工程材料与成型工艺基础习题汇编答案--老师版

1 工程材料及成形技术 课程习题集 班级 姓名 学号 2013 年 2 月 5 月 2 习题一习题一 工程材料的性能工程材料的性能 一 名词解释一 名词解释 s s b b E E 1 1 k k HBHB HRCHRC 二 填空题二 填空题 1 材料常用的塑性指标有 和 两种 其中用 表示 塑性更接近材料的真实变形 2 检验淬火钢成品的硬度一般用 洛氏硬度洛氏硬度 HRCHRC 而布氏硬度是用于测定 较软 较软 材料的硬度 3 零件的表面加工质量对其 疲劳疲劳 性能有很大影响 4 表征材料抵抗冲击载荷能力的性能指标是 akak 其单位是 J cm2J cm2 5 在外力作用下 材料抵抗 塑性变形塑性变形 和 断裂 和 断裂 的能力称为强度 屈服强度与 抗拉强度抗拉强度 比值 工程上成为 屈强比 屈强比 三 选择题三 选择题 1 在设计拖拉机缸盖螺钉时 应选用的强度指标是 A A A s b b c 1 2 有一碳钢支架刚性不足 解决办法是 C C A 用热处理方法强化 b 另选合金钢 c 增加截面积 3 材料的脆性转化温度应在使用温度 B B A 以上 b 以下 c 相等 4 在图纸上出现如下硬度技术条件标注 其中哪种是正确的 B B A HB500 b HRC60 c HRC18 3 四 简答题四 简答题 1 下列各种工件应采取何种硬度试验方法来测定其硬度 写出硬度符号 锉刀 HRCHRC 黄铜轴套 HBHB 供应状态的各种非合金钢钢材 HBHB 硬质合金刀片 HVHV 耐磨工件的表面硬化层 HVHV 调质态的机床主轴 HRCHRC 铸铁机床床身 HBHB 铝合金半成品 HBHB 2 在机械设计中多用哪两种强度指标 为什么 常用常用 s s b b 原因 大多数零件工作中不允许有塑性变形 但从零件不产生断裂原因 大多数零件工作中不允许有塑性变形 但从零件不产生断裂 的安全考虑 同时也采用抗拉强度 的安全考虑 同时也采用抗拉强度 3 设计刚度好的零件 应和什么因素有关 1 1 依据弹性模量 依据弹性模量 E E 选材 选择选材 选择 E E 大的材料大的材料 2 2 在材料选定后 主要影响因素是零件的横截面积 不能使结构 在材料选定后 主要影响因素是零件的横截面积 不能使结构 件的横截面积太小 一些横截面积薄弱的零件 要通过加强筋或支件的横截面积太小 一些横截面积薄弱的零件 要通过加强筋或支 撑等来提高刚度 撑等来提高刚度 e E 0 A P e 0 L L 0 0 EA PL L 交作业时间 4 习题二习题二 金属的晶体结构金属的晶体结构 一 名词解释一 名词解释 单晶体的各向异性 位错 细晶强化 二 二 填空题填空题 1 晶体与非晶体的根本区别是 晶体具有固定熔点 原子排列有规律 各向异性 晶体具有固定熔点 原子排列有规律 各向异性 2 晶体缺陷有 点缺陷 空位 点缺陷 空位 间隙原子 间隙原子 线缺陷 位错 和 面缺 线缺陷 位错 和 面缺 陷 晶界 陷 晶界 3 位错分为两种 一种是 刃型位错 一种是 刃型位错 另一种是 螺型位错 另一种是 螺型位错 多于 半个原子面是 刃型位错 刃型位错 位错所特有的 4 Fe Fe Fe Fe的一个晶胞内的原子数分别为 4 4 和 和 2 2 三 是非题 正确的画三 是非题 正确的画 错误的画 错误的画 1 因为单晶体是各向异性的 所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也 是不相同的 2 金属多晶体是由许多结晶方向相同的单晶体组成的 3 金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高 4 晶体缺陷的共同之处是它们都引起晶格畸变 5 位错就是原子排列有规则的错排现象 四 作图题 画出体心立方和面心立方晶体中原子排列最密的晶面和晶向 写出它们的 晶面和晶向指数 5 交作业时间 习题三习题三 金属的结晶金属的结晶 一 名词解释一 名词解释 自发形核 细晶强化 变质处理 二 填空题二 填空题 1 结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的 这两个过程是 形核形核 和 核长大 和 核长大 2 在金属学中 通常把金属从液态过渡为固体晶态的转变称为 结晶 结晶 而把金属从一种固体晶态过渡为另一种固体晶态的转变成为 同素异构转变 同素异构转变 3 过冷度是指 实际结晶温度与理论结晶温度的差值 实际结晶温度与理论结晶温度的差值 其表示符号为 T T Tm Tn 4 过冷是结晶的 必要 必要 条件 5 典型铸锭结构的三个晶区分别为 表面细晶区表面细晶区 中间柱状晶区 中间柱状晶区 和和 中心等轴晶区 中心等轴晶区 三 是非题 正确的画三 是非题 正确的画 错误的画 错误的画 1 凡是由液态凝固成固体的过程都是结晶过程 2 金属由液态转变为固态的结晶过程 就是由短程有序状态向长程有序状态转 变的过程 3 当晶核长大时 随着过冷度增大 晶核的长大速度增大 但当过冷度很大时 晶核长度速度很快减小 6 4 过冷度的大小主要取决于冷却速度和金属的本性 四 选择题四 选择题 1 金属结晶时 冷却速度越快 其实际结晶温度将 b A 越高 b 越低 c 越接近理论结晶温度 2 铸造条件下 冷却速度越大 则 a a 过冷度越大 晶粒越细 b 过冷度越大 晶粒越粗 