工程材料.docx

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1、题型：1.单项选择题2 .填空题3 .名词解释4 .问答题占48%期末考试复习占10%（根本理论知识的应用）占10%（根底概念）占12%（重要名词）5.分析（作图计算）题占20%（铁碳二元相图）一.单项选择题。10个共10分主要来自2,3,4,9章1.纯金属的晶体结构是：（）A.非晶体；B.单晶体；C.纯晶体；D.多晶体.2 .Fc3C是化合物其性质是（）A.硬度极高,塑性极差；B.硬度极高,强度很高；C.硬度不高,塑性尚好；D.硬度不高,塑性很差.3 .为了改善高碳钢的切削性最好是经过（）处理。A.完全退火；B.球化退火；C.调质；D.正火.4 .牌号为W18Cr4V的钢材，属于（）,A.碳

2、素结构钢；B.碳素工具钢；C.合金结构钢；D.高速钢.5 .单件生产大型轴类零件，适宜的毛坯制造方法为（）A.铸造；B.模锻；C.冲压；I）.自由锻二、填空题。20空共10分主要来自L2,3,4,6,8,9章例：1 .最常见的3种硬度测试方法分别是布瓦、造氐、维氏。2 .纯金属结晶的特点是恒温和过冷,金属结晶过程的实质是形核和核长大。3 .钢的热处理是将钢在固态下以适当的方式进行工喳匚、保温和冷却,以获得所需组织和性能的工艺过程。4 .依据钢中含碳量分类，工业用钢可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。5 .钢铁材料以外的金属材料通常称为有色金属或非铁金属。6 .铸件凝固结束后往往在某些部位出现孔洞，大

3、而集中的孔洞称为缩孔;细小而分散的孔洞称为缩松。三.重要名词：单晶体，多晶体，过冷度，合金，组元，相，合金相图，固溶体，铁素体（F）,奥氏体（八）,渗碳体（FesC）,珠光体（P）,莱氏体（Ld）,马氏体，淬透性,淬硬性，调质处理、同素异构转变,冷变形强化。单晶体：晶体内部的晶格位向完全一致的晶体称为单晶体。多晶体：由许多晶粒组成的晶体称为多晶体。过冷度：金属材料实际结晶温度总是低于该金属的熔点。这样，理论结晶温度与实际结晶温度之差称过冷度，用At表示。合金：是通过熔化或其他方法使两种或两种以上的金属或非金属元素结合在一起所形成的具有金属特性的物质。组元：组元是指组成合金的最根本、独立的物质。

4、相：是指在金属或合金中具有相同化学成分，相同结构并以界面分开的各个均匀的组成局部。合金相图：表示在平衡条件下，合金的成分、温度、合金相之间的关系图解，称为合金相图。固溶体：溶质原子溶于溶剂晶格中而仍保持溶剂晶格类型的合金相。碳在-Fe中的间隙固溶体，具有体心立方晶格。称为铁素体或。固溶体，用。或F表示奥氏体：C溶于Y-Fe中所形成的间隙固溶体.具有面心立方晶体结构，用字母A或者Y表示.渗碳体：铁碳合金按亚稳定平衡系统凝固和冷却转变时析出的Fe3C型碳化物。珠光体：奥氏体（奥氏体是碳溶解在YFe中的间隙固溶体）发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。莱氏体：液态铁碳合金发生共晶转变形成的奥氏

5、体和渗碳体所组成的共晶体，其含碳量为c=4.3%o马氏体，使具有面心立方晶格的奥氏体改组为体心正方晶格，形成了碳过饱和地溶入Fe的固溶体，称为马氏体。淬透性：指钢在淬火冷却时，获得马氏体组织深度的能力。淬硬性：指钢在正常淬火条件下的马氏体到达最高硬度的能力。调质处理：通常将淬火加高温回火称为调质处理。同素异构转变：有些物质在固态时会发生晶格类型的转变，称为同素异构转变。冷变形强化：在外力作用下，晶粒的形状随着工件外形的变化而变化。导致晶格发生畸变,使金属进一步滑移的阻力增大，因此金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降，产生所谓“变形强化现象。四、问答题。1.什么是过冷度？过冷度与冷速有何

