机械工程材料考试复习题Word文档下载推荐.docx
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为了消除金属的加工硬化现象，将变形金属加热到某一温度，以使其组织和性能发生变化。
在加热温度较低时，原子的活动能力不大，这时金属的晶粒大小和形状没有明显的变化，只是在晶内发生点缺陷的消失以及位错的迁移等变化，因此，这时金属的强度、硬度和塑性等机械性能变化不大，而只是使内应力及电阻率等性能显著降低。
此阶段为回复阶段。
再结晶：
被加热到较高的温度时，原子也具有较大的活动能力，使晶粒的外形开始变化。
从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。
和变形前的晶粒形状相似，晶格类型相同，把这一阶段称为“再结晶”。
热加工：
将金属加热到再结晶温度以上一定温度进行压力加工。
冷加工：
在再结晶温度以下进行的压力加工。
变质剂：
在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
合金：
通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质，称为合金。
组元：
组成合金的最基本的、独立的物质称为组元。
相：
在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分，均称之为相。
相图：
用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明图解称为相图。
固溶体：
合金的组元之间以不同的比例混合，混合后形成的固相的晶格结构与组成合金的某一组元的相同，这种相称为固溶体。
金属间化合物：
合金的组元间发生相互作用形成的一种具有金属性质的新相，称为金属间化合物。
它的晶体结构不同于任一组元，用分子式来表示其组成。
机械混合物：
合金的组织由不同的相以不同的比例机械的混合在一起，称机械混合物。
枝晶偏析：
实际生产中，合金冷却速度快，原子扩散不充分，使得先结晶出来的固溶体合金含高熔点组元较多，后结晶含低熔点组元较
多，这种在晶粒内化学成分不均匀的现象称为枝晶偏析。
比重偏析：
比重偏析是由组成相与溶液之间的密度差别所引起的。
如果先共晶相与溶液之间的密度差别较大，则在缓慢冷却条件下凝固时，先共晶相便会在液体中上浮或下沉，从而导致结晶后铸件上下部分的化学成分不一致，产生比重偏析。
固溶强化：
通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。
弥散强化：
合金中以固溶体为主再有适量的金属间化合物弥散分布，会提高合金的强度、硬度及耐磨性，这种强化方式为弥散强化。
珠光体：
铁素体和渗碳体的机械混合物。
索氏体：
在650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。
屈氏体：
在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。
贝氏体：
过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物。
马氏体：
碳在α-Fe中的过饱和固溶体。
奥氏体:
碳在
中形成的间隙固溶体.
退火：
将工件加热到临界点以上或在临界点以下某一温度保温一定时间后，以十分缓慢的冷却速度（炉冷、坑冷、灰冷）进行冷却的一种操作。
正火：
将工件加热到Ac3或Accm以上30～80℃，保温后从炉中取出在空气中冷却。
淬火：
将钢件加热到Ac3或Ac1以上30～50℃，保温一定时间，然后快速冷却（一般为油冷或水冷），从而得马氏体的一种操作。
回火：
将淬火钢重新加热到A1点以下的某一温度，保温一定时间后，冷却到室温的一种操作。
冷处理：
把冷到室温的淬火钢继续放到深冷剂中冷却，以减少残余奥氏体的操作。
时效处理：
为使二次淬火层的组织稳定，在110~150℃经过6~36小时的人工时效处理，以使组织稳定。
淬火临界冷却速度（Vk）：
淬火时获得全部马氏体组织的最小冷却速度。
淬透性：
钢在淬火后获得淬硬层深度大小的能力。
淬硬性：
钢在淬火后获得马氏体的最高硬度。
1、共晶转变和共析转变的产物都属于两相混合物。
