参考答案
绪论
一、填空题
1. 石器 青铜器 铁器 水泥 钢铁 硅 新材料 2.材料 能源 信息 3. 40 5% 金属材料
4.金属材料的基本知识 金属的性能 金属学基础知识 热处理的基本知识 金属材料及其应用
5.成分 热处理 用途 二、选择题 1.A 2.B 3.C 三、思考与练习
1.答：为了能够正确地认识和使用金属材料，合理地确定不同金属材料的加工方法，充分发挥它们的潜力，就必须熟悉金属材料的牌号，了解它们的性能和变化规律。为此，需要比较深入地去学习和了解有关金属材料的知识。
2.答：
3. 答：要弄清楚重要的概念和基本理论，按照材料的成分和热处理决定其性能，性能又决定其用途这一内在关系进行学习和记忆；注意理论联系实际，认真完成作业和试验等教学环节，是完全可以学好这门课程的。
第一章 金属的结构与结晶
§1—1 金属的晶体结构
1
一、填空题
1.非晶体 晶体 晶体
2.体心立方 面心立方 密排六方 体心立方 面心立方 密排六方 3.晶体缺陷 点缺陷 线缺陷 面缺陷 二、判断题
1．√ 2．√ 3．× 4．× 三、选择题 1．A 2．C 3．C 四、名词解释
1．答：晶格是假想的反映原子排列规律的空间格架；晶胞是能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元。
2．答：只由一个晶粒组成的晶体称为单晶体；由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的晶粒所组成的晶体称为多晶体。
五、思考与练习
答：三种常见的金属晶格的晶胞名称分别为：
（体心立方晶格） （面心立方晶格） （密排六方晶格）
§1—2 纯金属的结晶
一、填空题
1.液体状态 固体状态 2.过冷度
3.冷却速度 冷却速度 低 4.形核 长大 5.强度 硬度 塑性 二、判断题
1．× 2．× 3．× 4．√ 5．√ 6．√
2
三、选择题
1．CBA 2．B 3．A 4．A 四、名词解释
1．答：结晶指金属从高温液体状态冷却凝固为原子有序排列的固体状态的过程。在结晶的过程中放出的热量称为结晶潜热。
2．答：在固态下，金属随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为金属的同素异构转变。
五、思考与练习
1.答：冷却曲线上有一段水平线，是说明在这一时间段中温度是恒定的。结晶实际上是原子由一个高能量级向一个较低的能量级转化的过程，所以在结晶时会放出一定的结晶潜热，结晶潜热补偿了散失在空气中的热量，使正在结晶的金属处于一种动态的热平衡，所以纯金属结晶是在恒温下进行的。
2．答：金属结晶后，一般是晶粒愈细，强度、硬度愈高，塑性、韧性也愈好，所以控制材料的晶粒大小具有重要的实际意义。生产中常用的细化晶粒的方法有：增加过冷度、采用变质处理和采用振动处理等。此外，对于固态下晶粒粗大的金属材料，可通过热处理的方法来细化晶粒。
3．答： （1）铸成薄件的晶粒小于铸成厚件的晶粒。 （2）浇铸时采用振动的晶粒小于不采用振动的晶粒。 （3）金属模浇铸的晶粒小于砂型浇铸的晶粒。
§1—3 观察结晶过程（试验）
1.答：由于液态金属的结晶过程难以直接观察，而盐类也是晶体物质，其溶液的结晶过程和金属很相似，区别仅在于盐类是在室温下依靠溶剂蒸发使溶液过饱和而结晶，金属则主要依靠过冷，故完全可通过观察透明盐类溶液的结晶过程来了解金属的结晶过程。
2.答： 序号 结晶示意图 简述结晶过程 3
第一阶段开始于液滴边缘，因第一阶段 为该处最薄，蒸发最快，易于形核，故产生大量晶核而先形成一圈细小的等轴晶 第二阶段形成较粗大的柱状第二阶段 晶。因液滴的饱和程序是由外向里，故位向利于生长的等轴晶得以继续长大，形成伸向中心的柱状晶 第三阶段 第三阶段是在液滴中心形成杂乱的树枝状晶，且枝晶有许多空隙 3.答：观察氯化铵水溶液因溶剂蒸发而结晶的过程，可以发现：
（1）晶体按树枝状方式长大。在晶核开始成长的初期，因其内部原子规则排列的特点，其外形是比较规则的，但随着晶核的成长，形成了晶体的棱边和顶角，由于棱边和顶角处的散热条件优于其他部位等原因，晶粒在棱边和顶角处就能优先成长，其生长方式像树枝一样，先长出枝干（称为一次晶轴），然后再长出分枝（称为二次晶轴），以此类推，这些晶轴彼此交错，宛如枝条茂密的树枝，这种成长方式叫“枝晶成长”。
（2）结晶包括晶核的形成和长大两个过程。
第二章 金属材料的性能
§2—1金属材料的损坏与塑性变形
一、填空题
1.使用性能 工艺性能
4
2.变形 断裂 磨损 3.静 冲击 交变 4.弹性 塑性 塑性 5.外部形状 内部的结构 6.材料内部 外力相对抗 二、判断题
1．√ 2．× 3．√ 4．√ 5．× 6．√ 三、名词解释
1.答：弹性变形是指外力消除后，能够恢复的变形；塑性变形是指外力消除后，无法恢复的永久性的变形。
2.答：工件或材料在受到外部载荷作用时，为保持其不变形，在材料内部产生的一种与外力相对抗的力，称为内力。单位横截面积上的内力——应力。
四、思考与练习
