工程材料及热处理答案

工程材料及热处理练习题

一、 简答题

8．写出Fe-Fe3C状态图上共晶和共析反应式。 答案. L→A+Fe3C (共晶) A→F+Fe3C (共析) 9．选用工程材料的一般原则是什么？

答案.①使用性能足够的原则②工艺性能良好的原则③经济性合理的原则④结构、材料、成形工敢相适应的原则。 10．金属结晶的一般过程归纳为几个阶段？ 答案.一种是自发形核；另一种是非自发形核 11. 简述普通热处理的基本过程。 答案.退火、正火、淬火、回火 12. 何谓加工硬化？

加工硬化：金属经过冷态下的塑性变形后其性能发生很大的变化，最明显的特点是强度随变形程度的增加而大为提 高，其塑性却随之有较大的降低。 15.试述金属结晶时晶粒度的控制方法。 ①增加过冷度②变质处量③热处理 16. 什么是同素异构转变？并举例说明。

同素异构转变：就是原子重新排列的过程，它也遵循生核与长大的基本规律。 17．铁碳合金中基本相是哪些？其机械性能如何？

基本相：铁素体、奥氏体、渗碳体；机械性能：铁素体溶碳能力差，奥氏体溶液碳能力较强，渗碳体溶碳能力最强； 18．简述化学热处理的基本过程。

过程：活性原子的产生、活性原子的吸收、活性原子的扩散 二、 问答题

3. 试比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料在结合键上的差别及其主要性能特点。T答案：

4. 用冷却曲线表示45钢的平衡结晶过程；写出该过程中相及组织转变反应式；图P48 L→L+A→A→A+F→P+F

5. 工厂生产一批小齿轮，要求齿面硬度大于HRC55，心部有良好的塑性和韧性，现有以下材料：65Mn、45钢、16Mn、9SiCr、

20CrMnTi，已知：

材 料 Ac1（℃） Ac3或Accm

试回答以下问题：

65Mn 726 765 45钢 724 780 16Mn 735 863 9SiCr 770 870 20CrMnTi 740 825 （1）·选择一种合适的材料，并说明理由；

45，采用表面淬火,45钢属于,调质钢,渗碳+淬火+低温回火,具有高强度和足够的韧性.

（2）·编制其工艺流程；

下料→毛坯成形→预备热处理→粗加工→最终热处理→精加工→装配 （3）·制订其热处理工艺（用工艺曲线表示，要求标出加热温度、冷却介质）； （4）·说明各热处理工序的主要目的，并指出最终热处理后齿轮表面和心部的组织。

预备热处理通常采用退火或正火，其目的是改善组织降低硬度，便于切削加工，为淬火做好组织上的准备；

最终热处理通常都由淬火和回火组成，回火温度的高低决定材料的使用性能。 最终热处理后齿轮表面是回火马氏体，心部是回火索氏体 6. 试分析T12钢从液态平衡冷却到室温时的组织转变过程，并求： （1）画出室温组织示意图；

（2）求出组织组成物相对量；P+ Fe3C(网状) 珠光体 （3）求出相组成物相对量； （4）估计其性能及用途。

7. 现要制造一齿轮，齿面硬度要求HRC50～55，心部要求有良好的塑韧性，现有下列材料：20，16Mn，60Si2Mn，ZChSnSb11－6，40Cr等材料，问：

1

（1）选择哪种材料制造为宜？其加工工艺路线如何安排？

（2）说明热处理的主要目的，画出其中各热处理工艺曲线（标出温度范围及冷却方式）； （3）估计最终得到的组织。

8.试述金属结晶时晶粒度的控制方法。 ①增加过冷度②变质处理

9．试分析灰口铸铁机械性能差的原因；比较灰口铸铁、可锻铸铁及球墨铸铁的组织和性能特点。

1.灰口铸铁中石墨呈片状，它对钢基体的割裂作用较大并引起严重的应力集中，其抗拉强度和塑性较低，只能

发挥基体强度的30%～50%，因此灰口铸铁机械性能差。

种类 灰口铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 石墨形态 片状 团絮状 球状 铸铁组织 基体 F或F+P或P F或P F或F+P或P 石墨 片状 团絮状 球状 性能特点 ①力学性能低 ②耐磨性与消振性好 ③工艺性能好 10. 详述含碳1.2％的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的结晶过程，并绘出在冷至固态后的组织状态金相示意图。

