工程材料复习题
2010-11-27 10:06阅读：
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简答题：
1.按照晶体中原子排列不规则区域的尺寸大小，将晶体缺陷分为哪三种？
点缺陷、线缺陷、面缺陷
2常见金属的晶体结构？
体心立方晶格、面心立方晶格、密排立方晶格
3.点缺陷主要是指？
点缺陷是指以一个点为中心，在它的周围造成原子排列不规则，产生晶格畸变和内应力的晶体缺陷。主要有间隙原子、置换原子、晶格空位三种。
4.钢的普通热处理主要包括？
退火、正火、淬火、回火
5固溶体的种类？
间隙固溶体（无序固溶体）、置换固溶体（有序固
溶体）
6.二元相图最基本的类型？
匀晶相图、共晶相图、包晶相图、其它相图
7.金属结晶时，过冷度与晶粒大小有何关系？
增加过冷度会使结晶后的晶粒变小。
8.纯金属结晶和合金结晶有何异同？
9从组织的角度看，钢铁的主要区别？
10.晶体的结晶过程？
金属结晶的过程包括成核和长大两个基本过程。
11.珠光体，莱氏体的含碳量？
12.铁碳合金各点的含碳量，各线的温度，名称？
13.常用的淬火方法？
单液淬火、双液淬火、马氏体分级淬火、贝氏体等温淬火
14.灰口铸铁第三阶段石墨化程度与最终基体组织的关系？
第三阶段的石墨化常因铸铁成分及冷却速度不同而得到不同组织，如F+G，F+P+G，P+G。
15.淬透性与淬硬性的区别与联系？
淬硬性与淬透性的含义是不同的，淬硬性高的钢。其淬透性不一定高，而淬硬性低的钢，其淬透性也不一定低。
16常用非金属材料主要包括？
主要有高分子材料、陶瓷材料和复合材料
17.塑料的组成？
树酯、添加剂
18.镇静钢锭的宏观组织由表及里可分为哪三个区？
19.根据二元铝合金的一般相图，可以将铝合金分为哪两类？
根据二元铝合金的一般相图，可以将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金。
问答题：
1、晶粒大小对金属的力学性能有何影响？根据结晶时的形核和长大规律，简述影响晶粒大小的因素，并说明在工业生产中可以采用哪些方法细化晶粒。
2．试分析碳钢的成分、组织与性能间的关系。
3.常用的淬火方法有哪些？各得到什么组织？
1单液淬火法2双液淬火法3分级淬火发4等温淬火法。前三种方法得到马氏体，后一种得到下贝氏体。
4.共析碳钢的等温冷却曲线示意图如下图所示，试标出各序号（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）处的组织。
5.什么是铸铁的石墨化？以共晶成分的灰口铸铁为例为例，石墨化可分为哪三个阶段？
6.何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?试比较这三种反应的异同点.
答：
共晶反应：指一定成分的液体合金，在一定温度下，同时结晶出成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。
包晶反应：指一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另外一种固相的反应过程。
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。
共同点：反应都是在恒温下发生，反应物和产物都是具有特定成分的相，都处于三相平衡状态。
不同点：共晶反应是一种液相在恒温下生成两种固相的反应；共析反应是一种固相在恒温下生成两种固相的反应；而包晶反应是一种液相与一种固相在恒温下生成另一种固相的反应。
7. 室温下碳钢的相组成物和组织组成物各有哪些？
答：室温下碳钢的相组成物都是由铁素体与渗碳体组成。
室温下碳钢的组织组成物随含碳量不同而不同。
含碳量在0.0218～0.77%的碳钢（亚共析钢），其组织由铁素体和珠光体组成；含碳量为0.77%的碳钢（共析钢），其组织全部由珠光体组成；含碳量在0.77～2.11%的碳钢（过共析钢），其组织是由珠光体和二次渗碳体组成。
8．以铁碳相图为例，试分析什么是共析转变和共晶转变。
答：共析转变是指在恒温下，由一个固相同时转变为两个固相的转变，例如，铁碳合金在
