《金属材料及热处理》1

一、名词解释
1.金属材料
金属材料是由金属元素或以金属元素为主要材料构成的，并具有金属特性的工程材料。
2.合金
合金是指两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的金属材料。
3.钢铁材料
以铁或以它为主而形成的金属材料，称为钢铁材料。
4.非铁金属
除钢铁材料以外的其它金属，都称为非铁金属。
5.钢铁。
钢铁是铁和碳的合金。
二、填空题
1.金属材料一般可分为  钢铁材料  材料和  非铁金属   材料两类。
2.钢铁材料是由   Fe   、   C   及Si、Mn 、S、P等杂质元素组成的金属材料。
3.生铁是由铁矿石原料经  高炉冶炼   而获得的。高炉生铁一般分为  炼钢  生铁和
  铸造  生铁两种。
4.现代炼钢方法主要有   氧气转炉炼钢法   和  电弧炉炼钢法   。
5.根据钢水的脱氧程度不同，钢可分为 沸腾 钢、 半镇静 钢、 镇静 钢和 特殊镇静 钢。
6.机械产品的制造过程一般分为  设计   、  制造  和  使用   三个阶段。
7.钢锭经过轧制最终会形成 板材 、 管材 、 型材 、 线材 和 其他材料 等产品。
三、判断题
1.钢和生铁都是以铁碳为主的合金。(对)
2.高炉炼铁的过程是使氧化铁还原，获得纯生铁的过程。(错)
3.用锰铁、硅铁和铝粉进行充分脱氧后，可获得镇静钢。(对)
4.电弧炉主要用于冶炼高质量的合金钢。(对)
四、简答题
1．炼铁的主要原料有哪些?
答：炼铁的炉料主要是铁矿石(Fe3O4)、燃料（焦炭）和熔剂（石灰石）。
2．镇静钢和沸腾钢之间有何差异?
答：镇静钢是脱氧完全的钢。钢水冶炼后期用锰铁、硅铁和铝块进行充分脱氧，钢水在钢锭模内平静地凝固。这类钢锭化学成分均匀，内部组织致密，质量较高。但由于钢锭头部形成相当深的缩孔，轧制时被切除，钢材浪费较大。
沸腾钢是指脱氧不完全的钢。钢水在冶炼后期仅用锰铁进行不充分的脱氧。钢水浇入钢锭模后，钢水中的FeO和碳相互作用，脱氧过程仍在进行(FeO+C→Fe+CO↑)，生成的 CO气体，引起了钢水沸腾现象。凝固时大部分气体逸出，少量气体被封闭在钢锭内部，形成许多小气泡。这类钢锭不产生缩孔，切头浪费小。但是，钢的化学成分不均匀，组织不够致密，质量较差。
五、观察与调研
生活中你见过哪些金属材料，有何应用？
   答：铜（管、螺母）、铝（窗、飞机）、铅（铅字）、锡（保险丝）、镁（烟花）、金（首饰）、银（首饰）、锌（白铁皮表面、电池）、钛（手机外壳）、铸铁（底座）、钢（轴、齿轮）等。
一、名词解释
1．力学性能
力学性能是指金属在力作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力──应变关系的性能，如弹性、强度、硬度、塑性、韧性等。
2．强度
强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。
3．屈服强度
屈服强度是指试样在拉伸试验过程中力不增加(保持恒定)仍然能继续伸长(变形)时的应力。屈服点用符号σs表示,单位为N/mm2或MPa。
4．抗拉强度
抗拉强度是指试样拉断前承受的最大标称拉应力。抗拉强度用符号σb表示，单位为N/mm2或MPa。
5．断后伸长率
试样拉断后的标距伸长与原始标距的百分比称为断后伸长率，用符号δ表示。
6．塑性
塑性是指金属在断裂前发生不可逆永久变形的能力。
7．冲击韧度
AKU或AKV与冲击试样断口处的横截面积S的比值称为冲击韧度，用аKU或аKV表示，单位是J/cm2。
8．硬度
硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标，也是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。
9．疲劳
零件在循环载荷作用下，经过一定时间的工作后会发生突然断裂的现象称为金属的疲劳。
10．物理性能
物理性能是指金属在重力、电磁场、热力（温度）等物理因素作用下，其所表现出的性能或固有的属性。
11．化学性能
化学性能是指金属在室温或高温时抵抗各种化学介质作用所表现出来的性能，它包括耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等。
12．工艺性能
工艺性能是指金属材料在制造机械零件或工具的过程中，适应各种冷、热加工的性能，也就是金属材料采用某种加工方法制成成品的难易程度。
13．磁性
金属材料在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的性能称为磁性。
二、填空题
1.金属材料的性能分为    使用  性能和   工艺   性能。
2.金属的化学性能包括     耐腐蚀性  性、  抗氧化性  性和  化学稳定性   性等。
