往届工程材料试卷A卷

机械工程材料 A卷

一、名词解释：（１０分）

１、 固溶强化： 固溶体溶入溶质后强度、硬度提高，塑性韧性下降现象。

２、加工硬化： 金属塑性变形后，强度硬度提高的现象。

２、 合金强化： 在钢液中有选择地加入合金元素，提高材料强度和硬度

４、热处理：钢在固态下通过加热、保温、冷却改变钢的组织结构从而获得所需性能的一种工艺。

５、细晶强化：晶粒尺寸通过细化处理，使得金属强度提高的方法。

二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法（30分）

名称 机床床身 汽车后桥齿轮 候选材料 T10A, KTZ450-06, HT200 40Cr, 20CrMnTi, 60Si2Mn 选用材料 HT200 20CrMnTi 热处理方法 时效 渗碳＋淬火＋低温回火 滚动轴承 GCr15, Cr12, QT600-2 GCr15 球化退火＋淬火＋低温回火 锉刀 9SiCr, T12, W18Cr4V T12 球化退火＋淬火＋低温回火 汽车板簧 钻头 桥梁 滑动轴承 耐酸容器 发动机曲轴 45, 60Si2Mn, T10 W18Cr4V，65Mn, 20 1Cr13, 16Mn, Q195 H70, ZSnSb11Cu6, T8 60Si2Mn W18Cr4V 16Mn, ZSnSb11Cu6 淬火＋中温回火 淬火＋低温回火 不热处理 不热处理 固溶处理 等温淬火＋高温回火

T回 Cm＋M＋A’ F＋P a+SnSb A S回＋G球 Cm＋M＋A’ 最终组织 P＋F＋G片 表面Cm＋M＋A’ 心部 F＋M Cm＋M＋A’ Q235, 1Cr18Ni9Ti, ZGMn13 1Cr18Ni9Ti QT600-3, 45, ZL101 QT600-3 三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，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、正火的目的和大致热处理工艺 细化晶粒，消除应力；加热到Ac3＋50℃保温一段时间空冷

3、调质目的和大致热处理工艺 强度硬度塑性韧性达到良好配合 淬火＋高温回火

4、表面淬火目的 提高轴颈表面硬度

5．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。去除表面淬火热应力，表面M＋A’心部S回

四、选择填空（20分）

１． 合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（ d）

（a）均强烈阻止奥氏体晶粒长大 （b）均强烈促进奥氏体晶粒长大 （c）无影响 （d）上述说法都不全面

２． 适合制造渗碳零件的钢有（ c）。

（a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A （b）45、40Cr、65Mn、T12 （c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi

３． 要制造直径16mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c ）

（a）45钢经正火处理 （b）60Si2Mn经淬火和中温回火 （c）40Cr钢经调质处理 4．制造手用锯条应当选用（a ）

（a）T12钢经淬火和低温回火 （b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火 （c）65钢淬火后中温回火 5．高速钢的红硬性取决于（b ）

（a）马氏体的多少 （b）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量 （c）钢中的碳含量 6．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c ）

（a）60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 7．65、65Mn、50CrV等属于哪类钢，其热处理特点是（c ）

（a）工具钢，淬火+低温回火 （b）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火 （c）弹簧钢，淬火+中温回火 8. 二次硬化属于（ d）

（a）固溶强化 （b）细晶强化 （c）位错强化 （d）第二相强化 9. 1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（ b）

（a） 获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性

（b） 获得单一的奥氏体组织，提高抗腐蚀性，防止晶间腐蚀 （c）降低硬度，便于切削加工 １０.推土机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击，应选择用（b ）

（a）20Cr渗碳淬火后低温回火 （b）ZGMn13—3经水韧处理 （c）W18Cr4V淬火后低温回火

五、填空题(20分)

1、马氏体是 碳在a-相中的过饱和固溶体，其形态主要有板条马氏体 、 片状马氏体。

其中， 片状马氏体硬度高、塑性差

2、W18Cr4V钢的淬火加热温度为1270－1280℃，回火加热温度为 560℃ ，回火次数 3次。

3、材料选择的三原则 一般原则，工艺性原则， 经济性原则。

4、合金结构钢与碳素结构钢相比，其突出优点是 强度高，淬透性好 。

5. 共析钢过冷奥氏体等温转变曲线三个转变区的转变产物是 P B M。

6. 共析钢淬火形成M+A'后，在低温、中温、高温回火后的产物分别为 M回＋A’

T回 S回 。

7. 45钢正火后渗碳体呈 片 状，调质处理后渗碳体呈 球 状。 一、填空题（20x1=20分）

1. 2.

