2012级工程材料与金属工艺学作业及考试试题

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业2012级工程材料与金属工艺学作业（1）一、已知时，的晶格常数为a=0.286nm，的晶格常数为a=0.359nm，计算时体积的变化率。2012级工程材料与金属工艺学作业（2）一、已知组元A（熔点600）与组元B（熔点500）在液态时无限互溶；在固态300时A溶于B的最大溶解度为30%，室温时为10%，但B不溶于A；在300时，含40%B的液态合金发生共晶反应。现要求（每小题20分）：（1）示意画出A-B合金相图；（2）分析含20%A的合金的结晶过程，并计算室温时的组织

2、组成物的相对含量；（3）分析含45%A的合金的结晶过程，并计算室温时的组织组成物的相对含量；（4）分析含80%A的合金的结晶过程，并计算室温时的组织组成物的相对含量；（5）室温时组成共晶体的两个相的相对含量。2012级工程材料与金属工艺学作业（3）1、根据Fe-Fe3C相图计算室温下珠光体中的铁素体和渗碳体的相对含量。（20分）2、根据Fe-Fe3C相图计算室温下含碳量为0.40%的碳钢中铁素体和珠光体的相对含量。（20分）3、根据Fe-Fe3C相图计算室温下含碳量为1.0%的碳钢中珠光体和二次渗碳体的相对含量。（20分）4、根据Fe-Fe3C相图计算，室温下碳钢中二次渗碳体的最大相对含量。（

3、20分）5、某退火状态下的碳钢，经金相分析后发现其组织为珠光体和二次渗碳体，其中珠光体占93%，问此碳钢的含碳量大约是多少？（20分）2012级工程材料与金属工艺学作业（4）图1图21、某钢的连续冷却转变曲线如图1所示，确定该钢按图中（a）、（b）、（c）、（d）速度冷却到室温后得到组织。（20分）2、T12钢（含碳量为1.2%）加热到AC1以上30保温后，按右图（2）中（a）、（b）、（c）、方法冷却到室温，分析各冷却方法所得到的组织。（20分）3、某镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，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。工艺路线为：锻造预备热

4、处理粗加工最终热处理1半精加工精加工最终热处理2。确定工艺路线中各热处理工序的名称和作用；指出最终热处理后的显微组织。（20分）4、某精密磨床主轴选用20CrMnTi制作，其工艺路线为：下料锻造热处理1切削加工热处理2热处理3热处理4喷丸磨削加工。确定上述工艺路线中各热处理工艺的名称和作用。（20分）5、用9SiCr钢制造丝锥，工艺路线为：锻造预备热处理机加工最终热处理磨加工。（20分）（1）确定各热处理工序的名称及其作用；（2）已知9SiCr的AC1和ACCM分别为800和870，制订最终热处理工艺的规范（加热温度、冷却介质）；（3）指出最终热处理后的大致硬度。2011级工程材料与金属工艺学

5、作业（3）图1图21、某钢的连续冷却转变曲线如图1所示，确定该钢按图中（a）、（b）、（c）、（d）速度冷却到室温后得到组织。（20分）2、T12钢（含碳量为1.2%）加热到AC1以上30保温后，按右图（2）中（a）、（b）、（c）、方法冷却到室温，分析各冷却方法所得到的组织。（20分）3、某镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，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。工艺路线为：锻造预备热处理粗加工最终热处理1半精加工精加工最终热处理2。确定工艺路线中各热处理工序的名称和作用；指出最终热处理后的显微组织。（20分）4、某精密磨床主轴选用20CrMnT

6、i制作，其工艺路线为：下料锻造热处理1切削加工热处理2热处理3热处理4喷丸磨削加工。确定上述工艺路线中各热处理工艺的名称和作用。（20分）5、用9SiCr钢制造丝锥，工艺路线为：锻造预备热处理机加工最终热处理磨加工。（20分）（1）确定各热处理工序的名称及其作用；（2）已知9SiCr的AC1和ACCM分别为800和870，制订最终热处理工艺的规范（加热温度、冷却介质）；（3）指出最终热处理后的大致硬度。1.解：由图可知a速度曲线的得到的组织是M+Ar。b速度曲线得到的组织是B+M+Ar.c速度曲线得到的组织是F+B+M+Ar.d速度曲线的得到的组织是F+P。2.解：水中淬火MFe3Cb分级淬火

7、MFe3Cc油中淬火MTFe3C3.解：下料锻造正火粗加工调制处理半精加精加工渗氮处理注：38CrMoAlA的含碳量为0.35%0.42%属于亚共析钢可以采用正火为宜可以改善碳钢的可加工性，作为预备热处理。调制热处理得到的组织为回火索氏体其中渗碳体为颗粒状，作用使其力学性能优良且保持良好的塑性和韧性和获得均匀的索氏体为渗氮做准备。渗氮处理，作用提高工件表层硬度、耐磨性耐蚀性和疲劳强度，心部有较高的机械性能。最终得到的组织为渗氮层、回火索氏体、颗粒状渗碳体解：下料锻造正火切削加工渗碳淬火低温回火喷丸磨削加工 注：正火：调整硬度便于机加工，为淬火作准备。渗碳：提高表面含碳量 。淬火：使表层获得高碳

8、马氏体和碳化物，从而达到硬度 5863HRC，心部获得低碳马氏体，具有高的强韧性。 低温回火：能消除淬火应力、提高抗冲能力，防止产生磨削裂纹。回火马氏体（1）球化退火、（2）淬火低温回火注：球化退火为了使珠光体和二次渗碳体都程球状和颗粒状分布在铁素体基体上从而消除或改善片状状渗碳体的不利影响。9SiCr的含碳量为0.9%属于高碳低合金刀具钢。因为丝锥是属于高硬度高强度和高精密度的零件，0.9%的含碳量不适合用于渗碳和渗氮处理。所以用淬火家低温回火可以使零件保持高硬度58-64HRC2.0.9%的含碳量淬火的加热温度为Ac1以上3050由于晶界二次渗碳体可以阻止A晶粒长大，并且A中含碳量量大会使

