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1、工程材料第一章-金属材料的力学性能 1.什么是弹性变形？什么是塑性变形？ 弹性变形：试样的伸长量随拉力成比例增加，若去除拉力后试样 恢复原状； 塑性变形：试样的伸长量随拉力成比例增加，若去除拉力后试样 不能恢复原状，尚有一部分伸长量保留下来，这部分 保留下来的变形称为塑性变形。 2.一根标准拉伸试样的直径为10mm，标距长度为50mm，拉伸试验 时测出试样在26000N时屈服，出现的最大载荷为45000N，拉断 后的标距长度为58mm，断口处直径为7.75mm，计算s、b、 s、。 s=Fs/Ao=26000/（5X5X）=331MPa b=Fb/Ao=45000/（5X5X）=573MPa

2、s=（L1-L0）/L0X100%=（58-50）/50X100%=16% =（Ao-A1）/AoX100%=（10-7.75）/10X100%=22.5% 3.说明HBS和HRC两种硬度指标在测试方法、适用硬度范围及应用 范围上的区别？ HBS是用一定的实验力F（N)，将直径为D（mm）的钢球压入金属表面，保持一定时间（S）后卸去试验力，然后测出金属表 面的压痕直径得的商，计算公式为HBS（w）=0.102F/A适用于布氏硬度小于450的材料； HRB是用钢球做压头，在测定硬度时，先加预试验力，将压头压至b点，然后再加主试验力，进一步将压头压至C点。最后卸除主试验力，在弹性作用下使压痕深度从

3、C点回到d点。这时，bd之间的距离h即为由主试验力所引起的压痕深度。 HRA、HRC都是用金刚石圆锥做压头，分别施加588N、1470N总试验力，其硬度值计算公式中的常数K为0.2，用于测量硬材料或工件的硬度。 HRB是用钢球做压头，施加980N的总试验力，计算公式中的常数K为0.26，主要用于测定软材料或毛坯的硬度。第2章-金属及合金的结构与结晶 1.晶 胞： 能够完全反映晶格特征的最小几何单元； 晶 格： 晶胞堆砌而成的单元； 晶 粒： 内部原子呈规则排列，晶格位向基本一致的小晶体； 晶 界： 晶粒之间的界面称为晶界； 多晶体：由许多小晶体组成；亚晶体：晶粒内部的晶格位向也不是完全一致的，

4、其中，不同小 区的晶格位向相差大约10-20,这些小区称为亚晶粒； 空 位： 有的晶格结点上没有原子存在，这就是晶格空位； 位 错： 晶体中一列或数列原子发生有规则的错排； 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差； 变质处理：在浇注前向金属液体中加入变质剂，促使晶粒细化； 组 元： 组成合金的元素，但也可以是稳定的化合物； 相： 一种聚集状态，是合金中结构相同，成分和性能均一 并以界面相互分开的组成部分； 固溶体： 溶质原子溶入溶剂晶格所形成的合金相，称为固溶体； 化合物：合金中的两组元相互作用而形成的一种新相，它的晶 体结构、性能、熔点与两组元不同，并且具有金属特 性，这种相称为金属化合物。

5、 2.固溶强化：由于溶质原子溶入溶剂中形成固溶体，使金属的强度、 硬度升高的现象，称为固溶强化。原 因： 由于溶质原子处在溶剂晶格间隙时会造成较大的晶格 畸变所致。另外，这类原子半径很小容易扩散到位错 处与其发生作，从而造成更大的强化效果。 3.下列情况是否有相的改变1）液态金属液固 有2）同素异构转变 无3）晶粒由粗变细 无第三章-铁碳合金相图 1. 铁碳合金状态图中，那条线与铁的同素异形体转变有关？为什 么？ GS线，因为此时出现-Fe-Fe的同素异构转变。 2.用铁碳合金状态、图分析，室温下的铁碳合金有哪些相？它们构成哪些组织？哪种组织强度最高？有Fe3C和铁素体（固溶体）两相；组 织：

