工程材料第四章

工程材料习题库PAGE4-第四章结构钢及其选用单选题（本大题共23小题）1.影响钢的冷脆性的主要元素是(B)。A.SB.PC.MnD.Si2.20CrMnTi钢根据其所含的碳量和合金元素，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,PB.Mn,TiC.Ti,VD.V,P4.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.CoB.CrC.MnD.Ti5.20CrMnTi钢中Ti元素的主要作用是（C）。A.强化铁素体B.提高淬透性C.细化晶粒D.提高回火稳定性6.合金渗碳钢渗碳后必须进行（C）热处理。A.淬火+高温回火B.淬火+中温回火C.淬火+低温回火D.淬火+退火7.要制造一批锉刀，请选择合适的材料（C）。A.45B.9Mn2VC.T12D.7Cr178.下列材料中淬硬性高的是（B）。A.18CrNi3B.9Mn2VC.40CrD.509.下列材料中油淬临界直径最大的是（A）。A.25Cr2Ni4WB.20MnVBC.40CrD.65Mn10.钢中强碳化物形成元素是（C）A.Fe、MnB.Cr、CoC.V、TiD.Si、Mn11.影响钢的热脆性的主要元素是（A）A.SB.PC.MnD.Si12.制造手用锯条应当选用（A）A.T12钢经淬火和低温回火B.Cr12Mo钢经淬火低温回火C.65钢淬火后中温回火D.T8钢经淬火和高温回火13.二次硬化是指（B）的硬化现象。A.渗碳处理后的二次淬火B.某些钢在回火后硬度进一步提高C.变形过程中强度、硬度升高D.某些钢在淬火后硬度提高14.40MnVB钢中V元素的主要作用是（B）A.强化铁素体B.细化晶粒C.提高回火稳定性D.提高淬透性15.40Cr钢根据其所含的碳量和合金元素，在工业上主要作为一种（C）使用。A.滚动轴承钢B.合金弹簧钢C.合金调质钢D.合金渗碳钢16.对形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时，应选用（A）A.高淬透性钢B.中淬透性钢C.低淬透性钢D.对淬透性能没有要求17.60Si2Mn钢根据其所含的碳量和合金元素，在工业上主要作为一种（B）使用。A.滚动轴承钢B.合金弹簧钢C.合金调质钢D.合金渗碳钢18.对38CrMoAl钢进行渗氮处理，渗氮时的加热温度为（B）A.Ac1以上B.Ac1以下C.Ac3以上D.Accm以上19.40钢和40Cr钢加热到AC3以上保温，随炉冷后组织为铁素体+珠光体，两种钢中珠光体的相对含量（C）A.相等B.40钢比40Cr钢多C.40Cr钢比40钢多D.珠光体含量与Cr元素无关20.以下属于中合金钢的是（C）（WE为合金元素的总含量）A.3％≤WE≤5％B.4％≤WE≤8％C.5％≤WE≤10％D.6％≤WE≤15％21.20CrMnTi钢的渗C温度范围是（A）A.900～930℃B.800～820℃C.600～650℃22.合金元素不能做到（D）A.提高钢的回火稳定性B.改变C曲线的位置C.改变S点的位置D.消除第一类回火脆性23.中碳钢的含碳量为（B）A.0.2％≤Wc≤0.3％B.0.25％≤Wc≤0.6％C.0.4％≤Wc≤1.0％D.0.35％≤Wc≤0.8％判断题（本大题共23小题）1.20钢比T12钢的碳质量分数要高。错误2.在退火状态（接近平衡组织）45钢比20钢的塑性和强度都高。错误3.大部分合金元素溶于奥氏体后，能增加过冷奥氏体的稳定性，提高钢的淬透性。正确4.所有的合金元素都能提高钢的淬透性。错误5.