材料部分.答docx

1、工程材料及成形工藝基礎(chǔ)習(xí)題集北京科技大學(xué)機(jī)制及自動化系班級 姓名 學(xué)號 北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2012.10習(xí)題一班級 姓名 成績 一、什么是應(yīng)力？什么是應(yīng)變？答: 應(yīng)力試樣單位截面上的作用力。應(yīng)變試樣單位長度上的變形量。二、填表回答：符號物 理 意 義國際單位工程單位s（0.2）產(chǎn)生明顯塑性變形的應(yīng)力。PaN/mm2b抵抗變形和斷裂的能力。PaN/mm2%單位長度上的延伸量。無量綱%單位面積上的縮減量。無量綱HB抵抗更硬物體壓入的能力。無量綱k單位面積上的沖擊功。J/m2卡/ mm2-1抵抗疲勞破壞的能力。PaN/mm2三、金屬材料隨所受外力的增加，其變形過程一般分為幾個階段？各階段的特點

2、是什么？彈性變形和塑性變形階段。彈性變形階段：應(yīng)力與應(yīng)變成正比；去掉外力恢復(fù)原狀。塑性變形階段：應(yīng)力與應(yīng)變不成正比；去掉外力不能恢復(fù)原狀。四、何謂金屬的工藝性能？主要包括哪些內(nèi)容？答：工藝性能是指金屬材料對不同加工工藝方法的適應(yīng)能力，它包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能和切削加工性能等。五、何謂交變載荷？何謂疲勞破壞？其產(chǎn)生的原因是什么？答：交變載荷大小和方向隨時間呈周期性變化的作用載荷。疲勞破壞材料在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下，在一處或幾處產(chǎn)生局部永久性累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程。產(chǎn)生原因由于材料內(nèi)部有氣孔、疏松、夾雜等組織缺陷，表面有劃痕、缺口等引起應(yīng)力

3、集中的缺陷，導(dǎo)致產(chǎn)生微裂紋，隨著循環(huán)次數(shù)的增加微裂紋逐漸擴(kuò)展，最后造成工件突然斷裂破壞。六、常用的金屬晶格類型有哪幾種？其晶胞特征怎樣？舉例說明。答：常見的晶格類型有體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格三種。Fe、Cr、V屬于體心立方晶格；Fe 、Al、Cu、Ni、Pb屬于面心立方晶格；Mg、Zn屬于密排六方晶格；七、固溶體和金屬間化合物在結(jié)構(gòu)和性能上有什么主要差別？答：在結(jié)構(gòu)上：固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與溶劑的結(jié)構(gòu)相同，而金屬間化合物的晶體結(jié)構(gòu)不同于組成它的任一組元，它是以分子式來表示其組成。 在性能上：形成固溶體和金屬間化合物都能強化合金，但固溶體的強度、硬度比金屬間化合物低，塑性、韌性比金屬

4、間化合物好，也就是固溶體有更好的綜合機(jī)械性能。八、什么叫固溶強化？什么彌散強化？比較二者的異同。答：固溶強化通過溶入溶質(zhì)原子形成固溶體使晶格畸變，從而使固溶體的強度、硬度比溶劑要高的強化手段稱固溶強化。彌散強化合金中以固溶體為主再有適量的金屬間化合物彌散分布，會提高合金的強度、硬度及耐磨性，這種強化方式為彌散強化。九、什么叫同素異晶轉(zhuǎn)變？純鐵的同素異晶體有幾種？各在什么溫度下存在？各具有什么晶體結(jié)構(gòu)？并以冷卻曲線表示同素異晶轉(zhuǎn)變。同素異晶轉(zhuǎn)變：金屬晶格類型隨溫度改變而重新排列的過程。純鐵的同素異晶體： 十、何謂過冷？過冷度？過冷度與冷卻速度有何關(guān)系？ 答：過冷金屬或合金的實際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)

5、晶溫度的現(xiàn)象。 過冷度實際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度的差值。冷卻速度越大，過冷度也越大。十一、在鑄造生產(chǎn)中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生產(chǎn)中如何應(yīng)用變質(zhì)處理？答：采用的方法：變質(zhì)處理，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，使結(jié)晶時的晶核數(shù)目大大增加，從而提高了形核率，細(xì)化晶粒。機(jī)械振動、攪拌。習(xí)題二班級 姓名 成績 一、填表：組織名稱代號符號含碳量/%組織類型力學(xué)性能特征鐵素體F小固溶體塑性好奧氏體A大固溶體塑性更好滲碳體Fe3C高金屬化合物高硬度珠光體P0.77機(jī)械混合物強度高萊

