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一、填空题（30分，每空1分）
1、常见的金属晶格类型有___________、___________和___________。
2、金属的机械性能主要包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等指标，其中衡量金属材料在静载荷下机械性能的指标有___________、___________、___________。衡量金属材料在交变载荷和冲击载荷作用下的指标有___________和___________。
3、常用的回火方法有低温回火、___________ 和 ___________。
4、工程中常用的特殊性能钢有_________、_________、_________。
5、根据铝合金成分和工艺特点，可将铝合金分为___________和__________两大类。
6、按冶炼浇注时脱氧剂与脱氧程度分，碳钢分为_________、_________、_________和_________。
7、钢在一定条件下淬火后，获得一定深度的淬透层的能力，称为钢的淬透性。淬透层通常以工件______到______的深度来表示。
8、冷塑性变形的内应力，按作用范围，可分为____________、____________、____________。
9、铸铁中____________________________的过程称为石墨化，影响石墨化的主要因素有___________ 和 ___________。
10、根据共析钢的“C”曲线，过冷奥氏体在A1温度以下等温转变的组织产物可分为三大类，即___________型组织、___________型组织和___________型组织等。
二、选择题（30分，每题2分）
1、拉伸试验时．试样拉断前能承受的最大标拉应力称为材料的（）。A 屈服点 B 抗拉强度 C 弹性极限 D 刚度
2、金属的（）越好，其锻造性能就越好。A 硬度 B 塑性 C 弹性 D 强度
3、根据金属铝的密度，它属于（）。A 贵金属 B 重金属 C 轻金属 D 稀有金属
4、位错是一种（）。
A 线缺陷 B 点缺陷 C 面缺陷 D 不确定
5、晶体中原子一定规则排列的空间几何图形称（）。A 晶粒 B 晶格 C 晶界 D 晶相
6、实际生产中，金属冷却时（）。
A 理论结晶温度总是低于实际结晶温度 B 理论结晶温度总是等于实际结晶温度 C 理论结晶温度总是大于实际结晶温度 D 实际结晶温度和理论结晶温度没有关系
7、零件渗碳后，一般需经过（）才能达到表面硬度高而且耐磨的目的。A 淬火+低温回火 B 正火 C 调质 D 淬火+高温回火
8、从灰铸铁的牌号可以看出它的（）指标。A 硬度 B 韧性 C 塑性 D 强度
9、机械制造中，T10钢常用来制造（）A 容器 B 刀具 C 轴承 D 齿轮
10、钢经表面淬火后将获得：（）
A 一定深度的马氏体 B全部马氏体 C 下贝氏体 D上贝氏体
11、GCrl5SiMn钢的含铬量是：（）A 15％ B 1．5％ C 0.15％ D 0.015％
12、铅在常温下的变形属：()A 冷变形 B 热变形 C 弹性变形 D 既有冷变形也有热变形
13、黄铜、青铜和白铜的分类是根据：（）A合金元素 B密度 C颜色 D主加元素
14、用于制造柴油机曲轴，减速箱齿轮及轧钢机轧辊的铸铁为（）A 可锻铸铁 B 球墨铸铁 C 灰口铸铁 D 白口铸铁
