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材料成型基础课后习题答案

作业1

一、思考题

1．什么是机械性能？

（材料在载荷作用下所表现出来的性能）

它包含哪些指标?

（强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度）

2．名词解释：

过冷度（理论结晶温度与实际结晶温度之差），晶格（把每一个原子假想为一个几何原点，并用直线从其中心连接起来，使之构成空间格架），晶胞（在晶格中存在能代表晶格几何特征的最小几何单元），晶粒（多晶体由许多位向不同，外形不规则的小晶体构成的，这些小晶体称为晶粒），晶界（晶粒与晶粒之间不规则的界面），同素异晶转变固溶体（合金在固态下由组元间相互溶解而形成的相），金属化合物（若新相得晶体结构不同于任一组元，则新相师相元间形成的化合物），机械混合物

3．过冷度与冷却速度有什么关系?

对晶粒大小有什么影响?

冷却速度越大过冷度越大，晶粒越细。

4.晶粒大小对金属机械性能有何影响?

常见的细化晶粒的方法有哪些?

晶粒越细，金属的强度硬度越高，塑韧性越好。

孕育处理、提高液体金属结晶时的冷却速度、压力加工、热处理等

5．含碳量对钢的机械性能有何影响?

第38-39页

6说明铁素体、奥氏体、渗碳体和珠光体的合金结构和机械性能。

二、填表说明下列符号所代表的机械性能指标

符号

名称

单位

物理意义

σs

屈服极限

Mpa

σb

抗拉强度

Mpa

应变

无

延伸率

无

布氏硬度

kgf/mm2

HRC

洛氏硬度

无

冲击韧性

J/cm2

σ—1

疲劳强度

Mpa

以相和组织组成物填写简化的铁碳相图此题新增的此题重点

F+Fe3C

图1--1简化的铁碳合金状态图

三、填空

1.碳溶解在体心立方的α-Fe中形成的固溶体称铁素体，其符号为F，晶格类型是体心立方晶格，性能特点是强度低，塑性好。

2.碳溶解在面心立方的γ-Fe中形成的固溶体称奥氏体，其符号为A，晶格类型是面心立方晶格，性能特点是强度低，塑性好。

3.渗碳体是铁与碳的金属化合物，含碳量为6.69％，性能特点是硬度很高，脆性很差。

4.ECF称共晶转变线，所发生的反应称共晶反应，其反应式是得到的组织为L（4.3%1148℃）=A（2.11%）+Fe3C。

5.PSK称共析转变线，所发生的反应称共析反应，其反应式是得到的组织为A（0.77%727℃）=F（0.0218%）+Fe3C。

6.E是共晶点，P是共析点，Al线即PSK线，A3即GS线，Acm即ES线。

7.45钢在退火状态下，其组织中珠光体的含碳量是0.77％。

8.钢和生铁在成分上的主要区别是钢的含碳量小于2.11%，生铁2.11-6.69%，在组织上的主要区别是生铁中有莱氏体，钢中没有，在性能上的主要区别是钢的机械性能好，生铁硬而脆。

