工程材料及熱處理習題及答案

思考與練習一

一、名詞解釋

強度、塑性、硬度、沖擊韌性、冷脆轉變、疲勞。

二、判斷題

1.彈性模量E是一個比例常數(shù)，對于某種金屬來說，它是一種固有的特性。（）

2._L程上所用的材料，一般要求其屈強比越大越好。（）

3.適于測試硬質(zhì)合金、表面淬火剛及薄片金屬的硬度的測試方法是布氏硬度。（）

4.金屬的韌性通常隨加載速度提高、溫度降低、應力集中程度加劇而變差。（）

5.材料的沖擊韌度越大，其韌性就越差。（）

6.金屬疲勞的判斷依據(jù)是疲勞強度。（）

7.材料的物理性能包括密度、熔點、導熱性、導電性和耐蝕性。（）

8.可鍛性的好壞取決于材料的塑性與變形抗力。（）

三、單項選擇題

1.下列不是金屬力學性能的是（）。

A、強度B、硬度C、韌性D、壓力加工性能

2.金屬材料的剛度越大，則其變形量（工

A、越大B、越小C、不變I）、不一定

3.根據(jù)拉伸實驗過程中拉伸實驗力和伸長量關系，畫出的力一一伸長曲線（拉伸圖）可以確定

出金屬的（工

A、強度和硬度B、強度和塑性C、強度和韌性I）、塑性和韌性

4.常用的塑性判斷依據(jù)是（）。

A、斷后伸長率和塑性B、塑性和韌性

C、斷面收縮率和塑性D、斷后伸長率和斷面收縮率

5.不宜用于成品與表面薄層硬度測試方法（

A、布氏硬度B、洛氏硬度C、維氏硬度I）、以上方法都不宜

6.判斷韌性的依據(jù)是（）。

A、強度和塑性B、沖擊韌度和塑性

C、沖擊韌度和多沖抗力D、沖擊韌度和強度

7.下列指標屬于金屬材料的物理性能的是（）。

A、強度B、硬度C、熱膨脹性D、耐腐蝕性

8.下列指標屬于金屬材料的工藝性能的是（

A、熱膨脹性B、沖擊韌性C、鑄造性I）、耐腐蝕性

四、簡答題

1.什么是工程材料？工程材料按化學成分可分為哪幾類？

2.什么是金屬材料的力學性能？金屬材料常用的力學性能有哪些？

3.低碳鋼的拉伸試驗大致可分為哪幾個階段？材料的強度指標和塑性指標分別是什么？

4.什么是疲勞斷裂？如何提高零件的疲勞強度？

思考與練習一答案

一、名詞解釋

1.強度：材料在外力作用下抵抗永久變形和破壞的能力稱為強度。根據(jù)外力性質(zhì)不同，強度可

分為抗拉強度、抗壓強度、抗力強度、抗剪強度等。

2.塑性：塑性是指材料在斷裂前發(fā)生永久變形的能力。

3.硬度：材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力稱為硬度。

4.沖擊韌性：材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力，稱為沖擊韌性。

5.冷脆轉變：材料的以值隨試驗溫度的降低而減小。蘭溫度降至某一數(shù)值或范圍時，曲值會急

劇下降，材料則由韌性狀態(tài)轉變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，這種轉變稱為冷脆轉變。

6.疲勞：在交變載荷作用下，即使零件所承受的應力遠低于其屈服強度，長時間作用后也會產(chǎn)

生裂紋或突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為材料的疲勞。

二、判斷題

1.V；2.X；3.X；4.J；5.X；6.J；7.X；8.

三、單項選擇題

1.D；2.B；3.B；4.D；5.A；6.C；7.C；8.C。

四、簡答題

1.答：

工程材料是指在機械、船舶、化工、建筑、車輛、儀表、航空航天等工程領域中用于制造工程

構件和機械零件的材料。一般將工程材料按化學成分分為金屬材料、非金屬材料、高分子材料和復

合材料四大類。

2.答：

金屬材料的力學性能是指材料在不同環(huán)境下，承受各種外加載荷時所表現(xiàn)出的力學特征。常用

的力學性能主要有強度、塑性、硬度、疲勞強度、沖擊韌性、斷裂韌性和耐磨性等。

3.答：

低碳鋼的拉伸試驗大致可分為以下四個階段：彈性階段、屈服階段、強化階段和頸縮階段。材

料的強度性能指標有屈服強度和抗拉強度。材料的塑性指標有斷后伸長率和斷面收縮率。

4.答：

在交變載荷作用下，雖然零件所受應力遠低于材料的屈服點，但在長期使用中往往會突然發(fā)生

斷裂，這種破壞過程稱為疲勞斷裂。提高零件疲勞強度的措施：改善機構設計避免應力集中；提高

加工工藝減少內(nèi)部組織缺陷；降低零件表面粗糙度和表面強化。

思考與練習二

一、填空題

I.金屬晶體常見的晶體結構有（）、（）和（）。

2.根據(jù)晶體缺陷的幾何特征，可以將晶體缺陷分為（）、（）

和（）。

3.位錯是指晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯排現(xiàn)象，使長度達幾百至幾萬個

原子間距、寬約幾個原子間距范圍內(nèi)的原子離開其平衡位置.，發(fā)生了有規(guī)律的錯動，常見的位錯類

型有（）和（）。

4.晶格點缺陷常見的類型有（）、（）和（）。

5.（）和（）是鐵碳合金的兩個組元。

6.按溶質(zhì)原子在晶格中所占的位置可以將固溶體分為（）和（）

兩類。

7.金屬化合物常見的類型有（）、（）和（）。

8.合金存在的狀態(tài)通常由合金的（）、（）和（）

三個因素確定的。

9.鐵素體是碳溶于（）中形成的間隙固溶體，奧氏體是碳溶于（）中形

成的間隙固溶體。

10.根據(jù)鐵碳相圖填寫下表。

碳的質(zhì)量分數(shù)

