机械材料历年考试内容

一、判断题（10分）1.洛氏硬度计HRC对零件的硬度的有效测量范围20—70HRC(√)2.铸铁组织表面细小的晶粒层，中心是柱状晶粒层(X)3.共析反应是一种固相在恒温下形成的两种新固相的反应(√)4.金属材料的硬度是反映材料软硬程度的指标(√)5.直径20mm以下的合金钢采用盐水淬火(X)6.滚动轴承采用锡基轴承合金制造(X)7.T8钢水淬比油淬的淬透层深，因此，T8钢水淬比油淬的淬透性高(X)8.渗碳用钢一般属于中碳钢(X)9.手工锉刀用15号钢制造(X)10.淬碳、淬氮等化学热处理工艺改变了材料的化学成分，而普通热处理如退火则不改变材料的化学成分(√)二、名词解释（12分）1.共析反应：在一定温度下，由一定成分的固相同时析出两个成分和结构完全不同的新固相的反应。2.弥散强化：在晶内呈颗粒状弥散分布时，虽塑性、韧性略有下降，但强度、硬度可显著提高，而且第二相颗粒越细，分布越均匀，合金的强度、硬度越高。3.过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差值。4.加工硬化：金属发生冷塑性变形时，随塑性变形量增加，其强度、硬度提高，塑性、韧性下降。5.珠光体：是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。6.变质处理：向金属液体中加入一些细小的形核剂（又称为孕育剂或变质剂），使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，达到提高材料性能的目的。7.枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象。三、填空（16分，每空0.5）1.金属中常见的晶格类型有（体心立方晶格）（面心立方晶格）（密排六方晶格）三种，实际金属的晶体结构是一种多晶体结构，由许多小晶体组成，这些小晶体我们称为（晶粒），其交界称为（晶界）：并且实际金属中存在着许多缺陷，主要有（点缺陷）（线缺陷）（面缺陷）三种缺陷2.金属结晶过程中，冷却速度越大，则过冷度越（大），晶粒越（细），强度和硬度越（高），塑形越（好）3.在碳钢中，低碳钢、中碳钢和高碳钢的含碳量分别（0.25%C）（0.25%~0.6%C）（0.6%C）4.强化金属材料的基本方法（细晶强化）（固溶强化）（弥散强化）（加工硬化）5.球化退火的主要目的是（降低硬度）（改善切削加工性能）和为（后续热处理）做准备，它主要适用于（共析钢和过共析钢）6.45钢奥氏体化后冷却时，大于临界冷却速度获得的组织是（M）小于临界冷却速度获得的组织可能是（P）7.纯铁在912゜C发生α-Fe到γ-Fe转变时，其体积将（变小）8.常用力学性能判断依据有（强度）（韧性）延展性和（弹性模量）9.常用的铸铁有（灰口铸铁）（可锻铸铁）（球墨铸铁）和蠕墨铸铁四、单项选择题（10分，每题1分）1.欲要提高I8-8型铬镍不锈钢的强度，主要是通过（C）A.固溶强化方法B.时效强化方法C.冷加工硬化方法D.马氏体强化方法2.铁碳合金相图中，PSK线属于（A）A.共析线B.共晶线C.奥氏体溶解度曲线D.铁素体溶解度曲线3.合金元素对奥氏体晶粒长大的影响（D）A.均强烈阻止奥氏体晶粒长大B.均强烈促进奥氏体晶粒长大C.无影响D.上述说法不全面4.为细化晶粒，可采用（B）A.快速浇注B.加变质剂C.以砂型代金属型D.减小过冷度5.正火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（B）A.随炉冷却B.在空气中冷却C.在油中冷却D.在水中冷却6.马氏体的硬度取决于（C）A.冷却速度B.转变温度C.碳含量D.保温时间7.钢的淬硬性主要取决于（C）A.马氏体的亚结构B.过冷奥氏体的冷却速度C.马氏体的含碳量D.获得马氏体层的深度8.45钢是工业上使用广泛的一种优质碳素结构钢，从牌号中可推断出其平均含碳量为（B）A.0.045%B.0.45%C.4.5%D.45%9.合金中的第二相颗粒越细，数量越多，分布越均匀，其（A）A.强度、硬度越高，而塑形韧性略有下降B.强度、硬度下降，而塑形韧性越高C强度硬度和塑形韧性都提高D.强度硬度和塑形韧性都下降10.制造手用锯条应当选用（D）A.65钢淬火后高温火B.Cr12Mo钢经淬火和低温回火C.65钢淬火后中温回火D.T12钢经淬火和低温回火五、问答题（12分3题）1.金属结晶时，影响晶粒大小的因素有哪些？答：晶核的形成速率和长大速度。2.说明细晶强化的主要原因是什么？答：晶粒细化后，晶界增多，而晶界上的原子排列不规则，杂质和缺陷多，能量较高，阻碍位错的通过，即阻碍塑性变形，也就实现了高强度。3.铸铁的组织有什么特征？举例说明HT200、QT600-02、KT350-10的意义和应用答：铸铁的组织是由基体和石墨组成的，集体组织有3种，即铁素体、珠光体和铁素体加珠光体，课件铸铁的集体组织是刚的组织。HT200:灰铸铁，抗拉强度200MPa.1.一般机械制造中较为重要的铸件，如：汽缸、齿轮2.汽车、拖拉机的气缸体、气缸盖3.具有测量平面的检验共建，如:划线平板、V形铁等；QT600-02KT350-10用于汽车、拖拉机前后轮壳，减速器壳，转向节壳，制动器等。