1. 答：加工硬化又叫形变强化，是一种重要的金属强化手段，对那些不能用热处理强化的金属尤为重要；此外，它还可使金属具有偶然抗超载的能力。塑性较好的金属材料在发生变形后，由于形变强化的作用，必须承受更大的外部载荷，才会发生破坏，这在一定程度上提高了金属构件在使用中的安全性。
2. 答：反复弯折处逐渐变硬，弯折越来越困难直至断裂。原因是反复弯折使铁丝局部塑性变形量增大，产生了变形强化的现象。
§2—2 金属材料的力学性能
一、填空题
1.静 塑性变形 断裂
2.屈服强度 抗拉强度 ReL Rm
3.屈服强度（ReL） 条件屈服强度（Rp0.2） 4.3.14×106N 5.3×106N
5.塑性变形 断后伸长率（A） 断面收缩率（Z） 6.58% 76%
7.5 硬质合金 7355.25 10~15 布氏 500 8.冲击 不破坏
5
9.107 108
10.ReL Rm HRC A Z K R－1 二、判断题
1.× 2.× 3.× 4.√ 5.√ 6.√ 7.√ 8.√ 9.√ 10.√ 11.√ 三、选择题
1.B 2.C 3.B 4.A 5.A 6.A 7.C 8.B 四、名词解释
1．答：屈服强度是指拉伸过程中发生塑性变形而力不增加时的应力点，用ReL表示。
2．答：材料在断裂前所能承受的最大力的应力称为抗拉强度，用Rm表示。 3. 答：材料抵抗局部变形特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度。 五、思考与练习 1．答：
低碳钢的力——伸长曲线
弹性变形阶段：Fe为发生最大弹性变形时的载荷。外力一旦撤去，则变形完全消失。
屈服阶段：外力大于Fe后，试样发生塑性变形；当外力等增加到FeL后，图中为锯齿状，这种拉伸力不增加变形却继续增加的现象称为屈服，FeL为屈服载荷。
强化阶段：外力大于FeL后，试样再继续伸长则必须不断增加拉伸力。随着变形增大，变形抗力也逐渐增大，这种现象称为形变强化，Fm为试样在屈服阶段后所能抵抗的最大力。
6
缩颈阶段：当外力达到最大力Fm后，试样的某一直径处发生局部收缩，称为“缩颈”。此时截面缩小，变形继续在此截面发生，所需外力也随之逐渐降低，直至断裂。
2．答： 材料 铝合金半成品 一般淬火钢 铸铁 表面氮化层 常用硬度测量法 布氏硬度或洛氏硬度B标尺 洛氏硬度C标尺 布氏硬度 维氏硬度 硬度值符号 HBW或HRB HRC HBW HV 3．解：因是环形链条，故链条的截面积 S0=2（πd2/4）=2×(3.14×202/4)=628(mm2) Fm= RmS0=300×628=188400 (N)
由此可知该该链条能承受的最大载荷是188400N。
4．答：自行车的中轴在工作时主要受扭转载荷和弯曲载荷，故所用材料需要较高的硬度和强度；而自行车的链盒需要通过冲压成形，故所用材料需要较好的塑性和韧性。
5．答：由于齿轮在工作时受交变载荷，而车床导轨所受为静载荷，故齿轮容易发生疲劳破坏。
§2—3 金属材料的物理性能与化学性能
一、填空题
1.密度 熔点 电性能 热性能 磁性能 2.固态 液态 固定 3. 导电性 电阻率 好 银 4.热导率
5.热膨胀性 热加工 热处理
6.磁性 铁磁性材料 顺磁性材料 抗磁性材料 7.耐蚀性 高温抗氧化性 二、判断题
1．× 2．× 3．√ 4.× 5.√ 6．√ 7．×
7
三、选择题
1.C 2. C 3.B 4.A 5.B 四、名词解释
1．热膨胀性： 金属材料随着温度变化而膨胀、收缩的特性，称为热膨胀性。 2．磁性： 金属材料在磁场中被磁化的性能，称为磁性。
3．耐腐蚀性： 金属材料在常温下抵抗氧、水及其他化学物质腐蚀破坏的能力，称为耐腐蚀性。
五、思考与练习 1.答：（略）
2.答：使材料在迅速氧化后能在表面形成一层连续而致密并与母体结合牢靠的膜，从而阻止进一步氧化。
§2—4金属材料的工艺性能
一、填空题
1. 铸造 锻压 焊接 切削加工 热处理 2. 流动性 收缩性 偏析倾向 3. 塑性 变形抗力 二、判断题
1. √ 2. √ 3. × 4. √ 三、选择题
1. A 2. A 3. A 4.A 四、名词解释
1. 答：金属材料的工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的适应能力。 2. 答：热处理性能是金属材料在热处理过程中表现出来的各种性能，如淬透性、淬硬性、过热敏感性、变形开裂倾向等。
§2—5 力学性能试验
试验1 拉伸试验
1.答：通过拉伸试验可测量塑性材料（低碳钢）的强度衡量指标：屈服强度ReL，抗拉强度Rm；塑性衡量指标：断后伸长率A和断面收缩率Z，以及脆性材料（高碳钢、铸铁）的条件屈服强度Rp0.2。
8
2.（略）
试验2 硬度测试 1. （略）
2. 答：布氏硬度试验法的优点：压痕直径较大，能较准确地反映材料的平均性能。且由于强度和硬度间有一定的近似比例关系，因而在生产中较为常用。
布氏硬度试验法的缺点：由于测压痕直径费时费力，操作时间长，不适于测高硬度材料；压痕较大，只适合毛坯和半成品的测试，而不宜对成品及薄壁零件测试。
