工程材料复习题

第二章 材料的性能

、

解释下列名词：

⑴强度和刚度 ⑵塑性和韧性 ⑶屈强比 ⑷冷脆转变温度 ⑸断裂韧度 ⑹疲劳强度 ⑺蠕变 ⑻应力松弛 ⑼高周疲劳和低周疲劳 ⑽耐磨性

2、拉伸试样的原标距为50mm，直径为10mm，拉伸试验后，将已断裂的试样对接起来测量，若断后的标距为79mm，缩颈区的最小直径为4.9mm，求该材料的伸长率和断面收缩率的值。

3、用45号钢制成直径为30mm的主轴，在使用过程中，发现该轴的弹性弯曲变形量过大，问是否可改用合金钢40Cr或通过热处理来减小变形量？为什么？ 4、下列各种工件应该采用何种硬度试验方法来测定其硬度？

（1）锉刀 （2）黄铜轴套 （3）硬质合金刀片 （4）供应状态的各种碳钢钢材 （5）耐磨工件的表面硬化层 5、一根钢筋试样，其弹性模量E＝210GPa, 比例极限бP＝210 MPa, 在轴向力FP的作用下，测得轴向线应变ε＝0.001，试求此时钢筋横截面上的正应力。如果继续增加拉力，使试样的轴向线应变达到0.08，然后再逐渐卸除载荷，测得残余线应变为0.075，试问未卸载时钢筋横截面上的正应力为多大？

6、当某一材料的断裂韧度KIc＝62MPa?m1/2，材料中裂纹的长度2a＝5.7mm时，要使裂纹失稳扩展而导致断裂，需要多大的应力？（设Y＝） 7、为什么疲劳裂纹对机械零件潜在着很大危险？

8、有两位工程师讨论疲劳破坏。一位说疲劳破坏是脆性的，而另外一位说疲劳破坏是韧性的，试讨论这两种观点的是与非。

第四章 二元合金

1．比较固溶体、金属间化合物和机械混合物的晶格特征与性能特征。

2．现有A、B两组元，其熔点B>A，组成二元匀晶相图，试分析以下说法是否正确： （1）A、B两组元的晶格类型可以不同，但原子大小一定要相等；

（2）其中任一合金K，在结晶过程中由于固相成分沿固相线变化，故结晶出来的固溶体中的含B量始终高于原液相中的含B量；

（3）固溶体合金按匀晶相图平衡结晶时,由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分都不相同,所以固溶体的成分是不均匀的。 3．一个二元共晶反应如下：L0.75Bα0.15%B+β0.95B，求：

（1）含0.50B的合金凝固后，α初和（α+β）共晶的相对量；α相与β相的相对量； （2）共晶反应后若β初和（α+β）共晶各占一半，问该合金成分如何？

4．已知A（熔点600℃）与B（熔点500℃）在液态下无限互溶；在固态300℃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B40%的液态合金发生共晶反应。现要求：

（1）作出A－B合金相图；

（2）填出各相区的组织组成物。

5．有形状、尺寸相同的两个Cu-Ni合金铸件,一个含90%Ni，另一个含50%Ni，铸后自然冷却，问哪个铸件的偏析较严重?

6．共析相图与共晶相图有什么区别和联系?共析体和共晶体有什么区别和联系?在共析线附近反复加热和冷却，能否获得特别细密的组织。

7．为什么铸造常选用靠近共晶成分的合金？压力加工则选用单相固溶体成分的合金？ 8．指出一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体、网状渗碳体之间有何异同？

9．碳含量(质量分数)分别为0.20%、0.40%、0.80%、1.30%的碳钢，自液态缓冷至室温后所得的组织有何不同?试定性地比较这四种钢的σb和HB。

10．某工厂仓库积压了许多碳钢（退火态），现找出其中一根钢材，金相分析发现其组织为80%P+20%F，问此钢材碳含量约为多少？

11．根据Fe－Fe3C相图，说明产生下列现象的原因： （1）含1.0%C的钢比0.5%C的钢硬度高；

（2）室温下，0.8%C的钢比1.2%C的钢强度高； （3）低温莱氏体的塑性比珠光体差；

（4）在1100℃，0.4%C的钢能锻造，而4.0%C的生铁不能锻造。 12．根据Fe-F3C相图，计算：

（l）45钢在室温时相组成物和组织组成物各是什么?其相对质量百分数各是多少? （2）T12钢的相组成物和组织组成物各是什么?各占多大比例? （3）铁碳合金中，二次渗碳体的最大百分含量。

13．同样形状的两块铁碳合金，一块是15钢，一块是白口铸铁，用什么简便方法可迅速区分它们？

14．从Q235A、15、45、65、T8中选择相应钢种来制造手锯锯条、普通螺钉、车床主轴、起重用钢丝绳。

第五章 金属的塑性变形与再结晶

1．金属塑性变形的主要方式是什么?解释其含意?

2．为什么原子密度最大的晶面比原子密度较小的晶面更容易滑移? 3．什么是滑移系?纯铝、铁、纯锌三种金属哪种最易产生塑性变形? 4．为什么室温下钢的晶粒越细，强度、硬度越高，塑性、韧性也越好？ 5．塑性变形使金属的组织与性能发生哪些变化?

