重庆大学928材料科学基础——预测卷

重庆大学2018年硕士研究生入学考试试题科目代码：928科目名称：材料科学基础一、名词解释（每题4分，共32分）1.金属键2.空间点阵3.相起伏4.固溶体5.孪生6.形变织构7.上坡扩散8.正火二、填空题（每空1分，共18分）1.莱氏体是和的混合物。2.影响置换固溶体的固溶度的因素有、、、、。3.实际金属中存在有、和三类晶体缺陷。4.在（930±10℃）保温3-8h测定的晶粒大小称为。5.亚共析钢的室温平衡组织是和。6.淬火钢在回火时出现的脆性，称为第二类回火脆性。7.简单立方晶体的致密度为。8.QT400-8是某种铁碳合金的牌号，其中符号和数字的意思分别为、和。三、画出下列晶面和晶向。（10分）画出立方晶系231、421、111等晶面和211、201等晶向。四、相图知识测验。（每题10分，共40分）1.完整画出Fe-Fe3C相图，并标明在几个基本相中的最大固溶点、共晶点与共析点的含碳量。2.分析含碳量1.2%的铁碳合金由液态冷却至室温的平衡结晶过程，并绘制平衡结晶过程示意图。3.求含碳量0.45%的铁碳合金的室温平衡组织中组织和相的相对量。4.计算含碳量4.5%的铁碳合金中，一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体以及共析渗碳体的含量。五、综合分析题（每题10分，共50分）1.晶体大小对常温下金属的力学性能有何影响？请提出三种细化晶粒的方法并简述其原理。2.冷加工和热加工的主要区别是什么？当把纯铅铸锭在室温下经多次轧制成薄板时，需不需要进行中间退火？为什么？（铅的熔点：327℃）3.某工厂用T12制造丝锥，误选用了45钢，但是热处理工艺仍然沿用T12钢，最终将得到何组织？性能上有什么变化，会造成哪些缺点？（45钢AC1=760℃，AC3=780℃，T12钢ACm＞800℃）4.如何把Wc=0.8%的退火碳钢处理成：（1）细片状珠光体；（2）粗片状珠光体；（3）比原来组织更细的球状组织？5.请在下列钢号中，选择制造重载齿轮、桥梁拉索、高速车刀、滚动轴承、医用手术刀的材料，并分别说明材料的名称，最终热处理工艺及零件制成后的最终组织。（注：每种工件只能选用一种材料）16Mn40Cr13GCr15Q34520CrMnTi5CrNiMo60Si2MnW6Mo5Cr4V240CrCr12MoV参考答案一．名词解释1.金属键：贡献出价电子的原子，则变为正离子，沉浸在电子云中，他们依靠运动于其间的公有化的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式叫做金属键。2.空间点阵：常常将构成晶体的原子（或原子群）忽略，而将其抽象为纯粹的几何点，即阵点，由这些阵点有规则地周期性重复排列所形成的三维空间阵列称为空间点阵。3.相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的原子团称为相起伏。4.固溶体：合金的组元之间以不同比例相互混合后形成的固相，其晶体结构与组成合金的某一组元的相同，这种相就称为固溶体。5.孪生：晶体的一部分沿一定的孪生面和一定的孪生方向相对于另一部分做均匀的切变，这种变形方式称为孪生变形。6.形变织构：在塑性变形的过程中，多晶体中原为任意取向的各个晶粒会逐渐调整其取向而彼此趋于一致，这种现象称为晶粒的择尤取向，这种由于金属塑性变形使晶粒具有择尤取向的组织称为形变织构。7.上坡扩散：上坡扩散是沿着浓度升高的方向进行的扩散，即由低浓度向高浓度方向扩散，使浓度发生两极分化。8.正火：将钢加热到Ac3（或Acm）以上适当温度，保温以后在空气中冷却得到珠光体类组织的热处理工艺称为正火。二．填空1.莱氏体是奥氏体和渗碳体的混合物。2.影响置换固溶体的固溶度的因素有原子尺寸因素、电负性因素、电子浓度因素、晶体结构因素、温度因素。3.实际金属中存在有点缺陷、线缺陷和面缺陷三类晶体缺陷。4.在（930±10℃）保温3-8h测定的晶粒大小称为本质晶粒度。5.亚共析钢的室温平衡组织是先共析铁素体和珠光体。6.淬火钢在450-650℃回火时出现的脆性，称为第二类回火脆性。7.简单立方晶体的致密度为52%。8.QT400-8是某种铁碳合金的牌号，其中符号和数字的意思分别为球墨铸铁、最低抗拉强度为400MPa和最低伸长率为8%。三、画出下列晶面和晶向。四、相图知识测验。1.2.（相关知识参见《金属学与热处理》P116-P117，过共析钢的平衡结晶过程及其示意图）3.