工程材料期末考试题.docx

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工程材料期末考试题

一

二

三

四

五

六

总分

一、填空题（每空1分，共20分）

抗拉强度和屈服强度两种强度指标。

2.若退火亚共析钢试样中先共析铁素体占41.6％，珠光体58.4％，则此钢的含碳量为约0.46％。

屈服强度与，抗拉强度之比。

4.一般工程结构用金属是多晶体，在各个方向上的性能相同，这就是实际金属的各向同性现象。

5.实际金属存在点缺陷、线缺陷和面缺陷三种缺陷。

实际晶体的强度比理想晶体的强度低（高，低）得多。

6.根据组成合金的各组元之间的相互作用不同，合金的结构可分为两大类：

固溶体和金属化合物。

固溶体的晶格结构同溶剂，其强度硬度比纯金属的高。

7.共析钢加热至Ac1时将发生珠光体向奥氏体的转变，其形成过程包括四个阶段。

8.把两个45钢的退火态小试样分别加热到Ac1～Ac3之间和Ac3以上温度水冷淬火，所得到的组织前者为马氏体+铁素体+残余奥氏体，后者为马氏体＋残余奥氏体。

二、判断改错题（对打√，错打“×”并改错，每小题1分，共10分）

（）1.随奥氏体中碳含量的增高，马氏体转变后，其中片状马氏体减少，板条状马氏体增多。

（×，片状马氏体增多，板条马氏体减少）

（）2.回火屈氏体、回火索氏体和过冷奥氏体分解时形成的屈氏体、索氏体，只是形成过程不同，但组织形态和性能则是相同的。

（×，组织形态和性能也不同）

（）3.退火工件常用HRC标出其硬度，淬火工件常用HBS标出其硬度。

（×，退火工件硬度用HBS标出，淬火工件硬度用HRC标出；）

（α－Fe中所形成的过饱和固溶体；当发生奥氏体向马氏体的转变时，体积发生膨胀。

√；

（）5.表面淬火既能改变工件表面的化学成分，也能改善其心部组织与性能。

（5.×，表面淬火只能改变工件表面的组织与性能。

）

（√；）6.化学热处理既能改变工件表面的化学成分，也能改善其心部组织与性能。

（√）7.高碳钢淬火时，将获得高硬度的马氏体，但由于奥氏体向马氏体转变的终止温度在0℃以下，故钢淬火后的组织中保留有少量的残余奥氏体。

（）8.为了消除加工硬化便于进一步加工，常对冷加工后的金属进行完全退火。

×，进行再结晶退火；

（）9.片状珠光体的机械性能主要决定于珠光体的含碳量。

×，取决于珠光体的片间距；

（）10.由于钢回火的加热温度在A1以下，所以淬火钢在回火时没有组织变化。

×，尽管钢回火的加热温度在A1以下，但是淬火钢在回火时仍有组织变化。

三、选择题（每小题1分，共10分）

1.钢在淬火后所得的组织是（A）

A.淬火马氏体B.回火索氏体

C.回火屈氏体D.索氏体

2.在淬火钢中，当含碳量增加到0.6％以后，随含碳量的增加，硬度增加缓慢，这是因为（A）

A.随含碳量的增加，残余奥氏体的量增多

B.随含碳量的增加，片状马氏体的量增多

C.随含碳量的增加，淬火内应力增大

D.随含碳量的增加，非马氏体的量减少

3.若钢中加入的合金元素能使C曲线左移，则将使钢的淬透性（B）

A.提高B.降低C.不改变D.对小试样堤高，对大试样则降低

4.下列钢铁材料中切削性能较好的是（B）

12A钢

5.钢锭中的疏松可以能过下面哪种方法改善（B）

A.完全退火B.足够变形量的锻轧C.扩散退火D.正火

6.正火T8钢与完全退火T8钢相比（B）

A.前者珠光体更细密，故强度要低些

B.前者珠光体更细密，故强度要高些

C.前者珠光体更粗大，故强度要低些

D.前者珠光体更粗大，故强度要高些

7.退火亚共析钢，随含碳量的增加（B）

A.HBS、σb值减小，δ、aK值增加B.HBS、σb值增加，δ、aK值减小

C.HBS、σb值增加，δ、aK值增加D.HBS、σb值减小，δ、aK值减小

8.碳含量为Wc＝4.3％的铁碳合金具有良好的（D）

A.可锻性B.切削加工性能C.可焊性D.铸造性能

9.建筑用钢筋宜选用（C）

A.高碳钢B.中碳钢C.低碳钢

10.下述退火态钢中强度最高的是（D）

8钢

四、简答题（30分）

