机械工程材料习题集.docx
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机械工程材料习题集
1材料的性能
1、抗拉强度：
材料抵抗最大均匀塑性变形的能力。
2、硬度：
材料表面抵抗局部微量塑性变形的能力。
3、刚度：
材料抵抗弹性变形的能力。
2材料的结构
1、晶胞：
晶胞是能代表晶格中原子排列规律的最小几何单元。
2、致密度：
晶胞中原子体积与晶胞体积的比值。
3、晶体各向异性：
晶体中不同晶面或晶向上的原子密度不同，从而造成晶体不同方向上的性能不同的现象。
4、指出固溶体和金属化合物在晶体结构和机械性能方面的区别。
答：
固溶体仍保持溶剂的晶格类型。
而金属化合物为新的晶格，它与任一组元均不相同。
固溶体一般是塑性、韧性好，强度、硬度低；金属化合物是硬度高，塑性、韧性差。
5、常见的金属化合物有______________、_______________和_______________三种类型。
（正常价化合物；电子化合物；间隙化合物和间隙相）
6、金属的晶粒愈细小，则金属的强度、硬度愈_______________、塑性韧性愈_______________，这种现象称为_______________强化。
（高；好；细晶）
7、原子在溶剂晶格中的分布不同，可将固溶体分为_______________固溶体和_______________固溶体。
（间隙；置换）
8、按合金的相结构分，铁碳合金中的铁素体属于_______________，渗碳体属于_______________。
（固溶体；金属化合物）
9、在合金中具有_______________化学成分、_______________结构且与其他部分隔开的均匀组成部分叫做相。
（同一;同一）
10、晶界和亚晶界属于_______________缺陷，位错属于_______________缺陷。
（面；线）
11、晶体缺陷，按几何特征可分为__________缺陷、__________缺陷和__________缺陷三种类型。
（点；线；面）
12、与固溶体相比，金属化合物具有高硬度、低塑性。
（正确）
13、由固溶体（基体）和金属化合物（第二相）构成的合金，适量的金属化合物在合金中起强化相作用。
（正确）
14、间隙固溶体的机械性能和间隙化合物的机械性能是相似的。
（错误）
15、金属化合物都遵守原子价规律，其成分固定并可用化学式表示。
（错误）
16、只要组成合金的两组元的原子直径差达到一定值，便可形成无限固溶体。
（错误）
17、工业金属大多为单晶体。
（错误）
18、位错是晶体中常见的缺陷，在常见的工业金属中位错密度愈小，其强度愈高。
（错误）
19、面心立方晶格中原子排列最密的晶面是｛１１０｝，原子排列最密的晶向是＜１１１＞（正确）
20、工业上常用的金属，其中原子排列是完整的、规则的，晶格位向也是完全一致的。
（错误）
21、不论在什么条件下，金属晶体缺陷总是使金属强度降低。
（错误）
22、只要是晶体（单晶体或多晶体），其性能必然呈现各向异性（错误）
23、与面心立方晶格的｛111｝晶面相比，体心立方晶格的｛110｝晶面上的原子排列比较紧密。
（正确）
24、金属化合物的机械性能特点是。
（D）
A.高塑性B.高韧性C.高强度D.硬而脆
25、合金铁素体比铁素体的强度高，这是由于造成的。
（D）
A.弥散强化B.加工硬化C.细晶强化D.固溶强化
26、固溶体的机械性能特点是。
（B）
A.高硬度B.高强度C.高塑性D.高刚度
27、常见金属的三种晶体结构是、、。
（体心立方晶格；面心立方晶格；密排六方晶格）
28、金属具有良好的导电性、导热性、塑性等，是由于金属键造成的。
（正确）
29、经塑性变形后金属的强度、硬度升高，这主要是由于造成的（A）
A.位错密度提高B.晶体结构改变C.晶粒细化D.出现纤维组织
30、与粗晶粒金属相比,细晶粒金属的（A）
A.强度、韧性均好B.强度高、韧性差C.强度高、韧性相等D.强度、韧性均差
31、在工业生产条件下，金属结晶时冷速愈快，N/G值（A），晶粒愈细。
A.愈大B.愈小C.不变D.等于零
32、具有体心立方晶格的金属有（C）
A.ＣｕB.ＡlC.α－ＦｅD.γ－Ｆｅ
33、组成晶格的最基本的几何单元是（B）
A.原子B.晶胞C.晶粒D.亚晶粒
34、具有面心立方晶格的金属有（B）
A.α－ＦｅB.γ－ＦｅC.δ－ＦｅD.Ｚｎ
3材料的凝固
1、同素异构转变：
固态金属的晶格结构随温度改变而改变的现象。
2、过冷度：
理论结晶温度与实际结晶温度之差。
3:
、晶内偏析（枝晶偏析）：
固溶体合金冷速较快时，形成在一个晶粒内化学成分不均匀的现象。
4、相：
在合金中，具有同一化学成分、同一晶体结构，且有界面与其它部分分开的均匀组成部分。
5：
珠光体：
由铁素体与渗碳体两相组成的片层状机械混合物。
6、已知A（熔点600℃）与B（500℃）在液态无限互溶；在固态300℃时A溶于B的最大溶解度为30%，室温时为10%，但B不溶于A；在300℃时，含40%B的液态合金发生共晶反应。
现要求：
1）作出A-B合金相图.
