机械工程材料考试复习题

第1章 材料的性能 一、选择题

1.表示金属材料屈服强度的符号是（ B） A.σ B.σs C.σb D.σ-1 2.表示金属材料弹性极限的符号是（ A） A.σe B.σs C.σb D.σ-1

3.在测量薄片工件的硬度时，常用的硬度测试方法的表示符号是（ B）A.HB B.HRC C.HV D.HS

4.金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫（A ） A.强度 B.硬度 C.塑性 D.弹性 二、填空

1.金属材料的机械性能是指在载荷作用下其抵抗（变形 ）或（破坏 ）的能力。 2.金属塑性的指标主要有（伸长率）和（断面收缩率）两种。

3.低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、（塑性变形）和（断裂）三个阶段。 4.常用测定硬度的方法有（布氏硬度测试法）、（洛氏硬度测试法）和维氏硬度测试法。 5.疲劳强度是表示材料经（无数次应力循环）作用而（不发生断裂时）的最大应力值。 三、是非题

1.用布氏硬度测量硬度时，压头为钢球，用符号HBS表示。 是 2.用布氏硬度测量硬度时，压头为硬质合金球，用符号HBW表示。 是 3.金属材料的机械性能可以理解为金属材料的失效抗力。 四、改正题

1. 疲劳强度是表示在冲击载荷作用下而不致引起断裂的最大应力。 将冲击载荷改成交变载荷

2. 渗碳件经淬火处理后用HB硬度计测量表层硬度 。 将HB改成HR 3. 受冲击载荷作用的工件，考虑机械性能的指标主要是疲劳强度。 将疲劳强度改成冲击韧性

4. 衡量材料的塑性的指标主要有伸长率和冲击韧性。 将冲击韧性改成断面收缩率

5. 冲击韧性是指金属材料在载荷作用下抵抗破坏的能力。 将载荷改成冲击载荷

五、简答题

1.说明下列机械性能指标符合所表示的意思：σs、σ0.2、HRC、σ-1、σb、δ5、HBS。

：条件屈服强度

HRC：洛氏硬度（压头为金刚石圆锥） σ-1: 疲劳极限

σs: 屈服强度 σ

0.2

σb: 抗拉强度 σ5：l0=5d0时的伸长率（l0=5.65s01/2） HBS:布氏硬度（压头为钢球） 第2章 材料的结构 一、选择题

1. 每个体心立方晶胞中包含有（B）个原子 A.1 B.2 C.3 D.4 2. 每个面心立方晶胞中包含有（C）个原子 A.1 B.2 C.3 D.4

3. 属于面心立方晶格的金属有（C） A.α-Fe,铜B.α-Fe,钒 C.γ-Fe,铜 D.γ-Fe,钒

4. 属于体心立方晶格的金属有（B） A.α-Fe,铝B.α-Fe,铬 C.γ-Fe,铝 D.γ-Fe,铬

5. 在晶体缺陷中，属于点缺陷的有（A） A. 间隙原子 B.位错 C.晶界 D.缩孔 6. 在立方晶系中,指数相同的晶面和晶向(B) A.相互平行 B.相互垂直 C.相互重叠 D.毫无关联 7. 在面心立方晶格中,原子密度最大的晶面是(C) A.(100) B.(110) C.(111) D.(122) 二、是非题

1. 金属或合金中,凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分称为相。 是

2. 在体心立方晶格中，原子排列最密的方向[111]垂直于原子排列最密的晶面（110）。 非

（指数相同才会相

互垂直）

3. 单晶体具有各向同性，多晶体具有各向异性。 非（晶体具有各向异性，非晶体具有各向同性）

4．晶体的配位数越大，其致密度也越高。 是 三、填空题

1. 一切固态物质可以分为（晶体 ）与（非晶体）两大类。 2. 晶体缺陷主要可分为（点缺陷）,（线缺陷）和面缺陷三类。 3. 晶体缺陷中的点缺陷除了置换原子还有（间隙原子）和（空位）。

4. 面缺陷主要指的是（晶界）和（亚晶界）；最常见的线缺陷有（刃型位错）和（螺型位错）。 5. 每个面心立方晶胞在晶核中实际含有（ 4）原子，致密度为（ 0.74），原子半径为（2?a/4）。

6. 每个体心立方晶胞在晶核中实际含有（ 2）原子，致密度为（ 0.68），原子半径为（3?a/4）。

7. 每个密排六方晶胞在晶核中实际含有（ 6）原子，致密度为（ 0.74），原子半径为（ a/2 ）。

四、解释下列现象

1. 金属一般都是良导体，而非金属一般为绝缘体。 2．实际金属都是多晶体结构。

第3章 材料的凝固 A 纯金属的结晶 一、 是非题

1. 物质从液体状态转变为固体状态的过程称为结晶。 非(称为凝固) 2. 金属结晶后晶体结构不再发生变化。 非

3. 在金属的结晶中，随着过冷度的增大，晶核的形核率N和长大率G都增大，在N/G增大的情况下晶粒细化。 是

4. 液态金属结晶时的冷却速度越快，过冷度就越大，形核率和长大率都增大，故晶粒就粗大。非（晶粒都会细化）

5. 液态金属冷却到结晶温度时，液态金属中立即就有固态金属结晶出来。非（要到理论结晶温度以下才会有） 二、 填空题

1.随着过冷度的增大，晶核形核率N（增大），长大率G（增大）。

2.细化晶粒的主要方法有（a、控制过冷度 b、变质处理 c、振动、搅拌）。 3.纯铁在1200℃时晶体结构为（γ-Fe），在800℃时晶体结构为（α-Fe）。 三、改正题

