金屬學(xué)與熱處理考試題

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2012/2013學(xué)年秋季學(xué)期金屬學(xué)及熱處理 A 試題卷（A）參考答案考試形式（開(kāi)、閉卷）:閉卷 答題時(shí)間：120 （分鐘） 本卷面成績(jī)占課程成績(jī) 80 %題 號(hào)一一三四五六七八卷面總分平時(shí)成績(jī)課程總成績(jī)分 數(shù)、名詞解釋（每題2分，共40分）1 .固溶體：一種或多種溶質(zhì)原子溶入主組元（溶劑組元）的晶格中且仍保持溶劑 組元晶格類型的一類固態(tài)物質(zhì)。2 .晶胞：晶格最小的空間單位。一般為晶格中對(duì)稱性最高、體積最小的某種平 行六面體。3 .結(jié)構(gòu)起伏：熔體中原子的熱運(yùn)動(dòng)和相互作用力導(dǎo)致的原子團(tuán)分布不均勻現(xiàn) 象。4 .枝晶偏析：合金以樹(shù)枝狀凝固時(shí)，枝晶干中心部位與枝晶間的溶質(zhì)濃度明顯

2、 不同的成分不均勻現(xiàn)象。5 .珠光體：奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的鐵素體與滲碳體的共析體。6 .滑移：晶體相鄰部分在切應(yīng)力作用下沿一定晶體學(xué)平面和方向的相對(duì)移動(dòng)。 是金屬晶體塑性變形的主要方式。7 .細(xì)品強(qiáng)化：通過(guò)細(xì)化晶粒而使金屬材料力學(xué)性能提高的方法稱為細(xì)品強(qiáng)化， 工業(yè)上將通過(guò)細(xì)化晶粒以提高材料強(qiáng)度。8 .回復(fù)：經(jīng)冷塑性變形的金屬在加熱時(shí)， 在光學(xué)顯微組織發(fā)生改變之前所發(fā)生 的某些亞結(jié)構(gòu)和性能的變化過(guò)程。9 .慣析面：固態(tài)相變時(shí)新相往往沿母相的一定晶面優(yōu)先形成，該晶面被稱為慣析面。10 .球化退火：將鋼加熱到Ac1以上2030C,保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻 到略低于Ar1的溫度，并停留一段時(shí)間

3、，使組織轉(zhuǎn)變完成，得到在鐵素體基體 上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織。11 .時(shí)效強(qiáng)化：合金元素經(jīng)固溶處理后，獲得過(guò)飽和固溶體。在隨后的室溫放 置或低溫加熱保溫時(shí)，第二相從過(guò)飽和固溶體中析出，引起強(qiáng)度，硬度以及物 理和化學(xué)性能的顯著變化，這一過(guò)程被稱為時(shí)效強(qiáng)化。12 .離異共晶：有共晶反應(yīng)的合金中，如果成分離共晶點(diǎn)較遠(yuǎn)，由于初品相數(shù) 量較多，共品相數(shù)量很少，共晶中與初晶相同的那一相會(huì)依附初品長(zhǎng)大，另外 一個(gè)相單獨(dú)分布于晶界處，使得共品組織的特征消失，這種兩相分離的共晶稱 為離異共晶。13 .三次滲碳體：從鐵素體F中析出的滲碳體叫三次滲碳體14 .超塑性：超塑性是指材料在一定的內(nèi)部條件和外部

4、條件下，呈現(xiàn)出異常低 的流變抗力、異常高的流變性能的現(xiàn)象。15 .淬透性：表示鋼在一定條件下淬火時(shí)獲得淬硬層（馬氏體層）深度。它是 衡量各個(gè)不同鋼種接受淬火能力的重要指標(biāo)之一。16 .中溫回火：回火溫度范圍為350-500攝氏度，回火后的組織為回火屈氏體17 .剛度：機(jī)械零件或構(gòu)件抵抗彈性變形的能力。18 .調(diào)質(zhì)：淬火加高溫回火的綜合熱處理工藝。19 .軟位向：滑移時(shí)臨界分切應(yīng)力中取向因子取極大值對(duì)應(yīng)的屈服強(qiáng)度最低叫 軟位向。20 .下貝氏體：當(dāng)過(guò)冷奧氏體的溫度下降到 350至230c范圍時(shí)，所形成的產(chǎn) 物叫下貝氏體，是由含碳過(guò)飽和的片狀鐵素體和其內(nèi)部沉淀的碳化物組成的機(jī) 械混合物。、簡(jiǎn)答題(