9、A倾向长大，所以9SiCr的淬火温度为830850。冷却介质：油冷（因为是低合金刀具钢，加了合金元素是临界温度下降了，所以使用油冷可以是热应力减小）低温回火的温度为200 冷却介质：空冷3.最终热处理后得到的是组织是回火马氏体、粒状合金碳化物及少量的Ar,所以硬度为6065HRC。金属工艺学作业4 1、从所给定的材料中，选定以下零件适用的钢材，并确定其最终热处理方法和最终组织：Q235、16Mn、20Cr、20CrMnTi、45、40Cr、38CrMoAlA、60Si2Mn、65Mn、GCr15、T8、T12A、9SiCr、CrMn、W18Cr4V、5CrMnMo、3Cr2W8V、Cr12、C

10、r12MoV、1Cr13、4Cr13、1Cr18Ni9Ti、HT200、QT600-2、ZGMn13。零件名称适用材料最终热处理方法最终组织医疗手术刀4Cr13淬火低温回火回火M连杆螺栓40Cr调制处理回火S滚珠GCr15淬火低温回火回火T、粒状碳化物、Ar汽轮机叶片1Cr13淬火高温回火回火S。少量的F冷拉丝模Cr12MoV三次硬化法回火M、粒状的碳化物汽车变速箱齿轮20CrMnTi渗碳淬火低温回火金属碳化物、回火T金属型铸模3Cr2W8V三次硬化法回火M、粒状的碳化物气缸安全弹簧60Si2Mn淬火+中文回火回火T、粒状碳化物2、某铣床的变速箱主齿轮，要求齿轮整体具有良好的综合机械性能，齿面

11、要求耐磨，材料选用40Cr钢。（共20分） （1）正确选择热处理方法并制定简明的工艺路线；（10分） （2）指出工艺路线中各热处理工序的作用；（6分） （3）指出最终热处理后的显微组织。（4分） 解:(1)、下料锻造正火整件粗加工调质处理精加工齿面处高频淬火低温回火磨削(2)、正火：消除锻造应力，均匀组织调整硬度便于机加工，为淬火作准备调质处理：使齿轮获得良好的综合机械性能齿面处高频淬火:齿轮表面得到马氏体，提高耐磨性能，为回火做准备低温回火：获得回火托氏体，消除淬火应力。使齿面处耐磨，强度好硬度高。(3)、中间部分是回火索氏体，齿面处回火托氏体3、某普通机床主轴，要求整体具有良好的综合机械性

12、能，轴颈处要求耐磨，材料选用45钢。（共20分） （1）正确选择热处理方法并制定简明的工艺路线；（10分） （2）指出工艺路线中各热处理工序的作用；（6分） （3）指出最终热处理后的显微组织。（4分）解:(1)、下料锻造正火整件粗加工调质处理精加工轴颈处高频淬火低温回火磨削(2)、正火：调整硬度便于机加工，为淬火作准备调质处理：获得良好的综合机械性能轴颈处高频淬火:使工件表面得到马氏体，为回火做准备低温回火：获得回火托氏体，消除淬火应力。使得轴颈处耐磨，强度好硬度高。(3)、中间部分是回火索氏体，轴颈处回火托氏体4某载重汽车变速箱齿轮要求整体具有高的强韧性，齿面具有高的硬度和耐磨性，用20Cr

13、MnTi制造，其工艺路线为：下料锻造渗碳预冷淬火高温回火机加工正火喷丸磨齿。分析按此工艺路线生产，各热处理工艺后的组织和性能变化过程，判断工艺路线是否正确。（20分） 解；不正确，我的工艺：下料锻造正火切削加工渗碳淬火低温回火喷丸磨削加工。正火：调整硬度便于机加工，为淬火作准备。渗碳：提高表面含碳量 。淬火：使表层获得高碳马氏体和碳化物，从而达到硬度 5863HRC，心部获得低碳马氏体，具有高的强韧性。 低温回火：能消除淬火应力、提高抗冲能力，防止产生磨削裂纹。回火马氏体一、名词解释1.奥氏体：碳溶于-Fe中的间隙固溶体，以符号A表示。2.回复：当加热温度不高时，冷变形金属的显微组织无明显变化

14、，力学性能也变化不大，但残余应力显著降低，物理和化学性能部分地恢复到变形前的情况，这一阶段称为回复。3.固溶体：溶质原子溶入固态的溶剂中，并保持溶剂晶格类型而形成的相。4.自然时效：将铸件长时间置于室温环境下消除应力的时效处理方法。5.加工硬化：随着冷变形程度的增加，金属材料所有强度和硬度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降的现象。6.固溶强化：通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属材料的强度、硬度升高的现象。7.细晶强化：通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法称为细晶强化。8.过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差T。T=T0-Tn.9.淬硬性：指钢在正常淬火条件下其马氏体所能达到的最高硬度

15、。10.淬透性：指钢在淬火时能获得淬硬深度的能力。二、填空题1.石墨为片状的灰口铸铁为 普通灰 铁，石墨为团絮状的灰口铸铁为可锻铸铁，石墨为球状的灰口铸铁为 球墨铸铁。其中，球墨铸铁的韧性最高，因而可以锻造。2.工程中常用的特殊性能钢有不锈钢、耐磨钢 、耐热钢等。3.金属的断裂形式有 延性断裂和 脆性断裂两种。4.金属元素在钢中形成的碳化物可分为合金渗碳体、特殊碳化物两类。5.常见的金属晶体结构有 体心立方晶核 、 面心立方晶格 和 密排立方晶格 三种。6.常用的回火方法有低温回火、中温回火和高温回火。7.影响石墨化的主要因素有化学成分 和。8.马氏体是 碳在-Fe中的过饱和固溶体，其形态主要