1.金属的同素异构转变同样是通过金属原子的重新排列来完成的，故称其为再结晶。 2.在一般情况下，金属结晶后晶粒越细小，则其强度越好，而塑性和韧性越差。 将差改成好 四、简答题

1.影响金属结晶过程的主要因素是什么？ 答：晶核形核率和长大率

2.何谓金属的同素异构转变？并以纯铁来说明。

答：有些物质在固态下其晶格类型会随温度变化而发生变化，这种现象称为同素异构转变。

纯铁在固态下的冷却过程中有两次晶体结构变化：?-Fe ? ?-Fe ? ?-Fe ?-Fe、γ-Fe、α-Fe是铁在不同温度下的同素异构体，其中?-Fe和α-Fe都是体心立方晶格，分别存在于熔点到1394℃之间及912℃以下，γ-Fe是面心立方晶格，存在于1394℃到912℃之间。

3.试述晶粒大小对其机械性能有何影响？

答：常温下，晶粒越细，晶界面积越大，因而金属强度、硬度越高，同时塑性、韧性越好。 高温下，晶界呈黏滞状态，在外力作用下易产生滑动和迁移，因而细晶粒无益，但晶粒太粗，易产生应力集中。因而高温下晶粒过粗、过细都不好。

B 合金的结晶

一、 填空题

1. 根据溶质原子在溶剂晶格中分布情况的不同，可将固溶体分为（置换固溶体）和（间隙固溶体）。

2. 相是指合金中（成分相同）与（结构相同）均匀一致的组成部分。

3. 合金的晶体结构大致可以有三种类型：（固溶体），金属化合物和（ ）。 4. 组成合金的（最简单），（最基本），（能够独立存在）的物质称为组元。

5．两种元素组成固溶体，则固溶体的晶体结构（与组成元素之一的晶体结构相同）。 二、改正题

1.合金中各组成元素的原子按一定比例相互作用而生成的一种新的具有金属特性的物质称为固溶体。 将固溶体改成金属化合物

2.合金元素在固态下彼此相互溶解或部分地溶解，而形成成分和性能均匀的固态合金称为金属化合物。 将金属化合物改成固溶体 3.固溶体的强度和硬度比溶剂金属的强度和硬度高。

4.间隙固溶体和置换固溶体均可形成无限固溶体。间隙固溶体可形成有限固溶体，置换固溶体可形成无限固溶体 三 、简答题

1.试述金属中固溶体与金属化合物的机械性能有何特点。

答：固溶体的强度、硬度高，塑性、韧性低；金属化合物具有较高的熔点、硬度和较大的脆性。

2.合金中固溶体和金属化合物的晶体结构有何不同？

C 铁碳合金相图 一、选择题

1. 铁素体是碳溶解在（A ）中所形成的间隙固溶体。 A．α-Fe B．γ-Fe C．δ-Fe D．β-Fe 2.奥氏体是碳溶解在（ B）中所形成的间隙固溶体。 A．α-Fe B．γ-Fe C．δ-Fe D．β-Fe 3.渗碳体是一种（C）。

A．稳定化合物 B．不稳定化合物 C．介稳定化合物 D．易转变化合物 4.在Fe-Fe3C相图中，钢与铁的分界点的含碳量为（C）。 A．2％ B．2.06％ C．2.11％ D．2.2％ 5.莱氏体是一种（C）。

A．固溶体B．金属化合物 C．机械混合物 D．单相组织金属 6.在Fe-Fe3C相图中，ES线也称为（D）。 A．共晶线 B．共析线 C．A3线 D．Acm线 7.在Fe-Fe3C相图中，GS线也称为（C）。 A．共晶线 B．共析线 C．A3线 D．Acm线 8. 在Fe-Fe3C相图中，共析线也称为（A）。

A．A1线 B．ECF线 C．Acm线 D．PSK线 9.珠光体是一种（C）。

A．固溶体 B．金属化合物 C．机械混合物 D．单相组织金属

10.在铁－碳合金中，当含碳量超过（B）以后，钢的硬度虽然在继续增加，但强度却在明显下降。

A．0.8％ B．0.9％ C．1.0％ D．1.1％

11.通常铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成，其晶粒区从表面到中心的排列顺序为（A）。 A．细晶粒区－柱状晶粒区－等轴晶粒区 B．细晶粒区－等轴晶粒区－柱状晶粒区 C．等轴晶粒区－细晶粒区－柱状晶粒区 D．等轴晶粒区－柱状晶粒区－细晶粒区 12.在Fe-Fe3C相图中，PSK线也称为（B）。 A．共晶线 B．共析线 C．A3线 D．Acm线 13.Fe-Fe3C相图中，共析线的温度为（D）。 A．724℃ B．725℃ C．726℃ D．727℃ 14.在铁碳合金中，共析钢的含碳量为（B）。 A．0.67％ B．0.77％ C．0.8％ D．0.87％ 二、填空题

1. 珠光体是（铁素体）和（渗碳体）混合在一起形成的机械混合物。 2. 碳溶解在（α-Fe）中所形成的（固溶体）称为铁素体。

3. 在Fe-Fe3C相图中，共晶点的含碳量为（4.3% ），共析点的含碳量为（ 0.77% ）。 4. 低温莱氏体是（ 珠光体 ）和（共晶渗碳体 ）组成的机械混合物。 5. 高温莱氏体是（共晶奥氏体 ）和（工晶渗碳体 ）组成的机械混合物。

6. 铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成，即（ 表层细晶区 ），（柱状晶区 ）和心部等轴晶粒区。

