东莞理工工程材料期末考试复习答案参考.doc

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13机械设计1班期末考试复习（非官方提供）

题型：

1.单项选择题15小题占15%（基本理论知识的应用）

2.名词解释6个占12%（重要名词）

3.问答题5题占40%

4.分析题2题约占20%

5.作图或计算题约占15%（铁碳二元相图，杠杆定律应用）

一、选择题自行查找答案

二、重要名词：

1.单晶体:

晶粒内部的晶格位向完全一致的晶体

2.多晶体：

由许多晶粒组成的晶体

3.过冷度：

（金属的实际结晶温度低于理论结晶温度）理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。

4.合金：

通过熔化或其他方法使两种或两种以上的金属或非金属结合在一起所形成具有金属特性的物质

5.组元：

组成合金的最基本、独立的物质。

6.相：

在金属和合金中具有相同化学成分、相同结构并以界面分开的各个均匀的组成部分.

7.合金相图：

在平衡状态下，合金的成分、温度、合金相之间的关系图解。

8.固溶体：

固态下，溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的合金相

9.铁素体（F）：

碳溶解在α-Fe中的间隙固溶体

10.奥氏体（A）:

碳溶解在γ–Fe中的间隙固溶体

11.渗碳体（Fe3C）:

铁与碳形成的具有复杂晶体结构的间隙化合物

12.珠光体（P）:

在727℃时从A中析出两种不同的固相（F+Fe3C）成片层相间的复相组织。

13.莱氏体（Ld）：

具有结晶点成分（碳含量为4.3%）的液相，冷却至1148℃时，从液相同时结晶出两种不同的固相（A+Fe3C）的复合组织。

14.马氏体：

当过冷A以极大的冷速冷却到室温时，形成的碳在α-Fe中的过饱和固溶体。

15.淬透性：

钢在淬火冷却时，获得M组织深度的能力。

16.淬硬性：

钢在正常淬火条件下的M达到最高硬度的能力。

17.调质处理：

淬火后的高温回火。

18.同素异晶转变：

金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象。

19.冷变形强化：

随变形程度增大，金属的强度和硬度上升但塑性下降的现象。

三、问答题：

1.什么叫金属的结晶？

纯金属结晶的基本规律是什么？

纯金属结晶与合金结晶有何异同？

答：

金属由液态转变为固态金属晶体的过程。

晶核的形成和长大。

相同点：

均为有液态的金属转变为金属晶体的过程。

不同点：

纯金属结晶需在恒温和过冷条件下进行；合金结晶是在一个温度区间完成的且可能形成多相组织

2．晶粒大小对金属材料的机械性能有何影响？

结晶时哪些因素影响晶粒度的大小？

如何影响？

采取哪些方法可以细化晶粒？

答：

晶粒愈小，金属材料的强度、塑性和韧性也愈高。

形核率N和长大速度G。

结晶时有较大的过冷度，形核率的增加比晶核的长大速度快则晶粒愈细

提高结晶冷速，增加过冷度；进行变质处理；附加振动。

3.什么是过冷度？

过冷度与冷速有何关系？

过冷度对金属结晶后的晶粒大小有何影响？

答：

理论结晶温度与实际结晶温度之差。

冷速越大，相应地过冷度也越大。

金属结晶时若过冷度增大，则晶粒变细。

但过冷度过大时，对晶粒细化不利，结晶发生困难。

4．简述马氏体转变的特点。

答：

为无扩散型的转变；M晶核的长大速度极快；转变的非等温性；不彻底性而会有残余A。

5．钢在淬火后为什么一定要进行回火才可使用？

按回火温度的高低可将回火分为哪三类？

各自的所对应的回火组织是什么？

答：

调整钢的组织和性能，使其满足工件的使用要求。

低温回火，中温回火，高温回火。

回火M,回火T,回火S。

6．试比较钢的淬透性与实际工件的淬硬层深度的区别。

答：

钢的淬透性是钢本身固有的特性，对一定成分的钢种来说是完全确定的，其大小可在规定的条件下的淬硬层深度来表示。

而实际工件的淬硬层深度，是受许多条件制约的，是变化的。

7．试论述钢的普通热处理（退火、正火、淬火和回火）的工艺差别和各自的主要目的。

答：

退火为炉冷，正火为空冷，淬火为激冷，回火为适冷。

各自主要目的分别为：

软化，硬化，刚化，韧化。

8．何谓调质钢？

为什么调质钢的含碳量均为中碳？

合金调质钢中常含哪些合金元素？

它们在调质钢中起什么作用？

答：

为将调质后使用的中碳非合金钢和中碳合金钢。

由于其主要用于制造在重载和冲击载荷作用下的一些重要受力件，在要求高强度的同时，还需高的塑性、韧性的良好配合的综合性力学性能，只有中碳合金钢经调质才能满足要求。

合金元素为Mn、Si、Gr、Ni、B、V、Mo、W等。

提高淬透性，强化F和细化晶体，W、Mo可防止高温回火脆性产生。

9．什么是液态合金的充型能力？

它与合金流动性有何关系？

影响液态合金流动性的因素有哪些？

答：

考虑铸型及工艺因素影响的熔融金属的流动性。

合金的流动愈好，充型能力就愈强。

结晶温度范围的宽窄，铸铁中的化学成分。

10．什么叫金属的可锻性？

衡量金属可锻性好坏的指标是哪些？

答：

衡量材料在经受压力加工时获得制品难易程度的工艺性能。

塑性和变形抗力。

11.“趁热打铁”的含义何在？

答：

加热到一定温度时,原子运动能力增加从而塑形提高，变形抗力减小，有利于滑移变形和再结晶而改善金属的晶相结构，提高韧性；固溶体具有良好的塑性;消除加工硬化.因此金属只有在热变形下才能以较小的功达到较大的变形,即"趁热打铁"的含义.

