机械工程材料_习题集答案

机械工程材料_习题集 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案 作业01 力学性能 参考答案 一、下列情况分别是因为哪一个力学性能指标达不到 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 , 1. 紧固螺栓使用后发生塑性变形。 ( 屈服强度 ) 2. 齿轮正常负荷条件下工作中发生断裂。 ( 疲劳强度 ) 3. 汽车紧急刹车时，发动机曲轴发生断裂。 ( 冲击韧度 ) 4. 不锈钢圆板冲压加工成圆柱杯的过程中发生裂纹。 ( 塑性 ) 5. 齿轮工作在寿命期内发生严重磨损。 ( 硬度 ) 二、下列现象与哪一个力学性能有关, 1. 铜比低碳钢容易被锯割。 ( 硬度 ) 2. 锯条易被折断，而铁丝不易折断。 ( 塑性 ) p15 1-4 甲、乙、丙、丁四种材料的硬度分别为45HRC、90HRB、800HV、240HBS， 试比较这四种材料硬度的高低。 662，102，10答: 45HRC,HV: HV,,,44522(112,HRC)(112,45) 73007300 90HRB,HB: HB,,,183130,HRB130,90 所以，800HV,45HRC,240HBS,90HRB 作业02a 金属结构与结晶 参考答案 一、判断题 ( × )1. 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。 ( × )2. 室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越低。 二、选择题 ( b )1. 金属结晶时，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 ( b )2. 为细化晶粒，可采用: a. 快速浇注 b. 加变质剂 c. 以砂型代金属型 ( c )3. 晶体中的位错属于: a. 体缺陷 b. 面缺陷 c. 线缺陷 d. 点缺陷 1 三、填空题 1. 晶体与非晶体结构上的最根本的区别是，晶体内原子排列是:( 有规则、周期性的 )。 2. γ-Fe的一个晶胞原子数 =( 4 )。 3. α-Fe、Al、Cu、Ni、V、Mg、Zn各属何种晶体结构: 体心立方:( α-Fe、V );面心立方:( Al、Cu、Ni );密排六方:( Mg、Zn ) 4. 实际金属晶体中存在:( 点 、线 、面 )三种缺陷，引起晶格( 畸变 )。 5. 结晶过程是靠两个密切联系的基本过程来实现的，它们是:( 形核 )和( 晶核长大 )。 6. 当对金属液体进行变质处理时，变质剂可起到增加 ( 晶核 )数量的作用。 7. 过冷度是指( 理论结晶 )温度与( 开始结晶 )温度之差。 8. 在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，细化晶粒常采用: ( 提高过冷度 )和( 变质处理 )和振动结晶等措施. 作业02b 合金结晶与相图 参考答案 一、填空题 1. 溶质溶入使固溶体的强度和硬度( 提高 )，这种现象叫 ( 固溶强化 )， 其原因是 ( 晶格 )畸变，引起变形抗力增加。 2. 间隙固溶体与间隙相的区别是: 间隙固溶体的晶格类型与溶剂 ( 相 )同， 间隙相的晶格类型与任一组元都 ( 不 )同。 3. 共晶转变的特点是转变过程温度 ( 恒定不变 )。 4. 与纯金属相比，合金具有更 ( 高 )的强度、硬度。 二、问答题 将20kg纯铜和30kg纯镍熔化后慢冷至T1温度，求此时: (1) 液、固两相L和α的化学成分 (2) 两相的相对重量 (3) 两相的质量 答: 整个合金含Ni的质量分数为: X = 30/(20+30) = 60% (1) 两相的化学成分为: 液相X= 50% L 固相X= 80% α 2 (2) 两相的相对重量为: 液相m= (80-60) / (80-50) ? 67% L 固相m= 1- 67% = 33% α (3) 两相的质量为: 液相M= 50×67% = 33 ( kg ) L 固相M= 50×33% = 17 ( kg ) α 作业02c Fe-C相图 参考答案 一、判断题 ( × )1. 铁素体的本质是碳在α-Fe 中的间隙相。 ( ? )2. 珠光体P实质上是由铁素体F和渗碳体FeC两个相组成。 3 ( × )3. 在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳含量为4.3%的铁碳合金才能发生共晶反应。 ( × )4. 退火状态(接近平衡组织)的亚共析钢中，碳含量为0.45%比0.20%的塑性和强度都高。 二、选择题 ( a )1. 奥氏体是: a. 碳在γ- Fe 中的间隙固溶体 b. 碳在α- Fe 中的间隙固溶体 c. 碳在α- Fe 中的置换固 溶体 ( b )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 三、问答题 1. 设珠光体P的硬度H=200HBS，伸长率δ=20%; 铁素体F的硬度H=80HBS，伸长率δP P F F =50% 。 计碳含量X(w)=0.45% 碳钢的硬度H和伸长率δ。 C 答: 0 0.45 0.77 (1) P的碳含量X = 0.77 % P F的碳含量X ? 0 % FX X XFP (2) 碳钢中P和F的相对重量为: F= ( X- X ) / (X- X)= ( 0.77 - 0.45 ) / ( 0.77-0 ) ? 42% P P F P = 1- 42 % = 58 % (3) 碳钢的硬度 H= HP + H F = 200×58% + 80×42% = 150 ( HBS ) P F 碳钢的伸长率 δ= δP + δ F = 20%×58% + 50%×42% = 33 % P F 3 2. 用显微镜观察某亚共析钢，估计其中的含珠光体的体积分数为80%，估算此钢的碳含量。 答: 亚共析钢室温组织是由珠光体P和铁素体F组成: (1) P的碳含量X = 0.77 % P F的碳含量X ? 0 % F (2) 珠光体的相对重量P ? 80% 铁素体的相对重量F = 1- P = 1- 80 % = 20 % (3) 钢的碳含量 X= XP + X F = 0.77 %×80% + 0 %×20% ? 0.62 % P F 作业03a 热处理基础 参考答案 一、判断题 ( × )1. 马氏体M的本质是C在α- Fe中的过饱和固溶体。当奥氏体A向M转变时，体积要收缩。 ( × )2. 当共析成分的奥氏体A在冷却发生珠光体转变时，温度越低，其转变产物组织越粗。 ( ? )3. 马氏体M中C的过饱和度大，固溶强化效果显著，所以其硬度很高。 ( ? )4. 高碳马氏体中C的过饱和度大，晶格畸变大，所以其脆性大。 二、选择题 ( a )1. 奥氏体A向珠光体P的转变是: a. 扩散型转变 b. 非扩散型转变 c. 半扩散型转变 ( c )2. 共析钢的过冷A在550,350?的温度区间等温转变时，所形成的组织是: a. 索氏体S b. 下贝氏体B c. 上贝氏体B d. 珠光体P 下上 ( c )3. 马氏体M的硬度取决于: a. 冷却速度 b. 转变温度 c. 碳含量 三、填空题 1. 在过冷奥氏体等温转变产物中，P和T都是( 层片 )状的珠光体型组织，但T的层片间距较( 小 )。 2. 用光学显微镜观察，上B的组织特征呈( 羽毛 )状，而下B则呈( 黑色针 )状。 3. 马氏体的显微组织形态主要有( 板条 )状、( 针或片 )状两种。其中( 板条 )状M的韧性 较好。 四、问答题 直径为10mm 的共析钢小试样加热 Ac+ 30?，用图示的冷却曲线进行冷却，各得到的什么组织， 1 属于什么热处理方法, 4 答: a:M +残余A 单液淬火 b:M +残余A 分级淬火 c:T + M 油冷淬火 d:B下 等温淬火 e:S 正火 f:P 退火 g:P 等温退火 作业03b 热处理工艺 参考答案 一、判断题 ( × )1. 高合金钢既具有良好的淬透性，也具有良好的淬硬性。 ( × )2. 表面淬火既能改变钢的表面组织，也能改变心部组织和性能。 ( × )3. 经退火后再高温回火的钢，能得到回火S组织，具有良好的综合机械性能。 ( ? )4. 钢的淬透性高，则其淬透层的深度也越大。 二、选择题 ( b )1. 淬硬性好的钢具有: a. 高的合金元素含量 b. 高的含C量 c. 低的含C量 ( a )2. 对形状复杂、截面变化大的零件进行淬火时，应选用: a. 