机械工程材料习题课

1、习题课一-填空题1、纯、纯Fe的同素异构转变为的同素异构转变为 1394912-Fe-Fe-Fe,其晶体结构依次为:体心立方体心立方（BCC）、）、面心六方面心六方（FCC ）、）、体心六方体心六方(BCC)2、板条马氏体板条马氏体针状马氏体针状马氏体板条马氏体板条马氏体3、F珠光体珠光体索氏体索氏体托氏体托氏体Fe3C片层厚度不同片层厚度不同3、4、塑性变形塑性变形断裂断裂5、碳溶解在（、碳溶解在（ ）中所形成的（）中所形成的（ ）称为铁素体）称为铁素体-Fe固溶体固溶体6、Fe-Fe3C相图中，共晶点的含相图中，共晶点的含C量为（量为（ ），共析点的），共析点的含碳量为（含碳量为（ ）。）

2、。4.3%0.77%7、铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成，即、铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成，即（ ）、（）、（ ）、（）、（ ）表层细晶区表层细晶区柱状晶区柱状晶区心部等轴晶心部等轴晶8、钢中的、钢中的 元素引起热脆，元素引起热脆， 元素引起冷脆，元素引起冷脆， 元素引起白点，元素引起白点， 元素引起兰脆。元素引起兰脆。SPHN9、正火正火马氏体的含马氏体的含C量量P退火退火S正火正火T+M+A淬火（油冷）淬火（油冷）M+A淬火（水冷）淬火（水冷）第一章 概念概念弹性模量弹性模量E刚度刚度强度（屈服强度、断裂强度）强度（屈服强度、断裂强度）塑性（延伸率、断面收缩率）塑性（延伸率、断面收

3、缩率）冲击韧性冲击韧性疲劳强度疲劳强度断裂韧性断裂韧性第一章 第二章几个概念：几个概念：点缺陷点缺陷线缺陷线缺陷面缺陷面缺陷相相组织组织合金合金组元组元同素异构转变同素异构转变固溶体固溶体Fe-C相图中的几个概念 铁素体 奥氏体 珠光体 莱氏体一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体和共析一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体和共析渗碳体有何区别？渗碳体有何区别？第三章概念：概念：过冷度过冷度形核率形核率加工硬化加工硬化回复回复再结晶再结晶细化晶粒的方法及其原因？细化晶粒的方法及其原因？回复回复：冷变形加工的金属在低温加热时，组织发生改变：冷变形加工的金属在低温加热时，组织发生改

4、变之前所产生的某些结构和性能的变化。在这一阶段，材之前所产生的某些结构和性能的变化。在这一阶段，材料中的残余应力基本消除，强度和塑性变化不大，材料料中的残余应力基本消除，强度和塑性变化不大，材料的物化性能（导电性和抗腐蚀能力等）恢复至变形前的的物化性能（导电性和抗腐蚀能力等）恢复至变形前的水平。水平。再结晶再结晶：再结晶：金属材料加热到较高的温度时，原子：再结晶：金属材料加热到较高的温度时，原子具有较大的活动能力，使晶粒的外形开始变化。从破碎具有较大的活动能力，使晶粒的外形开始变化。从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。和变形前的晶粒形状相拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。和变形前的晶粒形状相似，晶格类

5、型相同，把这一阶段称为似，晶格类型相同，把这一阶段称为“再结晶再结晶”。在此。在此过程中，由于冷塑性变形产生的组织结构变化基本恢复，过程中，由于冷塑性变形产生的组织结构变化基本恢复，力学性能也随之发生变化。金属的强度和硬度下降，塑力学性能也随之发生变化。金属的强度和硬度下降，塑性和韧性上升，加工硬化现象逐渐消失，金属的性能重性和韧性上升，加工硬化现象逐渐消失，金属的性能重新恢复至冷塑性变形之前的状态。新恢复至冷塑性变形之前的状态。本题要点：考查冷、热加工在金属学上的定义及金属学点使用的温度单位。本题要点：考查冷、热加工在金属学上的定义及金属学点使用的温度单位。答：轴承合金的成型属于热加工。答：

