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工程材料与热处理试题及答案工程材料与热处理复习题及答案一·选择题1.金属的化学性能主要指耐腐蚀性和抗氧化性。
2.材料的物理性能除了密度外，还包括熔点，导热性，导电性，磁性和热膨胀性。
3.工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的适应能力，它包括切削加工性能，热加工性能和热处理工艺性能。
4.常见的金属晶体结构有体心立方晶格，面心立方晶格，密排六方晶格。
5.金属结晶时冷却速度越快，则过冷度约大，结晶后晶粒越小，6.钢的热处理是将刚在固态下采用适当的方法进行加热，保温和冷却，已获得所需要的组织结构与性能的工艺。
7.根据回火加热温度不同，可将其分为低温回火，中温回火和高温回火三种。
8.调质是指淬火后高温回火的复合热处理工艺。
9.钢的化学热处理的过程包括分解，吸收，扩散三个过程。
10.08F钢属于低碳钢，其含碳量0.2% ；40钢属于中碳钢，其含碳量0.45%；T8钢属于碳素工具钢，其含碳量0.8% 。
11.根据石墨的形态不同，灰口铸铁可分为灰铸铁，球墨铸铁，可锻铸铁和蠕墨铸铁。
12.影响石墨化过程的主要因素有化学成分和冷却速度。
13.常用的高分子材料有塑料，橡胶，胶黏剂和纤维素。
二．选择题1.下列力学性能指标的判据中不能用拉伸试验测得的是（B ）。
A.δsB.HBSC.σDψ2.下列退火中不适用于过共析钢的是（ A ）。
A.完全退火B.球化退火C.去应力退火3.钢淬火的主要目的是为了获得（ C ）。
A.球状体组织B.贝氏体组织C.马氏体组织4.为了提高钢的综合机械性能，应进行（B）。
A. 正火B.调质C.退火D.淬火+中温回火5.v5F牌号（C ）属于优质碳素结构钢。
A.ZG450B.T12C.35D.Gr126选择制造下列零件的材料，冷冲压条件（A）；齿轮（C）；小弹簧（B）。
A.08FB.70C.457.汽车板弹簧选用（B ）。
A.45B.60si2MnC.2Cr13D.16Mn8.汽车拖拉机的齿轮要求表面耐磨性，中心有良好的韧性，应选用（C ）A.20钢渗碳淬火后低温回火B.40Cr淬火后高温回火C.20CrMnTi渗碳淬火后低温回火9.常见的齿轮材料20CrMnTi的最终热处理工艺应该是（ D ）。
工程材料第三章作业参考答案1、解释下列名词：奥氏体化，过冷奥氏体，残余奥氏体；奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度。
答：奥氏体化：在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称为奥氏体化奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步：第一步奥氏体晶核形成、第二步奥氏体晶核长大、第三步残余Fe3C溶解、第四步奥氏体成分均匀化。
过冷奥氏体：处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。
过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。
随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。
残余奥氏体：即使冷却到Mf 点，也不可能获得100%的马氏体，总有部分奥氏体未能转变而残留下来，称残余奥氏体，用A’ 或γ’ 表示。
奥氏体的起始晶粒度：奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度,此时晶粒细小均匀。
实际晶粒度：在给定温度下奥氏体的晶粒度称实际晶粒度。
本质晶粒度：加热时奥氏体晶粒的长大倾向称本质晶粒度。
2、过冷奥氏体转变时所形成的珠光体类、贝氏体类、马氏体类组织有哪几种? 它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点?答：过冷奥氏体在A1~ 550℃间将转变为珠光体类组织，为铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物。
根据片层厚薄不同,又细分为珠光体、索氏体和屈氏体。
⑴珠光体：形成温度为A1-650℃，片层较厚，500倍光镜下可辨，用符号P表示。
⑵索氏体：形成温度为650-600℃,片层较薄，800-1000倍光镜下可辨，用符号S 表示。
⑶屈氏体：形成温度为600-550℃，片层极薄，电镜下可辨，用符号T 表示。
珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。
片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善。
过冷奥氏体在550℃- 230℃(Ms)间将转变为贝氏体类型组织，贝氏体用符号B表示。
根据其组织形态不同，贝氏体又分为上贝氏体(B 上)和下贝氏体(B下)。
⑴上贝氏体形成温度为550-350℃。
工程材料及热处理一、名词解释（20分）8个名词解释1.过冷度：金属实际结晶温度T和理论结晶温度、Tm之差称为过冷度△T，△T=Tm-T。
2.固溶体：溶质原子溶入金属溶剂中形成的合金相称为固溶体。
3.固溶强化：固溶体的强度、硬度随溶质原子浓度升高而明显增加，而塑、韧性稍有下降，这种现象称为固溶强化。
4.匀晶转变：从液相中结晶出单相的固溶体的结晶过程称匀晶转变。
5.共晶转变：从一个液相中同时结晶出两种不同的固相6.包晶转变：由一种液相和固相相互作用生成另一种固相的转变过程，称为包晶转变。
7.高温铁素体：碳溶于δ-Fe的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号δ表示。
铁素体：碳溶于α－Fe的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号α或F表示。
奥氏体：碳溶于γ-Fe的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号γ或F表示。
8.热脆（红脆）：含有硫化物共晶的钢材进行热压力加工，分布在晶界处的共晶体处于熔融状态，一经轧制或锻打，钢材就会沿晶界开裂。
这种现象称为钢的热脆。
冷脆：较高的含磷量，使钢显著提高强度、硬度的同时，剧烈地降低钢的塑、韧性并且还提高了钢的脆性转化温度，使得低温工作的零件冲击韧性很低，脆性很大，这种现象称为冷脆。
氢脆：氢在钢中含量尽管很少，但溶解于固态钢中时，剧烈地降低钢的塑韧性增大钢的脆性，这种现象称为氢脆。
9.再结晶：将变形金属继续加热到足够高的温度，就会在金属中发生新晶粒的形核和长大，最终无应变的新等轴晶粒全部取代了旧的变形晶粒，这个过程就称为再结晶。
10.马氏体：马氏体转变是指钢从奥氏体状态快速冷却，来不及发生扩散分解而产生的无扩散型的相变，转变产物称为马氏体。
含碳量低于0.2%，板条状马氏体；含碳量高于1.0%，针片状马氏体；含碳量介于0.2%-1.0%之间，马氏体为板条状和针片状的混合组织。
11.退火：钢加热到适当的温度，经过一定时间保温后缓慢冷却，以达到改善组织提高加工性能的一种热处理工艺。
12.正火：将钢加热到3c A或ccmA以上30-50℃，保温一定时间，然后在空气中冷却以获得珠光体类组织的一种热处理工艺。
第1章习题参考答案自测题一、填空题1. 强度、刚度、硬度、塑性、韧性2. σe σs σb3. 屈服点规定残余伸长率为0.2%时的应力值塑性变形4. 断后伸长率断面收缩率断面收缩率5. 应力场强度因子断裂韧度断裂二、判断题1.（×）2.（×）3.（×）4.（×）习题与思考题1.①因为δ5=L1L0L5d0100%=1100%=25% L05d0δ10=L1L0L10d0100%=1100%=25% L010d0所以L1（5）=6.25d0同理L1（10）=12.5d0②长试样的塑性好。
设长试样为A,短试样为B,已知δ所以δ5B=δ10A，因为同一种材料，δ5〉δ10，5B=δ10A<δ5A,则δ5B<δ5A，即长试样的塑性好。
2.合格。
因为σs=FS21100268.79MP >225 MP aa S03.1425σb=Fb34500439.5 MP >372MPaa S03.1425L15d065500100%30%>27% 100%=505d0δ5=S0S15232ψ=100%64%>55% 所以，该15钢合格2S033.（1）洛氏硬度HRC；（2）洛氏硬度HRB；（3）洛氏硬度HRA；（4）布氏硬度HB；（5）维氏硬度HV。
