《机械工程材料》项目五、合金工具钢共23页

————————¤—————¤———————————装订线————————¤———————¤——————北华大学机械工程学院2009—2010学年第二学期 《工程材料与成形技术》课程期末考试试卷（B ）一、 填空题（每空0.5分，共5分）1. 典型金属的晶格形式主要有 、 和 三种。

2. 金属的塑性变形在大多数情况下是以滑移方式进行的，而滑移是 位错 在滑移面上运动造成的。

3. 根据成分不同，铁碳合金可分为三大类，分别为 GONGYE 纯铁 、钢 二、 判断题（每题1分，共6分）1. T8钢属于碳素工具钢，它也是高碳钢。

（ T ）2. P 会引起钢的冷脆性，即使钢在室温下的塑性急剧下降。

（ T ）3. 面心立方晶格和体心立方晶格具有相同的滑移系数。

（ T ）4. 铁素体和奥氏体的根本区别就是在于固溶度不同，前者小而后者大。

（ F ）5. 无论何种成分的铁碳合金，随着含碳量的增加，组织中铁素体相对量减少，渗碳体相对量增加。

（ T ）6. 凡是碳钢的平衡结晶过程都具有共析转变，而没有共晶转变。

（ T ）三、 选择（每题1分，共7分）1. 以下生产齿轮的方法，（ C ）方法最为理想。

A 、由原钢板机械加工成齿轮B 、由粗钢棒机械加工成齿轮C 、由圆棒热锻成齿轮毛坯，再加工成齿轮2. 为了改善T12钢的切削性能，一般都采用（ D ）热处理方法。

A 、淬火+高温回火B 、完全退火C 、正火D 、球化退火3. 除了（ B ）外，大多数溶入到奥氏体的合金元素均使C 曲线右移。

，A 、MnB 、CoC 、Cr4. 如果要使某种碳钢具有高硬度和耐磨性，应该采用（ C ）热处理A 、淬火+高温回火B 、淬火+中温回火C 、淬火+低温回火 5. 体心立方晶胞原子数为（ B ）个？A. 1B. 2C. 3D. 46. 碳在铁素体中的最大溶解度为（A ）?A. 、0.0218% B、0.008% C、2.11% D、0.53%7 . 铸铁与碳钢的区别在于有无（ A ）。

中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案机械工程材料一、判断题：1.奥氏体与渗碳体均为面心立方晶格。

[ ]2.Ｆ与Ｐ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α+βⅡ+（α+β），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过程中只有成分为%C的铁碳合金才能发生共晶反应。

[ ]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。

[ ]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。

[ ] 10A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%。

[ ]19.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。

[ ]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。

机械工程材料A卷标准答案一、名词解释：（１０分）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（30分）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。

力学性能：材料受外力作用时，所表现的抵抗变形和破坏能力。

弹性极限：；屈服强度：；抗拉强度：；塑性指标：伸长率和断面收缩率；硬度：材料抵抗局部变形的能力；布氏硬度：HBW(硬质合金钢)HBS(淬火钢球)；洛氏硬度：HRB（B标准尺），HRBS(钢球)，HRBW(硬质合金钢)；维氏硬度（HV）冲击韧性：冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力；疲劳：交变载荷的作用下，在低于屈服强度的情况下发生的断裂；疲劳极限：；晶体：原子在三维空间呈规则排列的固体；非晶体：原子在三维空间呈无序排列的固体；晶体长程有序，非晶体短程有序；相同的晶面和晶向互相垂直。

体心立方：原子数:2;配位数:8;密排面:{110};密排方向:〈111〉；致密度：r=0.68。

面心立方：原子数:4;配位数:12;密排面:{111};密排方向:〈110〉；致密度：r=0.74。

密排六方：原子数:6;配位数:12;密排面:六方底面};密排方向:底面对角线；致密度：r=0.74。

晶体缺陷：点：空位、间隙原子，线：位错，面：亚晶界。

配位数越大的晶体致密度越高。

晶面指数（221）晶面族{100}晶向指数[ 223]晶向族< 100>. 金属的晶态结构有体心立方晶格。

减少或增加位错密度都可提高金属强度。

晶界对位错运动有阻碍作用。

金属的晶粒越细。

晶界总面积就越大，金属的强度就越高。

合金：指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。

相：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。

根据结构不同，可将合金中的相分为固溶体（置换\间隙）和金属化合物。

固溶体中，与合金晶体结构相同的元素成为溶剂。

固溶体一定是单相。

固溶强化：随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度增加，塑性、韧性下降，原因是晶格发生畸变。

