机械工程材料.docx
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机械工程材料
电工与电子技术
实验报告
班级：
___________________
姓名：
学号：
___________________
机电工程学院
《习题1》班级：
姓名：
学号：
一、选择题
1、表示金属材料屈服强度的符号是（B）。
AσeBσsCσbDσ-1
2、表示金属材料弹性极限的符号是（A）。
AσeBσsCσbDσ-1
3、在测量薄片工件的硬度时，常用的硬度测试方法的表示符号是（BC）。
AHBBHRCHVDHS
4、在设计拖拉机缸盖螺钉时应选用的强度指标是（A）。
AσbBσsCσ0.2Dσp
5、在设计机械零件时，一般用（A）作为设计的主要依据。
AσbBσsCσ-1Dδ
6、在作疲劳试验时，试样承受的载荷为（C）。
A静载荷B冲击载荷C交变载荷
二、填空
1、金属材料的机械性能是指在载荷作用下其抵抗（变形）或（断裂）的能力。
2、金属塑性的指标主要有（断后伸长率）和（断面收缩率）两种，其中用（断后伸长率）表示塑性更接近材料的真实变形。
3、低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、（屈服塑性变形）和（不均匀塑性变形）三个阶段。
4、常用测定硬度的方法有（布氏硬度）、（洛氏硬度）和维氏硬度测试法。
5、疲劳强度是表示材料经（无限多次循环）作用而（不断裂）的最大应力值。
6、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；非金属材料主要有高分子材料、陶瓷材料；复合材料是指两种或两种以上不同性质或不同结构的材料以微观或宏观的形式组合在一起而形成的材料。
7、金属材料的力学性能主要包括强度、塑性、韧性、硬度等；强度的主要判据有屈服强度和抗拉强度，强度和塑性可以用拉伸试验来测定；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。
8、金属材料的冲击吸收功随温度的降低而降低，这种韧性随温度急剧变化的温度范围称韧脆转变温度，韧脆转变温度越低，表明材料在低温下的冲击性能越好。
9、检验淬火钢成品件的硬度一般用（洛氏）硬度，检测退火件、正火件和调质件的硬度用
（布氏）硬度，检验氮化件和渗金属件的硬度采用（维氏）硬度试验。
10、材料的工艺性能是指（铸造）、（锻造）性能、（焊接）性能、（切削加工）性能
和（热处理）性能。
11、工程上常用金属材料的物理性能有熔点）、（密度）、（导电性）、（磁性）、（导热性）、（介电性）、（热膨胀性）。
力学性能符号
力学性能名称
力学性能符号
力学性能名称
σb
抗拉强度
Ak
冲击吸收功
δ
断后伸长率
HBS
布氏硬度（淬火钢球）
ψ
断面收缩率
HRC
洛氏硬度
三、是非题
1、用布氏硬度测量硬度时，压头为钢球，用符号HBS表示。
（√）
2、用布氏硬度测量硬度时，压头为硬质合金球，用符号HBW表示。
（√）
3、由于钢具有良好的力学性能，所以适宜制造飞机结构件，如飞机蒙皮、大梁等。
（×）
4、金属材料的机械性能可以理解为金属材料的失效抗力。
（√）
5、金属的熔点及凝固点是同一温度。
（×）
6、材料的强度高，其硬度就高，所以刚度大。
（×）
四、静载性能指标有那些？
并说明它们各自的含义
。
五、疲劳抗力有那些？
影响疲劳抗力的因素有那些？
六、压力容器钢的σs=1000MPa，KIC=170MPa·m1/2，铝合金的σs=400MPa，KIC=25MPa·m1/2，试问这两种材料制作压力容器时发生低应力脆断时裂纹的临界尺寸各是多少？
