机械工程材料

1、一：名词解释1 晶胞：完全反应晶格几何特征的最小单元。2 固溶体：组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之一（溶剂）相同的固相。3 回复：变形后的金属在较低温度进行加热，会发生回复过程。由于加热温度不高, 只是晶粒内部位错、空位、间隙原子等缺陷通过移动、复合消失而大大减少。此时光学组织未发生改变。4 奥氏体的本质晶粒度：奥氏体晶粒长大的倾向性。钢加热到93010、保温8小时、冷却后测得的晶粒度叫本质晶粒度。5 淬火临界冷却速度：获得全部马氏体的最小速度。6 金属间化合物：组元相互作用形成的具有金属特性的化合物。7 加工硬化：金属经过塑性变形后塑韧性下降，强硬度上升的现象。8 相：合

2、金中具有同一聚集状态、同一结构、同一性能，并与其它部分有界面相隔的均匀组成部分。9 淬透性：在规定的条件下，获得淬硬层深度大小的能力。10 石墨化：铸铁中石墨的形成过程1 过冷度：理想结晶温度与实际结晶温度的差值。2 变质处理：向液体中加入固态元素或化合物作为非均质形核的核心，从而提高了形核率，细化了晶粒。3 再结晶：当变形金属加热到某一温度，破碎拉长的晶粒长大为等轴晶粒。4 马氏体：C在Fe中形成的过饱和间隙固溶体。5 球化退火：过共析钢加热到不完全奥氏体化退火，使渗碳体由片状转为球状,提高了塑性和切削加工能力6 多晶型性：具有两种或两种以上的晶体结构。7 合金：一种金属元素同另一种或几种其

3、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 回复：变形后金属加热温度比较低，只有点线缺陷的迁移与恢复，加工硬化保留，内应力下降，光学组织未发生改变前的变化。9 珠光体：共析反应的产物，为铁素体和渗碳体的两相机械混合物。10 二次硬化：Mo、W、V等含量较高的高合金钢回火时, 在温度(一般为550左右) 析出特殊碳化物使硬度达到峰值。二：填空1. 绝大多数金属具有 体心立方 、 面心立方 、和 密排六方 三种类型，Fe是 体心立方 类型，其实际原子数为 2 。2晶体缺陷有 点缺陷 、 线缺陷 、和 面缺陷 。3固溶体按溶质原子在晶格位置分为 置换固溶体、 间隙固溶体。

4、4铸造时常选用 接近共晶成分（接近共晶成分、单相固溶体）的合金。5金属的塑性变形对金属的组织与性能的影响 晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性、晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化、 织构现象的产生。6用下述三种方法制成齿轮， C 种方法较为理想。（A）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（B）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（C）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。7.金属铸件 否 （能、否）通过再结晶退火来细化晶粒。8疲劳断裂的特点有应力低于抗拉极限也会脆断、 断口呈粗糙带和光滑带 、塑性很好的材料也会脆断 。9钢中含硫量过高的最大危害是造成 热脆 。10珠光体类型的组织有 粗珠光体 、 索氏体 、

5、屈氏体 。11正火和退火的主要区别是退火获得平衡组织；正火获得珠光体组织 。12. 淬火发生变形和开裂的原因是 淬火后造成很大的热应力和组织应力。13. 甲、乙两厂生产同一批零件，材料均选用45钢，甲厂采用正火，乙厂采用调质，都达到硬度要求。甲、乙两厂产品的组织各是 铁素体珠光体 、 回火索氏体 。1440Cr，GCr15，20CrMo，60Si2Mn中适合制造轴类零件的钢为 40Cr 。15齿轮氮化后 否 （能、否）进行切削加工。16用T12钢制造车刀，在切削加工前进行的预备热处理为 正火 、 球化退火 。17量具钢加工工艺中，在切削加工之后淬火处理之前可能的热处理工序为 调质 （退火、调质

