工程材料

名词解释
性能
1．刚度材料抵抗弹性变形的能力。

2．抗拉强度材料抵抗最大均匀塑性变形的能力。

3．屈服强度材料抵抗微量塑性变形的能力；或材料在屈服（开始产生明显塑性变形）时的应力。

4．塑性断裂前材料产生塑性变形的能力。

5．疲劳（疲劳断裂）工件在交变应力作用下，其工作应力往往低于屈服强度，所产生的脆性断裂现象。

6．硬度材料表面抵抗局部微量塑性变形的能力。

晶体结构
1．晶胞晶胞是能代表晶格中原子排列规律的最小几何单元。

2．晶格晶格是描述晶体中原子排列规律的空间格子。

3．致密度晶胞中原子体积与晶胞体积的比值。

4．多晶体多晶体是由许多晶格方位彼此不同的小晶体（晶粒）组成的晶体。

5．晶体各向异性晶体中不同晶面或晶向上的原子密度不同，从而造成晶体不同方向上的性能不同的现象。

合金
1．．同素异构转变固态金属的晶格结构随温度改变而改变的现象。

2．过冷度理论结晶温度与实际结晶温度之差。

3．相在合金中，具有同一化学成分、同一晶体结构，且有界面与其它部分分开的均匀组成部分。

4．固溶体溶质原子溶入溶剂晶格中所形成的固相。

5．间隙固溶体溶质原子溶入溶剂晶格的间隙中形成的固溶体。

6．置换固溶体溶质原子代替溶剂晶格结点上的某些原子所形成的固溶体。

7．间隙相 D非/D金小于0.59，具有简单晶格的金属化合物。

8．晶内偏析（枝晶偏析）固溶体合金冷速较快时，形成在一个晶粒内化学成分不均匀的现象。

9．相图（平衡图）相图是表示不同成分的合金在不同温度下各相之间平衡存在的关系图解。

10．固溶强化通过溶入溶质元素形成固溶体，从而使材料的强度、硬度提高的现象，称为固溶强化。

11．细晶强化金属的晶粒愈细小，其强度、硬度愈高，这种现象称为细晶强化。

塑性变形
1．滑移在切应力作用下，晶体中的一部分沿着一定晶面、晶向相对于另一部分的滑动。

2．滑移系晶体中的一个滑移面及其上的一个滑移方向构成一个滑移系。

3．加工硬化金属经冷塑性变形后，强度、硬度升高，塑性、韧性降低的现象。

4．再结晶冷变形金属加热到再结晶温度以上，通过形核长大，使畸变晶粒变
成无畸变等轴晶粒的过程
5．形变织构金属经大量塑性变形后，由于晶体转动造成各个晶粒中的某些位向大致趋向一致的现象。

6．热加工纤维组织金属中的夹杂物及枝晶偏析经塑性变形后沿变形方向分布，呈纤维状，这种组织称纤维组织
7．热（压力）加工金属在再结晶温度以上进行的压力加工。

8．冷（压力）加工金属在再结晶温度以下进行的压力加工。

铁碳相图
1．铁素体碳溶于α铁中形成的间隙固容体
2．渗碳体具有复杂晶格的间隙化合物。

3．奥氏体碳溶于γ－Ｆｅ中的间隙固溶体。

4．珠光体由铁素体与渗碳体两相组成的片层状机械混合物。

5．高温莱氏体由奥氏体与渗碳体两相组成的机械混合物。

6．热脆性钢中FeS与Fe形成的低熔点共晶体（在Ａ晶界上）在锻压时熔化而导致钢材沿晶界开裂的现象。

7．冷脆性磷溶入铁素体中,产生固溶强化的同时急剧降低钢室温下的韧性和塑性的现象.
9．碳钢含碳量小于2.11%,并且含少量硅,锰,磷,硫等杂质元素的铁碳合金.热处理
1．奥氏体的实际晶粒度在具体加热条件下（温度、时间）奥氏体的晶粒大小。