高淬透性钢 b. 中淬透性钢 c. 低淬透性钢 ( b )3. 直径为10mm的40钢(Ac = 780?)的常规淬火温度大约为: 3 a. 750? b. 850? c. 920? ( a )4. 上述正确淬火后的显微组织为: a. M b. F + M c. M + P ( b )5. 完全退火主要适用于: a. 共析钢 b. 亚共析钢 c. 过共析钢 ( b )6. 钢的回火处理是在: a. 退火后进行 b. 淬火后进行 c. 正火后进行 ( c )7. 20钢的渗C温度范围是: a. 600,650? b. 800,820? c. 900,950? d. 1000,1050? 5 ( c )8. 钢的淬透性主要取决于: a. C含量 b. 冷却介质 c. 合金元素 三、填空题 1. 球化退火的主要目的是( 降低 )硬度，( 提高 )切削性及韧性，它主要适用于( 过共析 ) 钢。 2. 亚共析钢和过共析钢的正常淬火温度范围分别是( Ac + 30,50? )和( Ac + 30,50? )。 313. 淬火钢进行回火的目的是( 减少或消除 )淬火应力，( 调整 )力学性能，( 稳定 )工件的组织和尺寸。回火温度越高，钢的强度与硬度越( 低 )。 4. 钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越( 靠右 )，说明临界冷却速度越( 小 )。 作业05 铸铁 参考答案 一、判断题 ( × )1. 可锻铸铁在高温时可以进行锻造加工。 ( ? )2. 球墨铸铁可通过调质处理和等温淬火工艺提高其机械性能。 ( × )3. 可以通过球化退火使灰铸铁变成球墨铸铁。 二、填空题 1. 影响石墨化的主要因素是( 化学成分 )和( 冷却速度 )。 2. 灰铸铁中C主要以( 片 )状的( 石墨 )形式存在。 3. 可锻铸铁中石墨的形态为( 团絮状 )。 4. 球墨铸铁中石墨的形态为( 球状 )，应力集中效应( 小 )，所以其强度、塑韧性较灰铸铁( 高 )。 25. HT200牌号中“HT”表示( 灰铸铁 ), “200”表示( σb?200 MN/m )。 6. 生产球墨铸铁常选用( 稀土Mg )作球化剂。 7. 形状复杂的大型铸铁件在500,600?进行时效处理，目的是( 消除内应力 )。 作业06 非铁金属 参考答案 填空题 1. H59属于( 普通黄铜 )，“59”表示( 含Cu 59% )。 2. ZCuSn10P1属于( 铸造Sn青铜 )，“10”表示( 含Sn 10% )。 3. QBe2属于( Be青铜 )，“2”表示( 含Be 2% )。 6 4. ZChSnSb11-6属于( Sn基轴承合金 )，“11”表示( 含Sb 11% )。 5. LC4属于( 超硬Al合金 ), LF21属于( 防锈Al合金 )。 6. 铝合金件淬火后于140?进行时效处理，目的是( 提高强度 )。 7. 下列材料常用的强化方法: 紫铜 —— 冷变形强化(加工硬化) 45钢 —— 固溶强化(淬火) HT350 —— 变质处理 LY12 —— 时效强化 ZL102 —— 变质处理 作业04a 钢-结构钢 参考答案 一、判断题 ( × )1. 所有的合金元素都能提高钢的淬透性。 ( × )2. 合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。 二、填空题 1. 除Co、Al外，几乎所有的合金元素都使Ms点( 下降 )。 2. 20钢属于( 优质碳素结构 )或( 渗碳 )钢，可制造( 冲压、焊接件 )或( 小型渗碳 件 )。 3. Q345 (16Mn) 是( 低合金高强度结构 )钢，可制造( 桥梁 )。 4. 40Cr 是( 合金调质 )钢，可制造( 车床齿轮 )。 5. 20CrMnTi 是( 合金渗碳 )钢，最终热处理工艺是( 渗碳+淬火+低温回火 )。 6. 60Si2Mn 是( 合金弹簧钢 )钢。 作业04b 工具-特殊钢 参考答案 一、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是考虑提高其红硬性。 ( × )4. 高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成型。 ( ? )5. 高速钢采用很高温度淬火，其目的是使碳化物尽可能多地溶入A中，从而提高钢的红硬性。 7 ( ? )6. A型不锈钢可采用加工硬化提高强度。 ( × )7. A不锈钢的热处理工艺是淬火后低温回火处理。 ( ? )8. GCr15钢制造的高精度丝杠于淬火后进行冷处理，可消除残余A，以提高尺寸稳定性。 二、填空题 1. T12 是( 碳素工具 )钢，可制造( 锯条、量规 )。 2. 9SiCr 是( 合金量具刃具 )钢，可制造( 板牙、丝锥 )。 3. 5CrMnMo 是( 热作模具 )钢，可制造( 中型锤锻模 )。 4. Cr12MoV 是( 冷作模具 )钢，可制造( 冷冲模 )。 5. 1Cr13 是( M型不锈钢 )钢，可制造( 汽轮机叶片 )。 作业13 选材 参考答案 1. 欲做下列零件，试为其各选一材料。(待选材料: ZChPb16-16-2、Q195、45、65Mn、T13 ) 答:小弹簧 —— 65Mn 高速轴承 —— ZChPb16-16-2 螺钉 —— Q195 锉刀 —— T13 齿轮 —— 45 (第2、3题的待选材料: H68 、 20CrMnTi 、 T10 、 GCr9 、 60Si2Mn 、 45 、15MnV 、 2Cr13 、 LC6 、40Cr 、 Cr12MoV ) 2. 某汽车变速箱齿轮，要求 σ?1050MPa，A?52J，齿面硬度?HRC58，试选一材料， bK 并制定最终热处理工艺。 答:选材 —— 20CrMnTi，σ?1080MPa，A?55J，齿面:HRC?58,64 。 bK 热处理工艺 —— 930?渗碳 + 850?油淬 + 870?油淬 + 200?回火 3. 某连杆螺栓，要求σ?950MPa，σ?700MPa，A?45J，试选一材料，并制定 bsK 最终热处理工艺。 8 答:选材 —— 40Cr ，σ?980MPa，σ?785MPa，A?47J 。 bsK 热处理工艺 —— 850?油淬 + 520?回火 《机械工程材料》试题 姓名: 成绩: 一、名词解释: 3×5,,,分 ?调质 : 对钢材作淬火+高温回火处理，称为调质处理。 ?碳素钢:含碳量?2.11%的铁碳合金。 ?SPCD: 表示冲压用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08Al(13237)优质碳素结构钢。 二、填空题: 1,×2,,0分 ?按腐蚀过程特点，金属腐蚀可分为 化学腐蚀 _和电化学腐蚀___。 2(常用力学性能判据有_强度____、__韧性_、_延展性_和_弹性模量_。 3.钢中的,硫,,元素引起热脆，,磷,,元素引起冷脆，,氢,,元素引起白点，,氮,,元素引起兰脆。 4.铝合金的强化除了热处理强化外，还可以进行,固溶时效,强化。 5.钢在加热过程中产生的过热缺陷可以通过,,,回火,,,热处理来消除。 6(常用的高分子材料有_塑料_、_橡胶__和_合成纤维__。 7(铸造铝合金分为_铝铜合金_、_铝镁合金_、_铝硅合金_和_铝锌合金。 8(合金工具钢是指用于制造各种__刃具___、__模具__和__量具_用钢的总合。 9(材料渗碳的目的是为了得到__较高的零件表层硬度与耐磨性_。 10(45钢按用途分类属于___碳素结构钢_______。 三、判断题: 1,×2,,0分 1.( × )钢的淬透性主要取决于冷却速度。 2. ( ? )实际的金属晶体都呈各向异性。 3. ( × )加工硬化、固溶强化均使材料强度、硬度显著提高，塑性、韧性 9 明显降低，故可认为它们有相同的强化机理。 4. ( ? )金属材料、陶瓷材料和高分子材料的本质区别在于它们的化学键不同。 5. ( ? )材料的强度、硬度越高，其塑性、韧性越差。 )调质和正火两种热处理工艺所获得的组织分别为回火索氏体和索6. ( ? 氏体，它们的区别在于碳化物的形态差异。 7. (×)铝合金人工时效比自然时效所获得的硬度高，且效率也高，因此多数情况下采用人工时效。 8(( × )硬质合金可用做刀具材料，模具材料和量具材料。 9(( × )在热处理中变形和开裂都是不可避免的。 10(( ? )球墨铸铁是铸铁中力学性能最好的。 