工程材料作业习题及答案全.docx

1、工程材料作业习题及答案全工程材料作业（1）1、下列各种工件应该采用何种硬度实验方法来测定其硬度？ 锉刀、黄铜轴套、供应状态的各种非合金钢材、硬质合金刀片、耐磨工件的表面硬化层、调质态的机床主轴。2、已知Cu（f.c.c）的原子直径为2.56A，求Cu的晶格常数a，并计算1mm3Cu中的原子数。3、已知金属（熔点）与金属（熔点）在液态无限互溶；在固态时溶于的最大溶解度为，室温时为，但不溶于；在时，含的液态合金发生共晶反应。求：1作出合金相图（请用尺子等工具，标出横纵座标系，相图各区域名称，规范作图）2写出共晶反应式。3分析，等合金的结晶过程，用结晶表达式表达。一个二元共晶反应如下：（）（）（）（

2、1）计算含的合金完全凝固时1初晶与共晶（）的重量百分数。2相和相的重量百分数。3共晶体中的相和相的重量百分数。（2）若显微组织中，测出初晶相与（）共晶各占一半，求该合金的成分。有形状，尺寸相同的两个合金铸件，一个含，另一个含，铸件自然冷却，问哪个铸件的偏析严重，为什么？工程材料作业（2）1.何谓铁素体，奥氏体，渗碳体，珠光体和莱氏体，它们的结构，组织形态，性能等各有何特点？2.分析含碳量为0.3%，1.3%，3.0%和5.0%的铁碳合金的结晶过程和室温组织。3.指出下列名词的主要区别：一次渗碳体，二次渗碳体，三次渗碳体，共晶渗碳体和共析渗碳体。4.写出铁碳合金的共晶反应式和共析反应式。5.根据

3、铁碳相图：1分析0.6%C的钢室温下的组织，并计算其相对量。2分析1.2%C的钢室温下的相组成，并计算其相对量。3计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体的最大含量。6对某退火碳素钢进行金相分析，其组织为珠光体+网状渗碳体，其中珠光体占93%，问此钢的含碳量大约为多少？7依据铁碳相图说明产生下列现象的原因： 含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.4%的钢硬度高。 在室温下，退火的含碳0.8%的钢其强度比含碳量1.2%的钢高。 变态莱氏体的塑性比珠光体的塑性差。4在1100，含碳0.4%的钢可以进行锻造，含碳4.0%的生铁不能锻造。5钢铆钉一般用低碳钢制成6绑扎物件一般采用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机

4、起吊重物时都用钢丝绳（60或65钢制成）7锯切T8，T10钢料比10，20钢费力，锯条容易磨损。8钢适合压力加工，而铸铁适合铸造成型。工程材料作业（3）1、判断下列说法是否正确：（1）钢在奥氏体化后，冷却时形成的组织主要取决于钢的加热温度。（2）低碳钢与高碳钢工件为了便于切削加工，可预先进行球化退火。（3）钢的实际晶粒度主要取决于钢在加热后的冷却速度。（4）过冷奥氏体冷却速度快，钢冷却后的硬度越高（5）钢中合金元素越多，钢淬火后的硬度越高（6）同一钢种在相同加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。（7）钢经过淬火后是处于硬脆状态。（8）冷却速度越快，马氏体的转变点Ms和Mf越低

5、。（9）淬火钢回火后的性能主要取决于回火后的冷却速度。（10）钢中的含碳量就等于马氏体的含碳量2、将含碳量为1.2%的两个试件，分别加热到760和900，保温时间相同，达到平衡状态后以大于临界冷速的速度快速冷却至室温。问：（1）哪个温度的试件淬火后晶粒粗大。（2）哪个温度的试件淬火后未溶碳化物较少。（3）哪个温度的试件淬火后马氏体的含碳量较多。（4）哪个温度的试件淬火后残余奥氏体量多。（5）哪个试件的淬火温度较为合理，为什么？3、将20钢和60钢同时加入到860,并保温相同的时间,问那种钢奥氏体晶粒粗大些?4、指出10mm的45钢经下列温度加热并水冷后获得的组织 700 760 8605、指出