5、每題6分，共24分)得分1 .影響置換固溶體固溶度的因素有哪些?答：影響固溶度的因素很多，主要包括以下幾方面：(1)組元的晶體結(jié)構(gòu)類型。晶體結(jié)構(gòu)類型相同時(shí)組元間形成無(wú)限固溶體的必要條 件。溶質(zhì)與溶劑品格結(jié)構(gòu)相同則固溶度大，反之較小。(2)原子尺寸因素。從晶體穩(wěn)定的觀點(diǎn)看，相互替代的原子或離子尺寸愈接近， 則固溶體愈穩(wěn)定。在其他條件相同的情況下，原子半徑差小時(shí)，有利于形成 溶解度較大的固溶體。(3)電負(fù)性。只有電負(fù)性相近的元素才有可能有大的溶解度。(4)電子濃度因素。在研究 舊族貴金屬(Cu基、Ag基、Au基等)固溶體時(shí)， 發(fā)現(xiàn)在尺寸因素比較有利的情況下，溶質(zhì)的原子價(jià)越高，則其在Cu、Ag、Au

6、中的溶解度越小。溶質(zhì)原子價(jià)的影響實(shí)質(zhì)上是由電子濃度所決定的。2 .簡(jiǎn)述滑移與學(xué)生的異同，比較它們?cè)谒苄巫冃芜^(guò)程中的作用？答：滑移：一部分晶體沿滑移面相對(duì)于另一部分晶體作切晶體作切變，切變時(shí) 原子移動(dòng)的距離是滑移方向原子間距的整數(shù)倍；滑移面兩側(cè)晶體位向不變；滑 移所造成的臺(tái)階經(jīng)拋光后，即使侵蝕也不會(huì)重現(xiàn)；滑移是一種不均勻切變，它 只集中在某一些晶面上大量進(jìn)行，而各滑移帶之間的晶體并沒(méi)發(fā)生滑移。與之相對(duì)應(yīng)，學(xué)生主要區(qū)別如下：學(xué)生：一部分晶體沿李晶面相對(duì)于另一部分晶體作切晶變，切變時(shí)原子移 動(dòng)距離不是學(xué)生方向原子間距的整數(shù)倍；學(xué)生面兩邊晶體位向不同，成鏡面對(duì) 稱；李晶經(jīng)拋光后仍能顯現(xiàn)，學(xué)生改變晶體取

7、向；學(xué)生是一種均勻切變，即在 切變區(qū)內(nèi)，與李晶面平行的每一層原子面均相對(duì)于其比鄰晶面沿學(xué)生方向位移 了 '定距離03 .試推導(dǎo)球狀晶核在液相中形成時(shí)的臨界形核半徑及形核功?答：G = -7T3, GV 4二r 2二2 .3令上G=0可得：臨界形核半徑dr將rc代入AG中可得臨界形核功Gc c16 二二 32 3(0)24 .簡(jiǎn)述不同溫度下的回復(fù)機(jī)制？答：(1)低溫回復(fù)：主要涉及點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)，空位或間隙原子移動(dòng)到晶界或?yàn)殄e(cuò) 處消失?？瘴慌c間隙原子的相遇復(fù)合，空位集結(jié)形成空位對(duì)或空位片，使點(diǎn)缺 陷密度大大下降。(2)中溫回復(fù)：隨溫度升高，原子活動(dòng)能力增強(qiáng)，位錯(cuò)可以在滑移面上滑移 或交滑移，

