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机械工程材料B1 复习及答案 一、填空题（） 1.机械零件在工作条件下可能受到 力学负荷 、热负荷 和 环境介质 三种负荷的作用。 2.金属塑性的指标主要有 延伸率 和 断面收缩率 两种。 3.金属材料的机械性能是指在载荷作用下其抵抗 外力变形 或 断裂 的能力。 4.刚度是指材料在外力作用下抵抗 弹性变形 的能力。 5.强度度是指材料在外力作用下抵抗 变形 和 断裂 的能力。 6.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。 7.材料按化学成分分为 金属材料、高分子材料、陶瓷材料 和 复合材料 四大类。 8.金属材料的加工工艺性能包括 铸造性 、可锻性 、可焊性 、切削性加工性 和 热处理工 艺性 。 9.常见的晶体结构有 体心立方 、面心立方 和 密排六方 三种。 10.晶体缺陷按其几何特征可分为 点缺陷 、 线缺陷 和 面缺陷 三种。 11.固溶体的晶体结构与 溶剂 晶体结构相同。 12.当合金溶液凝固后，由于组元间的相互作用不同，可形成 固溶体 、金属化合富 和 机械混合物 三种形式。 13.铁从高温液态向室温冷却时发生的变化： P43 。 14.珠光体是 铁素体 和 渗碳体 混合在一起形成的机械混合物。 15. 碳溶解在 奥氏体 中所形成的 固溶体 称为铁素体。 16. 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% 。 17.低温莱氏体是 珠光体 和 渗碳体 组成的机械混合物。 18.金属结晶的过程包括 形核 和 长大 两个过程 。 19.晶核的形成包括 自发形和 和 非自发形核 两种形式。 20.晶核的长大包括 枝晶长大 和 平面长大 两种形式。 21.金属铸锭的宏观组织是由三个晶区组成，由外向内分别是 细等轴晶区、柱状晶区 和 中 心等轴区 。 22铸锭的缺陷包括 缩孔与缩松、气孔、非金属夹杂物、成分偏析 23.焊缝的组织是 单一柱状区。 24.焊接接头是由 焊缝 和 热影响区 构成。 25.冷变形后金属在加热中， 随温度的升高或加热时间的延长， 其组织和性能一般经历 回复 、 再结晶 和 晶粒长大 三个阶段的变化。 26细化晶粒的方法包括 增大过冷度 、加入形核剂 和 机械方法 。 27 改善和提高工程材料性能的主要途径有 热处理、 合金化、 材料改性 和 表面改性处理 。 28.预先热处理常用的工艺方法有 正火、退火、调质。 29.根据钢中的高低分为 （写出含碳量） ： 低碳钢 （Wc 0.25%） 、 中碳钢 （0.25% Wc 0.6% 和高碳钢（Wc0.6） 。 二、名词解释） 1.弹性变形：外力去除后能够恢复的变形称为弹性变形 2.塑性变形：外力去除后不能恢复 的变形成为塑形变形 3.比刚度：材料的弹性模量与其密度的比值（E/p）称为比刚度 4.冲击韧性：在一定温度下，材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力称为冲击韧性 5.疲劳极限：材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为疲劳极限 6.晶体：原子在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质 7.合金：一种金属元素同另一种或几种其它元素，通过熔化或其它方法结合在一起所形成的 具有金属特性的物质 8.固溶体：组元之间相互溶解，溶质原子溶入固态溶剂 9.过冷度：金属的实际结晶温度（Tn）与理论结晶温度T 之差称为过冷度（用T表示） 10.加工硬化： 金属材料经过冷塑性变形后， 出现强度、 硬度提高而塑形、 韧性下降的现象 11. 再结晶：冷塑性变形的金属在较高温度下加热，通过新的晶核的形核和长大，由纤维状晶粒 转变为等轴晶粒（晶格类型不变） ，加工硬化和残余应力完全消除 12.回复：冷塑性变形的金属在加热温度不太高时，组织和性能无明显变化，但残余应力明 显下降，这一阶段的变化称为回复 13.退火：将处于非平衡状态的金属或合金加热到适当温度后在保温一定时间，然后缓慢冷 却以获得平衡状态组织的热处理工艺 14.完全退火：将钢件加热到 Ac3 以上 2050 度，保温一定时间完全奥氏体化后，随之连续 缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理 15.球化退火：是使 Fe3C 及珠光体中的 Fe3C 由片状转化为球状的一种工艺，主要用于过共 析钢 16.正火：是将钢加热到 Ac3 或 Accm 以上 3050 度，完全奥氏体化后从炉中取出空冷的热 处理工艺 17.调质：就是“淬火+高温回火” ，先通过淬火得到马氏体，然后在低于 A1 的 500650 度 加热（回火工艺）获得回火索氏体 18.淬火：将钢铁加热至高温奥氏体状态后急冷，使奥氏体过冷到 Ms 点以下，获得高硬度马 氏体的工艺称为淬火 19.回火：将淬火后的钢加热到 A1 以下的某一温度，保温后冷却到室温的热处理工艺方法 20.淬透性：是经过奥氏体化的材料接受淬火时形成马氏体多少的能力（或在相同条件下材 料获得较大深度淬火马氏体的能力） 21.表面淬火：仅对工件表层进行淬火的热处理工艺称为表面淬火 22.表面形变强化将冷变形强化用于提高金属材料的表面性能，成为提高工件疲劳强度，延 长使用寿命的重要工艺措施 23.表面涂覆：将材料的表面用其他金属或非金属涂覆后，可赋予零件表面强烈的光和热的 反射性、表面着色装饰性、耐磨、耐蚀及其它电磁功能之效果 24.