1、焊工初级（金属材料）模拟试卷 1 及答案与解析一、问答题1 什么是金属?2 纯金属与合金有什么不同?3 金属材料的性能包括哪些内容?4 金属材料的物理性能包括哪些?5 什么是金属材料的化学性能?6 金属材料的力学性能包括哪些?7 什么是强度?8 什么是硬度?9 什么是塑性?10 什么是韧性?11 什么是疲劳极限?12 金属的工艺性能包括哪些?13 钢材的高温性能包括哪些?14 什么是蠕变极限?15 什么是持久强度?16 蠕变极限和持久强度有什么不同?17 什么是金属材料高温抗氧化?18 什么是钢的组织稳定性?19 什么叫应力松弛?20 何谓热疲劳?21 何谓热脆性?22 什么叫机械性能试验?包
2、括哪些内容?23 什么是钢? 它是如何分类的 ?24 钢、铸铁、纯铁有什么不同?25 什么叫沸腾钢、镇静钢?它们有什么不同?26 液态金属是怎样进行结晶的?27 什么叫晶体和晶格?28 晶体有何特点?29 常见的金属晶体结构有哪几种?30 晶格类型和晶粒的大小对钢的性能有何影响?31 什么叫 铁、 铁和 铁?32 什么叫同素异构转变?33 什么叫晶粒、晶界、晶粒度和本质晶粒度?34 什么是本质细晶粒钢和本质粗晶粒钢?35 为什么不同的钢奥氏体晶粒在加热时的长大倾向不同?36 什么叫组元、相和相变?37 固态合金按其晶格结构和显微组织的特点分，有几种类型?38 什么是固溶体?39 什么是金属化合
3、物?40 什么是机械混合物?41 什么是铁一碳合金状态图?42 铁碳合金状态图中有哪些特性点?43 铁碳合金状态图中有哪些特性线?44 亚共析钢从液态冷却下来的结晶过程是怎样的?45 钢中的基本组织有哪些?46 何谓奥氏体?47 何谓铁素体?焊工初级（金属材料）模拟试卷 1 答案与解析一、问答题1 【正确答案】 金属指富有光泽，可锻，具有良好的导电性和导热性，特别是随着温度的升高其导电性降低，即具有正的电阻温度系数的物质。可分为黑色金属(如铁、铬、锰) 和有色金属(如铜、铝、铅等) 。【知识模块】 金属材料2 【正确答案】 纯金属为单一的金属元素，具有良好的导电性和导热性，但是强度较低，价格昂
4、贵。故工业上大量使用的金属材料是合金，而不是纯金属。合金是由两种或两种以上合金元素组成的具有金属特性的物质。例如钢是铁碳合金；黄铜是铜锌合金等。【知识模块】 金属材料3 【正确答案】 金属材料的性能包括使用性能和工艺性能两个方面。前者包括物理性能、化学性能和机械性能；后者是指金属材料在加工制造过程中表现出来的性能，它包括铸造性、焊接性、可锻性、可切削性、可淬透性等。【知识模块】 金属材料4 【正确答案】 金属的物理性能包括：密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等。 密度是单位体积金属的质量。单位是 gcm 3。 熔点是金属或合金从固态变为液态时的温度。 导电性是金属导电的性能。与导电性相
5、反的性能是电阻。银的导电性最好。 导热性是金属能传导热量的性能。一般情况下，导电性好的金属，导热性亦好。用导热系数表示，单位为 W(m 2K)。 热膨胀性是金属受热后要胀大的性能，通常用线膨胀系数表示，单位为 mm(mm)。 磁性是金属吸引铁粉的性能。按磁性大小，金属可分为铁磁性和弱磁性(又称无磁性)两大类。磁性可用安培每米(Am，磁场强度单位)或特斯拉(T ，磁感应强度单位)表示。【知识模块】 金属材料5 【正确答案】 金属材料的化学性能是指金属抵抗各种介质(大气、水蒸气、有害气体、酸、碱、盐等)侵蚀的能力，又称为金属的耐腐蚀性能。它与金属的化学成分、加工性质、热处理条件、组织状态以及介质和
