工程材料基础-学习指南.doc

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1、工程材料基础-学习指南一是非题（请在正确的题后标出“”，在错误的题后标出“”）1.金属面心立方晶格的致密度比体心立方晶格的致密度高。（）2.实际金属在不同的方向上性能是不一样的。（）3.金属的理想晶体的强度比实际晶体的强度高得多。（）4.金属结晶时，冷却速度越大，则晶粒越细。（）5.金属的加工硬化是指金属冷变形后强度和塑性提高的现象。（）6.在室温下，金属的晶粒越细，则强度越高和塑性越低。（）7.金属中的固溶体一般说塑性比较好，而金属化合物的硬度比较高。（）8.白口铸铁在高温时可以进行锻造加工。（）9.不论含碳量高低，马氏体的硬度都很高和脆性都很大。（）10.合金元素能提高固溶体的再结晶温度，

2、使钢的回火稳定性增大。（）11.金属晶体各向异性的产生，与不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度不同，致使原子的结合力大小等因素密切相关。（）12.合金的基本相包括固溶体、金属化合物和这两者的机械混合物三大类。（）13.在铸造生产中，为使铸件的晶粒细化，我们可通过降低金属型的预热温度，提高金属的浇注温度等措施来实现。（）14.淬火加热高温回火处理称为调质处理。处理后获得回火索氏体组织，具有综合机械性能好的特点。（）15.固溶时效处理是铝合金的主要强化手段之。（）16. 65Mn是低合金结构钢。（）17.马氏体是碳在中的过饱和固溶体，由奥氏体直接转变而来，因此，马氏体与转变前的奥氏体的含碳量相同。

3、（）18.钢中合金元素含量越多，则淬火后钢的硬度越高。（）19.某钢材加热条件相同时，小件比大件的淬透性好。（）20.铸铁中的可锻铸铁是可以进行锻造的。（）二、填空题1、 纯金属常见的晶体结构有（体心立方 ）、（面心立方 ）和（密排六方 ）。金属中常见的点缺陷为（间隙原子或空位或杂质原子），线缺陷为（位错 ），面缺陷为（晶界或亚晶界）；工程实践中，通常采用（增加 ）晶体缺陷数量的方法强化金属。2、 铁素体的强度高于纯铁，是由于发生了（固溶 ）强化；孕育铸铁的强度高于普通灰口铸铁，是由于发生了（细晶 ）强化；冷变形钢丝的强度高于退火态钢丝，是由于发生了（形变 ）强化；珠光体的强度高于铁素体，是由

4、于发生了（第二相 ）强化。 3、 球化退火是使钢中（渗碳体 ）球状化的退火工艺,主要用于（共析 ）和（过共析 ）钢,其目的在于降低硬度,改善（切削加工 ）性能,并可为后面的（淬火 ）工序作准备。4、 高分子材料中分子链的形状有三种，其中的（交联 ）型具有热固性，而（线型和支化型 ）具有热（塑 ）性。按照物理状态，室温下处于（玻璃 ）态的高分子材料称为塑料，处于（高弹 ）态的称为橡胶。高分子材料的加工成型是在其（粘流 ）态下进行的。5、 滑动轴承材料的显微组织特征是：（硬 ）粒子分布在软（基体 ）中，或（软 ）粒子分布在硬（基体 ）中，前者的承载能力（低 ）于后者。6、 陶瓷材料中的气相是指（气

5、孔），它是在（烧结 ）过程中形成的，它（降低 ）了陶瓷的强度。7、 绝大多数金属的晶体结构都属于（体心立方 ）、（面心立方 ）和（密排六方 ）三种典型的紧密结构。 8、液态金属结晶时，过冷度的大小与其冷却速度有关，冷却速度越大，金属的实际结晶温度越（低 ），此时，过冷度越（大 ）。9、（滑移 ）和（孪生 ）是金属塑性变形的两种基本方式。10、形变强化是一种非常重要的强化手段，特别是对那些不能用（热处理）方法来进行强化的材料。通过金属的（塑性变形）可使其（强度 ）、（硬度）显著提高。11、球化退火是使钢中（渗碳体 ）球状化的退火工艺，主要用于（共析 ）和（过共析 ）钢，其目的在于（ 降低硬度），

