《金属学及热处理》复习习题及答案

第一章 金属及合金的晶体结构 复习题

一、名词解释

1．晶体：原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质。

2．非晶体：指原子呈不规则排列的固态物质。

3．空间点阵：描述晶体中原子（离子、分子或原子集团）规律排列的空间格架称为空间点阵。

4．晶格：一个能反映原子排列规律的空间格架。 5．晶胞：构成晶格的最基本单元。 6．晶界：晶粒和晶粒之间的界面。 7．单晶体：只有一个晶粒组成的晶体。

8．多晶体：由许多取向不同，形状和大小甚至成分不同的单晶体（晶粒）通过晶界结合在一起的聚合体。

9．晶粒：组成多晶体的各个小单晶体的外形一般为不规则的颗粒状，故通常称之为晶粒。

10． 合金：是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。

11． 组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。

12． 相：金属中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。

13． 组织：用肉眼观察到或借助于放大镜、显微镜观察到的相的形态及分布的图象统称为组织。

14． 固熔体：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。 二、填空题

1．晶体与非晶体的根本区别在于原子的排列是否规则。

2．常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。 3．实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。

4．根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。

5．置换固溶体按照溶解度不同，又分为无限固溶体和有限固溶体。

6．合金相的种类繁多，根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。

7．同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。

8．晶体与非晶体最根本的区别是原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质，而非晶体则不是。 9．金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。

10． 位错两种基本类型是刃型位错和螺型位错，多余半原子面是刃型位错所特有的。

11． 在立方晶系中，｛120｝晶面族包括(120)、(120)、 (120)、(120)等晶面。 12． 点缺陷有空位、间隙原子和置换原子等三种；属于面缺陷的小角度晶界可以用位错来描述。 三、判断题

1．固溶体具有与溶剂金属相同的晶体结构。（√）

2．因为单晶体是各乡异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也是不相同的。（×）

3．金属多晶体是由许多位向相同的单晶体组成的。（×）

4．因为面心立方晶格的配位数大于体心立方晶格的配位数，所以面心立方晶格比体心立方晶格更致密。（√）

5．在立方晶系中，原子密度最大的晶面间的距离也最大。（√）

6．在金属晶体中，当存在原子浓度梯度时，原子向各个方向都具有相同的跃迁几率。（×）

7．因为固态金属的扩散系数比液态金属的扩散系数小得多，所以固态下的扩散比液态下的慢得多。（√）

8．金属理想晶体的强度比实际晶体的强度稍强一些。（×） 9．晶体缺陷的共同之处是它们都能引起晶格畸变。（√） 四、选择题

1．组成合金中最基本的，能够独立存在的物质称为：（b）

a．相；b．组元；c．合金。 2．正的电阻温度系数的含义是：（b）

a．随温度升高导电性增大；b．随温度降低电阻降低；c．随温度增高电阻减小。

3．晶体中的位错属于：（c）

a．体缺陷；b．面缺陷；c．线缺陷；d．点缺陷。 4．亚晶界是由：（b）

a．点缺陷堆积而成；b．位错垂直排列成位错墙而构成；c．晶界间的相互作用构成。

5．在面心立方晶格中，原子密度最大的晶向是：（b） a．<100>；b．<110>；c．<111>。

6．在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面是：（b） a．｛100｝；b．｛110｝；c．｛111｝。 7．α-Fe和γ-Fe分别属于什么晶格类型：（b）

a．面心立方和体心立方； b．体心立方和面心立方；

c．均为面心立方； d．均为体心立方

8．固溶体的晶体结构与 相同。（a）

a．溶剂； b．溶质； c．其它晶型。 9．间隙相的性能特点是：（c）

a．熔点高，硬度低； b．硬度高，熔点低；c．硬度高，熔点高 五、问答题

1．常见的金属晶格类型有哪几种？

回答要点：1）体心立方晶格；其晶胞是一个立方体，在立方体的八个顶角和中心各有一个原子。

2）面心立方晶格；其晶胞是一个立方体，在立方体的八个顶角和六个面的中心各有一个原子。

3）密排六方晶格；其晶胞是一个立方六柱体，在六方柱体的各个角上和上下底面中心各排列着一个原子，在顶面和底面间还有三个原子。 2．金属化合物具有什么样的性能特点？

回答要点：熔点高、硬度高、脆性大。

3．指出下面四个晶面和四个晶向的指数填写在对应的括号内。

z (100) (110) (112) (111) A : [100] C F A D B: [ 110] C: [201] y D: [111] B 4．标出图2-1中给定的晶面指数与晶向指数： 晶面OO′A′A、OO′B′B、OO′C′C、OABC、AA′C′C、AA′D′D；晶向OA、OB、

