《工程材料》資料

1、0927工程材料【判斷題】失效是機(jī)械零件因某種原因致使喪失其規(guī)定功能的現(xiàn)象。 參考答案：正確選材的一般原則包括滿足零件使用性能、工藝性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保和資源合理利用 參考答案：正確零件失效形式包括變形失效、磨損失效、斷裂失效。 參考答案：正確調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)淬火和高溫回火后的組織是回火馬氏體。參考答案：錯(cuò)誤鋼的淬火后進(jìn)行高溫回火的工藝稱為調(diào)質(zhì)，其組織為回火索氏體。 參考答案：正確貝氏體是過飽和的鐵素體和滲碳體組成的混合物。 參考答案：正確馬氏體是過飽和的鐵素體和奧氏體組成的混合物。 參考答案：錯(cuò)誤奧氏體化的共析鋼緩慢冷卻到室溫時(shí)，其平衡組織為萊氏體。 參考答案：錯(cuò)誤合金鋼的主要特點(diǎn)是淬透性高、淬火變形小

2、、回火穩(wěn)定性低。 參考答案：錯(cuò)誤表面淬火既能改變工件表面的化學(xué)成分，也能改善其心部組織與性能。參考答案：錯(cuò)誤馬氏體硬度主要取決于馬氏體中的合金含量。 參考答案：錯(cuò)誤過共析鋼完全退火后就能消除網(wǎng)狀滲碳體。 參考答案：錯(cuò)誤鋼的淬火后進(jìn)行高溫回火其組織稱為調(diào)質(zhì)。 參考答案：正確實(shí)際金屬中位錯(cuò)密度越大、晶界和亞晶界越多，其強(qiáng)度越高。 參考答案：正確布氏硬度測量硬度時(shí)，用符號HBW表示。 參考答案：正確維氏硬度測量硬度時(shí)，用符號HV表示。 參考答案：正確把在實(shí)際晶體中出現(xiàn)的空位和間隙原子叫做點(diǎn)缺陷。 參考答案：正確所有合金都是多相組織。 參考答案：錯(cuò)誤金屬結(jié)晶后晶粒越細(xì)小，則其強(qiáng)度越小，而塑性和韌性越差

3、。 參考答案：錯(cuò)誤在鐵碳合金相圖中，奧氏體在1148時(shí)，溶碳能力可達(dá)4.3%。 參考答案：錯(cuò)誤在鐵碳合金相圖中，鐵素體在727時(shí)，溶碳能力可達(dá)2.11%。 參考答案：錯(cuò)誤體心立方晶格的致密度為84%。 參考答案：錯(cuò)誤洛氏硬度測量硬度時(shí)，用符號HBW表示。 參考答案：錯(cuò)誤奧氏體是碳溶解在-Fe中所形成的置換固溶體。 參考答案：錯(cuò)誤衡量材料的塑性的指標(biāo)主要有伸長率和沖擊韌性。 參考答案：錯(cuò)誤在鐵碳合金中，鐵素體在727時(shí)，溶碳能力可達(dá)2.11%。參考答案：錯(cuò)誤滲碳體是碳溶解在-Fe中所形成的置換固溶體。 參考答案：錯(cuò)誤實(shí)際金屬中位錯(cuò)密度越大、晶界和亞晶界越多，其強(qiáng)度越高。 參考答案：正確把在實(shí)際晶

4、體中出現(xiàn)的空位和間隙原子的缺陷叫做面缺陷。 參考答案：錯(cuò)誤單晶體具有各向異性，多晶體具有各向同性。 參考答案：正確洛氏硬度測量硬度時(shí)，用符號HR 表示。 參考答案：正確金屬材料在載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力叫強(qiáng)度。 參考答案：正確把在實(shí)際晶體中出現(xiàn)的空位和間隙原子的缺陷叫做線缺陷。 參考答案：錯(cuò)誤布氏硬度測量硬度時(shí)，用符號HRC表示。 參考答案：錯(cuò)誤判斷題在一般情況下，金屬結(jié)晶后晶粒越細(xì)小，則其強(qiáng)度越好，而塑性和韌性越差。 參考答案：錯(cuò)誤【簡答題】1. 制造車床傳動齒輪、重要軸類、滾動軸承、車刀、一般用途的螺釘?shù)攘慵噺南铝信铺栔蟹謩e選出合適的材料并說明鋼種名稱。T10，60Si2Mn，W