1.某厂仓库有20钢、45钢、T12钢和白口铸铁，大小和形状都一样，根据所学知识，可用哪些简单方法把它们迅速区分开？

请说明理由。

（5分）

答：

方法一：

硬度测试。

硬度值大小顺序是：

白口铸铁>T12钢>45钢>20钢。

因为铁碳合金的硬度随含碳量的增加而升高；四种铁碳合金的含碳量是：

白口铸铁（大于2.11%C）>T12钢（1.2%C）>45钢（0.45%）>20钢（0.2%C）。

方法二：

分别制备四种材料的金相试样，在金相显微镜上进行显微组织观察。

亚共析钢组织为（F＋P），且亚共析钢中随含碳量增加铁素体减少，珠光体增多；过共析钢组织为（P＋Fe3CⅡ），且当Wc>0.9％时，Fe3CⅡ沿晶界呈网状分布；白口铸铁的组织中有莱氏体。

所以，组织为（F＋P）而铁素体少的为20钢、珠光体多的为45钢；组织中有Fe3CⅡ沿晶界呈网状分布的T12钢，有莱氏体组织存在的是白口铸铁。

2．60钢经正常淬火后得到什么组织？

经退火后得到什么组织？

60钢淬火后分别在200℃、400℃、600℃回火又得到什么组织？

（5分）

答：

60钢淬火后组织为马氏体；（1分）

退火组织为珠光体＋铁素体；（1分）

200℃回火后组织为回火马氏体；（1分）

400℃回火后为回火屈氏体；（1分）

600℃回火后为回火索氏体。

（1分）

3.简述铸铁不同阶段石墨化程度与其最终组织的关系。

（10分）

4.指出下列牌号材料的类别和成分（或数字含义）（10分）

牌号

类别

成分或数字含义

Q235A

Q345

20Cr

HT200

T10A

W6Mo5Cr4V2

GCr15SiMn

5CrMnMo

Cr12MoV

1Cr18Ni9Ti

牌号

类别

成分或数字含义

Q235A

A级碳素结构钢

235表示钢的屈服点值为235MPa

Q345

低合金高强度结构钢

345表示钢的屈服点值为345MPa

20Cr

渗碳钢

Wc＝0.2％，Cr<1.5%

HT200

灰铸铁

200表示灰铸铁抗拉强度为200MPa

T10A

高级优质碳素工具钢

Wc＝0.1％

W6Mo5Cr4V2

高速钢

W=6%,Mo＝5％,Cr=4%,V=2%

GCr15SiMn

滚动轴承钢

Cr=1.5%,Si、Mn<1.5％,

5CrMnMo

热作模具钢

Wc=0.5%,Cr、Mn、Mo<1.5%

Cr12MoV

冷作模具钢

Wc>1.0%,Cr=12%,Mo、V<1.5%

1Cr18Ni9Ti

奥氏体不锈钢

Wc=0.1%,Cr=18%,Ni=8%,Ti<1.5%

五、综合分析题（10分）

用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件进入热处理炉，并随工件一起加热到1000℃保温，当出炉后再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，试分析其原因。

答：

冷拉钢丝绳是利用加工硬化效应提高其强度的，在这种状态下的钢丝中晶体缺陷密度增大，强度增加，处于加工硬化状态。

在1000℃时保温，钢丝将发生回复、再结晶和晶粒长大过程，组织和结构恢复到软化状态。

在这一系列变化中，冷拉钢丝的加工硬化效果将消失，强度下降，在再次起吊时，钢丝将被拉长，发生塑性变形，横截面积减小，强度将比保温前低，所以发生断裂。

六、铁碳相图（20分）

1．默画出铁碳相图，并标注出共晶和共析成分点，以及A1、A3线和Acm线的位置；

2．40钢、60钢、T12钢的室温平衡组织是什么？

它们从高温液态平衡冷却到室温要经过哪些转变？

3．画出纯铁、40钢、T12钢的室温平衡组织，并标注其中的组织。

第一章 

一、填空题  

1．工程材料按成分特点可分为金属材料、非金属材料、复合材料；金属材料又可分为有色金属和 黑色金属两类；非金属材料主要有无机非金属、有机非金属；复合材料是指    。

2．金属材料的力学性能主要包括强度、硬度、塑性、韧性等；强度的主要判据有屈服点和抗拉强度，强度和塑性可以用拉伸试验来测定；洛氏硬度测量方法简便、不破坏试样，并且能综合反映其它性能，在生产中最常用。

