金屬材料與熱處理試題庫(kù)+答案一、選擇題1.純金屬結(jié)晶時(shí)，冷卻速度越快，則實(shí)際結(jié)晶溫度將（）A.越高B.越低C.接近于理論結(jié)晶溫度D.沒(méi)有變化答案：B解析：純金屬結(jié)晶時(shí)，存在過(guò)冷現(xiàn)象，冷卻速度越快，過(guò)冷度越大，實(shí)際結(jié)晶溫度就越低。過(guò)冷度是理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差值。2.金屬的晶體結(jié)構(gòu)類型有（）A.體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格B.體心立方晶格、面心立方晶格和四方晶格C.體心立方晶格、四方晶格和密排六方晶格D.面心立方晶格、四方晶格和密排六方晶格答案：A解析：常見(jiàn)的金屬晶體結(jié)構(gòu)類型主要有體心立方晶格（如α-Fe、Cr、V等）、面心立方晶格（如γ-Fe、Al、Cu等）和密排六方晶格（如Mg、Zn等）。四方晶格不是常見(jiàn)的金屬晶體結(jié)構(gòu)類型。3.鐵素體是（）A.碳在α-Fe中的間隙固溶體B.碳在γ-Fe中的間隙固溶體C.碳在α-Fe中的有限固溶體D.碳在γ-Fe中的有限固溶體答案：A解析：鐵素體是碳溶解在α-Fe中形成的間隙固溶體，用符號(hào)F表示。由于α-Fe的晶格間隙較小，所以碳的溶解度很低。而碳在γ-Fe中形成的間隙固溶體是奧氏體。4.珠光體是一種（）A.單相固溶體B.兩相混合物C.化合物D.金屬間化合物答案：B解析：珠光體是由鐵素體和滲碳體組成的兩相混合物，用符號(hào)P表示。它是在一定溫度下由奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變而形成的。5.共析鋼的含碳量為（）A.0.77%B.2.11%C.4.3%D.6.69%答案：A解析：根據(jù)鐵-碳相圖，共析鋼的含碳量為0.77%，在727℃時(shí)會(huì)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。含碳量為2.11%是鋼和白口鑄鐵的分界點(diǎn)；4.3%是共晶白口鑄鐵的含碳量；6.69%是滲碳體的含碳量。6.完全退火主要用于（）A.亞共析鋼B.共析鋼C.過(guò)共析鋼D.白口鑄鐵答案：A解析：完全退火是將亞共析鋼加熱到Ac?以上30-50℃，保溫一定時(shí)間后緩慢冷卻的熱處理工藝。其目的是細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度和改善切削加工性能。共析鋼和過(guò)共析鋼一般采用球化退火；白口鑄鐵通常采用石墨化退火。7.淬火加高溫回火的熱處理工藝稱為（）A.正火B(yǎng).退火C.調(diào)質(zhì)處理D.表面熱處理答案：C解析：調(diào)質(zhì)處理是淬火加高溫回火的復(fù)合熱處理工藝。經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理后，鋼件具有良好的綜合力學(xué)性能，即較高的強(qiáng)度和韌性。正火是將鋼加熱到Ac?或Accm以上30-50℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后在空氣中冷卻的熱處理工藝；退火是將金屬材料加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝；表面熱處理是只加熱工件表層，以改變其表層力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。8.鋼的淬透性主要取決于（）A.冷卻介質(zhì)B.冷卻速度C.鋼的化學(xué)成分D.工件尺寸答案：C解析：鋼的淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得淬硬層深度的能力，主要取決于鋼的化學(xué)成分，特別是合金元素的種類和含量。合金元素可以提高鋼的淬透性。冷卻介質(zhì)和冷卻速度影響的是鋼的淬硬性；工件尺寸也會(huì)影響淬硬層深度，但不是決定淬透性的主要因素。