溫度/C顯微組織溫度rc顯微組織

（%）

0.45800900

0.77700900

1.20600800

二、簡答題

1.什么是晶格和晶胞？如何表示晶胞的大小和形狀？

2.什么是過冷現(xiàn)象和過冷度？過冷度與哪叱因素有關系？

3.什么是合金，試舉例說明。

4.合金的相結構有哪幾種類型？它們的晶格特點是什么？

5.間隙相和間隙化合物有哪些相同點，其晶體結構、性能各有什么區(qū)別？

6.什么是合金相圖？合金相圖的作用有哪些？

7.試比較純鐵在固態(tài)下不同溫度范圍內(nèi)的晶體結構，為什么要“趁熱打鐵”？

8.分析說明一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體的來源。

三、計算題

I.畫出面心立方晶格的晶胞示意圖，并計算面心立方晶格的致密度。

2.用杠桿定律分別計算室溫下wc=0.4%的鐵碳合金組織組成物和相組成物的質(zhì)量分數(shù)。

思考與練習二答案

一、填空題

1.體心立方結構、面心立方結構和密排六方結構

2.點缺陷、線缺陷和面缺陷

3.刃型位錯?、螺型位錯

4.空位、置換原子、間隙原子

5.Fe3Cs鐵

6.置換固溶體、間隙固溶體

7.正常價化合物、電子價化合物、間隙相和間隙化合物

8.成分、溫度和壓力

9.a-Fe、y-Fe

10.

碳的質(zhì)量分數(shù)

溫度/C顯微組織溫度/C顯微組織

（%）

鐵素體+奧氏

0.45800900奧氏體

體

0.77700珠光體900奧氏體

珠光體+二次奧氏體+二次

1.20600800

滲碳體滲碳體

二、簡答題

1.表示原子在晶體中排列規(guī)律的空間格架叫做晶格，能夠完整地反映晶格特征的最小幾何單元

稱為晶胞，晶胞的大小和形狀常以晶胞的棱邊長度a、b、c及棱邊夾角a、仇丫表示。

2.金屬在結晶之前，溫度連續(xù)下降，當液態(tài)金屬冷卻到理論結晶溫度Tm（熔點）時，并未開始

結晶，而是需要冷卻到71“之下的某一溫度，，液態(tài)金屬才開始結晶。金屬的理論結晶溫度小與實

際結晶溫度7；之差，稱為過冷度，以/T表示。

冷度隨金屬的本性和純度的不同，以及冷卻速度的差異可以在很大的范圍內(nèi)變化。

3.所謂合金是指兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬，經(jīng)熔煉或燒結，或用其他方法組合

而成的具有金屬特性的物質(zhì)。例如，應用最廣泛的碳鋼和鑄鐵是由鐵和碳組成的合金，黃銅是由銅

和鋅組成的合金等。

4.合金相的種類極為繁多?但根據(jù)相的晶體結構特點可以將其分為固溶體和金屬化合物兩大類。

固溶體晶體結構與組成合金的某一組元的相同，金屬化合物晶體結構不同干任一組元。

5.間隙相和間隙化合物都是由原子尺寸較大的過渡族金屬元素（鐵、銘、鉗、鐺、帆）與原子

直徑較小的非金屬元素（氫、碳、氮、硼等）組成的。

間隙相具有簡單的晶體結構，間隙化合物一般具有復雜的晶體結構。與間隙相相比，間隙化合

物的熔點和硬度都要低些，而且加熱時也較易分解。

6.相圖是表示在平衡條件下合金系中合金的狀態(tài)與溫度、成分間關系的圖解，又稱為狀態(tài)圖或

平衡圖。利用相圖，可以一目了然地了解到不同成分的合金在不同溫度下的平衡狀態(tài)，它存在哪些

相，相的成分及相對含量如何，以及在加熱或冷卻時可能發(fā)生哪些轉變等。

7.1394C至1538℃,為&Fe,912c至1394℃,為y-Fe（奧氏體），912℃以下為a-Fe（鐵素體），

趁熱打鐵是因為加熱后鐵素體轉變?yōu)閵W氏體，奧氏體的塑性很好，易于塑性變形。

8.一次滲碳體是從液體中直接析出的，二次滲碳體是從奧氏體中析出的，三次滲碳體是從鐵素

體中析出的。

二、計算題

1.0.74o

2.從鐵碳相圖知，Wc=0.4%的鐵碳合金是亞共析鋼，其組織組成物是珠光體+鐵素體，即P+F,

相組成物是鐵素體+滲碳體，卬F+Fe3C。

組織組成物的含量計算：按照杠桿定律公式（2-9）和（2-10）,列式子如下：

0.77-0.4

x100%才49.5%

0.77-0.0.0218

VVp=l-vvo=1-49.5%之50.5%

相組成物的含量計算:

6.69-0.4

x100%之94.3%

6.69-0.0218

卬wc=1-卬。=1?%.3%.5.7%

思考與練習三

一、名詞解釋

調(diào)質(zhì)處理、殘余奧氏體、淬火、回火

二、填空題

1.鋼的熱處理是指將鋼在固態(tài)下進行（）、（）和（）,

以改變其內(nèi)部組織，從而獲得所需性能的一種工藝方法。

2.根據(jù)熱處理的目的、加熱和冷卻方式的不同，普通熱處理方法有（）、

）、（）和（）。

3.共析鋼加熱時，奧氏體的形成遵循形核和長大的基本規(guī)律，奧氏體的轉變過程可分為

）、（）、（）和（）四個階段。

4.根據(jù)共析鋼的C曲線,過冷奧氏體在A1線以下等溫轉變所獲得的組織產(chǎn)物是（）、

）和（）

5.常見的退火種類有（）、（）、（）、（）、

）o

6.生產(chǎn)上常用的化學熱處理的方法有（）、（）和（）。

三、單項選擇題

1.加熱是鋼進行熱處理的第一步，其目的是使鋼獲得（）。

A.均勻的基體組織

B.均勻的奧氏體組織

C.均勻的珠光體組織

D.均勻的馬氏體組織

2.鋼的低溫I可火的溫度為（）。

A.400℃

B.350℃

C.300℃

D.250℃

3.鋼的淬火工藝是將工件加熱到一定溫度，保溫一段時間，然后可采用的冷卻方式是（）。

A.隨爐冷卻

B.在空氣中冷卻

C.在風中冷卻

D.在水中冷卻

4.正火是將工件加熱到一定溫度，保溫一段時間，然后可采用的冷卻方式是（）。

A.隨爐冷卻

B.在油中冷卻

C.在空氣中冷卻

D.在水中冷卻

5.完全退火主要用于（）。

A.亞共析鋼

B.共析鋼

C.過共析鋼

D.所有鋼種

6.共析鋼在奧氏體的連續(xù)冷卻轉變產(chǎn)物中，不可能出現(xiàn)的組織是（）。

A.珠光體

B.索氏體

C.貝氏體

I）.馬氏體

7.為防止焊接件的變形和開裂，在焊接完成后應進行（）。

A.等溫退火

B.去應力退火

C.擴散退火

D.等溫退火

8.鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，獲得的組織是（）。

A.淬火馬氏體

B.回火屈氏體

C.回火索氏體

D.索氏體

9.為提高彈簧的彈性極限而進行回火，其加熱溫度是：）。

A.500~650℃

B.350~500℃

C.250~350℃

D.150~250c

10.下列碳鋼的退火工藝中加熱溫度最高的退火工藝是（）。

A.擴散退火

B.完全退火

C.球化退火

D.去應力退火

四、簡答題

1.什么是熱處理？熱處理的作用是什么？熱處理如何進行分類？

2.退火處理的目的是什么？生產(chǎn)上常用的退火方法仃哪幾種？說明其應用范圍。

3.什么是淬火？淬火的目的是什么？

4.常用的回火方法有哪幾種？各種回火方法回火后得到的組織是什么？

5.什么樣的零件需要進行表面淬火？常用表面淬火方法有?哪幾種？

思考與練習三答案

一、名詞解釋

調(diào)質(zhì)處理：將淬火與高溫回火相結合的熱處理方法稱為調(diào)質(zhì)處理。

殘余奧氏體：馬氏體的轉變冷卻只進行到室溫，這時奧氏體不能全部轉變?yōu)轳R氏體，還有

少量的奧氏體未生轉變而殘留下來，稱為殘余奧氏體。

淬火：將鋼加熱至臨界點Ac3（亞共析鋼）或Acl（過共析鋼）以上一定溫度，保溫一段時

間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷卻速度得到馬氏體（或下貝氏體）

的熱處理工藝。

回火：將淬火鋼加熱到Ac1點以下某一溫度，保持一定時間，然后以適當方式冷卻至室溫

的熱處理工藝。

二、填空題

1.加熱、保溫和冷卻

2.退火、正火、淬火、回火

3.奧氏體晶核形成、奧氏體晶核長大、殘余滲碳體溶解、奧氏體成分均勻化

4.珠光體、貝氏體、馬氏體

5.完全退火、球化退火、等溫退火、擴散退火、去應力退火

6.滲碳、滲氮和碳氮共滲

三、選擇題

1.B2.D3.D4.C5.A6.B7.B8.C9.C10.A

四、簡答題

1.鋼的熱處理是指將鋼在固態(tài)下進行加熱、保溫和冷卻，以改變其內(nèi)部組織，從而獲得所需性

能的一種工藝方法。

熱處理的作用主要是強化材料，改善材料的工藝性能。

根據(jù)熱處理的目的、加熱和冷卻方式的不同，可將熱處理分為普通熱處理、表面熱處理、化學

熱處理。

2.退火的目的主:要是均勻鋼的化學成分及組織，細化晶粒，調(diào)整硬度，消除內(nèi)應力和加工硬化，

改善鋼的成形及切削加工性能，并為淬火作好組織準備。

常用的退火方法有：完全退火、球化退火、等溫退火、擴散退火、去應力退火等。

完全退火主要用于亞共析成分的鑄件、鍛件、熱軋型材及焊接件等的退火；球化退火主要用于

共析或過共析成分的工件退火；等溫退火主要用于高碳鋼、高合金鋼及合金工具鋼工件的退火；擴

散退火主要用于消除鑄錠或鑄件在凝固過程中產(chǎn)生的枝晶偏析及區(qū)域偏析而進行的退火：去應力退

火主要用于為了消除鑄件、鍛件、焊接件及機械加工工件中的殘留內(nèi)應力而進行的退火。

3.淬火是將鋼加熱至臨界點Ac3（亞共析鋼）或Acl（過共析鋼）以上一定溫度，保溫一段時間，

使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷卻速度得到馬氏體（或下貝氏體）的熱處

