第六章
合金钢
为改善钢的性能，特意加入一种或数种合金元素
的钢称为合金钢。目前常用的合金元素有硅（Si）、锰（Mn）、铬（Cr）、镍（Ni）、钨（W）、钼（Mo）、钒（V）、钛（Ti）、铝（Al）、硼（B）、铌（Nb）、锆（Zr）和稀土元素（Re）等。
稀土元素
稀土元素是钪、钇和镧等17种元素的总称。包头
市有“稀土之城”之美誉。稀土除具有金属通用性以外，还具有自己的一些“绝招”。钢中加入适量稀土，可细
化晶粒，改善加工性能，提高钢的耐高温、抗腐蚀的本领。铸铁中加入稀土，可大大提高铸铁的塑性。
第一节合金钢的优良性能
合金元素在钢中不仅与铁和碳这两个基本元素发生
作用，而且合金元素之间也可能相互作用，从而使合金钢具有优良的性能。
力学性能好
合金元素溶入铁后，形成合金铁素体，使铁素体
的强度和硬度提高。强化铁素体最显著的合金元素是硅、锰和镍。
钛、钒、钨、钼、铬、锰这些与碳亲和力大的合
金元素，能与碳形成较稳定的特殊碳化物，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，而对塑性和韧性影响不大。
因此，我们可以发现，与碳钢相比，合金钢具有
优良的力学性能。
红硬性高
合金元素在淬火时大部分能溶入马氏体，因而在回
火过程中，合金元素对扩散过程起阻碍作用，使马氏体不易分解，碳化物不易析出，使钢在回火过程中硬度下降较慢。淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力称为耐回火性。
高的耐回火性使钢在较高的温度条件下，仍能保持
高硬度和耐磨性。金属材料在高温（>550℃）下保
持高硬度（≥60HRC）的能力，称为红硬性。
碳钢制造的刀具只能在200℃以下保持高硬度，而合金钢的红硬性最高可达600℃。红硬性高的材料可用于制造切削速度高的刀具，在金属切削加工中发挥重要作用。
淬透性好
合金元素（除钴外）溶入奥氏体后，能增加过冷奥氏体的稳定性，从而使C曲线右移，减小了钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。
淬透性好的钢能使大截面的零件淬透，且可用冷却能力弱的介质淬火，减少零件的变形与开裂。
具有特殊的物理、化学性能
加入铬、镍、钼等合金元素，可使钢有很好的耐腐蚀性和耐热性；加入11％——14%的锰元素，钢将具有特别高的耐磨性。
（钨和钢中的碳结合，生成很硬的碳化钨）
第二节合金钢的分类和牌号
合金钢的分类
1.按合金元素含量分类
（1）低合金钢，合金元素总含量≤5%。
（2）中合金钢，合金元素总含量5%——10%。（3）高合金钢，合金元素总含量≥10%。
2.按主要用途分类
（1）合金结构钢，主要用于制造重要的机械零件和工程结构件。
（2）合金工具钢，主要用于制造重要工具。
（3）特殊性能钢，是具有某些特殊物理、化学性能的合金钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。（4）合金钢的价格较碳钢贵，一般在碳钢难以胜任工作时才考虑使用合金钢。
合金钢牌号表示方法
1．合金结构钢牌号的表示方法
除低合金高强度结构钢和特殊专用钢，合金结构
钢牌号采用下列方法表示：
二位数字 + 元素符号 + 数字
平均含碳的合金元素合金元素平均
万分之几百分含量
例如，40Mn2表示含C 0.40%,Mn 2.0%;20Cr2Ni4表示含C
0.20%,Cr2.0%,Ni 4.0%。若高级优质钢，则在牌号后加“A”，特级优
质钢在牌号后加“E”，如20Cr2Ni4A。
2．合金工具钢牌号的表示方法
合金工具钢的牌号采用下列方法表示：
一位数字 + 元素符号 + 数字
平均含碳的合金元素合金元素平均
千分之几百分含量
注意：当C≥1.0%时，牌号中不予标出。
例如，3Cr2W8V表示含C 0.30%,Cr 2.0%,V 1.0%;Cr12MoV表
示含C≥1.0%，Cr 12.0%,V 1.0%。
3．特殊性能钢牌号的表示方法
特殊性能钢牌号的表示方法基本上与合金工具钢
相同，只是当含碳量在0.03%——0.1%之间时，牌号中用0表示；当含碳量≤0.03%时，牌号中
用00表示。
除此以外，还有一些特殊专用钢，为表示钢的用
途，在钢的牌号前面冠以汉语拼音字母字头，而
不标含碳量，合金元素含量的标注也特殊。例如，滚动轴承钢牌号的表示方法是：在牌号前加“G”（“滚”字的汉语拼音字首，）如GCr15、
GCr15SiMn、GCr9。这里应特别注意牌号中铬
元素后面的数字是表示铬的千分之几，其他元素仍按百分之几表示。如GCr15SiMn表示平均含Cr1.5%,Si1.0%,Mn1.0%的滚动轴承钢。
第三节合金结构钢
合金结构钢按照用途可分为工程用钢和机械制造用钢两大类。
工程用钢主要用于各种工程结构。这类钢是含少量合金元素的低碳结构钢，过去称为普通低合金结构钢，现今称为低合金高强度结构钢。
机械制造用钢主要用于制造机械零件，按其用途和热处理特点，又分为合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢等、
低合金高强度结构钢
低合金高强度结构钢是在低碳钢的的基础上加入少量合金元素而制成的钢，钢中的含碳量小于
0.2%，合金元素总量小于3%。由于合金元素产
生的显著强化作用，这类钢的强度比含碳量相同的碳钢高得多（高25%——150%），故称低合
金高强度结构钢。它还具有良好的塑性、韧性和焊接性，耐腐蚀性也比碳钢好。由于这类钢塑性好，便于冷弯和冲压成型，成本低，产量大。另外，冷脆转变温度低，对高寒地区使用的结构件和运输工具有很重要的意义。
低合金高强度结构钢牌号的表示方法与普通碳素结构钢相同，它仍用“Q数字——质量等级”表示
其牌号，如Q345——A表示屈服点为345MPa
的A级低合金高强度结构钢。这类钢的屈服点
在295——460MPa之间。
（低合金高强度结构钢由于强度大，若达到碳
钢相同的强度时，可大大节约钢材，减轻设备自重。对于车辆、船舶、工程机械等动力机械，由于减轻自重，可以大大节约能源，提高运载能力，并提高工作效率。设备的加工由于壁厚减薄，重量减轻，从而减少焊接工作量。采用低合金高强度结构钢可促进各类工程及设备向大型、轻量、高效能方向发展。）
低合金高强度结构钢通常是热轧状态下供应，使用时一般不再进行热处理。
合金渗碳钢
用于制造渗碳零件的钢称为渗碳钢。碳素渗碳钢（15、20、25钢）由于淬透性差，仅能在表层获得高的硬度，而心部得不到强化，故适用于制造受力小的渗碳零件。一些性能要求高、截面更大的零件，都必须采用合金渗碳钢。
合金渗碳钢是用来制造既要有优良的耐磨性、耐疲劳性，又能承受冲击载荷作用而有足够高的韧性、强度的零件。
合金渗碳钢含碳量在0.10%——0.25%之间，以保证心部具有足够的塑性和韧性。加入Cr、Ni、Mn、Si、B等合金元素，主要是提高淬透性，使零件在热处理后，从表面到心部都得到强化；加入V、Ti等合金元素，目的是细化晶粒。20CrMnTi是最常用的合金渗碳钢，适用于截面直径在30mm以下的高强度渗碳零件。
合金渗碳钢的热处理一般是渗碳、淬火和低温回火。
合金调质钢
调质钢是指经调质处理（淬火+高温回火）后
使用的钢。优质碳素结构钢中40、45、50是常
用的调质钢。这类钢价格便宜，工艺简单，但淬透性差，调质后力学性能不够理想，仅适用于制造形状简单、尺寸小的零件。许多重要零件必须选用合金调质钢。
合金调质钢含碳量在0.25%——0.50%之间。
加入Cr、Mn、Si、Ni、B等合金元素，主要是
强化铁素体，显著提高淬透性，使大截面零件获得均匀、一致的组织和性能。加入少量Mo、V、W、Ti等合金元素，目的是细化晶粒，进一步提高强度。
