机械工程材料答案

1 第三套 一、名词解释（共 15 分，每小题 3 分） 1、过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 2、渗碳体（Fe3C）：铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物。渗碳体具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。在钢中以片状存在或网络状存在于晶界。在莱氏体中为连续的基体，有时呈鱼骨状。 3、淬硬性：钢在淬火后获得马氏体的最高硬度。 4、纤维组织：经过一定塑性变形后，金属组织（特别是晶界上存在的杂质）沿变形方向的流线分布叫纤维组织。 5、再结晶：经过塑性变形的金属材料加热到较高的温度时，原子具有较大的活动能力，使晶粒的外形开始变化。从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。和变形前的晶粒形状相似，晶格类型相同，把这一阶段称为“再结晶”。 二、填空题（共 20 分，每空格0.5 分） 1、布氏硬度；冲击韧性；条件屈服极限 2、金属键；共价键；离子键；分子键 3、形核；晶核成长 4、滑移；孪生；滑移 5、热处理（扩散退火） 6、高；低 7、珠光体；铁素体；渗碳体 8、A3线+30～50℃；亚共析钢 9、针叶；板条；低碳马氏体 10、淬透性；防止回火脆性 11、不锈钢；提高钢的抗腐蚀性能；防止晶间腐蚀；奥氏体 12、从液体中直接结晶得到；从奥氏体中析出；从渗碳体分解得到 13、球墨铸铁；抗拉强度；延伸率 14、可热处理；不可热处理 15、使用性能；工艺性能；经济性 三、判断题（共 10 分，每小题 1 分）（打√或 ╳）

题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

答案 × × √ × × × × √ √ ×

四、选择题（共 10 分，每小题 1 分） 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

答案 C C A D C C D C C A

题号 11 12 13 14 15 答案 B C B C C 四、简答题（共 16 分） 2

1、（5分）答：实际常使用的硬度试验方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。三种硬度试验值有大致的换算关系，机械、机械工艺或金属材料的手册上面一般都有换算关系表。（2分） 布氏硬度：布氏硬度的使用上限是HB450，适用于测定硬度较低的金属材料，如退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。 洛氏硬度：是工业生产中最常用的硬度测量的方法，因为操作简便、迅速，可以直接读出硬度值，缺点是因压痕小，对材料有偏析及组织不均匀的情况，测量结果分离度大，再现性较差。洛氏硬度有A、B、C等几种标尺，其中C标尺（即HRC）用的最多，该硬度有效范围是20-67(相当于HB230-700)，适用于测定硬度较高的金属材料，如淬火钢及调质钢。 维氏硬度：试验时加载的压力小，压入深度浅，对工件损伤小。特别适用于测量零件的表面淬硬层及经过表面化学处理的硬度，精度比布氏、洛氏硬度精确。但是维氏硬度的试验操作较麻烦，一般在生产上很少使用，多用于实验室及科研方面。（3分） 2、（5分）答：①随着变形的增加，晶粒逐渐被拉长，直至破碎，这样使各晶粒都破碎成细碎的亚晶粒，变形愈大，晶粒破碎的程度愈大，这样使位错密度显著增加；同时细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长而被拉长。因此，随着变形量的增加，由于晶粒破碎和位错密度的增加，金属的塑性变形抗力将迅速增大，即强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降产生所谓“加工硬化”现象。（3分）②金属的加工硬化现象会给金属的进一步加工带来困难，如钢板在冷轧过程中会越轧越硬，以致最后轧不动。另一方面人们可以利用加工硬化现象，来提高金属强度和硬度，如冷拔高强度钢丝就是利用冷加工变形产生的加工硬化来提高钢丝的强度的。加工硬化也是某些压力加工工艺能够实现的重要因素。如冷拉钢丝拉过模孔的部分，由于发生了加工硬化，不再继续变形而使变形转移到尚未拉过模孔的部分，这样钢丝才可以继续通过模孔而成形。（2分） 3、（6分）答：与珠光体型转变和贝氏体转变相比，马氏体转变有以下特点： ①属于无扩散型转变。由于温度过低，铁和碳原子均不扩散。（1.5分） 3

②马氏体转变的速度极快。马氏体形成一般不需要孕育期，马氏体量的增加不是靠已经形成的马氏体片的不断长大，而是靠新的马氏体片的不断形成。（1.5分） ③ 在不断降温的过程中形成。即过冷奥氏体只有在Ms至Mf温度间连续冷却时，马氏体转变才能进行，如在Ms与Mf之间某一温度等温，马氏体转变将停止，此时组织中有一部分奥氏体被残留下来，这部分奥氏体称为残余奥氏体，残余奥氏体的存在会改变钢的性能，并使工件尺寸发生变化，因此，生产中，对一些高精度的工件（如精密量具、精密丝杠、精密轴承等），为了保证它们在使用期间的精度，可将淬火工件冷却到室温后，又随即放到零下温度的冷却介质中冷却（如干冰+酒精可冷却到-78℃，液态氧可冷却到-183℃），以最大限度地消除残余奥氏体，达到增加硬度，耐磨性与稳定尺寸的目的，这种处理称为“冷处理”。 （1.5分） ④转变过程伴随有体积的膨胀。与铁素体和奥氏体相比，马氏体的比容最大，由奥氏体转变为马氏体时，钢的体积有所膨胀，因此会产生应力（叫组织应力），它是造成淬火变形和开裂的原因之一。（1.5分） 六、分析题（共24分） 1（15分）答：（1）

（6分） （2）20%A合金： 合金在1点以上全部为液相，当冷至1点时，开始从液相中析出α固溶体，至2点结束，2～3点之间合金全部由α固溶体所组成，但当合金冷到3点以下，由于固溶体α的浓度超过了它的溶解度限度，于是从固溶体α中析出二次相A，因此最终显微组织：α+AⅡ 相组成物: α+A 4