8、使異號(hào)位錯(cuò)相遇相消，位錯(cuò)密度下降，位錯(cuò)纏結(jié)內(nèi)部重新排列組合, 使亞晶規(guī)整化。(3)高溫回復(fù)：原子活動(dòng)能力進(jìn)一步增強(qiáng)，位錯(cuò)除滑移外，還可攀移，主要 機(jī)制是多變化、計(jì)算題（第一題10分，第二題12分，共22分）得分1.畫出純銅晶體的一個(gè)晶胞并完成下列工作:（1）計(jì)算其致密度。答：銅具有面心立方結(jié)構(gòu)，其晶胞如右圖所示致密度K二nV1V、2）=0.74（2）求（121）與（100）決定的晶帶軸與（001）和（111）所決定的晶帶軸 所構(gòu)成的晶面的晶面指數(shù)。（121）晶面與（100）晶面的晶帶軸為01-2;（001）晶面與（111）晶面的晶帶軸為-110；01-2晶帶軸與卜110晶帶軸所構(gòu)成的晶面的晶面

9、指數(shù)為（221）2.繪制鐵碳平衡相圖并標(biāo)出圖中各區(qū)相組成；寫出包品反應(yīng)、共晶反應(yīng)、共析 反應(yīng)的反應(yīng)式并注明反應(yīng)溫度。試分析含碳量為0.40wt.%的鐵碳合金冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變過(guò)程并計(jì)算鋼中組織組成物（先共析鐵素體和珠光體）和相組成物（鐵 素體和滲碳體）的相對(duì)含量。答：鐵碳平衡相圖如下圖所示其中：包晶反應(yīng)：LB .H > J1495°C共晶反應(yīng)：Lc T ?E +Fe3c1148 C共析反應(yīng)：ZT'+Fe3c727 C含碳量為0.40wt.%的鐵碳合金冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變過(guò)程如下：首先發(fā)生勻晶 轉(zhuǎn)變從液相中析出6固溶體，冷卻至1495°C時(shí)發(fā)生包品轉(zhuǎn)變形成奧氏體，但

10、由于鋼中的含碳量大于 0.17%,所以包品轉(zhuǎn)變結(jié)束后仍有液相存在，這些殘余 的液相在隨后的冷卻過(guò)程中繼續(xù)結(jié)晶成奧氏體；單相的奧氏體在冷卻過(guò)程中在 品界上開(kāi)始析出鐵素體，隨溫度的不斷降低先共析鐵素含量逐漸增加，當(dāng)溫度 降至727時(shí)，發(fā)生共析反應(yīng)形成珠光體，最終該鋼在室溫下的組織由先共析 鐵素體和珠光體所組成。鋼中組織組成物的相對(duì)含量如下：0.77 -0.40100% -49.5%0.77 -0.0218鋼中相組成物的相對(duì)含量如下:6.69 -0.40p =1 -49.5% =50.5%. 100% =94.3%6.69 -0.0218Fe3c =1 -94.3% =5.7%四、論述題(每題14分

11、，共14分)普通車床的主軸要求具備較好的綜合力學(xué)性能，一般選用中碳合金鋼40Cr(0.4%C)制造，加工工藝路線如下：鍛造 一正火一切削加工一淬火一回火一 精磨一裝配：1 .若不經(jīng)正火工藝，會(huì)對(duì)零件的組織與性能產(chǎn)生什么影響？2 .淬火加熱的臨界溫度應(yīng)如何選擇？淬火得到什么組織？3 .選擇什么溫度回火？與淬火組織相比，回火組織的性能有什么變化？4 .在不考慮成本的前提下，要想進(jìn)一步提高軸頸表面的耐磨性，請(qǐng)你推薦其他 的強(qiáng)化方法并簡(jiǎn)述理由？1 .因40Cr鋼經(jīng)鍛造后呈現(xiàn)纖維狀鍛造組織，由于加工硬化導(dǎo)致材料硬度升高， 不利于后續(xù)的切削加工。2 .淬火加熱溫度一般選取 Ac3或Ac1以上一定溫度，然后以大于臨界淬火速 度冷卻，經(jīng)淬火后得到的組織為馬氏體或貝氏體組