6、改善（ 切削加工）性能，并可为后面的（淬 ）工序作准备。12、共析碳钢奥氏体化过程包括（奥氏体形核，奥氏体长大，残余Fe3C溶解）和（奥氏体成分均匀化 ）。13、 高速钢需要反复进行锻造的目的是（打碎莱氏体中的粗大碳化物 ）。14、 W18Cr4V钢的含碳量是（ 0.7一0.8 ）；W的主要作用是（提高钢的红硬性(或热硬性) ）；Cr的主要作用是（提高钢的淬透性 ）；V的主要作用是（提高钢的耐磨性(或细化晶粒)）。15、 指出下列牌号的钢是哪种类型钢(填空)并举出应用实例：(1)16Mn是（ ）钢，可制造（ ） 普通低合金钢，桥梁(或压力容器)(2)20CrMnTi是（ ） 钢，可制造（ ）

7、合金渗碳钢，齿轮(或活塞销(3)40Cr是（ ）钢，可制造（ ） 合金调质钢，轴(或连杆螺栓(4)60Si2Mn是（ ）钢，可制造（ ） 合金弹簧钢，板簧(或弹簧钢丝)(5) GCrl5是（ ）钢，可制造（ ） 滚动轴承钢，滚珠(或轴承套圈)16、 铸铁的应用(填空和用选择题后给出的合适实例填空，只填一种)： (1)白口铸铁中碳主要以（Fe3C(或渗碳体) ）的形式存在，这种铸铁可以制造（犁铧 ）（曲轴，底座，犁铧) (2)灰口铸铁中碳主要以（(片状)石墨 ）的形式存在，这种铸铁可以制造（机床床身 ）（机床床身，曲轴，管接头) (3)可锻铸铁可以制造（管接头 ）。(机床床身，管接头，暖气片)(

8、4)球墨铸铁可以制造（曲轴 ）。(曲轴，机床床身，暖气片)三、名词解释1 陶瓷和复合材料传统上陶瓷是指所有以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过粉碎、成型、煅烧等过程制成的各种制品.广义上陶瓷是用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的通称.复合材料是以一种材料为基体，另一种材料为增强体组合而成的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求 2 陶瓷中的晶相和气相晶相：陶瓷显微结构中由晶体构成的部分。 气相是指陶瓷在烧制过程中其组织内部残留下来的气孔3 马氏体和铁素体.马氏体：将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），

9、得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。铁素体：碳溶于-Fe中的间隙固溶体称为铁素体，以符号F表示4 冲击韧度和断裂韧度冲击韧度：表示材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。冲击韧度ak值的大小表示材料的韧性好坏。断裂韧度：指材料阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量，也是材料抵抗脆性破坏的韧性参数。5 晶体与多晶体 晶体是原子、离子或分子按照一定的周期性，在结晶过程中，在空间排列形成具有一定规则的几何外形的固体。多晶体：整个物体是由许多杂乱无章的排列着的小晶体组成的，这样的物体叫多晶体6 高聚物与老化高聚物：指由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成的高分子量(通常可达104106)化合物

10、。老化：高分子材料在加工、贮存和使用过程中，由于受内外因素的综合作用，其性能逐渐变坏，以致最后丧失使用价值，这种现象就是老化7 共晶反应和共析反应 共晶反应：共晶反应是指在一定的温度下，一定成分的液体同时结晶出两种一定成分的固相的反应。共析反应：在一定的温度下，一定成分的固相同时结晶出两种一定成分的其他固相的反应 8 形变强化和固溶强化形变强化，即加工硬化，属于典型的四种金属强化方式之一，即随着变形程度的增加，金属的强度，硬度增加，而塑性，韧性下降的现象。融入固溶体中的原子造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使塑性变形更加困难，从而使合金固溶体的强度与硬度增加。这种通过形成固溶体使金属

