工程材料与机械制造基础复习题(参考)

1、机械制造基础复习题1. 什么叫材料的塑性？塑性有哪两个指标，如何用公式表示？试述塑性的两个作用。答： 塑性是指金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起断裂的性能。指标：伸长率3和断面收缩率 Y。公式表示S =(Li-Lo)/Lo*1OO% Y =(Fo-Fi)/Fo*1OO% 式中L 0试样 原始长度 L 1试样拉断后的长度 F 0试样原始横截面积 F 1 试样拉断后的横截面积 作 用： 1、方便加工 2、提高材料的可靠性2说明下列力学性能指标的名称、单位、含义：。分别指出哪些指标是动载下的力学性能，哪些是静载下的力学性能。答： Sb 抗拉强度，单位 MPa ，指金属材料拉断前所能承受的最

2、大应力。S s 屈服极限 单位 MPa ，指出现明显塑性变形时的应力。S0.2 条件屈服强度 单位 MPa ，指试样产生 0.2%残余塑性变形时的应力值。3 -1疲劳强度 单位MPa，指最大应变力S max低于某一值时，曲线与横坐标平行，表示循环周次 N 可以达到无穷大，而试样仍不发生疲劳断裂时的交变应 力值。S伸长率 单位：无S = (Li-Lo/Lo) *100%式中Li指试样拉断后的长度 Lo指试样原始长度ak 冲击韧性 单位 J/cm 2 指金属材料在冲击载荷作用下，抵抗断裂的能力。动载荷下的力学性能： S -1， ak静载荷下的力学性能： Sb,Ss , So.2 , S3. 从压头

3、的材料、形状、载荷大小、硬度值计算方法、应用等方面简要说明布 氏硬度、洛氏硬度、微氏硬度三种测量硬度的方法的特点。答： 布氏硬度：压头材料：淬火钢球或硬质合金球、形状：球形、载荷大小：3oookgf 、硬度值计算方法：载荷除以压痕表面积的值、应用：铸铁、有色金 属、低合金结构钢等毛坯材料。洛氏硬度：压头材料：顶角为 120的金刚石圆锥压头、形状：圆锥形、载荷大小：75kg或150kg、硬度值计算方法：HRC=130-k/0.002、应用：淬火钢、调质钢等成品件。维氏硬度：压头材料：锥面夹角为 136的金刚石四棱锥体压头、形状：四棱锥体、载荷大小：一定载荷、硬度值计算方法：载荷除以压痕表面积的值

4、、应 用：从极软到极硬的薄片金属材料、表面淬硬层、渗碳层等。4. 画出纯铁从液态冷却下来的冷却曲线，分别指出纯铁冷却到室温时发生哪些 转变？哪个转变是体积增大的，为什么？答：在 1394 C 时，S -Fe 转变为丫 -Fe,在 912 C 时，丫 -Fe 转变为 a -Fe。 丫 -Fe 转变为a -Fe时体积增大，因为丫 -Fe是面心立方晶格，a -Fe是体心立方晶 格，当面心立方晶格转变为体心立方晶格时，由于致密度减小而使体积膨胀。5. 什么叫过冷和过冷度，说明过冷度的大小对金属结晶的影响。如何在结晶过 程中细化晶粒？答: 过冷指液态金属冷却到理论结晶温度下才开始结晶的现象。过冷度指理论

5、结 晶温度（T。）与实际结晶温度（Tn）的差。过冷度越大，晶粒越小。如何细化晶 粒：1、在铸造生产中采用变质处理 2、对于固态金属，可以用热处理或压力加 工的方法。6. 常见的金属晶格类型有哪几种？奥氏体和淬火获得的马氏体中的铁是什么晶 格类型？答：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。面心立方晶格。7. 按晶体结构的基本属性分，固态合金中的相分为哪两大类？分别在合金中起 什么强化作用。指出珠光体中的两个强化相分别是什么，各属于哪种？ 答：固溶体，金属化合物。分别起固溶强化和弥散强化。珠光体中的两个强化 相分别指F和Fe3C,各属于固溶强化和弥散强化。8. 简述共晶体和共析体的异同，指出它

6、们分别发生在钢还是铸铁的冷却过程 中。答：共同点：都是在恒温下产生的。不同点：共晶体是在液相下生成的晶体， 共析体是在固相下生成的晶体。共晶体发生在铸铁的冷却过程中，共析体发生 在钢的冷却过程中。9. 阐述钢中的含碳量对钢的力学性能（硬度、抗拉强度、塑性）是如何影响 的。答：钢中的含碳量越高，硬度越大，塑性越差，当Wcc0. 9%时，随着含碳量的增加，钢的强度增加；当WO 0.9%时，随着含碳量的增加，钢的强度降低。10. 简述45钢和T10钢的结晶过程，指出室温下的组织分别是什么。答：45 钢室温下的组织为铁素体和珠光体， T10 钢室温下的组织为珠光体和二次网状渗碳体。11. 什么叫马氏体

