《工程材料》习题答案.docx

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《工程材料》习题答案

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LT

第一份试题

1.判断下列说法是否正确：

（1）钢在奥氏体化后，冷却时形成的组织主要取决于钢的加热温度。

错误，钢在奥氏体化后，冷却时形成的组织主要取决于钢的冷却速度。

（2）低碳钢与高碳钢工件为了便于切削加工，可预先进行球化退火。

错误，低碳钢工件为了便于切削加工，预先进行热处理应进行正火（提高硬度）或完全退火。

而高碳钢工件则应进行球化退火（若网状渗碳体严重则在球化退火前增加一次正火），其目的都是为了将硬度调整到HB200左右并细化晶粒、均匀组织、消除网状渗碳体。

钢的实际晶粒度主要取决于钢的加热温度。

（3）过冷奥氏体冷却速度快，钢冷却后的硬度越高

错误，钢的硬度主要取决于含碳量。

（4）钢中合金元素越多，钢淬火后的硬度越高

错误，钢的硬度主要取决于含碳量。

（5）同一钢种在相同加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。

正确。

同一钢种，其C曲线是一定的，因此，冷速快或工件小容易淬成马氏体。

（6）钢经过淬火后是处于硬脆状态。

基本正确，低碳马氏体韧性要好些，而高碳马氏体硬而脆。

（7）冷却速度越快，马氏体的转变点Ms和Mf越低。

正确。

（8）淬火钢回火后的性能主要取决于回火后的冷却速度。

错误，淬火钢回火后的性能主要取决于回火温度。

（9）钢中的含碳量就等于马氏体的含碳量

错误，钢中的含碳量是否等于马氏体的含碳量，要看加热温度。

完全奥氏体化时，钢的含碳量等于奥氏体含碳量，淬火后即为马氏体含碳量。

如果是部分奥氏体化，钢的含碳量一部分溶入奥氏体，一部分是未溶碳化物，从而可以减轻马氏体因含碳量过高的脆性，也能细化晶粒，此时马氏体含碳量要低于钢的含糖碳量。

2、将含碳量为1.2%的两个试件，分别加热到

T12钢锉刀：

含碳量1.2%，若采用退火会产生网状渗碳体，一般采用正火，利用快冷（空冷），使得渗碳体网析出不完整，再配合球化退火，以彻底消除网状渗碳体。

3、指出下列工件淬火及回火温度,并说明回火组织和硬度:

（1）45钢小轴（要求综合机械性能）

淬火A3以上（860℃），回火600℃（高温回火）。

回火组织：

s回，HRC25

（2）65钢弹簧

淬火A3以上（840℃），回火400℃（中温回火）。

回火组织：

T回，HRC40

（3）T8钢锉刀

淬火A1以上（780℃），回火200℃（低温回火）。

回火组织：

M回+未溶碳化物+少量残余奥氏体，HRC60。

7、解释索氏体和回火索氏体,马氏体和回火马氏体的主要区别。

正火组织：

索氏体S:

属于细珠光体，

其中渗碳体呈片状。

回火组织,淬火后高温回火,碳化物从过饱和F中析出,称为回火索氏体S回，呈粒状渗碳体，塑、韧性更好

淬火组织:

马氏体:

过饱和F

回火组织:

淬火后低温回火，碳化物开始从M中析出，成为M回。

保持高硬度，消除内应力，改善脆性。

8、45钢调质后的硬度为240HBS，若再进行200℃回火，硬度能否提高?

为什么?

该钢经淬火和低温回火后硬度57HRC，若再进行高温回火，其硬度可否降低，为什么?