c 过冷度越小 晶粒越 细 3 从液态转变为固态时 为了细化晶粒 可采用 b a 快速浇注 b 加变质剂 c 以砂型代替金属型 五 简答题五 简答题 1 如果其他条件相同 试比较在下列铸造条件下铸件晶粒大小 a 金属型浇注与砂型浇注 金属型浇注晶粒细小 金属型导热性好 增加了冷速金属型浇注晶粒细小 金属型导热性好 增加了冷速 b 变质处理与不变质处理 变质处理晶粒细小 增加了晶核数目 变质处理晶粒细小 增加了晶核数目 c 铸成薄铸件与铸成厚铸件 薄铸件晶粒细小 薄铸件冷却速度快薄铸件晶粒细小 薄铸件冷却速度快 d 浇注时采用震动和不采用震动 采用振动的晶粒细小 破碎的晶粒增加了晶核 采用振动的晶粒细小 破碎的晶粒增加了晶核 2 试画出纯金属的冷却曲线 分析曲线中出现 平台 原因 平台原因 平台原因 7 结晶时释放的结晶潜热补偿了金属向外界的散热 达到平衡 结晶时释放的结晶潜热补偿了金属向外界的散热 达到平衡 交作业时间 习题四习题四 合金结构和二元合金相图合金结构和二元合金相图 一 一 名词解释名词解释 相 组织 固溶体 金属化合物 枝晶偏析 固溶强化 二 二 填空题填空题 1 合金的相结构有 固溶体 和 金属化合物固溶体 和 金属化合物 两大类 其中前者具有较 高的 塑性塑性 性能 适宜做 基本相基本相 后者具有较高的 硬度硬度 适宜做 强化相强化相 2 能提高金属材料强度和硬度的同时 又不显著降低其塑性和韧性的强化方法 称为 固溶强化固溶强化 3 固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度 高 高 4 固溶体出现枝晶偏析后 可采用 扩散退火 扩散退火 加以消除 5 共晶反应表达式为 L 固定成分的液体 固定成分的液体 恒温 恒温 固定成分 固定成分 固定成分 固定成分 同时析出两种固体 同时析出两种固体 共晶反应的特点是 恒温 析出相为液相 析出物为两种固相且恒温 析出相为液相 析出物为两种固相且 同时析出 称为共晶体 有独特的形貌 液相 固相均有固定的成同时析出 称为共晶体 有独特的形貌 液相 固相均有固定的成 分分 6 具有匀晶型相图的单相固溶体合金 塑性塑性 性能好 7 固溶体的晶体结构取决于 溶剂溶剂 金属化合物的晶体结构 与组成它的任何组元都不相同 是一种新相与组成它的任何组元都不相同 是一种新相 8 三 三 是非题 正确的画是非题 正确的画 错误的画 错误的画 1 在共晶相图中 从液体中析出的 相与从 相中析出的 相 具有相 同的晶体结构 2 一个合金的室温组织为 它是由三相组成 3 杠杆定律只适合于两相区 4 凡组织组成物都是以单相状态存在于合金中 5 在合金结晶过程中析出的初生晶和二次晶均具有相同的晶体结构 但具有不 同的组织形态 四 四 选择题选择题 1 固溶体的晶体结构与 a a a 溶剂相同 b 溶质相同 c 与其他晶型相同 2 固溶体的性能特点是 C C a 塑韧性高 强度 硬度低 b 塑韧性低 强度 硬度高 c 综合性能好 3 金属化合物相的性能特点是 C C a 熔点高 硬度低 b 硬度高 熔点低 c 熔点高 硬度高 4 在发生共晶反应时 三相的成分 b b a 相同 b 确定 c 不确定 9 5 在固溶体合金结晶过程中 产生枝晶偏析的原因是由于 d a 液固相线间距很小 冷却缓慢 b 液固相线间距很小 冷却速度大 c 液固相线间距很大 冷却缓慢 d 液固相线间距很大 冷却速度大 6 二元合金中 铸造性能最好的合金是 b b a 固溶体合金 b 共晶合金 c 共析合金 d 包晶合金 五 五 计算和作图题计算和作图题 1 一个二元共晶反应如下 L 75 B 15 B 95 B 1 含 50 B 的合金凝固后 求 a 初晶 与共晶体 的质量百分数 b 相与 相的质量百分数 2 若共晶反应后 初晶和 共晶各占一半 求该合金的成分 L 75 B 15 B 95 B 1 1 含含 50 B 的合金凝固后 属于亚共晶的成分范围的合金凝固后 属于亚共晶的成分范围 求 求 a 初晶 初晶 与共晶体 与共晶体 的质量百分数 的质量百分数 W W 75 5075 50 75 1575 15 25 60 25 60 42 42 W W 100 42100 42 58 58 b b 相与相与 相的质量百分数相的质量百分数 W W 95 5095 50 95 1595 15 45 80 45 80 56 56 W W 100 56100 56 44 44 2 2 若共晶反应后 若共晶反应后 初晶和 初晶和 共晶各占一半 共晶各占一半 10 求该合金的成分 求该合金的成分 该合金属于过共晶 设合金成分为该合金属于过共晶 设合金成分为 X X W W W W 1 1 95 X95 X X 75X 75 2X2X 170170 X X 85 85 2 2 已知 已知 A A 组元 熔点组元 熔点 600 600 与 与 B B 组元 熔点组元 熔点 500 500 在液态无限互溶 在液态无限互溶 在在 300 300 时 含时 含 40 B40 B 的液态合金发生共晶反应 的液态合金发生共晶反应 在固态时 在固态时 A A 在在 B B 中最大溶解度为中最大溶解度为 30 30 室温时为 室温时为 10 10 但但 B B 在固态和室温时均不溶于在固态和室温时均不溶于 A A 试作出该试作出该 A BA B 合金相图 并分析含合金相图 并分析含 