工程材料试题及答案合集

工 程 材 料 部 分 试 题

工程材料 试题及答案

一、判断题

1、合金渗碳钢经最终热处理后的组织全部是回火马氏体。 （×） 2、热加工与冷加工的主要区别在于是否有加工强化现象产生。（×） 3、铸铁是含碳量小于2.11%的铁碳合金。（×）

4、二元共晶相图是指合金两组元在液态和固态均能无限互溶所构成的相图。（×） 5、感应加热表面淬火一般只改变钢件表面层的组织，而不改变心部组织。（√） 6、一个合金的室温组织为α+β

11 +（α

+β），则它由三相组成。 （×）

7、将金属加热到再结晶温度以上时，金属将发生回复、再结晶及晶粒长大等变化。（√） 8、金属在塑性变形后产生的纤维组织能使金属具有各向异性。（√） 9、碳钢的塑性和强度都随着含碳量的增加而降低。 （×） 10、金属的再结晶转变，也要经历形核与晶核长大的过程。 （√） 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 滚动轴承 锉刀 汽车板簧 钻头 桥梁 滑动轴承 耐酸容器 发动机曲轴 候选材料 T10A, HT200 40Cr, 60Si2Mn 选用材料 热处理方法 时效 渗碳＋淬火＋低温回火 球化退火＋淬火＋低温回火 球化退火＋淬火＋低温回火 淬火＋中温回火 淬火＋低温回火 不热处理 固溶处理 等温淬火＋高温回火 最终组织 P＋F＋G片 表面Cm＋M＋A’ 心部 F＋M Cm＋M＋A’ Cm＋M＋A’ T回 Cm＋M＋A’ F＋P a+SnSb A S回＋G球 KTZ450-06, HT200 20CrMnTi, 20CrMnTi GCr15 T12 60Si2Mn GCr15, Cr12, QT600-2 9SiCr, T12, W18Cr4V 45, 60Si2Mn, T10 W18Cr4V，65Mn, 20 W18Cr4V 1Cr13, 16Mn, Q195 H70, ZSnSb11Cu6, T8 16Mn, ZSnSb11Cu6 不热处理 Q235, 1Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni9Ti ZGMn13 QT600-3, ZL101 45, 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

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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

11、位错是一种 。（① ）

①线缺陷 ②点缺陷 ③面缺陷 12、纯铁在850℃时为 晶格。 （①）

①体心立方 ②面心立方 ③密排六方

13、有些金属在固态下会发生晶体结构的变化，这种变化可以称为 。 (③) ①等温转变 ②变温转变 ③同素异构转变

14、共析钢过冷奥氏体在连续冷却时，有如下转变 。 (②) ①只有贝氏体和马氏体转变，而没有珠光体型转变 ②只有珠光体型和马氏体转变，而没有贝氏体转变 ③只有珠光体型和贝氏体转变，而没有马氏体转变

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15、当晶格常数相同时，面心立方晶格比体心立方晶格的致密度 。 (②) ①小 ②大 ③相等

16、具有匀晶相图的合金在固态时的相结构属于 。 (②) ①化合物 ②固溶体 ③以上都不是 17、密排六方晶胞的原子数为 。（②）

①2 ②6 ③4

18、弹簧及一些要求具有较高屈服极限的热作模具等，常采用热处理工艺是 。（②） ①淬火+低温回火 ②淬火+中温回火 ③表面淬火 19、亚共析钢中，随着含碳量的增加，C曲线的位置： (①) ①右移 ②左移 ③不变。 20、在室温平衡状态下，当钢的含碳量超过0.9%后，钢中渗碳体的形态主要是 。 (③) ①粒状 ②片状 ③网状

21、属于体心立方晶格的金属有 。（②）

①α-Fe,铝 ②α-Fe,铬 ③γ-Fe,铝 22、工程结构件中应用最多的钢种是 。 (①)

①碳素结构钢 ②不锈钢 ③碳素工具钢 23、奥氏体是碳溶解在 中所形成的间隙固溶体。（②） ①α-Fe ②γ-Fe ③δ-Fe 24、可逆回火脆性的温度范围是 。（④）

①150℃～200℃ ②250℃～400℃ ③400℃～550℃ 25、完全退火主要用于 。（①）

①亚共析钢 ②共析钢 ③过共析钢

26、退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 。（①） ①随炉冷却 ②在油中冷却 ③在空气中冷却 27、马氏体转变是在 以下进行的。（②） ①A1 ②Ms ③Mf 28、珠光体是一种 。 （③）

①固溶体 ②金属化合物 ③机械混合物

29、在测量工件的表面层硬度时，常用的硬度测试方法的表示符号是 。（③）

①HB ②HR ③HV

30、表示金属材料弹性极限的符号是 。（①） ①σe ②σs ③σb

31、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 32、建立相图时采用的冷却速应为 。 （③） ①快速 ②中速 ③极缓慢

33、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

34、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

35、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 36、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

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37、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 38、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

39、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 40、制造普通螺母的钢应选用 。（①） ①Q235 ②65Mn ③T12 41、渗碳体的性能特点是 。（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

42、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 43、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

44、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

45、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 46、属于体心立方晶格的金属有 。（②）

①α-Fe、铝 ②α-Fe、铬 ③γ-Fe、铝 47、每个体心立方晶胞中包含有 个原子。（②） ①1 ②2 ③3

48、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

49、欲要提高18－8型铬镍不锈钢的强度，主要是通过 。（③） ①时效强化方法 ②固溶强化方法 ③冷加工硬化方法 50、在Fe-Fe3C相图中，共析线也称为 。（①） ① A1线 ② ECF线 ③ Acm线