10α－Fe和γ－Fｅ的晶格类型分别属于体心立方晶格面心立方晶格

11Aｌ和Zｎ的晶格类型分别属于面心立方晶格密排六方晶格

1245钢在平衡结晶过程中冷却到共析温度时发生共析反应，A、F、Fe3C的碳含量分别为0.77%0.0218%6.69%

13金属结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个过程是

形核和长大，自发生核的生核率与过冷度的关系是过冷度越大，自发形核的生核率就越高

14金属结晶时，依附于杂质而生成的晶核叫非自发形核或不均匀形核

15晶粒的大小称晶粒度，工程上通常把晶粒分成1、2、……8等级别。

8级晶粒度的晶粒比1级晶粒度的晶粒要细（1-4粗晶粒5-8细晶粒）

16电阻温度系数的含义是电阻温度升高1度时，电阻值相应的变化量

17.钢的渗碳是在低碳钢或低碳合金钢的表面层渗入碳，以提高钢的表面硬度及耐磨性的一种工艺方法。

此题新增的

四、判断题（正确的打√，错误的打×）

l.布氏硬度计通常用于测定退火钢、正火钢的硬度，而洛氏硬度计用于测

定淬火钢的硬度。

如测试结果为217HBS、18HRC。

（×）

2.纯铁在降温过程中，912℃发生同素异构转变，由面心立方晶格的γ—Fe

转变为体心立方晶格的。

α—Fe。

这种转变也是结晶过程，同样遵循晶核形成和晶核长大的结晶规律。

（√）

3.钢和生铁都是铁碳合金。

其中，碳的质量分数（又称含碳量）小于0.77％

（0.8％）的叫钢，碳的质量分数大于2.06％（2.11％）的叫生铁。

（×）

4.奥氏体是碳溶解在γ—Fe中所形成的固溶体，而铁素体和马氏体都是碳溶解在α—Fe中所形成的固溶体。

（√）

5.珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，珠光体的机械性能介于铁素体和渗碳体之间。

（√）

6当碳的质量分数为0.77％（0.8％），由高温冷却到727℃时，铁碳合金中的奥氏体发生共晶转变，形成珠光体。

（×）

7.冲击韧性不能直接用于设计计算。

（√）

8.硬度与强度有一定关系，材料硬度越高，强度也越高。

（×）

9晶体中的位错是一种线缺陷（√）

10在共晶相图中，从L中结晶出来的β晶粒与从α中析出的βII晶粒有相同的晶体结构。

（√）

11凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。

（×）

五、选择题

1.低碳钢所受到的拉应力（C）时，开始出现明显的塑性变形；所受到的拉应力（F）时，将发生断裂。

A．＞σbB．＜σbC．＞σsD．＜σsE．达到σsF．达到σb

2.晶粒大小对钢的机械性能影响很大。

通过（D）可以获得细晶粒的钢。

A．变质处理B．加快钢液的冷却速度C．完全退火D．A、B和C

3.在下列牌号的正火态钢中，（C）的σb值最高，（D）的HBS值最高，（A）的δ和ak值最高。

在它们的组织中，（D）的二次渗碳体最多，（C）珠光体最多。

（A）的铁素体最多。

A．20钢B，45钢C．T8钢D．T13钢

4晶体的特性是（A）

A有确定的熔点，有各向异性；B无确定的熔点，有各向异性

C无确定的熔点，无各向异性；D确定的熔点，无各向异性

5固溶体的晶体结构（A）

A与溶剂相同；B与溶质相同；

C与溶剂、溶质都不相同；D与溶剂相同、也可能与溶剂不同

6间隙固溶体一定是（C）：

A无限固溶体;B有序固溶体;C有限固溶体

7下列说法正确的是（B）。

A铜锌合金为二元合金，所以它的组织由两相组成；

B合金的组织由数量、形态、大小和分布方式不同的各种相组成；

C间隙固溶体一定是无限固溶体

8固溶体出现枝晶偏析后可用（C）加以消除。