洛氏硬度试验法的优点：操作简单、迅速，可直接从表盘上读出硬度值；压痕直径很小，可以测定成品及较薄工件；测试的硬度值范围较大，可测从很软到很硬的金属材料，所以在生产中广为应用，其中HRC的应用尤其广泛。
洛氏硬度试验的缺点：由于压痕小，当材料组织不均匀时，测量值的代表性差。一般需在不同的部位测试几次，取读数的平均值代表材料的硬度。
第三章 铁碳合金
§3—1 合金及其组织
一、填空题
1．金属 非金属 金属特性 2．相
3．固溶体 金属化合物 混合物 4．间隙固溶体 置换固溶体
5．相互作用 金属特性 熔点 硬度 脆性 二、判断题
1. × 2. √ 3. √ 4. √ 5. √ 三、选择题
1．B 2．A 3．C 四、名词解释
1．答：通过溶入溶质元素形成固溶体，而使金属材料强度、硬度提高的现象称为固溶强化。
2. 答：当溶质与溶剂之间可以任何比例无限互相溶解形成的固溶体，称为
9
无限固溶体。溶质只能在溶剂中有限溶解的，称为有限固溶体。
§3—2 铁碳合金的基本组织与性能
一、填空题
1.铁素体 奥氏体 渗碳体 珠光体 莱氏体 2．铁素体 奥氏体 渗碳体 3．塑性 韧性 强度 硬度
4．铁素体 奥氏体 渗碳体 珠光体 莱氏体 5．F A Fe3C P Ld L′d 6．2.11% 0.77%
7. 奥氏体 渗碳体 奥氏体 珠光体 珠光体 渗碳体 低温莱氏体 二、判断题
1. × 2. √ 3. × 4. × 5. √ 6. × 7. × 三、选择题
1．BA 2．C 3．A
§3—3 铁碳合金相图
一、填空题
1.成分 状态 组织 温度 2.0.0218% 2.11%
3.铁素体 珠光体 珠光体 珠光体 二次渗碳体 4.铁素体 渗碳体 珠光体 二、 判断题
1. × 2. × 3. √ 4. √ 三、选择题
1．B 2．B 3．C 4．CAB 5．C 6．CDB 7．A 8．B 四、名词解释
1. 答：在保持温度不变的条件下，从一个液相中同时结晶出两种固相，这种转变称为共晶转变 。
2. 答：在保持温度不变的条件下，从一个固相中同时析出两个固相，这种转变称为共析转变。
10
五、思考与练习
1. 答：简化后的Fe—Fe3 C相图。
2．答：根据Fe—Fe3 C相图填写下表。 特性点 A E 含义 纯铁的熔点 碳在γ—Fe中的最大溶解度点 G 纯铁的同素异构转变点α—FeC γ—Fe Ld1148 4.3 912 0 温度（℃） 含碳量（%） 1538 1148 0 2.11 共晶点，LC （A+Fe3C） S 共析点ASFe3C） P（F+ 727 0.77 D 特性线 ACD ECF
渗碳体的熔点 1227 6.69 含义 液相线——此线之上为液相区域，线上点为对应成分合金结晶时的开始温度 共晶线，LC Ld（A+Fe3C） 11
PSK AECF 共析线，亦称A1线。ASP（F+ Fe3C） 固相线——此线之下为固相区域，线上点为对应成分合金的结晶终了温度 GS 亦称A3线。冷却时从不同含碳量的奥氏体中析出铁素体的开始线。 ES 3．答：
亦称Acm线。碳在γ—Fe中的溶解度曲线 （1）由相图可知，随含碳量增加钢中的硬质相渗碳体的比例随之增加，所以1%的铁碳合金比含碳量0.5 %的铁碳合金硬度高。
（2）由相图可知，当把钢加热到1000～1250℃，其组织恰好处于单一的奥氏体状态，此时钢材的塑性好，塑性抗力小，所以最适合进行锻轧加工。
（3）由相图可知，靠近共晶成分的铁碳合金的结晶温度区间较小，结晶温度最低，所以流动性好，且结晶时不易出现偏析现象。
4．答：因为白口铸铁中的基本相主要是渗碳体，又硬又脆，很难进行切削加工。所以一般不能直接作为机加工零件的材料，但铸造犁、铧等农具则可以很好地利用其硬度高、耐用磨性好的这一优点。
§3—4 观察铁碳合金的平衡组织（试验）
1. 答：（1）使用中不允许有剧烈震动，调焦时不要用力过大，以免损坏物镜。装取目镜、物镜时要拿稳。
（2）镜头不能用手、纸或布等擦拭，若有脏物应用脱脂纱布蘸少许二甲苯轻轻擦拭。
（3）显微镜照明光源是低压灯泡，因此必须使用低压变压器，不得将其直接插在220V电源上，以免烧坏灯泡。
2.（略）
第四章 非合金钢
§4－1 杂质元素对非合金钢性能的影响
一、填空题
1. 非合金钢 低合金钢 合金钢
12
2.平炉炼钢 转炉炼钢 电炉炼钢 3. 纯净程度 纯净程度 4. 锰铁 硅铁 铝 5. 铁 碳 硅 锰 硫 磷 6. 4cm3/100g 氢脆 二、判断题
1.√ 2. √ 3. × 4. × 5. √ 6. √ 7. √ 8. √ 三、选择题
1. A 2.B 3.C 4. A 5. B 6.A 7.A 8.B 四、名词解释
1. 热脆性：硫是钢中的有害元素,常以FeS的形式存在。FeS与Fe 形成低熔点的共晶体, 熔点为985℃,分布在晶界,当钢材在1000~1200℃进行压力加工时,共晶体熔化,使钢材变脆,这种现象称为热脆性。
2. 冷脆性：磷也是钢中的有害元素,它使钢在低温时变脆,这种现象称为冷脆性。
3. 氢脆：当氢含量超过4cm3 /100g时，钢的塑性实际近乎完全丧失,这种现象常称为氢脆。
