些元素的存在必然会对钢的性能产一定的生影响。

其中硅和锰为有益元素，一方面可提高钢的强度和硬度，此外，锰能与硫形成MnS，从而减轻硫对钢的危害。

而硫和磷都是有害元素，其中硫的危害主要是造成钢材的“热脆”；磷的危害主要是造成钢材的“冷脆”。

11．低碳、中碳和高碳钢是如何划分的答：含碳量大于%而小于％时称为低碳钢；当含碳量大于％而小于％时称为中碳钢；当含碳量大于（等于）％以上时就称为低高碳钢。

12．钢的质量是根据什么划分的？答：钢的质量是根据钢中有害元素硫、磷含量多少划分的，有害元素硫、磷含量越少钢的质量就越好，按质量优劣可分为：普通钢、优质钢和高级优质钢。

13．碳素结构钢、优质碳素结构钢和碳素工具钢在牌号表示方法上有何不同答：我国钢材的牌号用国际通用的化学元素符号、汉语拼音字母和阿拉伯数字相结合的方法来表示。