金属的结晶过程主要由(晶核的形成)和(长大)两个基本过程组成。

在金属结晶过程中，细化结晶晶粒的主要方法有( 提高结晶时的冷却速度)、(进行变质处理)和(机械振动)。 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

( )与( )之差称为过冷度，过冷度同( )有关，其数值越大，过冷度也越大。 硫存在钢中，会使钢产生( )，磷存在钢中会使钢产生( )。 晶体与非晶体最根本的区别是( )。

某钢材淬火后存在较大的残余应力，可采用( )加以消除。

焊接方法的种类很多，按焊接过程特点可分为三大类( )、( )、( )。 在铁碳相图中，F的晶体结构是( )，A的晶体结构是( )。 中温回火主要用于处理( )。回火后得到( )。

10. 钢中马氏体是碳在a-Fe中的过饱和( )。 二、判断题（10×1=10分）

1． 置换固溶体和间隙固溶体均可形成无限固溶体。( ) 2． 可锻铸铁可以进行锻造。 ( ) 3． 钢经过淬火后是处于硬脆状态。( ) 4． 杠杆定律只适合两相区。( )

5． 钢的铸造性比铸铁好，故常用来铸造形状复杂的工件。( F )

6． 热加工是指在室温以上的塑性变形加工。( )

7． 室温下，金属的晶粒越细。则强度越高，塑性越低。( ) 8． 调质钢加入合金元素主要是考虑提高其红硬性。( F ) 9． 所有的合金元素均使Ms、Mf下降。( )

10． 滚动轴承钢GCrl5的含铬量为15％。( F ) GCr18 18% 三、简答题（6×5＝30分）

1． 钢材的退火、正火的热处理有什么区别？

2． 什么是顺序凝固原则？什么是同时凝固原则？上述两种凝固原则各适用于哪些场合？ 3． 什么是过冷度？过冷度与冷却速度有什么关系？ 4． 什么是固溶强化，有何用途？

5． 什么是加工硬化，有何用途以及如何消除？ 6. 简述低碳钢在拉伸试验时的变形过程，并画图说明。

四、计算题（2×10＝20分，3题中任选2题）

1． 铅（熔点为327 °C ）在20 °C 、钨（熔点为3380 °C ）在1100 °C 时的塑性变形各属于哪种变

形？为什么？

2． 有一低碳钢拉伸试样，d0=10mm，L0=50mm，拉伸试验时测得Fs=20.5KN，Fb=31.5KN，d1=6.25mm，L1=66mm，

试确定此钢材的?s、?b、?、?。

3． 有碳含量为1.15%的奥氏体10Kg，缓慢冷却至727°C以下，问：

（1）铁素体和渗碳体相各多少Kg？

（2）珠光体和先共析渗碳体各多少Kg？（精确到0.001）

五、思考题（2×10＝20分）

1.

某工厂的以20CrMnTi制造汽车齿轮，其生产过程的工艺路线如下：

下料→锻造→正火①→机械加工→渗碳②、淬火③、低温回火④→磨削加工→开槽→开口。 试述工艺路线中①②③④的热处理工艺的目的及工艺。 2.

根据下图所示铁碳相图简图说明：

共晶转变和共析转变的概念，并写出共晶转变反应、共析转变反应方程式。

一、填空题（每空1 分，共 20 分） 1、形核，长大

2、增大过冷度，变质处理，增加振动和搅拌 3、理论结晶温度，实际结晶温度，冷却速度 4、热脆，冷脆 5、原子排列是否规则 6、低温回火 7、熔焊，压焊，钎焊

8、面心立方晶格，体心立方晶格 9、弹性元件，T回 10、间隙固溶体

二、判断题（对的打√，错的打X）（每题2分，共10分）

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

× × × √ × × × × × × 三、简答题（共6题，每题5分，共30分）

1.正火与退火的主要区别是冷却速度不同、冷却方法有差异，前者是空冷，后者是随炉冷却然后再空冷。对于不

同的性能要求采用不同的方式，正火通常是消除网状渗碳体，改善低碳钢的切削性能，而退火通常是消除残余内应力，改善高碳钢的切削性能。

2、顺序凝固就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过增设冒口等工艺措施，使铸件远离冒口的部分先凝固，而后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒口本身的凝固。顺序凝固原则主要用于收缩大或壁厚差别大，易产生缩孔的合金铸件，如铸钢、可锻铸铁、铝硅合金和铝青铜合金等。同时凝固原则是使采取工艺措施使铸件各个部分没有大的温度差，而同时凝固。同时凝固原则主要用于普通灰铸铁、锡青铜。

