机械工程材料习题 金属材料与热处理 工程材料 试题答案.docx

1、机械工程材料习题 金属材料与热处理 工程材料 试题答案机械工程材料习题 金属材料及热处理 工程材料 试题答案复习思考题11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。Akv、5 、b 、0.2 、s 、e、 500、HRC、HV、-1、HBS、HBW、E。2钢的刚度为20.7104MPa，铝的刚度为6.9104MPa。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(l)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(l)也不变的情况下，铝丝的直径应是多少?3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1

2、40MPa。问钢棒最小直径应是多少?若钢棒长度为60mm、E=210000MPa，则钢棒的弹性变形量(l)是多少?4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。5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?6指出下列硬度值表示方法上的错误。12HRC15HRC、800HBS、58HRC62HRC、550Nmm2HBW、70HRC75HRC、200Nmm2HBS。7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

3、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， 510(5)冲击韧度与试验温度无关。(6)材料综合性能好，是指各力学性能指标都是最大的。(7)材料的强度与塑性只要化学成分一定，就不变了。复习思考题21解释下列名词：晶格、晶胞、晶粒、晶界、晶面、晶向、合金、相、固溶体、金属化合物、固溶强化、第二相弥散强化、组元。2金属的常见晶格有哪三种?说出名称并画图示之。4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?5什么叫晶体缺陷?晶体中可能有哪些晶体缺陷?它们的存在有何实际意义?6固态合金中固溶体相有哪两种? 7固溶体的溶解度取决于哪些

4、因素?复习思考题3复习思考题31概念：过冷、过冷度、平衡状态、合金、相图、匀晶转变、共晶转变细晶强化、枝晶偏析、变质处理。2金属结晶的动力学条件和热力学条件是什么?3铸锭是否一定要有三种晶区?柱状晶的长大如何抑制?4合金结晶中可能出现的偏析应如何控制使之尽量减小?5本书图3-lOPb-Sn合金相图。7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?8纯金属结晶与合金结晶有什么异同?9为什么共晶线下所对应的各种非共晶成分的合金也能在共晶温度发生部分共晶转变呢?复习思考题41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?2什么是加工硬化?加工硬化在工业生产中有何利

5、弊?3什么是冷变形金属的纤维组织?与流线有何区别? 4什么是残余内应力?各类残余内应力是怎么产生的?对金属材料有什么影响？5什么是回复?回复对变形金属有什么作用?在工业生产中有什么用处?6什么是再结晶?再结晶对变形金属有什么作用?在工业生产中有什么用处?7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?8有四个外形完全相同的齿轮，所用材质也都是含碳量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

6、。请你分析一下，哪个齿轮使用效果应该最好?哪个应该最差?复习思考题51什么是同素异构转变、共析转变?2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、马氏体。3默画FeFe3C相图，并按组织组成物填写各个相区。指出C、D、G、S、E、五个点及Al、A3、Acm、ECF、PSK五条线的含义。4试分析45钢、T8钢、T12钢在极缓慢的冷却过程中相变的过程。5钢中常存杂质指的是什么?它们对钢有什么影响?6指出钢号为20、45、65Mn、Q235-AF、T12、T10A、ZG270500的碳素钢各属哪类钢?钢号中的数字和符号的含义是

7、什么?各适于做什么用(各举一例)?7热轧空冷状态的碳素钢随WC（含碳量）增加，其力学性能有什么变化?为什么?8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。(7)钢在锻造时始锻温度选1000C1250C，停锻选800C左右。9FeFe3C相图在选材、热处理、锻造、铸造等方面有什么用途?复

8、习思考题61常用的热处理工艺有哪些?简述热处理在机械制造中的作用。2影响奥氏体晶粒大小的因素有哪些?3共析钢的等温转变曲线与连续转变曲线有什么差别?4珠光体、索氏体、托（屈）氏体组织有什么区别?5上贝氏体和下贝氏体比较，哪一种力学性能好?6板条马氏体和片状马氏体在组织与力学性能方面有什么不同?7共析钢加热到奥氏体状态后，以不同的速度连续冷却，都得不到下贝氏体，试用c曲线说明，怎样才可得到下贝氏体。820、45、65、T8、T10、T12钢的淬火加热温度怎样确定?9分析以下几种说法是否正确：(1)马氏体硬而脆。(2)过冷奥氏体的冷却速度越快，冷却后钢的硬度越高。(3)钢中合金元素的含量越高，淬火