2、塑性变形后的金属经加热将发生回复、再结晶、晶粒长大的变化。
3、共析钢的含碳量为0.77％。
4、Q235钢的含义是为屈服点数值（屈服强度）为235MPa的碳素结构钢。
5、单晶体塑性变形中滑移的实质是在切应力作用下，位错沿滑移面的运动。
6、体心立方晶格的致密度为68％。
7、根据钢的成分、退火的工艺与目的不同，退火常分为完全退火、等温退火、
均匀化退火、球化退火、去应力退火等几种。
8、钢在奥氏体化后，冷却的方式通常有等温冷却和连续冷却两种。
9、在铁碳合金的室温平衡组织中，强度最高的合金含碳量约为0.9%。
10、工具钢按用途可分为刃具钢钢、模具钢钢、量具钢钢。
11、常用测定硬度的方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度测试法。
二、简答题（每题8分，共48分）
1、金属结晶的基本规律是什么？
晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？
《P16》
l结晶的基本过程——晶核形成与晶核长大
结晶时的冷却速度（即过冷度）随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快，同时液体金属中难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率
2、手锯锯条、普通螺钉、车床主轴分别用何种碳钢制造？
手锯锯条：
它要求有较高的硬度和耐磨性，因此用碳素工具钢制造。
如T9,T9A,T10,T10A,T11,T11A
普通螺钉：
它要保证有一定的机械性能，用普通碳素结构钢制造，如Q195,Q215,Q235
车床主轴：
它要求有较高的综合机械性能，用优质碳素结构钢，如30，35，40，45，50
3、金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？
《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。
4、固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？
在结构上：
固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而金属间化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成。
在性能上：
形成固溶体和金属件化合物都能强化合金，但固溶体的强度，硬度比金属间化合物低，塑性，韧性比金属间化合物好，也就是固溶体有更好的综合机械性能。
5、实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？
如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。
因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格畸变，从而使晶体强度增加。
同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。
6.比较退火状态下的45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性的高低，简述原因。
答：
硬度：
45钢最低，T8钢较高，T12钢最高。
因为退火状态下的45钢组织是铁素体+珠光体，T8钢组织是珠光体，T12钢组织是珠光体+二次渗碳体。
因为铁素体硬度低，因此45钢硬度最低。
因为二次渗碳体硬度高，因此T12钢硬度最高。
强度：
因为铁素体强度低，因此45钢强度最低。
T8钢组织是珠光体，强度最高。
T12钢中含有脆性的网状二次渗碳体，隔断了珠光体之间的结合，所以T12钢的强度比T8钢要低。
但T12钢中网状二次渗碳体不多，强度降低不大，因此T12钢的强度比45钢强度要高。
塑性：
因为铁素体塑性好，因此45钢塑性最好。
T12钢中含有脆性的网状二次渗碳体，因此T12钢塑性最差。
T8钢无二次渗碳体，所以T8钢塑性较高。
7.确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织。
