工程材料及成形技术习题答案.docx
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工程材料及成形技术习题答案
《工程材料及成形技术》课程习题集
班级：
姓名：
学号：
2013年2月——5月
习题一工程材料的性能
一、名词解释
as：
ab:
8:
书：
E:
a-1:
ak:
HB:
HRC:
二、填空题
1、材料常用的塑性指标有（8）和（^）两种，其中用（》）表示塑性更接近材料的真实变形。
2、检验淬火钢成品的硬度一般用（洛氏硬度HRC,而布氏硬度是用于测定
（较软）材料的硬度。
3、零件的表面加工质量对其（疲劳）性能有很大影响。
4、表征材料抵抗冲击载荷能力的性能指标是（ak）,其单位是（J/cm2）。
5、在外力作用下，材料抵抗（塑性变形）和（断裂）的能力称为强度。
屈服强度与（抗拉强度）比值，工程上成为（屈强比）。
三、选择题
1、在设计拖拉机缸盖螺钉时，应选用的强度指标是
（A）
A.aSb.abC.a-1
2、有一碳钢支架刚性不足，解决办法是（C）
A.用热处理方法强化b•另选合金钢c•增
加截面积
3、材料的脆性转化温度应在使用温度（B）
A.以上b.以下c.相等
4、在图纸上出现如下硬度技术条件标注，其中哪种是正确的（B）
AHB500b・HRC60c・HRC18
四、简答题
1、下列各种工件应采取何种硬度试验方法来测定其硬
度（写出硬度符号）
HB硬质合金刀
调质态的机床主轴：
铝合金半成
供应状态的各种非合金钢钢材:
片：
HV
耐磨工件的表面硬化层：
HV
HRC
铸铁机床床身：
HB品HB
2、在机械设计中多用哪两种强度指标为什么
常用cs:
ab：
原因：
大多数零件工作中不允许有塑性变形。
但从零
件不产生断裂的安全考虑，同时也采用抗拉强度
3、设计刚度好的零件，应和什么因素有关
（1）依据弹性模量E选材，选择E大的材料
（2）在材料选定后，主要影响因素是零件的横截面积，不能使结构件的横截面积太小。
一些横截面积薄弱的零件，要通过加强筋或支撑等来提高刚度。
EeeP
A。
L
L0
LEA0
交作业时间：
习题二金属的晶体结构
•、名词解释单晶体的各向异性：
位错：
P：
细晶强化：
二、填空题
1、晶体与非晶体的根本区别是
（晶体具有固定熔点，原子排列有规律，各向异性）
2、晶体缺陷有（点缺陷：
空位/间隙原子）（线缺陷:
位错）和（面缺陷：
晶界）。
3、位错分为两种，一种是（刃型位错），另一种是（螺型位错），多于半个原子面是（刃型位错）位错所特有的。
4、丫-Fe，a-Fe的一个晶胞内的原子数分别为（4）和
（2）。
三、是非题（正确的画，错误的画“X”）
1、因为单晶体是各向异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也是不相同的。
（X）
2、金属多晶体是由许多结晶方向相同的单晶体组成的。
（X）
3、金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高。
（V）
4、晶体缺陷的共同之处是它们都引起晶格畸变。
（V）
5、位错就是原子排列有规则的错排现象。
（V）
四、作图题
画出体心立方和面心立方晶体中原子排列最密的晶面和晶向，写出它们的晶面和晶向指数。
业时间:
习题二金属的结晶
一、名词解释
自发形核：
细晶强化：
变质处理：
二、填空题
1、结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个过程是
（形核）和（核长大）。
2、在金属学中，通常把金属从液态过渡为固体晶态的转变称为（结晶）
