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1、工程材料习 题 1、材料的结构与性能特点 1.2 填空题 (1) 同非金属相比,金属的主要特性是( 热和电的良导体正的电阻温度系数不透 明、有金属光泽塑性高、强韧性好)。 (2) 晶体与非晶体结构上最根本的区别是( 晶体内原子排列是有规则、周期性的)。 (3) 在立方晶系中,120 晶面族包括 ( (120) (102) (012) )等晶面。 (4) -Fe 的一个晶胞内的原子数为( 4 )。 1.3选择正确答案 (1) 晶体中的位错属于: a体缺陷b面缺陷c. 线缺陷d.点缺陷 (2) 在面心立方晶格中,原子密度最大的晶向是 a. b. c. d. (3) 在体心立方晶格中,原子密度最大的
2、晶面; a. b. c. d. (4) 固溶体的晶体结构: a.与溶剂相同b与溶质相同c与其他晶型相同 (5) 间隙相的性能特点是: a熔点高、硬度低b硬度高、熔点低c 硬度高、熔点高 1.4综合分析题 (1) 在立方晶胞中画出(110) 、 (120)晶面和【 211】 、 【120】晶向。 (2)Fe、AI 、Cu、Ni、V、Mg、Zn 各属何种晶体结构? 答:体心立方:Fe、V 面心立方:Al、Cu、Ni 密排六方:Mg、Zn (6)实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷?它们对性能有什么影响? 答:实际金属晶体中存在:点、线、面缺陷,引起晶格畸变。 a. 点缺陷:使电阻率和强度增加。 b. 面
3、缺陷:使塑性、强度增加。 c. 线缺陷(位错):在冷变形时,使强度增加、塑性降低。 (8)什么是固溶强化?造成固溶强化的原因是什么? 答:固溶强化:形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象。 固溶强化原因:溶质原子引起晶格畸变,使变形抗力增加。 (9)间隙固溶体和间隙相有什么不同? 答:间隙固溶体:晶格类型与溶剂相同。 间隙相:晶格类型与任一组元都不相同。 2 金属材料组织和性能的控制 2.2填空题 (1) 结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的,这两个过程是( 形核)和(晶核长大) 。 (2) 当对金属液体进行变质处理时,变质剂的作用是( 增加晶核数量,或阻碍晶粒长大)。 (3) 液态金属
4、结晶时,结晶过程的推动力是( 能量差),阻力是 ( 表面能)。 (4) 过冷度是指 (理论结晶温度- 开始结晶温度 ),其表示符号为 ( T)。 (5) 典型铸锭结构的三个晶区分别为( 表面细晶区)、( 柱状晶区)和( 中心等轴晶) 。 (6) 固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度( 高 )。 (7) 固溶体出现枝晶偏析后,可用(扩散退火 )加以消除。 (8) 一合金发生共晶反应,液相L 生成共晶体 ()。共晶反应式为 ( L( +) ),共晶 反应的特点是 ( 在恒温下进行,三相共存)。 (9) 一块纯铁在912发生FeFe转变时,体积将 ( 收缩)。 (10) 珠光体的本质是 ( 铁素体与
5、渗碳体机械混合物)。 (11) 在铁碳合金室温平衡组织中,含Fe3C 最多的合金成分点为 ( 2.11%C ),含 Le最多的 合金成分点为 ( 4.3%C )。 (12) 用显微镜观察某亚共析钢,若估算其中的珠光体体积分数为80%,则此钢的碳的质量 分数为 ( 0.62%C )。 (13) 钢在常温下的变形加工称为( 冷)加工,而铅在常温下的变形加工称为( 热)加工 (14) 造成加工硬化的根本原因是( 位错运动受阻 ,引起塑性变形抗力增加)。 (15) 滑移的本质是 ( 位错的运动)。 (16) 变形金属的最低再结晶温度与熔点的关系是( T 再=(0.350.4)T 熔)。 (17) 再结