40Cr是合金调质钢最常用的钢种，其强度比
40钢提高20%，属于低淬透性合金调质钢，油
淬临界直径为30——40mm，用于制造一般尺
寸的重要零件。
35CrMo为中淬透性合金调质钢，油淬临界直
径为40——60mm。
40CrMnMo为高淬透性合金调质钢，油淬临界
直径为60——100mm。
合金调质钢的淬透性好，一般用油淬，调质后
的组织为回火索氏体。若要求零件表面有很高的耐磨性，可在调质后进行表面淬火或化学热处理。合金调质钢广泛用于制造承受多种工作载荷，
受力情况比较复杂，要求综合力学性能好的重要零件。
超高强度钢
（超高强度钢是指屈服点大于1300MPa、抗拉
强度大于1400MPa的钢。它是在合金调质钢的
基础上，加入多种合金元素而发展起来的，主要用于航空和航天工业。）
合金弹簧钢
弹簧利用在弹性变形时所储存的能量，来缓和机械上的振动和冲击作用。由于弹簧一般是在动载荷条件下使用的，因此，弹簧钢必须具有高的弹性强度、高的疲劳强度和足够的韧性。
优质碳素结构钢中65、70、75、80和65Mn是常用的碳素弹簧钢，由于它们的淬透性差，只适
用于制作直径小于15mm的小弹簧。如果弹簧未淬透，将会使弹簧的屈服点显著降低，以致弹簧在工作时产生塑性变形，因此，较大截面的弹簧必须采用合金弹簧钢。
合金弹簧钢的含碳量在0.45%——0.70%，通常加入Mn、Si、Cr等合金元素，主要是提高弹簧钢的强度和淬透性。尤其是Si，能显著提高弹簧的弹性强度，是弹簧钢中的常用元素之一。含硅、锰的弹簧钢最高工作温度在250℃以下，而含铬、钒、钨的弹簧钢可在350℃以下工作。
弹簧钢的分类
弹簧钢按加工和热处理分为两种：
（1）冷成型弹簧适用于小型弹簧（外径
小于10mm），它采用冷拔钢丝或冷
轧钢带制作。钢材经过冷卷和冷轧，
由于冷加工硬化作用，屈服点大为提
高。卷成型的弹簧，需在200℃——
300℃进行去应力退火，以稳定弹簧
的几何尺寸和消除内应力。
（2）热成型弹簧适用于大型弹簧或形状
复杂的弹簧。弹簧热成型后进行淬火
及中温回火，以便获得很高的弹性强
度和疲劳强度。热处理后的弹簧往往
还要进行喷丸处理，使表面产生加工
硬化，以提高弹簧的抗疲劳性，从而
提高弹簧的寿命。
滚动轴承钢
滚动轴承
（滚动轴承是现代机械应用广泛的支承零件，滚动轴承通常由外圈、内圈、滚动体、保持架四个主要部件组成。滚动轴承工作时，滚动体与套圈之间属于点接触或线接触，接触面积小，摩擦阻力小，启动灵敏，效率高，润滑简便，互换性好，但抗冲击能力差，噪声大，工作寿命较短。）
制造滚动轴承的专业钢称为滚动轴承钢。滚动轴承在工作时，承受着高而集中的交变应力，同时在滚动体与套圈之间还会产生强烈的摩擦。因此，滚动轴承必须具有高的硬度和耐磨性、高的弹性强度和疲劳强度，以及一定的韧性。
滚动轴承钢含碳量为0.95%——1.05%，含铬量为
0.45%——1.65%。加入合金元素Cr是为了提高淬
透性，并在热处理后形成细小均匀分布的碳化物，提高其耐磨性。制造大型轴承时。为进一步提高淬透性，还可以加入Si、Mn等元素。
滚动轴承钢的热处理主要是锻造后再进行球化退火（＜210HBS），制成零件后进行淬火和低温回火，
得到回火马氏体组织，硬度可达62HRC以上。
第四节合金工具钢
工具钢可分为碳素工具钢和合金工具钢两种。碳素工具钢来源较广，价格便宜，淬火后能达到高的硬度和较高的耐磨性，但因它的淬透性差，淬火变形倾向大，红硬性差（只能在200℃以下保持高硬度）。因此尺寸大、精度高和形状复杂的模具、量具及切削速度较高的刀具，都要采用合金工具钢制造。
合金工具钢按用途可分为刀具钢模具钢和量具钢。
合金刀具钢
刀具钢要求高硬度、耐磨、红硬性高，有足够的强度和韧性。
合金刀具钢分为低合金刀具钢和高速钢。
1.低合金刀具钢
低合金刀具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素的钢。这类钢含碳量在0.8%——1.5%之间，合金元素总量不大于5%，故称低合金刀具钢。加
入Cr、Si、Mn等合金元素主要是提高钢的淬透性
和强度。加入少量W、V等合金元素，主要是提
高钢的硬度和耐磨性，并防止加热时过热，保持晶粒细小。
低合金刀具钢与碳素工具钢相比淬透性提高了，淬火后的硬度可达61——65HRC，红硬性为300℃——400℃，最大切削速度为8m/min。它主要用
于制造尺寸较大，切削速度较低，形状比较复杂，要求淬火后变形小的刀具。
最常用的低合金刀具钢使9CrSi、CrWMn和
9Mn2V。
（1）9CrSi钢由于加入Cr和Si，使其具有较高
的淬透性和耐回火性，碳化物细小均匀，硬度为60——64HRC，工作温度可达300℃。因此，
9CrSi钢主要用来制造要求淬火变形较小和刀刃细
薄的刀具。
（2）CrWMn钢由于Cr、W、Mn同时加入，使
钢具有高的硬度（64——66HRC）和耐磨性，特
别是热处理时变形很小，故称微变形钢。它主要用来制造要求淬火变形较小、较精密的低速切削工具。
需要指出的是，CrWMn钢“微变形”不是绝对的，其变形大小和热处理工艺好坏有密切的关系。若热处理不恰当，仍有可能产生较大的变形。CrWMn钢较明显的缺点是热加工（轧制、锻造）
时容易形成较严重的网状碳化物，从而增加工具的脆性，造成淬火或使用中开裂。此外，CrWMn钢
价格较高，磨削性较差，易产生磨削剥落现象及裂纹。
（3）9Mn2V钢它是不含铬的低合金刀具钢，价格较低。Mn元素能显著提高钢的淬透性，但Mn有增
加高温时晶粒长大倾向，使钢容易过热，故加入V
元素，细化晶粒，还可形成碳化钒，提高钢的硬度和耐磨性。9Mn2V钢的淬透性、耐磨性和淬火变形倾
向虽不及CrWMn钢，但比T10A钢好得多。因此，
许多工厂用9Mn2V钢代替一部分CrWMn钢和
T10A钢使用，取得良好效果。
低合金刀具钢的预热处理是球化退火，最终热处
理为淬火后低温回火。
2.高速钢
随着工业生产的发展，在切削加工中切削速度和走刀量日益增大，被加工的高强度材料日益增多，切削时产生大量的热量，使刀刃受热温度大为升高，而且还承受很大的切削力。这就要求刀具应有更高的硬度、耐磨性和红硬性。碳素工具钢和低合金刀具钢已不能满足这样的要求。材料专家采用高合金化的方法，研制成功具有高的强度、硬度（63——66HRC）和耐磨性，红硬性达600℃，切削速
度达16m/min仍保持刃口锋利的高速钢，切削速
度比碳素工具钢和低合金刀具钢提高1——3倍，
使用寿命提高7——14倍。因此，高速钢广泛用
来制造较高切削速度的刀具。
高速钢是一种含有W、Cr、V等多种元素的
高合金工具钢。较高的碳可保证形成足够的碳化物，提高硬度和耐磨性；加入Cr,主要作用是提高淬透性；加入W和Mo，主要作用是提高红硬性；加
入V能显著提高钢的硬度、耐磨性和红硬性。
高速钢的优良性能必须经反复锻造和正确的热处理后才能达到。通过反复锻打，将特殊碳化物打碎且均匀分布。然后进行球化退火，改善切削加工性，制成所需形状、尺寸的刀具，再进行淬火、回火获得优良性能。
淬火、回火工业好坏，决定着高速钢刀具的使用性能和寿命，它是热处理的关键。与一般工具钢相比，高速钢淬火、回火的特点是：淬火温度高（一般在1200℃——1300℃）、回火温度高（560℃）且多次回火。
高速钢的导热性很差，淬火温度又很高，表面极易产生过热或过烧，所以淬火加热时必须进行预热。一次预热在800℃——850℃进行，两次预热
可在500℃——600℃和800℃——850℃分别进行。高速钢中含有大量W、Mo、V、Cr等难溶碳
化物，它们只能在1200℃以上才能溶入奥氏体中，以保证淬火、回火后获得高的红硬性。因此，高速钢的淬火加入温度必须很高。高速钢的淬火冷却常采用油冷或分级淬火方法。
