工程材料简答题Word文档下载推荐.docx

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与钢相比，铸铁中含碳及含硅量较高。

比碳钢含有较多硫、磷等杂质元素。

钢的组织为铁素体+珠光体、珠光体、珠光体+二次渗碳体；

钢的组织为珠光体+二次渗碳体+莱氏体、莱氏体、一次渗碳体+莱氏体。

钢中低碳钢塑性韧性较好、强度和硬度较低，良好的焊接性能和冷成型性能；

中碳钢有优良的综合机械性能；

高碳钢塑性韧性较低，但强度和硬度较高、耐磨性较好。

以上钢均可进行锻造和轧制，并可经过热处理改变其组织，进而极大的提高其性能。

白口铸铁组织中存在着共晶莱氏体,性能硬而脆,很难切削加工,但其耐磨性好，铸造性能优良。

灰铸铁组织中碳全部或大部分以片状石墨形式存在,断口呈暗灰色。

其铸造性能、切削加工性、减摩性、消震性能良好，缺口敏感性较低。

3.试述石墨形态对铸铁性能的影响。

灰铸铁中石墨呈片状，片状石墨的强度、塑性、韧性几乎为零存在石墨地方就相当于存在孔洞、微裂纹,它不仅破坏了基体的连续性,减少了基体受力有效面积,而且在石墨片尖端处形成应为集中,使材料形成脆性断裂。

石墨片的数量越多,尺寸越粗大,分布越不均匀,铸铁的抗拉强度和塑性就越低。

由于灰铸铁的抗压强度、硬度与耐磨性主要取决于基体,石墨存在对其影响不大。

故灰铸铁的抗压强度一般是抗拉强度的3-4倍。

球墨铸铁中石墨呈球状，所以对金属基体的割裂作用较小,使得基体比较连续,在拉伸时引起应力集中的现象明显下降,从而使基体强度利用率从灰铸铁的30%~50%提高到70%~90%这,就使球墨铸铁的抗拉强度、塑性和韧性、疲劳强度不仅高于其它铸铁,而且可以与相应组织的铸钢相比。

可锻铸铁中石墨呈团絮状。

与灰铸铁相比对金属基体的割裂作用较小可锻铸铁具有较高的力学性能,尤其是塑性与韧性有明显的提高。

29、确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织。

⑴经冷轧后的钢板，要求降低硬度；

⑵ZG35的铸造齿轮；

⑶改善

T12钢的切削加工性能。

⑴再结晶退火。

退火目的：

消除加工硬化现象，恢复钢板的韧性和塑性。

再经晶退火后的组织：

生成与钢板冷轧前晶格类型相同的细小、等轴晶。

冷轧钢板一般为低碳钢，再结晶退火后的组织为铁素体+珠光体。

⑵完全退火。

通过完全重结晶，使铸造过程中生成的粗大、不均匀的组织细化，消除魏氏组织，以提高性能，同时消除内应力。

退火后的组织：

铁素体+珠光体。

⑶球化退火。

使

二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化，以

降低硬度，改善切削加工性能，并为以后的淬火做组织准备。

退火后的组织：

球化体（铁素体基体+球状渗碳体）。

30、说明直径为6mm的45钢退火试样分别经下列温度加热：

700C、

760C、840C、1100C，保温后在水中冷却得到的室温组织。

加热到1100C保温后水冷的组织：

粗大马氏体;

加热到840C保温后水冷的组织：

细小马氏体;

加热到760C保温后水冷的组织：

铁素体十马氏体;

加热到700C保温后水冷的组织：

铁素体十珠光体。

37、合金元素提高钢的回火稳定性的原因何在？

合金元素在回火过程中推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变

即在较高温度才开始分解和转变）;

提高铁元素的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度，因此提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。

43、用T10钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为：

锻造一热处理一机加工一热处理一磨加工。

①写出其中热处理工序的名称及作用。

②制定最终热处理（磨加工前的热处理）的工艺规范，并指出车刀在使用状态下的显微组织和大致硬度。

①锻造一正火一球化退火一机加工一淬火、低温回火一磨加工。

正火：

得到S+二次渗碳体、细化组织，消除网状二次渗碳体,为球化退火做准备。

球化退火：

使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化，得到球状珠光体。

改善机加工性能，同时为淬火做组织准备。

淬火：

得到马氏体十粒状渗碳体十残余奥氏体。

提高硬度，提高车刀的耐磨性。

低温回火：

得到回火马氏体十粒状渗碳体十残余奥氏体，降低淬火应力，提高工件韧性，同时保证淬火后的高硬度和高耐磨性。

②淬火：

加热温度760C，保温后水冷

加热温度150250C，保温后（V2h）炉冷或空冷。

5864HRC第三章

5、为什么合金弹簧钢以硅为重要的合金元素?

