机械工程材料复习题及参考答案.pdf

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1、中南大学现代远程教育课程考试复习题及参考答案 机械工程材料 一、判断： 1、奥氏体与渗碳体均为面心立方晶格。 ( ) 2、与是亚共析钢中室温时的主要组成相。 ( ) 3、金属的加工硬化是指金属在塑性变形后强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。 ( ) 4、钢淬火时的冷却速度越快，马氏体的硬度越高。 ( ) 5、合金中，一个晶粒内的成分不均匀现象称枝晶偏析。 ( ) 6、一种合金的室温组织为+（+） ，它由三相组成。（） 7、当把亚共析钢加热到Ac1 和 Ac3 之间的温度时，将获得由铁素体和奥氏体构成的两相组织， 在平衡条件下，其中奥氏体的碳含量总是大于钢的碳含量。（） 8、在铁碳合金平衡结晶

2、过程中只有成分为4.3%C的铁碳合金才能发生共晶反应。（） 9、20 钢比 T12 钢的碳含量要高。（） 10、再结晶能够消除加工硬化效果，是一种软化过程。（） 11、过共析钢中，网状渗碳体的存在使钢的硬度和塑性均上升。（） 12、正火是将钢件加热至完全奥氏体化后空冷的热处理工艺。（） 13、65Mn是合金调质结构钢。（） 14、回火索氏体的性能明显优于奥氏体等温冷却直接所得到的片层状索氏体的性能。（） 15、T10A和 60 号钢均属于高碳钢。（） 16、晶体缺陷的共同之处是它们都能引起晶格畸变。（） 17、位错是实际金属晶体的一种面缺陷。（） 18、体心立方晶格的致密度为74% 。（） 1

3、9、塑性变形指的是外载荷撤销后变形不能恢复的变形。（） 20、当过冷度较大时，纯金属晶体主要以平面状方式长大。（） 21、室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越好。（） 22、一般来说，钢的强度高于铸铁的强度。（） 23、65Mn的淬透性比65 号钢的淬透性差。（） 24、从 C曲线中分析可知，共析钢的过冷奥氏体在A1-550的范围内发生贝氏体转变。（） 25、共析反应就是在某一温度时，从一种固相中同时结晶析出两种不同的固相。（） 26、包晶偏析可以通过回火的热处理方法消除。（） 27、所谓本质细晶粒钢就是一种在任何加热条件下晶粒均不发生粗化的钢。（） 28、一个合金的室温组织为+（+） ，

4、它由两相组成。（） 29、过冷奥氏体转变为马氏体是一种扩散型转变。（） 30、60 钢比 T12 钢的碳含量要高。（） 31、标识为 100HBS的材料硬度大于标识为60HRC 的材料硬度。（） 32、马氏体是碳在-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。（） 33、再结晶过程是有晶格类型变化的结晶过程。（） 34、当亚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。（） 35、贝氏体是过冷奥氏体中温转变产物, 在转变过程中 , 碳原子能进行扩散, 而铁原子不能进 行扩散。（） 36、不论碳含量高低，马氏体的硬度都很高，脆性都很大。（） 37、高合金钢

5、既具有良好的淬透性，也具有良好的淬硬性。（） 38、经退火后再高温回火的钢，能得到回火马氏体组织，具有良好的综合机械性能。（） 39、热加工是指在室温以上的塑性变形加工。（） 40、在正常加热淬火条件下，亚共析钢的淬透性随碳的增高而增大，过共析钢的淬透性随碳 的增高而减小。（） 二、填空题： 1、铁素体的晶体结构为；奥氏体的晶体结构为。 2、细化晶粒可以通过 _和_两种途径实现。3、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；而 把金属从一种固态晶体结构过渡为另一种固态晶体结构的转变称为 _ 。 4、 共 析 成 分 的 铁 碳 合 金 室 温 平 衡 组 织 是， 其 组 成 相

6、 是 _ 和。 5 、 典 型 铸 锭 结 构 的 三 个 晶 区 分 别 为：、。 6、金属晶体中最主要的面缺陷是和。 7、用显微镜观察某亚共析钢，若估算其中的珠光体含量为80% ，则此钢的碳含量为。 8、金属材料热加工和冷加工划分是以再结晶温度为界限的。已知铁的T再=600，铅的T再=-33， 那么在室温下，铁的变形加工称为加工，铅的变形加工称为加工。 9、钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越向（填“左或右” ） 。 10、HT200牌号中“ HT”表示，数字” 200”表示。 11、用光学显微镜观察，上贝氏体的组织特征呈状，而下贝氏体则呈状。 12、金属凝固时，与之间的差值称为过冷度，冷却

