重庆大学金属学热处理期末试题.doc

1、第 页1重庆大学学期考试试卷课程名称： 金属学及热处理 课程代码： 主要班级： 教学班号： 本卷为 A 卷，共 2 页，考试方式： 闭卷 ，考试时间：120 分钟题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总 分得 分一、填空题（15 分）1、在 BCC 和 FCC 晶格中，单位晶胞内的原子数分别为 和 ，其致密度分别为 和 。2、金属的结晶过程是 的过程。控制结晶后晶粒大小的方法有 、 和 。3、冷变形金属在加热时组织与性能的变化，随加热温度不同，大致分为 、和 三个阶段。4、1Crl8Ni9Ti 钢中 Ti 的作用是 ，而 20CrMnTi钢中 Ti 的作用是 。5、碳在白口铸铁中主要

2、以 形式存在，而在灰口铸铁中主要以 形式存在。二、名词解释（10 分）1、合金； 2、共晶转变； 3、枝晶偏析； 4、伪共晶； 5、回复；三、选择题（12 分）1、工程上使用的金属材料一般都呈 ( )。A各向异性； B各向同性； C伪各向异性； D伪各向同性。第 页22、固溶体的晶体结构 ( )。A与溶剂的相同； B与溶质的相同；C与溶剂、溶质的都不相同； D是两组元各自结构的混合。3、多晶体金属的晶粒越细，则其 ( )。A强度越高，塑性越好 B强度越高，塑性越差C强度越低，塑性越好 D强度越低，塑性越差4、调质处理后可获得综合力学性能好的组织是 ( )A回火马氏体 B回火托氏体C回火索氏体

3、D索氏体5、过共析钢正火的目的是 ( )。A调整硬度，改善切削加工性 B细化晶粒，为淬火作组织准备C 消除网状二次渗碳体 D防止淬火变形与开裂6、对于可热处理强化的铝合金，其热处理方法为 ( )。A淬火低温回火 B完全退火C水韧处理 D固溶时效四、判断题（5 分）1、金属铸件可通过再结晶退火来细化晶粒。 ( )2、亚共析钢加热至 Ac1 和 Ac3 之间将获得奥氏体铁素体二相组织，在此区间，奥氏体的含碳量总是大于钢的含碳量。 ( )3、化学热处理既改变工件表面的化学成分，又改变其表面组织。 ( )4、所有合金元素均使 Ms、Mf 点下降。 ( )5、可锻铸铁可在高温下进行锻造加工。 ( )五、

4、问答题（36 分）1、什么叫临界晶核?它的物理意义及与过冷度的定量关系如何? （8 分）2、试比较 45 钢、T 8 钢、T12 钢的 硬度、强度和塑性有何不同? （9 分）第 页33、试述奥氏体的形成过程及控制奥氏体晶粒的方法。 （9 分）4、分析碳和合金元素在高速钢中的作用及高速钢热处理工艺的特点。 （10 分）六、综合分析题（22 分）1、用 9SiCr 钢制成圆板牙，其工艺路线为：锻造球化退火 机械加工淬火低温回火磨平面开槽开口。试分析：球化退火、淬火及回火的目的；球化退火、淬火及回火的大致工艺。 （10 分）2、一碳钢在平衡冷却条件下，所得显微组织中，含有 50的珠光体和 50的铁素

5、体，问： 此合金中碳的质量分数为多少 ? 若该合金加热到 730 时，在平衡条件下将获得什么组织? 若加热到 850 ，又将得到什么组织? （12 分）金属学及热处理试卷参考答案一、填空题1、2，4，0.68，0.74； 2、形核与长大，增加过冷度，变质处理，振动、搅拌等；3、回复，再结晶，晶粒长大； 4、防止奥氏体不锈钢晶间腐蚀，细化晶粒；5、Fe 3C，石墨。二、名词解释1、合金：是指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。2、共晶转变：在一定的温度下，由定成分的液相同时结晶出两个成分不同的固相的转变。3、由于固溶体结晶通常是树枝状进行，结果使枝干和枝间的化学成分不同，称为枝晶偏析。

