2019年清华大学机械工程系818金属学及热处理真题word资料4页

哈工大金属学与热处理原理初试经典试题呕心沥血总结题记：权威的答案是考研专业课成功的保证！！！希望这份资料，能够照亮每一个苦苦求学的孩子通往哈工大的漫漫征程。

分享人：刚爷闯天下第三章什么是成分过冷？画图说明成分过冷是如何形成的？（以固相中无扩散，液相中只有扩散而无对流搅拌的情况为例说明）并说明成分过冷对晶体长大方式及铸锭组织的影响。

成分过冷：实质是液相成分变化引起过冷状况发生变化。

异分结晶必然导致溶质在液、固相中的浓度变化，而固溶体的平衡结晶温度则随合金成分的不同而变化，进而引起过冷状况变化。

自己把图画上(共五个)假设液态金属中仅扩散，即扩散不能充分进行。

由图（a）结晶的固相成分总是低于平衡成分C o ，故将溶质排到界面前沿，由于不能充分扩散，便在界面处产生溶质浓度梯度薄层。

结合图（c）（d），固溶体平衡结晶温度随溶质浓度的变化而变化。

将实际温度分布（b）与平衡结晶温度分布（e）叠加，便在固液界面前一定范围的液相中出现了过冷区域。

平衡结晶温度与实际结晶温度之差为过冷度，这个过冷度是由于液相中成分变化引起的，故称为成分过冷。

成分过冷对晶体长大方式的影响：随着成分过冷的增大，固溶体晶体由平面状向胞状、树枝状的形态发展成分过冷对铸锭组织的影响：固溶体合金的铸锭组织也是由表层细晶区、柱状晶区、中心等轴晶区组成。

当溶质含量固定时，随着G的增加成分过冷区下降，铸锭组织由等轴晶向柱状晶发展；当G固定时，随着浓度的增加，成分过冷区增大，铸锭组织由柱状晶向等轴晶过度，有利于等轴晶形成。

（注：液相中的温度梯度G越小，成长速度R和溶质的浓度C o越大，则有利于形成成分过冷。

）第四章试述铁碳合金平衡组织中铁素体和渗碳体的形态、特征和数量对合金组织和性能的影响。

从奥氏体中析出的铁素体一般呈块状，而经共析反应生成的珠光体中的铁素体，由于同渗碳体要相互制约，呈交替层片状。

而渗碳体由于生成的条件不同，使其形态变得十分复杂。

当w(C)=0.0218%时，三次渗碳体从铁素体中析出，沿晶界呈小片状分布。

2004年试题一、名词解释1）结构材料2）功能材料3）钢的合金化4）钢的应变时效5）高速钢（风钢）6）钢结硬质合金7）钢的热稳定性8）麻口铸铁9）HT200和QT450-1010）特殊黄铜二、填空题1）材料的使用性能是指材料在使用过程中能够安全可靠地工作所必须具备的性能，它包括材料的_________性能、_________性能和___________性能2）材料的组织状态包括：_________、_________、_________3）材料用钢以_________性能为主，_________性能为辅；机器零件用钢以_________性能为主、_________性能为辅。

4）钢中合金元素的强化作用主要有以下四种方式：_________、_________、_________、以及_________5）钢中合金元素的存在形式主要有：______、______、______和______。

6）机器零件用钢的力学性能要求为：______、______、______和______。

7）热作模具包括：______、______和______三类。

8）塑料模具用钢应满足：______、______、______、______ 9）莱氏体是指______和______两相共存的共晶反应产物，主要表现在______铸铁中。

10）石墨晶体在空间上呈______结构，因而石墨在铁液中生长如不受外界影响时具有______特性。

11）石墨铸铁中石墨呈球状分布，因而这种工程结构材料的______高同时______好。

12）根据二元Al-Si相图，当含Si量超过共晶点（12.5%Si）后，获得的结晶组织为______，其中Si晶体有两种结晶形态，分别为______和______。

三、问答题1）以汽车发动机曲轴为例，说明工程金属材料选材的一般原则。

2）汽车发动机缸体、减速机齿轮和耐酸泵泵体三个零件选用何种工程结构金属材料制造为好？为什么？3）何为调质处理？调质钢的性能特点是什么？某材料成型模具要求用调质钢制造，请推荐一种钢材，简要介绍该模具的制造过程。

工程材料一・填空题实际金属屮最常见的点缺陷是一空位和间隙和置换原了；线缺陷是一刃型位错，螺型位错一；面缺陷是—晶界，亚晶界,和界一。

加工硬化现象可通过加热加以消除。

过冷奥氏体转变成马氏体，仅仅是晶格的改变,而成分没有改变, 所以马氏体是碳在u-Fe屮的过饱合固熔体淬火钢在150〜250°C回火称为低温回火:在100〜150°C进行长吋间加热（10〜50小吋），称为一尺寸稳定一处理,冃的是一保持淬火后的高破度及尺寸的稳定性高速钢W18CrV屮合金元素W的作用是一降低过热敬感性—；Cr的作用是提高淬透性；V的作用是增加耐磨性耐磨钢ZGMnl3水韧处理后应获得单一的奥氏体组织，该组织具有韧性及耐磨性能,主要用于受冲击磨损的零件。

