机械工程材料练习题2013

1机械工程材料练习题第一章工程材料的力学性能1．区分下列各组常用机械性能指标的物理意义（1）σs和σb；（2）δ和ak；（3）HBW、HRC、HRB、HRA、HV2．有一碳钢制支架刚性不足，有人要用热处理强化方法；有人要另选合金钢；有人要改变零件的截面形状来解决。哪种方法合理？为什么？3.什么是强度，什么塑性，什么是硬度，什么是冲击韧度，什么是疲劳强度。第二章工程材料的基本知识第一部分金属的晶体结构与纯金属的结晶1.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe、γ-Fe、δ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各属何种晶体结构，分别指出其配位数、致密度、晶胞原子数、晶胞原子半径。2.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？3.画出下列晶面指数或晶向指数：（234），（120），（112），[210]24.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？5.金属结晶的基本规律是什么？在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？6．实际金属的晶体结构有哪些缺陷？金属缺陷对金属的性能有哪些影响。第二部分合金的相结构与合金的结晶1．指出下列名词的主要区别：1）置换固溶体与间隙固溶体；2）相组成物与组织组成物；2．本课学习到的强化方法有：固溶强化、加工硬化、弥散强化、热处理强化、细晶强化，试述其基本原理及区别。3．固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？4.何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?试比较这三种反应的异同点.5.已知A（熔点600℃）与B(500℃)在液态无限互溶；在固态300℃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℃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3组织组成物和相组成物的相对量。6．有形状、尺寸相同的两个Cu-Ni合金铸件，一个含90%Ni，另一个含50%Ni,铸后自然冷却，问哪个铸件的偏析较严重？第三部分铁碳合金1．为什么γ-Fe和α-Fe的比容不同？一块质量一定的铁发生（γ-Fe→α-Fe）转变时，其体积如何变化？2.何谓铁素体（F）,奥氏体（A），渗碳体（Fe3C），珠光体（P）,莱氏体（Ld）？它们的结构、组织形态、性能等各有何特点？3.Fe-Fe3C合金相图有何作用？在生产实践中有何指导意义？又有何局限性？4.画出Fe-Fe3C相图，指出图中S、C、E、P、N、G及GS、SE、PQ、PSK各点、线的意义，并标出各相区的相组成物和组织组成物。5.简述Fe-Fe3C相图中三个基本反应：包晶反应,共晶反应及共析反应，写出反应式，标出含碳量及温度。6.亚共析钢、共析钢和过共析钢的组织有何特点和异同点。7.分析含碳量分别为0.20%、0.60%、0.80%、1.0%的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织.画出各合金的冷却曲线，标注出各阶段的组织转变情况，画出各合金在室温时的平衡4组织，并标注出其中的组织组成，计算各合金在室温时的组织组成物的相对百分含量。8．指出下列名词的主要区别：一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体与共析渗碳体9．根据Fe-Fe3C相图，计算：1）室温下，含碳0.6%的钢中珠光体和铁素体各占多少；2）室温下，含碳1.2%的钢中珠光体和二次渗碳体各占多少；3）铁碳合金中，二次渗碳体和三次渗碳体的最大百分含量。10．对某退火碳素钢进行金相分析，其组织为珠光体+渗碳体（网状），其中珠光体占93%，问此碳钢的含碳量大约为多少？11．根据Fe-Fe3C相图，说明产生下列现象的原因：1）含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢硬度高；2）在室温下，含碳0.8%的钢其强度比含碳1.2%的钢高；3）在1100℃，含碳0.4%的钢能进行锻造，含碳4.0%的生铁不能锻造；4）绑轧物件一般用铁丝（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）钳工锯T8，T10,T12等钢料时比锯10,20钢费力，锯条容易磨钝；56）钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜于通过铸造成形。12.铁碳合金的含碳量，和铁碳合金当中的含碳量有什么关系？第三章金属的塑性变形与再结晶1．产生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金属加工中有什么利弊？2．划分冷加工和热加工的主要条件是什么？3．金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？如随后进行加热，随着加热温度和保温时间的增加，其组织和性能又会发生什么变化？4．已知金属钨、铁、铅、锡的熔点分别为3380℃、1538℃、327℃、232℃，试计算这些金属的最低再结晶温度，并分析钨和铁在1100℃下的加工、铅和锡在室温（20℃）下的加工各为何种加工？5．在制造齿轮时，有时采用喷丸法（即将金属丸喷射到零件表面上）使齿面得以强化。试分析强化原因。第四章钢的热处理1.什么是热处理。2.指出A1、A3、Acm；AC1、AC3、Accm；Ar1、Ar3、Arcm各临界点的意义。3.珠光体类型组织有哪几种？它们在形成条件、组织形态和性能方6面有何特点？4.马氏体组织有哪几种基本类型？它们在组织形态、性能有何特点？马氏体的硬度与含碳量关系如何？5.何谓等温冷却及连续冷却？试绘出奥氏体这两种冷却方式的示意图。6.试比较共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线与连续转变曲线的异同点。7.淬火临界冷却速度Vk的大小受哪些因素影响？它与钢的淬透性有何关系？8.将¢5mm的T8钢加热至760℃并保温足够时间，问采用什么样的冷却工艺可得到如下组织：珠光体，索氏体，屈氏体，上贝氏体，下贝氏体，屈氏体+马氏体，马氏体+少量残余奥氏体；在C曲线上描出工艺曲线示意图。9.何谓球化退火？为什么过共析钢必须采用球化退火而不采用完全退火？10.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；2）ZG35的铸造齿轮3）锻造过热后的60钢锻坯；4）具有片状渗碳体的T12钢坯；711.