习题集
机械工程学院
2013年9月
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机械工程材料
1-1 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。
1-2 对自行车座位弹簧进行设计和选材，应涉及到材料的哪些主要性能指标？ 答：强度、弹性、疲劳极限。
1-3 在有关工件的图样中，出现了以下几种硬度技术条件的标注方法，用这种标注是否正确？
为什么？
（1）HBS250~300 （2）600~650HBS （3）5~10HRC （4）HRC70~75 （5）HV800~850 （6）800~850HV
HBS表示用淬火钢球去测试布氏硬度，由于淬火钢球很难达到很高的硬度值，因此在测试很高硬度时淬火钢球本身会变形，HBS的测量上限是450。HBW是硬质合金钢球，由于硬质合金钢球比淬火钢球硬度高很多，HBW国标上说明测量上限是650，而布氏硬度计用的是球压头，在不同施压力下压入工件时其压入角在不断的变化，因此各种压头和试验力下得到的硬度值严格是不能直接比较的； HRC：洛氏标尺HRC的测量范围是20－70HRC.
1-4 甲、乙、丙、丁四种材料的硬度分别为45HRC、90HRB、800HV、240HBS，试比较这四
种材料硬度的高低。
1-5 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，需加多大
的应力会使裂纹失稳扩展而导致断裂？ 1-6 选择题
1．拉伸试验时，试样拉断前能承受的最大拉应力称为材料的（B） A．屈服点 B．抗拉强度 C．弹性极限 2．测定淬火钢件的硬度，一般常选用（B）来测试。 A．布氏硬度计 B．洛氏硬度计 C．维氏硬度计 3．进行疲劳试验时，试样承受的载荷为（C） A．静载荷 B．冲击载荷 C．循环载荷 4．洛氏硬度C标尺所用的压头是（B）
A．淬火钢球 B．金刚石圆锥体 C硬质合金球 5．金属抵抗永久变形和断裂的能力，称为（C） A．硬度 B．塑性 C．强度
2
6．金属的（B）越好，则其锻造性能越好。 A． 强度 B．塑性 C．硬度 1-7 判断题
1. 金属材料的塑性变形能随载荷的去除而消失。（ X ）
2．所有金属材料在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象。（ X ）
3．进行布氏硬度试验时，当试验条件相同时，压痕直径越小，则材料的硬度越低。（ X ）
4．洛氏硬度值是根据压头压人被测材料的残余压痕深度增量来确定的。（ √ ）
2-1 常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点？α-Fe、γ-Fe、
Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn各属何种结构？
答：常用的晶体结构有：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。
体心立方晶格:立方体中心和立方体结点各占有一个原子，a=b=c，α＝β＝γ＝90°
面心立方晶格:立方体六个表面中心和立方体结点各占有一个原子。 a=b=c ，α＝β＝γ＝90° 密排六方晶格:六方晶格的上、下底面中心和六方柱体的结点各占有一个原子,六方柱体中心有三个原子构成等边三角形。 晶格常数a=b≠c ， α＝β＝120° ， γ＝90°。
α-Fe、Cr、V 属于体心立方晶体；γ-Fe、Al、Cu、Ni属于面心立方晶格；Mg、Zn属于密排六方晶格。
2-2 已知γ-Fe的晶格常数（α=0.363mm）要大于α-Fe的晶格常数（α=0.289mm），试问：
为什么γ-Fe冷却到912℃转变为α-Fe时，体积反而增大？
答：??Fe冷却到912℃转变为x－Fe时体积增大，是因为原来面心立方的??Fe转变为体心立方
的x－Fe时致密度变小。??Fe晶胞原子数4，x－Fe晶胞原子数2。
2-3 1g铁在室温和1000℃各含有多少个晶胞？ 答：（1）Fe在室温下为体心立方，晶胞原子数为2，
这时1gFe的晶胞数＝(1/56×6.02×10＾23)/2=5.38×10＾21个
（2）在1000℃时为面心立方，晶胞原子数为4，
这时1gFe的晶胞数＝(1/56×6.02×10＾23)/4＝2.69×10＾21个
2-4 已知铜的原子直径为0.256mm，求其晶格常数，并计算1mm3铜中的原子数。 2-5 试计算面心立方晶格的致密度。
2-6 已知铁原子直径d=2.54?，铜原子直径d=2.55 ?，试求铁和铜的晶格常数。 2-7 选择题 ．
1．工程上使用的金属材料一般都呈（ B ）。
A.各向异性 B.各向同性 C.伪各向异性 D．伪各向同性 2．当晶格常数相同时，体心立方晶格比面心立方晶格（ C）。 A.原子半径大，致密度也大 B.原子半径小，致密度也小
3
C．原子半径大，但致密度小 D．原子半径小，但致密度大 2-8 判断题
