金属材料组织和性能的控制2.2.填空题(1) 结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的,这两个过程是( 形核 )和( 晶核长大 )。(2) 当对金属液体进行变质处理时,变质剂的作用是( 增加晶核数量,或阻碍晶粒长大 )。(3) 液态金属结晶时,结晶过程的推动力是( 能量差 ),阻力是( 表面能 )。(4) 过冷度是指(理论结晶温度 - 开始结晶温度),其表示符号为(△T)。(5) 典型铸锭结构的三个晶区分别为( 表面细晶区 )、( 柱状晶区 )和( 中心等轴晶 )。(6) 固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度( 高 )。(7) 固溶体出现枝晶偏析后,可用(扩散退火)加以消除。(8) 一合金发生共晶反应,液相L生成共晶体(△T)。共晶反应式为( L—(α+β)),共晶反应的特点是( 在恒温下进行,三相共存 )。(9) 一块纯铁在912℃发生△T→△T转变时,体积将( 收缩 )。(10) 珠光体的本质是( 铁素体与渗碳体机械混合物 )。(11) 在铁碳合金室温平衡组织中,含Fe3CⅡ最多的合金成分点为( 2.11%C ),含Le′最多的合金成分点为( 4.3%C )。(12) 用显微镜观察某亚共析钢,若估算其中的珠光体体积分数为80%,则此钢的碳的质量分数为( 0.62%C )。(13) 钢在常温下的变形加工称为( 冷 )加工,而铅在常温下的变形加工称为( 热 )加工(14) 造成加工硬化的根本原因是( 位错运动受阻,引起塑性变形抗力增加 )。(15) 滑移的本质是( 位错的运动 )。(16) 变形金属的最低再结晶温度与熔点的关系是( T再=(0.35~0.4)T熔 )。(17) 再结晶后晶粒度的大小主要取决于( 加热温度 )和( 预先变形度 )。(18)在过冷奥氏体等温转变产物中,珠光体和屈氏体的主要相同点是( F+Fe3C的两相混合物 ),不同点是 ( 屈氏体的片层间距小 )。(19) 用光学显微镜观察,上贝氏体呈( 羽毛 )状,下贝氏体呈( 黑色针状 )状。(20) 马氏体的显微组织形态主要有( 板条状 )、( 针状 )两种。其中( 板条马氏体 ) 的韧性较好。(21)钢的淬透性越高,则其C曲线的位置越( 靠右 ),说明临界冷却速度越( 小 )(22)马氏体是一种( 铁 )磁相,在磁场中呈现磁性;而奥氏体是一种( 顺 )磁相,在磁场中无磁性。(23) 球化退火加温温度略高于Ac1,以便保留较多的( 未溶碳化物粒子 )或较大的奥氏体中的( 碳浓度分布不均匀 ),促 进球状碳化物的形成。(24)球化退火的主要目的是( 降低硬度 ),它主要适用于( 过共析钢 )钢。(25) 亚共析钢的正常淬火温度范围是( AC3以上30+50℃ ),过共析钢的正常淬火温度范围是( AC1以上30+50℃ )。(26) 淬火钢进行回火的目的是( 消除应力 ),回火温度越高,钢的强度与硬度越( 低 )。(27) 合金元素中,碳化物形成元素有( Mo,W,V,Nb,Ti )。(28) 促进晶粒长大的合金元素有( Mn,P,B )。(29) 除( Co )、( Al )外,几乎所有的合金元素都使Ms、Mf,点下降,因此淬火后相同碳质量分数的合金钢与碳钢相比,残余奥氏体( 多 ),使钢的硬度(下降)。(30)一些含有合金元素( Mn,Cr,Ni )的合金钢,容易产生第二类回火脆性,为了消除第二类回火脆性,可采用( 快冷 )和( 加入Mo元素 )。2.3.是非题(1) 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。 ( × )(2) 室温下,金属晶粒越细,则强度越高、塑性越低。 ( × )(3) 在实际金属和合金中,自发生核常常起着优先和主导的作用。 ( × )(4) 当形成树枝状晶体时,枝晶的各次晶轴将具有不同的位向,故结晶后形成的枝晶是一个多晶体。 ( × )(5) 晶粒度级数的数值越大,晶粒越细。 (√ )(6) 平衡结晶获得的Ni质量分数为20%的Cu-Ni合金比Ni质量分数为40%的Cu-Ni合金的硬度和强度要高。 ( × )(7)一个合金的室温组织为+(),它由三相组成。 ( × )(8)铁素体的本质是碳在-Fe中的间隙相。 ( × )(9)20钢比T12钢的碳质量分数要高。 ( × )(10)在退火状态(接近平衡组织)45钢比20钢的塑性和强度都高。 ( × )(11)在铁碳含金平衡结晶过程中,只有碳质量分数为4.3%的铁碳合金才能发生共晶反应。( × )(12)滑移变形不会引起金属晶体结构的变化。 (√ )(13)因为B.C.晶格与F.C.晶格具有相同数量的滑移系,所以两种晶体的塑性变形能力完全相同。( × )(14)孪生变形所需要的切应力要比滑移变形时所需的小得多。 ( × )(15)金属铸件可以通过再结晶退火来细化晶粒。 ( × )(16)再结晶过程是有晶格类型变化的结晶过程。 ( × )(17)重结晶退火就是再结晶退火。 ( × )(18)渗碳体的形态不影响奥氏体化形成速度。 ( × )(19)马氏体是碳在-Fe中的过饱和固溶体。当奥氏体向马氏体转变时,体积要收缩。 ( × )(20)当把亚共析钢加热到A和A之间的温度时,将获得由铁素体和奥氏体构成的两相组织,在平衡条件下,其中奥氏体的碳质量分数总是大于钢的碳质量分数。 ( × )(21)当原始组织为片状珠光体的钢加热奥氏体化时,细片状珠光体的奥氏体化速度要比粗片状珠光体的奥氏体化速度快。 (√ )(22)当共析成分的奥氏体在冷却发生珠光体转变时,温度越低,其转变产物组织越粗。( × )(23)在碳钢中,共析钢的淬透性最好。 (√ )(24)高合金钢既具有良好的淬透性,也具有良好的淬硬性。 ( × )(25)经退火后再高温回火的钢,能得到回火索氏体组织,具有良好的综合机械性能。 ( × )(26)调质得到的回火索氏体和正火得到的索氏体形貌相似,渗碳体形态一样。 ( × )(27)在同样淬火条件下,淬透层深度越大,则钢的淬透性越好。 (√ )(28)感应加热过程中,电流频率愈大,电流渗入深度愈小,加热层也愈薄。 (√ )(29)表面淬火既能改变钢的表面组织,也能改善心部的组织和性能。 ( × )(30)所有的合金元素都能提高钢的淬透性。 ( × )(31)合金元素Mn、Ni、N可以扩大奥氏体区。 (√ )(32)合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。 ( × )(33)60Si2Mn钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。 ( × )(34)所有的合金元素均使M、M下降。 ( × )2.4.选择正确答案(1)金属结晶时,冷却速度越快,其实际结晶温度将A. 越高 B. 越低 C. 越接近理论结晶温度 D. (2)为细化铸造金属的晶粒,可采用: E. 快速浇注 F. 加变质剂 G. 以砂型代金属型 L→(△T)共晶反应时,三相的成分: 相同 确定 不定 (4)共析成分的合金在共析反应△T→(△T)刚结束时,其组成相为 △T +△T △T (△T) (5)奥氏体是: 碳在△T中的间隙固溶体 碳在△T-Fe中的间隙固溶体 e中的有限固溶体 (6)珠光体是一种: 单相固溶体 两相混合物 Fe与C的化合物 T10钢的碳质量分数为: 0.1% 1.0% 10% (8)铁素体的机械性能特点是 强度高、塑性好、硬度低 强度低、塑性差、硬度低 强度低、塑性好、硬度低 (9)面心立方晶格的晶体在受力变形时的滑移面是 ﹛100﹜ ﹛111﹜ ﹛110﹜ (10)体心立方晶格的晶体在受力变形时的滑移方向是 〈100〉 〈111〉 〈110〉 (11)变形金属再结晶后: 形成等轴晶,强度增大 形成柱状晶,塑性下降 形成柱状晶,强度升高 d.