工程材料与机械制造基础复习题参考解读Word格式.docx

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静载荷下的力学性能：

δb,δs,δ0.2,δ

3.从压头的材料、形状、载荷大小、硬度值计算方法、应用等方面简要说明布氏硬度、洛氏硬度、微氏硬度三种测量硬度的方法的特点。

布氏硬度：

压头材料：

淬火钢球或硬质合金球、形状：

球形、载荷大小：

3000kgf、硬度值计算方法：

载荷除以压痕表面积的值、应用：

铸铁、有色金属、低合金结构钢等毛坯材料。

洛氏硬度：

顶角为120°

的金刚石圆锥压头、形状：

圆锥形、载荷大小：

75kg或150kg、硬度值计算方法：

HRC=130-k/0.002、应用：

淬火钢、调质钢等成品件。

维氏硬度：

锥面夹角为136°

的金刚石四棱锥体压头、形状：

四棱锥体、载荷大小：

一定载荷、硬度值计算方法：

从极软到极硬的薄片金属材料、表面淬硬层、渗碳层等。

4.画出纯铁从液态冷却下来的冷却曲线，分别指出纯铁冷却到室温时发生哪些转变？

哪个转变是体积增大的，为什么？

在1394°

C时，δ-Fe转变为γ-Fe,在912°

C时，γ-Fe转变为α-Fe。

γ-Fe转变为α-Fe时体积增大，因为γ-Fe是面心立方晶格，α-Fe是体心立方晶格，当面心立方晶格转变为体心立方晶格时，由于致密度减小而使体积膨胀。

5.什么叫过冷和过冷度，说明过冷度的大小对金属结晶的影响。

如何在结晶过程中细化晶粒？

答:

过冷指液态金属冷却到理论结晶温度下才开始结晶的现象。

过冷度指理论结晶温度（T0）与实际结晶温度（Tn）的差。

过冷度越大，晶粒越小。

如何细化晶粒：

1、在铸造生产中采用变质处理2、对于固态金属，可以用热处理或压力加工的方法。

6.常见的金属晶格类型有哪几种？

奥氏体和淬火获得的马氏体中的铁是什么晶格类型？

体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。

面心立方晶格。

7.按晶体结构的基本属性分，固态合金中的相分为哪两大类？

分别在合金中起什么强化作用。

指出珠光体中的两个强化相分别是什么，各属于哪种？

固溶体，金属化合物。

分别起固溶强化和弥散强化。

珠光体中的两个强化相分别指F和Fe3C,各属于固溶强化和弥散强化。

8.简述共晶体和共析体的异同，指出它们分别发生在钢还是铸铁的冷却过程中。

共同点：

都是在恒温下产生的。

不同点：

共晶体是在液相下生成的晶体，共析体是在固相下生成的晶体。

共晶体发生在铸铁的冷却过程中，共析体发生在钢的冷却过程中。

9.阐述钢中的含碳量对钢的力学性能（硬度、抗拉强度、塑性）是如何影响的。

钢中的含碳量越高，硬度越大，塑性越差，当Wc≤0．9% 

时，随着含碳量的增加，钢的强度增加；

当Wc＞0.9%时，随着含碳量的增加，钢的强度降低。

10.简述45钢和T10钢的结晶过程，指出室温下的组织分别是什么。

45钢室温下的组织为铁素体和珠光体，T10钢室温下的组织为珠光体和二次网状渗碳体。

11.什么叫马氏体转变，简述马氏体转变的特点。

如果将奥氏体以极大的冷却速度快速冷到Ms以下，使其冷却曲线不与C曲线相遇，称为马氏体转变。

特点：

1、发生马氏体型转变时，过冷度极大，转变温度很低奥氏体只能进行非扩散性相变。

2、奥氏体向马氏体转变无孕育期。

3、马氏体形成速度极快，接近声速。

4、奥氏体转变成马氏体后，钢件形成很大的的内应力。

5、奥氏体转变为马氏体具有不彻底性。

12.钢的表面淬火和表面渗碳分别使用什么原理、方法和手段使钢的表面获得高硬度，而心部保持高韧性的？

钢的表面淬火：

它是将工件表面进行快速加热，使其奥氏体化并快速冷却获得表层一定深度的马氏体组织，而心部组织保持不变。

钢的表面渗碳：

向钢的表层渗入活性碳原子，增加零件表层含碳量并得到一定渗碳层深度的化学热处理工艺。

通过随后的淬火和低温回火，可提高零件表面硬度和耐磨性，增加零件的疲劳抗力，而心部仍保持足够的强度和韧性。

13.试述共析碳钢在连续冷却时，炉冷、空冷、油冷和水冷分别获得什么组织，这些组织具有什么样的性能特点。

炉冷：

珠光体性能特点：

强度低，韧性好；

空冷：

油冷和水冷都获得淬火马氏体组织。

性能特点：

硬度高，冲击韧性差。

14.某柴油机的凸轮轴，要求表面有高的硬度（HRC>

50），而心部具有良好的韧性（αku>

40J）。

原来用45钢调质处理，再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火。

现因45钢已用完，拟改用20钢代替，试说明：

（1）原45钢各热处理工序的作用。

（2）改用20钢后，其热处理工序是否应进行修改？

采用何种热处理工艺最恰当？

（1）正火是为了消除锻造时的内应力，均匀组织，细化晶格，提高综合力学性能，为后面的机械加工做准备；

　　调质是为了消除粗加工时的内应力，使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，经过调质的材料具有良好的综合机械性能；

　　局部表面淬火是为了使轴的表面增加硬度、增加耐磨性，达到表面增加硬度，内部保持韧性，可以使轴能够承受冲击强度；

　　低温回火，也可以称为时效处理，其目的是为了消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，这对提高零件的精度是很重要的一道工序。