1．因为单晶体是各向异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也是不同的。（ X ）
2．在立方晶系中，原子密度最小的，则晶面间距也最小。（ X ） 3．实际金属是由许多结晶位向都完全相同的小晶粒组成的。（ X） 4．在面心立方晶胞中所包含的原子数为2。（ X） 2-9填空题
（1）同非金属相比，金属的主要特性是（原子规则排列，具有固定的熔点和各向异性）。 （2）晶体与非晶体结构上最根本的区别是（ 内部原子排列的情况 ）。 （3）γ-Fe的二个晶胞内的原子数为（ 4 ）。
3-1 如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小： （1）金属型浇注与砂型浇注 < （2）高温浇注与低温浇注 < （3）铸成薄壁件与铸成厚壁件 < （4）浇注时采用震动与不采用震动 < （5）厚大铸件的表面部分与中心部分 <
3-2 为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金？为什么需进行压力加工的合金常选用单相
固溶体成分的合金？
答：共晶成分的合金熔点低，凝固温度区间最小，流动性好，适于铸造。单相固溶体成分的合金强
度均匀，塑性好，便于压力加工。
3-3 为什么钢锭希望减少柱状晶区，而钢锭、铝锭往往希望扩大柱状晶区？
答：在柱状晶区，柱状晶粒彼此间的界面比较平直，气泡缩孔很小，组织比较致密。但当沿不同方向生长的两组柱状晶相遇时，会形成柱晶间界。柱晶间界是杂质、气泡、缩孔较密集地区，是铸锭的脆弱结合面，故钢锭应减少柱状晶区，以避免在热轧时开裂。对塑性好的铜锭、铝锭不会因热轧而开裂，故往往希望扩大柱状晶区。
3-4 判断下列情况下是否有相变：
（1）液态金属结晶（2）晶粒粗细的变化（3）同素异晶转变（4）磁性转变
答：液态金属结晶、同素异构转变产生了相变；晶粒粗细的变化和磁性转变没有相变的产生。
3-5 一个二元共晶转变如下：L（ωB=75%）→α（ωB=15%）+β（ωB=95%） （1）求ωB=50%的合金刚结束时的各组织组分和各组组分的相对量； （2）若显微组织中出晶β与（α+β）各占50%，求该合金的成分。 3-6 什么是固溶强化?造成固溶强化的原因是什么?
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3-7 选择题
1．结晶实质上是原子由（ A ）。
A.近程有序转变为长程有序的过程 B．长程有序转变为近程有序的过程 C．长程有序状态的过程 D．近程有序状态的过程 2．同一物质在固态时发生晶格类型的转变，称为（ A ）。
A.同素异构转变 B.同素异构 C．同分异构 D．同分异构转变 3-8 判断题
1．一般来说，液态物质的冷却速度越大，过冷度也越大，实际结晶温度就越低。（ √ ） 2．相对晶态而言，非晶态是一种短程无序、长程有序的混合结构。（ X ）
3．通常金属是由许多外形不规则、位向不同、大小不同的晶粒组成的多晶体。（√ ） 4．在实际金属合金中，白发形核比非自发形核更重要，往往起优先和主导的作用。（ X ）
5．金属的结晶过程是晶核不断形成、长大的过程。（ √ ）
4-1 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好？试用多晶体塑性变形的特点予
以解释。
答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。原因是：
（1）强度高：Hall-Petch公式。晶界越多，越难滑移。
（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。 （3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。
4-2 金属铸件能否通过再结晶退火来细化晶粒？为什么？
答：不可以，因为再结晶退火必须用于经冷塑性变形加工的材料，其目的是改善冷变形后材料的组织和性能。再结晶退火的温度较低，一般都在临界点以下。若对铸件采用再结晶退火，其组织不会发生相变，也没有形成新晶核的驱动力(如冷变形储存能等)，所以不会形成新晶粒，也就不能细化晶粒。
4-3 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，说明它们是热加工还是冷加工？（钨熔点
是3410℃，锡熔点是232℃）。
4-4简要比较液态结晶、重结晶、再结晶的异同处。
答：重结晶是将晶体溶于溶剂或熔融以后，又重新从溶液或熔体中结晶的过程。重结晶可以使不纯净的物质获得纯化，或使混合在一起的盐类彼此分离。 结晶=已融化的晶体(液态)→固态晶体，即【液态→固态】。 重结晶=晶体→溶化为液态→结晶，即【固态→液态→固态】。
4-5用一冷拉钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到700℃，加热完毕，再次吊装