形成等轴晶,塑性升高 (12)奥氏体向珠光体的转变是: 扩散型转变 非扩散型转变 半扩散型转变 (13)钢经调质处理后获得的组织是: 回火马氏体 回火屈氏体 c.回火索氏体 的温度区间等温转变时,所形成的组织是 索氏体 下贝氏体 上贝氏体 d.珠光体 曲线右移,钢的淬透性将 降低 提高 不改变 d. 降低还是提高不确定 (16)马氏体的硬度取决于 冷却速度 转变温度 碳质量分数 (17)淬硬性好的钢: 具有高的合金元素质量分数 具有高的碳质量分数 具有低的碳质量分数 (18)对形状复杂,截面变化大的零件进行淬火时,应选用: 高淬透性钢 中淬透性钢 低淬透性钢 (19)直径为10mm的40钢的常规淬火温度大约为: 750°C 850°C 920°C (20)直径为10mm的40钢在常规淬火温度加热后水淬后的显微组织为 马氏体 铁素体+马氏体 马氏体+珠光体 (21)完全退火主要适用于 亚共析钢 共析钢 过共析钢 (22)钢的回火处理是在: 退火后进行 正火后进行 淬火后进行 (23)20钢的渗碳温度范围是 600~650°C 800~820°C 1000~1050°C (24)钢的淬透性主要取决于: 钢中碳质量分数 冷却介质 钢中合金元素种类和质量分数 (25)钢的淬硬性主要取决于: 钢中碳质量分数 冷却介质 钢中合金元素种类和质量分数 2.5综合分析题 (3)在实际应用中,细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能,细化晶粒、提高金属材料使用性能的措施有哪些? (4)如果其他条件相同,试比较在下列铸造条件下铸件晶粒的大小: ①砂模浇注与金属模浇注; ②变质处理与不变质处理; ③铸成厚件与铸成薄件; ④浇注时采用震动与不采用震动。 答:(1)金属模浇注晶粒尺寸小于砂模浇注,原因是金属模冷却速度大,过冷度大,核率高。 (2)变质处理晶粒细小,原因是变质处理增加了非自发形核率,促进形核; (3)铸成薄件晶粒细小,原因是薄件散热速度大,增加形核率; (4)采用振动晶粒细小,振动打碎粗大枝晶,促进非均匀形核。 (14)金属塑性变形后组织和性能会有什么变化? (26)为什么钢件淬火后一般不直接使用,需要进行回火? 1以上30°C,用图1-4所示的冷却曲线进行冷却,试分析其所得到的组织,说明各属于什么热处理方法。 -单液淬火 M+A’ M+A’ T+M+A’ S P P (29)确定下列钢件的退火方法,并指出退火目的及退火后的组织: ①经冷轧后的15钢钢板,要求降低硬度; ZG35的铸造齿轮; ③锻造过热的60钢锻坯; T12钢的切削加工性能。 答:(1)再结晶退火 (2)扩散退火 (3)完全退火 (4)球化退火 760°C、840°C、 ,保温后在水中冷却得到的室温组织。 (32)指出下列工件的淬火温度及回火温度,并说出回火后获得的组织。 ①45钢小轴(要求综合机械性能好); ②60钢弹簧; T12钢锉刀。 C3+30~50 ℃ 高温回火 回火S C3+30~50 ℃ 中温回火 回火T C1+30~50 ℃ 低温回火 回火M (36)试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理。 T10钢制造形状简单的车刀,其工艺路线为: 锻造一热处理一机加工一热处理一磨加工 ①写出其中热处理工序的名称及作用。 ②制定最终热处理(磨加工前的热处理)的工艺规范,并指出车刀在使用状态下的显微组织和大致硬度。 答:1) 热处理名称:球化退火 M+Fe3C+A’ 3.2填空题 (1)20是( 碳素结构 )钢,可制造( 轴,销 )。 T12是( 碳素工具 )钢,可制造( 扳牙,丝锥 )。