（2）应修改，表面渗碳处理。

15.现有40Cr钢制造的机床主轴，心部要求良好的强韧性（200～300HBS），轴颈处要求硬而耐磨（54～58HRC），试问：

（1）应进行哪种预处理和最终热处理？

（2）热处理后各获得什么组织？

（3）热处理工序在加工工艺路线中位置如何安排？

（1）正火，调质处理。

（2）珠光体，铁素体；

回火索氏体。

（3）下料、锻造、正火、机加工、调制处理。

16.请为以下零件选材，并说明理由，写出其常用成型方法、热处理工艺以及热处理以后的组织（注：

不需热处理的就写不热处理）。

1）传动大齿轮（候选材料：

60Si2Mn，ZG450，T10）

2）高速钢刀头（候选材料：

W18Cr4V，65Mn，20）

3）机床床身（候选材料：

T10、QT450-17，HT200）

4）钢锯条（候选材料：

T10、QT450-17，HT200）

5）桥梁钢（候选材料：

15MnVN，45，ZL102）

6）冷作模具钢（候选材料：

15，Cr12,2A12）

7）汽车曲轴（候选材料：

8）教室里的桌椅支架（候选材料：

T10、Q215，HT200）

9）不锈钢菜刀（1Cr8Ni9Ti，4Cr13，1Cr17）

10）滚动轴承（55，GCr15，1Cr17Al5）

（1）ZG450铸钢，高强度，形状复杂成型方法：

铸造热处理工艺及组织：

正火，表面淬火和低温回火，回火马氏体

（2）W18Cr4V高速工具钢，红硬性好。

成型方法：

锻造热处理工艺及组织：

球化退火，淬火和低温回火，回火马氏体

（3）HT200灰铸铁，减磨性好，减震性强。

铸造

（4）T10碳素工具钢，硬度高，耐磨性好。

（5）15MnVN低合金高强度结构钢，良好的塑韧性和焊接性能，耐蚀性也较好。

热轧热处理工艺及组织：

调质，回火索氏体

（6）Cr12冷作模具钢，具有高强度、较好的淬透性和良好的耐磨性。

淬火和低温回火，回火马氏体

（7）QT450-17球墨铸铁，韧性和塑性较高。

正火，石墨+较多的珠光体+铁素体

（8）Q215碳素结构钢，具有高的塑性、韧性和焊接性能，良好的压力加工性能。

热轧。

（9）4Cr13合金工具钢，高硬度及高耐磨性。

（10）GCr15合金量具钢，高硬度，高耐磨性。

淬火，低温回火，回火马氏体

17.球化退火和完全退火分别适用什么范围含碳量的钢，退火时应分别加热到什么温度区间，退火后获得的组织分别是什么？

分别解释为什么能获得这样的组织？

（过共析钢）球化退火：

适用于含碳量0.77%-2.11%的钢，加热到Ac1以上20-30℃，球状或颗粒状的碳化物。

原因：

片状渗碳体发生不完全溶解断开成细小的链状或点状，形成均匀的颗粒状渗碳体。

（亚共析钢）完全退火：

适用于含碳量0-0.77%的钢，加热到Ac3以上30-50℃，铁素体+珠光体。

接近平衡状态的组织。

18.比较下列铸造工艺和方法中获得的铸件晶粒的大小

1）低温浇注和高温浇注；

2）砂型铸造和金属型铸造；

3）结晶时搅拌与不搅拌；

4）变质处理与非变质处理；

5）厚壁与薄壁铸件.

（1）高温浇注比低温浇注的铸件晶粒大

（2）砂型铸造比金属型铸造的铸件晶粒大（3）结晶时不搅拌比搅拌的铸造晶粒大（4）非变质处理比变质处理的铸件晶粒大（5）厚壁比薄壁铸件的铸件晶粒大

19.什么叫冷变形强化？

冷变形金属在回复和再结晶过程中组织和性能是如何变化的。

塑性变形后，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象，称为“冷变形强化”。

回复：

组织变化：

显微组织仍为纤维状，无可见变化;

性能变化:

强度、硬度略有下降，塑性略有提高。

再结晶：

组织变化:

变形晶粒通过形核长大，逐渐变为新的无畸变的等轴晶粒；

性能变化：

强度、硬度明显下降，塑性明显提高。

20.什么叫流线组织，是如何形成的，齿轮中流线组织的方向应与径向还是轴向一致。

板料弯曲时，流线组织方向与弯曲线方向是什么关系。

（如用语言难以描述，用图表示也可以）

钢锭在拔长和轧制过程中，钢锭内部的杂质随着金属的变形而沿着纵向伸长形成的流线状组织。

齿轮中：

径向一致。

板料弯曲时：

方向一致。

21.简述熔焊的焊接接头的组成，微观组织和性能特点。

（1）焊缝柱状晶的铸态组织易产生热裂纹

（2）熔合区组织成分不均匀力学性能不好

（3）热影响区：

①过热区组织粗大塑性、韧性明显下降。

②正火区正火组织力学性能优于母材。

③部分变相区组织不均匀力学性能稍差。

22.简述钢的焊接工艺性的影响因素。

分别简述低碳钢，中碳钢、高碳钢焊接工艺特点。

化学成分。

低碳钢：

一般没有淬硬倾向，不易产生裂纹，对焊接热不敏感，焊接性良好。

中碳钢：

有一定淬硬倾向，在近缝区容易产生淬硬组织和冷裂纹，焊缝中易产生热裂，焊接性为中等。

高碳钢：

淬硬倾向和裂纹敏感性大，焊接性差。

23.铸铁是按什么分类的，各有什么性能特点，分别举例说明各自的应用场合。

根据碳在铸铁中存在的形式。

（1）白口铸铁硬而脆很少用于制造零件

（2）麻口铸铁硬而脆很少应用

（3）灰口铸铁较好的力学性能广泛用于工业中

24.简述熔化焊、钎焊、压力焊的工艺特点及其应用场合。

熔化焊；

将被焊固体局部加热到融熔化状态，通常还需填充材料以形成共同熔池，然后冷却结晶成一体的焊接方法称为熔焊。

应用场合：

几乎任何场合。

钎焊：

钎焊是利用熔点比工件低的钎料金属护或合金作填充金属，适当加热后，利用液态钎料在固态母材之间扩散，冷凝后形成牢固接头的焊接方法。

薄板，轴类。

压力焊：

压力焊是将焊件接头处局部加热到高温塑性状态或接近熔化状态，然后施加一定的压力，使接头处紧密接触并产生大量的塑性变形，再结合面上产生共同晶粒而形成连接的焊接方法。

应用场合：

异种材料。

25.铸件从浇注到冷却到室温过程中通常会发生哪三个阶段的收缩，这些收缩会使铸件产生缩孔、缩松和裂纹缺陷，指出三个阶段的收缩分别最可能产生的缺陷种类。

（1）液态收缩最可能产生缩孔缺陷

（2）凝固收缩最可能产生缩松缺陷

（3）固态收缩最可能产生裂纹缺陷