五、简答题（共20分） 1、晶体有那些特性？（4分）

答：1）一般具有规则的外形。（1分）；2）有固定的熔点。（1分）；3）有各向异性。（1分）；4）解理性。（1分）

2、陶瓷材料的主要性能特点是什么？（5分）

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答：陶瓷材料性能特点：具有不可燃烧性；（1分）、高耐热性、高化学稳定性；（1分）不老化性；（1分）、高的硬度和良好的抗压能力；（1分），但脆性很高，温度急变抗力很低。 3、简述珠光体、索氏体、屈氏体三者的异同点。(5分)

答：珠光体、索氏体、屈氏体都是铁素体与渗碳体片层交替的机械混合物。（2分）

不同的是片层间距由宽到细，强度、硬度由低变高。（3分） 4、铁碳合金中基本相是那些？其机械性能如何？(6分)

答：基本相有：铁素体、奥氏体、渗碳体 。铁素体强度和硬度不高，但具有良好的塑性和韧性；奥氏体的硬度较低而塑性较高，易于锻压成型；渗碳体硬度很高而塑性和韧性几乎为零，脆性大。

5、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》

答：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

6、手锯锯条、普通螺钉、车床主轴分别用何种碳钢制造？

答：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 7、金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？

答：《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。

8、固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？

答：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。 9、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？

答：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

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在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。 10、简述铸造过程中缩孔形成的原因。

答：金属液在铸模中冷却和凝固时，由于液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则会在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成尺寸较大而集中分布的孔洞。 11、简述消除冲压制品表面出现吕德斯带的措施。

答：利用应变时效理论解决这一问题。将薄板在冲压之前进行一道微量冷轧工序（1～2％的压下量），或向钢中加入少量的Ti或Al，C，N等间隙原子形成化合物，以消除屈服点，随后再进行冷压成形，便可保证工件表面平滑光洁。 12、说明本体聚合与悬浮聚合的异同？ 答：相同点：聚合都在单体相中进行

不同点：悬浮聚合的单体分散为无数个小液滴，易散热

13、陶瓷表面施釉的作用有那些？烧铀后釉面出现裂纹或陶瓷表面发生翘曲时，应如何解决？

答：作用：在陶瓷上形成玻璃状物质使其表面具有光亮、美观、致密绝缘、不吸水、不透水及化学稳定性好等优良性能

改变铀料成分，降低其热膨胀系数

14、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）

15、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） 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）

16、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）

17、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） 六、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？

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答：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？

答：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？

答：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？

答：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？

答：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。

七、要制造齿轮、连杆、热锻模具、弹簧、冷冲压模具、滚动轴承、车刀、锉刀、机床床身等零件，试从下列牌号中分别选出合适的材料并叙述所选材料的名称、成分、热处理工艺和零件制成后的最终组织。

答：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）

八、用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件进入热处理炉，并随工件一起加热到1000℃保温，当出炉后再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，试分析其原因。（10分） 答：冷拉钢丝绳是利用加工硬化效应提高其强度的，在这种状态下的钢丝中晶体缺陷密度增大，强度增加，处于加工硬化状态。在1000℃时保温，钢丝将发生回复、再结晶和晶粒长大过程，组织和结构恢复到软化状态。在这一系列变化中，冷拉钢丝的加工硬化效果将消失，强度下降，在再次起吊时，钢丝将被拉长，发生塑性变形，横截面积减小，强度将比保温前低，所以发生断裂。

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间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂的晶格间隙中所形成的固溶体。 再结晶：金属发生重新形核和长大而不改变其晶格类型的结晶过程。 淬透性：钢淬火时获得马氏体的能力。

枝晶偏析：金属结晶后晶粒内部的成分不均匀现象。

时效强化：固溶处理后铝合金的强度和硬度随时间变化而发生显著提高的现象。 同素异构性：同一金属在不同温度下具有不同晶格类型的现象。 临界冷却速度：钢淬火时获得完全马氏体的最低冷却速度。 热硬性：指金属材料在高温下保持高硬度的能力。 二次硬化：淬火钢在回火时硬度提高的现象。

共晶转变：指具有一定成分的液态合金,在一定温度下,同时结晶出两种不同的固相的转变。 比重偏析：因初晶相与剩余液相比重不同而造成的成分偏析。

置换固溶体：溶质原子溶入溶质晶格并占据溶质晶格位置所形成的固溶体。 变质处理：在金属浇注前添加变质剂来改变晶粒的形状或大小的处理方法。 晶体的各向异性：晶体在不同方向具有不同性能的现象。

固溶强化：因溶质原子溶入而使固溶体的强度和硬度升高的现象。

形变强化：随着塑性变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。 残余奥氏体：指淬火后尚未转变，被迫保留下来的奥氏体。 调质处理：指淬火及高温回火的热处理工艺。 淬硬性：钢淬火时的硬化能力。

过冷奥氏体：将钢奥氏体化后冷却至A1温度之下尚未分解的奥氏体。 本质晶粒度：指奥氏体晶粒的长大倾向。 C曲线：过冷奥氏体的等温冷却转变曲线。 CCT曲线：过冷奥氏体的连续冷却转变曲线。 马氏体：含碳过饱和的α固溶体。

