工程材料综合复习资料.docx

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工程材料综合复习资料

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一、名词解释

晶体:

原子呈规则排列

晶体的各向异性:

晶体具有固定的熔点,在不同方向上具有不同的性能;

合金:

由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质

固溶体：

合金在固态下，组元间仍能互相溶解而形成均匀相;

金属化合物:

合金组元间发生相互作用而形成的一种新相，也称之间相;

相：

金属或合金中成分相同,结构相同，并与其他部分界面分开的均匀组成部分;

组织组成物：

由于不同合金的形成条件不同，各种相将以不同的数量、形状、大小相互组合，因而在显微镜下可观察到不同的组织：

过冷度：

理论结晶温度与实际结晶温度的差;

非自发形核：

在液态金属中，外加细小的高熔点物质;

变质处理:

在液态金属结晶前，加入一些细小的变质剂，使结晶时的形核速率N增加,或长大速率G降低，这种细化晶粒的方法称为变质处理;

相图：

平衡图或状态图；

共晶反应:

恒温条件下，由一个液相生成两个固相的结晶转变；

铁素体：

碳在

中的固溶体;

奥氏体:

碳在

下的固溶体；

珠光体：

铁素体与渗碳体的层状细密混合物；

调质：

淬火加高温回火;

马氏体：

碳在

中的过饱和固溶体；

位错:

晶体中，某一列或若干原子发生有规律的错排现象;

滑移：

在切应力的作用下，晶体的一部分沿着某一晶面相对于另一部分的滑动；

回复：

在加热温度比较低时，显微组织无明显变化，但残余应力显著降低，物理和化学性能部分恢复到变形前的情况；

再结晶：

冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程，再结晶不是相变过程；

加工硬化：

随冷塑变形量增加,金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象；

表面淬火：

不改变钢的表面化学成分，但改变表层组织的局部热处理方法；

淬透性：

钢在淬火时能获得淬硬深度的能力;

红硬性：

时效硬化：

结构钢：

用于制造各种机器零件以及各种工程结构的钢;

工具钢：

制造各种刃具、模具、量具的钢;

晶间腐蚀：

奥氏体型不锈钢在

时，在晶界外析出碳化和物

，从而使晶界附近的

，这样的晶界附近就容易腐蚀；

巴氏合金：

一种软基体上分布着硬颗粒相的低熔点轴承合金。

有锡基、铅基、镉基三个系列。

锡基巴氏合金的代表成分（质量分数）为：

锑3%~15％，铜2%~6％，镉〈1％，锡余量.

失效:

零件在使用过程中，由于尺寸、形状或材料的组织与性能发生变化而失去原设计的的效能。

二、填空题

1．工程材料分为（金属材料）、（高分子材料）、（陶瓷材料）和（复合材料）四类，材料结合键包括（金属键）、（离子键）、（共价键）和（分子键）。

2．

-Fe、

—Fe的晶格类型分别是（体心立方）和（面心立方），一个晶胞内的原子数分别为

（2）和（4）.

3．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（晶核形成）、（晶粒长大）；典型铸锭结构的三个晶区分别是（表层细晶粒区）、（柱状晶区）和（粗等轴晶区）；为了获得细晶粒的铸件，在生产中通常采用的措施主要有（增大过冷度）和（变质处理）。

4．再结晶后的晶粒度的大小主要取决于（加热温度）和（保温时间）。

5．金属晶体中的位错有（刃型位错）和（螺型位错）;面缺陷有（晶界）和（亚晶界）.

6．用光学显微镜观察，上贝氏体的组织特征呈（羽毛状）状，而下贝氏体则呈（黑色针状）。

7．马氏体的显微组织形态主要有（板条状）、（针状）两种,其中（板条状）的韧性较好。

8．亚共析钢的正常淬火温度范围是（Ac3+30℃～50℃）,过共析钢的正常淬火温度范围是（Ac1+30℃～50℃）.

9．钢淬火后进行回火的目的是（消除内应力并获得所需性能），回火温度越高，钢的强度与硬度越（低）。

10．机器零件的选材基本原则是（满足使用性能）、（满足经济性）和（满足工艺性）。

11．机器零件的失效模式可分为（畸变失效）、（断裂失效）和（表面损伤失效）三大类型.

12．金属中晶粒越细小，晶界面积越（大）,强度和硬度越（越高）。

13.一般实际金属晶体中常存在（点缺陷）、（线缺陷）和（面缺陷）三类晶体缺陷。

14。

共析成分的铁碳合金室温平衡组织是（珠光体），其组成相是（F、Fe3C）.

