工程材料期末复习题①含答案.docx

1、工程材料期末复习题含答案工程材料复习题简答题1、金属晶体的常见晶格有哪三种？-Fe、-Fe各是什么晶格？ 体心、面心、密排六方 -Fe：体心立方结构 -Fe：面心立方结构2、什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？ 溶质原子使固溶体的强度和硬度升高的现象称固溶强化。 固溶强化的原因是晶格畸变。晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形更加困难，提高了金属的强度和硬度。3、实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？实际金属晶体中存在点缺陷（空位、间隙原子、置换原子）、线缺陷（位错）、面缺陷（晶界、亚晶界）三类晶体缺陷。点缺陷造成晶格畸变，使材料强度增加。位错密度增加，材料强度增加

2、。晶界越多，晶粒越细，金属强度越高，同时塑性越好。4、FeC合金中基本相有哪些？基本组织有哪些？基本相：铁素体（F）、渗碳体（Fe3C）、奥氏体（A）基本组织：铁素体（F）、渗碳体（Fe3C）、奥氏体（A）、珠光体（P）、莱氏体（Ld）5、简述钢的硬度、强度、塑性、韧性与含碳量的关系。 随着钢中含碳量的增加，塑性、韧性下降，硬度增加。当含碳量小于0.9时，含碳量增加，钢的强度增加。而当含碳量大于0.9时，渗碳体以网状分布于晶界或以粗大片状存在，使得强度随之下降。6、M有何特征？它的硬度取决于什么因素？低碳M有何特征？M是碳在-Fe中的过饱和固溶体。它的硬度主要取决于M的含碳量，含碳越高，M的强

3、度、硬度越高。低碳M是板条状M，它具有良好的塑性和韧性，较高的断裂韧度和较低的韧脆转变温度。7、进行退火处理的目的是什么？(1)降低钢的硬度以便于进行切削加工；(2)消除残余应力，以稳定钢件尺寸，并防止其变形和开裂；(3)使化学成分均匀，细化晶粒，改善组织，提高钢的力学性能。(4)改善组织，为最终热处理作好组织准备8、淬火钢中的残余奥氏体对工件性能有何影响？如何防止？ 残余奥氏体降低钢的硬度和耐磨性；工件使用过程中，由于残余奥氏体发生转变，使工件尺寸发生变化，从而降低工件的尺寸精度。将淬火工件冷却到室温后，随即放到零下温度的冷却介质中冷却，即进行冷处理；回火处理。9、为什么亚共析钢经正火后，可

4、获得比退火高的强度和硬度。亚共析钢退火后的组织为大量的F+少量P，而亚共析钢经正火后的组织是数量较多且细小的珠光体组织。由于珠光体的强度和硬度比铁素体高，因此亚共析钢正火后可获得比退火 高的强度和硬度。10、亚共析钢、过共析钢正火加热温度范围是什么？低碳钢切削加工前和高碳钢球化退火前正火的目的是什么？亚共析钢正火加热温度：Ac3+5070。过共析钢正火加热温度：Accm+5070。低碳钢切削加工前正火目的：增加珠光体含量，使钢的硬度提高，便于切削加工。高碳钢球化退火前正火目的：消除过共析钢中的网状二次渗碳体。11、亚共析钢的淬火加热温度是什么？加热温度过高或过低会产生哪些问题？加热温度为AC3

5、+（3070） 加热温度过高：A晶粒粗化，使淬火后M组织粗大；且氧化脱碳严重。 加热温度过低：淬火组织中将有F，使淬火硬度下降。12、共析钢淬火加热温度范围是什么？如加热温度过高会产生哪些有害影响？应为727 +（3070）。如加热温度过高，有下列危害：（1）、奥氏体晶粒粗化，淬火后M粗大，脆性增大。（2）、氧化、脱碳倾向增大，表面质量降低。 （3）、淬火应力大，工件变形、裂纹倾向增大。13、过共析钢淬火加热温度范围是什么？如加热温度过高会产生哪些有害影响？ 应为Ac1 +（3070）。 如加热温度过高，超过Acm，有下列危害：（1）、Fe3C完全溶入奥氏体，使奥氏体含碳量增加，Ms降低。淬火