热塑性塑料：加热时软化融融，冷却又变硬，并可反复进行的塑料。

热固性塑料：首次加热时软化并发生交连反应形成网状结构，再加热时不软化的塑料。 回火稳定性：钢在回火时抵抗硬度下降的能力。

可逆回火脆性：又称第二类回火脆性，发生的温度在400～650℃，当重新加热脆性消失后，应迅速冷却，不能在400～650℃区间长时间停留或缓冷，否则会再次发生催化现象。 过冷度：金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差。 二、判断正误并加以改正

1、细化晶粒虽能提高金属的强度，但增大了金属的脆性。（ ╳ ） 改正：细化晶粒不但能提高金属的强度，也降低了金属的脆性。 2、结构钢的淬透性，随钢中碳含量的增大而增大。（ ╳ ） 改正：结构钢的淬硬性，随钢中碳含量的增大而增大。 3、普通低合金结构钢不能通过热化处理进行强化。（ √ ） 4、置换固溶体必是无限固溶体。（ ╳ ） 改正：置换固溶体有可能是无限固溶体。 5、单晶体必有各向异性。（ √ ）

6、普通钢和优质钢是按其强度等级来区分的。（ ╳ ）

改正：普通钢和优质钢是按钢中有害杂质硫、磷的含量来划分的。 7、过热钢经再结晶退火后能显著细化晶粒。（ ╳ ） 改正：过热钢经正火后能显著细化晶粒。 8、奥氏体耐热钢也就是奥氏体不锈钢。（ ╳ ）

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改正：奥氏体耐热钢不是奥氏体不锈钢。 9、马氏体的晶体结构和铁素体的相同。（ √ ） 10、面心立方金属的塑性比体心立方金属的好。（ √ ） 11、铁素体是置换固溶体。（ ╳ ）

改正：铁素体是碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体体。 12、晶界是金属晶体的常见缺陷。（ √ ） 13、渗碳体是钢中常见的固溶体相。（ ╳ ） 改正：渗碳体是钢中常见的金属化合物相。 14、金属的塑性变形主要通过位错的滑移进行。（ √ ） 15、金属在进行热加工时，不会产生加工硬化现象。（ √ ） 16、比重偏析不能通过热处理来消除。 17、上贝氏体的韧性比下贝氏体好。（ ╳ ） 改正：上贝氏体的韧性比下贝氏体差。

18、对过共析钢工件进行完全退火可消除渗碳体网。（ ╳ ） 改正：对过共析钢工件进行正火可消除渗碳体网。 19、对低碳低合金钢进行正火处理可提高其硬度。（ √ ）

20、淬火获得马氏体的必要条件之一是其淬火冷却速度必须小于Vk。（ ╳ ） 改正：淬火获得马氏体的必要条件之一是其淬火冷却速度必须大于Vk。 21、氮化件的变形远比渗碳件的小。（ √ ）

22、工件渗碳后直接淬火其开裂倾向比一次淬火的要小。（ √ ） 23、高锰钢在各种条件下均能表现出良好的耐磨性。（ ╳ ）

改正：高锰钢只有在受到强烈的冲击和压力的条件下才能表现出良好的耐磨性。 24、无限固溶体必是置换固溶体。（ √ ）

25、金属的晶粒越细小，其强度越高，但韧性变差。（ ╳ ）

改正：一般地说，在室温下，金属的晶粒越细小，其强度和韧性越高。 26、所谓临界冷却速度就是指钢能获得完全马氏体组织的最小冷却速度。（ √ ） 27、钢进行分级淬火的目的是为了得到下贝氏体组织。（ ╳ ）

改正：钢进行分级淬火的目的是为了减小淬火应力，防止工件变形和开裂。 28、对奥氏体不锈钢进行固溶处理的目的是为了提高其强度。（ ╳ ） 改正：对奥氏体不锈钢进行固溶处理的目的是为了提高其耐蚀性。 29、弹簧钢的最终热处理应是淬火+低温回火。（ ╳ ） 改正：弹簧钢的最终热处理应是淬火+中温回火。 30、凡单相固溶体均能进行形变强化。（ √ ） 31、陶瓷组织中的气相能起到一定的强化作用。（ ╳ ）

改正：陶瓷组织中的气相降低了陶瓷的强度，是造成裂纹的根源。 32、热塑性塑料一般具有链状或支链状分子结构。（ √ ） 33、凡间隙固溶体必是有限固溶体。（ √ ）

34、珠光体的片层间距越小，其强度越高，其塑性越差。（ ╳ ） 改正：珠光体的片层间距越小，其强度越高，其塑性越好。 35、钢的临界冷却速度Vk越大，则其淬透性越好。（ ╳ ） 改正：钢的临界冷却速度Vk越低，则其淬透性越好。 36、过共析钢的正常淬火一般均为不完全淬火。（ √ ） 37、工件经渗碳处理后，随后应进行淬火及低温回火。（ √ ） 38、金属是多晶体，因而绝对不可以产生各向异性。（ √ ）

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工 程 材 料 部 分 试 题

39、凡能使钢的C曲线右移的合金元素均能增加钢的淬透性。（ √ ） 40、感应加热表面淬火的淬硬深度与该钢的淬透性没有关系。（ √ ） 41、陶瓷组织中的气相完全是一种缺陷相。