15。

钢的淬透性主要决定于（合金元素及含量），钢的淬硬性主要决定于（马氏体的含碳量）。

16。

合金钢按用途可分为（结构钢）、（工具钢）和（特殊性能纲）。

17。

普通灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁中石墨的形态分别为（片状）、（团絮状）和（球状）。

18。

在铁碳合金中,由于来源和形貌不同，渗碳体共有（共晶渗碳体）、（共析渗碳体）、（一次渗碳体）、（二次渗碳体）和（三次渗碳体）五种不同的组织组成物形式。

19。

在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体与索氏体的主要相同点是（都是F+Fe3C机械混合物），不同点是（层片厚度不同）。

20.合金中的相包括（合金铁素体）和（各种碳化物）两种类型。

21.γ—Fe发生塑性变形时,其滑移面和滑移方向分别为（{111}）和（〈110>）。

22.钢的热处理工艺是由（加热）、（保温）、（冷却）三个阶段组成.

23.贝氏体组织有（上贝氏体）、（下贝氏体）两种。

24。

陶瓷的一般生产过程是（原料的制备）、（坯料的成型）、（制品的烧成或烧结）。

25。

常规热处理有（退火）、（正火）、（淬火）和（回火）四种工艺。

。

26。

在铁碳合金室温平衡组织中，含Fe3CⅡ最多的合金成分为（含碳2。

11%）。

27。

在缓慢冷却条件下,含碳0。

8％的钢比含碳1。

2％的钢硬度（低），强度（高）.

三、判断题

1．金属铸件可以通过再结晶退火来细化晶粒。

（×）

2．在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为4.3％的铁碳合金才能发生共晶反应.（×）

3．马氏体是碳在α－Fe中的过饱和固溶体，当奥氏体向马氏体转变时，体积要收缩。

（×）

4．调质处理后得到的回火索氏体组织具有良好的综合机械性能。

（√）

5．可锻铸铁在高温时可以进行锻造加工。

（×）

6．普通灰口铸铁能通过球化退火使之变成球墨铸铁。

（×）

7．奥氏体不锈钢的稳定化处理主要是为了防止晶间腐蚀.（√）

8．在室温以上进行的加工是热加工。

（×）

9．零件失效的原因可以从设计不合理、选材错误、加工不当和安装使用不良四个方面去找。

（√）

10．所有的铝合金都可以通过热处理予以强化。

（×）

11．间隙相不是一种固溶体，而是一种金属间化合物.（√）

12．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。

（×）

13．表面淬火不仅改变钢的表面组织还改变钢的表面成分.（×）

14．所谓金属的加工硬化是指金属变形后强度、硬度提高,而塑性、韧性下降的现象。

（√）

15．在退火状态（接近平衡组织），45钢比20钢的硬度和强度都高。

（√）

16.黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金。

（√）

17.钢经加热奥氏体化后，在任何情况下，奥氏体中碳的含量均与钢中碳的含量相等。

（×）

18．平衡结晶获得30％Cu的铜镍合金比60%Ni的铜镍合金的硬度和强度要低.（√）

19。

一个合金的室温组织为α+βⅡ+（α+β），它由两相组成（√）

20.同一钢材，在相同的加热条件下,水冷比油冷的淬透性好,小件比大件的淬透性好.（×）

21.凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程.（×）

22。

金属化合物一般熔点较高,硬度高，脆性大。

（√）

23.珠光体是一种由铁素体和渗碳体两种相组成的机械混合物.（√）

24.45钢经调质处理后得到的组织是回火马氏体.（×）

25.40Cr和1Cr18Ni9中Cr的主要作用都是提高耐蚀性（×）。

26．灰口铸铁可通过热处理改变石墨的形态.（×）

27．在体心立方晶格中,原子密度最大的晶面是（111）。

（√）

28．固溶体的晶体结构与溶剂、溶质都不同。

（×）

29．实际金属结晶时，生核和晶体长大的方式主要是非自发形核和树枝晶长大.（×）

30．莱氏体是一种合金相。

（×）

四、选择题

1．金属结晶时,冷却速度越快，其实际结晶温度将（越高；越低；越接近理论结晶温度）.

2．间隙相的性能特点是（硬度低、熔点高；硬度高、熔点低；硬度高、熔点高）.

3．完全退火主要适用于（亚共析钢;共析钢；过共析钢）.