何者更适合做压力容器？
（设裂纹的Y=
）
《习题2》班级：
姓名：
学号：
一、填空题
1、低温莱氏体是（珠光体）和（渗碳体）组成的机械混合物。
2、铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成，即（表层细晶粒区）、（柱状等轴晶区）和心部等轴晶粒区。
3、铁碳合金在室温下平衡组织组成物的基本相是（铁素体）和（渗碳体），随着碳的质量分数的增加，（渗碳体）相的相对量增多，（铁素体）相的相对量却减少。
4、铁碳合金结晶过程中，从液体中析出的渗碳体称为一次渗碳体；从奥氏体中析出的渗碳体称为二次渗碳体；从铁素体中析出的渗碳体称为三次
4、低碳钢的碳质量分数范围是：
0.1%~0.25%、中碳钢：
0.25%~0.60%、高碳钢：
0.60%~1.30%。
5、金属的晶粒越细，强度、硬度越高，塑性、韧性越好。
实际生产中可通过增加过冷度、变质处理和振荡搅拌来细化晶粒。
6、金属的结晶是在过冷的情况下结晶的,冷却速度越快，过冷度越大，金属结晶后的晶粒越细，力学性能越好。
7、再结晶温度是指（冷塑性变形金属发生再结晶的最低温度），其数值与熔点间的大致关系为0.4。
钢号
符号和数字含义
Q235-A.F
屈服点为235MPa的A级沸腾钢
08F
平均Wc为0.08%%的沸腾钢
T10A
平均Wc为1.0%%的高级优质碳素工具钢
45
钢中的平均Wc为0.45%%
Q390A
屈服点为390MPa的A级镇静钢
二、选择题
1、下面所的列组织中，脆性最大的是（d）；塑性最好的是（c）。
（a）F（b）P（c）A（d）Fe3C
2、下列叙述错误的是（b）。
（a）碳在γ-Fe中的间隙式固溶体称为奥氏体（b）铁素体在室温下的最大溶解度是0.0218%
（c）奥氏体在727℃以上具有良好的塑性（d）奥氏体的溶碳能力比铁素体强
3、将下列组织按其所能达到的最高碳的质量分数从大到小排列，正确的顺序是（c）
（1）P
（2）F（3）Fe3C（4）Ld'（5）A
（a）1、2、3、4、5（b）3、4、1、5、2（c）3、4、5、1、2（d）2、3、4、5、1
4、在Fe-Fe3C相图中，ES线也称为（D）。
A．共晶线B．共析线C．A3线D．Acm线
5、在Fe-Fe3C相图中，GS线也称为（C）。
A．共晶线B．共析线C．A3线D．Acm线
6、在Fe-Fe3C相图中，共析线也称为（A）。
A．A1线B．ECF线C．Acm线D．PSK线
7、优质钢的含硫量应控制在下列（C）范围内。
A.0.06％～0.05％B.0.05％～0.035％C.0.030％～0.02％D.0.02％～0.015％
8、优质钢的含磷量应控制在下列（D）范围内。
A.0.055％～0.045％B.0.045％～0.035％C.0.035％～0.03％D.0.03％～0.02％
9、欲使冷变形金属的硬度降低、塑性提高，应进行（B）。
Ａ.去应力退火Ｂ.再结晶退火Ｃ.完全退火Ｄ.重结晶退火
10、冷变形是在（C）进行的塑性变形。
Ａ.室温Ｂ.再结晶温度以上Ｃ.再结晶温度以下Ｄ.零度以下
11、用金属板冲压杯状零件，出现明显的‘制耳’现象，这说明金属板中存在着（A）。
Ａ.形变织构Ｂ.位错密度太高Ｃ.过多的亚晶粒Ｄ.流线（纤维组织）
12、为了提高零件的机械性能，通常将热轧圆钢中的流线（纤维组织）通过（C）。
Ａ.热处理消除Ｂ.切削来切断Ｃ.锻造使其分布合理Ｄ.锻造来消除
三、判断题
1、钢中的含硫量增加，其钢的热脆性增加。
（√）
2、GS线表示由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，通称A3线。
（√）
3、过共析钢结晶的过程是：