五、思考与练习
1.答：主要有硅、锰、硫、磷、氧、氮、氢等元素。其中硅、锰是有益元素；硫、磷、氧、氮、氢是有害元素。
2.答：目前生产中采用的炼钢方法有平炉炼钢、转炉炼钢和电炉炼钢等几种；相对来说,电炉钢的纯净度最高,因而其机械性能也最好。
§4－2 非合金钢的分类
一、填空题
1.低碳钢 中碳钢 高碳钢
2. 普通碳素钢 优质碳素钢 特殊质量碳素钢 3. 碳素结构钢 碳素工具钢 4. 沸腾钢 镇静钢 特殊镇静钢 5.≤ 0.25% 0.25%～0.6% ≥ 0.60%
13
6. 碳素结构钢 碳素钢筋钢 铁道用钢
7. 机械结构用优质碳素钢 工程结构用碳素钢 冲压薄板的低碳结构钢 造船用碳素钢 焊条用碳素钢 优质铸造碳素钢
8. 保证淬透性的碳素钢 航空和兵器等专用碳素钢 碳素弹簧钢 碳素工具钢等
二、判断题
1. √ 2.√ 3.× 4.√ 5.√ 6.× 三、名词解释
1. 普通碳素钢：指生产过程中不需要特别控制质量的钢。
2. 优质碳素钢：指除普通碳素钢和特殊质量碳素钢以外的碳素钢，在生产过程中需要特别控制质量，如控制晶粒度，降低硫与磷的含量，改善表面质量或增加工艺控制等。
3. 特殊质量碳素钢：指在生产过程中需要特别严格控制质量和性能的碳素钢，如控制淬透性和纯洁度，钢中S、P杂质最少。
四、思考与练习
答：非合金钢的分类方法很多，最常见的是按钢的含碳量、质量和用途来分。 （1）根据非合金钢的含碳量可分为：低碳钢、中碳钢、高碳钢。 （2）按非合金钢的质量等级可分为：普通碳素钢、优质碳素钢、特殊质量碳素钢。
（3）按非合金钢的用途可分为：碳素结构钢 、碳素工具钢。
§4—3 非合金钢的牌号与用途
一、填空题
1．汉语拼音 化学元素符号 阿拉伯数字 2．A D
3.沸腾钢 镇静钢 特殊镇静钢 4.碳素结构 中碳 优质碳素 5.碳素工具 高碳 特殊质量碳素 6. 碳素结构 普通碳素 二、判断题
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1.× 2.√ 3. × 4.√ 5. × 6. √ 7.√ 8.√ 9.× 10.√ 三、选择题
1.A 2.B 3.C 4.A C B 5.ACB 6.C 四、名词解释
1. 08——平均含碳量为0.08% 的优质碳素结构钢。 2. 45——平均含碳量为0.45% 的优质碳素结构钢。
3. 65Mn——平均含碳量为0.65% 具有较高含锰量的优质碳素结钢。 4．T12A——平均含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。
5．ZG340—640——屈服强度不小于340MPa，抗拉强度不小于640MPa的铸造碳钢。
6．Q235AF——屈服强度不小于235MPa，质量等级为A级，脱氧状态不完全（沸腾钢）的碳素结构钢。
五、思考与练习 答：（略）
§4－4 低碳钢与高碳钢的冲击试验
1.答：试样严格按GB/T 229—2007制作，其尺寸和偏差应符合规定要求。试样缺口底部光滑，没有与缺口轴线平行的明显划痕。毛坯切取和试样加工过程中,不应产生加工硬化或受热影响而改变金属的冲击性能。
2.答：（1）试验数据至少应保留小数点后一位有效数字。
（2）如果试验的试样未被完全打断,则可能是由于试验机打击能量不足而引起的,因此,应在试验数据KU2或KU8,或者AV2或AV8前加“>”符号；其他情况引起的则应注明“未打断”字样。
（3）试验过程中遇有下列情况之一时,试验数据无效。①操作有误;②试样打断时有卡锤现象；③试样断口有明显淬火裂纹且试验数据明显偏低。
3.答：（略） 4.答：（略）
第五章 钢的热处理
§5—1热处理的原理与分类
15
一、填空题
1.固态 加热 保温 冷却 组织结构 2.同素异构转变 3.整体 表面 化学 4.形状 尺寸 性能 二、思考与练习
答：热处理工艺曲线如下图
§5—2 钢在加热与冷却时的组织转变
一、填空题 1.形核 晶粒长大 2.加热温度 保温时间
3.珠光体型 贝氏体型 马氏体型 4.越细 强度 硬度
5.上贝氏体 下贝氏体 下贝氏体 6.临界冷却速度Vk Ms
7.铁的晶格 碳原子的扩散 碳 α-Fe 过饱和 8.针状 硬度高而脆性大 板条状 强度 韧性 9.含碳量 含碳量 二、判断题
1．× 2．√ 3．× 4．× 5．√ 6．× 三、选择题 1．C 2．B
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四、名词解释
1．答：碳在α－Fe中的过饱和固溶体，称为马氏体。 2．答：Ms线是马氏体转变的开始温度线； Mf线是马氏体转变的终了温度线。
3. 答：过冷奥氏体在连续冷却时获得全部马氏体的最小冷却速度称为临界冷却速度。
§5—3 热处理的基本方法
一、填空题
1.完全退火 球化退火 去应力退火 2.正火 球化退火 3. A1 组织 消除内应力
4.油 水 盐水 碱水 增加 水 油
5.单液淬火 双介质淬火 马氏体分级淬火 贝氏体等温淬火 6.马氏体 强度 硬度 耐磨性