9.下列材料中，硬度最高的是（）A.鐵素體B.珠光體C.滲碳體D.奧氏體答案：C解析：滲碳體是一種具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的間隙化合物，其硬度很高，塑性和韌性幾乎為零。鐵素體硬度較低，塑性和韌性較好；珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物，硬度介于鐵素體和滲碳體之間；奧氏體在高溫時(shí)存在，硬度也相對(duì)較低。10.鋁合金按其成分和工藝特點(diǎn)可分為（）A.變形鋁合金和鑄造鋁合金B(yǎng).防銹鋁合金和硬鋁合金C.超硬鋁合金和鍛鋁合金D.特殊鋁合金和普通鋁合金答案：A解析：鋁合金按其成分和工藝特點(diǎn)可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。變形鋁合金通過(guò)壓力加工方法制成各種型材、板材等；鑄造鋁合金則適用于鑄造方法制造各種形狀復(fù)雜的零件。防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金和鍛鋁合金都屬于變形鋁合金的不同類型。二、判斷題1.金屬的結(jié)晶過(guò)程是由晶核的形成和晶核的長(zhǎng)大兩個(gè)基本過(guò)程組成的。（）答案：正確解析：金屬結(jié)晶時(shí)，首先在液態(tài)金屬中形成一些微小的晶體作為晶核，然后這些晶核不斷吸收周圍的原子而長(zhǎng)大，同時(shí)又會(huì)不斷形成新的晶核，直至液態(tài)金屬全部結(jié)晶完畢。所以金屬的結(jié)晶過(guò)程是由晶核的形成和晶核的長(zhǎng)大兩個(gè)基本過(guò)程組成的。2.晶體與非晶體的根本區(qū)別在于是否具有規(guī)則的幾何外形。（）答案：錯(cuò)誤解析：晶體與非晶體的根本區(qū)別在于原子排列是否規(guī)則。晶體中的原子是有規(guī)則、周期性排列的，而非晶體中的原子排列是無(wú)序的。雖然晶體通常具有規(guī)則的幾何外形，但這不是它們的根本區(qū)別。例如，經(jīng)過(guò)加工的非晶體材料也可以具有規(guī)則的外形。3.鐵碳合金中，隨著含碳量的增加，硬度不斷提高，塑性和韌性不斷下降。（）答案：正確解析：在鐵碳合金中，碳主要以滲碳體的形式存在。滲碳體硬度高、塑性和韌性差。隨著含碳量的增加，滲碳體的含量也增加，所以合金的硬度不斷提高，而塑性和韌性不斷下降。但當(dāng)含碳量超過(guò)0.9%后，由于二次滲碳體呈網(wǎng)狀分布在晶界上，會(huì)使合金的強(qiáng)度有所下降。4.回火的目的主要是消除淬火內(nèi)應(yīng)力，降低材料的脆性，調(diào)整硬度和韌性之間的平衡。（）答案：正確解析：淬火后鋼件內(nèi)部存在很大的內(nèi)應(yīng)力，而且脆性較大。回火是將淬火后的鋼件加熱到低于A?的某一溫度范圍，保溫一定時(shí)間后冷卻的熱處理工藝。通過(guò)回火可以消除淬火內(nèi)應(yīng)力，降低材料的脆性，根據(jù)回火溫度的不同，可以調(diào)整鋼的硬度和韌性之間的平衡，獲得不同的力學(xué)性能。5.所有的金屬材料都可以通過(guò)熱處理來(lái)提高其力學(xué)性能。（）答案：錯(cuò)誤解析：只有對(duì)能夠發(fā)生固態(tài)相變的金屬材料，熱處理才可以顯著改變其組織和性能。例如，純金屬和一些單相固溶體合金，由于在固態(tài)下不發(fā)生相變，熱處理對(duì)它們的力學(xué)性能改善效果不明顯。而對(duì)于大多數(shù)鋼鐵材料等可以發(fā)生固態(tài)相變的金屬材料，熱處理是一種重要的改善力學(xué)性能的方法。6.可鍛鑄鐵可以進(jìn)行鍛造加工。（）答案：錯(cuò)誤解析：可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火而得到的一種鑄鐵。它的名字容易讓人誤解為可以鍛造，實(shí)際上可鍛鑄鐵并不能進(jìn)行鍛造加工，只是其韌性和塑性比普通鑄鐵好，具有一定的可加工性。