5
该工件时，钢丝绳发生断裂。试分析其原因。
答：冷拉钢丝属于冷塑性变形，而这种材料在加热到700℃时，发生再结晶，导致强度极速下降，综合力
学性能也降低。
4-6用低碳钢钢板冷冲压成形的零件，冲压后发现各部位的硬度不同，为什么? 4-7选择题
1．再结晶和重结晶都有形核和长大两个过程，主要区别在于有没有（ B ）改变。 A.温度 B．晶体结构 C应力状态
2．实际生产中，碳钢的再结晶温度应选择（ ）。 A．50～800℃ B．600～700℃ C．360～450℃ 3．冷、热加工的区别在于加工后是否留下（ B ）。 A.加工硬化 B．晶格改变 C．纤维组织
4．钢在热加工后形成的纤维组织，使钢性能相应变化，即沿着纤维的方向上，具有较高
的（ ），在垂直纤维的方向上，具有较高的（ ）。
A、抗拉强度 B．抗弯强度 C．抗剪强度 4-8 判断题
1.一般来说，晶体内滑移面和滑移方向越多，则金属的塑性越好。（ ） 2．实际上滑移是借助于位错的移动来实现的，故晶界处滑移阻力最小。（ ） 3．回复时，金属的显微组织没有变化。（ ）
4．再结晶与液体金属结晶一样，有一个固定的结晶温度。（ X ） 5．金属铸件可以用再结晶退火来细化晶粒。（ X ）
6．为保持冷变形金属的强度和硬度，应采取再结晶退火。（ X）
7．在高温状态下进行变形加工，称为热加工。（ X ）
5-1 根据Fe-Fe3C相图计算，室温下，wc分别为0.2%和1.2%的钢中组织组成物的相对量。 解：(1) Wc =0.2%
P%·0.77%=0.2% P%=26% ，F%=74% (2) Wc =1.2%
P%·0.77%+(1-P%)·6.69%=1.2% P%=92.7% ，Fe3CⅡ％=7.3%
5-2 某仓库中积压了一批退火状态的碳钢，现找一根，经金相分析后发现组织为珠光体和铁
素体，其中珠光体占75%。问此钢的碳含量大约为多少？
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5-3 比较平衡状态下wc分别为0.45%、0.80%、1.2%的碳钢的强度、硬度、塑性和韧性的大
小。
强度由低至高的排列如下：45钢 5-4 现有两种铁碳合金，其中一种合金的显微组织中珠光体量占75%，铁素体量占25%；另 一种合金的显微组织中珠光体量占92%，二次渗碳体量8%。问这两种合金各属于哪一类合金？其碳的质量分数各为多少？ 5-5 为什么绑扎物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝）？而起重机吊重物却用钢丝绳（用60、65、 70、75等钢制成） 5-6选择题 1．铁素体组织常用（B ）符号表示。 A．A B．F C．P D．Ld 2．含碳量为1.3％的铁碳合金，在950℃的组织为（ B）。 A．珠光体 B．奥氏体 C铁素体和珠光体 3．Fe-Fe3C合金相图上的共析线是（ C）。 A．ECF线 B．ACD线 C．PSK线 4．从奥氏体中析出的渗碳体为（ B ）。 A．一次渗碳体 B．二次渗碳体 巴共晶渗碳体 5．在共析钢的室温组织中，随着含碳量增加，则组织中的珠光体数（C ）。 A．增加 B．减少 C．不变 6．莱氏体的平均含碳量为（ C ） 7 A．0.77％ B．2.11％ C．4.3％ 7．碳溶解在（ B ）中形成间隙固溶体称为奥氏体。 A．α-Fe B．γ-Fe C．δ-Fe 8．铁碳合金组织中，属于固溶体的是（ A ）。 A．奥氏体和渗碳体 B．铁素体和珠光体 C．铁素体和奥氏体 5-7判断题 1．Fe-Fe3C合金相图的纵坐标表示温度，横坐标表示时间。（ ） 2．间隙固溶体都是无限固溶体。（ ） 3．钢材轧制或锻造的温度范围必须选择在Fe-Fe3C相图的单相奥氏体区域。（ ） 4．含碳量小于6.69％的铁碳合金，从高温缓冷到727℃时都会发生共析转变。（ ） 5．铁素体和渗碳体组成的混合物称莱氏体。（ ） 6．珠光体的平均含碳量为0.77％。（ ） 7．合金固溶强化使得强度、硬度、塑性都有所提高。（ ） 8．金属化合物的性能是硬而脆，莱氏体的性能也是硬而脆，故莱氏体属于金属化合物。（ ） 工艺名称 均匀化退火 完全退火 球化退火 再结晶退火 去应力退火 加热温度/℃ Ac3+150～250 Ac3+20～30 Ac1+20～40 680～720 280～650 冷却方法 炉冷 炉冷 炉冷 空冷 炉冷至 200℃空冷 组织 F+P F+P 球化组织 等轴晶粒 无变化 应用 铸钢件 亚共析钢 过共析钢 冷塑性变形钢 铸件、锻件、焊接件、冲压件、机械加工零件 6-1如下图所示，T12钢加热至Acl以上，用图示的各种方法冷却，分析各自得到的组织。 答: a 水中淬火 M＋Fe3C b 分级淬火 M＋Fe3C c 油中淬火 M＋T＋Fe3C d 等温淬火 B下＋Fe3C e 正火 S＋Fe3C f 完全退火 P＋Fe3C g 等温退火 P＋Fe3C 6-2 为改善可加工性，确定下列钢件的预备热处理方法，并指出所得到的组织： （1）20钢钢板。 （2）T8钢锯条。 （3）具有片状渗碳体的T12钢钢坯。 8 答: (1) 20钢钢板：正火 S+F； (2) T8钢锯条：球化退火 球状P； (3) 具有片状渗碳体的T12钢钢坯: 球化退火 球状P＋Cm 6-3 将同一棒料上切割下来的4块45钢试样，同时加热到850℃，然后分别在水、油、炉、 空气中冷却，说明：各是何种热处理工艺?各获得什么组织?排列一下硬度的大小顺序。 答：(1) 水冷：淬火 M (2) 油冷：淬火 M+T (3) 炉冷：退火 P+F (4) 空冷：正火 S+F 硬度顺序：(1)＞(2) ＞(4) ＞(3) 6-4 仓库中有45钢、38CrMoAlA钢和20CrMnTi钢，它们都可以用来制造齿轮，为了满足 齿轮的使用要求，问各应进行何种热处理?并比较它们经热处理后在组织和性能上的不同。 答: (1) 45钢：先调质，感应加热表面淬火＋低温回火 组织：表层M回,心部S回 (2) 38CrMoAlA：先调质，后氮化 组织：表层氮化组织，心部S回 (3) 20CrMnTi：渗碳，淬火＋低温回火 组织： M回＋少量AR ,心部F＋P 6-5某一用45钢制的零件，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。 6-6 淬硬性和淬透性有什么不同?决定淬硬性和淬透性的因素是什么?试比较T8钢和 20CrMnTi钢的淬硬性和淬透性。 6-7 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，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，要求有良好的综合力学性能，轴颈部分要求耐磨（50—55HRC），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，心部有较高的综合力学性能，材料选用38CrMoAlA； 9 （4）M12丝锥，要求刃部硬度为60—62HRC，柄部硬度为30—40HBC，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。 6-8 用同一钢种制造尺寸不同的两个零件，试问； （1）它们的淬透性是否相同？为什么？ （2）采用相同的淬火工艺，两个零件的淬硬深度是否相同?为什么? 6-9 为什么高频表面淬火零件的表层硬度、耐磨性及疲劳强度均高于一般淬火？ 6-10（自选） 分别比较45钢、T12钢经不同热处理后硬度值的高低，并说明其原因。 （1）45钢加热到700℃后，投入水中快冷； （2）45钢加热到750℃后，投入水中快冷； （3）45钢加热到840℃后，投入水中快冷。 （4）T12钢加热到700℃后，投入水中快冷； （5）T12钢加热到750℃后，投入水中快冷； （6）T12钢加热到900℃后，投入水中快冷。 6-11 指出下列钢件正火的主要目的及正火后的组织： （1）20钢齿轮 （2）45钢小轴 （3）T12钢锉刀 答：（1）20钢是低碳钢，低碳钢退火硬度太低，正火能提高硬度，改善切削性能，提高生产率。低碳钢板正火可防止三次渗碳体析出，改善冷冲压性能。 正火后的组织是P+F。 （2）45钢是中碳钢，退火和正火均能改善组织和切削加工性能，但正火周期短，节约能源，在提高强度、硬度的同时塑性和韧性也不降低。 正火后的组织是P+F。 （3）T12钢为高碳钢正火是为了消除网状二次渗碳体。 正火后的组织是P+Fe3C。 高碳钢采用退火改善切削加工性能。 6-12（自选） 现有20、45、T8、T12钢的试样一批，分别加热到780℃、840℃、920℃后 各得到什么组织?然后在水中淬火后又各得到什么组织?淬火马氏体中含碳量各是多少?这四种钢最合适的淬火温度分别应是什么温度？ 一）45钢(假设供货态为正火) 10 1）600C淬火：珠光体，22－28HRC 2）760C淬火：未溶铁素体＋马氏体，55HRC左右 3）840C淬火：马氏体，60HRC左右 二）T8钢（假设供货态为退火） 1）600C淬火：球状珠光体，22-28HRC 2）760C淬火：未溶碳化物＋马氏体63-65HRC 3）840C淬火：未溶碳化物＋马氏体＋残余奥氏体，61-64HRC 6-13 T8钢的过冷奥氏体等温转变曲线如附图所示，若该钢在620℃进行等温转变，并经不同 时间保温后，按图示的1、2、3、4线的冷却速度冷至室温，问各获得什么组织?然后再进行中温回火，又各获得什么组织? 6-14 为什么钢件淬火后一般不直接使用，需要及时回火? 6-15 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； ②ZG270—500（ZG35）的铸造齿轮； ③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） 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。 