2）分析20%A,45%A,80%A等合金的结晶过程，并确定室温下的组织组成物和相组成物的相对量。
答：
（1）略
（2）20%A合金如图①：
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
A=（90-80/90）*100%=11%α=1-A%=89%
45%A合金如图②：
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：
AⅡ=（70-55）/70*100%=21%α=1-AⅡ=79%
A+α=（70-55）/（70-40）*100%=50%
相：
A=（90-55）/90*100%=50%α=1-A%=50%
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%
7、如图是铁碳平衡相图。
①写出ECF线、PSK线发生的相变相变反应名称及反应式。
②简要分析含碳为2.5%的铁碳合金的结晶过程。
③计算含碳为2.5%的铁碳合金室温组织组成物和相的相对质量。
8、有形状、尺寸相同的两个Cu-Ni合金铸件，一个含90%Ni，另一个含50%Ni,铸后自然冷却，问哪个铸件的偏析较严重？
答：
含50%Ni的Cu-Ni合金铸件偏析较严重。
在实际冷却过程中，由于冷速较快，使得先结晶部分含高熔点组元多，后结晶部分含低熔点组元多，因为含50%Ni的Cu-Ni合金铸件固相线与液相线范围比含90%Ni铸件宽，因此它所造成的化学成分不均匀现象要比含90%Ni的Cu-Ni合金铸件严重
9、在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？
在生产中如何应用变质处理？
采用的方法：
①提高过冷度：
钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速度的方法来控制晶粒大小。
②变质处理：
在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒。
③机械振动、搅拌。
10、简要说明合金相图与合金铸造性能之间的关系。
从Fe-Fe3C相图可以看出，共晶成分的铁碳合金熔点最低，结晶温度范围最小，具有良好的铸造性能。
因此，铸造生产中多选用接近共晶成分的铸铁。
根据Fe-Fe3C相图可以确定铸造的浇注温度，一般在液相线以上50-100℃，铸钢（Wc=0.15%-0.6%）的熔化温度和浇注温度要高得多，其铸造性能较差，铸造工艺比铸铁的铸造工艺复杂。
11、相图的各组织或相中，硬度最高的是__________，强度最高的是___________，塑性最好的是___________。
（渗碳体；珠光体；奥氏体）
12、亚共析钢、共析钢及过共析钢的室温平衡组织依次为_______________、_______________及_______________，其三者的相组成物依次为_______________、_______________及_______________。
（F+P;P;P+二次Fe3C;F+Fe3C;F+Fe3C;F+Fe3C）
13、从Fe-Fe3C相图可知，工业纯铁、碳钢及白口铸铁的含碳量依次在_______________、_______________及_______________范围内.