15、从金属学的观点来看，冷加工和热加工是以（）温度为界限区分的。A 结晶 B 再结晶 C 相变 D 25℃
三、名词解释（12分，每题3分）
1、加工硬化
2、回复
3、合金
4、热处理
四、简答题（20分，每题4分）
1、铁碳合金中基本相是那些？其机械性能如何？
2、写出下列牌号数字及文字的含意，Q235-F、KTZ450-06、H68、LF5。例如：HT100：表示灰铸铁，其最低抗拉强度为100MPa。
3、提高零件疲劳寿命的方法有那些？
4、试述正火的主要应用场合。
5、试述热变形对金属组织和性能的影响。五 综述题（8分）
用20CrMnTi制造汽车变速箱齿轮，要求齿面硬度HRC58-60，中心硬度HRC30-45，试写出加工工艺路线，并说明各热处理的作用目的。参考答案： 一 填空
1、体心立方晶格 面心立方晶格 密排立方晶格
2、强度 硬度 塑性 疲劳强度 冲击韧性
3、中温回火 高温回火
4、不锈钢 耐热钢 耐磨刚
5、变形铝合金 铸造铝合金
6、沸腾钢 镇静钢 连铸坯 半镇静钢
7、表面 半马氏体层
8、宏观（第一类）内应力 晶间（第二类）内应力 晶格畸变（第三类）内应力
9、碳以石墨形式析出 冷却速度 化学成分
10、珠光体 贝氏体 马氏体 二 选择题B 2 D 3 C 4 A 5 B 6 C 7 A 8 D 9 B 10 A 11 B 12 B 13 D 14 B 15 C 三 名词解释
1、答：金属材料随着冷塑变形程度的增大，强度和硬度逐渐升高，塑性和韧性逐渐降低的现象称为加工硬化或冷作硬化。
2、答：回复是指冷塑性变形金属在加热温度较低时，金属中的一些点缺陷和位错的迁移，使晶格畸变逐渐降低，内应力逐渐减小的过程。
3、答：将两种或两种以上的金属或金属与非金属熔合在一起，获得的具有金属性质的物质，称为合金
4、答：热处理是通过加热和冷却固态金属的操作方法来改变其内部组织结构，并获的所需性能的一种工艺。
四、简答题（16分，每题4分）
1、答：
基本相有：铁素体 奥氏体 渗碳体 铁素体的强度和硬度不高，但具有良好的塑性和韧性。奥氏体的硬度较低而塑性较高，易于锻压成型。渗碳体硬度很高而塑性和韧性几乎为零，脆性大。
2、答：
Q235-F：表示普通碳素结构钢，其屈服强度为235MPa，F表示是沸腾钢。
KTZ450-06：表示珠光体基体的可锻铸铁，其表示最低抗拉强度为450MPa，最小伸长率为6%。H68：表示含铜68%的黄铜。LF5：表示防锈铝，其序数号为5。
3、答：
（1）设计上减少应力集中，转接处避免锐角连接；（2）减小零件表面粗糙度；
（3）强化表面，在零件表面造成残余压应力，抵消一部分拉应力，降低零件表面实际拉应力峰值，从而提高零件的疲劳强度。
4、答：正火主要用于：
（1）改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性；
（2）作为普通结构零件或大型及形状复杂零件的最终热处理；（3）作为中碳和低合金结构钢重要零件的预备热处理；（4）消除过共析钢中的网状二次渗碳体。
5、答：
（1）改变铸锭和坯料的组织和性能；（2）产生热变形纤维组织（流线）；（3）可能产生带状组织；（4）可能产生热组织与魏氏组织。五 综述题（8分）答：
加工工艺路线为：下料®锻造®正火®机械粗加工®渗碳+淬火+低温回火®喷丸®磨齿 正火处理可使同批毛坯具有相同的硬度（便于切削加工），并使组织细化，均匀； 渗碳后表面含碳量提高，保证淬火后得到高的硬度，提高耐磨性和接触疲劳强度； 喷丸处理是提高齿轮表层的压力使表层材料强化，提高抗疲劳能力。
1.快速凝固耐热铝合金的研究进展