6、4、非共晶成分的合金所得到共晶组织称为伪共晶。5、回复：冷变形金属在加热时所产生的某些亚结构和性能的变化过程。三、选择题1A，2A，3A，4C，5C，6D四、判断题1， 2，3，4，5五、问答题1、 根据自由能与晶胚半径的变化关系，可以知道半径 rr c 的晶胚不能成核；r r c 的晶胚才有可能成核；而 rr c 的晶胚既可能消失，也可能稳定长大。因此，半径为 rc 的晶胚称为临界晶核。其物理意义是，过冷液体中涌现出来的短程规则排列的原子集团，当其尺寸 rrc 时，这样的原了团使可成为晶核而长大。临界晶核半径 rc 其大小与过冷度有关。 TLmc2第 页42、由含碳质量分数对碳钢性能的影响可

7、知，随着钢中碳含量的增加，钢中的渗碳体增多，硬度也随之升高，基本上呈直线上升。在 0.8C 以前，强度也是虽直线上升的。在，0.8C 时，组织全为珠光体，强度最高；但在 0. 8C 以后，随碳量的继续增加，组织中将会出现网状渗碳体，致使强度很快下降；当2.11C 后，组织中出现莱氏体强度将很低，而塑性是随碳量增加而下降的，在出现莱氏体后，塑性将几乎降为零。由此可知，T12 的硬度最高，45 钢的硬度最低；T12 的塑性最差，45 钢塑件最好；T8 钢均居中，T8 钢的强度最高。3、奥氏体形成过程：a)奥氏体晶核的形成 b)奥氏体晶核的长大；c)残留渗碳体的溶解；d)奥氏体成分均匀化。控制奥氏体

8、晶粒大小的方法：a)制定合适的加热规范，包括控制加热温度及保温时间、快速短时加热；b)碳含量控制在一定范围内，并在钢中加入定显阻碍奥氏体晶粒长大的合金元素。如：A1 、V 、Ti、Zr、Nb 等；c)考虑原始组织的影响，例如片状球光体比球状珠光体加热组织易粗化。4、化学成分：高碳的目的是为了和碳化物形成元素 Cr、W、Mo、V 等形成碳化物，并保正得到强硬的马氏体基体以提高钢的硬度利耐磨性。W、Mo、V 主要是提高钢的红硬性，因为这些元素形成的碳化物硬度高，产生二次硬化效应，因而显著提高钢的红硬性、硬度和耐磨性。Cr 主要是提高钢的淬透性。其工艺突出的特点是淬火加热温度非常高，回火温度高，次数

9、多，淬火加热时采用预热。六、综合分析题1、球化退火是为了消除锻造应力，获得球状珠光体和碳化物，降低硬度以利于切削加工并为淬火做好组织准备，减少淬火时的变形与开裂；淬火及回火是为了获得回火马氏体，保证热处理后具有高硬度、高耐磨性。球化退火工艺：加热温度 790810，等温温度700720；淬火工艺：加热温度 850870(油淬) ；回火工艺； 160180。2、设该合金中含 C%x，则由杠杆定律得%5018.7.0X所以 C%x=0.38%其显微组织为 FA全部奥氏体(A) 组织重庆大学期考试试卷课程名称： 金属学及热处理 课程代码： 主要班级： 教学班号： 本卷为 B 卷，共 2 页，考试方式

10、： 闭卷 ，考试时间：120 分钟题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总 分得 分一、填空题（15 分）第 页51、实际金属中存在有 、 和 三类晶体缺陷。2、为了使金属结晶过程得以进行，必须造成一定的 ，它是理论结晶温度与 的差值。3、碳在 Fe 中的间隙固溶体称为 ，它具有 晶体结构在 时碳的最大溶解度为 。4、当钢中发生奥氏体向马氏体转变时，原奥氏体中碳含量越高，则 Ms 点越 转变后的残余奥氏体量就越 。5、除 处，其他的合金元素溶人 A 中均使 C 曲线向 移动，即使钢的临界冷却速度 ，淬透性 。二、名词解释（10 分）1、相； 2、热处理； 3、置换固溶体； 4、加工硬