6、关系？过冷度对金属结晶后的晶粒大小有何影响？答：过冷度是理论结晶温度与实践结晶温度之差。冷速越快那么过冷度越大，同理，冷速越小那么过冷度越小。过冷度越大那么晶粒越小，同理，过冷度越小那么晶粒越大。2 .什么叫金属的结晶？纯金属结晶的根本规律是什么？纯金属结晶与合金结晶有何异同？答：由液态的金属转变为固态金属晶体的过程称为结晶。根本规律是：液态金属随冷却时间增加，温度不断降低；但冷却到某一温度时，温度不再随时间的增加而变化。结晶完成后再降到室温。异同：纯金属结晶由于无成分因素的影响，往往在结晶后形成单向组织；而合金在结晶后，由于存在两种以上组元之间相互作用，可能形成的是一种多相组织。3 .晶粒大

7、小对金属材料的机械性能有何影响？结晶时哪些因素影响晶粒度的大小？如何影响？采取哪些方法可以细化晶粒？答：一般情况下，晶粒愈小，其强度、塑形、韧性也愈高；晶体的长大速度、形核速度影响晶粒的大小。假设结晶时有较大地过冷度、形核率的增加比晶核的长大速度快那么晶粒愈细；细化晶粒：（1）提高结晶时的冷却速度、增加过冷度。（2）进行变质处理。（3）在液态金属结晶时采用机械振动，超声波振动，电磁搞拌等。4、奥氏体晶粒的大小直接影响到冷却后得到的组织和性能，高温时粗大的奥氏体晶粒无论怎样冷却也得不到细晶粒。这句话对吗？为什么？奥氏体的转化过程是不可逆的。5 .试述马氏体转变的特点。答：（1）是无扩散型的转变。

8、（2）马氏体晶核的长大速度极快，高达l（Pms0（3）当连续冷却到MS点时，马氏体开始转变。（4）马氏体转变的不彻底性。6、淬火的目的是什么？亚共析钢和过共析钢淬火加热温度应如何确定？为什么？淬火的目的主要是使钢件得到马氏体（和贝氏体组织，提高钢的硬度和强度，与适当的回火工艺相配合，更好地发挥钢材的性能潜力。亚共析钢淬火加热温度为Ac3以上3050,因为在此温度范围内，可获得全部细小的奥氏体晶粒，淬火后得到均匀细小的马氏体。假设加热温度过高，那么引起奥氏体晶粒粗大，使钢淬火后的性能变坏；假设加热温度过低，那么淬火组织中尚有未溶铁素体，使钢淬火后的硬度缺乏。共析钢和过共析钢淬火加热温度为ACl以

9、上30C50,此时的组织为奥氏体加渗碳体颗粒，淬火后获得细小马氏体和球状渗碳体，能保证钢淬火后得到高的硬度和耐磨性。如果加热温度超过Accm,将导致渗碳体消失，奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大针状马氏体,剩余奥氏体量增多，硬度和耐磨性降低，脆性增大；如果淬火温度过低，可能得到非马氏体组织，那么钢的硬度达不到要求。7、钢在淬火后为什么一定要进行回火才可使用？按回火温度的上下可将回火分为哪三类？各自的所对应的回火组织是什么？答：（1）减少或消除淬火内应力，减少变形与开裂倾向。稳定工件的组织与尺寸。（2）低温回火中温回火高温回火（3）回火马氏体回火托氏体回火素氏体8 .试比拟钢的淬透性与实际工件的淬硬

10、层深度的区别。答：钢的淬透性是钢本身固有的特性，对一定成分的钢来说是完全确定的，它的大小可用在规定条件下的淬硬层深度来表示。而实际工件的淬硬层深度是受许多条件制约的，是变化的。9 .什么是淬透性？什么是淬硬性？两者有何区别？影响淬透性、淬硬性的因素是什么？答：1 .淬透性是指钢在淬火冷却时，获得马氏体组织深度的能力。2 .淬硬性是指淬火硬化所能到达的最大硬度的能力，它主要取决于马氏体的含碳量。3 .钢的淬透性与实际工件的淬硬性深度是有区别的,钢的淬透性是钢本身固有的特性，对一定成分的钢种来说是完全确定的，大的大小可用在规定条件下的淬硬层深度来表示。而实际工件的淬硬深度，是受许多条件制约的，是变