1.快速凝固耐热铝合金颇具吸引力，由于其质量轻、价格便宜、室温和高温性能优异，可部分取代钛合金、常规耐热铝合金和钢等材料，使构件质量和成本大幅度下降．因此在航空、航天、兵器和交通等领域具有广阔的应用前景.2.快速凝固技术一般指以大于105～106K／s的冷却速率进行液相凝固成固相，是一种非平衡凝固过程．往往生成亚稳相(非晶、准晶、微晶和纳米晶)，使粉末和材料具有特殊的性能和用途.3.快速凝固技术增加了过渡族、镧系金属元素在铝中的过饱和固溶度。可使舢基体形成高度弥散、具有热稳定性的金属间化合物粒子。由于这些弥散相在高温下是稳定的．位错需要较大的应力才能克服这些第二相粒子继续向前移。从而阻碍了材料中位错运动。
4快凝耐热铝合金优良的室温和高温力学性能。较好的抗腐蚀、抗疲劳性能和良好的热稳定
性，主要得益于这些高度弥散、热力学稳定、与基体共格或者半共格的第二相粒子.5弥散相的大小、分布、数量和晶体结构对耐热铝合金的性能有决定性的影响.6在选择基体中添加的过渡族元素和稀土元素应依据以下原则：①添加的合金元素应在液态铝中有较大的溶解度。而在固态铝中平衡固溶度较小、非平衡固溶度较大。这样才能使快凝粉末中含有大量的过饱和固溶体并在之后的热挤压成形时形成大量的弥散相。②合金化元素在固态铝中的扩散系数应较小。
7.快速凝固粉末冶金法的主要工序是雾化制粉和粉坯热挤压或热锻。粉末的制备最常用的方法是超音速气体雾化法。热挤压或热锻是通过压头(冲头)对预压粉坯产生静水压力(冲压力)，使粉末在热和力作用下发生变形，通过咬合和粘结而牢固地结合在一起.8喷射成形是利用惰性气体将合金熔体雾化成大量细小的液滴，然后沉积到接收基板上。通过控制接收基板的形状和运动方式可以得到不同形状的沉积批件。与传统的快速凝固工艺相比，该技术特点是凝固速率快、晶粒细小，产品速成形，省去了制粉、粉末筛分、混料、去除陶瓷夹杂、除气、装套、焊封、抽真空和热等静压等过程。大大节约能耗。从而，以较少工序直接从液态金属(合金)制取整体致密、组织细化、成分均匀、偏析减少、结构完整并接近零件实际形状的材料和坯件。
9在快速凝固耐热铝合金的发展过程中也存在诸如断裂韧性差，存在明显的中温脆性、疲劳和蠕变强度低、生产成本高等问题[2“。在以后的发展中，应着力从以下几个方面人手：①优化合金的成分．开发出高性能的新型合金。发挥其潜能。②注重理论研究。进一步探讨其耐热机理、中温脆性等原因，提高其综合性能。③与先进的生产技术结合，优化工艺。降低成本，推进其实用化进程。
2.快速凝固耐热铝合金的组织及性能
1.工业通用铝合金，在150 ℃以上的工作环境中，由于起强化作用的合金元素，例如Cu,Mg等，在铝基体中扩散速度较高，使析出相长大而失去强化作用，无法继续使用,虽然其他合金元素如Fe,Co,Ni等，高温下在铝中的扩散速度较低，但在铝中的固溶度也小，限制了这些合金元素的使用。70年代以来，快速凝固(以下简称快凝)技术的发展，为扩大合金元素的过饱和固溶度，研制弥散强化型耐热铝合金开辟了一条新路。
2.快凝耐热铝合金主要是Al-Fe和以Al-Fe为基的三、四元合金，以及以Al-Cr为基的合金。
3.合金受热强度下降的原因有两方面：一是亚稳相转变成平衡相，弥散强化作用减弱；二是晶粒长大和相粗化.4.由于弥散相沿晶分布，改变了合金再结晶温度并抑制了晶粒的生长，使合金具有较高的热稳定性。其中合金元素钒能降低弥散相颗粒与基体间的界面能，减小颗粒粗化驱动力。
3.高性能快速凝固铝合金材料在汽车中的应用
