工程材料试题

保温一段时间仍不分解。合金元素的扩散慢并阻碍碳的扩散,阻碍了碳化物的聚集和长大，使回火的硬度降低过程变缓,从而提高钢的回火稳定性。由于合金钢的回火稳定性比碳钢高,若要得到相同的回火硬度时,则合金钢的回火温度就比同样含碳量的碳钢要高,回火时间也长。而当回火温度相同时,合金钢的强度、硬度都比碳钢高。 （3）

含碳量≥0.40%、含铬12%的铬钢属于过共析钢，而含碳

1.5%、含铬12%的钢属于莱氏体钢；

答：由于合金元素加入后显著改变了S点的位置，使它向碳含量减少的方向

移动。所以含碳量≥0.40%、含铬12%的铬钢属于过共析钢，而含碳1.5%、含铬12%的钢属于莱氏体钢 （4）

高速钢在热锻或热轧后，经空冷获得马氏体组织。

答：由于钢中含有大量的合金元素，高速钢的过冷奥氏体非常稳定，因而钢

的淬透性很高。对于中、小型刃具在热锻或热轧后，经空冷可获得马氏体组织。

5.何谓调质钢？为什么调质钢的含碳量均为中碳？合金调质钢中常含哪些合金元素？它们在调质钢中起什么作用？

答：通常把经调质处理后才使用的钢称为调质钢。从碳含量上看，低碳钢在

淬火及低温回火状态虽具有良好的综合机械性能，但它的疲劳极限低于中碳钢，淬透性也不如中碳钢。高碳钢虽然强度高，但它的韧性及塑性很低。因此，调质钢的含碳量均为中碳。

合金调质钢中常含合金元素有铬、锰、镍、硅、钼、钨、钒、铝、钛等。合金调质钢的主加元素有铬、锰、镍、硅等,以增加淬透性。它

们在钢中除增加淬透性外,还能强化铁素体,起固溶强化作用。辅加元素有钼、钨、钒、铝、钛等。钼、钨的主要作用是防止或减轻第二类回火脆性,并增加回火稳定性;钒、钛的作用是细化晶粒;加铝能加速渗氮过程。

6.W18Cr4V钢的Ac1约为820℃，若以一般工具钢Ac1+30-50℃常规方法来确定淬火加热温度，在最终热处理后能否达到高速切削刃具所要求的性能？为什么？W18Cr4V钢刀具在正常淬火后都要进行560℃三次回火，又是为什么？ 答：若以一般工具钢Ac1+30-50℃常规方法来确定W18Cr4V钢淬火加热温度，

在最终热处理后不能达到高速切削刃具所要求的性能。因为若按常规方法来确定淬火加热温度，则合金碳化物不易溶解，不能满足在高速切削时刀具应保持红硬性、高耐磨性的要求。为使奥氏体得到足够的合金化，必须加热到远远大于Ac1的温度，既1280℃左右。18Cr4V钢刀具在正常淬火后都要进行560℃三次回火，这是为消除残余奥氏体。

第七章 铸 铁

1.白口铸铁、灰口铸铁和钢，这三者的成分、组织和性能有何主要区别？ 答：碳钢是指含碳量0.02%～2.14%的铁碳合金，铸铁是指大于2.14%的铁碳

合金。与钢相比，铸铁中含碳及含硅量较高。比碳钢含有较多硫、磷等杂质元素。

钢的组织为铁素体+珠光体、珠光体、珠光体+二次渗碳体；钢的组织为珠光体+二次渗碳体+莱氏体、莱氏体、一次渗碳体+莱氏体。 钢中低碳钢塑性韧性较好、强度和硬度较低，良好的焊接性能和冷成