2．过冷奥氏体当奥氏体冷至临界点以下，尚未开始转变的不稳定的奥氏体。

3．残余奥氏体过冷奥氏体向马氏体转变时，冷至室温或Mf点，尚未转变的奥氏体。

4．索氏体是过冷奥氏体在A1 ~ 650℃之间形成的，由铁素体与渗碳体两相组成的细片状机械混合物。

5．屈氏体是过冷奥氏体在650~600℃之间形成的，由铁素体与渗碳体两相组成的极细片状机械混合物。

6．马氏体由过冷奥氏体在Ms~Mf 间形成的，碳在α－Ｆｅ中的过饱和固溶体。

7．退火将钢加热至适当温度、保温后，缓慢冷至室温，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。

8．正火将钢加热至Ac3或Accm以上，保温后空冷的热处理工艺。

9．淬火将钢加热至Ac3或Ac1以上,保温后以>Vk的速度快冷，使过冷Ａ转变成Ｍ的热处理工艺。

10．回火将淬火钢加热至A1以下某一温度，保温后一般空冷至室温的热处理工艺。

11．回火马氏体淬火马氏体经低温回火形成的，由已分解的马氏体与分布其上的细小片状ε碳化物组成的混合物。

12．回火屈氏体由马氏体经中温回火得到的铁素体与极细粒状碳化物组成的两相混合物。

13．回火索氏体由马氏体经高温回火得到的铁素体与细粒状碳化物组成的两相混合物。

14．调质处理淬火＋高温回火工艺的总称。

15．冷处理淬火钢冷至室温后继续冷却至-70~-80℃或更低的温度,使更多的奥氏体转变成马氏体的热处理工艺.
16．时效硬化经固溶处理（淬火）的合金在室温停留或低温加热时，随时间延长强度、硬度升高的现象。

17．钢的淬透性在规定条件下，钢在淬火时获得淬硬层（或称淬透层）深度的能力。

18．钢的淬硬性钢在淬火后（马氏体组织）所能达到的最高硬度。

19．临界（淬火）冷却速度临界淬火速度（临界冷却速度）获得全部马氏体组织的最小冷却速度。

20．表面淬火仅将钢件表层快速加热至奥氏体化，然后迅速冷却，不改变心部组织的淬火方法。

21．渗碳向低碳钢表面渗入碳原子，增加其表层含碳量的化学热处理工艺。

合金钢
1．合金钢为了改善钢的某些性能，在炼钢时，有意加入合金元素所炼制的钢叫合金钢。

2．第二类回火脆性对含有锰、铬、镍等元素的合金调质钢，淬火后在450~650℃回火,保温后缓冷时钢的韧性下降的现象.
3．回火稳定性（回火抗力）淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力，或称抗回火软化的能力。