A塑性变形B再结晶C扩散退火D回火

9共晶反应是（C）。

A一种固相同时转变为二种固相B二种固相同时转变为一种固相

C一种液相同时转变为二种固相D一种液相转变为一种固相

10一个合金的室温组织为α+二次β+（α+β），它由（A）。

A二相组成B三相组成C四相组成D两种组织组成物组成

11在铁碳合金平衡组织中，塑性最好的是（A）。

A奥氏体B铁素体C渗碳体D珠光体

12下列物质由液体凝固成固体的过程是结晶过程。

（C）

A铜、氯化钠、玻璃、水银B石蜡、玻璃、铜、铝

C铜、铝、水银、氯化钠D铜、铝、氯化钠、石蜡

13实际金属结晶时，生核和晶体长大的方式主要是（D）。

A自发生核和平面长大B自发生核和树枝状长大

C非自发生核和平面长大D非自发生核和树枝状长大

14在实际生产中，细化铸造金属晶粒的主要措施是（C）。

A降低金属的过冷度和变质处理B降低金属的过冷度和调质处理

C提高金属的过冷度和变质处理D提高金属的过冷度和调质处理

15在室温平衡组织中，T10钢中的（D）相的质量分数比Ｔ12钢中的多。

A珠光体B渗碳体C二次渗碳体D铁素体

16在一般情况下,若金属的晶粒细,则（A）。

A金属的强度高，塑性好，韧性好B金属的强度高，塑性好，韧性差

C金属的强度高，塑性差，韧性好D金属的强度低，塑性好，韧性好

17为使铝锭晶粒细小，浇铸时应采用的模子是（C）。

A冷砂型B热砂型C冷金属型D热金属型

18在发生L→α+β共晶反应时，三相的成分（B）。

A相同B确定C不定D只有L相确定

19一个合金的组织为β+二次α+（α+β），其组织组成物为（C）。

Aβ、α;Bβ、二次α、α;

Cβ、二次α、（α+β）；Dβ、α、（α+β）

20含40％Ni的Cu-Ni合金平衡结晶到二相区内时（B）。

A固相与液相的含Ｎｉ量都是40％B固相比液相含Ｎｉ量高

C液相比固相含Ｎｉ量高D液相含Ｎｉ量大于40％

21含60％B的A-B合金（A、B为两种元素）平衡组织由α相和β相组成。

此时α相中含5％B，β相中含10％A，则（D）。

Aα相的质量分数为5％，β相的质量分数为95％

Bα相的质量分数为90％，β相的质量分数为10％

Cα相的质量分数为64.7％，β相的质量分数为35.3％

Dα相的质量分数为35.3％，β相的质量分数为64.7％

22珠光体是一种（B）。

A固溶体B机械混合物C共晶体

23低温莱氏体是由（D）两相组成的。

A奥氏体和渗碳体B铁素体和奥氏体C渗碳体和珠光体D渗碳体和铁素体

24Ｔ12钢室温平衡组织中，二次渗碳体呈（B）。

A层片状B网状C球状D块状

作业2（热处理）

一、思考题

1.退火的工艺特点是什么？

缓慢冷却。

能达到什么目的？

（细化晶粒、降低硬度、消除应力、均匀成分。

）试举例说明其用途。

（工具钢球化退火后硬度下降，方便切削。

）

2.正火的工艺特点是什么？

（空冷）。

能达到什么目的？

（细化晶粒、消除网状二次渗碳体。

）试举例说明其用途。

（工具钢球化退火前如果存在网状二次渗碳体，应先进行正火。

）

3.为什么淬火钢必须再进行回火处理？

试举例说明不同回火温度的应用和达到的目的。

（应力大，脆性高。

低温回火150～250C，降低应力及脆性，保持高硬度、高耐磨性，用于工具钢，如刀具；中温回火350～500C，屈服极限及弹性极限高，用于高弹性、高强度件，如弹簧；高温回火500～650C，综合机械性能好，用于受力结构件，如轴。

调质处理：

淬火加高温回火）

4.轴（中碳钢，调质、表面淬火等，要求综合机械性能好，耐磨）、锯条（工具钢，淬火加低温回火，要求高硬度高耐磨性）、弹簧（c%:

0.5-0.9，淬火加中温回火，要求高弹性）各应选用何种钢材?