7.氧化与脱碳 过热和过烧 变形与开裂 硬度不足 软点 8.回火处理 稳定组织 消除内应力
9.强度 硬度 塑性 韧性 低温回火 中温回火 高温回火 10.淬火及高温回火相结合 综合力学性能 11.170～230HBW 正火 球化退火 二、判断题
1. × 2. √ 3．× 4．√ 5．× 6．√ 7．√ 8．√ 9．√ 10．× 11．× 12．√
三、选择题
1. A 2.C A 3．C 4．B 5．A 6．A 7．B 8．C 9．B 四、名词解释
1.答：退火是指将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺。
正火是指将钢加热到Ａc3或Ａccm以上30～50℃，保温适当的时间后，在空气中冷却的工艺方法。
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2. 答：将钢件加热到Ａc3或Ａc1 以上的适当温度，经保温后快速冷却（冷却速度大于v临），以获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺称为淬火；
将淬火后的钢重新加热到Ａc1点以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。
3.答：淬透性是指在规定条件下，钢在淬火冷却时获得马氏体组织深度的能力；
淬硬性是指钢在理想的淬火条件下，获得马氏体后所能达到的最高硬度。 五、思考与练习
1. 答：用工具钢制造的麻花钻通常是通过淬火加低温回火来达到其高硬度高耐磨性的，若刃磨时不及时冷却，当温度过高时就会失去硬度（退火）。
2. 答：可通过完全退火改善其塑性后再进行成形工序，或边加热边弯折成形的方法，以避免因弯折成形时产生加工硬化而出现裂纹。
3.答：可采用完全退火的方法来消除应力、降低硬度改善切削加工性能。
§5—4钢的表面热处理与化学热处理
一、填空题
1.火焰加热表面淬火 感应加热表面淬火 电接触表面加热淬火 激光加热表面淬火
2.分解 吸收 扩散 渗碳 渗氮 碳氮共渗 3.固体渗碳 盐浴渗碳 气体渗碳 气体渗碳 4.气体渗氮 离子渗氮 二、判断题
1.× 2．√ 3．√ 4．√ 三、选择题
1.C 2.A 3.C、B 4.B 5.B 6.C 7.A 8.B 四、名词解释
1. 答：钢的渗碳是指将钢件置于渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入工件表层的化学热处理工艺，其目的是提高钢件表层的含碳量。
2. 答：在一定温度下，使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺称为渗氮。渗氮的目的是提高零件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。
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§5—5 零件的热处理分析
一、填空题
1. 组织 力学性能 精度 工艺性能 2．硬度 渗碳层深度 力学性能 金相组织 3．为预备热处理 最终热处理 二、思考与练习
1. 答：（1）轧制后对毛坯进行的热处理为预备热处理：先正火，消除毛坯的轧制应力，细化晶粒，消除网状渗碳体组织；再球化退火，降低材料硬度，改善切削加工性能，避免淬火加热时晶粒长大。
（2）机械加工后的热处理为最终热处理：局部淬火+低温回火。先将丝锥整体加热后，刃部浸入淬火介质中冷却，获得足够高的硬度，经低温回火，刃部硬度达60HRC以上；柄部淬火冷却时不浸入冷却介质，相当于空冷，以获得35～40HRC的硬度和足够韧性的技术要求。
2. 答：（1） 锻造后进行的热处理是预备热处理，为正火+调质。 正火：消除毛坯的锻造应力；降低硬度，改善切削加工性能；均匀组织、细化晶粒，为以后的热处理作好组织上的准备。
调质：保证齿轮整体具有较高的综合力学性能，进一步改善半精加工和精加工的切削性能，调质后硬度应为220~250HBW。
（2）在半精加工之后和精加工之前进行的热处理是最终热处理，是表面淬火+低温回火。
表面淬火+低温回火：采用高频淬火使齿轮齿廓表面获得针状马氏体，经低温回火后硬度应为48~53HRC；心部保持调质后得到的回火索氏体组织，具有较高的强度和韧性。
*
§5—6 钢的热处理（试验）
1．（略） 2．（略）
3. 答：在回火加热过程中,随着组织的变化,钢的性能也随之发生改变。其变化规律是：随着加热温度的升高,钢的强度、硬度下降,而塑性、韧性提高。
*
§5－7 参观热处理车间
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答案（略）
第六章 低合金钢与合金钢
§6—1 合金元素在钢中的主要作用
一、填空题
1. 强化铁素体 形成合金碳化物 细化晶粒 提高钢的淬透性 提高钢的回火稳定性
2. 钴 右 临界冷却速度 淬透性 3. 熔点 硬度 耐磨性 4. 钼 锰 铬 镍(Ni) 硼(B) 二、判断题