4．二次硬化含有强碳化物形成元素的高合金钢，淬火后较高温度回火，由于析出弥散的特殊碳化物使其硬度升高的现象。

5．固溶处理将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的工艺。

铸铁
1．铸铁的孕育处理浇注前往铁水中加入孕育剂，促进石墨化，细化石墨，以提高铸铁的机械性能。

2．可锻铸铁白口铸铁通过石墨化（可锻化）退火，使渗碳体分解成团絮状石墨，而获得的铸铁。

简答
晶体结构
1．何谓晶体缺陷？在工业金属中有哪些晶体缺陷？
晶体中原子排列不完整、不规则的微小区域称为晶体缺陷。

工业金属中的晶体缺陷有点缺陷（空位、间隙原子），线缺陷（位错），面缺陷（晶界、亚晶界）。

合金
2．简要说明金属结晶的必要条件及结晶过程。

金属结晶的必要条件是过冷，即实际结晶温度必须低于理论结晶温度。

金属结晶过程是由形核、长大两个基本过程组成的，并且这两个过程是同时并进的。

3．指出在铸造生产中细化金属铸件晶粒的途径。

用加大冷却速度，变质处理和振动搅拌等方法，获得细晶小晶粒的铸件。

4．一般情况，铸钢锭中有几个晶区？各晶区中的晶粒有何特征？
典型的铸锭组织有表层细晶区、柱状晶区和中心粗晶区三个晶区。

表层细晶区的晶粒呈细小等轴状，柱状晶区的晶粒为平行排列的长条状，中心粗晶区的晶粒呈粗大的等轴状。

5．固态合金中的相有几类？举例说明。

固态合金中的相有固溶体和金属化合物两种，如铁碳合金中的铁素体为固溶体，渗碳体为金属化合物。

6．形成间隙固溶体的组元通常应具有哪些条件？举例说明。

形成间隙固溶体的两组元原子直径差要大，即ｄ质／ｄ剂<0.59,所以间隙固溶体的溶质元素为原子直径小的碳、氮、硼；溶剂元素为过渡族金属元素。

如铁碳两元素可形成间隙固溶体。

7．置换固溶体的溶解度与哪些因素有关？
置换固溶体的溶解度与组元的晶体结构、原子直径差和负电性等因素有关。

8．简要说明金属化合物在晶体结构和机械性能方面的特点。

金属化合物的晶体结构是与任一组元的均不相同，其性能特点是硬度高，塑性、韧性差。

9．指出固溶体和金属化合物在晶体结构和机械性能方面的区别。

固溶体仍保持溶剂的晶格类型。

而金属化合物为新的晶格，它与任一组元均不相同。

固溶体一般是塑性、韧性好，强度、硬度低；金属化合物是硬度高，塑性、韧性差。

10．简要说明共晶反应发生的条件。

共晶反应发生的条件是合金液体的化学成分一定，结晶温度一定。

11．比较共晶反应与共析反应的异同点。

相同点：都是由一定成分的相在一定温度下同时结晶出两个成分不同的相。

不同点：共晶反应前的相为液相，过冷度小，组织较粗；共析反应前的相为固相，过冷度大，组织较细。

12．简要说明合金相图与合金铸造性能之间的关系。

合金相图中合金的熔点越高、结晶温度范围越大，合金的流动性越差，易形成分散缩孔，偏析严重，合金的铸造性能差；反之熔点越低、结晶范围越小，合金铸造性能越好。

塑性变形
13．比较具有体心立方晶格金属与具有面心立方晶格金属的塑性。

体心立方晶格与面心立方晶格的滑移系数目相同（6×2=12,4×3=12,），但面心立方晶格的滑移方向要多，故塑性要好。

14．简述金属经过冷变形后组织和结构的变化。

金属经过冷塑性变形后，其组织结构变化是金属的晶粒发生变形，晶粒破碎亚晶粒细化，位错密度增加；变形程度严重时会出现织构现象。

15．指出冷塑性变形金属在加热过程中各阶段的组织和性能变化。

回复，晶体缺陷减少，内应力降低。

再结晶，畸变的晶粒变成无畸变的等轴晶粒，亚晶粒数目减少、尺寸增大，位错密度下降；加工硬化消除。

晶粒合并长大，机械性能下降。

16．金属再结晶后的晶粒度与哪些因素有关？
金属再结晶后的晶粒度与再结晶温度及预先变形程度有关。

17．简要说明加工硬化在工程中的应用。

加工硬化在工程中的应用：①强化金属；②提高零件的使用安全性；③使某些压力加工工序能顺利进行。

18．简要说明铸钢锭经热加工（轧制、锻造）后组织和机械性能的变化。

铸钢锭经热加工后组织：晶粒可细化，成分可均匀，缩松、微裂纹、气孔等可焊合，使组织
致密，并形成纤维组织；其机械性能明显提高，并具有方向性。

铁碳相图
19．从化学成分、晶体结构、形成条件及组织形态上分析共析渗碳体与共晶渗碳体的异同点。

共晶渗碳体与共析渗碳体的化学成分、晶体结构是相同的。

共晶渗碳体是由共晶成分的液体经共晶转变形成的，为莱氏体的基体。

共析渗碳体是由共析成分的奥氏体经共析转变形成的，以片状分布在铁素体基体上。

从化学成分、晶体结构、形成条件及组织形态上分析一次渗碳体与二渗碳体的异同点。

20．一次渗碳体与二次渗碳体的化学成分、晶体结构是相同的。

一次渗碳体是从液体合金中结晶出来的，呈宽条状。

二次渗碳体是由奥氏体中析出的，在钢中呈断续网状或网状在白口铁中与共晶渗碳体连为一体。

热处理
21．简述共析钢的奥氏体化过程。

当钢加热至Ac1以上时，通过奥氏体的形核长大、未溶渗碳体的溶解及奥氏体成分均匀化四步完成奥氏体化.即F(0.0218%C,体心立方晶格)+Fe3C(6.69%C,复杂正交晶格)→A(0.77%C,面心立方晶格).
22．简述钢的含碳量和原始组织对钢的奥氏体化的影响。

钢的含碳量增加，原始组织中的珠光体变细，都会使铁素体与渗碳体的相界面增多，加速奥氏化。

球状珠光体的奥氏体化速度低于片状珠光体。

23．绘图说明共析钢的ＣＣＴ曲线与共析钢的ＴＴＴ曲线的差异。

ＣＣＴ曲线在ＴＴＴ曲线的右下方，并且无贝氏体转变区。

（图Ｂ－７）
24．从图示TTT曲线判断该钢可能属于哪几类碳钢,并写出各自按V1和V2冷速冷至室温所得到的组织及热处理工艺名称。

图Ａ－６①可是亚共析钢或是过共析钢;②按V1冷速冷至室温,亚共析钢为F+P,称完全退火；过共析钢为P+Fe3CⅡ，称完全退火；②按V2冷速冷至室温，亚共析钢为F+M，称亚温或欠热淬火；过共析钢为Fe3CⅡ+M，称为淬火或不完全淬火。