7. 在Fe-Fe3C相图中，共晶转变温度是（ 1148℃），共析转变温度是（ 727℃ ）。 三、改正题

1. 在Fe-Fe3C相图中,GS斜线表示由奥氏体析出二次渗碳体的开始线，称为A3线。冷却时铁素体从奥氏体中析出开始、加热时铁素体向奥氏体转变终了的温度线

2. 在铁碳合金相图中，PSK线是一条水平线（727℃），该线叫共晶线，通称A1线。 3. 过共析钢缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体和二次渗碳体组成。珠光体 4. 珠光体是由奥氏体和渗碳体所形成的机械混合物，其平均含碳量为0.77%。铁素体 5. 亚共晶白口铁缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体，二次渗碳体和莱氏体组成。珠光体 6. 在亚共析钢平衡组织中，随含碳量的增加，则珠光体量增加，而二次渗碳体量在减少。含碳量在0.0218%～0.77%范围内增加

7. 过共晶白口铁缓冷到室温时，其平衡组织由珠光体和莱氏体组成。一次渗碳体和低温莱氏体

8. 在铁碳合金相图中，钢的部分随含碳量的增加，内部组织发生变化，则其塑性和韧性指标随之提高。下降

9. 在铁碳合金相图中，奥氏体在1148℃时，溶碳能力可达4.3%。2.11%

答：球化退火的目的在于降低硬度，改善切削加工性能，并为后续热处理作组织准备。 主要用于共析钢和过共析钢。

12.用10钢制作一要求耐磨的小轴(直径为20 mm),其工艺路线为:下料---锻造---正火---机加工---渗碳---淬火---低温回火---磨加工。说明各热处理工序的目的及使用状态下的组织。

答：正火是为了调整工件硬度，便于切削加工，同时可以细化晶粒，为淬火作准备，还可以消除残余内应力；

渗碳可以提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，同时可以保持心部良好的韧性和塑性； 淬火是为了提高钢的力学性能；

低温回火则可以保持淬火后高硬度、高耐磨性的同时，降低内应力，提高韧性。

第6章 工业用钢 一、选择题

1. 欲要提高18－8型铬镍不锈钢的强度，主要是通过（B ）。

A．时效强化方法 B．固溶强化方法 C．冷加工硬化方法 D．马氏体强化方法 2.20CrMnTi钢根据其组织和机械性能，在工业上主要作为一种（ A）使用。 A．合金渗碳钢 B．合金弹簧钢 C．合金调质钢 D．滚动轴承钢

3.大多数合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用，其中细化晶粒作用最为显著的有（C ）。

A．Mn,P B．Mn,Ti C．Ti,V D．V,P

4.除（A ）元素外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。 A．Co B．Cr C．Mn D．Ti 5.优质钢的含硫量应控制在下列（ C）范围内。

A．0.06％～0.05％ B．0.05％～0.035％ C．0.035％～0.02％ D．0.02％～0.015％ 6.优质钢的含磷量应控制在下列（ C）范围内。

A．0.055％～0.045％ B．0.045％～0.035％ C．0.035％～0.03％ D．0.03％～0.02％ 二、是非题

1.合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用。×

2.优质碳素结构钢的牌号用两位数字来表示，如45钢，该数字表示钢的1/10最低抗拉强度值。×

3.碳素工具钢的牌号，如T8，T12，该数字表示钢的最低冲击韧性值。× 4.钢中的含硫量增加，其钢的热脆性增加。√ 5.钢中的含磷量增加，其钢的热脆性增加。× 三、填空题

1.高速工具钢经高温淬火加多次回火后，具有很高的（强度、硬度）和较好的（ 塑性、韧性）。

2.不锈钢按其金相显微组织不同，常用的有以下三类：（ 马氏体不锈钢），（铁素体不锈钢），奥氏体型不锈钢。

四、改正题

1.高锰钢加热到1000-1100℃,淬火后可获得单相马氏体组织。 过饱和单相奥氏体 2.1Cr18Ni9钢是一种马氏体不锈钢。 奥氏体 3.5CrNiMo钢是合金结构钢。 热锻模钢 4.40Cr钢是合金渗碳钢。 调质钢 5.20CrMnTi钢是合金调质钢。 渗碳钢 6.GCr15是专用的合金工具钢。 滚动轴承钢 7.1Cr13钢是奥氏体不锈钢。 马氏体 8.W18Cr4V钢是不锈钢。 高速工具钢 五、简答题

1.指出下列牌号是哪种钢？其含碳量约多少？ 20、9siCr、40Cr、5CrMnMo 牌号 20 9siCr 40Cr 5CrMnMo W18Cr4V、5CrNiMo 牌号 W18Cr4V 5CrNiMo

3.指出下列牌号是哪类钢？其含碳量约多少？ T9A、GCr15、30、20Cr 牌号 T9A GCr15 30 20Cr 4.合金元素在钢中主要作用有哪些？ 1、对钢中基本相的影响：

A、溶于铁素体，起固化作用（Si、Mn的固溶强化效果最明显）

B、形成碳化物（合金元素与碳的亲和力从小到大的顺序为：Zr、Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe）。

2、对铁碳相图的影响：

A、对奥氏体相区的影响（扩大奥氏体相区的元素：Ni、Co、Mn、N等，缩小奥氏体相区的元素:Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等）

类型 高级优质碳素工具钢 滚动轴承钢 碳素结构钢 渗碳钢 含碳量 0.9% 0.95～1.05% 0.3% 0.2% 名称 高速工具钢 热锻模钢 用途 用于制造高速切削工具 用于大型热锻模 类型 碳素结构钢 合金工具钢 低淬性调质钢 模具钢 含碳量 0.2% 0.9% 0.4% 0.5% 2.试说明下列合金钢的名称及其主要用途。