6、下列钢件正火的主要目的： 20钢齿轮， 45钢小轴， T12钢锉刀6、指出下列工件淬火及回火温度,并说明回火组织和硬度:(1) 45钢小轴(要求综合机械性能)(2)65钢弹簧(3)T8钢锉刀7、解释索氏体和回火索氏体,马氏体和回火马氏体的主要区别。8、45钢调质后的硬度为240HBS，若再进行200回火，硬度能否提高? 为什么?该钢经淬火和低温回火后硬度57HRC，若再进行高温回火，其硬度可否降低，为什么?9、T12钢经760加热后，按照图3-26所示的冷却方式进行冷却。问它们各获得何种组织？并比较它们的硬度。（图3-26：庞国星教材P70）10、一根直径为6mm的45钢棒，先经860淬火，1

7、60低温回火后的硬度55HRC，然后从一端加热，使钢棒各点达到如图3-27，所示温度，问：（图3-27：庞国星教材P70）（1）各点的组织是什么？（2）从各点的图示温度缓冷到室温后的组织是什么？（3）从各点的图示温度水冷到室温后的组织是什么？11、解释T12和20CrMnTi钢的淬硬性和淬透性之区别。12、选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，且钢材具有足够淬透性）（1）某汽车变速齿轮，要求齿面耐磨，心部强韧，材料选用20钢。（2）某机床变速齿轮，要求齿面耐磨，心部强韧要求不高，选用45钢（3）某车床主轴，要求良好的综合机械性能，轴颈部分要求耐磨其硬度HRC50

8、55，其余部分硬度为HRC2025，请选材，并选择热处理方法，简明的工艺路线。13、用T12钢制造锉刀和用45钢制造较重要的螺栓，工艺路线均为：锻造热处理机加工热处理精加工。对两工件：（1）说明预备的工艺方法和作用（2）制订最终热处理的工艺规范（加热温度、冷却介质），并指出最终热处理的显微组织和大致硬度。工程材料作业（4）1.解释下列现象:(1) 在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金钢外,大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高。(2) 在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性。(3) 为何含C大于0.4%，含Cr大于12%的Cr钢属于过共析钢，含碳1.5%，含Cr1

9、2%的钢属于莱氏体钢。 (4) 高速钢在热轧或锻造后，经空冷获得马氏体组织。2何谓合金渗碳钢？为何渗碳钢的含碳量都较低？合金渗碳钢常用的合金元素有哪些及其主要作用？为何渗碳后要进行淬火和低温回火？3何谓合金调质钢？为何调质钢的含碳量中碳？合金调质钢常用的合金元素有哪些及其主要作用？4指出下列合金钢的类别，用途，含碳量和合金元素的作用，热处理特点： 20CrMnTi 40MnB，60Si2Mn，9SiCr，GCr15，W18Cr4V，Cr12MoV，5CrMnMo5、庞国星教材P110：4-16、高速钢铸造后为什么反复锻造？高速钢切削加工前又为什么进行低温奥氏体化退火？该钢淬火加热温度为什么高达

10、1280？淬火后为何三次回火？高速钢560回火是否属于调质处理？为什么？7、试比较分析T9碳素工具钢与9SiCr合金工具钢：（1）为什么9SiCr钢热处理温度比T9高？（2）直径为3040mm的9SiCr钢在油中冷却能淬透，相同尺寸的T9在油中能否淬透？（3）为什么T9制造的刀具刃部受热至200250其硬度和耐磨性迅速下降，以至于失效，而9SiCr钢刀具刃部在230250条件下工作，硬度仍不低于HRC60，且耐磨性能良好，尚可维持正常工作？（4）为什么9SiCr钢比较适合制造要求变形小的、硬度较高的（HRC60-63）、耐磨性能良好的圆板牙等薄刃刀具？9SiCr钢制圆板牙如何进行热处理？试对其