这种现象成为~. 金属化合物三高：高硬度、高熔点、高脆性。

渗碳体的晶体结构：复杂斜方晶格化学式与碳原子个数比1：3。

结晶的充要条件：足够的自由能和过冷度。

《机械工程材料》教学大纲课程名称：机械工程材料适用班级：2018级机械设计制造及其自动化、2018级车辆工程教材：于永泗，齐民. 机械工程材料(第十版) [M]. 大连：大连理工大学出版社.二、课程目标《机械工程材料》是机械设计制造及其自动化专业的一门学科基础课，在培养学生合理运用机械工程材料基本知识及原理的能力方面占有重要地位。

本课程的任务是通过课堂教学，使学生能获得机械工程材料有关的基本知识和原理，培养学生初步具有能合理选用机械工程材料、制定热处理工艺路线的能力，支撑专业学习成果中相应指标点的达成。

课程目标对学生能力要求如下：课程目标1. 深刻理解金属和合金组织结构、结晶过程以及二元合金相图，掌握铁碳合金相图的基本理论，掌握常用钢铁材料的成分、组织、性能和用途基本知识，培养学生产品制造时应用工程材料基本知识和原理的能力。

课程目标2. 掌握钢铁材料热处理的基本原理、工艺方法和应用范围，初步具有合理选用材料和热处理方法，确定零件热处理工序位置的能力。

三、教学内容与课程目标的关系课程教学内容与课程目标的关系以分析题与计算题为主，针对课程内容适时进行讨论。

五、教学方式与考核方式教学方式：面授辅导、平时作业考核方式：考勤、作业和考试主要参考书：1. 鞠鲁粤. 工程材料与成形技术基础[M]. 北京：高等教育出版社，2010.2. 周凤云. 工程材料及应用[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2014.3. 陈积伟. 工程材料[M]. 北京：机械工业出版社，2006.4. 丁仁亮. 工程材料[M]. 北京：机械工业出版社，2006.练习题1. 灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁在组织上的根本区别2. T10钢和10钢的含碳量区别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？4. 按回火温度高低，回火可分为哪几类？主要的温度区间、回火后的得到的组织、性能和用途是什么？5. 再结晶的含义6. 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？7. 固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？8. 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。

在此输入书名第×章第3章机械工程材料基本知识机械工程材料基本知识3.1　金属材料的力学性能3.2　钢3.3　铸钢3.4　钢的热处理3.5　铸铁3.6　非铁金属3.7　工程塑料3.8　机械工程材料的选用们日常生活很多用品图3-1自行车所示的运动自行车，齿盘、飞轮和链条、辐条制造，车把、车架和车圈是用铝合制造，车的轮胎用的是非金属材料--橡胶，车座的上非金属材料—工程塑料。