试验方法大体上分为压入法、弹性冋跳法、划痕法碳铁合金按碳含量分为工业纯铁、钢、铸铁过冷奥氏体讲发生三种基本类型的转变珠光体转变、贝氏体转变、马氏体转变淬火钢回火后的组织和性能取决于回火温度，低温回火得到回火马氏体, 屮温冋火得到冋火托氏体,高温冋火得到冋火索氏体为了提高奥氏体不锈钢的性能，常用的热处理方法有固溶处理\稳定化处理 \除应力处理铜合金分为黄铜青铜口铜,黄铜是以为主加元素的铜锌合金二.选择题以工业纯铝制造的导线经过冷拔产生塑性变形后其强度（B ） oA、提咼；B、降低；C、不变铝的晶格类型是（B ）。

A、体心立方；B、面心立方；C、密排六方铸铁屮的合金元素（ c ）对石墨化起促进作用。

A、Mn；B、S；C、Si可锻铸铁的生产过程必须经过两个步骤，第一步要铸成（C ）,第二步再经过石墨化退火而成。

A、灰口铸件；B、麻口铸件；C、白口铸件在具有一定过冷度的金属液体结晶时,液体与固相晶体的自由能差（AG=G固- G液）（B ）。

A、>0；B、= 0； C. < 0合金屮成分、结构和性能和同的均匀组成部分称为（B ）。

A、组元；B、相；C、组织二元相图的杠杆定律用于不能确定两相屮的（C ）A、成份；B、相对重量；C、晶体结构两组元在液、固态都无限互溶所构成的相图是（A ）相图。

《机械工程材料》试题1•调质：对钢材作淬火+高温冋火处理，称为调质处理。

2 •碳素钢:含碳量W2.11%的铁碳合金。

3.SPCD:表小•冲压川冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08AI (13237)优质碳素结构钢。

二、填空题： 1 0 x2= 2 0分1 •按腐蚀过程特点，金屈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、延展性和弹性模最。

3.钢屮的硫元素引起热脆,磷元素引起冷脆,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.钢在加热过程屮产生的过热缺陷可以通过一I叫火热处理来消除。

6.常用的高分子材料有塑料、橡胶和合成纤维。

7• 铸造铝合金分为科t询命金、刖伙介金、f；"卜金和卡吕锌合金。

8.合金工具钢是指用于制造各种刃具、模具和呈具用钢的总合。

9.材料渗碳的H的是为了得到较高的零件表◎硬度与耐磨性。

10.45钢按用途分类屈于碳素结构钢。

三、判断题：1 0 x2= 2 0分1.( X )钢的淬透性主要取决于冷却速度。

2.( V )实际的金属晶体部呈备向异性。

3.( X )加工硬化、尚溶强化均使材料强度、硬度显著提高，數性、韧性明显降低，故可认为它们有相同的强化机理。

4.( V )金属材料、陶瓷材料和高分了材料的木质区别在于它们的化学键不同。

5.( J )材料的强度、硬度越高，其槊•性、韧性越差。

6.( V )调质和正火两种热处理工艺所获得的组织分别为冋火索氏体和索氏体，它们的区别在于碳化物的形态差异。

7.(X)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.( X )硬质合金可用做刀具材料，模具材料和量具材料。

9.( X )在热处理中变形和开裂都是不可避免的。

10.( V )球墨铸铁是铸铁屮力学性能最好的。

四、问答题5x9=45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。

一、1、对蜗杆分度圆直径和输入转速都确定的闭式蜗杆减速器，若增大蜗杆导程角，则蜗杆和蜗轮啮合齿廓间的相对滑动速度________，啮合效率________。

2、带传动中带绕过带轮产生的离心拉力主要与________和________有关，由此离心拉力引起的离心拉应力作用于________。

3、螺纹的公称直径是指螺纹的________径，螺纹副的自锁条件为______________________。

4、按有限寿命设计一组闭式圆柱减速器，两齿轮采用相通的材料和热处理，齿面硬度均为380HB，则应当先按齿轮的________强度进行设计，然后校核________强度。

由于________________，小齿轮的许用接触应力________大齿轮的许用接触应力，若实际工作时齿面发生点蚀失效，通常是________齿轮最先失效。

5、影响润滑油粘度的最主要因素是________。

L-AN32油在________（条件）下的________粘度为32cSt。

6、一批型号相同的深沟球轴承进行不同纯径向载荷下的疲劳寿命试验，当所加载荷大小恰等于其基本额定动负荷的10倍时，应该有________%的轴承的实际寿命不超过________。