6、温度条件等有关。耐腐蚀性能一般用腐蚀速度(mma)表示。按腐蚀原理的不同，金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。金属与介质直接发生氧化反应而引起的腐蚀，称为化学腐蚀。例如锅炉受热面管子与高温烟气、水蒸气接触的过程中，对金属的表面产生强烈的氧化作用，腐蚀的结果，铁变成铁的氧化物或氢氧化物而失去金属性质。金属抵抗氧化腐蚀的性能称为抗氧化性。金属与电解液接触，产生电流，这种腐蚀过程，称为电化学腐蚀。【知识模块】 金属材料6 【正确答案】 金属材料的力学性能是指抵抗外力而不超过允许变形或不被破坏的能力，它包括强度、硬度、塑性、韧性和疲劳等。【知识模块】 金属材料7 【正确答案】 强度是指材料在外力作用下
7、，抵抗变形和破坏的能力。工程上常用的指标有屈服极限和强度极限。 屈服极限( s)：材料开始出现塑性变形时的应力，表示抵抗微量塑性变形的能力，单位为 MPa。 条件屈服极限 (0.2)：产生一定塑性变形(通常为 02) 时的应力。因为有一些材料开始出现塑性变形不很明显，不易确定开始塑性变形时的应力，故常用塑性变形为 02时的应力来表示。 强度极限( b)：材料抵抗外力发生破坏的最大应力，单位是 MPa。根据外力的不同，又分抗拉、抗压、抗弯、抗扭、抗剪等强度极限。【知识模块】 金属材料8 【正确答案】 硬度是指金属抵抗硬的物体压入表面的能力，也就是对局部塑性变形的抵抗力。常用的硬度指标有：布氏硬度
8、、洛氏硬度、维氏硬度三种。布氏硬度 HB：测定压痕直径来求得的硬度，单位为 MPa，一般不标出单位。洛氏硬度 HR：测定压痕深度来求得的硬度。根据使用的压头和载荷的不同，又分为 HRA、HRB 、HRC 。维氏硬度 HV：测定压痕的对角线来求得硬度，单位为 MPa，一般不表示出单位。【知识模块】 金属材料9 【正确答案】 塑性是指金属产生塑性变形而不被破坏的能力。工程上常用的塑性指标有：延伸率和断面收缩率。 延伸率()：试样拉断后伸长的长度与原有长度的百分比。它与试样尺寸有关， 5 和 10 分别代表标距等于 5 倍和 10 倍直径时的延伸率。 断面收缩率()：试样拉断后颈缩处横截面积的缩小量
9、与原有断面积的百分比。【知识模块】 金属材料10 【正确答案】 韧性是指金属抵抗冲击载荷的能力，通常用冲击功 AK 来表示，单位为 J。【知识模块】 金属材料11 【正确答案】 疲劳是指金属在无数次重复和交变载荷作用下发生损坏的现象，通常用疲劳极限来表示。 疲劳试验用得较广的是弯曲疲劳，它规定在一定的循环次数下(对黑色金属为 107 次，对有色金属为 108 次)所测得的不发生破坏的最大应力作为弯曲疲劳极限( -1)。【知识模块】 金属材料12 【正确答案】 金属的工艺性能包括：铸造性、可锻性、焊接性、淬透性、切削加工性。(1)铸造性。它决定于液态金属的流动性、收缩性和偏析的倾向。流动性是指液
10、态金属充满铸型的能力；收缩性是指金属凝固时的体积收缩；偏析是指凝固后的化学成分和组织的不均匀程度。铸铁有良好的铸造性。(2)可锻性。它是指金属承受压力加工产生塑性变形的能力。黄铜在冷状态下就具有好的可锻性，钢的可锻性也较好，铸铁则几乎没有可锻性。(3)焊接性。它是指在一定工艺条件下获得优质焊接接头的可能性。低碳钢具有良好的焊接性，随着含碳量的增加以及合金元素含量的增加，钢材的焊接性变差。(4)淬透性。它是指钢奥氏体化后，接受淬火的能力。它用淬透层的深度来表示。(5)切削加工性。它是指金属经过切削加工获得一定外形零件的难易程度。铸铁、铜(或铝 )合金的切削加工性能比钢好。【知识模块】 金属材料1
