《机械工程材料》试卷答案

1、机械工程材料试卷答案一、填空题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。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。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。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。铁碳合金中，共析钢的w =0.77%,室温平衡组织为珠光体；亚共析钢的w=0.0218%-0.77%,cc室温平衡

2、组织为铁素体和珠光体；过共析钢的w=0.77%-2.11%,室温平衡组织为珠光体和二次c渗碳体。铁碳合金结晶过程中，从液体中析出的渗碳体称为二次渗碳体；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。低碳钢的碳质量分数范围是：WcWO.25%、中碳钢:Wc=0.25%-0.6%、高碳钢:Wc0.6%。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。常用金属中，Y -Fe、Al、Cu等金属具有面心立方晶格,a-Fe具有体心立方晶格。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

3、越 细小,力学性能越好。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）。完全退火适用于（亚共析碳）钢，其加热温度为（Ac3以上30-50 C），冷却速度（缓慢）， 得到（铁素体和珠光体）组织。球化退火又称为（均匀化）退火，其加热温度在（Ac1）+20-30C，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。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。钢的

4、高温回火的温度范围在（500-650 C），回火后的组织为（回火索氏体）。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 咼碳钢。厂高速钢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560C三次回火，回火后其组织由隐针马氏体、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。按用途分，合金钢可分为（合金结构）钢、（合金工具）钢、（特殊

5、性能）钢。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+3050 C,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：附加振动为什

6、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( i, J _ 1V.1 f,_uJl i, J _ 1. 45 (Ac1=730C, Ac3=780C )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：810-830 C高温回火：500-650 C 淬火组织：M回火组织：回火索氏体试说明下列合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试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用；指出最

7、终热处理后的显微组织及大致硬度； 制定最终热处理工艺规定(温度、冷却介质)自由锻 热处理：退火，改善切削性能 机加工：切削10.拟用试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用；指出最终热处理后的显微组织及大致硬度； 制定最终热处理工艺规定(温度、冷却介质)自由锻 热处理：退火，改善切削性能 机加工：切削(1)(2)锻造 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:锉削细小回火马氏体，粒状合金碳化物，少量的残余奥氏体 温度：锻造 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:锉削细小回火马氏体，粒状合金碳化物

8、，少量的残余奥氏体 温度：Ac1+30-50 C,冷却介质为油(空气、水选一)何谓再结晶？它对工件的性能有何影响？2：3：2：3：12.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试卷2答案1、选择题1、下列晶体缺陷中，属于线缺陷的是（位错）。A.间隙原子B.位错C.晶界D.晶体表面2、晶格中原子偏离平衡位置的现象称为（晶格畸变）。A.晶格畸变B.位错C.同素异构转变D.空位3、奥氏体的力学性能特点是（C ）。A.强度高，塑性好，硬度低B.强度高，塑性好，硬度高C.强度低，塑性好，

9、硬度低D.强度低，塑性差，硬度低4、金属的晶粒越细，晶界总面积越大，金属的强度（越高）A.越高B.越低C.不变D.无法判断5、相变过程中的过冷和过热是（促进相变的动力）。合金中原子扩散的条件一种热处理缺陷相变的阻力促进相变的动力6、珠光体向奥氏体转变时，奥氏体晶核最容易在（A ）形成。A.铁素体渗碳体的相界面B.渗碳体内 C.铁素体内 D、其它7、贝氏体转变的相变类型是（半扩散型）。A.扩散型B.半扩散型C.非扩散型D.其它8、钢经过淬火加中温回火处理后获得的组织是（回火屈氏体）。A.珠光体 B.回火索氏体C.回火屈氏体 D.回火马氏体9、牌号10钢中碳元素的平均百分含量是（0.1% ）。A.

