金屬材料及熱處理理論考核試題及答案一、選擇題（每題2分，共30分）1.晶體與非晶體的根本區(qū)別在于（）A.外形是否規(guī)則B.是否具有各向異性C.內(nèi)部原子排列是否規(guī)則D.是否具有固定熔點答案：C。晶體的原子呈規(guī)則排列，而非晶體原子排列無規(guī)則，這是二者的根本區(qū)別。外形規(guī)則與否不是本質(zhì)特征，非晶體也可能有看似規(guī)則的外形；多晶體一般不表現(xiàn)出各向異性；有些非晶體也有類似固定熔點的軟化溫度范圍，但這都不是根本區(qū)別。2.金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)大多數(shù)是（）A.單晶體B.多晶體C.非晶體D.以上都不對答案：B。單晶體是指整個晶體內(nèi)部原子排列完全規(guī)則且方向一致，實際中很難得到這樣的金屬單晶體。而多晶體是由許多取向不同的小晶體（晶粒）組成，金屬在實際生產(chǎn)中一般都是多晶體結(jié)構(gòu)。非晶體不符合金屬的典型結(jié)構(gòu)特征。3.金屬結(jié)晶時，冷卻速度越快，其實際結(jié)晶溫度將（）A.越高B.越低C.越接近理論結(jié)晶溫度D.沒有變化答案：B。金屬結(jié)晶時存在過冷現(xiàn)象，即實際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度。冷卻速度越快，過冷度越大，實際結(jié)晶溫度就越低。4.固溶強化的基本原因是（）A.晶格類型發(fā)生變化B.晶粒細化C.晶格發(fā)生畸變D.以上都不對答案：C。當(dāng)溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格形成固溶體時，會使溶劑晶格發(fā)生畸變，從而阻礙位錯運動，提高材料的強度和硬度，這就是固溶強化的基本原因。固溶強化一般不會改變晶格類型；晶粒細化是細晶強化的方式，與固溶強化原理不同。5.鐵素體的力學(xué)性能特點是（）A.強度高、塑性好、硬度高B.強度低、塑性差、硬度低C.強度低、塑性好、硬度低D.強度高、塑性差、硬度高答案：C。鐵素體是碳溶解在α-Fe中形成的間隙固溶體，由于碳含量很低，其晶格畸變較小，所以強度和硬度較低，但具有良好的塑性和韌性。6.珠光體是一種（）A.單相固溶體B.兩相混合物C.間隙化合物D.金屬化合物答案：B。珠光體是由鐵素體和滲碳體組成的兩相混合物，它是在一定條件下由奧氏體轉(zhuǎn)變而來的。7.共析鋼的含碳量為（）A.0.0218%B.0.77%C.2.11%D.4.3%答案：B。根據(jù)鐵-碳相圖，共析鋼的含碳量為0.77%，在共析轉(zhuǎn)變時，奧氏體直接轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。8.過共析鋼的室溫平衡組織是（）A.鐵素體+珠光體B.珠光體+二次滲碳體C.珠光體D.貝氏體答案：B。過共析鋼含碳量大于0.77%，在冷卻過程中，當(dāng)溫度降到Acm線以下時，會從奧氏體中析出二次滲碳體，室溫下的平衡組織為珠光體和二次滲碳體。9.完全退火主要用于（）A.亞共析鋼B.共析鋼C.過共析鋼D.所有鋼種答案：A。完全退火是將亞共析鋼加熱到Ac3以上30-50℃，保溫一定時間后緩慢冷卻的熱處理工藝，其目的是細化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力、改善切削加工性能等。共析鋼一般采用球化退火；過共析鋼采用球化退火或不完全退火。10.淬火鋼回火時，隨著回火溫度的升高，其強度和硬度（）A.升高B.