型性能；中碳钢有优良的综合机械性能；高碳钢塑性韧性较低，但强度和硬度较高、耐磨性较好。以上钢均可进行锻造和轧制，并可经过热处理改变其组织，进而极大的提高其性能。

白口铸铁组织中存在着共晶莱氏体,性能硬而脆,很难切削加工,但其耐磨性好，铸造性能优良。

灰铸铁组织中碳全部或大部分以片状石墨形式存在,断口呈暗灰色。其铸造性能、切削加工性、减摩性、消震性能良好，缺口敏感性较低。

2.化学成分和冷却速度对铸铁石墨化和基体组织有何影响？ 答：(1)化学成分

1)碳和硅。碳和硅是强烈促进石墨化元素,铸铁中碳和硅的含量越高,就越容易充分进行石墨化。由于共晶成分的铸铁具有最佳的铸造性能。因此,将灰铸铁的碳当量均配制到4%左右。

2)锰。锰是阻止石墨化的元素,但锰与硫化合成硫化锰,减弱了硫的有害作用,结果又间接促进石墨化的作用。故铸铁中有适量的锰是必要的。

3)硫。硫是强烈阻碍石墨化的元素,它不仅强烈地促使白口化,而且还会降低铸铁的流动性和力学性能,所以硫是有害元素,必须严格控制其含量。 (2)冷却速度

生产实践证明,在同一成分的铸铁件中,其表面和薄壁部分易出现白口组织,而内部和厚壁处则容易进行石墨化。由此可见,冷却速度对石墨

化的影响很大。冷却速度越慢,原子扩散时间充分,也就越有利于石墨化的进行。冷却速度主要决定于浇注温度、铸件壁厚和铸型材料。 4)磷。磷是弱促进石墨化的元素,同时能提高铁液的流动性,但磷的含量过高会增加铸铁的脆性,使铸铁在冷却过程中易开裂,、所以也应严格控制其含量。

3.试述石墨形态对铸铁性能的影响。

答：灰铸铁中石墨呈片状，片状石墨的强度、塑性、韧性几乎为零,存在石墨

地方就相当于存在孔洞、微裂纹,它不仅破坏了基体的连续性,减少了基体受力有效面积,而且在石墨片尖端处形成应为集中,使材料形成脆性断裂。石墨片的数量越多,尺寸越粗大,分布越不均匀,铸铁的抗拉强度和塑性就越低。由于灰铸铁的抗压强度、硬度与耐磨性主要取决于基体,石墨存在对其影响不大。故灰铸铁的抗压强度一般是抗拉强度的3-4倍。 球墨铸铁中石墨呈球状，所以对金属基体的割裂作用较小,使得基体比较连续,在拉伸时引起应力集中的现象明显下降,从而使基体强度利用率从灰铸铁的30%~50%提高到70%~90%,这就使球墨铸铁的抗拉强度、塑性和韧性、疲劳强度不仅高于其它铸铁,而且可以与相应组织的铸钢相比。

可锻铸铁中石墨呈团絮状。与灰铸铁相比对金属基体的割裂作用较小,可锻铸铁具有较高的力学性能,尤其是塑性与韧性有明显的提高。

第八章 有色金属及其合金

1.不同铝合金可通过哪些途径达到强化目的？

答：铸造铝硅合金可通过变质处理达到强化的目的。能热处理强化的变形铝合金可利用时效强化（固溶处理后时效处理）达到强化目的。

2.何谓硅铝明？它属于哪一类铝合金？为什么硅铝明具有良好的铸造性能？在变质处理前后其组织及性能有何变化？这类铝合金主要用在何处？ 答：铝硅铸造合金又称为硅铝明，由于含硅量为17%附近的硅铝明为共晶成

分合金，具有优良的铸造性能。在铸造缓冷后,其组织主要是共晶体(α十Si),其中硅晶体是硬化相,并呈粗大针状,会严重降低合金的力学性能,

为了改善铝硅合金性能,可在浇注前往液体合金中加入含钠的变质剂,纳能促进硅形核,并阻碍其晶体长犬,使硅晶体成为极细粒状均匀分布在铝基体上。钠还能使相图中共晶点向右下方移动,使变质后形成亚共晶组织。变质后铝合金的力学性能显著提高。