四、问答题 5×9,45分 1、什么是金属的力学性能,金属的力学性能主要包括哪些方面, 材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。材料的常规力学性能指标主要包括强度、硬度、塑性和韧性等。 2、什么是钢的热处理,常用热处理方法有哪几种, 通过对钢件作一定条件的加热、保温和冷却，从而改变整体或表层的组织，获得所需的性能。常用热处理方法有:退火、正火、淬火和回火。 3、钢按化学成分可分为哪几类, 钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。其中，碳素钢按含碳量的多少分低碳钢、中碳钢、高碳钢;合金钢按合金元素种类分锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢，按合金元素含量的多少分低合金钢、中合金钢、高合金钢。 4、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁在组织上的根本区别是什么, 四种材料的在组织上的根本区别是铸铁中的石墨的形态不同(形状、大小、数量、分布等)，灰铸铁的石墨是片状，球墨铸铁的石墨是球状，可 10 锻铸铁的石墨是团状，蠕墨铸铁的石墨是虫状。 5、硬质合金的主要组成是什么,常用硬质合金分哪几类,各有何主要应用, 硬质合金的主要组成是难熔金属碳化物和粘结金属。常用硬质合金分为钨钴类硬质合金(代号YG)和钨钴钛类硬质合金(代号YT) 两种。YG合金多用于加工产生断续切屑的的脆性材料(如铸铁)，YT合金多用于加工产生连续切屑的韧性材料，特别是高速切削钢件。 一、名词解释(共15分，每小题 3分) 1. 奥氏体(A) 2.回复 3.固溶体 4.自然时效 5.加工硬化 二、填空题(共20分，每空1 分) 1.石墨为片状的灰口铸铁称为 铸铁，石墨为团絮状的灰口铸铁称为 __ 铸铁，石 墨为球状的灰口铸铁称为 铸铁。其中 铸铁的韧性最高，因而可以锻造。 2. 陶瓷材料中的气相是指 ，在 程中形成的，它 了陶瓷的强度。 3.根据采用的渗碳剂的不同，将渗碳分为__________、__________和__________三种。 4.工程中常用的特殊性能钢有_________、_________、_________等。 5.金属的断裂形式有__________和__________两种。 6.金属元素在钢中形成的碳化物可分为_________、_________两类。 7.常见的金属晶体结构有____________、____________和____________三种。 三、选择题(共 25分，每小题1分) 1.40钢钢锭在1000?左右轧制，有时会发生开裂，最可能的原因是( ) A.温度过低; B.温度过高; C.钢锭含磷量过高; D.钢锭含硫量过高 2.下列碳钢中，淬透性最高的是( ) A.20钢; B.40钢; C.T8钢; D.T12钢 3.Ni在1Cr18Ni9Ti钢中的主要作用是( ) A.提高淬透性; B.固溶强化; C.扩大Fe-Fe3C相图中的γ相区; D.细化晶粒; 4.W18Cr4V钢锻造后，在机械加工之前应进行( ) A.完全退火; B.球化退火; C.去应力退火; D.再结晶退火 5.下列材料中，最适合制造机床床身的是( ) A.40钢; B.T12钢; C.HT300; D.KTH300-06 6.下列材料中，最适合制造气轮机叶片的是 A.1Cr13钢; B.1Cr17钢; C.3Cr13钢; D.4Cr13钢 7.下列材料中，最适合制造飞机蒙皮的是( ) A.ZAlSi12; B.2A50(旧牌号LD5); C.ZAlMg10; D.2A12(旧牌号LY12) 11 8.下列材料中，最适合制造盛放氢氟酸容器的是( ) A.1Cr17; B.1Cr18Ni9Ti; C.聚四氟乙烯; D.SiO2 9.下列材料中，最适合制造汽车板弹簧的是( ) A.60Si2Mn; B.5CrNiMo; C.Cr12MoV; D.GCr15 10.下列材料中，最适合制造汽车火花塞绝缘体的是( ) A.Al2O3; B.聚苯乙烯; C.聚丙烯; D.饱和聚酯 11.铜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( ) A.铁总是存在加工硬化，而铜没有; B.铜有加工硬化现象，而铁没有; C.铁在固态下有同素异构转变;而铜没有 D.铁和铜的再结晶温度不同 12.常用不锈钢有铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和( ) A.铁素体-奥氏体不锈钢; B.马氏体-奥氏体不锈钢;C.莱氏体不锈钢; D.贝氏体不锈钢 13.以下哪种铸铁的断口呈灰黑色,( ) A.马口铁; B.白口铸铁; C.麻口铸铁; D.灰铸铁 14.用于制造渗碳零件的钢称为( )。 A.结构钢; B.合金钢; C.渗碳钢; D.工具钢 15.马氏体组织有两种形态( )。 A.板条、树状; B.板条、针状; C.树状、针状; D.索状、树状 16.实际生产中，金属冷却时( )。 A.理论结晶温度总是低于实际结晶温度; B.理论结晶温度总是等于实际结晶温度; C.理论结晶温度总是大于实际结晶温度; D.实际结晶温度和理论结晶温度没有关系 17.零件渗碳后，一般需经过( )才能达到表面硬度高而且耐磨的目的。 A.淬火+低温回火; B.正火; C.调质; D.淬火+高温回火 18.C曲线右移使淬火临界冷却速度( )，淬透性( )。 A.减小、增大; B.减小、减小; C.增大、减小; D.增大、增大 19.机械制造中，T10钢常用来制造( )。 A.容器; B.刀具; C.轴承; D.齿轮 20.钢经表面淬火后将获得( )。 A.一定深度的马氏体; B.全部马氏体; C.下贝氏体; D.上贝氏体 21.GCrl5SiMn钢的含铬量是:( ) A.15,; B.1(5,; C.0. 15,; D.0.015, 22.铅在常温下的变形属:( ) A.冷变形; B.弹性变形; C.热变形; D.既有冷变形也有热变形 23、黄铜是以( )为主加元素的铜合金。 A.铅 B.铁 C.锡 D.锌 24、在Fe-Fe3C和图中，奥氏体冷却到ES线时开始析出( )。 A.铁素体 B.珠光体 C.二次渗碳体 D.莱氏体 25、从金属学的观点来看，冷加工和热加工是以( )温度为界限区分的。 A.结晶 B.再结晶 C.相变 D.25? 四、判断题(共10 分，每小题 1 分) 1.回火托氏体和托氏体皆由铁素体和渗碳体两个相构成，因而其性能相同。( ) 2.冷却速度越快，钢的淬透性越高。( ) 12 3.钢的淬透性越高，产生焊接裂纹的倾向越大。( ) 4.铝合金也可以象钢那样通过淬火明显提高其硬度。( ) 5.所有强化金属的手段，都在提高强度的同时降低了韧性。( ) 6.可锻铸铁中的团絮状石墨是浇注球墨铸铁时石墨球化不良的结果。( ) 7.一定加热温度下，奥氏体晶粒长大倾向小的钢称为本质细晶粒钢。( ) 8.所谓过量弹性变形，是指零件发生了塑性变形。( ) 9.铝极易氧化，故铝制品的抗氧化失效能力极差。( ) 10.弹簧钢淬火后采用中温回火是想提高钢的弹性模量。( ) 五、简答题(共 30分，每题10分) 1.简述奥氏体晶粒对钢在室温下组织和性能的影响。 2.简述回火的目的。 3.何谓碳钢中的铁素体、渗碳体、珠光体,他们的力学性能各有何特点, 参考答案 一、名词解释 1(奥氏体(A):C在γ,Fe中的间隙固溶体，常用A或γ表示，是一种硬度较低而塑性较高的固溶体。 3(固溶体:组成合金的组元，在固态时相互溶解，所形成的单一均匀的物质。 4(自然时效:自然时效是指经过冷、热加工或热处理的金属材料，于室温下发生性能随时间而变化的现象。 5(加工硬化:金属材料随着冷塑变形程度的增大，强度和硬度逐渐升高，塑性和韧性逐渐 降低的现象称为加工硬化或冷作硬化。 二、填空题 1、普通灰口;可锻;球墨; 2、气孔;烧结;降低。 3、固体渗碳 气体渗碳 4、不锈钢 耐热钢 耐磨刚 5、延性断裂 6、合金渗碳体 特殊碳化物 7、体心立方晶格 密排六方晶格 三、选择题 1.D; 2.C; 3.C; ; 5.C; 6.A; 7.D; 8.C; 10.A; 11.C; 13.D; 14.C; 15.B; 17.A; 18.A; 19.B; 20.A; 21.B 23.D; 24.C 四、判断题 13 1.×; 2.×; 3.?; 4.×; 5.×;6.×; 7.?; 9.×; 10.×。 