工程材料考试复习 试卷 (及答案).doc

工程材料考试复习 试卷 （及答案）-第一章- 1：注释下列机械性能指标E、 b 、 -1、 HB、HRC、HRT、 、 K 、KIC。E : 弹性模量（刚度），它的大小可衡量材料变形的难易程度；刚度大，不易变形，刚度小，容易变形。 E=p/ 。b ：抗拉强度：外力作用下，材料抵抗变形与断裂的能力（单位MPa ）。 p =Pp/S MPa。-1 ：光滑对称弯曲疲劳强度，零件在交变载荷下，即使应力低于屈服极限强度，但经过一定循环周次后仍会发生断裂。在某一循环应力作用下，零件永远（长时间）不会断裂，该应力被称为疲劳强度。 （单位MPa ）。HB：布式硬度代号。如200HBW5 /7500 /10 表示用直径为5mm硬质合金钢球作压头，载荷7500N ，加载保持时间10s所测试的布式硬度值，即：HRC：洛式硬度代号。标尺符号压头种类初载N总载N表盘刻度应用范围HRA120金刚石园锥100600黑色7080HRB1.58mm钢球1001000红色25100HRC120金刚石园锥1001500黑色2067HRT：表面硬度代号，主要用于极薄工件与表层测试测试，方法类似洛式硬度（初载与总载较小）。 延伸率； =(LK-L0）/L0100% L0试样原始长度；LK 试样拉断时长度 断面收缩率。 =(F0-FK)/F0 100% F0 试样原始截面积；FK 试样拉断时截面积。与都是塑性的指标，其值大塑性好，反之塑性差。K 冲击韧性：材料抵抗冲击载荷的能力， 测试标准： 夏式： K（单位J）英、美、日等国家使用。 梅式： K（单位J/ cm2 ）KIC断裂韧性：Y：系数。 ：加载应力。 a：裂纹半长。 即零件内部固有长为2a裂纹，载荷为时，零件应力强度因子为KI 。当KI大到某值时，零件失稳而断裂此临界应力强度因子被称为断裂韧性KIC 。5：零件设计时，为什么在图子上常标其硬度值来表示机械性能要求。解：硬度值具有代表性，它与强度值有一定对应关系，可以间接反映强度值；硬度值还与塑性有联系，一般硬度值大，塑性差，硬度值小，塑性好。 硬度测试简单，一般可以做到无损测试。-第二章 金属的晶体结构与结晶-1：名词解释：晶体；非晶体；晶格； 晶胞； 晶格常数；致密度；晶面；晶向。：单晶体；多晶体。：点缺陷；面缺陷；线缺陷。晶体：原子（或分子）在三维空间中呈规则、周期性重复排列的物质。非晶体：原子（或分子）在三维空间中呈无规则排列的物质。晶格：在空间里，把原子或分子抽象成几何节点，再用直线将这些节点连接起来，构成的几何三维格架。 晶胞： 晶体中原子（或分子）在三维空间中呈规则、周期性重复排列的规律性，可以从中取出一个具有代表性的基本单元来代表排列形式的特征，这个最基本的几何单元称为晶胞。晶格常数：晶胞各边尺寸a、b、c（以埃 为单位）。晶胞致密度：晶胞内原子所占体积与晶胞体积之比。晶面：在晶体中原子（或分子）在三维空间中排列构成许多方位的面。晶向：通过两个以上原子（分子）中心的直线，表示空间晶格的各种方向。单晶体：原子（或分子）在三维空间中呈规则、周期性重复排列而成，即晶体内部晶格位向完全一致。多晶体：由多个晶粒组成的晶体。点缺陷：晶格空位或间隙原子。线缺陷：某一些原子偏离平衡位置，这些原子团的一维空间尺寸较大，另外二维空间尺寸较小，这些原子便是金属内部线缺陷（位错线）。面缺陷：某一些原子偏离平衡位置，这些原子团的一维空间尺寸较小，另外二维空间尺寸较大，这些原子便是金属内部面缺陷（晶界）。2：常见金属晶体有那几种？每种举三个实例。解：常见金属晶体有体心立方、面心立方、密排六方三种。bcc：-Fe；Cr；V。Fcc：-Fe；Cu；Al。 Hcp：Mg；Zn；Be。3：为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性。解：由于单晶体内部原子（分子）在三维空间的规则排列，造成不同晶面和晶向原子排列方式与紧密程度不同，从而影响不同晶面和晶向原子之间的结合力大小，导致单晶体性能的各向异性。