材料复习题

第一章 金属材料基础知识

一、填空题

1．金属材料一般可分为 钢铁材料 和 非铁金属 两类。

2. 钢铁材料是 铁 和 碳 的合金。

3．钢铁材料按其碳的质量分数w（C）(含碳量)进行分类，可分为 工业纯铁 ； 钢 和白口铸铁或（生铁）。 4．生铁是由铁矿石原料经 高炉冶炼 而得的。高炉生铁一般分为 炼钢 生铁和 铸造 生铁两种。 5．现代炼钢方法主要有 氧气转炉炼钢法 和 电弧炉炼钢法 。

6．根据钢液的脱氧程度不同，可分为 沸腾 钢、 半镇静 钢、 镇静 钢和 特殊镇静 钢。 7．机械产品的制造一般分为 设计 、 制造 与 使用 三个阶段。

8．钢锭经过轧制最终会形成 板材 、 管材 、 型材 、 线材 和 其他材料 等产品。 9．金属材料的性能包括 使用 性能和 工艺 性能。

10．使用性能包括 力学 性能、 物理 性能和 化学 性能。

11．填出下列力学性能指标的符号：屈服点 σs 、洛氏硬度A标尺 HRC 、断后伸长率 δ5或δ率 ψ 、对称弯曲疲劳强度 σ-110

、断面收缩

。

12．金属疲劳断裂的断口由 裂纹源 、 裂纹扩展区 和 最后断裂区 组成。 13．铁和铜的密度较大，称为 重 金属；铝的密度较小，则称为 轻 金属。 14．金属的化学性能包括 耐蚀 性、 抗氧化 性和 化学稳定 性等。

15．金属晶格的基本类型有 体心立方晶格 、 面心立方晶格 与 密排立方晶格 三种。

16．实际金属的晶体缺陷有 点缺陷 、 线缺陷 、 面缺陷 三类。 17．金属结晶的过程是一个 晶核的形成 和 晶核的长大 的过程。  18．金属结晶时 冷却速度 越大，过冷度越大，金属的 实际结晶 温度越低。 19．金属的晶粒愈细小，其强度、硬度 越高 ，塑性、韧性 越好 。 20．合金的晶体结构分为 固溶体 、 金属化合物 与 机械混合物 三种。

21．根据溶质原子在溶剂晶格中所占据的位置不同，固溶体可分为 间隙固溶体 和 置换固溶体 两类。 22．在金属铸锭中，除存在组织不均匀外，还常有 缩孔 、 气泡 、 偏析 及 夹杂 等缺陷。 23．填写铁碳合金基本组织的符号：奥氏体 A ；铁素体 F ；渗碳体 Fe3C或Cm ；珠光体 P ；高温莱氏体 Ld ；低温莱氏体 Ld′ 。

24．奥氏体在1148℃时碳的质量分数可达 2.11% ，在727℃时碳的质量分数为 0.77% 。

25．碳的质量分数为 0.77% 的铁碳合金称为共析钢，当加热后冷却到S点(727℃)时会发生 共析 转变，从奥氏体中同时析出 F 和 Fe3C 的混合物，称为 P 。

二、单项选择题

1．拉伸试验时，试样拉断前能承受的最大标称应力称为材料的 B 。 A．屈服点； B．抗拉强度； C．弹性极限。 2．测定淬火钢件的硬度，一般常选用 B 来测试。

1

A．布氏硬度计； B．洛氏硬度计。

3．金属在力的作用下，抵抗永久变形和断裂的能力称为 C 。 A．硬度； B．塑性； C．强度。

4．作冲击试验时，试样承受的载荷为 B 。 A．静载荷； B．冲击载荷； C．拉伸载荷。

5．金属的 B 越好，则其锻造性能越好。 A．强度； B．塑性； C．硬度。

6．铁素体是 A 晶格，奥氏体是 B 晶格，渗碳体是 D 晶格。 A．体心立方； B．面心立方； C．密排六方； D．复杂的。

7．铁碳合金状态图上的ES线，用符号 B 表示，PSK线用符号 A 表示。 A．A1； B．Acm； C．A3。

8．铁碳合金状态图上的共析线是 C ，共晶线是 A 。 A．ECF线； B．ACD线； C．PSK线。

三、判断题

1．钢和生铁都是以铁碳为主的合金。(√)

