机械工程材料及热处理复习提纲.docx

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机械工程材料及热处理复习提纲

2010-12-1922:

32:

32|  分类：

 教学资料 |  标签：

退火、正火、淬火  回火、强度、硬度、冲击韧性  |举报|字号 订阅

  《机械工程材料及热处理》这门课程是机电工程类专业人员和技术工人必须具备的一门技术基础知识，在我国这类从业人员很多，但据我观察：

他们绝大部分人基础知识都不牢，这对发展国家现代工业和提高个人技术水平非常不利。

现将自己原来编写的复习提纲重新置顶，是因为老师已经退休，不能将其压人箱底不见天日，希望更多从事机电行业的人员和学生在学习该课程时加以利用。

能为中国梦贡献自己微薄力量，作为老师万分欣慰。

机械工程材料及热处理复习提纲

（本提纲可作为专科结业、专升本、考研材料学科复习资料）

第一部分 复习要点、重点、关健处

复习参考题1

01．写出下列力学性能符号所代表的力学性能指标的名称和含义。

Ak、ak、δ、ψ、δ5、σ0.2、σ-1、σb、σs、σe、E、50HRC、640HV30、620HV30/20、180HBS、150HBS10/1000/30、500HBW5//750。

02．低碳钢试样在受到静拉力作用直至拉断时经过怎样的变形过程?

       03．某金属材料的拉伸试样L0=100mm，d0=10mm。

拉伸到产生0.2％塑性变形时作用力（载荷F0.2=6.5×103N；Fb=8.5×103N）。

拉断后测得标距长为Ll=120mm，断口处最小直径为dl=6.4mm，试求该材料的σ0.2、σb。

      04．钢的刚度为20.7×104MPa，铝的刚度为6.9×104MPa。

问直径为2.5mm，长12cm的钢丝，在承受450N的拉力作用时产生的弹性变形量（ΔL）是多少?

若是将钢丝改成同样长度的铝丝，在承受作用力不变、产生的弹性变形量（ΔL）也不变的情况下，铝丝的直径应是多少?

05．某钢棒需承受14000N的轴向拉力，加上安全系数允许承受的最大应力为140MPa。

问钢棒最小直径应是多少?

若钢棒长度为60mm、E=MPa，则钢棒的弹性变形量（ΔL）是多少?

      06．试比较布氏、洛氏、维氏硬度的特点，指出各自最适用的范围。

下列几种工件的硬度适宜哪种硬度法测量：

淬硬的钢件、灰铸铁毛坯件、硬质合金刀片、渗氮处理后的钢件表面渗氮层的硬度。

     07．若工件刚度太低易出现什么问题?

若是刚度可以而弹性极限太低易出现什么问题?

      08．指出下列硬度值表示方法上的错误。

12HRC～15HRC、58HRC～62HRC、550N／mm、2HBW、800HBS、70HRC～75HRC、200N／mm2HBS。

09．根据GB700—88《碳素结构钢》的规定，牌号为Q235钢的δ5≥235MPa、σb≥26％。

现对进厂的一批Q235钢材采用d0=10mm的标准短试样进行拉伸试验，测得的试验数据是：

Fs=20KN，拉断后测得标距长度为L1=65mm。

．试问这批钢材合格否?

      10．在图样上，为什么只用硬度来表示对机件的力学性能要求?

      11．判断下列说法是否正确，并说出理由。

（1）、材料塑性、韧性愈差则材料脆性愈大。

（2）、屈强比大的材料作零件安全可靠性高。

（3）、材料愈易产生弹性变形其刚度愈小。

（4）、伸长率的测值与试样长短有关。

（注：

δ5>δ10）（5）、冲击韧度与试验温度无关。

（6）、同一材料的σ-1一般都小于σs。

（7）、较低表面粗糙度值，会使材料的σ-1值降低。

（8）、材料综合性能好，是指各力学性能指标都是最大的。

（9）、材料的强度与塑性只要化学成分一定，就不变了。

复习参考题2

      01．解释下列名词：

晶格、晶胞、晶粒、晶界、亚晶粒、亚晶界、晶面、晶向、晶格参数、合金、相、显微组织、固溶体、金属化合物、固溶强化、第二相弥散强化、组元。

      02．在面心立方晶格中原子排列最密的晶面是（111），原子排列最密的晶向是[110]；体心立方晶格中原子排列最密的晶面是（110）；原子排列最密的晶向是[111]，试画出。

      03．金属的常见晶格有哪三种?