42、金属凝固时，过冷度越大，晶体长大速度越大，因而其晶粒粗大。（ ╳ ） 改正：金属凝固时，过冷度越大，晶体长大速度越大，因而其晶粒细化。 43、钢的淬透性与其实际冷却速度无关。（ ╳ ） 改正：钢的淬透性与其实际冷却速度有关。 44、亚共析钢的正常淬火一般为不完全淬火。（ √ ） 45、碳钢淬火后回火时一般不会出现高温回火脆性。（ √ ） 46、工件经氮化处理后不能再进行淬火。（ √ ） 47、对灰铸铁不能进行强化热处理。（ ╳ ） 改正：对灰铸铁能进行强化热处理。

48、过共析钢经正常淬火后，马氏体的含碳量小于钢的含碳量。（ √ ） 49、凡能使钢的临界冷却速度增大的合金元素均能减小钢的淬透性。（ √ ） 50、高速钢淬火后经回火可进一步提高其硬度。（ √ ） 51、马氏体的强度和硬度总是大于珠光体的。（ ╳ ）

改正：马氏体的硬度是大于珠光体的，而强度比珠光体的差。 52、纯铁在室温下的晶体结构为面心立方晶格。（ ╳ ） 改正：纯铁在室温下的晶体结构为体心立方晶格。 53、马氏体的硬度主要取决于淬火时的冷却速度。（ ╳ ） 改正：马氏体的硬度主要取决于其含碳量。 54、等温淬火的目的是为了获得下贝氏体组织。（ √ ） 55、对普通低合金钢件进行淬火强化效果不显著。（ √ ） 56、高锰钢的性能特点是硬度高，脆性大。（ ╳ ） 改正：高锰钢的性能特点是良好的韧性和耐磨性。 57、马氏体是碳溶入γ-Fe中形成的过饱和固溶体。（ ╳ ） 改正：马氏体是碳溶入α-Fe中形成的过饱和固溶体。

58、间隙固溶体的溶质原子直径小，其强化效果远比置换固溶体差。（ √ ） 59、硬铝合金经固溶处理后，强度明显提高。（ √ ） 60、钢经热处理后，其组织和性能必然会改变。（ ╳ ） 改正：钢经热处理后，其组织和性能不一定会改变。 61、纯金属都是在恒温下结晶的。（ √ ）

62、所谓白口铸铁是指碳全部以石墨形式存在的铸铁。（ ╳ ） 改正：所谓白口铸铁是指碳主要以渗碳体形式存在的铸铁。 63、白口铸铁铁水凝固时不会发生共析转变。（ ╳ ） 改正：白口铸铁铁水凝固时会发生共析转变。 64、铸件可用再结晶退火细化晶粒。（ √ ）

65、冷热加工所形成的纤维组织都能使金属出现各向异性。（ √ ） 66、奥氏体的塑性比铁素体的高。（ √ ）

67、马氏体转变是通过切变完成的，而不是通过形核和长大来完成的。（ ╳ ） 改正：马氏体转变也是通过形核和长大来完成的，转变机制非常复杂。 68、金属中的固态相变过程，都是晶粒的重新形核和长大过程。（ √ ） 69、位错的滑移可沿晶体中的任意面和任意方向进行。（ ╳ ） 改正：位错的滑移可沿晶体中一定的晶面和方向进行。

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工 程 材 料 部 分 试 题

A.GCr15 B..Cr12MoV C.1Cr13 D.1Cr18Ni9Ti 65.下列铝合金中，被称为硅铝明的是（ A ）

A.ZL102 B.ZL202 C.ZL301 D.ZL402 66.钢的淬透性主要决定于其（ C ）

A.碳含量 B.合金元素含量 C.冷却速度 D.过冷度

四、填空题

1.在Fe-Fe3C合金中,含有二次渗碳体最多的合金是含碳为 2.11 %的钢,其二次渗碳体的最大含量为 22.64 %.

2.冷变形金属在加热时发生的三个过程依次为 回复 ， 再结晶 和 晶粒长大 。

3.对刃具钢的性能要求主要有三个方面,即 高的硬度 ， 高耐磨性 和 高的红硬性 。

4.1Cr18Ni9Ti是 奥氏体型不锈 钢,需采用 固溶 处理,以获得单相奥氏体,为了阻止(CrFe)23C6沿晶界析出,还应进行 稳定化 热处理.

5.高速钢锭经锻造退火后的组织为 索氏体及粒状碳化物 ,淬火后的组织为 隐针马氏体、粒状碳化物及20%-25%的残余奥氏体 ,淬火后再经多次回火后的组织为 回火马氏体、较多的粒状碳化物及少量残余奥氏体 。

6.灰铸铁能否充分石墨化,主要决定于其碳当量和铸后冷却速度,一般而言,碳当量越 高 ,越有利于石墨化,冷却速度越 快 ,越容易形成白口. 7.球墨铸铁件可通过热处理来调整其基本组织， 退火 热处理能得到F+G基, 调质 热处理能得到F+P+G基,而 正火 能获得P+G基 8.所谓巴氏合金是指 锡 基和 铅 基轴承合金