降低C.不變D.先升高后降低答案：B。淬火鋼回火時，隨著回火溫度的升高，馬氏體分解，碳化物聚集長大，晶格畸變減小，位錯運動阻力降低，所以強度和硬度降低。11.下列材料中，淬透性最好的是（）A.45鋼B.T8鋼C.40Cr鋼D.Q235鋼答案：C。淬透性是指鋼在淬火時獲得馬氏體的能力。合金元素能提高鋼的淬透性，40Cr鋼中含有鉻元素，相比45鋼、T8鋼（碳素鋼）和Q235鋼（普通碳素結(jié)構(gòu)鋼），其淬透性最好。12.表面淬火的目的是使工件表面獲得（）A.高的硬度和耐磨性B.高的韌性C.高的塑性D.良好的耐腐蝕性答案：A。表面淬火是通過快速加熱使工件表面迅速達到淬火溫度，然后快速冷卻，使表面獲得高硬度的馬氏體組織，從而提高工件表面的硬度和耐磨性，而心部仍保持較好的韌性和塑性。13.化學(xué)熱處理與其他熱處理方法的主要區(qū)別是（）A.加熱溫度B.組織變化C.改變表面化學(xué)成分D.冷卻速度答案：C?；瘜W(xué)熱處理是將工件置于一定的活性介質(zhì)中加熱、保溫，使一種或幾種元素滲入工件表面，改變其表面化學(xué)成分和組織，從而獲得所需性能的熱處理工藝。而其他熱處理方法主要是通過改變組織來改善性能，一般不改變表面化學(xué)成分。14.灰鑄鐵中的石墨形態(tài)是（）A.片狀B.球狀C.蠕蟲狀D.團絮狀答案：A。灰鑄鐵中的石墨呈片狀，這種形態(tài)使灰鑄鐵具有良好的鑄造性能、切削加工性能和減震性，但力學(xué)性能較差。15.下列鋁合金中，屬于形變鋁合金的是（）A.鑄造鋁合金B(yǎng).硬鋁合金C.耐熱鋁合金D.耐磨鋁合金答案：B。形變鋁合金具有良好的塑性，可通過壓力加工方法制成各種型材，硬鋁合金屬于形變鋁合金。鑄造鋁合金主要用于鑄造生產(chǎn)；耐熱鋁合金和耐磨鋁合金強調(diào)的是其特殊性能，不是按照加工方式分類的主要類型。二、判斷題（每題2分，共20分）1.金屬的晶粒越細小，其強度和硬度越高，塑性和韌性越差。（）答案：錯誤。一般情況下，金屬的晶粒越細小，其強度和硬度越高，同時塑性和韌性也越好。這是因為細晶粒組織中，晶界面積大，位錯運動受阻，從而提高強度和硬度；而且晶粒細小，變形均勻，能緩解應(yīng)力集中，使塑性和韌性提高。2.純金屬的結(jié)晶過程是在恒溫下進行的。（）答案：正確。純金屬具有固定的熔點，其結(jié)晶過程是在理論結(jié)晶溫度下恒溫進行的，在結(jié)晶過程中，不斷釋放結(jié)晶潛熱來補償向外界散失的熱量，維持溫度不變。3.固溶體的強度和硬度一般比組成它的純金屬高。（）答案：正確。固溶強化是一種重要的強化方式，溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格形成固溶體時，會使晶格發(fā)生畸變，阻礙位錯運動，從而提高固溶體的強度和硬度，所以固溶體的強度和硬度一般比組成它的純金屬高。4.鐵素體是碳溶解在γ-Fe中形成的間隙固溶體。（）答案：錯誤。鐵素體是碳溶解在α-Fe中形成的間隙固溶體，而碳溶解在γ-Fe中形成的是奧氏體。5.過共析鋼的淬火加熱溫度應(yīng)選擇在Ac1+30-50℃。（）答案：正確。過共析鋼淬火加熱到Ac1+30-50℃，可以獲得細小的奧氏體晶粒和未溶的二次滲碳體，淬火后可得到高硬度、高強度和耐磨性，同時避免因加熱溫度過高導(dǎo)致晶粒粗大和氧化脫碳等缺陷。6.回火是淬火的后續(xù)工序，任何淬火后的工件都需要進行回火處理。（）答案：正確。淬火后的工件存在很大的內(nèi)應(yīng)力，組織不穩(wěn)定，而且脆性較大。