高速钢淬火后的组织由马氏体、未溶合金碳化物与大量残余奥氏体组成，残余奥氏体量多达20%
——30%，此时钢的硬度尚不够高。为了使残余奥氏体转变，必须在550℃——570℃重复进行三次
回火。此时，马氏体析出极细碳化物，残余奥氏体转变为回火马氏体，钢的强度、硬度进一步得到提高。
由于高速钢具有高的强度、硬度、耐磨性和较高的红硬性，故广泛用于制造切削速度较高的刀具和形状复杂、载荷较重的成型刀具。此外，高速钢还应用于冷模具及某些耐磨件的制造。最常用的高速钢有以下三类。
（1）钨系高速钢最常用的牌号是
W18Cr4V（18-4-1钢）。它是发展最
早，过去在我国使用最广（占95%）
的高速钢。其突出的优点是通用性强，
红硬性较高，淬透好，脱碳敏感性小，
有较好的韧性，磨削性能好。但碳化物
分布不均匀，热塑性低，导热率小。钨
系高速钢广泛用于制作工作温度在600℃
以下的各种复杂刀具。适于加工软或中
等硬度的材料。
（2）钨钼系高速钢最常用的牌号是
W6Mo5Cr4V2（6-5-4-2钢）。这种钢
用钼替代一部分钨。它的主要特点是热
塑性、使用状态的韧性和耐磨性均优于
钨系高速钢。由于钼的存在，使碳化物
细小、分布均匀，且价格便宜。但它的
磨削加工性能稍次于W18Cr4V，脱碳
的敏感性也较大。钨钼系高速钢广泛用
于制作承受冲击力较大的刀具。
（3）超硬高速钢它是为加工高硬度、高强
度的金属材料（如钛合金、高强度钢）
而研制的。它是在钨系和钨钼系高速钢
的基础上加入5%——10%的钴，形成
含钴高速钢。典型钢的牌号是
W18Cr4VCo10，热处理后硬度可达
65——70HRC，红硬性达670℃,但脆
性大，价格高，一般用做特殊刀具。合金模具钢
用于制造冲压、锻造、成型的压铸等模具的钢统称为模具钢。按工作条件不同，可分为冷模具和热模具钢。
1.冷模具钢
冷模具钢是用于制造使金属在冷态下变形的模具。它们都要使金属在模具中产生塑性变形，因而受到很大的压力、摩擦或冲击。所以要求模具钢具有高的硬度（一般为58——62HRC）和耐磨性，并有足够的强度和韧性。大型的冷模具还要求有良好的淬透性。
小型冷模具可采用碳素工具钢和低合金刀具钢或滚动轴承钢来制造。
大型冷模具一般采用Cr12、Cr12MoV等高碳高铬钢制造。这类钢热处理后具有高的硬度、强度和耐磨性
2.热模具钢
热模具钢是用于制造使金属在高温下成型的模具。热模具钢一般在400℃——600℃工作，并承受很大的冲击力。因此要求热模具钢具有高的热强性、良好的韧性、一定的硬度和耐磨性。
热模具钢一般采用中碳合金钢（C：0.30%——0.60%）制造。含碳量高会使韧性下降，导热性也差，含碳量太低则不能保证钢的强度和硬度。加入
成为一名机械工程师需要掌握的知识 注册机械工程师资格考试基础考试大纲 一.高等数学 1.1空间解析几何向量代数直线平面柱面旋转曲面二次曲面空间曲线 1.2微分学极限连续导数微分偏导数全微分导数与微分的应用 1.3积分学不定积分定积分广义积分二重积分三重积分平面曲线积分积分应用1.4无穷级数数项级数幂级数泰勒级数傅里叶级数 1.5常微分方程可分离变量方程一阶线性方程可降阶方程常系数线性方程 1.6概率与数理统计随机事件与概率古典概型一维随机变量的分布和数字特征数理统计的基本概念参数估计假设检验方差分析一元回归分析 1.7向量分析 1.8线性代数行列式矩阵n维向量线性方程组矩阵的特征值与特征向量二次型 二.普通物理 2.1热学气体状态参量平衡态理想气体状态方程理想气体的压力和温度的统计解释能量按自由度均分原理理想气体内能平衡碰撞次数和平均自由程麦克斯韦速率分布律功热量内能热力学第一定律及其对理想气体等值过程和绝热过程的应用气体的摩尔热容循环过程热机效率热力学第二定律及其统计意义可逆过程和不可逆过程熵 2.2波动学机械波的产生和传播简谐波表达式波的能量驻波声速超声波次声波多普勒效应
2.3光学相干光的获得杨氏双缝干涉光程薄膜干涉麦克尔干涉仪惠更斯——菲涅耳原理单缝衍射光学仪器分辨本领x射线衍射自然光和偏振光布儒斯特定律马吕斯定律双折射现象偏振光的干涉人工双折射及应用 三.普通化学 3.1物质结构与物质状态原子核外电子分布原子、离子的电子结构式原子轨道和电子云离子键特征共价键特征及类型分子结构式杂化轨道及分子空间构型极性分子与非极性分子分子间力与氢键分压定律及计算液体蒸气压沸点汽化热晶体类型与物质性质的关系 3.2溶液溶液的浓度及计算非电解质稀溶液通性及计算渗透压电解质溶液的电离平衡电离常数及计算同离子效应和缓冲溶液水的离子积及ph值盐类水解平衡及溶液的酸碱性多相离子平衡溶度积常数溶解度计算 3.3周期表周期表结构周期族原子结构与周期表关系元素性质氧化物及其水化物的酸碱性递变规律 3.4化学反应方程式化学反应速率与化学平衡化学反应方程式写法及计算反应热热化学反应方程式写法化学反应速率表示方法浓度、温度对反应速率的影响速率常数与反应级数活化能及催化剂化学平衡特征及平衡常数表达式化学平衡移动原理及计算压力熵与化学反应方向判断3.5氧化还原与电化学氧化剂与还原剂氧化还原反应方程式写法及配平原电池组成及符号电极反应与电池反应标准电极电势能斯特方程及电极电势的应用电解与金属腐蚀 3.6有机化学有机物特点、分类及命名官能团及分子结构式有机物的重要化学反应：加成取代消去氧化加聚与缩聚典型有机物的分子式、性质及用途：甲烷乙炔
《机械工程材料》期末试卷 班级：______________ 学号：___________ 姓名：____________ 一、名词解释(每题2分，共10分) 1.淬透性 2. 回火马氏体 3. 位错 4. 相 5. 加工硬化 二、判断正误(每题1分，共10分) 1. 可锻铸铁可以进行锻造加工。（） 2. 高分子材料中，大分子链之间的结合键是离子键( ) 3. 钢的淬硬性主要取决于钢中的碳元素含量，合金元素越高，其淬硬性越好。( ) 4. 所以金属均有明显的屈服现象。（） 5. 金属或合金中，凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分称为相。( ) 6. 在铁碳合金相图中，具有E点与F点之间成分的合金缓冷到1148℃时都将发生共晶转变。（） 7. 凡是液态凝固为固体的过程都是结晶过程。( ) 8. 铸造条件下，冷却速度越大，则过冷度越大，晶粒越细( ) 9. 马氏体是碳在α-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。（） 10.复合材料中的增强相主要起承受应力和显示功能的作用。( ) 三、填空(每空1分，共15分) 1.金属的结晶主要由和两个基本过程。 2. 渗碳的方法主要有、和。 3. 完全退火是指将亚共析钢加热至A3+（30~50℃）完全奥氏体化，炉冷至室温得到和组织的热处理工艺。 4. 材料的工艺性能是指性、性、性和性。 5. 白口铸铁中碳主要以的形式存在，灰口铸铁中碳主要以的形式存在。 6. 常温下，金属单晶体的塑性变形方式为和。 四、选择题(单选或多选) (每题2分，共30分) 1.过共析钢正火的目的（）。 A. 调整硬度，便于切削加工 B.细化晶粒，为最终热处理作组织准备 C. 消除网状二次渗碳体 D.消除残余内应力，防止变形开裂 2. T12钢的正常淬火组织是（）。 A. 马氏体+残余奥氏体 B. 马氏体+颗粒状碳化物 C. 马氏体+铁素体 D.马氏体+残余奥氏体+颗粒状碳化物 11. 随冷塑性变形量增加，金属的（）。 A.强度下降，塑性提高 B.强度和塑性都下降 C.强度和塑性都提高 D.强度提