6、后残余奥氏体量增加，降低钢的硬度和耐磨性。 （2）、奥氏体晶粒粗化，淬火后M粗大，脆性增大。 （3）、氧化、脱碳倾向增大，钢的表面质量降低。 （4）、淬火应力大，增加了工件变形、裂纹的倾向。 14、水作为淬火介质有何优缺点？水作为淬火介质的优点是具有较强的冷却能力，价格低廉。其主要缺点是：在需要快冷的650500范围内（碳钢过冷奥氏体最不稳定区域），它的冷却能力低；在300200需要慢冷时，它的冷却能力太强，易使零件产生变形，甚至开裂；水温对水的冷却能力影响大。15、为什么通常碳钢在水中淬火，而合金钢在油中淬火？若合金钢在水中淬火会怎样？碳钢件淬火时难以使马氏体转变充分，而水的冷却能力强，使钢

7、易于获得马氏体。 合金钢淬透较好，在油中冷却能获得马氏体。 合金刚导热能力差，若在水中淬火，会使工件产生裂纹和变形。16、淬火钢进行回火的目的是什么？得到所需要的组织与性能 通过适当回火可改变淬火组织，调整和改善钢的性能。 稳定工件尺寸 回火使不稳定的淬火组织转变为稳定组织。 消除或减少淬火内应力 17、钢经淬火后为何一定要回火？钢的性能与回火温度有何关系？钢经淬火后回火有如下目的：(1)获得工件所需的组织和性能(2)稳定组织，稳定工件尺寸(3)消除、减少淬火应力 随着回火温度的提高，钢的强度指标(b、s)和硬度逐渐下降,塑性指标（、）与韧性指标逐渐提高。而回火温度在300400附近，弹性极限

8、出现峰值。18、什么是钢的回火脆性？如何避免？ 随着回火温度的升高，通常强度、硬度下降，而塑性、韧性提高。但某些温度范围内回火，钢的韧性不但没有提高，反而显著下降，这种脆化现象称回火脆性。300左右回火产生的回火脆性是第一类回火脆性，它是不可逆的。一般不在此温度范围内回火。含有Cr、Ni、Mn等合金元素的合金钢，在450650回火或经更高温度回火后缓慢冷却通过该温度区间时，产生第二类回火脆性。它是可逆的。防止办法：尽量减少钢中杂质元素含量；加入W或Mo等能抑制晶界偏析的元素；对中小件，可通过回火后快冷来抑制回火脆性。19、为什么高频淬火零件的表面硬度、耐磨性及疲劳强度均高于一般淬火？由于高频感

9、应加热速度快、时间短，使得加热后所获得的A晶粒细小而均匀，淬火后可在表层获得极细的马氏体或隐针马氏体，因而表面硬度、耐磨性高于一般淬火。一般淬火工件的表面存在残余拉应力，而高频淬火后工件表层存在残余压应力。残余压应力能抵消在变动载荷作用下产生的拉应力，因此高频淬火零件的疲劳强度均高于一般淬火。四、工艺分析题4、汽车半轴要求具有良好的强韧性，且杆部、花键处硬度要求52HRC。现选用40Cr钢制造，其工艺路线如下：下料（棒料）锻造毛坯热处理校直粗加工热处理精加工热处理、磨削。指出其工艺过程路线中应选用的热处理方法及目的，并说明杆部、花键处的最终热处理组织。热处理：正火。其目的为：消除锻造应力；调整

10、锻后的硬度，改善切削性能；细化晶粒，为淬火作好组织准备。热处理：调质。其目的为：获得良好的强韧性，即良好的综合力学性能。热处理：表面淬火。其目的是：获得M，提高杆部、花键处表面硬度。 热处理：低温回火。其目的为：消除表面淬火应力及脆性，得到高的硬度和耐磨性表层为回火M，心部为索氏体（S）5、一般精度的GCr15滚动轴承套圈，硬度60-65HRC。 (1)压力加工成形后、切削加工之前应进行什么预备热处理？其作用是什么？ (2)该零件应采用何种最终热处理？有何作用？ P162（1）球化退火 降低硬度，球化Fe3C，以利于切削，并为淬火作好组织准备。（2）淬火+低温退火 淬火：获得高硬度M 低温退火