金属材料组织和性能的控制

2.2.填空题

(1) 结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的,这两个过程是( 形核 )和( 晶核长大 )。

(2) 当对金属液体进行变质处理时,变质剂的作用是( 增加晶核数量,或阻碍晶粒长大 )。

(3) 液态金属结晶时,结晶过程的推动力是( 能量差 ),阻力是( 表面能 )。

(4) 过冷度是指(理论结晶温度 - 开始结晶温度),其表示符号为()。

(5) 典型铸锭结构的三个晶区分别为( 表面细晶区 )、( 柱状晶区 )和( 中心等轴晶 )。

(6) 固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度( 高 )。

(7) 固溶体出现枝晶偏析后,可用(扩散退火)加以消除。

(8) 一合金发生共晶反应,液相L生成共晶体()。共晶反应式为( L—(α+β)),共晶反应的特点是( 在恒温下进行,三相共存 )。

(9) 一块纯铁在912℃发生→转变时,体积将( 收缩 )。

(10) 珠光体的本质是( 铁素体与渗碳体机械混合物 )。

(11) 在铁碳合金室温平衡组织中,含Fe3CⅡ最多的合金成分点为( 2.11%C ),含Le′最多的

合金成分点为( 4.3%C )。

(12) 用显微镜观察某亚共析钢,若估算其中的珠光体体积分数为80%,则此钢的碳的质量

分数为( 0.62%C )。

(13) 钢在常温下的变形加工称为( 冷 )加工,而铅在常温下的变形加工称为( 热 )加工

(14) 造成加工硬化的根本原因是( 位错运动受阻,引起塑性变形抗力增加 )。

(15) 滑移的本质是( 位错的运动 )。

(16) 变形金属的最低再结晶温度与熔点的关系是( T再=(0.35~0.4)T熔 )。

(17) 再结晶后晶粒度的大小主要取决于( 加热温度 )和( 预先变形度 )。

(18)在过冷奥氏体等温转变产物中,珠光体和屈氏体的主要相同点是( F+Fe3C的两相混合物 ),不同点是 ( 屈氏体的片层间距小 )。

(19) 用光学显微镜观察,上贝氏体呈( 羽毛 )状,下贝氏体呈( 黑色针状 )状。

(20) 马氏体的显微组织形态主要有( 板条状 )、( 针状 )两种。其中( 板条马氏体 ) 的

韧性较好。

(21)钢的淬透性越高,则其C曲线的位置越( 靠右 ),说明临界冷却速度越( 小 )

(22)马氏体是一种( 铁 )磁相,在磁场中呈现磁性;而奥氏体是一种( 顺 )磁相,在磁

场中无磁性。

(23) 球化退火加温温度略高于Ac1,以便保留较多的( 未溶碳化物粒子 )或较大的奥氏体中的( 碳浓度分布不均匀 ),促 进球状碳化物的形成。

(24)球化退火的主要目的是( 降低硬度 ),它主要适用于( 过共析钢 )钢。

(25) 亚共析钢的正常淬火温度范围是( AC3以上30+50℃ ),过共析钢的正常淬火温度范围是( AC1以上30+50℃ )。

(26) 淬火钢进行回火的目的是( 消除应力 ),回火温度越高,钢的强度与硬度越( 低 )。

(27) 合金元素中,碳化物形成元素有( Mo,W,V,Nb,Ti )。

(28) 促进晶粒长大的合金元素有( Mn,P,B )。

(29) 除( Co )、( Al )外,几乎所有的合金元素都使Ms、Mf,点下降,因此淬火后相同碳质量分数的合金钢与碳钢相比,残余奥氏体( 多 ),使钢的硬度(下降)。

(30)一些含有合金元素( Mn,Cr,Ni )的合金钢,容易产生第二类回火脆性,为了消除第二类回火脆性,可采用( 快冷 )和( 加入Mo元素 )。

2.3.是非题

(1) 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。 ( × )

(2) 室温下,金属晶粒越细,则强度越高、塑性越低。 ( × )

(3) 在实际金属和合金中,自发生核常常起着优先和主导的作用。 ( × )

(4) 当形成树枝状晶体时,枝晶的各次晶轴将具有不同的位向,故结晶后形成的枝晶是

一个多晶体。 ( × )

