一、解释下列名词
1淬透性：钢在淬火时获得的淬硬层深度称为钢的淬透性，其高低用规定条件下的淬硬层深度来表示 2淬硬性：指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能力
3相： 金属或合金中，凡成分相同、结构相同，并与其它部分有晶只界分开的均匀组成部分称为相 4组织： 显微组织实质是指在显微镜下观察到的各相晶粒的形态、数量、大小和分布的组合。 5组织应力： 由于工件内外温差而引起的奥氏体（γ或A）向马氏体（M）转变时间不一致而产生的应
力
6热应力： 由于工件内外温差而引起的胀缩不均匀而产生的应力 7过热： 由于加热温度过高而使奥氏体晶粒长大的现象
8过烧 ： 由于加热温度过高而使奥氏体晶粒局部熔化或氧化的现象
9回火脆性： 在某些温度范围内回火时，会出现冲击韧性下降的现象，称为回火脆性 10回火稳定性： 又叫耐回火性，即淬火钢在回炎过程中抵抗硬度下降的能力。 11马氏体： 碳在α-Fe中的过饱和固溶体称为马氏体。
12回火马氏体： 在回火时，从马氏体中析出的ε-碳化物以细片状分布在马氏体基础上的组织称为回火马
氏体。
13本质晶粒度 ：钢在加热时奥氏体晶粒的长大倾向称为本质晶粒度
14实际晶粒度： 在给定温度下奥氏体的晶粒度称为实际晶粒度，它直接影响钢的性能。
15化学热处理： 将工件置于待定介质中加热保温，使介质中活性原子渗入工件表层，从而改变工件表层
化学成分与组织，进而改变其性能的热处理工艺。
16表面淬火： 指在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下，利用快速加热将表面奥氏休化后进行淬
火以强化零件表面的热处理方法。
17固溶强化： 固溶体溶入溶质后强度、硬度提高，塑性韧性下降现象。 18、加工硬化： 金属塑性变形后，强度硬度提高的现象。
19合金强化： 在钢液中有选择地加入合金元素，提高材料强度和硬度
20热处理： 钢在固态下通过加热、保温、冷却改变钢的组织结构从而获得所需性能的一种工艺。 21、金属化合物； 与组成元素晶体结构均不相同的固相 22、 铁素体； 碳在a-Fe中的固溶体
23、球化退火； 将工件加热到Ac1以上30——50摄氏度保温一定时间后随炉缓慢冷却至600摄氏度后出炉
空冷。
24、金属键； 金属离子与自由电子之间的较强作用就叫做金属键。 25、再结晶； 冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程.
26、枝晶偏析 :在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象。
27、正火： 是将工件加热至Ac3或Accm以上30~50℃,保温一段时间后,从炉中取出在空气中冷却的金
属热处理工艺。
28、固溶体: 合金在固态时组元间会相互溶解，形成一种在某一组元晶格中包含有其他组元的新相，这
种新相称为固溶体
29、细晶强化： 晶粒尺寸通过细化处理，使得金属强度提高的方法。
二、判断题
1. （ x ）合金的基本相包括固溶体、金属化合物和这两者的机械混合物。 2. （ y ）实际金属是由许多位向不同的小晶粒组成的.