6、氏體La4.30機(jī)械混合物高硬度二、下圖為簡化鐵碳合金相圖1. 用符號把相圖上未填各相區(qū)的組織填上。2. 填空：ACD線是_液相 線，AECF線是_固相_線，ES線是_A溶解度_線，GS線是A轉(zhuǎn)變線，ECF線是_共晶 線，冷卻到此線上合金發(fā)生的組織變化是_共晶轉(zhuǎn)變_線；PSK線是_共析_線，冷卻到此線上合金發(fā)生的組織變化是_共析轉(zhuǎn)變_。3. 分析0.5%的合金的結(jié)晶過程（在相圖下側(cè)）畫出冷卻曲線，分析各階段的組織變化。0.5%的合金的結(jié)晶過程：L-A-A+F-P+A三、什么是一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體與共析滲碳體？答：一次滲碳體：由液相中直接析出來的滲碳體稱為一次滲碳體。二

7、次滲碳體：從A中析出的稱為二次滲碳體。三次滲碳體：從中析出的稱為三次滲碳體。共晶滲碳體：經(jīng)共晶反應(yīng)生成的滲碳體即萊氏體中的滲碳體稱為共晶滲碳體。共析滲碳體：經(jīng)共析反應(yīng)生成的滲碳體即珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳體。四、為什么形狀復(fù)雜的沖壓和鉚釘?shù)壤渌苄宰冃渭庸さ墓ぜ嗟吞间摚?、模具用高碳鋼？答：低碳鋼在常溫含有大量的具有較好塑性的鐵素體，適合形狀復(fù)雜的沖壓和鉚釘?shù)壤渌苄宰冃渭庸ぁ８咛间撛诔叵潞写罅康木哂休^高硬度的滲碳體，從而滿足了工、模具的使用要求。五、鐵碳合金根據(jù)碳含量和室溫組織不同，分為哪三種，其碳含量和組織有何不同？答：（1）工業(yè)純鐵。碳含量c0.218%的鐵碳合金，室溫組織為F（

8、含很少的Fe3C）。（2） 碳鋼 碳含量0.0218c2.11%的鐵碳合金，根據(jù)不同的室溫組織又分為三種：1）共析鋼，c=0.77%，室溫組織為P；2）亞共析鋼，0.0218c0.77%，室溫組織為P+F；3）過共析鋼，0.77c2.11%，室溫組織為P+ Fe3C。（3）白口鐵 碳含量2.11c6.69%的鐵碳合金，根據(jù)不同的室溫組織也可分為三種：1）共晶白口鐵，c=4.3%，室溫組織為Ld；2）亞共晶白口鐵，2.11c4.3%，室溫組織為P+Ld+Fe3C；3）過共晶白口鐵，4.3c6.69%，室溫組織為Ld+Fe3C。六、為什么鑄造合金常選用接近共晶成分的合金？為什么要進(jìn)行壓力加工的合金

9、常選用單相固溶體成分的合金？答：鑄造合金常選用接近共晶成分的合金是因為接近共晶成分的合金熔點低，結(jié)晶范圍小，流動性好，具有良好的鑄造性能。進(jìn)行壓力加工的合金常選用單相固溶體成分的合金是因為單相固溶體成分的合金有良好的塑性，變形抗力小，具有良好的可鍛性。七、試回答下表中問題合金牌號Q235A16Mn45鋼60Si2MnT10A9SiCr鋼種普碳低合金優(yōu)碳彈簧碳工合金工具平均含碳量%0.160.450.601.00.9合金元素量%小于1.5無Si：2.0Mn：1.5無Si：1.5Cr：1.5應(yīng)用舉例屈強度235MPa壓力容器軸、齒輪板簧板牙鉸刀 八、現(xiàn)有Q195、Q235B、Q255B三種碳素結(jié)構(gòu)