11、化的。如工件的形状、大小、冷却介质的不同的均会对淬硬层深度有影响。10、试论述钢的普通热处理（退火、正火、淬火和回火）的工艺差异和各自的主要目的。答：退火是将钢加热到预定温度，保温一定时间后缓慢冷却（通常随炉冷却），获得接近于平衡组织的热处理工艺。正火是将钢加热到亚共析钢或共析和过共析钢以上30-50oC,保温适当时间后在静止空气中冷却的热处理工艺。淬火是将钢加热到亚共析钢或ACl以上305（C,经过保温后在冷却介质中迅速冷却的热处理工艺。回火是把经过淬火的零件重新加热到低于ACl的某一温度，适当保温后，冷却到室温的热处理工艺。目的：退火：降低硬度，改善切削加工性。消除剩余内应力，稳定尺寸，减

12、少变形与开裂倾向。细化晶粒，改善组织，消除组织缺陷，为最终热处理作组织准备。正火：减少碳和其他合金元素的成分偏析。使奥氏体晶粒细化和碳化物的弥散分布，以便在随后的热处理中增加碳化物的溶解量。淬火：淬火的目的是为了获得马氏体或贝氏体的组织，然后再配以适当的回火工艺，用以满足零件使用性能的要求。淬火是强化钢件的重要的热处理工艺方法。回火:减少或消除淬火内应力，减少变形与开裂倾向。稳定工件的组织与尺寸。室温下马氏体与剩余奥氏体不是稳定组织，他们有向稳定组织转变的趋向，必然会引起组织和工件尺寸的变化。通过不同的回火方法，来调整零件的力学性能，获得所需的组织与性能。11.什么是液态合金的充型能力？它与合

13、金流动性有何关系？影响液态合金流动性的因素有哪些？答：液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸剑的能力，称为液态合金的充型能力。充型能力是考虑铸型及工艺因素影响的融溶金属的流动性，流动性那么是指熔融金属本身的流动能力，因而他是影响充型能力的主要因素之一。合金的流动性愈好，充型能力就愈强。在合金成分确定的情况下，需从改善铸型条件，提高浇注温度和改良铸件结构等几个方面来提高充型能力。12 .“趁热打铁”的含义何在？金属材料的强度与温度有关，温度越高强度越低，所以锻造时要在高温下进行，温度低了，变形抗力太大，不容易产生塑性变形13 .什么叫金属的可锻性？衡量金属可锻性好坏的指标是哪些？答：金

14、属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难易程度的工艺性能。可锻性常用金属的塑性和变形抗力来综合衡量。塑性越好，变形抗力越小，那么金属的可锻性好。反之那么差。金属的塑性用金属的断面收缩率6、伸长率。等来表示。变形抗力系指在压力加工过程中变形金属作用于施压工具外表单位面积上的压力。变形抗力越小，那么变形中所消耗的能量也越小。金属的可锻性取决于金属的本质和加工条件。14 .试述本门课程所介绍的金属材料强化的方法有哪些及其含义(1)结晶强化。结晶强化就是通过控制结晶条件，在凝固结晶以后获得良好的宏观组织和显微组织，从而提高金属材料的性能。它包括：1)细化晶粒。细化晶粒可以使金属组织中包含较多

15、的晶界，由于晶界具有阻碍滑移变形作用，因而可使金属材料得到强化。同时也改善了韧性，这是其它强化机制不可能做到的。2)提纯强化。在浇注过程中，把液态金属充分地提纯，尽量减少夹杂物，能显著提高固态金属的性能。夹杂物对金属材料的性能有很大的影响。在损坏的构件中，常可发现有大量的夹杂物。采用真空冶炼等方法，可以获得高纯度的金属材料。(2)形变强化。金属材料经冷加工塑性变形可以提高其强度。这是由于材料在塑性变形后位错运动的阻力增加所致。(3)固溶强化.通过合金化(参加合金元素)组成固溶体，使金属材料得到强化称为固溶强化。(4)相变强化。合金化的金属材料，通过热处理等手段发生固态相变，获得需要的组织结构,