B、对S点和E点位置的影响（几乎所有合金元素都使S点和E点左移，使这两点的含碳量下降）。

3、对钢中相变过程的影响：

A、对钢加热时奥氏体化过程的影响：对形成速度的影响（除Ni、Co外的大多数合金元素都减缓钢的奥氏体化过程）；对晶粒长大倾向的影响（Mn、P促进奥氏体长大） B、对钢冷却时过冷奥氏体转变过程的影响：对C曲线和淬透性德尔影响（除Co外凡溶于奥氏体的合金元素均使C曲线右移，淬透性提高）；对Ms、Mf点的影响（除Co、Al外所有溶于奥氏体的合金元素都使这两点下降，使钢在淬火后的残余奥氏体量增加）

C、对淬火钢回火转变过程的影响：提高耐火性;产生二次硬化；防止第二类回火脆性（W、Mo）。

5.试说明下列牌号的名称。

1Cr18Ni9、2Cr13、ZGMn13-1、4Cr9si12 牌号 1Cr18Ni9 2Cr13 ZGMn13-1 4Cr9si12

第13章 零部件的失效与选材 填空题

1 零部件失效的主要方式有（ ）（ ）（ ）（ ）等。 2 造成零部件失效的原因主要有（ ）（ ）（ ）（ ）等。 3 零部件选材的基本原则是（ ）（ ）（ ）。 二、选择题

1 现有下列材料：Q235、42CrMo、T8、W18Cr4V、HT200、60Si2Mn、20CrMnTi、ZG45 请按用途选材：

机床床身（ ）、汽车板弹簧（ ）、承受重载、大冲击载荷的机动车传动齿轮（ ）、高速切削刀具（ ）大功率柴油机曲轴（大截面、传动大扭矩、大冲击、轴颈处要耐磨）（ ）。

2 机械零部件约80%以上的断裂失效是由（ ）。 A. 疲劳引起B. 磨损引起C. 超载引起D. 蠕变引起 三、判断题

1 武汉长江大桥用Q235钢制造，而南京长江大桥用16Mn制造，虽然16Mn比Q235价格高，但采用16Mn钢是正确的。（ ）

2 用45钢制造φ30和φ80两根轴，都经调质处理后使用，轴的表面组织都是S回，因此这两根轴的许用设计应力相同。（ ）

3 载重汽车变速箱齿轮选用20CrMnTi钢制造，其工艺路线为：下料——锻造——渗碳——

名称 奥氏体不锈钢 马氏体不锈钢 高锰钢 马氏体耐热钢 预冷淬火——低温回火——机加工——正火——喷丸——磨齿。（ ）

4 普通机床变速箱齿轮选用45钢制造，其工艺路线为：下料——锻造——正火——粗机加工——调质——精机加工——高频表面淬火——低温回火——精磨。（ ）

工程材料试题

一、名词解释题（每题3分，共30分）

1、金属化合物；与组成元素晶体结构均不相同的固相

2、固溶强化；随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。 3、 铁素体；碳在a-Fe中的固溶体

4、加工硬化；随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。

5、球化退火；将工件加热到Ac1以上30——50摄氏度保温一定时间后随炉缓慢冷却至600摄氏度后出炉空冷。 6、金属键；金属离子与自由电子之间的较强作用就叫做金属键。 7、再结晶；冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程.

8、枝晶偏析；在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象。

9、正火；是将工件加热至Ac3或Accm以上30~50℃,保温一段时间后,从炉中取出在空气中冷却的金属热处理工艺。 10、固溶体。合金在固态时组元间会相互溶解，形成一种在某一组元晶格中包含有其他组元的新相，这种新相称为固溶体

二、简答题（每题8分，共48分）

1、金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？《P16》

l 结晶的基本过程——晶核形成与晶核长大

结晶时的冷却速度（即过冷度）随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快，同时液体金属中难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率 2、手锯锯条、普通螺钉、车床主轴分别用何种碳钢制造？

手锯锯条：它要求有较高的硬度和耐磨性，因此用碳素工具钢制造。如T9,T9A,T10,T10A,T11,T11A 普通螺钉：它要保证有一定的机械性能，用普通碳素结构钢制造，如Q195,Q215,Q235 车床主轴：它要求有较高的综合机械性能，用优质碳素结构钢，如30，35，40，45，50 3、金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？

《1》晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性，如纵向的强度和塑性远大于横向等。《2》晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化，即随着变形量的增加，强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降，《3》织构现象的产生，即随着变形的发生不仅金属中晶粒会被破碎拉长，而且各晶粒的晶格位向也会沿着变形的方向同时发生转动，转动结果金属中每个晶粒的晶格位向趋于大体一致，产生织构现象，《4》冷压力加工过程中由于材料各部分的变形不均匀或晶粒内各部分和各晶粒间的变形不均匀，金属内部会形成残余的内应力，这在一般情况下都是不利的，会引起零件尺寸不稳定。

4、固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？

在结构上：固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而金属间化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它

是以分子式来表示其组成。

在性能上：形成固溶体和金属件化合物都能强化合金，但固溶体的强度，硬度比金属间化合物低，塑性，韧性比金属间化合物好，也就是固溶体有更好的综合机械性能。 5、实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？

如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格畸变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。 6、比较退火的状态下的45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性的高低，简述原因。 三、综合分析题（共22分）

1、（12分）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的冷却速度至室温。试问： （1）哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大？