727℃发生共析转变，其表达式为
A0.77%
→ F0.0218%+Fe3C6.69%
这说明铁碳合金在
727℃时，由单相奥氏体同时转变为铁素体与渗碳体两个固相。
共晶转变是指在恒温下，由一个液相同时转变为两个固相的转变，例如，
铁碳合金在1148℃发生的共晶转变为：
L4.30%→A2.11%+Fe3C6.69%
这说明铁碳合金在
1148℃时，由一个液相同时转变为奥氏体和渗碳体两个固相的混合物。
9.（1）亚共析钢、共析钢、过共析钢的含碳量各是多少？在室温下，它们的平衡组织是什么？
（
2）分析WC=0.40%合金的结晶过程
答：（
1）亚共析钢：含碳量在0.0218～0.77之间，铁素体＋珠光体（F+P）；
共析钢：含碳量
0.77，珠光体（
P）；
过共析钢：含碳量
0.77～
2.11之间，珠光体＋二次渗碳体（
P）
（
2）L→L+A→A→A+F→F+P；
10．简述共析碳钢在加热时，其奥氏体的形成包括哪几个步骤？
答：（
1）奥氏体晶核的形成；
（
2）奥氏体晶核长大；
（
3）残余渗碳体的溶解；
（
4）奥氏体成分均匀化。
11.何谓铁素体（F）,奥氏体（A），渗碳体（Fe3C），珠光体（P）,莱氏体（Ld）？它们的晶体结构、组织形态、性能等各有何特点？
答：铁素体（F）：铁素体是碳在α－Fe中形成的间隙固溶体，为体心立方晶格。由于碳在中的溶解度很小，它的性能与纯铁相近。塑性、韧性好，强度、硬度低。它在钢中一般呈块状或片状。
奥氏体（A）：奥氏体是碳在中形成的间隙固溶体，面心立方晶格。因其晶格间隙尺寸较大，故碳在中的溶解度较大。有很好
的塑性。
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。
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。
莱氏体（Ld）：由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。在莱氏体中，渗碳体是连续分布的相，奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体基体上。由于渗碳体很脆，所以莱氏体是塑性很差的组织。
12.说明纯铁、40钢、T12钢在室温下的平衡组织。
纯铁：铁素体
40钢：铁素体+珠光体
T12钢：珠光体+二次渗碳体
13.什么是热处理？普通热处理方法有哪些？
答：热处理是通过加热和冷却固态金属的操作方法来改变其内部组织结构，并获的所需性能的一种工艺。普通热处理方法有：正火、退火、淬火、回火。
14．比较退火状态下的45钢，T8钢，T12钢的强度、硬度、塑性的高低，并分析其原因？
（
1）强度： T8钢、T12、45钢逐渐减小，T8钢大于45钢，T8珠光体多，强度大；T8钢比T12钢强度高，T12钢渗碳体增多，硬而脆。
（
2）硬度：45钢、T8钢、T12钢逐渐增大，含碳量逐渐增多，渗碳体增多，硬而脆。
（
3）塑性：45钢、T8钢、T12钢逐渐减小，含碳量逐渐增多。
15．如下三种机件，试选择适当的热处理工艺（淬火+回火），并说明热处理后的组织及大致的硬度？
（
1）45号钢小轴（要求具有较高的综合机械性能）。
淬火＋高温回火，S’，30HRC
（
2）65号钢弹簧。
淬火＋中温回火，
T’，45HRC
（
3）T12A锉刀。
淬火＋高温回火，
M’，60HRC
16．共析碳钢奥氏体化后，其冷却转变产物有哪三大类组织？
答：（
1）珠光体类组织
珠光体是铁素体与渗碳体组成的两相混合物，一般情况下呈层片状。
根据片层间距的大小，可把珠光体分为三种，分别称为粗珠光体（简称珠光体）、索氏体和屈氏体。
（
2）贝氏体类组织
贝氏体是由过饱和铁素体和碳化物组成的机械混合物。根据转变温度的不同，可分为上贝氏体和下贝氏体。
（
3）马氏体类组织
马氏体是碳在α－
Fe中的过饱和间隙固溶体。钢中马氏体的组织形态随含碳量不同而异，一般有板条状马氏体和片状马氏体两种。
17、根据灰口铸铁不同阶段石墨化程度与其最终组织的关系，说明,如果第一阶段和第二阶段石墨化完全进行,
第三阶段石墨化程度与最终显微组织的关系.