6、轴承合金的成型属于热加工。原因：原因：依据金属学对冷、热加工温度的划分，冷加工再结晶温度依据金属学对冷、热加工温度的划分，冷加工再结晶温度 热加工。热加工。再结晶温度：再结晶温度：T再再=0.4T熔熔根据已知条件：根据已知条件：T熔熔=273+220=493K故故T再再=0.4T熔熔=0.4493=193K 193-273=-76轴承合金成型的加工温度为轴承合金成型的加工温度为25 ，因此，轴承合金的成型属于热加工。，因此，轴承合金的成型属于热加工。第四章第四章概念概念 马氏体马氏体 淬火淬火 淬透性淬透性 退火退火 回火回火 正火正火 调质调质 回火脆性回火脆性 C曲线曲线 指出指出 A1、

7、A3、Acm； AC1、AC3、 Accm ； Ar1、Ar3、Arcm 各临界点的意义。各临界点的意义。 A1：共析转变线，含碳量在：共析转变线，含碳量在0.026.69%的铁碳合的铁碳合金冷却到金冷却到727时都有共析转变发生，形成时都有共析转变发生，形成P。 A3：奥氏体析出铁素体的开始线。：奥氏体析出铁素体的开始线。 Acm：碳在奥氏体中的溶解度曲线。：碳在奥氏体中的溶解度曲线。 AC1：实际加热时的共析转变线。：实际加热时的共析转变线。 AC3：实际加热时奥氏体析出铁素体的开始线。：实际加热时奥氏体析出铁素体的开始线。 Acm：实际加热时碳在奥氏体中的溶解度曲线。：实际加热时碳在奥氏

8、体中的溶解度曲线。 Ar1：实际冷却时的共析转变线。：实际冷却时的共析转变线。 Ar3：实际冷却时奥氏体析出铁素体的开始线。：实际冷却时奥氏体析出铁素体的开始线。 Arcm：实际冷却时碳在奥氏体中的溶解度曲线。：实际冷却时碳在奥氏体中的溶解度曲线。 锻造目的锻造目的 破碎并改善碳化物在钢中的分布破碎并改善碳化物在钢中的分布 消除金属坯料中的缺陷，提高金属的致密度，优消除金属坯料中的缺陷，提高金属的致密度，优化微观组织结构。提高金属构件的机械性能。化微观组织结构。提高金属构件的机械性能。 打造一定形状和尺寸打造一定形状和尺寸 形成的组织形成的组织 锻造流线锻造流线 带状组织（纤维组织）带状组织（

9、纤维组织）三类回火三类回火简答题：简答题：2、某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（HRC50），而心部具），而心部具有良好的韧性（有良好的韧性（Ak40J），原采用），原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的最后低温回火，现因工厂库存的45钢已用完，只剩钢已用完，只剩15钢，拟用钢，拟用15钢代替。试说明：钢代替。试说明：（1）原）原45钢各热处理工序的作用；钢各热处理工序的作用；（2）改用）改用15钢后，应按原热处理工序进行能否满足性能要求？为什么？钢后，应按原热处理

10、工序进行能否满足性能要求？为什么？（3）改用）改用15钢后，为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下采用何种热钢后，为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下采用何种热处理工艺？处理工艺？答：（答：（1）正火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；）正火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；调质处理可获得高的综合机械性能和疲劳强度；局部表面淬调质处理可获得高的综合机械性能和疲劳强度；局部表面淬火及低温回火可获得局部高硬度和耐磨性。火及低温回火可获得局部高硬度和耐磨性。（2）不能。改用）不能。改用15钢后按原热处理工序会造成心部较软，表钢后按原热处理工序会造成心部较软，表面硬，会造成表面