12、试述本门课程所介绍的金属材料强化的方法及其含义。

答：

固溶强化；溶质原子溶入溶剂晶格造成固溶体的晶格畸变，使塑性变形抗力增大，结果使材料强度、硬度增高。

弥散强化；金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体的基体相上，使强度、硬度和耐磨性明显提高。

细晶强化：

通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法。

形变强化：

通过晶粒细化，晶格严重畸变，增大滑移阻力使金属的强度和硬度提高。

（强化相；能在合金中提高合金的强度、硬度。

加工硬化；随变形程度增大，强度和硬度上升而塑性下降的现象。

）

四、分析题：

1、下列热处理工艺路线是否合理？

如不合理请写出正确的工艺路线。

渗碳零件：

锻造→调质处理→粗加工→半精加工→渗碳→精加工

答：

不合理。

应为下料→锻造→正火或退火→粗加工→半精加工→渗碳淬火→低温回火→精加工。

2、用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件进入热处理炉，并随工件一起加热到1000℃保温，当出炉后再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，试分析其原因。

答：

钢丝绳是由单股细钢丝合股拧成的，而且放在1000度保温相当于奥氏体化，出炉后自然降温相当于正火处理，此时钢丝绳中的钢丝组织应该为珠光体，其强度降低，极易拉伸断裂，并且氧化变细，抗强度减弱，所以断裂。

（或冷拉钢丝绳是利用加工硬化来提高其强度，在这种状态下的晶体缺陷密度增大，强度增加，处于加工硬化状态。

而在1000℃时保温，钢丝将发生回复、再结晶和晶粒长大过程，组织和结构恢复到软化状态。

在这一系列变化中，冷拉钢丝的加工硬化效果将消失，强度下降，在再次起吊时，钢丝将被拉长，发生塑性变形，横截面积减少，强度比保温前低，发生断裂）

3．根据Fe-Fe3C相图，说明产生下列现象的原因：

1）含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢硬度高；

答：

因为铁碳合金是由比较软的F和比较硬的Fe3C两相组成，Fe3C是铁与碳的化合物，含碳量越高，碳化物越多，硬度就越高，所以含碳量高的铁碳合金硬度高。

2）在室温下，含碳0.8%的钢其强度比含碳1.2%的钢高；

答：

含碳超越1%时，析出的二次渗碳体在晶界构成持续的收集状，使得刚脆性增加，强度降落，因此比1.2%的强度高或（室温下平均含碳量=0.8%的碳钢成分为：

少量的Fe3C和珠光体，其中的Fe3C颗粒小，弥散均匀分布。

平均含碳量=1.2%的碳钢成分为：

大量的Fe3C和珠光体，其中的Fe3C平衡状态下大量沿晶界网状分布，因而降低强度。

）

3）在1100℃，含碳0.4%的钢能进行锻造，含碳4.0%的铸铁不能锻造；

答：

含碳0.4%的钢在1100℃下为单相A，塑性好，变形抗力低，可以锻造成形；含碳4.0%的铸铁为P+FeC11+Ld,塑性和韧性差，不能锻造。

4）绑轧物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物却用钢丝绳（用60、65、70、75等钢制成）；

答：

绑轧物件要求有很好的韧性，因此选用低碳钢有很好的韧塑性，即镀锌低碳钢丝；而起重机吊重物用钢丝绳除了要求一定的强度，还要很高的弹性极限，而60、65、70、75等钢有高的强度和高的弹性极限而使吊重物不断裂。

5）钳工锯T8，T10,T12等钢料时比锯10,20钢费力，锯条容易磨钝。

答：

T8，T10,T12属于碳素工具钢，含碳量为0.8%、1.0%、1.2%，因而钢中Fe3C高，钢的硬度较高；而10,20钢优质碳素结构钢，属于低碳钢，钢的硬度较低。

4．某汽车重负荷齿轮选用合金渗碳钢20CrMnMo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

 试分别说明上述①②③④四项热处理工艺的目的。

答：

①使细化组织和碳化物分布均匀化，改善切削加工性。

②使碳原子渗入到钢表面层。

③得到M或下M组织，获得高的硬度和耐磨性及配合不同温度的回火。

④使表层得到回火M，消除内应力和脆性。

5.45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？

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

为什么？

答：

不能，因为回火温度越高，硬度下降越多，而调质工艺即为淬火+高温回火，碳化物已析出，F回复，硬度已下降而不能再升高。

可以，因为回火温度越高，硬度下降越多；该钢经低温回火获得回火M，碳化物还未析出，碳存在过饱和，因此可以继续提高回火温度，使硬度降低。