20 A20 A 45 A45 A 80 A80 A 合金的结合金的结 晶过程 晶过程 共晶反应式 共晶反应式 L40 B L40 B 300 300 A 30 AA 30 A a a 20 A20 A 匀晶匀晶 二次析出二次析出 L L L L A A b b 45 A45 A 过共晶 匀晶 共晶 二次析出 过共晶 匀晶 共晶 二次析出 L L L L A A A A A A 11 c c 80A 80A 亚共晶 匀晶 共晶 亚共晶 匀晶 共晶 L L L AL A A A A A A A A A 交作业时间 习题五习题五 铁碳相图铁碳相图 一 一 名词解释名词解释 同素异晶转变 珠光体 莱氏体 二 二 填空题填空题 1 珠光体的本质是 F 和和 Fe3C 的呈片层状的机械混合物 的呈片层状的机械混合物 2 Fe3C 的本质是 Fe 和和 C 组成的一种复杂间隙相化合物组成的一种复杂间隙相化合物 3 铁素体 F 的晶体结构为 BCC 奥氏体 A 的晶体结构为 FCC 4 共析成分的铁碳合金室温平衡组织是 P 其组成相为 F Fe3C 5 在铁碳合金室温平衡组织中 含 Fe3C 最多的合金成分为 2 11 C2 11 C 含 Le 最多的合金成分为 4 3 4 3 含 Fe3C 最多的合金成分为 0 0218 0 0218 6 含碳量大于 0 77 的铁碳合金从 1148 冷却至 727 时 将从奥氏体中析出 Fe3C Fe3C 其分布特征为 网状网状 7 在缓慢冷却条件下 含碳 0 8 的钢比含碳 1 2 的钢硬度 低低 强度 高高 12 8 在实际生产中 若将钢热锻或热轧时 必须把钢加热到 单相单相 A A 状态 三 三 是非题 正确的画是非题 正确的画 错误的画 错误的画 1 20 钢比 T12 钢的含碳量要高 2 Fe3C 和 Fe3C 的形态与晶体结构都不相同 3 在退火状态 45 钢比 20 钢的硬度和强度都高 4 在铁碳合金平衡结晶过程中 只有成分为 4 3 的铁碳合金才发生共晶反应 5 在铁碳合金中 只有过共析钢的平衡组织中才有二次渗碳体存在 四 四 选择题选择题 1 奥氏体是 a a a 碳在 Fe 中的间隙固溶体 b 碳在 Fe 中的间隙固溶体 c 碳在 Fe 铁中的有限固溶体 2 珠光体是一种 b b a 单相固溶体 b 两相混合物 c Fe 与 C 的化合物 3 T10 钢的平均含碳量为 b b a 0 1 b 1 0 c 10 4 铁素体的力学性能 c c a 强度高 塑性好 硬度低 b 强度低 塑性差 硬度低 c 强度低 塑性好 硬度低 5 下列能进行锻造的铁碳合金是 a a 亚共析钢 b 共晶白口铁 c 亚共晶白口铁 13 五 依据铁碳相图分析产生下列现象的原因 依据铁碳相图分析产生下列现象的原因 1 含碳量为 1 0 的钢比含碳量为 0 5 的钢硬度高 钢的硬度取决于渗碳体的含量 钢的含碳量越高 渗碳体含量越多 钢的硬度取决于渗碳体的含量 钢的含碳量越高 渗碳体含量越多 硬度越高 因此 硬度越高 因此 1 0 C 的钢渗碳体含量高 硬度高 的钢渗碳体含量高 硬度高 2 在室温下 含碳量 0 8 的钢的强度比含碳量 1 2 的钢高 钢的强度是受钢的组织形态影响的 退火状态的钢 珠光体含量越钢的强度是受钢的组织形态影响的 退火状态的钢 珠光体含量越 高 强度越高 高 强度越高 0 8 C 的钢 的钢 100 为珠光体组织 而为珠光体组织 而 1 2 C 钢则钢则 出现了网状渗碳体 强度降低 出现了网状渗碳体 强度降低 3 在 1100 含碳为 0 4 的钢能进行锻造 而含碳为 4 0 的白口铁不能进 行锻造 0 4 C 的碳钢的碳钢 1100 0 处在单相处在单相 A 区 区 A 是是 FCC 的固溶体 塑的固溶体 塑 性好 适合锻造 性好 适合锻造 而而 4 0 C 的铸铁 的铸铁 1100 0 主要为莱氏体组织 是共晶组织 脆主要为莱氏体组织 是共晶组织 脆 14 而硬 不适合于锻造这种塑性加工 而硬 不适合于锻造这种塑性加工 六 默画铁碳相图 标注重要的温度和成分 标注室温组织 标注锻造 铸造六 默画铁碳相图 标注重要的温度和成分 标注室温组织 标注锻造 铸造 和热处理温度区间 和热处理温度区间 七 杠杆定理计算七 杠杆定理计算计算 45 T8 T12 三种钢 室温下组织组成物和相的相对量 序号序号钢号钢号平衡组织平衡组织相相计算组织的杠杆计算组织的杠杆计算相的杠杆计算相的杠杆 01014545 F PF P F F Fe3Fe3 C C 0202T8T8 P P F F Fe3Fe3 C C 0303T12T12 P P Fe3C Fe3C F F Fe3Fe3 C C 4545 钢 室温下 组织 钢 室温下 组织 F PF P W W P P 0 45 00 45 0 0 77 00 77 0 58 58 WF WF 100 58100 58 42 42 相 相 F F Fe3CFe3C WF WF 6 69 0 456 69 0 45 6 69 06 69 0 93 93 15 WFe3C WFe3C 100 93100 93 7 7 T8T8 钢 室温下组织 钢 室温下组织 P P 100 100 相 相 F F Fe3CFe3C WF WF 6 69 0 86 69 0 8 6 69 0 026 69 0 02 5 89 6 67 5 89 6 67 88 88 WFe3C