理工藝。

淬火的主要目的是獲得盡量多的馬氏體組織，再配以不同溫度的回火工藝，繼而獲得各種需要

的性能。

4.常用的回火方法有低溫回火、中溫回火和高溫回火。

低溫回火得到的組織主要為回火馬氏體；中溫回火得到的組織主要為回火托氏體；高溫回火得

到的組織主要為回火索氏體。

5.對于要求具有表面硬、耐磨，而心部韌，抗沖擊的特性的零件，如一些在彎曲、扭轉、沖擊

載荷、摩擦條件下工作的齒輪等機器零件，需要進行衣面淬火。

常用的表面淬火方法有感應加熱表面淬火和火焰加熱表面淬火兩種。

思考與練習四

一、判斷題

1.實際碳鋼中只有鐵和碳兩種元素。（）

2.45號鋼屬于優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼。（）

3.T8是碳素工具鋼，含碳量為萬分之八。（）

4.合金結構鋼又分為普通低合金鋼、合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、滾動軸承鋼和易

切屑鋼。（）

5.灰鑄鐵比鑄鋼的鑄造性能更良好。（）

二、單項選擇題

1.灰鑄鐵具有良好的抗壓、減震性能，常用于制造（）

A.曲軸B.機床床身、底座、箱體C.管接頭D.量具

2.碳含量為Wc=4.3%的鐵碳合金具有良好的（）

A.可鍛性B.切削加工性能C.可焊性D.鑄造性能

3.建筑用鋼筋宜選用（）

A.高碳鋼B.中碳鋼C.低碳鋼D.工具鋼

4.下列鋼鐵材料中切削性能較好的是（）

A.工業(yè)純鐵B.45鋼C.白口鑄鐵D.T12A鋼

5.使鋼產(chǎn)生熱脆的元素是（）

A、SB、SiC、PD、Cr

三、簡答題

1.碳鋼在性能上主要有明;幾方面的不足？

2.合金元索在鋼中有哪些存在形式？主要起哪些強化作用？

3.合金元素對Fe-Fe3c相圖產(chǎn)生哪些影響？

4.滲碳鋼有哪些性能要求？其成分特點是什么？

5.調(diào)質(zhì)鋼一般要經(jīng)過哪些熱處理？其目的是什么？

6.彈簧鋼為什么要進行噴丸處理？

7.滾動軸承鋼的合金化與性能特點是什么？

8.試簡述高速工具鋼的成分特點和熱處理工藝特點。

9.高速工具鋼經(jīng)鑄造后為什么要反復鍛造？在切削加工前為什么還要進行球化退火？

10.生產(chǎn)中常用什么方法使奧氏體不銹鋼得到強化？

思考與練習四答案

一、判斷題

1.X；2.V：3.X4.V；5.V

二、單項選擇題

1.B；2.D；3.C；4.B5.A

三、簡答題

1.答：碳鋼的在性能上主要有以下幾方面的不足：

（1）淬透性低；（2）強度和屈強比較低；（3）回火穩(wěn)定性差；（4）不能滿足特殊性能的要求。

2、答：合金鐵素體，合金滲碳體，特殊碳化物；作用：固溶強化，第二相強化，細晶強化。

3、答：改變了奧氏體區(qū)的范圍，改變S、E點位置。

4、答：性能特點：表硬里韌，具有高的淬透性和滲碳能力；成分特點：低碳，加入提高淬透性

的合金元素，加入阻礙奧氏體晶粒長大的輔助元素。

5、答：淬火+高溫回火；FI的獲得具有較高綜合力學性能，即具有較高的強度、硬度和良好的

塑性、韌性，具有良好的淬透性。

6、答：為獲得具有高的彈性極限和高的屈強比（ReL/Rm）,以保證承受大的彈性變形和較高的

載荷；具有高的疲勞強度，以免產(chǎn)生疲勞破壞；具有足夠的韌性和塑性。

7、答：合金化：高碳，主加Cr元素，附加Si、Mn、V等合金元素，高的冶金質(zhì)量；性能：高

硬度（61-65HRC）和高耐磨性，高的接觸疲勞強度和高的彈性極限，足夠的韌性、抗腐諛性及淬

透性。

8、答：成分特點：高碳，高合金；熱處理特點：球化退火，淬火和回火。

9、答：高速鋼的鑄態(tài)組織中有粗大的魚骨狀合金碳化物，使鋼的力學性能降低，這種碳化物不

能用熱處理來消除,只有對鑄件反坦鍛造或軋制才能擊碎：球化退火主要目的是降低硬度,消除內(nèi)

應力，并對隨后的淬火及切削加工做好組織上的準備。

10、答：奧氏體不銹鋼無磁性而且具有高韌性和塑性，但強度較低，不可能通過相變使之強化，

僅能通過冷加工進行強化，如加入S,Ca,Se,Te等元素，則具有良好的易切削性。

思考與練習五

一、填空題

1、在鐵碳合金中，碳的存在形式常以和兩種形式存在。

2、鑄鐵的石墨化過程通常分為三階段，第一階段從直接析出石墨，第二階段從

中析出石墨，第三階段分解析出石墨。

3、鑄鐵的石墨化程度決定了鑄鐵的組織和性能，因而影響鑄鐵石墨化的因素就是影響鑄鐵組織

和性能的因素，主要包括和。

4、硫是強烈阻止石墨化的元素，能夠促進鑄鐵的白口化，且易產(chǎn)生,降低鑄造性能

和機械性能；磷是促進石墨化的元素，但當磷含量超過0.3$時，在晶界上易析出硬脆的磷共晶，降

低鑄鐵強度，形成“

5、根據(jù)石墨形態(tài)的不同，鑄鐵又可為、、、o

二、選擇題

1、化學成分是石墨化的主要因素之一，下列選項在實際生產(chǎn)中屬于常見的促進鑄鐵石墨化的元

素是（）

（A）C、Si、S；（B）Cu、Ni、Co；（C）Cr、Mo,W；（D）Al、Cu、Mn

2、QT4（）0T8鑄鐵因其優(yōu)良的綜合性能廣泛應用于閥門閥體等管道設備，其抗拉強度不小于（）

（A）392MPa；（B）180MPa；（C）400MPa；（D）418MPa

3、按金屬基體組織的小同，灰鑄鐵分為（）＜.