A%=（90-80/90）*100%=11% α%=1-A%=89%（3分） 45%A合金： 合金在1点以上全部为液相，冷至1点时开始从液相中析出α固溶体，此时液相线成分沿线BE变化，固相线成分沿BD线变化，当冷至2点时，液相线成分到达E点，发生共晶反应，形成（A+α）共晶体，合金自2点冷至室温过程中，自α固溶体中析出二次相AⅡ，因而合金②室温组织： AⅡ+α+(A+α) 相组成物:A+α 组织：（A+α）%=（70-55）/(70-40）*100%=50% AⅡ%={（55-40）/（70-40）}*{20/90}*100%=11% Α%={（55-40）/（70-40）}*{70/90}*100%=39% 或α=50%-11%=39% 相：A%=（90-55）/90*100%=39% α%=1-A%=61%（3分） 80%A合金如图③： 合金在1点以上全部为液相，冷至1点时开始从液相中析出A，此时液相线成分沿AE线变化，冷至2点时，液相线成分到达点，发生共晶反应，形成(A+α)共晶体，因而合金③的室温组织：A+ (A+α) 相组成物：A+α 组织：A%=（40-20）/40*100%=50% （A+α）%=1-A%=50% 相： A%=（90-20）/90*100%=78% α%=1-A%=22%（3分） 2、（9分）答：（1）因其未达到相变温度，加热时组织未变化，故冷却后依然是原来的晶粒大小不均匀的组织。（2分） （2）因其在退火温度范围内，加热时全部转化为晶粒细小的奥氏体，故冷却后得到组织、晶粒均匀细小的铁素体和珠光体。（2分） （3）因其加热温度过高，加热时奥氏体晶粒剧烈长大，故冷却后得到晶粒粗大的铁素体和珠光体。（2分） 要得到大小均匀的细小晶粒，选第二种工艺最合适。（3分）

第四套 一、名词解释（共 15 分，每小题 3 分） 1、调质处理：淬火后加高温回火。 5

2、珠光体（P）：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。铁素体和渗碳体呈层片状。珠光体有较高的强度和硬度，但塑性较差。 3、加工硬化：随着塑性变形的增加，金属的强度、硬度迅速增加；塑性、韧性迅速下降的现象 4、共析反应：由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解成两个新的，具有一定晶体结构的固相的反应。 5、马氏体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体。 二、填空题（共 20 分，每空格0.5 分） 1、σs；σb；HRC；δ；ψ 2、理论结晶温度；实际结晶温度；冷却速度；冷速 3、滑移；孪生；滑移 4、两个相；合金 5、高；低 6、体心立方晶格；面心立方晶格 7、热脆性；冷脆性 8、分解；吸收；扩散 9、A3线+30～50℃；亚共析钢 10、调质；0.4%；≤1.5%；轴、齿轮等 11、弹簧钢；汽车板簧；滚动轴承钢；滚动轴承；低合金刃具钢；低速切削刃具； 12、普通灰铸铁；抗拉强度 13、F；F+P；P 三、判断题（共 10 分，每小题 1 分）（打√或 ╳） 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

答案 √ √ × √ √ × √ √ × ×

四、选择题（共 10 分，每小题 1 分） 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

答案 C B D B B A C B C C

题号 11 12 13 14 15 答案 C C C C B

五、简答题（共 25 分） 6

1、（3分）答：改变零件载面形状的方法合理（1分）。用热处理方法和另选合金钢都不合理，因为零件的刚度取决于二个方面：一是材料的弹性模量，另一个是零件的载面形状，而材料的弹性模量是相对稳定的力学性能指标外（即这一指标对材料的组织状态不敏感），用热处理方法无法改变，对于同一合金系当成分改变时，材料的弹性模量也不变化。（2分） 2、（4分）答：①晶粒沿变形方向拉长，产生纤维组织，性能趋于各向异性，如纵向的强度和塑性远大于横向等；（1分）②晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化，即随着变形量的增加，强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降；（1分）③织构现象的产生，即随着变形的发生，不仅金属中的晶粒会被破碎拉长，而且各晶粒的晶格位向也会沿着变形的方向同时发生转动，转动结果金属中每个晶粒的晶格位向趋于大体一致，产生织构现象；（1分）④冷压力加工过程中由于材料各部分的变形不均匀或晶粒内各部分和各晶粒间的变形不均匀，金属内部会形成残余的内应力。（1分） 3、（6分）答：手锯锯条：它要求有较高的硬度和耐磨性，因此用碳素工具钢制造，如T9、T9A、T10、T10A、T11、T11A。（2分） 普通螺钉：它要保证有一定的机械性能，用普通碳素结构钢制造，如Q195、Q215、Q235。（2分） 车床主轴：它要求有较高的综合机械性能，用优质碳素结构钢，如30、35、40、45、50。（2分） 六、分析题 1、（12分）答：(1)①：L+γ ②: γ+β ③: β+(α+β)+ α

Ⅱ ④: β+αⅡ（4分） (2)匀晶转变；共析转变（4分） (3)合金①在1点以上全部为液相,冷至1点时开始从液相中析出γ固溶体至2点结束,2～3点之间合金全部由γ固溶体所组成,3点以下,开始从γ固溶体中析出α固溶体,冷至4点结束,4～5之间全部由α固溶体所组成,冷到5点以下,由于α固溶体的浓度超过了它的溶解度限度,从α中析出第二相β固溶体,最终得到室稳下的显微组织: α+βⅡ（4分） 2、（15分）答：（1）下料→锻造→正火→粗加工→精加工→局部表面淬火+低温回火→精磨→成品（5分） （2）下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→局部表面淬火+低温回火→精磨→成品（5分）