25．选择下列零件的退火方法：（１）用弹簧钢丝（强化的）经冷卷成弹簧后；（２）消除６０钢锻件的过热组织。

(1)去应力退火;(2)扩散退火
26．选择下列零件的退火方法：（１）低碳钢钢丝多次冷拉之间；（２）Ｔ１０钢车床顶尖锻造以后。

(1)再结晶退火;(2)球化退火
27．为什么一般情况下亚共析钢采用完全（奥氏体化）淬火，过共析钢采用不完全淬火？亚共析钢完全淬火为Ｍ，硬度高；不完全淬火为Ｆ＋Ｍ，Ｆ使钢的硬度不均匀且低。

过共析钢完全淬火为粗大Ｍ＋较多Ａ’，不完全淬火为细小Ｍ＋少量Ａ’＋Ｆｅ３Ｃ粒。

完全淬火由于Ｆｅ３Ｃ消失、Ａ’增多、Ｍ粗大，不仅降低钢的硬度，而且增大变形、开裂的倾向。

28．为减少钢件的淬火变形、防止开裂，从淬火方法上应采取哪些措施？
（１）淬火加热前进行预热，严格控制加热温度和保温时间。

（２）可采用双液淬火、分级淬火及等温淬火，并且注意淬火操作方式。

28．４５钢（Ac1=730℃,Ac3=780℃）分别加热至760℃,830℃,1040℃ 时的组织以及在水中冷却后的组织。

４５钢加热至７６０℃、８３０℃、１０４０℃时的组织依次为奥氏体＋铁素体、奥氏体、粗大的奥氏体；分别在水中冷却后的组织依次为马氏体＋铁素体、马氏体、粗大马氏体。

31．判断Ｔ１０钢（Ac1=730℃,Accm=800℃ ）分别加热至760℃,830℃时的组织和经水冷后的组织。

Ｔ１０钢加热至７６０℃、８３０℃时的组织及在水中冷却后的组织：奥氏体＋二次渗碳体、
奥氏体；马氏体＋二次渗碳体＋少量残余奥氏体、马氏体＋较多残余奥氏体。

30．某４５钢（钢料是合格的）零件，淬火后出现硬度不足，试分析产生原因。

其原因可能是：（１）淬火加热温度或保温时间不足，炉温不均匀，零件表面脱碳。

（２）冷却速度不足，如淬火介质冷却能力不够大或操作不当等。

32．２０钢制造的活塞销，经渗碳淬火后应该采用什么温度回火？经回火后活塞销表层是什么组织和性能（硬度）？
低温回火１５０－２００℃。

表层为回火马氏体＋粒状渗碳体＋少量残余奥氏体，ＨＲＣ６０左右。

33．４５（Ac1=730℃,Ac3=780℃）钢制造的连杆，要求具有良好的综合机械性能，试确定淬火、回火加热温度及淬火、回火后的组织。

淬火温度为８２０－８４０℃，淬火后组织为马氏体。

回火温度为５５０－６００℃，回火后组织为回火索氏体。

34．Ｔ１０（Ac1=730℃,Accm=800℃ ）钢制造的手锯条，要求具有高的硬度、耐磨性，试确定淬火、回火加热温度及淬火、回火后的组织。

淬火温度为７６０－７８０℃，淬火后组织为马氏体＋粒状渗碳体＋少量残余奥氏体。

回火温度为１８０－２００℃，回火后组织为回火马氏体＋粒状渗碳体＋少量残余奥氏体。

35．简要说明４５钢零件淬火后分别经过低温回火、中温回火及高温回火的组织与机械性能特点。

４５钢淬火后经低温回火组织为回Ｍ，硬度约为ＨＲＣ５５，耐磨性高、韧性较低；经中温回火组织为回Ｔ，硬度约为ＨＲＣ４０，具有高的σｅ、σｓ及较好的韧性；经高温回火组织为回Ｓ，硬度约为ＨＲＣ２５，具有良好的综合机械性能
36．从形成条件、组织形态及机械性能（ＨＢ、σｓ、Ａｋ）方面比较索氏体与回火索氏体。