6-16 说明直径为6mm的45钢退火试样分别经下列温度加热：700℃、760℃、840℃、1100℃，保温后在水中冷却得到的室温组织。 11 6-17 两个碳质量分数为1.2％的碳钢薄试样，分别加热到780℃和900℃，保温相同时间奥氏体化后，水冷。试分析： 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中碳质量分数较少? ③哪个温度加热淬火后残留奥氏体量较多? ④哪个温度加热淬火后未溶渗碳体量较多? ⑤哪个温度加热淬火合适? 答:（1）900℃（2）780℃ （3）900℃（4）780℃ （5）780℃，综上所述此温度淬火后得到均匀细小的M+颗粒状Cm+AR的混合组织，使钢具有最大的 硬度和耐磨性。 6-18 用T10钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为： 锻造→热处理→机加工→热处理→磨加工 ①写出其中热处理工序的名称及作用。 ②指出车刀在使用状态下的显微组织和大致硬度。 答：（1）球化退火 作用：利于切削加工，得到球状珠光体，均匀组织，细化晶粒，为后面淬火处理作组织准备。 淬火＋低温回火 作用：使零件获得较高的硬度、耐磨性和韧性，消除淬火内应力，稳定组织和尺寸。 （2）工艺规范：760℃水淬＋200℃回火；显微组织： M回+Cm，大致硬度：58~64HRC。 6-19选择题 1.亚共析钢的正火加热温度（ B ）。 A．Acl+（30～50）℃ B．Ac3+（30～50）℃ C．Ar1+（30～50）℃ D．Ar3+（30～50）℃ 2．过共析钢的淬火加热温度（ A ） A．Acl+（30～50）℃ B．Ac3+（30～50）℃ C．Ar1+（30～50）℃ D．Ar3+（30～50）℃ 3．过共析钢正火的目的是（ C ）。 A．调整硬度，改善切削加工性 B．细化晶粒，为淬火作组织准备 12 C．消除网状二次渗碳体 D．防止淬火变形与开裂 4．影响淬火后残留奥氏体量的主要因素是（ B ）。 A．奥氏体的含碳量 B．钢材本身含碳量 C．加热速度 D．加热保温时间 5．钢的渗碳温度范围是（ C ）。 A．600～650℃ B．800～850℃ C．900~950℃ D．1 000～1 050℃ 6-20 判断题 1.亚共析钢加热至Acl和Ac3之间将获得奥氏体+铁素体两相组织，奥氏体的含碳量总是大于钢的含碳量。（ √ ） 2．本质细晶粒钢，就是说它在任何加热条件下晶粒均细化。（ X ） 3．马氏体实质上就是碳溶于α-Fe中的过饱和间隙固溶体。（ √ ） 4．因为过冷奥氏体的连续冷却曲线位于等温冷却转变曲线的右下方，所以连续冷却转变曲线的临界冷速比等温冷却转变曲线临界冷速大。（ X ） 5．渗碳后，由于工件表面含碳量提高，所以不需要淬火即可获得高硬度和高耐磨性。（ X ） 13 7-1 现有一批丝锥，原定由T12钢制成，要求硬度为60～64HRC。但生产时材料中混入了45 钢，若混入的45钢在热处理时：（1）仍按T12钢进行处理，问能否达到要求?为什么?（2）按45钢进行处理后能否达到要求?为什么? 14 7-2 分析15CrMo、40CrNiMo、W6Mo5Cr4V2和1Crl7Mo2Ti钢中Mo元素的主要作用。 答：Mo元素的主要作用： （1）15CrMo:提高耐热性 （2）40CrNiMo:防止高温回火脆性 （3）W6Mo5Cr4V2:提高热硬性 （4）1Cr17Mo2Ti:提高耐蚀性 7-3 请给出凸轮的三种不同设计方案（材料及相应的处理工艺），并说明各自的特点。 答：（1）渗碳钢：先渗碳，后淬火＋低温回火 （2）中碳钢：表面淬火＋低温回火 （3）中碳钢：氮化 （4）灰铸铁：表面淬火 7-4 为普通自行车的下列零件选择其合适材料：①链条；②座位弹簧；③大梁；④链条罩； ⑤前轴。 答：（1）链条： 20钢 （2）座位弹簧： 65钢 （3）大梁： Q235 （4）链条罩： 08F （5）前轴： 45钢 7-5 试比较T9、9SiCr、W6Mo5Cr4V2作为切削刀具材料的热处理、力学性能特点及适用范 围，并由此得出一般性结论。 答：T9的热处理：淬火＋低温回火。 力学性能：硬度高，韧性中等，无热硬性，综合力学性能欠佳。 适用范围：用于尺寸不大，形状简单，要求不高的低速切削工具。 9SiCr热处理：淬火＋低温回火。 力学性能：硬度和耐磨性良好，，无热硬性，综合力学性能优于T9。 适用范围：用于制造尺寸较大，形状复杂，受力要求较高，切削速度不高的刀具。 W6Mo5Cr4V2热处理：淬火+回火温度540~560 力学性能：高硬度、高耐磨性和高耐热性，强度和韧性配合好的工具钢。 适用范围：用于制造各种类型一般工具外，还可制作大型及热塑成型刀具。 7-6 从Crl2→Crl2MoV→Cr4W2MoV的演变过程，分析冷作模具钢的成分、组织、使用性能 及应用之间的关系。 7-7 机床的床身、床脚和箱体为什么宜采用灰铸铁铸造?能否用钢板焊接制造?试就两者的实 用性和经济性作简要的比较。 