x OC、OD、OC′、OD′。

答：晶面OO′A′A：（010）；晶面OO′B′B：（110）； 晶面OO′C′C：（100）；晶面OABC：（001）； 晶面AA′C′C：（110）；晶面AA′D′D：（210）。 晶向OA：[100]；晶向OB：[110]； 晶向OC：[010]；晶向OD：[120]； 晶向OC′：[010]；晶向OD′：[122]。

5．在立方晶胞中标出以下晶面和晶向：

晶面DEE′ D′：（210）； 晶面DBC′：（111）； 晶向D′ E′：[120]； 晶向C′ D：[011]。

第二章 合金的二元相图 复习题

一、名词解释

1．组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。

2．枝晶偏析：即晶内偏析。固溶体合金结晶时，如果冷却较快，原子扩散不能充分进行，则形成成分不均匀的固溶体。先结晶的树枝晶晶枝含高熔点组元较多，后结晶的树枝晶晶枝含低熔点组元较多。结果造成在一个晶粒内化学成分分布不均，这种现象称为枝晶偏析。 二、填空题

1．固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度高。 2．Cu-Ni合金进行塑性变形时，其滑移面为{111}。 3．固溶体出现枝晶偏析后，可用扩散退火加以消除。 4．

使塑性和韧性降低。影响晶内偏析的因素有：冷却速度、元素的扩散能力、相图上液相线与固相线之间的水平距离。工艺上可通过扩散退火或均匀化退火，使异类原子互相充分扩散均匀，可消除晶内偏析。

第四章 铁碳合金及Fe-Fe3C相图 复习题

一、名词解释 1．铁素体：碳溶解于??Fe中形成的间隙固溶体。

2．渗碳体：是铁与碳形成的质量分数为6.69%的金属化合物。 3．奥氏体：碳溶解于??Fe中形成的间隙固溶体。

4．珠光体：是由铁素体与渗碳体组成的机械化合物。 5．莱氏体：奥氏体与渗碳体的混合物为莱氏体。

6．α-Fe：铁在不同的温度范围具有不同的晶体结构，即具有同素异构转变，温度低于912℃时，Fe呈体心立方晶格，称为“α-Fe”。

7．Fe－Fe3C相图：是表示在极缓慢冷却的条件下，不同化学成分的铁碳合金组织状态随温度变化的图形。是人类经过长期生产实践以及大量科学实验后总结出来的。

8．同素异构转变：一些金属，在固态下随温度或压力的改变,还会发生晶体结构变化，即由一种晶格转变为另一种晶格的变化，称为同素异构转变。 二、填空题

1．根据含碳量和室温组织的不同，钢可分为三种，分别为亚共析钢、共析钢、过共析钢。

2．分别填出下列铁碳合金基本组织的符号，铁素体：F(α) ，奥氏体：A(?)，珠光体：P，渗碳体：Fe3C，高温莱氏体：Ld ，低温莱氏体：Ld′。

3．在铁碳合金基本组织中属于固溶体的有铁素体或（奥氏体） ，属于金属化合物的渗碳体 ，属于机械混合物的有珠光体和莱氏体。

4．一块纯铁在912℃发生α-Fe→γ-Fe转变时，体积将发生收缩。 5．F的晶体结构为体心立方；A的晶体结构为面心立方。

6．共析成分的铁碳合金室温平衡组织是珠光体，其组成相是铁素体和渗碳体。 7．用显微镜观察某亚共析钢，若估算其中的珠光体含量为80%，则此钢的碳含量约为0.62%。 三、判断题：

1．所有金属都具有同素异构转变现象。（×）

2．碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体，称为奥氏体。（×） 3．纯铁在780°C时为体心立方晶格的??Fe。（×）

4．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。（×）

5．铁素体的本质是碳在α-Fe中的间隙相。（×） 6．20钢比T12钢的碳含量要高。（×）

7．在退火状态（接近平衡组织），45钢比20钢的硬度和强度都高。（√） 8．铁碳合金平衡结晶过程中，只有Wc=0.77%的共析钢才能发生共析反应。（×） 四、选择题

