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工程材料與熱加工
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第1章材料的力學效能
一、選擇題
1．金屬材料在靜載荷作用下，抵抗變形和破壞的能力稱為__c____。
a. 塑性 b. 硬度 c. 強度 d. 彈性
2．在測量薄片工件的硬度時，常用的硬度測試方法的表示符號是___c___。
a. hbs b. hrc c. hv d. hbw
3．做疲勞試驗時，試樣承受的載荷為__b_____。
a. 靜載荷 b. 交變載荷 c. 衝擊載荷 d. 動載荷
二、填空題
1．金屬塑性的指標主要有斷後伸長率和斷面收縮率兩種。
2．金屬的效能包括物理效能、化學效能、工藝效能和力學效能。
3．常用測定硬度的方法有壓入法、刻劃法和回跳法測試法。
4．材料的工藝效能包括鑄造效能、鍛造效能、焊接效能、切削加工性、熱處理性等。
5．零件的疲勞失效過程可分為疲勞裂紋產生、疲勞裂紋擴充套件、瞬時斷裂三個階段。
三、判斷題
1．用布氏硬度測試法測量硬度時，壓頭為鋼球，用符號hbs表示
2．材料的斷裂韌度大於材料的應力場強度因子的，材料的巨集觀裂紋就會擴充套件而導致材料的斷裂
四、概念及思考題
1．硬度，硬度的表示方法。
答：（1）硬度：材料在表面區域性體積內抵抗變形（特別是塑性變形）、壓痕或刻痕的能力；（2）硬度的表示方法：
布氏硬度：hbs(鋼頭：淬火鋼球)或hbw（鋼頭：
硬質合金球）洛氏硬度：hr維氏硬度:hv
2．韌性，衝擊韌性。3．疲勞斷裂4．提高疲勞強度的途徑。
第2章金屬的晶體結構與結晶
一、名詞解釋
晶體：是指原子（離子、分子）在三維空間有規則地週期性重複排列的物體；
晶格：是指原子（離子、分子）在空間無規則排列的物體；
晶胞：通常只從晶格中選取乙個能完全反應晶格特徵的、最小的幾何單元來分析晶體中原子的排列規律，這個最小的幾何單元成為晶胞；
晶粒：多晶體中每個外形不規則的小晶體；
晶界：晶粒與晶粒間的介面；
共晶轉變：在一定溫度下，由一定成分的液相同時結晶出成分一定的兩個固相的過程；
結晶：原子從排列不規則的液態轉變為排列規則的晶態的過程。
二、問答題
1．金屬中常見的晶體結構有哪幾種？
答：（1）體心立方晶格 （2）麵心立方晶格 （3）密排六方晶格
2．實際晶體的晶體缺陷有哪幾種型別？
答：（1）點缺陷（2）線缺陷(3)面缺陷
3．固溶體的型別有哪幾種?
答：（1）間隙固溶體（2）置換固溶體
4．純金屬的結晶是由哪兩個基本過程組成的?
答：（1）晶核的形成（2）晶核的長大
5．何謂過冷現象和過冷度? 過冷度與冷卻速度有何關係？
答：（1）過冷現象：金屬的實際結晶溫度低於理論結晶溫度；
過冷度：理論結晶溫度與實際結晶溫度的差；
（2）結晶時冷卻速度越大，過冷度就越大，金屬的實際結晶溫度就越低。
6．晶粒大小對金屬的力學效能有何影響? 細化晶粒的常用方法有哪幾種?