16、有 板状马氏体 、 针状马氏体。其中， 高碳针状 马氏体硬度高、塑性差。9.共析钢过冷奥氏体等温转变曲线三个转变区的转变产物是 奥氏体、珠光体、 共析渗碳体。10.共析钢淬火形成M+A后，在低温、中温、高温回火后的产物分别为 M回+A、T回、S回。11.钢在加热过程中产生的过热缺陷可通过 扩散退火 热处理来消除。12实际金属中存在 点缺陷 、 线缺陷 和 面缺陷 三类缺陷，位错属于 线 缺陷。13.金属结晶过程中，冷却速度越大，则过冷度 越大 ，晶粒越呈树状长大，材料的强度越 强 ，塑性越 差。14.钢的热处理工艺由 预先热处理、 淬火、 回火3个阶段组成。15.强化金属材料的基本方法有结晶强

17、化、形变强化 、固溶强化和相变强化 。16.亚共析钢的淬火温度为 Ac3 +(3050)，过共析钢的淬火温度为 Ac1+(3050) 。17HT250是 灰 铸铁，数字250表示 抗拉强度为250MPa 。18.纯铁的多晶型转变是 当外部条件（如温度压强）改变时，金属内部一种晶体结构转变成另一种晶体结构的现象。19.面心立方晶胞中实际原子数为4。20.在立方晶格中，如果晶面指数和晶面指数的数值相同时，那么该晶面与晶向间存在着 互相垂直关系。21.过冷度与冷却速度的关系是冷却速度越大，过冷度越大。22.固溶体按溶质原子的晶格中位置可分为 置换固溶体、间隙固溶体。23.金属单晶体滑移的特点是滑移只

18、能在切应力下发生、滑移总是沿原子密度最大的晶面和晶向进行、滑移时必伴随着晶体向外力方向转动。24.常见的普通热处理有退火、正火、淬火、回火。25.贝氏体类型的组织有 铁素体、 渗碳体或碳化物。26.钢经调质处理后获得的组织是回火索氏体+少量铁素体。27.合金工具钢是指用于制造各种刀具、冷热变形模具和量具用钢的总和。28.材料渗碳的目的是为了得到较高的零件表层硬度与耐磨性 。29.45钢按用途分类属于碳素结构钢。30碳钢中的有益元素是Mn、Si，碳钢中的有害杂质是P、S三、选择题1.马氏体组织有两种形态（ ）A板条、树状； B. 板条、针状； C. 树状、针状； D. 索状、树状2.实际生产中，

19、金属冷却时（ ）A理论结晶温度总是低于实际结晶温度；B 理论结晶温度总是等于实际结晶温度；C理论结晶温度总是大于实际结晶温度；D 实际结晶温度和理论结晶温度没有关系3.零件渗碳后，一般需经过（ ）才能达到表面硬度高而且耐磨的目的。A 淬火+低温回火；B 正火； C 调质； D 淬火+高温回火4.C曲线右移使淬火临界冷却速度（ ），淬透性（ ）。A 减小、增大； B 减小、减小； C 增大、 减小； D 增大、增大5.机械制造中，T10钢常用来制造（ ）A 容器； B 刀具； C 轴承； D 齿轮6.钢经表面淬火后将获得（ ）A 一定深度的马氏体； B 全部马氏体； C 下贝氏体； D 上贝氏体

20、7.GCr15SiMn钢的含铬量（ ）A 15% B 1.5% C 0.15% D 0.015%8.黄铜是以（ ）为主加元素的铜合金。A铅 B 铁 C 锡 D 锌9.在Fe-Fe3C图中，奥氏体冷却到ES线时开始析出（ ）A 铁素体 B 珠光体 C 二次渗碳体 D 莱氏体10.从金属学的观点来看，冷加工和热加工是以（ ）温度为界限区分的。A 结晶 B 再结晶 C 相变 D 2511.拉伸试验，试样拉断前能承受的最大拉应力为材料的（ ）A 屈服点 B 抗拉强度 C 弹性极性 D 刚度12.位错是一种（ ）A 线缺陷 B 点缺陷 C 面缺陷 D 不确定13.晶体中原子一定规则排列的空间几何图形为（

21、 ）A 晶粒 B 晶格 C 晶界 D 晶相14.从灰铸铁的牌号可看出它的（ ）指标A 硬度 B 韧性 C 塑性 D 强度15.合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是( )A 均强烈阻止奥氏体晶粒长大；B 均强烈促进奥氏体晶粒长大；C 无影响 D 上述说法都不全面16.适合制造渗碳零件的钢有（ ）A 16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A B 45、40Cr、65Mn、T12C 15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi17.金属多晶体的晶粒越细小，则其（ ）A强度越高，塑性越好 B 强度越高，塑性越差C 强度越低，塑性越好 D 强度越低，塑性越差18.二元合金中，铸造性

22、能最好的是（ ）A 固溶体合金 B 共晶合金 C 共析合金 D 包晶成分的合金19.马氏体与回火马氏体（ ）A 形态相同 B 形态不同 C 组织结构相同 D 组织结构不同20.阻止石墨化的元素有（ ）A 硅 B 磷 C 硫21.碳以片状石墨形式存在的铸铁是（ ）A 灰铸铁 B 白口铸铁 C 球墨铸铁22.在铁碳合金的基本组成相中，属于金属化合物的是（ ）A 铁素体 B 渗碳体 C 奥氏体23.下列物质属于晶体的是（ ）A松香 B水晶 C石蜡24.下列情况属于相变过程的是（ ）A液态金属的结晶 B 晶粒长大 C 冷变形金属的再结晶四、简答题1.简述奥氏体晶粒对钢在室温下组织和性能的影响。奥氏体晶