（≤0.0218%;>0.0218%至≤2.11%;>2.11%至<6.69%）
14、从Fe-Fe3C相图中看出，纯铁结晶冷至G点，发生_____________转变，由_____________转变为_______________。
（同素异构；γ－Ｆｅ；α－Ｆｅ）
15、在平衡状态下，一次渗碳体、二次渗碳体、高温莱氏体、低温莱氏体及珠光体的含碳量依次为_______________、_______________、_______________、_______________、_______________。
（6.69%;6.69%;4.3%;4.3%;0.77%）
16、Fe-Fe3C相图中，五个相是_______________、_______________、_______________、_______________和_______________。
（δ固溶体（高温铁素体）；奥氏体；铁素体；渗碳体）
17、晶内偏析又称为_______________，其形成条件是_______________，消除方法是_______________
（枝晶偏析；快速冷却；扩散退火）
18、合金相图是在_______________条件下表示合金的_______________之间关系的图形。
（平衡；化学成分、温度和相（组织））
19、碳原子溶入γ-Fe形成_______________固溶体，是_______________晶格。
（间隙固溶体；面心立方）
20、金属结晶的必要条件是_______________，其结晶过程要进行_______________和_______________两个过程。
（过冷；形核；长大）
21、金属的实际结晶温度总是_______________理论结晶温度，这种现象称为_______________。
（低于；过冷）
22、纯铁从液态冷却至室温的结晶过程中，在１３９４℃其晶体结构将由_______________向_______________转变，这种转变称为_______________。
（体心立方晶格；面心立方晶格；同素异构转变）
23、退火状态的45、T8、T12A钢的机械性能相比较，45钢塑性最高，T12钢强度最高，T8钢硬度最高。
（错误）
24、铸铁可铸造成形；钢可锻压成形，但不可铸造成形。
（错误）
25、在室温平衡状态下，20、45、T8及T12钢，其含碳量依次增加，故其硬度、强度依次升高，而塑性、韧性依次降低。
（正确）
26、铁碳合金在共晶转变过程中，奥氏体和渗碳体两相的化学成分及相对量都保持不变。
（错误）
27、铁碳合金在共析转变过程中，奥氏体、铁素体及渗碳体三相的化学成分和相对量保持恒定不变。
（错误）
28、25钢、45钢、65钢的室温平衡态的组织组成物及相组成物均相同。
（错误）
29、在平衡态下，各种碳钢及白口铸铁的室温组织组成物不同，故其相组成物也不同。
（错误）
30、珠光体是铁碳合金中的一个常见相。
（错误）
31、铁碳合金室温平衡组织均由铁素体与渗碳体两个基本相组成。
（正确）
32、形成固溶体合金的结晶过程是在一定温度范围进行的，结晶温度范围愈大，铸造性能愈好。
（错误）
32、金属化合物以细小粒或片状均匀分布在固溶体中会使强度提高，化合物愈细小、分布愈均匀其强度愈高，这种现象称细晶强化。
（正确）
33、金属的晶粒愈细小，则其强度、硬度愈高，塑性、韧性愈低。
（错误）
34、对于金属来说，冷却曲线上的水平台就是该金属的理论结晶温度。
（错误）
35、在金属结晶过程中，晶体成长常以树枝状方式进行的，但结晶以后一般情况下看不到树枝状晶体。
（错误）
36、纯铁发生同素异构转变时必然伴随着体积和尺寸的变化。
（正确）
37、在铁碳合金平衡组织中，塑性最高的是（A）。
A.奥氏体B.渗碳体C.铁素体D.珠光体
38、在铁碳合金平衡组织中，强度最高的是（B）。
A.铁素体B.渗碳体C.低温莱氏体或变态莱氏体D.珠光体
39、在室温平衡组织中，45钢中的（A）比25钢多。
A.珠光体的相对量B.先共析铁素体的相对量C.二次渗碳体的相对量D.铁素体相的相对量
40、用4%硝酸酒精溶液浸蚀的T12钢的平衡组织，在光学显微镜下，其中的二次渗碳体呈（B）。
A.白色网状B.黑色网状C.白色球状D.黑色球状
41、碳钢与白口铸铁的化学成分分界点是（C）%C
A.0.0218（0.02）B.0.77C.2.11D.4.3
42、Fe-Fe3C相图中，GS线是平衡结晶时（C）的开始线。
A.奥氏体向珠光体转变B.奥氏体向二次渗碳体转变C.奥氏体向铁素体转变D.奥氏体向δ固溶体转变
43、Fe-Fe3C相图中，ES线是（C）。
A.碳在δ固溶体中的固溶线B.碳在铁素体中的固溶线C.碳在奥氏体中的固溶线D.先共晶转变线