答：（1）一般情況下，晶粒越細，金屬的強度、塑性和韌性就越好；
（2）①增加過冷度 ②變質處理 ③振動或攪拌
7．什麼是共析轉變？共晶轉變與共析轉變有何異同？
答：（1）共析轉變：在恆定的溫度下，由乙個特定成分的固相同時分解成兩個成分和結構均不同的新固相的轉變
（2）①共晶反應母相是液相，而共析反應的是固相；②共析反應較共晶反應需要更大的過冷度：③共析反應常出現母相與子相的比容不同而產生容積的變化，從而引起大的內應力。
第3章鐵碳合金狀態圖（重點熟悉鐵碳合金狀態圖）
一、名詞解釋
1．同素異構轉變：金屬在固態下隨溫度的改變，由一種晶格轉變為另一種晶格的現象
2. 鐵素體（f）：鐵素體是碳在α-fe中形成的間隙固溶體，體心立方晶格。效能與純鐵相近，塑性、韌性好，強度、硬度低。它在鋼中一般呈塊狀或片狀。
奧氏體（a）：奧氏體是碳在γ-fe中形成的間隙固溶體，麵心立方晶格。因其晶格間隙尺寸較大，故碳在γ-fe中的溶解度較大，有很好的塑性。
滲碳體（fe3c）：鐵和碳相互作用形成的具有複雜晶格的間隙化合物。滲碳體具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近於零。
在鋼中以片狀存在或網路狀存在於晶界。在萊氏體中為連續的基體，有時呈魚骨狀。
珠光體（p）：由鐵素體和滲碳體組成的機械混合物。鐵素體和滲碳體呈層片狀。珠光體有較高的強度和硬度，但塑性較差。
萊氏體（ld）：由奧氏體和滲碳體組成的機械混合物。萊氏體中，滲碳體是連續分布的相，奧氏體呈顆粒狀分布在滲碳體基體上。由於滲碳體很脆，所以萊氏體是塑性很差的組織。
二、填空題
1．珠光體是由鐵素體和滲碳體組成的機械混合物共析組織)。
2．萊氏體是由奧氏體和滲碳體組成的機械混合物(共晶組織)。
3．奧氏體在1148℃時碳的質量分數可達2.11%，在727℃時碳的質量分數為0.77%。
4. 根據室溫組織的不同，鋼可分為亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼。 ．共析鋼的室溫組織為珠光體；亞共析鋼的室溫組織為鐵素體+珠光體；過共析鋼的室溫組織為珠光體+fe3cⅱ。
6．碳的質量分數為0.77%的鐵碳合金稱為共析鋼，其奧氏體冷卻到s點(727℃)時會發生共析轉變，從奧氏體中同時析出鐵素體和滲碳體的混合物，稱為珠光體。
7．奧氏體和滲碳體組成的共晶產物稱為萊氏體，其碳的質量分數為6.69%。
8．亞共晶白口鑄鐵碳的質量分數為2.11%~4.3%，其室溫組織為p+fe3cⅱ+ld『。
9．過共晶白口鑄鐵碳的質量分數為4.3%~6.69%，其室溫組織為ld』+fe3cⅰ。
10．過共析鋼碳的質量分數為0.77%~2.11%，其室溫組織為p+fe3cⅱ。
11．亞共析鋼碳的質量分數為0.0218%~0.77%，其室溫組織為f+p。
三、選擇題
1．鐵素體為____a____晶格，奧氏體為__b_____晶格。
a. 體心立方 b. 麵心立方 c. 密排六方 d. 複雜的
2．fe-fe3c狀態圖上的es線，用代號__b____表示，ps**用代號__a___表示。
a. a1 b. acm c. a3
3．fe-fe3c狀態圖上的共析線是____c______，共晶線是____a_____。
a. ecf線 b. acd線 c. ps**
四、判斷題
1．金屬化合物的特性是硬而脆，萊氏體的效能也是硬而脆，故萊氏體屬於金屬化合物
2．滲碳體中碳的質量分數為6.69
3．fe-fe3c狀態圖中，a3溫度是隨碳的質量分數增加而上公升的
4．碳溶於α-fe中所形成的間隙固溶體稱為奧氏體
第4章鋼的熱處理（重點掌握c曲線中各區域和溫度點的意義）
1．何謂鋼的熱處理？常用的熱處理工藝有哪些？