9.线型无定型高聚物在不同温度下表现出的三种力学状态： 玻璃 态, 高弹 态和 粘流 态。

10.金属结晶时晶粒的大小主要决定于其 形核率和晶核的长大速度 ,一般可通过 增加过冷度法或 变质处理 来细化晶粒

11.热加工纤维组织的形成原因是单向变形造成 变形后夹杂物 沿变形方向呈流线分布的, 从而使其产生 各向异 性

12.普通钢,优质钢的区分是以其中 S 和 P 元素的原子的含量来区分的, P 含量高易使钢产生热脆性,而 S 含量高易使钢产生冷脆性

13.所谓本质细晶粒钢是指该钢正常淬火加热时 奥氏体晶粒长大 倾向小的钢

14.钢淬火时马氏体转变的转变量主要决定于其 临界冷却速度 ,与其保温时间 无 关。 15.钢的淬透性决定于其成份,一般随碳含量的增加,亚共析钢的淬透性 增大 ,当加入除Co之外的合金元素时均能使钢的淬透性 提高 。

16.马氏体的形态在两种典型,即强度高而韧性差的 片 状马氏体和强度低而韧性高的 板条 状马氏体

17.对奥氏体不锈钢进行 固溶 热处理可获得单项式相奥氏体组织, 进行 稳定化 热处理可防止产生晶间腐蚀

18.对普通灰铸铁工件进行低温退火的目的是为了 消除内应力 ,进行高温退火的目的是为了 消除铸件白口、降低硬度 。

19.材料牌号QT600-3中,QT表示 球墨铸铁 ,600 表示最低抗拉强度为600MPa ,3表示 最低伸长率为3% 。

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工 程 材 料 部 分 试 题

20.轴承合金的组织特点是 软基体上分布硬质点 或 硬基体上分布软质点 。

21.陶瓷组织的基本相有 晶体 相, 玻璃 相, 气 相,其中起强化作用的是 晶体 相,而起粘结作用的是 玻璃 相

22.常见工程塑料有 聚氯乙烯 ， 聚四氟乙烯 ， 尼龙 ,其中自润滑性能良好适合作轴承齿轮的有尼龙 ,价格低廉,用途非常广泛的是 聚氯乙烯 ,化学稳定性极好,有塑料王之称的是 聚四氟乙烯

23.在Fe-Fe3C相图中,包含有三个恒温转变,其具体的相反应式分别为,包晶反应 LB+δHDAJ ,共晶反应 LCDAE+Fe3C ,共析反应 ASDFP+ Fe3C 。

24.常见的合金弹簧钢有 60Si2Mn ,其最终热处理工艺为 去应力退火 ,其最终组织为 索氏体 。

25.钢进行扩散退火的目的是为了 减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织的不均匀性 ,进行再结晶退火的目的是为了 消除加工硬化作用，便于继续冷加工 。 26.影响铸铁石墨化的主要因素有 铸铁的成分 和 冷却速度 等

27.马氏体的硬度主要决定于其 含碳量 ,钢淬火时获得马氏体量的多少主要决定于其 临界冷却速度 。

28.要降低低冷轧钢板的硬度应进行 完全 退火,要消除合金铸件的枝晶偏析应进行 均匀化 退火,要改善高碳钢的切加工性能应进行 等温 退火

29.常用弹簧的牌号有 65Mn、60Si2Mn ,其热处理工艺为 淬火和中温回火 ,热处理后的组织是 回火托氏体 。

30.耐磨钢ZGMn13进行水韧处理的目的是为了消除 碳化物 ,得到 单相奥氏体 组织,从而保证其具有 高的耐磨 性能

31.实际晶体中主要存在三类缺陷,其中点缺陷有 空位 和 间隙原子 等,线缺陷有 位错 ,面缺陷有 亚晶界 等。

32.奥氏体不锈钢进行固溶处理的目的是 获得单相奥氏体组织，提高钢的耐蚀性 ,进行稳定化处理的目的是 防止晶间腐蚀的产生 。

33.经 正火 处理能改善低碳钢的切削加工性能,经 等温退火 处理消除高碳高合金钢中的残余奥氏体。

34.轴承合金的组织特点为在 软 基体上分布有 硬 质点,或在 硬 基体上分布有 软 质点。 35.合金钢按用途可分为三类,即 合金结构钢 ， 合金工具钢 ,和 特殊性能钢 。

36.合金钢中常用的渗碳钢为 20CrMnTi (牌号),常用的调质钢为 40Cr ,常用的刃具钢为 9SiCr ,常用的耐磨钢为 ZGMn13 。

37.金属浇铸造时常采用的细化晶粒方法有两种,即 变质处理 和 附加振动 。

38.铁有三种同素异构体在912度以下时为 体心 立方结构,在912度以上,1394度以下时为 面心 立方结构,高于1394度而低于熔点时为 体心 立方结构

39.金属铸造锭的组织常分为三层,即外层的 细晶 区,次层的 柱状晶 区和中心的 等轴晶 区。

40.金属晶体通过 滑移 和 孪生 两种方式来发生塑性变形。

41.冷变形金属在加热时随加热温度的升高,其组织和性能的变化分为三个阶段,即 回复 ， 再结晶 ， 晶粒长大 。

42.在合金钢的组织中,常见的间隙固溶体有 F 和 A ,常见的间隙相 P 和 Ld ,常见的间隙化合物 Fe3C 。

43.在Fe-Fe3C合金组织中，一次渗碳体是指从 液体合金 中析出的，二次渗碳体是指从 A 中析出的，三次渗碳体是指从 F 中析出的

44.在铁碳合金的平衡组织中,常见的三个单相组织为 F ， A 和 Fe3C ，,常见的两个两组

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工 程 材 料 部 分 试 题

织为 P ， Ld 。

45.下列各材料的退火组织构成为:工业纯铁 F ,亚共析钢 F+P ,过共析钢 P+Fe3CⅡ ,亚共晶白口铸铁 P+Ld′+Fe3CⅡ ，过共晶白口铸造铁为 Ld′+Fe3CⅠ 。