回火可以消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織，調(diào)整硬度和韌性之間的關(guān)系，提高工件的使用性能和壽命，所以任何淬火后的工件都需要進行回火處理。7.感應(yīng)加熱表面淬火的淬硬層深度主要取決于電流頻率，頻率越高，淬硬層越淺。（）答案：正確。感應(yīng)加熱時，電流頻率越高，集膚效應(yīng)越明顯，電流集中在工件表面的薄層內(nèi)，加熱速度快，加熱層薄，所以淬硬層越淺。8.化學(xué)熱處理不僅能改變工件表面的組織，還能改變表面的化學(xué)成分。（）答案：正確?；瘜W(xué)熱處理的基本過程包括分解、吸收和擴散，通過這些過程使一種或幾種元素滲入工件表面，從而改變表面的化學(xué)成分，同時在后續(xù)的冷卻過程中會發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，改變表面組織。9.可鍛鑄鐵可以進行鍛造加工。（）答案：錯誤?？慑戣T鐵實際上并不可鍛，它是由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火而得到的，其石墨呈團絮狀，具有一定的韌性和塑性，但不能像鍛造用鋼那樣進行鍛造加工。10.黃銅是銅和鋅的合金。（）答案：正確。黃銅是以鋅為主要合金元素的銅合金，根據(jù)鋅含量的不同和其他元素的添加情況，黃銅具有不同的性能和用途。三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述金屬結(jié)晶的基本過程。答：金屬結(jié)晶的基本過程包括晶核的形成和晶核的長大兩個過程。（1）晶核的形成：-均勻形核：在一定過冷度下，液態(tài)金屬中一些原子集團會偶然聚集在一起，形成尺寸較大且規(guī)則排列的小原子團，當(dāng)這些小原子團達到一定尺寸時，就成為穩(wěn)定的晶核。這種在均勻的液態(tài)金屬中依靠自身原子的規(guī)則排列形成晶核的方式稱為均勻形核。均勻形核需要較大的過冷度。-非均勻形核：實際金屬中往往存在著各種雜質(zhì)、容器壁等，液態(tài)金屬中的原子會優(yōu)先在這些現(xiàn)成的表面上聚集形成晶核，這種形核方式稱為非均勻形核。非均勻形核所需的過冷度比均勻形核小得多，在實際金屬結(jié)晶過程中，非均勻形核起主要作用。（2）晶核的長大：晶核形成后，液態(tài)金屬中的原子會不斷地向晶核表面擴散并沉積，使晶核不斷長大。晶核的長大方式主要有兩種：-平面長大：在正的溫度梯度下，即液相溫度隨離開固-液界面的距離增加而升高時，晶核以平面的方式向液相中推進長大。-樹枝狀長大：在負的溫度梯度下，即液相溫度隨離開固-液界面的距離增加而降低時，晶核的棱角處散熱較快，生長速度比平面部分快，會形成樹枝狀的晶核，然后樹枝晶的枝干繼續(xù)生長并不斷長出分枝，直到液相全部凝固。2.說明鋼的退火、正火、淬火和回火的目的及應(yīng)用范圍。答：（1）退火：-目的：降低硬度，改善切削加工性能；消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少變形與裂紋傾向；細化晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷；為后續(xù)熱處理做好組織準(zhǔn)備。-應(yīng)用范圍：完全退火主要用于亞共析鋼，改善其切削加工性能和組織均勻性；球化退火用于共析鋼和過共析鋼，使?jié)B碳體球化，降低硬度，改善切削加工性能，為淬火做組織準(zhǔn)備；去應(yīng)力退火用于消除鑄件、鍛件、焊接件等的殘余應(yīng)力。（2）正火：-目的：細化晶粒，提高強度和硬度；改善低碳鋼和中碳鋼的切削加工性能；消除過共析鋼的網(wǎng)狀滲碳體，為球化退火做準(zhǔn)備。