机械工程材料(第二版)习题答案(王章忠) 例1：某工厂生产精密丝杠，尺寸为φ40×800mm，要求热处理后变形小，尺寸稳定，表面硬度为60～64HRC，用CrWMn钢制造;其工序如下：热轧钢棒下料→球化退火→粗加工→淬火、低温回火→精加工→时效→精磨。试分析：1. 用CrWMn钢的原因。2. 分析工艺安排能否达到要求，如何改进？ 丝杠是机床重要的零件之一，应用于进给机构和调节移动机构，它的精度高低直接影响机床的加工精度、定位精度和测量精度，因此要求它具有高精度和高的稳定性、高的耐磨性。在加工处理过程中，每一工序都不能产生大的应力和大的应变；为保证使用过程中的尺寸稳定，需尽可能消除工件的应力，尽可能减少残余奥氏体量。丝杠受力不大，但转速很高，表面要求有高的硬度和耐磨性，洛氏硬度为60～64 HRC。根据精密丝杠的上述要求，选用CrWMn钢较为合适。其原因如下：（1）CrWMn钢是高碳合金工具钢，淬火处理后能获得高的硬度和耐磨性，可满足硬度和耐磨性的要求。 （2）CrWMn钢由于加入合金元素的作用，具有良好的热处理工艺性能，淬透性好，热处理变形小，有利于保证丝杠的精度。目前，9Mn2V 和CrWMn用得较多，但前者淬透性差些，适用于直径较小的精密丝杠。
对原工艺安排分析：原工艺路线中，由于在球化退火前没有安排正火；机加工后没有安排去应力退火；淬火、低温回火后没有安排冰冷处理等项原因，使得精密丝杠在加工过程中会产生很大的应力和变形，很难满足精密丝杠的技术要求。所以原工艺路线应改为：下料→正火→球化退火→粗加工→去应力退火→淬火、低温回火→冷处理→低温回火→精加工→时效→半精磨→时效→精磨。 例2：有一载重汽车的变速箱齿轮，使用中受到一定的冲击，负载较重，齿表面要求耐磨，硬度为58～62HRC齿心部硬度为30～45HRC，其余力学性能要求为σb＞1000MPa，σOF≥600MPa，AK ＞48J。试从所给材料中选择制造该齿轮的合适钢种。 35、45 、20CrMnTi 、38CrMoAl 、T12 分析：从所列材料中可以看出35、45 、T12钢不能满足要求。对剩余两个钢种的比较可见表1。 材料热处理σs/ MPa σb/ MPa /% φ/% AK/J 接触疲劳强度 /MPa 弯曲疲劳强度 /MPa 20CrMnTi 渗碳 淬火853 1080 10 45 55 1380 750 38CrMoAl 调质835 980 14 50 71 1050 1020
机械工程材料期末复习题 一、填空 1.纯金属常见的晶体结构有面心结构，体心结构和密排_____ 结构。金属中常见的点缺陷为，线缺陷为，面缺陷为；工程实践中，通常采 用晶体缺陷数量的方法强化金属 2.铁素体的强度高于纯铁，是由于发生了强化；孕育铸铁的强度高于普通灰口铸铁，是由于发生了强化；冷变形钢丝的强度高于退火态钢丝，是由于发生了强化；珠光体的强度高于铁素体，是由于发生了强化。 3.石墨为片状的灰口铸铁称为铸铁，石墨为团絮状的灰口铸铁称为 __ 铸铁，石墨为球状的灰口铸铁称为铸铁。其中，铸铁的韧性最，因而可以锻造。 4. 高分子材料中分子链的形状有三种，其中的型具有热固性，而具有热性。按照物理状态，室温下处于态的高分子材料称为塑料，处于__ 态的称为橡胶。高分子材料的加工成型是在其态下进行的。 5.滑动轴承材料的显微组织特征是：粒子分布在软中，或粒子分布在硬中，前者的承载能力于后者。 6.陶瓷材料中的气相是指，它是在过程中形成的，它了陶瓷的强度。 7．根据采用的渗碳剂的不同，将渗碳分为__________、__________和__________三种。 8、普通灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁中石墨的形态分别为__________、 __________、__________和__________。 9、陶瓷材料中的气相是指__ ，它是在________过程中形成的， 它了陶瓷的强度。 10、工程中常用的特殊性能钢有_________、_________、_________等。 11、金属的断裂形式有__________和__________两种。 12、按冶炼浇注时脱氧剂与脱氧程度分，碳钢分为_________、_________、_________和 _________。 13、金属元素在钢中形成的碳化物可分为_________、_________两类。 14、常见的金属晶体结构有____________、____________和____________三种。 15、合金常见的相图有__________、__________、__________和具有稳定化合物的二元相图。
1．解释下列名词 点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体， 过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。 答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。 线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。如位错。 面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。如晶界和亚晶界。 亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。 亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。 刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。 单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。 多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。 过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。 非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 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，这种处理方法即为变质处理。 变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。 固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度，硬度升高的现象叫做固溶强化 原因：晶格畸变 过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？ 答：①冷却速度越大，则过冷度也越大。②随着冷却速度的增大，则晶体内形核率和长大速度都加快，加速结晶过程的进行，但当冷速达到一定值以后则结晶过程将减慢，因为这时原子的扩散能力减弱。③过冷度增大，ΔF大，结晶驱动力大，形核率和长大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N与G的比值，晶粒变细，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。 9.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用变质处理？ 答：①采用的方法：变质处理，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。②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