五、简答题 1、答:奥氏体晶粒细小时，冷却后转变产物的组织也细小，其强度与塑性韧性都较高，冷脆转变温度也较低;反之，粗大的奥氏体晶粒，冷却转变后仍获得粗晶粒组织，使钢的力学性能(特别是冲击韧性)降低，甚至在淬火时发生变形、开裂。 2、答:回火的目的是: (1)降低零件脆性，消除或降低内应力; (2)获得所要求的力学性能; (3)稳定尺寸; (4)改善加工性。 3、答: 铁素体——碳在α-Fe中的间隙固溶体，软而韧。 渗碳体——碳与铁形成的间隙化合物，硬而脆。 珠光体——铁素体与渗碳体形成的层片状交替排列的机械混合物，良好的综合力学性能。 第1章 材料的性能 一、选择题 1.表示金属材料屈服强度的符号是( B) A.σ B.σs C.σb D.σ-1 2.表示金属材料弹性极限的符号是( A) A.σe B.σs C.σb D.σ-1 3.在测量薄片工件的硬度时，常用的硬度测试方法的表示符号是( B)A.HB B.HRC C.HV D.HS 4.金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫(A ) A.强度 B.硬度 C.塑性 D.弹性 二、填空 1.金属材料的机械性能是指在载荷作用下其抵抗(变形 )或(破坏 )的能力。 2.金属塑性的指标主要有(伸长率)和(断面收缩率)两种。 3.低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、(塑性变形)和(断裂)三个阶段。 4.常用测定硬度的方法有(布氏硬度测试法)、(洛氏硬度测试法)和维氏硬度测试法。 5.疲劳强度是表示材料经(无数次应力循环)作用而(不发生断裂时)的最大应力值。 三、是非题 1.用布氏硬度测量硬度时，压头为钢球，用符号HBS表示。 是 2.用布氏硬度测量硬度时，压头为硬质合金球，用符号HBW表示。 是 3.金属材料的机械性能可以理解为金属材料的失效抗力。 四、改正题 1. 疲劳强度是表示在冲击载荷作用下而不致引起断裂的最大应力。 将冲击载荷改成交变载荷 2. 渗碳件经淬火处理后用HB硬度计测量表层硬度 。 将HB改成HR 3. 受冲击载荷作用的工件，考虑机械性能的指标主要是疲劳强度。 将疲劳强度改成冲击韧性 4. 衡量材料的塑性的指标主要有伸长率和冲击韧性。 将冲击韧性改成断面收缩率 5. 冲击韧性是指金属材料在载荷作用下抵抗破坏的能力。 将载荷改成冲击载荷 五、简答题 14 1.说明下列机械性能指标符合所表示的意思:σs、σ0.2、HRC、σ-1、σb、δ5、HBS。 σ屈服强度 σ:条件屈服强度 s: 0.2 HRC:洛氏硬度(压头为金刚石圆锥) σ: 疲劳极限 -1 1/2σ: 抗拉强度 σ:l=5d时的伸长率(l=5.65s) 000b50HBS:布氏硬度(压头为钢球) 第2章 材料的结构 一、选择题 1. 每个体心立方晶胞中包含有(B)个原子 A.1 B.2 C.3 D.4 2. 每个面心立方晶胞中包含有(C)个原子 A.1 B.2 C.3 D.4 3. 属于面心立方晶格的金属有(C) A.α-Fe,铜B.α-Fe,钒 C.γ-Fe,铜 D.γ-Fe,钒 4. 属于体心立方晶格的金属有(B) A.α-Fe,铝B.α-Fe,铬 C.γ-Fe,铝 D.γ-Fe,铬 5. 在晶体缺陷中，属于点缺陷的有(A) A. 间隙原子 B.位错 C.晶界 D.缩孔 6. 在立方晶系中,指数相同的晶面和晶向(B) A.相互平行 B.相互垂直 C.相互重叠 D.毫无关联 7. 在面心立方晶格中,原子密度最大的晶面是(C) A.(100) B.(110) C.(111) D.(122) 二、是非题 1. 金属或合金中,凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分称为相。 是 2. 在体心立方晶格中，原子排列最密的方向[111]垂直于原子排列最密的晶面(110)。 非 (指数相同才会相互垂直) 3. 单晶体具有各向同性，多晶体具有各向异性。 非(晶体具有各向异性，非晶体具有各向同性) 4(晶体的配位数越大，其致密度也越高。 是 三、填空题 1. 一切固态物质可以分为(晶体 )与(非晶体)两大类。 2. 晶体缺陷主要可分为(点缺陷),(线缺陷)和面缺陷三类。 3. 晶体缺陷中的点缺陷除了置换原子还有(间隙原子)和(空位)。 4. 面缺陷主要指的是(晶界)和(亚晶界);最常见的线缺陷有(刃型位错)和(螺型位错)。 5. 每个面心立方晶胞在晶核中实际含有( 4)原子，致密度为( 0.74)，原子半径为(2?a/4)。 6. 每个体心立方晶胞在晶核中实际含有( 2)原子，致密度为( 0.68)，原子半径为(3?a/4)。 7. 每个密排六方晶胞在晶核中实际含有( 6)原子，致密度为( 0.74)，原子半径为( a/2 )。 四、解释下列现象 1. 金属一般都是良导体，而非金属一般为绝缘体。 2(实际金属都是多晶体结构。 第3章 材料的凝固 A 纯金属的结晶 一、 是非题 1. 物质从液体状态转变为固体状态的过程称为结晶。 非(称为凝固) 15 2. 金属结晶后晶体结构不再发生变化。 非 3. 在金属的结晶中，随着过冷度的增大，晶核的形核率N和长大率G都增大，在N/G增大的情况下晶粒细化。 是 4. 液态金属结晶时的冷却速度越快，过冷度就越大，形核率和长大率都增大，故晶粒就粗大。非(晶粒都会细化) 5. 液态金属冷却到结晶温度时，液态金属中立即就有固态金属结晶出来。非(要到理论结晶温度以下才会有) 二、 填空题 1.随着过冷度的增大，晶核形核率N(增大)，长大率G(增大)。 2.细化晶粒的主要方法有(a、控制过冷度 b、变质处理 c、振动、搅拌)。 3.纯铁在1200?时晶体结构为(γ-Fe)，在800?时晶体结构为(α-Fe)。 三、改正题 1.金属的同素异构转变同样是通过金属原子的重新排列来完成的，故称其为再结晶。 2.在一般情况下，金属结晶后晶粒越细小，则其强度越好，而塑性和韧性越差。 将差改成好 四、简答题 1.影响金属结晶过程的主要因素是什么, 答:晶核形核率和长大率 2.何谓金属的同素异构转变,并以纯铁来说明。 答:有些物质在固态下其晶格类型会随温度变化而发生变化，这种现象称为同素异构转变。 纯铁在固态下的冷却过程中有两次晶体结构变化:,-Fe ? ,-Fe ? ,-Fe ,-Fe、γ-Fe、α-Fe 是铁在不同温度下的同素异构体，其中,-Fe和α-Fe都是体心立方晶格，分别存在于熔点到 1394?之间及912?以下，γ-Fe是面心立方晶格，存在于1394?到912?之间。 3.试述晶粒大小对其机械性能有何影响, 答:常温下，晶粒越细，晶界面积越大，因而金属强度、硬度越高，同时塑性、韧性越好。 高温下，晶界呈黏滞状态，在外力作用下易产生滑动和迁移，因而细晶粒无益，但晶粒太粗，易产生应力集中。因而高温下晶粒过粗、过细都不好。 B 合金的结晶 一、 填空题 1. 根据溶质原子在溶剂晶格中分布情况的不同，可将固溶体分为(置换固溶体)和(间隙固溶体)。 2. 相是指合金中(成分相同)与(结构相同)均匀一致的组成部分。 3. 合金的晶体结构大致可以有三种类型:(固溶体)，金属化合物和( )。 4. 组成合金的(最简单)，(最基本)，(能够独立存在)的物质称为组元。 5(两种元素组成固溶体，则固溶体的晶体结构(与组成元素之一的晶体结构相同)。 二、改正题 1.合金中各组成元素的原子按一定比例相互作用而生成的一种新的具有金属特性的物质称为固溶体。 将固溶体改成金属化合物 2.合金元素在固态下彼此相互溶解或部分地溶解，而形成成分和性能均匀的固态合金称为金属化合 16 物。 将金属化合物改成固溶体 3.固溶体的强度和硬度比溶剂金属的强度和硬度高。 4.间隙固溶体和置换固溶体均可形成无限固溶体。间隙固溶体可形成有限固溶体，置换固溶体可形成无限固溶体 三 、简答题 1.试述金属中固溶体与金属化合物的机械性能有何特点。 答:固溶体的强度、硬度高，塑性、韧性低;金属化合物具有较高的熔点、硬度和较大的脆性。 2.合金中固溶体和金属化合物的晶体结构有何不同, C 铁碳合金相图 一、选择题 1. 铁素体是碳溶解在(A )中所形成的间隙固溶体。 A(α-Fe B(γ-Fe C(δ-Fe D(β-Fe 2.奥氏体是碳溶解在( B)中所形成的间隙固溶体。 A(α-Fe B(γ-Fe C(δ-Fe D(β-Fe 3.渗碳体是一种(C)。 A(稳定化合物 B(不稳定化合物 C(介稳定化合物 D(易转变化合物 4.在Fe-Fe3C相图中，钢与铁的分界点的含碳量为(C)。 A(2, B(2.06, C(2.11, D(2.2, 5.莱氏体是一种(C)。 A(固溶体B(金属化合物 C(机械混合物 D(单相组织金属 6.