11、热处理工艺进行分析。8、为下列工件选择合适的材料和热处理方法：工件：发动机连杆螺栓、发动机排气门弹簧、镗床镗杆、自行车车架、车辆缓冲弹簧、车床未座顶尖、机用大钻头、螺丝刀、车床丝杠螺母、高速粗车铸铁的车刀、普通机床地脚螺栓材料：38CrMoAlA、40Cr、45、Q235、50CrVA、T7、T10、Q295、W18Cr4V、60Si2Mn工程材料作业（5）1试述石墨形态对铸铁性能的影响。2为何一般机器的支架，机床床身常采用灰口铸铁制造？3有一壁厚为15-30mm的零件，要求抗弯强度350Mpa，应选用何种牌号的灰口铸铁制造为宜。4生产中出现下列不正常现象，应采取何种措施予以防治或改善：（1）

12、灰口铸铁磨床床身铸造以后就进行切削加工，加工后发生了不允许的变形。（2）灰口铸铁铸件薄壁处出现白口组织，造成切削困难。5指出下列铸铁的类别，用途及性能的主要指标：（1）HT150，HT400，（2）KTH350-10，KTZ700-2，（3）QT420-10，QT1200-16不同铝合金可通过哪些途径达到强化目的？7何谓硅铝明？属于哪类铝合金？为何具有良好的铸造性能？变质处理前后的组织和性能有何变化？硅铝明的基本用途？9指出系列合金的类别，主要成分，基本性能特点和用途：LY12，LD7，ZL109，ZL302，H62，QAl10-3-1.5，ZchSnSb11Cu6，ZchPbSb16Sn16

13、Cu2工程材料作业（1）答案1、下列各种工件应该采用何种硬度实验方法来测定其硬度？锉刀：HRC，黄铜轴套：HB、HRB供应状态的各种非合金钢材：HB、HRB硬质合金刀片：HV、耐磨工件的表面硬化层：HV（HRA）、调质态的机床主轴：HB、HRB、（HRC）2、已知Cu的原子直径为2.56A，求Cu的晶格常数a，并计算1mm3Cu中的原子数。Cu是f.c.c，r=2/4a，r=2.56A/2=1.28A；a=4r/2=2/22.56=3.62A依据1个晶胞（a3：3.623，单位A）中有4个Cu原子，1mm3的原子数？a3：4=1mm3：x，注意单位换算，x=4/ a3，x=4/3.623=8.

14、410193、已知金属（熔点）与金属（熔点）在液态无限互溶；在固态时溶于的最大溶解度为，室温时为，但不溶于；在时，含的液态合金发生共晶反应。求：4作出合金相图：请用尺子等工具，标出横纵座标系，相图各区域名称，规范作图5写出共晶反应式。 LB （A）6分析，等合金的结晶过程，用结晶表达式表达。：LL+A：LL+（A）+（A）+A：LL+AA+（A）一个二元共晶反应如下：（B）（）（）（3）计算含的合金完全凝固时4初晶与共晶（）的重量百分数。属于亚共晶组织W初晶%=（75-50）/（75-15）=5/12=0.42100%=42%W共晶%=100%-42%=58%5相和相的重量百分数。W%=（95

15、-50）/（95-15）=9/16=0.56100%=56%W%=100%-56%=44%6共晶体中的相和相的重量百分数。共晶体58%，其中的相W共晶%=58%（95-75）/（95-15）%=58%25%=14.5%或：W共晶：58%与W%：44%之差：14%。W共晶%=58%75%=43.5%（4）若显微组织中，测出初晶相与（）共晶各占一半，求该合金的成分。属于过共晶组织/（）=1=（X-75）/（95-X） 95-X=X-75，95+75=2X，X=85。有形状，尺寸相同的两个合金铸件，一个含，另一个含，铸件自然冷却，问哪个铸件的偏析严重，为什么？三大因素影响成份偏析:（1）液相线与固相