合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。错误6.T8钢与20MnVB相比，淬硬性和淬透性都较低。错误7.T8钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。错误8.调质钢的合金化主要是考虑提高其红硬性。错误9.合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用。错误10.40Cr钢是合金渗碳钢。错误11.20CrMnTi钢是合金调质钢。错误12.GCr15是专用的合金工具钢。错误13.钢中的含硫量增加，其钢的热脆性增加。正确14.钢中的含磷量增加，其钢的热脆性增加。错误15.钢中的含磷量增加，其钢的冷脆性增加。正确16.60Si2Mn钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。错误17.20CrMnTi中Cr和Mn的作用是提高钢的淬透性。正确18.在退火状态20钢比65钢的塑性和强度都高。错误19.钳工锯T8、T12等钢料时比锯10、20钢要费力，且锯条易磨钝。正确20.合金结构钢中常用的合金元素有Mn、、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、B等，其中主加元素是Mn、Si、Cr、Ni。正确21.钢中合金元素愈多，则淬火后的硬度就愈高。错误22.除Co以外，几乎所有的合金元素都能提高钢的淬透性。正确23.GCr15是专用的滚动轴承钢。正确填空题（本大题共6小题）1.碳素钢按含碳量来分类，可分为：低碳钢、中碳钢和高碳钢，其含碳量分别为：（Wc＜0.25％）、（0.25％≤Wc≤0.6％）、（Wc＞0.6％）（注：请对应填写）。2.汽车齿轮通常用20CrMnTi钢制造，其含碳量为（0.2%），锻造之后切削加工之前进行（正火）热处理，最终热处理为（渗碳+淬火+低温回火）。3.下列渗碳钢中低淬透性的是（20Cr,20Mn2），中淬透性的是（20CrMnTi,,20MnTiB），高淬透性的是（18Cr2Ni4WA）。20CrMnTi,20Cr,20Mn2,20MnTiB,18Cr2Ni4WA4.渗碳钢一般含碳量为（0.1—0.25%），调质钢一般含碳量为（0.25—0.5%），弹簧钢一般含碳量为（0.5—0.9%）。5.合金结构钢中常加入的合金元素有：Cr,Ni,Si,Mn,Mo,B,Ti,V,W等。其中强烈阻止奥氏体晶粒长大的有（Ti,V），能消除高温回火脆性的有（Mo,W）。6.下列钢中属于低合金结构钢的是（16Mn,15MnV），属于渗碳钢的是（20CrMnTi），属于调质钢的是（40Cr,40MnVB,40CrNiMo），属于弹簧钢的是（60Si2Mn,65Mn）。40Cr,20CrMnTi,40MnVB,16Mn,60Si2Mn,15MnV,40CrNiMo,65Mn锻造→正火→粗加工→调质→精加工→高频淬火及回火→精磨正火改善切削加工性。调质可以使齿轮具有较高力学性能，提高齿轮心部的强度和韧性，使齿轮能承受较大的弯曲应力和冲击力。调质后的组织为回火索氏体，在表面淬火时变形更小。高频淬火低温回火后，表面是回火马氏体，硬度高，耐磨。（2）38CrMoAl精密齿轮，承受中等载荷，精度要求高。工艺流程如下：锻造→退火→粗车→调质→半精滚齿→去应力处理→精滚齿→剃齿→渗氮→珩齿退火改善锻造组织，细化晶粒，调整硬度，提高切削加工性。调质可获较高的强度和韧性，调质后的组织为回火索氏体。去应力退火是为了消除切削加工中产生的应力，减小变形，退火温度应低于调质时的回火温度而高于渗氮温度20-30℃。