7-8 为什么可锻铸铁适宜制造壁厚较薄的零件?而球墨铸铁却不宜制造壁厚较薄的零件? 7-9（自选） 一把厚5mm锉刀，材料为T12钢，经先球化退火、再780℃淬火 + 160℃回火 后，硬度为65HRC，现用火焰将锉刀一端加热，并依靠热的传导，使锉刀上各点达到如附图所示的温度，保温15min后，立即整体淬入水中。试问锉刀冷到室温后，各点部位的组织与硬度? 15 7-10（自选）一根直径为6mm的45钢圆棒（见附图），先经840℃加热淬火，硬度为55HRC （未回火），然后从一端加热，依靠热传导，使45钢圆棒上各点达到如附图所示的温度。 试问： （1）各点部位的组织是什么? （2）整个圆棒自图示各温度，缓冷至室温后各点部位的组织是什么？ （3）整个圆棒自图示各温度，水淬快冷至室温后各点部位的组织是什么? 7-11 某工厂用20钢制成的塞规，其热处理工艺曲线如附图所示。试问： （1）渗碳后为什么可直接淬火?渗碳淬火后塞规的表层及心部应是什么组织? （2）冷处理的目的是什么? （3）160℃回火3h起什么作用? 答：（1）20钢淬火温度是Ac3 + 30～70℃ ＝860℃＋30～70℃＝890～930℃ 故930℃渗碳后可直接淬火。 表面：M+A’ 心部：F+P （2）冷处理的目的消除残余奥氏体。 （3）消除内应力。 7-12 某一用45钢制造的零件，其加工路线如下：备料→锻造→正火→机械粗加工→调质→ 16 机械精加工→高频感应加热表面淬火与低温回火→磨削，请说明各热处理工序的目的及处理后的显微组织。 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。 7-13 解释下列现象： （1）在碳含量相同情况下，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高，保温时间长； （2）ωc=0.4%、ωCr=12%的铬钢为过共析钢，ωc=1.5%、ωCr=12%铬钢为莱氏体钢。 （3）高速工具钢在热轧或热锻后空冷，能获得马氏体组织； （4）在砂轮上磨制各种钢制刀具时，需经常用水冷却，而磨硬质合金制成的工具时，却不需用水冷。 7-14 判断下列说法是否正确： 40Mn是合金结构钢；Q295A是优质碳素结构钢；GCr15钢中铬的质量分数为15%；12Cr13钢中ωc=1%；W18Cr4V钢中ωc≥1%。 7-15 12C13钢和Cr12钢中，铬的质量分数均大于11.7%，现12C13属于不锈钢，但为什么Cr12钢却不能作不锈钢？ 7-16奥氏体不锈钢能否通过热处理来强化？为什么？生产中常用什么方法使其强化？ 7-17 HT200、KTH300-06、KTZ550-04、QT400—15、QT700-2、QT900-2等铸铁牌号中数字分别表示什么性能?具有什么显微组织?这些性能是铸态性能，还是热处理后性能?若是热处理后性能，请指出其热处理方法。 7-18下列说法是否正确?为什么? （1）石墨化过程中第一阶段石墨化最不易进行。 （2）采用球化退火可获得球墨铸铁。 （3）可锻铸铁可锻造加工。 （4）白口铸铁由于硬度很高，故可作刀具材料。 （5）灰铸铁不能淬火。 （6）灰铸铁通过热处理可使片状石墨变成团絮状石墨或球状石墨。 7-19说出Q235A、15、45、65、T8、T12等钢的钢类、碳质量分数，各举出一个应用实例。 7-20为什么低合金高强钢用锰作为主要的合金元素? 17 7-21 试分析20CrMnTi钢和06Cr19Ni10Ti钢中Ti的作用。 7-22试就下列四个钢号：20CrMnTi、65、T8、40Cr讨论如下问题： ①在加热温度相同的情况下，比较其淬透性和淬硬性，并说明理由； ②各种钢的用途、热处理工艺、最终的组织。 7-23为什么一般机器的支架、机床的床身常用灰铸铁制造? 7-24在一批ωc＝45％（45）钢制的螺栓中（要求头部热处理后硬度为43—48HRC）混入少量ωc＝20％（20）钢和ωc＝12％（T12）钢，若按45钢进行淬火、回火处理，试问能否达到要求?并说明原因。 7-25现有三个形状、尺寸、材质（低碳钢）完全相同的齿轮，分别进行普通整体淬火、渗碳淬火和高频感应淬火，试用最简单的办法把它们区分开来。 7-26 某柴油机凸轮轴，要求表面有高硬度（>50HRC），心部有良好韧性（Ak>40J）。原采用ωc＝0.45％钢经调质后，再在凸轮表面进行高频淬火、低温回火。现拟改用ωc＝0.20％钢代替ωc＝0.45％钢，试问： ① 原ωc＝0.45％钢各热处理工序的作用； ② 改用ωc＝0.20％钢后，其热处理工序是否应进行修改?应采用何种热处理工艺最合适? 7-27填空题 （1）20是（ ）钢，可制造（ ）。 （2）T12是（ ）钢，可制造（ ） （3）按钢中合金元素含量．可将合金钢分为（ ），（ ）和（ ）几类。 （4）Q345（16Mn）是（ ）钢，可制造（ ）。 （5）20CrMnTi 是（ ），Cr，Mn的主要作用是（ ），Ti的主要作用是（ ） 热处理工艺是（ ）。 （6）40Cr是（ ）钢，可制造（ ）。 （7）60Si2Mn是（ ）钢，可制造（ ）。 （8）GCrl5是（ ）钢，可制造（ ）。 （9）9SiCr是（ ）钢，可制造（ ）。 （10）CrWMn是（ ）钢，可制造（ ）。 （11）Crl2MoV是（ ）钢，可制造（ ）。 （12）5CrMnMo是（ ）钢，可制造（ ）。 （13）W18Cr4V是 ，碳质量分数是（ ）W的主要作用是（ ）、Cr的主要作 18 用是（ ） 热处理工艺是（ ），最后组织是（ ）。 （14）12Crl3（1Crl3）是（ ）钢，可制造（ ）。 （15）06Crl8NillTi（0Crl8Nil0Ti）是（ ）钢，Cr的主要作用是（ ），Ni的主要作用是（ ），Ti主要作用是（ ）。 （16）灰铸铁中碳主要以（ ）的形式存在，可用来制造（ ）。 （17）球墨铸铁中石墨的形态为（ ），可用来制造（ ）。 （18）蠕墨铸铁中石墨的形态为（ ），可用来制造（ ）。 （19）影响石墨化的主要因素是（ ）和（ ）。 （20）球墨铸铁的强度、塑性和韧性均较普通灰铸铁高，这是因为（ ）。 （21）HT200牌号中“HT\表示（ ），数字\表示（ ）。 （22）生产球墨铸铁选用（ ）作为球化剂。 7-28是非题 （1）T8钢比T12钢和40钢有更好的淬透性和淬硬性。 （ ） （2）调质钢的合金化主要是考虑提高其热硬性。 （ ） （3）高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成形。 （ ） （4）T8钢与20MnVB相比，淬硬性和淬透性都较低。 （ ） 19 （5）W18Cr4V高速钢采用很高温度淬火，其目的是使碳化物尽可能多地溶入奥氏体中，从而提高钢的热硬性。 （ ） （6）奥氏体不锈钢只能采用加工硬化提高强度。 （ ） （7）奥氏体不锈钢的热处理工艺是淬火后低温回火处理。 （ ） （8）铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态。 （ ） （9）可锻铸铁在高温时可以进行锻造加工。 （ ） （10）石墨化的第三阶段不易进行。 （ ） （11）可以通过球化退火使普通灰铸铁变成球墨铸铁。 （ ） （12）球墨铸铁可通过调质处理和等温淬火工艺提高其力学性能。 （ ） （13）T10钢的碳的质量分数是10％。（ ） （14）碳素钢中碳的质量分数越高，其强度和塑性也越高。（ ） （15）高碳钢的质量优于中碳钢，中碳钢的质量优于低碳钢。（ ） （16）由于T13钢中碳的质量分数比T8钢高，故前者的强度比后者高。（ ） （17）碳素工具钢都是优质或高级优质钢。（ ） （18）碳素工具钢的碳的质量分数一般都大于0.7％。（ ） （19）工程用铸钢可用于铸造生产形状复杂而力学性能要求较高的零件。（ ） （20）可锻铸铁就是可以进行锻造加工的铸铁。（ ） （21）铸铁可以通过热处理获得相当于低碳钢、中碳钢和高碳钢性能不同的基体。（ ） （22）结构复杂、尺寸不大的球墨铸铁件能采取等温淬火的热处理方法来改善、提高综合力学性能。（ ） 7-29选择题 1. 08F牌号中，08表示其平均碳的质量分数为 。 A．0.08％ B．0.8％ C.8％ 2．普通、优质和特殊质量非合金钢是按 进行区分的。 A.主要质量等级 B．主要性能 C.使用特性 D．前三者综合考虑 3．在下列三种钢中， 钢的弹性最好； 钢的硬度最高； 钢的塑性最好。 A．T10 B．20 C.65 4．选择制造下列零件的材料：冷冲压件 ；齿轮 ；小弹簧 。 A．08F B．70 C.45 5．选择制造下列工具所用的材料：木工工具 ；锉刀 ；手锯锯条 。 20 A．T9A B．T10 C.T12 6．合金渗碳钢渗碳后必须进行 后才能使用。 A.淬火加低温回火 B．淬火加中温回火 C淬火加高温回火 7．将下列合金钢牌号归类。 耐磨钢 ；合金弹簧钢 ；合金模具钢 ；不锈钢 。 A．60Si2MnA B．ZGMnl3—l C．Crl2MoV D．12Crl3 8．为下列零件正确选材。 机床主轴 ；汽车拖拉机变速齿轮 ；板弹簧 ；滚动轴承 ；储酸槽 ；坦克履带 。 A．12Crl8Ni9 B．GCr15 C．40Cr D．20CrMnTi E．60Si2MnA F．ZGMnl3—3 9．为下列工具正确选材。 高精度丝锥 ；热锻模 ；冷冲模 ；医用手术刀片 ；麻花钻头 。 A．Crl2MoVA B．CrWMn C．95Cr18 D．W18Cr4V E．5CrNiMo 10.灰铸铁中的碳是以 形式存在的。 A、片状石墨 B．团絮石墨 C．球状石墨 11．硅是影响铸铁石墨化最重要的元素之一，它的存在使石墨化 。 A、困难 B．容易 C、有难度 12．铸件的薄壁处一般都呈 趋向。 A、灰口 B．白口 C．灰口、白口各一半 13．灰口铸铁通过热处理， 改变其石墨片的存在状况。 A、可以 B．不可以 C．部分可以 14．球墨铸铁的力学性能在铸铁中是最高的，它 代替钢来制造承受静载荷的零件。 A、可以 B．不可以 C．