各应进行哪种热处理？

试述其理由：

5.某齿轮要求具有良好的综合机械性能，表面硬度HRC50-60，用45钢制造，加工路线为：

锻造→热处理→粗加工→热处理→精加工→热处理→磨。

试说明工艺路线中各个热处理的名称、目的。

正火，去应力、细化晶粒；调质，提高综合机械性能；表面淬火，提高表面硬度，耐磨性。

此题重点

6.某厂要生产一批锉刀，选T13A钢。

经金相检验发现材料有较多网状Fe3C，试问应采用哪种热处理消除？

（正火）应进行何种中间（调质）及最终热处理？

（淬火加低温回火）

7.表面热处理能达到什么目的？

（通过改变零件表面层的组织或同时改变表面层的化学成分而改善零件的耐磨性、耐蚀性等）指出常用的表面热处理方法。

（表面淬火、化学热处理（渗碳、氮化））

8.钢的常见的分类方法有几种？

普通、优质、高级优质钢的区别是什么？

（有害夹杂元素硫磷的含量的高低，普通钢高，优质钢低，高级优质钢最低。

）

此题新增的

9.区分下列材料类别，说明数字和符号的含意。

Q235A，20，45，65，40Cr，16Mn，T8A，W18Cr4V，1Cr13此题新增的

二、填写下表钢材组织变化此题没有答案

碳钢

含碳量

0.2％℃

0.77％℃

1.2％℃

原始组织

铁素体、珠光体

珠光体

二次渗碳体、珠光体

加热温度

760℃

920℃

680℃

760℃

700℃

780℃

加热后组织

铁素体、奥氏体

奥氏体

二次渗碳体

珠光体

铁素体

奥氏体

二次渗碳体

二次渗碳体、珠光体

二次渗碳体、奥氏体

三、填写下表组织变化，并定性比较硬度大小（材料加热前为平衡组织）

此题没有答案

材料名称及热处理

加热、保温

后的组织

水中冷却后

组织

硬度大小

（热处理前后的硬度的定性比较）

45钢加热到710℃水中速冷

珠光体、

铁素体

贝氏体、铁素体

升高

45钢加热到750℃水中速冷

奥氏体

马氏体、

铁素体

降低

45钢加热到840℃水中速冷

奥氏体、

二次渗碳体

马氏体、残留奥氏体、未溶碳化物

升高

T10钢加热到710℃水中速冷

珠光体

渗碳体

升高

T10钢加热到750℃水中速冷

奥氏体、二次珠光体

马氏体、残留奥氏体、未溶碳化物

升高

四、判断题（正确的打√，错误的打×）

1.奥氏体是碳溶解在γ—Fe中所形成的固溶体，而铁素体和马氏体都是碳溶解在α—Fe中所形成的固溶体。

（√）

2.为了改善15钢、20钢的切削加工性能，可以用正火代替退火。

因为正火后的硬度比退火的低，而且正火周期短，成本低。

（×）

3.珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，珠光体的机械性能介于铁素体和渗碳体之间。

（√）

4.淬火的主要目的是为了提高钢的硬度。

因此，淬火钢可以不经过回火而直接使用。

（×）

5.回火钢的机械性能与回火温度有关，而与冷却速度无关。

（×）

6.马氏体是一种金属化合物。

（×）

7.退火的冷却速度慢于正火，正火的冷却速度慢于淬火。

（√）

8.钢的淬透性主要取决其合金元素的含量，钢的淬硬性则主要取决于其含碳量。

（√）

9.表面淬火常用于高碳钢。

（×）

10.热喷涂层的厚度一般可以在0.5毫米～5毫米范围内变化。

（√）

11.电刷镀不需镀槽,使用专门的镀液和阳极（镀笔），在刷镀工作镀层时，工件接电源正极、镀笔接负极，依靠浸满镀液的镀笔在工件表面擦拭获得镀层。

（×）

12.除Co以外，其它合金元素溶入A体中，都能使C曲线右移，提高钢的淬透性（√）

13.钢的渗碳是在低碳钢或低碳合金钢的表面层渗入碳以提高钢的表面硬度及耐磨性的一种工艺方法。

（√）

五、选择题