第2章习题解答参考自测题一、填空题1. 体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格2. （1）A （2）F （3）Fe3C （4）P （5）Ld （6）Ld'3. F+P 大高低4. 过冷过冷度细好5. 固溶体金属化合物成分、组织、状态、温度6.二、判断题1.（×）2.（√）3.（×）习题与思考题1.根据晶体缺陷的几何形态特征，实际金属晶体中存在有点、线、面缺陷。
在这些缺陷处及其附近，晶格均处于畸变状态，使金属的强度、硬度有所提高。
2.(1）钢材加热到1000～1250℃时为单相奥氏体组织，奥氏体强度、硬度不高，塑性、韧性好，变形抗力小，适于热轧、锻造。
晶体与非晶体的本质区别是什么？定义：【晶体】具有规则几何形状的固体【非晶体】指组成它的原子或离子不是作有规律排列的固态物质区别：具有一定的熔点是一切晶体的宏观特性，也是晶体和非晶体的主要区别。
特点：晶体点阵是晶体粒子所在位置的点在空间的排列。
相应地在外形上表现为一定形状的几何多面体，这是它的宏观特性晶体的另一基本特点是有一定的熔点，不同的晶体有它不相同的熔点。
且在熔解过程中温度保持不变。
非晶体没有固定的熔点，随着温度升高，物质首先变软，然后由稠逐渐变稀，成为流体。
＊课外习题：一判断题1．碳素工具钢都是优质或高级优质钢。
( x )2．做普通小弹簧应用15钢。
( x )3．T12A和CrW5都属高碳钢，它们的耐磨性、红硬性也基本相同( x )4．除Fe和C外还含有其他元素的钢就是合金钢。
( x )5．Crl2Mo钢是不锈钢。
( x )6．不锈钢中的含碳量越高，其耐腐蚀性越好。
( x )8．Q295是低合金结构钢。
( x )9．1Crl8Ni9Ti是高合金工具钢。
( x )10．受力小、形状简单的模具，常用碳素工具钢制造。
( V )12．60Si2Mn的最终热处理方法是淬火后进行高温回火。
． ( x )13．预先热处理的目的，是为了消除或改善前工序引起的缺陷。
( V )14．大型铸件在扩散退火后不再进行一次正火或完全退火。
( x )15．去应力退火，一般可在Ac1点以上温度加热，保温4—6h后，缓冷至200—300℃再出炉 (x)。
16．含碳量高于0.8％的钢，一般不能采用正火工艺。
( V )17．钢在加热时，往往在600℃以上才开始发生氧化现象。
( x )18．钢中的杂质元素中，硫使钢产生热脆性，磷使钢产生冷脆性，因而硫、磷是有害元素。
( V )19．退火与回火都可以消除钢中的应力，所以在生产中可以通用。
( x )20．淬火过程中常用的冷却介质是水、油、盐和碱水溶液。
( x )21．碳素工具钢的含碳量都在0．7％以上，而且都是优质钢。
工程材料及热加工工艺基础试题及答案第二章名词解释强度和刚度；塑形和韧性，屈强比，韧脆转变温度，断裂韧度，疲劳强度，蠕变，应力松弛第三章1、在立方晶系中画出（011）、（-102）晶面和〔211〕、〔10-2〕晶向2、纯金属结晶的形成率是否总是随着过冷度的增加而增大？3、为什么钢锭希望尽量减少柱状晶区？第四章1、现有A、B两组元，其熔点B（2）其中任一合金K，在结晶过程中由于固相成分沿固相线变化，故结晶出来的固溶体中的含B量始终高于原液相中的含B量；（3）固溶体合金按匀晶相图平衡结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分都不同，所以固溶体的成分是不均匀的。
3、根据Fe-Fe3C相图，计算：（1）45钢在室温时相组成物和组织组成物各是多少？其相相对质量百分数各是多少？（2）T12钢的相组成物和组织组成物各是多少？各占多大比例？（3）铁碳合金中，二次渗碳体的最大百分含量。
第五章1、塑形变形使金属的组织与性能发生哪些变化？2、碳钢在锻造温度范围内变形时，是否会有加工硬化现象？为什么？3、提高材料的塑形变形抗力有哪些方法？第六章1、过冷奥氏体的转变产物有哪几种类型？比较这几种转变类型的异同点？2、共析钢加热到奥氏体后，以各种速度连续冷却，能否得到贝氏体组织，采取什么方法可以获得贝氏体组织？3、淬透性和淬硬性、淬透层深度有什么区别？4、用T10钢制造形状简单的车刀，气工艺路线为锻造→热处理①→机械加工→热处理②→磨加工（1）写出①②热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用；（2）指出最终热处理后的显微组织及大致硬度。
5、确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织（1）经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度（2）ZG270—500的铸造齿轮（3）锻造过热的60钢锻坯（4）具有片状渗碳体的T12钢坯第七章1名词解释：回火稳定些，二次硬化，热硬性。
蠕变极限，2解释下列现象（1）在相同碳含量情况下，碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性（2）高速钢在热锻或热轧后，经空冷获得马氏体组织（3）调质钢在回火后需快速冷至室温3分析下列说法是否正确（1）本质细晶钢是指在任何加热条件下均不会粗化的钢（2）20CrMnTi和1Cr18Ni9Ti中的Ti都起细化晶粒作用（3）3Cr13钢的耐蚀性不如1Cr13（4）钢中合金元素越高，则淬火后钢的硬度值越高（5）由于Cr12MoV钢中含铬量大于11.7%，因而Cr12MoV属于不锈钢。
工程材料作业（4）答案1.解释下列现象:(1) 在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高。
奥氏体形成分为形核、长大、残余渗碳体溶解，奥氏体均匀化4阶段。
多数合金元素减缓A形成，Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳亲和力大，形成的合金元素的碳化物稳定、难溶解，会显著减慢碳及合金元素的扩散速度。
但为了充分发挥合金元素的作用，又必须使其更多的溶入奥氏体中，合金钢往往需要比含碳量相同的碳钢加热到更高的温度，保温更长时间。
Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的扩散速度，使奥氏体的形成速度加快。
而Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度的影响不大。
阻碍晶粒长大，合金钢需要更高的加热温度，更长的保温时间，才能保证奥氏体均匀化。
（加热温度升高了，但一般不会引起晶粒粗大：大多数合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。
碳化物形成元素的作用最明显，因其形成的碳化物高温下稳定性高，很难完全溶入奥氏体，未溶的细小碳化物颗粒，分布在奥氏体晶界上，有效的阻止晶粒长大，起到细化晶粒的作用。
所以，合金钢虽然热处理加热温度高，但一般不用担心晶粒粗大。
强烈阻碍晶粒长大的元素：V、Ti、Nb、Zr；中等阻碍的：W、Mo、Cr；影响不大的：Si、Ni、Cu；促进晶粒长大的：Mn、P、B）(2) 在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性。
回火过程一般分为：马氏体分解、残余奥氏体转变、碳化物类型转变和碳化物长大。
合金元素在回火过程中，推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才出现分解和转变），提高铁素体的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度。
因此，提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。
使得合金钢在相同温度下回火时，比同样质量分数的碳钢具有更高的硬度和强度（对工具钢，耐热钢更重要），或在保证相同强度的条件下，可在更高的温度下回火，而韧性更好（对结构钢更重要。
1.滑移和孪晶的变形机制有何不同？为什么在一般条件下进行塑性变形时锌中容易出现孪晶，而纯铁中容易出现滑移带？主要的不同：（1）晶体位向在滑移前后不改变，而在孪生前后晶体位向改变，形成镜面对称关系。