10、 0.01%B. 0.1%C. 1%D.没有标示出来10、牌号GCr9钢中合 TOC o 1-5 h z 金元素Cr的平均质量分数是（0.9%）。A. 0.09%B. 0.9%C. 9%D.没有标示出来11、退火态20、T8及T13钢的强度排序应为（T8 T1320 ）。A. 20 T8 T13 B. T13 T8 20 C. T8 T1320 D. T8 20T1312、共析钢的过冷奥氏体在A1550C之间等温转变时所获得组织产物是（珠光体）。A.珠 光体B.贝氏体C.马氏体D.回火马氏体13、亚共析钢适宜的淬火加热温度一般为（D ）。A. Accm+3050C B. Ac1+3050C C

11、. Ac2+3050C D. Ac3+3050C14、对于平衡状态下的亚共析钢，随着含碳量的增加，其（硬度，强度均升高）。A.硬度， 强度均升高B.硬度下降，塑性升高C.强度，韧性均下降D.强度，塑性均不变15、铸铁和碳钢的主要区别在于组织中是否有（莱氏体）A.渗碳体B.珠光体C.铁素体D.莱氏体16、同一成分的铁碳合金组织中，硬度最高的是（马氏体）。A.珠光体B.索氏体C.贝氏体D.马氏体17、含碳量为1%的碳钢平衡结晶到室温，则在室温下该合金中（珠光体含量为4% ）。A.相 组成物为铁素体和珠光体 B.组织组成物是铁素体和二次渗碳体C.珠光体含量为4% D.铁素体总含量为85%18、合金结

12、构钢40Cr可用作车床主轴材料，其整体最终热处理工艺应该是（调质处理）。A.淬火+低温回火B.淬火+中温回火C.调质处理D.渗碳后淬火+低温回火填空题：1、在铁碳合金的平衡相图中，共晶点C以及共析点S的所对应的含碳量分别为4.3%、 0.77%。2、合金材料的相结构可以根据其化学成分以及晶体结构特点分为两大类，分别是固 溶体、金属化合物。3、绝大多数金属元素的晶体结构比较简单，其中最典型、最常见的三种晶体结构类型为体 心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格，相对应的代表金属元素分别有a-Fe、W、 V、 Cr 、 YFe、Al、 Ni、 Cu 和 Mg、 Zn 。4、常用测定硬度的方法有布氏硬

13、度测试法、洛氏硬度测试法和维氏硬度测试法等。5、根据共析钢的C曲线,过冷奥氏体在A1线以下发生组织转变，其转变产物分别为 珠光体、 贝氏体和马氏体组织。6、共析钢中奥氏体的形成过程包括 奥氏体晶核的形成、奥氏体的长大、残余Fe3C溶解 及奥氏体均匀化。7、材料力学性能指标中，HR表示 硬度 指标， 表示 塑性 指标。8、钢淬火+低温回火后 的组织是回火马氏体。9、理论结晶温度与实际结晶温度之差，称为 过冷度。10、纯铁在912C以下时晶体结构 为体心立方晶格，在912C1394C时晶体结构为面心立方晶格。11、铁碳合金室温平 衡组织中，Fe3CII的最大含量为2.11%。12、球化退火是指将钢

14、中的 渗碳体 球状化的工艺，它主要适用于 过共析 钢。判断题： 再结晶过程中金属的晶格类型发生了改变。（X）金属材料的弹性模量E越大，则其塑 TOC o 1-5 h z 性越差。（X ）形成二元匀晶相图的两金属组元的晶格类型可以不同，但其原子半径大小一定要相等。（X ）钢能进行热处理改性工艺的主要原因是钢具有固态相变的特性。（V ）工业应用的铁碳合金无论成分如何，在平衡条件下冷却到室温时，其相组成都是铁素体和渗 碳体。 （V ）钢加热到800C时，其组织将转变为奥氏体。（X ）金属铸件可以通过再结晶退火来达到细化晶粒的目的。（V ）临界冷却速度Vk的大小 可以表征钢材淬火工艺性能的好坏。（X

15、）铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为0.77%的铁碳合金才能发生共析反应。（X ） 一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体的形态及晶格结构类型均不相同。（X ）本质细 晶粒钢加热后的实际晶粒一定比本质粗晶粒钢的细。 （X ）在铁碳合金平衡相图中，奥氏体在1148C时，溶碳能力可达4.3%。（ X ）同一钢材在相同的加热条件下，总是水冷比油冷的淬透性好。（X ）问答题：1、设计好刚度的零件，应根据何种指标选择材料？材料的弹性模量E越大，则材料的塑性越 差。这种说法是否正确？为什么？答：弹性模量E。这种说法不正确，因为弹性模量E是衡量刚度的指标，E越大，材料的刚度 就越大，抵抗变形的能力就越强，