1.T8钢加热到（B），保温后水冷能获得细小马氏体和残余奥氏体。

A700℃B780℃C900℃D1000℃

2.45钢加热到F＋A两相区保温，A中的碳质量分数（C）钢中的碳质量分数。

A小于B等于C大于D可能小于也可能大于

3.T8钢（共析钢）过冷奥氏体高温转变产物为（D）。

A珠光体、索氏体、上贝氏体B珠光体、上贝氏体、下贝氏体

C珠光体、索氏体、铁素体D珠光体、索氏体、屈氏体

4.T8钢（共析钢）过冷奥氏体中温转变产物为（B）。

A屈氏体、上贝氏体B上贝氏体、下贝氏体

C索氏体、屈氏体D索氏体、上贝氏体

5.马氏体是（A）。

A碳在α-Fe中的过饱和固溶体B碳在α-Fe中的间隙固溶体

C碳在γ-Fe中的过饱和固溶体D碳在γ-Fe中的间隙固溶体

6.下列钢中C曲线最靠右的钢是（C）。

A20B40CT8DT10

7.45钢加热到Ac3以上30℃，保温后空冷得到的组织是（B）。

正火

AP+FBS+FCT+下BDM

8.T10加热到Ac1以上30℃，保温后水冷得到的组织是（D）。

A马氏体+残余奥氏体B马氏体+二次渗碳体

C马氏体+二次渗碳体+屈氏体D马氏体+二次渗碳体+残余奥氏体

9.45钢经调质处理后得到的组织是（C）。

A回火TB回火MC回火SDS

10.φ10ｘ1045钢小试样加热到840℃保温，水冷后得到M，其硬度为（C）。

A35HRCB45HRCC55HRCD65HRC

11.T12钢小试样加热到760℃保温，水冷后其硬度为（D）。

A35HRCB45HRCC55HRCD65HRC

12.45钢回火索氏体的性能是（D）。

A强度高，硬度高B强度低，塑性好C强度低，韧性好D强度高，韧性好

13.下列钢淬透性高低排列正确的是（C）。

AT8>60>45>20CrMnTiB20CrMnTi>45>60>T8

C20CrMnTi>T8>60>45DT8>20CrMnTi>45>60

14.下列钢淬硬性高低排列正确的是（D）。

A40Cr>60>T8>T12B40Cr>T12>T8>60

CT12>T8>40Cr>60DT12>T8>60>40Cr

15.T10钢球化退火的目的是（C）。

A提高强度、硬度B提高塑性、韧性C提高切削加工性能D提高强度、韧性

16.T12钢正常淬火温度是（C）。

A600℃～620℃B720℃～740℃C760℃～780℃D840℃～860℃

17.45钢正常淬火温度是（D）。

A600℃～620℃B720℃～740℃C760℃～780℃D840℃～860℃

18.45钢为得到回火索氏体，应进行（C）。

A淬火＋低温回火B淬火＋中温回火C淬火＋高温回火D正火

19.20钢的渗碳温度为（C）。

A600℃～650℃B800℃～850℃C900℃～950℃D1000℃～1050℃

20.经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度、可采用（C）。

A扩散退火B去应力退火C再结晶退火D球化退火

21.改善T8钢的切削加工性能，可采用（D）。

A扩散退火B去应力退火C再结晶退火D球化退火

22.若合金元素能使C曲线左移，钢的淬透性将（C）。

A提高B不变C降低D可能提高，也可能降低

23.对于45钢，当要求具有较高的综合机械性能时，应进行（D）；当同时要求较高的综合机械性能及较高的表面硬度、耐磨性时应进行（BD）。

A．正火B．表面淬火C．淬火D．调质处理

作业3（金属材料）

七、将下表中所列的钢归类，并举例写出其用途。

钢号

类别

适用

零件

举例

质量

含碳量

成分

用途

普通

优质

高级优质

低碳

中碳

高碳

碳素钢

合金钢

结构钢

工具钢

Q195

√

60Si2Mn

√

T13A