44、低温（变态）莱氏体是由（C）两相组成的。
A.液体和渗碳体B.奥氏体和渗碳体C.铁素体和渗碳体D.铁素体和奥氏体
45、碳溶入α-Fe形成的晶格，应该是（B）
A.正方晶格B.体心立方晶格C.面心立方晶格D.密排六方晶格
46、碳溶入γ-Fe中形成的固溶体，其晶格形式是（C）
A.简单立方晶格B.体心立方晶格C.面心立方晶格D.密排六方晶格
47、一定温度下由一定成分的固相同时生成两个成分固定的固相过程，称为（B）
A.共晶反应B.共析反应C.包晶反应D.匀晶反应
48、消除晶内偏析的工艺方法是（C）。
A.正火B.完全退火C.扩散退火D.再结晶退火
49、珠光体是（C）
A.固溶体B.化合物C.机械混合物D.金属化合物
50、渗碳体是（B）。
A.间隙相B.间隙化合物C.间隙固溶体D.电子化合物
51、铁素体是碳在α-Fe中的（A）固溶体。
A.间隙B.置换C.有序D.过饱和
第4章金属的塑性变形与再结晶
1、滑移：
在切应力作用下，晶体中的一部分沿着一定晶面、晶向相对于另一部分的滑动。
2、加工硬化：
金属经冷塑性变形后，强度、硬度升高，塑性、韧性降低的现象。
3、再结晶：
冷变形金属加热到再结晶温度以上，通过形核长大，使畸变晶粒变成无畸变等轴晶粒的过程
4、冷（压力）加工：
金属在再结晶温度以下进行的压力加工。
5、与冷加工比较，热加工给金属件带来的益处有哪些？
答：
（1）通过热加工，可使铸态金属中的气孔焊合，从而使其致密度得以提高。
（2）通过热加工，可使铸态金属中的枝晶和柱状晶破碎，从而使晶粒细化，机械性能提高。
（3）通过热加工，可使铸态金属中的枝晶偏析和非金属夹杂分布发生改变，使它们沿着变形的方向细碎拉长，形成热压力加工“纤维组织”（流线），使纵向的强度、塑性和韧性显著大于横向。
如果合理利用热加工流线，尽量使流线与零件工作时承受的最大拉应力方向一致，而与外加切应力或冲击力相垂直，可提高零件使用寿命。
6、分析加工硬化对金属材料的强化作用？
答：
随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时的相互交割、位错缠结加剧，使位错运动的阻力增大，引起变形抗力的增加。
这样，金属的塑性变形就变得困难，要继续变形就必须增大外力，因此提高了金属的强度。
7、在制造齿轮时，有时采用喷丸法（即将金属丸喷射到零件表面上）使齿面得以强化。
试分析强化原因。
答：
高速金属丸喷射到零件表面上，使工件表面层产生塑性变形，形成一定厚度的加工硬化层，使齿面的强度、硬度升高。
8、金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？
答：
①晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性，如纵向的强度和塑性远大于横向等；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；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；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，这在一般情况下都是不利的，会引起零件尺寸不稳定。
9、再结晶过程是____________过程，再结晶前后的金属晶体结构_______________。
（形核长大，相同）
10、钢的锻造温度高于______________温度，故属于_______________加工。
（再结晶；热）
11、金属随塑性变形程度的增加，其强度、硬度_______________，塑性、韧性_______________，这种现象称为_______________。
（提高；降低；加工硬化）
12、常见的金属的塑性变形方式有______________和____________两种类型。
（滑移；孪生）
13、铸件、锻件、冲压件都可以通过再结晶退火，来消除加工硬化，降低硬度。
（错误）
14、按照在塑性变形中是否产生组织转变来区分冷加工与热加工。
（错误）
15、冷变形金属在再结晶过程中会改变其晶体结构。
（错误）
16、经塑性变形后，金属的晶粒变细，故金属的强度、硬度升高。
（正确）
17、金属晶体的滑移是在正应力作用下产生的。
（正确）
18、为了提高零件的机械性能，通常将热轧圆钢中的流线（纤维组织）通过（C）
A.热处理消除B.切削来切断C.锻造使其分布合理D.锻造来消除
19、用金属板冲压杯状零件，出现明显的‘制耳’现象，这说明金属板中存在着（A）
A.形变织构B.位错密度太高C.过多的亚晶粒D.流线（纤维组织）