3．理解静拉伸试验过程和应力-应变曲线图。

 二、判断题 材料所受的应力小于屈服点σs时，是不可能发生断裂的。

（ × ）  

第二章 

1 名词解释 

晶体：

指其原子（原子团或离子）按一定的几何形状作有规律的重复排列的物体 

过冷度：

实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度 

变质处理：

有意地向液态金属中加入某些变质剂以细化晶粒和改善组织达到提高材料性能的目的。

各向异性：

在晶体中，由于各晶面和各晶向上的原子排列密度不同，因而导致在同一晶体的不同晶面和晶向上的各种性能的不同 形核率：

在单位时间内，单位体积中所产生的晶核

2 填空 

三种常见的金属晶格体心立方，面心立方，密排六方。

晶体缺陷的形式包括 点缺陷，线缺陷，面缺陷。

3 问答 

1 简述形过冷度和难熔杂质对晶体的影响。

答：

过冷度影响：

金属结晶石，形核率和长大速度决定于过冷度。

在一般的液态金属的过冷范围内，过冷度愈大，形核率愈高，则长大速度相对较小，金属凝固后得到的晶粒就愈细；当缓慢冷却时，过冷度小，晶粒就粗大。

难熔杂质的影响：

金属结晶过程中非自发形核的作用王伟是主要的。

所以某些高熔点的杂质，特别是当杂质的晶体结构与经书的晶体结构有某些相似时将强烈的促使非自发形核，大大提高形核率。

2 简述铸锭的组织结构特点。

答：

铸锭是由柱状晶粒和等轴晶粒组成的，组织部均匀，不同形状的晶粒对性能由不同的影响。

3．凝固过程中晶粒度大小的控制。

答：

主要有两种方法：

1增大过冷度，2变质处理 

第三章 

1.金属塑性变形是在什么应力作用下产生的？

金属的塑性变形有哪几种基本方式？

它们之间有何区别

金属的塑性形变是在切应力的作用下产生的。

金属的塑性形变有滑移和孪生两种形式。

它们之间的区别是：

1滑移是金属键一个个断裂，而孪生是孪生面上的键同时发生断裂；2孪生之后，虽然晶体结构为改变，但孪生的晶体的晶格位向已经发生改变。

2.塑性变形对金属的组织、结构和性能有哪些影响？

组织结构影响：

当工件的外形被拉长或者压扁时其内部的晶粒的形状也被拉长或压扁。

性能影响：

强硬度提高，塑韧性降低，电阻增加，耐腐蚀性降低 

3.什么叫再结晶？

再结晶前、后组织和性能有何变化？

当变形金属加热至较高温度，原子具有较大扩散能力时，会在变形最激烈的区域自发的形成新的细小等轴晶粒称为再结晶。

再结晶前后组织上的变化是，在形变激烈能量高的地方形核。

性能上的变化是：

1加工应力消失，2强度、硬度下降，3塑性、韧性提高 

4.何谓临界变形度？

为什么生产上应尽量避免在临界变形度这一范围内加工变形？

当变形度稍有增加时，增至大约2%~10%范围内，经再结晶退火后，晶粒急剧长大的形变度叫做临界形变度。

避免在临界形变度范围内加工是因为在临界形变度的范围内进行塑性形变是，金属中只有部分晶粒发生形变，形变极不均匀，再结晶时的生核数目很少，所以长成大晶粒。

5.什么叫冷变形和热变形？

指出它们各自变形特点和应用范围？

 低于再结晶温度的塑性形变加工为冷加工，高于再结晶温度的塑性形变加工为热加工。

热加工的变形抗力小，塑性大，而且不会产生变形强化。

故适用于界面尺寸、变形量较大的金属制品毛坯及半成品，以及那些在室温下硬度高，脆性大的金属材料的变形。

冷加工形变抗力较大，塑性较小，而且会产生变形强化。

适用于塑性好、截面小、要尺寸加工尺寸精确和表面比较光洁的金属制品。

1534℃，铜的熔点为1083℃，试估算铁和铜的最低再结晶温度，并选定其再结晶退火温度。

 T铁再=0.4T铁熔=0.4*（273+1534）-273=450 T铁退=600 

T铜再=0.4T铜熔=0.4*（1083+273）-273=269 T铜退=400 

7.有人说：

热加工与冷加工主要区别的本质是产不产生加工硬化。

此话对吗？

为什么？

不对，两者的主要区别是金属的再结晶温度 

第四章 

1解释下列名词 

合金：

由两种或两种以上的金属元素或金属元素和非金属元素组成的具有金属性质的物质

相：

在物质中，凡是成分相同，结构相同，并与其他部分以界面分开的均匀组成部分称为相 

固溶体：

合金在固态时，组元间会相互溶解，形成一种在某一组元晶格中包含有其他组元的新相称为….. 

