工程材料与热加工（习题）

第1章 材料的力学的性能（习题）

一、选择题

1. 表示金属材料屈服强度的符号是（ B ）。

A、

； B、； C、

； D、

；

1. 金属材料在静载荷作用下，抵抗变形和破坏的能力称为( C )。

A、塑性； B、硬度； C、强度； D、弹性；

2. 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、HBS； B、HRC； C、HV； D、HBW； 3. 做疲劳试验时，试样承受的载荷为( B )。

A、静载荷； B、交变载荷； C、冲击载荷； D、动载荷；

二、填空题

1. 材料的力学性能通常是指在载荷作用下材料抵抗（变形）或（断裂）的能力。 2. 金属塑性的指标主要有（断后伸长率）和（断面收缩率）两种。

3. 金属的性能包括（物理）性能、 （化学）性能、 （力学）性能和（工艺）性能。 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（无限次循环应力）作用而（不发生断裂）的最大应力值。 6. 材料的工艺性能包括（铸造性能）、（锻造性能） 、 （焊接性能） 、 （切削加

工性能） 、 （热处理性能）等。

7. 零件的疲劳失效过程可分为（疲劳裂纹产生） 、 （疲劳裂纹扩展） 、 （瞬时断

裂）三个阶段。

三、判断题

1. 拉伸试验可以测定材料的强度、塑性等性能指标，因此材料的力学性能都可以通过

拉伸试验测定。（ × ）

2. 用布氏硬度测试法测量硬度时，压头为钢球，用符号HBS表示。（ × ） 3. 金属材料的力学性能可以理解为金属材料的失效抗力。（ × ）

4. 材料的断裂韧度大于材料的应力场强度因子的，材料的宏观裂纹就会扩展而导致材

料的断裂。（ × ）

四、练习与思考

1. 说明下列符号的意义和单位。

（1）σe；（2）σs或σ2. 在测定强度指标时，σ

0.2

0.2

；（3）σb；（4）δ；（5）ψ；（6）σ

－1

；（7）AK；

和σs有什么不同？

3. 拉伸试样的原标距长度为50 mm，直径为10 mm。试验后，将已断裂的试样对接起来

测量，标距长度为73 mm，颈缩区的最小直径为5.1 mm。试求该材料的延伸率和断面收缩率的值。

4. 材料的弹性模量E的工程含义是什么？它和零件的刚度有何关系？

5. 将6500 N的力施加于直径为10 mm、屈服强度为520 MPa的钢棒上，试计算并说明

钢棒是否会产生塑性变形。 6. 塑性指标在工程上有哪些实际意义？

7. 下列材料或零件采用什么硬度测试法较合适？

（1）锉刀；（2）黄铜轴套；（3）硬质合金刀片；（4）一般淬火钢； 8. 工程材料有哪些物理性能和化学性能？

第2章 金属的晶体结构与结晶（习题）

一、名词解释

晶体、单晶体、多晶体、晶格、晶胞、晶粒、晶界、合金、组元、相、组织、共晶转变

二、如果其它条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小： 1. 金属型铸造与砂型铸造。 2. 高温浇注与低温浇注。 3. 浇注时采用振动与不采用振动。 4. 厚大铸件的表面与心部。

三、问答题

1. 金属中常见的晶体结构有哪几种？

2. 实际晶体的晶体缺陷有哪几种类型？它们对晶体的力学性能有何影响？ 3. 固溶体与化合物有何区别？固溶体的类型有哪几种？ 4. 何谓金属的结晶? 纯金属的结晶是由哪两个基本过程组成的？ 5. 何谓过冷现象和过冷度? 过冷度与冷却速度有何关系？