11、化； 5、珠光体； 三、选择题（12 分）1、当晶格常数相同时，FCC 晶体比 BCC 晶体 ( )。A原子半径大，但致密度小； B原子半径小，但致密度大；C原子半径大，但致密度也大； D原子半径小但致密度也小。2、能使单晶体产生塑性变形的应力为( )。A正应力 B切应力 c原子活动力 D复合应力3、钢在淬火后所获得的马氏体组织的粗细主要取决于( )A奥氏体的本质晶粒度 B奥氏体的实际晶粒度C奥氏体的起始晶粒度 D加热前的原始组织4、过共析钢的正常淬火加热温度是( )。AAcm 十(3050) BAc3 十(3050)CAc1 十(3050) DAc1 一(30 50)5、制造手工锯条应采用(

12、 )。A45 钢淬火低温回火 B65Mn 淬火中温回火CT12 钢淬火低温回火 D9SiCr 淬火低温回火第 页66、LYl2 的( )。A耐蚀性好 B铸造性能好C时效强化效果好 D压力加工性好四、判断题（5 分）1、固溶体的强度和硬度，比组成固溶体的溶剂金属的强度和硬度高。 ( )2、实际金属是由许多结晶位向都完全相同的小晶粒组成的。 ( )3、T10 和 T12 钢如其淬火温度样，那么它们淬火后残余奥氏体量也是一样的。( )4、高速钢反复锻造是为了打碎鱼骨状共晶莱氏体，使其均匀分布于基体中。 ( )5、铸铁可以通过再结晶退火使晶粒细化，从而提高其力学性能。 ( )五、问答题（36 分）1、

13、分析纯金属生长形态与温度梯度的关系? （8 分）2、何为超塑性?如何实现超塑性?（9 分）3、何谓回火脆性?说明回火脆性的类型、特点及其抑制方法。 （9 分）4、为什么合金钢比碳钢的力学性能好?热处理变形小?合金工具钢的耐磨性热硬性比碳钢高?（10 分）六、综合分析题（22 分）1、某汽车齿轮选用 20CrMnTi 材料制作，其工艺路线为：下料锻造正火切削加工渗碳淬火低温回火喷丸磨削加工。请分别说明上述四项热处理工艺的目的及工艺。 （10 分）2、现有 A、B 两种铁碳合金。 A 的显微组织为珠光体的量占 75，铁素体的量占 25；B 的显微组织为珠光体的量占 92，二次渗碳体的量占 8。请回

14、答：这两种铁碳合金按显微组织的不同分属于哪一类钢? 这两种钢铁合金的含碳量各为多少? 画出这两种材料在室温下平衡状态时的显微组织示意图，并标出各组织组成物的名称。 （12 分）金属学及热处理试卷参考答案第 页7一、填空题1、点缺陷、线缺陷、面缺陷； 2、过冷度，实际结晶温度；3、铁素体，BCC，727，0.0218 ； 4、低，多； 5、Co，右，减小，增加。二、名词解释1、相：结构相同、成分相同并以界面相互分的均匀组成部分。2、热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。3、置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成固溶体。溶质原子与溶剂

15、原子的尺寸差不同，都将引起晶格畸变，产生固溶强化。4、随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化。5、共析转变的产物是 F 与 Fe3C 的机械混合物，称作珠光体，用 P 表示。三、选择题1B，2B，3B ，4C，5C，6C四、判断题1， 2，3，4，5五、问答题1、纯金属生长形态是指晶体长大时界面的形貌。界面形貌取决于界面前沿液体中的温度分布。(1)平面状界面。当液体具有正温度梯度时，晶体以平界面方式推移长大。此时，界面上任何偶然的小的凸起伸入液体时，都会使其过冷度减小，长大速率降低或停止长大，而被周围部分赶上，因而能保持平界面的推移。长大中晶体沿平行温度梯度的

16、方向生长，或沿散热的反方向生长，其他方向的生长则受到抑制；(2)树枝状界面。当液体具行负温度梯度时，在界面上若形成偶然的凸起伸入前沿液体时，由于前方液体有更大的过冷度，有利于晶体长大和凝固潜热的散失，从而形成枝晶的一次轴。一个枝晶的形成，其潜热使邻近液体温度升向，过冷区降低，因此，类似的枝晶只在相邻一定间距的界面上形成相互平行分布。在次枝晶处的温度比枝晶间温度高，这种负温度梯度使一次铀上又长出二次轴分技，同样，还会产生多次分枝。枝晶生长的最后阶段，由于凝固潜热放出使枝晶周围的液体温度升高至熔点以上。液体中出现正温度梯度，此时晶体长大依靠平面方式推进，直至枝晶间隙全部被填满为止。2、金属材料在一