2．高炉炼铁的实质就是从铁矿石中提取铁及其有用元素并形成生铁的过程。(√)

3．塑性变形能随载荷的去除而消失。(×)

4．所有金属材料在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象。(×)

5．在小能量多次冲击条件下，金属材料抗多次冲击的能力，主要取决于金属材料强度的高低。(√) 6．1kg钢和1kg铝的体积是相同的。(×) 7．合金的熔点取决于它的化学成分。(√)

8．一般来说，纯金属的导热能力比合金好。(√) 9．单晶体具有显著的各向异性特点。（√）

10．实际金属的晶体结构不仅是多晶体，而且还存在着多种缺陷。(√) 11．固溶体的晶格仍然保持溶剂的晶格。(√)

12．间隙固溶体只能为有限固溶体，置换固溶体可以是无限固溶体。(√)

13．金属化合物的特性是硬而脆，莱氏体的性能也是硬而脆，故莱氏体属于金属化合物。 (√) 14．铁素体在770℃有磁性转变，在770℃以下具有铁磁性，在770℃以上则失去铁磁性。(√) 15．碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，称为奥氏体。(×) 16．在Fe-Fe3C相图中，A3温度是随碳的质量分数的增加而上升的。(×) 四、简答题

1．什么是过冷现象和过冷度?过冷度与冷却速度有什么关系?

答：金属在实际结晶过程中，液态金属冷却到理论结晶温度(T0)以下的某一温度时，才开始结晶，这种现象称为过冷。理论结晶温度T0与实际结晶温度T1之差△T，称为过冷度。过冷度的大小与冷却速度有关，冷却速度越大，过冷度就越大，金属的

2

实际结晶温度也就越低。

2．金属在结晶时如何控制晶粒的大小?

答：(1)加快液态金属的冷却速度，增大过冷度；采用变质处理；采用机械搅拌、机械振动、超声波振动和电磁振动等措施，使生长中的树枝晶破碎和细化，而且破碎的树枝晶又可起到新晶核作用，使晶核数量增多，从而可细化晶粒。

3．将碳的质量分数为0.45%的钢和白口铸铁都加热到1000℃～1200℃，能否进行锻造?为什么?

答：把碳的质量分数为0.45%的钢加热到高温(1000℃～1200℃)时，能进行锻造。由铁碳合金相图可知，此时钢处于奥氏体（A）状态，塑性好，因此，能进行锻造。

把白口铸铁加热到高温(1000℃～1200℃)时，不能进行锻造。第一，白口铸铁，塑性差；第二，由铁碳合金相图可知，白口铸铁加热到高温(1000℃～1200℃)时，发生了局部熔化现象，因此，白口铸铁不能进行锻造。

第二章 钢的热处理

一、填空题

1．热处理工艺过程由 加热 、 保温 和 冷却 三个阶段组成。 2．整体热处理分为 退火 、 正火 、 淬火 和 淬火和回火 等。

3．共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有： 珠光体 、 屈氏体 和 托氏体 。 4．贝氏体分为 上贝氏体 和 下贝氏体 两种。

5．常用的退火方法有： 完全退火 、 球化退火 、 等温退火 、 去应力退火 和 均匀化退火 等。

6．淬火方法有： 单液 淬火、 双液 淬火、 马氏体分级 淬火和 贝氏体等温 淬火等。 7．常用的冷却介质有 油 、 水 、 盐水 等。

8．常见的淬火缺陷有 过热 与 过烧 、 氧化 与 脱碳 、 硬度不足 与 软点 、 变形 与 开裂 。

 9．按回火温度范围可将回火分为 高温 回火、 中温 回火和 低温 回火三种。

10．化学热处理包括 渗碳 、 渗氮 、 碳氮共渗 和 渗硼 等。

11．根据渗碳时介质的物理状态不同，渗碳方法可分为 气体 渗碳、 液体 渗碳和 固体 渗碳三种。 12．目前常用的渗氮方法主要有 气体 渗氮和 离子 渗氮两种。 二、单项选择题