多晶体由若干晶粒构成，每个晶粒性能表现出各向异性，这若干晶粒的各向异性互相抵消，因而表现出各向同性。4：晶粒粗细对金属的机械性能有何影响？解：晶界即面缺陷，原子畸变程度大，该处原子结合性能有大幅度强化。单位体积中，细晶粒金属晶界面积大，变形或裂纹在金属中运动会遇到更多晶界的阻隔，是此运动变得更不容易了，因而细晶粒金属强度更高。在细晶粒金属一定变形会被更多晶粒分担，是单个晶粒分担变形会被更小，金属能承受更大变形而不致产生裂纹，因而细晶粒金属塑性更好。强度与塑性的提高，裂纹和缺陷不易产生与扩展，使金属在断裂前吸收更多的能量，因而细晶粒金属韧性更好。综上所述，细晶粒金属强度、塑性、韧性均得到提高，细晶强韧化。5：如果其它条件相同，试比较下列铸造条件下，铸件晶粒大小。：砂型铸造与金属型铸造。：铸成厚件与铸成薄件。：加变质剂与不加变质剂。：浇铸时附加震动与不附加震动。解：金属型铸造晶粒更细小。：铸成薄件晶粒更细小。：加变质剂晶粒更细小。：浇铸时附加震动晶粒更细小。-第三章 二元合金相图-1：名词解释：合金、组元、合金系、相、固溶体、金属化合物。合金：两种或以上金属或金属与非金属组成的具有金属特性的物质。组元：组成金属最基本的独立物质。合金系：由相同的几个元素以不同比例配制的一系列成分不同的合金，所构成的合金系统。相：成份相同，结构相同，并与其他部分有明显界面分开的均匀组成部分。固溶体：固态下合金中组元如能互相溶解而形成均匀的固相。金属化合物：由具有相当程度的金属键结合，并具有明显金属特性的化合物。2：为什么合金比纯金属使用得广泛？解：纯金属种类有限，性能较差且单一，而合金通过调节合金元素种类、比例，可以得到各种所需材料，满足各种性能要求。3：试述固溶体强化的原理与应用。解：固溶体溶质原子以置换、间隙两种方式溶入，间隙原子不论大小，都会引起原有溶剂原子点阵发生畸变；置换原子在性能、尺寸上都不可能与溶剂原子完全一致，当溶质原子取代溶剂原子（置换）时，必然引起周围溶剂原子点阵发生畸变，这必然产生强化作用。如：钢铁材料中，C间隙固溶于纯Fe所得铁素体（F）性能比纯铁高；Ni固溶于Cu所得固溶体性能比纯Ni高。-第四章（1）金属的塑性变形与再结晶-1：名词解释：滑移；加工硬化；织构；纤维组织。滑移：晶体的一部分沿着一定晶面和晶向相对于另一部分发生滑动的现象。加工硬化：对金属进行塑性变形，随着变形程度增加，金属的强度、硬度增加与塑性、韧性下降的现象。纤维组织：对金属进行塑性变形，随着变形程度增加（50%70%，使金属两向受力，单向延伸），金属内部晶粒被压成纤维状组织。2：名词比较：再结晶、重结晶与结晶。：再结晶晶核长大与再结晶晶粒长大。：冷加工与热加工。解： ：结晶：是液态金属冷却到一定温度时，原子从无序状态转变为有序状态，金属从液态转变为晶体的过程。再结晶：金属加热到再结晶温度以上，由畸变晶粒通过形核与长大而形成新的无畸变的等轴小晶粒的过程（均为固态，发生于形变金属，没有相变）。 重结晶：固态金属（合金）加热或冷却通过相变点（相变温度）时，从一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程（均为固态，不限于形变金属，有相变）。 ：再结晶晶核长大一般指金属加热到再结晶温度以上，由畸变晶粒通过形核与长大而形成新的无畸变的等轴小晶粒的过程，形成等轴细小晶粒。 再结晶晶粒长大一般指金属再结晶过程完成后继续保温（或升温），晶粒晶界自发移动，使晶粒继续长大，使力学性能下降的过程。：热加工：再结晶温度以上的变形加工。冷加工：再结晶温度以下的变形加工。3：为什么细晶粒金属不但强度高，而且塑性韧性也好？试用多晶体塑性变形特点加以说明。解：细晶粒金属不但强度高，而且塑性韧性也好的缘由：塑性提高晶粒小细小,单位体积内晶粒数目多,同样变形量下,变形分散在更多的晶粒内进行；变形更均匀变形，降低裂纹的形成与发展可能性，使塑性提高。