5、18Cr4V，GCr15，40Cr，45，Q2352. 制造重載齒輪、連桿、彈簧、銼刀、一般用途的小軸等零件，試從下列牌號中分別選出合適的材料并說明鋼種名稱。T12，65Mn， W18Cr4V，40Cr，20CrMnTi，Q235，5CrNiMo3.要制造冷沖壓模具、熱鍛模、機(jī)床床身、車床傳動齒輪、一般用途的螺母等零件，試從下列牌號中分別選出合適的材料并說明鋼種名稱。HT250，40Cr，45，20CrMnTi，Cr12MoV，Q235，5CrNiMo4. 制造自行車架 機(jī)器主軸 汽車板簧 汽車變速齒輪 機(jī)床床身 小型曲軸等零件，試從下列牌號中分別選出合適的材料并說明鋼種名稱，并選擇合適的最終

6、熱處理方法(或說明材料狀態(tài))。60Si2Mn QT600-2 T12A 40Cr HT200 Q345 20CrMnTi5.與碳鋼比較，合金鋼有何優(yōu)點(diǎn)？6.鑄鐵中石墨的形態(tài)對鑄鐵性能影響顯著，請問石墨形態(tài)有哪些？分別屬于什么鑄鐵？7. 根據(jù)可鍛鑄鐵的生產(chǎn)過程，說明為什么可鍛鑄鐵適宜制造壁厚較薄的零件?8.為什么比較重要的大截面的結(jié)構(gòu)零件如重型運(yùn)輸機(jī)械和礦山機(jī)器的軸類，大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子等都必須用合金鋼制造？與碳鋼比較，合金鋼有何優(yōu)缺點(diǎn)？9.珠光體型組織有哪幾種？它們在形成條件、組織形態(tài)和性能方面有何特點(diǎn)？10.常用的淬火方法有哪幾種？11.指出下列零件的鍛造毛坯進(jìn)行正火的主要目的及正火后的顯微組織

7、：（1）20鋼齒輪 （2）45鋼小軸 （3）T12鋼銼刀12.合金元素對回火轉(zhuǎn)變有何影響？13.淬火鋼回火的目的是什么？常用的回火工藝有哪幾種？指出各種回火工藝得到的組織、性能及其應(yīng)用范圍。14.有一批45鋼齒輪，其制造工藝為：圓鋼下料鍛造正火車削加工淬火高溫回火銑齒表面淬火。說明各熱處理工序的名稱和作用。15.常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？16.實(shí)際晶體中的晶體缺陷對金屬性能有何影響？17.在鑄造生產(chǎn)中，采用哪些措施控制晶粒大小？ 18.簡述 Fe-Fe3C 相圖中的共晶反應(yīng)、共析反應(yīng)過程，寫出反應(yīng)式。19.亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼的組織有何特點(diǎn)和異同點(diǎn)。20.簡述碳鋼中含碳量變化引起機(jī)械性

8、能變化的規(guī)律。21.簡述碳量對碳鋼力學(xué)性能的影響。參考答案： 1.答：車床傳動齒輪：45 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼重要軸類：40Cr 合金調(diào)質(zhì)鋼滾動軸承：GCr15 滾動軸承鋼車刀：W18Cr4V 高速工具鋼一般用途的螺釘：Q235 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼2.答：重載齒輪：20CrMnTi 合金滲碳鋼連桿：40Cr 合金調(diào)質(zhì)鋼彈簧：65Mn 彈簧鋼銼刀：T12 碳素工具鋼一般用途的小軸：Q235 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼3.答：冷沖壓模具：Cr12MoV冷作模具鋼。熱鍛模：5CrNiMo熱作模具鋼。機(jī)床床身：HT250灰鑄鐵。車床傳動齒輪：45優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。一般用途的螺母：Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。4.答：自行車架：Q3

9、45 焊接后去應(yīng)力退火機(jī)器主軸：40Cr 最終熱處理：調(diào)質(zhì)；汽車板簧：60Si2Mn 最終熱處理：淬火+中溫回火；汽車變速齒輪：20CrMnTi 最終熱處理：滲碳后淬火+低溫回火；機(jī)床床身：HT200 最終熱處理：去應(yīng)力退火；小型曲軸：QT600-2 最終熱處理：等溫淬火。5.答：(1)合金鋼的淬透性高。(2)合金鋼耐回火性高。 (3)合金鋼能滿足一些特殊性能的要求。如耐熱性、耐腐蝕性、耐低溫性（低溫下高韌性）。6.答：鑄鐵中石墨形態(tài)有片狀、蠕蟲狀、球狀、團(tuán)絮狀。分別屬于灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、蠕墨鑄鐵。7.答：可鍛鑄鐵的生產(chǎn)過程分為兩個(gè)步驟，第一步先澆注成白口鑄件，第二步再經(jīng)高溫長時(shí)間的