11、3 【正确答案】 钢材在高温时所表现出来的性能与室温时比较有很大的差别。钢材在高温下长期使用，组织结构会发生变化，从而性能发生改变。钢材在高温时的性能包括蠕变极限、持久强度、高温抗氧化能力、组织稳定性、应力松弛、热疲劳、热脆性等。【知识模块】 金属材料14 【正确答案】 金属在一定的温度和应力作用下，随着时间的增加，慢慢地发生塑性变形的现象，称为蠕变。蠕变极限是高温强度的主要考核指标。【知识模块】 金属材料15 【正确答案】 钢材在高温和应力的长期作用下抵抗破坏的能力。在锅炉设计中，以零件在高温下运行 10 万 h 断裂的应力作为持久强度，以 105 表示，单位是MPa。有时用 表示某温度 t
12、 时的持久强度。【知识模块】 金属材料16 【正确答案】 蠕变极限是钢材在一定温度下和在规定的 10 万 h 内发生的总变形为 1的应力值，用符号 表示。 持久强度是钢材在一定温度下和规定工作 10万 h 发生断裂的应力值，用符号 表示。【知识模块】 金属材料17 【正确答案】 金属材料在高温和一定介质条件下，抵抗氧化腐蚀的能力。【知识模块】 金属材料18 【正确答案】 钢在高温下长期使用，其组织结构要发生变化，如珠光体球化和石墨化等，保持组织稳定的性能称为组织稳定性。组织的不稳定性会引起钢的力学性能变化。因此，在高温长期运行过程中保证钢的组织稳定性，是延长零部件使用寿命的重要措施。【知识模块
13、】 金属材料19 【正确答案】 零部件在高温和应力状态下工作时，如维持总变形不变，随着时间的增加，零部件的应力逐渐地降低，这种现象叫应力松弛，简称松弛。锅炉、汽轮机的许多零部件，如紧固件、弹簧、汽封等处于松弛条件下工作，当这些零部件应力松弛到一定程度后，就会引起汽缸和阀门泄漏。【知识模块】 金属材料20 【正确答案】 零部件经过多次反复热应力循环后遭到损坏的现象，称为热疲劳。产生热疲劳的原因是由于零部件在工作过程中受到反复的加热和冷却，零部件的热胀冷缩受到阻碍而造成。【知识模块】 金属材料21 【正确答案】 钢的冲击韧性由于高温和应力的长期作用，产生下降的现象，称为热脆性。【知识模块】 金属材
14、料22 【正确答案】 机械性能试验是检验焊缝金属或焊接接头内在质量和评定力学性能的方法，从其试验结果可以找出工艺和质量问题。试验的内容包括常温拉伸、冷弯、冲击韧性、硬度、疲劳强度、高温持久强度和蠕变性能等。【知识模块】 金属材料23 【正确答案】 钢是含碳量小于 211的铁碳合金。钢的分类方法很多，通常可按冶炼方法、化学成分、用途、金相组织等分类，如表 3-1 所示。【知识模块】 金属材料24 【正确答案】 钢是含碳量小于 211的铁碳合金。 铸铁是含碳量大于211的铁碳合金。工业纯铁是含碳量小于 0008的铁碳合金。【知识模块】 金属材料25 【正确答案】 沸腾钢：由于钢液脱氧不完全，有相当
15、数量的氧残留在钢液中，钢液铸入锭模后，钢中的氧与碳发生化学反应，析出大量的一氧化碳气体，引起浇注时钢液的沸腾。故称为沸腾钢。镇静钢：钢液在浇铸前用锰铁、硅铁和铝进行充分的脱氧，凝固时不析出一氧化碳，得到致密的钢锭，这种钢称为镇静钢。沸腾钢的化学成分不均匀，强度低，抗蚀性差，但成本低，表面质量好，常用作型钢；镇静钢的成本较高，但化学成分均匀，质量较好，常用作锅炉钢管等。【知识模块】 金属材料26 【正确答案】 液态金属冷却到熔点以下，首先在液体中形成一些微小的晶体(称为晶核) ，然后再以它们为核心，不断地向液体中长大，这种不断形成晶核和不断长大，最后全部转变为固态晶体的过程称为结晶。【知识模块】
16、 金属材料27 【正确答案】 晶体是由原子在空间按一定规律周期性排列的固体物质。这种由原子有规则的排列，形成一定的空间几何形状，称为空间晶格，简称晶格。【知识模块】 金属材料28 【正确答案】 晶体的特点是：(1)原子按一定规律整齐排列；(2)具有一定的熔点；(3)各向异性。例如单晶铜由于方向不同，其强度极限数值在 140350MPa 范围内变化，延伸率在 1050范围内变化。人们对晶体并不生疏，食盐是晶体，水结成冰也是晶体，一切固态金属和合金都是晶体。【知识模块】 金属材料29 【正确答案】 常见的金属晶体结构有三种(如图 3-1 所示)：(1)体心立方晶格结构，如 a铁、铬、钼、钒、钨等；