晶体缺陷： 点缺陷（空位、间隙原子、异类原子微观影响：晶格畸变）线缺陷（位错；极为重要的晶体缺陷，对金属强度、塑性、扩散及相变有显著影响）面缺陷（晶界、亚晶界） 合金相结构 :相是指系统中均匀的、与其他部分有界面分开的部分。相变：相与相的转变。按结构特点:固溶体、化合物、非晶相。 固溶体:指溶质原子溶入溶剂中所形成的均一结晶相。其晶体结构与溶剂相同。置换固溶体（溶质原子占溶剂晶格结点位置形成的固溶体）间隙固溶体:溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成的固溶体 结晶： 材料从液态向固态的凝固成晶体的过程。 基本规律:晶核形成和长大交替进行。包括形核和核长大俩个过程， 影响形核率和成长率的因素：过冷度、不容杂志、振动和搅拌 变质处理：金属结晶时，有意向金属溶液中加入某种难溶物质，从而细化晶粒，改善金属性能 调质处理:淬火和高温回火 同素异构转变;固态金属由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变。 合金的组织决定合金的性能 金属材料的强化 本质;阻碍晶体位错的运动 强化途径:形变强化（冷加工变形）、固溶强化（形成固溶体）、第二相强化、细晶强化（晶粒粒度的细化） 钢的热处理 预先热处理：正火和退火 最终热处理：淬火和回火 退火：将钢加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。目的：降低硬度，提高塑性，改善切削性能；消除钢中内应力；细化晶粒，改善组织，为随后的热处理做组织上的准备。常用：完全退火Ac3以上30-50度（适用亚共析钢和合金钢，不适应低碳钢和过共析钢）得到组织为铁素体和珠光体，等温退火：适用某些奥氏体比较稳定的合金钢，加热和保温同完全退火，使奥氏体转变为珠光体，球化退火：温度略高于Ac1，适用过共析钢和合金工具钢，得到组织球状珠光体，去应力退火：Ac1以下100-200度，不发生组织变化，另外还有再结晶退火和扩散退火。 正火：亚共析钢Ac3以上30-50度，过共析钢Accm以上30-50度，保温后空冷获得细密而均匀的珠光体组织。目的:调整钢的硬度，改善加工性能；消除钢中内应力，细化晶粒，改善组织，为随后的热处理做组织上的准备。主要作用:作为低、中碳钢的预先热处理；消除过共析钢中的网状二次渗碳体，为球化退火做准备；作为普通件的最终热处理。 退火和正火区别：冷却速度不同，正火快，得到珠光体组织细，因而强度和硬度也高。实际中，如果俩者均能达到预先热处理要求时，通常选正火 淬火：加热到Ac1或Ac3以上某个温度，保温后以大于临界冷却速度冷却，使A转变为M 的热处理工艺.目的：获得马氏体或下贝氏体组织。温度：亚共析钢Ac3上30-50度，组织为M+少量A残，共析钢和过共析钢Ac1上30-50度，组织M+粒状Fe3C+少量A残 要求:淬火冷却速度必须大于临界冷却温度Vk.常用方法;单液、双液、分级、等温、局部淬火 回火：淬火以后的工件加热到Ac1以下某个温度，保温后冷却的一种热处理工艺.目的：降
机械工程师笔试试卷 姓名：分数： 一、简答题：（12题，每题5分，共60分） 1．钢根据用途可分几类？按其端面形状可分几类？ 2．角钢变形有哪几种？槽钢的变形有哪几种？ 3．什麽叫装配？装配的三要素是什么？ 4．影响材料冲压的因素有哪些？ 5．金属结构的主要形式有哪些？ 6．金属结构的连接方法有哪几种？ 7．装配中常用的测量项目有哪些？
8．零件上表面对下表面的平行度公差值为0.05mm，若要规定该上表面的平面度公差，其公差值与平行度公差值有何关系，为什么。 9．40Cr钢汽车转向节是汽车的重要零件，毛坯硬度要求241～285HBS，成品表面硬度为52～63HRC，需进行哪两种热处理工艺。 10．举例说明在什么情况下螺纹连接需要防松，防松方法可分为哪几类。 11．试述刀具前刀面上的积屑瘤能够为切削加工带来哪些有利因素，并说明其条件。 12．常用的表面处理工艺有哪几种（至少答出5种）。
二、应用题：（4题，每题10分，共40分） 1．下图为工作压力20MPa的液压油缸装配示意图，请说明以下问题： 1）以右端为例，说明Ф1小孔在启动和停止时的缓冲作用原理。 2）说明数字标示部分所用密封圈的密封形式和类型。 2．指出图示轴系结构设计中的错误，在错误之处标出数字作记号，分别按数字记号说明其错误原因。
3．一个带有键槽的内孔，其设计尺寸如图a所示。该内孔有淬火处理的要求，因此有如下的工艺安排（参见图b）： 1）镗内孔到 046 .0 8. 49+ φmm；2）插键槽；3）淬火处理；4）磨内孔，同时保证内孔直径03.0 50+ φmm和键槽 深度 3.0 8. 53+ mm两个设计尺寸的要求。请计算插键槽工序的工序尺寸A2。 4．浇铸系统由哪几部分组成，铸件浇注系统应满足哪些工艺要求？某形状复杂的铸件材质为HT200，质量为60kg，壁厚δ=6mm，采用封闭式浇铸系统，计算该铸件浇注系统各组元的截面积。
机械工程课后答案 第一章 1、什么是黑色金属什么是有色金属 答：铁及铁合金称为黑色金属，即钢铁材料；黑色金属以外的所有金属及其合金称为有的金属。 2、碳钢，合金钢是怎样分类的 答：按化学成分分类；碳钢是指含碳量在%——%之间，并含有少量的硅、锰、硫、磷等杂质的铁碳合金。 3、铸铁材料是怎样分类的应用是怎样选择 答：铸铁根据石墨的形态进行分类，铸铁中石墨的形态有片状、团絮状、球状、蠕虫状四种，对应为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。 4、陶瓷材料是怎样分类的 答：陶瓷材料分为传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷三种。 5、常见的金属晶体结构有哪几种它们的原子排列和晶格常数各有什么特点α -Fe，γ-Fe，Al，Cu，Ni，Pb，Cr，V，Mg，Zn各属何种金属结构 答：体心晶格立方，晶格常数a=b=c，α-Fe，Cr，V。面心晶格立方，晶格常数a=b=c，γ-Fe，Ni，Al，Cu，Pb。密排六方晶格，Mg，Zn。 6、实际金属晶体中存在哪些缺陷它们对性能有什么影响 答：点缺陷、破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，从而引起性能变化，是金属的电阻率增加，强度、硬度升高，塑性、韧性下降。 线缺陷（位错）、少量位错时，金属的屈服强度很高，当含有一定量位错时，强度降低。当进行形变加工时，位错密度增加，屈服强度增高。 面缺陷（晶界、亚晶界）、晶界越多，晶粒越细，金属的塑性变形能力越大，塑性越好。 7、固溶体有哪些类型什么是固溶强化 答：间隙固溶体、置换固溶体。由于溶质元素原子的溶入，使晶格发生畸变，使之塑性变形抗力增大，因而较纯金属具有更高的强度、硬度，即固溶强化作用。 第二章