6．在冷拔铜丝时，如果总变形量很大，则中间需要穿插几次退火工序，这是为什么？中间退火温度选多高合适？（已知铜的熔点为1083℃）

7．碳钢在锻造温度范围内变形时，是否会有加工硬化现象？为什么？

8．用一冷拉钢丝吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到1000℃，加热完毕，当吊出工件时钢丝发生断裂。试分析其原因。

9．何谓临界变形度？分析造成临界变形度的原因。 10．提高材料的塑性变形抗力有哪些方法？

第六章 金属热处理及材料改性

1．过冷奥氏体的转变产物有哪几种类型?比较这几种转变类型的异同点。 2．亚共析钢热处理时，快速加热可显著提高屈服强度和冲击韧性，为什么？

3．共析钢加热到奥氏体后，以各种速度连续冷却，能否得到贝氏体组织，采取什么方法可获得贝氏体组织？

4．将两块碳含量均为0.8%的钢片加热至727℃以上，分别以不同方式冷却。钢片的冷却曲线及该种钢材的C曲线如图1所示。问图中①②③④点各是什么组织？定性分析比较②和④点组织的硬度大小。 图1 图2

5．某钢的等温转变曲线如图2，试说明该钢在300℃经不同时间等温后，按a、b、c线冷却后得到的组织。

6．淬透性和淬硬性、淬透层深度有何区别？

7．用T10钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为：

锻造→热处理①→机械加工→热处理②→磨加工

⑴写出①②热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用； ⑵指出最终热处理后的显微组织及大致硬度。

8．确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织：

⑴经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度； ⑵ZG270－500的铸造齿轮； ⑶锻造过热的60钢锻坯；

⑷具有片状渗碳体的T12钢坯。

9．某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度(>50HRC)，而心部具有良好的韧性(AK>40J)，原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的45钢己用完，只剩15钢，拟用15钢代替。试说明： (1)原45钢各热处理工序的作用；

(2)改用15钢后，仍按原热处理工序进行能否满足性能要求?为什么?

(3)改用15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?

10．有两个碳含量为ωc1.2%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: (1)哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大? (2)哪个温度加热淬火后马氏体碳含量较多? (3)哪个温度加热淬火后残留奥氏体较多? (4)哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少? (5)你认为哪个温度淬火合适?

11．指出下列工件的淬火及回火温度，并说明其回火后获得的组织和大致的硬度：

(1)45钢小轴（要求综合力学性能)； (2)60钢弹簧； (3)T12钢锉刀。

12．甲、乙两厂生产同一零件，均选用45钢，硬度要求220－250HB，甲厂采用正火，乙厂采用调质处理，均能达到硬度要求，试分析甲、乙两厂产品的组织和性能差别。

第七章 合金钢

1．名词解释：回火稳定性、二次硬化、红硬性、蠕变极限、水韧处理 2．解释下列现象：

⑴在相同碳含量情况下，碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性； ⑵高速钢在热锻或热轧后，经空冷获得马氏体组织； ⑶调质钢在回火后需快冷至室温； 3．分析下列说法是否正确：

⑴本质细晶钢是指在任何加热条件下均不会粗化的钢； ⑵20CrMnTi和1Cr18Ni9Ti中的Ti都是起细化晶粒作用； ⑶4Cr13钢的耐蚀性不如1Cr13钢；

⑷钢中合金元素含量越高，则淬火后钢的硬度值越高；

⑸由于Cr12MoV钢中铬含量大于11.7%，因而Cr12MoV钢属于不锈钢。

4．合金钢与碳钢相比，为什么它的机械性能好？热处理变形小？而且合金工具钢的耐磨性也比碳素工具钢高？

5．高速工具钢淬火后为什么需进行三次以上回火?在560℃回火是否是调质处理?

6．拖拉机的变速齿轮，材料为20CrMnTi，要求齿面硬度58～64HRC，分析说明采用什么

热处理工艺才能达到这一要求？

7．今有一种Φ10mm的杆类零件，受中等交变拉压载荷作用，要求零件沿截面性能均匀一致，现提供材料有：16Mn、65钢、40Cr、T12。要求：⑴选择合适的材料；⑵编制简明工艺路线；⑶说明各热处理工序的主要作用；⑷指出最终组织。 8．轴承钢为什么要用铬钢？为什么对非金属夹杂限制特严格？

9．与Cr13型不锈钢比较，奥氏体型不锈钢有何特性？18-8型奥氏体不锈钢中各元素起什么作用？为提高其抗蚀性能可采取什么工艺方法？

10．ZGM13-4钢为什么具有优良的耐磨性和良好的韧性？ 11．下列钢号属于何种钢，数字含义及主要用途？：16Mn、15MnV、Cr12MoV、5CrMnMo、