9、后的硬度也越高。(4)本质细晶粒钢加热后的实际晶粒一定比本质粗晶粒钢细。(5)同一钢材在相同加热条件下，总是水淬比油淬的淬透性好；小件比大件淬透性好。10.现有20钢齿轮和45钢齿轮两种，齿轮表面硬度要求52HRC55HRC，问采用何种热处理可满足上述要求。比较它们在热处理后的组织与力学性能的差别。11.用热处理基本工艺曲线形式表示均匀化退火、完全退火、球化退火、淬火、回火等工艺。12说明下列零件的淬火及回火温度，并说明回火后获得的组织和硬度：(1)45钢小轴(要求有较好的综合力学性能)。(2)60钢弹簧。(3)T12钢锉刀。13.用20钢制造的20mm的小轴，经930oC，5小时渗碳后，表面

10、碳的质量分数增加至1.2分析经下列热处理后表面及心部的组织： (1)渗碳后缓冷到室温。(2)渗碳后直接淬火，然后低温回火。(3)渗碳后预冷到820 oC，保温后淬火，低温回火。(4)渗碳后缓冷到室温，再加热到880 oC后淬火，低温回火。(5)渗碳后缓冷到室温，再加热到780 oC后淬火，低温回火。14简述目前常用的钢铁表面处理技术，并说明其应用范围。复习思考题71合金钢和碳素钢相比，具有哪些特点?2在合金钢中，常加入的合金元素有哪些?非碳化物形成合金元素有哪些?碳化物形成合金元素有哪些?3合金元素对淬火钢的回火转变有何影响?4为什么合金钢的淬透性比碳素钢高?试比较20CrMnTi与T10钢的

11、淬透性和淬硬性。5为什么同样碳含量的合金钢比碳素钢奥氏体化加热温度高?6有一根30mm的轴，受中等的交变载荷作用，要求零件表面耐磨，心部具有较高的强度和韧性，供选择的材料有16Mn、20Cr、45钢、T8钢和Crl2钢。要求：1)选择合适的材料；2)编制简明的热处理工艺路线；3)指出最终组织。7.W18Cr4V钢淬火温度为什么要选1275oC5oC?淬火后为什么要经过三次560oC回火?回火后的组织是什么，回火后的组织与淬火组织有什么区别?能否用一次长时间回火代替三次回火?8为什么轴承钢要具有较高的碳含量?在淬火后为什么需要冷处理?9如何提高钢的耐蚀性，不锈钢的成分有何特点?10ZGMl34钢

12、为什么具有优良的耐磨性和良好的韧性?11在工厂中经常切削铸铁件和碳素钢件，请问何种材料硬质合金刀片适合切削铸铁。12说明下列钢号属于何种钢?数字的含意是什么?主要用途?T8、16Mn、20CrMnTi、ZGMnl32、40Cr、GCrl5、60Si2Mn、W18Cr4V、1Crl8Ni9Ti、1Crl3、Crl2MoV、12CrMoV、5CrMnMo、38CrMoAl、9CrSi、Crl2、3Cr2W8、4Cr5W2VSi、15CrMo、60钢、CrWMn、W6M05Cr4V2。复习思考题81试总结铸铁石墨化的条件和过程。2试述各类铸铁性能及用途。与钢比较优缺点各是什么?3为什么球墨铸铁可以代

13、替钢制造某些零件呢?4识别下列铸铁牌号：HTl50、HT300、KTH30006、KTZ45006、KTB38012、QT40018、QT60003、RuT260。5铸铁的力学性能取决于什么?6灰铸铁为什么不进行整体淬火处理?复习思考题91根据二元铝合金一般相图，说明铝合金是如何分类的?2形变铝合金分哪几类?主要性能特点是什么?并简述铝合金强化的热处理方法。3铜合金分哪几类?举例说明黄铜的代号、化学成分、力学性能及用途。4钛合金分哪几类?简述钛合金的热处理。5滑动轴承合金必须具备哪些特性?常用滑动轴承合金有哪些?复习思考题101什么是零件的失效?常见的失效方式有哪些?2选择零件材料应遵循什么原

14、则?3在选择材料力学性能数据时应注意哪些?4为什么在蜗杆传动中，蜗杆需采用低碳钢或中碳钢制造，而蜗轮则采用较软的青铜(如QSn0.2)制造?5分析汽车上所用零件材料。说明哪些是用碳素钢、合金钢、铸铁和有色金属制成，各举出两种零件名称，它们都采用何种热处理方法?习题1一、名词解释加工硬化、形变织构、回复、再结晶、热加工二、填空题1常温下，金属单晶体的塑性变形方式为（ ）和（ ）两种。2与单晶体比较，影响多晶体塑性变形的两个主要因素是（ ）和（ ）。3在金属学中，冷加工和热加工的界限是以（ ）来划分的 4再结晶温度是指（ ），其数值与熔点间的大致关系为（ ）。5再结晶后晶粒度的大小取决于（ ）、（