（2）滑移的变形量为滑移方向原子间距的整数倍，而孪生过程中的位移量正比于该层至孪晶面的距离。
（3）孪生是一部分晶体发生了均匀的切变，而滑移是不均匀的。
锌的晶体结构为密排六方，密排六方金属滑移系少，所以容易出现孪晶，而纯铁为体心立方结构，滑移系多，所以容易出现滑移带。
2.多晶体塑性变形与单晶体塑性变形有何不同？多晶体的每一晶粒滑移变形的规律与单晶体相同，但由于多晶体中存在晶界，且各晶体的取向也不相同，多晶体的塑性变形具有以下特点：（1）各晶粒不同同时变形；（2）各晶粒变形的不均匀性；（3）各变形晶粒相互协调。
3.什么是滑移、滑移线、滑移带和滑移系？滑移线和滑移带是如何在金属表面形成的？列举金属中常见晶体结构最重要的滑移系，并在其晶胞内画出一个滑移系。
哪种晶体的塑性最好？哪个次之？为什么？所谓滑移是指在切应力的作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向发生相对滑动，滑动后原子处于新的稳定位置。
晶体材料的滑移面与晶体表面的交线称为滑移线。
由数目不等的滑移线或滑移台阶组成的条带称为滑移带。
一个滑移面和该面上的一个滑移方向组成一个滑移系。
滑移线是由于晶体的滑移变形使试样的抛光表面产生高低不一的台阶所造成的；相互靠近的小台阶在宏观上反映的是一个大台阶，所以形成了滑移带。
滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性就越好。
滑移方向对滑移所起的作用比滑移面大，所以面心立方晶格金属比体心立方晶格金属的塑性更好。
密排六方由于滑移少，塑性最差。
4.简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力，并说明如何区分冷、热加工。
动态再结晶与静态再结晶后的组织结构的主要区别是什么？一次再结晶的驱动力是冷变形所产生的储存能的释放。
二次再结晶的驱动力是由于界面能变化引起的。
1．常见的金属晶格类型有哪些?试绘图说明其特征。
体心立方：单位晶胞原子数为2配位数为8原子半径=(设晶格常数为a)致密度0.68面心立方：单位晶胞原子数为4配位数为12原子半径= (设晶格常数为a)致密度0.74密排六方：晶体致密度为0.74，晶胞内含有原子数目为6。
配位数为12，原子半径为1/2a。
2实际金属中有哪些晶体缺陷?晶体缺陷对金属的性能有何影响?点缺陷、线缺陷、面缺陷一般晶体缺陷密度增大，强度和硬度提高。
3什么叫过冷现象、过冷度?过冷度与冷却速度有何关系？它对结晶后的晶粒大小有何影响？金属实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象。
理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。
金属结晶时的过冷度与冷却速度有关，冷却速度愈大，过冷度愈大，金属的实际结晶温度就愈低。
结晶后的晶粒大小愈小。
4金属的晶粒大小对力学性能有何影响?控制金属晶粒大小的方法有哪些?一般情况下，晶粒愈细小，金属的强度和硬度愈高，塑性和韧性也愈好。
控制金属晶粒大小的方法有：增大过冷度、进行变质处理、采用振动、搅拌处理。
5．如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小：(1)金属型浇注与砂型浇注：(2)浇注温度高与浇注温度低；(3)铸成薄壁件与铸成厚壁件；(4)厚大铸件的表面部分与中心部分(5)浇注时采用振动与不采用振动。
(6)浇注时加变质剂与不加变质剂。
（1）金属型浇注的冷却速度快，晶粒细化，所以金属型浇注的晶粒小；（2）浇注温度低的铸件晶粒较小；（3）铸成薄壁件的晶粒较小；（4）厚大铸件的表面部分晶粒较小；（5）浇注时采用振动的晶粒较小。
（6）浇注时加变质剂晶粒较小。
6．金属铸锭通常由哪几个晶区组成?它们的组织和性能有何特点?（1）表层细等轴晶粒区金属铸锭中的细等轴晶粒区，显微组织比较致密，室温下力学性能最高；（2）柱状晶粒区在铸锭的柱状晶区，平行分布的柱状晶粒间的接触面较为脆弱，并常常聚集有易熔杂质和非金属夹杂物等，使金属铸锭在冷、热压力加工时容易沿这些脆弱面产生开裂现象，降低力学性能。
一、名词解释：１、固溶强化：固溶体溶入溶质后强度、硬度提高，塑性韧性下降现象。
２、加工硬化：金属塑性变形后，强度硬度提高的现象。
２、合金强化：在钢液中有选择地加入合金元素，提高材料强度和硬度４、热处理：钢在固态下通过加热、保温、冷却改变钢的组织结构从而获得所需性能的一种工艺。
５、细晶强化：晶粒尺寸通过细化处理，使得金属强度提高的方法。
二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，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、正火的目的和大致热处理工艺细化晶粒，消除应力；加热到Ac3＋50℃保温一段时间空冷3、调质目的和大致热处理工艺强度硬度塑性韧性达到良好配合淬火＋高温回火4、表面淬火目的提高轴颈表面硬度5．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。
去除表面淬火热应力，表面M＋A’心部S回四、选择填空（20分）１．合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（d）（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２．适合制造渗碳零件的钢有（c）。
（a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A （b）45、40Cr、65Mn、T12（c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi３．要制造直径16mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c ）（a）45钢经正火处理（b）60Si2Mn经淬火和中温回火（c）40Cr钢经调质处理4．制造手用锯条应当选用（a ）（a）T12钢经淬火和低温回火（b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火（c）65钢淬火后中温回火5．高速钢的红硬性取决于（b ）（a）马氏体的多少（b）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量（c）钢中的碳含量6．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c ）（a）60钢渗碳淬火后低温回火（b）40Cr淬火后高温回火（c）20CrMnTi渗碳淬火后低温回火7．65、65Mn、50CrV等属于哪类钢，其热处理特点是（c ）（a）工具钢，淬火+低温回火（b）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火（c）弹簧钢，淬火+中温回火8. 二次硬化属于（d）（a）固溶强化（b）细晶强化（c）位错强化（d）第二相强化9. 1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（b）（a）获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性（b）获得单一的奥氏体组织，提高抗腐蚀性，防止晶间腐蚀（c）降低硬度，便于切削加工１０.推土机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击，应选择用（b ）（a）20Cr渗碳淬火后低温回火（b）ZGMn13—3经水韧处理（c）W18Cr4V淬火后低温回火五、填空题(20分)1、马氏体是碳在a-相中的过饱和固溶体，其形态主要有板条马氏体、片状马氏体。
1．写出下列力学性能符号所代表的力学性能指标的名称和含义。
σe、σs、σ r 0.2、σb、δ、ψ、a k 、σ-1、HRA、HRB、HRC、HBS(HBW)。