1.为什么细晶粒金属的强度硬度高、塑性韧性也好答：金属的晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，同时参与变形的晶粒数目也越多，变形越均匀，推迟了裂纹的形成和扩展，是的在断裂前发生较大的塑性变形。在强度和塑性同时增加的情况下，金属在断裂钱消耗的功增加，因而其韧性也比较好。4.指出0.45%C及1.2%C的碳钢试样（ф12mm）分别经700゜C,760゜C,840゜C,1100゜C,加热并水冷后各获得哪种组织？答：碳钢试样温度加热后组织水冷后组织0.45%C700゜CP+FP+F760゜CA+FM+F840゜CAM1100゜CAM1.2%C700゜C760゜C840゜C1100゜C六、（12分）根据Fe-Fe3C相图，说明产生下列现象的原因。1.含碳量1.0%的钢比含碳量0.5%的钢硬度高答：2.室温下含碳量0.5%的钢比含碳量1.2%的钢答：3.钢适宜于通过压力加工成形，铸铁适宜于通过铸造成形答：六、、、（12分）根据铁碳相图，分析含碳量0.45%，0.77%，1.2%的铁碳合金从液态缓冷至室温的结晶过程答：0.45%L——L+δ——L+A+δ——L+A——A——A+F──P+A+F──P+F包晶反应0.77%L——L+A——A——A+P──P共析反应1.2%L——L+A——A—─A+Fe3CⅡ——P+Fe3CⅡ共析反应七、（10分）画图说明共析钢在不同的温度下等温冷却会出现哪些组织，这些组织额性能有何特点，大致硬度如何？答：C曲线图八、（10分）为下列零件选择材料，并制定热处理工艺，说明各工序的作用。1.小轴（要求综合机械性能好）答：2.弹簧（要求刚性极限高，有一定的耐疲劳性）答：65Mn弹簧钢；C%=0.65%，Mn1.5%;淬火+中温回火；回火后组织为回火托氏体；3.变速箱齿轮（要求表面硬度高耐磨性好、心部韧性高或心部综合性能好）答：八、、、（9分）用10钢制作一要求耐磨的小轴（直径为20mm），其工艺路线为：下料—铸造—正火—机加工—渗碳—淬火—低温回火—磨加工。说明各热处理工序的目的及使用状态下的组织答：正火，目的：消除晶粒粗大的过热组织。淬火+低温回火，目的：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。使用状态下的组织：表面为高碳回火马氏体加颗粒状碳化物机少量残余奥氏体，心部为低碳回火马氏体加铁素体或铁素体加托氏体。九、（10分）确定表中各种钢号的钢种、热处理特点以及使用状态下的组织。钢号钢种热处理特点使用状态下的组织Q345低合金高强度结构钢热轧状态或正火状态65Mn优质碳素结构钢淬火+中温回火ZGMn13耐磨钢20Cr合金渗碳钢9SiCr冷作模具钢5CrMiMo热作模具钢淬火+中温回火1Cr18Mi9Ti不锈钢固溶处理AT8碳素工具钢40Cr合金调质钢20CrMnTi渗碳钢渗碳+淬火+低温回火表面Cm+M+A’心部F+M42CrMo1CrMo1Cr13不锈钢4Cr13不锈钢GCr15滚动轴承钢球化退火+淬火+低温回火Cm+M+A’60Si2Mn弹簧钢淬火+中温回火T回12Cr1MoV耐热钢Cr12MoV冷作模具钢3Cr2W8V热作模具钢38CrMoAI调质钢W18Cr4V高速钢淬火+低温回火Cm+M+A’CrWMn4Cr9Si2耐热钢M1Cr17不锈钢退火+空冷或缓冷F十、（20分）附加题已知A（解点600゜C）与B（500゜C）在液体无限互溶，在固态300゜C时A溶于B的最大溶解度为30%，室温时为10%，但B不溶于A;在300゜C时，含40%B的液态合金发生共晶反应。现要求：1）作出A-B合金相图。2）分析20%A,45%A,80%A等合金的结晶过程，并确定室温下的组织组成物和想组成物的相对量。答（1）（2）20%合金如图①：合金在1点以上全部为液相，当冷至1点时，开始从液相中析出α固溶体，至2点结束，2~3点之间合金全部由α固溶体所组成，但当合金冷到3点一下，由于固溶体α的浓度超过了它的溶解度限度，于是从固溶体α中析出二次相A。因此最终显微组织：α+AⅡ相组成物：α、AA=[(90-80)/90]X100%=11%α=1-A%=89%45%合金如图②：合金在1点以上全部为液相，冷至1点时开始从液相中析出α固溶体，此时液相线成分沿线BE变化，固相线成分沿BD线变化，当冷至2点时，液相线成分到达E点，发生共晶反映，形成（A+α）共晶体，合金自2点冷至室温过程中，自中析出二次相AII，因而合金②室温组织：AII+α+（A+α）相组成物：A+α组织：AII=（90-70）/90*50%=?%α=1-(A+α)=50%A+α=（70-55）/（70-40）*100%=50%相：A=（90-55）/90*100%=50%α=1-A%=50%80%合金如图③：合金在1点以上全部为液相，冷至1点时开始从液相中析出A，此时液相线成分沿AE线变化，冷至2点时，液相线成分到达点（E），发生共晶反映，形成（A+α）共晶体，因而合金③的室温组织：A+(A+α)相组成物：A、α组织：A=(40-20)/40*100%=50%A+α=1-A%=50%相：A=(90-20)/90*100%=78%α=1-A%=22%