在机械工程上常用的材料有：钢铁材料，非铁金属(如铜、铝及其合金)及非金属材料(如塑料、橡胶等)。

各种材料的性能均有差异，尤其是钢铁材料通过热处理后，其性能变化更大。

实践证明，材料的性能差异主要与它们的化学成分、内部组织结构、工作温度及热处理工艺等有关。

因此，为了进行零部件的设计、制造、维修等，必须掌握和了解工程材料的分类、牌号、成分、性能特点、应用范围及热处理等有关基本知识。

由于目前机械工程材料中应用最广泛的是钢铁材料，故本章重点介绍钢铁材料的基本知识，同时简介非铁金属和非金属材料的基本知识。

金属材料的力学性能金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的性能。

力学性能主要有强度、塑性、硬度、韧性等。

1.强度金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。

2.塑性金属材料在断裂前产生永久变形的能力称为塑性。

3. 硬度材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度。

工程上最常用的有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

4.冲击韧度金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力，称为冲击韧度。

钢钢和铸铁是机械工业中广泛应用的金属材料，它们是以铁和碳两种元素为基本组元的复杂合金，统称为铁碳合金。

钢是以铁为主要元素，含碳量一般在2.11％以下，并含有其他元素的材料。

铸铁是碳含量大于2.11％的铁碳合金。

含碳量2.11％通常是钢和铸铁的分界线。

根据钢中所含各种合金元素规定含量界限值，将钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类。

机械工程材料第一章金属材料的力学性能习题与思考题5 图示的为四种不同材料的应力-应变曲线（1-4），试比较这四种材料的抗拉强度。

屈服强度（或断裂强度）、刚度和塑性。

“材料的弹性模量E越大，则材料的塑形越差”，这种说法是否正确？为什么？12 下列各种工件应该采用何种硬度试验方法来测定其硬度？1）锉刀 2)黄铜轴套 3）供应状态的各种碳钢钢材 4）硬质合金刀片 5）耐磨工件的表面硬化层第二章金属与合金的晶体结构1 金属具有哪些特性？请用金属键结合的特点予以说明。

2 试计算面心立晶格的致密度。

9间隙固溶体和间隙化合物在晶体结构与性能上区别何在？请举例说明。

10简述实际金属晶体和理想晶体在结构与性能上的主要差异。

第三章金属与合金的结晶1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）金属型铸造与砂型铸造2）高温浇注与低温浇注3）铸成薄壁件与铸成厚壁件4）浇注时采用振动与不采用振动5）厚大型铸件的表面部分与中心部分3 判断下列情况是否有相变1)液态金属结晶2）晶粒粗细的变化3）同素异构的转变4）磁性转变4为什么铸件的加工余量过大，会使加工后的铸件强度降低？第四章铁碳合金相图1分析一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体的异同之处。

3画出Fe-Fe3C相图中的钢部分的相图，并进行以下分析：1）标出相图中空白区域的组织成分和相组分。

2）分析w C=0.4%的亚共析钢的结晶过程及其在室温下组织组分与相组分的相对量。

3）指出w C=0.2%、w C=0.6%、w C=1.2%的钢在1400℃、1100℃、800℃时奥氏体中碳的质量分数。

第五章钢的热处理4指出下列钢件正火的主要目的及正火后的组织：1）20钢齿轮 2）45钢小轴 3）T12钢锉刀5为什么亚共析钢经正火后，可获得比退火高的强度与硬度？6将w C=1.0%、w C=1.2%的碳钢同时加热到780℃进行淬火，问：1）淬火后各是什么组织？2）淬火马氏体的含碳量及硬度是否相同？为什么？3）那一种淬火后的耐磨性更好些？为什么？15T8钢的过冷奥氏体等温转曲线如图所示，若该钢在620℃进行等温转变，并经过不同时间保温后，按图示的1、2、3、4线的冷却速度至室温，问各获得什么组织？然后再进行中温回火，又各获得什么组织？20区别钢的淬硬性、淬透性与淬硬深度，并分别指出其影响因素。

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60～64HRC 。

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 ，A K ＞48J 。

试从所给材料中选择制造该齿轮的合适钢种。

机械工程材料名词解释1.固溶强化：随溶质含量增加，固体融体的强度，硬度提高，塑性韧性下降的现象。

2.加工硬化：随着冷变形程度的增加，金属材料强度硬度提高的现象。

3.合金强化：在钢液中有选择的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。

6.金属化合物：与组成元素晶体结构均不相同的固相。

7.铁素体：碳在a-Fe中的固溶体。

8.球化退火：将共建加热到Ac1以上30--50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。

9.金属键：金属离子与自由电子之间的较强作用叫做金属键。

10.再结晶：冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程。

11.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。

12.正火：是将工件加热至Ac3或Accm以上30~50摄氏度，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。

13.固溶体：合金在固态时组元间会互相溶解形成一种在某一组元晶格中包含有其他组元的新相，这种新相成为固溶体。

14.弥散强化：金属组织中第二相细小均匀分布。

15.二次硬化：包括二次淬火（过冷奥氏体转换成马氏体）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。

16.过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。

17.奥氏体：碳固溶于y-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用A表示。

18.热加工：高于再结晶温度的塑性变形。

19.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。

20.第二类回火脆性：合金钢在450~650摄氏度范围内回火后，缓冷时出现的脆性，是一种可逆的回火脆性21.回火稳定性：淬火钢在回火时抵抗强度，硬度下降的能力。

22.时效处理：金属工件经过固溶处理，冷塑性变形，经过铸造，锻造后在较高的温度设置成定温，保持其性能，形状，尺寸随时间的变化的热处理工艺。