在Fe-Fe3C相图中，ES线也称为(D)。 A(共晶线 B(共析线 C(A3线 D(Acm线 7.在Fe-Fe3C相图中，GS线也称为(C)。 A(共晶线 B(共析线 C(A3线 D(Acm线 8. 在Fe-Fe3C相图中，共析线也称为(A)。 A(A1线 B(ECF线 C(Acm线 D(PSK线 9.珠光体是一种(C)。 A(固溶体 B(金属化合物 C(机械混合物 D(单相组织金属 10.在铁,碳合金中，当含碳量超过(B)以后，钢的硬度虽然在继续增加，但强度却在明显下降。 A(0.8, B(0.9, C(1.0, D(1.1, 11.通常铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成，其晶粒区从表面到中心的排列顺序为(A)。 A(细晶粒区,柱状晶粒区,等轴晶粒区 B(细晶粒区,等轴晶粒区,柱状晶粒区 C(等轴晶粒区,细晶粒区,柱状晶粒区 D(等轴晶粒区,柱状晶粒区,细晶粒区 12.在Fe-Fe3C相图中，PSK线也称为(B)。 A(共晶线 B(共析线 C(A3线 D(Acm线 13.Fe-Fe3C相图中，共析线的温度为(D)。 A(724? B(725? C(726? D(727? 17 14.在铁碳合金中，共析钢的含碳量为(B)。 A(0.67, B(0.77, C(0.8, D(0.87, 二、填空题 1. 珠光体是(铁素体)和(渗碳体)混合在一起形成的机械混合物。 2. 碳溶解在(α-Fe)中所形成的(固溶体)称为铁素体。 3. 在Fe-Fe3C相图中，共晶点的含碳量为(4.3% )，共析点的含碳量为( 0.77% )。 4. 低温莱氏体是( 珠光体 )和(共晶渗碳体 )组成的机械混合物。 5. 高温莱氏体是(共晶奥氏体 )和(工晶渗碳体 )组成的机械混合物。 6. 铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成，即( 表层细晶区 )，(柱状晶区 )和心部等轴晶粒区。 7. 在Fe-Fe3C相图中，共晶转变温度是( 1148?)，共析转变温度是( 727? )。 三、改正题 1. 在Fe-Fe3C相图中,GS斜线表示由奥氏体析出二次渗碳体的开始线，称为A3线。冷却时铁素体从奥氏体中析出开始、加热时铁素体向奥氏体转变终了的温度线 2. 在铁碳合金相图中，PSK线是一条水平线(727?)，该线叫共晶线，通称A1线。 3. 过共析钢缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体和二次渗碳体组成。珠光体 4. 珠光体是由奥氏体和渗碳体所形成的机械混合物，其平均含碳量为0.77%。铁素体 5. 亚共晶白口铁缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体，二次渗碳体和莱氏体组成。珠光体 6. 在亚共析钢平衡组织中，随含碳量的增加，则珠光体量增加，而二次渗碳体量在减少。含碳量在0.0218%,0.77%范围内增加 7. 过共晶白口铁缓冷到室温时，其平衡组织由珠光体和莱氏体组成。一次渗碳体和低温莱氏体 8. 在铁碳合金相图中，钢的部分随含碳量的增加，内部组织发生变化，则其塑性和韧性指标随之提高。下降 9. 在铁碳合金相图中，奥氏体在1148?时，溶碳能力可达4.3%。2.11% 10.碳溶解在α-Fe中可形成的间隙固溶体称为奥氏体，其溶碳能力在727?时为0.0218%。铁素体 11.在铁碳合金相图中，铁素体在727?时，溶碳能力可达2.11%。0.0218% 12.在过共析钢中含碳量越多，则其组织中的珠光体量减少，而铁素体量在增多。二次渗碳体 13.碳溶解在γ-Fe中所形成间隙固溶体称为铁素体，其溶碳能力在727?时为0.77%。奥氏体 14.亚共析钢缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体和二次渗碳体组成。珠光体 15.奥氏体化的共析钢缓慢冷却到室温时，其平衡组织为莱氏体。珠光体 16.在铁碳合金相图中，ES线是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线，通称A1线。γ-Fe Acm 四、简答题 1.铁碳合金中基本相有哪几相,室温下的基本相是什么, 答:基本相有液相L高温铁素体相δ、铁素体相α、奥氏体相γ和渗碳体相FeC 3 室温下的基本相是 2.试分析含碳量为0.6%。铁碳含金从液态冷却到室温时的结晶过程。 答: 3.试分析含碳量为1.2%铁碳合金从液体冷却到室温时的结晶过程。 18 答:合金在1,2点转变为 , , 到 3 点, 开始析出Fe3C。从奥氏体中析出的Fe3C称二次渗碳体, 用Fe3C?表示,其沿晶界呈网状分布。温度下降, Fe3C?量增加。到4点， , 成分沿ES线变化到S点，余下的, 转变为P。P 53 4.结合Fe-Fe3C相图指出A1、A3和Acm代表哪个线段，并说明该线段表示的意思。 答:A1为PSK水平线，即共析线，在该线温度(727?)下发生共析转变 A3为GS线，即γ?α固溶体转变线 Acm为ES线，即碳在γ-Fe中的固溶线 5.简述碳钢中碳含量变化对机械性能的影响。 答:亚共析钢随含碳量增加，P 量增加，钢的强度、硬度升高, 塑性、韧性下降. 0.77%C时, 组织为100% P, 钢的性能即P的性能。 ,0.9%C，Fe3C?为晶界连续网状，强度下降, 但硬度仍上升。 ,2.11%C，组织中有以Fe3C为基的Le’,合金太脆 6.写出铁碳相图上共晶和共析反应式及反应产物的名称。 答:共晶:L?γ，FeC,产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物，即莱氏体。 4.32.113 共析:γ?α+FeC,产物为铁素体和渗碳体的机械混合物，即珠光体。 0.770.02183 7.在Fe—Fe3C相图上空白处填写上组织。 8.简述Fe—Fe3C相图应用是在哪些方面, 答:铁碳合金相图是研究铁碳合金最基本的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织及性能之间 关系的理论基础，是制定热加工、热处理、冶炼和铸造工艺的依据。 五、计算题 1.二块钢样，退火后经显微组织分析，其组织组成物的相对含量如下: 第一块:珠光体占40%，铁素体60%。 第二块:珠光体占95%，二次渗碳体占5%。 试问它们的含碳量约为多少,(铁素体含碳量可忽略不计) 解:?铁素体含碳量忽略不计?第一块:C,=P,×0.77%=Q×0.77%=0.31% 面积P 第二块:C%=Q×0.77%+Q×2.11%=0.84% PFe3C? 2.已知铁素体的σb=180-230MPa，δ=30%-50%，HB=50-80;珠光体的σb=770MPa，δ=20%-35%，HB=180;,试计算45钢的硬度,抗拉强度和伸长率。 解:由已知可得45钢中Q=58.4%，Q=41.6% pα ?,混 = ,,? Q, + ,β? Qβ ?45钢的σb=σb(F)×QQσb(P)=230×41.6%+770×58.4%=545.36MPa pα+× δ=δF×QQ 0.5×41.6%+0.35×58.4%=41.24% pα+×δp= HB=HB(F) ×Q Q pα+×HB(p)=80×41.6%+180×58.4%=138.43.室温下45钢(含碳量0.45%)中铁素体和珠光体的相对重量百分比。 解:由杠杆定理有Q(0.45-0.0008)/(0.77-0.0008)×100%=58.4% p= 则Q α=100%-58.4%=41.6% 4.某锅炉钢板，图纸要求用20钢制作。显微组织观察发现，组织中珠光体的量占30%，问钢板是 19 否符合图纸要求。(20钢含碳量范围为0.17-0.23%) 解:由已知可求的C%=Qp×0.77%=23% 又?20钢含碳量范围为0.17-0.23% ?钢板符合图纸要求 5. 用Pb-Sb合金制造轴瓦，要求其组织在共晶体上分布有10%Sb作硬质点，试求该合金的成分和硬度，(Pb-Sb合金相图如下所示，纯Pb的硬度为HB=3，纯Sb的硬度为HB=30)。 温度? 解:由已知可得 ? 252? ?HB混 = HB, ? Q, +HBβ? Qβ ? HB= Pb 11.1 Sb Sb,%? Pb-Sb合金相图 第5章 钢的热处理 一、 选择题 1.加热是钢进行热处理的第一步，其目的是使钢获得(B )。 A(均匀的基体组织 B(均匀的A体组织 C(均匀的P体组织 D(均匀的M体组织 2.