渗碳钢：是指适宜于渗碳 处理并能获得较好效果的钢 25.调制钢：指含碳量在 0.300.60%的中碳结构钢 26.弹簧钢：是指由于淬火和回火状态下的弹性而专门用于制造弹簧和弹性元件的钢 27.枝晶偏析：在结晶的过程中，先结晶的枝干含高熔点组元较多，而后结晶的枝干含高熔 点的组元较少的现象 28.热处理： 是将固态金属或合金在一定介质中加热、 保温和冷却以改变其整体或表面组织， 从而获得所需性能的一种工艺 三、选择题（） 1.表示金属材料屈服强度的符号是（B ） A. B.s C.b D.-1 2.表示金属材料弹性极限的符号是（A ） A.e B.s C.b D.-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（C ） A.HB B.HRC C.HV D.HS 4.金属材料在载荷作用下抵抗变形和断裂的能力叫（A ） A.强度 B.硬度 C.塑性 D.弹性 5.每个体心立方晶胞中包含有（B）个原子 A.1 B.2 C.3 D.4 6. 每个面心立方晶胞中包含有（D）个原子 A.1 B.2 C.3 D.4 7. 属于面心立方晶格的金属有（C） A.-Fe,铜 B.-Fe,钒 C.-Fe,铜 D.-Fe,钒 8. 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 9. 铁素体是碳溶解在（A）中所形成的间隙固溶体。 A-Fe B-Fe C-Fe D-Fe 10.奥氏体是碳溶解在（B ）中所形成的间隙固溶体。 A-Fe B-Fe C-Fe D-Fe 11.在 Fe-Fe3C 相图中，钢与铁的分界点的含碳量为（C） 。 A2 B2.06 C2.11 D2.2 12.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 13.在 Fe-Fe3C 相图中，ES 线也称为（D） 。 A共晶线 B共析线 CA3 线 DAcm 线 14.在 Fe-Fe3C 相图中，GS 线也称为（C） 。 A共晶线 B共析线 CA3 线 DAcm 线 15. 在 Fe-Fe3C 相图中，共析线也称为（A.D） 。 AA1 线 BECF 线 CAcm 线 DPSK 线 16.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 17.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。 A0.8 B0.9 C1.0 D1.1 18.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 19.在 Fe-Fe3C 相图中，PSK 线也称为（B） 。 A共晶线 B共析线 CA3 线 DAcm 线 20.Fe-Fe3C 相图中，共析线的温度为（D） 。 A724 B725 C726 D727 21.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 22.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 23.下列温度属于钢的高、中、低温回火温度范围的分别为（A） （C） （ B） 。 A500 B200 C400 D350 24.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 25.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 26.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 27.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） 。 AP BS CB DM 28.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 29. 欲要提高 188 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 30.20CrMnTi 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 31.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） 。 AMn,P BMn,Ti CTi,V DV,P 32.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。 ACo BCr CMn DTi 33.优质钢的含硫量应控制在下列（C）范围内。 A0.060.05 B0.050.035 C0.0350.02 D0.020.015 34.优质钢的含磷量应控制在下列（C）范围内。 A0.0550.045 B0.0450.035 C0.0350.03 D0.030.02 四、判断题（） Y1.用布氏硬度测量硬度时，压头为钢球，用符号 HBS 表示。 Y2.用布氏硬度测量硬度时，压头为硬质合金球，用符号 HBW 表示。 X3.沙发垫子的刚度比钻杆的刚度大。 X4.图纸上标注的硬度值为：240-280HRC。 X5.图纸上标注的硬度值为：HBS250-280。 X6.图纸上标注的硬度值为：250-280HBW。 X7.渗碳件经淬火处理后用 HB 硬度计测量表层硬度 。 X8.