17、(2)面心立方晶格结构，如 一铁、铝、铜、镍等；(3)密排六方晶格结构，如锌、镁等。见图 3-1。*17 【知识模块】 金属材料30 【正确答案】 用金相显微镜观察钢的结构，能看到钢的晶粒之间有明显的晶界。晶粒内部的原子按一定的晶格类型排列，晶格类型和晶粒的大小直接影响着钢的性能。粗晶粒的钢材，其强度和硬度较高，塑性和韧性较差；细晶粒的钢材，其塑性和韧性较高，综合性能较好。【知识模块】 金属材料31 【正确答案】 纯铁在 912以下，铁原子排列成体心立方晶格，叫做 铁；在 912至 1394之间，铁原子排列成为面心立方晶格，叫做 铁；在 1394以上，铁原子又重新排列成体心立方晶格，叫做 铁。
18、【知识模块】 金属材料32 【正确答案】 金属在结晶之后继续冷却时，还会发生晶体结构的转变，从一种晶格转变为另一种晶格(即原子排列方式发生改变)，这种转变叫做同素异构转变。正是由于纯铁(钢) 能发生同素异构转变，才有可能对钢进行各种热处理来改变其组织和性能。【知识模块】 金属材料33 【正确答案】 金属结晶后形成外形不规则的晶体叫做晶粒。晶粒与晶粒之间的交界叫做晶粒间界，简称晶界(见图 3-2)。 晶粒度(又称实际晶粒度)用来表示实际晶粒大小的尺度，共分 8 级，14 级为粗晶粒钢；58级为细晶粒钢。 本质晶粒度指钢材加热到某一温度以上时，所得到的奥氏体晶粒的大小。它可理解为奥氏体晶粒在加热时
19、长大的倾向。【知识模块】 金属材料34 【正确答案】 本质细晶粒钢是加热到某一温度(上临界点)以上时，奥氏体晶粒不易随温度的升高而急剧长大的钢。本质粗晶粒钢是加热到某一温度(上临界点)以上时，奥氏体晶粒随温度的升高而急剧长大的钢。【知识模块】 金属材料35 【正确答案】 本质细晶粒钢，冶炼时除了加硅、锰外，还加铝脱氧，钢中残留有三氧化二铝和氮化铝等超显微夹杂，这些夹杂稳定性很高，分布于晶界，阻碍着晶粒的急剧长大。但这种机械阻碍作用不是永远有效的，当加热到较高温度(930 950)时，由于这些夹杂物显著聚集长大或者溶于奥氏体中，奥氏体晶粒便急剧长大，见图 3-3。【知识模块】 金属材料36 【正
20、确答案】 组元是组成合金最基本的、独立的物质，元素、化合物都可成为组成合金的组元。由几个组元所组成的合金叫做几元合金。例如铁一碳合金是铁和碳两个组元组成的，又称二元合金。 相是合金中成分、结构及性能相同的组成体，如液相、固相、铁素体、渗碳体等。相与相之间具有明显的界面。常温下的铁一碳合金是由铁素体(铁的固溶体 )和渗碳体(Fe 3C 化合物)两相所组成。 相变是纯金属或合金的内部组织(主要是晶体结构)发生转变。例如铁加热到 912时，由 铁转变为 铁，晶体结构由体心立方晶格转变为面心立方晶格。【知识模块】 金属材料37 【正确答案】 固态合金按其晶格结构和显微组织的特点分，有三种类型：(1)固
21、溶体。(2)金属化合物。(3)机械混合物。【知识模块】 金属材料38 【正确答案】 组成合金的两组元不仅在液态时能相互溶解，在固态时仍能相互溶解，形成单相的晶体结构，称为固溶体。固溶体是由溶剂和溶质组成，其中含量较多的元素之原子称为溶剂原子，含量较少的元素之原子称为溶质原子。溶质原子分布于溶剂晶格中，根据溶质原子在溶剂晶格中所占据的位置不同，可分为置换固溶体和间隙固溶体。置换固溶体是溶质原子占据了溶剂晶格的一些结点，就好像这些结点上的溶剂原子被溶质原子所置换一样。 间隙固溶体是溶质原子嵌入溶剂晶格的间隙之中。【知识模块】 金属材料39 【正确答案】 金属化合物是合金组元间发生相互作用而生成的一