共晶：

成分为e的液相Le同时结晶出两种成分和结构皆不相同的固相αc及βd，此转变称为共晶转变 

2.固态合金中的相结构有哪几种基本类型？

他们的结构和性能有何特点？

固溶体和化合物两种。

结构上固溶体只发生了晶格畸变，而晶格并未完全改变，性能上固溶体的强度和硬度都有所提高。

结构上化合物的晶格不同于任一组元，性能上化合物能使合金的强度硬度提高，但是塑性和韧性有所降低。

3.何谓固溶强化？

它和加工硬化有何区别？

置换原子和间隙原子的固溶强化效果哪个大些，为什么？

固溶强化是指溶质原子是固溶体的强度和硬度升高的现象。

固溶强化晶格发生畸变而加工硬化的晶格未发生改变。

间隙原子的固溶强化效果大些。

因为间隙原子引起的晶格畸变大。

 金属化合物有几种？

其性能特点如何？

常见的金属化合物有正常价化合物，电子化合物，间隙化合物。

正常价化合物具有很高的硬度和脆性。

电子化合物的熔点和硬度都很高，但是塑性差。

间隙化合物的熔点和硬度豆很高。

5.什么叫共晶反应，共析反应？

成分为e的也想Le同时结晶出两种成分和结构皆不相同的固相αc及βd，这种转变称为共晶反应 。

从一个固相中，同时析出成分和晶体结构完全不同的两种新固相的转变叫做共析反应  

第五章 

3C相图，指出图中S、E、GS、SE、PQ、PSK和ECF各点线的含义，并标注各区域的相组成物或组织组成物。

S点是共晶点，E点是碳在γ-Fe中的最大溶解度，GS代表该过程中从奥氏体中析出铁素体，SE代表从奥氏体中析出二次渗碳体，PQ代表从铁素体中析出三次渗碳体。

PSK三相区包括液相、奥氏体和渗碳体，代表共析反应。

ECF三相区包括铁素体、奥氏体和渗碳体，代表共晶反应。

2.何谓铁素体（F）、奥氏体（A）、渗碳体（cm）、珠光体（P）？

铁素体是指C在α-Fe中的间隙固溶体 奥氏体是指C在γ-Fe中的间隙固溶体 渗碳体是指C与Fe的化合物（Fe3C） 

珠光体是指共晶反应的产物铁素体与渗碳体的机械混合物 

3C相图上，指出碳在α-Fe和γ-Fe中的溶解度曲线，并指出它们的溶碳范围。

碳在α-Fe中的溶解度曲线为PQ，溶解碳的范围0~0.0218%。

碳在γ-Fe中的溶解度曲线为ES，溶解碳的范围0.77%~2.11%

4.分别画出含碳为0.45%、0.77%、和1.0%的铁碳合金的结晶过程和室温组织。

（1）0.6%C钢中的珠光体和铁素体各占多少？

 P%=（0.6-0）÷0.77=77.922% F%=（0.77-0.6）÷0.77=22.078% 

（2）1.2%C钢中的珠光体和渗碳体（二次）各占多少？

 P%=（6.69-1.2）/（ 6.69-0.77）=92.7% Fe3CⅡ%=（1.2-0.77）/（6.69-0.77）=7.3% 

6.某钢试样在显微镜下观察，发现珠光体占40%，铁素体占60%，试问这是什么成分的钢？

设是x%的钢 （x-0）/（0.77-0）=40%  

7.写出下列牌号钢材所属种类，含碳量和主要用途：

45、50、T8、T12A。

45号钢：

含碳量0.45%是中碳钢，主要用于制造各种构件和零件 50号钢：

含碳量0.50%是中碳钢，主要用于制造各种构件和零件 T8号钢：

含碳量0.8%的工具钢，主要用于制造各种刀具、量具、模具。

T12A号钢：

含碳量1.2%的A级工具钢S、P含量低于0.035%，主要用于制造各种刀具、量具、模具。

α-Fe：

体心立方结构的Fe 

α相与铁素：

碳在α相中的间隙固溶体 γ-Fe：

面心立方结构的Fe 

γ相与奥氏体：

碳在γ相中的间隙固溶体 

第六章 

2、试述奥氏体的形成过程。

 1奥氏体的形核和长大2残余渗碳体的溶解3奥氏体的均匀化  