3. （ y ）为调整硬度，便于机械加工，低碳钢，中碳钢和低碳合金钢在锻造后都应采用正火处理。 4.（ y ）在钢中加入多种合金元素比加入少量单一元素效果要好些，因而合金钢将向合金元素少量多元
化方向发展。
5. （ x ）不论含碳量高低，马氏体的硬度都很高，脆性都很大。 6．（ x ）40Cr钢的淬透性与淬硬性都比T10钢要高。
7．（ y ）马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，由奥氏体直接转变而来的，因此马氏体与转变前的
奥氏体含碳量相同。
8．（ x ）铸铁中的可锻铸铁是可以在高温下进行锻造的。错。所有的铸铁都不可以进行锻造。 9．（ x ）45钢淬火并回火后机械性能是随回火温度上升，塑性,韧性下降，强度,硬度上升。 10．（ x ）淬硬层深度是指由工件表面到马氏体区的深度。 11．（ x ）钢的回火温度应在Ac1以上。 12．（ x ）热处理可改变铸铁中的石墨形态。
13.（ x ）奥氏体是碳在α-Fe中的间隙式固溶体。
14．（ y ）高频表面淬火只改变工件表面组织，而不改变工件表面的化学成份。 15．（ x ）过冷度与冷却速度有关，冷却速度越大，则过冷度越小。
16．（ x ）所谓的本质细晶粒钢，是说它在任何条件下晶粒均不粗化。
17．（ x ）因为单晶体是各项异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也是不同的 18．（ x ）钢中的杂质元素“硫”会引起钢的“冷脆”。
19．（ y ）硬度试验操作简便，迅速，不会破坏零件，根据测量的硬度值还可以估计近似的强度值，因而是生产上常用的一种机械性能试验方法。
20．（ y ）含碳量低于0.25%的碳钢，退火后硬度低，切削时易粘刀并影响刀具寿命，工件表面光洁度差，所以常采用正火。
21. （ x ）三种金属晶格类型中，体心立方晶格中原子排列最为紧密。
22. （ y ） 金属中的固溶体一般说塑性比较好，而金属化合物的硬度比较高。 23. （ x ）高速钢反复锻造的目的是为了锻造成型。
24. （ y ）金属发生多晶型转变时，不仅晶格要发生变化，组织与性能也要发生变化。
25. （ x ）发生过烧的工件可以通过重新加热后缓慢冷却使晶粒细化，而发生过热的工件只能报废。 26 .（ y ）含Mo、W等合金元素的合金钢，其回火脆性倾向较小。
27. （ y ）铸钢的铸造性能比铸铁差，但常用于制造形状复杂，锻造有困难，要求有较高强度和塑性并受冲
三、填空题(20分) （每空1分）
1、马氏体是 碳在a-相中的过饱和固溶体，其形态主要有板条马氏体 、 片状马氏体。
其中， 片状马氏体硬度高、塑性差
2、W18Cr4V钢的淬火加热温度为1270－1280℃，回火加热温度为 560℃ ，回火次数 3次。 3、材料选择的三原则 一般原则，工艺性原则， 经济性原则。
4、合金结构钢与碳素结构钢相比，其突出优点是 强度高，淬透性好 。 5. 共析钢过冷奥氏体等温转变曲线三个转变区的转变产物是 P B M。
6. 共析钢淬火形成M+A'后，在低温、中温、高温回火后的产物分别为 M回＋A’
T回 S回 。 7. 45钢正火后渗碳体呈 片 状，调质处理后渗碳体呈 球 状。 1、共晶转变和共析转变的产物都属于 两 相混合物。
2、塑性变形后的金属经加热将发生回复、 再结晶 、晶粒长大的变化。 3、共析钢的含碳量为 0.77％ 。
4、Q235钢的含义是为 屈服点数值（屈服强度）为235MPa的碳素结构钢 。 5、单晶体塑性变形中滑移的实质是 在切应力作用下，位错沿滑移面的运动 。 6、体心立方晶格的致密度为 68％ 。
7、根据钢的成分、退火的工艺与目的不同，退火常分为 完全退火 、 等温退火 、 均匀化退火 、 球化退火 、 去应力退火 等几种。
8、钢在奥氏体化后，冷却的方式通常有 等温冷却 和 连续冷却 两种。 9、在铁碳合金的室温平衡组织中，强度最高的合金含碳量约为 0.9 %。
10、工具钢按用途可分为 刃具钢 钢、 模具钢 钢、 量具钢 钢。 11、常用测定硬度的方法有 布氏硬度 、 洛氏硬度 和 维氏硬度 测试法。 四、选择填空（20分）（每空2分）
1．合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（ d ）
（a）均强烈阻止奥氏体晶粒长大 （b）均强烈促进奥氏体晶粒长大 （c）无影响 （d）上述说法都不全面 2．适合制造渗碳零件的钢有（ c）。
（a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A （b）45、40Cr、65Mn、T12 （c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi
3．要制造直径16mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c ）
（a）45钢经正火处理 （b）60Si2Mn经淬火和中温回火 （c）40Cr钢经调质处理 4．制造手用锯条应当选用（a ）
（a）T12钢经淬火和低温回火 （b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火 （c）65钢淬火后中温回火 5．高速钢的红硬性取决于（b ）
（a）马氏体的多少 （b）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量 （c）钢中的碳含量 6．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c ）
（a）60钢渗碳淬火后低温回火 （b）40Cr淬火后高温回火 （c）20CrMnTi渗碳淬火后低温回火 7．65、65Mn、50CrV等属于哪类钢，其热处理特点是（c ）
（a）工具钢，淬火+低温回火 （b）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火 （c）弹簧钢，淬火+中温回火
8. 二次硬化属于（ d）
（a）固溶强化 （b）细晶强化 （c）位错强化 （d）第二相强化 9. 1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（ b）
A获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性
b获得单一的奥氏体组织，提高抗腐蚀性，防止晶间腐蚀 （c）降低硬度，便于切削加工 １０.推土机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击，应选择用（b ）
（a）20Cr渗碳淬火后低温回火 （b）ZGMn13—3经水韧处理 （c）W18Cr4V淬火后低温回火 五、简答题（每题8分，共48分）
1、金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？《P16》
答：结晶的基本过程——晶核形成与晶核长大
结晶时的冷却速度（即过冷度）随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快，同时液体金属中难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率
2、手锯锯条、普通螺钉、车床主轴分别用何种碳钢制造？
手锯锯条：它要求有较高的硬度和耐磨性，因此用碳素工具钢制造。如T9,T9A,T10,T10A,T11,T11A 普通螺钉：它要保证有一定的机械性能，用普通碳素结构钢制造，如Q195,Q215,Q235 车床主轴：它要求有较高的综合机械性能，用优质碳素结构钢，如30，35，40，45，50
3、金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？
《1》晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性，如纵向的强度和塑性远大于横向等。《2》晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化，即随着变形量的增加，强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降，《3》织构现象的产生，即随着变形的发生不仅金属中晶粒会被破碎拉长，而且各晶粒的晶格位向也会沿着变形的方向同时发生转动，转动结果金属中每个晶粒的晶格位向趋于大体一致，产生织构现象，《4》冷压力加工过程中由于材料各部分的变形不均匀或晶粒内各部分和各晶粒间的变形不均匀，金属内部会形成残余的内应力，这在一般情况下都是不利的，会引起零件尺寸不稳定。
4、固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？
在结构上：固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而金属间化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成。
在性能上：形成固溶体和金属件化合物都能强化合金，但固溶体的强度，硬度比金属间化合物低，塑性，韧性比金属间化合物好，也就是固溶体有更好的综合机械性能。
5、实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？
如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格畸变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。