答：组织组成物：先共析铁素体和珠光体；wα=0.77−0.450.77−0.0218×100%=42.77%wP=1−42.77%=57.23%相组成物：铁素体和渗碳体；wFe3C=6.7%100%0-6.690-0.45wα=1-6.7%=93.3%4.解析：画出相图，明白组织的来龙去脉。解：ωFe3C=4.5-4.36.69-4.3×100%=8.37%；ωLd=1-ωFe3C=91.63%；ωγ=6.69-4.56.69-2.11×100%=47.82%；ωFe3C共晶=ωLd-ωγ=43.81%ωFe3CII=ωγ×2.11-0.776.69-0.77×100%=10.82%；ωFe3C共析=(ωγ-ωF3CII)×0.77-0.02186.69-0.0218×100%=4.15%ωα=(ωγ-ωFe3CII)×6.69-0.776.69-0.0218×100%=32.85%ωFe3CIII=ωα×0.02186.69×100%=0.11%五、综合分析题1.晶粒大小对常温下金属的力学性能的影响：常温下，金属的强度和硬度往往随着金属晶粒的变细小而增强，且塑性和韧性也有所改善。三种细化晶粒的方法：①控制过冷度：主要是提高液态金属的冷却速度。在一般金属结晶时的过冷范围内，过冷度越大，则比值N/G越大，因而晶粒越细小。②变质处理：变质处理就是在浇铸前往液态中加入形核剂，促进大量非均匀形核来细化晶粒的一种处理工艺，还有一种变质剂，虽不能提供结晶核心，但能阻止晶粒长大，称为长大抑制剂。③机械方法：振动、搅动一方面依靠从外面输入能量促使晶核提前形成，另一方面使成长中的枝晶破碎，使晶核数目增加。2.冷加工和热加工的区别在于加工温度。冷加工是在再结晶温度以下进行加工，产生加工硬化。热加工是在再结晶温度以上进行加工，使金属材料发生动态的回复和再结晶。由T再=（0.35~0.4）Tm计算可知，纯铅属于热加工，在此过程中会发生动态的回复与再结晶，不需要进行中间退火。3.T12钢制丝锥，采用的预备热处理是球化退火，若45钢也沿用此工艺，即相当于采用了不完全退火，若锻造工艺正常，钢的原始组织分布合适，可用不完全退火代替完全退火，可达到降低硬度、消除内应力的目的。T12淬火加热温度在AC1以上30-50℃，大致760~780℃（T12钢，Acm＞800℃），若45钢也采用此温度，即淬火温度在AC1~AC3之间（45钢AC3=780℃），则会导致淬火组织中除了M以外，还保留了一部分F，最终得到回火M与部分F，导致丝锥的强硬度不高，耐磨性不好，使得丝锥达不到使用要求。4.获得细片状珠光体工序：正火：将粒状珠光体钢完全奥氏体化，快速冷却至Ar1以下较低温度保温一段时间后缓冷至室温。获得粗片状珠光体工序：完全退火：将粒状珠光体钢完全奥氏体化，快速冷却至略低于Ar1以下某一温度保温然后在随炉缓慢冷却至室温。获得更小的粒状珠光体工序：调质（亚温淬火+高温回火）：将粒状珠光体钢加热至AC1-ACcm之间某一温度保温，得到细小的奥氏体晶粒和未溶的渗碳体颗粒后，淬火成马氏体组织，再将马氏体组织钢加热到一定温度回火使马氏体分解、析出细粒状渗碳体，得到针状铁素体加细粒状渗碳体的粒状珠光体组织。5.零件所选牌号材料名称热处理工艺最终组织连杆、传动轴40Cr调质钢淬火+高温回火回火索氏体重载齿轮20CrMnTi渗碳钢渗碳+淬火+低温回火表层：高碳针状回火马氏体+细粒状渗碳体+少量的残余奥氏体心部：低碳回火马氏体+少量铁素体弹簧60Si2Mn、65Mn弹簧钢淬火+中温回火回火托氏体高速车刀、直柄麻花钻W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V高速钢淬火+560℃三次回火回火马氏体+颗粒状合金碳化物+少量残余奥氏体滚动轴承GCr15滚动轴承钢淬火+低温回火回火马氏体+均匀细小的碳化物+少量残余奥氏体锉刀T10碳素工具钢淬火+低温回火回火马氏体冷冲压模具Cr12MoV冷作模具钢淬火+低温回火回火马氏体热锻模5CrNiMo热作模具钢淬火+高温回火回火索氏体丝锥、板牙9SiCr低合金工具钢淬火+低温回火回火马氏体+均匀细小的碳化物小轴60优质碳素结构钢淬火+中温回火回火托氏体桥梁拉索Q345碳素结构钢正火珠光体+铁素体医疗器械（如手术刀片）3Cr13、4Cr13马氏体不锈钢淬火+低温回火回火马氏体1Cr13、2Cr13马氏体不锈钢淬火+高温回火回火索氏体机床床身HT250灰口铸铁无