6、珠光体、铁素体、二次渗碳体；二次渗碳体强度最高。 3.根据白口铸铁的组织特征，分析其机械性能与钢不同的原因？原 因：铁碳合金室温下的组织有F+Fe3C 、F+P 、P、 P+Fe3C、P+Fe3C+Ld、Ld、Ld+Fe3C。它们都是 由铁素体和渗碳体两相组成的。其中，渗碳体有Fe3C 、Fe3C、Fe3C、Fe3C共析、Fe3C共晶，它们的化学成分、 晶体结构和性能完全相同，只是形态不同。白口铸铁 由于含碳量c2.11%，组织中以Fe3C共晶为基体的 莱氏体、网状的Fe3C或条状的Fe3C，故硬而脆。第四章-钢的热处理1.指出下列工件正火的主要作用及正火后的组织。（1）20CrMnTi制造传

7、动齿轮作 用：提高硬度，便于后续的机械加工，正火后的组织是F+P，即铁素体+珠光体组织；（2）T12钢制造铣刀 作 用：消除网状碳化物，细化组织为最终热处理做准备，正火后的组织是索氏体+碳化物。2.用45钢制造主轴，其加工工艺的路线为：下料锻造退火粗加工调质处理试问：（1）调质处理的作用。 作 用：改变主轴的机械性能，使其强度和韧性得到综合提高，从而更加耐用；（2）调质处理加热温度范围。 范 围：90050淬火，68020回火。3.热处理的目是什么？有哪些基本类型？目 的：为了获得所需要的组织结构和性能，提高材料使用性能，延长寿命，改善工艺性能；类 型：整体热处理、表面热处理、化学热处理。4.

8、简述过冷奥氏体等温转变组织的名称及其性能。 （1）珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物，分为片状和 球状，球状强度硬度低，但塑性和韧性高； (2) 贝氏体：1）上贝氏体，记为B上，硬度高，强度低，塑性韧性差； 2）下贝氏体，记为B下，硬度高，强度高，塑性韧性较好； （3）马氏体：其亚结构为位错，有较高强度和良好的韧性，具有良好的综合机械性能。5.氮化处理与渗碳处理相比有哪些特点。特 点：1）渗氮层具有更高的硬度和耐磨性；2）渗氮层具有一定的耐蚀性；3）渗氮后工件变形小；4）因渗层较薄，故承受冲击不能过大。6.什么叫退火？其主要目的是什么？退 火：将工件加热到Ac3以上3050，保温一段时间后

9、随炉缓冷的过程。目 的：细化晶粒，去除残余应力，降低硬度，为切削加工和最终热处理做准备。7.什么叫回火？淬火钢为什么要进行回火处理？回 火：将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温 度，保温一段时间后在空气、水或油等介质中冷却的金属热处理过程。原 因：1）获得需要的组织和性能； 2）稳定钢件尺寸； 3）消除淬火内应力。8.么叫淬火？其主要目的是什么？淬 火：将工件加热到Ac3或Ac13050，保温一段时间，然后快速冷却以获得马氏体和贝氏体组织的热处理工艺；目 的：为了获得马氏体组织，提高工件的硬度和耐磨性。9.钢采用低温或高温回火各获得什么组织？其主要应用在什 么场合？低温回火得到回火

10、马氏体，主要用于高碳钢的切削刃具、量具、冷冲模具、滚动轴承等；高温回火得回火索氏体，主要用于连杆、螺栓、齿轮及轴类。10.指出过共析钢的淬火加热的温度范围，并说明理由？ 温 度：Ac1+3050； 加热温度过高，由于渗碳体全部溶于奥氏体，提高了奥氏体含碳量，会使Ms下降，淬火后残留奥氏体增多，反而钢的硬度，还会使马氏体体积比增大，淬火应力增加，同时，还会引起晶粒粗大，韧性下降，工件淬火时易变形开裂。11.球化退火的目的是什么？主要应用在什么场合？ 目 的：是钢中所有的渗碳体都发生球状化，得到铁素体基本上均匀分布着球状渗碳体组织，即球状珠光体，以降低硬度，改善切削加工性能。 应 用：主要用于工具

