材料力学Word格式文档下载.docx
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4、在发生L→α+β共晶反应时，三相的成分（）。
（a）相同（b）均确定（c）均不确定（d）L确定，其他不确定
5、45钢在室温下，铁素体组织物在整个合金中占的百分数为（）。
6、钢的质量等级的分类是按钢的（）区分的。
（a）力学性能；
（b）钢的含碳量；
（c）杂质S、P的含量；
（d）有益的Mn、Si的含量
7、奥氏体向珠光体的转变属于：
（）
（a）．扩散型转变；
（b）．非扩散型转变；
（c）．半扩散型转变。
8、过冷奥氏体是指冷却到温度下，尚未转变的奥氏体。
（a）．Mf（b）．Ms（c）．A1（d）．A3
9、制造钳工用手用锯条应当选用（）。
（a）T12钢经淬火和低温回火（b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火（c）65钢淬火后中温回火
10、HMn58-2是（）的牌号，它表示含（）量为58%，而含（）量为2%。
（a）普通黄铜（b）特殊黄铜（c）无锡青铜（d）Mn（e）Cu（f）Zn
11、塑料的使用温度应为（ ）
（a）<
Tg （b）Tg~Tf（c）>
Tf
12、电炉炉丝与电源线的接线座应用（）材料最合适。
（a）绝缘胶木；
（b）有机玻璃；
（c）20钢；
（d）陶瓷
13、发动机气阀选用（）。
（a）40Cr；
（b）1Cr18Ni9Ti；
（c）4Cr9Si2；
（d）Cr12MoV
14、适合制作变速箱齿轮的钢是（）。
（a）．W18Cr4V；
（b）Gr15；
（c）20CrMnTi；
（d）4Cr13
15、化学热处理与其他热处理方法的根本区别是（）。
（a）加热温度（b）组织变化（c）钢成分变化（d）性能变化
五、简答题（共25分）
1、有一碳钢制支架刚度不足，有人要用热处理方法；
有人要另选合金钢；
有人要改变零件载面形状解决。
哪种方法合理？
为什么？
（5分）
2、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。
3、分析钳工锯T8，T10,T12等钢料时比锯10,20钢费力，锯条容易磨钝的原因。
4、化学成分和冷却速度对铸铁石墨化和基体组织有何影响？
（10分）
六、分析题（共15分）
拟用T10制造形状简单的车刀，工艺路线为：
锻造—热处理—机加工—热处理—磨加工
（1）试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用；
（2）指出最终热处理后的显微组织及大致硬度；
（3）制定最终热处理工艺规定（温度、冷却介质）（15分）
答案
一、名词解释（共15分，每小题3分）
1、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。
2、淬透性：
钢在淬火后获得淬硬层深度大小的能力，即获得马氏体多少的能力。
3、热硬性：
又叫红硬性，钢在高温下保持高硬度的能力。
4、变质处理：
在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。
5、同素异构转变：
由于条件（温度或压力）变化引起金属晶体结构的转变，称同素异构转变。
二、填空题（共20分，每空格0.5分）
1、延伸率、断面收缩率、断面收缩率、延伸率
2、形核、晶核成长
3、滑移、孪生、滑移
4、两个相、合金
5、体心立方晶格、面心立方晶格
6、普通、优质、高级优质
7、加热、保温、冷却
8、Co、右、减小、提高
9、弹簧钢、汽车板簧、滚动轴承钢、滚动轴承、低合金刃具钢、低速切削刃具
10、F、F+P、P
11、玻璃纤维、树脂
12、黄铜、青铜、白铜
13、变形失效、断裂失效、表面损伤失效
三、判断题（共10分，每小题1分）（打√或╳）