3、过冷度是指理论结晶温度与实际结晶温度之间的温度差。过冷度越大，则冷却速度越快，从而可以获得较细的晶粒，较好的综合性能，但过冷度超过了某一临界冷却速度，则不宜再过大，对晶粒的细化作用不明显，同时会产生较大的残余应力，需要采用热处理消除。

4、由于溶质原子的溶入造成固溶体晶格产生畸变，使合金的强度与硬度提高，而塑性和韧性略有下降，这种通过溶入原子，使合金强度和硬度提高的方法称为固溶强化。在合金铸造的过程中，加入少量其它合金元素既有利于形成自发形核，促进晶粒细化，同时也会产生固溶强化，调节材料的性能，提高综合性价比。

5、加工硬化则是金属在成形的过程中，由于滑移面上的碎晶块和附近的晶格的强烈扭曲，增大了滑移阻力，使继续滑移难于进行，这种随变形程度增大，强度和硬度上升而塑性下降的现象。有时利用加工硬化来提高材料的强度，但由于加工硬化的存在不便于后续成形，通常采用再结晶退火消除。 6、答题要点，弹性变形阶段、塑性变形与屈服、断裂的过程。 四、计算题（共3题，任选2题，每题10分，共20分） 1、答题要点：

金属的再结晶温度概念运用，另外就是温度单位的注意，绝对温度

T再＝0.4T熔 T回＝0.3T熔（2分）

T再（Pb）＝04.×（327＋273）－273＝240－273＝－43°C（2分） T再（W）＝0.4×（3380＋273）－273＝1461－273＝1188°C（2分） T回（W）＝0.3×（3380＋273）－273＝1095－273＝822.9°C（2分）

是热加工还是冷加工是以再结晶温度来判定的，高于再结晶温度的加工为热成形，低于再结晶温度又高于回复温度的是温成形，低于回复温度的加工为冷成形。（判断依据）

由此可以判定，铅（熔点为327 °C ）在20 °C 是热成形，钨（熔点为3380 °C ）在1100 °C 时的塑性变形是温成形（2分），由于该概念书上未提及，上课讲解过。若仅以现选教科书再结晶温度成形分为热加工

和冷加工，则Pb的成形为热加工，W的成形为冷加工。则相应各部分分值加1分。 2、答题要点： 已知d0?10mm,L0?50mm,Fs?20,5kN,Fb?31.5kN,d1?6.25mm,L1?66mm

?s?又由

Fs4FsFb4Fb?,???,b22S0?d0S0?d0S0?S1d02?d12L1?L0???,??S0d02L0

分别代入可得：

?s?261Mpa，?b?401Mpa，??60.94%,??32%

3、由铁碳相图可知：

当缓慢冷却至727°C以下时，其组织为珠光体和先共析渗碳（P＋Fe3CⅡ）。

P％＝

6.69?1.155.54×100%＝×100%＝93.6％

6.69?0.775.92Fe3CⅡ％＝1－93.6%＝6.4%

P是铁素体与渗碳体的共析混合物。

6.69?1.15×100%＝83%

6.69?0.02186.69?0.775.92也可以从珠光体中进行提取（×100%×P％＝×100%×93.6%＝83%）

6.69?0.02186.6682F％＝

Fe3C％＝1－F%＝17%

该题可以先算组织组成物，也可先算相对量。第1问是求相对量，第2问是求组织相对量。 然后再将质量分数与总质量10Kg相乘，得：

a) b)

