机械工程材料期末试题含答案.doc

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1、机械工程材料模拟练习题一、填空题（每空0.5分）1. 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。2. 金属材料的力学性能主要包括强度、硬度、弹性、塑性等；强度的主要判据有屈服强度和抗拉强度，强度和塑性可以用拉伸试验来测定；压入法测量方法简便、不破坏试样，并且能综合反映其它性能，在生产中最常用。3. 铁碳合金在室温下平衡组织组成物的基本相是铁素体和渗碳体，随着碳的质量分数的增加，渗碳体相的相对量增多，铁素体相的相对量却减少。4. 珠光体是一种复相组织，它由铁素体和渗碳体按一定比例组成。珠光体用符号P表示。5. 铁碳合金中，共析钢的wc=0.77%,室温平衡组织为珠光体；亚共析钢的w

2、c=0.0218%-0.77%，室温平衡组织为铁素体和珠光体；过共析钢的wc=0.77%-2.11%,室温平衡组织为珠光体和二次渗碳体。6. 铁碳合金结晶过程中，从液体中析出的渗碳体称为一次渗碳体；从奥氏体中析出的渗碳体称为二次渗碳体；从铁素体中析出的渗碳体称为三次渗碳体。7. 低碳钢的碳质量分数范围是：Wc0.25%、中碳钢：Wc=0.25%-0.6%、高碳钢：Wc0.6%。8. 金属的晶粒越细，强度、硬度越高，塑性、韧性越好。实际生产中可通过增加过冷度、变质处理和附加振动来细化晶粒。9. 常用金属中，-Fe、Al、Cu 等金属具有面心立方晶格，-Fe具有体心立方晶格。10. 金属的结晶是在

3、过冷的情况下结晶的,冷却速度越快,过冷度越大，金属结晶后的晶粒越细小,力学性能越好。11. 钢的热处理工艺是由（加热）、（保温）和（冷却）三个步骤组成的；热处理基本不改变钢件的（形状和尺寸），只能改变钢件的（结构组织）和（力学性能）。12. 完全退火适用于（亚共析碳）钢，其加热温度为（Ac3以上30-50C），冷却速度（缓慢），得到（铁素体和珠光体）组织。13. 球化退火又称为（均匀化）退火，其加热温度在（Ac1）20-30，保温后（随炉缓慢）冷却，获得（球状珠光体）组织；这种退火常用于高碳工具钢等。14. 中碳钢淬火后，再经低温回火后的组织为（回火马氏体），经中温回火后的组织为（回火托氏体）

4、，经高温回火后的组织为（回火索氏体）；淬火高温回火后具有（综合力学）性能。15. 钢的高温回火的温度范围在（500-650C），回火后的组织为（回火索氏体）。这里开始！16. 按化学成份分类， 就含碳量而言， 渗碳钢属低碳钢, 调质钢属中碳钢, 滚动轴承钢属高碳钢。17. 高速钢W18Cr4V 中合金元素W 的作用是提高钢的红硬性和回火稳定性； Cr 的作用是提高钢的淬透性；V 的作用是与C形成稳定的VC，具有极高的硬度和耐磨性。 高速钢的锻造不仅是为了成型, 而且是为了使莱氏体中呈粗大鱼骨状的共晶合金碳化物均匀分布在基体上。 高速钢淬火后需经560三次回火， 回火后其组织由隐针马氏体、粒状碳

5、化物及少量残余奥氏体构成， 其性能具有高硬度 、高强度、高耐磨性。18. 按用途分，合金钢可分为（合金结构）钢、（合金工具）钢、（特殊性能）钢。19. 40Cr钢中铬的平均含量约为（Wcr0.5%时为Mn+A过共析钢淬火温度为Ac1+3050C，温度高于Accm，则奥氏体晶粒粗大，含碳量高，淬火后马氏体晶体粗大，A%增大，硬度、耐磨性下降，脆性、变形裂开倾向增加。组织物为M+Fe3（颗粒+A，这种组织不仅具有高强度、高耐磨性3. 晶粒大小对金属的性能有什么影响？细化晶粒的方法有哪几种？常温下，晶粒越细，晶界面积越大，因而金属的强度、硬度越高，同时塑性、韧性也好高温下，晶界呈粘滞状态，在协助作用