下列温度属于钢的高、中、低温回火温度范围的分别为(A )(D )(B )。 A(500? B(200? C(400? D(350? 3.碳钢的淬火工艺是将其工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是(D )。 A(随炉冷却 B(在风中冷却 C(在空气中冷却 D(在水中冷却 4.正火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是(C )。 A(随炉冷却 B(在油中冷却 C(在空气中冷却 D(在水中冷却 5.完全退火主要用于(A )。 A(亚共析钢 B(共析钢 C(过共析钢 D(所有钢种 6.共析钢在奥氏体的连续冷却转变产物中，不可能出现的组织是( C)。 A(P B(S C(B D(M 7.退火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是(A )。 A(随炉冷却 B(在油中冷却 C(在空气中冷却 D(在水中冷却 二、是非题 1. 完全退火是将工件加热到Acm以上30,50?，保温一定的时间后，随炉缓慢冷却的一种热处理工艺。? 2. 合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。× 3. 渗氮处理是将活性氮原子渗入工件表层，然后再进行淬火和低温回火的一种热处理方法。× 4. 马氏体转变温度区的位置主要与钢的化学成分有关，而与冷却速度无关。× 三、填空题 1. 共析钢中奥氏体形成的四个阶段是:( 奥氏体晶核形成 )，( 奥氏体晶核长大 )， 20 残余Fe3C溶解，奥氏体均匀化。 2. 化学热处理的基本过程，均由以下三个阶段组成，即(介质分解 )，(工件表面的吸收 )，活性原子继续向工件内部扩散。 3. 马氏体是碳在( α-Fe )中的(过饱和溶液 )组织。 4. 在钢的热处理中，奥氏体的形成过程是由( 加热 )和( 保温 )两个基本过程来完成的。 5. 钢的中温回火的温度范围在(350,500 ? )，回火后的组织为(回火托氏体 )。 6. 钢的低温回火的温度范围在( 150,250 ? )，回火后的组织为(回火马氏体 )。 7. 在钢的回火时，随着回火温度的升高，淬火钢的组织转变可以归纳为以下四个阶段:马氏体的分解，残余奥氏体的转变，( 铁素体中析出 Fe3C )，(铁素体多边形化 )。 8. 钢的高温回火的温度范围在( 500, 650? )，回火后的组织为( 回火索氏体 )。 9. 常见钢的退火种类有:完全退火，(等温退火 )和( 球化退火 )。 10. 根据共析钢的C曲线，过冷奥氏体在A1线以下转变的产物类型有(P型组织 )，(S型组织 )和马氏体型组织。 11. 材料在一定的淬火剂中能被淬透的( 淬硬层深度越大 )越大，表示( 淬透性 )越好。 四、改正题 1. 临界冷却速度是指过冷奥氏体向马氏体转变的最快的冷却速度。 最小 2. 弹簧经淬火和中温回火后的组织是回火索氏体。 回火托氏体 3. 低碳钢和某些低碳合金钢，经球化退火后能适当提高硬度，改善切削加工。 降低 4. 完全退火主要应用于过共析钢。 亚共析钢 5. 去应力退火是将工件加热到Ac3线以上ˇ，保温后缓慢地冷却下来地热处理工艺。 30,50? 6. 减低硬度的球化退火主要适用于亚共析钢。 共析钢和过共析钢 7. 在生产中，习惯把淬火和高温回火相结合的热处理方法称为预备热处理。 调制处理 8. 除钴之外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲线左移。右移 9. 马氏体硬度主要取决于马氏体中的合金含量。 含碳量 10.晶粒度是用来表示晶粒可承受最高温度的一种尺度。 11.钢的热处理后的最终性能，主要取决于该钢的化学成分。 组织结构 12.钢的热处理是通过加热，保温和冷却，以改变钢的形状，尺寸，从而改善钢的性能的一种工艺方法。 组织结构 13.热处理的加热，其目的是使钢件获得表层和心部温度均匀一致。 奥氏体成分 14.过共析钢完全退火后能消除网状渗碳体。 球化退火 15.淬火钢随着ˇ回火温度的升高，钢的硬度值显著降低，这种现象称为回火脆性。 某些范围内 冲击韧性 16.调质钢经淬火和高温回火后的组织是回火马氏体。 回火索氏体 17.马氏体转变的Ms和Mf温度线，随奥氏体含碳量增加而上升。 下降 五、简答题 1.指出下列工件正火的主要作用及正火后的组织。 21 (1)20CrMnTi制造传动齿轮 (2)T12钢制造铣刀 答:?调整硬度，便于切削加工;细化晶粒，为淬火作准备;消除残余内应力。正火后组织为F和S.?正火是为了消除网状二次渗碳体，为球化退火做组织准备，同时正火可增加珠光体量并细化晶粒，提高强度、硬度和塑性，并作为最终热处理。正火后组织为索氏体。 2.用45钢制造主轴，其加工工艺的路线为:下料——锻造——退火——粗加工——调质处理 试问:(1)调质处理的作用。(2)调质处理加热温度范围。 答:?调制处理可以使材料具有良好的综合力学性能，在保持较高强度的同时，具有良好的塑性和韧性。?500,650? 3.热处理的目是什么,有哪些基本类型, 答:目的是改变钢的组织结构，从而获得所需要的性能。 根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点的不同，可分为下面几类: ?普通热处理。退火、正火、淬火和回火。 ?表面热处理。表面淬火和化学热处理。 ?其他热处理。真空热处理、形变热处理、控制气氛热处理、激光热处理等。 根据零件生产过程中所处的位置和作用，又可分为预备热处理与最终热处理。 4.简述过冷奥氏体等温转变组织的名称及其性能。 答:随过冷度不同，过冷奥氏体将发生3种类型转变，即珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变。?珠光体转变根据片层厚薄不同可细分为珠光体、索氏体和托氏体。片间距越小，钢的强度、硬度越高，同时塑性和韧性略有改善。 ?贝氏体转变根据组织形态不同，分为上贝氏体和下贝氏体。上贝氏体强度与塑性都较低，而下贝氏体除了强度和硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能。 ?马氏体根据组织形态可分为板条状和针状两大类，高硬度是马氏体性能的主要特点，含碳量增加硬度也提高。 5.氮化处理与渗碳处理相比有哪些特点。 答:与渗碳相比，渗氮的特点是: ?渗氮件表面硬度高(1000,2000HV),耐磨性高，具有高的热硬性。 ?渗氮件疲劳硬度高。 ?渗氮件变形小。 ?渗氮件耐蚀性好。 6.什么叫退火,其主要目的是什么, 答:将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却(炉冷)的热处理工艺叫做退火。 其主要目的有:?调整硬度，便于切削加工;?消除残余内应力，防止在后续加工或热处理中发生变形或开裂;?细化晶粒，提高力学性能，或未最终热处理作组织准备。 7.什么叫回火,淬火钢为什么要进行回火处理, 答:回火是将淬火钢加热到A以下某温度保温后再冷却的热处理工艺。 1 为避免淬火件在放置过程中发生变形或开裂，钢件经淬火后应及时进行回火。 8.什么叫淬火,其主要目的是什么, 答:淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于V的速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处K 22 理工艺。 其目的就是为了获得马氏体，提高钢的力学性能。 9.淬火钢采用低温或高温回火各获得什么组织,其主要应用在什么场合, 答:获得回火马氏体或回火索氏体。低温回火主要用于处理各种工具、模具、轴承及经渗碳和表面淬火的工件;高温回火可用于各种重要结构件如连杆、轴、齿轮等的处理，也可作为某些要求较高的精密零件、量具等的预备热处理。 10.指出过共析钢淬火加热温度的范围，并说明其理由。 答:温度范围是Ac，(30,60)?。过共析钢由于退火前经过球化退火，因此淬火后组织为细马氏1 体加颗粒状渗碳体和少量残余奥氏体。分散分布的颗粒状渗碳体对提高钢的硬度和耐磨性有利。如果将过共析钢加热到,;,以上，则由于奥氏体晶粒粗大、含碳量提高，使淬火后马氏体晶粒也粗大，且残余奥氏体量增多，这使钢的硬度、耐磨性下降，脆性和变形开裂倾向增加。 11.球化退火的目的是什么,主要应用在什么场合, 答:球化退火的目的在于降低硬度，改善切削加工性能，并为后续热处理作组织准备。 主要用于共析钢和过共析钢。 