6. 晶粒大小对金属的力学性能有何影响? 细化晶粒的常用方法有哪几种？ 7. 什么是共晶转变? 共晶转变有何特点？

8. 什么是共析转变？共晶转变与共析转变有何异同？

第3章 铁碳合金相图（习题）

一、名词解释

1. 铁素体；2. 奥氏体；3. 渗碳体；4.珠光体；5. 莱氏体；6. 低温莱氏体；7. 同素异晶转变；8. 铁碳合金状态图；

二、填空题

1. 珠光体是由（F）和（Fe3C）组成的机械混合物(共析组织)。 2. 莱氏体是由（A）和（Fe3C）组成的机械混合物(共晶组织)。

3. 奥氏体在1148℃时碳的质量分数可达(2.11%)，在727℃时碳的质量分数为（0.77%）。 4. 根据室温组织的不同，钢可分为（亚共析）钢、（共析）钢和（过共析）钢。 5. 共析钢的室温组织为（P）；亚共析钢的室温组织为（F+P）；过共析钢的室温组织为

（P+Fe3CII）。

6. 碳的质量分数为（0.77%）的铁碳合金称为共析钢，其奥氏体冷却到S点(727℃)时

会发生（共析）转变，从奥氏体中同时析出（F）和（Fe3C）的混合物，称为（P）。 7. 奥氏体和渗碳体组成的共晶产物称为（Ld），其碳的质量分数为(4.3%)。

8. 亚共晶白口铸铁碳的质量分数为(2.11%～4.3%)，其室温组织为（P+Fe3CII+Ld′）。 9. 过晶白口铸铁碳的质量分数为（4.3%～6.69%），其室温组织为（Ld′+Fe3CI）。 10. 过共析钢碳的质量分数为（0.77%～2.11%），其室温组织为（P+Fe3CII）。 11. 亚共析钢碳的质量分数为（0.0218%～0.77%），其室温组织为（F+P）。

三、选择题

1. 铁素体为( A )晶格，奥氏体为( B )晶格，渗碳体为( D )晶格。

A、体心立方； B、面心立方； C、密排六方； D、复杂的；

2. Fe-Fe3C状态图上的ES线，用代号（ B ）表示，PSK线用代号（ A ）

表示。

A、A1； B、Acm； C、A3； D、其它；

3. Fe-Fe3C状态图上的共析线是（ C ），共晶线是（ A ）。

A、ECF线； B、ACD线； C、PSK线； D、GSK线

四、判断题

1. 金属化合物的特性是硬而脆，莱氏体的性能也是硬而脆，故莱氏体属于金属化合物。

（ × ）

2. 渗碳体碳的质量分数为6.69%。（ √ ）

3. Fe-Fe3C状态图中，A3温度是随碳的质量分数增加而上升的。（ × ） 4. 碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体称为奥氏体。（ × ）

五、简答题

1. 何为金属的同素异构转变？试画出纯铁的结晶冷却曲线和晶体结构变化图。 2. 简述碳的质量分数为0.4%和1.2%的铁碳合金从液态冷却至室温时的结晶过程。 3. 把碳的质量分数为0.45%的钢和白口铸铁都加热到高温(1000～1200℃)，能否进行

锻造？为什么？

第4章 钢的热处理（习题）

1. 何谓钢的热处理？常用的热处理工艺有哪些？ 2. 简述共析钢加热时奥氏体形成的过程。

3. 为什么要控制奥氏体晶粒大小？如何控制奥氏体晶粒的大小？ 4. 解释下列名词：

(1) 珠光体、索氏体、托氏体、贝氏体、马氏体； (2) 奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体； (3) 退火、正火、淬火、回火、表面淬火； (4) 临界淬火冷却速度(vc)、淬透性、淬硬性；

(5) 单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火。

5. 珠光体类型组织有哪几种？它们的形成条件、组织形态和性能方面有何特点？ 6. 影响C曲线的主要因素有哪些？试比较共析纲、亚共析钢和过共析钢的C曲线。 7. 简述贝氏体的组织特征和性能特点。