7、速度愈大，凝固时过冷度就 愈。 13、奥氏体是 _ 的间隙固溶体，马氏体是_ _的过饱和固溶体。 14、合金钢的 _比碳钢大，其原因是大部分合金元素都使钢的临界冷却速度_。 15、按碳的质量分数对碳钢进行分类，可分为、三类。 16、QT600-3 牌号中“ QT ”表示，数字” 600”表示 ,”3”表示。 17、用光学显微镜观察，根据含碳量的多少，马氏体的组织特征有状，和状 其中的力学性能要好。 18、衡量金属材料的塑性好坏有和两个参数。 19、渗碳体是 _ 的间隙化合物，珠光体的本质是_ _ 。 20、铸铁中的石墨有球状、团絮状和_、_ _等四种。 21、共晶成分的铁碳合金室温平衡组织是，

8、其组成相是和。 三、单项选择： 1、制造弹簧应选用：（） A.T12 钢经淬火和低温回火 B.Cr12MoV钢经淬火和低温回火 C.65 钢经淬火后中温回火 2、为消除 T12 钢中的网状碳化物, 选用的热处理为。（） A.球化退火 B.正火 C.调质处理 D.回火 3、奥氏体向珠光体的转变是（） A.非扩散型转变 B.扩散型转变 C.半扩散型转变 4、钢经调质处理后获得的组织是（） A.回火马氏体； B.回火屈氏体； C.回火索氏体。 5、淬硬性好的钢（） A.具有高的合金元素含量 B.具有高的碳含量；C.具有低的碳含量。 6、制造手用锯条应选用（） A.T12钢经淬火和低温回火； B.Cr

9、12MoV钢经淬火和低温回火； C.65钢经淬火后中温回火。 7、固溶体的晶体结构与相同。（） A.溶质 B.溶剂 C.不同于溶剂和溶质的其它晶型 D.a、b、c 都有可能 8、T10 钢的含碳量为（） A.0.10% B.10.0% C.1.0% D.0.01% 9、钢的回火处理是在：（） A 退火后进行；B正火后进行；C淬火后进行。 10、若合金元素能使C曲线右移，钢的淬透性将：（） A降低； B提高； C不改变。 11、挖掘机的挖斗要求表面具有高耐磨性和高的疲劳强度，最好应选用：（） A.20CrMnMo B.65Mn C.ZGMn13 D.T8 12、铁碳合金中，随着碳质量百分数的增加

10、，硬度增加，强度。（） a. 增加 b.减小 c.不变 d.不确定 13、铁素体的机械性能特点是：（） a. 低塑性、高强度 b.高塑性、高强度 c. 高塑性、低强度 d.低塑性、低强度 14、钢经低温回火处理后获得的组织是：（） a回火马氏体； b回火屈氏体； c回火索氏体。 15、0Cr18Ni9Ti不锈钢中的含Cr 量为：（） a0.18%； b1.8%； c18% 。 、共析钢过冷奥氏体在350-Ms 的温度区间等温转变时，所形成的组织是：（） a索氏体； b 下贝氏体； c 上贝氏体； d 珠光体。 四、名词解释题 1、固溶强化： 2、热硬性（红硬性） ： 3、调质处理： 4、加工硬

11、化： 5、马氏体： 6、变质处理： 7、冷加工： 8、相： 9、残余奥氏体： 10、本质晶粒度： 11、固溶体： 12、淬硬性： 13、奥氏体： 14、铁素体： 15、同素异构转变： 五、材料判别： 已知下列十种金属材料的牌号（或钢号、代号）请填写到对应的十个名称空格中（可填序号）： 1、40Cr 2、Cr12MoV 3、16M n 4、1Cr18Ni9Ti 5、5CrNiMo 6、ZG45 7、65 8、H62 9、HT200 10、ZL107 a、低合金结构钢 b、铸造铝合金 c、灰口铸铁 d、碳素铸钢 e、弹簧钢 f、黄铜 g、冷模具钢 h、热模具钢 i、调质钢 j、不锈钢 六、铁碳合金