46.钛的熔点为1680℃则其再结晶温度为 1054 ℃,其再结晶退火温度为 1154 ℃

47.抗氧化钢中常加入的合金元素有 铬 、 硅 、 铝 等,这主要是因为当这些合金元素在钢基体中的含量达到一定量时能在钢的表面形成 氧化膜 。

48.钢加热时奥氏体的形成分为三个阶段,依次为 奥氏体晶核的形成及长大 ， 残余渗碳体 ， 奥氏体的均匀化 。

49.钢加热奥氏化后,先淬入水中,再淬入油中,该淬火工艺通常被称为 双介质 淬火。

50.钢淬火时所得马氏体的形态主要决定于其 成分 ,马氏体的硬度主要决定于其 碳的含量 ,马氏体量的多少主要决定于其 临界冷却速度 。

51.硬质合金是以 WC 和 TiC 作为强化相而以 钴、镊等金属 作粘结基体所形成的复合材料

52.钢的Ac3温度是指 冷却时，不同含碳量的奥氏体中结晶出铁素体的开始线 。

53.渗碳和氮化相比,前者的热处理变形比后者 大 ,后者的硬化层与基体的结合力比前者 高 。

54.工件渗碳后直接淬火相对于一次淬火的优点是 工艺简单、效率高、成本低、脱碳倾向小 ,缺点是 耐磨性较低、变形较大 。

55.碳素结构钢相对于合金结构钢而言,优点是 冶炼、加工简单，价格便宜 ，缺点 淬透性差、缺乏良好的机械性能 。

56.所谓’硅铝明’是指铝和 硅 的合金,该合金工件通常是通过 铸造 成形的

57.常见的黄铜是指铜和 锌 的合金,而青铜的种类较多,主要有 锡 青铜, 铝 青铜等,青铜在大气,海水中的耐蚀性 优 于黄铜

58.纯金属的晶格类型主要有 体心立方 晶格, 面心 晶格和 密排六方 晶格三种 59.金属结晶的必要条件是一定的 过冷度 。

60.金属的塑性变形是在 切 应力作用下,主要通过 滑移 来进行的 61.金属中的位错密度越高,则其强度越 高 ,塑性越 差 。

62.纯铁的熔点为1538度,则其再结晶温度为 997 度,而其再结晶退火温度为 1097 度。 63.冷加工和热加工是以金属的 再结晶温度 区分的

64.所谓’相’是指合金中的 晶体 结构和 化学成分 相同的组成部分 65.合金中的基本相分为 固溶体 和 金属化合物 两类

66.按照溶质原子在溶剂中位置的不同,固溶体分为 置换固溶体 和 间隙固溶体 。 67.固溶体按溶解度大水不同分为 有限固溶体 和 无限固溶体 。

68.金属化合物根据其形成条件及结构特点分为 正常价化合物 ， 电子化合物 及 间隙化合物 三类

69.钢中常见的化合物大多数属于 正常价 化合物,其共同的性能特点是熔点 较高 ,硬度 高 ,脆性 大 。

70.铁碳合金的基本相中,塑性最好的是 A ,强度最高的是 P ,硬度最高的是 Cm 。 71.珠光体是指 F 和 Cm 所形成的两相组织,其形态一般是 粗片 状。 72.二次渗碳体只可能出现于碳含量大于 0.77 %的钢中,其形态是 网 状

73.灰口铸造铁和白口铸铁的组织相比较,灰口铸造铁中不应有 渗碳体 组织,而白口铸铁中没有 片状石墨 组织

74.将45钢加热至Ac1温度时,所得奥氏体的含碳量为 0.44 %,继续升高温度,奥氏体的含碳量会 增大 。

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工 程 材 料 部 分 试 题

75.钢的奥氏体晶粒长大的倾向性与钢的 加热 方法有关

76.将45钢加热至Ac1温度长时间保温后其组织构成为F+A,其中F的含碳量为________%,A的含碳量为________%

77.亚共析钢的正火温度为 Ac3 以上,30—50度,而过共析钢的正火温度为 Accm 以上30—50度

78.钢淬火后马氏体组织粗细主要取决于奥氏体的 晶粒大小 。

79.工具钢一般都属于 优质 碳钢,其机加工前的预处理工艺为 退火 ,机加工后的最终热处理工艺为 淬火+低温回火 。

80.量具钢除要求高硬度外,还要求有高 耐磨 性和高 尺寸 稳定性。

81.常用不锈钢按其组织构成分为 马氏体 不锈钢, 铁素体 不锈钢, 奥氏体 不锈钢。 82.合金元素大多数都 促进 奥氏体的形成,故合金钢的淬火 优 于碳钢。 83.不锈钢的成份特点是碳含量 较低 和 铬 含量高 84.碳在铸铁中主要以 渗碳体 和 石墨 的形式存在