22、种新相，具有一定程度的金属性质。它的晶体结构和性能完全不同于任一组元，一般可以用分子式来大致表示其组成。它是由金属键相结合，其组成的各元素的成分不是严格不变的，而是可在一个范围内变化。金属化合物一般具有复杂的晶体结构，熔点高，性硬而脆，例如渗碳体 Fe3C)。金属化合物种类很多，常见的有正常价化合物、电子化合物和间隙化合物等。【知识模块】 金属材料40 【正确答案】 机械混合物是由两种不同的晶体结构的晶粒彼此混合而成，例如珠光体就是 铁的固溶体(铁素体)和金属化合物(渗碳体)所组成的机械混合物。【知识模块】 金属材料41 【正确答案】 铁一碳合金状态图是通过实验测定出来的，它表示了铁一碳合金在
23、加热和冷却时的组织转变。实际上，现在用的铁一碳合金状态图含碳量从0667，是铁和渗碳体的状态图。铁一碳合金状态图是确定钢在热处理时的最高加热温度的重要依据。【知识模块】 金属材料42 【正确答案】 铁碳特性点有： A 点纯铁的熔点，温度为 1538。 D 点化合物 Fe3C 的熔点，温度约为 1600。 C 点共晶点，温度为 1148，含碳量为 43。 E 点碳在奥氏体中最大溶解度点，温度为 1148、含碳量为211。 G 点铁转变为 铁的同素异构相变点，温度为 912。 S 点共析点，温度为 727，含碳量为 077。 P 点碳在铁素体中最大溶解度点，温度为 727，含碳量为 002。 Q
24、点碳在铁素体中溶解度点，温度为0时含碳量为 0008。【知识模块】 金属材料43 【正确答案】 特性线有： ABCD液相线。 AHJECF固相线。 ES碳在奥氏体中溶解度曲线，又称 Acm 线。 GOS 铁素体开始析出线，又称 A3 线。 HJB包晶线。 ECF 共晶线。 PSK共析线，又称 A1 线。 MO铁素体的磁性转变线，又称 A2 线。【知识模块】 金属材料44 【正确答案】 亚共析钢从液态冷却下来的结晶过程见图 3-4。当温度在 t1 以上时，合金全部为液相 (L)。温度降到t1 以下时，开始从液相合金中析出奥氏体(A)晶体。温度在 t1t 2 之间，随温度的下降，液相逐渐减少而奥氏
25、体逐渐增多，在这个域液相和奥氏体同时共存。温度降到t2 以下时，液相全部凝固为单相的奥氏体晶粒，温度在 t2t 3 之间为奥氏体区。温度降到 t3 以下时，奥氏体发生同素异构转变，奥氏体部分地析出含碳量低的铁素体(F)，在 t3t 4 区域里奥氏体和铁素体(F)共存。当温度达到 t4(共析温度)，剩余的奥氏体全部发生共析转变，奥氏体转变为珠光体(P) 。从 t4 一直到室温，其组织为铁素体(F)和珠光体(P)组成。【知识模块】 金属材料45 【正确答案】 钢中的基本组织类型有：奥氏体、铁素体、珠光体、贝氏体、马氏体、莱氏体、魏氏组织和碳化物等。【知识模块】 金属材料46 【正确答案】 碳或其他
26、合金元素溶于 Fe 中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用 或 A 表示。奥氏体具有面心立方晶格结构，溶碳能力强，在 1148时溶碳量最高，为 211；727时的溶碳量为 077。铁碳合金中的奥氏体在室温下是不稳定的，把奥氏体过冷到不同温度时，可以发生珠光体转变、贝氏体转变及马氏体转变。奥氏体晶粒的大小对上述三种转变的组织和性能影响很大。【知识模块】 金属材料47 【正确答案】 碳和其他合金元素溶人 Fe 中所形成的间隙固溶体称为铁素体，以 或 F 表示。碳溶于 Fe 中而形成的固溶体为 固溶体，以 表示，也是铁素体。铁素体为体心立方晶格，由于晶格中最大间隙半径比碳原子半径小许多，Fe 几乎不能溶碳，但由于有晶格缺陷存在，Fe 中仍能溶入微量碳，室温下溶碳量约为 0008，727时的溶碳量最高仅为 00218。【知识模块】 金属材料