23、粒的大小将影响随后冷却过程中发生的转变及转变所得的组织与性能。当奥氏体晶粒细小，冷却后转变产物的组织也细小，其强度与韧性都较高，韧脆性转变温度较低。所以，为了获得细晶粒奥氏体，有必要了解奥氏体晶粒在其形成后的长大过程及控制方法。钢在奥氏体化时所得到的晶粒。此时的晶粒尺寸称为奥氏体晶粒度。分为有起始晶粒、实际晶粒和本质晶粒3种。热时所得到的奥氏体实际晶粒的大小，对冷却后钢的组织和性能有很大的影响。一般地说，粗大的奥氏体实际晶粒往往导致冷却后获得粗大的组织，而粗大的组织又往往相应地具有较低的塑性和韧性。就冲击韧性而言，普通碳钢和低合金钢的奥氏体晶粒度每细化一级，冲击韧性值能提高19.639.2J/

24、cm，同时冷脆转化温度可降低10以上。因此，在热处理时应严格控制奥氏体晶粒大小，以获得良好的综合性能。2.简述回火的目的。提高组织稳定性，获得工件所需组织和性能。消除内应力，以便改善工件的使用性能并稳定工件几何尺寸。消除或减小淬火内应力。调整钢铁的力学性能以满足使用要求。3.简述碳钢中的铁素体、渗碳体、珠光体，它们的力学性能各有什么特点？铁素体：强度、硬度不高，但具有良好的塑性和韧性。渗碳体：不会发生同素异构转变，但有磁性转变，它在230一下具有弱铁磁性，而在230以上则失去铁磁性，硬度很高，二塑性和韧性几乎为零，脆性极大。珠光体：其力学性能介于铁素体与渗碳体之间，决定于珠光体片层间距，即一层

25、铁素体与一层渗碳体厚度和的平均值。预备热处理：球化退火工艺，或正火处理；作用是形成球化组织，降低材料硬度及内应力，便于切削加工，同时为随后的热处理做准备。最终热处理：一般为淬火低温回火；也可采用下贝氏体等温淬火工艺，以达到工具最终的性能要求。5.写出下列牌号数字及文字的含义。Q390-A、ZG200-400、Y12、QT400-15、QSn4-3.例如：HT100：表示灰铸铁，其最低抗拉强度为100MPa。Q390-A：表示低合金高强度结构钢，其屈服强度为：390 MPa，A，表示A级质量。ZG200-400：表示铸造碳钢，其最低屈服强度为200 MPa，最低抗拉强度为400 MPa。Y12：

26、表示易切削结构钢，其平均碳的质量分数为0.12%。QT400-15：表示球墨铸铁，其表示最低抗拉强度为400M MPa，最小伸长率为15%。QSn4-3：表示锡青铜，含锡4%，含锌3%，余量为铜。6.用20CrMnTi制造汽车变速箱齿轮，要求齿面硬度HRC58-60，中心硬度HRC30-45，试写出加工工艺路线，并说明各热处理的作用目的。加工工艺路线为：下料锻造正火机械粗加工渗碳+淬火+低温回火喷丸磨齿正火处理可使同批毛坯具有相同的硬度（便于切削加工），并使组织细化，均匀；渗碳后表面含碳量提高，保证淬火后得到高的硬度，提高耐磨性和接触疲劳强度；喷丸处理是提高齿轮表层的压力使表层材料强化，提高抗

27、疲劳能力。7. 铁碳合金中基本相是那些？其机械性能如何？答：铁素体、奥氏体、渗碳体。铁素体：强度、硬度不高，但具有良好的塑性和韧性。奥氏体：硬度较低而塑性较高，易于锻压成型的固溶体，不具有铁磁性。渗碳体：不会发生同素异构转变，但有磁性转变，它在230一下具有弱铁磁性，而在230以上则失去铁磁性，硬度很高，二塑性和韧性几乎为零，脆性极大。8.车床主轴要求轴颈硬度为HRC54-58，其余地方为HRC20-25，其加工路线为：指出：1.主轴应用的材料 45号钢2.正火的目的和大致热处理工艺3.调质目的和大致热处理工艺4.表面淬火目的5.低温回火目的和轴颈表面和心部组织。加工工艺路线为：下料锻造正火机

28、械粗加工调质精加工高频感应淬火+低温回火精磨正火处理可使同批毛坯具有相同的硬度（便于切削加工），并使组织细化，均匀，消除残留应力调质处理的目的是使零件的心部具有足够的强度和韧性，以承受弯曲、扭曲及冲击载荷，并为表面热处理作准备高频感应淬火的目的是提高齿表面的硬度，耐磨性和疲劳强度，以抵抗齿表面的磨损和疲劳破坏低温回火的目的是在保持齿表面高硬度和高耐磨性的条件下消除淬火内应力，防止磨削加工时产生裂纹9.什么是钢的热处理？常用热处理方法有哪些？答：把金属和合金加热到给定温度并保持一段时间，然后用选定的速度和方法使之冷却，以得到所需要的显微组织和性能的操作工艺，称之为热处理。常见热处理的形式很多，如

29、：退火、正火、淬火、回火、调质、时效；此外还有渗碳、渗氮、离子氮化、高频淬火、表面法兰、真空光亮处理等等。10.共析钢加热到相变点以上，用下图的冷却曲线冷却，各应得到什么组织？序号室温组织热处理方法a马氏体直接淬火（单液淬火）b马氏体分级淬火c托氏体+马氏体单液淬火（油）d下贝氏体等温淬火e索氏体或托氏体正火f珠光体完全退火g珠光体等温退火a. 直接（单液淬火） +b. 马氏体分级淬火 马氏体+残余奥氏体c. 未淬透 +贝氏体+马氏体d. 下贝氏体e. 屈氏体f. 退火 索氏体g. 珠光体11.为什么细晶粒钢强度高，塑性、韧性也好？主要是因为晶粒细化之后，与粗晶粒相比，晶粒取向更为均匀，从而避