（A）鐵素體、鐵素體+珠光體、珠光體；（B）奧氏體、鐵素體+珠光體、珠光體

（C）奧氏體、奧氏體+珠光體、珠光體；（D）鐵素體、鐵素體+珠光體、滲碳體

4、生產(chǎn)實踐中，可鍛鑄鐵是白口鑄鐵經(jīng)（）處理獲得。

（A）孕育處理；（B）球化處理：（C）石墨化退火；（D）蠕化處理

5、與灰口鑄鐵相比，球墨鑄鐵在化學成分中含碳量和含硅量相對較高，缽含最較低，對磷硫的

控制較嚴，且為了實現(xiàn)石墨球化要求含有一定量的（）。

（A）殘余硫、殘余磷；（B）殘余硫、殘余鎰；（C）殘余硫、殘余鎂；（D）殘余鎂和稀土元素

三、簡答題

1、什么是鑄鐵？與鋼相比鑄鐵有何特點？

2、根據(jù)鐵碳合金雙重相圖（分別按Fe-G相圖和Fe-F&C相圖分解）和結晶條件不同，簡述鑄

鐵的三個石墨化階段。

3、什么是可鍛鑄鐵？可鍛鑄鐵能鍛造嗎，為什么？

4、簡述下列牌號各表示什么含義：HT250,RuT300,KTH350-10。

5、簡述球墨鑄鐵的組織特點及常用熱處理工藝。

思考與練習五答案

一、填空題

1、滲碳體（Fe￡）、單質(zhì)游離態(tài)的石墨（G）；

2、液相、奧氏體、滲碳體：

3、化學成分，冷卻速度：

4、熱裂傾向，冷脆性；

5、灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵。

二、選擇題

1、B；2、C；3、A；4、C；5、D

三、簡答題

1、鑄鐵是近代工業(yè)生產(chǎn)中應用最為廣泛的一種鑄造金屬材料，從鐵碳合金相圖可知，碳質(zhì)量分

數(shù)含量大于2.1晚的合金稱為鑄鐵。工業(yè)上應用的鑄鐵，并不是簡單的鐵碳二元系合金，而是以鐵、

碳、硅等為主要元素的多元系合金，其成分大致范闈是：2.4?10%C、0.6?3.0%Si、0.2~1.2%Mn.

0.04-1.2%P、0.04-0.20%S等。此外，為了改善提高性能以適應不同工況的特定需求，往往在

合金熔體中加入一定的合金元素，如Cr、Mo>V、Ti、Nb、陳、Cu等。由此可見，鑄鐵與鋼在成分

上主要不同是：鑄鐵含碳、含硅量較高，雜質(zhì)元素硫、磷量較多。

鑄鐵材料雖在強度、塑性及韌性上表現(xiàn)不足，不可鍛造只能鑄造成型，但因其具有優(yōu)良的鑄造

性、減磨性、減震性和切削加工性等，且生產(chǎn)工藝簡單，成本低廉，在經(jīng)過適當合金化后還可以獲

得良好的耐熱性或耐蝕性。

2、第一階段（高溫階段）：從液相中直接析出石墨相，在1154c發(fā)生共晶轉變析出共晶石墨，

共晶反應式：Lc'-AE'+G共晶；?次滲碳體和共品滲碳體在高溫分解析出右墨。

第二階段（中溫階段）：在共析溫度和共晶溫度之間（738℃?1154C）,奧氏體沿ES線析出石

墨；二次滲碳體分解析出石墨。

第三階段（低溫階段）：在738℃發(fā)生共析轉變析出石墨，共析反應式：入'-F/+G共析；共析

滲碳體分解析出石墨。

通常，鑄鐵自高溫冷卻過程中，由于高溫態(tài)時原子具有較高的擴散能力，故其第一、二階段的

石墨化比較容易進行，即凝固后得到（A+G）的中溫組織；而隨后較低溫度的第三階段石墨化，常

因溫度、冷速、成分、擴散等動力學條件的限制，往往部分或全部會被抑制，導致室溫得到三種不

同的組織，即F+G、F+P+G及P+G。

3、可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵在固態(tài)下經(jīng)長時間石墨化退火而獲得的一種具有團絮狀石墨的高強度

鑄鐵，又稱為馬鐵。

不可鍛造，可鍛鑄鐵的可鍛只是表示它的塑性比一般鑄鐵要好，并不表示可以鍛造。可鍛鑄鐵

含有石墨，鍛造時石墨將發(fā)生滑移，形成片狀的缺陷，其性能將會大幅度下降，所以不可鍛造。因

為較其他鑄鐵來說，相對■有良好的塑性，延展性，其金相組織成絮狀，所以叫KT,可鍛僅是在一定

程度上的。

4.HT25O表示灰鑄鐵最低抗拉強度為25OMPa：牌號RuT3OO表示最低抗拉強度為SOOMPa的蠕

墨鑄鐵；牌號KTH350-10表示最低抗拉強度為350MPa、最低斷后伸長率為10%的黑心可鍛鑄鐵，

即鐵素體可鍛鑄鐵。

5、球墨鑄鐵的基體組織主要有鐵素體（F）、珠光體（P）和鐵素體加珠光體（F+P）三種，其

中應用最為廣泛的是鐵素體球墨鑄鐵和珠光體球墨鑄鐵。在鑄態(tài)組織中石墨呈球狀，形態(tài)圓整優(yōu)良，

且通常孤立的分布在基體中，相當于在類似的鋼基體中加上球狀的石墨組織，對基體組織的強度、

塑性和韌性的影響小。石墨數(shù)量越少、尺寸越小且分布越均勻，球墨鑄鐵的機械性能越高，換言之，

即鑄鐵基體強度的有效承載利用率越高，通常球墨鑄鐵可達70%?90%。球墨鑄鐵常見的熱處理有

退火、正火、調(diào)質(zhì)處理及等溫淬火。

思考與練習六

一、名詞解釋

有色金屬、時效強化、過剩相強化、a+B鈦合金、變形鎂合金、巴氏合金

二、判斷題

1.金屬材料按顏色可分為黑色金屬和有色金屬兩大類。)