15、 ）、和（ ）。6强化金属材料的基本方法有（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。三、简答题1.为什么细晶粒的金属材料其强度、塑性均比粗晶粒金属好？2什么是加工硬化？试举例说明加工硬化现象在生产中的利弊。3用冷拔紫铜管进行冷弯，加工成输油管，为避免冷弯时开裂，应采用什么措施？为什么？4已知W、Fe、Cu的熔点（见教材），说明钨在 1000、铁在800、铜在600时的加工变形是处于什么加工状态。5用下述三种方法制成齿轮，哪种方法较为理想？为什么？（1）用厚钢板切出圆饼再加工成齿轮。（2）用粗钢棒切下圆饼再加工成齿轮。（3）由圆棒锻成圆饼再加工成齿轮。6简述加热温度对低碳钢的冷塑性变形的组织和性能的影响。

16、四、判断题1由于再结晶的过程是一个形核长大的过程，因而再结晶前后金属的晶格结构发生变化。（ ）2因为体心立方晶格与面心立方晶格具有相同数量的滑移系，所以两种晶体的塑性变形能力完全相同。（）3金属的预变形度越大，其开始再结晶的温度越高。（ ）4滑移变形不会引起金属晶体结构的变化。（ ）5热加工是指在室温以上的塑性变形加工。（ ）6为了保持冷变形金属的强度和硬度，应采用再结晶退火。（ ）7热加工过程，实际上是加工硬化和再结晶这两个重叠的过程。（ ）五、选择填空1随冷塑性变形量增加，金属的（ ）。（a）强度下降，塑性提高 (b) 强度和塑性都下降（c）强度和塑性都提高 （d）强度提高，塑性下降2冷变

17、形金属再结晶后，则（ ）。，（a）形成等轴晶，强度增大 (b)形成柱状晶，塑性下降（c）形成柱状晶，强度升高 (d)形成等轴晶，塑性升高3变形金属加热时发生的再结晶过程是一个新晶粒代替旧晶粒的过程，这种新晶粒的晶型是（ ）。（a）与变形前的金属相同 （b）与变形后的金属相同（c）形成新的晶型4再结晶和重结晶都有形核与长大两个过程，主要区别在于有没有（ ）改变。（a）温度（b）晶体结构 （c）应力状态。5冷、热加工的区别在于加工后是否留下（ ）。（a）加工硬化 （b）晶格改变性 （c）纤维组织6钢只有通过冷加工并经随后加热才能使晶粒细化，而铁则不需冷加工，只需加热到一定温度即使晶粒细化，其原因是

18、（ ）（a）铁总是存在加工硬化，而钢没有 （b）钢有加工硬化现象，而铁没有（c）铁在固态下有同索异构转变，而钢没有 （d）铁和钢的再结晶温度不同习题2一、名词解释淬火、马氏体、调质处理、珠光体、曲线二、填空1把钢加热到临界点Ac1；或Ac3以上保温并随之以大于临界冷却速度冷却，用以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺方法称为（ ）。2中温回火主要用于处理（ ）。回火后得到（ ）。3根据渗碳剂在渗碳过程中聚集状态的不同，渗碳方法可以分为（ ）、（ ）和（ ）三种。4在钢的表面同时渗入碳和氮的化学热处理工艺称为（ ），其中低温（ ）的硬度提高不多，故又称为（ ）。三、简答1什么是热处理？

19、常见的热处理方法有几种，其目的是什么？从相图上看，怎样的合金才能进行热处理？提示：只有从高温到低温发生相变或由固溶体溶度变化的合金才有可能进行热处理。2什么是回火？回火的分类、因火的目的是什么？回火的四个阶段具有怎样的特点？如何避免回火脆性，相应回答回火冷却时应注意什么？提示：回火后工件一般在空气中冷却，对于具有第二类回火脆性的钢件，回火后进行油冷。对于性能要求较高的工件在防止开裂条件下，可进行油冷或水冷，然后进行一次低温补充回火，以消除快冷产生的内应力3何谓冷处理？为何冷处理之后还要进行回火或时效？冷处理与二次淬火及二次硬化是不是一样的？以高速钢刃具生产工艺为例说明上述问题。提示：冷处理之后