L—L+A—A—A+Fe3CⅡ--P+Fe3CⅡ。
（√）
4、钢中的含磷量增加，其钢的冷脆性增加。
（√）
5、在实际金属和合金中，自发形核常常起着优先和主导的作用。
（×）
四、名词解释
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。
枝晶偏析：
实际生产中，合金冷却速度快，原子扩散不充分，使得先结晶出来的固溶体合金含高熔点组元较多，后结晶含低熔点组元较多，这种在晶粒内化学成分不均匀的现象称为枝晶偏析。
加工硬化:
金属经冷塑性变形后，强度、硬度升高，塑性、韧性降低的现象。
五、简答与计算题
1、有形状、尺寸相同的两个Cu-Ni合金铸件，一个含90%Ni，另一个含50%Ni,铸后自然冷却，问哪个铸件的偏析较严重？
含50%Ni的Cu-Ni合金铸件偏析较严重。
在实际冷却过程中，由于冷速较快，使得先结晶部分含高熔点组元多，后结晶部分含低熔点组元多，因为含50%Ni的Cu-Ni合金铸件固相线与液相线范围比含90%Ni铸件宽，因此它所造成的化学成分不均匀现象要比含90%Ni的Cu-Ni合金铸件严重。
2、对某退火碳素钢进行金相分析，其组织为珠光体+渗碳体（网状），其中珠光体占93%，问此碳钢的含碳量大约为多少？
Wp=93%=（2.14-WC）/（2.14-0.8）*100%=70%WC=0.89%
3、根据Fe-Fe3C相图，计算：
1）室温下，含碳0.6%的钢中珠光体和铁素体各占多少；
2）室温下，含碳1.2%的钢中珠光体和二次渗碳体各占多少；
3）铁碳合金中，二次渗碳体和三次渗碳体的最大百分含量。
答：
1）Wp=（0.6-0.02）/（0.8-0.02）*100%=74%
Wα=1-74%=26%
2）Wp=（2.14-1.2）/（2.14-0.8）*100%=70%
WFe3CⅡ=1-70%=30%
3）WFe3CⅡ=（2.14-0.8）/（6.69-0.8）*100%=23%
W Fe3CⅢ=0.02/6.69*100%=33%
《习题3.1》班级：
姓名：
学号：
一、填空题
1、影响奥氏体晶粒长大的因素有（加热条件），（钢的化学成分及组织）。
2、钢的热处理工艺是由（加热）、（保温）和（冷却）三个步骤组成的；热处理基本不改变钢件的（尺寸、形状），只能改变钢件的（组织）和（性能）。
3、完全退火适用于（亚共析成分的碳钢和合金钢）钢，其加热温度为（Ac3+30~50℃），冷却速度（缓慢），得到（F+P）组织。
4、扩散退火又称为（均匀化）退火。
球化其加热温度在（Ac1）＋30-50℃，保温后（等温或缓冷）冷却，获得（球状珠光体）组织；这种退火常用于高碳工具钢等。
5、常规加热条件下，亚共析钢随含碳量的增加，其Ｃ曲线向（右）移；过共析钢随含碳量的增加，其Ｃ曲线向（左）移。
碳钢中以（共析）钢的Ｃ曲线最靠右，故其淬透性（最高）。
6、马氏体的显微组织形态主要有板条状、针状两种。
其中板条状的韧性较好。
7、淬火前，若钢中存在网状渗碳体，应先进行正火，再进行球化处理的方法予以消除，否则会增大钢的淬透性。
8、当钢中发生奥氏体向马氏体的转变时，原奥氏体中碳含量越高，则Ms点越低，转变后的残余奥氏体量就越多。
二、选择题
1、加热是钢进行热处理的第一步，其目的是使钢获得（B）。
A.均匀的基体组织B.均匀的A体组织C.均匀的P体组织 D.均匀的M体组织
2、完全退火主要用于（A）。
A.亚共析钢B.共析钢 C.过共析钢 D.所有钢种
3、共析钢在奥氏体的连续冷却转变产物中，不可能出现的组织是（C）。
A.P B.S C.B D.M
4、退火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（A）。
