材料的性能

第一章材料的性能1 材料的力学性能主要有哪些？强度，塑性，硬度，韧性及疲劳强度。

2 简述低碳钢的应力－应变曲线（分为几个阶段，各特征点表示什么含义）。弹性变形阶段，屈服阶段，塑性变形阶段，颈缩阶段。（画图）第二章材料的结构1 体心立方晶格的密排面和密排方向各有那些？面心立方晶格呢？{110}，<111>；{111}，<110> 2 与理想的晶体相比较，实际晶体在结构上有何特征？①多晶体结构；②具有晶体缺陷。

3 为何晶粒越细，金属的强度、硬度越高，塑性、韧性越好？金属的晶粒越细，晶界的总面积越大，位错阻碍越多，要协调的具有不同位向的晶粒越多，金属塑性变形的抗力越高，从而导致金属强度和硬度越高。金属晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，同时参与变形的晶粒数目也越多，变形越均匀，推迟了裂纹的形成和扩展，使得在断裂前发生较大的塑性变形，在强度和硬度同时增加的情况下，金属在断裂前消耗的功增大，因而其韧性也较好，因此，金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越好。

4 名词解释：相固溶体金属化合物固溶强化弥散强化相：金属或合金中，凡成分相同，结构相同，并与其它成分有界面分开的均匀组成部分。固溶体：合金中，其晶体结构与组成元素之一的晶体结构相同的固相称为固溶体。金属化合物：合金中，其晶体结构与组成元素之一的晶体结构均不相同的固相称为金属化合物。固溶强化：随溶质质量增加，固溶体的强度，硬度增加，塑性，韧性下降，这种现象称为固溶强化。弥散强化：即沉淀强化。若合金中的第二相以细小弥散的微粒均匀分布在基体上，则可以显著提高合金的强度，称为弥散强化。

5 固态合金中的相分为几类？它们是如何定义的？（提示：晶格类型）固溶体：合金中，其晶体结构与组成元素之一的晶体结构相同的固相称为固溶体。金属化合物：合金中，其晶体结构与组成元素之一的晶体结构均不相同的固相称为金属化合物。

6 铁素体、奥氏体和渗碳体哪些是固溶体，哪些是金属化合物，为什么？它们都是间隙型吗？铁素体，奥氏体是固溶体，渗碳体是金属化合物。按定义划分，渗碳体是间隙化合物。（未完）第三章材料的凝固1 为什么过冷是液态结晶的必要条件？液态结晶有那两种基本的形核方式？哪种形核方式需要的过冷度较小？在相同的过冷度下，哪种形核方式具有较高的形核率？只有“过冷”，才会存在相变驱动力，即能量条件。自发形核和非自发形核。非自发形核需要的过冷度较小。非自发形核。2 金属结晶的基本规律是什么？①能量条件：过冷度。②阶段性：形核、晶核长大。

3 名词解释：细晶强化通过细化晶粒而使金属材料力学性能（强度，塑性，硬度，韧性及疲劳强度）提高的方法称为细晶强化。

4 为了细化晶粒，是否应使液态金属冷得越快越好？试述理由。否。如果过冷度超过一定的限度后，晶粒可能变粗。

5 什么是相图？制定相图的条件是什么？相图是表示合金系中各合金在极其缓慢的冷却条件下结晶过程的简明图解。

6 哪些材料属于恒温凝固？哪些材料在某种温度范围内凝固？纯金属和共晶合金均为恒温凝固。

7 在两相共存区，相成份的变化有何规律？各相成分沿着各自相关的线发生变化。

8 工业条件下有可能产生哪两类成份偏析？应如何消除？微观偏析（枝晶偏析）：扩散退火；宏观偏析：大变形锻造（如高速钢之锻造）。

9 碳在钢铁材料中有哪几种存在形态？游离态的石墨、化合态的渗碳体、固溶体的 A 和F。石墨和渗碳体为碳在铁碳合金相图中的主要存在形式。10 简述Fe-Fe3C 相图中的两个基本反应，写出反应式并注明含碳量和温度。共析反应：共晶反应：生成珠光体，727 度生成高温莱氏体，1148 度11 指出下列组织的主要区别：⑴高温莱氏体与低温莱氏体；高温莱氏体：共晶奥氏体和共晶渗碳体的机械混合物低温莱氏体：珠光体和共晶渗碳体⑵共晶渗碳体，共析渗碳体，一次渗碳体，二次渗碳体，三次渗碳体。共晶渗碳体：共晶反应产生的渗碳体共析渗碳体：共析反应产生的渗碳体一次渗碳体：由液相直接析出的渗碳体二次渗碳体：奥氏体中析出的渗碳体三次渗碳体：铁素体中析出的渗碳体12 含碳量对碳钢的力学性能有何影响？从相的角度看，贴碳合金在室温下只有铁素体和渗碳体两个相，随含碳量增加，渗碳体的量呈线性增加。从组织的角度看，随含碳量增加，组织中渗碳体不仅数量增加，而且形态也在变