4．钢的淬硬性主要取决于（碳含量；冷却介质;合金元素）。

5．钢的回火处理是在（退火后进行；正火后进行；淬火后进行）。

6．可采用调质处理、等温淬火工艺获得良好综合机械性能的是（球墨铸铁;可锻铸铁；蠕墨铸铁）.

7．60Si2Mn钢的热处理工艺是（淬火+低温回火；淬火+中温回火;淬火+高温回火）。

8．二元合金中，铸造性能最好的合金是（共晶合金；固溶体合金；共析合金）。

9．铁素体是碳溶于α－Ｆｅ中形成的（间隙;置换;有序；过饱和）固溶体。

10．ZChSnSb11-6是（铸造铝合金；铸造青铜；滑动轴承合金）.

11．在立方晶系中指数相同的晶面和晶向：

（a）互相平行；（b）互相垂直；（c）无必然联系;（d）其晶向在晶面上

12．二元合金在发生L→

共晶转变时，其相组成是：

（a）液相；（b）单一固相；（c）两相共存；（d）三相共存。

13．奥氏体是：

（a）碳在

—Fe中的间隙固溶体；（b）碳在

—Fe中的间隙固溶体；

（c）碳在

-Fe中的有限固溶体;（d）碳在δ—Fe中的间隙固溶体；

14．钢丝在室温下反复弯折，会越弯越硬，直到断裂，而铅丝在室温下反复弯折,则始终处于软态，其原因是：

（a）Pb不发生加工硬化，不发生再结晶,Fe发生加工硬化，不发生再结晶；

（b）Fe不发生加工硬化，不发生再结晶，Pb发生加工硬化，不发生再结晶，

（c）Pb发生加工硬化，发生再结晶，Fe发生加工硬化,不发生再结晶，

（d）Fe发生加工硬化，发生再结晶，Pb发生加工硬化，不发生再结晶。

15．T12钢的正常淬火组织是：

（a）贝氏体；（b）马氏体＋残余奥氏体；（c）马氏体＋残余奥氏体＋球状碳化物;（d）马氏体

16．过共析钢正火的目的是：

（a）调整硬度，改善切削加工性能；（b）细化晶粒,为淬火作组织准备;

（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。

17.珠光体是一种:

（a）单相固溶体；（b）两相混合物；（c）Fe与C的化合物；（d）金属化合物

18．铸造条件下，冷却速度越大，则

（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；（d）过冷度越小，晶粒越粗。

19．碳钢件淬火后得到M+F组织,是因为

（a）加热温度不足;（b）冷却速度不足；（c）加热温度过高；（d）保温时间不够。

20．共析钢过冷奥氏体在550～350℃的温度区间等温转变时，所形成的组织是：

（a）索氏体;（b）下贝氏体；（c）上贝氏体；（d）珠光体.

21．过共析钢正常淬火加热温度是:

（a）Ac1+30+50℃；（b）Accm+30+50℃；（c）Ac3+30+50℃

22.下列关于铁碳合金铸造性能的描述哪个是正确的：

（a）含碳量为2。

11％的铁碳合金铸造性能最好；（b）含碳量为4。

3%的铁碳合金铸造性能最好

（c）含碳量为0.77%的铁碳合金铸造性能最好；（d）含碳量2.11%～6.69％的铁碳合金铸造性能一样好

23．影响碳钢淬火后残余奥氏体量的主要因素是：

（a）钢材本身的碳含量；（b）钢中碳化物的含量；（c）钢中奥氏体的碳含量

24．单晶体塑性变形的基本方式是:

（a）滑移与孪生；（b）滑动和孪生；（c）滑移和错动;（d）转动和孪生

25．材料断裂之前发生明显的宏观塑性变形的断裂叫做：

（a）塑性断裂；（b）脆性断裂；（c）快速断裂;（d）疲劳断裂

26．40Cr钢可用于制造：

（a）弹簧;（b）铣刀；（c）齿轮;（d）板牙

27．若合金元素能使C曲线左移，钢的淬透性将

（a）提高；（b）降低；（c）不变；（d）可能提高，也可能降低

28．纤维增强树脂复合材料中，增强纤维应该

（a）强度高，塑性好；（b）强度高，弹性模量高；（c）强度高，弹性模量低；（d）塑性好,弹性模量高

29．下列钢淬透性高低排列正确的是（）.