10、鋼，用于制造鐵釘、鉚釘和高強銷釘，如何合理選材？還有08F、45、65三種優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，欲制造儀表板、汽車彈簧、變速箱傳動軸等零件，如何選材？答：Q195用于制造鐵釘，Q235B用于制造鉚釘、Q255B用于制造高強銷釘。答：08F用于制造儀表板，45用于制造變速箱傳動軸等零件，65用于制造汽車彈簧。九、為何綁軋物件一般用鐵絲（鍍鋅低碳鋼絲），而起重機(jī)吊重物卻用鋼絲繩（用 60 、 65 、 70 、 75 等鋼制成）？答：綁軋物件的性能要求有很好的韌性，因此選用低碳鋼有很好的塑韌性，鍍鋅低碳鋼絲；而起重機(jī)吊重物用鋼絲繩除要求有一定的強度，還要有很高的彈性極限，而60 、 65 、 70 、

11、75鋼有高的強度和高的彈性極限，這樣在吊重物時不會斷裂。十、下列零件或工具（手鋸鋸條、普通螺釘、車床主軸）應(yīng)用何種碳鋼制造？答：手鋸鋸條：它要求有較高的硬度和耐磨性，因此用碳素工具鋼制造，如T9、T9A、T10、T10A、T11、T11A。普通螺釘：要保證有一定的機(jī)械性能，用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼制造，如Q195、Q215、Q235。車床主軸：要求有較高的綜合機(jī)械性能，用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，如30、35、40、45、50。習(xí)題三班級 姓名 成績 一、共析鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變有幾個階段？其影響因素是什么？答：鋼從室溫緩慢加熱，最后轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的過程，稱為鋼的奧氏體化。共析鋼加熱前原始組織為珠光體，加熱到Ac

12、1以上溫度時，珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。奧氏體化過程包括奧氏體的形核、長大、殘余滲碳體的溶解和奧氏體均勻化四個階段。奧氏體化的速度，取決于奧氏體的形核率和長大率，主要的影響因素是加熱溫度、加熱速度、化學(xué)成分和原始組織狀態(tài)。二、什么叫過冷奧氏體？殘余奧氏體？共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物有哪些？答：奧氏體在A1線以上溫度為穩(wěn)定組織，而冷卻至A1以下而尚不及轉(zhuǎn)變的奧氏體，處于不穩(wěn)定的過冷狀態(tài)，通常稱這種不穩(wěn)定的過冷狀態(tài)奧氏體為“過冷奧氏體”。殘余奧氏體M轉(zhuǎn)變結(jié)束后剩余的奧氏體。共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物可分為三個轉(zhuǎn)變區(qū)。（1）高溫轉(zhuǎn)變區(qū)（珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)）：過冷奧氏體在A1線至5500C溫度范圍的轉(zhuǎn)

13、變產(chǎn)物為鐵素體和滲碳體片層相間的珠光體型組織。其中：A16500C范圍為粗片珠光體組織（P）；6500C6000C范圍為細(xì)珠光體組織，稱索氏體（S）；6000C5500C范圍為極細(xì)珠光體組織，稱托氏體（T）。（2）中溫轉(zhuǎn)變區(qū)（貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)）：過冷奧氏體在5500C至Ms線溫度范圍的產(chǎn)物為貝氏體型組織，是過飽和鐵素體和滲碳體組成的多相復(fù)合組織。當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度為5500C3500C時，為板條狀過飽和鐵素體之間分布著細(xì)小片狀滲碳體的羽毛狀組織，稱為上貝氏體（B上），而在3500CMs線范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為針片狀的下貝氏體（B下）。（3）低溫轉(zhuǎn)變區(qū)（馬氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)）：當(dāng)奧氏體被連續(xù)急冷Ms線以下溫度時，由

14、于過冷度很大，原子擴(kuò)散困難，過冷奧氏體發(fā)生特殊的馬氏體轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為馬氏體。三、什么是鋼的等溫冷卻和連續(xù)冷卻？試?yán)L出奧氏體這兩種冷卻方式示意圖？答：等溫冷卻把奧氏體迅速冷卻到Ar1以下某一溫度保溫，待其分解轉(zhuǎn)變完成后，再冷至室溫的一種冷卻轉(zhuǎn)變方式。連續(xù)冷卻在一定冷卻速度下，過冷奧氏體在一個溫度范圍內(nèi)所發(fā)生的轉(zhuǎn)變。四、何謂球化退火？為什么過共析鋼必須采用球化退火而不采用完全退火？答：（1）將鋼件加熱到Ac1以上3050，保溫一定時間后隨爐緩慢冷卻至600出爐空冷。（2）過共析鋼組織若為層狀滲碳體和網(wǎng)狀二次滲碳體時，不僅硬度高，難以切削加工，而且增大鋼的脆性，容易產(chǎn)生淬火變形及開裂。通過球化退火

