機(jī)械工程材料學(xué)復(fù)習(xí)題

1、工程材料學(xué)習(xí)題一、解釋下列名詞1淬透性與淬硬性; 2相與組織; 3組織應(yīng)力與熱應(yīng)力；4過(guò)熱與過(guò)燒； 5. 回火脆性與回火穩(wěn)定性 6. 馬氏體與回火馬氏體7. 實(shí)際晶粒度與本質(zhì)晶粒度 8.化學(xué)熱處理與表面熱處理淬透性：鋼在淬火時(shí)獲得的淬硬層深度稱(chēng)為鋼的淬透性，其高低用規(guī)定條件下的淬硬層深度來(lái)表示淬硬性：指鋼淬火后所能達(dá)到的最高硬度，即硬化能力相：金屬或合金中，凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分有晶只界分開(kāi)的均勻組成部分稱(chēng)為相組織：顯微組織實(shí)質(zhì)是指在顯微鏡下觀察到的各相晶粒的形態(tài)、數(shù)量、大小和分布的組合。組織應(yīng)力：由于工件內(nèi)外溫差而引起的奧氏體（或a）向馬氏體（m）轉(zhuǎn)變時(shí)間不一致而產(chǎn)生的應(yīng)力熱應(yīng)力

2、：由于工件內(nèi)外溫差而引起的脹縮不均勻而產(chǎn)生的應(yīng)力過(guò)熱：由于加熱溫度過(guò)高而使奧氏體晶粒長(zhǎng)大的現(xiàn)象過(guò)燒：由于加熱溫度過(guò)高而使奧氏體晶粒局部熔化或氧化的現(xiàn)象回火脆性：在某些溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，會(huì)出現(xiàn)沖擊韌性下降的現(xiàn)象，稱(chēng)為回火脆性回火穩(wěn)定性：又叫耐回火性，即淬火鋼在回炎過(guò)程中抵抗硬度下降的能力。馬氏體：碳在-fe中的過(guò)飽和固溶體稱(chēng)為馬氏體?；鼗瘃R氏體：在回火時(shí)，從馬氏體中析出的-碳化物以細(xì)片狀分布在馬氏體基礎(chǔ)上的組織稱(chēng)為回火馬氏體。本質(zhì)晶粒度：鋼在加熱時(shí)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大傾向稱(chēng)為本質(zhì)晶粒度實(shí)際晶粒度：在給定溫度下奧氏體的晶粒度稱(chēng)為實(shí)際晶粒度，它直接影響鋼的性能?；瘜W(xué)熱處理：將工件置于待定介質(zhì)中加熱保溫，

3、使介質(zhì)中活性原子滲入工件表層，從而改變工件表層化學(xué)成分與組織，進(jìn)而改變其性能的熱處理工藝。表面淬火：指在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織的情況下，利用快速加熱將表面奧氏休化后進(jìn)行淬火以強(qiáng)化零件表面的熱處理方法。二、判斷題1. （ ）合金的基本相包括固溶體、金屬化合物和這兩者的機(jī)械混合物。 錯(cuò)。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，可將合金中相公為固溶體和金屬化合物兩類(lèi)。2. （ ）實(shí)際金屬是由許多位向不同的小晶粒組成的。 對(duì)。3. （ ）為調(diào)整硬度，便于機(jī)械加工，低碳鋼，中碳鋼和低碳合金鋼在鍛造后都應(yīng)采用正火處理。 對(duì)。對(duì)于低、中碳的亞共析鋼而言，正火與退火的目的相同；即調(diào)整硬度，便于切削加工，細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能