-應(yīng)用范圍：對于力學(xué)性能要求不高的普通結(jié)構(gòu)零件，可作為最終熱處理；對于低碳鋼和中碳鋼，可代替完全退火，提高生產(chǎn)效率；對于過共析鋼，可消除網(wǎng)狀滲碳體，便于后續(xù)球化退火。（3）淬火：-目的：獲得馬氏體或貝氏體組織，提高鋼的強度、硬度和耐磨性。-應(yīng)用范圍：廣泛應(yīng)用于各種工具、模具、量具以及要求高硬度和耐磨性的機械零件，如齒輪、軸等。（4）回火：-目的：消除淬火內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的脆性，防止工件變形和開裂；調(diào)整硬度和韌性之間的關(guān)系，使工件獲得良好的綜合力學(xué)性能；穩(wěn)定工件尺寸。-應(yīng)用范圍：低溫回火主要用于各種高碳鋼的工具、模具、滾動軸承等，以保持高硬度和耐磨性；中溫回火用于各種彈簧，使彈簧具有高的彈性極限和屈服強度；高溫回火用于要求具有良好綜合力學(xué)性能的零件，如軸、連桿等，通常將淬火加高溫回火的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理。3.簡述鑄鐵的分類及各類鑄鐵的特點和應(yīng)用。答：鑄鐵通常根據(jù)石墨的形態(tài)進行分類，主要分為以下幾類：（1）灰鑄鐵：-特點：石墨呈片狀，割裂基體嚴重，降低了基體的承載能力，所以力學(xué)性能較差，強度和塑性較低；但具有良好的鑄造性能、切削加工性能、減震性和低的缺口敏感性。-應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于制造各種承受壓力、要求減震和耐磨的零件，如機床床身、箱體、缸體、飛輪等。（2）球墨鑄鐵：-特點：石墨呈球狀，對基體的割裂作用小，基體的力學(xué)性能能得到充分發(fā)揮，所以具有較高的強度、塑性和韌性，綜合力學(xué)性能接近鋼。-應(yīng)用：可部分代替碳鋼、合金鋼制造一些受力復(fù)雜、強度和韌性要求較高的零件，如曲軸、連桿、齒輪、凸輪軸等。（3）可鍛鑄鐵：-特點：石墨呈團絮狀，對基體的割裂作用比灰鑄鐵小，因此具有一定的韌性和塑性，強度也比灰鑄鐵高。-應(yīng)用：常用于制造形狀復(fù)雜、承受沖擊載荷的薄壁小件，如汽車、拖拉機的后橋外殼、管接頭、低壓閥門等。（4）蠕墨鑄鐵：-特點：石墨呈蠕蟲狀，其力學(xué)性能介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間，具有較高的強度、良好的鑄造性能和熱疲勞性能。-應(yīng)用：適用于制造承受熱循環(huán)載荷、要求強度和韌性較高的零件，如發(fā)動機缸體、缸蓋、排氣管等。四、綜合分析題（20分）有一根45鋼制造的軸，要求具有良好的綜合力學(xué)性能（強度、塑性和韌性都較好），其加工工藝路線為：鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)處理→精加工。試分析各熱處理工序的作用。答：（1）正火：-作用：在鍛造之后進行正火處理，主要是因為鍛造后的軸坯組織粗大不均勻，存在殘余應(yīng)力。正火是將軸加熱到Ac3以上30-50℃，保溫一定時間后在空氣中冷卻。通過正火可以細化晶粒，使組織均勻化，消除鍛造應(yīng)力，提高軸的強度和硬度，改善切削加工性能。對于45鋼這種中碳鋼，正火后的硬度適中，便于后續(xù)的粗加工。（2）調(diào)質(zhì)處理：-作用：調(diào)質(zhì)處理是淬火加高溫回火的復(fù)合熱處理工藝。