7.黃銅是銅和鋅的合金，青銅是銅和錫的合金。（）答案：錯(cuò)誤解析：黃銅是以鋅為主要合金元素的銅合金。而青銅原指銅錫合金，但現(xiàn)在把除黃銅和白銅（以鎳為主要合金元素的銅合金）以外的銅合金都稱為青銅，如鋁青銅、鈹青銅等。8.金屬的疲勞斷裂是在交變載荷作用下發(fā)生的，與靜載荷無(wú)關(guān)。（）答案：正確解析：金屬的疲勞斷裂是金屬材料在交變載荷作用下，在遠(yuǎn)低于其屈服強(qiáng)度的應(yīng)力下發(fā)生的斷裂現(xiàn)象。它與靜載荷下的斷裂機(jī)制不同，靜載荷下的斷裂通常是在應(yīng)力達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度時(shí)發(fā)生的。疲勞斷裂的過(guò)程包括裂紋的萌生、擴(kuò)展和最終斷裂三個(gè)階段。9.固溶強(qiáng)化是通過(guò)溶入溶質(zhì)原子來(lái)提高金屬材料強(qiáng)度和硬度的方法。（）答案：正確解析：固溶強(qiáng)化是指當(dāng)溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格形成固溶體時(shí)，會(huì)使溶劑晶格發(fā)生畸變，從而阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高金屬材料的強(qiáng)度和硬度。根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的位置，固溶體可分為間隙固溶體和置換固溶體，都能產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用。10.金屬材料的密度、熱膨脹性、導(dǎo)電性等屬于物理性能。（）答案：正確解析：金屬材料的性能包括物理性能、化學(xué)性能和力學(xué)性能等。物理性能是指材料在物理狀態(tài)下表現(xiàn)出的性能，如密度、熱膨脹性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、磁性等；化學(xué)性能是指材料在化學(xué)作用下表現(xiàn)出的性能，如耐腐蝕性、抗氧化性等；力學(xué)性能是指材料在力的作用下表現(xiàn)出的性能，如強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述金屬結(jié)晶的基本規(guī)律。金屬結(jié)晶的基本規(guī)律包括以下兩個(gè)方面：-晶核的形成：金屬結(jié)晶時(shí)，首先在液態(tài)金屬中形成一些微小的晶體作為晶核。晶核的形成有兩種方式，即均勻形核和非均勻形核。均勻形核是指在液態(tài)金屬中完全依靠原子的自發(fā)聚集形成晶核；非均勻形核是指在液態(tài)金屬中依靠雜質(zhì)、型壁等現(xiàn)成的表面形成晶核。實(shí)際金屬結(jié)晶時(shí)，主要以非均勻形核為主，因?yàn)榉蔷鶆蛐魏怂璧倪^(guò)冷度較小。-晶核的長(zhǎng)大：晶核形成后，會(huì)不斷吸收周圍的原子而長(zhǎng)大。晶核的長(zhǎng)大方式主要有平面長(zhǎng)大和樹(shù)枝狀長(zhǎng)大。在冷卻速度較慢、過(guò)冷度較小時(shí)，晶核以平面方式長(zhǎng)大；當(dāng)冷卻速度較快、過(guò)冷度較大時(shí)，晶核以樹(shù)枝狀方式長(zhǎng)大，即晶核先沿三個(gè)互相垂直的方向生長(zhǎng)出主干（一次晶軸），然后在一次晶軸上長(zhǎng)出二次晶軸，依次類推，形成樹(shù)枝狀晶體。2.什么是鐵素體、奧氏體和滲碳體？它們的性能特點(diǎn)如何？-鐵素體（F）：鐵素體是碳溶解在α-Fe中形成的間隙固溶體。由于α-Fe的晶格間隙較小，所以碳的溶解度很低，在室溫下僅為0.0008%，在727℃時(shí)最大溶解度為0.0218%。鐵素體的性能特點(diǎn)是強(qiáng)度和硬度較低，塑性和韌性較好，其抗拉強(qiáng)度約為180-280MPa，硬度約為50-80HBW，伸長(zhǎng)率可達(dá)30%-50%。