45钢调质后的硬度为240HBS，若再进行200℃回火，不能提高硬度。

因为，回火温度越高，硬度下降越多，而调质工艺就是淬火+高温回火，碳化物已经析出，铁素体回复，硬度已经下降了，不能再升高。

该钢经淬火和低温回火后硬度57HRC，若再进行高温回火，硬度可以。

因为，回火温度越高，硬度下降越多。

该钢经低温回火，组织是回火马氏体，碳化物还未析出，存在过饱和，因此，可继续提高回火温度，使得硬度降低。

这也是为何经低温回火处理的碳素工具钢，不能使用很高的切削速度的原因。

高速切削，摩擦生热，切削温度高于低于回火温度后，就相当于继续回火。

9、T12钢经760℃加热后，按照图3-26所示的冷却方式进行冷却。

问它们各获得何种组织？

并比较它们的硬度。

（图3-26：

庞国星教材P70）

冷速1：

相当于水冷，组织：

马氏体+未溶碳化物+残余奥氏体，硬度：

HRC60

冷速2：

相当于油冷，组织：

索氏体+未溶碳化物+马氏体+残余奥氏体，硬度：

不均匀。

冷速3：

相当于炉冷，组织：

索氏体+未溶碳化物（二次渗碳体）硬度：

HRC20-30

冷速4：

同冷速3。

已经通过转变完成线，保温时间的延长，不影响组织，但可能晶粒粗大。

10、一根直径为6mm的45钢棒，先经860℃淬火，160℃低温回火后的硬度55HRC，然后从一端加热，使钢棒各点达到如图3-27，所示温度，问：

（图3-27：

庞国星教材P70）

45钢棒，先经860℃淬火，160℃低温回火后的硬度55HRC，组织：

回火马氏体

（1）各点的组织是什么？

150℃点：

低于160℃，组织不变，回火马氏体

550℃点：

高于160℃，低于A1线，相当于高温回火，组织：

回火索氏体。

750℃点：

高于A1线，相当于重新加热，部分奥氏体化，组织：

奥氏体+铁素体。

840℃点：

高于A3线，完全奥氏体化，组织：

奥氏体。

950℃点：

高于A3线，完全奥氏体化，组织：

粗大奥氏体。

（2）从各点的图示温度缓冷到室温后的组织是什么？

150℃点：

低于160℃，缓冷到室温后，组织不变，回火马氏体

550℃点：

高于160℃，低于A1线，相当于高温回火，缓冷到室温后，组织：

回火索氏体。

750℃点：

高于A1线，相当于重新加热，部分奥氏体化，缓冷到室温后，组织：

珠光体+铁素体。

840℃点：

高于A3线，完全奥氏体化，组织：

奥氏体。

缓冷到室温后，组织：

珠光体+铁素体。

950℃点：

高于A3线，完全奥氏体化，组织：

粗大奥氏体。

缓冷到室温后，组织：

珠光体+铁素体。

（3）从各点的图示温度水冷到室温后的组织是什么？

150℃点：

低于160℃，水冷到室温后，组织不变，回火马氏体。

550℃点：

高于160℃，低于A1线，相当于高温回火，水冷到室温后，组织：

回火索氏体。

750℃点：

高于A1线，相当于重新加热，部分奥氏体化，水冷到室温后，组织：

马氏体+铁素体。

840℃点：

高于A3线，完全奥氏体化，组织：

奥氏体。

水冷到室温后，组织：

马氏体

950℃点：

高于A3线，完全奥氏体化，组织：

粗大奥氏体。

水冷到室温后，组织：

粗大马氏体

11、解释T12和20CrMnTi钢的淬硬性和淬透性之区别。

钢的淬硬性取决于钢的含碳量（马氏体含碳量），T12：

含碳量1.2%,20CrMnTi钢含碳量0.2%，所以，T12钢的淬硬性高，即淬火后获得马氏体的最高硬度高。

钢的淬透性取决于C曲线的位置（过冷奥氏体区的大小，C越靠右侧越好），20CrMnTi是合金钢，合金元素使得C曲线显著右移，因此易于淬成马氏体，淬透性好。

12、选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，且钢材具有足够淬透性）

（1）某汽车变速齿轮，要求齿面耐磨，心部强韧，材料选用20钢。

锻造→正火→机加工→渗碳，淬火，低温回火→精加工

（2）某机床变速齿轮，要求齿面耐磨，心部强韧要求不高，选用45钢

锻造→完全退火→机加工→整体调质（淬火+高温回火）→齿面高频表面淬火，低温回火→精加工（磨齿）

（3）某车床主轴，要求良好的综合机械性能，轴颈部分要求耐磨其硬度HRC50—55，其余部分硬度为HRC20—25，请选材，并选择热处理方法，简明的工艺路线。

选择45钢，

锻造→完全退火→机加工→轴整体调质→轴颈局部高频表面淬火，低温回火→精加工（磨削）

13、用T12钢制造锉刀和用45钢制造较重要的螺栓，工艺路线均为：

锻造——热处理——机加工——热处理——精加工。

对两工件：

（1）说明预备的工艺方法和作用

（2）制订最终热处理的工艺规范（加热温度、冷却介质），并指出最终热处理的显微组织和大致硬度。

T12钢制造锉刀：

锻造——球化退火——机加工——淬火+低温回火——精加工。

球化退火：

消除网状渗碳体，细化晶粒，便于切削加工。

淬火（760℃）+低温回火（200℃），水冷，回火马氏体，HRC60。

45钢制造较重要的螺栓:

锻造——完全退火——机加工——淬火+高温回火——精加工。

完全退火：

细化晶粒、均匀组织，便于切削加工。

淬火（860℃）+低温回火（600℃），水冷，回火索氏体，HRC20-25。

第二份试题

一、名词解释：

⒈调质:

对钢材作淬火+高温回火处理，称为调质处理。

⒉碳素钢:

含碳量≤2.11%的铁碳合金。

⒊SPCD:

表示冲压用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08Al（13237）优质碳素结构钢。

二、填空题：

⒈按腐蚀过程特点，金属腐蚀可分为化学腐蚀_和电化学腐蚀___。

2．常用力学性能判据有_强度____、__韧性_、_延展性_和_弹性模量_。

3.钢中的＿硫＿＿元素引起热脆，＿磷＿＿元素引起冷脆，＿氢＿＿元素引起白点，＿氮＿＿元素引起兰脆。

4.铝合金的强化除了热处理强化外，还可以进行＿固溶时效＿强化。

5.钢在加热过程中产生的过热缺陷可以通过＿＿＿回火＿＿＿热处理来消除。

6．常用的高分子材料有_塑料_、_橡胶__和_合成纤维__。

7．铸造铝合金分为_铝铜合金_、_铝镁合金_、_铝硅合金_和_铝锌合金。

8．合金工具钢是指用于制造各种__刃具___、__模具__和__量具_用钢的总合。

9．材料渗碳的目的是为了得到__较高的零件表层硬度与耐磨性_。

10．45钢按用途分类属于___碳素结构钢_______。

三、判断题：

1.（×）钢的淬透性主要取决于冷却速度。

2.（√）实际的金属晶体都呈各向异性。

3.（×）加工硬化、固溶强化均使材料强度、硬度显著提高，塑性、韧性明显降低，故可认为它们有相同的强化机理。

4.（√）金属材料、陶瓷材料和高分子材料的本质区别在于它们的化学键不同。

5.（√）材料的强度、硬度越高，其塑性、韧性越差。

6.（√）调质和正火两种热处理工艺所获得的组织分别为回火索氏体和索氏体，它们的区别在于碳化物的形态差异。

7.（×）铝合金人工时效比自然时效所获得的硬度高，且效率也高，因此多数情况下采用人工时效。

8．（×）硬质合金可用做刀具材料，模具材料和量具材料。

9．（×）在热处理中变形和开裂都是不可避免的。

10．（√）球墨铸铁是铸铁中力学性能最好的。

四、问答题

1、什么是金属的力学性能？

金属的力学性能主要包括哪些方面？

材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。

材料的常规力学性能指标主要包括强度、硬度、塑性和韧性等。

2、什么是钢的热处理？

常用热处理方法有哪几种？

通过对钢件作一定条件的加热、保温和冷却，从而改变整体或表层的组织，获得所需的性能。

常用热处理方法有：

退火、正火、淬火和回火。

3、钢按化学成分可分为哪几类？

钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。

其中，碳素钢按含碳量的多少分低碳钢、中碳钢、高碳钢；合金钢按合金元素种类分锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢，按合金元素含量的多少分低合金钢、中合金钢、高合金钢。

4、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁在组织上的根本区别是什么？

四种材料的在组织上的根本区别是铸铁中的石墨的形态不同（形状、大小、数量、分布等），灰铸铁的石墨是片状，球墨铸铁的石墨是球状，可锻铸铁的石墨是团状，蠕墨铸铁的石墨是虫状。

5、硬质合金的主要组成是什么？

常用硬质合金分哪几类？

各有何主要应用？

硬质合金的主要组成是难熔金属碳化物和粘结金属。

常用硬质合金分为钨钴类硬质合金（代号YG）和钨钴钛类硬质合金（代号YT）两种。

YG合金多用于加工产生断续切屑的的脆性材料（如铸铁），YT合金多用于加工产生连续切屑的韧性材料，特别是高速切削钢件。