机械工程材料试题12

1．强度：         金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。                

2．同素异构转变： 在固态下晶格类型随温度或压力变化的特性。                        

3．淬透性：       奥氏体化后的钢在淬火时获得淬透层（淬硬层）深度的能力。        

4．调质处理：     淬火＋高温回火的热处理工艺。                                                       

5．相：           化学成分相同，晶体结构相同，并与其它有界面分开均匀的区域。   

6．马氏体：       碳在α- Fe中的过饱和固溶体。                                                         

7．合金：         一种金属元素与另外的金属或非金属元素通过熔炼或烧结而成的、具有金属特性的物质。 

8．加工硬化：     金属塑性变形后强度、硬度提高，塑性下降的现象。                     

9．化学热处理：   将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使所需元素渗入其表层，以改变化学成分、组织和性能的热处理工艺。

10.过冷度：       理论结晶温度与实际结晶温度之差。 

二、填空题：

1. 碳钢中的有益元素是（  Mn）、（ Si），有害杂质是（ P ）、（ S ）。

2. 20钢属（低碳）钢，其含碳量为（  0.2％）；４５钢属（中碳）钢，其含碳量为（0.45％）；Ｔ８钢属（高碳）钢，其含碳量为（0.8％）。

3. 按钢中合金元素含量，可将合金钢分为（低合金）钢、（中合金）钢和（高合金）钢。

4. 合金钢按用途分类可分为（结构钢）、（工具钢）、和（特殊性能钢）三类。

5. 除（ Co ）元素外，其他所有的合金元素都使C曲线向右移动，使钢的临界冷却速度（减小）、淬透性提高。

6. 除（ Mn）、（P）元素以外，几乎所有的合金元素都能阻止奥氏体晶粒长大，起到细化晶粒的作用。 

7．合金钢中提高淬透性的常用合金元素为（Cr , Mn），其中作用最强烈的是（B）。

8．调质钢碳含量范围是（0.3%~0.5%），加入Ｃr、Mn等元素是为了提高（淬透性），加入Ｗ、Ｍo是为了（细化晶粒）。

9．４０Ｃr钢属（调质）钢，其碳含量为（0.4％），铬含量为（1％），可制造（齿轮）零件。

10．工具钢按用途可分（刃具钢）、（模具钢）和（量具钢）。

11．高速钢需要进行反复锻造的目的是（击碎碳化物），Ｗ18Ｃr4Ｖ钢采用高温淬火（１２６０℃～１２８０℃）的目的是（溶入合金元素），淬火后在５５０℃～５７０℃回火后出现硬度升高的原因是（二次淬火和沉淀硬化），经三次回火后的显微组织是（Cm+M+A’）。

12．20CrMnTi是（渗碳）钢，Cr、Mn的主要作用是（淬透性），Ti的主要作用是（细化晶粒），热处理工艺是（渗碳＋淬火＋低温回火）。

13． W18Cr4V是（工具）钢，含碳量是（0.7～0.8），Ｗ的主要作用是（提高红硬性），Cr的主要作用是（提高淬透性），Ｖ的主要作用是（提高耐磨性），可制造（铣刀，钻头等）。

14．Q235是（碳素结构）钢，可制造（吊钩等）

15. 20Cr是（渗碳）钢，可制造（轴等）；

16. 60Si2Mn是（弹簧钢）钢，可制造（汽车板簧等）；

17. GCr15是（轴承）钢，可制造（钢球等）；

18. 9SiCr是（工具）钢，可制造（丝锥等）；

19. T12是（高碳工具）钢，可制造（锉刀等）；

20. CrWMn是（工具）钢，可制造（板牙等）。

21．常用的三种硬度表示为（HB）、（HR）、（HV），其中洛氏硬度的测量有效范围是（20～67HRC）。

三、判断题：

1． 碳素工具钢经热处理后有良好的硬度和耐磨性，但红硬性不高，故只宜作手动工具等。( 正确 )        

2．在碳钢中具有共析成分的钢，较之于亚共析钢有更好的淬透性。(正确)                               

3．所有的合金元素都能提高钢的淬透性。（错误）                                                     

4．在钢中加入多种合金元素比加入单一元素的效果好些，因而合金钢将向合金元素多元少量方向发展。（正确）                                                                   

5．调质钢加入合金元素主要是考虑提高其红硬性。 (错误)                                          

6．高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成型。（错误）                                               

7．奥氏体型不锈钢不能进行淬火强化。(错误)                                                       

8．T8与20MnVB相比，淬硬性和淬透性都较低。(错误)                                              

9．所有的合金元素均使Ms、Mf下降。(错误)                                                       

10．滚动轴承钢GCr15的含铬量为15%。(错误 )                                                     

11．调质处理的主要目的是提高钢的综合力学性能。(正确)                                            

12．有高温回火脆性的钢，回火后采用油冷或水冷。(正确)                                            

13．对于受弯曲或扭转变形的轴类调质零件，也必须淬透。(正确)                                       