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。 X9.衡量材料的塑性的指标主要有伸长率和冲击韧性。 Y10.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。 Y11. 晶体的配位数越大，其致密度也越高。 X12.金属结晶后晶体结构不再发生变化。 Y13.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。 X14.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。 X15.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。 X16.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。 X17.在铁碳合金相图中，PSK 线是一条水平线（727） ，该线叫共晶线。 X18. 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。 X19. 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%。 X20. 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。 Y21. 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。 X22. 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。 X23. 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。 Y24. 在铁碳合金相图中，奥氏体在 1148时，溶碳能力可达 4.3%。 X25.碳溶解在-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%。 X26.在铁碳合金相图中，铁素体在 727时，溶碳能力可达 2.11%。 。 X27.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。 X28.碳溶解在-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%。 X29.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。 X30.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。 Y31.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。 X32 完全退火是将工件加热到 Acm 以上 3050，保温一定的时间后，随炉缓慢冷却的一 种热处理工艺。 X33 合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。 X34 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。 Y35 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。 X36 合金元 素均在不同程度上有细化晶粒的作用。 X37 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。 X38 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。 Y39 钢中的含硫量增加，其钢的热脆性增加。 X40.钢中的含磷量增加，其钢的热脆性增加。 X41 1Cr18Ni9 钢是一种马氏体不锈钢。 X42.5CrNiMo 钢是合金结构钢。 X43. 40Cr 钢是合金渗碳钢。 X44. 20CrMnTi 钢是合金调质钢。 X45 GCr15 是专用的合金工具钢。 X46 1Cr13 钢是奥氏体不锈钢。 X47.W18Cr4V 钢是不锈钢。 五、分析说明题（） 1.下列几种工件应该采用何种硬度试验法测定其硬度？ A、钢淬火、低温回火后的成品件；(洛氏硬度 HV) B、退火件（布氏硬度 HB） C、渗碳件（维氏硬度或洛氏硬度 HRA） 2.从 Fe-Fe3C 的分析中回答以下问题，并说明其原因： A、随碳质量百分数的增加，硬度、塑性是增加还是减小？（答：硬度增加塑性减小，因为 渗碳体增加，而渗碳体质硬而脆） B、过共析钢中网状渗碳体对强度、塑性的影响怎样？（答：强度、塑性降低，因为网状渗 碳体脆性大，不在晶界内） C、钢有塑性而白口铁几乎无塑性吗？（答：对，因为钢市以塑性高的铁素体为基体而白口 铁是以脆性高的 Fe3C 为基体） D、 哪个区域熔点最低？哪区域塑性最好？ （答： 共晶白口铁熔点最低， 奥氏体区塑性最好） 3. 根据 Fe-Fe3C 相图，说明产生下列现象的原因： A、含碳量为 1.0%的钢比含碳量为 0.5%的钢硬度高（答：随着碳质量分数的增加 F3C 的含量 也增加，使钢的硬度增加） B、在室温下，含碳 0.8%的钢其强度比含碳 1.2%的钢高； （答：因为含碳 1.2%的钢高 F3C 含量高，是强度降低） C、低温莱氏体的塑性比珠光体的塑性差； （答：含珠光体 Wc 低且 F 多，塑形好） D、在 11000C，含碳 0.4%的钢能进行锻造，含碳 4.0 的生铁不能锻造； （答：含碳 0.4%的钢 F3C 含量低而含碳 4.0 的生铁 F3C含量高） E、钢适宜于通过压力加工成形，而铸造适宜于通过铸造成形。 （答：钢塑性好，熔点高；而 铸造熔点低适宜铸造） 4.钢的渗碳工艺是将钢件加热至完全奥氏体区，让活性的碳原子进入表面并向内扩散，形成 一定深度的渗层，然后进行淬火、回火工艺。试根据晶体结构知识分析：为什么钢的渗碳选 择在 A 区进行？（答：从原子结构入手，如： （1）是面心立方，原子容易渗透，可锻性好 （2）空间集中，适合扩散） 5.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：P48 ） 6.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。 （答：P48） 7.写出铁碳相图上共晶和共析反应式及反应产物的名称。 （P44） 8.写出 Fe-Fe3C 相图上-区的组织组成物，标明 A，E，C，S，P，K 各点的含碳量。 区：_铁素体+珠光体 区：珠光体 _区：珠光体+F3C 区： 珠光体+F3C+低温莱氏体 区： 低温莱氏体 _区： 低温莱氏体+F3C A点： 0 E 点：2.11 C 点：4.3 S 点：0.77 P 点：0.0218 K 点：6.69 9.试画出 Fe-Fe3C 相图中钢的部分(包晶部分可省略)，并完成下列各题：标明各特征点的成 分、温度，按相组成填充各相区。 （答：P40） 10.什么是热加工和冷加工？钨在 10000C 变形加工，锡在室温下变形加工，请说明他们是热 加工还是冷加工？（钨熔点是 33990C，锡熔点是 2320C） （答：温度在再结晶温度以上为热 加工，温度在再结晶温度以下 为冷加工。钨、锡都在再结晶温度一下，所以都属于冷加工） 11.如果其他条件相同，试比较在下列条件下所得铸件晶粒的大小： 金属模浇注与砂模浇注； （答：） 2 高温浇注与低温浇注（答：） 3 铸成薄壁件与铸成厚壁件； （答：） 4 浇注时采用振动与不采用振动； （答：） 5 厚大铸件的表面部分与中心部分. （答：） 12.某厂用冷拔钢丝绳直接吊运加热至 11000C 的破碎机颚板，吊至中途钢绳突然断裂。这条 钢绳是新的，事前经过检查，并无疵病。试分析钢绳断裂的原因。 （答： （1）冷拔钢丝绳是 通过加工硬化强化的，使用前处于加工硬化状态（2）直接升掉 1100 度的破碎机颚板（其质 量很大） ，使钢丝绳被加热，随钢丝绳温度的升高，必然发生回复、再结晶过程，加工硬化 现象消失，强度、硬度大大下降，而被破碎机颚板重而大，因此，致使钢丝绳发生过量塑性 变形而断裂） 13.室温下， 对一根钢丝进行反复弯曲拉直实验， 经过一定次数后， 铁丝变得越来越硬， 试分析原因。 如果将这根经过弯曲拉直试验后的铁丝进行一定温度的加热后， 待冷却至室 温，然后再试着弯曲，发现又比较容易弯曲了，试分析原因。 （答：不断地对钢丝进行拉直 弯曲，使钢丝不断产生塑性变形，且产生了一定高温；相当于对钢丝进行了冷加工，即产 生了加工硬化现象；但加热冷却到时问时，相当于对钢丝进行了了再结晶，使其恢复一定的 塑性和韧性） 14.从铸锭的组织结构分析，为什么铸锭的力学性能不好，而吸振性较好。 （答： （1）因为铸 锭的柱状晶粗大， 导致铸锭的力学性能不好 （2） 铸锭组织疏松从而易与吸收压力及振动波） 15.钢材在热变形加工（如锻造）时，为什么不出现硬化现象？（答：P77 参考：热加工能 焊合金属铸锭中的气孔和疏松，使错位现象消失） 16.什么是金属的回复和再结晶过程?回复和再结晶过程中金属的组织结构和性能发生哪些 变化？ （答：回复：冷塑性变形的金属在加热温度不太高时，组织和性能无明显变化，但残余应力 明显下降，这一阶段的变化称为回复.。再结晶：冷塑性变形的金属在较高温度下加热，通 过新的晶核的形核和长大，由纤维状晶粒转变为等轴晶粒（晶格类型不变） ，加工硬化和残 余应力完全消除） 17 奥氏体形成的四个步骤是什么？ （ （1）奥氏体形核（2）奥氏体长大（3）残余渗碳体溶解（4）奥氏体成分的均匀） 18 有四个小尺寸的碳素钢试样进行加热： 1wc=0.45%，加热至 Ac1Ac3;2wc=0.45%，加热至 Ac3 以上 30500C； 3wc=1.2%，加热至 Ac1 以上 20300C；4wc=1.2%，加热至 Accm 以上 30500C。适当保温 后水中淬火，哪个试样硬度最高哪个试样硬度最低？说明其原因。 （答：1 wc=0.45%，加热至 Ac1Ac3 成分有:F+M+A.硬度最低 2wc=0.45%，加热至 Ac3 以上 30500C 成分为：M+A 。 3wc=1.2%，加热至 Ac1 以上 20300C 成分为：Fe3C+ M+A.硬度最高 4wc=1.2%，加热至 Accm 以上 30500C 成分为：M+A ） 19 试说明下列钢件应采用何种退火、退火的目的及退火后的组织： 1 经冷轧的 15 钢钢板，要求降低硬度； （答：采用完全退火；可以降低硬度、改善组织） 2 铸造成形的机床床身； （答：去应力退火；消除内应力，组织保持不变） 3 经锻造过热（晶粒粗大）的 wc=0.060%的锻件； （答：完全退火；消除内应力，降低硬 度） 4 具有细片状渗碳体组织的高碳钢件，要求改善其切削加工性能。 （答：球化退火；降低 硬度，改善切削加工性） 20 对零件的力学性能要求高时，为什么要选用淬透性大的钢材？（答：看书） 21 一批 45 钢试样 （尺寸1510mm） 因其组织粗大， 晶粒大小不均匀， 而采用退火处理， 拟采用以下几种退火