85.提高铸铁中 碳 元素和 硅 元素的含量,有利于其石墨化

86.钢中常见的合金元素按与碳的亲合力大小分为 合金渗碳体 和 特殊碳化物 两类

87.钢中常见的合金元素大多数都 促进 奥氏体晶粒的长大,当溶入奥氏体时又 阻碍 过冷奥氏体的分解,淬火后回火时 推迟 马氏体的分解。

88.铝合金按其成份和工艺特点分为 变形 铝合金和 铸造 铝合金两类。

89.LG5表示该材料是 高纯铝 ,LY12表示该材料为 铝-铜-镁 铝合金,ZL102表示该材料属于 铸造铝合金 。

90.铜合金中,按主加元素不同分为 黄铜 ， 青铜 和白铜。 91.常用的硬质合金主要有三类即 钨钴类硬质合金 ，钨钴钛类硬质合金 和 通用硬质合金 ,其中韧性最好的是 钨钴类硬质合金 。 五、简答题

1.某过共析钢工件因终锻温度过高,其组织中出现了网状渗碳体,对工件的机性有何影响?采用何种工艺可将之削除.

答：某过共析钢工件因终锻温度过高,其组织中出现了网状渗碳体,将使工件的强度下降，力学性能变坏。可以采用正火的热处理方法来消除。

2.某T12钢工件退火时,误当作45钢而进行了完全退火,其组织和性能会发生什么变化,因该工件切削加工困难,应采用什么热处理工艺来改善之.

答：某T12钢工件退火时,误当作45钢而进行了完全退火,其组织中出现了网状渗碳体,将使工件的强度下降，力学性能变坏。可以采用正火的热处理方法来消除。

3.试说明淬火钢中出现残余奥氏体的原因是什么,对其性能有何影响,采用什么工艺能将之消除.

答：淬火钢中出现残余奥氏体的原因是：马氏体转变是在一定温度范围内（Ms-Mf），连续冷却的任何停顿和减慢，都增大奥氏体的稳定性和残余奥氏体的量；另外马氏体形成时体积膨胀，对未转变的奥氏体构成大的压应力，也使马氏体转变不能进行到底，而总要保留一部分不能转变的（残余）奥氏体。

残余奥氏体存在马氏体之间可改善钢的韧性。 采用回火工艺能将之消除。

4.试说明为什么亚共析钢必须进行完全淬火,而过共析钢则只能进行不完全淬火.

答：亚共析钢必须在Ac3+30-50℃加热，进行完全淬火，并使淬火组织中保留一定数量的细小弥散碳化物颗粒，以提高其耐磨性。而过共析钢加热到Ac1+30-50℃进行不完全淬火，其原因在于：若碳化物完全熔入奥氏体中，马氏体中将出现过多的残余奥氏体，从而会造成多

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工 程 材 料 部 分 试 题

方面的害处，例如：碳含量过高，淬火后全部形成片状马氏体，脆性增加，且奥氏体增加，硬度下降;组织中会失去硬而耐磨的碳化物颗粒，令耐磨性降低等;而且淬火后会得到粗针状马氏体，显微裂纹增多，令钢的脆性增大;同时会令淬火应力增大，加大工件变形开裂倾向。 5.高碳高合金钢工件淬火时极易开裂,采取什么措施可有效防止其开裂? 答：（1）合理设计零件结构；

（2）淬火前进行退火或正火，以细化晶粒并使组织均匀化，减少淬火产生的内应力； （3）淬火加热时严格控制加热温度，防止过热使奥氏体晶粒粗化，同时也可减少淬火时的热应力；

（4）采用适当的冷却方法；

（5）淬火后及时回火，以消除应力，提高工件的韧性。 6.确定下列工件的退火工艺,并说明其原因：(1)冷轧15钢钢板要求降低硬度.(2)正火态的T12钢钢坯要求改善其切削加工性.(3)锻造过热的60钢锻坯要求细化晶粒. 答：（1）完全退火； （2）球化退火； （3）等温退火。

7.某40MnB钢主轴,要求整体有足够的韧性,表面要求有较高的硬度和耐磨性,采用何种热处理工艺可满足要求?简述理由.

答：采用正火、调质（预备热处理），以及淬火+低温回火（最终热处理）。

（1）正火：主要为了消除毛坯的锻造应力，降低硬度以改善切削加工性，同时也均匀组织，细化晶粒，为以后的热处理做组织准备

（2）调质：主要使主轴具有高的综合力学性能。

（3）淬火+低温回火：提高表面的硬度和耐磨性，而心部具有足够的韧性，其中低温回火的作用是消除淬火应力及减少脆性。

8.金属晶粒大小对金属的性能有何影响?说明铸造时细化晶粒的方法及其原理. 答：金属晶粒越细，金属的强度越高，塑性和韧性也越好，反之力学性能越差。 铸造时细化晶粒的方法有：

（1）增加过冷度：当过冷度增大时，液态金属的结晶能力增强，形核率可大大增加，而长大速度增加较少，因而可使晶粒细化。

（2）变质处理：在液态金属结晶前，加入一些细小的变质剂，使金属结晶时形核率N增加，因而可使晶粒细化。

（3）振动处理：在金属结晶时，对液态金属附加机械振动、超声波振动或电磁振动等措施使已生长的晶粒因破碎而细化，同时破碎的晶粒尖端也起净核作用，增加了形核率，使晶粒细化。

9.T12钢工件经正常淬火后其表面硬度比60钢低的原因是什么？如何进一步提高其硬度？ 答：原因是：淬火加热温度过低、保温时间不足、冷却速度过低、工件表面脱碳或预先热处理不当等。