完全进行
:铁素体＋石墨
部分进行
:铁素体＋珠光体＋石墨
完全未进行
:珠光体＋石墨
18．强化金属材料的方法主要有哪些？
（
1）固溶强化
（2）加工硬化
（
3）细化组织强化
（
4）第二相强化
（
5）相变强化
（
6）复合强化
19.零件选材的一般原则有哪些？
（1）零件选材应满足零件工作条件对材料使用性能的要求
（
2）零件选材应满足生产工艺对材料工艺性能的要求
（
3）零件的选材应力求使零件生产的总成本最低
20、铁碳合金中基本相是那些？其机械性能如何？
基本相有：铁素体
奥氏体
渗碳体
铁素体的强度和硬度不高，但具有良好的塑性和韧性。
奥氏体的硬度较低而塑性较高，易于锻压成型。
渗碳体硬度很高而塑性和韧性几乎为零，脆性大。
21、钳工用的锉刀，材料为T12，要求硬度为62—64HRC，试问应采用什么热处理方法？写出工艺参数和热处理后组织；
球化退火，
760℃，炉冷至600℃出炉，球化体；
淬火，
780℃，水冷，马氏体+渗碳体；
回火，
180--200℃，空冷，回火马氏体+渗碳体；
22、简述回火的目的。
回火的目的是：
（1）降低零件脆性，消除或降低内应力；
（2）获得所要求的力学性能；
（3）稳定尺寸；
（4）改善加工性。
23、简述奥氏体晶粒大小对钢在室温下组织和性能的影响。
奥氏体晶粒细小时，冷却后转变产物的组织也细小，其强度与塑性韧性都较高，冷脆转变温度也较低；反之，粗大的奥氏体晶粒，冷却转变后仍获得粗晶粒组织，使钢的力学性能（特别是冲击韧性）降低，甚至在淬火时发生变形、开裂。
24.淬火钢为什么要进行回火处理？
答： 淬火钢不经回火一般不能直接使用。回火是为了降低脆性，减少或消除内应力，防止工件变形和开裂；获得工艺所要求的力学性能；稳定工件尺寸；对某些高淬透性的合金钢，高温回火可降低硬度，以利切削加工。
25、写出下列牌号数字及文字的含意，Q235-F、Q235、GCr15、W18Cr4V
、HT250、QT500-07、45、KTZ450-06。
Q235-F：表示普通碳素结构钢，其屈服强度为235MPa，F表示是沸腾钢。
Q235：碳素结构钢，Q—屈服点，其屈服强度≥235MPa
GCr15：滚动轴承钢，G
–滚，wCr=1.5%
T8A：高级优质碳素工具钢，T—碳，wC=0.8%
W18Cr4V：高速钢，Ww=18%, wCr=4%,
wV<1.5%
HT250：灰铸铁，HT—灰铁，其最低抗拉强度≥250MPa
QT500-07：球铁
，QT--球铁，其最低抗拉强度≥500MPa,
最小伸长率≥7%
45：优质碳素结构钢，
wC=0.45%
KTZ450-06：表示珠光体基体的可锻铸铁，其最低抗拉强度为450MPa，最小伸长率为6%。
26．某汽车、拖拉机变速箱齿轮其力学性能要求是：表面要求高硬度、高耐磨性（HRC58～62）、心部要求具有一定韧性（HRC30～45）。请从下列牌号中选材、制定加工工艺路线、说明工艺中各种热处理工艺及作用。
Q235—AF、20CrMnTi、40Cr、60Si2Mn、GCr15、T8、9SiCr、CrWMn、
W18Cr4V、Cr12MoV、5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V、1Cr13、1Cr18Ni9Ti、
ZGMn13
选
20CrMnTi。
下料－锻造－正火－切削加工－渗碳－淬火－低温回火－喷丸－磨削加工
正火：细化晶粒，改善加工性能。
AC3＋30－50℃
，空冷。
渗碳：提高表面含碳量，为淬火作准备。
900－950℃。
淬火：表面获得高硬度，心部获得好的韧性。油冷。
低温回火：减少或消除内应力，提高韧性。
150－250℃。
27.用20CrMnTi制造汽车变速箱齿轮，要求齿面硬度HRC58-60，中心硬度HRC30-45，试写出加工工艺路线，并说明各热处理的作用目的。
答：加工工艺路线为：下料－锻造－正火－机械粗加工－渗碳
+淬火+低温回火－喷丸－磨齿
正火处理可使同批毛坯具有相同的硬度（便于切削加工），并使组织细化，均匀；
渗碳后表面含碳量提高，保证淬火后得到高的硬度，提高耐磨性和接触疲劳强度；
喷丸处理是提高齿轮表层的压力使表层材料强化，提高抗疲劳能力。
28．某汽车半轴其性能要求具有良好的综合力学性能（既强又韧），请从下列牌号中选材、制定加工工艺路线、说明工艺中各种热处理工艺及作用。
Q235—AF、20CrMnTi、40Cr、60Si2Mn、GCr15、T8、9SiCr、CrWMn、
W18Cr4V、Cr12MoV、3Cr2W8V、1Cr13、1Cr18Ni9Ti、ZGMn13
答：选