渗氮之后，表层有0.5mm7.给下列主轴零件编制工艺流程，指出热处理方法及其作用，最终热处理后各部位组织和性能。（轴颈要求耐磨）（1)20Cr内圆磨床砂轮主轴（轴颈Φ30mm，内锥孔Φ25mm要求耐磨）（2)40Cr车床主轴（3)38CrMoAlA主轴【答案】：（1）20Cr内圆磨床砂轮主轴（轴颈Φ30mm，内锥孔Φ25mm要求耐磨）工艺流程：锻造→正火→切削加工→渗碳→车螺纹→淬火+低温回火→精磨。正火是为了获得合适的硬度，便于切削加工，同时改善锻造组织，为渗碳处理作准备。渗碳之后使表面的含碳量提高到0.8%-1.0%，淬火+低温回火后轴表面和内锥孔表面是高碳的回火马氏体组织，硬度高（58-60HRC），耐磨性好。心部由铁素体、珠光体和低碳回火马氏体组成，韧性好，耐冲击。适用于中等载荷，心部强度要求不高，但转速很高的场合。（2）40Cr车床主轴工艺流程：锻造→退火→粗加工→调质→轴颈部和内锥孔表面淬火+低温回火→精磨。退火是为了改善锻造组织，细化晶粒，调整硬度，改善切削加工性。同时，为调质处理作组织上的准备。调质后主轴有较高的强度和韧性,组织是回火索氏体。轴颈部和内锥孔表面淬火+低温回火后，表面是回火马氏体，硬度高（52-57HRC），耐磨性好。心部组织不变，为回火索氏体。（3)38CrMoAlA坐标镗床主轴的工艺流程：锻造→完全退火→粗加工→调质→半精加工→低温退火→粗磨→氮化→半精磨→油煮定性→精磨→油煮定性→研磨退火是为了获得合适的硬度，便于切削加工，同时改善锻造组织，为调质处理作准备。调质是为了获得综合力学性能好的回火索氏体组织。低温退火（550—600℃，保温3-4h）是为了消除切削加工造成的内应力，减小最终热处理变形，退火温度要低于调质的回火温度20-30℃。在精加工工序中安排的油煮定性（亦称人工时效，1408.镗床镗杆（Φ60mm），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的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用38CrMoAlA。该零件应采用何种预先热处理和最终热处理？为什么？热处理后的组织分别是什么？【答案】：预先热处理：（1）锻坯退火，降低硬度，改善切削加工性。（2)粗加工后进行调质。由于氮化层很薄（约0.5mm），且较脆，因此要有较高强度的心部组织需通过调质处理。38CrMoAlA钢属高淬透性的调质钢，940±10℃加热保温后油冷,620-650最终热处理：磨削加工后进行渗氮处理，以使表面获得高硬度的渗氮层。热处理后心部主要是回火索氏体，表面是高硬度的氮化层。9.某汽车变速箱齿轮，要求齿面硬度高（耐磨），心部韧性好（耐冲击），同时具有高的抗弯强度（承受重载）,待选材料：H70、20CrMnTi、T10、GCr15、60Si2Mn、Q390、2Cr13、LC4、Cr12MoV1）试为其选择正确的材料2）钢中合金元素的主要作用3）钢中含碳量为_________4）根据工序正确安排生产过程的工艺路线：喷丸、锻造、正火、渗碳、下料、粗加工、淬火加低温回火、精磨5）热处理目的正火目的—渗碳目的—淬火加低温回火的目的—【答案】：（1）选择材料：汽车变速箱齿轮的工作条件比较繁重，因此在耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧性等方面要求较高，选用20CrMnTi钢制造并经渗碳淬火低温回火处理后使用是比较合理的。另外，汽车齿轮的批量大，对材料的工艺性能要给以足够的重视。20CrMnTi正火后的切削加工性较好，也有较好的淬透性，可采用油冷淬火，过热倾向不大，渗碳后可预冷直接淬火。