说出名称并画图示之。

      04．为什么单晶体有各向异性，．而多晶体的金属通常没有各向异性?

      05．什么叫晶体缺陷?

晶体中可能有哪些晶体缺陷?

它们的存在有何实际意义?

      06．固态合金中固溶体相有哪两种?

化合物相有哪三种?

它们的力学性能有何特点?

      07．固溶体的溶解度取决于哪些因素?

      08．间隙相、复杂结构的间隙化合物、间隙固溶体三者之间主要区别是什么?

 复习参考题3

01．概念：

过冷现象、过冷度、平衡状态、合金系、相图、相组成物、组织组成物、匀晶转变、共晶转变、包晶转变、细晶强化、枝晶偏析、体积质量偏析、包晶偏析、柱状晶、等轴晶、变质处理。

      02．什么是杠杆定律?

有什么用途?

      03．金属结晶的动力学条件和热力学条件是什么?

      04．铸锭是否一定要有三种晶区?

柱状晶的长大如何抑制?

      05．合金结晶中可能出现的三种偏析应如何控制使之尽量减小?

      06．将本书图3-lO Pb-Sn合金相图改画成按组织组成物填写。

      07．若Pb—Sn合金相图中C、F、E、G、D点的合金成分分别是WSn等于2％、19％、61％、97％和99％。

问在下列温度（t）时，WSn=30％的合金显微组织中有哪些相组成物和组织组成物?

它们的相对质量百分数是否可用杠杆定律计算?

是多少?

（1）、t=300℃；

（2）、刚冷到183℃共晶转变尚没开始；（3）、在183℃共晶转变正在进行中；（4）、共晶转变刚完，温度仍在183℃时；（5）、冷却到室温时（20℃）。

      08．固溶体合金和共晶合金其力学性能和工艺性能各有什么特点?

      09．纯金属结晶与合金结晶有什么异同?

       复习参考题4

01．纯铝、α-Fe、纯锌三种金属哪种金属易产生塑性变形?

02．晶体塑性变形的基本方式是什么?

实际金属塑性变形与单晶体塑性变形有什么异同?

      03．什么是加工硬化?

加工硬化在工业生产中有何利弊?

      04．什么是冷变形金属的纤维组织?

与流线有何区别?

   ’

      05．什么是残余内应力?

各类残余内应力是怎么产生的?

对金属材料有什么影响？

      06．什么是回复?

回复对变形金属有什么作用?

在工业生产中有什么用处?

      07．什么是再结晶?

再结晶对变形金属有什么作用?

在工业生产中有什么用处?

      08．热变形加工与冷变形加工是依据什么来区分?

两种变形加工各有什么优缺点?

      09．有四个外形完全相同的齿轮，所用材质也都是wc=0.45％的优质碳素钢。

但是制作方法不同，它们分别是：

（1）直接铸出毛坯。

然后切削加工成形。

（2）从热轧厚钢板上取料，然后切削加工成型。

（3）从热轧圆钢上取料，然后切削加工成型。

（4）从热轧圆钢上取料后锻造成毛坯，然后切削加工成型。

请你分析一下，哪个齿轮使用效果应该最好?

哪个应该最差?

      10．有一块铝板被子弹击穿了一个孔。

若将此铝板进行正确的再结晶退火后，弹孔周围的晶粒可能有什么样的变化?

并说明理由。

复习参考题5

01．什么是同素异构（晶）转变、共析转变?