σe是弹性极限，是材料产生完全弹性变形时所承受的最大应力值；σs是屈服强度，是材料产生屈服现象时的最小应力值；σ r 0.2是以试样的塑性变形量为试样标距长度的0.2%时的应力作为屈服强度；σb是抗拉强度，是材料断裂前所能承受的最大应力值；δ是伸长率，试样拉断后标距长度的伸长量与原始标距长度的百分比；ψ是断面收缩率，是试样拉断后，缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比；a k是冲击吸收功，摆锤冲击试验中摆锤冲断试样所消耗的能量称为冲击吸收功；σ-1是材料经受无数次应力循环而不被破坏的最大应力；HRA、HRB、HRC是洛氏硬度由于不同的压头和载荷组成的几种不同的洛氏硬度标尺而产生的三种表示方法；HBS(HBW)是布氏硬度，用淬火钢球做压头测得的硬度用符号HBS表示，用硬质合金做压头测得的硬度用符号HBW表示。
2．低碳钢试样在受到静拉力作用直至拉断时经过怎样的变形过程?由最初受力时的弹性变形到超过屈服极限的塑性变形到最后超过抗拉强度后的断裂。
3．某金属材料的拉伸试样l0=100mm，d0=10mm。
拉伸到产生0.2％塑性变形时作用力(载荷)F0.2=6.5×103N；F b=8．5×103N。
拉断后标距长为l l=120mm，断口处最小直径为d l=6.4mm，试求该材料的σ0.2、σb、δ、ψ。
σ0.2= F0.2/ s0=(6.5×103)/π×（10/2）2=82.8MPaσb= F b/ s0=(8.5×103)/π×（10/2）2=108.28MPaδ=(l l- l0)/ l0×100%=20%ψ=( s0- s1)/ s0=[π×（10/2）2-π×（6.4/2）2]/π×（10/2）2=59.04%4．钢的弹性模量为20.7×104MPa，铝的弹性模量为6.9×104MPa。
第1章材料的力学的性能习题一、选择题1.表示金属材料屈服强度的符号是 B ..A、；B、；C、；D、；1.金属材料在静载荷作用下;抵抗变形和破坏的能力称为 C ..A、塑性；B、硬度；C、强度；D、弹性；2.在测量薄片工件的硬度时;常用的硬度测试方法的表示符号是 B ..A、HBS；B、HRC；C、HV；D、HBW；3.做疲劳试验时;试样承受的载荷为 B ..A、静载荷；B、交变载荷；C、冲击载荷；D、动载荷；二、填空题1.材料的力学性能通常是指在载荷作用下材料抵抗变形或断裂的能力..2.金属塑性的指标主要有断后伸长率和断面收缩率两种..3.金属的性能包括物理性能、化学性能、力学性能和工艺性能..4.常用测定硬度的方法有布氏硬度测试法、洛氏硬度测试法和维氏硬度测试法..5.疲劳强度是表示材料经无限次循环应力作用而不发生断裂的最大应力值..6.材料的工艺性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能等..7.零件的疲劳失效过程可分为疲劳裂纹产生、疲劳裂纹扩展、瞬时断裂三个阶段..三、判断题1.拉伸试验可以测定材料的强度、塑性等性能指标;因此材料的力学性能都可以通过拉伸试验测定.. ×2.用布氏硬度测试法测量硬度时;压头为钢球;用符号HBS表示.. ×3.金属材料的力学性能可以理解为金属材料的失效抗力.. ×4.材料的断裂韧度大于材料的应力场强度因子的;材料的宏观裂纹就会扩展而导致材料的断裂.. ×四、练习与思考1.说明下列符号的意义和单位..1σe；2σs或σ0.2；3σb；4δ；5ψ；6σ－1；7A K；2.在测定强度指标时;σ0.2和σs有什么不同3.拉伸试样的原标距长度为50 mm;直径为10 mm..试验后;将已断裂的试样对接起来测量;标距长度为73 mm;颈缩区的最小直径为5.1 mm..试求该材料的延伸率和断面收缩率的值..4.材料的弹性模量E的工程含义是什么它和零件的刚度有何关系5.将6500 N的力施加于直径为10 mm、屈服强度为520 MPa的钢棒上;试计算并说明钢棒是否会产生塑性变形..6.塑性指标在工程上有哪些实际意义7.下列材料或零件采用什么硬度测试法较合适1锉刀；2黄铜轴套；3硬质合金刀片；4一般淬火钢；8.工程材料有哪些物理性能和化学性能第2章金属的晶体结构与结晶习题一、名词解释晶体、单晶体、多晶体、晶格、晶胞、晶粒、晶界、合金、组元、相、组织、共晶转变二、如果其它条件相同;试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小：1.金属型铸造与砂型铸造..2.高温浇注与低温浇注..3.浇注时采用振动与不采用振动..4.厚大铸件的表面与心部..三、问答题1.金属中常见的晶体结构有哪几种2.实际晶体的晶体缺陷有哪几种类型它们对晶体的力学性能有何影响3.固溶体与化合物有何区别固溶体的类型有哪几种4.何谓金属的结晶纯金属的结晶是由哪两个基本过程组成的5.何谓过冷现象和过冷度过冷度与冷却速度有何关系6.晶粒大小对金属的力学性能有何影响细化晶粒的常用方法有哪几种7.什么是共晶转变共晶转变有何特点8.什么是共析转变共晶转变与共析转变有何异同第3章铁碳合金相图习题一、名词解释1. 铁素体；2. 奥氏体；3. 渗碳体；4.珠光体；5. 莱氏体；6. 低温莱氏体；7. 同素异晶转变；8. 铁碳合金状态图；二、填空题1.珠光体是由F和Fe3C组成的机械混合物共析组织..2.莱氏体是由A和Fe3C组成的机械混合物共晶组织..3.奥氏体在1148℃时碳的质量分数可达2.11%;在727℃时碳的质量分数为0.77%..4.根据室温组织的不同;钢可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢..5.共析钢的室温组织为P；亚共析钢的室温组织为F+P；过共析钢的室温组织为P+Fe3CII ..6.碳的质量分数为0.77%的铁碳合金称为共析钢;其奥氏体冷却到S点727℃时会发生共析转变;从奥氏体中同时析出F和Fe3C的混合物;称为P..7.奥氏体和渗碳体组成的共晶产物称为Ld;其碳的质量分数为4.3%..8.亚共晶白口铸铁碳的质量分数为2.11%～4.3%;其室温组织为P+Fe3CII+Ld′..9.过晶白口铸铁碳的质量分数为4.3%～6.69%;其室温组织为Ld′+Fe3CI ..10.过共析钢碳的质量分数为0.77%～2.11%;其室温组织为P+Fe3CII ..11.亚共析钢碳的质量分数为0.0218%～0.77%;其室温组织为F+P..三、选择题1.铁素体为 A 晶格;奥氏体为 B 晶格;渗碳体为 D 晶格..A、体心立方；B、面心立方；C、密排六方；D、复杂的；2.Fe-FeC状态图上的ES线;用代号 B 表示;PSK线用代号 A 表示..3A、A1；B、A cm；C、A3；D、其它；3.Fe-FeC状态图上的共析线是 C ;共晶线是 A ..3A、ECF线；B、ACD线；C、PSK线；D、GSK线四、判断题1.金属化合物的特性是硬而脆;莱氏体的性能也是硬而脆;故莱氏体属于金属化合物..×2.渗碳体碳的质量分数为6.69%.. √3.Fe-FeC状态图中;A3温度是随碳的质量分数增加而上升的.. ×34.碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体称为奥氏体.. ×五、简答题1.何为金属的同素异构转变试画出纯铁的结晶冷却曲线和晶体结构变化图..2.简述碳的质量分数为0.4%和1.2%的铁碳合金从液态冷却至室温时的结晶过程..3.把碳的质量分数为0.45%的钢和白口铸铁都加热到高温1000～1200℃;能否进行锻造为什么第4章钢的热处理习题1.何谓钢的热处理常用的热处理工艺有哪些2.简述共析钢加热时奥氏体形成的过程..3.为什么要控制奥氏体晶粒大小如何控制奥氏体晶粒的大小4.解释下列名词：1 珠光体、索氏体、托氏体、贝氏体、马氏体；2 奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体；3 退火、正火、淬火、回火、表面淬火；4 临界淬火冷却速度v c、淬透性、淬硬性；5 单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火..5.珠光体类型组织有哪几种它们的形成条件、组织形态和性能方面有何特点6.影响C曲线的主要因素有哪些试比较共析纲、亚共析钢和过共析钢的C曲线..7.简述贝氏体的组织特征和性能特点..8.马氏体组织有哪两种它们与钢的化学成分有何关系组织形态和性能方面有何特点9.生产中常用的退火方法有哪几种各适用于什么场合10.甲、乙两厂生产同一批零件;材料均选用45钢;硬度要求为220～250HBS;其中甲厂采用正火;乙厂采用调质;都达到硬度要求..试分析甲、乙两厂产品的组织和性能差别..11.某活塞用45钢制造;由于形状复杂;按正常淬火加热温度840℃加热后水冷;大约有40%出现淬火裂纹..请分析原因并改进该工件的淬火工艺..12.