1．× 2．× 3．√ 4．√ 5．√ 6．√ 三、名词解释
1. 淬火钢在回火时，抵抗软化的能力称为钢的回火稳定性。 2. 金属材料在高温下保持高硬度的能力称为红硬性。
§6—2 合金钢的分类和牌号
一、填空题
1. 普通质量低合金钢 优质低合金钢 特殊质量低合金钢
2. 优质合金钢 特殊质量合金钢 合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢 3.含碳量 千分数 ≥1.0％ 4. 千分数 百分数
5.六个符号 拉丁字母 五位阿拉伯数字 二、判断题
1. √ 2. × 3. √ 4. √ 5. √ 6. × 7. × 8. √ 三、名词解释
1．答：屈服强度不低于390MPa,质量等级为E级的低合金高强度结构钢。 2. 答：平均含碳量为0.4%，含Cr量小于1.5%的合金结构钢。 3．答：平均含碳量1%以上，含Cr量为1.5%的滚动轴承钢。
4. 答：平均含碳量1%以上，Cr、W、 Mn含量均小于1.5%的合金工具钢。
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5. 答：平均含碳量1%以上，平均含Cr量为12%的合金工具钢。 6．答：表示含碳量不大于0.15%，平均含铬量为13%的铬不锈钢。 7．答：含碳量为0.7％～0.8％，平均含W 为18%、含Cr为 4%以及含V量小于1.5%的高速钢。
8. 答：表示含碳量不大于0.08%，平均含铬量为18%、含镍量为9%的铬镍不锈钢。
§6—3 低合金钢
一、填空题
1. ≤0.20% 塑性 韧性 焊接性能 热轧 正火 2. 强度 韧性 耐腐蚀性 焊接性 3．Q500 Q550 Q620 Q690 Q295 4．铜 铬 镍 高耐候钢 焊接耐候钢 5．化学成分 生产工艺 性能
6．焊接 冷弯 高温强度 耐碱性腐蚀 耐氧化 二、判断题
1. √ 2．√ 3．√ 4．√ 5．√ 6．√ 三、选择题
1． A 2．B 3．B 4．A 四、思考与练习
1. 答：常加入的合金元素有锰(Mn)、硅(Si)、钛(Ti)、铌 (Nb)、钒(V)、铝(Al)、铬(Cr)、氮(N)、镍(Ni)等。其中钒、钛、铝、铌元素是细化晶粒元素，其主要作用是在钢中形成细小的碳化物和氮化物，在金属相变时沿奥氏体晶界析出，形成细小弥散相，阻止晶粒长大，有效地防止钢发生过热，改善钢的强度，提高钢的韧性和抗层状撕裂性。
2. 答：低合金耐候钢是在低碳非合金钢的基础上加入少量铜、铬、镍等合金元素，使钢表面形成一层保护膜。为了进一步改善耐候钢的性能，还可再添加微量的铌、钒、钛、钼、锆等其他能增加耐大气腐蚀性能的合金元素。
§6—4 合金结构钢
一、填空题
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1. 合金渗碳钢 合金调质钢 合金弹簧钢 滚动轴承钢 2．渗碳+淬火+低温回火 耐疲劳性 冲击载荷 3．受力复杂 良好综合力学性能 4．锰 硅 铬 5．工具 耐磨
6．球化退火 淬火+低温回火 二、判断题
1. √ 2．√ 3．√ 4．× 5．× 6．√ 7．√ 8．× 三、选择题
1．B 2．C 3．A 4．A 5．A 6．B 7. A D 、B C 8．B、A、C、D
四、名词解释
1. 答：平均含碳量为0.20%，Cr、Mn、Ti平均含量均小于1.5%的合金渗碳钢。
2. 答：平均含碳量为0.38%，Cr、Mo、Al平均含量均小于1.5%的高级优质合金调质钢。
3. 答：平均含碳量为0.5%，Cr、V平均含量均小于1.5%的高级优质合金弹簧钢。
4. 答：平均含碳量为0.6%， Si平均含量为2%，Mn平均含量小于1.5%的合金弹簧钢。
5. 答：平均含碳量1%以上，Cr平均含量为1.5%，Si、Mn平均含量均小于1.5%的滚动轴承钢。
§6—5合金工具钢
一、填空题
1. 合金刃具钢 合金模具钢 合金量具钢 2. CrWMn 低速刀具
3. 红硬性 耐磨性 切削速度较高 形状复杂 4. 冷作模具钢 热作模具钢 5.200℃ 300℃ 600℃
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二、判断题
1．× 2．√ 3．× 4．× 5．√ 6．× 7．√ 8．× 9．× 10．√ 三、选择题
1．A 2．C 3．B 4．C 5．ABC、ABC、C 6．A、E、B、D、C
§6—6 特殊性能钢
一、填空题
1. 硬度 耐磨性 耐蚀性
2. 铬 铬镍 铬锰 奥氏体 马氏体 铁素体 3. 压力 冲击 硬化 二、判断题
1．√ 2．√ 3．√ 4．× 5．√ 6．× 7．× 8．√ 9．× 三、选择题
1．C 2．ABC、AB 3．C、B、A 4.B 四、名词解释