8. 马氏体组织有哪两种？它们与钢的化学成分有何关系？组织形态和性能方面有何特

点？

9. 生产中常用的退火方法有哪几种？各适用于什么场合？

10. 甲、乙两厂生产同一批零件，材料均选用45钢，硬度要求为220～250HBS，其中甲

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。

11. 某活塞用45钢制造，由于形状复杂，按正常淬火加热温度(840℃)加热后水冷，大

约有40%出现淬火裂纹。请分析原因并改进该工件的淬火工艺。

12. 一块厚度为5 mm的45钢钢板，先经840℃加热淬火，硬度为55HRC，随后从一端加

热，依靠热传导，使钢板上各点达到如图4-29所示的温度。试问： (1) 各点部位的组织是什么？

(2) 整个钢板自图示各温度缓冷到室温后各点部位的组织是什么？ (3) 整个钢板自图示各温度水淬快冷到室温后各点部位的组织是什么？

图4-29 题12图

13. 举例说明钢的淬透性、淬硬深度和淬硬性三者之间的区别。

14. 分析单液淬火、双液淬火、分级淬火、贝氏体等温淬火等方法对淬火应力带来的影

响。

15. 试为以下钢件选择预先热处理工艺：

(1) 20CrMnTi汽车变速箱齿轮锻造毛坯(晶粒粗大)；

5. 为什么防锈铝不能通过热处理强化？ 6. 时效温度和时效时间对合金强度有何影响？

7. 金属材料的减摩性和耐磨性有何区别？它们对金属组织和性能要求有何不同？

四、理解题

1. 试从机理、组织与性能变化上对铝合金淬火和时效处理与钢的淬火和回火处理进行

比较。

2. 铝合金的变质处理和灰铸铁的孕育处理有何异同之处？

3. 用已时效强化的2A12硬铝制造的结构件，若使用中撞弯，应怎样校直？为什么？

第8章 常用非金属材料（习题）

一、名词解释

1. 高分子化合物 2. 非金属材料 3. 工程塑料

二、简答题

1. 何谓热固性塑料和热塑性塑料？举例说明其用途。

2. 塑料由哪些组成物组成？其性能如何？举例说明工程塑料的应用实例。 3. 何谓橡胶？其性能如何？举出三种常用橡胶在工业中的应用实例。 4. 何谓陶瓷？其性能如何？举出三种常用陶瓷在工业中的应用实例。

5. 何谓复合材料？其性能如何？举出三种常用复合材料在工业中的应用实例。

第9章 铸造 （习题）

一、名词解释

1. 铸造 2. 砂型铸造 6. 流动性

二、填空题

1. 特种铸造包括（金属型）铸造、（压力）铸造、（离心）铸造、（熔模）铸造等。 2. 型砂和芯砂主要由（型砂）、（粘结剂）、（附加物）、（旧砂）和（水）组成。 3. 造型材料应具备的性能有（可塑）性、（耐火）性、（透气）性、（退让）性、（溃散）

3. 造型 4. 造芯 5. 浇注系统

9. 压力铸造

7. 收缩性 8. 特种铸造

性等。

4. 手工造型方法有：（整模）造型、（分模）造型、（挖砂）造型、（假箱）造型、（活块）

造型、（三箱）造型和（刮板）造型等。

5. 浇注系统由（浇口杯）、（直浇道）、（横浇道）和（内浇道）组成。

三、问答题

1. 铸造生产有哪些优缺点?

2. 零件、铸件和模样三者在形状和尺寸上有哪些区别? 3. 选择铸件分型面时，应考虑哪些原则?

4. 绘制铸造工艺图时应确定哪些主要的工艺参数?

