机械工程材料期末试题含答案.docx

1、机械工程材料期末试题含答案机械工程材料模拟练习题一、填空题（每空0.5分）1. 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。2. 金属材料的力学性能主要包括强度、硬度、弹性、塑性等；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；压入法测量方法简便、不破坏试样，并且能综合反映其它性能，在生产中最常用。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. 珠光体是一种复相组织，它由铁素体和渗碳体按一定比例组成。珠光体用符号P表示。5. 铁碳合金中，共析钢的wc=0.77%,室温平衡

2、组织为珠光体；亚共析钢的wc=0.0218%-0.77%，室温平衡组织为铁素体和珠光体；过共析钢的wc=0.77%-2.11%,室温平衡组织为珠光体和二次渗碳体。6. 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渗碳体。7. 低碳钢的碳质量分数范围是：Wc0.25%、中碳钢：Wc=0.25%-0.6%、高碳钢：Wc0.6%。8. 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、变质处理和附加振动来细化晶粒。9. 常用金属中，-Fe、Al、Cu 等金属具有面心立方晶格，-Fe具有体心立方晶

3、格。10. 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小,力学性能越好。11. 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（形状和尺寸），只能改变钢件的（结构组织）和（力学性能）。12. 完全退火适用于（亚共析碳）钢，其加热温度为（Ac3以上30-50C），冷却速度（缓慢），得到（铁素体和珠光体）组织。13. 球化退火又称为（均匀化）退火，其加热温度在（Ac1）20-30，保温后（随炉缓慢）冷却，获得（球状珠光体）组织；这种退火常用于高碳工具钢等。14. 中碳钢淬火后，再经低温回火后的组织为（回火马氏体），经中温回

4、火后的组织为（回火托氏体），经高温回火后的组织为（回火索氏体）；淬火高温回火后具有（综合力学）性能。15. 钢的高温回火的温度范围在（500-650C），回火后的组织为（回火索氏体）。这里开始16. 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, 滚动轴承钢属高碳钢。17. 高速钢W18Cr4V 中合金元素W 的作用是提高钢的红硬性和回火稳定性； Cr 的作用是提高钢的淬透性；V 的作用是与C形成稳定的VC，具有极高的硬度和耐磨性。 高速钢的锻造不仅是为了成型, 而且是为了使莱氏体中呈粗大鱼骨状的共晶合金碳化物均匀分布在基体上。 高速钢淬火后需经560三次回火， 回火后其

5、组织由隐针马氏体、粒状碳化物及少量残余奥氏体构成， 其性能具有高硬度 、高强度、高耐磨性。18. 按用途分，合金钢可分为（合金结构）钢、（合金工具）钢、（特殊性能）钢。19. 40Cr钢中铬的平均含量约为（Wcr0.5%时为Mn+A过共析钢淬火温度为Ac1+3050C，温度高于Accm，则奥氏体晶粒粗大，含碳量高，淬火后马氏体晶体粗大，A%增大，硬度、耐磨性下降，脆性、变形裂开倾向增加。组织物为M+Fe3（颗粒+A，这种组织不仅具有高强度、高耐磨性3. 晶粒大小对金属的性能有什么影响？细化晶粒的方法有哪几种？常温下，晶粒越细，晶界面积越大，因而金属的强度、硬度越高，同时塑性、韧性也好高温下，晶

6、界呈粘滞状态，在协助作用下易产生滑动，因而细晶粒无益，但晶粒太粗易产生应力集中，因而高温下晶粒过大过小都不好方法：1：增大过冷度 2：变质处理 3：附加振动4. 为什么一般情况下亚共析钢采用完全（奥氏体化）淬火，过共析钢采用不完全淬火？1：亚共析钢才用完全淬火是因为如果加热温度过低（Ac3），在淬火钢中将出现铁素体组织，造成淬火硬度不足，如果加热温度过高（Ac3），将引起奥氏体晶粒粗大，淬火后得到粗大的马氏体组织，韧性降低2：过共析钢才用不完全淬火是因为如果加热温度高于Acm，则奥氏体晶粒粗大，含碳量高，淬火后马氏体晶粒粗大，残余奥氏体增多，使刚硬度、耐磨性下降，脆性变形裂开倾向增加5. 为减