11、强化的现象称为固溶强化。 9 点缺陷和线缺陷 点缺陷是发生在晶体中一个或几个晶格常数范围内，其特征是在三维方向上的尺寸都很小，例如空位、间隙原子、杂质原子等，也可称零维缺陷。线缺陷指二维尺度很小而第三维尺度很大的缺陷，其特征是两个个方向尺寸上很小另外两个方向延伸较长，也称一维缺陷，集中表现形式是位错 10 韧性断裂和脆性断裂韧性断裂：发生了明显的宏观塑性变形后发生的断裂。脆性断裂：未经明显的变形而发生的断裂四、选择题（每题2分，共36分）1.钢的本质晶粒度：C A是指钢加热过程中刚完成奥氏体转变时的奥氏体的晶粒度， B是指钢在各种具体热加工后的奥氏体的晶粒度； C是指钢在规定的加热条件下奥氏体

12、的晶粒度；它反映奥氏体晶粒长大的倾向性。2共析碳钢加热为奥氏体后，冷却时所形成的组织主要决定于：C A奥氏体加热时的温度； B奥氏体在加热时的均匀化程度； C奥氏体冷却时的转变温度。3马氏体是：B A碳在中的固溶体；B、碳在中的过饱和固溶体； C碳在中的固溶体；D碳在中的过饱和固溶体。4马氏体的硬度决定于；C A冷却速度； B转变温度； C含碳量。5回火马氏体与马氏体相比，其综合力学性能：A A好些； B差不多； C差些。6回火索氏体与索氏体相比，其综合力学性能：A A好些； B差不多； C差些。7为使低碳钢便于机械加工，常预先进行：B A淬火； E正火； C球化退火； D 回火8为使高碳钢便

13、于机械加工，可预先进行：C A淬火； B正火； C球化退火； D 回火9为使45钢得到回火索氏体，应进行：BA淬火十中温回火；B淬火十高温回火；C等温淬火。10为使65钢得到回火托氏体，应进行：A A淬火十中温回火；B.淬火十高温回火；C淬火十低温回火 D.直接油冷11直径为10mm的40钢其常规整体淬火温度大约为：B A750； B850C； C920。12上述正确淬火后的组织为：A A马氏体； B马氏体十残余奥氏体； C马氏体十渗碳体；D铁素体十马氏体。13直径为10mm的T10钢其常规整体淬火温度大约为：A A760C； B850 C； C920，14上述正确淬火后的组织为D A马氏体；

14、B马氏体十残余奥氏体； C马氏体十渗碳体；D马氏体十渗碳体十残余奥氏体，15钢的淬透性主要取决于：B A含碳量； B合金元素含量；C.冷却速度16钢的淬硬性主要取决于：A A含碳量； B合金元素含量；C.冷却速度17T12钢与18CrNiW钢相比；A A淬透性低而淬硬性高些； B淬透性高而淬硬性低些； C淬透性高，淬硬性也高； D淬透性低，淬硬性也低些。18用低碳钢制造在工作中受较大冲击截荷和表面磨损较大的零件，应该：B A采用表面淬火处理； B采用渗碳处理； C.采用氮化处理。五、分析题1在铁碳相图中存在着三种重要的固相，请说明它们的本质和晶体结构(如，相是碳在中的固溶体，具有体心立方结构)

15、。相是_相是_ Fe3C相是_2在铁碳相图中：有四条重要线，请说明这些线上所发生的转变并指出生成物(如，HJB水平线，冷却时发生包晶转变，形成J点成分的相)。ECF水平线_PSK水平线_ES线_GS线_3在图II-2中画出三种钢的显微组织示意图，并标出其中的组织组分：1至3题答案如下 4车床主轴要求轴颈部位的硬度为5658HRC，其余地方为20一24HRC，其加工工艺路线如下：锻造正火机加工轴颈表面淬火低温回火磨加工。请说明：(1)主轴应采用何种材料；(2)正火的目的和大致处理工艺；(3)表面淬火的目的和大致处理工艺；(4)低温回火的目的和大致处理工艺(5)轴颈表面的组织和其余地方的组织。5结