11、钢的锻件和型材。12.共析钢的奥氏体形成过程可归纳为几个阶段？ 1）奥氏体晶核的形成与长大； 2）残留渗碳体的溶解； 3）奥氏体成分的均匀化。第五章-工业用钢一、填空题1.工业用钢包括_碳素_钢和_合金_钢。2.特殊性能钢包括_不锈_钢、_耐热_钢、_耐磨_钢。3.滚动轴承钢的热处理首先采用_退火_，以降低锻造后钢的硬度，便于切削加工然后采用_淬火_，以提高轴承的硬度和耐磨性。4.钢的耐热性包括_高温抗氧化_性和_高温_强度两个方面。二、将下列材料与用途连线 Q195 GCr15 HT200 20Cr 1Cr13地脚螺栓 滚动轴承 齿轮 传动轴 汽轮机叶片 三、试解释下列铁碳合金的牌号的含义：

12、并注明属于哪种钢材，及热处理工艺要求。Q235-AF：屈服点为235MPa、A等级质量的沸腾钢 ； 20： 平均c=0.20%的优质碳素结构钢；45： 平均c=0.20%的优质碳素结构钢；60： 平均c=0.60%的优质碳素结构钢； T10： 平均c=0.10%的优质碳素工具钢； T12A： 平均c=0.10%的高级优质碳素工具钢； Q195： 屈服点Qs=195MPa低合金高强度结构钢； ZG310-570：屈服点Qs=310MPa、抗拉强度Qb=570MPa的铸造碳钢件。四、判断题1.大部分低合金钢和合金钢的淬透性比碳素钢好。 （）2.合金渗碳钢渗碳后不用热处理就能使用。 （）3.不锈钢是

13、不生锈的钢，所以适于在腐蚀条件下工作。 （）4.Crl2MoV钢是不锈钢。 （）5.40Cr钢是最常用的合金调质钢。 （）6.合金钢只有经过热处理，才能显著提高其力学性能。 （）五、选择题1.GCrl5钢的铬的质量分数为( B )。A0.15 B.1.5 C.152.60Si2Mn钢属于合金弹簧钢，它的最终热处理是( B )。A淬火+低温回火 B.淬火+中温回火 C.淬火+高温回火3.合金渗碳钢渗碳后必须进行( A )热处理才能使用。A淬火+低温回火 B.淬火+中温回火 C.淬火+高温回火五、问答题1.合金元素对钢的回火转变有何影响? 影 响：1）提高回火稳定性 2）产生二次硬化 3）引起回火

14、脆性2.试举例说明低合金高强度结构钢的性能和用途。 性 能：1）较高的强度、良好的韧性 2）良好的冷弯性能和焊接性能 用 途：主要用来制造强度要求较高的工程结构，如桥梁、船舶、压力容器、汽车、拖拉机等。3.合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢的牌号是如何表示的? 合金渗碳钢：20Cr、20CrMnTi、20Cr2Ni4 合金调质钢：40Cr、40CrNi、40CrNiMoA 合金弹簧钢：65Mn、60Si2Mn、50CrVA。4.为什么滚动轴承钢应具有高的含碳量?合金元素在钢中有哪些作用? 原 因：保证钢在淬火后，具有高的硬度和耐磨性； 作 用：提高钢的淬透性，并且还与碳形成细小而均匀分布的碳化