30、免了过早出现应力集中引起的开裂，提高了韧性12.什么是金属的力学性能，金属的力学性能主要包括哪些方面？金属的力学性能是指金属材料抵抗各种外加载荷的能力，其中包括：弹性和刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧度、断裂韧度及疲劳强度等，它们是衡量材料性能极其重要的指标。13.画出简化的铁碳相图，指出各相区的组织成分，指出图中S、C、E、G点及GS、SE、ECF、PSK线的含义。（15分）S 共析点C 共晶点E 碳在中的最大溶解度G 和同素异构转变点GS 合金冷却时，奥氏体转变为铁素体的开始线SE 碳在奥氏体中的溶解度曲线ECF 共晶线PSK 共析14.根据Fe-Fe3C平衡相图，分析含碳1.0%的碳钢的平

31、衡结晶过程，并写出其室温组织。（10分）平衡结晶过程：单相液体的冷却，匀晶反应L相中析出相（奥氏体A），单相固溶体的冷却，相中析出二次渗碳体，剩余相发生共析反应生成珠光体P室温组织：P+二次渗碳体机械工程材料试题一、名词解释： 35分调质 :对钢材作淬火+高温回火处理，称为调质处理。 碳素钢:含碳量2.11%的铁碳合金。SPCD: 表示冲压用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08Al（13237）优质碳素结构钢。二、填空题：120分按腐蚀过程特点，金属腐蚀可分为 化学腐蚀 _和电化学腐蚀_。2常用力学性能判据有_强度_、_韧性_、_延展性_和_弹性模量_。3.钢中的硫元素引起热脆，磷元素引起冷脆

32、，氢元素引起白点，氮元素引起兰脆。4.铝合金的强化除了热处理强化外，还可以进行固溶时效强化。5.钢在加热过程中产生的过热缺陷可以通过回火热处理来消除。6常用的高分子材料有_塑料_、_橡胶_和_合成纤维_。7铸造铝合金分为_铝铜合金_、_铝镁合金_、_铝硅合金_和_铝锌合金。8合金工具钢是指用于制造各种_刃具_、_模具_和_量具_用钢的总合。9材料渗碳的目的是为了得到_较高的零件表层硬度与耐磨性_。1045钢按用途分类属于_碳素结构钢_。三、判断题： 120分1.( )钢的淬透性主要取决于冷却速度。2. ( )实际的金属晶体都呈各向异性。3. ( )加工硬化、固溶强化均使材料强度、硬度显著提高，

33、塑性、韧性明显降低，故可认为它们有相同的强化机理。4. ( )金属材料、陶瓷材料和高分子材料的本质区别在于它们的化学键不同。5. ( )材料的强度、硬度越高，其塑性、韧性越差。6. ( )调质和正火两种热处理工艺所获得的组织分别为回火索氏体和索氏体，它们的区别在于碳化物的形态差异。7. ()铝合金人工时效比自然时效所获得的硬度高，且效率也高，因此多数情况下采用人工时效。8( )硬质合金可用做刀具材料，模具材料和量具材料。9( )在热处理中变形和开裂都是不可避免的。10( )球墨铸铁是铸铁中力学性能最好的。四、问答题 5945分1、什么是金属的力学性能？金属的力学性能主要包括哪些方面？ 材料在一

34、定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。材料的常规力学性能指标主要包括强度、硬度、塑性和韧性等。2、什么是钢的热处理？常用热处理方法有哪几种？ 通过对钢件作一定条件的加热、保温和冷却，从而改变整体或表层的组织，获得所需的性能。常用热处理方法有：退火、正火、淬火和回火。3、钢按化学成分可分为哪几类？ 钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。其中，碳素钢按含碳量的多少分低碳钢、中碳钢、高碳钢；合金钢按合金元素种类分锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢，按合金元素含量的多少分低合金钢、中合金钢、高合金钢。4、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁在组织上的根本区别是什么？ 四种材料

35、的在组织上的根本区别是铸铁中的石墨的形态不同（形状、大小、数量、分布等），灰铸铁的石墨是片状，球墨铸铁的石墨是球状，可锻铸铁的石墨是团状，蠕墨铸铁的石墨是虫状。5、硬质合金的主要组成是什么？常用硬质合金分哪几类？各有何主要应用？ 硬质合金的主要组成是难熔金属碳化物和粘结金属。常用硬质合金分为钨钴类硬质合金(代号YG)和钨钴钛类硬质合金(代号YT) 两种。YG合金多用于加工产生断续切屑的的脆性材料(如铸铁)，YT合金多用于加工产生连续切屑的韧性材料，特别是高速切削钢件。 工程材料试题一、名词解释题（每题3分，共30分）1、金属化合物；与组成元素晶体结构均不相同的固相2、固溶强化；随溶质含量增加，

36、固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。3、 铁素体；碳在a-Fe中的固溶体4、加工硬化；随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。5、球化退火；将工件加热到Ac1以上3050摄氏度保温一定时间后随炉缓慢冷却至600摄氏度后出炉空冷。6、金属键；金属离子与自由电子之间的较强作用就叫做金属键。7、再结晶；冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程.8、枝晶偏析；在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象。 9、正火；是将工件加热至Ac3或Accm以上3050,保温一段时间后,从炉中取出在空气中冷却的金属热处理工艺。 10、固溶体。合金在固态时组元间会相互溶解，形成一种

37、在某一组元晶格中包含有其他组元的新相，这种新相称为固溶体二、简答题（每题8分，共48分）1、金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？P16l 结晶的基本过程晶核形成与晶核长大结晶时的冷却速度（即过冷度）随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快，同时液体金属中难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率2、手锯锯条、普通螺钉、车床主轴分别用何种碳钢制造？手锯锯条：它要求有较高的硬度和耐磨性，因此用碳素工具钢制造。如T9,T9A,T10,T10A,T11,T11A普通螺钉：它要保证有一定的机械性能，用普通碳素结构钢制造，如Q195,Q21