WFe3C 100 88100 88 12 12 T12T12 钢室温下组织 钢室温下组织 P P Fe3C Fe3C Wp Wp 6 69 1 26 69 1 2 6 69 0 776 69 0 77 5 49 5 92 5 49 5 92 93 93 WFe3C WFe3C 100 93100 93 7 7 相 相 F F Fe3CFe3C WF WF 6 69 1 26 69 1 2 6 69 06 69 0 5 49 6 69 82 5 49 6 69 82 WFe3C WFe3C 100 82100 82 18 18 2 2 用显微镜观察某用显微镜观察某亚共析钢亚共析钢 估计其中珠光体含量为 估计其中珠光体含量为 80 80 则此钢的含碳 则此钢的含碳 量量 为多少 为多少 设 钢的含碳量为设 钢的含碳量为 X X 杠杆设置 杠杆设置 WP 80 WP 80 X 0 02X 0 02 0 77 0 020 77 0 02 X 62 X 62 应该为应该为 6060 号钢 号钢 八 填表 八 填表 1 1 钢号类别含碳量应用举例 Q235Q235 普通结构钢普通结构钢 0 1 0 20 1 0 2 建筑结构用钢建筑结构用钢 1515 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 0 150 15 桥梁 容器罐 水箱桥梁 容器罐 水箱 16 4545 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 0 450 45 车床主轴车床主轴 6565 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 0 650 65 弹簧 裁纸刀弹簧 裁纸刀 T8T8 碳素工具钢碳素工具钢 0 80 8 手动工具 如手工锯条手动工具 如手工锯条 T12T12 碳素工具钢碳素工具钢 1 21 2 手动工具 如锉刀手动工具 如锉刀 填表 2 零件名称选择材料牌号 手工锯条手工锯条T8 碳素工具钢 碳素工具钢 普通螺钉普通螺钉Q235 普通碳素结构 普通碳素结构 钢钢 车床主轴车床主轴45 优质碳素结构钢 优质碳素结构钢 交作业时间 习题六习题六 钢的热处理钢的热处理 一 一 名词解释名词解释 临界冷却速度 过冷奥氏体 残余奥氏体 马氏体 贝氏体 淬透性 淬硬性 调质处理 回火索氏体 索氏体 二 二 填空题填空题 1 在过冷奥氏体等温转变产物中 珠光体与屈氏体的主要相同点是 都是由 都是由 F 和和 Fe3C 组成的机械混合物 组成的机械混合物 不同点是 T 的片层间距比的片层间距比 P 细小 因而细小 因而 T 的硬度 强度比珠光体高 的硬度 强度比珠光体高 17 2 马氏体的显微组织形态主要有 板条状 和 针状板条状 和 针状 两种 其中 板条状 板条状 韧性好 3 钢的淬透性越高 则 C 曲线的位置越 右移 右移 说明临界冷却速度越 小 小 4 钢的热处理工艺是由 加热 加热 保温 保温 冷却 冷却 三阶段组成 一般来讲 它不改变零件的 形状 形状 但改变其 组织与性能 组织与性能 5 利用铁碳相图确定钢完全退火的正常温度范围是 Ac3 以上以上 30 50 0 它适合于 亚共析亚共析 钢 6 球化退火的主要目的是 使使 P 中的中的 Fe3C 球化 降低硬度 便于加球化 降低硬度 便于加 工工 它适合于 高碳钢 高碳钢 过共析 过共析 钢 7 钢的正常淬火温度 亚共析钢是 Ac3 以上以上 30 50 0 过共析钢是 Ac1 以上以上 30 50 0 8 钢热处理确定其加热温度是依据 铁碳相图铁碳相图 确定过冷奥氏体转变产 物是依据 C 曲线曲线 9 淬火钢进行回火的目的是 获得所要求的力学性能 消除内应力 稳获得所要求的力学性能 消除内应力 稳 定组织和尺寸定组织和尺寸 回火温度愈高 钢的强度 硬度 越低 越低 10 钢回火转变 4 大过程是 马氏体的分解 马氏体的分解 残余奥氏体的 残余奥氏体的 回火屈 回火屈 氏体的形成 氏体的形成 渗碳体的聚集长大 渗碳体的聚集长大 11 索氏体和回火索氏体在形态上的区别是 S 中的中的 Fe3C 呈片状 而回呈片状 而回 火火 S 中的中的 Fe3C 呈球状呈球状 在性能上的区别是 在强度 硬度相同时 在强度 硬度相同时 18 回火回火 S 的塑性和韧性比正火的塑性和韧性比正火 S 好 好 12 依据铁碳相图 结合实验 45 钢和 T8 钢 原始状态退火状态 按照下表 加热处理后 请填写处理后的组织 850 0 加热 加热 水冷水冷 850 0 加热 加热 空冷空冷 760 加热 加热 水冷水冷 720 加热 加热 水冷水冷 45MSF MP F T8粗大粗大 M A SM 未溶未溶 Fe3C A P Fe3C C 三 三 是非题 正确的画是非题 正确的画 错误的画 错误的画 1 经加热奥氏体化后 在任何情况下 奥氏体中碳的含量均与钢中碳的含量相 等 2 马氏体是碳在 Fe 中的过饱和固溶体 3 当把亚共析钢加热到 A1 A3 之间的温度时 将获得 F A 的两相组织 在 平衡条件下 其中奥氏体的含碳量总是大于钢的含碳量 4 当共析成分的奥氏体在冷却发生珠光体转变时 温度越低 其转变产物组织 越粗 5 不论碳含量高低 马氏体硬度都很高 脆性都很大 6 在正常热处理条件下 随着含碳量增高 过共析钢的过冷奥氏体越稳定 