7、少钢件的淬火变形、防止开裂，从淬火方法上应采取哪些措施？选择合适的淬火方法可以在获得所要求的淬火组织和性能条件下，尽量减小淬火应力，从而减小工件变形和开裂的倾向措施：单液淬火法，双液淬火法，分级淬火法，等温淬火法，局部淬火法，冷处理6. 45钢（Ac1=730, Ac3=780）分别加热至760，830，1040 时的组织以及在水中冷却后的组织。 7. . 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：810-830C 高温回火：500-650C 淬火组织：M 回火组织：回火索氏体 8. 试说明下列合

8、金钢的名称及其主要用途。W18Cr4V、1Cr18Ni9Ti高速钢，是合金工具钢中的重要钢种奥氏体不锈钢，用于化工设备和管道9. 指出普通灰口铸铁与球墨铸铁在石墨形态、机械性能和应用方面的主要区别。石墨形态：前者为片层状，后者为球状球墨铸铁与灰铸铁相比，有高的强度和良好的塑性和韧性，屈服点比碳素结构钢高，疲劳强度接近中碳钢，同时，它具有灰铸铁的减震性，减磨性和小的缺口敏感性等优良性能，球墨铸铁中的石墨球的圆管度越好，球径越小，分布约均匀，则球墨铸铁的力学性能就越好（高强度，塑性、韧性好）10. 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

9、并指出各热处理工序的作用；（2）指出最终热处理后的显微组织及大致硬度；（3）制定最终热处理工艺规定（温度、冷却介质）1：锻造：自由锻 热处理：退火，改善切削性能 机加工：切削 热处理：淬火，增加硬度及耐磨性，低温回火，细小的马氏体减少淬火应力，防止裂纹磨加工:锉削2：细小回火马氏体，粒状合金碳化物，少量的残余奥氏体3：温度：Ac1+30-50C，冷却介质为油（空气、水选一）11. 下图为T8钢的等温转变曲线（C曲线），若使该钢在620进行等温转变，并经不同时间等温后，按图中1、2、3速度冷至室温，试问各获得什么组织？ A1 700 550 Ms 1 2 3 Mf1：M+残余A 2：残余A+M+

10、S 3：M+S12. 何谓再结晶？它对工件的性能有何影响？ 金属的组织和性能又重新回到冷却变形前的状态，而且结晶出的经历与变形前完全一样，成为再结晶过程。影响：强度、硬度降低，塑性、韧性升高，消除了加工硬化机械工程材料（于永泗 齐民 第七版）课后习题答案 第一章 1-1、可否通过增加零件尺寸来提高其弹性模量：不能，弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。所以不能通过增大尺寸来提高弹性模量。 1-2、工程上的伸长率与选取的样品长度有关，为什么：伸长率等于，当试样(d)不变时，增加，则伸长率下降，只有当/为常

11、数时，不同材料的伸长率才有可比性。所以伸长率与样品长度有关。 1-3、和两者有什么关系？在什么情况下两者相等？为应力强度因子，为平面应变断裂韧度，为的一个临界值，当增加到一定值时，裂纹便失稳扩展，材料发生断裂，此时，两者相等。 1-4、如何用材料的应力-应变曲线判断材料的韧性？所谓材料的韧性是指材料从变形到断裂整个过程所吸收的能量，即拉伸曲线（应力-应变曲线）与横坐标所包围的面积。 第二章 2-1、从原子结构上说明晶体与非晶体的区别。原子在三维空间呈现规则排列的固体称为晶体，而原子在空间呈无序排列的固体称为非晶体。晶体长程有序，非晶体短程有序。 2-2、立方晶系中指数相同的晶面和晶向有什么关系

