武汉理工工程材料模拟题解

《工程材料》模拟试题解仅供参考一、填空题1、碳在α-Fe中的有限固溶体碳在γ-Fe中的有限固溶体是铁素体和渗碳体片层相间的2、正火淬火+高温回火（调质）3、固溶处理奥氏体4、普通低合金钢低合金工具钢滚动轴承钢5、低碳钢高碳钢中碳钢6、珠光体贝氏体马氏体7、马氏体中的碳含量临界冷却速度Vk的大小8、渗碳钢渗碳、淬火+低温回火9、调质钢淬火+高温回火（调质）10、形变铝合金铸造铝合金二、判断题××√××××××××√×××补充：1、力学性能指标：强度σe、σs、σb；塑形δ、ψ；韧性αk。2、铁碳合金在平衡状态下：1）平衡状态下的铁碳合金，在固态下有三个单相，它们是铁素体、奥氏体和渗碳体。有两个机械混合物，它们是珠光体和莱氏体。珠光体是奥氏体在727℃发生共析反应得到的产物，是由铁素体和渗碳体两个单相所组成的片层相间的机械混合物；莱氏体是液相在1148℃发生共晶反应的产物，是由奥氏体和渗碳体两个单相所组成的机械混合物。机械混合物不是单相，而是由两个或者两个以上的相所组成的物质。2）铁碳合金在室温下的所有组织都是有铁素体和渗碳体组成的，由于这两个相随着化学成分（C%）的变化，两个相的大小、数量及分布状态不同，形成不同的组织，它们依次是：F→F+P→P→P+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ+Ld'→Ld'→Ld'+Fe3CⅠ。3）平衡状态下的奥氏体在铁碳合金中是高温相（≥727℃），室温下是看不见奥氏体的。4）铁素体和奥氏体属于固溶体范畴，在平衡状态下的固溶体都具有强而韧的特点（和组成固溶体的溶剂相比较）；渗碳体是金属化合物，硬而脆，塑形趋近与零。5）平衡状态下，从化学成分角度出发，钢和白口铸铁的分界线是2.11%C；从组织角度出发，钢和白口铸铁的分水岭是看组织中有没有莱氏体。6）随着含碳量的增加，铁碳合金金中的铁素体越来越少，渗碳体越来越多，硬度越来越高，塑形越来越差。7）杠杆定律是求平衡状态下两相区中两个相的相对量，非平衡状态下不可以使用。3、铁碳合金在非平衡状态下（热处理）：1）获得奥氏体组织是大多热处理的工艺的首要条件，可以把它看做若干相变的反应物。2）加热时的奥氏体晶粒大小往往关系着冷却产物的组织细密程度，产物组织越细小，材料的性能就会提高。3）加热时的奥氏体晶粒大小与加热温度、保温时间、原始组织以及化学成分有关系。4）预备热处理（退火或正火）的目的有三点，仅从其中之一的改善切削加工性方面（要求被加工材料的硬度为：170～250HB）考虑，凡＜0.5%C钢需要获得索氏体才能达到切削加工的硬度要求，所以采用正火。5）甄别两个“珠光体”：（1）完全退火得到的珠光体的显微组织是由块状的铁素体和呈片状结构的珠光体（珠光体中的铁素体和渗碳体呈片状交替分布）组成。（2）球化退火得到的球状珠光体的显微组织是由块状的铁素体基体上分布有球状或者颗粒状的渗碳体组成。注意，同样化学成分的材料，渗碳体的形态将影响材料的性能：切削加工性的优劣排序：渗碳体呈球状，片状、网状。这就是过共析钢为什么采用球化退火而不用完全退火的原因之一；硬度和耐磨性优劣排序：渗碳体呈球状，片状、网状。这就是过共析钢为什么采用球化退火而不用完全退火的原因之二。事实上，球状渗碳体还有两种获得的方法：其一，可以通过淬火马氏体高温回火（回火索氏体）得到；另外，把具有片状珠光体的过共析钢加热到A1之下长时保温，通过原子的充分扩散，让片状渗碳体逐渐“溶”为球状。6）钢的淬硬性取决于马氏体中的碳含量（即是加热时溶入到奥氏体中的碳含量）。7）钢的淬透性取决于临界冷却速度Vk的大小。Vk越小，淬透性越大。临界冷却速度：获得马氏体的最小冷却速度（与C曲线鼻部相切的速度）。它的相关因素为：Vk→过冷奥氏体的稳定性（孕育期）→加热时奥氏体中的化学成分、晶粒大小、成分是否均匀以及是否存在第二相。以合金钢为例：除Co以外，其它的合金元素都有提高过冷奥氏体稳定性的作用，它们的淬透性都高于同样含碳量的碳钢。