19 7 高合金钢既有良好的淬透性 也具有良好的淬硬性 8 经退火后再高温回火 获得回火索氏体组织 具有良好的综合机械性能 9 表面淬火既能改变钢的表面化学成分 也能改善心部的组织和性能 10 为了调整硬度 便于机械加工 低碳钢 中碳钢和低合金钢在锻造后采用 正火处理 四 选择题选择题 1 奥氏体向珠光体转变是 a a 扩散型转变 b 非扩散型转变 c 半扩散型转变 2 钢经过调质处理后获得的组织是 b a 回火马氏体 b 回火索氏体 c 回火屈氏体 3 过共析钢的正常淬火温度是 a a A1 30 50 b Acm 30 50 c A3 30 50 3 影响碳钢淬火后残余奥氏体量的主要因素是 b a 钢材本身的含碳量 b 钢中奥氏体的含碳量 c 钢中碳化物的含量 4 若合金元素能使 C 曲线右移 钢的淬透性将 b a 降低 b 提高 c 不改变 5 马氏体的硬度取决于 c a 奥氏体的冷却速度 b 奥氏体的转变温度 c 奥氏体的碳含量 6 淬硬性好的钢 20 c a 奥氏体中合金元素含量高 b 奥氏体中的碳含量低 c 奥氏体中碳含量高 7 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 8 对形状复杂 截面变化大的零件进行淬火时 应选用 b a 水淬 b 油淬 c 盐水中淬 9 直径为 10mm 的 45 钢 常规淬火温度是 b a 750 b 850 c 920 10 45 钢为了获得回火索氏体 应进行 b b a 淬火 低温回火 b 淬火 高温回火 c 等温淬火 11 完全退火主要适用于 a a a 亚共析钢 b 过共析钢 c 共析钢 12 扩散退火的目的是 a a a 消除和改善晶内偏析 b 消除冷塑性变形后的加工硬化 c 降低硬 度 以利切削加工 13 钢的回火处理是在 c c a 退火以后进行 b 正火以后进行 c 淬火以后进行 14 钢的渗碳温度范围是 c c a 600 650 b 800 850 c 900 950 d 1000 1050 15 过共析钢正火的目的是 c c a 调整硬度 改善切削加工性能 b 细化晶粒 为淬火做准备 c 消除网状二次渗碳体 d 消除内应力 防止淬火变形和开裂 21 16 T12 钢正常淬火的组织是 d d a 马氏体 残余奥氏体 b 马氏体 碳化物 c 马氏体 d 马氏体 残余奥氏体 碳化物 五 简述题简述题 1 1 低碳钢板硬度低 可否采用淬火方法提高硬度 用什么办法能显著提高其硬 低碳钢板硬度低 可否采用淬火方法提高硬度 用什么办法能显著提高其硬 度 度 不能 因为低碳钢的不能 因为低碳钢的 C C 曲线一般很靠左侧 临界冷却速度要求曲线一般很靠左侧 临界冷却速度要求 很高 一般工业条件很难达到 另外 低碳钢含碳量低 获得马氏很高 一般工业条件很难达到 另外 低碳钢含碳量低 获得马氏 体强化效果也不明显 因此 一般采用正火 获得索氏体或屈氏体 体强化效果也不明显 因此 一般采用正火 获得索氏体或屈氏体 利用利用 F F 和和 Fe3CFe3C 的片间距减小 来提高硬度 的片间距减小 来提高硬度 2 2 2020 钢材用表面淬火是否合适 为什么 钢材用表面淬火是否合适 为什么 4545 钢进行渗碳处理是否合适 为什钢进行渗碳处理是否合适 为什 么 么 2020 钢材不能采用表面淬火 表面淬火是改善材料表面性能的热钢材不能采用表面淬火 表面淬火是改善材料表面性能的热 处理工艺 表面淬火是在原有钢材综合性能的基础上 将表面淬成处理工艺 表面淬火是在原有钢材综合性能的基础上 将表面淬成 马氏体组织 马氏体组织 2020 号钢号钢 C C 曲线一般很靠左侧 临界冷却速度要求很高 曲线一般很靠左侧 临界冷却速度要求很高 一般工业条件很难达到 另外 低碳钢含碳量低 获得马氏体强化一般工业条件很难达到 另外 低碳钢含碳量低 获得马氏体强化 效果也不明显 效果也不明显 2020 号钢一般会利用其含碳量低 塑韧性好的特点 号钢一般会利用其含碳量低 塑韧性好的特点 将其表面渗碳处理 使得表面为高碳 淬火后获得高碳马氏体 提将其表面渗碳处理 使得表面为高碳 淬火后获得高碳马氏体 提 高强度硬度 保留心部的韧性 高强度硬度 保留心部的韧性 4545 钢一般不进行渗碳处理 因为钢一般不进行渗碳处理 因为 4545 钢为中碳 再渗碳提高表钢为中碳 再渗碳提高表 面含碳量意义不大 而且心部的韧性也不如面含碳量意义不大 而且心部的韧性也不如 2020 号钢号 因此 号钢号 因此 4545 钢一般采用表面淬火工艺 钢一般采用表面淬火工艺 3 确定下列钢件退火方法 并指出退火的目的及其退火后的组织 1 1 经冷轧后的 经冷轧后的 1515 钢钢板 要求降低硬度钢钢板 要求降低硬度 22 冷轧钢板 存在加工硬化 硬度提高 为了消除加工硬化 采用再冷轧钢板 存在加工硬化 硬度提高 为了消除加工硬化 采用再 结晶退火组织为结晶退火组织为 F PF P 2 2 ZG35ZG35 钢的铸造齿轮钢的铸造齿轮 去应力退火 消除铸造应力 组织 去应力退火 消除铸造应力 组织 F PF P 3 3 锻造过热的 锻造过热的 6060 钢锻坯钢锻坯 完全退火 细化晶粒 改善力学性能 组织完全退火 细化晶粒 改善力学性能 组织 F PF P 4 4 改善 改善 T12T12 钢切削加工性能钢切削加工性能 球化退火 使球化退火 使 Fe3CFe3C 球化 