武汉理工工程材料模拟试卷

《工程材料》模拟试题

一、填空题：

1 铁素体(F)是

固溶体，奥氏体(A)是固溶体 ，珠光体(P)是

机械混合物。

2 共析钢要获得索氏体（S）可采用热处理方法，要获得回火索氏体（S回）则应采用热处理方法。 3 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9为了提高耐蚀性，可将其加热到1050℃保温后水冷，这种处理称为

，处理后的组织是。

4 16Mn是 钢，9SiCr是 钢，GCr9是 钢。 5 从含碳量高低来看，渗碳钢属于 钢，工具钢属于钢，调质钢属

钢。 于

6 在等温冷却时，过冷奥氏体在不同过冷度下进行转变可获得 及，

三种不同类型的组织。

7 钢的淬硬性主要取决于 ，钢的淬透性主要取决于。 8 要求另件具有表面硬度及耐磨性很高，心部韧性很好的性能时，应选用钢,最终热处理为。

9 要求另件具有既强又韧的良好的综合机械性能时，应选用钢，最终热处理为

。

10 根据铝合金成分及加工工艺特点，可将铝合金分为和两大类。

二.判断题：

正误判断分别用“√”、“×”、在题后的（ ）中表示。

1 常用δ和ak来表示材料的塑性好坏。 （ ） 2 同素异晶转变过程不具备有形核和核长大的特征。 （ ） 3 一般情况下,过冷度越大,晶粒就越细小,材料的?b和HB越高。 （ ） 4 奥氏体中的最大含碳量是0.77%。 （ ） 5 面心立方晶格的晶胞的致密度为68%。 （ ） 6 物体从液态变成固态的过程叫结晶。 （ ） 7 珠光体是由固溶体和固溶体形成的机械混合物。 （ ） 8 r-Fe在727℃时的溶碳量为0.71%,而1148℃时的溶碳量为4.3%. （ ） 9 高温莱氏体是由奥氏体和渗碳体形成的机械混合物其平均含碳量为2.11%。 （ ） 10 铁碳合金室温下的组织均由F,P和Fe3C等单相所组织. （ ） 11 铁碳相图中PSK线称为共晶线,用A1表示. （ ） 12 碳钢随着含碳量的增加其HB越来越高，而δ和 ak越来越小. （ ） 13 马氏体的硬度,主要取决于合金元素的含量. （ ） 14 经完全退火后,亚共析钢的组织是球状珠光体. （ ） 15 共析钢加热到750℃保温后,再采用连续冷却的方法，可以获得贝氏体组织。 （ ）

补充：

1、力学性能指标：强度σe、σs、σb；塑形δ、ψ；韧性αk。 2、铁碳合金在平衡状态下：

1）铁素体、奥氏体和渗碳体是“相”，珠光体和莱氏体是机械混合物，机械混合物不是相，是组织。珠光体是共析反应的产物，莱氏体是共晶反应的产物。

2）铁碳合金在室温下的所有组织都是有铁素体和渗碳体组成的，由于这两个相随着化学成分（C%）的变化，两个相的大小、数量及分布状态不同，形成不同的组织，它们依次是：F---F+P---P---P+Fe3CⅡ--- P+Fe3CⅡ+Ld'---Ld'---Ld'+Fe3CⅠ。 3）平衡状态下的奥氏体在铁碳合金金中是高温相（≥727℃），室温下是看不见奥氏体的。 4）铁素体和奥氏体属于固溶体范畴，在平衡状态下的固溶体都具有强而韧的特点（和组成固溶体的溶剂相比较）；渗碳体是金属化合物，硬而脆，塑形趋近与零。