1．Fe?Fe3C相图上的共析线是（d），共晶线是（b）。 a．ABCD； b．ECF； c．HJB； d．PSK。 2．碳的质量分数为（b）％的铁碳合金称为共析钢。

a．0.0218%； b．0.77%； c．2.11%； d．4.3%。 3．亚共析钢冷却到PSK线时，要发生共析转变，由奥氏体转变成（a）。

a．珠光体； b．铁素体； c．莱氏体。

4．奥氏体为（b）晶格，渗碳体为（c）晶格，铁素体为（a）晶格。

a．体心立方； b．面心立方； c．密排六方。 5．珠光体是由（c）组成的机械混合物。

a．铁素体和奥氏体； b．奥氏体和渗碳体； c．铁素体和渗碳体。 6．奥氏体是：（a）

a．碳在γ-Fe中的间隙固溶体； b．碳在α-Fe中的间隙固溶体；

c．碳在α-Fe中的有限固溶体。 7．珠光体是一种：（b）

a．单相固溶体； b．两相混合物； c．Fe与C的混合物。 8．T10钢的含碳量为：（b）

a．0.10%； b．1.0%； c．10%。 9．铁素体的机械性能特点是：（c）

a．强度高、塑性好、硬度低； b．强度低、塑性差、硬度低；

c．强度低、塑性好、硬度低。 10． 不适宜进行锻造的铁碳合金有：（c）

a． 亚共析钢； b．共析钢； c．亚共晶白口铁。 11． 铁素体的机械性能特点是：（c）

a．具有良好的硬度与强度； b 具有良好的综合机械性能； c．具有良好的塑性和韧性； d．具有良好的切削性和铸造性 12． 二次渗碳体是从：（c）

a．钢液中析出的； b．铁素体中析出的； c．奥氏体中析出的； d．莱氏体中析出的 13． 三次渗碳体是从：（b）

a．钢液中析出的； b．铁素体中析出的； c 奥氏体中析出的； d．珠光体中析出的 14． 纯铁在912℃以下的晶格类型是：（c）

a．密排六方晶格； b．面心立方晶格； c．体心立方晶格； d．简单立方晶格 15． 在下述钢铁中，切削性能较好的是：（b）

a．工业纯铁； b．45； c．白口铁； d．T12A

16． 建筑用钢筋宜选用：（b）

a．低碳钢； b．中碳钢； c．高碳钢； d．工具钢 17． 装配工使用的锉刀宜选用：（c）

a．低碳钢； b．中碳钢； c．高碳钢； d．过共晶白口铁 五、问答题：

1. 什么是金属的同素异构转变？试以纯Fe为例分析同素异构转变过程。

回答要点：金属在固态下，随温度的变化而发生晶格类型改变的现象称为同素异构转变。

2. 铁碳合金在固态下的基本组织有哪几种？

回答要点：有5种，铁素体、奥氏体和渗碳体都是单相组织，珠光体、莱氏体则是两相混合组织。

3. 简述含碳量为0.45%和1.2%的铁碳合金从液态冷却到室温的结晶过程。

回答要点：含碳量为0.45%到1.2%的铁碳合金可分为三个部分： 1）含碳量为0.45%到0.77%，室温组织为F+P； 2）含碳量为0.77%时，室温组织为P；

3）含碳量为0.77%到1.2%时，室温组织为P+ Fe3 C。

4. 默画出按“组织组成物”填写的Fe?Fe3C相图。Fe?Fe3C相图在合金工艺性能的应用具体表现在哪几个方面？

回答要点：1）铸造工艺方面；2）锻造工艺方面；3）焊接工艺方面；4）热处理工艺方面；5）切削性能方面。

5. 对某一碳钢（平衡状态）进行相分析，得知其组成相为80%F和20tC3，求此钢的成分及其硬度。

提示：用杠杆定理计算。

6. 如图为Fe-Fe3C相图，分析Wc=0.45%合金的结晶过程，画出其冷却曲线示意图，并标出各温度阶段的转变式。计算其室温平衡组织中各组织组成物的相对量，并画出室温显微平衡组织示意图，标注出其中组织组成物的名称。