1．过冷奥氏体是 C 温度下存在，尚未转变的奥氏体。 A．Ms； B. Mf； C. A1。

2．为了改善高碳钢（W(C)＞0.6%）的切削加工性能，一般选择 C 作为预备热处理。 A．正火； B. 淬火； C.退火； D．回火

3．过共析钢的淬火加热温度应选择在 A ，亚共析钢的淬火加热温度则应选择在 C 。 A. Ac1+30℃～50℃； B．Accm以上； C．Ac3+3 0℃～50℃。 4．调质处理就是 C 的热处理。

A．淬火+低温回火； B．淬火+中温回火； C．淬火+高温回头。 5．化学热处理与其它热处理方法的基本区别是 C 。

3

A．加热温度； B．组织变化； C．改变表面化学成分。

6．零件渗碳后，一般需经 A 处理，才能达到表面高硬度和高耐磨性目的。 A．淬火+低温回火； B．正火； C．调质。 三、判断题

1．高碳钢可用正火代替退火，以改善其切削加工性。(×)

2．钢的质量分数越高，其淬火加热温度越高。(×)

3．淬火后的钢，随回火温度的提高，其强度和硬度也提高。(×) 4．钢的最高淬火硬度，主要取决于钢中奥氏体的碳的质量分数。(√)

5．钢的晶粒因过热而粗化时，就有变脆的倾向。(√)

6．热应力是指钢件加热和(或)冷却时，由于不同部位出现温差而导致热胀和(或)冷缩不均所产生的内应力。（√） 7．自然时效是指金属材料经过冷加工、热加工或固溶处理后，在室温下发生性能随着时间而变化的现象。（√） 四、简答题

1．指出Ac1、Ac3、Accm；Ar1、Ar3、Arcm及A1、A3、Acm之间的关系。 答:它们之间的关系是：Ar1答:合理选择加热温度和保温时间；选用含有合金元素的钢。

3．完全退火、球化退火与去应力退火在加热温度、室温组织和应用上有何不同？ 答：完全退火、球化退火与去应力退火在加热温度、室温组织和应用的区别见下表 退火工艺名称 完全退火 球化退火 去应力退火 在AC3之上 在AC1之上 在AC1之下 加热规范 室温组织 珠光体+铁素体 球状珠光体 无组织变化 工艺应用范围 亚共析钢 共析钢和过共析钢 所有钢材 4．正火和退火有何差别？简单说明两者的应用范围？

答：正火主要适用于低碳钢，冷却方式为空气冷却；退火主要适用中高碳钢，冷却方式为炉内冷却。

5．现有经退火后的45钢，室温组织是F＋P，在700℃、760℃、840℃加热，保温一段时间后水冷，所得到的室温组织各是什么？

答：在700℃加热，保温一段时间后水冷，所得到的组织是F＋P；在760℃加热，保温一段时间后水冷，所得到的组织是F＋M；在840℃加热，保温一段时间后水冷，所得到的组织是M。

6．淬火的目的是什么？亚共析钢和过共析钢的淬火加热温度应如何选择？

答：淬火的目的主要是使钢件得到马氏体(和贝氏体)组织，提高钢的硬度和强度，与适当的回火工艺相配合，更好地发挥钢材的性能潜力。

亚共析钢淬火加热温度为Ac3以上30℃～50℃，因为在此温度范围内，可获得全部细小的奥氏体晶粒，淬火后得到均匀细小的马氏体。若加热温度过高，则引起奥氏体晶粒粗大，使钢淬火后的性能变坏；若加热温度过低，则淬火组织中尚有未溶铁素体，使钢淬火后的硬度不足。