一块厚度为5 mm的45钢钢板;先经840℃加热淬火;硬度为55HRC;随后从一端加热;依靠热传导;使钢板上各点达到如图4-29所示的温度..试问：1 各点部位的组织是什么2 整个钢板自图示各温度缓冷到室温后各点部位的组织是什么3 整个钢板自图示各温度水淬快冷到室温后各点部位的组织是什么图4-29 题12图13.举例说明钢的淬透性、淬硬深度和淬硬性三者之间的区别..14.分析单液淬火、双液淬火、分级淬火、贝氏体等温淬火等方法对淬火应力带来的影响..15.试为以下钢件选择预先热处理工艺：1 20CrMnTi汽车变速箱齿轮锻造毛坯晶粒粗大；2 T12锻造后有网状渗碳体；3 T12钢锉刀毛坯改善切削加工性和热处理工艺性能..16.回火的目的是什么淬火钢在回火过程中显微组织发生哪些变化17.什么叫回火脆性生产中如何防止回火脆性18.分析以下说法是否正确;并说明理由..1 钢的淬火冷却速度愈快;所获得的硬度愈高;淬透性也愈好..2 钢的合金元素越多;淬火后的硬度越高..3 淬火钢回火后的性能主要取决于回火后的冷却速度..19.何谓表面热处理表面淬火的目的是什么常用的表面淬火有哪几种20.感应加热表面淬火的加热原理是什么淬火后的淬透层深度与什么有关21.渗碳的主要目的是什么试分析20钢渗碳缓慢冷却后的表层和心部组织;以及渗碳缓慢冷却后;加热到780℃淬火、180℃回火后的表层和心部组织..22.渗氮后的性能特点是什么渗氮后为何不进行淬火23.比较钢经表面淬火、渗碳淬火、渗氮热处理后的性能和应用范围等方面有何不同..24.某一用40Cr钢制造的齿轮;其加工路线如下：备料→锻造→正火→机械粗加工→调质→机械精加工→高频感应加热表面淬火与低温回火→磨削..请说明各热处理工序的目的及热处理后的显微组织..第5章工业用钢习题一、选择题1.40MnB钢中;微量元素B的作用是 B ..A、强化铁素体；B、提高淬透性；C、提高淬硬性；D、提高回火稳定性；2.欲要提高铬镍不锈钢的强度;主要采用 B ..A、时效强化方法；B、固溶强化方法；C、冷加工硬化方法；D、马氏体强化方法；3.20CrMnTi钢根据其组织和力学性能;在工业上主要作为一种 A 使用..A、合金渗碳钢；B、合金弹簧钢；C、合金调质钢；D、滚动轴承钢；4.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 C ..A、Mn、P；B、Mn、Ti；C、Ti、V； D．V、P5.除 A 元素外;其它合金元素溶于奥氏体后;均能增加过冷奥氏体的稳定性..A、Co； B．Cr； C．Mn； D．Ti；6.用40Cr钢制造的齿轮;锻造后的典型热处理工艺应是 A ..A、调质处理；B、高温回火；C、完全退火；D、正火处理；二、指出下列各钢牌号的名称及各符号的含义08 45 65Mn T12A ZG230-450 Q235A Q345 40Cr 20CrMnTi 60Si2Mn GCr9 CrWMn 9SiCr Cr12MoV W6Mo5Cr4V2 3Cr2Mo 1Cr13 0Cr19Ni9 4Cr9Si2 ZGMn13三、填空题1.高速工具钢经高温淬火加多次回火后;具有很高的硬度和较好的耐磨性..2.不锈钢按其金相显微组织不同;常用的有以下三类：马氏体型不锈钢、铁素体型不锈钢和奥氏体型不锈钢..3.含碳量对钢的性能影响很大;低碳钢、中碳钢和高碳钢的含碳量分别为≤0.25%、0.25%～0.60%、≥0.60%..4.钢中常存的杂质元素为Mn、Si、S、P;钢的质量等级主要以S和P的多少划分..5.合金钢按主要用途可分为合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢三大类..四、判断题1.高锰钢加热到1000～1100℃;淬火后可获得单相马氏体组织.. ×2.40钢的含碳量为0.40%;而T10钢的含碳量为10%.. ×3.Si和Mn通常是钢中的有益元素;因此钢中Si和Mn的含量要尽量高.. ×4.不锈钢的含碳量影响钢的耐蚀性;含碳量越高;则耐蚀性越好.. ×5.20CrMnTi钢是合金渗碳钢;GCr15是专用的合金工具钢.. ×6.1Cr13和40Cr钢中的Cr都是为了提高钢的淬透性.. ×7.大多数合金钢比含碳量相同的碳素钢热处理加热温度高;保温时间长.. √8.高速工具钢含大量合金元素;在热轧或锻造之后空冷就可获得马氏体组织.. ×五、问答题1.合金元素在钢中的存在形式有哪些其主要作用有哪些2.比较40Cr、T12、20CrMnTi的淬硬性和淬透性..3.制造某齿轮原用45钢;现想用Q235代替..能否代替为什么4.高速钢的主要性能要求是什么它的成分和热处理有什么特点5.冷作模具钢和热作模具钢的性能要求有什么不同6.为什么机床变速齿轮采用45或40Cr制造;而汽车变速箱齿轮常采用20CrMnTi7.不锈钢中含Cr通常大于12%;Cr12MoV、1Cr13是否是不锈钢为什么六、为下列机械零件选材1. 机床主轴2. 汽车变速齿轮3. 汽车板簧4. 地脚螺栓5. 滚珠6. 大型冷冲模7. 手术刀8. 坦克履带9. 硝酸槽 10. 发动机连杆第6章铸铁习题一、填空题1.铸铁与钢相比;具有良好的铸造性能、良好的减摩性、较低的缺口敏感性、良好的切削加工性和良好的减摩性等优点..2.碳在铸铁中主要有渗碳体和石墨两种存在形式..3.影响石墨化的因素是化学成分和冷却速度..4.铸铁的力学性能主要取决于基体的性能和石墨的数量、形状、大小及分布状况..5.常用的合金铸铁有耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等..二、选择题1.为提高灰铸铁的表面硬度和耐磨性;采用 A 热处理方法效果较好..A、表面淬火；B、等温淬火；C、渗碳后淬火加低温回火；D、淬火加高温回火；2.球墨铸铁经 A 可获得铁素体基体组织;经 C 可获得下贝氏体基体组织..A、退火；B、正火；C、贝氏体等温淬火；D、调质；3.为下列零件正确选材：机床床身 D ；汽车后桥外壳 C ；柴油机曲轴B ；排气管 A ..A、RuT300；B、QT700-2；C、KTH350-10；D、HT300；三、判断题1.热处理可以改变灰铸铁的基体组织;但不能改变石墨的形状、大小和分布情况..√2.可锻铸铁比灰铸铁的塑性好;因此可以进行锻压加工.. ×3.厚壁铸铁件的表面硬度总比其内部高.. ×4.可锻铸铁一般只适用于制造薄壁小型铸件.. √5.白口铸铁件的硬度适中;易于进行切削加工.. ×6.铸件壁厚大小是影响石墨化的最主要因素.. ×四、简答题1.什么是铸铁它与钢相比有什么优点2.影响铸铁石墨化的因素有哪些3.灰铸铁是否可通过热处理来提高力学性能球墨铸铁和可锻铸铁又如何为什么4.球墨铸铁是如何获得的它与相同基体的灰铸铁相比;其突出性能特点是什么5.可锻铸铁和球墨铸铁;哪种适宜制造薄壁铸件为什么6.下列牌号各表示什么铸铁牌号中的数字表示什么意义1 HT2502 QT700-23 KTH330-084 KTZ450-065 RuT420第7章非铁金属习题一、判断题1.不锈钢属于非铁金属.. ×2.铝及其合金具有良好的耐酸、碱、盐腐蚀能力.. ×3.铝及其合金都无法用热处理强化.. ×4.颜色呈紫红色的铜属于纯铜.. √5.钛是目前惟一可以在超低温条件下工作的金属工程材料.. ×6.滑动轴承合金越软;减摩性越好.. √7.镁合金是目前使用的密度最小的金属工程材料.. √8.硬质合金除了磨削;无法用其它常规机械加工方法加工.. √9.纯铜无法进行热处理强化.. √二、填空题1.白铜是铜和金属镍组成的的合金..2.青铜是除锌和镍元素以外;铜和其它元素组成的合金..3.目前常用的滑动轴承合金组织有软基体硬质点组织和硬基体软质点组织两大类..4.通用硬质合金又称万能硬质合金..5.在钨钴类硬质合金中;碳化钨的含量越多;钴的含量越少;则合金的硬度、红硬性及耐磨性越高;但强度和韧性越低..三、问答题1.固溶强化、弥散强化、时效强化的区别有哪些2.滑动轴承合金应具有怎样的性能和理想组织3.制作刃具的硬质合金材料有哪些类别比较一下它们有何差别..4.变形铝合金与铸造铝合金在成分选择上和组织上有什么不同5.为什么防锈铝不能通过热处理强化6.时效温度和时效时间对合金强度有何影响7.金属材料的减摩性和耐磨性有何区别它们对金属组织和性能要求有何不同四、理解题1.试从机理、组织与性能变化上对铝合金淬火和时效处理与钢的淬火和回火处理进行比较..2.铝合金的变质处理和灰铸铁的孕育处理有何异同之处3.用已时效强化的2A12硬铝制造的结构件;若使用中撞弯;应怎样校直为什么第8章常用非金属材料习题一、名词解释1. 