6、、回火）。18耐磨钢的耐磨原理是 加工硬化 。19灰口铸铁铸件薄壁处出现白口组织，造成切削加工困难采取的热处理措施为 高温退火 。20在牌号HT100、KT30-6、QT40-7中属于球墨铸铁的是 QT40-7 。1纯铁的多晶型转变是-Fe-Fe-Fe 。2面心立方晶胞中实际原子数为 4 。3在立方晶格中，如果晶面指数和晶向指数的数值相同时，那么该晶面与晶向间存在着 晶面与晶向相互垂直 关系。4过冷度与冷却速度的关系为 冷却速度越大过冷度越大 。5固溶体按溶质原子在晶格中位置可分为 间隙固溶体 、 置换固溶体 。6金属单晶体滑移的特点是 滑移只能在切应力下发生 、 滑移总是沿原子密度最大的晶面

7、和晶向进行、 滑移时必伴随着晶体向外力方向转动 。7热加工对金属组织和性能的影响有 消除金属铸态组织的缺陷 、 改变内部夹杂物的形态与分布。8金属磨损的方式有 粘着磨损 、 磨粒磨损 、 腐蚀磨损 。9常见的普通热处理有 退火 、 正火 、 淬火 、 回火 。10贝氏体类型的组织有 上贝氏体 、 下贝氏体 。11钢获得马氏体的条件是 奥氏体化 、 冷却速度大于临界冷却速度 。12钢经调质处理后获得的组织是 回火索氏体 。13合金元素Cr、Mo、V对C曲线的影响C曲线右移并变为双C形 。1440Cr，GCr15，20CrMo，60Si2Mn中适合制造弹簧零件的钢为 60Si2Mn 。15渗碳钢

8、二次淬火 （直接淬火，一次淬火，二次淬火）后性能最好。16金属腐蚀失效形式有 化学腐蚀 、 电化学腐蚀 。17W18Cr4V中W的主要作用是 细化晶粒、阻碍马氏体分解、二次硬化 ，Cr的主要作用是 提高淬透性 ，V的主要作用是 提高耐磨性、细化晶粒、二次硬化 。18为了消除奥氏体不锈钢的晶间腐蚀采取的措施有 固溶处理 、 稳定化处理 。19影响铸铁石墨化的因素是 化学成分 和 冷却速度 。1.金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将 越低 2Fe是实际原子数为 2 。3固溶体的晶体结构 与溶剂相同 。4间隙相的性能特点是 硬度高、熔点高 。5. 金属的加工硬化现象将导致 强度提高，塑性降低

9、。 6用下述三种方法制成齿轮， 由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮 种方法较为理想。7. 钢中含硫量过高的最大危害是造成 热脆 。8奥氏体是 碳在-Fe中的间隙固溶体9珠光体是一种 两相混和物 。10铁素体的机械性能特点是 强度低、塑性好、硬度低 。11. 奥氏体向珠光体的转变是 扩散型转变 12. 钢经调质处理后获得的组织是 回火索氏体13. 共析钢的过冷奥氏体在550350的温度区间等温转变时，所形成的组织是 上贝氏体 。14. 若合金元素能使C曲线右移，钢的淬透性将 提高 。15. 淬硬性好的钢 具有高的碳含量 16. 钢的回火处理是在 淬火后进行 . 17渗碳钢 二次淬火 后性能最好。18.

10、 量具钢加工工艺中，在切削加工之后淬火处理之前可能的热处理工序为 调质 。 19. 灰口铸铁铸件薄壁处出现白口组织，造成切削加工困难采取的热处理措施为 高温退火 。20在下列牌号中属于球墨铸铁的是 QT40-7 。1. Fe是 体心立方 类型。2固溶体的性能特点是 韧性高、硬度低 。3. 共晶成分的合金具有较好的 铸造性能 。 4为细化晶粒，可采用 加变质剂 。5. 钢中含磷量过高的最大危害是造成 冷脆 。6铁碳合金的基本组织中,强度最大的是 珠光体 。 7. 铁碳合金的基本组织中,硬度最高的是 渗碳体 。8纤维组织使金属的机械性能具有一定的方向性.因此在设计和制造零件时,应尽量使正应力方向与