10、可鍛化退火(亦稱石墨化退火)，使?jié)B碳體分解出團(tuán)絮狀石墨。壁薄零件能獲得較大的冷卻速度，澆注后易獲得白口鑄件，正是可鍛鑄鐵希望獲得的澆注組織，所以它適宜制造壁厚較薄的零件。8.答：碳鋼制成的零件尺寸不能太大，否則淬不透，出現(xiàn)內(nèi)外性能不均，對于一些大型的機(jī)械零件，（要求內(nèi)外性能均勻），就不能采用碳鋼制作，比較重要的大截面的結(jié)構(gòu)零件如重型運(yùn)輸機(jī)械和礦山機(jī)器的軸類，大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子等都必須用合金鋼制造。(1)合金鋼的淬透性高；(2)合金鋼回火抗力高；碳鋼淬火后，只有經(jīng)低溫回火才能保持高硬度，若其回火溫度超過200，其硬度就顯著下降。即回火抗力差，不能在較高的溫度下保持高硬度，因此對于要求耐磨，切削速度較

11、高，刃部受熱超過200的刀具就不能采用碳鋼制作而采用合金鋼來制作。(3)合金鋼能滿足一些特殊性能的要求。如耐熱性、耐腐蝕性、耐低溫性（低溫下高韌性）。9.答：有珠光體、索氏體和托氏體三種。珠光體是過冷奧氏體在550以上等溫停留時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)變，它是由鐵素體和滲碳體組成的片層相間的組織。索氏體是在650600溫度范圍內(nèi)形成層片較細(xì)的珠光體。托氏體是在600550溫度范圍內(nèi)形成片層極細(xì)的珠光體。珠光體片間距愈小，相界面積愈大，強(qiáng)化作用愈大，因而強(qiáng)度和硬度升高，同時(shí)，由于此時(shí)滲碳體片較薄，易隨鐵素體一起變形而不脆斷，因此細(xì)片珠光體又具有較好的韌性和塑性。10.答：常用的淬火方法有：單液淬火法、雙液淬火法、

12、等溫淬火法和分級淬火法。11.答：（1）20鋼齒輪 目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，提高硬度，改善切削加工性。組織：晶粒均勻細(xì)小的大量鐵素體和少量索氏體。（2）45鋼小軸 目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力。組織：晶粒均勻細(xì)小的鐵素體和索氏體。（3）T12鋼銼刀 目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，消除網(wǎng)狀Fe3C，為球化退火做組織準(zhǔn)備，消除內(nèi)應(yīng)力。組織：索氏體和球狀滲碳體。12.答：(1)提高淬火鋼的回火穩(wěn)定性（耐回火性）由于合金元素阻礙馬氏體分解和碳化物聚集長大過程，使回火的硬度降低過程變緩，從而提高鋼的回火穩(wěn)定性。(2)產(chǎn)生二次硬化強(qiáng)碳化物形成元素如Cr、W、Mo、V等，在含量較高及在一定

13、回火溫度下，將沉淀析出各自的特殊碳化物。如Mo2C、W2C、VC等，析出的碳化物高度彌散分布在馬氏體基體上，并與馬氏體保持共格關(guān)系，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動，使鋼的硬度反而有所提高，這就形成了二次硬化。鋼的硬度不僅不降低，反而再次提高。(3)回火時(shí)產(chǎn)生第二類回火脆性，含有Cr、Ni、Mn等元素的鋼，在550650回火后緩慢冷卻，會出現(xiàn)沖擊值的降低，稱為高溫回火脆性或第二類回火脆性。 13.答：淬火鋼回火的目的是降低淬火鋼的脆性，減少或消除內(nèi)應(yīng)力，使組織趨于穩(wěn)定并獲得所需要的性能。 常用的回火工藝有低溫回火、中溫回火、高溫回火。 低溫回火得到的組織是回火馬氏體。內(nèi)應(yīng)力和脆性降低，保持了高硬度和高耐磨性。這種

14、回火主要應(yīng)用于高碳鋼或高碳合金鋼制造的工、模具、滾動軸承及滲碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般為HRC 5864。 中溫回火后的組織為回火托氏體，硬度HRC3545，具有一定的韌性和高的彈性極限及屈服極限。這種回火主要應(yīng)用于含碳0.50.7%的碳鋼和合金鋼制造的各類彈簧。高溫回火后的組織為回火索氏體，其硬度HRC 2535，具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和足夠的塑性和韌性。這種回火主要應(yīng)用于含碳0.30.5% 的碳鋼和合金鋼制造的各類連接和傳動的結(jié)構(gòu)零件，如軸、連桿、螺栓等。14.答：(1)正火：調(diào)整硬度，提高切削加工性能，細(xì)化晶粒，均勻組織。(2)淬火+高溫回火：即調(diào)質(zhì)；提高綜合性能。(3)表面淬火；提高

