机械工程材料习题集答案.docx

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机械工程材料习题集答案

作业01　力学性能　参考答案

一、下列情况分别是因为哪一个力学性能指标达不到要求？

1.紧固螺栓使用后发生塑性变形。

　（屈服强度）

2.齿轮正常负荷条件下工作中发生断裂。

　（疲劳强度）

3.汽车紧急刹车时，发动机曲轴发生断裂。

　（冲击韧度）

4.不锈钢圆板冲压加工成圆柱杯的过程中发生裂纹。

　（塑性）

5.齿轮工作在寿命期内发生严重磨损。

　（硬度）

二、下列现象与哪一个力学性能有关？

1.铜比低碳钢容易被锯割。

　（硬度）

2.锯条易被折断，而铁丝不易折断。

　（塑性）

p15

1-4甲、乙、丙、丁四种材料的硬度分别为45HRC、90HRB、800HV、240HBS，

试比较这四种材料硬度的高低。

答：

45HRCHV：

90HRBHB：

所以，800HV＞45HRC＞240HBS＞90HRB

作业02a　金属结构与结晶　

参考答案

一、判断题

（×）1.凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。

（×）2.室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越低。

二、选择题

（b）1.金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将：

a.越高　　b.越低　　c.越接近理论结晶温度

（b）2.为细化晶粒，可采用：

a.快速浇注　　b.加变质剂　　c.以砂型代金属型

（c）3.晶体中的位错属于：

a.体缺陷　　b.面缺陷　　c.线缺陷　　d.点缺陷

三、填空题

1.晶体与非晶体结构上的最根本的区别是，晶体内原子排列是：

（有规则、周期性的）。

2.γ-Fe的一个晶胞原子数=（4）。

3.α-Fe、Al、Cu、Ni、V、Mg、Zn各属何种晶体结构：

体心立方：

（α-Fe、V）；面心立方：

（Al、Cu、Ni）；密排六方：

（Mg、Zn）

4.实际金属晶体中存在：

（点、线、面）三种缺陷，引起晶格（畸变）。

5.结晶过程是靠两个密切联系的基本过程来实现的，它们是：

（形核）和（晶核长大）。

6.当对金属液体进行变质处理时，变质剂可起到增加（晶核）数量的作用。

7.过冷度是指（理论结晶）温度与（开始结晶）温度之差。

8.在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，细化晶粒常采用：

（提高过冷度）和（变质处理）和振动结晶等措施.

作业02b　合金结晶与相图　

参考答案

一、填空题

1.溶质溶入使固溶体的强度和硬度（提高），这种现象叫（固溶强化），

其原因是（晶格）畸变，引起变形抗力增加。

2.间隙固溶体与间隙相的区别是：

间隙固溶体的晶格类型与溶剂（相）同，

间隙相的晶格类型与任一组元都（不）同。

3.共晶转变的特点是转变过程温度（恒定不变）。

4.与纯金属相比，合金具有更（高）的强度、硬度。

二、问答题

将20kg纯铜和30kg纯镍熔化后慢冷至T1温度，求此时：

（1）液、固两相L和α的化学成分

（2）两相的相对重量

　（3）两相的质量

答:

整个合金含Ni的质量分数为：

　　X=30/（20+30）=60%

（1）两相的化学成分为：

液相XL=50%

固相Xα=80%

（2）两相的相对重量为：

液相mL=（80-60）/（80-50）≈67%

固相mα=1-67%=33%

（3）两相的质量为：

液相ML=50×67%=33（kg）

固相Mα=50×33%=17（kg）

作业02c　Fe-C相图　

参考答案

一、判断题

（×）1.铁素体的本质是碳在α-Fe中的间隙相。

（√）2.珠光体P实质上是由铁素体F和渗碳体Fe3C两个相组成。

（×）3.在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳含量为4.3%的铁碳合金才能发生共晶反应。

（×）4.退火状态（接近平衡组织）的亚共析钢中，碳含量为0.45%比0.20%的塑性和强度都高。

二、选择题

（a）1.奥氏体是：

a.碳在γ-Fe中的间隙固溶体　　b.碳在α-Fe中的间隙固溶体　　c.碳在α-Fe中的置换固溶体

（b）2.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

三、问答题

1.设珠光体P的硬度HP=200HBS，伸长率δP=20%；铁素体F的硬度HF=80HBS，伸长率δF=50%。

计碳含量X（wC）=0.45%碳钢的硬度H和伸长率δ。

答:

（1）P的碳含量XP=0.77%

F的碳含量XF≈0%

（2）碳钢中P和F的相对重量为：

F=（XP-X）/（XP-XF）=（0.77-0.45）/（0.77-0）≈42%

P=1-42%=58%

（3）碳钢的硬度

H=HPP+HFF=200×58%+80×42%=150（HBS）

碳钢的伸长率

δ=δPP+δFF=20%×58%+50%×42%=33%

2.用显微镜观察某亚共析钢，估计其中的含珠光体的体积分数为80%，估算此钢的碳含量。

答:

亚共析钢室温组织是由珠光体P和铁素体F组成：

（1）P的碳含量XP=0.77%

F的碳含量XF≈0%

（2）珠光体的相对重量P≈80%

铁素体的相对重量F=1-P=1-80%=20%

（3）钢的碳含量

X=XPP+XFF=0.77%×80%+0%×20%≈0.62%

作业03a　热处理基础　

参考答案

一、判断题

（×）1.马氏体M的本质是C在α-Fe中的过饱和固溶体。

当奥氏体A向M转变时，体积要收缩。

（×）2.当共析成分的奥氏体A在冷却发生珠光体转变时，温度越低，其转变产物组织越粗。

（√）3.马氏体M中C的过饱和度大，固溶强化效果显著，所以其硬度很高。

（√）4.高碳马氏体中C的过饱和度大，晶格畸变大，所以其脆性大。

二、选择题

（a）1.奥氏体A向珠光体P的转变是：

a.扩散型转变　　b.非扩散型转变　　c.半扩散型转变

（c）2.共析钢的过冷A在550～350℃的温度区间等温转变时，所形成的组织是：

a.索氏体S　　　　b.下贝氏体B下　　　　c.上贝氏体B上　　　　d.珠光体P

（c）3.马氏体M的硬度取决于：

a.冷却速度　　　b.转变温度　　　c.碳含量

三、填空题

1.在过冷奥氏体等温转变产物中，P和T都是（层片）状的珠光体型组织，但T的层片间距较（小）。

2.用光学显微镜观察，上B的组织特征呈（羽毛）状，而下B则呈（黑色针）状。

3.马氏体的显微组织形态主要有（板条）状、（针或片）状两种。

其中（板条）状M的韧性较好。

四、问答题

直径为10mm的共析钢小试样加热Ac1+30℃，用图示的冷却曲线进行冷却，各得到的什么组织，

属于什么热处理方法？

答:

a：

M+残余A单液淬火

b：

M+残余A分级淬火

c：

T+M油冷淬火

d：

B下等温淬火

e：

S正火

f：

P退火

g：

P等温退火

作业03b　热处理工艺　

参考答案

一、判断题

（×）1.高合金钢既具有良好的淬透性，也具有良好的淬硬性。

（×）2.表面淬火既能改变钢的表面组织，也能改变心部组织和性能。

（×）3.经退火后再高温回火的钢，能得到回火S组织，具有良好的综合机械性能。

（√）4.钢的淬透性高，则其淬透层的深度也越大。

二、选择题

（b）1.淬硬性好的钢具有：

a.高的合金元素含量　　b.高的含C量　　c.低的含C量

（a）2.对形状复杂、截面变化大的零件进行淬火时，应选用：

a.高淬透性钢　　b.中淬透性钢　　c.低淬透性钢

（b）3.直径为10mm的40钢（Ac3=780℃）

的常规淬火温度大约为：

a.750℃　　b.850℃　　c.920℃

（a）4.上述正确淬火后的显微组织为：

a.M　　b.F+M　　c.M+P

（b）5.完全退火主要适用于：

a.共析钢　　b.亚共析钢　　c.过共析钢

（b）6.钢的回火处理是在：

a.退火后进行　　b.淬火后进行　　c.正火后进行

（c）7.20钢的渗C温度范围是：

a.600～650℃　　b.800～820℃

c.900～950℃　　d.1000～1050℃

（c）8.钢的淬透性主要取决于：

a.C含量　　b.冷却介质　　c.合金元素

三、填空题

1.球化退火的主要目的是（降低）硬度，（提高）切削性及韧性，它主要适用于（过共析）钢。

2.亚共析钢和过共析钢的正常淬火温度范围分别是（Ac3+30～50℃）和（Ac1+30～50℃）。

3.淬火钢进行回火的目的是（减少或消除）淬火应力，（调整）力学性能，（稳定）工件的组织和尺寸。

回火温度越高，钢的强度与硬度越（低）。

4.钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越（靠右），说明临界冷却速度越（小）。

作业05　铸铁　

参考答案

一、判断题

（×）1.可锻铸铁在高温时可以进行锻造加工。

（√）2.球墨铸铁可通过调质处理和等温淬火工艺提高其机械性能。

（×）3.可以通过球化退火使灰铸铁变成球墨铸铁。

二、填空题

1.影响石墨化的主要因素是（化学成分）和（冷却速度）。

2.灰铸铁中C主要以（片）状的（石墨）形式存在。

3.可锻铸铁中石墨的形态为（团絮状）。

4.球墨铸铁中石墨的形态为（球状），应力集中效应（小），所以其强度、塑韧性较灰铸铁（高）。

5.HT200牌号中“HT”表示（灰铸铁）,“200”表示（σb≥200MN/m2）。

6.生产球墨铸铁常选用（稀土Mg）作球化剂。

7.形状复杂的大型铸铁件在500～600℃进行时效处理，目的是（消除内应力）。

作业06　非铁金属　

参考答案

填空题

1.H59属于（普通黄铜），“59”表示（含Cu59%）。

2.ZCuSn10P1属于（铸造Sn青铜），“10”表示（含Sn10%）。

3.QBe2属于（Be青铜），“2”表示（含Be2%）。

4.ZChSnSb11-6属于（Sn基轴承合金），“11”表示（含Sb11%）。

5.LC4属于（超硬Al合金）,LF21属于（防锈Al合金）。

6.铝合金件淬火后于140℃进行时效处理，目的是（提高强度）。

7.下列材料常用的强化方法：

紫铜——冷变形强化（加工硬化）

45钢——固溶强化（淬火）

HT350——变质处理

LY12——时效强化

ZL102——变质处理

作业04a　钢-结构钢　

参考答案

一、判断题

（×）1.所有的合金元素都能提高钢的淬透性。

（×）2.合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。

二、填空题

1.除Co、Al外，几乎所有的合金元素都使Ms点（下降）。

2.20钢属于（优质碳素结构）或（渗碳）钢，可制造（冲压、焊接件）或（小型渗碳件）。

3.Q345（16Mn）是（低合金高强度结构）钢，可制造（桥梁）。

4.40Cr是（合金调质）钢，可制造（车床齿轮）。

5.20CrMnTi是（合金渗碳）钢，最终热处理工艺是（渗碳+淬火+低温回火）。

6.60Si2Mn是（合金弹簧钢）钢。

作业04b　工具-特殊钢　

参考答案

一、判断题

（×）1.T8钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。

（×）2.T8钢与20MnVB相比，淬硬性和淬透性都较低。

（×）3.调质钢的合金化主要是考虑提高其红硬性。

（×）4.高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成型。

（√）5.高速钢采用很高温度淬火，其目的是使碳化物尽可能多地溶入A中，从而提高钢的红硬性。

（√）6.A型不锈钢可采用加工硬化提高强度。

（×）7.A不锈钢的热处理工艺是淬火后低温回火处理。

（√）8.GCr15钢制造的高精度丝杠于淬火后进行冷处理，可消除残余A，以提高尺寸稳定性。

二、填空题

1.T12是（碳素工具）钢，可制造（锯条、量规）。

2.9SiCr是（合金量具刃具）钢，可制造（板牙、丝锥）。

3.5CrMnMo是（热作模具）钢，可制造（中型锤锻模）。

4.Cr12MoV是（冷作模具）钢，可制造（冷冲模）。

5.1Cr13是（M型不锈钢）钢，可制造（汽轮机叶片）。

作业13　选材　

参考答案

1.欲做下列零件，试为其各选一材料。

（待选材料：

ZChPb16-16-2、Q195、45、65Mn、T13）

答：

小弹簧——65Mn

　　高速轴承——ZChPb16-16-2

　　螺钉——Q195

　　锉刀——T13

　　齿轮——45

（第2、3题的待选材料：

　H68、20CrMnTi、T10、GCr9、60Si2Mn、

　　　　　　　　　　　　45、15MnV、2Cr13、LC6、40Cr、Cr12MoV）

2.某汽车变速箱齿轮，要求σb≥1050MPa，AK≥52J，齿面硬度≥HRC58，试选一材料，

并制定最终热处理工艺。

答：

选材——20CrMnTi，σb≥1080MPa，AK≥55J，齿面：

HRC≥58～64。

　　热处理工艺——930℃渗碳+850℃油淬+870℃油淬+200℃回火

3.某连杆螺栓，要求σb≥950MPa，σs≥700MPa，AK≥45J，试选一材料，并制定

最终热处理工艺。

答：

选材——40Cr，σb≥980MPa，σs≥785MPa，AK≥47J。

　　热处理工艺——850℃油淬+520℃回火

《机械工程材料》试题

姓名：

                        成绩:

一、名词解释：

3×5＝１５分

⒈调质:

　对钢材作淬火+高温回火处理，称为调质处理。

⒉碳素钢:

含碳量≤2.11%的铁碳合金。

⒊SPCD:

表示冲压用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08Al（13237）优质碳素结构钢。

二、填空题：

　　1０×2＝２0分

⒈按腐蚀过程特点，金属腐蚀可分为化学腐蚀_和电化学腐蚀___。

2．常用力学性能判据有_强度____、__韧性_、_延展性_和_弹性模量_。

3.钢中的＿硫＿＿元素引起热脆，＿磷＿＿元素引起冷脆，＿氢＿＿元素引起白点，＿氮＿＿元素引起兰脆。

4.铝合金的强化除了热处理强化外，还可以进行＿固溶时效＿强化。

5.钢在加热过程中产生的过热缺陷可以通过＿＿＿回火＿＿＿热处理来消除。

6．常用的高分子材料有_塑料_、_橡胶__和_合成纤维__。

7．铸造铝合金分为_铝铜合金_、_铝镁合金_、_铝硅合金_和_铝锌合金。

8．合金工具钢是指用于制造各种__刃具___、__模具__和__量具_用钢的总合。

9．材料渗碳的目的是为了得到__较高的零件表层硬度与耐磨性_。

10．45钢按用途分类属于___碳素结构钢_______。

三、判断题：

1０×2＝２0分

1.（×）钢的淬透性主要取决于冷却速度。

2.（√）实际的金属晶体都呈各向异性。

3.（×）加工硬化、固溶强化均使材料强度、硬度显著提高，塑性、韧性明显降低，故可认为它们有相同的强化机理。

4.（√）金属材料、陶瓷材料和高分子材料的本质区别在于它们的化学键不同。

5.（√）材料的强度、硬度越高，其塑性、韧性越差。

6.（√）调质和正火两种热处理工艺所获得的组织分别为回火索氏体和索氏体，它们的区别在于碳化物的形态差异。

7.（×）铝合金人工时效比自然时效所获得的硬度高，且效率也高，因此多数情况下采用人工时效。

8．（×）硬质合金可用做刀具材料，模具材料和量具材料。

9．（×）在热处理中变形和开裂都是不可避免的。

10．（√）球墨铸铁是铸铁中力学性能最好的。

四、问答题5×9＝45分

1、什么是金属的力学性能？

金属的力学性能主要包括哪些方面？

材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。

材料的常规力学性能指标主要包括强度、硬度、塑性和韧性等。

2、什么是钢的热处理？

常用热处理方法有哪几种？

通过对钢件作一定条件的加热、保温和冷却，从而改变整体或表层的组织，获得所需的性能。

常用热处理方法有：

退火、正火、淬火和回火。

3、钢按化学成分可分为哪几类？

钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。

其中，碳素钢按含碳量的多少分低碳钢、中碳钢、高碳钢；合金钢按合金元素种类分锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢，按合金元素含量的多少分低合金钢、中合金钢、高合金钢。

4、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁在组织上的根本区别是什么？

四种材料的在组织上的根本区别是铸铁中的石墨的形态不同（形状、大小、数量、分布等），灰铸铁的石墨是片状，球墨铸铁的石墨是球状，可锻铸铁的石墨是团状，蠕墨铸铁的石墨是虫状。