15、物，以提高钢的接触疲劳强度和耐磨性。5.高速钢有何性能特点?其热处理有何特点?回火后为什么硬度会增加? 特 点：具有高的硬度和热硬性； 热处理：1）退火 球化退火，降低钢的硬度，消除残余应力； 2）淬火 W18Cr4V钢淬火加热温度为12701285，W6Mo5Cr4V2为12101230； 为了防止产生变形开裂，淬火加热前应进行预热； 为了防止产生氧化、脱碳，高速钢刃具常用盐浴炉加热。 3）回火 三次回火，消除残余奥氏体。 原 因：回火后的组织主要是回火马氏体+粒状碳化物。6.为什么合金工具钢9SiCr制造的刃具比T9钢制造的刃具使用寿命长? 原 因：合金工具钢9SiCr是在碳素工具钢T9钢

16、的基础上加入合金元素形成的钢，合金元素的主要作用是提高淬透性和回火稳定性。7.高锰耐磨钢经水韧处理后，其性能如何?在什么条件下才能耐磨? 性 能：硬度增加，韧性提高。 条 件：受到剧烈冲击和摩擦时。六、正确选择钢材的分类：20CrMnTi 合金渗碳钢 50CrVA 合金弹簧钢9SiCr 合金工具钢 40Cr 合金调质钢W18Cr4V 高速钢 1Crl3 不锈钢 ZGMnl3 高锰耐磨钢 4Crl4Nil4W2Mo 耐热钢第六章-有色金属及其合金一、选择题1.淬火加时效处理是（A）合金强化的主要途经。 A变形铝合金 B铸造铝合金 C黄铜 D青铜2.黄铜是以（A）为主加元素的铜合金。 A锌 B硅

17、C铅 D镁3.以下不属于常用轴承合金的是（C） A锡基与铅基轴承合金 B.铜基轴承合金 C.锌基轴承合金 D.铝基轴承合金二、改正题 1.硬铝合金牌号（如LY12）中的数字“12”表示强度值（用来区分铝合金）。 2.铜合金牌号中，字首“H”表示青（黄）铜。 3.普通黄铜是铜和铅（锌）组成的二元合金。三、简答题 试说明下列有色金属及合金代号的意思：H70： 含Cu70%的普通黄铜；LY11： 以铜为主要合金元素的变形铝合金；LD7： 耐热锻铝合金；QSn43： 含Sn4%、含Zn3%的锡青铜；ZL102 ： 含Si11%13%的铝硅系合金；LF21： 以Mn为主要合金元素的变形铝合金；ZH59：

18、 含Cu59%的铸造黄铜；ZQPb30： 含Pb30%的铸造青铜；QBe2 ： 含Be2%的铍青铜；ZCuPbSb16-16-2：含Pb16%、含Sb16%、含Zn2%的铸造铅青铜。第八章-铸造一、选择1.灰铸铁中碳元素主要以（ B ）形式析出A.球状石墨 B.片状石墨 C.团絮石墨2.铸造中，设置冒口的目的（ D ）。A.改善冷却条件 B.排出型腔中的空气C.减少砂型用量 D.有效地补充收缩3.铸件的最大截面在一端,且为平面,其手工造型可选用 ( C )。A.分模造型 B.刮模造型C.整模造型 D.挖砂造型4.不是铸造工艺方案确定的主要内容的为（D） A.铸件浇注位置和分型面的选择 B.工艺

19、参数的确定 C.绘制出铸造工艺图 D.对原铸件结构进行改进5.铸件产生缩松、缩孔的根本原因（ D ）。 A.固态收缩 B.液体收缩 C.凝固收缩 D.液体收缩和凝固收缩6.设计铸件时，其壁厚应（ C ）。 A.尽量厚些 B.尽量薄些 C.薄厚均匀 D.薄厚相差大些7.合金的体收缩大,浇注温度过高, 铸件易产生（ B、D ）缺陷; 合金结晶温度范围广, 浇注温度过低,易使铸件产生（ C ）缺陷。 A.浇不足与冷隔B.气孔 C.应力与变形 D.缩孔与缩松8.绘制铸造工艺图确定拔模斜度时, 其内壁斜度关系时（ B ）。A.与外壁斜度相同 B.比外壁斜度大 C.比外壁斜度小二、填空题1.铸铁可分_灰铸