15、齒面硬度和耐磨性。15.答：常見金屬晶體結(jié)構(gòu)有：體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。16.答：如果金屬中無晶體缺陷時(shí)，通過理論計(jì)算具有極高的強(qiáng)度，隨著晶體中缺陷的增加，金屬的強(qiáng)度迅速下降，當(dāng)缺陷增加到一定值后，金屬的強(qiáng)度又隨晶體缺陷的增加而增加。因此，無論點(diǎn)缺陷，線缺陷和面缺陷都會造成晶格崎變，從而使晶體強(qiáng)度增加。同時(shí)晶體缺陷的存在還會增加金屬的電阻，降低金屬的抗腐蝕性能。 17.答：采用的方法：增大過冷度，鋼模鑄造以及在砂模中加冷鐵以加快冷卻速度的方法來控制晶粒大小。變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，特意加入某些難熔固態(tài)顆粒，造成大量可以成為非自發(fā)晶核的固態(tài)質(zhì)點(diǎn)，使結(jié)晶時(shí)的晶核數(shù)目大大增加，

16、從而提高了形核率，細(xì)化晶粒。機(jī)械振動、攪拌。18.答：共晶反應(yīng)：1148時(shí)具有C點(diǎn)成分的液體中同時(shí)結(jié)晶出具有E點(diǎn)成分的奧氏體和滲碳體的兩相混合物。反應(yīng)式： L(4.3) A(2.11)+ Fe3C(6.69)共析反應(yīng)：合金冷卻到727時(shí)具有S點(diǎn)成分的奧氏體中同時(shí)析出具有P點(diǎn)成分的鐵素體和滲碳體的兩相混合物。反應(yīng)式：A(0.77)(F(0.0218)+Fe3C(6.69) 19.答：亞共析鋼的組織由鐵素體和珠光體所組成。其中鐵素體呈塊狀。珠光體中鐵素體與滲碳體呈片狀分布。共析鋼的組織由珠光體所組成。過共析鋼的組織由珠光體和二次滲碳體所組成，其中二次滲碳體在晶界形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀。 共同點(diǎn)：鋼的組織

17、中都含有珠光體。不同點(diǎn)：亞共析鋼的組織是鐵素體和珠光體，共析鋼的組織是珠光體，過共析鋼的組織是珠光體和二次滲碳體。20.答：碳鋼組織中鐵素體是軟韌相，滲碳體是硬脆相。因此，其機(jī)械性能主要取決于鐵素體與滲碳體的相對數(shù)量和它們的相對分布。隨著含碳量增加，亞共析碳鋼組織中的鐵素體隨含碳的增多而減少，而珠光體量相應(yīng)增加。因此塑性、韌性降低，強(qiáng)度和硬度呈直線上升。共析鋼為珠光體組織。具有較高的強(qiáng)度和硬度，但塑性較低。而過共析鋼， wC0.9時(shí)，碳量增加，強(qiáng)度和硬度繼續(xù)增加。wC0.9時(shí)，抗拉強(qiáng)度出現(xiàn)峰值。wC0.9以后，二次滲碳體量逐漸增加并形成連續(xù)的網(wǎng)狀，從而使鋼的脆性增加，塑性韌性繼續(xù)下降，強(qiáng)度也顯

18、著降低。硬度仍呈直線上升。21.答：碳鋼中含碳量增高，組織中滲碳體的相對量增加，鋼的硬度增加，而且滲碳體的大小、形態(tài)和分布也隨之發(fā)生變化。滲碳體由層狀分布在鐵素體基體內(nèi)(如珠光體)，改變?yōu)榫W(wǎng)狀分布在晶界上(如二次滲碳體)。滲碳體作為強(qiáng)化相，當(dāng)它與鐵素體構(gòu)成層狀珠光體時(shí)，可提高合金的強(qiáng)度和硬度，故合金中珠光體量越多時(shí)，其強(qiáng)度、硬度越高，而塑性、韌性卻相應(yīng)降低。當(dāng)鋼中wC <0.9時(shí)，隨著鋼中含碳量的增加，鋼的強(qiáng)度、硬度呈直線上升，而塑性、韌性不斷降低；當(dāng)鋼中wC >0.9時(shí)，因滲碳體網(wǎng)的存在，不僅使鋼的塑性、韌性進(jìn)一步降低，而且強(qiáng)度也明顯下降。 【名詞解釋】1.索氏體：過冷奧氏體在650600溫度范圍內(nèi)冷卻形成層片較細(xì)的珠光體。2. 馬氏體：碳溶于-Fe中形成的過飽和固溶體，用符號M表示。3. 退火：將工件加熱到臨界點(diǎn)以上或在臨界點(diǎn)以下某一溫度保溫一定時(shí)間后，以十分緩慢的冷卻速度（爐冷、坑冷、灰冷）進(jìn)行冷卻的熱處理工藝。4. 正火：是將工件加熱到Ac3或Accm以上3080，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻的熱處理工藝。5.貝氏體：是過飽和