2023年工程材料试卷最新版与超详细解析超详细解析答案.pdf

绍兴文理学院 2007 学年 01 学期 机 自专业 06 级机械工程材料期末试卷（考试形式：闭卷）一、名词解释（共 15 分，每小题 3 分）1、过冷度 2、渗碳体 3、淬硬性 4、纤维组织 5、再结晶 二、填空题（共 15 分，每空格 0.5 分）1、HB、a k、0.2分别表示材料的力学性能是、。2、工程材料的结合键有、和。3、金属的结晶过程主要由和两个基本过程组成。4、常温下，金属单晶体的塑性变形方式为和两种。其中主要的变形方式是。5、固溶体出现枝晶偏析后，可用加以消除。6、在缓慢冷却条件下，含碳 0.8%的钢比含碳 1.2%的钢硬度、强度。7、共析成分的铁碳合金室温平衡组织是，其组成相是和。8、利用 Fe-Fe3C 相图确定钢完全退火的正常温度范围是_，它只适应于_钢。9、马氏体的显微组织中，高碳马氏体呈状，低碳马氏体呈状。其中_的韧性较好。10、调质钢中加入 Cr、Mn 等元素是为了提高，加入 W、Mo 是为了。11、1Cr18Ni9Ti 是钢，Cr、Ni 的主要作用是，Ti 主要作用是，使用状态下的组织是。12、铸铁中析出石墨的三个途径是 、。13、QT500-05牌号中，QT 表示 ，数字 500 表示 、数字 05 表示 。14、变形铝合金按热处理性质可分为 铝合金和 铝合金两类。15、机器零件选材的三大基本原则是 、和。三、判断题（共 10 分，每小题 1 分）1、材料愈易产生弹性变形其刚度愈小。（）2、室温下，金属的晶粒越细，则强度越高，塑性越低。（）3、滑移变形不会引起金属晶体结构的变化。（）4、凡组织组成物都是以单相状态存在于合金系中。（）5、莱氏体的含碳量为 6.69。（）6、不论碳含量高低，马氏体的硬度都很高，脆性都很大。（）7、表面淬火既能改变钢的表面化学成分，也能改善心部的组织和性能。（）8、在碳钢中具有共析成分的钢，较之于亚共析钢和过共析钢有更好的淬透性。（）9、球墨铸铁可通过热处理来提高其机械性能。（）10、表面耐磨的凸轮，材料用 20 钢，热处理技术条件：淬火+低温回火，HRC5060。（）四、选择题（共 15 分，每小题 1 分）1、拉伸试验时，试样断裂前所能承受的最大应力称为材料的（）。(a)屈服强度 (b)弹性极限 (c)抗拉强度 (d)疲劳强度 2、晶体中的位错属于（）。(a)体缺陷 (b)面缺陷 (c)线缺陷（d）点缺陷 题 号（型）一 二 三 四 五 六 七 八 核分人 得 分 总分 评卷人 班级：姓名：学号：.OOOO装O订O线OO3、铸造条件下，冷却速度越大，则（）。(a)过冷度越大，晶粒越细（b）过冷度越大，晶粒越粗(c)过冷度越小，晶粒越细(d)过冷度越小，晶粒越粗 4、冷变形金属再结晶后，则（）。（a）形成等轴晶，强度增大；(b)形成柱状晶，塑性下降；(c)形成柱状晶，强度升高；(d)形成等轴晶，塑性升高 5、合金固溶强化的原因是()。（a）晶格类型的改变；(b)晶粒细化；(c)晶格发生畸变；(d)发生了化学反应 6、T12 钢在室温下，珠光体的相对重量百分数为（）。%1000218.011.22.111.2)(a%10077.011.22.111.2)(b%10077.069.62.169.6)(c%10077.069.677.02.1)(d 7、珠光体是一种（）。(a)单相固溶体；(b)两相固溶体；(c)化合物；(d)机械混合物 8、45 钢为得到回火索氏体组织，应进行：（a）淬火+低温回火；（b）等温淬火；（c）淬火+高温回火。9、汽车、拖拉机变速箱的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（）。(a)20 钢渗碳淬火后低温回火 (b)40Cr 淬火后高温回火 (c)20CrMnTi 渗碳淬火后低温回火 10、下列材料中，淬硬性高的是（）。(a).9SiCr (b).45 (c)12Cr2Ni4WA （d）.38CrMoAl 11、机架和机床床身应选用（）。(a)白口铸铁；(b)灰口铸铁；(c)麻口铸铁 12、高速切削刀具选用（）(a)T8A；（b）GCr15；（C）W6Mo5Cr4V2；（d）9CrSi 13、40Cr 钢属于（）：（a）耐热钢；（b）调质钢；（c）渗碳钢；（d）弹簧钢 14、适合制作变速箱齿轮的钢是（a）W18Cr4V；（b）Gr15；（c）20CrMnTi；（d）4Cr13 15、桥梁构件选用（）（a）40（b）4Crl3 （c）16Mn （d）65Mn 五、简答题（共 16 分）1、（本题 5 分）常用的硬度方法有哪几种？