5、硬质合金的主要组成是什么？

常用硬质合金分哪几类？

各有何主要应用？

硬质合金的主要组成是难熔金属碳化物和粘结金属。

常用硬质合金分为钨钴类硬质合金（代号YG）和钨钴钛类硬质合金（代号YT）两种。

YG合金多用于加工产生断续切屑的的脆性材料（如铸铁），YT合金多用于加工产生连续切屑的韧性材料，特别是高速切削钢件。

一、名词解释（共15分，每小题3分）

1.奥氏体（A）  2.回复  3.固溶体  4.自然时效  5.加工硬化

二、填空题（共20分，每空1分）

1.石墨为片状的灰口铸铁称为　  　铸铁，石墨为团絮状的灰口铸铁称为　__　铸铁，石墨为球状的灰口铸铁称为　  　铸铁。

其中　　　铸铁的韧性最高，因而可以锻造。

2.陶瓷材料中的气相是指　　    ，在　      程中形成的，它      了陶瓷的强度。

3.根据采用的渗碳剂的不同，将渗碳分为__________、__________和__________三种。

4.工程中常用的特殊性能钢有_________、_________、_________等。

5.金属的断裂形式有__________和__________两种。

6.金属元素在钢中形成的碳化物可分为_________、_________两类。

7.常见的金属晶体结构有____________、____________和____________三种。

三、选择题（共25分，每小题1分）

1.40钢钢锭在1000℃左右轧制，有时会发生开裂，最可能的原因是（  ）

  A.温度过低；B.温度过高；C.钢锭含磷量过高；D.钢锭含硫量过高

2.下列碳钢中，淬透性最高的是（  ）

A.20钢；  B.40钢；  C.T8钢；    D.T12钢

3.Ni在1Cr18Ni9Ti钢中的主要作用是（  ）

A.提高淬透性；  B.固溶强化；  C.扩大Fe-Fe3C相图中的γ相区；  D.细化晶粒；

4.W18Cr4V钢锻造后，在机械加工之前应进行（  ）

A.完全退火；  B.球化退火；  C.去应力退火；  D.再结晶退火

5.下列材料中，最适合制造机床床身的是（  ）

A.40钢；    B.T12钢；    C.HT300；      D.KTH300-06

6.下列材料中，最适合制造气轮机叶片的是

A.1Cr13钢；  B.1Cr17钢；  C.3Cr13钢；    D.4Cr13钢

7.下列材料中，最适合制造飞机蒙皮的是（  ）

A.ZAlSi12；B.2A50（旧牌号LD5）；C.ZAlMg10；D.2A12（旧牌号LY12）

8.下列材料中，最适合制造盛放氢氟酸容器的是（  ）

A.1Cr17；    B.1Cr18Ni9Ti；C.聚四氟乙烯；  D.SiO2

9.下列材料中，最适合制造汽车板弹簧的是（  ）

A.60Si2Mn；  B.5CrNiMo；    C.Cr12MoV；    D.GCr15

10.下列材料中，最适合制造汽车火花塞绝缘体的是（  ）

A.Al2O3；  B.聚苯乙烯；    C.聚丙烯；      D.饱和聚酯

11.铜只有通过冷加工并经随后加热才能使晶粒细化，而铁则不需冷加工，只

需加热到一定温度即使晶粒细化，其原因是（  ）

A.铁总是存在加工硬化，而铜没有；    B.铜有加工硬化现象，而铁没有；

  C.铁在固态下有同素异构转变；而铜没有D.铁和铜的再结晶温度不同

12.常用不锈钢有铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和（  ）

A.铁素体-奥氏体不锈钢；  B.马氏体-奥氏体不锈钢；C.莱氏体不锈钢；    D.贝氏体不锈钢

13.以下哪种铸铁的断口呈灰黑色？

（  ）

A.马口铁；      B.白口铸铁；      C.麻口铸铁；      D.灰铸铁

14.用于制造渗碳零件的钢称为（  ）。

  A.结构钢；      B.合金钢；    C.渗碳钢；        D.工具钢

15.马氏体组织有两种形态（  ）。

  A.板条、树状；  B.板条、针状；  C.树状、针状；  D.索状、树状

16.实际生产中，金属冷却时（  ）。

A.理论结晶温度总是低于实际结晶温度；    B.理论结晶温度总是等于实际结晶温度；  

C.理论结晶温度总是大于实际结晶温度；  D.实际结晶温度和理论结晶温度没有关系

17.零件渗碳后，一般需经过（  ）才能达到表面硬度高而且耐磨的目的。

A.淬火+低温回火；    B.正火；    C.调质；    D.淬火+高温回火

18.C曲线右移使淬火临界冷却速度（  ），淬透性（  ）。

  A.减小、增大；  B.减小、减小；  C.增大、减小；  D.增大、增大

19.机械制造中，T10钢常用来制造（  ）。

  A.容器；    B.刀具；      C.轴承；      D.齿轮

20.钢经表面淬火后将获得（  ）。

  A.一定深度的马氏体；  B.全部马氏体；  C.下贝氏体；  D.上贝氏体

21.GCrl5SiMn钢的含铬量是：

（  ）

A.15％；    B.