16、线的水平距离即成份间隔，即液相线与固相线之间的垂直距离和水平距离愈大则先后结晶的各层固体之间的成份差异愈大，因而枝晶偏析程度愈大。（2）溶质原子的扩散能力有关，如结晶温度高，原子扩散系数高，扩散能力强，偏析小。（3）冷却速度，冷却速度快，原子来不及扩散，偏析严重。但是若冷速极快，对小体积铸件来说就可能把液体过冷到接近固相线了，结晶出来的合金就很接近合金的原成份，偏析反而小了。 由铜镍相图可知，50%Ni合金的结晶温度区间（范围）大于90%Ni合金，90%Ni合金结晶温度高。因此，在铸件自然冷却过程中，结晶温度范围大的合金，成份变化大（成份间隔大），结晶温度低的，偏析严重。工程材料作业（2）答案

17、6.何谓铁素体，奥氏体，渗碳体，珠光体和莱氏体，它们的结构，组织形态，性能等各有何特点？（最好列表总结）序号名称结构组织形态性能01铁素体Fbbc不规则多边形晶粒强度低，硬度低，塑性良好02奥氏体Afcc多边形晶粒（高温组织）强度低，硬度低塑性良好03渗碳体Fe3C复杂晶格片状，网状，球状，基体，长条状硬、脆04珠光体PF+Fe3CF+Fe3C片状相间有一定强度和塑性，硬度适中05莱氏体LdP+Fe3CFe3C为基体其上分布P硬度高脆性大7.分析含碳量为0.3%，1.3%，3.0%和5.0%的铁碳合金的结晶过程和室温组织。含碳量结晶过程表达式室温组织0.3% A A+F (A剩余 P) F F

18、P 1.3% A A+CmII (A剩余 P) + CmII P+CmII 3.0%L L+A Ld+A A+CmII+Ld P+CmII+LdP+CmII+Ld8.指出下列名词的主要区别：序号 名 称特点及区别01一次渗碳体从液体中析出，呈长条状。02二次渗碳体从奥氏体中析出，呈网状03三次渗碳体从铁素体中析出，呈小片状04共晶渗碳体液体的共晶产物，呈基体。05共析渗碳体奥氏体共析产物，与铁素体片状相间分布9.写出铁碳合金的共晶反应式和共析反应式。 名称结晶过程表达式室温组织 共析 A 0.77%（727）P（F0.02%+Fe3C6.69%） P 共晶L4.3%（1148）Ld(A2.11

19、%+Cm6.69%) Ld(P+Cm)（室温） Ld ，Ld10.根据铁碳相图：9分析0.6%C的钢室温下的组织，并计算其相对量。室温下的组织：F+PF%=（0.77-0.6）/（0.77-0.02）%=0.17/0.75%=23%P%=100%-23%=77%10分析1.2%C的钢室温下的相组成，并计算其相对量。室温下的相组成：F+Fe3CF%=（6.69-1.2）/（6.69-0.20）%=5.49/6.67%=82.3%Fe3C%=100%-82.3%=17.6%11计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体的最大含量。二次渗碳体从奥氏体析出，最大溶解度2.11%，最小溶解度0.77%Fe3C

20、%=（2.11-0.77）/（6.69-0.77）%=1.34/5.92%=22.6%三次渗碳体从铁素体中析出，最大溶解度为0.02%，最小溶解度0.0008%（0）Fe3C%=（0.02-0.0008）/（6.69-0.0008）%=0.02/6.69%=0.3%6对某退火碳素钢进行金相分析，其组织为珠光体+网状渗碳体，其中珠光体占93%，问此钢的含碳量大约为多少？组织为珠光体+网状渗碳体，所以为过共析钢P%=93%=（6.69-X）/（6.69-0.77）%，X%=1.19%=1.2%7依据铁碳相图说明产生下列现象的原因： 含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.4%的钢硬度高。 含碳量为1.0