(5) 晶粒度级数的数值越大,晶粒越细。 (√ )

(6) 平衡结晶获得的Ni质量分数为20%的Cu-Ni合金比Ni质量分数为40%的Cu-Ni合金的硬度和强度要高。 ( × )

(7)一个合金的室温组织为+(),它由三相组成。 ( × )

(8)铁素体的本质是碳在-Fe中的间隙相。 ( × )

(9)20钢比T12钢的碳质量分数要高。 ( × )

(10)在退火状态(接近平衡组织)45钢比20钢的塑性和强度都高。 ( × )

(11)在铁碳含金平衡结晶过程中,只有碳质量分数为4.3%的铁碳合金才能发生共晶反应。

( × )

(12)滑移变形不会引起金属晶体结构的变化。 (√ )

(13)因为B.C.晶格与F.C.晶格具有相同数量的滑移系,所以两种晶体的塑性变形能力完全相同。

( × )

(14)孪生变形所需要的切应力要比滑移变形时所需的小得多。 ( × )

(15)金属铸件可以通过再结晶退火来细化晶粒。 ( × )

(16)再结晶过程是有晶格类型变化的结晶过程。 ( × )

(17)重结晶退火就是再结晶退火。 ( × )

(18)渗碳体的形态不影响奥氏体化形成速度。 ( × )

(19)马氏体是碳在-Fe中的过饱和固溶体。当奥氏体向马氏体转变时,体积要收缩。 ( × )

(20)当把亚共析钢加热到A和A之间的温度时,将获得由铁素体和奥氏体构成的两相组织,在平衡条件下,其中奥氏体的碳质量分数总是大于钢的碳质量分数。 ( × )

(21)当原始组织为片状珠光体的钢加热奥氏体化时,细片状珠光体的奥氏体化速度要比粗片状珠光体的奥氏体化速度快。 (√ )

(22)当共析成分的奥氏体在冷却发生珠光体转变时,温度越低,其转变产物组织越粗。( × )

(23)在碳钢中,共析钢的淬透性最好。 (√ )

(24)高合金钢既具有良好的淬透性,也具有良好的淬硬性。 ( × )

(25)经退火后再高温回火的钢,能得到回火索氏体组织,具有良好的综合机械性能。 ( × )

(26)调质得到的回火索氏体和正火得到的索氏体形貌相似,渗碳体形态一样。 ( × )

(27)在同样淬火条件下,淬透层深度越大,则钢的淬透性越好。 (√ )

(28)感应加热过程中,电流频率愈大,电流渗入深度愈小,加热层也愈薄。 (√ )

(29)表面淬火既能改变钢的表面组织,也能改善心部的组织和性能。 ( × )

(30)所有的合金元素都能提高钢的淬透性。 ( × )

(31)合金元素Mn、Ni、N可以扩大奥氏体区。 (√ )

(32)合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。 ( × )

(33)60Si2Mn钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。 ( × )

(34)所有的合金元素均使M、M下降。 ( × )

2.4.选择正确答案

(1)金属结晶时,冷却速度越快,其实际结晶温度将

A. 越高
B. 越低
C. 越接近理论结晶温度
D. (2)为细化铸造金属的晶粒,可采用:
E. 快速浇注
F. 加变质剂
G. 以砂型代金属型
L→()共晶反应时,三相的成分:
相同
确定
不定
(4)共析成分的合金在共析反应→()刚结束时,其组成相为
+

