工程材料简答题答案

第一部分 工程材料

四、简答题

1．什么是工程材料？按其组成主要分为哪些类型?

答：工程材料主要指用于机械工程和建筑工程等领域的材料。

按其组成主要分为：金属材料、高分子材料、无机非金属材料、复合材料。 2．金属的实际晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？

答：在实际金属中存在的缺陷有点缺陷（空位和间隙原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）3种类型。

一般情况下，晶体缺陷的存在可以提高金属的强度，但是晶体缺陷的存在常常降低金属的抗腐蚀性能。

3．什么是细晶强化？生产中主要采取哪些措施细化晶粒？

答：一般情况下金属的强度、塑性和韧性都随晶粒的细化而提高，称细晶强化。因此，在生产中常采取增加冷却速度和变质处理来细化晶粒以改善力学性能。 生产中主要采取以下3种措施细化晶粒：

（1）增加冷却速度可增大过冷度，使晶核生成速率大于晶粒长大速率，因而使晶粒细化。但增加冷却速度受铸件的大小、形状的限制。

（2）变质处理是在液态金属中加少量变质剂(又称孕育剂)作为人工晶核，以增加晶核数，从而使晶粒细化。

（3）在结晶过程中采用机械振动、超声波振动和电磁振动，也有细化晶粒的作用。 4．什么是金属的热处理？有哪些常用的热处理工艺？

答：金属热处理就是通过加热、保温和冷却来改变金属整体或表层的组织，从而改善和提高其性能的工艺方法。

金属热处理工艺可分为普通热处理（主要是指退火、正火、淬火和回火等工艺）、表面热处理（包括表面淬火和化学热处理）和特殊热处理（包括形变热处理和真空热处理等）。 5．钢退火的主要目的是什么？常用的退火方法有哪些？ 答：钢退火的主要目的是：

①细化晶粒，均匀组织，提高机械性能； ②降低硬度，改善切削加工性；

③消除残余内应力，避免钢件在淬火时产生变形或开裂； ④提高塑性、韧性 ，便于塑性加工

⑤为最终热处理做好组织准备。 常用的退火方法有

完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火、扩散退火、再结晶退火。

6．钢正火的主要目的是什么？正火与退火的主要区别是什么？如何选用正火与退火？ 答：钢正火的主要目的是

①细化晶粒，改善组织，提高力学性能； ②调整硬度，便于进行切削加工（↑HB)；

③消除残余内应力，避免钢件在淬火时产生变形或开裂； ④为球化退火做好组织准备。

正火与退火的主要区别是冷却速度不同。 正火与退火的选用：

①不同的退火方法有不同的应用范围和目的，可根据零件的具体要求选用；

②正火可用于所有成分的钢，主要用于细化珠光体组织．其室温组织硬度比退火略高，比球化退火更高；

③一般来说低碳钢多采用正火来代替退火。为了降低硬度，便于加工，高碳钢应采用退火处理。

7．淬火的目的是什么？常用的淬火方法有哪几种？

答：淬火是将钢奥氏体化后快速冷却获得马氏体组织的热处理工艺。

淬火的目的主要是为了获得马氏体，提高钢的硬度和耐磨性。它是强化钢材最重要的热处理方法。

常用的淬火方法有：单液淬火、双液淬火、分级淬火和等温淬火。

8. 淬火后，为什么一般都要及时进行回火？回火后钢的力学性能为什么主要是决定于回火温度而不是冷却速度？

答：淬火钢一般不宜直接使用，必须进行回火以消除淬火时产生的残余内应力，提高材料的塑性和韧性，稳定组织和工件尺寸。

由于回火后钢的力学性能取决于回火后的组织与结构，而回火后的组织与结构是由回火温度而不是由冷却速度决定的。

9．回火的目的是什么？常用的回火操作有哪些？试指出各种回火操作得到的组织、性能及应用范围。 答：回火的目的是：

①消除淬火时产生的残余内应力；

②提高材料的塑性和韧性，获得良好的综合力学性能； ③稳定组织和工件尺寸。 常用的回火方法有以下三种： （1）低温回火（250℃以下）

组织：回火组织为回火马氏体。

性能：基本上保持了淬火后的高硬度（一般为58～64 HRC）和高耐磨性。 应用：主要用于高碳工具钢、模具、滚动轴承、渗碳、表面淬火的零件及低碳马氏体钢和中碳低合金超高强度钢。