6、下易产生滑动，因而细晶粒无益，但晶粒太粗易产生应力集中，因而高温下晶粒过大过小都不好方法：1：增大过冷度 2：变质处理 3：附加振动4. 为什么一般情况下亚共析钢采用完全（奥氏体化）淬火，过共析钢采用不完全淬火？1：亚共析钢才用完全淬火是因为如果加热温度过低（Ac3），在淬火钢中将出现铁素体组织，造成淬火硬度不足，如果加热温度过高（Ac3），将引起奥氏体晶粒粗大，淬火后得到粗大的马氏体组织，韧性降低2：过共析钢才用不完全淬火是因为如果加热温度高于Acm，则奥氏体晶粒粗大，含碳量高，淬火后马氏体晶粒粗大，残余奥氏体增多，使刚硬度、耐磨性下降，脆性变形裂开倾向增加5. 为减少钢件的淬火变形、防止开

7、裂，从淬火方法上应采取哪些措施？选择合适的淬火方法可以在获得所要求的淬火组织和性能条件下，尽量减小淬火应力，从而减小工件变形和开裂的倾向措施：单液淬火法，双液淬火法，分级淬火法，等温淬火法，局部淬火法，冷处理6. 45钢（Ac1=730, Ac3=780）分别加热至760，830，1040 时的组织以及在水中冷却后的组织。 7. . 45（Ac1=730, Ac3=780）钢制造的连杆，要求具有良好的综合机械性能，试确定淬火、回火加热温度及淬火、回火后的组织。 淬火温度：810-830C 高温回火：500-650C 淬火组织：M 回火组织：回火索氏体 8. 试说明下列合金钢的名称及其主要用途。

8、W18Cr4V、1Cr18Ni9Ti高速钢，是合金工具钢中的重要钢种奥氏体不锈钢，用于化工设备和管道9. 指出普通灰口铸铁与球墨铸铁在石墨形态、机械性能和应用方面的主要区别。石墨形态：前者为片层状，后者为球状球墨铸铁与灰铸铁相比，有高的强度和良好的塑性和韧性，屈服点比碳素结构钢高，疲劳强度接近中碳钢，同时，它具有灰铸铁的减震性，减磨性和小的缺口敏感性等优良性能，球墨铸铁中的石墨球的圆管度越好，球径越小，分布约均匀，则球墨铸铁的力学性能就越好（高强度，塑性、韧性好）10. 拟用T10制造形状简单的车刀，工艺路线为：锻造热处理机加工热处理磨加工（1） 试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作

9、用；（2） 指出最终热处理后的显微组织及大致硬度；（3） 制定最终热处理工艺规定（温度、冷却介质）1：锻造：自由锻 热处理：退火，改善切削性能 机加工：切削 热处理：淬火，增加硬度及耐磨性，低温回火，细小的马氏体减少淬火应力，防止裂纹磨加工:锉削2：细小回火马氏体，粒状合金碳化物，少量的残余奥氏体3：温度：Ac1+30-50C，冷却介质为油（空气、水选一）11. 下图为T8钢的等温转变曲线（C曲线），若使该钢在620进行等温转变，并经不同时间等温后，按图中1、2、3速度冷至室温，试问各获得什么组织？ A1 700 550 Ms 1 2 3 Mf1：M+残余A 2：残余A+M+S 3：M+S12

10、. 何谓再结晶？它对工件的性能有何影响？ 金属的组织和性能又重新回到冷却变形前的状态，而且结晶出的经历与变形前完全一样，成为再结晶过程。影响：强度、硬度降低，塑性、韧性升高，消除了加工硬化工程材料试题一、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，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

11、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

12、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,Q215,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

13、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，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

14、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8

15、60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

16、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

17、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%=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

18、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%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

19、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料强度硬度提高 二、填空题(25分)1、 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

20、 ，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

21、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

22、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、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

23、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 一、 （15分）名词解释（每小题3分）1. 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2. 正火 将钢件加热到Ac3或Accm以上30-50，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。3. 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。4. 热加工 高于再结晶温度的塑性变形。5. 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

24、回答,考虑其对概念或名词含义理解程度酌情给分。二、 利用铁碳相图回答下列问题（15分）（1） 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：_0.02%_ K点：_6.69%_ （2） 计算室温下含碳0.6%的钢中珠光体和铁素体各占多少？（3） 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

25、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

26、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。2. 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。(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

27、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

28、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(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