7.合金钢与碳钢相比，为什么它的力学性能好？热处理变形小？
答：（1）在钢中加入合金元素，溶于铁素体，起固溶强化作用；合金元素进入渗碳体中，形成合金渗碳体；
（2）几乎所有合金元素都使E点和S点左移，在退火状态下，相同含碳量的合金钢组织中的珠光体量比碳钢多，从而使钢的强度和硬度提高。
（3）除Co外，凡溶入奥氏体的合金元素均使C曲线右移，淬透性的提高，这有利于减少零件的淬火变形和开裂倾向。
（4）除Co、Al外，所有溶于奥氏体的合金元素都使Ms、Mf点下降，使钢在淬火后的残余奥氏体量增加。
（5）合金钢的回火温度比相同含碳量的碳钢高，有利于消除内应力，有效的防止了工件开裂与变形。 （6）含有高W、Mo、Cr、V等元素的钢在淬火后回火加热时，产生二次硬化。二次硬化使钢具有热硬性，这对于工具钢是非常重要的。
（7）—在钢中加入W、Mo可防止第二类回火脆性。
8、什么是金属的力学性能？金属的力学性能主要包括哪些方面？
材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。材料的常规力学性能
指标主要包括强度、硬度、塑性和韧性等。
9、什么是钢的热处理？常用热处理方法有哪几种？
通过对钢件作一定条件的加热、保温和冷却，从而改变整体或表层的组织，获得所需的性能。常用热处理方法有：退火、正火、淬火和回火。
10、钢按化学成分可分为哪几类？
钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。其中，碳素钢按含碳量的多少分低碳钢、中碳钢、高碳钢；合金钢按合金元素种类分锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢，按合金元素含量的多少分低合金钢、中合金钢、高合金钢。
11、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁在组织上的根本区别是什么？
四种材料的在组织上的根本区别是铸铁中的石墨的形态不同（形状、大小、数量、分布等），灰铸铁的石墨是片状，球墨铸铁的石墨是球状，可锻铸铁的石墨是团状，蠕墨铸铁的石墨是虫状。
12、硬质合金的主要组成是什么？常用硬质合金分哪几类？各有何主要应用？
硬质合金的主要组成是难熔金属碳化物和粘结金属。常用硬质合金分为钨钴类硬质合金(代号YG)和钨钴钛类硬质合金(代号YT) 两种。YG合金多用于加工产生断续切屑的的脆性材料(如铸铁)，YT合金多用于加工产生连续切屑的韧性材料，特别是高速切削钢件。 13.简述回火的目的。
、答： （1）降低零件脆性，消除或降低内应力；（2）获得所要求的力学性能； （3）稳定尺寸；（4）改善加工性。
14.何谓碳钢中的铁素体、渗碳体、珠光体？他们的力学性能各有何特点？ 答： 铁素体——碳在α-Fe中的间隙固溶体，软而韧。 渗碳体——碳与铁形成的间隙化合物，硬而脆。
珠光体——铁素体与渗碳体形成的层片状交替排列的机械混合物，良好的综合力学性能。 15.简述奥氏体晶粒对钢在室温下组织和性能的影响。
答：奥氏体晶粒细小时，冷却后转变产物的组织也细小，其强度与塑性韧性都较高，冷脆转变温度也较低；反之，粗大的奥氏体晶粒，冷却转变后仍获得粗晶粒组织，使钢的力学性能（特别是冲击韧性）降低，甚至在淬火时发生变形、开裂。 六、综合分析题（共22分）
1、（12分）有两个含碳量为1.2%的碳钢薄试样，分别加热到780℃和860℃并保温相同时间，使之达到平衡状态，然后以大于VK的冷却速度至室温。试问： （1）哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大？
因为860摄氏度加热温度高，加热时形成的奥氏体晶粒粗大，冷却后得到的马氏体晶粒叫粗大 （2）哪个温度加热淬火后马氏体含碳量较多？
因为加热温度860已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，奥氏体中含碳量增加，而奥氏体向马氏体转变是非扩散型转变，所以冷却后马氏体含碳量较多。 （3）哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？
因为加热温度860已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，使奥氏体中含碳量增加，降低钢的Ms和Mf点，卒火后残余奥氏体增多
（4）哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少？
因为加热温度860已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，因为加热卒火后未溶碳化物较少 （5）你认为哪个温度加热淬火后合适？为什么？