11. 用20CrMnTi制造汽车变速箱齿轮，要求齿面硬度HRC58-60，中心硬度HRC30-45，加工工艺路线为：下料--锻造--热处理１--机械加工--热处理２--热处理３--喷丸--磨齿。试问：

１）说明各热处理工序的名称及作用； 热处理1：预先热处理，采用退火 热处量2、3：最终热处理，采用淬火+回火

２）分析上述工艺制出的齿轮中的齿面和中心的组织组成。

齿面：料状碳化物+回火马氏体+少量残余A，中心：托氏体+少量回火马氏体+少量F 12．从下列材料中选出最合适的材料填表。

T12A 9SiCr W18Cr4V 45 65Mn HT150 QT600-3 3Cr13 ZL108 GCr15 Cr12MoV 零件名称 机床主轴 手工锯条 车厢弹簧 汽车曲轴 机床床身 汽车活塞 手术刀 车 刀 冲孔落料模 三、填空题（22分，每空一分）

1．常用的三种的晶体结构类型_体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。

2．通常，60的预先热处理 退火，获得的组织为F+P，最终热处理为淬火+中温回火，获得的组织为回火托氏体。 3．细化晶粒的方法有增加过冷度、变质处理和热处理。

4．马氏体是A→α-Fe(C)。奥氏体向马氏体的转变过程是以无扩散的方式通过晶格改组来实现的，过冷奥氏体由面心立方晶格向体心立方晶格转变，但由于溶解在原奥氏体中的碳原子无法析出，从而造成了晶格严重畸变，实际得到的转变产物为体心正方晶格，称为马氏体。

5．共析钢加热时，奥氏体化过程有奥氏体形核阶段、奥氏体晶核长大阶段、残余渗碳体的溶解阶段、奥氏体成分均匀化阶段。 12．常见的刀具材料有硬质合金、_T12_、_高速钢_、__碳素工具钢、合金工具钢、金钢石、立方氮化硼等。 16. 室温下亚共析钢组织是_F_和__P_。

17.工程材料分_金属材料_、_工程陶瓷材料_、_高分子材料_、_复合材料_四大类。 20．金属结晶时，冷却速度愈快，则过冷度愈_大_，结晶后的晶粒尺寸愈_细_。

21．合金元素在钢中的存在形式有_铁素体_、_渗碳体_、_奥氏体，它们分别起__固溶_强化和_弥散_强化的作用。 22．钢的淬硬性主要取决于_马氏体的含碳量_；而要提高钢的淬透性则应_冷却速度大于_临界冷却速度。

2

选用材料 45 T12A 65Mn QT600-3 HT150 ZL108 3Cr13 9SiCr W18Cr4V

23．含碳0.5％的碳钢要比含碳1％的碳钢的硬度要_小_；含碳0.8％的碳钢的强度要比含碳1.2％的碳钢_低_。 24．铸造合金的结晶范围愈大，其流动性愈_差_，所以，铸造生产中应尽量选用_共晶温度_附近的合金。 25．Ａ3钢中“Ａ”表示_A_类钢，供应时保证钢的_机械性能_。 26．单晶体具有各向_异性_的特性；多晶体具有各向_同性_的特性。 四、选择题（18分）（每题选一个答案，并在答案上打“?”） 1．亚共析钢加热至Ac1～Ac3之间平衡时，钢中奥氏体的含碳量 3．体心立方晶胞中的原子数有（2、4、6）个。

4．灰口铸铁件常用的热处理为（调质、正火、去应力退火）。

5．在等强温度以下，金属材料的晶粒越细，则综合机械性能（越好、越坏、无法判断）。 6．反应式 A?F+Fe3C是指（共晶反应、共析反应、匀晶反应）。

7．·实际金属呈各向同性是因为实际金属是（单晶体、多晶体、理想 晶体）。

8．共析钢过冷奥氏体在350℃～Ms之间等温可转变成（珠光体、上 贝氏体、下贝氏体、马氏体）型组织。 9．铸造时，为了获得良好的流动性，铸造合金通常选用（A ）。