2.鑄造鋁合金可以通過變質(zhì)處理及固溶時效強化來提高其力學性能。)

3.工業(yè)純鋁按純度分為高純鋁、工業(yè)高純鋁和工業(yè)純鋁三類。（）

4.工業(yè)純銅的代號有Tl、T2、T3、T4,順序號越大，純度越高。（）

5.鐵、錫、鈦在固態(tài)下有同素異構轉變現(xiàn)象。（）

6.巴氏合金摩擦系數(shù)低，能承受較大的載荷，但磨合性差。（）

三、單項選擇題

1.防銹鋁合金可以通過（）來提高其強度。

A、冷變形強化B、時效強化C、過剩相強化D、熱處理強化

2.a鈦合金.主要依靠（）。

A、淬火強化B、固溶強化C、時效強化D、過剩相強化

3.普通黃銅是由（〉組成的二元合金。

A、銅和鋅B、銅和錫C、銅和鉛D、銅和鋁

4.合金元素對變形鎂合僉的性能有顯著的影響，（）可以提高其機械性能。

A、鉛和鎰B、鋁和鎰C、鋅和錯D、鋁和鋅

5.適宜于制作在高溫、高速、重載荷下工作的航空發(fā)動機軸承的合金是（）o

A、錫基軸承合金B(yǎng)、鉛基軸承合金C、銅基軸承合金I）、鋁基軸承合金

四、簡答題

1.簡述工業(yè)純銅的應用領域？

2.變形鋁合金和鑄造鋁合金可分為哪幾種？其牌號如何表示？

3.說明鎂合金的性能特點及應用？

4.說明鈦合金的性能特點及應用？

5.常用軸承合金有哪些？各有什么應用？

6、指出下列材料牌號或代號的含義。H59、ZQSnlO、Qbe2、ZCnSnSbll-6、LF21、LC6、ZL102。

思考與練習六答案

一、名詞解釋

有色金屬：除鐵、絡、錦之外的其他金屬及其合金。

時效強化：將淬火后的合金在室溫下放置或在低于固溶線某一溫度下加熱時，其強度、硬度會

隨時間的延長而增大，塑性、韌性會降低，這個過程稱為時效，時效過程中使合金強度、硬度增大

的現(xiàn)象稱為時效強化。

過剩相強化：當合金元素的含量超過最大溶解度后，便會出現(xiàn)過剩相，這些過剩相多為金屬間化

合物，它們在合金中阻礙位錯運動，使合金強度、硬度增大，而塑性、韌性降低，這種強化稱為過

剩相強化。

?+B鈦合金:是通過在純鈦中加入B穩(wěn)定化元索和a穩(wěn)定化元素而獲得的鈦合金，其具有良好

的塑性，容易鍛造、壓延和沖壓。

變形鎂合金：是通過在300?500C溫度范圍內(nèi)采用擠壓、軋制、鍛造的方法固態(tài)成型的鎂合金。

巴氏合金:在錫基或鉛基等軟基體上分布著硬質(zhì)點的軸承合金。

二、判斷題

1.金屬材料按顏色可分為黑色金屬和有色金屬兩大類。（V）

2.鑄造鋁合金可以通過變質(zhì)處理及固溶時效強化來提高其力學性能。（J）

3.工業(yè)純鋁按純度分為高純鋁、工業(yè)高純鋁和工業(yè)純鋁三類。（V）

4.工業(yè)純銅的代號有Tl、T2、T3、T4,順序號越大，純度越高。（x）

5.鐵、錫、鈦在固態(tài)下有同素異構轉變現(xiàn)象。（V）

6.巴氏合金摩擦系數(shù)低，能承受較大的載荷，但磨合性差。（x）

三、單項選擇題

1.防銹鋁合金可以通過（A）來提高其強度。

A、冷變形強化B、時效強化C、過剩相強化I）、熱處理強化

2.a鈦合金主要依靠（B）。

A、淬火強化B、固溶強化C、時效強化D、過剩相強化

3.普通黃銅是由（A）組成的二元合金。

A、銅和鋅B、銅和錫C、銅和鉛D、銅和鋁

4.合金元素對變形鎂合金的性能有顯著的影響，（I））可以提高其機械性能。

A、鉛和鎰B、鋁和鎰C、鎰和偌D、鋁和鋅

5.適宜于制作在高溫、高速、重載荷下工作的航空發(fā)動機軸承的合金是（C）。

A、錫基軸承合金B(yǎng)、鉛基軸承合金C、銅基軸承合金D、鋁基軸承合金

四、簡答題

1.簡述工業(yè)純銅的應用領域？

答：純銅常用冷加工方法制造電線、電纜、銅管、配制銅合金，制造抗磁干擾儀器，如羅盤、

航空儀表等。

2.變形鋁合金和鑄造鋁合金可分為哪兒種？其牌號如何表示？

答：（1）變形鋁合金可分為防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金及鍛造鋁合金；

防銹鋁合金牌號用“鋁”和“防”的漢語拼音字首“LF”加順序號表示，如LF5、LF21等。

硬鋁合金牌號用“鋁”和“硬”的漢語拼音字首“LY”加順序號表示，如LY1、LY11等。

超硬鋁合金牌號用“鋁”和“超”的漢語拼音字首“LC”加順序號表示，如LC4、LC6等。

鍛造鋁合金牌號用“鋁”和“鍛”的漢語拼音字首“L”加順序號表示，如LD5、LD10等。

（2）鑄造鋁合金和種類很多,主要有Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系4大類;其代號

用“ZL”+三位數(shù)字表示，第一位數(shù)字代表合金系（1為Al-Si系，2為Al-Cu系，3為Al-Mg系，4

為Al-Zn系），后兩位數(shù)字代表順序號，順序號不同，化學成分也不同，如ZL102表示2號Al-Si系

鑄造鋁合金。

3.說明鎂合金的性能特點及應用？