：提高强度晶粒细小,单位体积内晶粒数目多,单位体积内晶界面积增加，阻碍变形与裂纹扩展，提高强度。：提高韧性 晶粒细小,阻碍裂纹的产生与扩展，使金属在断裂前能吸收更多的能量提高强度，提高韧性。4：将一根熔点Tm=660经形变为70%的冷拔铝长棒插入盛装冰水的水槽中，并维持水温不变，另一端加热至500，保温一个小时后，停止加热，待试样完全冷却后，试分析铝棒长度方向上的组织和硬度分布情况。铝再结晶温度T再=0.4 660=264 如组织分布情况组织：形变为70%的冷拔铝长棒按题示装置加热，铝棒长度方向上温度分布如组织分布情况 图所示，D区域与C附近区域温度远低于回复温度，保持原始纤维组织不变，B区域温度已达到再结晶温度，组织为细小等轴晶粒， B到A之间区域，随温度增高，呈愈来愈大的等轴晶粒。性能：再结晶温度（DB区域，回复与回复温度以前区域）之前，铝长棒机械性能（硬度）没有明显变化（仅有极少数偏离平衡位置原子回到平衡位置或向平衡位置靠近，畸变程度基本未得到缓减，形变强化作用依然存在）。 B区域温度达再结晶区域机械性能（硬度）明显下降（畸变程度得到缓减，形变强化消除）。 B到A之间区域，随温度增高，晶粒长大机械性能（硬度）下降（细晶强韧化，粗晶粒强度韧性下降）。5：用以下三种方法制成齿轮，那种方法较为理想？ ：用厚钢板切成圆饼，再加工成齿轮。 ：由粗棒料切下圆饼，再加工成齿轮。 ：用圆棒热镦成圆饼，再加工成齿轮。解：第种方法较为理想，经热镦（形变），齿坯内部组织流线与轮廓匹配良好如齿坯内部组织流线 图，流线方向与切应力（冲击力）方向垂直，并与正应力方向一致如齿轮破坏示意图；、 方法内部组织流线被切断（不连续），且流线方向与切应力（冲击力）方向一致，并与正应力方向垂直。- 第四章 （2） 铁碳合金-1：画出Fe-Fe3C相图，并标出各区域组织，写出相图中三个恒温转变式。指出三个恒温转变产物中，哪一个产物是固溶体，哪些产物是两相混合物。Fe-Fe3C二元合金相图（组织、相区）1、共析转变：转变产物为两相混合物A 0. 77% （727）F 0.0218%+ Fe3C（珠光体P ）2、共晶转变：转变产物为两相混合物L 4. 3% （1148）A 2.11%+ Fe3C（莱氏体Le ）3、包晶转变：转变产物为固溶体L 0.53% + 0.09% （1495）A 0.17%2：分析WC=0.55%铁碳合金结晶过程画出冷却曲线示意图，并标出各温度阶段的转变式。计算室温平衡组织中各组织组成物的相对量。画出室温显微组织示意图，标出其中组织组成物名称。：分析WC=0.55%铁碳合金结晶过程，并写出各温度阶段的转变式：分析：从Fe-Fe3C相图可看出A：1-2点，液态冷却，没有相变。L 0.55% L 0.55%B：2-3点，从液体中 析出奥氏体A ，L 0.55% A 0.55%+L 0.55%C：至3点，全部液体转化为 奥氏体A 。L 0.55% A 0.55%D： 3-4点，含碳量为0.55%的奥氏体冷却。E： 4-5点，从奥氏体A中 析出先铁素体F先。A 0.55% A 0.55% + F先 0.0218%F： 5点，剩余奥氏体A（含碳量为0.77% ）发生共析反应，生成铁素体F与渗碳体(P)。A 0.77% （恒温） F 0.0218% +Fe3C 6.69%（共析）G：5-6点，从铁素体析出三次渗碳体Fe3C ，F先+ F共析F + Fe3CH：6点（室温）室温组织为亚共析钢：F+P（F先+ F共析） 0.0008% + Fe3C 6.69% + Fe3C 6.69%（共析） ）。：画出冷却曲线示意图：计算室温平衡组织中各组织组成物的相对量。解：如上述结晶过程分析,去掉中间过程有：L（A） 0.6% F 0.0008% +P 0.77% 3：已知甲钢中珠光体为75%，铁素体为25%；乙钢中珠光体为92%，二次渗碳体为8%。：甲、乙钢的含碳量是多少？：指出甲、乙各属哪类钢？解：由于钢铁材料中各组织密度接近，因而可得结论珠光体P占总质量的75%，铁素体F占总质量的25%。