⑴经冷轧后的钢板，要求降低硬度；
⑵ZG35的铸造齿轮；
⑶改善T12钢的切削加工性能。
⑴再结晶退火。
退火目的：
消除加工硬化现象，恢复钢板的韧性和塑性。
再经晶退火后的组织：
生成与钢板冷轧前晶格类型相同的细小、等轴晶。
冷轧钢板一般为低碳钢，再结晶退火后的组织为铁素体+珠光体。
⑵完全退火。
通过完全重结晶，使铸造过程中生成的粗大、不均匀的组织细化，消除魏氏组织，以提高性能，同时消除内应力。
退火后的组织：
铁素体+珠光体。
⑶球化退火。
使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化，以降低硬度，改善切削加工性能，并为以后的淬火做组织准备。
球化体（铁素体基体+球状渗碳体）。
指出下列工件的淬火温度及回火温度，并说明回火后获得的组织。
（1）45钢小轴（要求综合性能好）；
（2）60钢弹簧；
（3）T12钢锉刀
（1）45钢小轴经调质处理，综合性能好，其淬火温度为830～840℃（水冷），回火温度为580～600℃。
回火后获得的组织为回火索氏体。
（2）60钢弹簧的淬火温度为840℃（油冷）回火温度为480℃。
回火后获得的组织为回火屈氏体。
（3）T12钢锉刀的淬火温度为770～780℃（水冷），回火温度为160～180℃，回火后获得的组织为回火马氏体+二次渗碳体+残余奥氏体。
机床变速齿轮常用中碳钢或中碳合金钢制造，它的工艺路线为：
下料－锻造－正火－粗加工－调质－精加工－轮齿高频淬火及低温回火－精磨，试分析正火处理、调质处理和高频淬火及低温回火的目的。
在采用中碳钢或中碳合金钢制造齿轮的工艺路线中，料坯在锻造后，首先经过正火处理，工件加热至Ac3以上30～50℃，这样可使正火后的组织为F+S。
细化和均匀组织，改善切削性能。
调质处理得到回火S，其综合机械性能（包括强度、塑性和韧性）好，这是由于回火S中的渗碳体为粒状，对阻止裂纹的扩展有利。
精加工后轮齿还要经过高频淬火及低温回火处理，这是由于高频淬火后，表面组织为隐晶马氏体，提高了表面硬度，提高了耐磨性。
心部仍为回火S组织，保持较高的综合机械性能。
低温回火可以消除淬火引起的内应力，防止工件变形与开裂，以及保证工件的尺寸精度，同时保持所需的机械性能。
何谓铁素体（F）,奥氏体（A），渗碳体（Fe3C），珠光体（P）,莱氏体（Ld）？
它们的结构、组织形态、性能等各有何特点？
铁素体（F）：
铁素体是碳在
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。
三、综合分析题（共22分）
1、（12分）有两个含碳量为1.2%的碳钢薄试样，分别加热到780℃和860℃并保温相同时间，使之达到平衡状态，然后以大于VK的冷却速度至室温。
试问：
（1）哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大？
因为860摄氏度加热温度高，加热时形成的奥氏体晶粒粗大，冷却后得到的马氏体晶粒叫粗大
（2）哪个温度加热淬火后马氏体含碳量较多？
因为加热温度860已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，奥氏体中含碳量增加，而奥氏体向马氏体转变是非扩散型转变，所以冷却后马氏体含碳量较多。
（3）哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？
因为加热温度860已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，使奥氏体中含碳量增加，降低钢的Ms和Mf点，卒火后残余奥氏体增多。
（4）哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少？
因为加热温度860已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，因为加热卒火后未溶碳化物较少
（5）你认为哪个温度加热淬火后合适？
为什么？
780加热卒火后合适。
因为含碳量为1.2%的碳钢属于过共析钢，过共析碳钢卒火加热温度Ac1
+（30_50摄氏度），而780在这个温度范围内，这时卒火后的组织为均匀而细小的马氏体和颗粒状渗碳体及残余奥氏体的混合组织，使钢具有高的强度，硬度和耐磨性，而且也具有较高的韧性。