11、：去除脆性、应力，稳定组织。6、用W18Cr4V W6Mo5Cr4V2Al钢制造铣刀，其加工工艺路线为：下料锻造毛坯热处理机械加工去应力退火热处理、磨削。请指出其工艺过程路线中热处理方法、目的及组织。热处理为球化退火：消除锻造应力；降低硬度，利于切削加工；为淬火作组织准备。 组织：S+粒状碳化物热处理为淬火：获得M。 组织： M+未溶细粒状碳化物+大量残余A热处理为高温回火（多次）：消除淬火内应力，降低淬火钢脆性；减少残余A含量；具有二次硬化作用，提高热硬性。最终组织：回火M+粒状合金碳化物+少量残余A7、机床床头箱传动齿轮，45钢，模锻制坯。要求齿部表面硬度5256HRC，齿轮心部应具有良好

12、的综合机械性能。其工艺路线为：下料锻造热处理机械粗加工热处理机械精加工齿部表面热处理+低温回火精磨。指出热处理、的名称及作用 热处理：正火。消除锻造应力；调整锻后的硬度，改善切削加工性能; 细化晶粒，为淬火作好组织准备。 组织：S热处理：调质（或淬火加高温回火）。获得良好的综合机械性能。组织：回火S热处理：齿部表面淬火。获得M。 11、用20CrMnTi钢制造汽车齿轮，要求齿面硬度为5862HRC，心部硬度为3540HRC。其工艺路线为： 下料锻造热处理机械加工热处理、喷丸磨削（1）指出热处理、的名称及作用 （2）齿轮表层和心部的最终组织是什么？P263用20CrMnTi钢制造汽车变速箱齿轮，

13、齿轮要求强韧性好，齿面硬度要求6264HRC，心部硬度为3540HRC。其工艺路线如下：下料锻造热处理切削加工热处理、磨削。指出其工艺过程路线中应选用的热处理方法及目的，并说明齿轮的最终热处理组织。热处理为正火。其目的为：消除锻造应力，调整锻后的硬度，改善切削加工性能；组织：S+少量F热处理为渗碳。其目的为：使低碳钢件表面得到高碳。 热处理为淬火。其目的为：获得表面高硬度、高耐磨性；而心部仍保持一定强度及较高的塑性、韧性。表层组织：M + 碳化物 + 残余A。心部组织：低碳M +铁素体热处理为低温回火。其目的为：消除表面淬火内应力和脆性,得到高的硬度。表层最终组织： 针状回火M + 粒状碳化物

14、 + 少量残余A。心部最终组织： 回火低碳M + 铁素体。12、普通车床主轴要求具有良好的强韧性，轴颈处硬度要求4852HRC。现选用45钢制造，其工艺路线如下：下料锻造热处理粗切削加工热处理精切削加工轴颈热处理、磨削指出其工艺过程路线中应选用的热处理方法及目的，并说明轴颈处的最终热处理组织。P265热处理：正火。其目的为：消除锻造应力；调整锻后的硬度，改善切削加工性能。 组织：S热处理：调质（或淬火加高温回火）。其目的为：获得良好的强韧性。 组织：S热处理：高频表面淬火。获得M，提高轴颈表面硬度。热处理：低温回火。其目的为：消除表面淬火内应力和脆性。轴颈处的最终热处理组织：表层为回火M，心部