高分子化合物2. 非金属材料3. 工程塑料二、简答题1.何谓热固性塑料和热塑性塑料举例说明其用途..2.塑料由哪些组成物组成其性能如何举例说明工程塑料的应用实例..3.何谓橡胶其性能如何举出三种常用橡胶在工业中的应用实例..4.何谓陶瓷其性能如何举出三种常用陶瓷在工业中的应用实例..5.何谓复合材料其性能如何举出三种常用复合材料在工业中的应用实例..第9章铸造习题一、名词解释1. 铸造2. 砂型铸造3. 造型4. 造芯5. 浇注系统6. 流动性7. 收缩性8. 特种铸造9. 压力铸造二、填空题1.特种铸造包括金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造等..2.型砂和芯砂主要由型砂、粘结剂、附加物、旧砂和水组成..3.造型材料应具备的性能有可塑性、耐火性、透气性、退让性、溃散性等..4.手工造型方法有：整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、三箱造型和刮板造型等..5.浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成..三、问答题1.铸造生产有哪些优缺点2.零件、铸件和模样三者在形状和尺寸上有哪些区别3.选择铸件分型面时;应考虑哪些原则4.绘制铸造工艺图时应确定哪些主要的工艺参数5.铸件上产生缩孔的根本原因是什么顺序凝固为什么能避免缩孔缺陷6.冒口有什么作用如何设置冒口7.设计铸件结构时应遵循哪些原则8.比较铸铁、铸钢、铸造有色金属的铸造性能..第10章锻压习题一、名词解释1．冷变形强化 2. 再结晶 3. 余块 4. 热加工 5. 可锻性6. 锻造流线7. 锻造比二、填空题1.塑性与变形抗力是衡量锻造性优劣的两个主要指标;塑性愈高;变形抗力愈小;金属的可锻性就愈好..2.随着金属冷变形程度的增加;材料的强度和硬度升高;塑料和韧性下降;使金属的可锻性变差..3.金属塑性变形过程的实质就是位错沿着滑移面的运动过程..随着变形程度的增加;位错密度增加;塑性变形抗力增大..4.自由锻零件应尽量避免带楔形、曲线形、锥形的表面、肋板和凸台、圆柱体与圆柱体相贯结构..5.弯曲件弯曲后;由于有回弹现象;因此弯曲模角度应比弯曲零件弯曲角度小于一个回弹角α..三、判断题1.细晶粒组织的可锻性优于粗晶粒组织.. √2.非合金钢碳素钢中碳的质量分数愈低;可锻性就愈差.. ×3.零件工作时的切应力应与锻造流线方向一致.. ×4.常温下进行的变形为冷变形;加热后进行的变形为热变形.. ×5.因锻造之前进行了加热;所以任何材料均可以进行锻造.. ×6.冲压件材料应具有良好的塑性.. √7.弯曲模的角度必须与冲压弯曲件的弯曲角度相同.. ×8.落料和冲孔的工序方法相同;只是工序目的不同.. √四、简答题1.如何确定锻造温度的范围为什么要“趁热打铁”2.冷变形强化对锻压加工有何影响如何消除3.自由锻零件结构工艺性有哪些基本要求4.试比较自由锻、锤上模锻、胎模锻造的优缺点..5.对拉深件如何防止皱折和拉裂五、分析题1．叙述绘制图10-29所示零件的自由锻件图应考虑的因素..图10-29 C618K车床主轴零件图2．改正图10-30所示模锻零件结构的不合理处;并说明理由..图10-30 模锻零件结构六、课外研究观察生活或生产中小金匠锻制金银首饰的操作过程;分析整个操作过程中各个工序的作用或目的;并编制其制作工艺流程..第11章焊接习题一、判断题1.从本质上讲;钎焊不属于焊接.. √2.压力焊都是固相焊接.. ×3.采用碱性焊条焊接时;焊缝的含氢量低是由于焊条药皮含氢量低所致的.. ×4.埋弧焊不适宜焊接铝、钛等活泼性金属.. √气体保护焊的飞溅.. √5.不论采取何种措施;都无法根绝CO26.电渣焊后;一般都要进行细化晶粒热处理.. √7.当焊缝中存在气孔时;X光探伤后底片上相应部位呈白色.. ×二、填空题1.焊条由焊芯和焊条药皮两部分组成..2.焊接电弧包括阳极区、阴极区和弧柱区三部分..3.按焊条熔渣的碱度;可以将焊条分为酸性焊条和碱性焊条两大类..4.按照钎料的熔点不同;可以将钎焊分为硬钎焊和软钎焊两类..5.高碳钢焊接时;预热温度应控制在350ºC以上..6.外观检查是指用肉眼或用不超过30倍的放大镜对焊件进行检查..7.磁粉探伤后必须进行去磁处理..8.焊接接头包括焊缝和热影响区两部分..9.低碳钢的焊接热影响区包括过热区、正火区、部分相变区和再结晶区四个区域..三、问答题1.钎焊与焊接在本质上有何区别2.酸性焊条与碱性焊条有何不同3.叙述常见焊接方法的工艺特点..4.钎剂的作用是什么对钎剂和钎料都有哪些基本要求5.高碳钢焊接工艺有什么特点6.铸铁焊补时容易出现哪些焊接缺陷焊接铸铁的方法有哪些焊接时应注意什么问题7.焊接铜时容易出现哪些焊接缺陷为什么焊接时应采取哪些工艺措施8.常用的控制和矫正焊接变形的方法有哪些9.常用的降低和消除焊接应力的方法有哪些10.机械法矫正焊接变形有什么缺点火焰法矫正焊接变形有什么缺点11.焊接热影响区分几个组织变化区各有哪些特点12.焊接铝时容易出现哪些焊接缺陷焊接时应采取哪些工艺措施13.常见的焊接缺陷有哪些什么缺陷危害性最大14.常见的焊接检验方法有哪些各自的检查机理和应用范围是什么四、理解题1.为什么用碳当量法判断钢材的焊接性只是一种近似的方法2.在实际焊接生产中;为什么常把超声波探伤和X光探伤联合使用第12章零件材料与毛坯的选择习题一、填空题1.零件选材的一般原则是在满足使用性能的前提下;再考虑工艺性能、经济性..2.零件的工作条件分析应从受力状况、环境状况、特殊功能等几方面分析..3.零件的变形失效包括弹性变形失效、塑性变形失效、蠕变变形失效等..4.零件常用的毛坯包括铸件、锻件、焊接结构件、冲压件、型材或板材下料等..5.零件毛坯选择的依据包括力学性能、零件形状、尺寸、质量、零件材料、生产批量等..二、热处理应用1.某齿轮要求具有良好的综合力学性能;表面硬度为50～55HRC;选择45钢制造..加工工艺路线为：下料—→锻造—→热处理—→机械粗加工—→热处理—→机械精加工—→热处理—→精磨..试说明工艺路线中各热处理工序的名称、目的..2.拟用T12钢制成锉刀;其工艺路线如下：锻打—→热处理—→机械加工—→热处理—→精加工..试写出各热处理工序的名称;并制定最终热处理工艺..三、指出下列工件在选材与热处理技术中的错误;说明理由;并提出改正意见..1.用45钢制作表面耐磨的凸轮;淬火、回火要求60～63HRC..2.用40Cr制作直径30 mm、要求良好综合力学性能的传动轴;采用调质要求40～45HRC..3.用45钢制作直径15 mm的弹簧丝;淬火、回火要求55～60HRC..4.制造转速低、表面耐磨性及心部强度要求不高的齿轮选用45钢;渗碳淬火要求58～62HRC..5.选用9SiCr制造M10板牙;热处理技术条件为淬火、回火要求50～55HRC..6.选用T12钢制作钳工用的凿子;淬火、回火要求60～62HRC..7.一根直径100 mm、心部强度要求较高的传动轴;选用45钢;采用调质要求220～250HBS..8.大批量生产直径5 mm的塞规;以检验零件的内孔;选用T7钢;淬火、回火要求60～64HRC..四、综合练习1.大型矿山载重汽车变速箱齿轮;传递功率大;受到大的冲击、极大的摩擦;对齿轮的要求为：心部应有很高的冲击韧性及强度;齿轮表面应有高的硬度、耐磨性及高的疲劳强度..其材料为合金钢20CrMnTi..试选择毛坯类型并安排工艺路线;说明热处理工序的作用..2.某轴类零件承受较大的冲击力、变动载荷;其失效形式主要是：过量变形与疲劳断裂;要求材料具有高的强度、疲劳强度、较好的塑性与韧性;即要求较好的综合力学性能;轴上有一部位应耐磨、耐疲劳..试选择材料及毛坯并安排热处理工序位置..3.制造一件齿轮减速器箱体;试选择材料及毛坯..如果成批生产减速箱;这时你又如何考虑材料与毛坯五、思考题1.零件失效的原因一般包括哪些方面2.零件毛坯选择的基本原则是什么3.生产批量对零件毛坯的选择有什么影响4.为什么齿轮多用锻件毛坯;而手轮、带轮多用铸件做毛坯六、调研汽车上各个零件的材料;分析零件的毛坯..。
1.奥氏体晶粒大小与哪些因素有关？为什么说奥氏体晶粒大小直接影响冷却后钢的组织和性能？奥氏体晶粒大小是影响使用性能的重要指标，主要有下列因素影响奥氏体晶粒大小。
（1）加热温度和保温时间。
加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大。
（2）加热速度。