1、在什么条件下，布氏硬度实验比洛氏硬度实验好 答：布氏硬度实验主要用于硬度较低的退火钢、正火钢、调试刚、铸铁、有色金属及轴承合金等的原料和半成品的测量，不适合测定薄件以及成品。洛氏硬度实验可用于成品及薄件的实验。 2、σ的意义是什么能在拉伸图上画出来吗 答：表示对于没有明显屈服极限的塑性材料，可以将产生%塑性应变时的应变作为屈服指标，即为条件屈服极限。 3、什么是金属的疲劳金属疲劳断裂是怎样产生的疲劳破坏有哪些特点如何提高零件的疲劳强度 答：金属在反复交变的外力作用下强度要比在不变的外力作用下小得多，即金属疲劳； 疲劳断裂是指在交变载荷作用下，零件经过较长时间工作或多次应力循环后所发生的断裂现象； 疲劳断裂的特点：引起疲劳断裂的应力很低，常常低于静载下的屈服强度； 断裂时无明显的宏观塑性变形，无预兆而是突然的发生；疲劳断口能清楚的显示出裂纹的形成、扩展和最后断裂三个阶段； 提高疲劳强度：改善零件的结构形状，避免应力集中，降低零件表面粗糙度值以及采取各种表面强化处理如喷丸处理，表面淬火及化学热处理等。 4、韧性的含义是什么αk有何实际意义 答：材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力，称为材料的韧性；冲击韧度αk表示材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力，αk值的大小表示材料的韧性好坏。一般把αk值低的材料称为脆性材料，αk值高的材料称为韧性材料。 5、何谓低应力脆断金属为什么会发生低应力脆断低应力脆断的抗力指标是什么答：低应力脆断是在应力作用下，裂纹发生的扩展，当裂纹扩展到一定临界尺寸时，裂纹发生失稳扩展（即自动迅速扩展），造成构件的突然断裂；抗力指标为断裂韧性（P43） 6、一紧固螺栓使用后有塑性变形,试分析材料的那些性能指标没有达到要求 答：钢材的屈服强度未达到要求。 第三章 1、分析纯金属的冷却曲线中出现“平台”的原因 答：液态金属开始结晶时，由于结晶潜热的放出，补偿了冷却时散失的热量，
名词解释： 合金：由两种或两种以上金属元素；或金属与非金属元素熔炼、烧结或通过其方法由化学键组合而成的具有金属特性的物质。 同素异晶转变：在固态下，同一种元素由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的转变。 铁素体：碳溶解在α－Fe中形成的间隙固溶体。 再结晶：冷变形金属在加热时其组织和性能都恢复到变形前的软化状态的过程。淬透性：一种热处理工艺性能，表示材料在淬火时获得淬硬层深度的能力。 奥氏体：C在γ－Fe中的间隙固溶体，常用A或γ表示，是一种硬度较低而塑性较高的固溶体。 固溶体：组成合金的组元，在固态时相互溶解，所形成的单一均匀的物质。 自然时效：自然时效是指经过冷、热加工或热处理的金属材料，于室温下发生性能随时间而变化的现象。 加工硬化：金属材料随着冷塑变形程度的增大，强度和硬度逐渐升高，塑性和韧性逐渐降低的现象称为加工硬化或冷作硬化。 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08A（13237）优质碳素结构钢。 填空题： 1.石墨为片状的灰口铸铁称为铸铁，石墨为团絮状的灰口铸铁称为__ 铸铁，石墨为球状的灰口铸铁称为铸铁。其中铸铁的韧性最高，因而可以锻造。 2. 陶瓷材料中的气相是指，在程中形成的，它了陶瓷的强度。 3.根据采用的渗碳剂的不同，将渗碳分为__________、__________和__________三种。 4.工程中常用的特殊性能钢有_________、_________、_________等。 5.金属的断裂形式有__________和__________两种。 6.金属元素在钢中形成的碳化物可分为_________、_________两类。 7.常见的金属晶体结构有____________、____________和____________三种。 1、普通灰口；可锻；球墨； 2、气孔；烧结；降低。 3、固体渗碳气体渗碳 4、不锈钢耐热钢耐磨刚 5、延性断裂 6、合金渗碳体特殊碳化物 7、体心立方晶格密排六方晶格
1.可否通过增加零件的尺寸来提高其弹性模量：不能，弹性模量主要取决与材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化手段如热处理，冷加工，合金化等对弹性模量的影响很小。 2.工程上的延伸率与选取的样品长度有关，为什么：延伸率=（L1-L2）/10,当式样d0不变时，L0增加，则延伸率下降，只有当L0/d0为常熟市，延伸率才有可比性。 3.如何用材料的应力--应变曲线判断材料的韧性：所谓的材料韧性是指材料从变形到断裂整个过程所吸收的能量，即拉伸曲线与横坐标所包围的面积。 4.从原子结构上说明晶体与非晶体的区别：院子在三维空间呈现规则排列的固体成为晶体，而原子在空间里无序排列的固体成为非晶体。晶体长程有序，非晶体短程无序。 5.立方晶系重指数相同的晶面与晶向有什么关系：互相垂直。 6.合金一定单相的吗，固溶体一定是单相的吗：合金不一定是单相的，也可以由多相组成，固溶体一定是单相的。 7.固态非晶合金的晶化过程是否属于同素异构转变，为什么：不属于，同素异构是物质在固态下的晶格类型随温度变化而发生变化。 8.根据匀晶转变相图分析产生枝晶偏析的原因：由匀晶转变相图可以知道，固溶体合金的结晶只有在充分缓慢冷却的条件下才可能得到成分均匀的固溶体组织。然而在实际生产中，由于冷速较快，合金在结晶过程中固相和液相中的原子来不及扩散，使得线结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素，而后结晶的枝晶间含较多的低熔点元素，在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分出现不均匀的现象，成为枝晶偏析。 9.结合相图分析含0.45%、1.2%和3.0%的Fe-C合金在缓慢冷却过程中的转变及温室下的组织：0.45%C：L—L+δ—L+δ+γ—L+γ—γ+c—P+γ+α，室温组织：P+α 1.2%C：L—L+γ—γ—γ+二次渗碳体—F+γ+二次渗碳体—二次渗碳体，室温组织：P+二次渗碳体 3.0%C：L —L+γ—L+γ+Le—γ+Le+二次渗碳体—P+γ+二次渗碳体+一次渗碳体—Le’+二次渗碳体+P，室温组织：Le’+二次渗碳体+P 10.为什么室温下金属的晶粒越细，强度、硬度越高，韧性、塑性也越好：因为金属的晶粒越细，晶界总面积额越大，位错障碍越多，需协调的具有不同未向的晶粒越多，金属塑性变形的抗力越高，从而导致金属的强度和硬度越高；合金的晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，同时参与变形的晶粒数目越多，变形越均匀，推迟了裂纹的形成与扩展，使得在断裂前发生了较大的塑性变形，在强度和硬度同时参加的情况下，所以合金晶粒越细，其苏醒和韧性也越好。 11.黄铜铸件上的数码不慎擦掉如何辨别数码：加热使其再结晶的方法可以使原来数码再显现，因为打字时会使铸件打字处产生塑性变形，有预变形存在，通过加热再结晶课使晶粒恢复到预变形之前的形态，便可现出数码。 12.合金铸件的晶粒粗大，能否再结晶退火来细化晶粒：不能，因为铸件没有产生预变性，就不能用再结晶的方法。 13.齿轮饼胚的加工方法：选择由热轧钢棒墩成圆饼，因为这样可以控制钢的纤维素的走向与受力方向一致。 14.用冷拉钢丝绳吊运刚出炉热处理工件去淬火，但在此过程中钢丝绳发生断裂的原因：因为热处理工件有很高的温度，冷拉钢丝绳接触后相当于使之再结晶，晶粒会恢复到以前的状态，因而强度会降低。 15.在冷拔钢丝时进行中间退火原因：因为在冷拔过程中会产生很大的应力，在以后使用中需要把这些应力消除，使用中间退火会细化晶粒，产生预变形，使强度和硬度提升，消除应力选取的温度应该小于再结晶温度。 16.用冷拔高碳钢丝缠绕螺旋弹簧，最后要进行低温去应力定型退火：因为在冷拔过程中会
绪论单元测试 1 【多选题】(10分) 对于铜器件制备过程而言，它的前世是（）。 A. 熔炼工艺 B. 铜合金材料 C. 铜矿石 D. 铜器 2 【判断题】(10分) 不同成分的合金晶体结构一定不同。 A. 错 B. 对 3 【判断题】(10分) 合金成分相同，晶体结构一定相同。 A.