-奧氏體（A）：奧氏體是碳溶解在γ-Fe中形成的間隙固溶體。γ-Fe的晶格間隙比α-Fe大，所以碳在γ-Fe中的溶解度比在α-Fe中大，在727℃時(shí)溶解度為0.77%，在1148℃時(shí)最大溶解度為2.11%。奧氏體的性能特點(diǎn)是強(qiáng)度和硬度不高，但塑性和韌性很好，具有良好的鍛造性能。奧氏體是一種高溫組織，在一般情況下，碳鋼在室溫下不存在奧氏體。-滲碳體（Fe?C）：滲碳體是一種具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的間隙化合物，含碳量為6.69%。滲碳體的性能特點(diǎn)是硬度很高，可達(dá)800HBW以上，但塑性和韌性幾乎為零，脆性很大。滲碳體是一種硬而脆的相，在鋼中主要起強(qiáng)化作用。3.簡(jiǎn)述淬火、回火的目的和分類。-淬火-目的：淬火的主要目的是獲得馬氏體組織，提高鋼的硬度和耐磨性。對(duì)于一些合金鋼，淬火還可以提高其強(qiáng)度和韌性的綜合性能。此外，淬火還可以為后續(xù)的回火處理創(chuàng)造條件。-分類：按冷卻方式不同，淬火可分為單液淬火、雙液淬火、分級(jí)淬火和等溫淬火等。單液淬火是將工件加熱到淬火溫度后，放入一種冷卻介質(zhì)中冷卻至室溫；雙液淬火是先將工件放入冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻，當(dāng)冷卻到接近Ms點(diǎn)時(shí)，再迅速轉(zhuǎn)入冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻；分級(jí)淬火是將工件加熱到淬火溫度后，放入溫度略高于Ms點(diǎn)的鹽浴或堿浴中保持一定時(shí)間，使工件內(nèi)外溫度均勻后，再取出空冷；等溫淬火是將工件加熱到淬火溫度后，放入溫度稍高于Ms點(diǎn)的鹽浴或堿浴中，保溫足夠時(shí)間，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w，然后取出空冷。-回火-目的：回火的目的主要是消除淬火內(nèi)應(yīng)力，降低材料的脆性，調(diào)整硬度和韌性之間的平衡，使工件獲得良好的綜合力學(xué)性能。同時(shí)，回火還可以穩(wěn)定工件的尺寸和組織。-分類：按回火溫度不同，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。低溫回火的溫度范圍為150-250℃，回火后的組織為回火馬氏體，主要用于要求高硬度和耐磨性的零件，如刀具、量具、模具等；中溫回火的溫度范圍為350-500℃，回火后的組織為回火托氏體，主要用于要求較高彈性極限和屈服強(qiáng)度的零件，如彈簧、發(fā)條等；高溫回火的溫度范圍為500-650℃，回火后的組織為回火索氏體，淬火加高溫回火又稱為調(diào)質(zhì)處理，主要用于要求具有良好綜合力學(xué)性能的零件，如軸類、齒輪等。4.說(shuō)明合金元素在鋼中的主要作用。合金元素在鋼中的主要作用如下：-強(qiáng)化作用-固溶強(qiáng)化：合金元素溶入鐵素體中，形成合金鐵素體，使鐵素體晶格發(fā)生畸變，阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而提高鋼的強(qiáng)度和硬度。例如，錳、硅等元素能顯著提高鋼的強(qiáng)度。-第二相強(qiáng)化：合金元素與碳形成合金碳化物，如Cr?C?、W?C等，這些合金碳化物比滲碳體更穩(wěn)定，硬度更高，能彌散分布在鋼的基體中，阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。-細(xì)晶強(qiáng)化：一些合金元素，如鋁、鈦、釩等，能形成難熔的化合物，在鋼的結(jié)晶過(guò)程中作為晶核，細(xì)化晶粒，從而提高鋼的強(qiáng)度和韌性。因?yàn)榫ЯＴ郊?xì)，晶界面積越大，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到的阻礙越大。