()
(5)奥氏体是:
碳在中的间隙固溶体
碳在-Fe中的间隙固溶体
e中的有限固溶体
(6)珠光体是一种:
单相固溶体
两相混合物
Fe与C的化合物
T10钢的碳质量分数为:
0.1%
1.0%
10%
(8)铁素体的机械性能特点是
强度高、塑性好、硬度低
强度低、塑性差、硬度低
强度低、塑性好、硬度低
(9)面心立方晶格的晶体在受力变形时的滑移面是
﹛100﹜
﹛111﹜
﹛110﹜
(10)体心立方晶格的晶体在受力变形时的滑移方向是
〈100〉
〈111〉
〈110〉
(11)变形金属再结晶后:
形成等轴晶,强度增大
形成柱状晶,塑性下降
形成柱状晶,强度升高 d.形成等轴晶,塑性升高
(12)奥氏体向珠光体的转变是:
扩散型转变
非扩散型转变
半扩散型转变
(13)钢经调质处理后获得的组织是:
回火马氏体
回火屈氏体 c.回火索氏体
的温度区间等温转变时,所形成的组织是
索氏体
下贝氏体
上贝氏体 d.珠光体
曲线右移,钢的淬透性将
降低
提高
不改变 d. 降低还是提高不确定
(16)马氏体的硬度取决于
冷却速度
转变温度
碳质量分数
(17)淬硬性好的钢:
具有高的合金元素质量分数
具有高的碳质量分数
具有低的碳质量分数
(18)对形状复杂,截面变化大的零件进行淬火时,应选用:
高淬透性钢
中淬透性钢
低淬透性钢
(19)直径为10mm的40钢的常规淬火温度大约为:
750°C
850°C
920°C
(20)直径为10mm的40钢在常规淬火温度加热后水淬后的显微组织为
马氏体
铁素体+马氏体
马氏体+珠光体
(21)完全退火主要适用于
亚共析钢
共析钢
过共析钢
(22)钢的回火处理是在:
退火后进行
正火后进行
淬火后进行
(23)20钢的渗碳温度范围是
600~650°C
800~820°C

1000~1050°C
(24)钢的淬透性主要取决于:
钢中碳质量分数
冷却介质
钢中合金元素种类和质量分数
(25)钢的淬硬性主要取决于:
钢中碳质量分数
冷却介质
钢中合金元素种类和质量分数
2.5综合分析题
(3)在实际应用中,细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能,细化晶粒、提高金属材料使用性能的措施有哪些?
(4)如果其他条件相同,试比较在下列铸造条件下铸件晶粒的大小:
①砂模浇注与金属模浇注;
②变质处理与不变质处理;
③铸成厚件与铸成薄件;
④浇注时采用震动与不采用震动。
答:(1)金属模浇注晶粒尺寸小于砂模浇注,原因是金属模冷却速度大,过冷度大,核率高。
(2)变质处理晶粒细小,原因是变质处理增加了非自发形核率,促进形核;
(3)铸成薄件晶粒细小,原因是薄件散热速度大,增加形核率;
(4)采用振动晶粒细小,振动打碎粗大枝晶,促进非均匀形核。
(14)金属塑性变形后组织和性能会有什么变化?
(26)为什么钢件淬火后一般不直接使用,需要进行回火?
1以上30°C,用图1-4所示的冷却曲线进行冷却,试分析其所得到的组织,说明各属于什么热处理方法。
-单液淬火 M+A’
M+A’
T+M+A’

S
P
P
(29)确定下列钢件的退火方法,并指出退火目的及退火后的组织:
①经冷轧后的15钢钢板,要求降低硬度;
ZG35的铸造齿轮;
③锻造过热的60钢锻坯;
T12钢的切削加工性能。
答:(1)再结晶退火 (2)扩散退火 (3)完全退火 (4)球化退火
760°C、840°C、
,保温后在水中冷却得到的室温组织。
(32)指出下列工件的淬火温度及回火温度,并说出回火后获得的组织。
①45钢小轴(要求综合机械性能好);
②60钢弹簧;
T12钢锉刀。
C3+30~50 ℃ 高温回火 回火S
C3+30~50 ℃ 中温回火 回火T
C1+30~50 ℃ 低温回火 回火M
(36)试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理。
T10钢制造形状简单的车刀,其工艺路线为:
锻造一热处理一机加工一热处理一磨加工
①写出其中热处理工序的名称及作用。
②制定最终热处理(磨加工前的热处理)的工艺规范,并指出车刀在使用状态下的显微组织和大致硬度。
答:1) 热处理名称:球化退火
M+Fe3C+A’
3.2填空题
(1)20是( 碳素结构 )钢,可制造( 轴,销 )。
T12是( 碳素工具 )钢,可制造( 扳牙,丝锥 )。