错 B. 对 4 【多选题】(10分) 纯铁的多晶型性表示纯铁可能在（）和（）晶体结构之间变化。 A. 面心立方γ-Fe B. 液态 C. 体心立方α-Fe D. 气态 5 【判断题】(10分) 纯铁温度从高到低，由液态依次析出δ-Fe、γ-Fe和α-Fe这一过程称为多晶型性转变。 A. 错 B. 对
6 【单选题】(10分) 铜的晶体结构是（）。 A. 密排六方 B. 体心立方 C. 面心立方 D. 复杂立方 7 【多选题】(10分) 材料的微观结构有（）等多种形式。 A. 原子键合 B. 原子排列 C. 原子结构 D. 显微组织
8 【单选题】(10分) 下列属于青铜的合金代号是（）。 A. Cu-Ni B. Cu-Zn C. Cu D. Cu-Al 9 【判断题】(10分) 《考工记》中“金有六齐”主要说明六种用途不同的铜器的成分是不同的。 A. 对 B. 错 10 【多选题】(10分) 材料发展的几个阶段分别是（）。
A. 传统材料 B. 合成材料 C. 设计型材料 D. 智能型材料 第一章测试 1 【多选题】(10分) 常见的工程材料的力学性能有（） A. 冲击试验 B. 疲劳试验 C. 硬度试验 D. 拉伸试验 2 【多选题】(10分)
机械制造技术基础知 识点整理
1.制造工艺过程：技术准备，机械加工，热处理，装配等一般称为制造工艺过程。 2.机械加工由若干工序组成。工序又可分为安装，工位，工步，走刀。 3.按生产专业化程度不同可将生产分为三种类型：单件生产，成批（小批,中批,大批）生产，大量生产。 4.材料去除成型加工包括传统的切削加工和特种加工。 5.金属切削加工的方法有车削，钻削，镗削，铣削，磨削，刨削。 6.工件上三个不断变化的表面待加工表面，过渡表面（切削表面），已加工表面。（详见P58） 7.切削用量是以下三者的总称。 （1）切削速度，主运动的速度。 （2）进给量，在主运动一个循环内刀具与工件之间沿进给方向相对移动的距离。 （3）背吃刀量工件上待加工表面和已加工表面件的垂直距离。 8.母线和导线统称为形成表面的发生线。 9.形成发生线的方法成型法，轨迹法，展成法，相切法。 10.表面的成型运动是保证得到工件要求的表面形状的运动。 11.机床的分类：（1）按机床万能性程度分为：通用机床，专门化机床，专用机床。 （2）按机床精度分为：普通机床，精密机床，高精度机床。 （3）按自动化程度分为：一般机床，半自动机床，自动机床。 （4）按重量分为：仪表机床，一般机床，大型机床，重型机床。 （5）按机床主要工作部件数目分为：单刀机床，多刀机床，单轴机床，多轴机床。 （6）按机床具有的数控功能分:普通机床，一般数控机床，加工中心，柔性制造单元等。 12.机床组成：动力源部件，成型运动执行件，变速传动装置，运动控制装置，润滑装置，电气系统零部件，支承零部件，其他装置。
13.机床上的运动：（1）切削运动（又名表面成型运动），包括： 1、主运动使刀具与工件产生相对运动，以切削工件上多余金属的基本运 动。 2、进给运动不断将多余金属层投入切削，以保证切削连续进行的运 动。（可以是一个或几个） （2）辅助运动。分度运动，送夹料运动，控制运动，其他各种空程运动 14.刀具分类： （1）按刀具分为切刀，孔加工刀具，铣刀，拉刀，螺纹刀具，齿轮刀具，自动化加工刀具。 （2）按刀具上主切削刃多少分为单刃刀具，多刃刀具。 （3）按刀具切削部分的复杂程度分为一般刀具，复杂刀具。 （4）按刀具尺寸和工件被加工尺寸的关系分为定尺寸刀具，非定尺寸刀具。 （5）按刀具切削部分本身的构造分为单一刀具和复杂刀具。 （6）按刀具切削部分和夹持部分之间的结构关系分为整体式刀具和装配式刀具。 15.切刀主要包括车刀，刨刀，插刀，镗刀。 16.孔加工刀具有麻花钻，中心钻，扩孔钻，铰刀等。 17.用得最多的刀具材料是高速钢和硬质合金钢。 18.高速钢分普通高速钢和高性能高速钢。 19.高性能高速钢分钴高速钢，铝高速钢，高钒高速钢。 20.刀具的参考系分为静止（标注）角度参考系和工作角度参考系。 21.静止（标注）角度参考系由主运动方向确定，工作角度参考系由合成切削运动方向确定。 22.构成刀具标注角度参考系的参考平面有基面，切削平面，正交平面，法平面，假定工作平面，背平面。
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实验来测定；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w=0.77%,室温平衡组织为珠光体；亚共析钢的 w=0.0218%-cc0.77%，室温平衡组织为铁素体和珠光体；过共析钢的w=0.77%-2.11%,室温平衡组织为珠光c 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：Wc≤0.25%、中碳钢：Wc=0.25%-0.6%、高碳钢：Wc>0.6%。 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，γ-Fe、Al、Cu 等金属具有面心立方晶格，α-Fe具有体心立 方晶格。 10. 金属的结晶是在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30-50°C），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），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（500-650°C），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
例1：某工厂生产精密丝杠，尺寸为φ40×800mm，要求热处理后变形小，尺寸 稳定，表面硬度为60～64HRC，用CrWMn钢制造;其工序如下：热轧钢棒下料→ 球化退火→粗加工→淬火、低温回火→精加工→时效→精磨。试分析：1. 用CrWMn钢的原因。2. 分析工艺安排能否达到要求，如何改进？ 丝杠是机床重要的零件之一，应用于进给机构和调节移动机构，它的精度高低直接影响机床的加工精度、定位精度和测量精度，因此要求它具有高精度和高的稳定性、高的耐磨性。在加工处理过程中，每一工序都不能产生大的应力和大的应变；为保证使用过程中的尺寸稳定，需尽可能消除工件的应力，尽可能减少残余奥氏体量。丝杠受力不大，但转速很高，表面要求有高的硬度和耐磨性，洛氏硬度为60～64 HRC。 根据精密丝杠的上述要求，选用CrWMn钢较为合适。其原因如下： （1）CrWMn钢是高碳合金工具钢，淬火处理后能获得高的硬度和耐磨性，可满 足硬度和耐磨性的要求。 （2）CrWMn钢由于加入合金元素的作用，具有良好的热处理工艺性能，淬透性好，热处理变形小，有利于保证丝杠的精度。目前，9Mn2V和CrWMn用得较多，但前者淬透性差些，适用于直径较小的精密丝杠。 对原工艺安排分析：原工艺路线中，由于在球化退火前没有安排正火；机加工后没有安排去应力退火；淬火、低温回火后没有安排冰冷处理等项原因，使得精密丝杠在加工过程中会产生很大的应力和变形，很难满足精密丝杠的技术要求。所以原工艺路线应改为：下料→正火→球化退火→粗加工→去应力退火→淬火、低温回火→冷处理→低温回火→精加工→时效→半精磨→时效→精磨。 例2：有一载重汽车的变速箱齿轮，使用中受到一定的冲击，负载较重，齿表面要求耐磨，硬度为58～62HRC齿心部硬度为30～45HRC，其余力学性能要求为σ＞1000MPa，σ≥600MPa，A＞48J。试从所K OFb给材料中选择制造该齿轮的合适钢种。 35、45 、20CrMnTi 、38CrMoAl 、T12 分析：从所列材料中可以看出35、45 、T12钢不能满足要求。对剩余两个钢种 比较，20CrMnTi能全面满足齿轮的性能要求。 其工艺流程如下：下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火→低温回火→喷丸→磨齿。 例3：机械式计数器内部有一组计数齿轮，最高转速为350r/min，该齿轮用下列哪些材料制造合适，并简述理由。40Cr、20CrMnTi、尼龙66。 工作条件分析：计数器齿轮工作时，运转速度较低、承受的扭矩很小，齿轮