并设总质量为1单位。室温珠光体P含碳量为0.77%。室温铁素体F含碳量为0.0008%。室温珠光体P含碳量为0.77%。室温铁素体F含碳量为0.0008%。所以珠光体P绝对含碳量=175%0.77%=0.005775单位铁素体F绝对含碳量=125%0.0008%=0.000002单位该碳素结构钢总绝对含碳量=0.005775 +0.000002 =0.005777单位0.0058单位该碳素结构钢含碳百分比=(0.0058/1)*100%=0.58% 其钢号是60钢同理室温珠光体P含碳量为0.77%。 室温二次渗碳体为8%含碳量为6.69%。珠光体P绝对含碳量=1*92%*0.77%=0.07084单位室温二次渗碳体为8%含碳量为6.69%。该碳素结构钢总绝对含碳量= 0.07084 + 0.005352 =0.012436单位0.012单位。该碳素结构钢含碳百分比=(0.012/1)*100%=1.2%其钢号是T12钢4：根据铁碳合金含碳量、组织、性能的关系解释下列现象。：WC=1%的钢比WC=0.5%的钢硬度高（平衡状态下）；：在室温状态下WC=0.8%的钢比WC=1.2%的钢强度高；：变态莱氏体的塑性比珠光体差。：绑扎物件的铁丝（镀锌低碳钢丝）用低碳钢。（WC0.25%的钢）制造，而起重机吊重物的钢绳却用WC=0.60.75%的钢制造。解： WC=0.5%的钢组织为（F+P）； WC=1%的钢组织为（P+Fe3C）， P硬度远高于F，Fe3C对强度不利，但不影响硬度。Fe3C作为强化相与F形成双相组织，对提高硬度作用巨大。：在室温状态下WC=0.8%的钢比WC=1.2%的钢强度高； 在室温状态下WC=0.8%的钢组织为珠光体（P），WC=1.2%的钢组织为（P+Fe3C），后者钢组织中有较多脆性相Fe3C，且呈网状分布于晶界，使基体的连续性受到割裂，使强度降低。：变态莱氏体的塑性比珠光体差。解：变态莱氏体组织为Le（P+ Fe3C ） ， Fe3C（Fe3C + Fe3C ）含量较多，基体受到Fe3C的割裂作用，F对太多的Fe3C的包容作用不完全，是脆性相，所以塑性比珠光体差。 ：绑扎物件的铁丝（镀锌低碳钢丝）用低碳钢。（WC0.25%的钢）制造，而起重机解：绑扎物件的铁丝（镀锌低碳钢丝）用低碳钢（WC0.25%的钢）制造，塑性良好，但强度不足；而WC=0.60.75%的钢丝强度远高于低碳钢丝，起重机吊重物的钢绳，需要的是抗拉强度性能优良，对钢绳的塑性要求不是太高（弯曲半径不需太小）；绑扎物件的铁丝需要一定抗拉强度性能，但更要求有良好的塑性（弯曲半径较小）。5：在Fe-Fe3C二元合金相图中，A1、A3、Acm指的是哪三根线的温度，表示何种物理意义？解：在Fe-Fe3C二元合金相图中PSK线便是A1线； GS线便是A3线； ES线便是Acm线。A1线的物理意义：A 0.77% (727恒温)P 0.77% 即奥氏体与珠光体平衡转变线（共析线）。A3线的物理意义：A F先即奥氏体与铁素体平衡转变线（先铁素体析出线）。Acm线的物理意义：A Fe3C即奥氏体与二次渗碳体平衡转变线（二次渗碳体析出线）。-第五章 钢的热处理-共析钢C曲线和冷却曲线图中各点的组织：1：（A+P） 2：（P） 3：（P） 4：（A） 5：（P）6：（P） 7：（ A+P ） 8：（P） 9：（P） 10：（ A+P ）11：（ A+P ） 12：（ P +M + A残）13：（A） 14：（ M + A残 ） 15：（A）16：（ M + A残 ） 17：（A+ B下） 18：（ B下+ M + A残 ） 1 9：（ B下） 20：（ B下）奥氏体化后各冷却方式的热处理工艺名称：3：退火。 6：等温退火。 9：正火。 12：不完全淬火。 14：淬火。 20：等温淬火比较各冷却速度下产物硬度的高低：3：（P）与 6：（P） 9：（P）12：（ P +M + A残） 20：（ B下） 16：（ M + A残 ）与14：（ M + A残 ）-2：比较下列组织与性能： ：粒状珠光体与片状珠光体。 ：上贝氏体B上与下贝氏体B下。 ：板条状马氏体M板与片状马氏体M片。 ：索氏体S与回火索氏体S回。解： 粒状珠光体渗碳体呈球粒状，片状珠光体渗碳体呈片状；粒状珠光体强度、硬度低于片状珠光体，但塑性优于片状珠光体。：上贝氏体B上与下贝氏体B下。组织：B上显微组织呈羽毛状， Fe 3C（白色）以不连续短杆状分布于近似平行的密集F条间， F条内部位错密度大，过饱和固溶碳； B下显微组织呈针状(黑色)，针状铁素体内分布着细小碳化物( -Fe 3C白色）与铁素体长轴约成55角， F条内部位错密度大，过饱和固溶碳。性能：B上的硬度较大（与T 接近）但强度、韧性塑性远低于T（碳化物比T 粗大），没有实用价值。B下硬度、强度接近于马氏体，且有良好的韧性与塑性，机械性能匹配良好。 ：板条状马氏体M板与片状马氏体M片。组织 索氏体S渗碳体呈片状，回火索氏体S回渗碳体呈球粒状性能 S强度、硬度优于珠光体（退火）， S回强度、硬度与退火珠光体相当，但韧、塑性较好，综合机械性能良好。 3：列表说明完全退火、正火、淬火、回火：含义； ：目的；：加热温度范围； ：冷却特点。热处理名称 含义完全退火: 将亚共析钢加热到Ac3以上20-50，经过一定时间保温后，缓慢冷却至500 后出炉空冷，以获得接近平衡组织的一种热处理工艺。如碳素钢与退火分类图-1 ：1线正火: 将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1 （过共析钢）以上30-50，经过一定时间保温后，然后在空气中冷却，以获得珠光体组织的一种热处理工艺。如正火图。淬火：将钢加热到Ac3 （亚共析钢）或A c1 （过共析钢）以上一定温度，保温后快速冷却，以获得马氏体或下贝氏体的一种热处理工艺方法。如共析钢过冷奥氏体连续转变曲线-3 图：曲线1回火：将淬火钢加热A c1 以下一定温度，保温后以适当方式冷却的一种热处理工艺方法。完全退火正火淬火回火加热温度范围Ac3以上20-50Ac3（亚共析钢）或Ac1 （共析、过共析钢）以上30-50，Ac3（亚共析钢）或Ac1 （共析、过共析钢）以上30-50，低温150250中温350500高温500650冷却特点缓冷（随炉冷却）较快冷（空气中冷却）激冷（水、盐水中冷却）较快冷（空气中冷却） 4：某45钢小工件，原始组织为珠光体与铁素体（Ac1724Ac3780）若采用不同的加热温度： ：700 ； ： 760 ；： 840 。加热后投入水中激冷，试比较冷却后的组织与硬度。 700 760 840 组织原始F+PF+AA热处理后F+PF+M+A残M+A残硬度一般较硬最硬5：根据下列零件的性能要求及技术条件，试选择热处理工艺方法。：用45钢制作某机床主轴，轴颈部分和轴承接触要求表面耐磨HRC5256，硬化层深1mm。 解：锻造正火粗加工调质机加工（半精）高频表面淬火低温回火磨削 ：用45钢制作直径为18mm的某传动轴，要求有良好的综合机械性能，HRC2225，回火索氏体组织。解：下料正火机加工（粗）调质机加工（精）：用20CrMnTi钢制作某汽车传动齿轮，要求表面高硬度。解：下料锻造正火机加工（粗）铣齿渗碳淬火+低温回火磨齿或下料锻造正火机加工（粗）铣齿渗碳去碳机械加工淬火+低温回火或选用40Cr：热处理工艺方法如下下料锻造正火机加工（粗）机加工（精）高频表面淬火+低温回火（拉花键孔）磨齿 ：用38CrMoTiAl钢制作某高精度镗床镗杆，要求表面高硬度大于800HV。解：下料锻造退火机加工（粗）调质机加工（半精）低温退火精车低温退火磨削磁力探伤氮化磁力探伤半精磨油煮定性（140160、18 20h）精磨油煮定性超精磨油煮定性研配：用65Mn钢制作直径为5mm的某弹簧，要求高弹性（HRC3840），回火屈氏体组织。根据性能需要特点，有如下三种工艺可选择：下料冷拔（三次、变形量达50%）加热（Ac3以上）+铅浴等温（ 450550 ）冷拔至尺