答：（1）將固態金屬或合金採用適當的方式進行加熱、保溫和冷卻，以獲得所需要的組織與效能的工藝。（2）①整體熱處理：
退火、正火、淬火和回火;②表面熱處理:感應加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火和雷射加熱表面淬火； ③化學熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲等
2．簡述共析鋼加熱時奧氏體形成的過程。
答：共析鋼加熱時奧氏體的形成過程可分為以下4個階段：①奧氏體晶核的形成 ②奧氏體的長大 ③殘餘滲碳體的溶解 ④奧氏體成分的均勻化
3．為什麼要控制奧氏體晶粒大小？如何控制奧氏體晶粒的大小？
答：（1）奧氏體晶粒的大小將影響冷卻形成後鋼的組織和效能（2）①鋼在加熱過程中，加熱溫度和保溫時間必須限制在一定的範圍內，以獲得更細小而均勻的奧氏體晶粒；②快速加熱和短時間保溫
4．解釋下列名詞：
(1) 索氏體、託氏體、貝氏體、馬氏體；
索氏體：在650~600℃溫度範圍內形成層片較細的珠光體。
託氏體：在600~550℃溫度範圍內形成片層極細的珠光體。
貝氏體：在含碳量過飽和的α相基體上瀰散分布的細小的碳化物亞穩組織；
馬氏體：奧氏體以大於νc的冷卻速度冷卻時，過冷奧氏體直接冷卻到ms線以下，奧氏體就轉變為了馬氏體。
(2) 過冷奧氏體、殘餘奧氏體；
過冷奧氏體：當溫度降到a1以下的時候，處於過冷狀態的奧氏體
殘餘奧氏體：mf轉變結束後剩餘的奧氏體。
(3) 退火、正火、淬火、回火、表面淬火；
退火：將鋼加熱到適當的溫度後，保溫一定的時間，然後緩慢冷卻，以獲得近似平衡組織的熱處理工藝；
正火：將工件加熱到acc3或accm以上30~50℃，保溫一定時間後從爐中取出在空氣中冷卻的熱處理工藝。
淬火：將鋼加熱到臨界溫度以上的適當溫度，經保溫後，以大於該鋼的淬火臨界冷卻速度進行冷卻，以獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。
回火：將淬火鋼重新加熱到a1以下某一溫度，保溫後冷卻到室溫的熱處理工藝。
表面淬火：通過對零件表面的快速加熱，使其很快達到淬火溫度，在熱量尚未充分傳到心部時立即進行淬火。
(4)淬透性、淬硬性；
淬透性：鋼在淬火後獲得淬硬層深度大小的能力。
淬硬性：鋼在淬火後獲得最高硬度的能力。
5．珠光體型別組織有哪幾種？它們的形成條件和效能方面有何特點？
答：（1）三種。分別是珠光體、索氏體和屈氏體。
（2）珠光體:是a1至650℃之間範圍內等溫轉變所獲得的粗層片狀的滲碳體和鐵素體構成的共析體；
索氏體：是在650~600℃溫度之間等溫轉變所得的層片較細的珠光體。
屈氏體：是在600~550℃溫度範圍內形等溫轉變所獲得的更細的層片狀珠光體。
珠光體片間距越小，相界面積越多，塑性變形的抗力越大，即強度、硬度越高，同時，塑性和韌性也有所改善。
6．簡述貝氏體的效能特點。
答：上貝氏體：強度、硬度較高，較易引起脆斷；
下貝氏體：強度、硬度、塑性和韌性均高於上貝氏體，具有良好的綜合力學效能
7．生產中常用的退火方法有哪幾種？各適用於什麼場合？
答：（1）生產上常用的退火操作有完全退火、等溫退火、球化退火、擴散退火和去應力退火 。
（2）①完全退火和等溫退火用於亞共析鋼成分的碳鋼和合金鋼的鑄件、鍛件及熱軋型材；有時也用於焊接結構。②球化退火主要用於共析或過共析成分的碳鋼及合金鋼。③擴散退火主要用於合金鋼鑄錠和鑄件；④去應力退火主要用於消除鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件（或冷拔件）及機加工的殘餘內應力。
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