      02．解释下列名词，并指出它们在组织形态上的特征和力学性能上的特点：

  铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、高温莱氏体、低温莱氏体、魏氏体。

      03．默画Fe—Fe3C相图，并按组织组成物填写各个相区。

指出A、J、C、D、G、S、E、P、Q九个点及Al、A3、Acm、ECF、HJB五条线的含义。

      04．试分析45钢、T8钢、T12钢在极缓慢的冷却过程中相变的过程。

并示意地画出它们在室温时的显微组织。

      05．根据Fe—Fe3C相图并通过必要的计算回答下面的问题。

（1）65钢在室温时相组成物和组织组成物各是什么?

其相对质量百分数各是多少?

（2）T8（按共析钢对待）在室温时相组成物和组织组成物各是什么?

质量百分数各是多少?

（3）T12钢的相组成物和组织组成物各是什么?

各占多大比例?

       06．某碳素钢钢号不清，经金相检查其显微组织是F+P。

其中P所占比例约为20％。

你可否据此判定出它的钢号是什么?

      07．钢中常存杂质指的是什么?

它们对钢有什么影响?

      08．指出钢号为20、45、65Mn、Q235-AF、T12、T10A、ZG270—500的碳素钢各属哪类钢?

钢号中的数字和符号的含义是什么?

各适于做什么用（各举一例）?

      09．热轧空冷状态的碳素钢随WC增加，其力学性能有什么变化?

为什么?

10．指出一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、先共晶渗碳体、共晶渗碳体、先共析渗碳体、共析渗碳体、网状渗碳体它们之间有何异同?

      11．根据已学到的知识解释下列现象。

（1）、螺钉、螺母等标准件常用低碳钢制造。

（2）、室温时平衡状态下T10比T12抗拉强度高，但硬度却低。

（3）、捆绑用的镀锌钢丝常用低碳钢丝，而起重用的钢丝绳和绕制弹簧所用钢丝却是．65Mn或65。

（4）、锉刀常用T12制造，而钳工钢锯条常用T10制造。

（5）、钢锭在正常热轧温度下轧制有时开裂。

（6）、钢适于各种变形加工成形，不易铸造成形。

      12．Fe—Fe3C相图在选材、热处理、锻造、铸造等方面有什么用途?