2、（10分）说明45钢试样（Φ10mm）经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：
700℃，760℃，840℃，1100℃。
700：
因为它没有达到相变温度，因此没有发生相变，组织为铁素体和珠光体。
760：
它的加热温度在Ac1_Ac3之间，因此组织为铁素体，马氏体和少量残余奥氏体。
840：
它的加热温度在Ac3以上，加热时全部转变为奥氏体，冷却后的组织为马氏体和少量残余奥氏体。
1100：
因为它的加热温度过高，加热时奥氏体晶粒粗化，卒火后得到粗片状马氏体和少量残余奥氏体
齿轮：
20CrMnTi渗碳钢；
C%=0.2%,Cr,Mn,Ti<
1.5%；
渗碳＋淬火＋低温回火；
组织为回火马氏体。
（3分）
连杆：
40Cr调质钢；
C%=0.4%,Cr<
调质处理（淬火＋高温回火）；
组织为回火索氏体。
（2分）
弹簧：
65Mn弹簧钢；
C%=0.65%,Mn<
淬火＋中温回火；
组织为回火托氏体。
冷冲压模具：
Cr12MoV冷变形模具钢；
C%>
1%,Cr=12%,Mo,V<
淬火＋低温回火；
滚动轴承：
GCr15Mo轴承钢；
C%＝1%,Cr=1.5%,Mo<
球化退火＋淬火＋低温回火；
车刀：
W6Mo5Cr4V2高速钢；
W%=6%,Mo%=5%,Cr%=4%,V%=2%；
淬火＋560℃三次回火；
组织为回火马氏体＋碳化物。
锉刀：
T10碳素工具钢；
C%＝1%；
热锻模具：
5CrMnMo热变形模具钢；
C%=0.5%,Cr,Mn,Mo<
淬火＋高温回火；
机床床身：
HT300灰口铁；
无需热处理。
三、简答题（10分）
由T12材料制成的丝锥，硬度要求为HRC60～64。
生产中混入了Q235钢料，如果按T12钢进行淬火＋低温回火处理，问其中Q235钢制成的丝锥的性能能否达到要求？
不能达到要求。
Q235属于普通碳素结构钢，碳的质量分数很低，一般在0、1－0、17％C，按照T12淬火温度淬火（760－780℃），钢中只有少量珠光体转变成马氏体，大量铁素体未发生转变。
因此淬火后的硬度很低，不能使用。
四、下面材料所属类别，常用热处理工艺和应用实例（15分）
材料排号类别典型热处理工艺应用举例
QT600球墨铸铁等温淬火＋高温回火曲轴，齿轮箱
1Cr18Ni9Ti不锈钢固溶处理耐蚀罐体，炉条
5CrMnMo热作模具钢淬火＋中温回火热锻模热挤压模
65Mn碳素钢淬火＋中温回火弹簧发条
GCr15滚动轴承钢淬火＋低温回火滚珠套圈
五、分析题（25分）
车床主轴要求轴颈部位硬度为54—58HRC，其余地方为20—25HRC，其加工路线为：
下料锻造正火机加工调质机加工（精）
轴颈表面淬火低温回火磨加工
指出：
1、主轴应用的材料：
45钢
2、正火的目的，去除应力，细化晶粒
3、调质目的和大致热处理工艺
获得回火索氏体，实现强度、硬度、塑性、韧性良好配合。
加热820－840℃，保温一段时间，淬入盐水中，随后加热到600℃回火1－1、5小时出炉空冷。
4、表面淬火目的
提高轴颈表面硬度，提高耐磨性。
5、低温回火目的及工艺
消除主轴高频淬火应力和脆性。
一般再回火炉中加热到150－180℃，保温1－2小时出炉空冷。
用T10钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为：
锻造一热处理一机加丁一热处理一磨加工。
①写出其中热处理工序的名称及作用。
②制定最终热处理（磨加工前的热处理）的工艺规范，并指出车刀在使用状态下的显微组织和大致硬度。
答：
①锻造一正火一球化退火一机加工一淬火、低温回火一磨加工。
得到S+二次渗碳体、细化组织，消除网状二次渗碳体，为球化退火做准备。
球化退火：
使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化，得到球状珠光体。
改善机加工性能，同时为淬火做组织准备。
得到马氏体十粒状渗碳体十残余奥氏体。
提高硬度，提高车刀的耐磨性。
低温回火：
得到回火马氏体十粒状渗碳体十残余奥氏体，降低淬火应力，提高工件韧性，同时保证淬火后的高硬度和高耐磨性。
②淬火：
加热温度760℃，保温后水冷
低温回火：
加热温度150—250℃，保温后（＜2h）炉冷或空冷。