11、脱落。面硬，会造成表面脱落。（3）渗碳。）渗碳。4Cr13为什么属于过共析钢为什么属于过共析钢? 考查合金元素在钢中的作用 4Cr13虽然含碳量接近0.4%，但由于合金元素铬使Fe-Fe3C相图的共析点S左移，使得共析点由0.77%变为0.2%左右，故应为过共析钢。淬火临界冷却速度淬火临界冷却速度 Vk 的大小受哪些因素影响？它与钢的的大小受哪些因素影响？它与钢的淬透性有何关系？淬透性有何关系？答：（答：（1）化学成分的影响：亚共析钢中随着含碳量的增加，）化学成分的影响：亚共析钢中随着含碳量的增加，C曲线右移，过冷奥氏体稳定性增加，则曲线右移，过冷奥氏体稳定性增加，则Vk减小，过共析减小，过共

12、析钢中随着含碳量的增加，钢中随着含碳量的增加，C曲线左移，过冷奥氏体稳定性减曲线左移，过冷奥氏体稳定性减小，则小，则Vk增大；合金元素中，除增大；合金元素中，除Co和和Al以外的所有合金元以外的所有合金元素，都增大过冷奥氏体稳定性，使素，都增大过冷奥氏体稳定性，使C曲线右移，则曲线右移，则Vk减小。减小。 (2)一定尺寸的工件在某介质中淬火，其淬透层的深度与一定尺寸的工件在某介质中淬火，其淬透层的深度与工件截面各点的冷却速度有关。如果工件截面中心的冷速工件截面各点的冷却速度有关。如果工件截面中心的冷速高于高于Vk，工件就会淬透。然而工件淬火时表面冷速最大，工件就会淬透。然而工件淬火时表面冷速最

13、大，心部冷速最小，由表面至心部冷速逐渐降低。只有冷速大心部冷速最小，由表面至心部冷速逐渐降低。只有冷速大于于Vk的工件外层部分才能得到马氏体。因此，的工件外层部分才能得到马氏体。因此，Vk越小，钢越小，钢的淬透层越深，淬透性越好。的淬透层越深，淬透性越好。有三根有三根T9钢片，厚度为钢片，厚度为1.5mm，经不同热处理后，用手把，经不同热处理后，用手把钢片弯曲大至钢片弯曲大至90度，结果出现了以下三种情况：度，结果出现了以下三种情况：（1）钢片钢片在弯曲过程中断裂；（在弯曲过程中断裂；（2）不对钢片施加作用力后，钢片又）不对钢片施加作用力后，钢片又恢复到以前的状态；（恢复到以前的状态；（3）当

14、外力消除后，钢片依然保持弯）当外力消除后，钢片依然保持弯曲角度。请解释：对这三根钢片分别进行何种热处理？为何曲角度。请解释：对这三根钢片分别进行何种热处理？为何出现上述现象？出现上述现象？ 本题要点是相同材料，经不同热处理后得到不同的组织，进而有不同的性本题要点是相同材料，经不同热处理后得到不同的组织，进而有不同的性能。现在依据性能的特点，反推出组织的状态，又要从组织状态推出处理能。现在依据性能的特点，反推出组织的状态，又要从组织状态推出处理工艺。工艺。答：对于（答：对于（1），钢片是弯曲断裂，表明硬度高，脆性很大，），钢片是弯曲断裂，表明硬度高，脆性很大，组织为组织为M回，经过的热处理为：淬

15、火回，经过的热处理为：淬火+低温回火。低温回火。对于（对于（2），钢片弯曲，放开手后又恢复平直，表明弹性好，），钢片弯曲，放开手后又恢复平直，表明弹性好，组织为组织为T回，经过的热处理是：淬火回，经过的热处理是：淬火+中温回火。中温回火。对于（对于（3），钢片放手后还能保持弯曲的角度，表明塑性好，），钢片放手后还能保持弯曲的角度，表明塑性好，组织为组织为S回，经过的热处理为：淬火回，经过的热处理为：淬火+高温回火。也可以是经高温回火。也可以是经过球化退火，片状过球化退火，片状Fe3C变为球状，提高材料的韧性。变为球状，提高材料的韧性。什么是热脆，什么是冷脆？什么是热脆，什么是冷脆？渗层组织渗层组织 (渗碳后缓慢冷却，从内层到外层组织渗碳后缓慢冷却，从内层到外层组织)为为: 原始组织亚共析层共析层过共析层原始