20、冷变形是在（）进行的塑性变形。
Ａ、室温Ｂ、结晶温度以下Ｃ、再结晶温度以下Ｄ、零度以下
21、为满足钢材切削加工要求，一般要将其硬度范围处理到（A）左右。
A.200HBS（HB200）B.HRC35C.HRB30D.HRA60
22、实测的晶体滑移需要的临界分切应力值比理论计算的小，这说明晶体滑移机制是（B）
A.滑移面的刚性移动B.位错在滑移面上运动C.空位、间隙原子迁移D.晶界迁移
23、欲使冷变形金属的硬度降低、塑性提高，应进行（B）。
A.去应力退火B.再结晶退火C.完全退火D.重结晶退火
第5章钢的热处理
1、表面淬火：
仅将钢件表层快速加热至奥氏体化，然后迅速冷却，不改变心部组织的淬火方法。
2、回火稳定性（回火抗力）：
淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力，或称抗回火软化的能力。
3、钢的淬硬性：
钢在淬火后（马氏体组织）所能达到的最高硬度。
4、钢的淬透性：
在规定条件下，钢在淬火时获得淬硬层（或称淬透层）深度的能力。
5、调质处理：
淬火＋高温回火工艺的总称
6、淬火：
将钢加热至Ac3或Ac1以上,保温后以>Vk的速度快冷，使过冷Ａ转变成Ｍ的热处理工艺。
7、退火：
将钢加热至适当温度、保温后，缓慢冷至室温，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。
8、残余奥氏体：
过冷奥氏体向马氏体转变时，冷至室温或Mf点，尚未转变的奥氏体。
9、过冷奥氏体：
当奥氏体冷至临界点以下，尚未开始转变的不稳定的奥氏体。
10、将直径５mm的共析钢零件加热至奥氏体化后，欲得珠光体、索氏体、下贝氏体、屈氏体＋马氏体＋残余奥氏体、马氏体＋残余奥氏体组织，各应采用何种冷却工艺（指出工艺名称及冷却剂），并将各工艺的冷却曲线画在该钢的TTT图上。
答：
Ｐ可进行退火（炉冷）Ｖ1；Ｓ可进行正火（空冷）Ｖ2；Ｂ下应进行等温淬火Ｔ3；Ｔ＋Ｍ＋Ａ’应进行淬火（油冷）Ｖ3；Ｍ＋Ａ’应进行淬火（水冷）Ｖ4。
图略
11、某汽车齿轮选用20CrMnTi材料制作，其工艺路线如下：
下料——锻造——正火①切削加工——渗碳②淬火③低温回火④喷丸——磨削加工。
请分别说明上述①、②、③和④项热处理工艺的目的及组织。
答：
1正火：
对于低、中碳的亚共析钢而言，正火的目的是调整硬度，便于切削加工，细化晶粒，提高力学性能，为淬火作组织准备，消除残作内应力，防止在后续加热或热处理中发生开裂或形变。
使用组织为：
铁素体加索氏体。
2渗碳：
提高工件表面硬度、耐磨性及其疲劳强度，同时保持工件心部良好的韧性和塑性。
使用组织：
表层为高碳回火马氏体+颗粒碳化物+少量残余奥氏体，心部为低碳回火马氏体+铁素体。
3淬火：
获得马氏体组织，提高工件的硬度，获得相应的力学性能。
使用组织：
淬火马氏体。
4低温回火：
减少或消除淬火内应力，稳定工件尺寸，获得工艺所要的力学性能。
使用组织：
回火马氏体。
12、用45钢制造机床齿轮，其工艺路线为：
锻造—正火—粗加工—调质—精加工—高频感应加工热表面淬火—低温回火—麿加工。
说明各热处理工序的目的及使用状态下的组织。
正火：
目的是调整硬度，便于切削加工，细化晶粒，为淬火作组织准备。
使用组织为：
铁素体+索氏体。
调质：
提高力学性能，减少或消除淬火内应力，稳定工件尺寸。
使用组织：
回火索氏体。
高频感应加热表面淬火：
提高表面硬度、强度、耐磨性和搞疲劳极限，获得所需的力学性能，使心部组织具有足够的塑韧性。
使用组织：
表面为回火马氏体或铁素体+索氏体。
低温回火：
减少或消除淬火内应力，稳定工件尺寸，获得工艺所要的力学性能。
使用组织：
回火马氏体。
13、45钢及T10钢小试件经850ºC水冷、850ºC空冷、760ºC水冷、720ºC水冷处理后的组织各是什么？
（45钢：
Ac1=730º，Ac3=780ºC;10钢：
Ac1=730ºC，Accm=800ºC）
850ºC水冷850ºC空冷760ºC水冷720ºC水冷
45钢（淬火）马氏体（正火）索氏体回火索氏体组织不变
T10钢马氏体+颗粒碳化物索氏体马氏体+残余奥氏体+颗粒碳化物组织不变
14、试分析比较在正常淬火条件下20、45、40Cr、T8、65等钢的淬透性和淬硬性高低。
淬透性由高到低的顺序为：
40Cr、T8、65、45、20。
因为铬提高淬透性；在亚共析碳钢中，随含碳量的提高，淬透性提高。
淬硬性由高到低的顺序为：
T8、65、45、40Cr、20。
因为淬硬性主要取决于钢中的含碳量。
15、T10（Ac1=730℃,Accm=800℃）钢
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