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
×
√
四、选择题（共10分，每小题1分）
C
B
A
BED
11
12
13
14
15
D
四、简答题（共25分）
1、（5分）答：
改变零件载面形状的方法合理。
用热处理方法和另选合金钢都不合理（2分），因为零件的刚度取决于二个方面：
一是材料的弹性模量，另一个是零件的载面形状，而材料的弹性模量是相对稳定的力学性能指标外（即这一指标对材料的组织状态不敏感），用热处理方法无法改变，对于同一合金系当成分改变时，材料的弹性模量也不变化。
（3分）
2、（5分）答：
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（2分），形成一定厚度的加工硬化层，使齿面的强度、硬度升高。
3、（5分）答：
T8，T10,T12属于碳素工具钢，含碳量为0.8%，1.0%，1.2%，钢中渗碳体含量高，钢的硬度较高；
（2.5分）而10,20钢为优质碳素结构钢，属于低碳钢，钢中渗碳体含量少，钢的硬度较低，因此钳工锯T8，T10,T12等钢料时比锯10,20钢费力，锯条容易磨钝。
（2.5分）
4、（10分）答：
（1）化学成分
1）碳和硅。
碳和硅是强烈促进石墨化元素,铸铁中碳和硅的含量越高,就越容易充分进行石墨化。
由于共晶成分的铸铁具有最佳的铸造性能。
因此,将灰铸铁的碳当量均配制到4%左右。
（1.5分）
2）锰。
锰是阻止石墨化的元素,但锰与硫化合成硫化锰,减弱了硫的有害作用,结果又间接促进石墨化的作用。
故铸铁中有适量的锰是必要的。
3）硫。
硫是强烈阻碍石墨化的元素,它不仅强烈地促使白口化,而且还会降低铸铁的流动性和力学性能,所以硫是有害元素,必须严格控制其含量。
4）磷。
磷是弱促进石墨化的元素，同时能提高铁液的流动性，但磷的含量过高会增加铸铁的脆性,使铸铁在冷却过程中易开裂，所以也应严格控制其含量。
（2）冷却速度
生产实践证明，在同一成分的铸铁件中，其表面和薄壁部分易出现白口组织，而内部和厚壁处则容易进行石墨化。
由此可见,冷却速度对石墨化的影响很大。
冷却速度越慢，原子扩散时间充分，也就越有利于石墨化的进行。
冷却速度主要决定于浇注温度、铸件壁厚和铸型材料。
（4分）
五、分析题（15分）答：
（1）工艺路线为：
锻造—退火—机加工—淬火后低温回火—磨加工。
退火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性（2分）；
淬火及低温回火可获得高硬度和耐磨性以及去除内应力。
（2分）
（2）最终热处理后的显微组织为回火马氏体，大致的硬度60HRC。
（3）T10车刀的退火为球化退火，加热温度为A1线以上20℃～30℃，保温、缓冷；
淬火温度为780℃左右，冷却介质为水；
回火温度为150℃～250℃。
试卷二
一、名词解释（共15分，每小题3分）
1、固溶强化2、珠光体3、调质处理4、共晶反应5、热硬性
二、填空（共15分，每空0.5分）
1.大小不变或变化缓慢的载荷称为载荷，突然增加的载荷称为载荷，大小和方向随时间周期性变化的载荷称为载荷。
2.常见的金属晶格类型是，，。
3.金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为。
4.常温下，金属单晶体的塑性变形方式为和两种。
5.固溶体根据溶质原子在晶格中位置的不同可分为和两类。
6.结晶时,细化晶粒的途径有、、。
7.工具钢按用途可分、和。
8.化学热处理都是通过、和三个基本过程完成的。
9.影响石墨化的主要因素是和两个方面。
10.玻璃钢是和组成的复合材料。
11.不锈钢按其金相显微组织不同，常用的有以下三类：
、和
型不锈钢
12.除元素外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。