第二部分分类型复习参考题（有答案）

注：

仅作参考

一、名词解释：

01、珠光体：

含碳量在0.0218%—6.69%之间的铁-碳合金，当温度降到727℃时均要发生共析转变，奥氏体同时析出铁素体和渗碳体，这两种产物的机械混合物称为珠光体。

02、调质处理：

钢材经过淬火、高温回火后，得到回火索氏体组织的热处理称调质处理。

03、固溶强化：

由于溶入溶质原子形成固溶体，从而使金属材料强度、硬度升高的现象。

04、高温莱氏体：

共晶白口铁在共晶点时由液态转变为固态，发生共晶反应形成的奥氏体和渗碳体的机械混合物。

05、晶体：

凡内部质点按一定的几何规律呈周期性规律排列的物质。

06、过冷现象：

实际结晶温度Tn总是低于理论结晶温度T0的现象。

07、共晶转变：

是指一定成分的液态合金，在一定的温度下，同时结晶出两种成分一定的固相的转变。

转变时产生的两相机械混合物为共晶体。

08、球化退火：

共析钢或过共析钢加热到Ac1以上20—30℃，保温一定时间后，随炉缓冷至室温，或快冷到略低于Ar1温度，保温后出炉空冷，使钢中碳化物球化的退火工艺。

09、同素异构转变：

金属在固态下随着温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的变化称为同素异构转变。

10、合金：

指两种或两种以上的金属或金属与非金属，经熔炼或烧结而成的具有金属特性的物质。

11、时效硬化现象：

淬火后的铝合金强度和硬度随时间增长而发生显著升高的现象。

12、“枝晶偏析”：

实际生产条件下，合金的冷却速度一般比较快，扩散过程远远赶不上结晶过程，合金的成分来不及均匀化。

因此先结晶的晶体总是含有较多的高熔点组元，后结晶的晶体含有较多的低熔点组元，这种晶体中化学成分不均匀的现象称为“枝晶偏析”。

13、相图：

描述合金结晶过程的状态、温度及成分之间关系，从而了解合金中各组织的行程及变化规律的合金相得状态图叫相图。

14、奥氏体：

碳在727℃-1495℃溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体。

15、淬透性：

是指不同的钢在淬火时能够获得马氏体组织多少的能力，即钢淬透能力。

16、淬硬性：

是指不同的钢在正常淬火情况下，所能获得最大硬度高低的能力，即淬硬能力。

17、马氏体：

由过冷奥氏体直接转变为碳在-Fe中的严重过饱和固溶体。

18、强度：

指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。

19、石墨化：

铸铁中碳原子以石墨形式析出的过程。

20、可锻铸铁：

由白口铸铁通过可锻化退火后获得具有“团絮状”石墨的铸铁。

21、形变铝合金：

是指由铝合金铸锭经冷、热加工后形成的各种规格的板、棒、带、丝、管等形状型材的铝合金。

由于这种合金加热时能形成单相固溶体组织，塑性好，适于压力加工，故称形变铝合金。

22、回火脆性：

淬火钢在某些温度区间或从回火温度缓慢冷却通过该温度区间时出现的脆化现象。

23、铁素体：

碳溶解在α－Fe中形成的间隙固溶体。

24、再结晶：

冷变形金属在加热时其组织和性能都恢复到变形前的软化状态的过程。

 二、填空：

01、影响淬透性的因素有：

  含碳量 、 合金元素 、 奥氏体化程度  等。

02、根据回火加热温度的不同，可将其分为  低温回火  、 中温回火  、 高温回火  三种。

03、铁-碳合金在固态下的基本相有 铁素体 、 渗碳体 、 奥氏体 三种。

04、钢的热处理时将钢在固态下采用适当的方式进行  加热 、 保温 、 冷却 ，以获得所需组织与性能的工艺。