17、定条件下拉伸，其延伸率可以高达 200以上，甚至大于 1000。这种性能称作超塑性。超塑性可以分成组织超塑性，相变超塑性和其他超塑性三大类。其中组织超塑性应该具备三个条件：(1)晶粒超细化、等轴化、稳定化，一般不超过 10 m；(2)变形温度一般在(0.5 0.7)Tm，呈现超塑性；(3)定的应变速率，超塑性变形最佳的速率为 10-410-5S-1 或者 10-310-2min-1。3、有些钢在某一温度范围内回火时，其冲击韧性比在较低温度回火时还显者下降，这种脆化现象称为回火脆性。回火脆性类型主要有两种，即低温回火脆性与高温回火脆性。低温回火脆性亦称第一类回大脆性，几乎所有工业用钢都存在程度不

18、问的这类脆性、它与回火后的冷却速度无关。因此又称为不可逆回火脆性。高温间火脆性亦称第二类回火脆性，其特点是只出现在一些特定成分的钢中，其回火脆性与否，与回火后冷却速度有关，即回火缓冲出现，快冷不出现，因此亦称可逆回火脆性。抑制回火脆性的方法：对于第一类回火脆性由于其不可逆性，只能避免在脆化温度范围内回火；如果必须在该温度回火，可采用等温淬火；加 Si 使低温回火脆化温度移向第 页8高温等措施。抑制高温回火脆性的方法：1)高温间火后快速冷却；2) 降低钢中杂质元素的含量；3)钢中加人适量的 Mo、W。4、(1)合金元素加入后并经适当热处理，可使钢的力学性能提高或得以改善。(2) 合金元素(除 C

19、o 外)加入后使钢的淬透性增加，因此获得同样组织时合金钢可选择较缓的冷却介质，故热处理变形小。(3)合金工具钢出于含有些合金元素，与钢中的碳形成合金碳化物，而这些合金碳化物的硬度高、熔点高，所以合金工具钢的耐磨性、热硬性比碳钢高。六、综合分析题1、正火目的：使组织均匀化、细化、改善加工性能。正火工艺：加热至 Ac3(30 50)，空冷。渗碳目的：提高齿轮表面的含碳量，为淬火作难备。渗碳工艺；在 900950进行。淬火目的：使渗碳层获得最好的性能，即获得高的齿面硬度，耐磨性及疲劳强度并保持心部的强度及韧性。淬火工艺：渗碳后，油冷。低温回火目的：减少或消除淬火后应力，并提高韧性。低温回火工艺：加热

20、至(150-200)进行。2、A：亚共析钢 B：过共析钢 设 A 钢的含碳量为： x1%75018.%7. Pxx1=0.58% 故 A 钢的含碳量为 0.58设 B 钢的含碳量为：x2 92.69.2x2=1.24% B 钢的含碳量为 1.24组织示意图：金属学与热处理试题第一部分金属学一、解释下列名词并说明其性能特点（本大题共 2 小题，每小题 3 分，总计 6分）1、渗碳体 2、铁素体二、问答题（本大题共 5 小题，总计 40 分） 写出 Fe-Fe3C 相图中共析和共晶转变式，并说明含碳量及温度。（8分） 第 页9 写出 Fick 第一定律和第二定律的表达式，并说明应用范围、区别及联系

21、。（8 分） 图示并说明什么是热过冷。（4 分） 何谓加工硬化？产生原因是什么？有何利弊？（12 分） 无论置换固溶体还是间隙固溶体都会引起强度升高，试分析其原因。（8 分） 三、计算题（本大题共 2 小题，每小题 5 分，总计 10 分）1、计算莱氏体中 Fe3C 的相对含量。2、已知 Cu 的熔点为 1083，试估算其再结晶温度。（0.35）四、实验题（本大题共 2 小题，每小题 3 分，总计 6 分）1、试画出含碳量为 0.45%的铁碳合金金相显微组织示意图；2、试分析含碳量分别为 0.20%、0.45%、0.65%的铁碳合金在组织和力学性能上有何不同？第二部分热处理原理（38 分）一、