15、，使層狀滲碳體和網(wǎng)狀滲碳體變?yōu)榍驙顫B碳體，以降低硬度，均勻組織、改善切削加工性。五、正火與退火的主要區(qū)別是什么？生產(chǎn)中應(yīng)如何選擇正火及退火？答：二者區(qū)別：加熱溫度不同，對于過共析鋼退火加熱溫度在Ac1以上3050而正火加熱溫度在Accm以上3050。正火冷速快，組織細(xì)，強度和硬度有所提高。當(dāng)鋼件尺寸較小時，正火后組織為S，而退火后組織為P。 選擇：（1）從切削加工考慮：切削加工性又包括硬度，切削脆性，表面粗糙度及對刀具的磨損等。一般金屬的硬度在HB170230范圍內(nèi)，切削性能較好。高于它過硬，難以加工，且刀具磨損快；過低則切屑不易斷，造成刀具發(fā)熱和磨損，加工后的零件表面粗糙度很大。對于低、中碳

16、結(jié)構(gòu)鋼以正火作為預(yù)先熱處理比較合適，高碳結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼則以退火為宜。至于合金鋼，由于合金元素的加入，使鋼的硬度有所提高，故中碳以上的合金鋼一般都采用退火以改善切削性。（2）從使用性能上考慮：如工件性能要求不太高，隨后不再進(jìn)行淬火和回火，那么往往用正火來提高其機(jī)械性能，但若零件的形狀比較復(fù)雜，正火的冷卻速度有形成裂紋的危險，應(yīng)采用退火。（3）從經(jīng)濟(jì)上考慮：正火比退火的生產(chǎn)周期短，耗能少，且操作簡便，故在可能的條件下，應(yīng)優(yōu)先考慮以正火代替退火。六、鋼的淬火臨界冷卻速度 Vk 大小受哪些因素影響？與鋼的淬透性有何關(guān)系？答：（1）化學(xué)成分的影響：亞共析鋼中隨著含碳量的增加，C曲線右移，過冷奧氏體穩(wěn)定性

17、增加，則Vk減小，過共析鋼中隨著含碳量的增加，C曲線左移，過冷奧氏體穩(wěn)定性減小，則Vk增大；合金元素中，除Co和Al(>2.5%)以外的所有合金元素，都增大過冷奧氏體穩(wěn)定性，使C曲線右移，則Vk減小。 (2)一定尺寸的工件在某介質(zhì)中淬火，其淬透層的深度與工件截面各點的冷卻速度有關(guān)。如果工件截面中心的冷速高于Vk，工件就會淬透。然而工件淬火時表面冷速最大，心部冷速最小，由表面至心部冷速逐漸降低。只有冷速大于Vk的工件外層部分才能得到馬氏體。因此，Vk越小，鋼的淬透層越深，淬透性越好。七、45鋼的平衡組織是_F+P_，加熱到840時的組織是_A_，在840保溫一定時間放入不同介質(zhì)中冷卻，試回

18、答下表中的問題。冷卻方式熱處理名稱冷卻后組織機(jī)械性能比較強度高，極高，低塑性好，較好，差硬度高，低爐冷退火F+P較高高低空冷正火F+細(xì)P高較高較高水冷淬火M較低低最高水冷+高溫回火調(diào)質(zhì)回火S最高最高高八、將共析鋼加熱到Ac1以上3050，過共析鋼加熱到Accm以上3050進(jìn)行淬火，是否可以？為什么？答：不可以，溫差大，共析鋼和過共析鋼的脆性大，即使得到M 也無用，會開裂。九、何謂回火？回火的目的？回火的分類及其應(yīng)用？答: 回火是將淬火后的工件再加熱到Ac1以下某一溫度，保溫后冷卻至室溫的熱處理。回火的目的是穩(wěn)定組織、消除應(yīng)力、調(diào)整硬度和提高塑性、韌度。根據(jù)不同的回火溫度，分為低溫回火、中溫回火