21、%的钢，含碳量越高，Fe3C的量越多，钢的硬度越高。 在室温下，退火的含碳0.8%的钢其强度比含碳量1.2%的钢高。 退火的含碳0.8%的钢组织为p，而含碳量1.2%的钢组织为P+网状Fe3C，脆性大。钢的强度是组织敏感，因此，含碳0.8%的钢其强度比含碳量1.2%的钢高。 变态莱氏体的塑性比珠光体的塑性差。 变态莱氏体的组织是珠光体+渗碳体，其中渗碳体脆性大且是基体形式分布，而珠光体的组织是铁素体和渗碳体，且渗碳体是分布在铁素体的条间，因此低温莱氏体的塑性差。12在1100，含碳0.4%的钢可以进行锻造，含碳4.0%的生铁不能锻造。 在1100时，含碳0.4%的钢处在单相奥氏体区，奥氏体面心

22、立方晶格，塑性好适合于压力加工。含碳4.0%的生铁汉渗碳体多脆性大不能锻造。13钢铆钉一般用低碳钢制成低碳钢的铁素体含量多，塑性好，适合制成铆钉。14绑扎物件一般采用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机起吊重物时都用钢丝绳（60或65钢制成） 绑扎物件一般受力不大，主要目的是捆绑结实，所以采用铁丝即可。而起重机起吊重物时承受较大载荷，尤其是受较大拉力，因此，需要采用强度较高且有一定塑韧性的钢材，采用60或65钢，含碳量较高，属于中高碳，强度有保证，但又较70以上高碳钢塑韧性好。15 锯切T8，T10钢料比10，20钢费力，锯条容易磨损。 T8，T10钢料的含碳量高，渗碳体多，硬度高，而10，20钢含

23、碳量低，铁素体多硬度低，因此锯切T8，T10钢料比10，20钢费力，锯条容易磨损。 钢适合压力加工，而铸铁适合铸造成型。 在铁碳相图中钢（2.11%C）存在着单相固溶体区（奥氏体），一般固溶体塑性较好，适合于压力加工。而相图中铸铁（2.11%）存在共晶反应，一般共晶合金在恒温下结晶，金属的流动性好，适合于铸造工艺。工程材料作业（3）答案2、判断下列说法是否正确：（11）钢在奥氏体化后，冷却时形成的组织主要取决于钢的加热温度。 错误，钢在奥氏体化后，冷却时形成的组织主要取决于钢的冷却速度。（12）低碳钢与高碳钢工件为了便于切削加工，可预先进行球化退火。 错误，低碳钢工件为了便于切削加工，预先进行

24、热处理应进行正火（提高硬度）或完全退火。而高碳钢工件则应进行球化退火（若网状渗碳体严重则在球化退火前增加一次正火），其目的都是为了将硬度调整到HB200左右并细化晶粒、均匀组织、消除网状渗碳体。（13）钢的实际晶粒度主要取决于钢在加热后的冷却速度。 错误，钢的实际晶粒度主要取决于钢的加热温度。（14）过冷奥氏体冷却速度快，钢冷却后的硬度越高 错误，钢的硬度主要取决于含碳量。（15）钢中合金元素越多，钢淬火后的硬度越高 错误，钢的硬度主要取决于含碳量。（16）同一钢种在相同加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。 正确。同一钢种，其C曲线是一定的，因此，冷速快或工件小容易淬成马氏

25、体。（17）钢经过淬火后是处于硬脆状态。 基本正确，低碳马氏体韧性要好些，而高碳马氏体硬而脆。（18）冷却速度越快，马氏体的转变点Ms和Mf越低。正确。（19）淬火钢回火后的性能主要取决于回火后的冷却速度。 错误，淬火钢回火后的性能主要取决于回火温度。（20）钢中的含碳量就等于马氏体的含碳量 错误，钢中的含碳量是否等于马氏体的含碳量，要看加热温度。完全奥氏体化时，钢的含碳量等于奥氏体含碳量，淬火后即为马氏体含碳量。如果是部分奥氏体化，钢的含碳量一部分溶入奥氏体，一部分是未溶碳化物，从而可以减轻马氏体因含碳量过高的脆性，也能细化晶粒，此时马氏体含碳量要低于钢的含糖碳量。2、将含碳量为1.2%的两