1．答：其含碳量为0.16%~0.25%，平均含铬量为13%的铬不锈钢。 2．答：其含碳量为0.9%～1.4%，含锰量为11%～14%的耐磨钢。 3．答：表示含碳量不大于0.12%，平均含铬量为17%的铬不锈钢。 4．答：其含碳量为0.36%~0.45%，平均含铬量为13%的铬不锈钢。 5．答：表示含碳量不大于0.12%，平均含铬量为18%、含镍量为9%、含Ti量小于1.5%的铬镍不锈钢 五、思考与练习 1． 类 别 含碳量 典型牌号 最终热处理方法 合金渗碳钢 合金调质钢 合金弹簧
主要用途 0.10％～0.25％ 20CrMnTi 渗碳+淬火+低温回火 变速齿轮、凸轮 主轴等复杂受力件 弹簧等弹性0.25％～0.50％ 40Cr 淬火+高温回火 0.45％～0.7％ 60Si2Mn 23
淬火+中钢 滚动轴承钢 0.95％～1.15％ GCr15 温回火 淬火+低温回火 零件 滚动轴承 铣刀、拉刀等高速钢 0.7％～1.5％ W18Cr4V 高温淬火+多次高温回火 切削速度较高、形状较复杂的刀具 热作模具钢 0.3％～0.6％ 5CrMnMo 淬火+中温回火 履带等在强烈耐磨钢 0.9%～1.4% ZGMn13 水韧处理 冲击载荷作用下工作的零件 2．答：10Cr18Ni9Ti为奥氏体型不锈钢，具有抗磁性，所以只用磁铁即可容易地将两种不同材料的零件分开。
*
制造热锻模 §6－7 钢的火花鉴别（试验）
1．答：生产中常常通过火花来鉴别：钢号混杂的钢材、碳素钢的含碳量、检查钢材表层的脱碳情况、鉴别材料中所含合金元素类别等。
2．答：在旋转着的砂轮上打磨钢试件，试件上脱落下来的钢屑在惯性力作用下飞溅出来，形成一道道或长或短、或连续或间断的火花射线（主流线），根据试件与砂轮的接触压力不同、钢的成分不同，火花射线也各不相同。全部射线组成火花束。飞溅钢屑达到高温时，钢和钢中伴生元素（特别是碳、硅和锰）在空气中烧掉。因为碳的氧化物CO和CO2是气体，这些小的赤热微粒在离开砂轮一定距离时产生类似于爆炸的现象，便爆裂成火花，以此可根据流线和火花的特征，可以鉴别钢材的成分。
3．答：（1）在砂轮机上操作时，带上无色平光眼镜，人站在砂轮机侧面。 （2）试样与砂轮接触，其压力大小要适中，才能正确判断火花特征。 （3）鉴别时就避免其他光线照射，要作多方面的辩识，才会得到较正确的结论。
4．（略）
24
第七章 铸 铁
§7—1 铸铁的组织与分类
一、填空题
1．大于2.11％ 渗碳体 石墨 2．石墨化 奥氏体 渗碳体 渗碳体 3．基体 形态 数量 大小
4．石墨 连续性 铸造性能 切削加工性能 消音 减震 耐压 耐磨 5．灰口铸铁 白口铸铁 麻口铸铁 6．灰 可锻 球墨 蠕墨 二、判断题 1．× 2．× 3．√ 三、思考与练习
答：灰铸铁中含有大量片状的石墨，这些松软的石墨像微小的裂纹割裂了基体，破坏了基体的连续性，所以切削灰铸铁毛坯的工件时不会产生连续的带状或节状切屑，而是产生崩碎切屑。这样大大减少了切屑与刀具的磨擦，减少了切削热的产生。另外，切削时脱落的石墨本身具有很好的润滑作用；若加切削液，脱落的石墨与切削液混在一起还会带入机床冷却系统和溅在机床导轨等运动表面上，从而加剧运动副间的磨损、损坏机床自身的精度。
§7—2 常用铸铁
一、填空题
1．数量 大小 分布 珠光体 2．铸造成白口铸铁件 石墨化退火 3．基体的组织 石墨 数量 形态 分布 4．球墨铸铁 热处理
5．呈球状 割裂基体 应力集中 6．碳 硅
7．球墨铸铁 抗拉强度 伸长率 二、判断题
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1．√ 2．√ 3．√ 4．√ 5．√ 6．× 7．× 三、选择题
1．B 2．B A C 3．A B C 4．A 四、名词解释
1.答：最小抗拉强度数值为250MPa的灰铸铁。
2.答：最小抗拉强度数值为350MPa，最小伸长率为10%的黑心可锻铸铁。 3.答：最小抗拉强度数值为500MPa，最小伸长率为4%的珠光体可锻铸铁。 4.答：最小抗拉强度数值为600MPa，最小伸长率为2%的球墨铸铁。 五、思考与练习
答：由于铸铁锅通常较薄，铸后冷却较快，这样新买的铸铁锅其组织往往为白口铸铁的组织，硬而脆，所以炒菜时声音特别刺耳；但用了一段时间后，由于长时间在高温下加热保温，其组织中的渗碳体逐渐分解析出团絮状石墨，从而变成了可锻铸铁，硬度降低了，韧性提高了。所以炒菜时的声音也就不再那么样刺耳了。
*
§7－3 铸铁的高温石墨化退火（试验）
1.答：将铸件加热到共析温度以上，进行消除白口的软化退火即石墨化退火。 2.答：影响铸铁石墨化的因素主要是铸铁的成分和冷却速度，通常铸铁中碳、硅含量越高，往往其内部析出的石墨量就越多，石墨片也越大；冷却速度越缓慢，就越有利于扩散，使石墨析出得越多、越充分。
3.（略）
第八章 有色金属及硬质合金
§8—1 铜与铜合金
一、填空题
1.有色金属 非铁金属 铜 铝 钛
2.黄铜 青铜 白铜 黄铜 白铜 黄铜 白铜 青铜 3.单相 双相 单相 冷热变形 双相 热变形加工 4.抗蚀性 仪器仪表 化工机械 医疗器械 二、判断题
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1．√ 2．× 3．× 4. √ 5. √ 三、选择题 ADBC 四、名词解释