05、实际金属晶体的缺陷按几何形状一般分 点缺陷  、 线缺陷 、  面缺陷  三种。

06、常用来判断材料力学性能的指标有 强度 、 硬度 、 塑性  、  韧性  和 疲劳强度。

07、下列钢种中， 16Mn  钢的质量最差； T8  钢的含碳量最高； GrWMn 钢的淬透性最好。

       钢种：

16Mn、T8、GrWMn。

08、常见金属晶体结构有  体心立方晶格  、 面心立方晶格 、  密排六方晶格 三种。

09、钢的化学处理的过程有：

  分解 、 吸收 、  扩散。

10、低、中、高碳钢的含C量依次是 wc≤0.25% 、 0.30%≤wc≤0.55%  、 wc≥0.6% 。

11、除 Co、 Al 元素外。

几乎所有 合金元素  都能阻止  奥氏体晶粒 长大。

12、除 Co  元素外其他元素都能使C曲线向 右 移动，使钢的临界冷却速度 减少 ，淬透性 增大 。

13、W18Cr4V是 高速 钢，V的主要作用是  细化晶粒 ，W的主要作用是 提高热硬性 。

14、强度的主要判据包括  弹性极限（σe） 、  屈服极限（σs）、 抗拉强度（σb）；塑性判据包括 断面收缩率（ψ）和  断后伸长率（δ） 。

15、在过冷奥氏体的等温转变中，650—600℃、550—350℃、230—-50℃  之间所得到的转变产物分别是：

 索氏体（S） 、 上贝氏体（B上） 、 马氏体（M） 。

16、按溶质原子在溶剂中所占的位置不同，固溶体可分为 间隙固溶体 、 置换固溶体 两种。

17、根据含碳量及室温组织的不同，钢可分为 共析钢 、 亚共析钢 、 过共析钢 ；白口铸铁可分为 共晶白口铁 、 亚共晶白口铁 、 过共晶白口铁 。

18、在正常热处理加热条件下，亚共析碳钢的C曲线随含碳量增加向 右  移动，而过共析钢则向 左  移动。

19、亚共析钢的淬火加热温度为 Ac3  以上 30-50℃  ，随含C量的增加，其淬火加热温度将  降低  。

20、生产中常见的细化晶粒的方法有 增大过冷度 、 变质处理 、 附加振动 三种。

21、淬透性的测定方法有：

 断口检验法 、  U曲线法  、 临界直径法 、 末端淬透法 等。

22、常用渗碳方法为：

 气体渗碳 、 固体渗碳 、 盐浴渗碳 ；渗碳后的热处理方法有：

 直接淬火法 、 一次淬火法 、二次淬火法 。

23、08F钢属  低碳 钢；40钢属 中碳 钢；T8钢属  碳素工具 钢。

24、W18Cr4V是 高速 钢，V的主要作用是 细化晶粒 ，W的主要作用是  提高热硬性 ，Cr的主要作用是  提高淬透性 ，它可制造  高速切削工具 。

25、强度是金属抵抗 塑性变形 和 断裂_的能力。

其指标（判据）有：

  弹性极限σe  、 屈服强度σs 、 抗拉强σb 。

26、铁-碳合金的基本组织有铁素体、 奥氏体 、渗碳体 、 珠光体 和 莱氏体 。

其中间隙固溶体有  奥氏体 和 铁素体。

27、灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁中的石墨分别是以 _片状   、 球状 、  团絮状 形式存在。

冷却速度越 缓慢 ，越有利于石墨化。

28、马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体 ，其形态主要有 板条状 、 针片状 。

其中， 针片状 马氏体硬度高、塑性差。

29、W18Cr4V钢的淬火加热温度为1270－1280℃ ，回火加热温度为 560℃  ，回火次数 3 ，W的主要作用 提高红硬性 ，Cr的主要作用 提高淬透性 ，V的主要作用 提高硬度和韧性。