15、为索氏体（S）。13、用T10钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为：锻造热处理机加工热处理、 磨削加工。 写出其中热处理工序的名称及作用及最终组织。热处理：球化退火：消除锻造应力，降低硬度，改善切削性能，并为淬火作组织准备。组织：球状P热处理：淬火：为获得高的硬度 组织：M+粒状碳化物+残余A热处理：低温回火：为稳定组织，降低脆性，消除淬火应力。 组织：回火马氏体+细粒渗碳体+少量残余奥氏体最终组织：回火马氏体+细粒渗碳体+少量残余奥氏体。14、用T10A钢制造小尺寸手工丝锥，刃部硬度要求5962HRC，柄部硬度要求3045HRC。其工艺路线如下：下料热处理切削加工热处理、柄部热处理切削加工指出

16、其工艺过程路线中应选用的热处理方法及目的，并说明刃部、柄部的最终热处理组织。热处理：球化退火。其目的为：降低硬度，改善切削性能，并为淬火作组织准备。组织：球状P热处理：淬火。其目的为：获得M。 组织：M + 碳化物 + 残余A。热处理：低温回火。其目的为：消除淬火应力及脆性，得到高的硬度和耐磨性组织： 针状回火M + 粒状碳化物 + 少量残余A。热处理为高温回火。其目的为：保证柄部具有良好的综合机械性能 组织：回火S15、用T10A钢制造钻头，硬度要求为5962HRC，其工艺流程为：锻造预先热处理切削加工淬火+低温回火精加工。该钢经检验，证明锻造后组织有网状碳化物。(1)指出其工艺过程路线中预

17、先热处理方法及作用。(2)指出钻头制成后的最终组织。 (1).预先热处理：正火+球化退火 正火作用：消除网状碳化物。 正火组织：P球化退火作用：获得球状珠光体组织，改善切削加工性能，并为淬火作组织准备。 组织：球状P(2)最终组织为回火马氏体。回火M+粒状碳化物+少量残余A 1.将下列各种材料牌号前的字母标号，分别填入备选材料种类前的括号中。 A.KTH350-10 B.Cr12 C.40MnB D.Q195 E.3Cr13 F.60Si2Mn 材料种类： （ D ）碳素结构钢 （ A ）可锻铸铁 （ B ）冷作模具钢：（ F ）合金弹簧钢 （ E ）不锈钢 （ C ）合金调质钢 2.将下列各

18、材料牌号前的字母，分别填入备选材料种类前的括号中 A、KTH300-06 B、40Cr C、Q235 D、ZG200-400 E、60Si2Mn F、Cr12MoV材料种类：（ B ）合金调质钢 （ D ）碳素铸钢 （ F ）冷作模具钢 （ C ）碳素结构钢 （ A ）可锻铸铁 （ E ）合金弹簧钢3.将下列各材料牌号前的字母，分别填入备选材料种类前的括号中 A. Q195 B.45Mn2 C.ZL101 D.ZGMn13 E.Cr06 F. 20CrMnTi、20Cr材料种类：（ C ）铸造铝合金 （ F ）合金渗碳钢 （A ）碳素结构钢（ B ）合金调质钢 （ E ）合金刃具钢 （ D ）

19、耐磨钢4. 将下列各材料牌号前的字母，分别填入备选材料种类前的括号中 A. Cr2 B. Q345 C. T8 D. ZGMn13 E. ZL201 F. 20Cr 材料种类：（ A ）合金刃具钢 （ C）碳素工具钢 （ E ）铸造铝合金（ F ）合金渗碳钢 （ B ）低合金高强度结构钢 （ D）耐磨钢5、将下列各材料牌号前的字母，分别填入备选材料种类前的括号中 A.GCr15 B.Q215 C.HT250 D.65Mn E.W18Cr4V F.H90材料种类：（ B ）碳素结构钢 （ F ）普通黄铜 （ F ）灰口铸铁（ A ）滚动轴承钢 （E ）高速钢 （ D）弹簧钢6、将下列各材料牌号前