5. 铸件上产生缩孔的根本原因是什么? 顺序凝固为什么能避免缩孔缺陷？ 6. 冒口有什么作用？如何设置冒口？ 7. 设计铸件结构时应遵循哪些原则？

8. 比较铸铁、铸钢、铸造有色金属的铸造性能。

第10章 锻压 （习题）

一、名词解释

1．冷变形强化 2. 再结晶 6. 锻造流线 7. 锻造比

二、填空题

1. （塑性）与（变形抗力）是衡量锻造性优劣的两个主要指标，（塑性）愈高，（变形

抗力）愈小，金属的可锻性就愈好。

2. 随着金属冷变形程度的增加，材料的强度和硬度（升高），塑料和韧性（下降），使

金属的可锻性（变差）。

3. 金属塑性变形过程的实质就是（位错沿着滑移面的运动）过程。随着变形程度的增

加，位错密度（增加），塑性变形抗力（增大）。

4. 自由锻零件应尽量避免（带楔形、曲线形、锥形的表面）、（肋板和凸台）、（圆柱体

与圆柱体相贯）结构。

5. 弯曲件弯曲后，由于有（回弹）现象，因此弯曲模角度应比弯曲零件弯曲角度（小

3. 余块

4. 热加工 5. 可锻性

于）一个回弹角α。

三、判断题

1. 细晶粒组织的可锻性优于粗晶粒组织。（ √ ）

2. 非合金钢(碳素钢)中碳的质量分数愈低，可锻性就愈差。（ × ） 3. 零件工作时的切应力应与锻造流线方向一致。（ × ）

4. 常温下进行的变形为冷变形，加热后进行的变形为热变形。（ × ） 5. 因锻造之前进行了加热，所以任何材料均可以进行锻造。（ × ） 6. 冲压件材料应具有良好的塑性。（ √ ）

7. 弯曲模的角度必须与冲压弯曲件的弯曲角度相同。（ × ） 8. 落料和冲孔的工序方法相同，只是工序目的不同。（ √ ） 四、简答题

1. 如何确定锻造温度的范围？为什么要“趁热打铁”？ 2. 冷变形强化对锻压加工有何影响？如何消除？ 3. 自由锻零件结构工艺性有哪些基本要求？ 4. 试比较自由锻、锤上模锻、胎模锻造的优缺点。 5. 对拉深件如何防止皱折和拉裂？ 五、分析题

1．叙述绘制图10-29所示零件的自由锻件图应考虑的因素。

图10-29 C618K车床主轴零件图

2．改正图10-30所示模锻零件结构的不合理处，并说明理由。

图10-30 模锻零件结构

六、课外研究

观察生活或生产中小金匠锻制金银首饰的操作过程，分析整个操作过程中各个工序的作用或目的，并编制其制作工艺流程。

第11章 焊接 （习题）

一、判断题

1. 从本质上讲，钎焊不属于焊接。（ √ ） 2. 压力焊都是固相焊接。（ × ）

3. 采用碱性焊条焊接时，焊缝的含氢量低是由于焊条药皮含氢量低所致的。

（ × ）

4. 埋弧焊不适宜焊接铝、钛等活泼性金属。（ √ ）

5. 不论采取何种措施，都无法根绝CO2气体保护焊的飞溅。（ √ ） 6. 电渣焊后，一般都要进行细化晶粒热处理。（ √ ）

7. 当焊缝中存在气孔时，X光探伤后底片上相应部位呈白色。（ × ）

二、填空题

1. 焊条由（焊芯）和（焊条药皮）两部分组成。

2. 焊接电弧包括（阳极区）、（阴极区）和（弧柱区）三部分。

3. 按焊条熔渣的碱度，可以将焊条分为（酸性焊条）和（碱性焊条）两大类。 4. 按照钎料的熔点不同，可以将钎焊分为（硬钎焊）和（软钎焊）两类。 5. 高碳钢焊接时，预热温度应控制在（350oC）以上。

6. 外观检查是指用肉眼或用不超过（30）倍的放大镜对焊件进行检查。

7. 磁粉探伤后必须进行（去磁）处理。

8. 焊接接头包括（焊缝）和（热影响区）两部分。

9. 低碳钢的焊接热影响区包括（过热区）、（正火区）、（部分相变区）和（再结晶区）

四个区域。

三、问答题

1. 钎焊与焊接在本质上有何区别？ 2. 酸性焊条与碱性焊条有何不同？ 3. 叙述常见焊接方法的工艺特点。

4. 钎剂的作用是什么？对钎剂和钎料都有哪些基本要求？ 5. 高碳钢焊接工艺有什么特点？

6. 铸铁焊补时容易出现哪些焊接缺陷？焊接铸铁的方法有哪些？焊接时应注意什么问

题？

7. 焊接铜时容易出现哪些焊接缺陷？为什么？焊接时应采取哪些工艺措施？ 8. 常用的控制和矫正焊接变形的方法有哪些？ 9. 常用的降低和消除焊接应力的方法有哪些？