降低硬度 组织 球状球化 降低硬度 组织 球状 P P 4 4 说明直径 说明直径 10mm10mm 的的 4545 钢试件在下列温度加热 保温并水冷到室温获得的组织 钢试件在下列温度加热 保温并水冷到室温获得的组织 加热温度加热温度水冷室温组织水冷室温组织分析分析 700 700 F PF P 加热温度低于加热温度低于 A1A1 线 组织没有变化线 组织没有变化 760 760 F MF M 加热温度在加热温度在 A3 A1A3 A1 之间 属于之间 属于 F AF A 两相两相 区 水冷后区 水冷后 F F 保留下来 保留下来 A A 转变为转变为 M M 850 850 M M 加热温度高于加热温度高于 A3A3 线 属于正常线 属于正常 A A 化状态 化状态 淬火后获得淬火后获得 M M 1100 1100 粗大粗大 M M 加热温度远高于加热温度远高于 A3A3 晶粒粗大 淬火后 晶粒粗大 淬火后 为粗大为粗大 M M 5 指出下列钢件正火的主要目的 23 2020 钢齿轮 提高硬度 以利切削加工 钢齿轮 提高硬度 以利切削加工 4545 钢小轴 最终热处理 获得屈氏体组织 保证使用性能钢小轴 最终热处理 获得屈氏体组织 保证使用性能 T12T12 钢锉刀 为彻底消除网状渗碳体 在球化退火前增加一次正火 钢锉刀 为彻底消除网状渗碳体 在球化退火前增加一次正火 六 工艺路线改错 1 1 4545 钢 小轴 硬度 钢 小轴 硬度 20 25HRC20 25HRC 锻造 完全退火 粗加工 淬火淬火 低温回火低温回火 精加工 改错 错误 淬火错误 淬火 低温回火 轴类零件 要求综合机械性能 硬度低温回火 轴类零件 要求综合机械性能 硬度 20 20 25HRC25HRC 应该为淬火应该为淬火 高温回火 调质 高温回火 调质 2 65Mn钢 钢板弹簧 硬度 40HRC 锻造锻造 球化退火球化退火 粗加工粗加工 淬火淬火 高温回火高温回火 精加工精加工 改错 错误 错误 1 球化退火 球化退火适用于高碳钢 弹簧钢 亚共析 球化退火 球化退火适用于高碳钢 弹簧钢 亚共析 应采用完全退火 应采用完全退火 2 淬火 淬火 高温回火 弹簧类零件 硬度高温回火 弹簧类零件 硬度 40HRC40HRC 应该为淬火应该为淬火 中温回火中温回火 3 T8钢 手工锯条 硬度 60HRC 锻造锻造 完全退火完全退火 粗加工粗加工 调质处理调质处理 精加工精加工 改错 错误 错误 1 完全退火 完全退火适用于亚共析钢 完全退火 完全退火适用于亚共析钢 T8 钢是工具钢钢是工具钢 共共析 应采用球化退火 共共析 应采用球化退火 2 调质处理适合于中碳钢 轴类零件 工具钢应采用淬火 调质处理适合于中碳钢 轴类零件 工具钢应采用淬火 低温低温 回火 以保证高硬度回火 以保证高硬度 60HRC60HRC 24 4 20 钢 汽车变速齿轮 表面硬度 HRC60 心部硬度 HRC25 锻造锻造 完全退火完全退火 粗加工粗加工 调质处理调质处理 表面淬火表面淬火 低温回火低温回火 精加工精加工 改错 1 1 完全退火 完全退火 2020 钢应该采用正火 提高硬度 保证切削加工 钢应该采用正火 提高硬度 保证切削加工 2 2 2020 钢的汽车变速齿轮 对表面的硬度和心部的韧性要求都很钢的汽车变速齿轮 对表面的硬度和心部的韧性要求都很 高 应采用渗碳高 应采用渗碳 淬火淬火 低温回火工艺组合 低温回火工艺组合 5 40Cr 汽车半轴 轴颈硬度 HRC60 其余部分 HEC25 锻造锻造 球化退火球化退火 粗加工粗加工 渗碳 淬火 低温回火渗碳 淬火 低温回火 精加工精加工 改错 1 1 球化退火 球化退火 40Cr40Cr 钢是中碳合金钢 亚共析 因采用完全退火钢是中碳合金钢 亚共析 因采用完全退火 2 2 汽车半轴属于轴类零件 整体硬度要求 汽车半轴属于轴类零件 整体硬度要求 HEC25HEC25 属于调质范围 属于调质范围 应采用 整体调质应采用 整体调质 轴颈部分表面淬火 轴颈部分表面淬火 HRC60HRC60 低温回火工艺组合 低温回火工艺组合 交作业时间 25 习题七习题七 合金钢合金钢 一 一 名词解释名词解释 回火稳定性 二次硬化 回火脆性 红硬性 二 二 填空题填空题 1 按钢中合金元素的含量 可将合金钢分为 低合金钢 低合金钢 5 中合金钢 中合金钢 5 10 和 高合金钢 和 高合金钢 10 三类 2 除了 Co 和 和 Al 外 几乎所有的合金元素都是钢的 Ms 和 Mf 点 降低 降低 因此 淬火后相同含碳量的合金钢比碳钢的 残余奥氏体 残余奥氏体 增多 使钢的硬度下降 3 合金钢按照用途可分为 合金结构钢 合金结构钢 合金工具钢 和 特殊性能钢 合金工具钢 和 特殊性能钢 4 20CrMnTi 是 合金渗碳钢 合金渗碳钢 钢 Ti 的作用是 细化晶粒 细化晶粒 Cr 和 Mn 的作用是 提高淬透性 提高淬透性 热处理工艺是 正火 渗碳淬火低温回火 正火 渗碳淬火低温回火 5 W18Cr4V 是 高速钢 高速钢 钢 含碳量是 0 8 1 5 W 的主要作用 保证红硬性 保证红硬性 Cr 的主要作用是 提高淬透性 耐磨性 提高淬透性 耐磨性 V 的主要作用是 细化晶粒 提高耐磨性 细化晶粒 提高耐磨性 热处理工艺是 正火 球化退火 淬火三次回火正火 球化退火 淬火三次回火 最终组织是 回火马氏体 碳化物 少量残余奥氏体 回火马氏体 