1.快速凝固条件下冷速达到／s，远高于常规铸造工艺，因此引起一些组织结构上的新特征。主要表现为：超细化的微观组织；提高合金的固溶度极限；成分的高度均匀、少偏析或无偏析；形成新的亚稳相；增加缺陷密度等。
2.快速凝固高硅铝合金的制备主要有两种方法，即快速凝固粉末冶金方法(RS／PM)和喷射沉积法(SF)．快速凝固粉末冶金法的关键工序是雾化制粉和粉坯热挤压或热锻．快速凝固喷射沉积法是在雾化的基础上发展起来的，它是把雾化后的熔滴直接喷射到冷金属基底，在基底沉积，依靠金属基底的热传导，使熔滴迅速凝固而形成高度致密的预制坯。该法的主要特点是：除具有快速凝固的一般特征，还具有把雾化制粉过程和金属成形结合起来，简化生产工艺，降低生产成本．而 且解决了RS／PM法中粉末表面氧化的问题，消除了原始颗粒界面(PPB)对合金性能的不利影响．但采用喷射成形时凝固速度相对比传统RS／PM工艺低，从而造成合金中耐热强化相长大，力学性能有所降低。
4快速凝固雾化法制备铝硅合金粉末工艺研究
1.用传统铸造工艺生产的铝硅合金由于粗大的硅相的存在严重割裂了基体的连续性，合金的强度、韧性显著下降,当硅量超过14wt％时，即使变质处理也无法消除硅相的不利影响。采用快速凝固新技术制备的高硅铝合金，具有高耐磨性和和低膨胀系数，同时抗拉强度也很高，是制造坦克发动机等产品的重要材料.2.在快速凝固A1～Si系合金中，由于提高了冷却速度，有效地扩大了硅在a相中的固溶度，抑制了硅相的生核和生长。这样，即使硅含量高达45wt％以上合金组织仍十分细小，无大块状初生硅相的出现。因此，它可显著地改善合金的耐磨性和热膨胀性，同时合金的抗拉强度也得到很大提高。例如，含硅20wt％的Al—Si系合金中，初生硅尺寸仅1—8微米，当加入一定量的Cu、Mg、Fe等合金元素后，合金可得到明显的弥散强化和沉淀强化。该合金在常温条件下其抗拉强度可达500MPa以上，150℃时的抗拉强度在400MPa以上，延伸率仍保持在1％左右，密度为2．89／cm3。因而它是理想的坦克发动机轻质材料。
3.雾化制粉是快速凝固粉末冶金法的关键工序。化工艺参数对粉体质量的影响：
1）化学成分的影响，合金成分对粉体粒度的影响是通过其改变液体金属粘度而产生的。
2）过热度的影响：在一定温度范围内，随着过热度的增大，粉体平均粒度减小，细粉总含量增大。
3）喷嘴结构的影响：使用不同a角度的喷嘴，会改变雾化介质对金属液的作用力，从而改变雾化粉体的粒度大小和形状。
4）气体间隙的影响：喷嘴间隙的减少使喷射气流的速度加大，有利于粉体的细化。实验还表明了过窄的间隙由于使气流阻力加大，严重影响了喷雾气体的流量，而使液体金属碎化动量减小，从而，使液滴的粘附严重，不利于金属液的碎化。5）气体压力和流量的影响：压力对粒度平均尺寸影响不大，在同一气体喷嘴间隙下，流量增大时，气体的流速与动能相应增高，对金属液的冲击及碎化作用变 大，得到的细粉就会更多，粉体的特性就越好。
5半固态加工技术的研究新进展、应用及前景
1.半固态金属成形技术具有高效、节能、近净成形及成形件性能高等许多优点。
2.MIT最近的实验研究认为，影响形成非枝晶半固态浆料的重要因素是合金的快速冷却和热传导。
3.为了成功的推动半固态金属成形技术在我国的应用，半固态技术还需要在以下几个方面进行深入研究：
(1)分析半固态浆料中非枝晶组织的形成规律，进一步研究半固态金属变形时的微观机群，尤其是符合实际生产状况的动态组织性能的研究。
(2)进一步细化半固态合金加工件的微观组织，有效的制备半固态原始浆料中的固相组分的尺寸和数量。
(3)半固态加工模具的设计和表面处理工艺。
