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1、工程材料及成型技术习题及答案工程材料及成型技术习题及答案习题一 工程材料的性能1、由拉伸试验可得出哪些力学性能指标?在工程上这些指标是如何定义的？2、说明s，b，E、G、-1，k符号的意义和单位？3、在测定强度上s和0.2有什么不同?4、在设计机械零件时常用哪两种强度指标？为什么?5、在何种服役条件下，屈服强度、抗拉强度、疲劳强度是设计中最有用的数据？6、设计刚度好的零件，应根据何种指标选择材料?采用何种材料为宜？材料的E越大，其塑性越差，这种说法是否正确? 为什么？7、材料的弹性模量E的工程含义是什么？它和零件的刚度有何关系？8、什么是弹性模量E？金属弹性模量的大小主要取决什么因素？9、金属

2、材料刚度与金属机件刚度两者含义有何不同？10、试区别材料刚度与弹性的概念，一个弹簧由于刚度不足或弹性差产生的失效现象有何不同？如何防治二者造成的失效？11、有一低碳钢拉伸试件，d0=10.0mm，L0=50mm，拉伸实验时测得Fs=20.5kN，Fb=31.5kN，d1=6.25mm，L1=66mm，试确定此钢材的s，b，。12、拉伸试件的原标距长度为50mm，直径为10.0mm，拉断后对接试样的标距长度为79mm，缩颈区的最小直径为4.9mm，求其，。这两个指标，哪个表征材料的塑性更准确？塑性指标在工程上有哪些实际意义？13、一根直径为2.5mm的3m长钢丝受载荷4900N后，有多大变形？（

3、钢丝的弹性模量为205000MN/m2）14、标距不同的伸长率能否进行比较？为什么？15、现有标准圆形长、短试件各一根，原始直径d0=10mm，经拉伸试验，测得其延伸率5和10均为25%，求两试件拉断时的标距长度？这两个试件中那一个塑性较好？为什么？16、常用的硬度试验方法有几种？其应用范围如何?这些方法测出的硬度值能否进行比较？17、甲乙丙丁四种材料的硬度分别是45HRC，90HRB，800HV，240HBS，试比较这四种材料硬度的高低。18、下列各种工件应采取何种硬度试验方法来测定其硬度？（写出硬度符号）锉刀、黄铜轴套、供应状态的各种非合金钢钢材、硬质合金刀片、耐磨工件的表面硬化层、调质态

4、的机床主轴、铸铁机床床身、铝合金半成品19、在什么条件下应用布氏硬度比洛氏硬度试验好？布氏硬度试验有何局限？20、当某一材料的断裂韧度KIC=62Mpa.m1/2，材料中裂纹的长度2a=5.7mm时，要使裂纹失稳扩展而导致断裂，需要多大的应力？（设Y=）21、反映材料受冲击载荷的性能指标是什么?不同条件下测得的这种指标能否进行比较？怎样应用这种性能指标？22、k与KIC的概念有何不同？23、疲劳破坏是怎样形成的？提高疲劳寿命的方法有哪些?为什么表面粗糙和零件尺寸增大能使材料的疲劳强度值减小？24、同样材料同样大小的试样，一个表面光滑，一个表面有裂纹，那个疲劳强度高？为何？25、零件使用中所承受

5、的交变应力是否一定要低于疲劳极限？有无零件的交变应力高于疲劳极限的情况？26、工程材料有哪些物理性能和化学性能？27、什么是材料的工艺性能？习题二 金属与合金晶体结构和相图1、计算面心立方晶格的致密度。2、铁的原子半径为0.124nm，试计算体心立方和面心立方的晶格常数。3、已知的原子直径为2.56，求的晶格常数，并计算1mm中的原子数。4、填空题：（1）晶体与非晶体结构上的最根本的区别是（ ）。（2）-Fe的一个晶胞内的原子数为（ ）。（3）结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，它们是（ ）和（ ）。5、选择题（1）晶体中的位错属于 a. 体缺陷 b.面缺陷 c.线缺陷 （2）金属结