30、材料选择的三个主要原则 使用性原则、 工艺性原则 、经济性原则。

31、合金结构钢与碳素结构钢相比，其突出优点是 淬透性好， 强度高 。

32.、在工程图中，零件的力学性能通常用硬度表示。

HBS测量范围是≤450HBS ，HBW测量范围是 ≤650HBW  及 ＞450HBW，HRC测量范围是 20－67HRC 。

33、布氏硬度是根据压痕的 球缺面积 确定硬度值的，它不适宜测试 薄件、_成品件、_>450HBS或>650HBW的材料。

34.、共析钢淬火形成M+A'后，在低温、中温、高温回火后的产物分别为 回火马氏体 ，回火托氏体 ，回火索氏体 。

35、钢在淬火时，钢的淬硬性取决于 碳的质量分数 ，而钢的淬透性取决于 合金元素的含量 。

36、45钢正火后渗碳体呈片状，调质处理后渗碳体呈 粒状。

37、钢的热处理是通过钢在固态下的_加热_、_保温_和_冷却_三个阶段，使其获得所需组织结构与性能的一种工艺。

38、根据钢含碳量的不同，分为低碳钢含碳量 <_0.25%、中碳钢及高碳钢含碳量 >_0.6%_三类。

39、根据铸铁中碳元素存在的形态，铸铁可分为__灰口铸铁_、__球墨铸铁_、_可锻铸铁_和_蠕墨铸铁_四类。

40、共析钢在加热时，珠光体转变为奥氏体的过程是由 奥氏体晶核形成和长大_、_残余奥氏体的溶解_和__奥氏体均匀化_三个过程组成的。

41、白口铸铁中的碳，主要以 渗碳体 形式存在，灰口铸铁中的碳，主要以 石墨  形式存在。

42、纯金属的结晶是由 形核 和 长大 两个过程组成的。

而形核方式又分为 自发形核 和 非自发形核 两种。

通常的形核过程为 非自发形核。

43、对共析钢来说，通常“炉冷”得到 珠光体 组织，空冷得到  索氏体  组织，水冷得到 马氏体 组织。

44、常用的退火方法有__完全退火、__球化退火、__去应力退火__和__扩散退火_、等温退火。

45、球化退火获得_球状珠光体__组织，降低钢的_硬度__，提高切削加工性，并为 最终热处理  作组织准备。

主要用于 共析 钢和_过共析__钢。

46、常用的淬火方法有_单液淬火_、_双液淬火_、_分级淬火_、_等温淬火。

47、合金是由 两种 或 两种以上 的  金属元素，或  金属与非金属元素   组成的具有 金属特性 的物质。

48、亚共析钢的淬火加热温度为_Ac3__以上30--50℃，加热后得到__奥氏体__组织，快速冷却后得到_马氏体_组织，过共析钢的淬火加热温度为__AC1__以上30—50℃，加热后得到_奥氏体+渗碳体_组织，快速冷却后得到_细小马氏体+少量渗碳体+残留奥氏体_组织。

49、“共晶”转变是指一定成分的 液相  ，在一定温度下，同时结晶出 两种固定成分的固相 合金的转变。

50、感应加热表面淬火法，按电源频率不同，可分为_高频感应淬火__、_中频感应淬火_和__工频感应淬火__三种。

电流频率越高，淬硬层厚度越_薄_。

 三、选择：

01、奥氏体为（A）晶格，渗碳体为（D）晶格，铁素体为（B）晶格，δ-Fe为（B）。

A.面心立方　　B.体心立方　　C.密排六方　　　D.复杂的斜方

02、钢的组织中比容最大的是（C）。

A、奥氏体       B、珠光体       C、马氏体

03、在下列三种钢种，（A）钢的弹性最好。

（B）钢的硬度最大。

（C）钢塑性最好。

A、65              B、T10           C、20

04、过冷奥氏体直接转变为碳在α-Fe中严重过饱和的固溶体，所形成的组织是（C）。

A、珠光体        B、贝氏体        C、马氏体

05.促进铸铁中碳石墨化的元素有（B）。

A.C和S           B.C和Si          C.S和Mn              D.稀土镁

06、珠光体转变属于（A）。

A、扩散转变      B、半扩散转变  C、无扩散转变

07、下列退火方法中不适合于过共析钢的是（A）。

A、完全退火      B、球化退火     C、去应力退火

08、对于含有网状二次渗碳体的组织在球化退火之前可采用（B）将网状组织破碎。

A、完全退火      B、正火           C、去应力退火

09、热处理过程的三环节中，其排列顺序是（ A ）。

A.加热-保温-冷却 B.冷却-保温-加热 C.加热-冷却-保温

10、钢淬火的主要目的是为了获得（C）。

A、珠光体组织    B、贝氏体组织    C、马氏体组织

11、金属液的实际结晶温度总是低于理论温度，理论结晶温度与实际结晶温度之差ΔT称为（B ）。

A.凝固点；         B.过冷度；        C.过冷现象；      D.过热度

12、以下牌号中，（C）属于优质碳素结构钢。

A、ZG450          B、T12             C、35                  D、Cr12

13、选择制造下列零件的材料：

冷冲压件选（A）；齿轮选（C）；小弹簧选（B）。

A、08F               B、70               C、45

14.淬火加高温回火叫（ C ）。

A.正火                B.球化退火        C.调质         D.去应力退火

15、汽车板弹簧选用（B）。

A、45                 B、60Si2Mn       C、2Cr13         D、16Mn

16、当共析钢采用连续冷却方式时，不会得到下列哪个组织（A）

A、贝氏体         B、马氏体          C、珠光体

17、片层间距最小的是（C）。

A、珠光体         B、索氏体          C、托氏体

18、常温下使用的金属，其组织中晶粒越细小，其力学性能（ C ）

A.越差              B.不变               C.越好             D.最差

19、下列对奥氏体形成不构成影响的是（C）。

A、加热速度      B、加热温度       C、保温时间

20、碳钢中，以（B）C形曲线的鼻尖离纵坐标最远，其过冷奥氏体液最稳定。

A、亚共析钢      B、共析钢           C、过共析钢

21、过共析钢淬火加热温度是（ B ）。

A．Accm以上30～50℃ B.Ac1以上30～50℃°C.Ac1以下30～50℃°C.Ac3以上30～50℃

22、过共析钢淬火时的加热温度是（A）以上30—50度。