索氏体是由过冷奥氏体在６００－６５０℃分解得到的，其中的渗碳体呈细片状；回火索氏体是由马氏体经高温回火得到的，其中的渗碳体呈细粒状。

两者的硬度相近，为低硬度，但回火索氏体的σｓ、Ａｋ值高于索氏体。

37．简述淬火钢在回火过程中的组织转变。

随回火温度的升高，淬火组织（Ｍ＋Ａ’）通过马氏体的分解，残余奥氏体的转变，碳化物的聚集长大和α相的回复、再结晶，并逐渐转变为回火马氏体、回火屈氏体和回火索氏体组织。

38．从形成条件、组织形态及机械性能（ＨＢ、σｓ、Ａｋ）方面比较屈氏体与回火屈氏体。

屈氏体是由过冷奥氏体在６００－５５０℃分解得到的，呈极细片状；回火屈氏体是由马氏体经中温回火得到的，呈极细粒状；两者的硬度相近，均为中等硬度，但回火屈氏体的屈服强度及韧性均高于屈氏体。

39．试分析比较在正常淬火条件下２０、４５、４０Ｃｒ、Ｔ８、６５等钢的淬透性和淬硬性高低。

淬透性由高到低的顺序为：４０Ｃｒ、Ｔ８、６５、４５、２０。

因为铬提高淬透性；在亚共析碳钢中，随含碳量的提高，淬透性提高。

淬硬性由高到低的顺序为：Ｔ８、６５、４５、４０Ｃｒ、２０。

因为淬硬性主要取决于钢中的含碳量。

40．试分析影响钢的淬透性的因素。

影响钢的淬透性的因素有：（１）钢的化学成分主要是钢中的合金元素种类及其含量，其次是钢中的含碳量。

（２）加热条件奥氏体化的温度及保温时间。

即凡使Ｃ曲线右移，降低临界淬火速度的因素均提高钢的淬透性。

41．４５钢零件在高频淬火以前为什么要进行预备热处理？常用预备热处理有哪几种？
４５钢件高频表面淬火前预备热处理的作用是：提高钢件心部的强韧性，并为表面淬火做组
织准备。

常用的预备热处理有：正火和调质。

42．以渗碳为例，简要说明化学热处理的三个基本过程。

化学热处理的基本过程有：分解、吸收（吸附）和扩散。

以渗碳为例，分解：渗碳介质受热分解出活性碳原子；吸收：活性碳原子被钢件表面吸收，进入铁的晶格，形成固溶体或碳化物；扩散：表层碳原子向工件内部扩散，形成一定厚度的渗碳层。

43．在易切削钢中，常加入硫，试说明其作用。

在易切钢中，硫与锰形成硫化锰，它能中断基体的连续性，使切屑短小（断屑），减小刀具磨损，从而有利于降低零件的表面粗糙度。

44．简述强化金属材料的途径。

强化金属材料的途径有很多，例如细晶强化、合金化、加工硬化、淬火强化、时效强化等等。

合金钢
45．试述ＣｒＷＭｎ低变形钢制精密量具（块规）所需要的热处理工艺。

ＣｒＷＭｎ钢制造精密量具需要的热处理有：（１）毛坯（预备）热处理为球化退火；如有网状二次碳化物存在时为正火＋球化退火。

（２）量具热处理为淬火、冷处理、低温回火、人工时效。

46．用Ｃｒ１２ＭｏＶ钢制冷作模具时，应如何进行热处理？
Ｃｒ１２ＭｏＶ钢冷作模具的热处理有：一次硬化法，即较低温度加热淬火、较低温度回火；二次硬化法，即较高温度加热淬火、较高温度回火。

47．为什么Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ钢锻造后经空冷能够获得马氏体组织？
Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ钢中有大量的合金元素，它们均能提高钢的淬透性，使Ｃ曲线大大右移，因此在空冷时也可得到马氏体。

铸铁
48．说明普通灰口铸铁的使用性能和工艺性能特点。

普通灰口铸铁的使用性能特点是：抗拉强度低，塑性、韧性差，具有良好的减磨性、消震性和低的缺口敏感性；其工艺性能特点是好铸、好切、难焊、不可锻。

49．指出普通灰口铸铁与球墨铸铁在石墨形态、机械性能和应用方面的主要区别。

普通灰口铸铁，石墨呈片状，强度低，为脆性材料，常用于箱体、床身等要求具有减磨性、减震性的机器零件。

球墨铸铁，石墨呈球状，强度高、塑性韧性较好，可代替铸钢件。