20、仍存在淬火应力；二次硬化是高速钢重要的强化手段。4试说明下述组织结构及力学性能特点，并回答它们之间有何区别与联系？珠光体和球化组织；马氏体和回火马氏体；索氏体和回火索氏体；屈氏体和回火屈氏体。5T12钢加热到770后用图2-11所示各种方法冷却，分析其所得组织。6用20CrMnTi为材料制造汽车变速箱齿轮，试制定其热处理生产工艺。请采用调质和渗碳两种方法，并比较两者区别。提示：主要比较经两种工艺处理之后材料由表层到心部的组织，进而比较其性能差异。四、判断正误并改正1铁素体相为面心立方点阵，渗碳体为复杂斜方点阵，奥氏体为体心立方点阵，三者点阵结构相差很大。2珠光体的片层间距主要取决于其形成温度。

21、在连续冷却条件下，冷却速度越大，珠光体形成温度越低，即过冷度越大，则片层间距越小。3珠光体的形成过程，包含着两个同时进行的过程：一个是通过碳的扩散生成低碳的渗碳体和高碳的铁素体；另一个是晶体点阵重构，由面心立方贝氏体的转变为体心立方的马氏体和复杂单斜点阵的回火组织。4低碳钢中的马氏体组织，因其显微组织是由许多成群的板条组成，故又称为板条马氏体。对某些钢因板条不易侵蚀显现出来，而往往呈现为块状，所以有时也称之为块状马氏体，又因为这种马氏体的亚结构主要为位错，通常也称它为位错型马氏体。5马氏体的等温转变一般不能进行到底，完成一定的转变量后就停止了。6大量的实验结果都证明，在屈服强度相同的条件下，位

22、错型马氏体具有较高的硬度且比孪晶马氏体的韧性差的多。7为了减小工件与淬火介质之间的温差，减小内应力，可以把欲淬火的工件，在淬入淬火介质之前，先水冷一段时间。这种方法叫“预冷淬火法”8使钢中的碳化物球状化。或获得“球状珠光体”的退火工艺称为球化退火。因其也能够消除或减少化学成分偏析及显微组织的不均匀性，所以也称扩散退火。五、选择填空1根据Fe一C相图，温度在A1以下时,碳钢的平衡组织为（）或（）加（）或（）加（）。(a)珠光体(b)渗碳体（c）铁素体（d）马氏体2如果珠光体的形成温度较低，在光学显微镜下，很难辨别其铁素体片与渗碳体片的形态，由电子显微镜测定其片层间距，大约在800-1500之间，

23、这种细片状珠光体。工业上叫做（ ）。（a）超细珠光体 (b)索氏体 （c） 屈氏体（d）马氏体3实际生产中退火的种类很多，按其物理本质的不同可分为（ ）、（）和（ ）三大类。（a）重结晶、再结晶、去应力退火 （b）扩散、球化法应力退火（c）再结晶、完全、去应力退火 （d）去氢、扩散、重结晶退火4对于亚共折钢，适宜的淬火加热温度一般为（ ），淬火后的组织为均匀的马氏体。(a)Ac1+3050 (b) Acm+3050 (c) Ac3+3050 (d) A0+30505当残余奥氏体比较稳定在较高温度回火加热保温时来发生分解：而在随后冷却时转变为马氏体。这种在回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体的现象称

24、为（）。(a)二次硬化（b）回火抗性（c）二次淬火（d）孪晶马氏体反稳定化6真空热处理、可控气氛热处理、辉光离子热处理和（）等热处理技术是当代发展起来的具有广泛应用前景的新技术。（a）表面淬火 （b）复合热处理 （c）化学热处理 （d）表面热处理习题3一、名词解释：1、调质处理：2、淬透性：3、马氏体：4、共析反应：5、过冷体：6、加工强化：7、热处理：8、表面淬火：二、作图题：1、画出共析钢的“”线，并标明淬火临界冷却速度2、Fe-Fe3C相图左下角部分画出并标明淬火加热温度和A1,A2,Acm线、符号三、下面材料所属类别和应用实例材料样号 类别 典型热处理工艺使用状态下组织 应用举例Q23