进一步提高其硬度的方法是将工件退火或正火后重新进行淬火。

10．画出Fe-Fe3C相图，注明各相区的相名称，指出奥氏体和铁素体的溶解度曲线. 答：书P16图1.2.16。奥氏体和铁素体的溶解度曲线分别是：ES线、PQ线。 11.示意画出钢的C曲线,并在C曲线上画出等温淬火和分级淬火的冷却工艺曲线. 答：书P40图1.3.11。

12.比较20钢和T10钢的退火,正火,淬火组织的异同. 答：退火：20钢：奥氏体 T10钢：珠光体

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工 程 材 料 部 分 试 题

例4：现有一碳钢制支架刚性不足，采用以下三种方法中的哪种方法可有效解决此问题？为什么？①改用合金钢；②进行热处理改性强化；③改变该支架的截面与结构形状尺寸。 答：选③，改变该支架的截面与结构形状尺寸。因为金属材料的刚度决定于基体金属的性质，当基体金属确定时，难于通过合金化、热处理、冷热加工等方法使之改变。

例5：某一用45钢制造的零件，其加工路线如下：

备料→锻造→正火→粗机械加工→调质→精机械加工→高频感应加热淬火＋低温回火→磨削，请说明各热处理工序的目的及热处理后的组织。

答：正火目的:消除锻造应力,改善切削加工性,同时均匀组织,细化晶粒,为后续热处理作组织准备。组织: 晶粒均匀细小的F 和S。

调质目的:提高塑性、韧性,使零件获得较好的综合力学性能。组织: S 回。

高频感应加热淬火目的:提高工件表面的硬度和耐磨性,而心部仍保持良好的塑性和韧性。 低温回火目的:降低内应力和脆性。表层组织: M 回，心部组织：S 回。

例6：选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，并且钢材具有足够的淬透性）：

（1）某机床变速箱齿轮（模数m=4），要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45 钢；

（2）某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴径部分要求耐磨（HRC 50-55），材料选用45 钢；

（3）镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用38CrMoALA。

（4）M12 丝锥，要求刃部硬度为60～62HRC，柄部硬度为30～40HRC，材料选用T12A。 答: ⑴45 钢机床变速箱齿轮: 下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→超音频感应加热淬火+低温回火→精磨→成品；

⑵45 钢机床主轴: 下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火+低温回火→精磨→成品；

⑶38CrMoAlA 镗床镗杆: 下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→氮化→研磨→成品；

⑷T12A 丝锥: 锻造→球化退火→机加工→淬火＋低温回火→柄部盐浴加热快速退火→精加工。

例7：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： （1）经冷轧后的15 钢钢板，要求降低硬度； （2）ZG35 的铸造齿轮；

（3）锻造过热后的60 钢锻坯； （4）改善T12 钢的切削加工性能。

答: （1）再结晶退火, 目的：细化晶粒，均匀组织，使变形晶粒重新转变为等轴晶粒，以消除加工硬化现象，降低了硬度，消除内应力。得到P+F（P 为等轴晶）； （2）去应力退火, 目的：消除（铸造）内应力。得到P+F；

（3）重结晶退火（完全退火、等温退火）, 目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降

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工 程 材 料 部 分 试 题

低硬度，改善切削加工性。得到P+F；

（4）球化退火, 目的：使片状渗碳体变为球状渗碳体，以降低硬度，均匀组织、改善切削加工性。得到颗粒状P+Fe3C。

例8：选材设计一个车床主轴。该主轴受交变弯曲和扭转的复合应力，载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，轴颈部要求耐磨。请选材并设计热处理工序。需说明各热处理工序的作用，画出工艺曲线，并指出热处理后的组织。（备选材料45、T8、20CrMnTi） 答：

1) 正火（或完全退火）：消除锻造应力、调整硬度、细化晶粒；组织：S+F 2) 调质（淬火+高温回火）：使钢获得综合性能好；组织：S回

3) 表面淬火+低温回火：提高表面硬度和耐磨性；组织：表面M回 心部S回 最新工程材料试题及答案解析 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

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工 程 材 料 部 分 试 题

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

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工 程 材 料 部 分 试 题

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） 计算室温下含碳0.6%的钢中珠光体和铁

素体各占多少？

（3） 说明含碳量1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢的硬度高。 答：(1) 空格中斜体部分为答案。（6分，每空格0.5分） （2）（5分）

由杠杆定律得：

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

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工 程 材 料 部 分 试 题

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。 3.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 (4)1Cr18Ni9Ti (7)45 (10)KTH350-06 (13)20 (16)QSn4-3 (19)T12 (22)35 黄铜 不锈钢 (2)W18Cr4V (5)GCr15 高速钢 滚动轴承钢 灰口铸铁 (3)Q235-A.F (6)QT600-02 (9)55Si2Mn 普通碳钢 球墨铸铁 合金弹簧钢 合金调质钢 普通碳钢 灰口铸铁 合金渗碳钢 优质碳素结构钢 (8)HT200 可锻铸铁 (11)T10A 优质碳素工具钢 (12)40Cr (15)Q235C (17)08 (21)HT150 (24)20Cr 优质碳素结构钢 (14)ChSnSb11-6 轴承合金 锡青铜 碳素工具钢 (17)QAl7 (20)Y30 铝青铜 易切削钢 低合金结构钢 优质碳素结构钢 优质碳素结构钢 (23)16Mn

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：

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工 程 材 料 部 分 试 题

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。

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