成品组织：
回火马氏体十碳化物十残余奥氏体；
硬度：
58—64HRC
一、利用铁碳相图回答下列问题（15分）
（1）写出Fe-Fe3C相图上①-⑥区的组织组成物，标明A，E，C，S，P，K各点的含碳量。
①区：
F+P_②区：
_P__③区：
P+Fe3CⅡ__
④区P+Fe3CⅡ+Ld⑤区Ld⑥区Fe3CⅠ+Ld`
A点：
_0_E点：
2.14%C点：
4.3%__
S点：
0.8%P点：
0.02%K点：
6.69%
（2）计算室温下含碳0.6%的钢中珠光体和铁素体各占多少？
（3）说明含碳量1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢的硬度高。
（1）空格中斜体部分为答案。
（6分，每空格0.5分）
（2）由杠杆定律得：
室温下含碳0.6%的钢中珠光体为：
（0.6-0.02）/（0.8-0.02）*100%=74.4％
室温下含碳0.6%的钢中铁素体为：
100%-74.4%=25.6%
（3）含碳量1.0%的钢中含有硬度高的渗碳体，而含碳量为0.5%的含有较硬度较低的铁素体，故含碳量1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢的硬度高。
（4分）
三、简答（24分）（每小题4分）
1.在铸造生产中，采用哪些措施获得细晶粒组织？
（1）增加过冷度
（2）进行变质处理（3）附加振动
2.说明实际金属晶体缺陷种类及特征。
根据晶体缺陷的几何尺寸大小可分为三类：
点缺陷，线缺陷，面缺陷。
点缺陷的主要类型有空位和间隙原子。
晶体中的线缺陷就是位错。
面缺陷包括晶界、亚晶界和孪晶界。
2.简述石墨形态对铸铁的影响？
根据铸铁中石墨形态,铸铁可分为:
（1）灰铸铁它是以片状石墨形式存在。
（2）球墨铸铁它是铁液经过球化处理,使石墨呈球状的铸铁。
（3）可锻铸铁它是白口铸铁通过可锻化退火,使石墨呈团絮状的铸铁
灰铸铁的抗拉强度和塑性就越低。
球墨铸铁中石墨呈球状使球墨铸铁的抗拉强度、塑性和韧性、疲劳强度不仅高于其它铸铁,而且可以与相应组织的铸钢相比。
可锻铸铁的石墨呈团絮状，因此它不但比普通灰铸铁具有较高强度，而且有较高的塑性和韧性。
4.常见的热处理方法有哪些？
退火、正火、淬火、回火、表面热处理、化学热处理。
5.什么是铝合金的固溶处理和时效处理。
当铝合金加热到α相区,保温后在水中快冷,其强度和硬度并没有明显升高,而塑性却得到改善,这种热处理称为固溶处理。
固溶处理后铝合金的强度和硬度随时间而发生显著提高的现象,称为时效处理。
6.回火的目的是什么，常用的回火操作有哪几种？
回火的目的：
1获得工件所需的组织。
2稳定尺寸。
3消除淬火内应力。
回火的种类：
低温回火；
中温回火；
高温回火
对于上述简答,如学生用自己的语言回答,考虑其对含义理解程度酌情给分。
四、指出下列金属材料的类别（12分）（每空格0.5分）
（1）H68
黄铜
（2）W18Cr4V
高速钢
（3）Q235-A.F
普通碳钢
（4）1Cr18Ni9Ti
不锈钢
（5）GCr15
滚动轴承钢
（6）QT600-02
球墨铸铁
（7）45
优质碳素结构钢
（8）HT200
灰口铸铁
（9）55Si2Mn
合金弹簧钢
（10）KTH350-06
可锻铸铁
（11）T10A
优质碳素工具钢
（12）40Cr
合金调质钢
（13）20
（14）ChSnSb11-6
轴承合金
（15）Q235C
（16）QSn4-3
锡青铜
（17）QAl7
铝青铜
（17）08
（19）T12
碳素工具钢
（20）Y30
易切削钢
（21）HT150
（22）35
（23）16Mn
低合金结构钢
（24）20Cr
合金渗碳钢
说出Q235A、15、45、65、T8、T12等钢的钢类、碳的质量分数，各举出一个应用实例。
钢类
碳质量分数
应用实例
Q235A
碳素结构钢
0.14%～0.22%
钢筋、钢板、钢管等
15
优质碳素结构钢
约0.15%
冲压件及焊接件，经热处理后可制造轴、销等零件
45
0.42%～0.50%
齿轮、轴类、套筒等零件
65
0.62%～0.70%
弹簧
T8
0.75%～0.84%
冲头、凿子、锤子等工具
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