A.随炉冷却 B.在油中冷却 C.在空气中冷却 D.在水中冷却
5、某工件采用单相黄铜制造，其强化工艺应该是（C）。
A.时效强化B.固溶强化C.形变强化D.热处理强化
6、钢在加热时，由于加热温度过高或时间过长，引起奥氏体晶粒粗大的现象叫做（B）。
A.脱碳B.过热C.氧化D.过烧
7、为了改善低碳钢的切削加工性能，一般应采用（B）。
A.退火B.正火C.淬火D.去应力退火
8、为了改善碳素工具钢的切削加工性能，一般应采用（B）。
A.完全退火B.球化退火C.正火Ｄ.再结晶退火
9、下列碳钢中，淬透性最高的是（C）。
A.20钢； B.40钢； C.T8钢； D.T12钢
三、判断题
1、Ac1表示奥氏体向珠光体平衡转变的临界点。
（×）
2、退火与正火在工艺上的主要区别是正火的冷却速度大于退火。
（√）
3、所谓本质细晶粒钢就是一种在任何加热条件下晶粒均不发生粗化的钢。
（×）
四、简答题
确定下列零件的退火方法：
（1）低碳钢钢丝多次冷拉之间；
（2）T10钢车床顶尖锻造以后；
（3）用弹簧钢丝（强化的）经冷卷成弹簧后；
（1）再结晶退火
（2）球化退火（3）去应力退火
《习题3.2》班级：
姓名：
学号：
一、填空题
1、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 。
2、钢的正常淬火温度范围，对亚共析钢是Ac3＋30-50‡，对过共析钢是Ac1＋30-50‡。
3、珠光体有片层，状和球状，球状珠光体切削加工性能较好。
4、共析钢加热到相变点以上，用图所示的冷却曲线冷却，各应得到什么组织?
各属于何种热处理方法?
a：
Ｍ+A’，淬火（水淬）。
b：
Ｍ+A’，分级淬火。
c：
T+Ｍ+A’，油淬。
d：
B下，等温淬火。
e：
Ｓ，正火（空冷）。
f：
P，完全退火。
g：
P，等温退火。
二、选择题
1、淬硬性好的钢，（B）。
A.具有高的合金元素含量B.具有高的碳含量C.具有低的碳含量。
2、经过热成形制成的弹簧，其使用状态的组织是（C）。
Ａ.珠光体B.回火马氏体Ｃ.回火屈氏体Ｄ.索氏体
3、对形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时，应选用（A）。
A.高淬透性钢B.中淬透性钢C.低淬透性钢。
4、若要提高淬火时的淬硬层深度，应采取（A）。
A.选择高淬透性钢B.增大工件的截面尺寸C.选用比较缓和的冷却介质
5、钢的渗碳温度范围是（C）。
A.600－650℃B.800－850℃C.900－950℃D.1000－1050℃。
6、常见的齿轮材料20CrMnTi的最终热处理工艺应该是（D）。
A.调质B.淬火+低温回火C.渗碳D.渗碳后淬火+低温回火
7、感应加热表面淬火的淬硬深度，主要决定于因素（D）。
A.淬透性B.冷却速度C.感应电流的大小D.感应电流的频率
8、渗氮后的钢材常采用的热处理工艺是（D）。
A.淬火加低温回火B.淬火加中温回火C.淬火加高温回火D.不用再进行热处理
三、判断题
1、钢的淬透性高，则其淬透层的深度也越大。
（√）
2、临界淬火冷却速度（VK）越大，钢的淬透性越高。
（×）
3、球化退火可使过共析钢中严重连续网状二次渗碳体及片状共析渗碳体得以球状化。
（√）
4、为了保证淬硬，碳钢和合金钢都应该在水中淬火。
（×）
5、钢中未溶碳化物的存在，将使钢的淬透性降低。
（√）
6、淬透性好的钢，淬火后硬度一定很高。
（×）
四、名词解释：
时效处理:
指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，在较高的温度放置或室温保持其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。