11、零件组织的纤维方向： 平行 。 9 T10钢的碳的质量分数为 1.0 。10金属的加工硬化现象将导致： 强度提高,塑性降低 。 1120钢的室温组织是： 铁素体珠光体 。 12. 共析钢的过冷奥氏体在350230的温度区间等温转变时，所形成的组织是 下贝氏体 。 13钢的回火处理是在 淬火后进行 14. 马氏体的硬度取决于 碳含量1545钢淬火后测量硬度宜采用的硬度计是 HRC 。16. 不完全退火主要适用于 过共析钢 。17. 拖拉机连杆螺栓应选用的材料是 40Cr 。 18工业上所用的铸铁绝大部分是属于: 灰口铸铁 19. 灰铸铁与球墨铸铁的最主要不同是 石墨形状 。三.是非题1室温下，金

12、属晶粒越细，则强度越高、塑性越高。( )2因为体心立方晶格与面心立方晶格具有相同数量的滑移系，所以两种晶体的塑性变形能力完全相同。( )3间隙固溶体一定是无限固溶体。( )4铁素体的本质是碳在a-Fe中的间隙相。( )5在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为43的铁碳合金才能发生共晶反应。( )6高合金钢既具有良好的淬透性，也具有良好的淬硬性。( )7钢的淬透性高，则其淬透层的深度也越大。( )8T8钢比T12和40钢有更好的淬透性。( )9灰铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态。( )10齿轮渗碳用钢常采用低碳钢。( )1晶粒度级数数值越大，晶粒越细。( )2金属铸件可以通过再结晶退

13、火来细化晶粒。( )3当原始组织为片状珠光体的钢加热奥氏体化时，细片状珠光体的奥氏体化速度要比粗片状珠光体的奥氏体化速度快。( )4在退火状态(接近平衡组织)45钢比20钢的塑性和强度都高。( )5马氏体是碳在的a-Fe中的过饱和固溶体。当奥氏体向马氏体转变时，体积要收缩。( )6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。( )7经退火后再高温回火的钢，能得到回火索氏体组织，具有良好的综合机械性能。( )8表面淬火既能改变钢的表面组织，也能改善心部的组织和性能。( )9合金元素Mn、Ni可以扩大奥氏体区。( )10高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成形。( )四.

14、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的大小：（1） 金属模浇注与砂模浇注；（2） 变质处理与不变质处理；（3） 铸成薄件与铸成厚件；（4） 浇注时采用震动与不采用震动。解：金属模浇注比砂模浇注铸件晶粒细；变质处理比不变质处理晶粒细；铸成薄件比铸成厚件铸件晶粒细；浇注时采用震动比不采用震动晶粒细。2计算含碳量为 0.4 % 的亚共折钢在室温下组织组成物的相对重量。解：组织组成物：F % =（0.77 - 0.4）/（0.770.0218）100 % 49 % P % = 1 - F % 1 - 49 % = 51 %3现要求用20钢采取渗碳方法制造齿轮，其加工路线为：锻造

15、预备热处理切削加工最终热处理喷丸精磨。试写出各热处理工艺名称，并解释其目的和所获得的显微组织。解：预备热处理：正火，提高硬度改善切削加工性能。组织为铁素体珠光体。最终热处理：渗碳淬火低温回火，获得表面硬，心部韧的特性。组织表层：回火马氏体碳化物残余奥氏体。心部：低C的回火马氏体。4W18Cr4V钢的Ac1约为820，若以一般工具钢 Ac1+ 3050 的常规方法来确定其淬火加热温度，最终热处理后能否达到高速切削工具所要求的性能？为什么？其实际淬火温度是多少？ W18Cr4V钢刀具在正常淬火后为什么要进行560三次回火？解：若以Ac1+ 3050确定其淬火加热温度，合金元素不能充分溶入A，热硬性