7、转变，简述马氏体转变的特点。答：如果将奥氏体以极大的冷却速度快速冷到 M以下，使其冷却曲线不与C曲线相遇，称为马氏体转变。特点： 1、发生马氏体型转变时，过冷度极大，转变 温度很低奥氏体只能进行非扩散性相变。2、奥氏体向马氏体转变无孕育期。3、马氏体形成速度极快，接近声速。4、奥氏体转变成马氏体后，钢件形成很大的的内应力。 5、奥氏体转变为马氏体具有不彻底性。12. 钢的表面淬火和表面渗碳分别使用什么原理、方法和手段使钢的表面获得高 硬度，而心部保持高韧性的？答： 钢的表面淬火：它是将工件表面进行快速加热，使其奥氏体化并快速冷却获得表层一定深度的马氏体组织，而心部组织保持不变。钢的表面渗碳：向

8、钢的表层渗入活性碳原子，增加零件表层含碳量并得到一定渗碳层深度的化学热处理工艺。通过随后的淬火和低温回火，可提高零件表面硬度和耐磨性，增加 零件的疲劳抗力，而心部仍保持足够的强度和韧性。13. 试述共析碳钢在连续冷却时，炉冷、空冷、油冷和水冷分别获得什么组织， 这些组织具有什么样的性能特点。答： 炉冷：珠光体 性能特点：强度低，韧性好；空冷：珠光体 性能特点：强 度低，韧性好；油冷和水冷都获得淬火马氏体组织。性能特点：硬度高，冲击 韧性差。14. 某柴油机的凸轮轴，要求表面有高的硬度 (HRC50)，而心部具有良好的韧性(au40J)。原来用45钢调质处理，再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回

9、火。现因 45钢已用完，拟改用 20钢代替，试说明：(1) 原 45钢各热处理工序的作用。 (2)改用 20钢后，其热处理工序是否应进行修 改？采用何种热处理工艺最恰当？答： （1）正火是为了消除锻造时的内应力，均匀组织，细化晶格，提高综合力 学性能，为后面的机械加工做准备；调质是为了消除粗加工时的内应力，使钢的性能，材质得到很大程度的调 整，其强度、塑性和韧性都较好，经过调质的材料具有良好的综合机械性能；局部表面淬火是为了使轴的表面增加硬度、增加耐磨性，达到表面增加硬 度，内部保持韧性，可以使轴能够承受冲击强度；低温回火，也可以称为时效处理，其目的是为了消除残余应力，稳定钢材 组织和尺寸，这

10、对提高零件的精度是很重要的一道工序。（2）应修改，表面渗碳处理。15. 现有40Cr钢制造的机床主轴，心部要求良好的强韧性（200300HBS，轴 颈处要求硬而耐磨（5458HRC，试问：（ 1 ）应进行哪种预处理和最终热处理？（ 2）热处理后各获得什么组织？（ 3）热处理工序在加工工艺路线中位置如何安排？答： （ 1 ）正火，调质处理。（ 2）珠光体，铁素体；回火索氏体。（3）下料、锻造、正火、机加工、调制处理。16. 请为以下零件选材，并说明理由，写出其常用成型方法、热处理工艺以及热 处理以后的组织（注：不需热处理的就写不热处理）。1）传动大齿轮（候选材料： 60Si2Mn， ZG450，

11、 T10）2）高速钢刀头（候选材料： W18Cr4V， 65Mn， 20 ）3）机床床身（候选材料： T10、QT450-17， HT200）4）钢锯条（候选材料： T10、QT450-17， HT200）5）桥梁钢（候选材料： 15MnVN， 45， ZL102）6）冷作模具钢（候选材料： 15， Cr12,2A12）7）汽车曲轴（候选材料： T10、QT450-17， HT200）8）教室里的桌椅支架（候选材料： T10、Q215， HT200）9）不锈钢菜刀（ 1Cr8Ni9Ti ， 4Cr13， 1Cr17）10）滚动轴承（ 55， GCr15， 1Cr17Al5）答：（1） ZG45

12、0铸钢，高强度，形状复杂成型方法：铸造 热处理工艺及组织：正火，表面淬火和低温回火，回火马氏体（2）W18Cr4V高速工具钢，红硬性好。成型方法：锻造热处理工艺及组织：球化退火，淬火和低温回火，回火马氏体（3）HT200灰铸铁，减磨性好，减震性强。成型方法：铸造（4）T10碳素工具钢，硬度高，耐磨性好。成型方法：锻造热处理工艺及组 织：球化退火，淬火和低温回火，回火马氏体（5）15M nVN低合金高强度结构钢，良好的塑韧性和焊接性能，耐蚀性也较好。成型方法：热轧热处理工艺及组织：调质，回火索氏体（6） Cr12冷作模具钢，具有高强度、较好的淬透性和良好的耐磨性。成型方 法：锻造热处理工艺及组织