6、晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将a. 越高 b.越低 c.越接近理论结晶温度 （3）为了细化晶粒，可采取的措施是a. 快速浇注 b.加变质剂 c.以砂型代替金属型 6、什么是过冷度？过冷度与冷速有何关系？过冷度对金属结晶后晶粒大小有何影响？7、液态金属发生结晶的必要条件是什么？8、晶粒大小对力学性能有何影响？为什么？简述在凝固阶段细化晶粒的途径？9、为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？10、如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下，铸件晶粒大小：（1）金属模浇注与砂模浇注（2）铸成薄件与铸成厚件（3）浇注时采用震动和不采用震动11、什么是固溶体？固溶体有何晶格特性和

7、性能特点？何谓固溶强化？12、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。13、什么是金属化合物？金属化合物有何晶格特征和性能特点？何谓弥散强化？14、判断下列情况是否有相变：液态金属结晶，同素异晶转变15、已知熔点600与熔点500在液态无限互溶；在固态300时溶于的最大溶解度为30%，室温时为10%，但不溶于，在300时，含40%的液态合金发生共晶反应，求：（）作出合金相图（）分析20%，45%和80%等合金的结晶过程，并确定室温下的组织组成物和相组成物的相对量。16、一个二元共晶反应如下：（75%）（15%）（95%）（）含50%的合金完全凝固时：（）初晶与共晶（）的重

8、量百分数（）相和相的重量百分数（）共晶体中相和相的重量百分数（）若显微组织中测出初晶与（）共晶各占一半，求该合金成分17、有形状、尺寸相同的两个合金铸件，一个含，一个含，铸造后自然冷却，问哪个铸件的偏析比较严重。18、现有A、B两组元，其熔点BA，组成二元匀晶相图，试分析以下说法是否正确？（1）A、B两组元的晶格类型可以不同，但原子大小一定要相等（2）其中任一合金K，在结晶过程中由于固相成分沿固相线变化，故结晶出来的固溶体中的含B量始终高于原液相中的含B量。（3）固溶体合金按匀晶相图平衡结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分都不相同，所以固溶体的成分是不均匀的。19、何谓同素

9、异晶转变？试画出纯铁的结晶冷却曲线和晶体结构变化图？20、默画铁碳相图，并标注其关键点、线的成分和温度，标注各相区的相组成和组织组成物。写出共晶和共析反应式，并指出共晶和共析的异同点。21、何谓碳素钢？何谓白口铁？两者的成分、组织和性能有何差别？22、为何铸造合金常选用接近共晶成分的合金？为何要进行压力加工的合金常选用单相固溶体合金？23、比较下列名词的异同：（）-Fe，相与铁素体，-Fe，相与奥氏体；（）FeC，FeC，FeC，FeC共晶，FeC共析（3）相成分与组织组分，高温萊氏体和变态萊氏体24、默画出铁碳相图。填出各区域的相组分和组织组分。分析碳的质量分数分别为0.4%，0.77%，1

10、.2%的结晶过程。指出这三种钢在1400、1100和800时奥氏体中的碳的质量分数。25、说明含碳量分别为3.2%，4.3%和4.7%的铁碳合金的结晶过程和室温组织。26、设珠光体的硬度为200HBS，伸张率20%，铁素体硬度80HBS，伸张率50%，计算c0.45%碳钢的延伸率与硬度。27、依据铁碳相图，解释下列现象：（1）在室温下，c0.8%的碳钢比c0.4%的碳钢硬度高，比c1.2%的碳钢强度高。（2）钢铆钉一般用低碳钢制造（3）绑扎物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物时都用钢丝绳（用60，65钢制造）（4）在1000时，c0.4%的钢能进行锻造，而c4.0%的铸铁不能锻造。（

11、5）钳工锯削T8，T10，T12等退火钢料比锯削10，20钢费力，且锯条易磨钝。（6）钢适合压力加工成形，而铸铁适合铸造成形。（7）变态莱氏体的塑性比珠光体差28、依据铁碳相图计算，（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？（4）用杠杆定理计算珠光体、莱氏体在其共析温度、共晶温度时相组成物的相对量。29、某工厂仓库有许多碳钢钢材（退火态），由于钢材混杂，不知道化学成分，现将其中一根，经金相分析，发现其组织为珠光体+铁素体，其中铁素体占80%，问此钢含碳量大约为多少？