8）热（红）硬性是刃具钢追求的非常重要的性能。钢如果具有高的热（红）硬性，说明它可以在高的温度下工作硬度不会掉下来，满足高速切削，提高产品质量的现代化工业生产的要求。热（红）硬性的本质是回火抗力，就是阻碍马氏体分解的能力。我们知道，马氏体是奥氏体发生非扩散性转变的产物，它是过饱和碳的α固溶体，处于高能的不稳定状态。淬火马氏体如果要转变成稳定组织，一定要重新被加热发生马氏体分解（转变），马氏体分解的核心是靠原子的扩散，在这个过程中，如果有什么因素能够使得原子扩散受到阻碍，那么，马氏体的被分解将会延迟或推向高温去进行，如果在高温还能保持马氏体状态，不就是具有高的温度下保持高硬度的能力吗？这就是热（红）硬性。基本规律是，合金钢中的合金元素一旦在热处理加热中溶入到奥氏体中，将会保留到转变后的马氏体中，在马氏体中的所有合金元素都有阻碍马氏体分解的能力，且随着Me%↑其效果愈发明显，碳化物形成元素影响最大。碳钢的热（红）硬性很差，大约只能在250℃的工作温度下保持高硬度；合金钢（特别是高合金钢），热（红）硬性很高，有的钢种（比如W18Cr4V）在600℃的工作温度下还可以维持高的硬度（说明在这个温度下它还是回火马氏体）。9）再结晶≠重结晶，再结晶不属于相变过程。10）原始组织：上一道热处理工艺状态下的组织。三、简答题1、组织是珠光体+二次网状渗碳体，是不能用杠杆定律来求解的。但是可以借助于珠光体是由接近于727℃的奥氏体转变过来的思路求解：设：该材料的碳含量为XC%066.1X%95%10077.0-69.6X-69.6奥氏体珠光体2、EPSGFeC%→℃↑QA+Fe3CF+Fe3CF+AAF860℃780℃1）860℃2）860℃3）860℃4）860℃5）780℃是正常的淬火加热温度3、共析碳钢的原始组织是粒状珠光体（球状珠光体），显然是通过调质热处理之后得到的，如果要使珠光体呈片状，只有使其钢种奥氏体化后然后随炉冷却（退火）或空气冷却（正火）才能得到，如果要得到比原始组织更粗大的粒状珠光体只能进一步的回火（高温软化回火）。1）退火2）正火3）高温软化回火4、针对题目中工件的缺陷及其要求：1）再结晶退火2）扩散退火3）完全退火4）球化退火5）去应力退火6）去应力退火5、相分析1）45钢的相分析（1）铁素体和奥氏体，其化学成分为0.0218%C、0.77%C；（2）三相共存，铁素体、奥氏体和渗碳体，其化学成分为0.0218%C、0.77%C和6.69%C；（3）两相共存，铁素体和渗碳体，其化学成分为0.0218%C和6.69%C。2）含碳量为4.7%过共晶白口铁的相分析（1）液相和渗碳体两相共存，其化学成分为4.3%C和6.69%C；（2）液相、渗碳体和奥氏体三相共存，其化学成分为4.3%C、6.69%C和2.11%C；（3）渗碳体和奥氏体两相共存，其化学成分为6.69%C和2.11%C。6、选材1）略（和习题集中的模拟题雷同）2）工件名称选用材料最终热处理工艺铣刀W18Cr4V淬火+三次高温回火汽车传动齿轮20CrMnTi渗碳、淬火+低温回火车床主轴45淬火+高温回火（调质）3）4、用上题提供的材料，选材结果见下表。1结构钢35CrMo、Q235、ZG35、15、38CrMoAl、45、18Cr2Ni4WA、GCr15，20Cr、55Si2Mn、Y40Mn、20MnVB、60Si2Mn2工具钢3Cr2W8V、W6Mo5Cr4V2、9Mn2V、T8、T10A、Cr12MoV、W18Cr4V、T12、5CrNiMn3特殊性能钢ZGMn13、18Cr2Ni4WA、Cr174铸铁HT200、QT600-2、KT450零件名称材料最终热处理最终热处理后的组织滚动轴承GCr15淬火+低温回火M回+A'+K锉刀T12淬火+低温回火M回+A'+Fe3C机床转动齿轮45调质、高频淬火+低温回火表层：M回心部：S回钻头W18Cr4V淬火+三次高温回火M回+A'+KC616车床主轴45淬火+高温回火（调质）S回汽车变速齿轮20MnVB渗碳、淬火+低温回火表层：M回+A'+K心部：M回+F少量机床床身HT200去应力退火原始组织自行车架Q235勿需热处理原始组织轴承座HT200去应力退火原始组织机床丝杆T10A淬火+低温回火M回+A'+Fe3C手工锯条T8淬火+低温回火M回+A'货车板弹簧60Si2Mn淬火+中温回火T回晾衣架摇把Q235勿需热处理原始组织7、C曲线的问题：1）对于V1和V2速度，曲线的出发点是单一奥氏体状态，V3-V6的加热状态是奥氏体+渗碳体组织。