为什么要进行中温回火?

硅元素的主要作用在于提高合金的淬透性，同时提高屈强比。

进行中温回火的目的在于获得回火屈氏体组织，具有很高的屈服强度，弹性极限高，并有一定的塑性和韧性。

27.回火的目的是什么？

常用的回火操作有哪几种？

指出各种回火操作得到的组织、性能及其应用范围。

回火的目的是降低淬火钢的脆性，减少或消除内应力，使组织趋于稳定并获得所需要的性能。

常用的回火操作有低温回火、中温回火、高温回火。

低温回火得到的组织是回火马氏体。

内应力和脆性降低，保持了

高硬度和高耐磨性。

这种回火主要应用于高

碳钢或高碳合金钢制造的工、模具、滚动轴承及渗碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般为HRC58-64。

中温回火后的组织为回火屈氏体，硬度HRC3545,具有一定的韧性和高的弹性极限及屈服极限。

这种回火主要应用于含碳0.5-0.7%的碳钢和合金钢制造的各类弹簧。

高温回火后的组织为回火索氏体，其硬度HRC25-35，具有适当的强

度和足够的塑性和韧性7、简述高速钢的成分、热处理和性能特点，并分析合金元素的作用。

高速钢的成分特点是：

（1）高碳，其碳质量分数在0.70%以上，最高可达1.50%左右，它一方面能保证与W、Cr、V等形成足够数量的碳化物；

另一方面还要有一定数量的碳溶于奥氏体中，以保证马氏体的高硬度。

（2）加入W、Cr、V、Mo等合金元素。

加入Cr提高淬透性，几乎所有高速钢的铬质量分数均为4%。

铬的碳化物Cr23C6在淬火加热时差不多全部溶于奥氏体中，增加过冷奥氏体的稳定性，大

W、

大提高钢的淬透性。

铬还能提高钢的抗氧化、脱碳的能力。

加入

Mo保证高的热硬性，在退火状态下，W、Mo以型碳化物形式存在。

这类碳化物在淬火加热时较难溶解，加热时，一部分碳化物溶于奥氏体，淬火后W、Mo存在于马氏体中，在随后的560C回火时，形成

W2C或Mo2C弥散分布，造成二次硬化。

这种碳化物在500〜600C温度范围内非常稳定，不易聚集长大，从而使钢具有良好的热硬性；

未溶得碳化物能起到阻止奥氏体晶粒长大及提高耐磨性的作用。

V能形成VC（或V4C3，非常稳定，极难熔解，硬度极高（大大超过的硬度）且颗粒细小，分布均匀，能大大提高钢的硬度和耐磨性。

同时

能阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒。

热处理特点是1220〜1280C淬

火+550〜570C三次回火，得到的组织为回火马氏体、细粒状碳化物

及少量残余奥氏体。

性能特点是具有高硬度、高耐磨性、一定的塑性和韧性。

其在高速切割中刃部温度达600C时，其硬度无明显下降。

9、不锈钢的固溶处理与稳定化处理的目的各是什么？

不锈钢固溶处理的目的是获得单相奥氏体组织，提高耐蚀性。

稳定化处理的目的是使溶于奥氏体中的碳与钛以碳化钛的形式充分析出，而碳不再同铬形成碳化物，从而有效地消除了晶界贫铬的可能，避免了晶间腐蚀的产生。

10、试分析20CrMnTi钢和1Cr18Ni9Ti钢中Ti的作用。

20CrMnTi钢种Ti的作用是阻止渗碳时奥氏体晶粒长大、增加渗碳层硬度和提高耐磨性。

1Cr18Ni9Ti钢中Ti的作用是优先与碳形成稳定化合物，避免晶界贫铬，防止晶间腐蚀，提高耐蚀性。

11、试分析合金元素Cr在40Cr、GCr15、CrWMn、1Cr1

3、1Cr18Ni9T、4Cr9Si2等钢中的作用。

在40Cr中：

提高淬透性，形成合金铁素体，提高钢的强度。

在GCr15中：