13、碳在白口铸铁中主要以形式存在，而在灰口铸铁中主要以形式存在。
14、机床轻载主轴（载荷小，冲击不大，磨损较轻）用钢制造并进行热处理。
机床中载主轴（载荷中等，磨损较严重）用制造并进行热处理。
机床重载主轴（载荷大，磨损和冲击严重）用制造并进行热处理。
15、铜合金按其合金化系列可分为、和三类。
三．判断题（共15分，每小题1分）
1.疲劳强度是表示在冲击载荷作用下而不致引起断裂的最大应力。
（）
2.凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
3.过共析钢缓冷到室温时，其平衡组织由珠光体和二次渗碳体组成。
4.固溶体都是有限溶解的。
5.淬火后马氏体的含碳量取决于奥氏体的含碳量而不是钢的含碳量.（）
6.淬火后的钢在回火时无组织变化。
7.在碳钢中具有共析成分的钢，较之于亚共析钢和过共析钢有更好的淬透性。
8.调质钢加入合金元素主要是考虑提高其热硬性。
9.滚动轴承钢GCr15的含铬量为15%。
10.缓冷条件下，钢与生铁的组织区别主要是有无莱氏体。
11.热处理可以改变铸铁中的石墨形态。
（）
四、、选择题（共15分，每小题1分）
1.高分子材料的结合键是（）。
（a）金属键与共价键；
（b）离子键与共价键；
（c）离子键与分子键；
（d）共价键与分子键
2.再结晶和重结晶都有形核与长大两个过程，主要区别在于有没有（）的改变。
（a）温度；
（b）应力状态；
（c）晶体结构；
（d）纤维组织
3.能使单晶体产生塑性变形的应力为（）。
（b）切应力；
（c）复合应力
4.珠光体是一种（）。
（a）单相固溶体;
（b）两相固溶体;
（c）化合物;
（d）机械混合物
5.不能进行锻造的铁碳合金是（）。
（a）亚共析钢；
（b）共析钢；
（c）过共析钢；
（d）亚共晶白口铸铁
6.钢的质量等级的分类是按钢的（）区分的。
（a）力学性能；
（b）钢的含碳量；
（c）杂质S、P的含量；
（d）有益的Mn、Si的含量
7.钢经调质处理后获得的组织（）：
（a）回火马氏体；
（b）回火屈氏体；
（c）回火索氏体；
（d）贝氏体
8.若合金元素能使C曲线右移，钢的淬透性将（）：
（a）降低；
（b）提高；
（c）不改变
9.合金渗碳钢渗碳后必须进行（）热处理。
（a）淬火+高温回火；
（b）淬火+中温回火；
（c）淬火+低温回火；
（d）淬火+退火
10.40Cr钢属于（）：
（a）调质钢；
（b）高速钢；
（c）耐热钢；
（d）弹簧钢
11.铸铁中碳以石墨形态析出的过程称为（）。
（a）变质处理；
（b）石墨化；
（c）球化过程；
（d）孕育处理
12.用来合成高分子材料的低分子化合物称为（ ）：
（a）链节;
（b）链段;
（c）单体
13、桥梁构件选用（）
（a）40（b）4Crl3（c）16Mn（d）65Mn
14、适合制作手术刀的钢是
（a）20Cr；
（b）4Cr13；
（c）Gr15；
（d）Cr12MoV
15、适合制作滚动轴承的钢是
（a）1Cr18Ni9Ti；
（b）Gr15；
（c）40Cr；
（d）20CrMnTi
五、简答题（共18分）
1、（本题6分）为什么细晶粒钢强度高，塑性，韧性也好？
2（本题6分）已知某亚共析钢的含碳量为0.45%，求该钢在室温下的相组成物比例以及组织组成物比例。
3、（本题6分）产生加工硬化的原因是什么？
加工硬化在金属加工中有什么利弊？
六、分析题（共22分）
1、（本题15分）用40Cr钢制造模数为3的齿轮，其加工工艺路线为：
下料（棒料）→锻造毛坯→热处理1→粗加工齿形→热处理2→精加工齿形→热处理3→磨削。
请说明各热处理工艺的名称、目的、加热温度范围及冷却方式。
2、（本题7分）用9SiCr钢制成圆板牙，其工艺路线为：
锻造→球化退火→机械加工→淬火→低温回火→磨平面→开槽开口。
试分析：
①球化退火、淬火及回火的目的；
②球化退火、淬火及回火的大致工艺。
答案
1、固溶强化：