4、，為淬火作組織準(zhǔn)備，消除殘作內(nèi)應(yīng)力，防止在后續(xù)加熱或熱處理中發(fā)生開(kāi)裂或形變。對(duì)于過(guò)共析鋼而言，正火是為了消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備。對(duì)于普通話結(jié)構(gòu)鋼而言，正火可增加珠光體量并細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度、硬度和韌性，作為最終熱處理。4.（ ） 在鋼中加入多種合金元素比加入少量單一元素效果要好些，因而合金鋼將向合金元素少量多元化方向發(fā)展。 對(duì)。不同的元素對(duì)于鋼有不同的效果。5. （ ）不論含碳量高低，馬氏體的硬度都很高，脆性都很大。 錯(cuò)。馬氏體的硬度主要取決于其含碳量，含碳增加，其硬度也隨之提高。合金元素對(duì)馬氏體的硬度影響不大，馬氏體強(qiáng)化的主要原因是過(guò)飽和引起的固溶體強(qiáng)化。6（ ）40cr鋼

5、的淬透性與淬硬性都比t10鋼要高。 錯(cuò)。c曲線越靠右，含碳量越低，淬透性越好。40cr為含碳量為0.4%，含cr量為1.5%左右的調(diào)質(zhì)鋼。t10為含碳量為1%左右的碳素工具鋼。但是淬火后45鋼香到馬氏體，t10鋼得到馬氏體加少量殘余奧氏體，硬度比45鋼高。7（ ）馬氏體是碳在-fe中的過(guò)飽和固溶體，由奧氏體直接轉(zhuǎn)變而來(lái)的，因此馬氏體與轉(zhuǎn)變前的奧氏體含碳量相同。 對(duì)。當(dāng)奧氏體過(guò)冷到ms以下時(shí)，將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體類(lèi)型組織。但是馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體中的碳全部保留在馬氏休中。馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)是高速長(zhǎng)大、不擴(kuò)散、共格切變性、降溫形成、轉(zhuǎn)變不完全。8（ ）鑄鐵中的可鍛鑄鐵是可以在高溫下進(jìn)行鍛造的。 錯(cuò)。所有的

6、鑄鐵都不可以進(jìn)行鍛造。9（ ）45鋼淬火并回火后機(jī)械性能是隨回火溫度上升，塑性,韌性下降，強(qiáng)度,硬度上升。錯(cuò)。鋼是隨回火溫度上升，塑性,韌性上升，強(qiáng)度,硬度提高。10（ ）淬硬層深度是指由工件表面到馬氏體區(qū)的深度。 錯(cuò)。淬硬層深度是指由工件表面到半馬氏體區(qū)（50%馬氏體+50%非馬氏體組織）的深度。11（ ）鋼的回火溫度應(yīng)在ac1以上。 錯(cuò)?；鼗鹗侵笇⒋慊痄摷訜岬絘1以下保溫后再冷卻的熱處理工藝。12（ ）熱處理可改變鑄鐵中的石墨形態(tài)。 錯(cuò)。熱處理只能改變鑄鐵的基休組織，而不能改變石黑的狀態(tài)和分布。13.（ ）奧氏體是碳在-fe中的間隙式固溶體。 錯(cuò)。奧氏體是碳在-fe中的間隙固溶體。用符號(hào)a

7、或表示。14（ ）高頻表面淬火只改變工件表面組織，而不改變工件表面的化學(xué)成份。 對(duì)。高頻表面淬火屬于表面淬火的一種。表面淬火是指在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織的情況下，利用快速加熱將表面奧氏休化后進(jìn)行淬火以強(qiáng)化零件表面的熱處理方法。15（ ）過(guò)冷度與冷卻速度有關(guān)，冷卻速度越大，則過(guò)冷度越小。 錯(cuò)。過(guò)冷度（t）是指理論結(jié)晶溫度（t0）與實(shí)際結(jié)晶溫度（t1）的差值，即t=t0-t1。但是冷卻速度越大，則過(guò)冷度越大，。16（ ）所謂的本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，是說(shuō)它在任何條件下晶粒均不粗化。錯(cuò)。本質(zhì)晶粒度是指鋼在加熱時(shí)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大傾向稱(chēng)為實(shí)際晶粒度，通常把鋼加熱到940±10奧氏體化后，設(shè)法把奧氏