7、普通平键的作用是实现轴与传动件轮毂间的________连接；若滑移齿轮轮毂需要轴向相对滑动，可以采用________连接。

二、1、以带绕过主动轮为例，说明为什么带传动中的弹性滑动不可避免？2、为提高承受变载荷的螺栓连接的强度，试给出四种具体的结构措施。

3、简述两相对运动表面间形成液体动压润滑的必要条件，并绘图表明稳定工作的液体东亚径向滑动轴承的轴心位置与轴的转动方向和载荷方向的关系。

4、和同直径的普通粗牙螺纹相比，说明细牙螺纹的性能和应用特点。

5、影响摩擦型带传动最大有效圆周力的因素有哪些？张紧轮装置的主要作用是什么？三、（8分）图示四杆机构中，构件1为原动件，以减速度s /rad 101=ω，做匀速运动，已知：mm l AD 60=。

第一章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：空位、间隙原子、异类原子。

点缺陷造成局部晶格畸变，使金属的电阻率、屈服强度增加，密度发生变化。

线缺陷：位错。

位错的存在极大地影响金属的机械性能。

当金属为理想晶体或仅含极少量位错时，金属的屈服强度σs很高，当含有一定量的位错时，强度降低。

当进行形变加工时，为错密度增加，σs将会增高。

面缺陷：晶界、亚晶界。

亚晶界由位错垂直排列成位错墙而构成。

亚晶界是晶粒内的一种面缺陷。

在晶界、亚晶界或金属内部的其他界面上，原子的排列偏离平衡位置，晶格畸变较大，位错密度较大（可达1016m-2以上）。

原子处于较高的能量状态，原子的活性较大，所以对金属中的许多过程的进行，具有极为重要的作用。

晶界和亚晶界均可提高金属的强度。

晶界越多，晶粒越细，金属的塑性变形能力越大，塑性越好。

8、什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？答：形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。

固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。

晶格畸变随溶质原子浓度的提高而增大。

晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。

9、间隔固溶体和间隔相有什么不同？答：合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。

间隙固溶体中溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。

间隙固溶体的晶体结构与溶剂相同。

第二章1、金属结晶的条件和动力是什么?答：液态金属结晶的条件是金属必须过冷，要有一定的过冷度。

液体金属结晶的动力是金属在液态和固态之间存在的自由能差(ΔF)。

2、金属结晶的基本规律是什么?答：液态金属结晶是由生核和长大两个密切联系的基本过程来实现的。

液态金属结晶时，首先在液体中形成一些极微小的晶体(称为晶核)，然后再以它们为核心不断地长大。

在这些晶体长大的同时，又出现新的品核并逐渐长大，直至液体金属消失。

3、在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，细化晶粒、提高金属材料使用性能的措施有哪些？答：（1）提高液态金属的冷却速度，增大金属的过冷度。

第一部分金属材料与热处理（非机类专业用）—屈服极限s%—延伸率 %—断面收缩率a k —冲击韧性A —冲击功HB-布氏硬度 HRC-洛氏硬度 HV —维氏硬度有一定的关系。

硬度可以表示金属材料在一个小体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形和 破坏的能力。

而抗拉强度亦是指材料在拉力作用下抵抗变形和破坏的能力。

1. (1) 理化性能:2.(2) (3) 机械性能: 工艺性能: 根据材料使用中工作条件不同，对材料的理化性能要求不同。

如飞机上 的一些零部件，需要密度小的材料，如铝合金制造，在腐蚀介质中工作 的零件要选用耐腐蚀性好的材料制造。

根据材料在使用过程中受力情况不同，选用不同机械性能指标的材料。

根据材料使用中加工方法不同，选用不同的工艺性能的材料。

如机床床 身应选用铸造性能好的灰铸铁等。

d —强度极限b 4.用钢制造：电吹风、电熨斗、不锈钢餐具等。

用铁制造：铁锅。

用有色金属制造： 车床中钢制零件： 铁制零件：床身、5. 6. 铝锅、铝盆、铜制自来水龙头等。

主轴、各传动轴、高速齿轮等。

齿轮箱、尾架等。

7. 9. 塑性变形是一种永久性变形，外力去除后变形并不消失，而弹性变形在外力去除后变形 消失，物体恢复原状。

同素异晶转变一一固态金属在不同的温度下具有不同的晶格类型的现象。

例如纯铁在912C 以下具有体心立方晶格，在 912 C 〜1300 C 之间具有面心立方晶格。

金属在结晶过程当中，晶粒的粗细与晶核数目的多少及晶核长大的速度有关。

10.固溶体：溶质原子融入溶剂晶格而保持溶剂晶格类型的金属晶体称之为固溶体。

3.化合物：指两个或两个以上的组元按一定的原子比相互化合而成的新物质。

机械混合物： 组成合金的组元在互配的情况下既不溶解也不化合， 而是按一定的重量比例， 以混合的方式存在着，形成各组元晶体的机械混合物。

具有固溶体结构的金属材料其强度和硬度比纯金属高， 而具有化合物结构的金属材料通常 硬度很高，而且脆性大，具有机械混合物机构的金属材料不仅决定各组成的 性能，还与各数量大小，形状及分布情况有关，通常它比单一固溶体强度、 硬度高，塑性、韧性差。

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