20、铁_、_可锻铸铁_、_球墨铸铁_、_蠕墨铸铁_等,铸铁的组织取决于_石墨化_的程度。2.铸钢按化学成分不同，可分为_铸造碳钢_和_铸造合金钢_两大类。碳素铸钢按含碳量不同可分为_低碳铸钢_、_中碳铸钢_、_高碳铸钢_。3.铸件的浇注位置是指铸件在_浇注_ 时在_铸型_中所处的位置。它对铸件的_浇注质量_影响很大。4.铸型的分型面应选择在铸件_接触的表面_处, 以保证起模;同时分型面应尽量采用_直分型面_以便于造型。5.当铸件收缩受阻时, 就可能发生_缩松_、_缩孔_等缺陷; 因此如轮形铸件的轮辐应设计为_奇_数或做成_旋转对称_形状。三、 简答题1.一铸件如图2-1-2所示三种结构, 你认为哪

21、种更合理? 为什么? b合理，便于起模。第九章-金属压力加工锻造一、选择题：1.大型锻件的锻造方法应该选用（ A ）。A自由锻 B.锤上模锻 C.胎膜锻2.锻造时，胚料的始锻温度以不出现（ B、C ）为上限；终锻温度也不宜过低，否则会出现（ A ）。A.晶粒长大 B.过热 C.过烧 D.加工硬化3.材料经过锻压后，能提高力学性能是因为（ B ）。A.金属中杂质减少 B.出现加工硬化 C.晶粒细小，组织致密4.为了增大自由锻件的强度，可以（ A ）。A.设置加强筋 B.增加厚度 C.设置凸台5.金属板材弯曲半径过小会发生（ C ）。 A.内侧裂纹 B.外侧起皱 C.外侧裂纹6.板料弯曲时，应使其

22、弯曲圆弧的切线方向与板料的纤维方向（ B ）。A.一致 B.相垂直 C.无关系二、填空题：1.金属塑性变形的实质是_晶体内部产生了滑移所致_。2.金属的可锻性是衡量材料在压力加工时难以程度的工艺性能，金属的锻造性能用_金属的塑性_和_变形抗力_来综合衡量。3.自由锻的工序有_基本工序_、_辅助工序_、_精整工序_。绘制自由锻件图要考虑_锻件余量_、_锻件公差_、_敷料_。4.模锻主要有_锤上模锻_、_压力机上模锻_、_胎膜锻_等；与自由锻相比，其优点是_生产率高，可锻形状较复杂的锻件，质量易控制，加工余量小，消耗金属少，减少切削加工量_。5.板料冲压是利用装在压力机上的冲模，使板料产生分离或变

23、形的加工方法，通常是在_冷态_下进行的，所以也称为_冷冲压_。其基本工序分为_分离工序_和_变形工序_两大类。三、简答题：1.简述自由锻、模锻、板料冲压的特点及应用范围？ 自由锻：通用性好，应用广泛，锻件质量可从1kg至二三百吨，一般小型锻件以成型为主，大型锻件尤其是重要锻件（如水轮机的主轴、曲轴等）和特殊钢的锻造，则以改善内部质量为主。在重型机械制造中自由锻是特大锻件的唯一生产方法。模 锻：生产率高，可锻形状较复杂的锻件，质量易控制，加工余量小，消耗金属少，减少切削加工量。主要用于长轴类锻件（如台阶轴、曲轴、连杆）和盘类锻件（如齿轮、法兰盘）。冲 压：板料冲压获得的冲压制品具有较高的强度、刚