A．共晶成分 B、匀晶成分 .C、任何成分

10．铸件的分型面应尽量选择（A ）。

A．水平面 B．垂直面 C．曲面

13．表示金属材料屈服极限的符号是（ A ）

Ａ．σs Ｂ．σe Ｃ．σb Ｄ．σ-1 14．铁素体的晶体结构是 （ A ）

Ａ．体心立方 Ｂ．面心立方 Ｃ．密排六方 Ｄ．复杂立方 15．测量经淬火加低温回火后的共析钢硬度的方法是（ C ）

Ａ．HBS法 Ｂ．HRB法 Ｃ．HRC法 Ｄ．HV法 16．室温下，亚共析钢的相组成物是 （ A ）

Ａ．F+Fe3C Ｂ．F+P Ｃ．P+Fe3C Ｄ．A+Fe3C 17．1Cr18Ni9Ti是 （ A ）

Ａ．不锈钢 Ｂ．工具钢 Ｃ．结构钢 18．T8钢中C％大约为 （ B ）

Ａ． 0.08％ Ｂ． 0.8％ Ｃ． 8％ Ｄ． 1.8％ 19．塑料是一种以什么为主要成分的高分子有机化合物 （ A ）

Ａ．合成树脂 Ｂ．合成的高聚物 Ｃ．Si3N4 Ｄ．BN 20． 晶体缺陷中，属于线缺陷的有 （ B ）

Ａ．空位 Ｂ．位错 Ｃ．晶界 Ｄ．裂纹

21. 表示金属材料抗拉强度的符号是（ C ）

Ａ．σs Ｂ．σe Ｃ．σb Ｄ．σ-1

22.固溶加时效处理是哪类合金强化的主要途径（ B ）

Ａ．变形铝合金 Ｂ．铸造铝合金 Ｃ．黄铜 Ｄ．青铜 23.奥氏体的晶体结构是 （ B ）

Ａ．体心立方 Ｂ．面心立方 Ｃ．密排六方 Ｄ．复杂立方 三、名词解释（10分）

加工硬化 变质处理 同素异构转变 孕育处理 合金 相 珠光体 固溶强化 渗碳体 氮化 调质处理 等温淬火 过冷奥氏体 冲击韧性

1． 加工硬化:金属经过冷态下的塑性变形后其性能发生很大的变化，最明显的特点是强度随变形程度的增加而大为提高，

其塑性却随之有较大的降低，这种现象称为形变强化，也称为加工硬化。

2． 变质处理：就是意地向液态金属中加入某些变质剂，以细化晶粒和改善组织，达到提高材料性能的目地。 3． 同素异构转变：就是原子重新排列的过程，它也遵循生核与长大的基本规律。

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（大于、小于、等于、无法确定于）钢的含碳量。

2．决定钢淬火后的硬度是（钢中含碳量、钢中马氏体量、钢中马氏 体含碳量）。

4． 孕育处理：是指铸铁件在浇注前，往铁水中加入少量颗粒或粉末状的孕育剂，以达增加铸铁的结晶晶核数目和细化共

晶团或石墨的目的。

5． 合金：是由两种或两种以上的金属元素，或金属元素和非金属元素组成的具有金属性质的物质。 6． 相：是指合金中具有相同的物理、化学性能，并与该系统的其余部分以界面分开的物质部分。

7． 珠光体：当共析成分的奥氏体继续冷却至1点时，即S点，将发生共析转变(A0.77% → F0.0218% + Fe3C)而形成珠光体。 8.固溶强化：在固溶体中，溶质原子的溶入将造成晶格畸变，并随着溶质原子浓度的增加，晶格畸变增大，从而导致固溶

体的强度和硬度升高，其他性能也发生变化，这种现象称为固溶强化。

9． 渗碳体：碳与铁的化合物，叫渗碳体，含碳为6.69%。

10．氮化：渗氮是在一定温度下(一般在Ac1温度下)使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺，在生产中也称为氮化处理。 11．调质处理：淬火+高温回火。12．等温淬火：淬火+中温回火。 13．过冷奥氏体：当奥氏体温度降至临界温度以下后，称为过冷奥氏体。 14．冲击韧性：金属材料在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力叫冲击韧性。

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