回答要点：（1）结晶过程分析： 1点以上为液相，1点开始析出δ，2点开始发生包晶转变，即L+δ=γ，2-3点之间从液相中析出γ直至3点，3点到4点没有组织变化，均为γ，4点开始从γ中析出α直至5点，5点开始发生共析转变，即γ=α+Fe3C，得到P，5点以下可认为没发生其它变化。则最终室温平衡组织为：α+P。

（2）示意图：

（3）组织组成物相对量：

Wα=(0.77-0.45)/(0.77-0.0218)=42.77%， Wp=(0.45-0.0218)/(0.77-0.0218)=57.23%。

7. 用冷却曲线表示各成分范围的铁碳合金的平衡结晶过程，画出室温组织示意图，标上组织组成物，计算室温平衡组织中组成相和组织组成物的相对质量。

（略）

8. 10㎏含3.5%C的铁碳合金从液态缓慢冷却到共晶温度（但尚未发生共晶反应）时所剩下的液体的成分及重量。

回答要点：成分为：4.3%C（根据平衡结晶过程分析液相的成分点）；重量为6.35kg（运用杠杆定律计算）。

9. 同样状态的两块铁碳合金，其中一块是15钢，一块是白口铸铁，用什么简便方法可迅速区分它们？

答：可用尖锤敲击，易敲出坑的是15钢等方法。 10. 为什么碳钢进行热锻、热轧时都加热到奥氏体区？

5. 冷加工：在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工。 二、填空题

1．变形金属的最低再结晶温度是指通常用经大变形量(70%以上)的冷塑性变形的金属，经一小时加热后能完全再结晶(＞95%的转变量)的最低温度为再结晶温度。

2．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。 3．影响再结晶开始温度的因素预变形度、金属的熔点、微量杂质和合金元素、加热速度、保温时间。

4．再结晶后晶粒的大小主要取决于预变形度和加热温度。

5．金属在塑性变形时所消耗的机械能，绝大部分(占90%)转变成热而散发掉。但有一小部分能量（约10%）是以增加金属晶体缺陷（空位和位错）和因变形不均匀而产生弹性应变的形式（残余应力）储存起来，这种能量我们称之为形变储存能。

6．从硬度变化方面来看，金属经大量塑性变形后，会出现加工硬化现象，随后对金属进行热加工，且加工温度高于再结晶温度，由于金属会经过回复(动态回复)与再结晶(动态再结晶)过程，故金属会发生软化（或硬度下降）。 三、判断题

1．金属的预先变形度越大，其开始再结晶的温度越高。（×）

2．其它条件相同，变形金属的再结晶退火温度越高，退火后得到的晶粒越粗大。（√）

3．金属铸件可以通过再结晶退火来细化晶粒。（×） 4．热加工是指在室温以上的塑性变形加工。（×）

5．再结晶能够消除加工硬化效果，是一种软化过程。（√） 6．再结晶过程是有晶格类型变化的结晶过程。（×） 四、选择题

1．工业纯金属的最低再结晶温度可用下式计算：（b）

a．T再（℃）=0.4T熔（℃）； b．T再（K）=0.4T熔（K）； c．T再（K）=0.4T熔（℃）+273。

2．变形金属再加热时发生的再结晶过程是一个新晶粒代替旧晶粒的过程，这种新晶粒的晶型是：（a）

a．与变形前的金属相同；b．与变形后的金属相同；c．形成新的晶型。 3．再结晶后：（d）

a．形成等轴晶，强度增大； b．形成柱状晶，塑性下降；

c．形成柱状晶，强度升高； d．形成等轴晶，塑性升高。 五、简答题

1．已知金属钨、铁、铅、锡的熔点分别为3380℃，1528℃，327℃和232℃，试计算这些金属的最低再结晶温度，并分析钨和铁在1100下的加工，锡和铅在室温（20℃）下的加工各为何种加工？