6、晶后晶粒度的大小主要取决于( 加热温度)和( 预先变形度)。 (18)在过冷奥氏体等温转变产物中,珠光体和屈氏体的主要相同点是( F+Fe3C 的两相混合 物),不同点是(屈氏体的片层间距小) 。 (19) 用光学显微镜观察,上贝氏体呈( 羽毛)状,下贝氏体呈 ( 黑色针状)状。 (20) 马氏体的显微组织形态主要有( 板条状) 、 ( 针状)两种。其中( 板条马氏体)的 韧性较好。 (21)钢的淬透性越高,则其C 曲线的位置越(靠右),说明临界冷却速度越(小) (22)马氏体是一种 ( 铁)磁相,在磁场中呈现磁性;而奥氏体是一种( 顺)磁相,在磁 场中无磁性。 (23) 球化退火加温温度略高
7、于Ac1,以便保留较多的(未溶碳化物粒子)或较大的奥氏体 中的(碳浓度分布不均匀) ,促进球状碳化物的形成。 (24)球化退火的主要目的是(降低硬度),它主要适用于(过共析钢)钢。 (25) 亚共析钢的正常淬火温度范围是( AC3 以上 30+50),过共析钢的正常淬火温度范 围是(AC1 以上 30+50 ) 。 (26) 淬火钢进行回火的目的是( 消除应力),回火温度越高,钢的强度与硬度越( 低 )。 (27) 合金元素中,碳化物形成元素有( Mo,W,V,Nb,Ti )。 (28) 促进晶粒长大的合金元素有( Mn,P,B )。 (29) 除( Co )、( Al ) 外,几乎所有的合金
8、元素都使Ms、Mf,点下降,因此淬火后相同碳质量 分数的合金钢与碳钢相比,残余奥氏体(多 ) ,使钢的硬度(下降) 。 (30)一些含有合金元素(Mn,Cr,Ni )的合金钢,容易产生第二类回火脆性,为了消除 第二类回火脆性,可采用( 快冷 )和( 加入 Mo 元素 )。 2.3是非题 (1) 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。() (2) 室温下,金属晶粒越细,则强度越高、塑性越低。() (3) 在实际金属和合金中,自发生核常常起着优先和主导的作用。() (4) 当形成树枝状晶体时,枝晶的各次晶轴将具有不同的位向,故结晶后形成的枝晶是 一个多晶体。() (5) 晶粒度级数的数值越大,晶
9、粒越细。( ) (6) 平衡结晶获得的Ni 质量分数为20的 Cu-Ni 合金比 Ni 质量分数为40的 Cu-Ni 合金的 硬度和强度要高。 () (7)一个合金的室温组织为 +( ) ,它由三相组成。() (8)铁素体的本质是碳在-Fe 中的间隙相。() (9)20 钢比 T12 钢的碳质量分数要高。() (10)在退火状态 (接近平衡组织 )45 钢比 20 钢的塑性和强度都高。() (11)在铁碳含金平衡结晶过程中,只有碳质量分数为4.3的铁碳合金才能发生共晶反应。 ( ) (12)滑移变形不会引起金属晶体结构的变化。( ) (13)因为 B.C.C 晶格与 F.C.C 晶格具有相同数
10、量的滑移系,所以两种晶体的塑性变形能力完全 相同。 () (14)孪生变形所需要的切应力要比滑移变形时所需的小得多。() (15)金属铸件可以通过再结晶退火来细化晶粒。() (16)再结晶过程是有晶格类型变化的结晶过程。() (17)重结晶退火就是再结晶退火。() (18)渗碳体的形态不影响奥氏体化形成速度。() (19)马氏体是碳在-Fe 中的过饱和固溶体。 当奥氏体向马氏体转变时,体积要收缩。() (20)当把亚共析钢加热到Ac1和 Ac3之间的温度时,将获得由铁素体和奥氏体构成的两相组织, 在 平 衡 条 件 下 , 其 中 奥 氏 体 的 碳 质 量 分 数 总 是 大 于 钢 的 碳