10. 机械法矫正焊接变形有什么缺点？火焰法矫正焊接变形有什么缺点？ 11. 焊接热影响区分几个组织变化区？各有哪些特点？

12. 焊接铝时容易出现哪些焊接缺陷？焊接时应采取哪些工艺措施？ 13. 常见的焊接缺陷有哪些？什么缺陷危害性最大？

14. 常见的焊接检验方法有哪些？各自的检查机理和应用范围是什么？

四、理解题

1. 为什么用碳当量法判断钢材的焊接性只是一种近似的方法？ 2. 在实际焊接生产中，为什么常把超声波探伤和X光探伤联合使用？

第12章 零件材料与毛坯的选择（习题）

一、填空题

1. 零件选材的一般原则是在满足（使用性能）的前提下，再考虑（工艺性能）、（经济

性）。

2. 零件的工作条件分析应从（受力状况）、（环境状况）、（特殊功能）等几方面分析。 3. 零件的变形失效包括（弹性变形失效）、（塑性变形失效）、（蠕变变形失效）等。 4. 零件常用的毛坯包括（铸件）、（锻件）、（焊接结构件）、（冲压件）、（型材或板材下

料）等。

5. 零件毛坯选择的依据包括（力学性能）、（零件形状、尺寸、质量）、（零件材料）、（生

产批量）等。

二、热处理应用

1. 某齿轮要求具有良好的综合力学性能，表面硬度为50～55HRC，选择45钢制造。加

工工艺路线为：下料—→锻造—→热处理—→机械粗加工—→热处理—→机械精加工—→热处理—→精磨。试说明工艺路线中各热处理工序的名称、目的。 2. 拟用T12钢制成锉刀，其工艺路线如下：锻打—→热处理—→机械加工—→热处理

—→精加工。试写出各热处理工序的名称，并制定最终热处理工艺。

三、指出下列工件在选材与热处理技术中的错误，说明理由，并提出改正意见。 1. 用45钢制作表面耐磨的凸轮，淬火、回火要求60～63HRC。

2. 用40Cr制作直径30 mm、要求良好综合力学性能的传动轴，采用调质要求40～45HRC。 3. 用45钢制作直径15 mm的弹簧丝，淬火、回火要求55～60HRC。

4. 制造转速低、表面耐磨性及心部强度要求不高的齿轮选用45钢，渗碳淬火要求58～

62HRC。

5. 选用9SiCr制造M10板牙，热处理技术条件为淬火、回火要求50～55HRC。 6. 选用T12钢制作钳工用的凿子，淬火、回火要求60～62HRC。

7. 一根直径100 mm、心部强度要求较高的传动轴，选用45钢，采用调质要求220～

250HBS。

8. 大批量生产直径5 mm的塞规，以检验零件的内孔，选用T7钢，淬火、回火要求60～

64HRC。

四、综合练习

1. 大型矿山载重汽车变速箱齿轮，传递功率大，受到大的冲击、极大的摩擦，对齿轮

的要求为：心部应有很高的冲击韧性及强度，齿轮表面应有高的硬度、耐磨性及高

的疲劳强度。其材料为合金钢20CrMnTi。试选择毛坯类型并安排工艺路线，说明热处理工序的作用。

2. 某轴类零件承受较大的冲击力、变动载荷，其失效形式主要是：过量变形与疲劳断

裂，要求材料具有高的强度、疲劳强度、较好的塑性与韧性，即要求较好的综合力学性能，轴上有一部位应耐磨、耐疲劳。试选择材料及毛坯并安排热处理工序位置。 3. 制造一件齿轮减速器箱体，试选择材料及毛坯。如果成批生产减速箱，这时你又如

何考虑材料与毛坯？

五、思考题

1. 零件失效的原因一般包括哪些方面？ 2. 零件毛坯选择的基本原则是什么？ 3. 生产批量对零件毛坯的选择有什么影响？

4. 为什么齿轮多用锻件毛坯，而手轮、带轮多用铸件做毛坯？

六、调研汽车上各个零件的材料，分析零件的毛坯。

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