25、5AGcr1545T1220CrMnTi60Si2Mn16Mn9SiCr5CrMnMo1Cr18Ni9四、车床主轴要求轴颈部位硬度为5458HRC，其余地方为2025HRC，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、本轴应用的材料：2、正火和调质的目的和大致热处理工艺3、表面淬火目的4、低温回火目的及工艺5、轴颈表面组织和其余地方组织习题4简答题1 钢中常存的杂质有哪些？硫、磷对钢的性能有哪些有益和有害的影响？2 为什么比较重要的大截面的结构零件都必需用合金钢制造？与碳钢比较，合金钢有何优点？3 合金钢中经常加入的合金元素有哪些？怎样分类？4 为什么

26、碳钢在室温下不存在单一奥氏体或单一铁素体组织，而合金钢中有可能存在这类组织？5 合金元素对回火转变有何影响？6 试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别。7 为什么说得到马氏体随后回火处理是钢中最经济而又最有效的强韧化方法？8 什么是钢的回火脆性？下列几种钢中，哪类钢的回火脆性严重，如何避免？45 40Cr 35SiMn 40CrNiMo9 从资源情况分析我国合金结构钢的合金化方案的特点。10 为什么低合金高强钢用锰作为主要的合金元素？11 试述渗碳钢和调质钢的合金化及热处理特点。12 为什么合金弹簧钢以硅为重要的合金元素？弹簧淬火后为什么要进行中温回火？为了提高弹簧的使用

27、寿命，在热处理后应采用什么有效措施？13 轴承钢为什么要用铬钢？为什么对钢中的非金属夹杂物限制特别严格？14 解释下列现象（1）含碳量相同时，含炭化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性；（2）含碳量0.4%，含铬量12%的铬钢属于过共析钢，而含碳1.0%,含铬12%的在相同含碳量下，除了镍、锰的合金钢外，大多数合金钢的热处理温度都钢属于莱氏体钢；（3） 在相同含碳量下，合金钢的淬火变形和开裂现象不易产生；（6） 调质钢在回火后需快冷至室温；（7） 高速钢需高温淬火和多次回火。15W18Cr4V钢的Ac1为820,若以一般工具钢Ac130-50 oC的常规方法来确定其淬火温度，最终热处理

28、后能否达到高速切削刀具所要求的性能，为什么？其实际淬火温度是多少？W18Cr4V钢刀具在正常淬火后都要进行560 oC三次回火，这又是为什么？16直径为25mm的40CrNiMo棒料毛坯，经正火处理后硬度高很难切削加工，这是什么原因？设计一个最简单的热处理方法以提高其机械加工性能。17某厂的冷冲模原用W18Cr4V钢制造，在使用时经常发生崩刃、掉渣等现象，冲模寿命很短；后改用W6Mo5Cr4V2钢制造，热处理时采用低温淬火（1150 oC），冲模寿命大大提高。试分析其原因。18.一些中、小工厂在用Cr12型钢制造冷作模具时，往往是用原钢料直接进行机械加工或稍加改锻后进行机械加工，热处理后送交使

29、用，经这种加工的模具寿命一般都比较短。改进的措施是将毛坯进行充分地锻造，这样的模具使用寿命有明显提高。这是什么原因？19不锈钢的固溶处理与稳定化处理的目的各是什么？20试分析20CrMnTi钢和1Cr18Ni9Ti钢中Ti的作用21试分析合金元素Cr在40Cr、GCr15、CrWMn、1Cr13、1Cr18Ni9Ti等钢中的作用22试就下列四个钢号：20CrMnTi、65、T8、40Cr讨论下列问题：（1） 在加热温度相同的情况下，比较其淬透性和淬硬性，并说明理由；（2） 各种钢的用途、热处理工艺、最终的组织。23硬质合金有何特点？指出硬质合金YG8、YT15的类别、成分和用途。24要制造机床

30、主轴、拖拉机后桥齿轮、铰刀、汽车板簧等。拟选择合适的钢种，并提出热处理工艺。其最后组织是什么？性能如何？25某工厂生产一种柴油机的凸轮，其表面要求具有高硬度（HRC50）,而零件心部要求具有良好的韧性，本来是采用45钢经调质处理后再在凸轮表面上进行高频淬火，最后进行低温回火。现因工厂库存的45钢已用完，只剩下15号钢，试说明以下几个问题。（1） 原用45钢各热处理工序的目的。（2） 该用15钢后，仍按45钢的上述工艺路线进行处理，能否满足性能要求？为什么？（3）改用15钢后，应采用怎样的热处理工艺才能满足上述性能要求？为什么？习题5一、 名词解释石墨化、孕育（变质）处理、球化退火、可锻化退火、石墨化退火二、 填空题1. 白口铸铁中碳的主要以