8、體保留到室溫來(lái)判斷鋼的本質(zhì)晶粒度。17（ ）因?yàn)閱尉w是各項(xiàng)異性的，所以實(shí)際應(yīng)用的金屬材料在各個(gè)方向上的性能也是不同的。 錯(cuò)。18（ ）鋼中的雜質(zhì)元素“硫”會(huì)引起鋼的“冷脆”。 錯(cuò)。鋼中硫會(huì)引起熱脆性，而磷有固溶強(qiáng)化作用，右提高強(qiáng)度硬度，但是卻顯著降低了鋼的韌性塑性（叫冷脆性）19（ ）硬度試驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，迅速，不會(huì)破壞零件，根據(jù)測(cè)量的硬度值還可以估計(jì)近似的強(qiáng)度值，因而是生產(chǎn)上常用的一種機(jī)械性能試驗(yàn)方法。 對(duì)。20（ ）含碳量低于0.25%的碳鋼，退火后硬度低，切削時(shí)易粘刀并影響刀具壽命，工件表面光潔度差，所以常采用正火。 對(duì)。21. （ ）三種金屬晶格類(lèi)型中，體心立方晶格中原子排列最為緊密。

9、錯(cuò)。原子排列緊密度與晶包的致密度有關(guān)，致密度越高，原子排列越緊密。休心立方的致密度為0.68,而面心立方和密排六方的為0.74。22. （ ） 金屬中的固溶體一般說(shuō)塑性比較好，而金屬化合物的硬度比較高。 對(duì)。與純金屬相比，固溶休的強(qiáng)度硬度高，塑性韌性低，但與金屬化全物相比其硬度要低得多，而塑性韌性要高得多。23. （ ）高速鋼反復(fù)鍛造的目的是為了鍛造成型。 錯(cuò)。高速工具鋼是萊氏體鋼，其鑄態(tài)組織為亞共晶組織，由魚(yú)骨狀的萊氏休與樹(shù)枝狀的馬氏體加托氏體組成。反復(fù)鍛打是為了擊碎魚(yú)骨狀碳化物，使其均勻的人布于基休中。24. （ ）金屬發(fā)生多晶型轉(zhuǎn)變時(shí)，不僅晶格要發(fā)生變化，組織與性能也要發(fā)生變化。 對(duì)。多

10、晶型轉(zhuǎn)變即同互異構(gòu)轉(zhuǎn)變，熱處理的依據(jù)，25. （ ）發(fā)生過(guò)燒的工件可以通過(guò)重新加熱后緩慢冷卻使晶粒細(xì)化，而發(fā)生過(guò)熱的工件只能報(bào)廢。 錯(cuò)。發(fā)生過(guò)熱的工件可以通過(guò)重新加熱后緩慢冷卻使晶粒細(xì)化，而發(fā)生過(guò)燒的工件只能報(bào)廢。26 .（ ）含mo、w等合金元素的合金鋼，其回火脆性傾向較小。 對(duì)。在鋼中加入w（約1%）、mo（約0.5%）可以有效的抑制回火脆性。27. （ ）鑄鋼的鑄造性能比鑄鐵差，但常用于制造形狀復(fù)雜，鍛造有困難，要求有較高強(qiáng)度和塑性并受沖擊載荷，鑄鐵不易達(dá)到的零件。 對(duì)。三、回答下列問(wèn)題1.零件設(shè)計(jì)時(shí)圖紙上為什么常以其硬度值來(lái)表示材料力學(xué)性能的要求？ 答：（1）硬度是指材料抵抗局部塑性變