答：鎂合金根據(jù)成型工藝可分為鑄造鎂合金和變形鎂合金，鎂合金具有高比強度、優(yōu)良的可切

削加工性和耐沖擊性能，并對堿、汽油及礦物油具有化學穩(wěn)定性，廣泛應用用汽車、電子、電器、

航空航天、國防軍工、交通等領域。

4.說明鈦合金的性能特點及應用？

答：鈦合金可分為a鈦合金、B鈦合金、a+B鈦合金；

其中a鈦合金的室溫強度低、而高溫（500?600C）強度和蠕變強度較高，并且組織穩(wěn)定，具

有良好的抗氧化性、抗蠕變性和焊接性能，主要用于制作5（）0℃以下工作的零件、導彈燃料罐、

超音速飛機的渦輪機匣。

B鈦合金有較高的強度、優(yōu)良的沖壓性能和焊接性能，并可通過淬火和時效進行強化，但其性

能不夠穩(wěn)定；典型牌號有TB1、TB2,主要用于在350℃以下工作的零件、壓氣機M片、軸、輪

盤等旋轉件、飛機構件等；

a+B鈦合金具有良好的塑性，容易鍛造、壓延和沖壓，應用最廣泛的是TC4,具有良好的室溫、

高溫和低溫力學性能，良好的抗海水應力腐蝕及抗熱鹽應力腐蝕的能力，廣泛應用于航天航空、

船艦等領域。

5.常用軸承合金有哪些？各有什么應用？

答：常用軸承合金有錫基、鉛基、銅基、鋁基軸承合金。

其中錫基軸承合金用于制作汽車、拖拉機、汽輪機的島速軸承；

鉛基軸承合金用于制作低速、低載荷或中速、靜載荷設備的軸承；

銅基軸承合金適宜于制作在高溫、高速、重載荷下工作的軸承，如柴油機、汽輪機和航空發(fā)動

機上的軸承；

鋁基釉承合金適用于制作在高速、重載荷下工作的軸承，在車輛、內(nèi)燃機車上得到廣泛的應用。

6.指出下列材料牌號或代號的含義。H59、ZQSnlO>Qbe2、ZSnSb8Cu4,LF2KLC6>ZL102o

答：H59：表示平均含銅量為59樂其余為鋅的普通黃銅：

ZQSnlO：表示含錫量為10%的鑄造錫青銅；

Qbe2：表示含鍍量為2%的被青銅；

ZSnSb8Cu4：表示含睇量為8%,含銅量為4%,含鉛0.35%,其余含量為錫的的鑄造錫基軸承合

金。

LF21：表示序號為21的防銹鋁合金；

LC6：表示序號為6的超硬鋁合金；

ZL102：表示2號Al-Si系鑄造鋁合金。

思考與練習七

一、名詞解釋

非金屬材料、高分子材料、塑料、纖維、復合材料、燒結

二、判斷題

1.在注射成形中，料溫高，流動性也大。（）

2.塑料是一種高分子材料。（）

3.同一塑件在不同的成形條件下，其流動性是相同的。（）

4.熱固性塑料可以反復加熱軟化，冷卻固化成形。（）

5.陶瓷材料的抗拉強度較低，但抗壓強度較高。（）

6.天然橡膠與合成橡膠都是在高彈態(tài)使用的高分子材料。（）

7.陶瓷材料可以制作刀具材料，也可以制作保溫材料。（）

8.天然橡膠一般用作輪胎、電線電纜的絕緣保護套等。（）

三、單項選擇題

1.關于復合材料，不正確的敘述是（）。

A.比強度、比剛度大B.抗疲勞性能好

C.高溫性能差D.減震性能差

2.塑料注射成形適用于（）。

A.人批量生產(chǎn)B.熱塑性塑料

C.形狀復雜、尺寸精度高零件的生產(chǎn)I）.帶金屬嵌件的生產(chǎn)

3.非金屬材料包括（）。

A.高分子材料+陶瓷材料B.高分子材料+陶瓷材料+復合材料

C.好合材料+高分子材料D.更合材料+陶瓷材料

4.高分子材料主要有（）。

A.橡膠、塑料、合成纖維B.陶寬、塑料、無機玻璃

C.陶瓷、合成纖維、無機玻璃D.橡膠、塑料、無機玻璃、合成纖維

5.塑料的主要組成材料是（）。

A.合成纖維B.合成橡膠

C.合成樹脂D.A+B+C

6.合成纖維的使用狀態(tài)為（）。

A.晶態(tài)B.玻璃態(tài)

C.粘流態(tài)1）.高彈態(tài)

7.常用的有機玻璃屬于（）的一種。

A.塑料B.陶瓷

C.復合材料D.橡膠

8.PVC是一種（）塑料。

A.通用B.工程

C.特種D.熱固性塑料

四、簡答題

1.塑料按加工性能可以分為哪分類？各有什么特點？

2.簡述復合材料的特點？

3.相比于其他非金屬材料，橡膠具有什么特點？

思考與練習七答案

一、名詞解釋

1.除金屬以外的所有工程材料統(tǒng)稱為非金屬材料，主要有高分子材料、陶瓷材料和復合材料三

人類。

2.高分子材料：高分子材料是以高分子化合物為主要成分組成的非金屬材料，由低分子化合物

聚合而成，也稱高聚物。

3.塑料:塑料是以合成樹脂為主要成分，在一定條件（溫度、壓力等）下可塑成一定形狀并

且在常溫下保持其形狀不變的材料。

4.纖維是由連續(xù)或不連續(xù)的細絲組成的物質(zhì)，是高分子材料的另外一個重要應用。

5.友合材料：羽合材料是運用先進的材料制備技術將兩種或幾種不同性質(zhì)的材料優(yōu)化組合

而成的新材料。

6.經(jīng)過成形的粉末在加熱到一定溫度后開始收縮，在低于物質(zhì)熔點溫度之下變成致密、堅

硬燒結體的過程稱為燒結。

二、判斷題

1.V；2.V；3.X；4.X；5.J；6.V；7.、'；8.4

三、單項選擇題

1.A；2.B；3.B；4.A;5.C;6,B.