16、不能有效提高，所以不能达到高速切削工具所要求的性能。实际淬火温度是12701280。进行560三次回火的目的是，减少残余A的含量，提高硬度。5试分析合金元素Cr在40 Cr、1Cr13和1Cr18Ni9Ti中的作用。解：Cr在40Cr作用：提高淬透性；Cr在1Cr13作用：提高的电极电位，形成氧化物保护膜，以获得马氏体不锈钢；Cr在1Cr18Ni9Ti作用：形成氧化物保护膜，提高获得奥氏体不锈钢的耐化学腐蚀性。6.试就下列四个钢号： 20CrMnTi，65，T8，40Cr 在加热温度相同的情况下，比较其淬透性和淬硬性，并说明理由。解：淬透性：通常合金含量高则淬透性好，碳钢中共析钢淬透性最好。淬

17、硬性：含碳量高则淬硬性好。材料 淬透性 淬硬性 20CrMnTi 最好 最差 65 最差 次好 T8 次差 最好 40Cr 次好 次差 7试述石墨形态对铸铁性能的影响解：按石墨形态可将铸铁分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁。灰铸铁石墨呈片状，机械性能不高；可锻铸铁石墨呈团絮状，机械性能比灰铸铁高；球墨铸铁石墨呈球状，机械性能高，通过热处理可提高强度，在一定条件下可代替钢。1为什么细晶粒钢强度高，塑性、韧性也好？解：晶粒越细晶界面积越大，每个晶粒周围具有不同位向的晶粒越多，因而对位错移动的阻力也越大，晶粒强度越高。同时晶粒越细，变形分散程度越高，局部应力集中现象减少，塑韧性越好2. 金相观察测得，某

18、种碳钢在室温组织中珠光体占70%，试问这种钢的含碳量是多少？解：(1) 假定该碳钢为亚共析钢，则 C % = F% 0.0218% + P% 0.77% =（1 - 70%） 0.0218% + 70% 0.77% 0.54 % (2) 假定该碳钢为过共析钢，则 C % = Fe3C% 6.69% + P%0.77% =（1 - 70%） 6.69% + 70% 0.77% 2.55% 2.11% 显然，(2)不符题意。所以，该碳钢为含碳量 0.54 % 的亚共析钢3 试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理。解：固溶强化：溶质溶入溶剂晶格使溶剂晶格畸变，位错移动受阻从而强化了材料。加工硬化

19、：金属经过塑性变形，使位错密度上升，位错与位错相遇造成位错割阶和位错缠绕，阻碍了位错的运动，使金属强硬度上升。弥散强化：金属间化合物颗粒弥散分布在固溶体基体上，对位错运动起阻碍和钉扎的作用，使其硬度、强度上升，耐磨性提高4.用T10钢制造形状简单的车刀，其加工路线为：锻造预备热处理切削加工最终热处理磨加工。试写出各热处理工艺名称及作用。解：预备热处理：正火球化退火。正火抑制网状渗碳体析出为球化退火做准备。球化退火使碳化物由片状转变为球状，改善切削加工性能。最终热处理：不完全淬火低温回火。获得细小的回火马氏体和粒状碳化物具有很高的硬度和耐磨性5指出下列工件回火后获得的组织。（1）45钢小轴（要求

20、综合机械性能好）；（2）60钢弹簧；（3）T12钢锉刀。解：回火后获得的组织：45钢小轴为回火索氏体，60钢弹簧为回火屈氏体，T12钢锉刀为回火马氏体和粒状碳化物。61Cr13和Cr12钢的含铬量差不多，但1Cr13属于不锈钢，而Cr12钢为何不能作为不锈钢使用？解：Cr能提高铁素体的电极电位使电化学反应不易进行，但铁素体的电极电位变化随含Cr量的增加不是渐变的，而是突变的。只有Cr的含量超过12%，铁素体的电极电位才有大幅提高，所以1Cr13属于不锈钢，而Cr12钢不能作为不锈钢使用7 出现下列不正常现象时，应采取什么有效措施予以防止或改善？a. 灰铸铁磨床床身铸造以后就进行切削，在切削加工