铸造铝硅合金一般用来制造质轻、耐蚀、形状复杂及有一定力学性能

的铸件,如发动机缸体、手提电动或风动工具(手电钻)以及仪表外壳。同时加入镁、铜的铝硅系合金(如ZL108),在变质处理后还可进行固溶处理+时效,使其具有较好耐热性和耐磨性,是制造内燃机活塞的材料。

一、填空题（每空1分，共20分）

1．常见的金属晶格类型有 、______________和

______________。 2．空位属于__________缺陷，晶界和亚晶界分别__________ 缺

陷，位错属于_______________缺陷。

3．金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，这种现象称为

_______________。

4．原子在溶剂晶格中的分布不同，可将固溶体分为

_______________固溶体和_______________ 固溶体。

5．室温下Fe－Fe3C合金中的4种基本组织是______________、

_______________、_______________和_______________。

6．常见的金属的塑性变形方式有_______________和

_______________两种类型。 7．钢的热处理工艺是由_______________、_______________和

_______________三个步骤组成的。

8．铁碳合金为双重相图，即_______________相图和

_______________相图。

二、单项选择题（每题2分，共20分）

（ ）1.两种元素组成固溶体，则固溶体的晶体结构 。

A．与溶质的相同 B．与溶剂的相同 C．与溶剂、溶质的都不相同 D．是两种元素各自结构的混合体

（ ）2.铸造条件下，冷却速度越大，则 。 A．过冷度越小，晶粒越细 B．过冷度越小，晶粒越粗

C．过冷度越大，晶粒越粗 D．过冷度越大，晶粒越细

（ ）3.金属多晶体的晶粒越细，则其 。

A．强度越高，塑性越好 B．强度越高，塑性越差

C．强度越低，塑性越好 D．强度越低，塑性越差

（ ）4. 钢的淬透性主要取决于 。

A．冷却介质 B．碳含量 C．钢的临界冷却速度 D.其它合金元素

（ ）5.汽车、拖拉机的齿轮要求表面具有高耐磨性，心部具有良好的强韧性，应选用 。

A．45钢表面淬火+低温回火 B．45Cr调质 C．20钢渗碳、淬火+低温回火 D．20CrMnTi渗碳、淬火+低温回火

（ ）6.完全退火主要适用于 。

A．亚共析钢 B．共析钢 C．过共析钢 D．白口铸铁

（ ）7.铸铁如果第一、第二阶段石墨化都完全进行，其组织为 。

A． F＋G B． F＋P＋G C． P＋G D.Le＋P＋G

（ ）8.对于可热处理强化的铝合金，其热处理方法（ ）9. 滑移变形所需要的切应力要比孪生变形时所需的小得为 。

多。

A．淬火 + 低温回火 B．正火 （ ）10.奥氏体冷却时，只要温度达到Ms以下，马氏体的转C．水韧处理 D. 固溶处理 + 时效 变就能完成。

（ ）9. 马氏体的硬度主要取决于 。

四、名词解释题（每题3分，共15分） A．过冷奥氏体的冷却速度 B．过冷奥氏体的转变温度

1、晶胞 2、同素异构转变 C．马氏体的含碳量 D．马氏体的亚结构 3、固溶强化 4、钢的淬透性 （ ）10.在下列方法中，可使晶粒细化的方法是 。 5、调质处理

A．扩散退火 B．切削加工 C．喷丸处理 D．变质处理

三、判断题（每题1分，共10分） （ ）1.金属或合金中，凡成分相同、 结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分称为相。