四、簡答題

1.答：

塑料按加工性能可以分為熱塑性塑料和熱固性塑料。

熱塑性塑料可以多次加熱加壓、反復成形、具有一定可塑性的合成樹脂和各種添加劑制成的塑

料。只有物理變化而無化學變化，變化過程可逆。分子結構是線形或支鏈形的二維結構。

熱固性塑料在初加熱時軟化，冷卻固化后再加熱時，則不再軟化，不能反復重塑，一般不溶于

溶劑。整個過程中既有物理變化也有化學變化，變化過程不可逆。分子結構從線形結構或支鏈形結

構變?yōu)榱Ⅲw網(wǎng)狀的交聯(lián)體形結構而固化。

2.答：

復合材料是一種各向異性的非均勻材料，與傳統(tǒng)材料相比，具有以下特點：

①較大的比強度和比模量。比強度大，零件自重?。槐饶Ａ看?，零件剛性好。

②抗疲勞性和減振性好。復合材料的纖維及基體能有效防止疲勞裂紋的擴展。同時，復合

材料的強度高、比模量大,具有良好的抗疲勞性和減振性。

③化學穩(wěn)定性和耐熱性好。復合材料具有較高的高溫強度，良好的抗氧化、耐酸堿和油

脂侵蝕性能。

3.答：

橡膠具有以下的特點：

①高彈性：彈性模量低，仰長變形大，有可恢復的變形，并能在很寬的溫度（-50~150℃）范圍

內(nèi)保持彈性。

②粘彈性：橡膠材料在產(chǎn)生形變和恢復形變時受溫度和時間的影響，表現(xiàn)有明顯的應力松弛和

蠕變現(xiàn)象，在震動或交變應力作用下\產(chǎn)生滯后損失。

③電絕緣性：橡膠和塑料一樣是電絕緣材料。

④有老化現(xiàn)象：如金屬腐蝕、木材腐朽、巖石風化一樣，橡膠也會因為環(huán)境條件的變化而產(chǎn)生

老化現(xiàn)象，使性能變壞，壽命下降。

⑤必須進行硫化才能使月，熱塑性彈性體除外；必須加入配合劑。

其它如比重小、硬度低、柔軟性好?、氣密性好等特點，都屬于橡膠的寶貴性能。

思考與練習八

四、填空題

1、形狀記憶合金根據(jù)恢復形式可以分為、、。

2、當材料溫度T降至某一數(shù)值T（時：超導體的電阻突然變?yōu)榱悖軌驘o損耗傳輸甩能，這就是

超導體的。

3、非晶態(tài)的結構模型中的微晶模型反映了、的特點。

4、儲氫合金吸放氫反應過程包括、、三步。

5、當粒子直徑減小到納米級別時，表面原子數(shù)占總原子數(shù)的比例大大提高，其表面積、表面能

及表面結合能等都發(fā)生了很大變化，由此引起的效應稱為o

五、選擇題

1、不屬于形狀記憶合金工程上的應用是（）

（A）連接件；（B）驅動器；（C）能量轉換器；（D）脊椎矯形棒

2、超導體的基本臨界參數(shù)不包括（）

（A）臨界溫度；（B）臨界磁場：（C）臨界電流；（D）臨界電壓

3、非晶態(tài)合金對某些化學反應具有明顯的催化作用，可以用作《

（A）化工催化劑；（B）日氣元件；（C）儲氫材料；（D）變壓器鐵芯

4、不屬于針對氫氣儲存問題的解決方案是（）。

（A）孕育處理；（B）高壓儲氫法；（C）液態(tài)儲氫法；（D）固體儲氫法

5、納米材料的特性不包括（）。

（A）表面效應；（B）體積效應；（C）隧道效應；（D）超導性

六、簡答題

1、簡述形狀記憶合金的概念及分類。

2、超導材料的基本性質(zhì)及參數(shù)。

3、非晶態(tài)合金的主要性能。

4、使用中的儲氫合金需滿足什么樣的條件？

5、舉例說明納米材料的特性及應用。

思考與練習八答案

一、填空題

1、不可逆形狀記憶效應、可逆形狀記憶效應、全程形狀記憶效應；

2、零電阻效應；

3、短程有序、長程無序；

4、吸收少量氫、反應生成氫化物相、氫化物相增加；

5、表面效應。

二、選擇題

1、D；2、D；3、A；4、A；5、D

三、簡答題

1、形狀記憶是指具有初始形狀的制品變形后，通過熱、電、光等物理刺激或者化學刺激處理又

可以恢復初始形狀的功能，具有形狀記憶功能的材料稱為形狀記憶（ShapeMemoryMaterials,簡

稱SMM）。根據(jù)形狀記憶材料的恢復形式，通?？煞譃槿缦氯N：不可逆形狀記憶效應：經(jīng)受力變形，

加熱時恢復高溫形狀，冷卻時不回復低溫相形狀的現(xiàn)象，亦稱為單程形狀記憶效應；可逆形狀記憶

效應：加熱時恢復高溫相狀態(tài)，冷卻時恢復低溫相形狀，即可通過溫度升降自發(fā)地、可逆的反復恢

復高低溫相形狀的現(xiàn)象，亦稱為雙程形狀記憶效應；全程形狀記憶效應：加熱時恢復高溫相形狀，

冷卻時變?yōu)樾螤钕嗤∠蚺c高溫相形狀相反的現(xiàn)象，是一種特殊的雙程形狀記憶效應。

2、超導材料的基本性能包括：零電阻效應、邁斯納效應（抗磁性）