4

共析钢和过共析钢淬火加热温度为Ac1以上30℃～50℃，此时的组织为奥氏体加渗碳体颗粒，淬火后获得细小马氏体和球状渗碳体，能保证钢淬火后得到高的硬度和耐磨性。如果加热温度超过Accm，将导致渗碳体消失，奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大针状马氏体，残余奥氏体量增多，硬度和耐磨性降低，脆性增大；如果淬火温度过低，可能得到非马氏体组织，则钢的硬度达不到要求。

7．回火的目的是什么？工件淬火后为什么要及时进行回火？

答：回火的目的是消除和减小内应力，稳定组织，调整性能，以获得较好的强度和韧性配合。淬火钢的组织主要由马氏体和少量残余奥氏体组成(有时还有未溶碳化物)，其内部存在很大的内应力，脆性大，韧性低，一般不能直接使用，如不及时消除，将会引起工件的变形，甚至开裂。

8．叙述常见的三种回火方法所获得的室温组织、性能及其应用。 答：常见的三种回火方法所获得的室温组织、性能及其应用见下表 回火工艺 低温回火 中温回火 高温回火 室温组织 回火马氏体 回火托氏体 回火索氏体 性能 高硬度和耐磨性，塑性和韧性低 硬度适中，弹性高 硬度适中，塑性和韧性好 应用 刃具、量具、滚动轴承等 弹性零件等 轴、连杆、齿轮、螺栓等 9．渗碳的目的是什么？为什么渗碳后要进行淬火和低温回火？

答：渗碳的目的主要是提高工件表层的硬度、耐磨性和疲劳强度。因为工件渗碳后，表面硬度等性能并不能达到技术要求，所以，需要在渗碳后进行淬火和低温回火。

10．用低碳钢（20钢）和中碳钢（45钢）制造传动齿轮，为了获得表面具有高硬度和高耐磨性，心部具有一定的强度和韧性，各需采取怎样的热处理工艺？热处理后的室温组织有何差别？

答：对于低碳钢（20钢）制造的齿轮，为了使齿轮获得表面具有高硬度和高耐磨性，其心部具有一定的强度和韧性，需采取渗碳→淬火→低温回火热处理工艺。处理后的室温组织是：表层是回火马氏体（高碳），心部是回火马氏体（低碳）。

对于中碳钢（45钢）制造的齿轮，为了使齿轮获得表面具有高硬度和高耐磨性，其心部具有一定的强度和韧性，需采取表面淬火→低温回火热处理工艺。处理后的室温组织是：表层是回火马氏体，心部是铁素体+珠光体。

11．利用所学知识，解释图2-28中热处理工艺曲线的含义。

图2-28 冷冲模淬火工艺曲线

答：该热处理工艺曲线是冷冲模的淬火和低温回火曲线。淬火曲线部分是先预热至500℃，保温30分钟，最终加热温度是780℃±10℃，保温10分钟，冷却介质是盐水和油，转入油的温度是150～180℃。低温回火部分是200～220℃，保温60分钟，冷却介质是空气。

12．以手锯锯条（T10钢）或錾子（T8钢）为例，分析其应该具备的使用性能，并利用本章所学知识，简单地为其制定合理

5

的热处理工艺。

答：对于手锯锯条（T10钢），其锯齿部位应具有高硬度（HRC60左右）和高耐磨性，锯身应具有良好的塑性和韧性。手锯锯条整体应进行球化退火，然后再进行锯齿局部淬火加低温回火。

对于錾子（T8钢），其刃部和头部应具有较高硬度（HRC45左右），其中部应具有良好的塑性和韧性。錾子整体应进行球化退火，然后对錾子的刃部和头部进行局部淬火加中温回火。

第三章 钢铁材料

1．钢中所含有害杂质元素主要是 硫 、 磷 。

2．钢中非金属夹杂物主要有： 氧化物 、 硫化物 、 硅酸盐 、 氮化物 等。 3．按碳的质量分数高低分类，非合金钢可分为 低 碳钢、 中 碳钢和 高 碳钢三类。 4．在非合金钢中按钢的用途可分为 碳素结构钢 、 碳素工具钢 两类。 5．碳素结构钢质量等级可分为 A 、 B 、 C 、 D 四类。