5）平衡状态下，从化学成分角度出发，钢和铁的分界线是2.11%C；从组织角度触发，钢和铁的分水岭是看有没有莱氏体。

6）随着含碳量的增加，铁碳合金金中的铁素体越来越少，渗碳体越来越多，硬度越来越高，塑形越来越差。

7）杠杆定律是求平衡状态下两相区中两个相的相对量，非平衡状态下不可以使用。 3、铁碳合金在热处理条件下（非平衡状态之一）：

1）获得奥氏体组织是大多热处理的工艺的首要条件，可以把它看做若干相变的反应物。 2）加热时的奥氏体晶粒大小往往关系着冷却产物的组织细密程度，产物组织越细小，材料的性能就会提高。

3）加热时的奥氏体晶粒大小与加热温度、保温时间、原始组织的大小以及化学成分有关系。 4）预备热处理（退火或正火）的目的有三点，仅从其中之一的改善切削加工性方面（要求被加工材料的硬度为：170-250HB）考虑，＜0.5%C钢（属于低、中碳钢范畴）需要获得索氏体才能达到切削加工的硬度要求，所以采用正火。 5）甄别两个“珠光体”：

（1）完全退火得到的珠光体的显微组织是由块状的铁素体和呈片状结构的珠光体（珠光体中的铁素体和渗碳体呈片状交替分布）组成。

（2）球化退火得到的球状珠光体的显微组织是由块状的铁素体基体上分布有球状或者颗粒状的渗碳体组成。注意，同样化学成分的材料，渗碳体的形态将影响材料的性能：

切削加工性的优劣排序---渗碳体呈球状，片状、网状。这就是过共析钢为什么采用球化退火而不用完全退火的原因之一；

硬度和耐磨性优劣排序------渗碳体呈球状，片状、网状。这就是过共析钢为什么采用球化退火而不用完全退火的原因之二。

事实上，球状渗碳体还有两种获得的方法：其一，可以通过淬火马氏体高温回火（回火索氏体）得到；另外，把具有片状珠光体的过共析钢加热到A1之下长时保温，通过原子的充分扩散，让片状渗碳体逐渐“溶”为球状。

6）钢的淬硬性取决于马氏体中的碳含量（即是加热时溶入到奥氏体中的碳含量）。 7）钢的淬透性取决于临界冷却速度Vk的大小。Vk越小，淬透性越大。 临界冷却速度---获得马氏体的最小冷却速度（与C曲线鼻部相切的速度）。它的相关因素为：Vk---过冷奥氏体的稳定性（孕育期）---加热时奥氏体中的化学成分、晶粒大小、成分是否均匀以及是否存在第二相。

以合金钢为例：除Co以外，其它的合金元素都有提高过冷奥氏体稳定性的作用，它们的淬透性都高于同样含碳量的碳钢。

8）热（红）硬性是刃具钢追求的非常重要的性能。钢如果具有高的热（红）硬性，说明它可以在高的温度下工作硬度不会掉下来，满足高速切削，提高产品质量的现代化工业生产的要求。

热（红）硬性的本质是回火抗力，就是阻碍马氏体分解的能力。我们知道，马氏体是奥氏体发生非扩散性转变的产物，它是过饱和碳的α固溶体，处于高能的不稳定状态。淬火马氏体如果要转变成稳定组织，一定要重新被加热发生马氏体分解（转变），马氏体分解的核心是靠原子的扩散，在这个过程中，如果有什么因素能够使得原子扩散受到阻碍，那么，马氏体的被分解将会延迟或推向高温去进行，如果在高温还能保持马氏体状态，不就是具有高的温度下保持高硬度的能力吗？这就是热（红）硬性。基本规律是，合金钢中的合金元素一旦在热处理加热中溶入到奥氏体中，将会保留到转变后的马氏体中，在马氏体中的所有合金元素都有阻碍马氏体分解的能力，且随着Me%↑其效果愈发明显，碳化物形成元素影响最大。 碳钢的热（红）硬性很差，大约只能在250℃的工作温度下保持高硬度； 合金钢（特别是高合金钢），热（红）硬性很高，有的钢种（6-5-4-2,18-4-1）在600℃的工作温度下维持高硬度（说明在这个温度下它还是回火马氏体）。 9）再结晶≠重结晶，再结晶不属于相变过程。