第三章 金属的塑性变形与再结晶 三、填空题 1、 滑移、孪生；滑移 2、 原子密度最大 3、 {110}、6、<111>、2、12； {111}、4、<110>、3、12；面心立方、滑移方向对塑性变形 的作用比滑移面更大些 4、 λφστcos cos s k =、小、软 5、 晶界、相邻晶粒、高 6、 增大、增加、下降、中间退火 7、 变形织构 8、 回复、再结晶、晶粒长大 9、 回复、250～300 10、去应力退火 11、中间、消除加工硬化 12、再结晶温度、在再结晶温度以下、在再结晶温度以上 13、偏析、杂质、夹杂物、热加工纤维组织（流线） 14、大 四、选择题 1、C 2、B 3、A 4、B 5、B 6、C 7、B 8、C 9、B 10、A 11、C 12、A 13、B 14、A C 五、判断题 1、√ 2、× 3、× 4、× 5、√ 6、× 7、× 8、× 9、× 10、√ 11、√ 12、× 13、× 14、√ 15、√ 16、× 第四章 合金的相结构与二元合金相图 三、填空题 1、 固溶体、金属化合物 2、 溶剂、溶质、溶剂 3、 溶质、溶剂、间隙固溶体、置换固溶体 4、 提高、增强、降低 5、 正常价化合物、电子化合物、间隙化合物 6、 平衡、状态、平衡 7、 合金、相界(液相和固相) 8、 差、树枝、差、多、少 9、 晶体结构
10、三、水平 11、复相组织、数量、形态、大小 12、共晶、包晶、共析 13、固溶强化、晶界强化、形变强化 14、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ 四、选择题 1、B 2、C 3、A 4、A B 5、A 6、C 7、A 8、B 9、A 五、判断题 1、× 2、√ 3、× 4、√ 5、× 6、√ 7、× 8、× 9、√10、×11、×12、×13、× 第五章铁碳合金 三、填空题 1、δ-Fe、γ-Fe、α-Fe、体心立方、面心立方、体心立方 2、F、Fe3C、2 3、五、L、δ、A、F、Fe3C 4、三，HJB、ECF、PSK、包晶转变、共晶转变、共析转变 5、<0.0218%、F+ Fe3CⅢ 6、4.3%、40.4％、47.8％、11.8％ 7、0.471％ 8、A、热塑、塑性 9、共晶、莱氏体、铸造 10、88.78％、11.22％ 11、1.3％ 12、PSK、GS、ES 13、碳、α-Fe、体心 14、Fe3CⅡ、珠光体（P） 15、铁素体、珠光体 16、Mn、Si、S、P、O、H、N；P，S；P，S 17、杂质P、S含量 18、<0.25%、0.25～0.6％、>0.6% 四、选择题 1、A 2、C 3、B 4、C 5、A 6、C 7、C 8、B 9、B 10、B 11、A 12、C 13、C 14、C 五、判断题 1、√ 2、√ 3、√ 4、× 5、× 6、√ 7、√ 8、× 9、×10、×
机械工程师知识要求
机械工程师的知识要求： Ⅰ.基本要求 1．熟练掌握工程制图标准和表示方法。掌握公差配合的选用和标注。 2．熟悉常用金属材料的性能、试验方法及其选用。掌握钢的热处理原理，熟悉常用金属材料的热处理方法及其选用。了解常用工程塑料、特种陶瓷、光纤和纳米材料的种类及应用。3．掌握机械产品设计的基本知识与技能，能熟练进行零、部件的设计。熟悉机械产品的设计程序和基本技术要素，能用电子计算机进行零件的辅助设计，熟悉实用设计方法，了解现代设计方法。 4．掌握制订工艺过程的基本知识与技能，能熟练制订典型零件的加工工艺过程，并能分析解决现场出现的一般工艺问题。熟悉铸造、压力加工、焊接、切（磨）削加工、特种加工、表面涂盖处理、装配等机械制造工艺的基本技术内容、方法和特点并掌握某些重点。熟悉工艺方案和工艺装备的设计知识。了解生产线设计和车间平面布置原则和知识。 5．熟悉与职业相关的安全法规、道德规范和法律知识。熟悉经济和管理的基础知识。了解管理创新的理念及应用。 6．熟悉质量管理和质量保证体系，掌握过程控制的基本工具与方法，了解有关质量检测技术。 7．熟悉计算机应用的基本知识。熟悉计算机数控（CNC）系统的构成、作用和控制程序的编制。了解计算机仿真的基本概念和常用计算机软件的特点及应用。 8．了解机械制造自动化的有关知识。 Ⅱ.考试内容 一、工程制图与公差配合 1．工程制图的一般规定 （1）图框 （2）图线 （3）比例 （4）标题栏 （5）视图表示方法 （6）图面的布置 （7）剖面符号与画法 2．零、部件（系统）图样的规定画法 （1）机械系统零、部件图样的规定画法（螺纹及螺纹紧固件的画法齿轮、齿条、蜗杆、蜗轮及链轮的画法花键的画法及其尺寸标注弹簧的画法） （2）机械、液压、气动系统图的示意画法（机械零、部件的简化画法和符号管路、接口和接头简化画法及符号常用液压元件简化画法及符号） 3．原理图
《机械工程材料》课程考试模拟试卷A及答案 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 1、在设计汽车缸盖螺钉时，应选用的强度指标是（C ）。 A．?e B．?s C．?0.2 D．?b 2、在立方晶系中指数相同的晶面和晶向（B ）。 A．互相平行B．互相垂直C．即平行又垂直D．无必然联系 3、钢经调质处理后获得的组织是（C ）。 A．回火马氏体B．回火屈氏体C．回火索氏体D．回火贝氏体 4、钢的淬透性主要取决于（C ）。 A．含碳量B．冷却介质C．合金元素D．加热温度 5、用来合成高聚物的低分子化合物称为（B ）。 A．链节B．单体C．链段D．单分子 6、有一碳钢制作的支架刚性不足，解决的办法是（C ）。 A．用热处理方法强化B．另选合金钢C．增加横截面积D．在冷塑性变形状态下使用7、晶体中的空穴属于（A ）。 A．点缺陷B．面缺陷C．线缺陷D．不是缺陷 8、过共析钢的正常淬火加热温度是（B ）。 A．Ac3?（30～50）C B．Ac1?（30～50）C C．Accm?（30～50）C D．Are?（30～50）C 9、钢的淬硬性主要取决于（A ）。 A．含碳量B．冷却介质C．合金元素D．加热温度 10、塑料制品的玻璃化温度（B ）为好，橡胶制品的玻璃化温度（B ）为好。 A．低，高B．高，低C．高，高D．低，低0000 二、多项选择题（本大题共5小题，每小题4分，共20分） 1、从液态转变为固态时，为了细化晶粒，可采用（BD ）。 A．快速浇注B．加变质剂 C．以砂型替代金属型D．增大过冷度 2、淬火时，零件易变形、开裂的形状可能有（BD ）。 A．形状对称B．有尖角C．壁厚均匀D．壁厚不均匀 3、影响工程材料力学性能的内在因素包括（ABC ）。 A．化学成分B．内部结构C．内部组织D．使用条件 4、下列适于作高温耐热零件的材料为（AD ）。 A．陶瓷B．玻璃钢C．40Cr D．12CrMoV 5、经淬火+低温回火后可能为“高碳回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体”组织的钢为（ABCD ）。 A．T9 B．Cr12MoV C．9SiCr D．W18Cr4V 三、填空题（本大题共15空，每空2分，共30分） 1、单晶体与非晶体最根本的区别是晶体有固定的熔点、晶体原子排列具有规律性、晶体性能各向异性。 2、??Fe、??Fe的一个晶胞内的原子数分别为2 和4 。 3、当钢中发生奥氏体向马氏体的转变时，原奥氏体中碳含量越高，则Ms点越低，转变后的残余奥氏体量就越多。