21、后出现不允许的变形。b. 灰铸铁薄壁处出现白口组织，造成切削加工困难。解：a. 防止措施: 灰铸铁磨床床身铸造以后，应先进行去应力退火（500600，48h，缓冷)，然后再切削加工。b. 改善措施: 将出现白口组织的灰铸铁，进行去白口退火（850900，25h，缓冷)8 要使球墨铸铁的基体组织为铁素体、珠光体或下贝氏体，工艺上应如何控制？解：球墨铸铁的基体组织为铁素体采用高温退火，在720680保温28小时。基体组织为珠光体采用加热到完全奥氏体化下的正火。基体组织为下贝氏体采用等温淬火1 晶粒大小对金属性能有何影响？如何细化晶粒？解：晶粒越细，强度、硬度、塑性和韧性越大。细化晶粒采取提高过冷度

22、、变质处理、振动处理。2 一个二元共晶反应为： L(75%B) (15%B) + (95%B)。若显微组织中测出 初晶与( + )共晶各占一半，求该合金成分。X=% X%+() % X() %=50%95%+50%75%=85% B3 什么是热处理？常见的热处理方法有几种？其目的是什么？解：把固态金属材料通过一定的加热，保温和冷却以获得所需组织、结构和性能的工艺称热处理。常见的热处理方法有退火、正火、淬火和回火。退火的目的：降低钢的硬度，提高塑性；细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分；消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。正火的目的：细化晶粒，获得比较均匀的组织和性能；对

23、低碳钢可提高硬度，改善切削加工性；对过共析钢可抑制网状渗碳体析出为球化退火作准备。淬火的目的：使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性。回火的目的：主要是消除钢件在淬火时所产生的应力；稳定组织，使工件尺寸和性能稳定；提高钢的塑韧性1 淬火钢回火时，组织发生哪几个阶段的变化？解：马氏体分解；残余奥氏体转变；碳化物转变；碳化物聚集长大及回复与再结晶2 已知某轴的材料为45钢，其生产工艺路线为：下料 锻造 预备热处理 切削加工最终热处理精加工装配请说明各道热处理工序的名称及作用。解：预备热处理：完全退火，作用是细化晶粒，消除内应力，降低硬度，提高塑性。最终热处理：淬火高温回火，作用是

24、获得良好的综合机械性能3 不锈钢的固溶处理与稳定化处理的目的各是什么？解：固溶处理是加热到高温使碳化物全部溶入奥氏体，再快速冷却，从而抑制第二相的析出，形成过饱和固溶体，以获得单相奥氏体组织，以避免晶间腐蚀。稳定化处理是加入Ti，使Ti与C形成TiC。加热温度高于(Fe,Cr)4C的熔点，而低于TiC的熔点，缓慢冷却，使奥氏体的碳完全稳定在TiC中，从而彻底避免了晶间腐蚀7. 为什么一般机器的支架、机床的床身常用灰口铸铁制造？解：铸铁的铸造性能良好。铸铁具有良好的切削加工性能。铸铁具有优良的减磨性。铸铁具有优良的消震性。铸铁具有低的缺口敏感性。所以一般机器的支架、机床的床身常用灰口铸铁制造1 金属的塑性变形对金属的组织与性能有何影响？解：晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性。位错密度增大，产生加工硬化。织构现象产生。产生残余内应力。2. 何谓本质细晶粒钢？本质细晶粒钢的奥氏体晶粒是否一定比本质粗晶粒钢的细？解：本质细晶粒钢在加热到临界温度直至930时，奥氏体晶粒长大的倾向不明显。本质细晶粒钢的奥氏体晶粒不一定比本质粗晶粒钢的细3. 甲、乙两厂生产同一种零件，均选45钢，硬度要求220HB250HB，甲厂采用正火，乙厂