38、5,Q235车床主轴：它要求有较高的综合机械性能，用优质碳素结构钢，如30，35，40，45，503、金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？1晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性，如纵向的强度和塑性远大于横向等。2晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化，即随着变形量的增加，强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降，3织构现象的产生，即随着变形的发生不仅金属中晶粒会被破碎拉长，而且各晶粒的晶格位向也会沿着变形的方向同时发生转动，转动结果金属中每个晶粒的晶格位向趋于大体一致，产生织构现象，4冷压力加工过程中由于材料各部分的变形不均匀或晶粒内各部分和各晶粒间的变形不均匀，金属内部会形成残余的内应力，

39、这在一般情况下都是不利的，会引起零件尺寸不稳定。4、固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？在结构上：固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而金属间化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成。在性能上：形成固溶体和金属件化合物都能强化合金，但固溶体的强度，硬度比金属间化合物低，塑性，韧性比金属间化合物好，也就是固溶体有更好的综合机械性能。5、实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺

40、陷和面缺陷都会造成晶格畸变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。6、比较退火的状态下的45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性的高低，简述原因。三、综合分析题（共22分）1、（12分）有两个含碳量为1.2%的碳钢薄试样，分别加热到780和860并保温相同时间，使之达到平衡状态，然后以大于VK的冷却速度至室温。试问：（1）哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大？因为860摄氏度加热温度高，加热时形成的奥氏体晶粒粗大，冷却后得到的马氏体晶粒叫粗大（2）哪个温度加热淬火后马氏体含碳量较多？因为加热温度860已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，奥氏

41、体中含碳量增加，而奥氏体向马氏体转变是非扩散型转变，所以冷却后马氏体含碳量较多。（3）哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？因为加热温度860已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，使奥氏体中含碳量增加，降低钢的Ms和Mf点，卒火后残余奥氏体增多。（4）哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少？因为加热温度860已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，因为加热卒火后未溶碳化物较少（5）你认为哪个温度加热淬火后合适？为什么？780加热卒火后合适。因为含碳量为1.2%的碳钢属于过共析钢，过共析碳钢卒火加热温度Ac1+(30_50摄氏度)，而780在这个温度范围内，这时卒火后的组织为均匀而细小的

42、马氏体和颗粒状渗碳体及残余奥氏体的混合组织，使钢具有高的强度，硬度和耐磨性，而且也具有较高的韧性。2、（10分）说明45钢试样（10mm）经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：700，760，840，1100。700：因为它没有达到相变温度，因此没有发生相变，组织为铁素体和珠光体。760：它的加热温度在Ac1_Ac3之间，因此组织为铁素体，马氏体和少量残余奥氏体。840：它的加热温度在Ac3以上，加热时全部转变为奥氏体，冷却后的组织为马氏体和少量残余奥氏体。1100：因为它的加热温度过高，加热时奥氏体晶粒粗化，卒火后得到粗片状马氏体和少量残余奥氏体齿轮：20CrMnTi渗碳钢；C%=

43、0.2%,Cr,Mn,Ti1.5%；渗碳淬火低温回火；组织为回火马氏体。（3分） 连杆：40Cr调质钢；C%=0.4%,Cr1.5%；调质处理（淬火高温回火）；组织为回火索氏体。（2分） 弹簧：65Mn弹簧钢；C%=0.65%,Mn1%,Cr=12%,Mo,V1.5%；淬火低温回火；组织为回火马氏体。（2分） 滚动轴承：GCr15Mo轴承钢；C%1%,Cr=1.5%,Mo1.5%；球化退火淬火低温回火；组织为回火马氏体。（2分） 车刀：W6Mo5Cr4V2高速钢；W%=6%,Mo%=5%,Cr%=4%,V%=2%；淬火560三次回火；组织为回火马氏体碳化物。（3分） 锉刀：T10碳素工具钢；C

44、%1%；淬火低温回火；组织为回火马氏体碳化物。（2分） 热锻模具：5CrMnMo热变形模具钢；C%=0.5%,Cr,Mn,Mo1.5%；淬火高温回火；组织为回火索氏体。（2分） 机床床身：HT300灰口铁；无需热处理。（2分）2007年本科工程材料试题标准答案一、分析题 （分析下列材料强化方法的主要机理）（25分） 1、细晶强化： 金属组织中晶界大量增加 2、弥散强化： 金属组织中第二相细小均匀分布 3、固溶强化：固溶体的晶格畸变 4、二次硬化：包括二次淬火（过冷奥氏体转变成马氏体）和二次相析出（过冷奥氏体和马氏体中析出弥散碳化物）使得材料回火后硬度提高。 5、加工硬化：位错数量急剧增加使得材

45、料强度硬度提高 二、填空题(25分)马氏体是碳在-Fe过饱和固溶体，其形态主要有板条状、针片状 。其中， 针片状马氏体硬度高、塑性差。2、W18Cr4V钢的淬火加热温度为12701280 ，回火加热温度为560 ，回火次数3 ，W的主要作用 提高红硬性 ，Cr的主要作用提高淬透性 ，V的主要作用提高硬度和韧性。3、材料选择的三个主要原则使用性原则， 工艺性原则，经济性原则。4、合金结构钢与碳素结构钢相比，其突出优点是淬透性好，强度高 。5. 在工程图学中,零件的力学性能通常用硬度表示。HBS测量范围是450HBS ，HBW测量范围是650HBW ，HRC测量范围是 2067HRC 。 6. 共