而把金属从一种固体晶态过渡为另一种固体晶态的转变成为
（同素异构转变）。
3、过冷度是指（实际结晶温度与理论结晶温度的差值），
其表示符号为（△T=Tm-Ti）。
4、过冷是结晶的（必要）条件。
5、典型铸锭结构的三个晶区分别为（表面细晶区）（中间柱状晶区）和
（中心等轴晶区）。
三、是非题（正确的画，错误的画“x”
1、凡是由液态凝固成固体的过程都是结晶过程。
（X）
2、金属由液态转变为固态的结晶过程，就是由短程有序状态向长程有序状态转变的过程。
（V）
3、当晶核长大时，随着过冷度增大，晶核的长大速度增大。
但当过冷度很大时，晶核长度速度很快减小。
（V）
4、过冷度的大小主要取决于冷却速度和金属的本性。
（V）
四、选择题
1、金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将
（b）
A越高b.越低c.越接近理论结晶温度
2、铸造条件下，冷却速度越大，则（a）
a.过冷度越大，晶粒越细b.过冷度越大，晶粒越粗c.过冷度越小，晶粒越细
3、从液态转变为固态时，为了细化晶粒，可采用（b）
a.快速浇注b.加变质剂c.以砂型代替金属
型五、简答题
1、如果其他条件相同，试比较在下列铸造条件下铸件晶粒大小
（a）金属型浇注与砂型浇注：
金属型浇注晶粒细小，金属型导热性
好，增加了冷速
（b）变质处理与不变质处理：
变质处理晶粒细小，增加了晶核数目。
（c）铸成薄铸件与铸成厚铸件：
薄铸件晶粒细小，薄铸件冷却速度快
（d）浇注时采用震动和不采用震动。
采用振动的晶粒细小，破碎的晶粒增加了晶核。
2、试画出纯金属的冷却曲线，分析曲线中出现“平台”原因。
平台原因：
结晶时释放的结晶潜热补偿了金属向外界的散热，达到平衡。
交作业时间:
习题四合金结构和二元合金相图
一、名词解释
相：
组织：
固溶体：
金属化合物：
枝晶偏析：
固溶强
化：
二、填空题
1、合金的相结构有（固溶体）和（金属化合物）两大类，其中前者具有较高的（塑性）性能，适宜做（基本相），后者具有较高的（硬度），
适宜做（强化相）。
2、能提高金属材料强度和硬度的同时，又不显著降低其塑性和韧性的强化方法称为（固溶强化）。
3、固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度（高）。
4、固溶体出现枝晶偏析后，可采用（扩散退火）加以消除。
5、共晶反应表达式为
（L（固定成分的液体）=（恒温）（a固定成分+B固定成分）同时析出两种固体）
共晶反应的特点是：
（恒温，析出相为液相，析出物为两种固相且同时析出，称为共晶体，有独特的形貌。
液相，固相均有固定的成分）
6、具有匀晶型相图的单相固溶体合金（塑性）性能好。
7、固溶体的晶体结构取决于（溶剂），
金属化合物的晶体结构（与组成它的任何组元都不相同，是一种新相）
三、是非题（正确的画“2”，错误的画“X”）
1、在共晶相图中，从液体中析出的相与从a相中析出的相，具有相同的晶体结构。
（2）
2、一个合金的室温组织为al+pn+（a+B）,它是由三相组成。
（X）
3、杠杆定律只适合于两相区。
（2）
4、凡组织组成物都是以单相状态存在于合金中。
（X）
5、在合金结晶过程中析出的初生晶和二次晶均具有相同的晶体结构，但具有不同的组织形态。
（2）
四、选择题
1、固溶体的晶体结构与（a）
a.溶剂相同b.溶质相同c.与其他晶型相同
2、固溶体的性能特点是（C）
a.塑韧性高，强度，硬度低b.塑韧性低，强度，硬度高c.综合性能好
3、金属化合物相的性能特点是（C）
a.熔点高，硬度低b.硬度高，熔点低c.熔点高,硬度高