因为860摄氏度加热温度高，加热时形成的奥氏体晶粒粗大，冷却后得到的马氏体晶粒叫粗大 （2）哪个温度加热淬火后马氏体含碳量较多？

因为加热温度860已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，奥氏体中含碳量增加，而奥氏体向马氏体转变是非扩散型转变，所以冷却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？

因为加热温度860已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，使奥氏体中含碳量增加，降低钢的Ms和Mf点，卒火后残余奥氏体增多。

（4）哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少？

因为加热温度860已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，因为加热卒火后未溶碳化物较少 （5）你认为哪个温度加热淬火后合适？为什么？

780加热卒火后合适。因为含碳量为1.2%的碳钢属于过共析钢，过共析碳钢卒火加热温度Ac1

+(30_50摄氏度)，而780在这个温度范围内，这时卒火后的组织为均匀而细小的马氏体和颗粒状渗碳体及残余奥氏体的混合组织，使钢具有高的强度，硬度和耐磨性，而且也具有较高的韧性。

2、（10分）说明45钢试样（Φ10mm）经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：700℃，760℃，840℃，1100℃。

700：因为它没有达到相变温度，因此没有发生相变，组织为铁素体和珠光体。 760：它的加热温度在Ac1_Ac3之间，因此组织为铁素体，马氏体和少量残余奥氏体。

840：它的加热温度在Ac3以上，加热时全部转变为奥氏体，冷却后的组织为马氏体和少量残余奥氏体。 1100：因为它的加热温度过高，加热时奥氏体晶粒粗化，卒火后得到粗片状马氏体和少量残余奥氏体

齿轮：20CrMnTi渗碳钢；C%=0.2%,Cr,Mn,Ti<1.5%；渗碳＋淬火＋低温回火；组织为回火马氏体。（3分）

连杆：40Cr调质钢；C%=0.4%,Cr<1.5%；调质处理（淬火＋高温回火）；组织为回火索氏体。（2分） 弹簧：65Mn弹簧钢；C%=0.65%,Mn<1.5%；淬火＋中温回火；组织为回火托氏体。（2分） 冷冲压模具：Cr12MoV冷变形模具钢；C%>1%,Cr=12%,Mo,V<1.5%；淬火＋低温回火；组织为回火马氏体。（2分）

滚动轴承：GCr15Mo轴承钢；C%＝1%,Cr=1.5%,Mo<1.5%；球化退火＋淬火＋低温回火；组织为回火马氏体。（2分）

车刀：W6Mo5Cr4V2高速钢；W%=6%,Mo%=5%,Cr%=4%,V%=2%；淬火＋560℃三次回火；组织为回火马氏体＋碳化物。（3分）

锉刀：T10碳素工具钢；C%＝1%；淬火＋低温回火；组织为回火马氏体＋碳化物。（2分）

热锻模具：5CrMnMo热变形模具钢；C%=0.5%,Cr,Mn,Mo<1.5%；淬火＋高温回火；组织为回火索氏体。（2分）

机床床身：HT300灰口铁；无需热处理。（2分）

2007年本科工程材料试题标准答案

一、分析题 （分析下列材料强化方法的主要机理）（25分）

1、细晶强化： 金属组织中晶界大量增加 2、弥散强化： 金属组织中第二相细小均匀分布 3、固溶强化：固溶体的晶格畸变

4、二次硬化：包括二次淬火（过冷奥氏体转变成马氏体）和二次相析出（过冷奥氏体和马氏体中析出弥散碳化物）使得材料回火后硬度提高。

5、加工硬化：位错数量急剧增加使得材料强度硬度提高 二、填空题(25分)

1、 马氏体是碳在α-Fe过饱和固溶体，其形态主要有板条状、针片状 。

其中， 针片状马氏体硬度高、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 ，

W的主要作用 提高红硬性 ，Cr的主要作用提高淬透性 ，V的主要作用提高硬度和韧性。 3、材料选择的三个主要原则使用性原则， 工艺性原则，经济性原则。

4、合金结构钢与碳素结构钢相比，其突出优点是淬透性好，强度高 。

5. 在工程图学中,零件的力学性能通常用硬度表示。HBS测量范围是≤450HBS ，HBW测量范围是≤650HBW ，HRC测量范围是 20－67HRC 。

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 回火马氏体 ，

回火托氏体 ，回火索氏体 。

7. 钢在淬火时，钢的淬硬性取决于 碳的质量分数 ，转钢的淬透性取决于合金元素的含量 。 8. 45钢正火后渗碳体呈片状，调质处理后渗碳体呈 粒状。 三、简答题（10分）

由T12材料制成的丝锥，硬度要求为HRC60～64。生产中混入了Q235钢料，如果按T12钢进行淬火＋低温回火处理，问其中Q235钢制成的丝锥的性能能否达到要求？为什么？ 不能达到要求。

Q235属于普通碳素结构钢，碳的质量分数很低，一般在0、1－0、17％C，按照T12淬火温度淬火（760－780℃），钢中只有少量珠光体转变成马氏体，大量铁素体未发生转变。因此淬火后的硬度很低，不能使用。

四、下面材料所属类别，常用热处理工艺和应用实例(15分)

材料排号 类别 典型热处理工艺 应用举例

QT600 球墨铸铁 等温淬火 ＋高温回火 曲轴 ，齿轮箱 1Cr18Ni9Ti 不锈钢 固溶处理 耐蚀罐体，炉条 5CrMnMo 热作模具钢 淬火＋中温回火 热锻模 热挤压模 65Mn 碳素钢 淬火＋中温回火 弹簧 发条