加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率和长大速度的比值增大，则奥氏体的起始晶粒越细小，但快速加热时，保温时间不能过长，否则晶粒反而更加粗大。
（3）钢的化学成分。
在一定含碳量范围内，随着奥氏体中含碳量的增加，碳在奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度增大，晶粒长大倾向增加，但当含碳量超过一定限度后，碳能以未溶碳化物的形式存在，阻碍奥氏体晶粒长大，使奥氏体晶粒长大倾向减小。
（4）钢的原始组织。
钢的原始组织越细，碳化物弥散速度越大，奥氏体的起始晶粒越细小，相同的加热条件下奥氏体晶粒越细小。
传统多晶金属材料的强度与晶粒尺寸的关系符合Hall-Petch关系，即σs=σ0+kd-1/2，其中σ0和k是细晶强化常数，σs是屈服强度，d是平均晶粒直径。
显然，晶粒尺寸与强度成反比关系，晶粒越细小，强度越高。
然而常温下金属材料的晶粒是和奥氏体晶粒度相关的，通俗地说常温下的晶粒度遗传了奥氏体晶粒度。
所以奥氏体晶粒度大小对钢冷却后的组织和性能有很大影响。
奥氏体晶粒度越细小，冷却后的组织转变产物的也越细小，其强度也越高，此外塑性，韧性也较好。
2．过冷奥氏体在不同的温度等温转变时，可得到哪些转变产物？试列表比较它们的组织和性能。
3.共析钢过冷奥氏体在不同温度的等温过程中，为什么550℃的孕育期最短，转变速度最快？因为过冷奥氏体的稳定性同时由两个因素控制：一个是旧与新相之间的自由能差ΔG；另一个是原子的扩散系数D。
等温温度越低，过冷度越大，自由能差ΔG也越大，则加快过冷奥氏体的转变速度；但原子扩散系数却随等温温度降低而减小，从而减慢过冷奥氏体的转变速度。
高温时，自由能差ΔG起主导作用；低温时，原子扩散系数起主导作用。
工程材料及热处理练习题一、简答题8．写出Fe-Fe3C状态图上共晶和共析反应式。
答案. L→A+Fe3C (共晶) A→F+Fe3C (共析)9．选用工程材料的一般原则是什么？答案.①使用性能足够的原则②工艺性能良好的原则③经济性合理的原则④结构、材料、成形工敢相适应的原则。
10．金属结晶的一般过程归纳为几个阶段？答案.一种是自发形核；另一种是非自发形核11. 简述普通热处理的基本过程。
答案.退火、正火、淬火、回火12. 何谓加工硬化？加工硬化：金属经过冷态下的塑性变形后其性能发生很大的变化，最明显的特点是强度随变形程度的增加而大为提高，其塑性却随之有较大的降低。
15.试述金属结晶时晶粒度的控制方法。
①增加过冷度②变质处量③热处理16. 什么是同素异构转变？并举例说明。
同素异构转变：就是原子重新排列的过程，它也遵循生核与长大的基本规律。
17．铁碳合金中基本相是哪些？其机械性能如何？基本相：铁素体、奥氏体、渗碳体；机械性能：铁素体溶碳能力差，奥氏体溶液碳能力较强，渗碳体溶碳能力最强；18．简述化学热处理的基本过程。
过程：活性原子的产生、活性原子的吸收、活性原子的扩散二、问答题3. 试比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料在结合键上的差别及其主要性能特点。
T答案：4. 用冷却曲线表示45钢的平衡结晶过程；写出该过程中相及组织转变反应式；图P48L→L+A→A→A+F→P+F5.工厂生产一批小齿轮，要求齿面硬度大于HRC55，心部有良好的塑性和韧性，现有以下材料：65Mn、45钢、16Mn、9SiCr、20CrMnTi，已知：试回答以下问题：（1）·选择一种合适的材料，并说明理由；45，采用表面淬火,45钢属于,调质钢,渗碳+淬火+低温回火,具有高强度和足够的韧性.（2）·编制其工艺流程；下料→毛坯成形→预备热处理→粗加工→最终热处理→精加工→装配（3）·制订其热处理工艺（用工艺曲线表示，要求标出加热温度、冷却介质）；（4）·说明各热处理工序的主要目的，并指出最终热处理后齿轮表面和心部的组织。
机械工程材料及热加工工艺试题及答案一、名词解释：１、固溶强化：固溶体溶入溶质后强度、硬度提高，塑性韧性下降现象。
２、加工硬化：金属塑性变形后，强度硬度提高的现象。
２、合金强化：在钢液中有选择地加入合金元素，提高材料强度和硬度４、热处理：钢在固态下通过加热、保温、冷却改变钢的组织结构从而获得所需性能的一种工艺。
５、细晶强化：晶粒尺寸通过细化处理，使得金属强度提高的方法。
二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法名称机床床身汽车后桥齿轮候选材料T10A,KTZ450-06,HT20040Cr,20CrMnTi,60Si2Mn选用材料HT20020CrMnTi热处理方法时效渗碳＋淬火＋低温回火最终组织P＋F＋G片表面Cm＋M＋A’心部F＋MCm＋M＋A’Cm＋M＋A’T回Cm＋M＋A’F＋Pa+SnSbAS回＋G球滚动轴承GCr15,Cr12,QT600-2GCr15球化退火＋淬火＋低温回火锉刀9SiCr,T12,W18Cr4VT12球化退火＋淬火＋低温回火汽车板簧钻头桥梁滑动轴承耐酸容器发动机曲轴45,60Si2Mn,T10W18Cr4V，65Mn,201Cr13,16Mn,Q195H70,ZSnSb11Cu6,T860Si2MnW18Cr4V16Mn,ZSnSb1 1Cu6淬火＋中温回火淬火＋低温回火不热处理不热处理固溶处理等温淬火＋高温回火Q235,1Cr18Ni9Ti,ZGMn131Cr18Ni9TiQT600-3,45,ZL101QT600-3三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，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、正火的目的和大致热处理工艺细化晶粒，消除应力；加热到Ac3＋50℃保温一段时间空冷3、调质目的和大致热处理工艺强度硬度塑性韧性达到良好配合淬火＋高温回火4、表面淬火目的提高轴颈表面硬度5．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。
1.置换固溶体中，被置换的溶剂原子哪里去了？答：溶质把溶剂原子置换后，溶剂原子重新加入晶体排列中，处于晶格的格点位置。
2.间隙固溶体和间隙化合物在晶体结构与性能上的区别何在？举例说明之。
答：间隙固溶体是溶质原子进入溶剂晶格的间隙中而形成的固溶体，间隙固溶体的晶体结构与溶剂组元的结构相同，形成间隙固溶体可以提高金属的强度和硬度，起到固溶强化的作用。
如：铁素体F是碳在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构与α-Fe相同，为体心立方，碳的溶入使铁素体F强度高于纯铁。
间隙化合物的晶体结构与组元的结构不同，间隙化合物是由H、B、C、N等原子半径较小的非金属元素（以X表示）与过渡族金属元素（以M表示）结合，且半径比r X/r M＞0.59时形成的晶体结构很复杂的化合物，如Fe3C间隙化合物硬而脆，塑性差。
3.现有A、B两元素组成如图所示的二元匀晶相图，试分析以下几种说法是否正确？为什么？（1）形成二元匀晶相图的A与B两个相元的晶格类型可以不同，但是原子大小一定相等。
（2）K合金结晶过程中，由于固相成分随固相线变化，故已结晶出来的固溶体中含B 量总是高于原液相中含B量.（3）固溶体合金按匀晶相图进行结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分不相同，故在平衡态下固溶体的成分是不均匀的。
答：（1）错：Cu-Ni合金形成匀晶相图，但两者的原子大小相差不大。
（2）对：在同一温度下做温度线，分别与固相和液相线相交，过交点，做垂直线与成分线AB相交，可以看出与固相线交点处B含量高于另一点。
(3)错：虽然结晶出来成分不同，由于原子的扩散，平衡状态下固溶体的成分是均匀的。
4.共析部分的Mg-Cu相图如图所示：(1)填入各区域的组织组成物和相组成物。
在各区域中是否会有纯Mg相存在？为什么？答: Mg-Mg2Cu系的相组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体）Mg-Mg2Cu系的组织组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体，）在各区域中不会有纯Mg相存在，此时Mg以固溶体形式存在。
(2)求出20%Cu合金冷却到500℃、400℃时各相的成分和重量百分比。