4、在发生共晶反应时，三相的成分（b）
a.相同b.确定c.不确定
5、在固溶体合金结晶过程中，产生枝晶偏析的原因是由于（d）
a.液固相线间距很小，冷却缓慢b.液固相线间距很小，冷却速度大
c.液固相线间距很大，冷却缓慢d.液固相线间距很大，冷却速度大
6、二元合金中，铸造性能最好的合金是（b）
a.固溶体合金b.共晶合金c.共析合金d.包晶合金五、计算和作图题
1、一个二元共晶反应如下：
L（75%B—a（15%B）
+p
（95%E）
（1）
含50%B勺合金凝固后，求：
（a）
初晶a与共晶体（a+P）的质量百分数
（b）
a相与P相的质量百分数
（2）
若共晶反应后，P初晶和（a+P）共晶各占
一半，求该合金的成分
L（75%B—a（15%B+B（95%B）
（1）含50%B勺合金凝固后，属于亚共晶的成分范围
求（a）初晶a与共晶体（a+B）的质量百分数
Wxl%=（75-50）/（75-15）%=25/60%=42%W（a+p）%=（100-42）%=58%
（b）a相与B相的质量百分数
Wx%=（95-50）/（95-15）%=45/80%=56%Wp%=（100-56）%=44%
（2）若共晶反应后，p初晶和（a+P）共晶各占一
半，求该合金的成分。
该合金属于过共晶，设合金成分为X,
WP/W（a+B）%=1=（95-X）/（X-75）%
2X（%=170X%=85%
2、已知A组元（熔点600C）与B组元（熔点500C）在液态无限互溶，
在300C时，含40%B的液态合金发生共晶反应。
在固态时，A在B中最大溶解度为30%室温时为10%但B在固态和室温时均不溶于A，
试作出该A-B合金相图，并分析含20%A45%A80%A合金的结晶过程。
共晶反应式：
L40%B=（300C）（A+a30%A
（a）20%A匀晶+二次析出
LL+alalal+AH
（b）45%A过共晶，匀晶，共晶，二次析出
LL+alal+（A+a）al+AH+（A+
a）
（c）80A%，亚共晶，匀晶，共晶
LL+AA+（A+a）A+（A+a）
交作业时间：
习题五铁碳相图
一、名词解释
同素异晶转变珠光体莱氏体
二、填空题
1、珠光体的本质是（F和Fe3C的呈片层状的机械混合物）。
2、Fe3C的本质是（Fe和C组成的一种复杂间隙相化合物）。
3、铁素体F的晶体结构为（BCC，奥氏体A的晶体结构为（FCC）。
4、共析成分的铁碳合金室温平衡组织是（P），其组成
相为（F+Fe3C。
5、在铁碳合金室温平衡组织中，含FqCU最多的合金成分为（%C）,含Le最多的合金成分为（%），含Fe3Cm最多的合金成分为（%）。
6、含碳量大于％勺铁碳合金从1148C冷却至727C时，将从奥氏体中析出（Fe3Cn）,其分布特征为（网状）。
7、在缓慢冷却条件下，含碳％勺钢比含碳％的钢硬度（低）强度（高）。
&在实际生产中，若将钢热锻或热轧时，必须把钢加热到（单相A）状态。
三、是非题（正确的画“，错误的画“X”）
1、20钢比T12钢的含碳量要高。
（X）
2、FesCi和FesCn的形态与晶体结构都不相同。
（X）
3、在退火状态，45钢比20钢的硬度和强度都高。
（V）
4、在铁碳合金平衡结晶过程中，只有成分为％勺铁碳合金才发生共晶反应。
（X）。
5、在铁碳合金中，只有过共析钢的平衡组织中才有二次渗碳体存在。
（X）
四、选择题
1、奥氏体是（a）
a.碳在丫-Fe中的间隙固溶体b.碳在a-Fe中的间隙固溶体
c.碳在a-Fe铁中的有限固溶体。
2、珠光体是一种（b）
a.单相固溶体b.两相混合物与C的化合物
3、T10钢的平均含碳量为（b）
a.0.1%%