19、和高溫回火三種。（1） 低溫回火（1500C2500C），低溫回火后的組織為回火以氏體，硬度一般為（5864）HRC，主要用于高碳鋼或合金鋼的刃具、量具、模具、軸承以及滲碳件淬火后的回火處理。其目的是降低淬火應(yīng)力和脆性，保持鋼淬火后的高硬度和耐磨性。（2）中溫回火（3500C5000C），中溫回火后的組織為回火托氏體，硬度為（3550）HRC，主要用于各種彈簧和模具的回火處理，其目的是保證鋼的高彈性極限和高的屈服點、良好的韌度和較高的硬度。（3）高溫回火（5000C6500C），高溫回火后的組織為回火索氏體。硬度為（2535）HRC，主要用于各種重要的結(jié)構(gòu)件，特別是交變載荷下工作的連桿、螺柱、

20、齒輪和軸類工件。也可用于量具、模具等精密零件的預(yù)備熱處理。其主要目的是獲得強度、塑性和韌度均較高的良好綜合力學(xué)性能。通常將淬火后再進(jìn)行高溫回火這種復(fù)合熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)處理。習(xí)題四班級 姓名 成績 一、何謂表面淬火？表面淬火適應(yīng)于什么鋼？答：表面淬火是一種不改變表層化學(xué)成分，而改變表層組織的局部熱處理方法。表面淬火，是通過快速加熱，使鋼件表層奧氏體化，然后迅速冷卻，使表層形成一定深度的淬硬組織馬氏體，而心部仍保持原來塑性、韌度較好的組織（退火、正火或調(diào)質(zhì)處理組織）的熱處理工藝。表面淬火適應(yīng)于中碳鋼和中碳合金鋼工件。二、何謂化學(xué)熱處理？化學(xué)熱處理的目的？常用的化學(xué)熱處理有哪些？答：化學(xué)熱處理是將

21、鋼件置于活性介質(zhì)中加熱并保溫，使介質(zhì)分解析出的活性原子滲入工作表層，改變表層的化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝?；瘜W(xué)熱處理的目的是提高工作表面的硬度、耐磨性、疲勞強度、耐熱性、耐蝕性和抗氧化性能等。常用的化學(xué)熱處理有滲碳、滲氮、碳氮共滲和滲金屬等。三、選擇下列淬火鋼件的回火溫度1.45鋼的軸類零件（要求具有良好的綜合力學(xué)性能）；2.60鋼彈簧；3.T12鋼銼刀。答：（1）45鋼的軸類零件的回火溫度為5000C6500C，（2）60鋼彈簧回火溫度為3500C5000C，（3）T12鋼銼刀1500C2500C。四、擬用T10制造形狀簡單的車刀，工藝路線為：鍛造熱處理機(jī)加工熱處理磨削加工。1.試寫出

22、各熱處理工序的名稱并指出各熱處理工序的作用；2.指出最終熱處理后的顯微組織及大致硬度；3.制定最終熱處理工藝規(guī)定（溫度、冷卻介質(zhì)）答：（1）工藝路線為：鍛造退火機(jī)加工淬火后低溫回火磨加工。退火處理可細(xì)化組織，調(diào)整硬度，改善切削加工性；淬火及低溫回火可獲得高硬度和耐磨性以及去除內(nèi)應(yīng)力。（2）終熱處理后的顯微組織為回火馬氏體 ，大致的硬度60HRC。（3）T10車刀的淬火溫度為780左右，冷卻介質(zhì)為水；回火溫度為150250。五、某汽車齒輪選用20CrMnMo材料制造，制定該齒輪的加工路線。下料鍛造正火 切削加工 滲碳，淬火，低溫回火  噴丸 磨削六、選擇下列零件的熱處理方法，并編寫簡明工藝路線（各零件均選用鍛造毛坯，并且鋼材具有足夠的淬透性）：1.某機(jī)床變速箱齒輪（模數(shù)m=4），要求齒面耐磨，心部強度和韌性要求不高，材料選用45鋼；2.某機(jī)床主軸，要求有良好的綜合機(jī)械性能，軸徑部分要求耐磨（HRC 50-55），材料選用45鋼；答：（1）下料鍛造正火粗加工精加工局部表面淬火+低溫回火精磨成品（2）下料鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)精加工局部表面淬火+低溫回火精磨成品七、何謂合金鋼？合金鋼中經(jīng)常加入的合金元素有哪些？主要起什么作用？答：合金鋼是指為改善鋼的組織、性能，在冶煉時