过冷奥氏体共析钢过冷到A1温度以下，奥氏体在热力学上处于不稳定状态，在一定条件下会发生分解转变，这种在A1以下存在且不稳定的、将要发生转变的奥氏体就是过冷奥氏体。
:
淬透性:
表示钢在一定条件下淬火时获得淬硬层（马氏体层）深度。
五、简答题
1、指出下列工件的淬火及回火温度，并说明其回火后获得的组织和大致的硬度：
（1）45钢小轴（要求综合机械性能）；
（2）60钢弹簧；（3）T12钢锉刀。
（1）淬火温度Ac3=780‡＋30-50‡，高温回火500～650‡，S回，25～35HRC
（2）淬火温度Ac3=740‡＋30-50‡，中温回火350～500‡，T回，35～45HRC
（3）淬火温度Ac1=727‡＋30-50‡，低温回火150～250‡，M回，58～64HRC
2、确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织：
（1）经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度；
（2）ZG35的铸造齿轮；
（3）改善T12钢的切削加工性能；（4）锻造过热的60钢锻坯。
（1）再结晶退火，F+P
（2）扩散退火，粗大的A晶粒（一般还要进行完全退火）
（3）球化退火，球状珠光体（4）完全退火，F+P
3、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）制定最终热处理工艺规定（温度、冷却介质），并指出车刀在使用状态下的显微组织和大致硬度。
（1）1.预备热处理：
正火+球化退火，降低硬度，改善加工性能
2.最终热处理：
淬火+低温回火，淬火是为了得到马氏体组织，低温回火是为了消除淬
火内应力，稳定尺寸，防止变形和开裂。
（2）淬火：
加热到760-780‡，
采用分级淬火，在240-260‡的硝盐浴或碱浴中，保温5分钟后，空冷。
低温回火，150-250‡，得到回火马氏体+颗粒状渗碳体+残余奥氏体
回火马氏体，硬度大约为58-64HRC。
4、45（Ac1=730‡,Ac3=780‡）钢制造的连杆，要求具有良好的综合机械性能，试确定淬
火、回火加热温度及淬火、回火后的组织。
淬火温度，810-830‡，高温回火：
500-650‡
淬火组织：
马氏体。
回火组织：
回火索氏体。
5、加工45钢机床主轴工艺路线如下：
下料—锻造—热处理1—粗加工—热处理2—精加工
—热处理3—磨削加工。
请问三个热处理各做何工艺？
各自的目的？
答:
热处理1：
为正火,其目的为:
消除锻造应力，均匀组织，改善切削加工性，改善齿轮表
面加工质量。
热处理2：
为调质，其目的为:
使齿轮具有较高的综合力学性能，心部有足够的强度和韧
性，能承受较大的交变弯曲应力和冲击载荷，并可减少齿轮的淬火变形。
热处理3：
为高频或中频淬火及低温回火—获得表面高硬度、高耐磨性和高的疲劳强度。
6.氮化处理与渗碳处理相比有哪些特点。
答：
与渗碳相比，渗氮的特点是：
①渗氮件表面硬度高（1000～2000HV）,耐磨性高，具有高的热硬性。
②渗氮件疲劳硬度高。
③渗氮件变形小。
④渗氮件耐蚀性好。
《习题四》班级：
姓名：
学号：
一、填空题
1、Ni、Mn、C、N、Cu等元素能__扩大___Fe-Fe3C相图的γ区，使临界点A4_上升__,A3_下降__。
2、按化学成份分类，就含碳量而言，渗碳钢属低碳钢,调质钢属中碳钢,轴承钢属高碳钢3、按用途分，合金钢可分为（结构）钢、（工具）钢、（特殊性能）钢。
4、写出合金钢的名称：