4、铁素体的力学性能（c）
a.强度高、塑性好、硬度低b.强度低、塑性差、硬度低
c.强度低、塑性好、硬度低
5、下列能进行锻造的铁碳合金是（a）
a.亚共析钢b.共晶白口铁c.亚共晶白口铁
五、依据铁碳相图分析产生下列现象的原因：
（1）含碳量为％勺钢比含碳量为％勺钢硬度高。
钢的硬度取决于渗碳体的含量，钢的含碳量越高，渗碳体含量越多，硬度越高。
因此，％0的钢渗碳体含量
高，硬度高
（2）在室温下，含碳量％的钢的强度比含碳量％勺钢高。
钢的强度是受钢的组织形态影响的，退火状态的钢，
珠光体含量越高，强度越高，％C的钢，100%为珠光体组织，而％0钢则出现了网状渗碳体，强度降低。
（3）在1100C,含碳为％的钢能进行锻造，而含碳为%的白口铁不能进行锻造。
%C的碳钢1100C处在单相A区，A是FCC的固溶体，塑性好，适合锻造。
而％（：
的铸铁，1100C主要为莱氏体组织，是共晶组织，脆而硬，不适合于锻造这种塑性加工。
六、默画铁碳相图，标注重要的温度和成分。
标注室温组织。
标注锻造、铸造和热处理温度区间。
七、杠杆定理计算计算45、T8、T12三种钢，室温下组织组成物和相的相对量
序
号
钢号
平衡组
织
相
计算组织
的杠杆
计算相的
杠杆
01
45
F+P
F,
Fe3C
02
T8
P
F,
Fe3C
03
T12
P+Fe3C
n
F,
Fe3C
45钢：
室温下：
组织：
F+P
WP%=（）/（）%=58%WF%=（100-58）%=42%相：
F，Fe3C
WF%=（）/（）%=93%
WFe3C%=（100-93）%=7%
T8钢：
室温下组织：
P=100%
相：
F，Fe3C
WF%=（）/（）%=%=88%
WFe3C（100-88）%=12%
T12钢室温下组织：
P+Fe3Cn
Wp%=（）/（）%=%=93%
WFe3C%=100-93）%=7%
相：
F,Fe3C
WF%=）/（）%=%=82%
WFe3C%=100-82）%=18%
（2）用显微镜观察某亚共析钢，估计其中珠光体
含量为80%则此钢的含碳量
为多少
设：
钢的含碳量为X%杠杆设置：
WP%=80%=（）%X%=62%应该为60号钢。
八、填表
（1）
钢号类别含碳量应用举例
Q235普通结构钢建筑结构用钢
15
优质碳素结构
钢
桥梁，容器罐，水箱
45
优质碳素结构
车床主轴
钢
65
优质碳素结构
弹簧，裁纸刀
钢
T8
碳素工具钢
手动工具，如手工锯
T12碳素工具钢
条
手动工具，如锂刀
填表
（2）
零件名
称
选择材料牌号
手工锯
T8,碳素工具钢
条
普通螺
Q235普通碳素结
钉
构钢
车床主
45,优质碳素结构
轴
钢
交作业时间：
习题六钢的热处理
一、名词解释
临界冷却速度；过冷奥氏体、残余奥氏体，马氏体，
贝氏体、淬透性、淬硬性、
调质处理；回火索氏体，索氏体
二、填空题
1、在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体与屈氏体的主要相同点是
（都是由F和Fe3C组成的机械混合物）
不同点是（T的片层间距比P细小，因而T的硬度，强度比珠光体高）。
2、马氏体的显微组织形态主要有（板条状）和（针状）两种，
其中（板条状）韧性好。
3、钢的淬透性越高，贝UC曲线的位置越（右移），说明临界冷却速度越（小）。
4、钢的热处理工艺是由（加热）（保温）（冷却）三阶段组成，一般来讲，它不改变零件的（形状），但改变其（组织与性能）。
5、利用铁碳相图确定钢完全退火的正常温度范围是
（Ac3以上30-50C），
它适合于（亚共析）钢。