780加热卒火后合适。因为含碳量为1.2%的碳钢属于过共析钢，过共析碳钢卒火加热温度Ac1
+(30_50摄氏度)，而780在这个温度范围内，这时卒火后的组织为均匀而细小的马氏体和颗粒状渗碳体及残余奥氏体的混合组织，使钢具有高的强度，硬度和耐磨性，而且也具有较高的韧性。
2、（10分）说明45钢试样（Φ10mm）经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：700℃，760℃，
840℃，1100℃。
700：因为它没有达到相变温度，因此没有发生相变，组织为铁素体和珠光体。 760：它的加热温度在Ac1_Ac3之间，因此组织为铁素体，马氏体和少量残余奥氏体。
840：它的加热温度在Ac3以上，加热时全部转变为奥氏体，冷却后的组织为马氏体和少量残余奥氏体。 1100：因为它的加热温度过高，加热时奥氏体晶粒粗化，卒火后得到粗片状马氏体和少量残余奥氏体 2.零件设计时图纸上为什么常以其硬度值来表示材料力学性能的要求？ 答：（1）硬度是指材料抵抗局部塑性变形的能力。
（2）硬度试验操作简便，迅速，不会破坏零件，可用于成品件的检测，
（3）硬度是一个综合力学性能指数，根据测量的硬度值还可以估计近似的强度值等。
3．说明WSn=25%的Pb—Sn合金在下列各温度时有哪些相组成物？有哪些组织组成物？（1）高于300℃； （2）刚冷却至180℃，共晶转变尚未开始； （3）在183℃共晶转变刚完； （4）室温。 答：（1）高于300℃：相：液相，组织为Pb—Sn溶化物
（2）刚冷却至180℃，共晶转变尚未开始：相为液相+α相，组织为Pb—Sn溶化物+α回溶体 （3）在183℃共晶转变刚完：相为α相和β相，组织为（α+β）共晶组织 （4）室温：相为α相和β相，组织为α+（α+β）+βII。 4.图2—2为简化的铁碳合金状态图。试回答下列问题： （1） 以相组成物填写相图。（标注见课本P51）
（2） 填空： 碳在α-Fe中的固溶体 称铁素体，其符号为 F或α ，晶格类型是 体心立方晶格 ，性能特点是强度 硬度低 ，塑性 韧性好 。
（3） 碳在γ-Fe中的固溶体 称奥氏体，其符号为 A或γ ，晶格类型是 面心立方晶格 ，性能特点是强度 低 ，塑性 好 。
（4） 渗碳体是 铁 与 碳 的 间隙固溶体 ，含碳量为 6.69 %， 性能特点是硬度 很高 ，脆性 韧性几乎为“零” 。
（5）ECF称 共晶线 线，所发生的反应称 共晶 反应，其反应式是 L4.3→γ2.11+Fe3C 得到的组织为 莱氏体（Le） 。
（6）PSK称 共析 线，所发生的反应称 共析 反应，其反应式是 γ0.77→α0.0218+Fe3C 得到的组织为 珠光体（P） 。 （7） E是 碳在中的α-Fe最大溶解度 点，P是 碳在γ-Fe中的最大溶解度 点，A1即 PSK 线，A3即 GS 线，Acm即 ES 线。
5.过共析钢的淬火温度是多少？为什么要选择在这一温度？ 答：对于过共析钢而言，淬火温度为AC1+（30～50）℃
6.如下图所示，确定不同冷却速度下可能获得的组织，并比较其硬度值。
答：V1线是炉冷后空冷，得到的是珠光体（P），V2是加热后空冷，得到的是索氏体（S）或回火索氏体（S回）；V3得到的是下贝氏体、马氏体和过冷奥氏体（B下+M+A′）；V4为水冷，得到的是马氏体和残余奥氏体(M+A′)。
硬度值:P 7. 共析钢C曲线与冷却曲线如图 （1）指出图中各点的组织 （2）并奥氏体化后各冷却方式下的热处理工艺名称 答：（1） 1：过冷奥氏体；2：过冷奥氏体和珠光体；3：珠光体（P）；4：过冷奥氏体；5：过冷奥氏体和索氏体；6：索氏体（S）；7：淬火马氏体+残余奥氏体（M淬A′）；8：过冷奥氏体；9：过冷奥氏体和贝氏体；10：贝氏体（B）。 （2） V1：等温退火；V2：正火；V3等温回火；V4：淬火。 8.将一T12钢小试样分别加热到780oC和860oC，经保温后以大于Vk的速度冷却至室温，试问：（T12钢Ac1=730oC Accm=830oC） （1）、哪个温度淬火后晶粒粗大？（2）、哪个温度淬火后未溶碳化物较多？ （3）、哪个温度淬火后残余奥氏体量较多？（4）、哪个淬火温度合适？为什么？ 答：（1）860℃下淬火后晶粒更细。860℃>830℃，即加热温度大于AC㎝由于奥氏体晶粒粗大，含碳量提高，使淬火后马氏体晶粒也粗大，且残余奥氏体量增多，使钢的硬度、耐磨性下降，脆性和变形开裂倾向增加。 （2）780oC下未溶碳化物较多，（3））860℃下残余奥氏体量较多。 （4）780oC更适合淬火。T12是含碳量为1.2%的碳素工具钢，是过共析钢，其淬火火为AC1+（30～50）oC。 9. 45钢及T10钢小试件经850oC水冷、850oC空冷、760oC水冷、720oC水冷处理后的组织各是什么？（45钢：Ac1=730o，Ac3=780oC; 10钢：Ac1=730oC，Accm=800oC） 答：
机械工程材料复习重点