3.铁和铜的密度较大，称为  重  金属；铝的密度较小，则称为   轻   金属。
4.洛氏硬度按选用的总试验力及压头类型的不同，常用的标尺有  A   、   B   和  C  。
5.500HBW5/750表示用直径为  5  mm，材质为 硬质合金  的压头，在  750 kgf( 7.355 kN)压力下，保持 10  秒，测得的 布氏  硬度值为 500 。
6.冲击吸收功的符号是  AKU或AKV  ，其单位为    焦尔(J)    。
7.填出下列力学性能指标的符号：屈服强度    Re     、洛氏硬度A标尺    HRA    、断后伸长率    A或A11.3     、断面收缩率     Z    、对称弯曲疲劳强度     σ-1        。
8.根据金属材料在磁场中受到磁化程度的不同，金属材料可分为： 铁磁性  材料、 顺磁性   材料和  抗磁性   材料。
9.使用性能包括   力学    性能、  物理   性能和  化学   性能。
10.疲劳断裂的过程包括  微裂纹形成    、  裂纹扩展   和   断裂     。
三、选择题
1．拉伸试验时，试样拉断前能承受的最大标称应力称为材料的    B     。
A  屈服点；  B抗拉强度；  C弹性极限。
2．测定淬火钢件的硬度，一般常选用        B       来测试。
    A布氏硬度计；  B洛氏硬度计；  C维氏硬度计。
3．作疲劳试验时，试样承受的载荷为                   。
    A静载荷；  B冲击载荷；  C循环载荷。
4．金属抵抗永久变形和断裂的能力，称为     C      。
    A硬度；  B塑性；  C强度。
5．金属的      B     越好，则其锻造性能越好。
    A强度；  B塑性；  C硬度。
四、判断题
    1．合金的熔点取决于它的化学成分。(对)
    2．1kg钢和1kg铝的体积是相同的。(错)
    3．热导性差的金属，加热和冷却时会产生较大的内外温度差，导致内外金属不同的膨胀或收缩，产生较大的内应力，从而使金属变形，甚至产生开裂。(对)
    4．金属的电阻率越大，电导性越好。(错)
    5．所有的金属都具有磁性，能被磁铁所吸引。(错)
    6．塑性变形能随载荷的去除而消失。(错)
    7．所有金属材料在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象。(错)
    8．作布氏硬度试验时，当试验条件相同时，压痕直径越小，则材料的硬度越低。(错)
    9．洛氏硬度值是根据压头压入被测材料的残余压痕深度增量来确定的。(对)
10．小能量多次冲击抗力的大小主要取决于材料的强度高低。(对)
五、简答题
    1.画出低碳钢力—伸长曲线，并简述拉伸变形的几个阶段。
    答：从完整的拉伸试验和力──伸长曲线可以看出，试样从开始拉伸到断裂要经过弹性变形、屈服阶段、变形强化阶段、缩颈与断裂。
2.采用布氏硬度试验测定试样的硬度值有哪些特点?
    答：布氏硬度试验的特点是试验时金属材料表面压痕大，能在较大范围内反映被测材料的平均硬度，测得的硬度值比较准确，数据重复性强。但由于其压痕较大，对金属表面的损伤较大，不宜测定太小或太薄的试样。通常布氏硬度适合于测定有色金属、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及经退火、正火、调质处理后的各类钢材。
3.有一钢试样，其直径为10mm，标距长度为50mm，当拉伸力达到18840N时试样产生屈服现象；拉伸力加至36110N时，试样产生颈缩现象，然后被拉断；拉断后标距长度为73mm，断裂处直径为6.7mm，求试样的Re、Rm、A和Z。
解:由题中条件及计算公式得
Re=Fs/So=18840/（3.14*102/4）=240(N/mm2)
Rm=Fb/So=36110/（3.14*102/4）=460(N/mm2)
A=(L1-L0)/L0×100%=(73-50)/50=46%
Z=(S0-S1)/S0×100%={(3.14*102/4)- (3.14*6.72/4)}/（3.14*102/4）=(100-44.89)/100=55.11%
答:试样的Re=240(N/mm2)、Rm=460(N/mm2)、δ=46%、ψ=55.11%。
六、课外调研与观察
   观察你周围的工具、器皿和机械设备等，分析其制造材料的性能与使用要求的关系。
答：首先应根据工具或设备的使用要求确定性能指标，然后再根据性能指标在可用的材料中选择若干个符合性能指标要求的材料，最后进行综合评定，最终确定所需材料。

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