20、的字母，分别填入备选材料种类前的括号中 A.CrWMn B.T10 C.35CrMo D.ZL101 E.20Cr F.QT500-7材料种类：（ B ）碳素工具钢 （ E ）合金渗碳钢 （ D ）铸造铝合金 （ A ）合金刃具钢 （ C ）合金调质钢 （ F ）球墨铸铁7、将下列各材料牌号前的字母，分别填入备选材料种类前的括号中 A.GCr9 B.H90 C.W6Mo5Cr4V2 D.1Cr13 E.40MnB F.KTZ550-04材料种类：（ E）调质钢 （ B）普通黄铜 （ F ）可锻铸铁（ A ）滚动轴承钢 （ C ）高速钢 （ D ）不锈钢8、将下列各材料牌号前的字母，分别填入备选

21、材料种类前的括号中 A.KTZ7002 B.GCr9 C.3Cr2W8V D.H68 E.65 F.9Mn2V材料种类：（ F）合金刃具钢 （ A ）可锻铸铁 （ E）优质碳素结构钢 （ D ）普通黄铜 （ C ）压铸模用钢 （ B ）滚动轴承钢9、将下列各材料牌号前的字母，分别填入备选材料种类前的括号中 A.HT200 B.W6Mo5Cr4V2 C.GCr9 D.9SiCr E.T10 F.H62材料种类：（ B ）高速钢 （ F ）普通黄铜 （ A ）灰口铸铁（ D ）合金刃具钢 （ E ）碳素工具钢 （ C ）滚动轴承钢 10、将下列各材料牌号前的字母，分别填入备选材料种类前的括号中 A

22、.60 B.GCr9 C.9Mn2V D.KTZ7002 E.65Mn F.5CrNiMo材料种类：（ F ）热作模具钢 （ A ）优质碳素结构钢 （ D ）可锻铸铁 （ E ）弹簧钢 （ C ）合金刃具钢 （ B ）滚动轴承钢3. 图为已简化的FeFe3C相图（1）分析E点、ACD线的含义。（2）分析含碳量为0.1%的碳钢从液态至室温的结晶过程。 （1）E点：A中碳的最大溶解度。 ACD：液相线。 （2）见图1点以上为液体，1点开始结晶A。12点析出为奥氏体，至2点全部为为奥氏体。23点全部为A。 3点开始从A中析出F。 34点为A+F。4点产生余下的A共析转变，AP。 至室温 F + P

23、或LL+AAA+FF+P。 4. 图中已简化的FeFe3C相图（1）分析A点、GS线的含义。（2）填写（ ）中相或组织代号。（3）分析含碳量为0.2%的亚共析钢从液态至室温的结晶过程。 （1）A点：纯铁的熔点。 GS：从奥氏体中开始析出F。（2）见图 （3）见图 1点以上为液体。 12点。析出为奥氏体，至2点全部为为奥氏体.3点开始析出F。34点 从奥氏体中不断析出F。 4点产生共析转变，AP。 至室温 F + P 或LL+AAA+FP+F。 6.图为简化的Fe-Fe3C相图。(1)指出S点、ECF线的意义。(2)根据相图分析45钢的结晶过程，指出45钢的室温组织。 (1)S点为共析点； EC

24、F线为共晶线。(2) 见图 1点以上为液体。 12点。从液体中析出奥氏体，至2点全部为奥氏体。3点由奥氏体中开始析出F。34点 从奥氏体中不断析出F。 4点产生共析转变，AP。 至室温 F + P 或LL+AAA+FP+F。 室温组织为铁素体与珠光体8. 图中已简化的FeFe3C相图（1）分析E点、SE线的含义。 （2）填写（ ）中相或组织代号。（3）分析含碳量为0.77%的共析钢从液态至室温的结晶过程。（1）E点：A中碳的最大溶解度。 ES：碳在A中的固溶线。（2）见图 （3）见图 1点以上为液体。 12点，析出为奥氏体。至2点，全部为为奥氏体。3点产生共析转变，AP。 至室温 P 或LL+

25、AAP10.图为简化的Fe-Fe3C相图。(1)指出C点、PSK线的意义。(2)根据相图分析T12钢的结晶过程，指出T12钢的室温组织。(1)C点为共晶点； PSK线为共析线。(2) 见图1点以上为液体。12点，析出为奥氏体，至2点全部为奥氏体。3点开始析出Fe3C。34点从奥氏体中不断析出Fe3C。4点产生共析转变，AP。至室温 P+ Fe3C 或LL+AAA+Fe3CP+Fe3C。 室温组织为PFe3C 工程材料 试题及答案二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法（30分）名称候选材料选用材料热处理方法最终组织机床床身T10A, KTZ450-06, HT200HT200时效PFG片汽车后桥