12、？相互垂直。2-4、合金一定是单相的吗？固溶体一定是单相的吗？合金不一定是单相的，也可以由多相组成，固溶体一定是单相的。 第三章 3-1、说明在液体结晶的过程中晶胚和晶核的关系。在业态经书中存在许多有序排列飞小原子团，这些小原子团或大或小，时聚时散，称为晶胚。在以上，由于液相自由能低，晶胚不会长大，而当液态金属冷却到以下后，经过孕育期，达到一定尺寸的晶胚将开始长大，这些能够连续长大的晶胚称为晶核。 3-2、固态非晶合金的晶化过程是否属于同素异构转变？为什么？不属于。同素异构是物质在固态下的晶格类型随温度变化而发生变化，而不是晶化过程。 3-3、根据匀晶转变相图分析产生枝晶偏析的原因。枝晶偏析：

13、在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内，成分不均匀的现象叫做枝晶偏析。结合二元匀晶转变相图可知，枝晶偏析产生的原因是固溶体合金的结晶只有在“充分缓慢冷却”的条件下才能得到成分均匀的固溶体组织。然而在实际生产中，由于冷速较快，合金在结晶过程中，固相和液相中的原子来不及扩散，使得先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素，而后结晶的枝晶中含有较多低熔点元素。冷速越快，液固相间距越大，枝晶偏析越严重。 3-4、结合相图分析含0.45% C、1.2% C和3.0% C的Fe-C合金在缓慢冷却过程中的转变及室温下的组织。0.45% C: LL+L+L+eP+。室温组织：P+1.2%C：LL+二次渗碳体二次渗碳体。室

14、温组织：P+二次渗碳体。3.0%C：LL+L+Le+ Le+二次渗碳体P+二次渗碳体+一次渗碳体Le+二次渗碳体+P。室温组织：Le+二次渗碳体+P。 3-6、说明Fe-C合金中5种类型渗碳体的形成和形态特点。一次渗碳体：由液相直接析出，黑色的片层。 二次渗碳体：含碳量超过0.77%的铁碳合金自1148冷却至727时，会从奥氏体中析出二次渗碳体。沿奥氏体晶界呈网状排列。 三次渗碳体：铁碳合金自727向室温冷却的过程中，从铁素体析出的为三次渗碳体。不连续网状成片状分布于铁素体晶界。 共晶渗碳体：共晶白口铸铁由液态冷却到1148是发生共晶反应，产生共晶奥氏体和共晶渗碳体。为白色基体。 共析渗碳体：

15、共析钢液体在发生共析转变时，由奥氏体相析出铁素体和共析渗碳体。为黑色的片层。 3-7、说明金属实际凝固时，铸锭的3中宏观组织的形成机制。铸锭的宏观组织由表层细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区3个晶区组成。表层细晶区：当高温的液体金属被浇注到铸型中时，液体金属首先与铸型的模壁接触，一般来说，铸型的温度较低，产生很大的过冷度，形成大量晶核，再加上模壁的非均匀形核作用，在铸锭表面形成一层厚度较薄、晶粒很细的等轴晶区。柱状晶区：表层细晶区形成以后，由于液态金属的加热及凝固时结晶潜热的放出，使得模壁的温度逐渐升高，冷却速度下降，结晶前沿过冷度减小，难以形成新的结晶核心，结晶只能通过已有晶体的继续生长来进行。

16、由于散热方向垂直于模壁，因此晶体沿着与散热方向相反的方向择优生长而形成柱状晶区。中心等轴晶区：当柱状晶区长大到一定程度，由于冷却速度进一步下降及结晶潜热的不断放出，使结晶前沿的温度梯度消失，导致柱晶的长大停止。当心部液体全部冷却至实际结晶温度一下时，以杂志和被冲下的晶枝碎片为结晶核心均匀长大，形成粗大的等轴晶区。第四章 4-1、为什么室温下金属的晶粒越细，强度、硬度越高，塑型、韧性也越好？因为金属的晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多，需要协调的具有不同位向的晶粒越多，金属塑性变形的抗力越高。从而导致金属强度和硬度越高；金属的晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，同时参与变形的晶粒数目也越多，变形越均匀，推迟了裂纹的形成于扩展使得在断裂前发生了较大的塑性变形，在强度和塑型同时增加的情况下，其塑型和韧性越好。