12、状态图 第 1 题 (1)在坐标图上填写状态左下角的全部内容； (2)分析 T10A碳钢自 1000缓冷至常温的组织转变过程； (3)绘出该钢常温下平衡显微组织示意图； (4)计算该钢平衡组织中渗碳体与珠光体的相对量。 1000 800 600 400 200 2.11 C% T10A钢平衡显微组织示意图 第 2. 题 (1)在坐标图上填写状态左下角的全部内容； (2) 分析含碳0.45%的碳钢自1000缓冷至常温的组织转变过程； (3) 绘出该钢常温下平衡显微组织示意图； (4) 计算该钢平衡组织中铁素体与珠光体的相对量。 (5) 试比较 45 钢和 T12 钢的机械性能差别并说明原因。 1

13、000 800 600 400 200 2.11 C% 45钢平衡显微组织示意图 七、简答题： 1、某汽车重负荷齿轮选用合金渗碳钢20CrMnMo材料制作，其工艺路线如下： 下料锻造热处理切削加工热处理热处理热处理喷丸磨削加工。 试分别说明上述四项热处理工艺的名称、目的及热处理后的组织。 2、试各举出一类钢材，说明通过热处理方法，可在室温下得到下列组织： 粒状珠光体针状马氏体回火索氏体回火马氏体 3、奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体有何异同？ 4、下列零件或工具用何种碳钢制造，说出其名称、至少一个钢号以及其热处理方法：手锯 锯条、普通螺钉、车床主轴、弹簧钢。5、用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件进入

14、热处理炉，并随 工件一起加热到1000保温，当出炉后再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，试分析其原因。 6、如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下铸件晶粒的大小： 1）金属模浇注与砂型浇注； 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。 7、何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?试比较这三种反应的异同点。 8、以共析钢为例，说明过冷奥氏体在高温（A1550） 、中温（ 550 Ms） 、低温 (Ms 以下 ) 三个温 度阶段等温转变时，转变的组织及性能特点。 9、对某退火碳素钢进行金相分析，其组织为珠光体+渗碳体（网状） ，其中珠光体占 93% ，问此碳钢

15、的含碳量大约为多少？ 10、在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？ 11、珠光体类型组织有哪几种？它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点？ 12、指出下列名词的主要区别： 1）弹性变形与塑性变形； 2）韧性断裂与脆性断裂； 3）加工硬化与变质处理； 4）热脆与冷脆。 13、为什么细晶粒钢强度高，塑性、韧性也好？ 参考答案 一、判断：（对的打，错的打） 1-10 、 11-20 、 21-30 、 31-40 、 二、填空题：请把答案填在题中横线上。 1、体心立方，面心立方；2、增大过冷度、加入变质剂；3、结晶、同素异构转变；4、珠光体、铁素体、 渗碳体； 5、表面细晶粒区、中间柱状晶区、

16、内部粗大等轴晶；6、晶界和亚晶界；7、62% ；8、冷、热； 9、 右； 10、灰口铸铁、最低抗拉强度；11、羽毛状、针状；12、理论结晶温度、实际结晶温度、大；13、C 在-Fe 、C在-Fe ；14、淬透性、降低；15、低碳钢、中碳钢、高碳钢；16、球墨铸铁、最低抗拉强度、 延伸率； 17、板条状、针状、板条状；18、伸长率、断面收缩率；19、Fe和 C具有复杂结构、铁素体和渗 碳体的机械混合物；20、片状、蠕虫状；21、莱氏体、奥氏体、渗碳体。 三、单项选择： 1-10 、cabcb,abccb, 11-16 、cdcacb。 四、名词解释题： 1、固溶强化：在合金中，随溶质原子的加入发

17、生晶格畸变，形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象。 2、热硬性（红硬性） ：钢在高温下保持高硬度的能力。 3、调质处理：淬火加高温回火。 4、加工硬化：金属塑性变形时，随变形度的增加，强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象。 5、马氏体：碳原子在-Fe 中的过饱和固溶体。 6、变质处理：在液体金属中加入孕育剂或变质剂，以细化晶粒和改善组织的处理方法。 7、冷加工：在再结晶温度以下的塑性变形加工方式。 8、相：化学成分相同，晶体结构相同并有界面与其他部分分开的均匀组成部分。 9、残余奥氏体：过冷奥氏体向马氏体转变时，马氏体转变结束后剩余的奥氏体。 10、本质晶粒度：根据标准试验方法，在93010保