40Cr。
下料－锻造－退火或正火－切削加工－调质－精加工
退火：加热AC3＋30－50
炉冷，去除应力、细化晶粒、便于切削加工。
调质：淬火AC3＋30－50，500－600℃高温回火，获得S’，获得优良综合性能。
29.制造连杆、弹簧、锉刀等零件，试从下列牌号中分别选出合适的材料并叙述所选材料的名称、热处理工艺和零件制成后的最终组织。（15分）
GCr15Mo
、T10、40Cr、65Mn、20CrMnTi
答：
齿轮：
20CrMnTi渗碳钢；渗碳＋淬火＋低温回火；组织为回火马氏体。（
3分）
连杆：
40Cr调质钢；调质处理（淬火＋高温回火）；组织为回火索氏体。（
3分）
弹簧：
65Mn弹簧钢；淬火＋中温回火；组织为回火托氏体。（
3分）
滚动轴承：
GCr15Mo轴承钢；球化退火＋淬火＋低温回火；组织为回火马氏体。（
3分）
锉刀：
T10碳素工具钢；淬火＋低温回火；组织为回火马氏体＋碳化物。（
3分）
30.瓷材料有哪些特点？
1
陶瓷材料的结构特点：离子键和共价键是主要结合键。
2
陶瓷生产工艺特点：先成形，后烧结。
3
优良的物理化学性能。
31.胶的主要性能有哪些？
主要性能有：1高弹性。2力学性能。3耐磨性。
l
刚度，材料刚度，简称刚度（或刚性），即材料力学中的弹性模量。
l
晶胞，晶体中原子排列规律具有明显的周期性变化。因此在晶格中就存在一个能够代表晶格特征得最小几何单元，称之为晶胞。
l
实际晶粒度，
是指钢在具体的热处理或热加工条件下实际获得的奥氏体晶粒度的大小。
l
45钢，优质碳素结构钢wc=0.45%
l
起始晶粒度，是指室温下的各种原始组织刚刚转变为奥氏体时的晶粒度。
l
淬透性，所谓钢的淬透性是指规定条件下，决定刚材淬硬深度和硬度分布的特征。
l
T10A，高级优质的碳素工具钢，含碳量是1%.
l
铁素体，铁素体是碳原子固溶到α-Fe中形成的间隙固溶体。代号为F或α。
l
固溶体，含量少的组元（溶质）原子分布在含量多的组元（溶剂）晶格中形成一种与溶剂有相同晶格的相，称为固溶体。
l
σb，抗拉强度σb=Fb/A0
含义：材料断裂前所承受的最大拉力。
l
强度，材料强度是指在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。
l
钢的热处理，是指在固态下通过对钢进行不同的加热、保温、冷却来改变钢的组织结构，从而获得所需要性能的一种工艺。
l
淬火，淬火是将钢件加热到Ａc3或Ac1相变点以上某一温度，保持一定时间，然后以大于υk的速度冷却获得马氏体和（或）下贝氏体组织的热处理工艺。
l
淬硬性，也叫可硬性，它是指钢在正常淬火条件下，所能达到的最高温度。
l
渗碳体，它是铁于碳形成的间隙化合物。分子式Fe3C。
l
塑性，材料塑性是指材料在外力作用下产生塑性形变而不发生断裂的能力。
l
奥氏体，它是碳原子固溶到γFe中所形成的间隙固溶体。代号为A或γ。
l
晶格，用于描述原子在晶体中排列规律的三维空间几何点阵称为晶格。
l
珠光体，珠光体是奥氏体(奥氏体是碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体)发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。符号P.
l
组织，显微组织是指在显微镜下看到的相和晶粒的形态、大小和分布。
l
同素异构转变，指金属在结晶成固态之后继续冷却的过程中晶格类型随温度下降而发生变化的现象，也称同素异晶转变。
l
相，
相是指在合金中，凡是化学成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分分隔开来的一个均匀区域。在一个相中可以有多个晶粒。但是，一个晶粒之中只能是同一个相。
l
Q235-C?Z，
此钢σs≥235MPa,质量等级为C级，脱氧方式为Z
l
αK，冲击韧度αK=AK/A0
冲击韧度是指材料抵抗冲击载荷的能力。
l
马氏体，将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称.
l
合金钢，为了改善碳素钢的力学性能。工艺性能或某些特殊的物理、化学性能，在冶炼时，有选择地向钢液中加入某些合金元素，如猛、硅、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、稀土元素等，这类钢就称为合金钢。
l
铸铁的石墨化：铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化
.
l
临界冷却速度，