12.用10钢制作一要求耐磨的小轴(直径为20 mm),其工艺路线为:下料---锻造---正火---机加工---渗碳---淬火---低温回火---磨加工。说明各热处理工序的目的及使用状态下的组织。 答:正火是为了调整工件硬度，便于切削加工，同时可以细化晶粒，为淬火作准备，还可以消除残余内应力; 渗碳可以提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，同时可以保持心部良好的韧性和塑性; 淬火是为了提高钢的力学性能; 低温回火则可以保持淬火后高硬度、高耐磨性的同时，降低内应力，提高韧性。 第6章 工业用钢 一、选择题 1. 欲要提高18,8型铬镍不锈钢的强度，主要是通过(B )。 A(时效强化方法 B(固溶强化方法 C(冷加工硬化方法 D(马氏体强化方法 2.20CrMnTi钢根据其组织和机械性能，在工业上主要作为一种( A)使用。 A(合金渗碳钢 B(合金弹簧钢 C(合金调质钢 D(滚动轴承钢 3.大多数合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用，其中细化晶粒作用最为显著的有(C )。 A(Mn,P B(Mn,Ti C(Ti,V D(V,P 4.除(A )元素外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。 A(Co B(Cr C(Mn D(Ti 5.优质钢的含硫量应控制在下列( C)范围内。 A(0.06,,0.05, B(0.05,,0.035, C(0.035,,0.02, D(0.02,,0.015, 6.优质钢的含磷量应控制在下列( C)范围内。 A(0.055,,0.045, B(0.045,,0.035, C(0.035,,0.03, D(0.03,,0.02, 二、是非题 1.合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用。× 23 2.优质碳素结构钢的牌号用两位数字来表示，如45钢，该数字表示钢的1/10最低抗拉强度值。× 3.碳素工具钢的牌号，如T8，T12，该数字表示钢的最低冲击韧性值。× 4.钢中的含硫量增加，其钢的热脆性增加。? 5.钢中的含磷量增加，其钢的热脆性增加。× 三、填空题 1.高速工具钢经高温淬火加多次回火后，具有很高的(强度、硬度)和较好的( 塑性、韧性)。 2.不锈钢按其金相显微组织不同，常用的有以下三类:( 马氏体不锈钢)，(铁素体不锈钢)，奥氏体型不锈钢。 四、改正题 1.高锰钢加热到1000-1100?,淬火后可获得单相马氏体组织。 过饱和单相奥氏体 2.1Cr18Ni9钢是一种马氏体不锈钢。 奥氏体 3.5CrNiMo钢是合金结构钢。 热锻模钢 4.40Cr钢是合金渗碳钢。 调质钢 5.20CrMnTi钢是合金调质钢。 渗碳钢 6.GCr15是专用的合金工具钢。 滚动轴承钢 7.1Cr13钢是奥氏体不锈钢。 马氏体 8.W18Cr4V钢是不锈钢。 高速工具钢 五、简答题 1.指出下列牌号是哪种钢,其含碳量约多少, 20、9siCr、40Cr、5CrMnMo 牌号 类型 含碳量 20 碳素结构钢 0.2% 9siCr 合金工具钢 0.9% 40Cr 低淬性调质钢 0.4% 5CrMnMo 模具钢 0.5% 2.试说明下列合金钢的名称及其主要用途。 W18Cr4V、5CrNiMo 牌号 名称 用途 W18Cr4V 高速工具钢 用于制造高速切削工具 5CrNiMo 热锻模钢 用于大型热锻模 3.指出下列牌号是哪类钢,其含碳量约多少, T9A、GCr15、30、20Cr 牌号 类型 含碳量 T9A 高级优质碳素工具钢 0.9% GCr15 滚动轴承钢 0.95,1.05% 30 碳素结构钢 0.3% 20Cr 渗碳钢 0.2% 24 4.合金元素在钢中主要作用有哪些, 1、对钢中基本相的影响: A、溶于铁素体，起固化作用(Si、Mn的固溶强化效果最明显) B、形成碳化物(合金元素与碳的亲和力从小到大的顺序为:Zr、Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe)。 2、对铁碳相图的影响: A、对奥氏体相区的影响(扩大奥氏体相区的元素:Ni、Co、Mn、N等，缩小奥氏体相区的元素:Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等) B、对S点和E点位置的影响(几乎所有合金元素都使S点和E点左移，使这两点的含碳量下降)。 3、对钢中相变过程的影响: A、对钢加热时奥氏体化过程的影响:对形成速度的影响(除Ni、Co外的大多数合金元素都减缓钢的奥氏体化过程);对晶粒长大倾向的影响(Mn、P促进奥氏体长大) B、对钢冷却时过冷奥氏体转变过程的影响:对C曲线和淬透性德尔影响(除Co外凡溶于奥氏体的合金元素均使C曲线右移，淬透性提高);对Ms、Mf点的影响(除Co、Al外所有溶于奥氏体的合金元素都使这两点下降，使钢在淬火后的残余奥氏体量增加) C、对淬火钢回火转变过程的影响:提高耐火性;产生二次硬化;防止第二类回火脆性(W、Mo)。 5.试说明下列牌号的名称。 1Cr18Ni9、2Cr13、ZGMn13-1、4Cr9si12 牌号 名称 1Cr18Ni9 奥氏体不锈钢 2Cr13 马氏体不锈钢 ZGMn13-1 高锰钢 4Cr9si12 马氏体耐热钢 第13章 零部件的失效与选材 填空题 1 零部件失效的主要方式有( )( )( )( )等。 2 造成零部件失效的原因主要有( )( )( )( )等。 3 零部件选材的基本原则是( )( )( )。 二、选择题 1 现有下列材料:Q235、42CrMo、T8、W18Cr4V、HT200、60Si2Mn、20CrMnTi、ZG45 请按用途选材: 机床床身( )、汽车板弹簧( )、承受重载、大冲击载荷的机动车传动齿轮( )、高速切削刀具( )大功率柴油机曲轴(大截面、传动大扭矩、大冲击、轴颈处要耐磨)( )。 2 机械零部件约80%以上的断裂失效是由( )。 A. 疲劳引起B. 磨损引起C. 超载引起D. 蠕变引起 三、判断题 25 1 武汉长江大桥用Q235钢制造，而南京长江大桥用16Mn制造，虽然16Mn比Q235价格高，但采用16Mn钢是正确的。( ) 2 用45钢制造φ30和φ80两根轴，都经调质处理后使用，轴的表面组织都是S回，因此这两根轴的许用设计应力相同。( ) 3 载重汽车变速箱齿轮选用20CrMnTi钢制造，其工艺路线为:下料——锻造——渗碳——预冷淬火——低温回火——机加工——正火——喷丸——磨齿。( ) 4 普通机床变速箱齿轮选用45钢制造，其工艺路线为:下料——锻造——正火——粗机加工——调质——精机加工——高频表面淬火——低温回火——精磨。( ) 《机械工程材料》 《机械工程材料》 总 复 习 , 条件屈服强度, —残余塑变为0.2%时的应力。 0.2 , 疲劳强度, —无数次交变应力作用下不发生破坏的最大应力。 -1 , ? 塑性:材料断裂前承受最大塑性变形的能力。指标为,、,。 , ? 硬度:材料抵抗局部塑性变形的能力。指标为HB、HRC。 , ? 冲击韧性:材料抵抗冲击破坏的能力。指标为α.材料的使用温k 度应在冷脆转变温度以上。 , ? 断裂韧性:材料抵抗内部裂纹扩展的能力。指标为K。 1C, 2、化学性能 , ? 耐蚀性:材料在介质中抵抗腐蚀的能力。 , ? 抗氧化性:材料在高温下抵抗氧化作用的能力。 , 3、耐磨性:材料抵抗磨损的能力。 , ? 工艺性能 , 1、铸造性能:液态金属的流动性、填充性、收缩率、偏析倾向。 26 , 2、锻造性能:成型性与变形抗力。 , 3、切削性能:对刀具的磨损、断屑能力及导热性。 , 4、焊接性能:产生焊接缺陷的倾向。 , 5、热处理性能:淬透性、耐回火性、二次硬化、回火脆性。 二、晶体结构 二、晶体结构 , ? 纯金属的晶体结构 , 1、理想金属 , ? 晶体:原子呈规则排列的固体。 , 晶格:表示原子排列规律的空间格架。 , 晶胞:晶格中代表原子排列规律的最小几何单元. ? 三种常见纯金属的晶体结构 ? 三种常见纯金属的晶体结构 , ? 立方晶系的晶面指数和晶向指数 , ?晶面指数:晶面三坐标截距值倒数取整加, , , ?晶向指数:晶向上任一点坐标值取整加 [ ] , 立方晶系常见的晶面和晶向 , ? 晶面族与晶向族 , 指数不同但原子排列完全相同的 晶面或晶向。 , ?密排面和密排方向 ——同滑移面与滑移方向 , 在立方晶系中～指数相同的晶面与晶向相互垂直。 