正火与退火的主要区别是什么？生产中应如何选择正火及退火？12.指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的显微组织：（1）20钢齿轮（2）45钢小轴（3）T12钢锉刀13.一批45钢试样（尺寸Φ15*10mm），因其组织、晶粒大小不均匀，需采用退火处理。拟采用以下几种退火工艺；（1）缓慢加热至700℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；（2）缓慢加热至840℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；（3）缓慢加热至1100℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；问上述三种工艺各得到何种组织？若要得到大小均匀的细小晶粒，选何种工艺最合适？14.亚共析碳钢及过共析碳钢淬火加热温度应如何选择？试从获得的组织及性能等方面加以说明。15.常用的淬火方法有哪几种？说明它们的主要特点及其应用范围。16.说明45钢试样（Φ10mm）经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：700℃，760℃，840℃，1100℃。17.有两个含碳量为1.2%的碳钢薄试样，分别加热到780℃和860℃并保温相同时间，使之达到平衡状态，然后以大于VK的冷却速度至室温。试问：8（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含碳量较多？（3）哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？（4）哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少？（5）你认为哪个温度加热淬火后合适？为什么？18.指出下列工件的淬火及回火温度，并说明其回火后获得的组织和大致的硬度：（1）45钢小轴（要求综合机械性能）；（2）60钢弹簧；（3）T12钢锉刀。19.淬透性与淬硬层深度两者有何联系和区别？影响钢淬透性的因素有哪些？影响钢制零件淬硬层深度的因素有哪些？淬透性与淬硬性有何区别，影响淬硬性的因素是什么？20.回火的目的是什么？常用的回火操作有哪几种？指出各种回火操作得到的组织、性能及其应用范围。21.表面淬火的目的是什么？常用的表面淬火方法有哪几种？比较它们的优缺点及应用范围。并说明表面淬火前应采用何种预先热处理。22.试述一般渗碳件的工艺路线。23.拟用T10制造形状简单的车刀，工艺路线为：锻造—热处理—机加工—热处理—磨加工9（1）试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用；（2）指出最终热处理后的显微组织及大致硬度；（3）制定最终热处理工艺规定（温度、冷却介质）24.选择下列零件的热处理方法，说明热处理工序的目的，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，并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，要求有良好的综合机械性能，轴径部分要求耐磨（HRC50-55），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，心部有较高的综合机械性能，材料选用38CrMoALA。25.某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（HRC50），而心部具有良好的韧性（Ak40J），原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的45钢已用完，只剩15钢，拟用15钢代替。试说明：（1）原45钢各热处理工序的作用；（2）改用15钢后，应按原热处理工序进行能否满足性能要求？为什么？10（3）改用15钢后，为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下采用何种热处理工艺？26.有甲、乙两种钢，同时加热至1150℃，保温两小时，经金相显微组织检查，甲钢奥氏体晶粒度为3级，乙钢为6级。由此能否得出结论：甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢？27.钢获得马氏体组织的条件是什么？与钢的珠光体相变及贝氏体相变比较，马氏体相变有何特点？28.说明共析钢C曲线各个区,各条线的物理意义，并指出影响C曲线形状和位置的主要因素。29、过共析钢的等温转变图（C曲线）如右图所示，试指出图中各点位置所对应的组织。判断图中各线为何种热处理工艺。30、两块碳的质量分数均为Wc=0.77％的钢片加热至727℃以上，分别以不同方式冷却，钢片的冷却曲线及该种钢材的奥氏体等温转变图如图所示。试问图中①、②、③、④点各是什么组织?定性地比较11②、④点组织的硬度大小。室温组织1231、分析冷却后的室温组织第五章金属材料1．下列牌号是何材料？说明其符号、数字所代表的意义、常用的热处理方法及使用状态下的显微组织：Q235、Q345（16Mn）、45、60、15Mn、65Mn、Tl2、20Cr、20CrMnTi、40Cr、40CrNiMo、60Si2Mn、GCrl5、9SiCr、W18Cr4V、1Cr18Ni9Ti、3Cr13、ZGMn13、38CrMoAlA、CrWMn、Cr12MoV、5CrMnMo2．直径为25mm的40CrNiMo棒料毛坯，经正火处理后硬度高很难切削加工，这是什么原因？试设计一个最简单的热处理方法以提高其机械加工性能。3．汽车、拖拉机变速箱齿轮和汽车后桥齿轮多半用渗碳钢制造，而机床变速箱齿轮又多半用中碳（合金）钢制造，试分析原因何在？134．在材料库中存有：40MnB、GCr15、T13、60Si2Mn。现在要制作锉刀、齿轮、滚动轴承、弹簧，试选用材料，并说明应采用何种热处理方法及使用状态下的显微组织。5．W18Cr4V钢所制的刃具（如铣刀）的生产工艺路线为：下料→多次锻造→等温球化退火→机械加工→最终热处理→喷砂→磨削加工→产品检验。（1）为什么对钢W18Cr4V下料后必须锻造？（2）锻后为什么要等温球化退火？（3）采用的最终热处理是什么？有何特点？为什么？（4）写出最终热处理后的组织。6.车床主轴在轴颈部位的硬度为56～58HRC，其余地方为20～24HRC。其加工工艺路线为：锻造→正火→粗加工→调质→精加工→轴颈表面淬火→低温回火→磨削加工。试说明：（1）主轴应采用何种材料？（2）指出以上四种不同热处理工序的目的和作用。（3）轴颈表面组织和其余地方的组织是什么？7．要使球墨铸铁分别得到珠光体、铁素体和贝氏体的基体组织，