F相有8.3Kg，Fe3C有1.7Kg

珠光体有9.36Kg，先共析渗碳体有0.64Kg。

五、思考题（共2题，每题10分，共20分） 1、答题要点：

①正火目的：使组织均匀化、细化、改善加工性能，作为预备热处理工艺

正火工艺：加热至AC3＋30～50℃，保温一段时间，然后在空气中冷却。（2.5分）

②渗碳是提高齿轮表面的含碳量，为淬火做准备。渗碳工艺在900～950℃范围进行。（2.5分）

③淬火目的：使渗碳层获得最好的性能，即获得高的齿面硬度、耐磨性及疲劳强度，并操持心部的强度和

韧性。淬火工艺：渗碳后，预冷至870～880℃然后油冷。（2.5分）

④低温回火：减少或消除淬火后应力，并提高韧性。待冷却完毕后，又将工件加热到150～250℃进行回火处理， 其目的是在保证淬火后工作的高硬度和耐磨性的基础上，降低淬火应力，提高工作韧性。（2.5分） 2、答题要点：

共晶转变是液相在某一温度下生成两种不同成分、结构的固相的过程，共析转变则是在某一温度下由一种固相生成另外两种不同成分、结构的固相的过程。可联系铁碳相图相关点进行说明。（4分） 共晶反应：LC共析反应：

1148C????Ld?AE+Fe3CF?（3分） ????727C????P?FP?Fe3CK? （3分） AS????一、填空题（每空0.5分,共计30分）

1、钢热处理时首先要将工件（ ），使之转变成奥氏体组织，此过程称（ ）化。 2、实验证明，在一般的情况下，晶粒越（ ），金属的（ ）度、（ ）性和韧性就（ ）好。 因此，晶粒细化是提高金属力学性能的最重要途径之一。

3、金属自液态经冷却转变为固态的过程是原子从排列不规则的（ ）态转变为排列规则的晶 态的过程，称为金属的( )过程。金属从一种固态过渡为另一种固态的转变即（ ）变， 称为二次结晶或（ ）结晶。

4、各种纯金属的最低再结晶温度与其熔点之间存在如下关系：T再=(0.35~0.40)T熔, 金属在再 结晶温度以下的塑性变形称为（ ）加工，在再结晶温度以上的塑性变形称为（ ）加工。 5、材料抵抗其他硬物压人其表面的能力称为（ ），它是衡量材料软硬程度的力学性能指

标；一般情况下，材料的硬度越（ ），其耐磨性就越（ ）。材料在交变应力作用下发生的断裂现象称为（ ）断裂；往往会在远远低于其静载时的强度极限的应力下突然断裂，断裂前往往没有明显的征兆，也没有明显的（ ）变形。

6、一般机械零件和建筑结构主要选用低碳钢和中碳钢制造。如果需要塑性、韧性好的材料，就应选用碳质量分数小于0．25％的（ ）钢；若需要强度、塑性及韧性都好的材料，应选用碳质量分数为0.3％~0.55％的（ ）钢；而一般弹簧应选用碳质量分数为0.6％~0.85％的钢。对于各种工具，主要选用（ ）钢来制造，其中需要具有足够的（ ）度和一定的韧性的冲压工具，可选用碳质量分数为0.7％~0.9％的钢制造；需要具有很（ ）硬度和耐磨性的切削工具和测量工具，一般可选用碳质量分数为1.0％~1.3％的钢制造。 7、塑料制品指以有机合成树脂为（ ）成分，添加多种起不同作用的（ ）剂，然后经 过加（ ）、加（ ）而制成的产品。

8、陶瓷材料生产工艺包括：原料（ ）—坯料（ ）— 烧结 三大步骤。陶瓷材料具有高硬度 、高耐磨性、耐（ ）性、耐（ ）温、绝缘性能及其他一些特殊的功能.

9、复合材料是指由（ ）种或两种以上异质、异形、异性的材料，以宏观或（ ）观的方式（ ）形成 的新型材料，它一般由（ ）组元和增强体或功能组元所组成。在工程上，复合材料主要是为了克服金属、 高聚物及陶瓷等传统的单一材料的某些不足，实现材料强度、韧性、质量以及稳定性等方面综合性能的全面 （ ）和提高。如钢筋混凝土、玻璃钢。

10、轴承合金组织特点应是在（ ）基体上均匀分布着（ ）质点或硬基体上分布着软质点。 11、材料表面处理主要分两类：表面（ ）和表面（ ）。

12、各种机械的机身、底座、支架、主轴箱、进给箱、溜板箱、内燃机的缸体等，都可视为箱体、支架类零件,

一般多用（ ）造：受力大强度韧性高的用铸（ ）；受力不大、不受冲击的用（ ）铸铁；受力不大、要自重轻或导热好的选铸造（ ）合金；受力很小、要自重轻的可选工程（ ）。受力较大，但形状简单批量小，可选型钢（ ）。