11、形的能力。（2）硬度試驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，迅速，不會(huì)破壞零件，可用于成品件的檢測(cè)，（3）硬度是一個(gè)綜合力學(xué)性能指數(shù)，根據(jù)測(cè)量的硬度值還可以估計(jì)近似的強(qiáng)度值等。2說(shuō)明wsn=25%的pbsn合金在下列各溫度時(shí)有哪些相組成物？有哪些組織組成物？（1）高于300； （2）剛冷卻至180，共晶轉(zhuǎn)變尚未開(kāi)始； （3）在183共晶轉(zhuǎn)變剛完； （4）室溫。答：（1）高于300：相：液相，組織為pbsn溶化物（2）剛冷卻至180，共晶轉(zhuǎn)變尚未開(kāi)始：相為液相+相，組織為pbsn溶化物+回溶體（3）在183共晶轉(zhuǎn)變剛完：相為相和相，組織為（+）共晶組織（4）室溫：相為相和相，組織為+（+）+ii。3.圖22為簡(jiǎn)化的鐵碳合

12、金狀態(tài)圖。試回答下列問(wèn)題：（1） 以相組成物填寫(xiě)相圖。（標(biāo)注見(jiàn)課本p51）（2） 填空： 碳在-fe中的固溶體 稱(chēng)鐵素體，其符號(hào)為 f或 ，晶格類(lèi)型是 體心立方晶格 ，性能特點(diǎn)是強(qiáng)度 硬度低 ，塑性 韌性好 。（3） 碳在-fe中的固溶體 稱(chēng)奧氏體，其符號(hào)為 a或 ，晶格類(lèi)型是 面心立方晶格 ，性能特點(diǎn)是強(qiáng)度 低 ，塑性 好 。（4） 滲碳體是 鐵 與 碳 的 間隙固溶體 ，含碳量為 6.69 %，性能特點(diǎn)是硬度 很高 ，脆性 韌性幾乎為“零” 。（5）ecf稱(chēng) 共晶線 線，所發(fā)生的反應(yīng)稱(chēng) 共晶 反應(yīng)，其反應(yīng)式是 l4.32.11+fe3c 得到的組織為 萊氏體（le） 。（6）psk稱(chēng) 共析

13、 線，所發(fā)生的反應(yīng)稱(chēng) 共析 反應(yīng)，其反應(yīng)式是 0.770.0218+fe3c 得到的組織為 珠光體（p） 。（7） e是 碳在中的-fe最大溶解度 點(diǎn)，p是 碳在-fe中的最大溶解度 點(diǎn)，a1即 psk 線，a3即 gs 線，acm即 es 線。4.過(guò)共析鋼的淬火溫度是多少？為什么要選擇在這一溫度？ 答：對(duì)于過(guò)共析鋼而言，淬火溫度為ac1+（3050）5.如下圖所示，確定不同冷卻速度下可能獲得的組織，并比較其硬度值。答：v1線是爐冷后空冷，得到的是珠光體（p），v2是加熱后空冷，得到的是索氏體（s）或回火索氏體（s回）；v3得到的是下貝氏體、馬氏體和過(guò)冷奧氏體（b下+m+a）；v4為水冷，得到

14、的是馬氏體和殘余奧氏體(m+a)。硬度值:p<s< b下<m+ a6.共析鋼c曲線與冷卻曲線如圖（1）指出圖中各點(diǎn)的組織（2）并奧氏體化后各冷卻方式下的熱處理工藝名稱(chēng)答：（1） 1：過(guò)冷奧氏體；2：過(guò)冷奧氏體和珠光體；3：珠光體（p）；4：過(guò)冷奧氏體；5：過(guò)冷奧氏體和索氏體；6：索氏體（s）；7：淬火馬氏體+殘余奧氏體（m淬a）；8：過(guò)冷奧氏體；9：過(guò)冷奧氏體和貝氏體；10：貝氏體（b）。（2） v1：等溫退火；v2：正火；v3等溫回火；v4：淬火。7.將一t12鋼小試樣分別加熱到780ºc和860ºc，經(jīng)保溫后以大于vk的速度冷卻至室溫，試問(wèn)：（t12鋼

