工程材料试题及答案

《机械工程材料》试卷（A卷）一、名词解释（3分×10）1.空间点阵2.过冷3.细晶强化4.固溶体5.共晶相图6.过冷奥氏体7.马氏体转变8.淬透性9.本质晶粒度10.正火二、填空（1分×20）1.金属中常见的三种晶体结构________、_________和_________。2.液态金属结晶的宏观现象______和_______，微观过程为_______和_______。3.固溶体按照溶质原子所处的位置可分为_______和______两类。4.碳素钢按用途分________、________和___________。5.滑移的本质是________________________6.片状珠光体按照其片层间距可分为________、________和________。7.珠光体片间距越小，其强硬度_____，塑韧性_____，随着含碳量的增加，珠光体的强硬度______，塑韧性_______。三、液态金属结晶时形核的驱动力和阻力分别有哪些，形核的条件是什么？（共10分）四、根据Fe-Fe3C平衡相图，分析含碳1.0％的碳钢的平衡结晶过程，并写出其室温组织（共10分）五、请指出下述牌号钢的具体种类，并写出其主要成分（15分）45钢20CrMnTi60Si2MnW18Cr4V12340Cr18Ni9Ti六、共析钢加热到相变点以上，用下图的冷却曲线（任选其中5条）冷却，各应得到什么组织？各属于何种热处理方法？（共15分）序号室温组织热处理方法《机械工程材料》试卷（B卷）考试形式:闭卷笔试，2小时学号：命题教师：徐光青姓名：适用专业：机械年级专业：题号一二三四五六总分评卷人得分一、名词解释（3分×10）1.空间点阵2.结晶潜热3.固溶强化4.固溶体5.包晶相图6.过冷奥氏体7.珠光体转变8.淬透性9.起始晶粒度10.淬火二、填空（1分×20）1.金属晶体中常见的点缺陷有______、______和_____等2.液态金属结晶的宏观现象为______和_______，微观过程为_______和_______。3.固溶体按照溶质原子所处位置可分为_______和______两类。4.碳素钢按质量分为________、________和___________。5.滑移的本质是________________________6.片状珠光体按照其片层间距可分为________、________和________。7.珠光体片间距越小，其强硬度_____，塑韧性_____，随着含碳量的增加，珠光体的强硬度______，塑韧性_______。三、请从金属学的角度解释为什么要“趁热打铁”？（10分）四、根据Fe-Fe3C平衡相图，分析含碳1.0％的碳钢的平衡结晶过程，并写出其室温组织（共10分）五、请指出下述牌号钢的具体种类，并写出其主要成分（15分）T12123440CrMnTi60Si2MnGCr1500Cr18Ni9Ti六、一根Φ10的含碳量为0.45%的圆钢棒，初始状态为退火态。然后从一端加热，依靠热传导使圆棒上各点达到如图所示的温度。试问（15分）：1.初始状态的组织是什么，加热后各点所在部位的组织是什么？2.整个圆棒自图示各温度缓慢冷却到室温后，各点部位的组织是什么？3.整个圆棒自图示各温度水淬快冷到室温后，各点部位的组织是什么？ABC初始态123《机械工程材料》标准答案（A卷）考试形式:闭卷笔试，2小时学号：命题教师：徐光青姓名：适用专业：机械年级专业：题号一二三四五六总分评卷人得分一、名词解释（3分×10）1.空间点阵：将晶体内部结构抽象成无数个点按一定方式在空间作有规则的周期性分布，这些点的总体为空间点阵2.过冷：液态金属必须冷却到理论结晶温度Tm以下某个温度T时才开始结晶，这种现象成为过冷3.细晶强化：晶粒尺寸越小，金属的强度、硬度越高，塑性、韧性越好4.固溶体：溶质原子溶入金属熔剂中形成的合金相称为固溶体5.共晶相图：液相组元无限互溶，固相组元有限溶解的合金系，当溶质超出固溶体溶解极限时，冷却过程中发生共晶转变，这类合金构成的相图称为共晶相图6.过冷奥氏体：在临界点以下存在的将要发生转变的不稳定的奥氏体。7.马氏体转变：经奥氏体化的钢快速冷却，原子来不及进行扩散而发生的一种无扩散型相变称为马氏体转变，转变产物称为马氏体8.淬透性:奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力，其大小可用钢在一定条件下淬火获得淬透层的深度表示。9.本质晶粒度：特定条件下钢的奥氏体晶粒长大的倾向性，并不代表具体的晶粒大小10.正火：将工件加热到Ac3或Accm以上30～80℃，保温后从炉中取出在空气中冷却。二、填空（1分×20）1.金属中常见的三种晶体结构__fcc__、___bcc___和____hcp_____。2.液态金属结晶的宏观现象过冷和潜热释放，微观过程形核和长大。3.固溶体按照溶质原子所处的位置可分为_间隙固溶体_和_置换固溶体_两类。4.碳素钢按用途分碳素结构、优质碳素钢和碳素工具钢。5.滑移的本质是_位错在分切应力作用下的移动6.片状珠光体按照其片层间距可分为_珠光体_、索氏体和_托氏体。7.珠光体片间距越小，其强硬度__高_，塑韧性__好_，随着含碳量的增加，珠光体的强硬度__上升__，塑韧性__下降__。