12、30、对某退火碳素钢进行金相分析，其组织的相组成物为铁素体+渗碳体（粒状），其中渗碳体占18%，问此钢含碳量大约是多少？31、对某退火碳素钢进行金相分析，其组织的相组成物为铁素体+渗碳体（网状），其中珠光体占93%，问此钢含碳量大约是多少？32、现有两种铁碳合金，其中一种合金的显微组织中珠光体量占75%，铁素体量占25%，另一种合金显微组织中珠光体占92%，二次渗碳体量占8%，求出两类合金中碳的含量。33、同样形状和大小的两块铁碳合金，其中一块是低碳钢，一块是白口铸铁，用什么简单的方法可迅速将它们区分开来？34、在平衡条件下，45、T8、T12钢的硬度、塑性和强度孰大孰小？35、铸钢和铸铁的含

13、碳量一般在什么范围？它们在应用上有何区别？36、判断题（1）铁素体的本质是碳在-Fe中的间隙相。（ ）（2）20钢比T12钢的碳质量分数高。（ ）（3）发生共析反应的铁碳合金，其含碳量必须是0.77%。37、填空题（1）珠光体的本质是（ ）。（2）在铁碳合金室温平衡组织中，含最多的合金成分点为（ ），含低温莱氏体最多的合金成分点（ ）。38、选择题（1）奥氏体是（）a.碳-Fe中的间隙固溶体 b.碳-中的间隙固溶体 c.碳-Fe中的有限固溶体（2）珠光体是一种（ ）a.单相固溶体 b.两相混合物 c.Fe与C的化合物（3）T10钢的碳的质量分数（ ）a.0.1% b.1.0% c.10%（4）

14、铁素体的机械性能特点是（ ）。a.强度高、塑性好 b.强度低、塑性差、硬度低 c.强度低，塑性好，硬度低39、以钢的显微组织来分析亚共析钢和过共析钢的机械性能有何不同？40、试别下列牌号：Q235、20、45、65Mn、T10，ZG45，并指出其含碳量范围。 习题三 钢的热处理1、将5mm的T8钢加热到760并保温足够时间，问采用何种冷却工艺可得到如下组织：珠光体、索氏体、屈氏体、上贝氏体、下贝氏体、屈氏体+马氏体，马氏体+少量残余奥氏体。请在C曲线上描绘出工艺曲线示意图。2、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

15、钢锉刀3、某厂生产磨床，齿轮箱中的齿轮采用45钢制造，要求齿部表面硬度为52-58HRC，心部硬度为20HRC，其工艺路线为：下料-锻造-热处理-机加工-热处理-机加工-成品。问：（1）其热处理各应选择何种工艺？目的是什么？（2）如改用20Cr代替45钢，所选用的热处理工艺应作哪些改变？4、为什么经调质的工件比正火的工件具有较好的机械性能（同一硬度下比较）？5、完全退火的主要目的是什么？共、过共析钢能否使用该工艺？球化退火的特点是什么？6、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7、对于过共析碳钢，何时下采用正火？何时采用球化退火？8、确定下列钢件的退火方法：（1

16、）经冷轧后的10钢钢板，要求降低硬度（2）ZG35的铸造齿轮（3）锻造过热的60钢锻坯（4）具有网状渗碳体的T12钢坯9、生产上常采用增加钢中珠光体数量的方法来提高亚共析钢的强度，为此应采用何种热处理工艺，为什么？10、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

17、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。（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（11）钢的回火温度不能超过Ac111、比较共析钢、过共析钢、亚共析钢的加热转变有何异同。12、简述马氏体的定义和本质。其组织的两种基本形态是什么？马氏体的硬度主要取决于什么元素？13、何谓钢的临界冷却速度？它与钢的淬透性有何关系？14、低碳钢的硬度低，可否采用淬火方法显著提高硬度？15、试确定下列钢的淬火温度：45、65、T8、T1216、指出10mm的45钢经下列温度加热并水冷后获得的组织： 700 、760、860、110017、钢