（2）中温回火（350～500 ℃ ）

组织：回火组织为回火屈氏体。

性能：回火屈氏体的硬度一般为35～45 HRC，具有较高的弹性极限和屈服极限。它们的屈强比（σs／σb）较高，一般能达到0．7以上，同时也具有一定的韧性。 应用：主要用于各种弹性元件。

（3）高温回火（500～650℃）

组织：回火组织为回火索氏体。

性能：其综合力学性能优良，在保持较高强度的同时，具有良好的塑性和韧性。硬度一般为25～35 HRC。

应用：广泛用于综合力学性能要求高的各种机械零件，例如轴、齿轮坯、连杆、高强度螺栓等。

10．什么是调质处理？调质的主要目的是什么？钢在调质后是什么组织？ 答：通常在生产中将各种钢件淬火及高温回火的复合热处理工艺称为调质处理。 调质的主要目的是提高零件的综合机械性能。 钢在调质后的组织是：回火索氏体

11．说明下列零件毛坯进行正火的主要目的及正火后的组织： （l）20钢锻造的齿轮毛坯； （2）45钢锻造用的机床主轴毛坯；

（3）T12轧制而成的锉刀毛坯（组织为网状 Fe３CⅡ和片状珠光体）。 答：（1） 20钢齿轮正火后的组织为：S+F 目的：提高硬度，避免粘刀，改善切削加工性。

（2） 45钢锻造用的机床主轴毛坯正火后的组织为：S+F

目的：（正火代替完全退火，节约时间和能源）细化晶粒，改善组织，改善机械性能。 （3） T12钢轧制而成的锉刀毛坯正火前的组织为网状Fe3CⅡ和片状珠光体，正火后的组织为：S+ Fe3CⅡ

目的：细化晶粒，改善组织，减少或消除网状渗碳体，为后续工序（球化处理）做好组织准备。

12．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及其大致硬度。 （l）45 钢小轴（要求综合性能）； （2）60 弹簧钢； （3）T12 锉刀。 答：

工 件 45 钢小轴 60 弹簧钢 T12 锉刀

13. 45钢轴的生产工艺过程如下，试说明其中各热处理工序的目的。

锻造 正火 粗加工 调质 精加工 局部表面淬火 + 低温回火 磨削

答：正火：消除锻造时产生的内应力或调整材料的硬度，使其便于切削加工。 调质处理：提高材料的综合机械性能。

局部表面淬火 + 低温回火：局部表面淬火是为了局部提高材料表面的硬度，从而提高其耐磨性；低温回火是为了消除残余内应力，防止工件变形开裂，同时保持材料淬火后的高硬度。 14. 试分析下列零件的工作条件和主要力学性能要求，选择相应的材料(写出2—3种材料的牌号)：

（1）弹簧 （2）汽车变速箱小齿轮 （3）机床传动用大齿轮 （4）轻载载货汽车发动机曲轴 （5）钳工用的锉刀 （6）高速切削刀具 （7）机床主轴 （8）机床床身 答:

淬火温度 Ac3 + 30~50℃ Ac3 + 30~50℃ Ac1 + 30~50℃ 回火温度 500~650℃ 350~500℃ 150~250℃ 回火后的组织 S回 T回 M回 回火后的硬度 HRC 25~35 HRC 45~50 HRC 55~65 （1）弹簧: 60、65、70、65Mn、60Si2MnA

（2）汽车变速箱小齿轮：40、45、40Cr、40Mn、20Cr 、20CrMnTi、 35CrMo （3）机床传动用大齿轮： 35、45、50、HT200、HT250、 HT300、HT350 （4）轻载载货汽车发动机曲轴：40Cr、35CrMo、QT600-3、QT700-2、QT800-2 （5）钳工用的锉刀：T10、T11、T12、T13 （6）高速切削刀具 ：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2 （7）机床主轴：45、40Cr、35CrMo

（8）机床床身：HT200、HT250、HT200、HT350

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