通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。
2、珠光体（P）：
由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。
铁素体和渗碳体呈层片状。
珠光体有较高的强度和硬度，但塑性较差。
3、调质处理：
淬火后加高温回火。
4、共晶反应：
指一定成分的液体合金，在一定温度下，同时结晶出成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。
5、热硬性：
1、静载荷；
冲击载荷；
交变载荷
2、体心立方晶格；
面心立方晶格；
密排六放晶格
3、同素异晶转变
4、滑移；
孪生；
滑移
5、间隙固溶体；
置换固溶体
6、提高冷却速度；
进行变质处理；
震动
7、刃具钢；
模具钢；
量具钢
8、分解；
吸收；
扩散
9、化学成分；
冷却速度
10、玻璃纤维；
树脂
11、铁素体不锈钢；
马氏体不锈钢；
奥氏体不锈钢
12、Co
13、渗碳体；
石墨
14、45；
正火或调质；
45或40Cr；
调质+表面淬火；
20CrMnTi；
渗碳+淬火+低温回火
15、黄铜；
青铜；
白铜
四、简答题（共18分）
1、（共6分）答：
晶界是阻碍位错运动的，而各晶粒位向不同，互相约束，也阻碍晶粒的变形。
因此，金属的晶粒愈细，其晶界总面积愈大，每个晶粒周围不同取向的晶粒数便愈多，对塑性变形的抗力也愈大。
（3分）因此，金属的晶粒愈细强度愈高。
同时晶粒愈细，金属单位体积中的晶粒数便越多，变形时同样的变形量便可分散在更多的晶粒中发生，产生较均匀的变形，而不致造成局部的应力集中，引起裂纹的过早产生和发展。
因此，塑性，韧性也越好。
2、（共6分）答：
相组成物比例：
F%=（6.69-1.2）/（6.69-0.02）*100%=82%
Fe3C%=1-82%=18%或Fe3C%=（1.2-0.02）/（6.69-0.02）*100%=18%（3分）
组织组成物比例：
P%=（6.69-1.2）/（6.69-0.77）*100%=93%
Fe3CⅡ%=1-93%=7%或Fe3CⅡ%=（1.2-0.77）/（6.69-0.77）*100%=7%（3分）
3、（共6分）答：
①随着变形的增加，晶粒逐渐被拉长，直至破碎，这样使各晶粒都破碎成细碎的亚晶粒，变形愈大，晶粒破碎的程度愈大，这样使位错密度显著增加；
同时细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长而被拉长。
因此，随着变形量的增加，由于晶粒破碎和位错密度的增加，金属的塑性变形抗力将迅速增大，即强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降产生所谓“加工硬化”现象。
（3分）②金属的加工硬化现象会给金属的进一步加工带来困难，如钢板在冷轧过程中会越轧越硬，以致最后轧不动。
另一方面人们可以利用加工硬化现象，来提高金属强度和硬度，如冷拔高强度钢丝就是利用冷加工变形产生的加工硬化来提高钢丝的强度的。
加工硬化也是某些压力加工工艺能够实现的重要因素。
如冷拉钢丝拉过模孔的部分，由于发生了加工硬化，不再继续变形而使变形转移到尚未拉过模孔的部分，这样钢丝才可以继续通过模孔而成形。
1、（共15分）答：
热处理1：
安排在锻造之后，粗加工之前，应是预备热处理，其目的是消除前道工序（锻造）的缺陷，均匀化和细化组织，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性能。
达到此目的可采用完全退火或正火，由于所用材料为40Cr中碳合金钢，根据含碳量可以确定为正火。
加热温度为Ac3+30～50℃,保温后空冷。
热处理2：