24、度、尺寸精度和表面质量，互换性较好；也可以冲压形状复杂的零件，材料消耗少，工艺过程便于机械化和自动化，生产率高，成本低。因此，板料冲压广泛应用于汽车、航空、电器、仪表以及国防等制造业。第十章-焊接一、选择题1.电弧焊属于（ B ），电阻焊属于（ C ）。A.钎焊 B.熔焊 C.压焊 2.如图2-3-1所示截面的横梁，起焊接次序应为（ B ）。 A.1-2-3-4 B.1-3-4-2 C.1-4-3-2 3 4 D.1-2-4-33.焊接应力与变形的产生，主要是因为（ C ）。 2 1 A.材料导热性差 B.焊接时组织变化 C.局部不均匀加热与冷却 4.焊接热影响区，在焊接过程中是（ A ）。

25、A.不可避免 B.可以避免 C.不会形成的5.焊接时即可减少焊接应力与变形，又可避免产生冷、热裂纹的工艺措施之一是（ A ）。A.焊前预热 B. 刚性夹持法 C.选用碱性焊条 6.大量生产汽车油箱，用低碳钢冲压成半成品，然后焊成油箱，其焊接方法选（ C ）。A.电阻缝焊 B.手工电弧焊 C.气焊 D.氩弧焊7.由碳钢和硬质合金焊成的刀具，其焊接方法（ C ）。A.手工电弧焊 B.氩弧焊 C.电阻对焊 D.CO2气体保护焊8.有一种汽缸体铸后有缺陷需要焊补，其焊接方法可选用（ C ）。A.电阻点焊 B.CO2气体保护 C.气焊. D.氩弧焊二、填空题1.焊接是通过原子的_结合_和_扩散作用_来实

26、现金属连接的。根据焊接过程特点，焊接方法可分为_熔焊_、_压焊_和_钎焊_三大类。手工电弧焊焊条由_焊芯_和_焊条药皮_两部分组成。2.在选用焊条时，低碳钢或低碳合金可选用与母材_强度_大致相同等级的焊条，若要求抗裂性好的则可选用_碱_性焊条。对薄板和刚性较小，构件受力不复杂，母材质量较好以及焊接表面有油等难以清理的构件，应尽量选择_酸_性焊条。3.焊接接头形式有_对接接头_、_角接接头_和_T形接头_、_搭接接头_四种。对中、厚板件，应在焊件接头处开设_坡口_。4.钢的焊接性能随着含碳量的_增加_而_变差_。中、高碳钢焊接时易产生_裂纹_缺陷。因此焊接中碳钢时，焊前要_预热_,焊后要_进行热

27、处理_。5.铸铁焊接易产生_白口及淬火组织_、_裂纹_等缺陷，因此铸铁焊接性能_较差_。焊缝设计时，要尽量使得焊缝分布_均匀、对称_,数量尽量_少_,应避开_最大应力_与_应力集中位置_。三、简答题1.产生焊接应力与变形原因是什么？如何预防？如何矫正? 原 因：焊接时，焊缝区被加热到很高温度，离焊缝越远，温度越低。根据金属热胀冷缩的特性，焊件各区因温度不同将产生大小不等的纵向膨胀，又各区域的金属能自由伸长而不受周围金属的阻碍。因此，高温的焊缝区金属受到两边金属的阻碍而产生压应力，而远离焊缝区的两边金属则产生拉应力。由于高温金属塑性较好，当压力超过金属的屈服强度时，焊缝区金属就产生了一定量的压缩塑性变形，压应力也就消失了一部分，冷却后，焊件在长度上又会缩短。由于焊缝区在高温时产生了压缩塑性变形，应该较其他区域缩的更短些。 预 防：（1）合理的结构设计 1）尽量减少焊缝的长度和焊缝的截面积； 2）尽量采用型材或冲压件，以减少焊缝数量； 3）焊缝的分布应尽量处于对称位置； 4）应避免焊缝过分密集和交叉； （2）焊接工艺上的必要措施 1）加裕量法； 2）反变形法； 3）刚性固定法； 4）选择合理的焊接顺序； 5）焊前预热。 矫 正：（1）机械矫正法 （2）火焰矫正法