（ ）2.在实际金属和合金中，自发生核常常起着优先和主导的作用。

（ ）3.由于再结晶过程是一个形核和长大的过程，因而是相变过程。

（ ）4.位错是晶体中常见的缺陷，在常见的工业金属中位错密度愈多，其强度愈高。 （ ）5. 回火屈氏体、回火索氏体和过冷奥氏

体分解时形成的屈氏体、索氏体，只是形成过程不同，但组织五、简答题（共15分）

形态和性能则是相同的。

1、在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？（6分） （ ）6.球墨铸铁可通过热处理来提高其综合力学性能。 2、金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？（4分） 3. 说明下列牌号所属的种类、数字及字符的意义：（5分） （ ）7.所有铝合金都可以通过热处理进行强化。

①Q235 ②45 ③T8A ④GCr15 ⑤HT200

（ ）8.钢的铸造性能比铸铁好，故常用来铸造形状复杂的工件。

六、综述题（共20分）

七、1、直径为5mm的45钢三个试样，加热至830℃后水冷，然后再分别加热至200℃、400℃、600℃空冷，试说明这三个试样所经历的各热处理工艺名称、获得的室温组织及大致硬度。（8分）

2、如图是铁碳平衡相图。（12分）

① 写出ECF线、PSK线发生的相变反应名称及反应式。 ② A1线是指________线，A3线是指___________线，Acm线是指_______________线。

③ 计算含碳为0.45%的铁碳合金室温组织组成物和相的相对质量。

工程材料B 试卷1答案及评分标准 一、填空题（每空1分，共20分）

1．体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。（位置可以

互换） 2．点、面、线。 3. 过冷。

4．间隙、置换。（位置可以互换）

5．铁素体、珠光体、渗碳体、莱氏体。（位置可以互换） 6．滑移、孪生。（位置可以互换） 7．加热、保温、冷却。（位置可以互换） 8. 铁－渗碳体、铁－石墨。（位置可以互换） 二、单项选择题（每题2分，共20分）

1. B 2. D 3. A 4. B 5. D 6. A 7. A 8. D 9.

C 10. D

三、判断题（每题1分，共10分）

1. √ 2.χ 3.χ 4.√ 5.χ 6.√ 7.χ 8. χ 9. √ 10. χ 四、名词解释题（每个关键词1分，每题3分，共15分） 1、晶胞： 晶胞是能代表晶格中原子排列规律的最小几何单元。 2、同素异构转变： 固态金属的晶格结构随温度改变而改变的现象。

3、固溶强化： 通过溶入溶质元素形成固溶体，使材料的强度、硬度提高的现象。

4、钢的淬透性：在规定条件下，钢在淬火时获得淬硬层（淬透层）深度的能力。

5、调质处理： 把淬火和高温回火相结合的热处理方法称为调质处理。

五、简答题（共15分）

1．答：① 增加过冷度：钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快

冷却速度的方法来控制晶粒大小。（2分）

② 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒。（3分） ③ 机械振动、搅拌。（1分）

2．答：① 晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性。（1分）

② 晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化。（1分）

③织构现象的产生。（1分）

④金属内部会形成残余的内应力。（1分）

3. 答：① Q235：最低的屈服强度为235MPa的碳素结构钢。（1分）

② 45：为含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。（1分） ③ T8A：含碳量为0.8%左右的高级优质碳素工具钢。

（1分）

④ GCr15：含Cr量为1.5%左右的滚动轴承。（1分） ⑤ HT200:为最低抗拉强度为200MPa的灰铁。（1分）

六、综述题（共20分）

1、答：45钢加热830℃后水冷称淬火。（1分）

①再经200℃加热后空冷称低温回火，室温组织为回M，

硬度约HRC55。（2分）

②再经400℃加热后空冷称中温回火，室温组织为回T，

硬度约HRC40（2分）

③再经600℃加热后空冷称高温回火，即调质处理，室温组织为回S，硬度约HRC25。（3分）

1148℃

2、答：① ECF线：共晶反应：LC 727℃

AE+Fe3C(Ld或Le) （1.5分）

PSK

线

：

共

析

反

应

：

AS FP+Fe3C (P) （1.5分）

②

A1

线

—

→

PSK

线 （1分）