18、经淬火后为何一定要回火？回火有哪些过程？钢的性能与回火温度有何关系？18、将含碳量为1.2%的两个试件，分别加热到780和860，保温时间相同，达到平衡状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？19、表面淬火为什么能淬硬表层而保持心部组织不变？这和淬火时没有淬透有何不同？20、渗碳和表面淬火各是靠什么方法来提高钢的性能的？21、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：

19、锻造预先热处理机加工最终热处理精加工。对两工件：（1）说明预备热处理的工艺方法和作用（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。22、用T10钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为：锻造预先热处理机加工最终热处理磨加工。试问：（1）两次热处理具体工艺名称和作用（2）确定最终热处理的工艺参数（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。23、解释T12和20CrMnTi钢的淬硬性和淬透性之区别。24、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，

20、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）某机床主轴，要求良好的综合机械性能，轴颈部分要求耐磨，材料选用45钢。（3）镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高，心部有较高的综合机械性能，材料选用38CrMoAlA。25、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HRC5558，其余部分硬度为HRC2025，请选材，编写简明的工艺路线和并选择热处理方法。26、有一10mm的20钢工件，经渗碳处理后空冷，随后进行正常的淬火和回火，是分析工件在渗碳空冷和淬火回火后，由表面到心部的组织。27、什么是钢的回

21、火脆性？如何防止第一、二类回火脆性？28、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。29、甲乙两厂生产同一种零件，材料均选用45钢，硬度要求HB220-250。甲厂采用正火，而乙厂采用调质，都达到硬度要求。试分析甲乙两厂零件的组织和性能差别？30、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?31、现有20钢和40钢各制造齿轮1个，为了提高齿面硬度和耐磨性，宜采用何种热处理工艺？热处理后在组织和性能上有何不同？32、某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高硬度（HRC50）

22、，而心部具有良好的韧性（ak40J），原来采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存45钢用完，改用15钢代替：（1）分析原来45钢各工序的作用；（2）改用15钢后，仍按照原45钢热处理工艺处理能否达到性能要求？为什么？（3）改用15钢后，应采用何种工艺才能达到性能要求。33、为什么经热处理淬火后工件会变形，有的甚至开裂？减少变形和防止开裂有哪些途径？34、简述常见的淬火缺陷及其产生原因。习题四 工业用钢1、为什么比较重要的大截面结构件如起重运输机械和矿山机械的轴类，大型发电机转子等都必须用合金钢制造？与碳钢相比，合金钢的优缺点？2、合金元素Mn，Cr，W，Mo，V

23、，Nb，Ni，Si，Al，Co在室温的退火钢中如何分布？它们对钢的基本相有何影响？3、合金元素Mn，Cr，W，Mo，V，Ti，Zr，Ni对钢的C曲线和Ms点中有何影响？将引起钢在热处理、组织和性能方面的什么变化？4、在大多数情况下，结构钢与工具钢有何主要区别？5、下列说法对吗：（1）所有的合金元素都阻碍奥氏体晶粒长大（2）合金元素能提高钢的回火稳定性（3）奥氏体不锈钢能淬火强化（4）T12与20CrMnTi相比较，淬透性和淬硬性都较低（5）高速钢需要反复锻造是因为硬度高，不宜成型6、就你所知：非碳化物形成元素有（ ）；碳化物成型元素有（ ）扩大区元素有（ ）；缩小区元素有（ ）。7、解释下列现

24、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，保温时间长。（2） 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Cr12%的钢属于莱氏体钢。 （4） 高速钢在热轧或锻造后空冷，能获得马氏体组织。（5）1Cr13和Cr12钢中Cr的质量分数均大于11.7%，但1Cr13是不锈钢，而Cr12却不是不锈钢。8、填空题（1）20是（ ）钢，可制造（ ）。（2）T12是（ ）钢，可制造（ ）。（3）16Mn是（ ）钢，可制造（ ）。（4）40Cr是（