GCr15 滚动轴承钢 淬火＋低温回火 滚珠 套圈 五、分析题（25分）

车床主轴要求轴颈部位硬度为54—58HRC，其余地方为20—25HRC，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，去除应力，细化晶粒 3、调质目的和大致热处理工艺

获得回火索氏体，实现强度、硬度、塑性、韧性良好配合。

加热 820－840℃，保温一段时间，淬入盐水中，随后加热到600℃回火1－1、5小 时出炉空冷。

4、表面淬火目的

提高轴颈表面硬度，提高耐磨性。 5、低温回火目的及工艺

消除主轴高频淬火应力和脆性。

一般再回火炉中加热到150－180℃，保温1－2小时出炉空冷。

工程材料试题答案

一、 （15分）名词解释（每小题3分）

1. 过冷度 2.正火 3.奥氏体 4.热加工 5.调质处理 答案：

1.过冷度 —理论结晶温度与实际结晶温度之差

2. 正火 — 将钢件加热到Ac3或Accm以上30-50℃，保温适当时间后在静止的空气中冷却的热处理工

艺，称为正火。

3. 奥氏体 — 碳固溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用γ或A表示。 4. 热加工 — 高于再结晶温度的塑性变形。

5. 调质处理 — 将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。

对于上述名词解释,如学生用自己的语言回答,考虑其对概念或名词含义理解程度酌情给分。 二、 利用铁碳相图回答下列问题（15分） （1）

写出Fe-Fe3C相图上①-⑥区的组织组成物，标明A，E，C，S，P，K各点的含碳量。

①区：___F+P_____ ②区：_____P___③区： P+Fe3CⅡ__ ④区：P+ Fe3CⅡ+Ld` ⑤区：_ Ld`____⑥区：_Fe3CⅠ+Ld` A点：______0_____ E点：___2.14%___ C点：___4.3%__ S点：_____0.8%___ P点：___0.02%__ K点：__6.69%_ （2） （3）

计算室温下含碳0.6%的钢中珠光体和铁素体各占多少？

说明含碳量1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢的硬度高。

（2）（5分）

由杠杆定律得：

答：(1) 空格中斜体部分为答案。（6分，每空格0.5分）

室温下含碳0.6%的钢中珠光体为：（0.6-0.02）/（0.8-0.02）*100%=74.4％ 室温下含碳0.6%的钢中铁素体为：100%-74.4%=25.6%

（3）含碳量1.0%的钢中含有硬度高的渗碳体，而含碳量为0.5%的含有较硬度较低的铁素体，故含碳量1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢的硬度高。（4分） 三、简答（24分）（每小题4分）

1.在铸造生产中，采用哪些措施获得细晶粒组织？ 2.说明实际金属晶体缺陷种类及特征。

3.石墨的形态对铸铁都有哪些影响？ 4.常见的热处理方法有哪些？

5.什么是铝合金的固溶处理和时效处理。

6.回火的目的是什么，常用的回火操作有哪几种？ 答案：

1.在铸造生产中，采用哪些措施获得细晶粒组织？ 答：(1) 增加过冷度（2）进行变质处理 (3) 附加振动 2.说明实际金属晶体缺陷种类及特征。

答：根据晶体缺陷的几何尺寸大小可分为三类：点缺陷，线缺陷，面缺陷。点缺陷的主要类型有空位和间隙原子。晶体中的线缺陷就是位错。面缺陷包括晶界、亚晶界和孪晶界。

2. 简述石墨形态对铸铁的影响？

答：根据铸铁中石墨形态,铸铁可分为: (1)灰铸铁它是以片状石墨形式存在。(2)球墨铸铁它是铁液经过球化处理,使石墨呈球状的铸铁。(3)可锻铸铁它是白口铸铁通过可锻化退火,使石墨呈团絮状的铸铁

灰铸铁的抗拉强度和塑性就越低。球墨铸铁中石墨呈球状使球墨铸铁的抗拉强度、塑性和韧性、疲劳强度不仅高于其它铸铁,而且可以与相应组织的铸钢相比。可锻铸铁的石墨呈团絮状，因此它不但比普通灰铸铁具有较高强度，而且有较高的塑性和韧性。 4.常见的热处理方法有哪些？

答：退火、正火、淬火、回火、表面热处理、化学热处理。 5.什么是铝合金的固溶处理和时效处理。

答：当铝合金加热到α相区,保温后在水中快冷,其强度和硬度并没有明显升高,而塑性却得到改善,这种热处理称为固溶处理。固溶处理后铝合金的强度和硬度随时间而发生显著提高的现象,称为时效处理。 6.回火的目的是什么，常用的回火操作有哪几种？

答：回火的目的：1 获得工件所需的组织。2 稳定尺寸。3消除淬火内应力。 回火的种类：低温回火；中温回火；高温回火

对于上述简答,如学生用自己的语言回答,考虑其对含义理解程度酌情给分。 四、指出下列金属材料的类别（12分） （每空格0.5分） (1)H68 黄铜 不锈钢 优质碳素结构钢 可锻铸铁 优质碳素结构钢 锡青铜 碳素工具钢 优质碳素结构钢 (2)W18Cr4V 高速钢 滚动轴承钢 灰口铸铁 优质碳素工具钢 轴承合金 铝青铜 易切削钢 低合金结构钢 (3)Q235-A.F 普通碳钢 球墨铸铁 合金弹簧钢 合金调质钢 普通碳钢 优质碳素结构钢 灰口铸铁 合金渗碳钢 (4)1Cr18Ni9Ti (5)GCr15 (6)QT600-02 (7)45 (8)HT200 (9)55Si2Mn (10)KTH350-06 (11)T10A (12)40Cr (13)20 (14)ChSnSb11-6 (15)Q235C (16)QSn4-3 (17)QAl7 (17)08 (19)T12 (20)Y30 (21)HT150 (22)35 (23)16Mn (24)20Cr 答案：表格中斜体部分为答案, 上述填空如果按大类回答酌情给分。 五、综合应用题（14分）（每小题7分）