15、ac1=730ºc accm=830ºc）（1）、哪個(gè)溫度淬火后晶粒粗大？（2）、哪個(gè)溫度淬火后未溶碳化物較多？（3）、哪個(gè)溫度淬火后殘余奧氏體量較多？（4）、哪個(gè)淬火溫度合適？為什么？答：（1）860下淬火后晶粒更細(xì)。860>830，即加熱溫度大于ac由于奧氏體晶粒粗大，含碳量提高，使淬火后馬氏體晶粒也粗大，且殘余奧氏體量增多，使鋼的硬度、耐磨性下降，脆性和變形開(kāi)裂傾向增加。（2）780ºc下未溶碳化物較多，（3）860下殘余奧氏體量較多。（4）780ºc更適合淬火。t12是含碳量為1.2%的碳素工具鋼，是過(guò)共析鋼，其淬火火為ac1+（3050）

16、ºc。8. 45鋼及t10鋼小試件經(jīng)850ºc水冷、850ºc空冷、760ºc水冷、720ºc水冷處理后的組織各是什么？（45鋼：ac1=730º，ac3=780ºc; 10鋼：ac1=730ºc，accm=800ºc）答：850ºc水冷850ºc空冷760ºc水冷720ºc水冷45鋼（淬炎）馬氏體（正火）索氏體回炎索氏體組織不變t10鋼馬氏體+顆粒碳化物索氏體馬氏體+殘余奧氏體+顆粒碳化物組織不變9.一根直徑為6mm的45鋼圓棒，先經(jīng)過(guò)840加熱淬火，硬度為hrc

17、55（未回火）然后從一端加熱，依靠熱傳導(dǎo)使45鋼圓棒上各點(diǎn)達(dá)到如圖所示的溫度。試問(wèn)：(1)各點(diǎn)部位的組織是什么？（5分）(2)整個(gè)圓棒自圖示各溫度保溫后緩冷至室溫后，問(wèn)各點(diǎn)的組織是什么？若自圖示各溫度保溫后水淬至室溫，問(wèn)各點(diǎn)的組織又是什么？（10分）答：abcde各點(diǎn)部位的組織奧氏體奧氏體鐵素體+奧氏體馬氏體+奧氏體馬氏體各溫度保溫后緩冷至室溫后鐵素體+珠光體鐵素體+珠光體馬氏體+鐵素體回火索氏體回火馬氏體各溫度保溫后水淬至室溫淬火馬氏體淬火馬氏體馬氏體+鐵索體回火索氏體回火馬氏體10. 用45鋼制造機(jī)床齒輪，其工藝路線為：鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)精加工高頻感應(yīng)加熱表面淬火低溫回火磨加工。說(shuō)明各熱處

18、理工序的目的及使用狀態(tài)下的組織。答：正火：對(duì)于低、中碳的亞共析鋼而言，正火的目的是調(diào)整硬度，便于切削加工，細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能，為淬火作組織準(zhǔn)備，消除殘作內(nèi)應(yīng)力，防止在后續(xù)加熱或熱處理中發(fā)生開(kāi)裂或形變。使用組織為：鐵素體加索氏體。調(diào)質(zhì)：提高力學(xué)性能，減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸。使用組織：回火索氏體。高頻感應(yīng)加熱表面淬火：提高表面硬度、強(qiáng)度、耐磨性和搞疲勞極限，獲得所需的力學(xué)性能，使心部組織具有足夠的塑韌性。使用組織：表面為回火馬氏體或鐵素體加索氏體。低溫回火：減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸，獲得工藝所要的力學(xué)性能。使用組織：回火馬氏體。11某汽車(chē)齒輪選用20crmnti材料制作，

19、其工藝路線如下：下料鍛造正火切削加工滲碳淬火低溫回火噴丸磨削加工。請(qǐng)分別說(shuō)明上述、和項(xiàng)熱處理工藝的目的及組織。答：正火：對(duì)于低、中碳的亞共析鋼而言，正火的目的是調(diào)整硬度，便于切削加工，細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能，為淬火作組織準(zhǔn)備，消除殘作內(nèi)應(yīng)力，防止在后續(xù)加熱或熱處理中發(fā)生開(kāi)裂或形變。使用組織為：鐵素體加索氏體。滲碳：提高工件表面硬度、耐磨性及其疲勞強(qiáng)度，同時(shí)保持工件心部良好的韌性和塑性。使用組織：表層為高碳回火馬氏體+顆粒碳化物+少量殘余奧氏體，心部為低碳回火馬氏體+鐵素體。淬火：獲得馬氏體組織，提高工件的硬度，獲得相應(yīng)的力學(xué)性能。使用組織：淬火馬氏體。低溫回火：減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺

20、寸，獲得工藝所要的力學(xué)性能。使用組織：回火馬氏體。12合金鋼與碳鋼相比，為什么它的力學(xué)性能好？熱處理變形??？答：（1）在鋼中加入合金元素，溶于鐵素體，起固溶強(qiáng)化作用；合金元素進(jìn)入滲碳體中，形成合金滲碳體；（2）幾乎所有合金元素都使e點(diǎn)和s點(diǎn)左移，在退火狀態(tài)下，相同含碳量的合金鋼組織中的珠光體量比碳鋼多，從而使鋼的強(qiáng)度和硬度提高。（3）除co外，凡溶入奧氏體的合金元素均使c曲線右移，淬透性的提高，這有利于減少零件的淬火變形和開(kāi)裂傾向。（4）除co、al外，所有溶于奧氏體的合金元素都使ms、mf點(diǎn)下降，使鋼在淬火后的殘余奧氏體量增加。（5）合金鋼的回火溫度比相同含碳量的碳鋼高，有利于消除內(nèi)應(yīng)力，有

21、效的防止了工件開(kāi)裂與變形。（6）含有高w、mo、cr、v等元素的鋼在淬火后回火加熱時(shí)，產(chǎn)生二次硬化。二次硬化使鋼具有熱硬性，這對(duì)于工具鋼是非常重要的。（7）在鋼中加入w、mo可防止第二類(lèi)回火脆性。 13按刃具鋼的工作條件，其性能要求是什么？答：高硬度、高耐磨性、高熱應(yīng)性、足夠的韌性。14.有人提出用高速鋼制銼刀，用碳素工具鋼制鉆木材的10的鉆頭，你認(rèn)為合適嗎？說(shuō)明理由. 答：不合理。挫刀是手用工具，其工作時(shí)的溫度不高，速度不快，力學(xué)性能要求不高，用碳素工具鋼就可以。而鉆頭是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的工具,要求有高的熱應(yīng)性與硬度、耐磨性,要用低合金工具鋼或高速工具鋼。15.畫(huà)出w18cr4v鋼的淬火、回火工藝曲

22、線，并標(biāo)明溫度；淬火溫度為什么要選那么高？回火溫度為什么要選560？為什么要進(jìn)行三回火？處理完的最后組織是什么？答：w18cr4v高速工具鋼，其導(dǎo)熱性較差，淬火加熱時(shí)應(yīng)預(yù)熱兩次，以防止變形和開(kāi)裂，常委會(huì)火時(shí)選1280，以使更多的合金元素溶入奧氏體中，達(dá)到淬火后獲得高合金元素含量馬氏體的目的?；鼗饡r(shí)要進(jìn)行三次，主要目的是減少殘余奧氏體量，穩(wěn)定組織，并產(chǎn)生二次硬化。16.說(shuō)出下列鋼號(hào)的含義？并舉例說(shuō)明每一鋼號(hào)的典型用途。q235，20，45，t8a，40cr，gcr15， 60si2mn , w18cr4v , zg25，ht200 答：q235為含碳量低的屈服強(qiáng)度為235的碳素結(jié)構(gòu)鋼，主要用于結(jié)構(gòu)件、鋼板、螺栓、螺母、鉚釘?shù)?0為含碳量為0.2%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，強(qiáng)度、硬度低，韌性塑性好，主要用來(lái)做沖壓件、鍛造件、焊接件、和滲碳件，用做齒輪、銷(xiāo)釘、小軸、螺母等。45：為含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼綜合力學(xué)性能好，