3Cr2W8V、38CrMoAl、40Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4、CrWMn、65Mn、60Si2Mn、GCr15、GCr15SiMn、9SiCr、9Mn2V、4Cr13、1Cr18Ni9Ti、1Cr17、1Cr11MoV、T10、ZGMn13、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、3Cr18Mn12Si2N

第十一章 工程材料的选用

1. 什么叫失效？一般机械零件的失效形式有哪些？ 2. 请简述失效分析的步骤和方法 3. 选择材料的一般原则有哪些？

4. 汽车、拖拉机的变速箱齿轮和后桥齿轮，多半用渗碳钢制造，而机床变速箱齿轮又多半用中碳（合金）钢来制造，请分析其原因？上述三种不同齿轮在选材、热处理工艺方面，可能采取哪些不同措施？

5. 一个起连接紧固作用的重要螺栓（φ25），工作时主要承受拉力。要求整个截面又足够的强度、屈服强度、疲劳强度和一定的冲击韧性。 ⑴选用何种材料，选用该材料的理由是什么？ ⑵试制定该零件的加工工艺路线。

⑶说明每项热处理工艺的作用和最终热处理后的组织。

6. 某齿轮要求具有良好的综合机械性能，表面硬度50～55HRC，用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个热处理工序的名称、目的。 7. 已知一轴尺寸为φ30×200mm，要求摩擦部分表面硬度为50～55HRC，先用30钢制作，经高频表面淬火（水冷）和低温回火，使用过程中发现摩擦部分严重磨损，试分析失效原因，如何解决？

第十三章 压力加工

1．何谓塑性变形，其实质是什么？

2．铅在20℃、钨在1100℃时变形，各属哪种变形？（铅的熔点为327℃，钨的熔点为3380℃）？

3．如何提高金属的塑性？最常用的措施是什么？ 4．“趁热打铁”的含义何在？

5．为什么重要的巨型锻件必须采用自由锻的方法制造？ 6．原始坯料长150mm，若拔长到450mm，锻造比是多少？ 7．自由锻有哪些主要工序？

8．高合金钢锻造时应注意哪些问题？

9．如何确定分模面的位置？为什么模锻生产中不能直接锻出通孔？ 10．与自由锻相比，为什么胎模锻可以锻造出形状较为复杂的模锻件？ 11．摩擦压力机上模锻有何特点？为什么？ 12．板料冲压生产有何特点？应用范围如何？

13．用ф50mm冲孔模具来生产ф50mm落料件能否保证落料件的精度？为什么？ 14．翻边件的凸缘高度尺寸较大而一次翻边实现不了时，应采取什么措施？ 15．材料的回弹现象对冲压生产有何影响？

16．比较落料和拉深件所用凸凹模结构及间隙有什么不同。 17．精密模锻需要哪些工艺措施才能保证产品的精度？ 18．挤压零件的生产特点是什么？

19．轧制零件的方法有哪几种？各有何特点？

第十四章 焊接

1．熔焊、压焊和钎焊各是如何实现原子间结合，以达到焊接的目的？

2．比较气焊、埋弧焊、CO2气体保护焊、氩弧焊、电阻焊和钎焊的特点及应用。 3．埋弧焊和电渣焊的焊接过程有何区别？各适用什么场合？

4．说明气焊、电阻焊、电渣焊和摩擦焊所用的热源，并分析它们的加热特点。 5．分析低碳钢焊接接头的组织及性能。

6．用下列钢材制作容器，各应用哪种焊接方法和焊接材料？ （1） 厚20mm的Q-235-A钢板； （2） 厚1mm的20钢钢板； （3） 厚5mm的45钢钢板； （4） 厚10mm的不锈钢钢钢板； （5） 厚5mm的紫铜板； （6） 厚20mm的铝合金板。

7．为下列产品选择合理的焊接方法。

序号 1 2 3 4 5 6 7 焊 接 产 品 壁厚小于3mm锅炉筒体，成批生产； 汽车油箱，大量生产； 减速器箱体，单件小批生产（低碳钢）； 硬质合金刀片与45钢刀柄的焊接； 自行车车圈，大批量生产； 铝合金板焊接容器，成批生产； 直径3mm铅－铜接头，成批生产。 合理的焊接方法 8．比较下列几种钢的焊接性 （1）20钢 （2）45Mn钢 （3）T10钢 （4）Q295-A。

9．低合金高强度结构钢焊接时，应采用哪些措施防止冷裂纹的产生？

10．用下列板材作圆筒形低压容器，试分析其焊接性毛病选择焊接方法和焊接材料。 （1）20钢板，厚2mm，批量生产； （2）45钢板，厚6mm，单件生产； （3）紫铜板，厚4mm，单件生产； （4）铝合金板，厚20mm，单件生产； （5）镍不锈钢，厚10mm，小批量生产。

11．举例说明焊接应力与变形的产生过程.试分析五种基本焊接变形的特征,并分别说明防止变形的措施.

12．常用的焊缝质量检验方法有哪几种,它们的基本原理是什么?

13．试分析图14－1所示焊接结构将产生如何变形？防止或减少变形的措施是什么？ 14．试分析图14－2 a、b所示焊接结构引起变形的原因？如何矫正？

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