16、合铁碳平衡图，回答下列问题： A. 亚共晶白口铁的含碳量范围是多少？B. 画出含碳量为3.0%的铁碳合金的冷却曲线,指出冷却曲线上的特征点在铁碳相图中的位置？C. 计算含碳量为3.0%的铁碳合金的室温组织分数？D. 计算含碳量为3.0%的铁碳合金的室温相分数？答：A碳的质量分数大于2.11%且小于4.3%。B：C组织组成：珠光体P+二次渗碳体Fe3C+莱氏体Ld莱氏体Ld质量分数：珠光体P质量分数：二次渗碳体Fe3C质量分数：D相组成：-Fe+Fe3C-Fe质量分数：Fe3C质量分数：6. 回火的目的是什么？试说明各种回火的加热温度、回火组织、性能及应用范围。答：回火一般紧接着淬火进行，其目的

17、是：(a)消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；(b)调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；(c)稳定组织与尺寸，保证精度；(d)改善和提高加工性能。因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。按回火温度范围，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。(1)低温回火工件在250以下进行的回火。目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性回火后得到回火马氏体，指淬火马氏体低温回火时得到的组织。力学性能：5864HRC，高的硬度和耐磨性。应用范围：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等。(2)中温回火工件在250500 之间进行的回火。目的是得到较

18、高的弹性和屈服点，适当的韧性。回火后得到回火托氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物（或渗碳体）的复相组织。力学性能：3550HRC，较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性。应用范围：弹簧、锻模、冲击工具等。(3)高温回火工件在500以上进行的回火。目的是得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。回火后得到回火索氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着细小球状碳化物（包括渗碳体）的复相组织。力学性能：200350HBS，较好的综合力学性能。应用范围：广泛用于各种较重要的受力结构件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。7. 何谓碳钢中的铁素体、渗碳体、珠光体？它们的力学性能各

19、有何特点？铁素体碳在-Fe中的间隙固溶体，软而韧。 渗碳体碳与铁形成的间隙化合物，硬而脆。 珠光体铁素体与渗碳体形成的层片状交替排列的机械混合物，良好的综合力学性能8.欲用40Cr钢制造机床齿轮。（1）定性分析该齿轮的受力情况及常见失效方式。（2）该齿轮应当具有怎样的力学性能特点？（3）写出该齿轮的制造工艺路线，并说明工艺路线中各热处理工序的作用及热处理加热温度和冷却方式。答：（1） 弯曲应力 接触摩擦应力 冲击力 齿断裂 齿面损伤 （2）高的弯曲疲劳强度 足够高的齿心强度和韧性 足够高的齿面接触疲劳强度和硬度 （3） 下料 锻造 正火 机械加工 渗碳、淬火 + 低温回火 喷丸 磨加工 成品正

20、火：调整硬度，以利于机械加工；930，空冷； 渗碳、淬火：提高齿面碳含量，获得一定马氏体淬硬层，以提高齿面硬度疲劳强度； 930，油冷； 低温回火：消除淬火应力，降低脆性，以提高冲击抗力；200，炉冷。9、现有A、B两种铁碳合金。A的显微组织为珠光体的量占75%，铁素体的量占25%；B的显微组织为珠光体的量占92%，二次渗碳体的量占8%。请计算并回答：（1） 这两种铁碳合金按显微组织的不同分属于哪一类钢？（2） 这两种钢铁合金的含碳量各为多少？（3） 画出这两种材料在室温下平衡状态时的显微组织示意图并标出各组织组分的名称。答：解：（1）A为亚共析钢，B为过共析钢10 在拉拔铜材的过程中，需要进行中间退火时，其退火温度约为多少（即确定其再结晶退火的温度，铜的熔点为1083）10.解：11某汽车齿轮选用20CrMnTi材料制作，其工艺路线如下：下料锻造正火切削加工渗碳、淬火、低温回火喷丸磨削加工。(1)请分别说明上述、和四项热处理工艺的目的及工艺。(2)简答零件选材的原则。(3)已知下列四种钢的成分，请按序号填出表格。