从工艺性方面考虑选用20CrMnTi钢也是合理的。（2）钢中合金元素的主要作用：Cr,Mn提高钢的淬透性；Ti是强碳化物形成元素，Ti加入钢中有细化晶粒，抑制钢件在渗碳时发生过热的作用。（3）钢中含碳量为0.2%（4）工艺路线：下料→锻造→正火→粗加工→渗碳→预冷淬火→低温回火→喷丸→精磨（5）热处理目的正火目的—改善锻造状态的不正常组织，调整硬度，以利切削加工。渗碳目的—使工件表面含碳量增高。淬火加低温回火的目的—使表面获得高碳回火马氏体，硬度高，耐磨；心部获得韧性好，耐冲击的索氏体+细珠光体+低碳回火马氏体的组织。简答题（本大题共8小题）1.在正常奥氏体化加热条件下，比较20CrMnTi、35、T8、40Cr四个钢号的淬透性和淬硬性，并说明理由。【答案】：淬透性由高到低依次为：20CrMnTi、40Cr→T8钢→35钢。因为钢的淬透性取决于钢的含碳量和合金元素的种类及含量，含碳量越靠近共析成分的钢淬透性越好；大多数合金元素（除Co）都有提高钢淬透性的作用，加入多种合金元素对淬透性影响比单一元素的作用要大。淬硬性由高到低依次为：T8→40Cr→35→20CrMnTi。淬硬性是指钢淬火后所形成的马氏体组织所能达到的最高硬度，主要取决于马氏体的碳浓度。2.合金结构钢中Mn、Cr、Ni元素对马氏体开始转变点Ms有何影响？对钢中残余奥氏体数量有何影响？【答案】：合金元素Mn、Cr、Ni降低马氏体开始转变温度，并增加残余马氏体量。Mn的作用最明显，其次是Cr和Ni。3.某汽车变速箱齿轮用20CrMnTi制造，必须进行下列各加工：切削加工，锻造，最终热处理，下料，预先热处理，精磨，喷丸，试回答：1）材料的含碳量及各元素的含量为多少？各合金元素的作用是什么？2）正确安排其生产工艺路线，不可随意增减，并写出热处理的工艺名称、所得组织、力学性能特点。【答案】：1）平均含碳量为0.2%，Cr、Mn含量1%左右，T含量0.1%左右。钢中合金元素的主要作用：Cr,Mn提高钢的淬透性；Ti是强碳化物形成元素，Ti加入钢中有细化晶粒，抑制钢件在渗碳时发生过热的作用。2）下料→锻造→正火→切削加工→渗碳→油冷淬火→低温回火→喷丸→精磨正火的组织：细珠光体+均匀分布的铁素体。渗碳淬火+低温回火的组织：表面组织主要是高碳回火马氏体。心部组织与钢的淬透性和零件尺寸有关，完全淬透时为低碳回火马氏体和少量铁素体，多数情况下为托氏体、少量回火马氏体及少量铁素体。力学特点：表面硬度高，耐磨性好，疲劳强度较高，力学性能比表面淬火高。心部具有高的强度及良好的韧性和很低的缺口敏感性。4.欲做下列零件：小弹簧、螺钉、手锯条、齿轮，试为其各选一材料（待选材料：Q195、45、65Mn、T10）。【答案】：小弹簧：65Mn；螺钉：Q195；手锯条：T10；齿轮：455.某汽车变速箱齿轮，要求齿面硬度≥58HRC，试选一材料，制定预备热处理和最终热处理工艺，指出热处理后的组织。（待选材料：T10、40Cr、GCr15、Q235）【答案】：选择材料：40Cr预备热处理工艺：正火处理，加热到860～900℃保温，空冷。硬度在175～225HB，组织为均匀分布的片状珠光体和铁素体。最终热处理工艺：气体碳氮共渗（820～850℃，表面C=0.7～1.0%，N=0.2～0.4%），共渗后直接淬火+低温回火。最终组织为：共渗层表面组织由细片状回火马氏体、适量的粒状碳氮化合物以及少量的残余奥氏体组成。6.连杆螺栓，硬度要求30～38HRC，试选一材料，制定最终热处理工艺，指出最终组织。（待选材料：20CrMnTi、GCr15、T10、40Cr、Q235）【答案】：连杆螺栓是发动机上的一个重要连