提高淬透性，形成合金渗碳体（Fe,C）3C呈细密、均匀分布，提高钢的耐磨性，特别是疲劳强度。

在CrWMn中：

提高淬透性。

在1Cr13中：

提高钢基体的电极电位，使钢的耐蚀性提高。

在1Cr18Ni9Ti中：

提高基体的电极电位，在氧化性介质中极易钝化，形成致密和稳定的氧化膜，提高耐蚀性、抗氧化性，并有利于热强性，提高淬透性。

在4Cr9Si2中：

提高抗氧化性，并有利于热强性，提高淬透性。

16、试述石墨形态对铸铁性能的影响。

石墨强度、韧性极低，相当于钢基体上的裂纹或空洞，它减小基体的有效截面，并引起应力集中。

普通灰铸铁和孕育铸铁的石墨呈片状，对基体的严重割裂作用使其抗拉强度和塑性都很低。

球墨铸铁的石墨呈球状，对基体的割裂作用显著降低，具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性，其综合机械性能接近于钢。

蠕墨铸铁的石墨形态为蠕虫状，虽与灰铸铁的片状石墨类似，但石墨片的长厚比较小，端部较钝，对基体的割裂作用减小，它的强度接近于球墨铸铁，且有一定的韧性，较高的耐磨性。

可锻铸铁的石墨呈团絮状，对基体的割裂作用较小，具有较高的强度、一定的延伸率。

17、试比较各类铸铁之间性能的优劣顺序，与钢相比较铸铁性能有什么优缺点？

铸铁性能优劣排序为：

球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁、灰铸铁。

与钢相比，铸铁具有以下性能特点：

（1）由于石墨的存在，造成脆性切削，铸铁的切削加工性能优异；

（2）钢铁的铸造性能良好，铸件凝固时形成石墨产生的膨胀，减小了铸件体积的收缩，降低了铸件中的内应力；

（3）石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油，使铸件有良好的耐磨性能；

（4）石墨对振动的传递起削弱作用，使铸铁有很好的抗震性能；

（5）大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感。

其主要缺点是韧性、塑性较低。

22、比较退火状态下的45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性的高低，简述原因。

硬度：

45钢最低，T8钢较高，T12钢最高。

因为退火状态下的45钢组织是铁素体+珠光体，T8钢组织是珠光体，T12钢组织是珠光体+二次渗碳体。

因为铁素体硬度低，因此45钢硬度最低。

因为二次渗碳体硬度高，因此T12钢硬度最高。

强度：

因为铁素体强度低，因此45钢强度最低。

T8钢组织是珠光体,强度最高。

T12钢中含有脆性的网状二次渗碳体，隔断了珠光体之间的结合，所以T12钢的强度比T8钢要低。

但T12钢中网状二次渗碳体不多，强度降低不大，因此T12钢的强度比45钢强度要高。

塑性：

因为铁素体塑性好，因此45钢塑性最好。

T12钢中含有脆性的网状二次渗碳体，因此T12钢塑性最差。

T8钢无二次渗碳体，所以T8钢塑性较高。

10、为什么碳钢进行热锻、热轧时都要加热到奥氏体区？

因为奥氏体是面心立方晶格，其滑移变形能力大，钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较好，因此锻造或轧制选在单相奥氏体区内进行。

14.有一传动轴（最大直径©

20mm）受中等交变拉压载荷作用要求沿截面性能均匀一致,

（1）选择合适的材料,

（2）编制简明工艺路线,（3）说明各热处理工艺的主要作用:

（4）指出最终组织.

可供选择材料:

16Mn,20CrMnTi,45,40Cr,40CrNiMo,T12”,6”,”5”答：

（1）选用20CrMnTi

（2）简明工艺路线：

备料7锻造7正火7机械加工7渗碳7淬火、低温回火T机械加工。

3）热处理工艺的主要作用如下：

正火：

主要为了消除毛坯的锻造应力，降低硬度以改善切削加工性，同时也均匀组织，细化晶粒，为以后的热处理做组织准备。

渗碳：

为了保证传动轴表层的含碳量及渗碳层深度的要求。

淬火+低温回火：

提高表面的硬度和耐磨性，而心部具有足够的韧性，其中低温回火的作用是消除淬火应力及减少脆性。

3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？

用来说明晶体中原子排列的紧密程度。

晶体中配位数和致密度越大，则晶体中原子排列越紧密。

8.金属结晶的基本规律是什么？

晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？

①金属结晶的基本规律是形核和核长大。

②受到过冷度的影响,同时外来难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率。

第二章金属的塑性变形与再结晶加工硬化：

随着塑性变形的增加，金属的强度、硬度迅速增加；

塑性、韧性迅速下降的现象。

再结晶：

被加热到较高的温度时，原子也具有较大的活动能力，使晶粒的外形开始变化。

从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。

和变形前的晶粒形状相似，晶格类型相同，把这一阶段称为“再结晶”。

9．在制造齿轮时，有时采用喷丸法（即将金属丸喷射到零件表面上）使齿面得以强化。

试分析强化原因。

高速金属丸喷射到零件表面上，使工件表面层产生塑性变形，形成一定厚度的加工硬化层，使齿面的强度、硬度升高。

五、简答题

1.指出下列工件正火的主要作用及正火后的组织。

1）20CrMnTi制造传动齿轮

（2）T12钢制造铣刀答：

⑴调整硬度，便于切削加工；

细化晶粒，为淬火作准备；

消除残余内应力。

正火后组织为F和S⑵正火是为了消除网状二次渗碳体,为球化退

火做组织准备，同时正火可增加珠光体量并

细化晶粒，提高强度、硬度和塑性，并作为最终热处理。

正火后组织为索氏体。

2.用45钢制造主轴，其加工工艺的路线为：

下料锻造退火粗加工调质处理试问：

（1）调质处理的作用。

（2）调质处理加热温度范围。

⑴调制处理可以使材料具有良好的综合力学性能，在保持较高强

度的同时，具有良好的塑性和韧性。

⑵500〜650C

3.热处理的目是什么？

有哪些基本类型？

目的是改变钢的组织结构，从而获得所需要的性能。

4.

根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点的不同，可分为下面几类：

处理等。

根据零件生产过程中所处的位置和作用，又可分为预备热处理与最终热处理。

4.简述过冷奥氏体等温转变组织的名称及其性能。

随过冷度不同，过冷奥氏体将发生3种类型转变，即珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变。

⑴珠光体转变根据片层厚薄不同可细分为珠光体、索氏体和托氏体。

片间距越小，钢的强度、硬度越高，同时塑性和韧性略有改善。

⑵贝氏体转变根据组织形态不同，分为上贝氏体和下贝氏体。

上贝氏体强度与塑性都较低，而下贝氏体除了强度和硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能。

⑶马氏体根据组织形态可分为板条状和针状两大类，高硬度是马氏体性能的主要特点，含碳量增加硬度也提高。

6.什么叫退火？

其主要目的是什么？

将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却（炉冷）的热处理工艺叫做退火。

其主要目的有：

①调整硬度，便于切削加工；

②消除残余内应力，防止在后续加工或热处理中发生变形或开裂；

③细化晶粒，提高力学性能，或未最终热处理作组织准备。

7.什么叫回火？

淬火钢为什么要进行回火处理？

回火是将淬火钢加热到A1以下某温度保温后再冷却的热处理工艺。

为避免淬火件在放置过程中发生变形或开裂，钢件经淬火后应及时进行回火。

9.淬火钢采用低温或高温回火各获得什么组织？

其主要应用在什么

场合？

获得回火马氏体或回火索氏体。

低温回火主要用于处理各种工具、模具、轴承及经渗碳和表面淬火的工件；

高温回火可用于各种重要结构件如连杆、轴、齿轮等的处理，也可作为某些要求较高的精密零件、量具等的预备热处理。

11.球化退火的目的是什么？

主要应用在什么场合？

球化退了调整工件硬度，便于切削加工，同时可以细

化晶粒，为淬火作准备，还可以消除残余内

应力；

渗碳可以提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，同时可以保持心部良好的韧性和塑性；

淬火是为了提高钢的力学性能；

低温回火则可以保持淬火后高硬度、高耐磨性的同时，降低内应力，提高韧性。

13．退火的主要目的是什么？

生产上常用的退火操作有哪几种？

指出退火操作的应用范围。

（1）均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整硬度，并消除内应力和加工硬化，改善钢的切削加工性能并为随后的淬火作好组织准备。