11、 质 量 分 数 。 () (21)当原始组织为片状珠光体的钢加热奥氏体化时,细片状珠光体的奥氏体化速度要比粗片 状珠光体的奥氏体化速度快。 ( ) (22)当共析成分的奥氏体在冷却发生珠光体转变时,温度越低, 其转变产物组织越粗。 () (23)在碳钢中, 共析钢的淬透性最好。( ) (24)高合金钢既具有良好的淬透性,也具有良好的淬硬性。() (25)经退火后再高温回火的钢,能得到回火索氏体组织,具有良好的综合机械性能。() (26)调质得到的回火索氏体和正火得到的索氏体形貌相似,渗碳体形态一样。() (27)在同样淬火条件下, 淬透层深度越大, 则钢的淬透性越好。( ) (28)感应加热
12、过程中,电流频率愈大,电流渗入深度愈小,加热层也愈薄。( ) (29)表面淬火既能改变钢的表面组织,也能改善心部的组织和性能。() (30)所有的合金元素都能提高钢的淬透性。() (31)合金元素 Mn、Ni、N 可以扩大奥氏体区。( ) (32)合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。() (33)60Si2Mn 钢比 T12 和 40 钢有更好的淬透性和淬硬性。() (34)所有的合金元素均使Ms、 Mf下降。() 2.4选择正确答案 (1)金属结晶时,冷却速度越快,其实际结晶温度将 a越高b越低c. 越接近理论结晶温度 (2)为细化铸造金属的晶粒,可采用: a快速浇注b加变质剂c 以砂型代
13、金属型 (3)在发生 L() 共晶反应时,三相的成分: a相同b确定c.不定 (4)共析成分的合金在共析反应()刚结束时,其组成相为 a+bc.( ) (5)奥氏体是: a碳在Fe中的间隙固溶体b. 碳在-Fe 中的间隙固溶体 c碳在-Fe 中的有限固溶体 (6)珠光体是一种: a单相固溶体b 两相混合物cFe 与 C 的化合物 (7)T10 钢的碳质量分数为: a0.1b. 1.0c. 10 (8)铁素体的机械性能特点是 a强度高、塑性好、硬度低b. 强度低、塑性差、硬度低 c强度低、塑性好、硬度低 (9)面心立方晶格的晶体在受力变形时的滑移面是 a.100b.111c.110 (10)体心
14、立方晶格的晶体在受力变形时的滑移方向是 a 100b 111c.110 (11)变形金属再结晶后: a形成等轴晶,强度增大b.形成柱状晶,塑性下降 c形成柱状晶,强度升高d.形成等轴晶,塑性升高 (12)奥氏体向珠光体的转变是: a.扩散型转变b非扩散型转变c. 半扩散型转变 (13)钢经调质处理后获得的组织是: a.回火马氏体b回火屈氏体c回火索氏体 (14)共析钢的过冷奥氏体在550350C 的温度区间等温转变时,所形成的组织是 a索氏体b.下贝氏体 c上贝氏体d.珠光体 (15)若合金元素能使C 曲线右移,钢的淬透性将 a降低b. 提高 c不改变d. 降低还是提高不确定 (16)马氏体的
15、硬度取决于 a冷却速度b. 转变温度c碳质量分数 (17)淬硬性好的钢: a具有高的合金元素质量分数b. 具有高的碳质量分数c具有低的碳质量分数 (18)对形状复杂,截面变化大的零件进行淬火时,应选用: a高淬透性钢b中淬透性钢c低淬透性钢 (19)直径为 10mm 的 40 钢的常规淬火温度大约为: a750C b850C c920C (20)直径为 10mm 的 40 钢在常规淬火温度加热后水淬后的显微组织为 a马氏体b铁素体 +马氏体c马氏体 +珠光体 (21)完全退火主要适用于 a亚共析钢b. 共析钢c. 过共析钢 (22)钢的回火处理是在: a退火后进行b. 正火后进行c淬火后进行