6、球化退火的主要目的是（使P中的Fe3C球化，降低硬度，便于加工），
它适合于（高碳钢/过共析）钢。
7、钢的正常淬火温度，亚共析钢是（Ac3以上
30-50C），
过共析钢是（Ac1以上30-50C）。
8钢热处理确定其加热温度是依据（铁碳相图）,确定过冷奥氏体转变产物是依据（C曲线）。
9、淬火钢进行回火的目的是（获得所要求的力学性能，消除内应力，稳定组织和尺寸），回火温度愈高，钢的强度、硬度（越低）。
10、钢回火转变4大过程是（马氏体的分解）（残余奥氏体的）（回火屈氏体的形成）（渗碳体的聚集长大）。
11、索氏体和回火索氏体在形态上的区别是（S中的Fe3C呈片状，而回火S中的Fe3C呈球状），在性能上的区别是（在强度，硬度相同时，回火S的塑性和韧性比正火S好）。
12、依据铁碳相图，结合实验，45钢和T8钢（原始状态退火状态），按照下表加热处理后，请填写处理后的组织：
850C加
热
八、、5
水冷
850C加
热
八、、5空冷
760C加热，水冷
720C加
热
八、、5
水冷
45
M
S
F+M
P+F
T8
粗大M+A
S
M+
未溶
Fe3C+A
P+Fe3CH
三、是非题（正确的画“V”，错误的画“X”）
1、经加热奥氏体化后，在任何情况下，奥氏体中碳的含量均与钢中碳的含量相等。
（X）
2、马氏体是碳在a-Fe中的过饱和固溶体。
（V）
3、当把亚共析钢加热到A1—A3之间的温度时，将获得F+A的两相组织，在平衡条件下，其中奥氏体的含碳量总是大于钢的含碳量。
（V）
4、当共析成分的奥氏体在冷却发生珠光体转变时，温度越低，其转变产物组织越粗。
（X）
5、不论碳含量高低，马氏体硬度都很高，脆性都很大。
（X）
6、在正常热处理条件下，随着含碳量增高，过共析钢
的过冷奥氏体越稳定。
（X）
7、高合金钢既有良好的淬透性，也具有良好的淬硬性。
（X）
8经退火后再高温回火，获得回火索氏体组织，具有
良好的综合机械性能。
（X）
9、表面淬火既能改变钢的表面化学成分，也能改善心部的组织和性能。
（X）
10、为了调整硬度，便于机械加工，低碳钢、中碳钢
和低合金钢在锻造后采用正火处理。
（V）
四、选择题
1、奥氏体向珠光体转变是
（a）a.扩散型转变b.非扩散型转变c.半扩散型转变
2、钢经过调质处理后获得的组织是
（b）a.回火马氏体b.回火索氏体c.回火屈氏体
3、过共析钢的正常淬火温度是
（a）—30-50Cb.Acm—30-50Cc.A3—30-50C
3、影响碳钢淬火后残余奥氏体量的主要因素是
（b）a.钢材本身的含碳量b.钢中奥氏体的含碳量c.钢中碳化物的含量
4、若合金元素能使C曲线右移，钢的淬透性将
（b）a.降低b.提高c.不改变
5、马氏体的硬度取决于
（c）a.奥氏体的冷却速度b.奥氏体的转变温度c.奥氏体的碳含量
6、淬硬性好的钢
（c）a.奥氏体中合金元素含量高b.奥氏体中的
碳含量低
c.奥氏体中碳含量高
7、对形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时，应
选用
（a）a.高淬透性钢b.中淬透性钢c.低淬透性钢
8对形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时，应选
用
（b）a.水淬b.油淬c.盐水中淬
9、直径为10mm勺45钢，常规淬火温度是
（b）°CCc.920C
10、45钢为了获得回火索氏体，应进行
（b）a.淬火+低温回火b.淬火+高温回火c.等温淬火
11、完全退火主要适用于，
（a）a.亚共析钢b.过共析钢c.共析钢
12、扩散退火的目的是
（a）a.消除和改善晶内偏析b.消除冷塑性变形后的加工硬化c.降低硬度，以利切削加工