35CrMnMo为（热锻模）钢，GCr15为（滚动轴承）钢，60Si2Mn为（弹簧）钢。
5、高速钢W18Cr4V中合金元素W的作用是提高淬透性，提高耐回火性和热硬性；Cr的作用是提高淬透性和耐回火性，增强抗氧化和耐腐蚀性；V的作用是提高硬度和热硬性，细化晶粒，改善韧性。
高速钢的锻造不仅是为了成型,而且是为了打碎粗大的鱼
骨胳状碳化物。
经550-570℃3次回火，由细针状回火马氏体、粒状碳化物及少量残余奥氏体，具有高的硬度、耐磨性、热硬性。
Ti在20CrMnTi钢中主要起_细化晶粒，提高表面硬度和强度_作用；在1Cr18Ni9Ti钢中主要起_防止晶间腐蚀_作用，Cr在40Cr钢中主要起__提高淬透性，固溶强化_作用；在1Cr13钢中主要起__提高淬透性_作用。
6、根据组织分类，4Cr13属_马氏体不锈钢；Cr17属铁素体不锈钢；0Cr18Ni9Ti属奥氏体不锈钢。
7、40Cr钢中铬的平均含量约为____1%_______，GCr9钢中铬的平均含量约为__0.9%____。
8、指出下列钢中碳的平均含量：
35CrMo约为_0.35%），9SiCr约为（0.9%），W18Cr4V约为（0.7~0.8%），CrWMn约为（大于等于1%
9、60Si2Mn钢制载重汽车板簧，其常规热处理为_淬火＋中温回火__，最终组织为__回Ｔ_，硬度大致为___43-48HRC_。
二、选择题
1、从右图B栏中选出正确项填入A栏括号中。
①（6）拖拉机重要齿轮1．HT200
②（8）碎石机颚板2．60Si2Mn
③
（2）汽车缓冲弹簧3．T7
④
（1）车床床身4．W18Cr4V
⑤（10）手术刀5．5CrNiMo
⑥（9）滚动轴承6．40Cr
⑦（7）车辆、井架7．Q345（16Mn）
⑧（4）高速钻头8．ZGMn13
⑨（3）錾子、锤子9．GCr15
⑩（5）热锻模10．3Cr13
2、GCr15钢中的铬平均含量是（B）％。
Ａ.15Ｂ.1.5Ｃ.0.15Ｄ.0.015
3、制造板牙常选用（D）钢。
Ａ.5CrNiMoＢ.Cr12MoV
Ｃ.W18Cr4VＤ.9SiCr
4、为减轻重量，桥梁构件应该选用C钢。
A.Q235 B.45C.16Mn D.20CrMnTi
5、碳素结构钢一般都是A。
A.普通质量钢B.优质钢C.高级优质钢D.特级优质钢
6、欲要提高18－8型铬镍不锈钢的强度，主要是通过（C）。
A．时效强化方法 B．固溶强化方法 C．冷加工硬化方法 D．马氏体强化方法
7、20CrMnTi钢根据其组织和机械性能，在工业上主要作为一种（A）使用。
A．合金渗碳钢 B．合金弹簧钢 C．合金调质钢 D．滚动轴承钢
8、欲制作一耐酸容器，选用材料及相应热处理工艺应为（C）。
A.W18Cr4V固溶处理B.1Cr18Ni9Ti稳定化处理C.1Cr18Ni9Ti固溶处理D.1Cr17固溶处理
三、判断题
1、耐磨钢ZGMn13经水韧处理后，其金相组织是马氏体，因此硬度高、耐磨。
（×）
2、5CrMnMo中的合金元素Mo可有效地抑制该钢回火时第二类回火脆性的产生。
（√）
3、要提高钢的耐蚀性，一方面要尽量使合金在室温下呈单一均匀的组织，另一方面更主要地是提高其电极电位，常用的方法是加入Cr、Ni等金属元素。
（√）
四、名词解释
第二类回火脆性:
含有铬、锰、钨、镍等元素的合金钢淬火后，在脆化温度（400～550℃）区回火，或经更高温度回火后缓慢冷却通过脆化温度区所产生的脆性。
二次硬化:
某些铁碳合金（如高速钢）须经多次回火后，才进一步提高其硬度。
这种硬化现象，称为二次硬化，它是由于特殊碳化物析出和（或）由于与奥氏体转变
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