26、个试件，分别加热到760和900，保温时间相同，达到平衡状态后以大于临界冷速的速度快速冷却至室温。问：（1）哪个温度的试件淬火后晶粒粗大。900粗大，处于完全奥氏体化区，对于过共析钢易造成晶粒粗大。（2）哪个温度的试件淬火后未溶碳化物较少。900，处于完全奥氏体化区。（3）哪个温度的试件淬火后马氏体的含碳量较多。900，处于完全奥氏体化区，奥氏体的含碳量即为马氏体含碳量。（4）哪个温度的试件淬火后残余奥氏体量多。900，奥氏体的含碳量越高，Ms和Mf就越低，残余奥氏体量就越多。（5）哪个试件的淬火温度较为合理，为什么？760，处于部分奥氏体化区，加热组织为奥氏体+未溶碳化物（阻碍晶粒长大），晶

27、粒细小。同时控制了奥氏体含碳量，也就控制了马氏体含碳量，降低了马氏体脆性。淬火组织：马氏体+未溶碳化物+残余奥氏体，保证了强度、硬度。3、将20钢和60钢同时加热到860,并保温相同的时间,问那种钢奥氏体晶粒粗大些? 20钢和60钢都属于亚共析钢，一般加热时要求完全奥氏体化，加热温度应在A3以上。依据铁碳相图，20钢含碳量低，A3点高，60钢，含碳量高，A3点低，因此，同样加热到860,并保温相同的时间,60钢过热度大，晶粒容易粗大。4、指出10mm的45钢经下列温度加热并水冷后获得的组织 700 760 860700加热，在A1以下，没有相变，水冷仍为F+P760加热，在A1A3之间，加热组

28、织：F+A，水冷，F+M 860加热，在A3以上，加热组织A，水冷，M5、指出下列钢件正火的主要目的： 20钢齿轮， 45钢小轴， T12钢锉刀20钢齿轮：20钢，含碳量低，硬度低，通过正火（空冷）使得珠光体片间距减小即形成索氏体或屈氏体，以提高硬度（HB200左右），满足切削加工的要求。45钢小轴：45钢，含碳量适中，综合机械性能好，因此利用正火，即可作为最终热处理，满足小轴的使用要求。T12钢锉刀：含碳量1.2%，若采用退火会产生网状渗碳体，一般采用正火，利用快冷（空冷），使得渗碳体网析出不完整，再配合球化退火，以彻底消除网状渗碳体。6、指出下列工件淬火及回火温度,并说明回火组织和硬度:(

29、1) 45钢小轴(要求综合机械性能)淬火A3以上（860），回火600（高温回火）。回火组织：s回，HRC25(2)65钢弹簧淬火A3以上（840），回火400（中温回火）。回火组织：T回，HRC40(3)T8钢锉刀淬火A1以上（780），回火200（低温回火）。回火组织：M回+未溶碳化物+少量残余奥氏体，HRC60。7、解释索氏体和回火索氏体,马氏体和回火马氏体的主要区别。正火组织：索氏体S:属于细珠光体，其中渗碳体呈片状。回火组织,淬火后高温回火,碳化物从过饱和F中析出,称为回火索氏体S回，呈粒状渗碳体，塑、韧性更好淬火组织:马氏体:过饱和F回火组织:淬火后低温回火，碳化物开始从M中析出，成为M回。保持高硬度，消除内应力，改善脆性。8、45钢调质后的硬度为240HBS，若再进行200回火，硬度能否提高? 为什么?该钢经淬火和低温回火后硬度57HRC，若再进行高温回火，其硬度可否降低，为什么? 45钢调质后的硬度为240HBS，若再进行200回火，不能提高硬度。因为，回火温度越高，硬度下降越多，而调质工艺就是淬火+高温回火，碳化物已经析出，铁素体回复，硬度已经下降了，不能