13、钢的回火处理是在
（c）a.退火以后进行b.正火以后进行c.淬火以后进行
14、钢的渗碳温度范围是
（c）CCCC
15、过共析钢正火的目的是
（c）a.调整硬度，改善切削加工性能b.细化晶粒，为淬火做准备
c.消除网状二次渗碳体d.消除内应力，防止淬火变形和开裂
16、T12钢正常淬火的组织是
（d）a.马氏体+残余奥氏体b.马氏体+碳化物c.马氏体
d.马氏体+残余奥氏体+碳化物
五、简述题
1、低碳钢板硬度低，可否采用淬火方法提高硬度用什么办法能显著提高其硬度
不能，因为低碳钢的C曲线一般很靠左侧，临界冷却速度要求很高，一般工业条件很难达到。
另外，低碳钢含碳量低，获得马氏体强化效果也不明显，因此，一般采用正火，获得索氏体或屈氏体，利用F和
Fe3C的片间距减小，来提高硬度。
2、20钢材用表面淬火是否合适为什么45钢进行渗碳处理是否合适为什么
20钢材不能采用表面淬火，表面淬火是改善材料
表面性能的热处理工艺。
表面淬火是在原有钢材综合性能的基础上，将表面淬成马氏体组织。
20号钢C曲线一般很靠左侧，临界冷却速度要求很高，一般工业条件很难达到。
另外，低碳钢含碳量低，获得马氏体强化效果也不明显。
20号钢一般会利用其含碳量低，塑韧性好的特点，将其表面渗碳处理，使得表面为高碳，淬火后获得高碳马氏体，提高强度硬度，保留心部的韧性。
45钢一般不进行渗碳处理，因为45钢为中碳，再渗碳提高表面含碳量意义不大，而且心部的韧性也不如20号钢号，因此，45钢一般采用表面淬火工艺。
3、确定下列钢件退火方法，并指出退火的目的及其退火后的组织
（1）经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度
冷轧钢板，存在加工硬化，硬度提高，为了消除加工硬化，采用再结晶退火组织为F+P
（2）ZG35钢的铸造齿轮
去应力退火，消除铸造应力，组织：
F+P
（3）锻造过热的60钢锻坯
完全退火，细化晶粒，改善力学性能，组织F+P
（4）改善T12钢切削加工性能
球化退火，使Fe3C球化，降低硬度，组织：
球状P
4、说明直径10mm的45钢试件在下列温度加热，保温并水冷到室温获得的组织
加热温
度
水冷室温
组织
分析
700C,
F+P
加热温度低于A1线，组织没有变化
760C,
F+M
加热温度在A3-A1之间，属于
F+A两相区，水冷后F保留下来，
A转变为M
850C,
M
加热温度高于A3线，属于正常A
化状态，淬火后获得M
1100C
粗大M
加热温度远高于A3,晶粒粗大，淬火后为粗大M
5、指出下列钢件正火的主要目的：
20钢齿轮：
提高硬度，以利切削加工。
45钢小轴：
最终热处理，获得屈氏体组织，保证使用性能
T12钢锂刀：
为彻底消除网状渗碳体，在球化退火前
增加一次正火。
六、工艺路线改错
（1）45钢，小轴，硬度：
20-25HRC
锻造一一完全退火一一粗加工一一淬火+低温回火
――精加工
改错：
错误：
淬火+低温回火，轴类零件，要求综合机械性
能，硬度20-25HRC
应该为淬火+高温回火（调质）
（2）65MI钢，钢板弹簧，硬度：
40HRC
锻造一一球化退火一一粗加工一一淬火+高温回火
――精加工
改错：
错误：
（1）球化退火，球化退火适用于高碳钢，弹簧钢（亚共析）应采用完全退火。
（2）淬火+高温回火，弹簧类零件，硬度40HRC应该为淬火+中温回火
（3）T8钢，手工锯条，硬度：
60HRC
锻造一一完全退火一一粗加工一一调
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