碳化物 少量残余奥氏体 6 金属材料中能有效阻碍位错运动的方法有 细晶强化 细晶强化 固溶强化 固溶强化 位错强化 和 第二相强化 位错强化 和 第二相强化 四种 因而 马氏体 相变和 回火 马氏体 相变和 回火 转变是工业上钢材强化最有效 最经济的手段 26 8 钢的淬透性主要却决于 钢的钢的 C 曲线位置曲线位置 钢的淬硬性主要取决于 钢的含碳量 钢的含碳量 三 是非题是非题 1 调质钢的合金化主要是考虑提高其红硬性 2 合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化 3 T8 钢比 T12 钢和 40 钢有更好的淬透性和淬硬性 4 高速钢反复锻造是为了打碎鱼骨状共晶莱氏体 使其均匀分布在基体中 5 18 4 1 高速钢采用很高的淬火温度 其目的是使碳化物尽可能多的溶入奥氏 体中 从而提高钢的红硬性 四 选择题选择题 1 要制造直径 25mm 的螺栓 要求整个截面上具有良好的综合机械性能 应选 用 c a 45 钢 正火处理 b 60Si2Mn 淬火中温回火 c 40Cr 调质处理 2 制造手工锯条 应选用 c a Cr12Mo 淬火 低温回火 b 65Mn 淬火中温回火 c T8 淬火 低温回火 3 汽车 拖拉机的齿轮 要求表面高耐磨 中心良好的强韧性 应选用 b a 20 钢 表面淬火 低温回火 b 20CrMnTi 渗碳淬火低温回火 c 40Cr 调 质处理 4 下列钢种中 采用球化退火为预先热处理的是 d a 40Cr b 60Si2Mn c 16Mn d GCr15 27 5 60Si2Mn 的热处理工艺是 b a 淬火 低温回火 b 淬火中温回火 c 淬火高温回火 6 GCr15 钢中 Cr 的平均含量是 c a 15 b 1 5 c 没有表示出来 7 二次硬化属于 d a 固溶强化 b 位错强化 c 细晶强化 d 第二相强化 交作业时间 28 习题八习题八 铸铁铸铁 一 一 名词解释名词解释 石墨化 变质 孕育 处理 球化处理 石墨化退火 二 二 填空题填空题 1 白口铸铁中碳主要以 Fe3C 渗碳体 渗碳体 形式存在 灰口铸铁中碳主要以 G 石墨 石墨 形式存在 2 普通灰铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁及蠕墨铸铁中石墨的形态分别为 片 状 片 状 团絮 状 球状 状和 团絮 状 球状 状和 蠕虫 状 蠕虫 状 3 铸铁的基体有 F P P 和 和 F 三种 4 QT500 5 牌号中 QT 表示 球墨铸铁球墨铸铁 数字 500 表示 抗拉强度大于抗拉强度大于 500Mpa 数字 5 表示 延伸率为延伸率为 5 5 HT250 是 灰口铸铁灰口铸铁 250 表示 最小抗拉强度大于最小抗拉强度大于 250Mpa 6 促进石墨化的元素有 C 和 和 Si 阻碍石墨化的元素有 S 和 和 Mn 7 铸铁的石墨化过程分为 液相到共晶阶段 液相到共晶阶段 共晶到共析阶段之间 和 共析阶段 三个阶 共晶到共析阶段之间 和 共析阶段 三个阶 段 段 8 可锻铸铁的生产方法是先获得 共晶白口铸铁 共晶白口铸铁 然后进行 石墨化退火 然后进行 石墨化退火 9 生产孕育 变质 铸铁选用 含硅 含硅 75 的硅铁 的硅铁 作为孕育剂 10 生产球墨铸铁选用 镁或稀土镁合金 镁或稀土镁合金 作为球化剂 29 11 灰口铸铁的力学性能主要却决于 石墨形态石墨形态 12 机架和机床床身应选用 灰口 铸铁 灰口 铸铁 13 影响石墨化的主要因素是 化学成分 和 冷却速度 化学成分 和 冷却速度 14 球墨铸铁的强度 塑性和韧性均较普通灰铸铁高 这是因为 球状石墨对基体的割裂作用最小 应力集中小球状石墨对基体的割裂作用最小 应力集中小 三 三 是非题是非题 1 铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态 2 可锻铸铁在高温时可以进行锻造加工 3 可以通过球化退火使普通灰铸铁变成球墨铸铁 4 球墨铸铁可以通过调质处理和等温淬火工艺提高其力学性能 5 采用热处理方法 可以使灰铸铁的片状石墨细化 从而提高力学性能 6 铸铁可以通过再结晶退火使晶粒细化 从而提高力学性能 7 灰铸铁的减震性能好 四 四 选择题选择题 1 铸铁石墨化过程的第一 第二和第三阶段完全进行 其显微组织为 a a F G b F P G c P G 2 铸铁石墨化过程的第一 第二完全进行 第三阶段部分进行 其显微组织为 b a F G b F P G c P G 3 铸铁石墨化过程的第一 第二完全进行 第三阶段未进行 其显微组织为 c a F G b F P G c P G 4 提高灰铸铁的耐磨性 应采用 30 c a 整体淬火 b 渗碳处理 c 表面淬火 5 普通灰铸铁的力学性能主要取决于 b a 基体组织 b 石墨的大小和分布 c 石墨化程度 6 现有下列铸铁 请按照用途选材 a QT600 2 b HT250 c KTH350 10 1 机床床身 b 2 汽车前后桥壳 c 3 柴油机曲轴 a 7 灰口铸铁制造的磨床床身薄壁处出现白口组织 造成切削加工困难 解决办 法是 c a 改用球墨铸铁 b 正火处理 c 软化退火 d 等温淬火 31 交作业时间 习题九习题九 有色金属及其合金有色金属及其合金 一 一 名词解释名词解释 固溶处理 时效硬化 