（a）20CrMnTi、T8、60、45;（b）T8、20CrMnTi、60、45；（c）T8、60、45、20CrMnTi；（d）20CrMnTi、45、60、T8

30．下列钢中C曲线最靠右的钢是：

（a）20；（b）40；（c）T8;（d）T10

五、简答题

1．作图表示立方晶系中的（010）、（110）、（111）晶面和

、

晶向。

2．为什么说马氏体相变加上回火转变是钢中最经济最有效的综合强化手段？

3．简要叙述合金元素在钢中的作用。

4．W18Cr4V钢的AC1约为820℃，为何淬火温度为1260℃～1280℃？

W18Cr4V刃具钢在正常淬火后都要进行550～570℃三次回火,又是为什么？

5．简述金属材料的四种强化机理。

6．本质细晶粒钢的奥氏体晶粒是否一定比本质粗晶粒钢的细,为什么？

7．为什么细晶粒钢强度高，塑性、韧性也好？

8．说明纤维增强复合材料的复合机制和原则.

六、Fe-Fe3C相图综合分析题

（1）画出Fe-Fe3C相图,标注出各点、线的字母、成分和温度;标注出各区域的组织，写出三条水平线上的反应式.用冷却曲线表示含碳量为0。

77%的铁碳和金的平衡结晶过程，并画出室温时的显微组织示意图。

（2）相图中PSK、ECF、GS、ES线及P、E、S、C点的物理意义；

（3）计算铁碳合金中二次渗碳体的最大含量;

（4）分析T8比T12强度高的原因；

（5）一般要把钢加热到高温（1150℃～1250℃）下进行锻造的原因.

（6）计算T10钢在727℃共析反应前后的相组成物和组织组成物的百分含量。

七、C曲线综合分析题

（1）说明共析钢的等温转变曲线图中各条线、各个区的物理意义，并指出图中各冷却曲线冷却到室温所得到的组织。

（2）共析钢按图示曲线加热、冷却，试分析各点各应得到什么组织?

如果是一种热处理方法,属于何种热处理方法?

八、合金钢综合分析题

1．填下表.

材料

钢种

所标元素的主要作用

常用最终热处理

使用状态

下的组织

16Mn

低合金结构钢

提高强度

不需要

F、P

20Cr

合金渗碳钢

提高淬透性

渗碳淬火

M回

35CrMo

合金调质钢

提高强度、淬透性

调质、表面淬火

S回

W18Cr4V

高速工具钢

提高熔点和耐热性

淬火+低温回火

M回

5CrMnMo

热作模具钢

提高热稳定性、淬透性

淬火、中温回火

T回

1Cr18Ni9Ti

不锈钢

提高耐蚀性

水韧处理

A

2．从下列材料中选出下表所列零件最适宜的材料，并确定合适的热处理方法,分析所得组织.

16Mn、HT200、W18Cr4V、GCr15、65Mn、1Cr18Ni9Ti、Cr12MoV、9SiCr、40Cr

零件名称

最适宜的材料

最终热处理方法

最终组织

耐酸容器

1Cr18Ni9Ti

水韧处理

A

高速车刀

W18Cr4V

淬火+低温回火

M回

连杆螺栓

40Cr

调质

S回

弹簧

65Mn

淬火+中温回火

T回

机床床身

HT200

退火

P+G

大型桥梁

16Mn

不需要

P+F

九、选材及工艺路线综合分析题

1．有一载重汽车变速箱齿轮,在工作时承受较大的冲击力，负载较重,齿面受摩擦，齿轮表面的硬度要求HRC58～62，心部硬度HRC30～45，试从65、T8、40Cr和20CrMnTi四种钢号中选出合适的钢材，制定该齿轮的加工工艺路线，分析各热处理工序的目的,并指出使用状态的组织。

答：

选材：

20CrMnTi

工艺路线:

下料、锻造、正火、粗加工、渗碳、淬火、磨削

正火目的：

改善切削性能，细化晶粒，为淬火做准备

渗碳淬火：

提高表层含碳量和硬度，提高耐磨性;

表层组织为高碳马氏体，心部组织为低碳马氏体.

2．有一用45钢制造的机床变速箱齿轮，其加工工序为：

下料→锻造→热处理①→粗机加工→热处理②→精机加工→热处理③→热处理④→磨加工，说明各热处理工序的名称、目的及使用状态的组织。

答：

热处理①：

正火,细化晶粒,为后续热处理做准备；

热处理②：

调质处理，组织为回火索氏体,提高钢的疲劳强度;

热处理③：

表面淬火，表层组织为马氏体，提高表层硬度，提高耐磨性；

热处理④:

低温回火,使表层得到回火马氏体，消除淬火应力和脆性。