部分可以 8-1 铝合金的热处理强化和钢的淬火强化有何不同？ 21 答：铝合金热处理的主要工艺方法有退火、淬火和时效。 退火 铝合金的退火有下列几种： （1）再结晶退火 在再结晶温度以上保温一段时间后空冷，用于消除变形工件的加工硬化，提高塑性，以便继续进行成形加工。 （2）低温退火 目的是消除内应力，适当增加塑性，通常在180～300℃保温后空冷。 （3）均匀化退火 目的是消除铸锭或铸件的成分偏析及内应力，提高塑性，通常在高温长时间保温后空冷。 淬火（固溶处理） 将铝合金加热到固溶线以上保温后快冷，使第二项来不及析出，得不到过饱和不稳定单一α固溶体。淬火后铝合金的强度和硬度不高，具有很好的塑性。 时效 将淬火后铝合金在室温或低温加热下保温一段时间，随时间延长，其强度、硬度显著升高而塑性降低的现象，称为时效。 钢的淬火强化是将钢加热到Ac3或Ac1以上某一温度以适当速度冷却，获得马氏体或下贝氏体组织，从而使钢具有较高的力学性能。 8-2 铝合金是如何分类的？ 8-3 简述固溶强化、弥散硬化、时效强化产生的原因及它们之间的区别。并举例说明。 8-4 为什么H62黄铜的强度高而塑性较低?而H68黄铜的塑性却比H62黄铜好? 9-1 简述高分子化合物的力学性能和物理化学性能特点？ 9-2 什么是高聚物的老化？如何防止老化？高聚物改性方法有哪些？ 9-3 为什么垂直吊挂重物的橡皮筋长度会随时间延长而逐渐伸长？为什么连接管道的法兰盘 密封圈长时间工作后会发生渗漏？ 9-4现有一种密度为0.072g/cm3的泡沫塑料，浸水后它的重量增加了十倍，试问：（1）这种泡沫塑料能否用作漂浮材料?（2）计算这种泡沫塑料内部相互连接的空隙的百分率。 9-5选择正确答案 （1）聚氯乙烯是一种：（ ） a．热固性塑料，可制作化工用排污管道 b．热塑性塑料，可制作导线外皮等绝缘材料 c．合成橡胶，可制作轮胎 d．热固性塑料，可制作雨衣、台布等 （2）PE是：（ ） a.聚乙烯 b．聚丙烯 c．聚氯乙烯 d，聚苯乙烯 （3）PVC是：（ ） a．聚乙烯 b．聚丙烯 c．聚氯乙烯 d．聚苯乙烯 （4）高压聚乙烯可用于制作：（ ） A．齿轮 b．轴承 c．板材 d．塑料薄膜 22 （5）下列塑料中质量最轻的是：（ ） A．聚乙烯 b．聚丙烯 c．聚氯乙烯 d．聚苯乙烯 （6）有机玻璃与无机玻璃相比，透光度：（ ） A．较低 b．较高 c．相同 d．难以比较 （7）锦纶是一种合成纤维，其性能特点是：（ ） A．强度高、弹性好，但耐磨性差 b．强度高、耐磨性好，但耐蚀性差 C．强度高、耐磨性好，耐蚀性好 d．耐磨性好，耐蚀性好，但强度低 （8）橡胶的弹性极高，其弹性变形量可达：（ ） a．30％ b．50％ c．100％ d．100％～1000％ （9）高聚物的粘弹性指的是：（ ） a．应变滞后于应力的特性 b.应力滞后于应变的特性 C．粘性流动的特性 d.高温时才能发生弹性变形的特性 （10）高聚物受力变形后所产生的应力随时间而逐渐衰减的现象叫：（ ） a．蠕变 b．柔顺性 c。应力松弛 d．内耗 （11）热固性塑料与热塑性塑料比较，耐热性：（ ） a．较低 b．较高 c.相同 d.不能比较 （12）高分子材料中结合键的主要形式是：（ ） a．分子键与离子键 b．分子键与金属键 c. 分子键与共价键 d．离子键与共价键 10-1 陶瓷材料的显微组织结构包括哪三相？它们对陶瓷的性能有何影响？ 10-2 简述硬质合金的种类、性能特点及应用。 10-3比较T10A、W6Mn5Cr4V2、YG8刀具材料在使用状态的组织和主要性能特点？ 11-1 什么是复合材料？有哪些种类？复合材料的性能有什么特点？ 11-2 假设一5mm厚的环氧玻璃钢由层厚相同的三层环氧树脂和两层玻璃纤维组成。已知环 氧树脂和玻璃纤维的密度分别为1.3g.cm-3、2.55 g.cm-3；弹性模量分别为3.15MPa、71 MPa。试求玻璃钢密度和纵向及横向弹性模量。 11-3 简述玻璃钢、碳纤维增强塑性等常用纤维增强塑料的性能特点及应用。 11-4 列举一些复合材料的例子，并指出这些材料中哪些是增强组分?哪些是基体? 23 12-1 冬天运行于寒冷地区的火车车门常因结冰而难以打开，亲提出可能的解决措施（结构与 材料）。 答：门缝添加热丝，进站前提前开启。 12-2 油田的油井抽油管常因石油内结晶物析出并依附于其内壁上而阻塞，请给出可行的解决 方案。 12-3 高速汽轮机叶片作为结构件，应选何种结构材料？从功能材料的角度，它又应具备什么 功能？ 12-4 家用暖风机应采用何种发热材料？为什么？ 13-1 展台框架用快速装拆锁体中的片状簧片采用65Mn钢制造，要求一定的耐磨性和耐蚀性， 试给出三种以上的表面处理方法，并比较各自的优缺点。 13-2 为下列零件选定较适合的表面处理技术；①普通自来水管；②自行车钢圈；③要求绝缘 并有相对运动的铝合金件；④铝合金门窗；⑤铸铁零件工序间防锈需要。 13-3 军用刺刀电镀铬后直接使用，容易折断，为什么？怎样解决此问题？ 答:里面有氢气,产生氢脆.去氢退火 24