3、奥氏体晶粒大小是什么因素决定的？

奥氏体晶粒大小对转变产物的组织和性能有何影响？

奥氏体晶粒的大小取决于加热温度和保温时间 

奥氏体晶粒越细，热处理后得到的组织就越细，钢的强度就越细，韧性和塑性就越好 

4、解释下列名词 

（1）奥氏体的起始晶粒度，实际晶粒度和本质晶粒度；  

奥氏体的起始晶粒度是指钢进行加热时，当珠光体刚刚全部转变为奥氏体时奥氏体的晶粒度实际晶粒度是指钢在某一具体的热处理或热加工条件下实际获得奥氏体晶粒度  

本质晶粒度是指钢在一定的加热条件下奥氏体晶粒长大的倾向 

（2）连续冷却和等温冷却；  

连续冷却是指在不同冷却速度的连续冷却过程中的转变过程 等温冷却是指把钢加热奥氏体化后，快速冷却到A1以下不同温度保温的钢的转变过程 

 （4）片间距：

珠光体的层片间的距离 

片状珠光体和粒状珠光体：

铁素体与渗碳体相间的片层状组织 索氏体：

片间距较小的细珠光体组织 托氏体：

片间距更小的极细珠光体组织   

（5）临界冷却速度VK：

保证奥氏体在连续冷却过程中不发生分解而全部过冷到马氏体区的最小冷却速度 

（6）贝氏体：

奥氏体在550C~Ms点温度范围内等温停留时，将转变为贝氏体组织 

上贝氏体和下贝氏体；上贝氏体550~350下贝氏体350~Ms   

（7）马氏体：

奥氏体冷却到Ms以下，冷却曲线不与C曲线相遇将形成马氏体组织 

位错马氏体和孪晶马氏体；位错马氏体的碳含量<0.2%,孪晶马氏体的碳含量>1%

5、 马氏体组织有哪几种基本形态？

它们在组织和性能上各有什么特点？

板条状和片状两种基本形态。

板条状马氏体的含碳量为0.2%以下，每个板条内有高密度的位错，片状马氏体的含碳量在1%以上，每个针片内存在大量的孪晶。

性能上片状马氏体的性能特点是硬度高而脆性大，而板条状马氏体有较高的强韧性。

7、工具钢为什么要采用球化退火？

因为工具钢是过共析钢，其中存在网状二次渗碳体，在切削加工时，对刀具的磨损很大 

第七章   

1、常用的合金元素有哪些、合金元素在钢中以什么形式存在？

Mn、Si、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr、Ni、RE 

主要以合金铁素体、合金渗碳体以及合金碳化物的形式存在。

2、合金碳化物有哪几种基本类型？

性能、特点如何？

合金化合物和间隙相两种基本类型。

它们的稳定性都很高熔点和硬度很高。

性能方面，它们能使钢的强度、硬度显著增加，耐磨性提高，而塑韧性降低。

4、大多数合金元素都使C曲线右移（除C0外）在生产上有何实际意义？

加入这些元素可以减慢奥氏体分解能力，从而提高钢的淬透性。

5、试述合金元素对淬火钢回火转变的 影响及其实际意义。

影响：

1提高钢的回火稳定性2产生二次硬化3可以消除钢的回火脆性。

实际意义：

1同一回火温度时，合金钢的一度和强度高：

回火至同一强度时，合金钢的内应力消除的较彻底，塑韧性好。

2二次硬化可以提高钢的硬度3可以提高钢的冲击韧度

9、对比分析GCr15和20CrMnTi中各元素的作用，并说明20CrMnTi的热处理特点。

GCr15：

G代表滚动轴承钢，Cr代表掺入的元素是铬，15代表该钢中含有1.5%的碳 

20CrMnTi：

20代表含碳量2.0%，掺入的CrMnTi三种元素的含量都在1.5%以下。

14、总结Si、Mn 、Ni、 Mo、 W、 V、 Ti在合金钢中的 应用。

16、解释下列名词 

弥散硬化：

指合金中的元素形成碳化物，弥散分布在合金中，使得合金的强度硬度提、耐磨性提高，塑韧性降低。

二淬硬化：

回火时硬度升高的现象 

回火稳定性（回火抗力）：

是指钢对回火时发生热按化过程的抵抗能力