其应用范围如何？这些方法测出的硬度值能否进行比较？2、（本题 5 分）产生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金属加工中有什么利弊？3、（本题 6 分）试总结马氏体转变的特点。学号：.O班级OOO 六、分析题（共 24 分）1、（本题 15 分）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。绍兴文理学院 2007 学年 01 学期 机自 专业 06 级机械工程材料期末试卷 标准答案及评分标准 一、名词解释（共 15 分，每小题 3 分）1、过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。2、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。3、淬硬性：钢在淬火后获得马氏体的最高硬度。4、纤维组织：经过一定塑性变形后，金属组织（特别是晶界上存在的杂质）沿变形方向的流线分布叫纤维组织。5、再结晶：经过塑性变形的金属材料加热到较高的温度时，原子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”。二、填空题（共 20 分，每空格 0.5 分）1、布氏硬度；冲击韧性；条件屈服极限 2、金属键；共价键；离子键；分子键 3、形核；晶核成长 4、滑移；孪生；滑移 5、热处理（扩散退火）6、高；低 7、珠光体；铁素体；渗碳体 8、A3 线+3050；亚共析钢 9、针叶；板条；低碳马氏体 10、淬透性；防止回火脆性 11、不锈钢；提高钢的抗腐蚀性能；防止晶间腐蚀；奥氏体 12、从液体中直接结晶得到；从奥氏体中析出；从渗碳体分解得到 13、球墨铸铁；抗拉强度；延伸率 14、可热处理；不可热处理 15、使用性能；工艺性能；经济性 三、判断题（共 10 分，每小题 1 分）（打或）O线OOO 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 四、选择题（共 10 分，每小题 1 分）题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C C A D C C D C C A 题号 11 12 13 14 15 答案 B C B C C 四、简答题（共 16 分）1、（5 分）答：实际常使用的硬度试验方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。三种硬度试验值有大致的换算关系，机械、机械工艺或金属材料的手册上面一般都有换算关系表。（2 分）布氏硬度：布氏硬度的使用上限是 HB450，适用于测定硬度较低的金属材料，如退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。洛氏硬度：是工业生产中最常用的硬度测量的方法，因为操作简便、迅速，可以直接读出硬度值，缺点是因压痕小，对材料有偏析及组织不均匀的情况，测量结果分离度大，再现性较差。洛氏硬度有 A、B、C 等几种标尺，其中 C 标尺（即 HRC）用的最多，该硬度有效范围是 20-67(相当于 HB230-700)，适用于测定硬度较高的金属材料，如淬火钢及调质钢。维氏硬度：试验时加载的压力小，压入深度浅，对工件损伤小。特别适用于测量零件的表面淬硬层及经过表面化学处理的硬度，精度比布氏、洛氏硬度精确。但是维氏硬度的试验操作较麻烦，一般在生产上很少使用，多用于实验室及科研方面。（3 分）2、（5 分）答：随着变形的增加，晶粒逐渐被拉长，直至破碎，这样使各晶粒都破碎成细碎的亚晶粒，变形愈大，晶粒破碎的程度愈大，这样使位错密度显著增加；同时细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长而被拉长。因此，随着变形量的增加，由于晶粒破碎和位错密度的增加，金属的塑性变形抗力将迅速增大，即强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降产生所谓“加工硬化”现象。