25、）钢，可制造（ ）。（5）20CrMnTi是（ ）钢，Cr、Mn的主要作用是（ ），Ti的主要作用是（ ），热处理工艺是（ ）。（6）9SiCr是（ ）钢，可制造（ ）。（7）5CrMnMo是（ ）钢，可制造（ ）。（8）Cr12MoV是（ ）钢，可制造（ ）。（9）60Si2Mn是（ ）钢，可制造（ ）。（10）1Cr13是（ ）钢，可制造（ ）。（11）钢中的（ ）引起热脆，（ ）引起冷脆。9、判断题（1）T8钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。（2）T8钢与20MnVB相比，淬硬性和淬透性都较低。（3）调质钢的合金化主要考虑提高其红硬性。（4）A型不锈钢可采用加工硬化提高强度。（5

26、）高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成型。（6）A不锈钢的热处理工艺是淬火后低温回火处理。10、为什么合金钢的淬透性要比碳钢好？11、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？12、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？其热处理工艺特点？13、对比分析GCr15和20GrMnTi中各元素的作用，并说明20CrMnTi的热处理特点。14、试分析40和40Cr在奥氏体化加热过程中的区别？15、镍铬调质钢的突出优点是什么?有何主要缺点，如何克服？16、在40Mn2V、55Si2M

27、n钢中，Si、Mn、V的作用是什么？17、钢中加入Ti、V、Zr等元素能否提高钢的淬透性？加入这些元素的目的何在？18、何谓钢的回火稳定性？哪些元素能提高钢的回火稳定性？19、钢中合金元素的强化效果是否主要依靠固溶强化达到？为什么？20、为什么说得到马氏体一般是钢中最经济而又最有效的强化方法？21、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： 16Mn、20CrMnTi 38CrMoAl、40Cr，60Si2Mn，9SiCr，GCr15，W18Cr4V，Cr12MoV，5CrMnMo、CrWMn，3Cr2W8V、3Cr13、1Cr18Ni9Ti22、为什么常用弹簧钢在淬火后

28、一般要进行中温回火？一般在什么温度范围回火？回火后硬度大致是多少？弹簧的表面质量对寿命有何影响？为了提高弹簧使用寿命应采取何种措施？23、为什么滚动轴承钢的含碳量均为高碳？滚动轴承钢中常含哪些合金元素？它们在滚动轴承钢中起何作用？为什么含Cr量要限制在一定范围内？为了使滚动轴承钢获得高硬度、高耐磨性和高疲劳强度以及足够的韧性应对材质提出什么要求？GCr15钢制造精密零件应如何选定热处理工艺？24、在20Cr、40Cr、GCr9、50CrV等钢中，Cr的质量分数均小于1.5%，问Cr在这些钢中存在的形式、钢的性能、热处理及用途上是否相同？为什么？25、一般刃具钢要求什么性能？T8、T10、T12

29、A钢号表示什么意思？为什么碳素工具钢只能用于制造刃部受热程度较低或低速及小走刀量的机用刃具？26、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）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？（3）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？试对其热处理工艺进行分析。27、用9SiCr制成圆板牙，其工艺路线是：

30、锻造球化退火机械加工淬火+低温回火磨平面开槽开口。试分析：（1）球化退火、淬火及回火的目的（2）球化退火、淬火及回火的大致工艺28、W18Cr4V钢的AC1约为820，若以一般工具钢AC1+3050常规方法来确定其淬火温度，在最终热处理后能否达到高速切削刃具要求的性能？为什么？W18Cr4V钢刀具在正常淬火后都要进行三次回火，又是为什么？高速钢的560回火是否为调质处理？为什么？29、分析比较W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2两种高速钢的优缺点，指出其主要用途，并说明：（1）各合金元素的平均含量及其主要作用（2）为什么W6Mo5Cr4V2的热硬性比W18Cr4V稍低？30、W18Cr4V钢制造的铣刀的工艺路线如下：下料锻造退火机加工最终热处理喷砂磨加工产品，试分析：（1）指出合金元素W、Cr、V在钢中的主要作用（2）为何下料后必须锻造（3）锻后为何必须退火（4）淬火+回火工艺的特点？（画工艺图说明）（5）写出最终组织31、何谓热硬性（红硬性）？钢的热硬性和“二次硬化”有何关系？W18Cr4V的二次硬化产生在哪个回火温度范围？32、冷冲模具钢所要求的性能与一般刃具有何差别？为什么尺寸较大的、重载的、要求耐磨和低变形的冷冲模具钢不宜采用9Si