(1) 某机床主轴选用45钢锻造毛坯,要求有良好的综合机械性能且轴径部分要耐磨(HRC 50-55),试为其编写简明的工艺路线，并说明各热处理工序的作用。

(2) 一批45钢小轴因组织不均匀，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℃，经长时间保温后随炉冷至室温； ② 缓慢加热至840℃，经长时间保温后随炉冷至室温； ③ 缓慢加热至1100℃，经长时间保温后随炉冷至室温；

试说明上述三种工艺会导致小轴组织发生何变化？若要得到大小均匀的细小晶粒，选何种工艺最合适？ 答案：

(1) 主轴的工艺路线：

下料→锻造→正火→粗加工→调质→半精、精加工→表面淬火、低温回火→精加工。 正火处理是为了得到合适的硬度，以便机械加工，同时为调质处理做好组织准备。

调质处理是为了使主轴得到高的综合机械性能和疲劳强度，为了更好地发挥调质效果，将它安排在粗加工后进行。

表面淬火是为了使轴径部分得到所需硬度，以保证装配精度和不易磨损。 (2)

① 缓慢加热至700℃，经长时间保温后随炉冷至室温，小轴的组织无变化。

② 缓慢加热至840℃，经长时间保温后随炉冷至室温，小轴的晶粒得到细化且比较均匀。

③ 缓慢加热至1100℃，经长时间保温后随炉冷至室温，由于加热温度高、加热时间长，会使奥氏体晶粒粗化。

所以，为了要得到大小均匀的细小晶粒，选用第二种方法，即缓慢加热至840℃，经长时间保温后随炉冷至室温。

2007 —2008 学年第2学期工程材料课程期末考试试卷（A卷）答案 本试卷共 六 道大题，满分100 分。 一、

填空题（本大题20分，每空1分）

1、共晶转变和共析转变的产物都属于 两 相混合物。

2、塑性变形后的金属经加热将发生回复、 再结晶 、晶粒长大的变化。 3、共析钢的含碳量为 0.77％ 。

4、Q235钢的含义是为 屈服点数值（屈服强度）为235MPa的碳素结构钢 。 5、单晶体塑性变形中滑移的实质是 在切应力作用下，位错沿滑移面的运动 。 6、体心立方晶格的致密度为 68％ 。

7、根据钢的成分、退火的工艺与目的不同，退火常分为 完全退火 、 等温退火 、 均匀化退火 、 球化退火 、 去应力退火 等几种。

8、钢在奥氏体化后，冷却的方式通常有 等温冷却 和 连续冷却 两种。 9、在铁碳合金的室温平衡组织中，强度最高的合金含碳量约为 0.9 %。

10、工具钢按用途可分为 刃具钢 钢、 模具钢 钢、 量具钢 钢。 11、常用测定硬度的方法有 布氏硬度 、 洛氏硬度 和 维氏硬度 测试法。 二、判断题（本大题10分，每小题1分） （在括号里正确的划“√”，错误的划“×”）

1、单晶体具有各向同性，多晶体具有各向异性。 （ × ） 2、物质从液体状态转变为固体状态的过程称为结晶。 （ √ ） 3、共晶转变是在恒温下进行的。 （ √ ） 4、铁素体是碳溶解在γ-Fe中所形成的间隙固溶体。 （ × ） 5、热处理选用的钢一般为本质细晶粒钢。 （ √ ） 7、弹簧在热处理后再进行喷丸处理，目的是在表面形成残余压应力。 （ √ ）8、熔点为232℃的锡在室温下的塑性变形是冷加工。 （ × ）

得分： 6、热处理的加热，其目的是使钢件获得表层和心部温度均匀一致。 （ × ）

9、金属结晶时，冷却速度愈大，则结晶后金属的晶粒愈粗大。 （ × ） 10、铸铁经过热处理，改变了基体和石墨形态，从而提高了性能。 （ × ）

三、单选题（本大题20分，每小题1分） （不选、错选或多选答案者，该小题不得分)

1、在晶体缺陷中，属于面缺陷的有 。 （ ③） ①间隙原子 ②位错 ③晶界

2、建立相图时采用的冷却速度应为 。 （③） ①快速 ②中速 ③极缓慢

3、在发生共晶转变L→α+β时，L、α、β三相的成分为 。 （②） ①相同 ②确定不变 ③不断变化

4、对板料进行多次拉伸时，为了消除形变强化，中途应进行 。 （②） ①完全退火 ②再结晶退火 ③正火

5、正火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是 。 （③） ①随炉冷却 ② 在油中冷却 ③在空气中冷却

6、合金固溶强化的基本原因是 。 （②）

①晶粒变细 ②晶格发生畸变 ③晶格类型发生了改变

7、大多数合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用，其中细化晶粒作用最为显著的有 。 （③）

①Mn,P ②Mn,Ti ③Ti,V 8

、

分

级

淬

火

的

目

的

是

。

（②）

①使工件在介质停留期间完成组织转变

②使工件内外温差较为均匀并减小工件与介质间的温差 ③使奥氏体成分趋于均匀

9、一个合金的室温组织为α+二次β+(α+β)，它由 组成。 （①)