答: 20%Cu合金冷却到500℃时,如右图所示:α相的成分为a wt%, 液相里含Cu 为b wt%,根据杠杆原理可知:Wα=O1b/ab*100%, W L= O1a/ab*100%同理: 冷却到400℃时，α相的成分为m wt%, Mg2Cu相里含Cu 为n wt%,Wα=O2n/mn*100%, W mg2Cu= O2m/mn*100%(3)画出20%Cu合金自液相冷却到室温的曲线，并注明各阶段的相与相变过程。
答:各相变过程如下(如右图所示):xp: 液相冷却,至p点开始析出Mg的固熔体α相py: Mg的固熔体α相从p点开始到y点结束yy,: 剩余的液相y开始发生共晶反应,L↔α+Mg2Cuy,q:随着T的降低, Cu在Mg的固熔体α相的固溶度降低.5.试分析比较纯金属、固溶体、共晶体三者在结晶过程和显微组织上的异同之处。
答：相同的是,三者都是由原子无序的液态转变成原子有序排列的固态晶体。
不同的是，纯金属和共晶体是恒温结晶，固溶体是变温结晶，纯金属和固溶体的结晶是由一个液相结晶出一个固相，而共晶体结晶是由一个液相同时结晶两个固相。
纯金属和固溶体的显微组织是单一固相，而共晶体的显微组织是两个相的机械混合物。
6.为什么亚共晶合金的共晶转变温度与共晶合金的共晶转变温度相同？答:共晶转变是一定液相成分在一定的温度下结晶出两个成分一定的固相。
因此，共晶转变的温度是一定的。
虽然亚共晶合金和共晶合金的成分不相同，但亚共晶合金结晶先析出固溶相，使剩余液相的成分达到共晶合金的成分再发生共晶反应，所以亚共晶合金的共晶转变温度与共晶合金的共晶转变温度相同。
8.何谓金属的同素异晶转变？试以纯铁为例说明金属的同素异晶转变。
答：金属在固态下随温度的变化，由一种晶格变为另一种晶格的现象，称为金属的同素异晶转变。
液态纯铁冷却到1538℃时，结晶成具有体心立方晶格的δ-Fe；继续冷到1394℃时发生同素异晶的转变，体心立方晶格δ-Fe转变为面心立方晶格γ-Fe；再继续冷却到912℃时，γ-Fe又转变为体心立方晶格的α-Fe。
纯铁变为固态后发生了两次同素异晶转变。
9.何谓共晶转变和共析转变？以铁碳合金为例写出转变表达式。
答：共晶转变：在一定的温度下,一定成分的液体同时结晶出两种一定成分的固相的反应。
L↔A+Fe3C(共晶)共析转变:在一定温度下，由成分一定的固相同时析出两种成分一定且不相同的新固相的转变。
A↔F+ Fe3C(共析)10.画出Fe-Fe3C相图钢的部分，试分析45钢，T8钢，T12钢在极缓慢的冷却条件下的组织转变过程，并绘出室温显微组织示意图。
答：Fe-Fe3C相图如下图所示（1）45钢为亚共析钢(组织图参考右) 组织转变过程如下：L→L+δ→L+δ+γ→L+γ→γ→α+γ→α+P+γ→α+ P（析出Fe3CⅢ）（2）T8钢近似为共析钢(组织图参考右) 组织转变过程如下:L→L+γ→γ→P+γ→P（α+ Fe3C）（3）T12为过共析钢(组织图参考右) L →L+γ→γ→γ+Fe3C Ⅱ →P + Fe3C Ⅱ11. 为什么铸造合金常选用靠近共晶成分的合金，而压力加工合金则选用单相固溶体成分合金？答：铸造合金需要流动性能好，充型能力强，而接近共晶成分合金，凝固温度区间小，且结晶温度低，恰好满足这个特点；压力加工的合金需要塑性好组织均匀，变形抗力小，有好的伸长率，单相固溶体恰好满足这些要求。
12. 根据Fe-Fe 3C 相图，确定下表中三种钢在指定温度下的显微组织名称。
13. 某厂仓库中积压了许多碳钢（退火状态）由于钢材混杂不知其化学成分，现找出一根，经金相分析后发现组织为珠光体和铁素体，其中铁素体量占80%。
问此钢材碳的含量大约是多少？是哪个钢号？ 答：由杠杆原理可知,此钢材碳的含量大约0.17 wt%,与20钢接近14. 有形状和大小一样的两块铁碳合金，一块是低碳钢，一块是白口铁。
问用什么简便的方法可迅速将它们区分开来？答：最简单的办法就是用钢锉，挫一挫，白口铸铁由于碳以化合物形式大量存在，比较硬，挫不动，打滑，低碳钢碳化物少，比较软，一挫就掉末。
(此方法可行)15. 现有两种铁碳合金，在显微镜下观察其组织，并以面积分数评定各组织的相对量。
一种合金的珠光体占75%，铁素体占25%；另一种合金的显微组织中珠光体占92%，二次渗碳体占8%。
这两种铁碳合金各属于哪一类合金？其碳的质量分数各为多少？ 答：珠光体占75%，铁素体占25%,此钢应为亚共析钢,其碳的质量分数约为0.58 wt%.0218.077.077.0%--=x F 0218.077.077.0%--=x F珠光体占92%，二次渗碳体占8%,此钢应为过共析钢, 其碳的质量分数约为1.24 wt%.16. 现有形状尺寸完全相同的四块平衡状态的铁碳合金，它们碳的质量分数分别为0.20%、0.40%、1.2%、3.5%。
根据你所学过的知识，可有哪些方法来区别它们？ 答：方法一：硬度测试。
硬度值大小顺序是：白口铸铁>T12钢>45钢>20钢。
因为铁碳合金的硬度随含碳量的增加而升高；四种铁碳合金的含碳量是：白口铸铁（大于2.11%C ） > T12钢（1.2%C ）>45钢（0.45%）>20钢（0.2%C ）。
方法二：分别制备四种材料的金相试样，在金相显微镜上进行显微组织观察。
亚共析钢组织为（F ＋P ），且亚共析钢中随含碳量增加铁素体减少，珠光体增多；过共析钢组织为（P ＋Fe 3C Ⅱ），且当Wc>0.9％时，Fe 3C Ⅱ沿晶界呈网状分布；白口铸铁的组织中有莱氏体。
所以，组织为（F ＋P ）而铁素体少的为20钢、珠光体多的为45钢；组织中有Fe3C Ⅱ沿晶界呈网状分布的T12钢，有莱氏体组织存在的是白口铸铁。
方法三：塑性测试（断后伸长率或者断面收缩率）。
塑性值大小顺序是：20钢>45钢>T12钢>白口铸铁。
17. 根据Fe-Fe 3C 相图解释下列现象：（1） 在进行热轧和锻造时，通常将钢加热到1000-1200℃； （2） 钢铆钉一般用低碳钢制作；（3） 绑扎物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物时却用钢丝绳（60钢、65钢、70钢等制成）；（4） 在1100℃时，W C =0.4%的碳钢能进行锻造，而W C =4.0%的铸铁不能进行锻造； （5） 在室温下W C =0.8%的碳钢比W C =1.2%的碳钢强度高；（6） 钢锭在正常温度（950-1100℃）下轧制有时会造成开裂；（7） 钳工锯割T8钢、T10钢等钢料比锯割10钢、20钢费力，锯条易钝； 答：(1) 此区域为单相奥氏体,相对较软,易变形 (2) 低碳钢塑性较好(3) 铁丝强度低,塑性好；60钢、65钢、70钢等钢丝强度高(4) 因为W C =4.0%在此温度下组织有高温莱氏体，其中含有共晶渗碳体,此组织塑性极差,不能锻造, W C =0.4%的碳钢,在此温度为单相奥氏体,塑性好,故可进行锻造工艺(5) 硬度随含C 量增加而增加,但强度不一样,强度和组织有关，W C =0.8% 和W C =1.2%钢的组织为珠光体和晶界析出的二次渗碳体，两者组织中的含量不一样，二次渗碳体是一种脆性相，对强度影响很大，而W C =1.2%钢中二次渗碳体比W C =0.8%多。
(6) 因冶金质量不高，钢中存在硫，硫与铁生成FeS, FeS 与Fe 能形成低熔点共晶体（FeS+Fe ），熔点仅为985℃，低于钢材热加工的温度。
因此，在热加工时，分布在晶界上的共晶体熔化导致钢的开裂，这种现象称为热脆。
(7) 高碳钢T8钢和T10钢比低碳钢10钢和20钢硬度高, 更耐磨，所以锯割T8钢、T10钢等钢料比锯割10钢、20钢费力，锯条易钝。
18. 试以钢的显微组织说明20钢、45钢和T8钢的力学性能有何不同。
77.069.677.0II 3--=x C Fe答：20钢含碳量约为0.2%，为低碳钢，在平衡状态下，显微组织为铁素体和少量珠光体，所以硬度较低，强度也较低。
45钢含碳量约为0.45%，为中碳钢，显微组织为铁素体和珠光体，强度和硬度比低碳钢高。
前两者都是亚共析钢。
T8钢含碳量约为0.8%，显微组织主要是珠光体，当然强度和硬度在三者中是最高的了。
19.下列说法是否正确？为什么？(1)钢的碳含量越高，质量越好；(2)共析钢在727℃发生共析转变形成单相珠光体；(3)W C=4.3%的钢在1148℃发生共晶转变形成莱氏体；(4)钢的含碳量越高，其强度和塑性也越高；答(1)不对, 钢的碳含量越高，硬度越大，跟质量越好没关系(2)不对,珠光体是两相混合组织(3)不对, W C=4.3%的铁在1148℃发生共晶转变形成莱氏体(4)不对, 钢的含碳量越高，其塑性越低，而强度随碳含量先增后降。