-提高淬透性：大多數(shù)合金元素，如錳、鉻、鎳、鉬等，能降低奧氏體向珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變的速度，使C曲線右移，從而提高鋼的淬透性。淬透性提高后，鋼在淬火時(shí)可以采用較緩慢的冷卻速度，減少淬火內(nèi)應(yīng)力和變形開(kāi)裂的傾向。-提高回火穩(wěn)定性：合金元素能阻礙馬氏體的分解和碳化物的聚集長(zhǎng)大，使回火過(guò)程中硬度下降的速度減慢，從而提高鋼的回火穩(wěn)定性。例如，在高溫回火時(shí)，含有合金元素的鋼仍能保持較高的硬度和強(qiáng)度。-改善鋼的特殊性能-耐腐蝕性：鉻、鎳等元素能在鋼的表面形成一層致密的氧化膜，阻止外界介質(zhì)對(duì)鋼的侵蝕，提高鋼的耐腐蝕性。例如，不銹鋼中含有大量的鉻和鎳。-熱硬性：鎢、鉬、釩等元素能提高鋼在高溫下的硬度和強(qiáng)度，使鋼具有良好的熱硬性。例如，高速鋼中含有大量的鎢、鉬、釩等元素，可用于制造高速切削刀具。-磁性：硅、鎳等元素能改善鋼的磁性，可用于制造各種磁性材料。5.比較碳鋼和合金鋼的性能特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。-性能特點(diǎn)-碳鋼-優(yōu)點(diǎn)：碳鋼的價(jià)格相對(duì)較低，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，具有一定的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性。在一般的工程應(yīng)用中，碳鋼能夠滿足大多數(shù)的性能要求。例如，普通碳素結(jié)構(gòu)鋼具有良好的塑性和焊接性能。-缺點(diǎn)：碳鋼的淬透性較差，在大截面零件淬火時(shí)，難以獲得均勻的組織和性能；碳鋼的回火穩(wěn)定性較低，在高溫下硬度和強(qiáng)度下降較快；碳鋼的耐腐蝕性和熱硬性也較差。-合金鋼-優(yōu)點(diǎn)：合金鋼通過(guò)加入合金元素，具有許多優(yōu)異的性能。合金鋼的淬透性好，能夠在大截面零件淬火時(shí)獲得良好的組織和性能；合金鋼的回火穩(wěn)定性高，在高溫下能保持較高的硬度和強(qiáng)度；合金鋼還可以根據(jù)不同的合金元素組合，獲得特殊的性能，如耐腐蝕性、熱硬性、磁性等。-缺點(diǎn)：合金鋼的價(jià)格較高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，對(duì)熔煉、加工和熱處理等工藝要求較高。此外，一些合金元素的加入可能會(huì)導(dǎo)致鋼的焊接性能下降。-應(yīng)用范圍-碳鋼：碳鋼廣泛應(yīng)用于一般的工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件中。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼常用于建筑結(jié)構(gòu)、橋梁、船舶等領(lǐng)域；優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼常用于制造各種機(jī)械零件，如軸、齒輪、螺栓等；碳素工具鋼常用于制造各種刀具、量具、模具等。-合金鋼：合金鋼主要用于對(duì)性能要求較高的場(chǎng)合。合金結(jié)構(gòu)鋼用于制造承受較大載荷的重要機(jī)械零件，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸、連桿等；合金工具鋼用于制造高速切削刀具、冷作模具、熱作模具等；特殊性能鋼用于制造在特殊環(huán)境下工作的零件，如不銹鋼用于制造化工設(shè)備、醫(yī)療器械等，耐熱鋼用于制造鍋爐、汽輪機(jī)等高溫部件。四、計(jì)算題1.計(jì)算含碳量為1.2%的過(guò)共析鋼在室溫下的組織組成物和相組成物的相對(duì)含量。-相組成物：過(guò)共析鋼在室溫下的相組成物為鐵素體（F）和滲碳體（Fe?C）。根據(jù)杠桿定律，鐵素體的相對(duì)含量為：\[\begin{