14．硬质合金具有很高的硬度和红硬性，作刀具是钨钴类合金适用于切削塑性材料，钨钛钴类合金适用于切削脆性材料。（错误）                                                                                                                                                   15．钢的铸造性能要比铸铁差，但常用于制造形状复杂、锻造有困难，要求有较高强度和韧         性，并要求受冲击载荷，铸铁不易达到的零件。（正确）                                                                                                      

四、选择填空：

1. 合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（ d ）

（a）均强烈阻止奥氏体晶粒长大       （b）均强烈促进奥氏体晶粒长大

（c）无影响                         （d）上述说法都不全面

2. 适合制造渗碳零件的钢有（c ）。

（a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A    （b）45、40Cr、65Mn、T12

（c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi

3. 要制造直径16mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c ）

（a）45钢经正火处理    （b）60Si2Mn经淬火和中温回火    （c）40Cr钢经调质处理

4．制造手用锯条应当选用（a）

    （a）T12钢经淬火和低温回火          （b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火  

（c）65钢淬火后中温回火

5．高速钢的红硬性取决于（b ）

    （a）马氏体的多少            （b）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量   

（c）钢中的碳含量

6．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c ）

    （a）20钢 渗碳、淬火后低温回火           （b）40Cr淬火后高温回火   

（c）20CrMnTi渗碳、淬火后低温回火

7．65、65Mn、50CrV等属于（     c  ）类钢，其热处理特点是（          ）

（a）工具钢，淬火+低温回火      （b）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火   

（c）弹簧钢，淬火+中温回火

8. 二次硬化属于（d ）

（a）固溶强化     （b）细晶强化     （c）位错强化     （d）第二相强化

9. 1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（ b）

（a）获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性

（b）获得单一的奥氏体组织，提高抗腐蚀性，防止晶间腐蚀      

（c）降低硬度，便于切削加工

10. 推土机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击，应选择用（b ）

（a）20Cr渗碳淬火后低温回火       （b）ZGMn13—3经水韧处理   

（c）W18Cr4V淬火后低温回火

五、选择适宜材料并说明常用的热处理方法：

1.根据铁碳合金相图回答以下问题：

（1）写出Fe-Fe3C相图上① - ⑤区的组织组成物和E，C，S，K各点的含碳量。

①区：F+P      ②区：P    ③区：P+Fe3CⅡ

④区：P+ Fe3CⅡ+L’d        ⑤区：L’d

 E点： 2.11%               C点：4.3%

S点： 0.77%               K点：6.69%  

（2）说明含碳量1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢的硬度高、塑性差的原因。

答：由于含碳量越高钢的组织中铁素体越少塑性越差，渗碳体越多硬度越高，所以含碳量1.0%的钢较含碳量0.5%的钢硬度更高，塑性更差。

2.在生产中，常采用哪些措施细化晶粒组织？

答：生产中细化晶粒的措施主要有：

（1）增加过冷度；（2）变质处理；（3）振动等。

3.实际金属的晶体结构缺陷有哪几类？它们对材料的力学性能有什么影响？

答：晶体结构缺陷主要有：（1）点缺陷（如空位、间隙原子、置换原子等）；

（2）线缺陷（如位错等）；

（3）面缺陷（如晶界、亚晶界等）。

        晶体结构缺陷的存在将造成晶格畸变，引起塑性变形抗力增大，从而使材料的强度和硬度提高，塑性下降。

4.回火的目的是什么？常用的回火工艺有哪几种？

答：回火的主要目的有：（1）减小淬火时产生的应力和脆性，防止工件变形和开裂；

                     （2）减少残余奥氏体，稳定工件形状和尺寸；

                     （3）调整工件内部组织和性能，满足使用要求。

常用的回火工艺方法有：低温回火、中温回火、高温回火。

七、综合应用题：

1. 某机床主轴选用45钢锻造毛坯,要求有良好的综合力学性能且轴径部分要耐磨(HRC 50-55),试为其编写简明的工艺路线，并说明各热处理工序的作用。

答：（1）工艺路线为：下料 → 锻造 → 完全退火 → 粗加工 → 调质 → 精加工 → 轴颈高频感应加热淬火、低温回火 → 研磨

   （2）完全退火的主要目的是：消除毛坯锻造后的内应力；降低硬度以便切削加工；细化晶粒和均匀组织，为后面的热处理做好组织准备。

        调质的主要目的是：获得回火索氏体，得到良好的综合力学性能。

        高频感应加热淬火、低温回火的主要目的是：使轴颈表面获得回火马氏体，具有高的硬度和耐磨性能。

2. 一批45钢小轴因组织不均匀，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℃，经适当时间保温后随炉冷至室温；

（2）缓慢加热至840℃，经适当时间保温后随炉冷至室温；

（3）缓慢加热至1100℃，经长时间保温后随炉冷至室温。

    试说明上述三种工艺会导致小轴组织发生何变化？若要得到大小均匀的细小晶粒，选何种工艺最合适？

    答：方案1：只能减少工件的内应力，内部组织不发生变化；

方案2：不仅能减少工件的内应力，而且可以均匀成分、细化组织；

方案3：可以减少工件内和均匀成分，但会使组织粗化，力学性能下降。若要得到大小均匀的细小晶粒，应选择方案2。