（略，提示：根据T再（K）=0.4T熔（K）计算判断，其中注意温度的单位换算！）

2．何谓临界变形度？分析造成临界变形度的原因。

（略，详见教材P113）

3．热加工对金属的组织和性能有何影响？钢材在热变形加工（如锻造）时，为什么不出现硬化现象？

回答要点：详见教材（P120）； 钢材在热变形加工（如锻造）时，塑性变形产生的加工硬化被随即发生的回复、再结晶的软化作用所消除，使金属不产生硬化。

6．拉制半成品铜丝的过程如图5-15，试在图的下部绘出不同阶段的组织和性能的变化示意图，并加以适当解释。

（略）

7．解释说明在室温下，对铅板进行变形，越弯越硬，而稍后再弯折，又像初时柔软现象。

回答要点：（1）首先出现加工硬化现象，（2）铅的再结晶温度低于室温，（3） 室温下加工也已经超过其再结晶温度，故产生再结晶而使铅板变软。

第七章 金属热处理原理 复习题

一、名词解释

1. 实际晶粒度：某一具体热处理或热加工条件下的奥氏体的晶粒度叫实际晶粒度，它决定钢冷却后的组织和性能。

2. 马氏体：碳在α-Fe 中的过饱和间隙固溶体，具有很大的晶格畸变，强度很高。

3. 贝氏体：渗碳体分布在含碳过饱和的铁素体基体上或的两相混合物。根据形貌不同又可分为上贝氏体和下贝氏体。 二、填空题

1．钢加热时奥氏体形成是由形核；长大；剩余渗碳体的熔解；奥氏体的均匀化等四个基本过程所组成。

2．在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体与屈氏体的主要相同点是都是渗碳体的机械混合物，不同点是层间距不同 ，珠光体较粗，屈氏体较细。

3．用光学显微镜观察，上贝氏体的组织特征呈羽毛状，而下贝氏体则呈针状。 4．与共析钢相比，非共析钢C曲线的特征是C曲线靠左，亚共析钢左上部多一条先共析铁素体析出线，过共析钢多一条二次渗碳体析出线 。

5．马氏体的显微组织形态主要有板条状、针状马氏体两种。其中板条状马氏体的韧性较好。

6．高碳淬火马氏体和回火马氏体在形成条件上的区别是前者是在淬火中形成，后者在低温回火时形成，在金相显微镜下观察二者的区别是前者为竹叶形，后者为黑色针状。

7．目前较普遍采用的测定钢的淬透性的方法是“端淬试验”即末端淬透性试验。 三、判断题

1．所谓本质细晶粒钢就是一种在任何加热条件下晶粒均不发生粗化的钢。（×） 2．当把亚共析钢加热到Ac1和Ac3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，其中奥氏体的碳含量总是大于钢的碳含量。（√） 3．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。（√）

4．当共亚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。（×）

5．贝氏体是过冷奥氏体中温转变产物，在转变过程中，碳原子能进行扩散，而铁原子不能进行扩散。（√）

6．不论碳含量高低，马氏体的硬度都很高，脆性都很大。（×）

7．在正常热处理加热条件下，随碳含量的增高，过共析钢的过冷奥氏体越稳定。（√）

8．因为过冷奥氏体的连续冷却转变曲线位于等温转变曲线的右下方，所以连续冷却转变曲线的临界冷却速度比等温转变曲线的大。（×）

四、选择题

1．钢在淬火后获得的马氏体组织的粗细主要取决于：（b） 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 2．奥氏体向珠光体的转变是：（a）

a．扩散型转变； b．非扩散型转变； c．半扩散型转变 3．若合金元素能使C曲线右移，钢的淬透性将：（b） a．降低； b．提高； c．不改变

4．若合金元素能使C曲线左移，钢的淬透性将：（a） a．降低； b．提高； c．不改变 5．马氏体的硬度取决于：（c）

a．冷却速度； b．转变温度； c．碳含量

6．在过冷奥氏体等温转变图的鼻尖处，孕育期最短，故：a．过冷奥氏体稳定性最好，转变速度最快； b．过冷奥氏体稳定性最差，转变速度最快； c．过冷奥氏体稳定性最差，转变速度最慢； d．过冷奥氏体稳定性最好，转变速度最慢 7．钢进行奥氏体化的温度愈高，保温时间愈长则：（b）

a．过冷奥氏体愈稳定，C曲线愈靠左； b．过冷奥氏体愈稳定，C曲线愈靠右； c．过冷奥氏体愈不稳定，C曲线愈靠左； d．过冷奥氏体愈不稳定，C曲线愈靠右 8．上贝氏体和下贝氏体的机械性能相比较：（d）

a．两者具有较高的强度和韧性； b．两者具有很低的强度和韧性； c．上贝氏体具有较高强度和韧性； d．下贝氏体具有较高强度和韧性

b）

（

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