6．T12A钢按用途分类，属于 碳素工具钢 钢；按碳的质量分数分类，属于 高碳钢 、按主要质量等级分类，属于 高级优质碳素工具钢 。

7．45钢按用途分类，属于 碳素结构钢 钢；按主要质量等级分类，属于 优质碳素结构钢 钢。

8．合金元素在钢中主要以两种形式存在，一种形式是溶入铁素体中形成 合金 铁素体；另一种形式是与碳化合形成 合金 碳化物。

9．合金钢按主要质量等级可分为 优质合金 钢和 特殊质量合金 钢。

10．机械结构用钢按用途和热处理特点，分为 合金渗碳 钢、 合金调质 钢、 合金弹簧 钢和 超高强度 钢等。

11．60Si2Mn是 合金弹簧 钢，它的最终热处理方法是 淬火加中温回火 。 12．高速钢刀具在切削温度达600℃时，仍能保持 高硬度 和 高耐磨性 。

13．不锈钢是指以不锈、耐蚀性为主要特性，且铬含量至少为 10.5% ，碳的质量分数最大不超过 1.2% 的钢。 14．钢的耐热性包括 抗氧化 性和 高温热 强性两个方面。

15．根据铸铁中碳的存在形式，铸铁分为 白口 铸铁、 灰 铸铁、 球墨 铸铁、 蠕墨 铸铁、 可锻 铸铁、 麻口 铸铁等。

16．常用的合金铸铁有 耐磨 铸铁、 耐热 铸铁及 耐蚀 铸铁等。 二、单项选择题

1.在下列三种钢中， C 钢的弹性最好； A 钢的硬度最高； B 钢的塑性最好。 A.T12； B.15； C.65。

2.选择制造下列零件的钢材：冷冲压件用 A ；齿轮用 C ；小弹簧用 B 。 A.08F钢； B.70钢； C.45钢。

3．选择制造下列工具所用的钢材：木工工具用 A ；锉刀用 C ；手锯锯条用 B 。 A.T8A钢； B.T10钢； C.T12钢。

4．合金渗碳钢渗碳后必须进行 A 后才能使用。

6

A．淬火加低温回火； B．淬火加中温回火； C．淬火加高温回火。 5．将括弧内合金钢牌号归类。

耐磨钢： B ；合金弹簧钢： A ；合金模具钢： C ；不锈钢： D 。 A．60Si2MnA； B．ZGMn13-2； C．Cr12MoV； D．12Cr13。

6．为下列零件正确选材：机床主轴 C ；汽车与拖拉机的变速齿轮 D ；减振板弹簧 E ；滚动轴承 B ；贮酸槽 A ；坦克履带 F 。

A．12Cr18Ni9； B．GCr15； C．40Cr； D．20CrMnTi； E．60Si2MnA； F．ZGMn13-3。

7.为下列工具正确选材：高精度丝锥 B ；热锻模 E ；冷冲模 A ；医用手术刀片 C ；麻花钻头 D 。

A．Cr12MoV； B．CrWMn； C．68Cr17； D．W18Cr4V； E．5CrNiMo。 8．为提高灰铸铁的表面硬度和耐磨性，采用 A 热处理方法效果较好。 A．接触电阻加热表面淬火； B．等温淬火； C．渗碳后淬火加低温回火。 9．球墨铸铁经 A 可获得铁素体基体组织；经 C 可获得贝氏体基体组织。 A．退火； B．正火； C．贝氏体等温淬火。 三、判断题

1．氢对钢的危害很大，它使得钢变脆（称氢脆），也使钢产生微裂纹（称白点）。（√） 2．T10钢碳的质量分数是10%。(×)

3．高碳钢的质量优于中碳钢，中碳钢的质量优于低碳钢。(×) 4．碳素工具钢都是高级优质钢。(√)