①二相 ②三相 ③四相 10

、

制

造

普

通

螺

母

的

钢

应

选

用

（①）

①Q235 ②65Mn ③T12 11（②）

①强度和硬度不高，塑性良好 ②硬度高，极脆，塑性几乎等于零 ③强度较高，硬度适中，有一定的塑性

12、一个理想的淬火冷却介质应具有的冷却特性是 。 （②）

①在约550℃以上高温区冷速应尽可能缓慢，在低于约250℃的低温区应具有足够快的冷速 ②在约550℃以上高温区冷速应具有足够快的冷速，在低于约250℃的低温区应尽可能缓慢 ③从高温至低温一直保持足够快的冷却速度

、

渗

碳

体

的

性

能

特

点

是

。

。

13、将变形金属加热发生再结晶转变时 。

（②）

①只有晶格类型发生变化 ②只有晶粒大小、形状发生变化

③晶格类型、晶粒大小、形状都发生变化

14、挖掘机铲齿、坦克和拖拉机履带宜采用 （ ③）

①可锻铸铁 ②球墨铸铁 ③高锰钢ZGMn13

15、除 元素外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。 （①）

① Co ② Cr ③ Mn 16

、

属

于

体

心

立

方

晶

格

的

金

属

有

（②）

①α-Fe、铝 ②α-Fe、铬 ③γ-Fe、铝 17

、

每

个

体

心

立

方

晶

胞

中

包

含

有

个

原

子

（②）

①1 ②2 ③3

18、在以下晶体中，滑移系数目最多的晶格类型是 。 (② )

①密排六方 ②体心立方 ③简单立方 19、欲要提高（③）

①时效强化方法 ②固溶强化方法 ③冷加工硬化方法 20

、

在

Fe-Fe3C

相

图

中

，

共

析

线

也

称

为

（①）

① A1线 ② ECF线 ③ Acm线

四、简答题（共25分） 1、奥氏体形成的四个步骤是什么？（4分） 答：（1）奥氏体晶核的形成；（1分）

（2）奥氏体晶核的长大；（1分） （3）残余渗碳体的溶解；（1分） （4）奥氏体成分的均匀化。（1分）

2、按回火温度高低，回火可分为哪几类？主要的温度区间、回火后的得到的组织、性能和用途是什么？（6分）

答：⑴、低温回火(150～250℃)回火后的组织为回火马氏体。这种回火主要保持钢在淬后所得到的高强度、硬度和耐磨性（1分）。在生产中低温回火被广泛应用于工具、量具、滚动轴承、渗碳工件以及表面淬火工件等。（1分）

⑵、中温回火(350～500℃)回火后的组织为回火屈氏体。经中温回火后，工件的内应力基本消除，其力学性能特点是具有极高的弹性极限和良好的韧性（1分）。中温回火主要用于各种弹簧零件及热锻模具的处理。（1分）

⑶、高温回火(500～650℃)高温回火后的组织是回火索氏体。钢的强度、塑性和韧性具有良好的配合，即具有较高的综合机械性能（1分）。因而，调质处理被广泛应用于中碳结构钢和低合金经构钢制造的各种重要的结构零件，特别是在交变载荷下工作的连杆、螺栓以及轴类等。（1分） 3、高分子材料的主要性能特点是什么？（6分）

答：高分子材料性能特点：具有高弹性和粘弹性；（1分）

18－8

。

。

。

型铬镍不锈钢的强度，主要是通过 。

。

强度低，比强度高；（1分） 耐磨、减磨性能好；（1分） 绝缘、绝热、绝声；（1分） 耐热性不高，耐蚀性能好；（1分） 存在老化问题。（1分）

4、提高金属耐蚀性的途径是什么？不锈钢中最主要的合金元素是哪一个元素？ （4分） 答：（1）提高金属的电极电位； （1分）

（2）使金属易于钝化，形成致密、完整、稳定的与钢基体结合牢固的钝化膜；（1分） （3）形成单相组织。 （1分） 不锈钢中最主要的合金元素是Cr。 （1分） 5、说明下列符号各是什么指标？各代表什么意思？（5分）

(1) E （2）σ s （3）ψ （4）α k (5)HRC 答：（1）E：弹性模量；刚度指标 （1分） （2）σs：屈服点（强度） ；强度指标 （1分） （3）ψ：断面收缩率； 塑性指标 （1分） （4）αk ：冲击韧度；韧性指标 （1分） （5）HRC：洛氏硬度；硬度指标 （1分）

五、选材题（本大题10分，每空1分）

从下列钢号中选取合适的钢号填入表中，并说明其热处理工艺。 65Mn、20CrMnTi、GCr9、45、Q345

零件名称 汽车变速齿轮 弹簧 滚动轴承 压力容器 机床主轴 钢号 20CrMnTi 65Mn GCr9 Q345 45 热处理 渗碳+淬火+低温回火 淬火+中温回火 球化退火+淬火+低温回火 热轧状态或正火状态 淬火+高温回火 六、作图题(本大题共15分) 试画出Fe-Fe3C相图中钢的部分(包晶部分可省略)(4分)，并完成下列各题： 1、标明各特征点的成分、温度，按相组成填充各相区；(4分) 2、写出共析反应式，分析含碳量为0.4%的钢的平衡结晶过程；(4分)

3、一种合金的显微组织为珠光体占 94% ，二次渗碳体占 6% ，这种合金属于那一类合金 ? 其含碳量为多少 ? (3分)

答：1、如下图 （8分）

2、A0.77?F0.02＋Fe3C （2分）

L L＋δ L＋δ→A L＋A A A＋F A→P F＋P (2分)

3、过共析钢 （1分） w（C）= 6％（6.69％－0.77％）＋0.77％＝1.125％ (2分)

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