三、液态金属结晶时形核的驱动力和阻力分别有哪些，形核的条件是什么？（共10分）答：驱动力：两相自由能之差阻力：界面能条件：能量条件，总能量变化小于零，能量起伏来满足结构条件，结构起伏四、根据Fe-Fe3C平衡相图，分析含碳1.0％的碳钢的平衡结晶过程，并写出其室温组织（共10分）平衡结晶过程：单相液体的冷却，匀晶反应L相中析出γ相（奥氏体A），γ单相固溶体的冷却，γ相中析出二次渗碳体，剩余γ相发生共析反应生成珠光体P室温组织：P+二次渗碳体五、请指出下述牌号钢的具体种类，并写出其主要成分（15分）45钢优质碳素钢，w（C）=0.45%123420CrMnTi渗碳钢，w（C）=0.2%，Cr，Mn，Ti含量低于1.5%60Si2Mn弹簧钢，w（C）=0.6%，Si：1.5-2.4%，Mn低于1.5%W18Cr4V高速钢，W：17.5-18.4%，Cr：3.5-4.4%，V：低于1.5%0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢，w（C）=0.03-0.08%，Cr：17.5-18.4%，Ni：8.5-9.4%，Ti：低于1.5%六、共析钢加热到相变点以上，用下图的冷却曲线（任选其中5条）冷却，各应得到什么组织？各属于何种热处理方法？（共15分）序号室温组织热处理方法a马氏体单液淬火b马氏体分级淬火c托氏体+马氏体单液淬火（油）d下贝氏体等温淬火e索氏体或托氏体正火f珠光体完全退火g珠光体等温退火七选五。《机械工程材料》标准答案（B卷）考试形式:闭卷笔试，2小时学号：命题教师：徐光青姓名：适用专业：机械年级专业：题号一二三四五六总分评卷人得分一、名词解释（3分×10）1.空间点阵：将晶体内部结构抽象成无数个点按一定方式在空间作有规则的周期性分布，这些点的总体为空间点阵2.结晶潜热：伴随着液态向固态转变而释放的热量称结晶潜热3.固溶强化：固溶体的强度、硬度随溶质原子浓度升高而明显增加，塑性、韧性稍有下降的现象4.固溶体：溶质原子溶入金属熔剂中形成的合金相称为固溶体5.包晶相图：液相组元无限互溶，固相组元有限溶解的合金系，当溶质超出固溶体溶解极限时，冷却过程中发生包晶转变，这类合金构成的相图称为包晶相图。6.过冷奥氏体：在临界点以下存在的将要发生转变的不稳定的奥氏体。7.珠光体转变：过冷奥氏体在550℃～A1区间发生的扩散型相变称为珠光体转变，产物称为珠光体8.淬透性:奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力，其大小可用钢在一定条件下淬火获得淬透层的深度表示。9.起始晶粒度：奥氏体形成刚结束，奥氏体晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小10.淬火：淬火是将钢加热到临界温度以上，保温一定时间使之奥氏体化后，以大于临界冷却速度进行冷却，使奥氏体转变为马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。二、填空（1分×20）1.金属晶体中常见的点缺陷有__空位_、_间隙原子_和_置换原子_等2.液态金属结晶的宏观现象过冷和潜热释放，微观过程形核和长大。3.固溶体按照溶质原子所处位置可分为间隙固溶体和置换固溶体两类。4.碳素钢按质量分为_普通碳素钢_、_优质碳素钢_和_高级优质碳素钢_。5.滑移的本质是_位错在分切应力作用下的移动6.片状珠光体按照其片层间距可分为_珠光体_、索氏体和_托氏体。7.珠光体片间距越小，其强硬度__高_，塑韧性__好_，随着含碳量的增加，珠光体的强硬度__上升__，塑韧性__下降__。三、请从金属学的角度解释为什么要“趁热打铁”？（10分）答：钢在高温处于面心立方结构，低温处于体心立方结构，这两种晶体结构的滑移系数相同，但面心立方结构的滑移方向为3而体心立方的滑移方向为2，故前者的塑性变形能力强于后者，所以打铁是会将其加热到高温面心立方结构。四、根据Fe-Fe3C平衡相图，分析含碳1.0％的碳钢的平衡结晶过程，并写出其室温组织（共10分）平衡结晶过程：单相液体的冷却，匀晶反应L相中析出γ相（奥氏体A），γ单相固溶体的冷却，γ相中析出二次渗碳体，剩余γ相发生共析反应生成珠光体P室温组织：P+二次渗碳体1234五、请指出下述牌号钢的具体种类，并写出其主要成分（15分）T12碳素工具钢，w（C）=1.2%40CrMnTi调质钢w（C）=0.4%，Cr，Mn，Ti含量低于1.5%60Si2Mn弹簧钢，w（C）=0.6%，Si：1.5-2.4%，Mn低于1.5%GCr15滚动轴承钢，Cr：1.5%00Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢，w（C）=0.03%以下，Cr：17.5-18.4%，Ni：8.5-9.4%，Ti：低于1.5%六、一根Φ10的含碳量为0.45%的圆钢棒，初始状态为退火态。然后从一端加热，依靠热传导使圆棒上各点达到如图所示的温度。试问（15分）：1.初始状态的组织是什么，加热后各点所在部位的组织是什么？2.整个圆棒自图示各温度缓慢冷却到室温后，各点部位的组织是什么？3.整个圆棒自图示各温度水淬快冷到室温后，各点部位的组织是什么？ABC初始态F+P1AA+FF+P2F+PF+PF+P3MM+FF+P