16、而塑性是指材料产生永久变形而不破坏的能力，这两者之 间并没有直接的联系。2、在铸造生产中，采取哪种措施控制晶粒大小？如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件 下，铸件晶粒的大小。（1 ）金属模浇注和砂模浇注（2 ）高温浇注与低温浇注（3 ）浇注时采 用振动与不采用振动答：控制晶粒大小的措施：增大过冷度；进行变质处理；附加振动1金属模浇注的晶粒小于砂模浇注的晶粒；2高温浇注的晶粒大于低温浇注的晶粒；3采用 振动的晶粒小于不采用振动的晶粒。3、为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金？为什么要进行压力加工的合金常选用单相固 溶体成分的合金？答：接近共晶成分的合金是在较低且恒定的温度下进行结晶的，同时熔

17、点又最低，故金属液 的流动性好，在结晶时易形成集中缩孔，偏析较小，铸件的致密性好，铸造性能好；通过选 择适当的组成元素和适量的组成关系，可以使合金获得较纯金属高得多的强度和硬度，并保 持了较高的塑性和韧性，总的来说，就是形成单相固溶体的合金具有较好的综合机械性能。4、 为什么细晶粒钢强度高，塑性、韧性也好？ 答：晶界是一种面缺陷，能够有效地阻碍位错运动，使金属强化，晶粒越细，晶界越多也越 曲折，强化作用越显著；晶粒越细，金属单位体积中的晶粒数越多，变形可以分散在更多的 晶粒内进行，各晶粒滑移量的总和增大，故塑性好；同时，由于变形分散在更多的晶粒内进 行，引起裂纹过早产生和发展的应力集中得到缓和

18、，从而具有较高的抗冲击载荷能力，故韧 性好。5、热加工对金属组织和性能有何影响？钢材在热加工（如锻造）时，为什么不产生加工硬 化现象？ 答：热加工将钢中的气孔焊合，分散缩孔压实，使材料的致密度增加，可将钢中的 粗大枝晶和柱状晶破碎，使晶粒细化，可将钢中的各种夹杂物沿着变形方向伸长，但晶粒通 过再结晶变成细等轴晶，而夹杂物却保留下来，形成使钢的机械性能有了方向性的纤维组织。 由此可见，热加工改变了粗大的铸态组织，使金属组织得到改善，由于组织的改善，提高了 金属的机械性能，特别是塑性、韧性提高得更多；加工硬化是在切削力的作用下使晶粒拉长， 纤维化，从而提高金属表面的硬度和强度，而热加工是使钢中的各

19、种夹杂物沿变形的方向伸 长，晶粒再结晶后夹杂物被保留下来，形成纤维组织，使其在纤维方向上具有较高强度，两 种强化的机理不同，因而不能产生加工硬化。6、淬火的目的是什么？亚共析钢和过共析钢淬火加热温度应如何选择？为什么选这个范围？ 答：淬火的目的是为了获得马氏体或下贝氏体组织，提高钢的机械性能。 亚共析钢的淬火 加热温度是Ac3+30C50C，此时可全部得到奥氏体，淬火后得到马氏体组织，如果加热到Acl或Ac3之间，这时得到奥氏体和铁素体组织，淬火后奥氏体转变成马氏体，而铁素体则 保留下来，因而使钢的硬度和强度达不到要求，如果淬火温度过高，加热后奥氏体晶粒粗化， 淬火后会得到粗大马氏体组织，这将

20、使钢的机械性能下降，特别是塑性和韧性显著下降，并 且淬火时容易引起零件变形和开裂；过共析钢的淬火温度是AC1+30C50C，这时得到奥氏 体和渗碳体组织，淬火后奥氏体转变成马氏体，而渗碳体则保留下来，获得均匀细小的马氏 体和颗粒状渗碳体的混合组织，由于渗碳体的硬度比马氏体还高，所以钢的硬度不但没有降 低，而且还可以提高钢的耐磨性，如果将过共析钢加热到Acm以上，这时渗碳体已全部溶入 奥氏体中，增加了奥氏体的含碳量，因而钢的Ms点下降，从而使淬火后的残余奥氏体量增多， 反而降低了钢的硬度和耐磨性，另外，温度高还将使奥氏体晶粒长大，淬火时易形成粗大的 马氏体，使钢的韧性降低。分析题： 铁碳合金相图