1．答：2号工业纯铜。
2．答：平均含铜量为68%的普通压力加工黄铜。
3．答：平均含铅量为1%，平均含铜量为59%的压力加工铅黄铜。 4．答：平均含铅量为1%，平均含锡量为10%，余量为铜的铸造锡青铜。
§8—2 铝与铝合金
一、填空题
1．密度 熔点 导电性 导热性 低 抗大气腐蚀性能好 好 2．磁化率 非铁磁
3．未压力加工产品 压力加工产品 4．变形铝合金 铸造铝合金
5．Al—Si Al—Cu Al—Mg Al—Zn 二、判断题
1．√ 2．× 3．× 4 √ 5. √ 三、选择题
1．AB C D E 2．B C 四、名词解释
1.答：表示含铝量为99.60%的原始纯铝。
2.答：表示以锌为主要合金元素的4号原始铝合金。 3.答：表示1号铝—镁系铸造铝合金。
4.答：表示以铜为主要合金元素的50号原始铝合金。 5.答：表示以铜为主要合金元素的12号原始铝合金。 6.答：表示以镁为主要合金元素的2号原始铝合金。
*
§8—3 钛与钛合金
一、填空题
1. 同素异构转变 密排六方 体心立方
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2. 纯钛
3. α型 α+β型 β型 α+β型 二、判断题
1．√ 2．√ 3．√ 4．× 三、选择题
1.B 2.C 3.A 4.B、A 四、思考与练习
答：在人们生活当中使用的有色金属制品非常多，如铝壶、铝锅、铝型材门窗、钛合金的眼镜子架及各类有色金属的装饰品等，它们大都具有耐蚀性好、美观、轻便等特点。
§8—4 滑动轴承合金
一、填空题
1. 轴颈 转动和摆动 轴承体 轴瓦 2. 硬质点 软质点
3. 基体金属元素 主要合金元素 名义百分含量
4.锡基轴承合金 铅基轴承合金 铜基轴承合金 铝基轴承合金 巴氏合金
5.锑 铜 锡基轴承合金 二、判断题
1．× 2．√ 3．√ 4 √ 5. √ 三、选择题
1.B 2.B 3.C 4.A 5.B 四、名词解释
1.答：平均含锑量为12%、含铅量为10%、含铜量为4%的锡基轴承合金。 2. 答：平均含锑量为16%、含锡量为16%、含铜量为2%的铅基轴承合金。 3. 答：平均含锡量为5%、含铅量为5%、含锌量为5%的铜基轴承合金。 4. 答：平均含锡量为6%、含铜量为1%、含镍量为1%的铝基轴承合金。 五、思考与练习
1.答：（1）足够的强度和硬度，以承受轴颈较大的压力；
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（2）足够的塑性和切性,较高的抗疲劳强度,以承受轴颈周期性载荷,并抵抗冲击和振动。
（3）高的耐磨性和小的摩擦系数,并能储存润滑油。 （4）良好的磨合性,使其与轴能较快地紧密配合。
（5）良好的耐蚀性和耐热性,较小的膨胀系数,防止摩擦升温而发生咬合。 2.答：轴承在工作时,软的组织首先被磨损下凹,可储存润滑油,形成连续分布的油膜,硬的组成部分则起着支承轴颈的作用。这样,轴承与轴颈的实际接触面积大大减少,从而使轴颈、轴承的摩擦减少。
§8—5 硬质合金
一、填空题
1. 硬碳化物 黏结剂 粉末冶金 红硬性高 耐磨性好 抗压 抗弯 韧性
2.切削工具用 地质矿山工具用 耐磨零件用 3.P M K N S H 二、判断题
1. × 2. × 3. √ 4. × 三、选择题
1.B 2. B、E、A 3.C 4.C 四、名词解释
1. 答：表示含钴量为8%的钨钴类硬质合金,。 2. 答：表示含钴量为6%的细晶粒钨钴类硬质合金。 3．答：表示含钴量为11%的粗晶粒钨钴类硬质合金。 4．答：表示TiC含量为15%的钨钴钛类硬质合金。 5．答：表示2号通用硬质合金。 五、思考与练习
答：不能。因为硬质合金尽管红硬性很好，但它的导热性很差。若在刃磨时剧冷，会造成内应力过大而导致开裂。
§8—6 比较常用有色金属及硬质合金的性能（试验）
答案（略）
29
*第九章 国外材料牌号及新型工程材料简介
§9—1 国外常用金属材料的牌号
一、填空题
1.国际标准化组织（ISO） 以字母符号 2.中外金属材料牌号的对照手册 相关网页 二、选择题 1.A 2.A 三、思考与练习
答：通过查询教材附录Ⅳ各国常用钢铁牌号对照表可知： Ck60：是从德国进口的，与我国国家标准对应的牌号是60Mn。 D3：是从美国进口的，与我国国家标准对应的牌号是Cr12。 SKH2：是从日本进口的，与我国国家标准对应的牌号是W18Cr4V。 5140：是从美国进口的，与我国国家标准对应的牌号是40Cr。
§9—2 新型工程材料
一、填空题
1．高聚物材料 陶瓷材料 复合材料 2．工艺性能 力学性能 3．基体 增强体 4. 金属 非金属
5. 强度 抗腐蚀性 抗疲劳性 延展性 6. 抗拉强度 抗拉弹性模量
7．抗化学试剂侵蚀性 抗老化性 高频声纳透过性 耐海水腐蚀性 二、选择题 1.A 2.A 3.B 4.A
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