13、金属的可锻性是金属材料在压力加工时成形的难易程度。用金属材料的塑性和变形抗力来衡量，塑性愈 （ ），变形抗力愈（ ），金属材料的可塑性愈（ ）。

14、压力加工方法主要有：轧制、挤压、拉拔、（ ）锻造、（ ）锻造和板料（ ）。

15、焊接过程中必须采用加（ ）、加（ ）或同时加热又加压等手段，促进金属原子接触、扩散、结晶，以 达到焊接的目的。焊接方法可分为（ ）焊，（ ）焊和（ ）焊三大类；电弧焊属于（ ）焊。 16.材料与成形工艺的选择一般可遵循四条基本原则：即使用性能（ ）、工艺性能（ ）、经济性 （ ）和环保性原则。

二、单项选择题（每项1分，共10分。） 1．Q235是（ ），W18CrV是（ ）。

（1）工具钢 （2）碳素结构钢 （3）合金钢 （4）优质碳素结构钢 2．合金的体收缩是铸件产生（ ）的根本原因；线收缩（ ）是铸件产生的根本原因。

（1）夹渣 （2）缩孔或缩松 （3）浇不足 （4）应力、变形、裂纹

3．生产无缝钢管的压力加工方法是（ ）；大批量生产不锈钢面盆时，应选用的压力加工方法是（ ）。

（1）自由锻造 （2）模型锻造 （3）板料冲压 （4）轧制 4．以下材料焊接性能最好的是（ ）；最不好的是（ ）。

（1）低碳钢 （2）中碳钢 （3）高碳钢 （4）铸铁

5．碳素工具钢预先热处理为（ ）；中碳钢零件提高综合力学性能应采用（ ）热处理。

（1）调质 （2）退火 （3）淬火 （4）正火 三、简答题（每题10分，可选3题）

1、 1、螺杆一般可用锻造、切削加工、铸造三种方法制造。其中哪种方法制得的螺杆机械性能最好。请解释其原

因。

2、 常用的热处理工艺有哪些，简述各自的工艺方法。 3、铸件结构设计要注意哪些要点？

4、请指出下图a、c和b、d两组焊接件中焊缝位置比较合理的图形，简要说出理由。

(a) (b)

(c) (d)

四、论述题（20分）

机床主轴是机床的重要零件之一，在进行切削加工时，高速旋转的主轴承受弯曲、扭转和冲击等多种载荷，要求它具有足够的刚度、强度、耐疲劳、耐磨损以及精度稳定等性能。一般选用45钢或40Cr钢制造，加工工艺路线为：

下料一锻造一正火①一粗加工一调质②一半精加工一局部表面淬火+低温回火③一磨削加工 请回答上述工艺路线中锻造及①、②和③的热处理工艺的目的。 五、以看图填空的形式回答下列问题(每空1分，共10分)

大多数热处理工艺都是在连续冷却过程中完成的，所以钢的连续冷却转变曲线更具有实际意义，连续冷却 转变曲线是用实验方法测定的。将一组试样加热到奥氏体后，以不同冷却速度连续冷却，测出其奥氏体转变开 始点和终了点的温度和时间，并在温度-时间(对数)坐标系中，分别连接不同冷却速度的开始点和终了点，即可 得到连续冷却转变曲线，也称CCT曲线。

上图为共析钢的CCT曲线，图中Ps和Pf分别为过冷奥氏体转变为珠光体的（ ）线和（ ）线，两线之间为转变的过度区，KK'线为转变的（ ）线，当冷却到达此线时，过冷（ ）体便终止向（ ）体的转变，一直冷到Ms点又开始发生马氏体转变。所以共析钢在连续冷却过程中，不发生贝氏体转变，因而也没有（ ）体组织出现。

v1相当于炉冷( ) 火，转变产物为珠光体。v2和v3相当于以不同速度的空冷( )火，转变产物为索氏 体和托氏体。v4相当于油冷( )火，转变产物为托氏体、马氏体和残余奥氏体。V5相当于水冷淬火，转变产 物为（ ）体和残留奥氏体。

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