16、使金属材料得到强化，称为相变强化。(5)晶界强化。(6)综合强化。15 .何谓调质钢？为什么调质钢的含碳量均为中碳？合金调质钢中常含哪些合金元素？它们在调质钢中起什么作用？答：（1）将调质后使用的中碳非合金结构和中碳合金结构称为调质钢。12）碳含量过高、过低均不能满足经调质后获得良好综合性能的要求。（3）含Mn、Si、Cr.Ni.B、V、Mo、W,主要作用是提高淬透性，强化铁素体和细化晶体W、Mo、可防止高温回火脆性产生。五、分析（作图）计算题特性线名称含义ACD液相线此线以上为液相（L）,缓冷至液相线时，开始结晶AECF固相线此线以下为固相ECF共晶线发生共晶转变，生成莱氏体（Ld）。共晶反

17、应式为：LCfLdPSK共析线A1发生共析转变，生成珠光体（P）.共析反应式为：ASfPESAcb碳在Y-Fe中的溶解度曲线PQ碳在a-Fe中的溶解度曲线GSA3奥氏体一铁素体转变线400F*rI1吟C.P.%C2UOPQ的意义。2 .根据Fe-Fe3C相图计算Fe-L4%C合金在70OC下各个相及其组织组分的相对量（计算前须说明该合金在相图中属于什么钢或铸铁、其相组成物和组织组成物各是什么）。答：含L4%C合金属于过共析钢，其组织为珠光体+二次渗碳体，相为铁素体和渗碳体。Wp=（2.14-1.4）/（2.14-0.8）*100%=55%WFe3CII=1-55%=45%Wa=（6.69-1.

18、4）/（6.69-0.02）*100%=79%WFe3C=l-79%=21%3、以下热处理工艺路线是否合理？如不合理请写出正确的工艺路线。渗碳零件：锻造-调质处理-粗加工一半精加工一渗碳精加工答：错误，锻造一正火或退火一调质处理一半精加工一渗碳一淬火一低温回火一精加工可参考书p684 .45钢调质后的硬度为240HBS,假设再进行200C回火，硬度能否提高？为什么？该钢经过淬火和低温回火后硬度为57HRG假设再进行高温回火，其硬度可否降低？为什么？答：45钢调质后的硬度为240HBS,假设再进行200回火，不能提高硬度。因为，回火温度越高，硬度下降越多，而调质工艺就是淬火+高温回火，碳化物已经

19、析出，铁素体回复,硬度已经下降了，不能再升高。该钢经淬火和低温回火后硬度57HRC,假设再进行高温回火，硬度可以。因为，回火温度越高，硬度下降越多。该钢经低温回火，组织是回火马氏体，碳化物还未析出，存在过饱和，因此，可继续提高回火温度，使得硬度降低。这也是为何经低温回火处理的碳素工具钢，不能使用很高的切削速度的原因。高速切削，摩擦生热，切削温度高于低于回火温度后，就相当于继续回火。5 .现有20钢和40钢制造的齿轮各一个，为提高齿面的硬度和耐磨性，宜采用何种热处理工艺？热处理后在组织和性能上有何不同？答：20钢，渗碳、淬火+低温回火。热处理后齿面组织为回火M+碳化物,硬度高，耐磨性好，内应力下

20、降。40钢，外表淬火+低温回火。热处理后齿面组织为回火M,硬度高，内应力下降。6 .用T12钢制造键刀和用45钢制造较重要的螺栓，工艺路线为：锻造一热处理机加工一热处理-精加工。对两种工件：1)说明预备热处理的工艺方法及其作用。2)制定最终热处理工艺标准(温度、冷却介质)，并指出最终热处理后的显微组织。最终热处理的目的是提高硬度、耐磨性和强度等力学性能。T12钢制造铿刀：锻造一一球化退火一一机加工一一淬火+低温回火一一精加工。球化退火：消除网状渗碳体，细化晶粒，便于切削加工。淬火(760)+低温回火(200),水冷，回火马氏体，HRC60o45钢制造较重要的螺栓：锻造一一完全退火一一机加工一一淬火+高温回火一一精加工。完全退火：细化晶粒、均匀组织，便于切削加工。淬火(860)+高温回火(600),水冷，回火索氏体，HRC20-25o7.-Fe的晶格常数(a=3.63A)大于Fe的晶格常数6=2.89人)，为什么丫瓜冷却到912C转变为-Fe时,体积反而增大？答：YFe是面心立方晶格，Fe是体心立方晶格。两者的致密度不一样，YFe大于-Fe0所以但-Fe转变为-Fe时其致密度减小而使体积膨胀。