21、综合分析：各特征点温度、成分、含义，各特征线的含义（水平线所代表的相 变反应）、各区所对应的相、组织等，杠杠定律的应用。共析钢过冷奥氏体转变图：不同冷却方式下所对应的热处理名称及组织名称等。 钢号、钢种、含碳量、合金元素含量及其作用，热处理特点及组织等。Q235AF:屈服强度为235MPa的高级碳素结构钢、沸腾钢。Q345:屈服强度为345MPa的低合 金高强度结构钢。08F、10F、T8、T10A、（15Cr、20、20CrMnTi 是渗碳钢）、（40、40Cr、40Mn、 40CrNiMo、45、50 是调质钢）、（55Si2Mn、60Si2Mn、65、65Mn 是弹簧钢）、（GCr9、G

22、Cr15、 GCr15SiMn是滚动轴承钢）、（ZGMn13是铸钢、耐磨钢）、9SiCr是低合金工具钢、5CrNiMo热 锻模钢、Cr12MoV 冷作模具钢、W18Cr4V 和 W6Mo5Cr4V2 是高速钢、（1Cr13、3Cr13、0Cr18Ni9、 0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti都是不锈钢，前面的1、3表示其碳含量在0.1%到1.0% 之间，0表示其碳含量在0.03%到0.1%之间）、HT200:最低抗拉强度为200MPa的灰口铸铁。 QT600：最低抗拉强度为600MPa的球墨铸铁。（LF21、LF5防锈铝合金）、（LD5可锻铝合金）、 （H80、H68含

23、80%和68%铜的黄铜铜锌合金）给定零件的加工工艺路线中各热处理1、判断下列说法正误，并说明原因。马氏体是硬而脆的相。错，马氏体是硬的相,渗碳体才是脆的相；过冷奥氏体的冷却速度大于Vk时，则冷速越大，所得马氏体的硬度越高。错，马氏体硬度取决于含碳量与冷却速度无关钢中的合金元素含碳量越高，其淬火后的硬度也越高。错,合金元素对淬透性的影响大，但对硬度影响小；本质细晶粒钢的晶粒总是比本质粗晶粒钢的晶粒细。错,晶粒的大小与加热温度和保温时间有关本质细晶粒钢只是加热时长大的趋向比本质粗晶 粒钢小，但不代表本身比本质粗晶粒钢的晶粒细同种钢材在同样的加热条件下，总是水冷的比油冷的淬透性好，小件的比大件的淬透

24、性 好。错，钢的淬透性取决于其临界冷却速度与工件尺寸和冷却介质无关2、马氏体组织有哪几种基本类型他们的形成条件、晶体结构、组织形态、性能有何特点？ 马氏体的硬度与含碳量关系如何？两种，板条马氏体和片状马氏体。(2)奥氏体转变后，所产生的M的形态取决于奥 氏体中的含碳量，含碳量0.6%的为板条马氏体；含碳量在0.61.0%之间为板条和针状 混合的马氏体；含碳量大于1.0%的为针状马氏体。低碳马氏体的晶体结构为体心立方。随含 碳量增加，逐渐从体心立方向体心正方转变。含 碳量较高的钢的晶体结构一般出现体心正方。 低碳马氏体强而韧，而 高碳马氏体硬而脆。这是因为低碳马氏体中含碳量较低，过饱和 度较小,晶格畸变也较小，故具有良好的综合机械性能。随含碳量增加，马氏体的过饱和 度增加，使塑性变形阻力增加，因而引起硬化和强化。当含碳量很高时，尽管马氏体的 硬度和强度很高，但由于过饱和度太 大，引起严重的晶格畸变和较大的内应力，致使高 碳马氏体针叶内产 生许多微裂纹，因而塑性和韧性显著降低。(3)随着含碳量的增加，钢 的硬度增加。3、说明共析碳钢C曲线各个区、各条线的物理意义 并指出影响C曲线形状和位置的主要因 素。4、淬透性与淬硬层深度两者有何联系和区别影响