26、齿轮40Cr, 20CrMnTi, 60Si2Mn20CrMnTi渗碳淬火低温回火表面CmMA心部 FM滚动轴承GCr15, Cr12, QT600-2GCr15球化退火淬火低温回火CmMA锉刀9SiCr, T12, W18Cr4VT12球化退火淬火低温回火CmMA汽车板簧45, 60Si2Mn, T1060Si2Mn淬火中温回火T回钻头W18Cr4V，65Mn, 20W18Cr4V 淬火低温回火CmMA桥梁1Cr13, 16Mn, Q19516Mn,不热处理FP滑动轴承H70, ZSnSb11Cu6, T8ZSnSb11Cu6不热处理a+SnSb耐酸容器Q235, 1Cr18Ni9Ti, Z

27、GMn131Cr18Ni9Ti固溶处理A发动机曲轴QT600-3, 45, ZL101QT600-3等温淬火高温回火S回G球三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC5458，其余地方为HRC2025，其加工路线为： 下料 锻造 正火 机加工 调质 机加工（精） 轴颈表面淬火 低温回火 磨加工指出：1、主轴应用的材料：45钢2、正火的目的和大致热处理工艺 细化晶粒，消除应力；加热到Ac350保温一段时间空冷3、调质目的和大致热处理工艺 强度硬度塑性韧性达到良好配合 淬火高温回火 4、表面淬火目的 提高轴颈表面硬度5低温回火目的和轴颈表面和心部组织。去除表面淬火热应力，表面MA心部S回五、简

28、答题（共20分） 1、晶体有那些特性？（4分）答：1）一般具有规则的外形。（1分）；2）有固定的熔点。（1分）；3）有各向异性。（1分）；4）解理性。（1分）2、陶瓷材料的主要性能特点是什么？（5分）答：陶瓷材料性能特点：具有不可燃烧性；（1分）、高耐热性、高化学稳定性；（1分）不老化性；（1分）、高的硬度和良好的抗压能力；（1分），但脆性很高，温度急变抗力很低。3、简述珠光体、索氏体、屈氏体三者的异同点。(5分)答：珠光体、索氏体、屈氏体都是铁素体与渗碳体片层交替的机械混合物。（2分）不同的是片层间距由宽到细，强度、硬度由低变高。（3分）4、铁碳合金中基本相是那些？其机械性能如何？(6分)答

29、：基本相有：铁素体、奥氏体、渗碳体 。铁素体强度和硬度不高，但具有良好的塑性和韧性；奥氏体的硬度较低而塑性较高，易于锻压成型；渗碳体硬度很高而塑性和韧性几乎为零，脆性大。5、金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？P16答：结晶的基本过程晶核形成与晶核长大结晶时的冷却速度（即过冷度）随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快，同时液体金属中难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率6、手锯锯条、普通螺钉、车床主轴分别用何种碳钢制造？答：手锯锯条：它要求有较高的硬度和耐磨性，因此用碳素工具钢制造。如T9,T9A,T10,T10A,T11

30、,T11A普通螺钉：它要保证有一定的机械性能，用普通碳素结构钢制造，如Q195,Q215,Q235车床主轴：它要求有较高的综合机械性能，用优质碳素结构钢，如30，35，40，45，507、金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？答：1晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性，如纵向的强度和塑性远大于横向等。2晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化，即随着变形量的增加，强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降，3织构现象的产生，即随着变形的发生不仅金属中晶粒会被破碎拉长，而且各晶粒的晶格位向也会沿着变形的方向同时发生转动，转动结果金属中每个晶粒的晶格位向趋于大体一致，产生织构现象，4冷压力加工过程中由于材料各部分的变形不均匀或晶粒