18、温足够时间（3-8 小时）后测定的钢中晶粒的大小。 11、固溶体：合金的组元之间以不同的比例混合，混合后形成的固相的晶格结构与组成合金的某一组元的 相同，这种相称为固溶体。 12、淬硬性：钢在淬火后获得马氏体的最高硬度。 13、奥氏体：奥氏体是碳在 Fe 中形成的间隙固溶体，面心立方晶格。 14、铁素体：铁素体是碳在Fe中形成的间隙固溶体，为体心立方晶格。 15、同素异构转变：由于条件（温度或压力）变化引起金属晶体结构的转变，称同素异构转变。 五、材料判别： a-3 ； b-10 ； c-9 ； d-6 ； e-7 ； f-8 ； g-2 ； h-5 ； i-1 j-4 。 六、铁碳合金状态图

19、 第 1 题 答题要点： 解 1： 解 2： T10A为过共析钢，在1000时其组织为A ，冷却下来遇到Acm线时开始析出Fe3C，继续冷却到共析 线时，开始发生共析转变，在共析线以下，其组织为P 和 Fe3C自 1000缓冷至常温的组织转变过程如 下图所示。 解 3：T10A 钢平衡显微组织示意图。 解 4：该钢平衡组织为Fe3C和珠光体P，其相对量可利用杠杆定律求得，为： 669 1 P(%) = 100%=96% 6.69-0.77 Fe3C(%)= 1 96%=4% 第 2 题 答题要点： 解 1： 解 2： 45 号钢为亚共析钢， 在 1000时其组织为A， 冷却下来遇到GS线时开始

20、析出F继续冷却到共析线时， 开始发生共析转变，在共析线以下，其组织为P和 F。 解 3：45 号钢平衡显微组织示意图。 解 4：该钢平衡组织为F 和珠光体P，其相对量可利用杠杆定律求得，为： 0.45 0.0218 P(%) = 100%=58% 0.77-0.0218 F(%)= 1 58%=42% 解 5：45 号钢的含碳量为0.45%。T12 钢的含碳量为1.2%，随含碳量的增加，硬度升高，塑性，韧性下降。 所以 T12 钢的硬度高于45 号钢，塑性，韧性差于45 号钢。由于T2 钢存在网状的二次渗碳体，所以强度 不如 45 号钢。 七、简答题： 1、答题要点： 1）正火的目的：使网状碳

21、化物分解；细化晶粒使组织正常化；消除应力。 正火后的组织：索氏体。 2）渗碳的目的：提高工件表面含碳浓度，经过淬火和回火处理，从而提高表面的硬度、耐磨性和疲劳强 度，使心部保持良好的塑性和韧性。 渗碳不改变组织 3）淬火加热的理论温度：Ac1 以上 30-50 。 淬火后的组织：淬火马氏体+残余奥氏体。 4）低温回火的目的是消除淬火应力和提高韧性； 低温回火后的组织：回火马氏体。 2、答题要点：液体金属中加入孕育剂或变质剂，以细化晶粒和改善组织的处理方法。 粒状珠光体： T12A等过共析钢，球化退火 针状马氏体： 65 等高碳钢，淬火 回火索氏体： 45 等调质钢，调质处理 回火马氏体： T1

22、0 等工具钢，淬火+低温回火 3、答题要点：都是一种奥氏体， 奥氏体 : 碳在 Fe 中形成的间隙固溶体. 过冷奥氏体 : 处于临界点以下的不稳定的将要发生分解的奥氏体称为过冷奥氏体。 残余奥氏体：M转变结束后剩余的奥氏体。 4、答题要点： 手锯锯条采用碳素工具钢制造，如T10A，采用淬火 +低温回火 普通螺钉用普通碳素结构钢制造，如Q235，在热轧状态下使用 普通弹簧采用弹簧钢制造，如65Mn, 采用淬火 +中温回火 车床主轴中碳调质钢制造，如45，采用调质处理 5、答题要点： 冷拉钢丝绳是利用加工硬化效应提高其强度的，在这种状态下的钢丝中晶体缺陷密度增大，强度增加， 处于加工硬化状态。在1