齿轮工作时承受冲击，要求轮齿根部有高的综合力学性能，热处理2应为调质处理，因为钢的淬透性有限，调质处理组织的深度是一定的，为了避免把宝贵的调质处理组织层切除，调质处理应放在粗加工之后进行，后续精加工是为了修正调质处理引起的变形。
淬火加热温度为Ac3+30～50℃（约850℃），保温后油冷（40Cr为合金钢），淬火后进行高温（约500℃）回火。
热处理3：
齿轮工作时轮齿表面承受磨擦和挤压，轮齿表面要求有高的硬度，热处理3应为表面淬火，并随后进行低温回火（由于所用材料为中碳钢，不应采用渗碳处理）。
热处理3后工件表面硬度很高，难于切削加工，所以应安排在精加工之后进行，最后的尺寸精度由磨削来完成。
表面淬火可采用感应加热淬火，淬火加热温度为Ac3以上80～150℃，实际由通电加热时间控制。
加热后水溶液喷射淬火，回火温度为180～200℃。
生产中也可以采用自回火，即在工件淬火冷却到200℃左右时停止喷水，利用工件内部的余热来达到回火的目的。
2、（共7分）答：
球化退火是为了消除锻造应力，获得球状珠光体和碳化物，降低硬度以利于切削加工并为淬火做好组织准备，减少淬火时的变形与开裂（3分）；
淬火及回火是为了获得回火马氏体，保证热处理后具有高硬度、高耐磨性。
球化退火工艺：
加热温度790—810℃，等温温度700—720℃；
淬火工艺：
加热温度850—870℃（油淬）；
回火工艺；
160—180℃。
工程材料试题机械（本科）标准答案
一、名词解释：
1、调质处理：
淬火＋高温回火
2、相：
化学成分相同，晶体结构相同，并与其它有界面分开均匀的区域
３、马氏体：
碳在αFe中的过饱和固溶体
4、合金：
一种金属与另外金属或非金属材料通过熔炼或烧结构成具有金属性质的新金属材料
5、加工硬化：
零件塑性变形后强度硬度提高塑性下降的现象
二、填空题（34分）
1．碳钢中的有益元素是（Mn）、（Si），碳钢中的有害杂质是（P）、（S）。
2．20钢属（低碳）钢，其含碳量为（0.2％）；
４５钢属（中碳）钢，其含碳量为（0.45％）；
Ｔ８钢属（高碳）钢，其含碳量为（0.8％）。
3．按钢中合金元素含量，可将合金钢分为（低合金）钢、（中合金）钢和（高合金）钢。
4．合金钢按用途分类可分为（结构钢）、（工具钢）、和（特殊性能钢）三类。
5．除（Co）元素外，其他所有的合金元素都使C曲线向右移动，使钢的临界冷却速度（减小）、淬透性提高。
6．除（Mn）、（P）元素以外，几乎所有的合金元素都能阻止奥氏体晶粒长大，起到细化晶粒的作用。
7．合金钢中提高淬透性的常用合金元素为（Cr,Mn），其中作用最强烈的是（B）。
8．调质钢碳含量范围是（0.3%~0.5%），加入Ｃr、Mn等元素是为了提高（淬透性），加入Ｗ、Ｍo是为了（细化晶粒）。
9．４０Ｃr钢属（调质）钢，其碳含量为（0.4％），铬含量为（1％），可制造（齿轮）零件。
10．工具钢按用途可分（刃具钢）、（模具钢）和（量具钢）。
11．高速钢需要进行反复锻造的目的是（击碎碳化物），Ｗ18Ｃr4Ｖ钢采用高温淬火（１２６０℃～１２８０℃）的目的是（溶入合金元素），淬火后在５５０℃～５７０℃回火后出现硬度升高的原因是（二次淬火和沉淀硬化），经三次回火后的显微组织是（Cm+M+A’）。
12．20CrMnTi是（渗碳）钢，Cr、Mn的主要作用是（淬透性），Ti的主要作用是（细化晶粒），热处理工艺是（渗碳＋淬火＋低温回火）。
13．W18Cr4V是（工具）钢，含碳量是（0.7～0.8），Ｗ的主要作用是（提高红硬性），Cr的主要作用是（提高淬透性），Ｖ的主要作用是（提高耐磨性），可制造（铣刀，钻头等）。
14．Q235是（碳素结构）钢，可制造（吊钩）
15.20Cr是（渗碳）钢，可制造（心轴）；
16.60Si2Mn是（弹簧钢）钢，可制造（发条等）；
17.GCr15是（轴承）钢，可制造（珠粒）；
18.9SiCr是（工具）钢，可制造（丝锥）；
19.T
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