16、(23)20 钢的渗碳温度范围是 a600650C b. 800820C c900950C d. 10001050C (24)钢的淬透性主要取决于: a钢中碳质量分数b. 冷却介质 c.钢中合金元素种类和质量分数 (25)钢的淬硬性主要取决于: a钢中碳质量分数b. 冷却介质 c钢中合金元素种类和质量分数 2.5 综合分析题 (3)在实际应用中, 细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能,细化晶粒、 提高金属材料 使用性能的措施有哪些? (4)如果其他条件相同,试比较在下列铸造条件下铸件晶粒的大小: 砂模浇注与金属模浇注; 变质处理与不变质处理; 铸成厚件与铸成薄件; 浇注时采用震动与不采用震
17、动。 答: (1)金属模浇注晶粒尺寸小于砂模浇注,原因是金属模冷却速度大,过冷度大,核率高。 (2)变质处理晶粒细小,原因是变质处理增加了非自发形核率,促进形核; (3)铸成薄件晶粒细小,原因是薄件散热速度大,增加形核率; (4)采用振动晶粒细小,振动打碎粗大枝晶,促进非均匀形核。 (14)金属塑性变形后组织和性能会有什么变化? (26)为什么钢件淬火后一般不直接使用,需要进行回火? (27)直径为 6mm 的共析钢小试样加热到相变点A1以上 30C,用图 1-4 所示的冷却曲线进行 冷却,试分析其所得到的组织,说明各属于什么热处理方法。 答: a-单液淬火M+A b-分级淬火M+A c-油冷
18、淬火T+M+A d -等温淬火下 B e-正火S f-完全退火P g-等温退火P (29)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: 经冷轧后的15 钢钢板,要求降低硬度; ZG35 的铸造齿轮; 锻造过热的60 钢锻坯; 改善 T12 钢的切削加工性能。 答: (1)再结晶退火(2)扩散退火(3)完全退火(4)球化退火 (30)说明直径为6mm 的 45 钢退火试样分别经下列温度加热:700C、760C、840C、 1100C,保温后在水中冷却得到的室温组织。 (32)指出下列工件的淬火温度及回火温度,并说出回火后获得的组织。 45 钢小轴 (要求综合机械性能好); 60 钢弹簧
19、; T12 钢锉刀。 答: 1)AC3+3050 高温回火回火 S 2) AC3+3050 中温回火回火 T 3) AC1+3050 低温回火回火 M (36)试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理。 (43)用 T10 钢制造形状简单的车刀,其工艺路线为: 锻造一热处理一机加工一热处理一磨加工 写出其中热处理工序的名称及作用。 制定最终热处理(磨加工前的热处理)的工艺规范,并指出车刀在使用状态下的显微组织 和大致硬度。 答: 1) 热处理名称 :球化退火 2) 最终热处理 :淬火+低温回火,使用状态组织:回火 M+Fe3C+A 3.2 填空题 (1)20 是( 碳素结构)钢,可制造 (
20、轴,销 )。 (2)T12 是( 碳素工具)钢,可制造 ( 扳牙 ,丝锥 )。 (3)按钢中合金元素含量,可将合金钢分为( 低合金钢), ( 中合金钢)和( 高合金钢)几类。 (4)Q345(16Mn) 是( 低合金高强度)钢,可制造 ( 桥梁 )。 (5)20CrMnTi 是( 合金渗碳)钢, Cr,Mn 的主要作用是 ( 提高淬透性),Ti 的主要作用是 ( 细化晶粒)热处理工艺是 ( 渗碳后直接淬火、再低温回火)。 (6)40Cr 是( 调质 )钢,可制造 ( 齿轮 ,轴 )。 (7)60Si2Mn 是( 弹簧)钢,可制造 ( 汽车板簧)。 (8)GCrl5 是可制造 ( 滚珠轴承)钢,