（3 分）金属的加工硬化现象会给金属的进一步加工带来困难，如钢板在冷轧过程中会越轧越硬，以致最后轧不动。另一方面人们可以利用加工硬化现象，来提高金属强度和硬度，如冷拔高强度钢丝就是利用冷加工变形产生的加工硬化来提高钢丝的强度的。加工硬化也是某些压力加工工艺能够实现的重要因素。如冷拉钢丝拉过模孔的部分，由于发生了加工硬化，不再继续变形而使变形转移到尚未拉过模孔的部分，这样钢丝才可以继续通过模孔而成形。（2 分）3、（6 分）答：与珠光体型转变和贝氏体转变相比，马氏体转变有以下特点：属于无扩散型转变。由于温度过低，铁和碳原子均不扩散。（1.5 分）马氏体转变的速度极快。马氏体形成一般不需要孕育期，马氏体量的增加不是靠已经形成的马氏体片的不断长大，而是靠新的马氏体片的不断形成。（1.5 分）在不断降温的过程中形成。即过冷奥氏体只有在 Ms至 Mf 温度间连续冷却时，马氏体转变才能进行，如在 Ms与 Mf 之间某一温度等温，马氏体转变将停止，此时组织中有一部分奥氏体被残留下来，这部分奥氏体称为残余奥氏体，残余奥氏体的存在会改变钢的性能，并使工件尺寸发生变化，因此，生产中，对一些高精度的工件（如精密量具、精密丝杠、精密轴承等），为了保证它们在使用期间的精度，可将淬火工件冷却到室温后，又随即放到零下温度的冷却介质中冷却（如干冰+酒精可冷却到-78，液态氧可冷却到-183），以最大限度地消除残余奥氏体，达到增加硬度，耐磨性与稳定尺寸的目的，这种处理称为“冷处理”。（1.5 分）转变过程伴随有体积的膨胀。与铁素体和奥氏体相比，马氏体的比容最大，由奥氏体转变为马氏体时，钢的体积有所膨胀，因此会产生应力（叫组织应力），它是造成淬火变形和开裂的原因之一。（1.5 分）六、分析题（共 24 分）1（15 分）答：（1）（6 分）（2）20%A 合金：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 固溶体，至 2点结束，23 点之间合金全部由 固溶体所组成，但当合金冷到 3 点以下，由于固溶体 的浓度超过了它的溶解度限度，于是从固溶体 中析出二次相 A，因此最终显微组织：+A 相组成物:+A A%=（90-80/90）*100%=11%=1-A%=89%（3 分）45%A合金：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 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+）共晶体，合金自 2 点冷至室温过程中，自 固溶体中析出二次相 A，因而合金室温组织：A+(A+)相组成物:A+组织：（A+）%=（70-55）/(70-40）*100%=50%A%=（55-40）/（70-40）*20/90*100%=11%=（55-40）/（70-40）*70/90*100%=39%或 =50%-11%=39%相：A%=（90-55）/90*100%=39%=1-A%=61%（3 分）80%A 合金如图：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+)共晶体，因而合金的室温组织：A+(A+)相组成物：A+组织：A%=（40-20）/40*100%=50%（A+）%=1-A%=50%相：A%=（90-20）/90*100%=78%=1-A%=22%（3 分）2、（9 分）答：（1）因其未达到相变温度，加热时组织未变化，故冷却后依然是原来的晶粒大小不均匀的组织。（2 分）（2）因其在退火温度范围内，加热时全部转化为晶粒细小的奥氏体，故冷却后得到组织、晶粒均匀细小的铁素体和珠光体。（2 分）（3）因其加热温度过高，加热时奥氏体晶粒剧烈长大，故冷却后得到晶粒粗大的铁素体和珠光体。（2 分）要得到大小均匀的细小晶粒，选第二种工艺最合适。（3 分）2、（本题 9 分）一批 45 钢试样（尺寸 15*10mm），因其组织、晶粒大小不均匀，需采用退火处理。拟采用以下几种退火工艺；（1）缓慢加热至 700，保温足够时间，随炉冷却至室温；（2）缓慢加热至 840，保温足够时间，随炉冷却至室温；（3）缓慢加热至 1100，保温足够时间，随炉冷却至室温；问上述三种工艺各得到何种组织？若要得到大小均匀的细小晶粒，选何种工艺最合适？