23、000时保温，钢丝将发生回复、再结晶和晶粒长大过程，组织和结构恢复到软化 状态。在这一系列变化中，冷拉钢丝的加工硬化效果将消失，强度下降，在再次起吊时，钢丝将被拉长， 发生塑性变形，横截面积减小，强度将比保温前低，所以发生断裂。 6、答题要点： 金属模浇注比砂型浇注晶粒细小； 变质处理晶粒细小； 铸成薄件的晶粒细小； 浇注时采用震动的晶粒较细小。 7、答题要点： 共晶反应：指一定成分的液体合金，在一定温度下，同时结晶出成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。 包晶反应：指一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另外一种固相的反应过程。 共析反应：由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解成两个

24、新的，具有一定晶体结构的固相的 反应。 共同点：反应都是在恒温下发生，反应物和产物都是具有特定成分的相，都处于三相平衡状态。 不同点：共晶反应是一种液相在恒温下生成两种固相的反应；共析反应是一种固相在恒温下生成两种固相 的反应；而包晶反应是一种液相与一种固相在恒温下生成另一种固相的反应。 8、答题要点：高温转变组织为珠光体类组织，珠光体为铁素体和渗碳体相间的片层状组织，随转变温度 的降低片层间距减小，分别生成P、S、T, 这三种组织的片层粗细不同，片层越细，强度硬度越高； 中温转变产物为B,B 是含碳过饱和的铁素体与渗碳体的非片层状混合物，按组织形态的不同分为上贝 氏体和下贝氏体，下贝氏体的强

25、度硬度高于上贝氏体，塑韧性也较上贝氏体要好。 低温转变产物为马氏体，马氏体是含有大量过饱和碳的固溶体， 马氏体分为板条马氏体和片状马氏 体，片状马氏体强度硬度很高但很脆，板条马氏体强度硬度高而塑韧性也较好。 9、答题要点：属于过共析钢。 Wp=93% =(6.69- WC)/(6.69-0.77)*100% 则： WC=1.18% 10、答题要点： 采用的方法：增大过冷度，钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速度的方法来控制晶粒大小。 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质 点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒。 机械振动

26、。 搅拌方式。 11、答题要点： （1）三种。分别是珠光体、索氏体和屈氏体。 （2）珠光体是过冷奥氏体在550以上等温停留时发生转变，它是由铁素体和渗碳体组 成的片层相间的组织。索氏体是在650600温度范围内形成层片较细的珠光体。屈 氏体是在600550温度范围内形成片层极细的珠光体。珠光体片间距愈小，相界面 积愈大，强化作用愈大，因而强度和硬度升高，同时，由于此时渗碳体片较薄，易随铁 素体一起变形而不脆断，因此细片珠光体又具有较好的韧性和塑性。 12. 答题要点： 1）在外力的作用下产生变形，当外力拆去后前者可恢复原来的形状及尺寸，而后者却不能。 2）前者在断裂前产生了大量的塑性变形；且在

27、正应力的作用下，金属晶体常发生脆性断裂；在切应力的 作用下，则发生韧性断裂。 3）前者是由于变形使强度硬度提高，而塑性韧性降低，后者使晶粒细化，使强度硬度提高，且塑性韧性 增加。 4）热脆： S在钢中以FeS形成存在， FeS会与 Fe 形成低熔点共晶，当钢材在10001200压力加工时， 会沿着这些低熔点共晶体的边界开裂，钢材将变得极脆，这种脆性现象称为热脆。 冷脆： P 使室温下的钢的塑性、韧性急剧降低，并使钢的脆性转化温度有所升高，使钢变脆，这种现象称 为“冷脆”。 13答题要点： 晶粒越细，强度硬度逾高，这是因为晶粒越小，单位面积上晶粒的数量越多，晶界的总面积越大，因晶 界变形的抗力较大，所以整个金属的强度水平较高。 晶粒越细，塑性韧性逾好，这是因为晶粒数愈多，金属的总变形量可分布在更多的晶粒内，晶粒间的变 形不均匀性减小，使塑性较好；晶界的影响较大，晶粒内部和晶界附近的变形量差减小，晶粒变形 也较均匀，所以减小了应力集中，推迟了裂纹的形成和发展，使金属在断裂之前可发生较大的塑性 变形。 由于细晶粒金属的强度较高，塑性较好，所以断裂时需要消耗较大的功，所以韧性较好。