化：三次渗碳体（不连续的网状或片状）共析渗碳体（在珠光体中，片状）二次渗碳体（连续网状）共晶渗碳体（存在低温莱氏体中，作为基体）一次渗碳体（粗条片状）13 熟练画出Fe-Fe3C 相图，分析含碳量为 3.5%、0.4%和 1.3%的铁碳合金从液态缓冷至室温的结晶过程，并画出该合金在室温下的显微组织示意图。14 依据Fe-Fe3C 相图，说明产生下列现象的原因：⑴1.4%C 的钢比0.9%C 的钢的硬度高；①随着含碳量↑，渗碳体含量↑，所以硬度↑ ⑵室温下，0.9%C 的钢比1.3%C 的钢的抗拉强度高。②当含碳量小于0.9%时，随着含碳量↑，渗碳体含量↑，且弥散分布，起到弥散强化的作用，所以强度升高，但含碳量超过0.9％时，二次渗碳体结成连续的网状，不再起到弥散强化的作用，而是主要表现为渗碳体的性能特点，也即脆性大、强度低，故强度↓。15 计算0.6%C 的Fe-C 二元合金平衡结晶时，其室温组织的相对量。16 试计算：室温下，珠光体中铁素体和渗碳体的相对含量。17 某优质碳素结构钢钢的试样经金相分析，其组织为铁素体加珠光体，其中珠光体的面积约占40%。试判断其钢号。18 计算平衡结晶时，3.2%C 的铁碳合金，室温下，其组织的相对量。第四章金属的塑性变形与再结晶1 简述金属发生塑性变形的机理。.塑性变形机理：金属原子在切应力的作用下，以位错运动方式产生滑移。 2 何谓冷变形强化（形变强化、加工硬化、冷变形硬化）？原因何在？它在工程上有何利弊？加工硬化：随着塑性变形量的增加，金属的强度、硬度升高、塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化，又称为冷变形强化，或形变强化。产生加工硬化的原因：①晶体内部存在位错源，变形时发生了位错增值，随着变形量增加，位错密度增加。由于位错之间的相互作用（堆积，缠结等），使变形抗力增加。②③④随着形变量增加，亚结构细化，亚晶界对位错运动有阻碍作用。随着变形量增加，空位密度增加。由于晶粒由有利位向转到不利位向而发生几何硬化，因此使变形抗力增加。加工硬化是强化金属材料的重要手段之一。特别是对那些具有良好塑性且不能以热处理强化的材料来说，尤为重要。但是，加工硬化会给金属的进一步加工带来困难。3 什么是锻造流线？它有何特性？它给材料的力学性能带来什么影响？.锻造可使铸态金属中的非金属夹杂物沿着变形方向伸长，形成彼此平行的宏观条纹，称为流线，又称锻造流线。流线使金属材料的性能呈现明显的各向异性，拉伸时沿着流线伸长的方向（纵向）具有较好的力学性能，垂直于与流线方向的力学性能较差。【在热加工时应力求使流线与零件工作时的最大应力方向一致，而与冲击应力或切应力的方向垂直】4 将弹簧钢丝冷绕成形后，为何要进行回复退火？消除应力；定型。回复退火又称去应力退火（250～300℃）。5 试分析再结晶与重结晶有何相同之处？有何不同之处？工业上如何利用再结晶？同：皆遵循结晶的基本规律。异：重结晶，相变过程；再结晶，不是相变过程。工业上，可利用再结晶消除加工硬化，恢复材料的塑性，以利于进一步变形。6 在20℃的室温下，一块纯锡（熔点232℃）被枪弹击穿。弹孔周围的晶粒有何特征？试说明原因。为热加工，且发生了回复、再结晶，晶粒主要为等轴晶粒。7 金属塑性变形为何会造成残余应力？残余应力有何利弊？内应力是指平衡于金属内部的应力，它是由于金属在外力作用下，内部变形不均匀而引起的。利：有利于提高疲劳极限；弊：引起零件在加工、淬火过程中变形、开裂以及使金属耐腐蚀性下降。8 将塑变后的金属置于再结晶温度下长时间保温或继续升到较高的温度，金属的晶粒为什么会长大？对材料的力学性能会带来什么影响？再结晶完成后，若继续升高加热温度或延长加热时间，将发生晶粒长大，这是一个自发的过程。晶粒的长大是通过晶界迁移进行的，是大晶粒吞并小晶粒的过程。晶粒粗大会使金属的强度，尤其是塑性和韧性降低。第五章钢的热处理1 填空题⑴共析钢加热时，其A 体化过程包括（奥氏体晶核形成奥氏体晶核形成）、（奥氏体晶核长大奥氏体晶核长大）、（残余奥氏体晶核形成奥氏体晶核长大残余奥氏体溶解）和（奥氏体成分均匀化奥氏体成分均匀化）四个基本阶段。奥氏体溶解奥氏体成分均匀化⑵当钢中发生过冷A 体→M 体转变时，原A 体中含碳量越高，则Ms 越（低），转变后的低AR 量