√

W18Cr4V

√

二、判断题

1.灰口铸铁可通过热处理改变石墨的形态。

（×）

2.可锻铸铁加热到高温可进行锻造加工。

（×）

3.球墨铸铁中的球状石墨是通过球化退火得到的。

（×）

4.灰口铸铁可通过表面淬火，提高其表面的硬度和耐磨性。

（√）

5.磷（硫）会引起钢材的热脆性。

（×）

6.典型铸锭结构的三个晶区由铸锭表面至心部分别为：

细等轴晶区、柱状晶区、粗等轴晶区.（√）

三、选择题

1.判断钢材质量的依据是（DE）

A．含碳量B．合金元素含量C．强度D．含磷量E．含硫量

2.钢中加入（B）元素，有利于得到本质细晶粒钢。

ATi、V、Nb、Zr、MnBTi、V、Nb、Zr、Al

CTi、V、Nb、Zr、PDTi、V、Nb、Al、P

3.45钢可用来制造（C）。

A轴、齿轮、热锻模具B轴、齿轮、锯条

C轴、齿轮、套筒D轴、齿轮、车刀

4.T10钢可用来制造（C）。

A齿轮B铣刀C手用锯条D机床床身

5.锉刀可用（D）钢制作。

A45B60CT8DT12

6.制作车床齿轮可用（A）钢。

A45B60CT8DT12

7.Q345（16Mn）是一种（C）。

A调质钢，可制造车床齿轮B渗碳钢，可制造主轴

C低合金结构钢，可制造桥梁D弹簧钢，可制造弹簧

8.40Cr是一种（A）。

A调质钢，可制造车床齿轮B渗碳钢，可制造主轴

C低合金结构钢，可制造桥梁D弹簧钢，可制造弹簧

9.制造连杆，通常采用（C）。

AQ420（15MnVN）B20CrC40CrD65Mn

10.40Cr中Cr的主要作用是（D）。

A提高耐蚀性B提高回火稳定性及固溶强化F

C提高切削性D提高淬透性及固溶强化F

11.20CrMnTi中Ti的作用是（B）。

A提高抗晶界腐蚀的能力B防止渗碳时奥氏体晶粒长大

C提高淬透性D固溶强化铁素体

12.20CrMnTi是一种（B）。

A低合金结构钢，可制造桥梁B渗碳钢，可制造齿轮

C不锈钢，可制造耐酸容器D调质钢，可制造齿轮

13.制造汽车板簧采用（A）。

A65Mn,经淬火＋中温回火处理B65Mn,经淬火＋低温回火处理

C20Mn2,经淬火＋中温回火处理D20Mn2,经淬火＋低温回火处理

14.GCr15是一种滚动轴承钢，其（C）。

A碳含量为1％，铬含量为15%B碳含量为0.1％，铬含量为15%

C碳含量为1％，铬含量为1.5%D碳含量为0.1％，铬含量为1.5%

15.GCr15制造的滚珠，最终热处理工艺为（C）。

A淬火＋低温回火，组织为：

M＋碳化物＋残余A

B淬火＋高温回火，组织为：

回火S＋碳化物＋残余A

C淬火＋低温回火，组织为：

回火M＋碳化物＋残余A

D淬火＋高温回火，组织为：

回火M＋碳化物＋残余A

16.9SiCr可制造（C）。

A板牙、丝锥、热锻模B绞刀、丝锥、热锻模

C板牙、丝锥、冷冲模D板牙、热锻模、冷锻模

17.CrWMn是一种（D）。

A铁素体不锈钢B马氏体不锈钢C耐热钢D冷作模具钢

18.W18Cr4V中C、W、Cr、V的含量大约为（D）。

A0.1%,18%W,4%Cr,1%VB1%,1%W,18%Cr,4%V

C1%,18%W,4%Cr,1%VD0.75%,18%W,4%Cr,1%V

19.W18Cr4V钢的淬火温度和回火温度分别是（A）。

A1260～1280℃，560℃三次B840～860℃，560℃三次

C1260～1280℃，200℃三次D840～860℃，200℃三次

20.W18Cr4V是一种高速钢，它可（C）。

A被车刀高速切削B制造高速运转的主轴

C制造中速切削用刀具D制造高速运转的轴承

21.（C）都是不锈钢。

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