(4)研究半固态金属加工过程中计算机应用利自动化过程控制，并进行半固态技术加工的数值模拟研究，为优化成形工艺提供依据。
(5)开发连续制备半固态金属浆料铸坯自动化生产线和半固态成形自动化生产线。
6半固态加工Al-Cu合金的组织及性能的研究
1.细化晶粒是提高铸件强度和韧性的重要途径。根据霍尔－佩奇公式....当外力应力和其它条件一定时，位错数目n 是与引起塞积的障碍――晶界到位错源的距离成正比。晶粒越大，则这个距离越大，n 也就越大，所以应力集中也越大；晶粒小，则n 也小，应力集中也小。因此，在同样外加应力下，大晶粒的位错塞积所造成的应力集中激发相邻晶粒发生塑性变形的机会比小晶粒要大得多。小晶粒的应力集中小，则需要在较大的外加应力下才能使相邻晶粒发生塑性变形。这就是为什么晶粒越细、屈服强度越高的主要原因。
当金属晶粒细小而均匀时，不仅强度提高，而且通常具有较好的塑性和韧性。这是由于晶粒越细小，在一定体积内的晶粒数越多，在同样的变形量下，变形分 散在更多的晶粒内进行，晶粒内部和晶界附近的应变相差越小，变形较均匀，因 此引起应力集中减小。使材料在断裂之前能承受较大的变形量，所以可以得到较 大的延伸率和断面收缩率。此外，晶粒越细，晶界越曲折，越不利于裂纹的传播，从而在断裂过程中可以吸收了更多的能量，表现出较高的韧性。
2.细化晶粒的基本途径在于尽可能地提高晶核的形成速率，并同时减小晶体的成 长速度，以使大量晶核在没有显著长大的条件下便相互干扰而凝固结束。
3半固态加工主要是通过对合金熔体进行机械或电磁搅拌，使熔体产生部分固相粒子，进而对这种糊状熔体进行铸造或各种热加工的一种材料制备新工艺.4金属半固态加工就是在金属凝固过程中，对其施以剧烈的搅拌，充分破碎树枝状的初生固相，得到一种在液态金属母液中均匀地悬浮着呈一定球状初生固相的固-液混合浆料(固相组分一般为50% 左右)，即流变浆料，利用这种流变浆料直接进行成形加工的方法称之为半固态金属的流变成形（Rheoforming）；如果将流变浆料凝固成锭，按需要将此金属锭切成一定大小，然后加热（即坯料的二次加热）至金属的半固态温度区，这时的金属锭一般称为半固态金属坯料。利用金属的半固态坯料进行成形加工，这种方法称之为触变成形（Thixoforming）。半固态金属的上述两种成形方法合称为金属的半固态成形或半固态加工（Semi-solid Forming or Proceing of Metals）.目前在国际上，通常将 半固态加工简称为SSM.5金属半固态成形技术具有一系列的优点: 1)SSM充型平稳，无湍流和喷溅，减轻了合金的氧化和裹气，提高了铸件 的致密性。
2)半固态金属浆料或坯料不存在宏观偏析，因而铸件也不存在宏观偏析，其性能更加均匀。
3)SSM成形件表面平整光滑，铸件内部致密，内部气孔，偏析等缺陷较少，晶粒细小，力学性能高，可接近或达到变形材料的力学性能。
6.半固态加工的机械搅拌作用使Al-40Cu 合金的CuAl2 相的尺寸和形貌得到改善，从而提高该合金的机械性能。
7.半固态加工改善了 Al-20Cu 合金的组织, 即合金的晶粒形态由普通铸造的树枝晶转变为蔷薇状或者球状，同时合金晶粒尺寸也减小。
8.金属材料的塑性变形是通过原子晶格中位错的滑移运动而得以实现的。位错在运动时会碰到其它的结构元素（如晶界、相界等），后者起了阻碍作用，使塑性变形变得困难。金属材料的显微组织得以细化后，单位体积内相或晶粒越多，则相界、晶界越多。因此，位错运动过程中遇到的阻碍越大，因而导致材料的硬度升高。
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