22、名词解释（本大题共 3 小题，每小题 2 分，总计 6 分）1、热处理 2、马氏体 3、实际晶粒度二、填空题（本大题共 16 个空，每空 1 分，总计 16 分）1、马氏体的基本形态有和，此外还有、和。通常低碳钢所形成的马氏体为，高碳钢所形成的马氏体为.2、按回火温度不同，通常将回火分为、和；回火温度分别是、和；其回火组织分别为、和。三、何谓奥氏体？简述奥氏体的转变的形成过程及影响奥氏体晶粒长大的因素。（本大题 6 分）第 页10四、问答题：（本大题共 2 小题，每小题 5 分，总计 10 分）将共析钢加热至 780，经保温后，请回答：1、若以图示的 V1、V2、V3、V4、V5 和 V6 的

23、速度进行冷却，各得到什么组织？2、如将 V1 冷却后的钢重新加热至 530，经保温后冷却又将得到什么组织？力学性能有何变化？答 案第一部分 金 属 学 （62 分）一、1.Fe3C 为复杂晶体结构的间隙化合物，其硬度高，脆性大，塑性几乎等于零，硬脆相，是钢中主要强化相。2. -Fe 中溶入溶质元素而构成的固溶体，铁素体仍保持 -Fe 的体心立方晶格，由于间隙小，溶碳极少，力学性能与纯铁相同，强度、硬度不高，具有良好的塑性，770 oC 以下为铁磁性。第 页11二、1.A0.77 (F0.0218+Fe3C)共析 L4.3 (A2.11+Fe3C)共晶；2. 稳态非稳态第一扩散定律是第二扩散定律

24、的特例。3. =T0 - T1过冷是由液固界面前沿实际温度分布与平衡凝固温度之差，称热过冷。4. 冷加工变形后，金属材料强度、硬度升高而塑性下降的现象叫加工硬化。是由于塑变中产生了大量位错等晶体缺陷，相互交互作用，使位错运动阻力增大，变形抗力增加，加工硬化是强化金属材料重要方法，尤其是热处理不能强化材料更重要，使材料在加工中成为可能。但同时变形抗力增加，进一步变形必消耗动力，塑性大幅下降，会导致开裂，有时为继续变形必加中间再结晶退火，增加生产成本。5. 一是溶质原子的溶入使晶格畸变，阻碍滑移面上位错运动。第 页12二是位错线上偏聚的溶质原子对位错的钉扎作用，形成“柯氏气团”对位错起钉扎作用。三

25、、计算题1.2.T 再Tm=0.35 (1083+273)=474.6K，即 201.6 oC四、实验题1、0.45%的铁碳合金金相显微组织示意图；2、随含碳量，F，Fe3C。塑性、韧性下降，强度硬度第二部分热处理原理（38 分）一、名词解释（本大题共 3 小题，每小题 2 分，总计 6 分）1、热处理：将钢在固态下进行加热、保温，冷却，以改变其组织而得到所需性能的工艺方法。2、马氏体：C 在 Fe 中的过饱和固溶体。3、实际晶粒度：在某一加热条件下（实际热处理）所得到的实际奥氏体晶粒大小。二、填空题（本大题共 16 个空，每空 1 分，总计 16 分）1、板条状、片状，此外还有蝶状、薄片状和 马氏体。板条状，片状.2、低温、中温、高温；150250，350500，500650；回火 M，回火 T，回火 S 。三、第 页13奥氏体：C 溶解在 Fe 中的固溶体。形成过程：奥氏体生核、长大、残余渗碳体溶解、奥氏体均匀化。影响因素：加热温度、保温时间，加热速度，含碳量，合金元素，冶炼方法，原始组织等。四、1、V1：M+A 残余、V2：T+M、V3：S+T+M+A 残余、V4：S+T、V5：S，V6：S。2、S 回火，硬度有所下降，塑性、韧性等上升，综合力学性能提高。