13、：淬火和低温回火，回火马氏体（7） QT450-17球墨铸铁，韧性和塑性较高。成型方法：铸造 热处理工艺及组 织：正火，石墨+较多的珠光体+铁素体（8）Q215碳素结构钢，具有高的塑性、韧性和焊接性能，良好的压力加工性能。 成型方法：热轧。（9）4Cr13合金工具钢，高硬度及高耐磨性。成型方法：锻造热处理工艺及组 织：淬火和低温回火，回火马氏体（10） GCr15合金量具钢，高硬度，高耐磨性。成型方法：锻造热处理工艺及 组织：淬火，低温回火，回火马氏体17. 球化退火和完全退火分别适用什么范围含碳量的钢，退火时应分别加热到什 么温度区间，退火后获得的组织分别是什么？分别解释为什么能获得这样的组

14、 织？答：（过共析钢）球化退火：适用于含碳量 0.77%-2.11%的钢，加热到Aci以上20-30 C,球状或颗粒状的碳化物。原因：片状渗碳体发生不完全溶解断开成细 小的链状或点状，形成均匀的颗粒状渗碳体。（亚共析钢） 完全退火：适用于含碳量0-0.77%的钢，加热到 Acs以上30-50C,铁素体+珠光体。原因：接近平衡状态的组织。18. 比较下列铸造工艺和方法中获得的铸件晶粒的大小1）低温浇注和高温浇注；2）砂型铸造和金属型铸造；3）结晶时搅拌与不搅 拌；4）变质处理与 非变质处理 ；5）厚壁与薄壁铸件 .答： （1）高温浇注比低温浇注的铸件晶粒大（ 2）砂型铸造比金属型铸造的铸 件晶粒

15、大（ 3）结晶时不搅拌比搅拌的铸造晶粒大（ 4）非变质处理比变质处理 的铸件晶粒大（ 5）厚壁比薄壁铸件的铸件晶粒大19. 什么叫冷变形强化？冷变形金属在回复和再结晶过程中组织和性能是如何变 化的。答：塑性变形后，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象，称为“冷 变形强化”。回复： 组织变化：显微组织仍为纤维状，无可见变化。性能变化 强度、硬度略有下降，塑性略有提高。 再结晶：组织变化 : 变形晶粒通过形核 长大，逐渐变为新的无畸变的等轴晶粒；性能变化：强度、硬度明显下降，塑 性明显提高。20. 什么叫流线组织，是如何形成的，齿轮中流线组织的方向应与径向还是轴向 一致。板料弯曲时，流线组织

16、方向与弯曲线方向是什么关系。 （ 如用语言难以描 述，用图表示也可以 ）答：钢锭在拔长和轧制过程中，钢锭内部的杂质随着金属的变形而沿着纵向伸 长形成的流线状组织。齿轮中：径向一致。板料弯曲时：方向一致。21. 简述熔焊的焊接接头的组成，微观组织和性能特点。答： （1）焊缝 柱状晶的铸态组织 易产生热裂纹（ 2）熔合区 组织成分不均匀 力学性能不好（3）热影响区：过热区组织粗大塑性、韧性明显下降。正火区 正火组 织 力学性能优于母材。部分变相区 组织不均匀 力学性能稍差。22. 简述钢的焊接工艺性的影响因素。分别简述低碳钢，中碳钢、高碳钢焊接工 艺特点。答： 化学成分。低碳钢：一般没有淬硬倾向，

17、不易产生裂纹，对焊接热不敏 感，焊接性良好。中碳钢：有一定淬硬倾向，在近缝区容易产生淬硬组织和冷 裂纹，焊缝中易产生热裂，焊接性为中等。高碳钢：淬硬倾向和裂纹敏感性 大，焊接性差。23. 铸铁是按什么分类的，各有什么性能特点，分别举例说明各自的应用场合。答： 根据碳在铸铁中存在的形式。（ 1）白口铸铁 硬而脆 很少用于制造零件（ 2）麻口铸铁 硬而脆 很少应用（ 3）灰口铸铁 较好的力学性能 广泛用于工业中24. 简述熔化焊、钎焊、压力焊的工艺特点及其应用场合。答：熔化焊；将被焊固体局部加热到融熔化状态，通常还需填充材料以形成共 同熔池，然后冷却结晶成一体的焊接方法称为熔焊。应用场合：几乎任何场 合。钎焊：钎焊是利用熔点比工件低的钎料金属护或合金作填充金属，适当加热 后，利用液