2）生产上常用的退火操作有完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火等。

3）完全退火和等温退火用于亚共析钢成分的碳钢和合金钢的铸件、锻件及热轧型材。

有时也用于焊接结构。

球化退火主要用于共析或过共析成分的碳钢及合金钢。

去应力退火主要用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件（或冷拔件）及机加工的残余内应力。

21.说明45钢试样（①10mm）经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：

700C,760C,840C,1100C。

700C:

因为它没有达到相变温度，因此没有发生相变，组织为铁素体和珠光体。

760C：

它的加热温度在Ac1〜Ac3之间，因此组织为铁素体、马氏体和少量残余奥氏体。

840C:

它的加热温度在Ac3以上，加热时全部转变为奥氏体，冷却后的组织为马氏体和少量残余奥氏体。

1100C:

因它的加热温度过高，加热时奥氏体晶粒粗

33.试说明表面淬火、渗碳、氮化热处理工艺在用钢、性能、应用范围等方面的差别。

T8、9Mn2V、

表面淬火一般适用于中碳钢（0.4~0.5%C和中碳低合金钢（40Cr、40MnB等），也可用于高碳工具钢，低合金工具钢（如

GCr15等）。

以及球墨铸铁等。

它是利用快速加热使钢件表面奥氏体化，而中心尚处于较低温度即迅速予以冷却，表层被淬硬为马氏体，而中心仍保持原来的退火、正火或调质状态的组织。

35.选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，并且钢材具有足够的淬透性）

（1）某机床变速箱齿轮（模数m=4），要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45钢；

2）某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴径部分要求耐磨

HRC50-55），材料选用45钢；

3）镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用38CrMoALA。

（1）下料7锻造7正火7粗加工7精加工7局部表面淬火+低温

（2）下料7锻造7正火7粗加工7调质7

精加工7局部表面淬火+低温回火7精磨7

成品

3）下料7锻造7退火7粗加工7调质7精加工7氮化7研磨7成

39.钢获得马氏体组织的条件是什么？

与钢的珠光体相变及贝氏体相变比较，马氏体相变有何特点？

钢获得马氏体组织的条件是：

钢从奥氏体状态快速冷却,来不及发生扩散分解而发生无扩散型的相变。

40.说明共析钢C曲线各个区,各条线的物理意义，并指出影响C曲线形状和位置的主要因素。

过冷奥氏体等温转变曲线说明：

1）由过冷奥氏体开始转变点连接起来的曲线称为转变开始线;

由转变终了点连接起来的曲线称为转变终了线。

A1线以右转变开始线以左的区域是过冷奥氏体区；

A1线以下，转变终了线以右和Ms点以上的区域为转变产物区;

在转变开始线与转变终了线之间的区域为过冷奥氏体和转变产物共存区。

2）过冷奥氏体在各个温度等温转变时,都要经过一段孕育期（它以转变开始线与纵坐标之间的水平距离来表示）。

对共析碳钢来说,转变开始线在550C出现拐弯，该处被称为C曲线的鼻尖，它所对应的温度称为鼻温。

3）共析碳钢的过冷奥氏体在三个不同温度区间,可发生三种不同的转变:

在C曲线鼻尖以上部分，即A1~550C之间过冷奥氏体发生珠光体转变,转变产物是珠光体,故又称珠光体转变;

在C曲线鼻尖以下部分,即550C~Ms之间,过冷奥氏体发生贝氏体转变,转变产物是贝氏体,故又称贝氏体转变；

在Ms点:

以下,过冷奥氏体发生马氏体转变，转变产物是马氏体,故又称马氏体转变。

亚共析和过共析钢的等温转变C曲线,与共析钢的不同是,亚共析钢的

C曲线上多一条代表析出铁素体的线。

过共析钢的C曲线上多一条代表二次渗碳体的析出线。

影响C曲线形状和位置的主要因素有：

凡是提高奥氏体稳定性的因素，都使孕育期延长，转变减慢,因而使C曲线右移。

-反之，使C曲线左移。

碳钢c曲线的位置与钢的含碳量有关，在亚共析钢中，随着含碳量的增加，钢的C曲线位置右移。

在过共析钢中,随着含碳量的增加,c曲线又向左移。

除此之外,钢的奥氏体化温度愈高,保温时间愈长，奥氏体晶粒愈粗大，则C曲线的位置愈右移。

12.比较20钢和T10钢的退火，正火,淬火组织的异同.

退火：

20钢：

奥氏体

T10钢：

珠光体正火：

20钢：

珠光体淬火：

马氏体

马