21、可制造 ( 套圈、钢球) (9)9SiCr 是( 低合金工具)钢,可制造 ( 钻头,板牙)。 (10)CrWMn 是( 量具用)钢,可制造 ( 量规 )。 (11)Crl2MoV 是( 冷作模具)钢,可制造 ( 冷冲压模 ,冷挤压模) (12)5CrMnMo 是( 热作模具)钢,可制造 ( 锻模 ) (13)W18Cr4V 是( 高速工具)钢,碳质量分数是( 0.9-1.1%C ),w 的主要作用是 ( 保证 高的热硬性)、Cr 的主要作用是 ( 提高淬透性),V 的主要作用是 ( 细化晶粒,提高硬度及 耐磨性 )。热处理工艺是 ( 球化退火 +淬火 +三次回火),最后组织是 ( 马氏体 +碳
22、化物 +残余奥 氏体 )。 (14)1Crl3 是( 马氏体不锈)钢,可制造 ( 汽轮机叶片)。 (15)0Crl8Ni9Ti 是( 奥氏体不锈)钢,Cr 的主要作用是 ( 提高基体电极电位),Ni 的主要作 用是 ( 扩大 A 相区 ),Ti 的主要作用是 ( 减轻晶界腐蚀)。 (16)灰口铸铁中碳主要以( 石墨 )的形式存在,可用来制造( 机床底座、端盖、床身等)。 (17)球墨铸铁中石墨的形态为( 球状 ),可用来制造 ( 受力复杂的齿轮、 曲轴、凸轮轴等)。 (18)蠕墨铸铁中石墨的形态为( 蠕虫状),可用来制造 ( 汽缸和缸盖)。 (19)影响石墨化的主要因素是( 加热温度、冷却速度
23、)和( 合金元素)。 (20)球墨铸铁的强度、 塑性和韧性均较普通灰口铸铁高,这是因为 ( 球墨铸铁的石墨呈球状)。 (21)HT200 牌号中“ HT“表示( 灰铸铁),数字 “200“表示( 最低抗拉强度为200MPa )。 (22)生产球墨铸铁选用( 稀土镁)作为球化剂。 3.3 是非题 (1)T8 钢比 T12 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。( ) (5)W18Cr4V 高速钢采用很高温度淬火,其目的是使碳化
24、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口铸铁变成球墨铸铁。( ) (12)球墨铸铁可通过调质处理和等温淬火工艺提高其机械性能( ) 3.4综合分析题 (1)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)简述高速钢的成分、热处理和性能特点
25、,并分析合金元素的作用。 (12)试就下列四个钢号:20CrMnTi 、65、T8、40Cr 讨论如下问题: 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 各种钢的川途、热处理工艺、最终的组织。 第 9 章 2.综合分析题 (1)机床变速箱齿轮常用中碳钢或中碳合金钢制造,它的工艺路线为: 下料 锻造 正火粗加工 调质 精加工 齿轮高频淬火及回火精磨 试分析正火处理、调质处理和高频淬火及回火的目的。 答:正火目的:均匀组织,降低硬度,改善切削性能。 调质处理:获得索氏体组织,使钢具有综合力学性能。 高频淬火及回火:使表面获得回火马氏体组织,提高表面的硬度和耐磨性能,抗疲劳性 能。 (3)用 20CrMnTi 钢制造汽车齿轮,加工工艺路线为 下料 锻造正火 切削加工 渗碳、淬火及低温回火喷丸 磨削加工 试分析正火和渗碳、淬火及低温回火处理及喷丸处理的目的。 答:正火目的:均匀组织,降低硬度,改善切削性能。 渗碳:提高工件表面的碳含量。 淬火及低温回火:使表面获得回火马氏体渗碳体残余奥氏体组织,提高表面的硬度,耐 磨性能和抗疲劳性能。 喷丸处理:提高表面的抗疲劳性能。
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