三、简答题：

1 对某碳素钢进行金相分析，其组织的相组成物为珠光体+网状渗碳体，其中珠光体占95%，问碳钢的含碳量大约是多少？

2 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的冷却速度冷至室温。试问： （提示：该碳钢的Ac1=730℃, Accm=820℃) 1）哪个温度加热淬火后马氏体晶粒粗大？ 2）哪个温度加热淬火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？ 4）哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少？ 5）你认为哪个温度合适？

3现有一共析碳钢，其显微组织为粒状珠光体（球状珠光体），问通过何种热处理工序可以得到下述组织： 1）细片状珠光体； 2）粗片状珠光体 ；

3）比原始组织更明显的粒状的珠光体。

4 确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目的及退火后的组织： 1）经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度; 2）ZG35的铸造齿轮，存在枝晶偏析现象; 3）锻造过热的60钢锻坯;

4）具的片状渗碳体的T12钢坯；

5）钢丝经过冷卷之后形成弹簧，加工硬化产生高的弹性，要消除宏观内应力； 6）用Q235制成尺寸不大的焊接件，要求消除焊接内应力。

5 相分析问题

1）含碳量为0.45%的碳钢平衡冷却时

(1) 温度刚达到A1线,共析转变尚未发生时有哪几相?各相的成分? (2) 在A1温度共析转变正在进行时有哪几相?

(3) 在A1温度共析转变结束时有哪几相?各相的成分? 2）含碳量为4.7%的铁碳合金在平衡冷却时

(1) 温度刚达到ECF线,共晶转变尚未发生时有哪几相？各相的成分? (2) 在ECF线上，共晶转变正在进行时有哪几相？各相的成分？ (3) 在共晶转变刚刚结束时有哪几相？各相的成分?

6 识别材料及其选择材料的问题：

1）根据给定的材料及热处理工艺,用直线连接相应的零件: 板牙 40Cr 调质+局部高频淬火 机床主轴 9SiCr 等温淬火+低温回火 锉刀 T12A 淬火+低温回火

汽车板簧 20CrMnTi 渗碳、淬火+低温回火 汽车齿轮 60Si2Mn 淬火+中温回火

2）根据工件的使用条件，在下列材料中选用其中一种，并说明最终热处理工艺。 45, W18Cr4V, 20CrMnTi, 1Cr18Ni9, ZGMn13 工件名称 铣 刀 汽车传动齿轮 车床主轴 选用材料 最终热处理工艺 3）某厂的材料牌号如下，请将其纳入“材料分类表”中。

HT200，35CrMo，3Cr2W8V，ZGMn13，Q235，ZG35，15，W6Mo5Cr4V2，38CrMoAl， 9Mn2V，45，T8，18Cr2Ni4WA，GCr15，20Cr，QT600-2，55Si2Mn，4Cr13，T10A， KT450，0Cr18Ni9，Y40Mn，Cr17，Cr12MoV，W18Cr4V，20MnVB，T12，60Si2Mn， 38CrMnAl，5CrNiMn 材料分类表：

1 结构钢 2 工具钢

3 特殊性能钢

4 铸铁

4）请用上题中的材料填下表。（不是唯一选项）

零件名称 滚动轴承 锉刀 机床转动齿轮 钻头 C616车床主轴 汽车变速齿轮 机床床身 自行车架 轴承座 机床丝杆 手工具条 货车板弹簧 晾衣架摇把 温度材料 最终热处理 最终热处理后的组织 7 过冷奥氏体转变动力学曲线的问题： 1）某过共析钢的C曲线如下图所示，按图中6种冷却方式冷至室温各得什么组织? V1 ; V2 ; V3 ; 时间V4

V5 V6 ; ; .