5．碳素工具钢的碳的质量分数一般都大于0.7%。(√)

6．一般合金钢都有较好的耐回火性。（√）

7．大部分低合金钢和合金钢的淬透性比非合金钢好。(√) 8．3Cr2W8V钢一般用来制造冷作模具。(×)

9．GCr15钢是高碳铬轴承钢，其铬的质量分数是15%。(×) 10．Cr12MoVA钢是不锈钢。(×)

11．40Cr钢是最常用的合金调质钢。(√)

12．热处理可以改变灰铸铁的基体组织，但不能改变石墨的形状、大小和分布情况。(√) 13．可锻铸铁比灰铸铁的塑性好，因此，可以进行锻压加工。(×) 14．可锻铸铁一般只适用于制作薄壁小型铸件。(√) 15．白口铸铁件的硬度适中，易于进行切削加工。(×) 四、简答题

1．碳素工具钢随着碳的质量分数的提高，其力学性能有何变化?

答：碳素工具钢随着碳的质量分数的增加，其硬度和耐磨性提高，而韧性下降。 2．与非合金钢相比，合金钢有哪些优点?

答：与非合金钢相比，合金钢因为加入了合金元素，所以提高了钢的淬透性和耐回火性；细化了奥氏体晶粒；提高了铁素

7

体的固溶强化效果。

3．说明在一般情况下非合金钢用水淬火，而合金钢用油淬火的道理。

答：由于合金钢中加入了合金元素，导致合金钢的淬透性比非合金钢高，所以在一般情况下非合金钢用水淬火，而合金钢可用油淬火。

4．比较冷作模具钢与热作模具钢碳的质量分数、性能要求、热处理工艺有何不同? 答：冷作模具钢与热作模具钢在碳的质量分数、性能要求、热处理工艺的差异见下表 钢种 冷作模具钢 热作模具钢 碳的质量分数 W（C）≥1.0% W（C）=0.3~0.6% 性能要求 高硬度和耐磨性，塑性和韧性低 硬度适中，抗热疲劳 热处理工艺 淬火+低温回火 淬火+中（或高）温回火 5．说明下列钢材牌号属何类钢?其数字和符号各表示什么?

①Q460B ②Q355NHC ③20Cr ④GCr15SiMn ⑤9CrSi ⑥Cr12 ⑦10Cr17 ⑧W6Mo5Cr4V2

答：①Q460B表示屈服点σs≥460MPa，质量为B级的低合金高强度结构钢；②Q355NHC表示屈服点σs≥355MPa，质量为C级的焊接结构耐候钢；③20Cr钢表示合金渗碳钢，W（C）=0.2%，W（Cr）=1%；④GCr15SiMn表示高碳铬轴承钢，W（C）=0.95%～1.10%，W（Cr）=1.5%，W（Si）=1%，W（Mn）=1%；⑤9CrSi钢表示合金工具钢，W（C）=0.9%，W（Cr）=1%，W（Si）=1%；⑥Cr12钢属于冷作模具钢，W（C）≥1%，W（Cr）=12%；⑦10Cr17钢属于不锈钢，W（C）=0.12%，W（Cr）=17%；⑧W6Mo5Cr4V2表示高速钢，W（C）=0.8%～0.9%，W（Mo）=5%，W（Cr）=4%，W（V）=2%。

6．什么是铸铁?它与钢相比有什么优点?

答：在铁碳相图中，碳的质量分数W（C）＞2.11%的铁碳合金称为铸铁。

铸铁具有良好的铸造性能、减摩性能、吸振性能、切削加工性能及低的缺口敏感性，而且生产工艺简单、成本低廉，经合金化后还具有良好的耐热性和耐腐蚀性等。球墨铸铁的性能可与钢相媲美，打破了钢与铸铁的使用界限。另外，铸铁在承受压应力时，由于石墨不会缩小有效承载面积和不产生缺口应力集中现象，故铸铁的抗压强度与钢相近。

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