2、实际金属 2、实际金属 , ? 多晶体结构:由多晶粒组成的晶体结构。 27 , 晶粒:组成金属的方位不同、外形不规则的小晶体. , 晶界:晶粒之间的交界面。 , ? 晶体缺陷—晶格不完整的部位 , ? 点缺陷 , 空位:晶格中的空结点。 , 间隙原子:挤进晶格间隙中的原子。 , 置换原子:取代原来原子位置的外来原子。 , ? 线缺陷——位错 , 晶格中一部分晶体相对另一部分晶体沿某一晶面发生局部滑移, 滑移面上滑移区与未滑移区的交接线. , ? 面缺陷——晶界和亚晶界 , 亚晶粒:组成晶粒的尺寸很小、位向差也很小的小晶块。亚晶界:亚晶粒之间的交界面。 , ? 晶界的特点: , 原子排列不规则,阻碍位错运动,熔点低,耐蚀性低,产生内吸附,是相变的优先形核部位。 , 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～使得金属塑性变形的抗力越高。 , 晶粒越细～单位体积内同时参与变形的晶粒数目越多,变形越均匀～在断裂前将发生较大塑性变形。强度和塑性同时增加～在断裂前消耗的功大～因而韧性也好. 28 , 细晶强化:通过细化晶粒来提高强度、硬度和塑性、韧性的方法。 , ? 合金的晶体结构 , 合金:由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。如碳钢、合金钢、铸铁、有色合金。 , 相:金属或合金中凡成分相同、结构相同～并与其他部分有界面分开的均匀组成部分。 , 1、固溶体:与组成元素之一的晶体结构相同的固相. , ? 置换固溶体:溶质原子占据溶剂晶格结点位置形成的固溶体。多为金属元素之间形成的固溶体。 , ? 间隙固溶体:溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成的固溶体。 , 为过渡族金属元素与小原子半径非金属元素组成。 , 铁素体:碳在,-Fe中的固溶体。 , 奥氏体:碳在,-Fe中的固溶体。 , 马氏体:碳在,-Fe中的过饱和固溶体。 , 固溶强化:随溶质含量增加～固溶体的强度、硬度提高～塑性、韧性下降的现象。 , 马氏体的硬度主要取决于其含碳量～并随含碳量增加而提高。 , ? 金属化合物:与组成元素晶体结构均不相同的固相. , ? 正常价化合物 如MgSi 2 , ? 电子化合物 如CuSn 3 29 , ? 间隙化合物:由过度族元素与C、N、H、B等小原子半径的非金属元素组成。 , 分为结构简单的间隙相和复杂结构的间隙化合物。 , 强碳化物形成元素:Ti、Nb、V 如TiC、VC , 中碳化物形成元素:W、Mo、Cr 如CrC 236 C , 弱碳化物形成元素:Mn、Fe 如Fe3 , ? 性能比较:强度:固溶体,纯金属 , 硬度:化合物,固溶体,纯金属 , 塑性:化合物,固溶体,纯金属 , ? 金属化合物形态对性能的影响 , ? 基体、晶界网状:强韧性低 , ? 晶内片状:强硬度提高～塑韧性降低 , ? 颗粒状: , 弥散强化:第二相颗粒越细～数量越多～分布越均匀,合金的强度、硬度越高～塑韧性略有下降的现象。 , ? 固溶体与化合物的区别:?结构,?性能,?表达方式 , 合金元素在钢中的作用 , 1、强化铁素体, , 2、形成化合物——第二相强化 , 3、扩大,C,Mn,Ni,Co,或缩小,Cr,Si,W,Mo,A相区 30 , 4、使S、E点左移 , 5、影响A化 , 6、溶于A(除Co外), 使C曲线右移, V减小, 淬透性提高. k , 7、除Co、Al外～使Ms、M点下降。 f , 8、提高耐回火性,淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力, , 9、产生二次硬化(含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时～由于析出细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时A’转变为M～使硬度不仅不下降～回 反而升高的现象) , 10、防止第二类回火脆性:W、Mo , (回火脆性 :淬火钢在某些温度范围内回火时～出现的冲击韧性下降的现象。) 三、组织 , ? 纯金属的组织 , 1、结晶:金属由液态转变为晶体的过程 , ? 结晶的条件——过冷:在理论结晶温度以下发生结晶的现象。 , 过冷度:理论结晶温度与实际结晶温度的差。 , ? 结晶的基本过程——晶核形成与晶核长大 , 形核——自发形核与非自发形核 , 长大——均匀长大与树枝状长大 , ? 结晶晶粒度控制方法:?增加过冷度,?变质处理,?机械振动、搅拌 , 2、纯金属中的固态转变 31 , 同素异构转变:物质在固态下晶体结构随温度而发生变化的现象。 , 固态转变的特点:?形核部位特殊,?过冷倾向大;?伴随着体积变化。 , 3、再结晶 , ?再结晶条件:冷塑性变形 , ?加热时的变化:回复?再结晶?晶粒长大 , 再结晶:冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程.再结晶不是相变过程。 , ? 再结晶温度:发生再结晶的最低温度。 纯金属的最低再结晶温度T,0.4T再熔 , , ? 影响再结晶晶粒度的因素:?加热温度和时间, , ?预先变形程度 , 4、塑性变形: , 金属塑性变形方式:滑移和孪生 , ? 滑移的特点: , ?只能在切应力的作用下发生, , ?沿密排面和密排方向发生, , ?位移量是原子间距整数倍, , ?伴随着转动 , 滑移的机理:通过位错运动实现。 32 , 孪生特点: , ?孪生使晶格位向发生改变,?所需切应力比滑移大得多～变形速度极快～接近于声速,?孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距。 , ? 冷热加工:以再结晶温度划分 , ? 冷加工组织:晶粒被拉长压扁、亚结构细化、 , 织构:变形量大时～大部分晶粒的某一位向与外力趋于一致的现象。 , 加工硬化: 随冷塑性变形量增加～金属的强度、硬度提高～塑性、韧性下降的现象。 , 冷加工使内应力增加～耐蚀性下降～,提高。 , ? 热加工:形成纤维组织、带状组织 , 纤维组织使热加工金属产生各向异性～加工零件时应考虑使流线方向与拉应力方向一致。 ? 合金的组织 , 1、相图 匀晶L,, 共晶L,,+, 共析 ,,,+, 包晶L+,,, , 杠杆定律:只适用于两相区。 , 枝晶偏析:在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象。 , 2、合金中的固态相变 , ? 固溶体转变:A,F 33 , ? 共析转变:A,P(F+FeC) 3 , ? 二次析出:A,FeC 3? , ? 奥氏体化 , ? 过冷奥氏体转变 , ? 固溶处理+时效: , 固溶处理是指将合金加热到固溶线以上～保温并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。 , 时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温～以析出弥散强化相的热处理。 3、铁碳合金相图 , 点:符号、成分、温度 典型合金的结晶过程,以共析钢为例, 杠杆定律的应用 四、钢的热处理 , ? 热处理原理 , 1、加热时的转变 , 奥氏体化步骤:A形核,A晶核长大,残余渗碳体溶解,A成分均匀化。 , 奥氏体化后的晶粒度: , 初始晶粒度:奥氏体化刚结束时的晶粒度。 , 实际晶粒度:给定温度下奥氏体的晶粒度。 , 本质晶粒度:加热时奥氏体晶粒的长大倾向。 2、冷却时的转变 34 , ? 等温转变曲线及产物 ? 用C曲线定性说明连续冷却转变产物 , 根据与C曲线交点位置判断转变产物 , 3、回火时的转变 , 碳钢:马氏体的分解 ,残余奥氏体分解 ,,-碳化物转变为FeC ,3FeC聚集长大和铁素体多边形化 。 3 , W18Cr4V钢: 560?三次回火。析出W、Mo、V的碳化物～产生二次硬化。回火冷却时～A’转变为M。每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。 , 强化钢铁材料最经济有效的热处理工艺是淬火+回火,它包含了四种基本强化方法。 ? 热处理工艺 热处理工艺,续, 五、工业用金属材料 , ? 工业用钢 工业用钢,续, 工业用钢,续, ? 铸铁 , 石墨化:铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程。 ? 有色金属及其合金 35