2）T12钢的过冷奥氏体等温转变动力学曲线如下图所示，请指出该钢按图示的温度加热 保温后，再按V1、V2、V3、V4、V5、V6冷却速度曲线冷至室温得到的组织。 温度 Acm A1

V1

V6 V5 V4 V3 时间

V2

V1 V2 V3 V4 V5 V6

; ; ; ; ; 。

3）60钢的过冷奥氏体等温转变动力学曲线如下图所示，请指出该钢按图示的温度加热 保温后，再按V1、V2、V3、V4、V5、V6冷却速度曲线冷至室温得到的组织。 温度 Ac3

A1

V1

V2 V3 V4 V5 V6

时间 V1 ; V2 ; V3 ; V4 ; V5 ; V6 。 4）某钢（约0.65%C）的过冷奥氏体连续冷却转变曲线如图所示，问加热后按下图6种冷却方式冷至室温各得什么组织? 800700600A3A1AFAP温度(°c)500AB400V1Ms300V2AM200100V60.51V51010V410时间(S)V3101010

8 晶向、晶面指数问题

1）某晶体的原子位于晶格结点上，晶格常数为a=b、c=2/3a，有一晶面在x、y和z轴上的截距分别为5个原子间距、2个原子间距和3个原子间距，试求该晶面的晶面指数，与该晶面垂直的晶向指数是多少？并绘图表示。

2）在立方晶体结构中，一平面通过y=1/2、z=3并平行于x轴，它的晶面指数是多少？与该晶面垂直的晶向指数是多少？试绘图表示。

7基本相图分析问题

1）已知A和B两个组元形成共晶型相图，A是高熔点组元（750℃），B是低熔点组元（580℃），在固态320℃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。

（1）正确画出合金相图；

（2）80%A的合金在共晶反应刚刚结束时组织组成物是什么？其组织组成物的相对量是多少？

（3）分析70%B的合金结晶过程。

2）已知A和B两个组元在液态下无限互溶，固态下完全不溶，A组元的熔点为500℃，B组元的熔点为460℃，在280℃时，含45%B的液态合金发生共晶反应。 （1）正确画出合金相图；

（2）25%B的合金结晶过程中的相分析（相组成、各相的化学成分）

3）A-B二元合金相图如下图所示，请分析如下问题：

700 600L

500

L+α

4003002001000α

A102030405060ωB（%）→708090B

平衡状态的问题：

（提示，在相图中直接画出）

（1）成分为40%B的合金首先凝固出来的固体的化学成分？ （2）若首先凝固出来的固态含60%B，合金的化学成分是多少？ （3）成分为70%B的合金最后凝固的液相化学成分？

（4）从相图中举例说明合金结晶要满足化学成分条件（选择（分）结晶），而纯组元不需要化学成分条件（同分结晶）的原因。 非平衡状态的问题：

（1）相图中的合金是否具备热处理强化的条件？为什么？

（2）这类相图在非平衡冷却转变中有枝晶偏析的问题，有人说，枝晶偏析的程度是随着合金中含B%的增加而增加，你以为呢？常常采用何种方法消除枝晶偏析？请将加热温度范围标注在相图上。

4）Pb-Sn相图如图所示： A L αDC Q PbSn%→

（1）用组织组成物填写相区；

（2）指出组织中含?Ⅱ最多和最少的成分点；

（3）指出组织中共晶体最多和最少的成分点；

（4）指出最容易和最不容易产生枝晶偏析的成分点；

8 根据下表所提供的材料和热处理工艺,试填写处理后的组织： 材 料 45钢 Ac3=785℃ Ac1=735℃ 淬火温度(℃) 淬火介质 760℃ 840℃ 水 水 水 水 水 回 火 低温回火 中温回火 高温回火 低温回火 中温回火 组 织 BEβGSn 水 高温回火 T12钢 760℃ 水 低温回火 Ac1=730℃ Acm=820℃ 900℃ 水 低温回火 四、分析题:

1 Fe-Fe3C相图如下： 1）用相组成物填写相区；

2）请写出相图中共晶反应式和共析反应式； 3）在Fe-Fe3C合金相图上标出亚共析钢的完全退火加热温度范围;过共析钢的淬火加热温度范围和过共析钢的正火加热温度范围；

4）试描述含碳量为1.0%合金的结晶过程(用冷却速度曲线表示);

5）计算T10钢室温下平衡组织中的相组成物的相对量和组织组成物的相对量。

A L 温 D

度 C ℃ A E 1148℃ F

G

F P S 727℃ K

Fe Q C%

Fe3C

2 一根Φ6的20钢圆棒,经渗碳表层碳浓度达0.9%～1.0%,缓冷至室温后,从一端加热,靠热传导使其上各点达到下图所示的温度,(提示：Ac1=730℃,Ac3=860℃,Accm=820℃)试问:

1) 各点(A、B、 C、 D )处表层和心部的加热组织是什么? 2) 由图中所示温度水冷至室温各点处组织是什么?(淬透了)

900℃780℃710℃500℃6

ABCD

请将以上结果分别填入下表：

心部 表层 心部 表层 心部 表层 心部

3.一根Φ6的20钢圆棒，先经880 oC加热淬火。然后从一端加热，依靠热传导使圆棒各点快速达到如下图所示的温度，试问：

6780℃500℃900℃710℃

BDCA

1）各点(A、B、 C、 D )处表层和心部的加热组织是什么? 2）由图中所示温度水冷至室温各点处组织是什么?(淬透了) 请将以上结果分别填入下表：

A B C D

表层 心部 表层 心部 表层 心部 表层 心部

1)

2) 3 锉刀要求硬度为HRC60-64，选用T12钢制造，其工艺路线如下：(8分) （提示：T12钢的Ac1=730℃，Accm=820℃）

锻造→正火→球化退火→机加工→淬火+低温回火→校直 请说明:

1）正火的主要目的及其组织； 2）球化退火的目的及其组织；

3）淬火+低温回火的目的及其加热温度选择，最终热处理的组织。

4某型号机床齿轮，要求齿轮表面有高的硬度（HRC>50），而心部具有良好的韧性（Ak>40J），原采用40Cr钢调质后再在齿轮表面进行高频淬火+低温回火，现因工厂库 存的40Cr钢已经用完，只剩下20Cr钢，拟用20Cr钢代替。请说明： 1）原40Cr钢各热处理工序的作用；

2）改用20Cr钢后，仍按原来的热处理工序进行能否满足性能要求？为什么？ 3）改用20Cr钢后，为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下应采用何种热处理工艺？ 5甲、乙两厂生产用一批零件，材料均选用45钢，硬度要求HB220~250。甲厂采用正火，乙厂采用调质，都达到硬度要求。试分析甲、乙两厂产品的组织和性能差别。

6 对9Mn2V钢制造的精密淬硬丝杆进行热处理工艺分析，指出其热处理（下划线的文字部分）的主要目的和相应的组织。已知：

（１）技术要求：较高硬度（HRC56）和耐磨性，低变形和高的尺寸稳定性． （２）工艺路线安排如下:

锻造—球化退火—切割金相试样检查—毛坯校直—粗车—消除应力退火—精车成光杆—整体淬火+低温回火—清理、喷砂、检验。

7 某铣刀用W18Cr4V钢制作，其热处理工艺曲线如下图所示，请回答： 1) W18Cr4V钢的Ac1=820℃，但是为什么该钢种要加热至1280℃？ 2) 试写出图中(1) (2) (3)处的组织； 3) 570℃三次回火的作用? 温度1280570570570时间 8 有一块含碳量为0.7%的碳钢，若将它加热至Ac3以上温度保温，出炉后用风扇吹风对它冷却至室温，金相显微镜下观察到的组织如图所示。试问：

1）组织的名称？

2）这种组织的形成机理？

放大倍数：1000×

浸 湿 剂：4%的硝酸酒精

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