46、析钢淬火形成M+A后，在低温、中温、高温回火后的产物分别为 回火马氏体 ，回火托氏体 ，回火索氏体 。7. 钢在淬火时，钢的淬硬性取决于 碳的质量分数 ，转钢的淬透性取决于合金元素的含量 。8. 45钢正火后渗碳体呈片状，调质处理后渗碳体呈 粒状。三、简答题（10分） 由T12材料制成的丝锥，硬度要求为HRC6064。生产中混入了Q235钢料，如果按T12钢进行淬火低温回火处理，问其中Q235钢制成的丝锥的性能能否达到要求？为什么？ 不能达到要求。 Q235属于普通碳素结构钢，碳的质量分数很低，一般在0、10、17C，按照T12淬火温度淬火（760780），钢中只有少量珠光体转变成马氏体，大量

47、铁素体未发生转变。因此淬火后的硬度很低，不能使用。四、下面材料所属类别，常用热处理工艺和应用实例(15分)材料排号 类别 典型热处理工艺 应用举例QT600 球墨铸铁 等温淬火 高温回火 曲轴 ，齿轮箱 1Cr18Ni9Ti 不锈钢 固溶处理 耐蚀罐体，炉条5CrMnMo 热作模具钢 淬火中温回火 热锻模 热挤压模 65Mn 碳素钢 淬火中温回火 弹簧 发条 GCr15 滚动轴承钢 淬火低温回火 滚珠 套圈 五、分析题（25分）车床主轴要求轴颈部位硬度为5458HRC，其余地方为2025HRC，其加工路线为： 下料 锻造 正火 机加工 调质 机加工（精） 轴颈表面淬火 低温回火 磨加工指出：1

48、、主轴应用的材料：45钢 2、正火的目的，去除应力，细化晶粒 3、调质目的和大致热处理工艺 获得回火索氏体，实现强度、硬度、塑性、韧性良好配合。 加热 820840，保温一段时间，淬入盐水中，随后加热到600回火11、5小 时出炉空冷。 4、表面淬火目的 提高轴颈表面硬度，提高耐磨性。 5、低温回火目的及工艺 消除主轴高频淬火应力和脆性。 一般再回火炉中加热到150180，保温12小时出炉空冷。工程材料试题答案 （15分）名词解释（每小题3分）过冷度 2.正火 3.奥氏体 4.热加工 5.调质处理答案：1.过冷度 理论结晶温度与实际结晶温度之差正火 将钢件加热到Ac3或Accm以上30-50，

49、保温适当时间后在静止的空气中冷却的热处理工艺，称为正火。奥氏体 碳固溶于-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用或A表示。热加工 高于再结晶温度的塑性变形。调质处理 将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。对于上述名词解释,如学生用自己的语言回答,考虑其对概念或名词含义理解程度酌情给分。利用铁碳相图回答下列问题（15分）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：_F+P_ 区：_P_区： P+Fe3C_区：P+ Fe3C+Ld 区：_ Ld_区：_Fe3C+LdA点：_0_ E点：_2.14%_ C点：_4.3%_S点：_0.8%_ P点：_0.0

50、2%_ K点：_6.69%_ 计算室温下含碳0.6%的钢中珠光体和铁素体各占多少？说明含碳量1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢的硬度高。答：(1) 空格中斜体部分为答案。（6分，每空格0.5分）（2）（5分）由杠杆定律得：室温下含碳0.6%的钢中珠光体为：（0.6-0.02）/（0.8-0.02）*100%=74.4室温下含碳0.6%的钢中铁素体为：100%-74.4%=25.6%（3）含碳量1.0%的钢中含有硬度高的渗碳体，而含碳量为0.5%的含有较硬度较低的铁素体，故含碳量1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢的硬度高。（4分）三、简答（24分）（每小题4分）1.在铸造生产中，采用哪些措施获得

51、细晶粒组织？2.说明实际金属晶体缺陷种类及特征。 3.石墨的形态对铸铁都有哪些影响？4.常见的热处理方法有哪些？5.什么是铝合金的固溶处理和时效处理。6.回火的目的是什么，常用的回火操作有哪几种？ 答案：1.在铸造生产中，采用哪些措施获得细晶粒组织？答：(1) 增加过冷度（2）进行变质处理 (3) 附加振动2.说明实际金属晶体缺陷种类及特征。答：根据晶体缺陷的几何尺寸大小可分为三类：点缺陷，线缺陷，面缺陷。点缺陷的主要类型有空位和间隙原子。晶体中的线缺陷就是位错。面缺陷包括晶界、亚晶界和孪晶界。简述石墨形态对铸铁的影响？答：根据铸铁中石墨形态,铸铁可分为: (1)灰铸铁它是以片状石墨形式存在。

52、(2)球墨铸铁它是铁液经过球化处理,使石墨呈球状的铸铁。(3)可锻铸铁它是白口铸铁通过可锻化退火,使石墨呈团絮状的铸铁灰铸铁的抗拉强度和塑性就越低。球墨铸铁中石墨呈球状使球墨铸铁的抗拉强度、塑性和韧性、疲劳强度不仅高于其它铸铁,而且可以与相应组织的铸钢相比。可锻铸铁的石墨呈团絮状，因此它不但比普通灰铸铁具有较高强度，而且有较高的塑性和韧性。4.常见的热处理方法有哪些？答：退火、正火、淬火、回火、表面热处理、化学热处理。5.什么是铝合金的固溶处理和时效处理。答：当铝合金加热到相区,保温后在水中快冷,其强度和硬度并没有明显升高,而塑性却得到改善,这种热处理称为固溶处理。固溶处理后铝合金的强度和硬度

53、随时间而发生显著提高的现象,称为时效处理。6.回火的目的是什么，常用的回火操作有哪几种？答：回火的目的：1 获得工件所需的组织。2 稳定尺寸。3消除淬火内应力。回火的种类：低温回火；中温回火；高温回火对于上述简答,如学生用自己的语言回答,考虑其对含义理解程度酌情给分。四、指出下列金属材料的类别（12分） （每空格0.5分）(1)H68黄铜(2)W18Cr4V 高速钢(3)Q235-A.F普通碳钢(4)1Cr18Ni9Ti不锈钢(5)GCr15滚动轴承钢(6)QT600-02球墨铸铁(7)45优质碳素结构钢(8)HT200灰口铸铁(9)55Si2Mn合金弹簧钢(10)KTH350-06可锻铸铁(