铸造铝合金 巴氏合金 二 二 选择题选择题 1 ZChSnSb8 4 是 c a 铸造铝合金 b 铸造黄铜 c 滑动轴承合金 d 铸造青铜 2 5A06 LF6 的 c a 铸造性能好 b 强度高 c 耐蚀性好 d 时效强化效果好 3 对于可热处理强化的铝合金 其热处理工艺为 d a 淬火 低温回火 b 完全退火 c 水韧处理 d 固溶 时效 三 三 是非题是非题 1 铝合金都可以通过热处理予以强化 2 ZChSnSb8 4 是在软基体上分布硬颗粒的滑动轴承合金 3 若铝合金的晶粒粗大 可以重新加热予以细化 交作业时间 32 习题十习题十 选材综合练习选材综合练习 一 一 填空题填空题 1 尺寸较大 分度圆直径 d 400 600mm 形状复杂而不能锻造的齿轮可采用 铸钢 制造 在无润滑条件下工作的低速无冲击齿轮可用 铸铁 制造 要求表面硬 心部强韧的重载齿轮必须用 渗碳钢 制造 2 对承载不大 要求传递精度较高的机床齿轮 通常选用 调质 钢 经 调质 表面淬火低温回火 热处理制造 而对要求表面硬度高 耐磨性好 心部强韧性好的重载齿轮 则通常选用 渗碳钢 钢 经 正火 渗碳淬火低 温回火 热处理制造 3 连杆螺栓工作条件繁重 要求较高的强度和较高的冲击韧性 应选用 40Cr 调质 钢 4 木工刀具应选用 碳素工具 钢 进行 淬火低温回火 热处理 二 改错题改错题 1 载重汽车变速箱齿轮选用 20CrMnTi 钢制造 其工艺路线 下料 铸造铸造 渗碳 淬火 低温回火 机加工 退火退火 喷丸 磨齿 改错 铸造 重要机械零件采用锻造制造毛坯铸造 重要机械零件采用锻造制造毛坯 33 退火 低碳钢采用正火提高硬度 正火位置应该在锻造后 退火 低碳钢采用正火提高硬度 正火位置应该在锻造后 渗碳淬火低温回火之前 渗碳淬火低温回火之前 2 C618 机床变速箱齿轮选用 45 钢制造 其工艺路线 下料 锻造 正火正火 粗加工 调质 精加工 渗碳 淬火渗碳 淬火 精磨 改错 正火 可采用完全退火正火 可采用完全退火 渗碳 淬火 调质钢应采用表面淬火渗碳 淬火 调质钢应采用表面淬火 低温回火低温回火 3 指出下列零件在选材和制定热处理技术条件中的错误 并提出改正意见 1 表面耐磨的凸轮 材料用45钢 热处理 淬火 低温回火 50 60HRC 选材应为渗碳钢 选材应为渗碳钢 20 20Cr 经渗碳淬火低温回火后可达到硬度要 经渗碳淬火低温回火后可达到硬度要 求 求 2 300mm 要求良好综合机械性能的传动轴 材料选用 40Cr 热处理调质 硬度 40 45HRC 300mm 300mm 传动轴 尺寸较大 传动轴 尺寸较大 40Cr40Cr 是低淬透性钢 应选用高淬透性是低淬透性钢 应选用高淬透性 钢 调质后硬度高了 应为钢 调质后硬度高了 应为 HRC25HRC25 左右左右 3 弹簧 15mm 材料 45 钢 热处理淬火 中温回火 50 55HRC 弹簧 应选用弹簧钢 弹簧 应选用弹簧钢 65Mn65Mn 60Si2Mn60Si2Mn 34 4 转速低 表面耐磨及心部要求不高的齿轮 选用 45 钢 热处理 渗碳 淬火 低温回火 58 62HRC 4545 钢不适合渗碳 可改为 钢不适合渗碳 可改为 2020 钢 渗碳淬火低温回火 钢 渗碳淬火低温回火 但因为转速低 表面耐磨及心部要求不高的齿轮 可采用但因为转速低 表面耐磨及心部要求不高的齿轮 可采用 4545 钢 正钢 正 火火 5 要求拉杆 70mm 截面性能均匀 心部 b 900Mpa 材料选用 40Cr 热处理调质 200 300HB 40Cr40Cr 淬透性不足 应选用淬透性不足 应选用 40CrMnMo40CrMnMo 高淬透性钢 高淬透性钢 三 选择题选择题 1 C618 机床变速箱齿轮工作转速较高 性能要求 齿面硬度 50 55HRC 齿心 部硬度要求 22 25HRC 整体强度 b 760 800Mpa 整体韧性 k 40 60J cm2 应选用 b b 钢 经 c c 热处理 a 20CrMnTi b 45 c 调质 表面淬火 低温回火 d 渗碳 淬火 低温回 火 2 大功率内燃机曲轴选用 b 中吨位汽车曲轴选用 d d C620 机床主轴 选用 a a 精密镗床主轴应选用 c c a 45 b 球墨铸铁 c 38CrMoAl d 合金球墨铸铁 3 高精度磨床主轴 38CrMoAl 制造 在其加工工艺路线上 填上热处理工序名 称 锻造 d d 粗加工 a a 精加工 b b 35 粗磨加工 c c 精磨加工 a 调质 b 氮化 c 消除应力 d 退火 4 现有下列钢号 Q235 W18Cr4V 5CrNiMo 60Si2Mn ZGMn13 Q345 16Mn 1Cr13 20CrMnTi 9SiCr 1Cr18Ni9Ti T12 40Cr GCr15 Cr12MoV 请按照用途选择钢号 1 制造机床齿轮 应选用 40Cr 2 制造汽车板簧 应选用 60Si2Mn 3 制造滚动轴承 应选用 GCr15 4 制造高速车刀 应选用 W18Cr4V 5 制造桥梁 应选用 Q345 16Mn 6 制造大尺寸冷模具 应选用 Cr12MoV 7 制造耐酸容器 应选用 1Cr18Ni9Ti 8 制造锉刀 应选用 T12 36 四 简述题简述题 1 一尺寸为 30mm 250mm 的轴 选用 30 钢制造 经表面高频淬火 水冷 和低温回火 要求摩擦部分表面硬度达 50 55HRC 但实际使