V1渗碳体+珠光体V2渗碳体+索氏体V3渗碳体+下贝氏体V4渗碳体+下贝氏体+马氏体+残余奥氏体V5渗碳体+马氏体+残余奥氏体V6渗碳体+马氏体+残余奥氏体其中的渗碳体也可以标注为二次渗碳体，如果在该钢种有球化退火，渗碳体应该标注为粒（球）状渗碳体。2）同理，分析问题之前要注意曲线的出发点，如图所示，其中的V1、V4、V5的加热状态都是单一奥氏体组织，其它的加热状态得到的组织是渗碳体+奥氏体组织。V1渗碳体+珠光体型V2渗碳体+下贝氏体V3渗碳体+下贝氏体+马氏体+残余奥氏体V4渗碳体+珠光体型+马氏体+残余奥氏体V5马氏体+残余奥氏体V6渗碳体+马氏体+残余奥氏体特别要注意V4的冷却速度，分析如是：过冷奥氏体首先析出渗碳体，然后，剩下的过冷奥氏体开始转变为珠光体型的组织，这时的冷却速度曲线没有和珠光体的转变终了线相交，以连续冷却的方式直接进入马氏体转变区，V4在进入马氏体转变区之前貌似穿过了贝氏体区，可能有贝氏体组织形成吧？回答是否定的！但凡共析和过共析碳钢，他们在连续冷却的时候，过冷奥氏体是没有贝氏体转变行为的。3）该题目是亚共析钢的C曲线，图形结构和冷去速度与上题相同，只需把上题的渗碳体换成铁素体即可。V1铁素体+珠光体型V2铁素体+下贝氏体V3铁素体+下贝氏体+马氏体+残余奥氏体V4铁素体+珠光体型+马氏体+残余奥氏体V5马氏体+残余奥氏体V6铁素体+马氏体+残余奥氏体4）已经做过类似习题，略。关于晶向和晶面指数的求法不再赘述。8、基本相图分析1）（1）由题意画出相图如下图所示，左边是（3）70%B的合金结晶过程分析。750580300ABLL+AL+ααA+αB%→70122'LLαL40→A+α70α+AⅡ+（A+α）201240（2）80%A就是20%B合金成分垂线如上图所示，其共晶反应刚刚结束时的组织组成物是A和（A+α），组织组成物是不能直接用杠杆定律求的，我们可以借助相组成物来间接地求出。如共晶体（A+α）是300℃稍上的液相转变过来的，于是：（A+α）=ωL=（20/40）×100%=50%ωA=100%-ωL=50%注意：结晶过程中的共晶反应的温度条件由于在增强图形文件中不好标注，所以没画上，你们在回答问题时要充分阐明温度和化学成分条件。2）（1）由题意画出的Ａ-Ｂ二元相图如下所示。25500460280ALL+AL+BA+BB%→B1245（2）见25%B的合金的成分垂线：1点以上，合金处于单一液相，25%B；当合金冷却至1点，合金开始结晶出纯组元A，随着温度的降低，液相的化学成分沿液相线变化，但温度趋近于280℃，液相的化学成分逼近45%B，纯组元A在此过程中只有相对量的增加，化学成分没有变化，即是0%B。在共晶温度附近其相分析有三种情况：甲）当合金冷却趋近于共晶线，还未发生共晶反应：合金由液相和纯组元A两相共存，其化学成分为45%B和0%B。乙）当合金达到共晶温度，发生共晶反应时：合金由液相、当合金达到共晶温度，发生共晶反应时：其化学成分为45%B、0%B和0%A（100%B）。丙）当合金共晶反应刚刚结束时：合金由当纯组元A和纯组元B两相共存，其化学成分为0%B和0%A（100%B）。合金继续冷却直至室温，其相组成和化学成分没有发生任何变化，合金由当纯组元A和纯组元B两相共存，其化学成分为0%B和0%A（100%B）。3）相图上的（1）、（2）、（3）点为画图求解。10203040506070809010020