54、11)T10A优质碳素工具钢(12)40Cr合金调质钢(13)20优质碳素结构钢(14)ChSnSb11-6轴承合金(15)Q235C普通碳钢(16)QSn4-3锡青铜(17)QAl7铝青铜(17)08优质碳素结构钢(19)T12碳素工具钢(20)Y30易切削钢(21)HT150灰口铸铁(22)35优质碳素结构钢(23)16Mn低合金结构钢(24)20Cr合金渗碳钢答案：表格中斜体部分为答案, 上述填空如果按大类回答酌情给分。五、综合应用题（14分）（每小题7分）(1) 某机床主轴选用45钢锻造毛坯,要求有良好的综合机械性能且轴径部分要耐磨(HRC 50-55),试为其编写简明的工艺路线，并说

55、明各热处理工序的作用。(2) 一批45钢小轴因组织不均匀，需采用退火处理。拟采用以下几种退火工艺：缓慢加热至700，经长时间保温后随炉冷至室温；缓慢加热至840，经长时间保温后随炉冷至室温；缓慢加热至1100，经长时间保温后随炉冷至室温； 试说明上述三种工艺会导致小轴组织发生何变化？若要得到大小均匀的细小晶粒，选何种工艺最合适？答案：主轴的工艺路线：下料锻造正火粗加工调质半精、精加工表面淬火、低温回火精加工。正火处理是为了得到合适的硬度，以便机械加工，同时为调质处理做好组织准备。调质处理是为了使主轴得到高的综合机械性能和疲劳强度，为了更好地发挥调质效果，将它安排在粗加工后进行。表面淬火是为了使

56、轴径部分得到所需硬度，以保证装配精度和不易磨损。(2) 缓慢加热至700，经长时间保温后随炉冷至室温，小轴的组织无变化。缓慢加热至840，经长时间保温后随炉冷至室温，小轴的晶粒得到细化且比较均匀。缓慢加热至1100，经长时间保温后随炉冷至室温，由于加热温度高、加热时间长，会使奥氏体晶粒粗化。所以，为了要得到大小均匀的细小晶粒，选用第二种方法，即缓慢加热至840，经长时间保温后随炉冷至室温。2007 2008 学年第2学期工程材料课程期末考试试卷（A卷）答案本试卷共 六 道大题，满分100 分。填空题（本大题20分，每空1分） 1、共晶转变和共析转变的产物都属于 两 相混合物。2、塑性变形后的金

57、属经加热将发生回复、 再结晶 、晶粒长大的变化。3、共析钢的含碳量为 0.77 。4、Q235钢的含义是为屈服点数值（屈服强度）为235MPa的碳素结构钢 。5、单晶体塑性变形中滑移的实质是 在切应力作用下，位错沿滑移面的运动 。6、体心立方晶格的致密度为 68 。7、根据钢的成分、退火的工艺与目的不同，退火常分为 完全退火 、 等温退火 、均匀化退火 、 球化退火 、去应力退火 等几种。8、钢在奥氏体化后，冷却的方式通常有 等温冷却 和 连续冷却 两种。9、在铁碳合金的室温平衡组织中，强度最高的合金含碳量约为 0.9 %。10、工具钢按用途可分为 刃具钢 钢、 模具钢 钢、 量具钢 钢。11

58、、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。二、判断题（本大题10分，每小题1分） （在括号里正确的划“”，错误的划“”）1、单晶体具有各向同性，多晶体具有各向异性。 （ ）2、物质从液体状态转变为固体状态的过程称为结晶。 （ ）3、共晶转变是在恒温下进行的。 （ ）4、铁素体是碳溶解在-Fe中所形成的间隙固溶体。 （ ）5、热处理选用的钢一般为本质细晶粒钢。 （ ）6、热处理的加热，其目的是使钢件获得表层和心部温度均匀一致。 （ ） 7、弹簧在热处理后再进行喷丸处理，目的是在表面形成残余压应力。 （ ）8、熔点为232的锡在室温下的塑性变形是冷加工。 （ ）9、金属

59、结晶时，冷却速度愈大，则结晶后金属的晶粒愈粗大。 （ ） 10、铸铁经过热处理，改变了基体和石墨形态，从而提高了性能。 （ ）三、单选题（本大题20分，每小题1分） （不选、错选或多选答案者，该小题不得分) 1、在晶体缺陷中，属于面缺陷的有 。 （） 间隙原子 位错 晶界 2、建立相图时采用的冷却速度应为 。 （） 快速 中速 极缓慢3、在发生共晶转变L+时，L、三相的成分为 。 （） 相同 确定不变 不断变化4、对板料进行多次拉伸时，为了消除形变强化，中途应进行 。 （） 完全退火 再结晶退火 正火 5、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 。 （）随炉冷却 在油中

60、冷却 在空气中冷却 6、合金固溶强化的基本原因是 。 （）晶粒变细 晶格发生畸变 晶格类型发生了改变7、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 。 （） Mn,P Mn,Ti Ti,V8、分级淬火的目的是 。 （） 使工件在介质停留期间完成组织转变 使工件内外温差较为均匀并减小工件与介质间的温差 使奥氏体成分趋于均匀9、一个合金的室温组织为+二次+(+)，它由 组成。 （)二相 三相 四相10、制造普通螺母的钢应选用 。 （） Q235 65Mn T1211、渗碳体的性能特点是 。 （） 强度和硬度不高，塑性良好 硬度高，极脆，塑性几乎等于零 强度较高，硬度