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1、一、名词解释1致密度：致密度就是晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比；它表示晶体的原子排列密集程度。2疲劳强度：在交变应力作用下，材料可经受无数次循环而不发生断裂的最大应力就是疲劳强度。3加工硬化：金属材料经塑性变形后，强度以及硬度显著提高，而塑性韧性则很快下降的这种现象就是加工硬化。4调质处理：将钢淬火后再高温回火的热处理工艺。5再结晶：指经冷塑性变形的金属在加热时，通过再结晶晶核的形成及其随后的长大、最终形成无畸变的新的晶粒的过程。6石墨化：是指铸铁中析出碳原子形成石墨的过程。7时效：淬火后的铝合金随时间延长而发生的强化现象。8淬硬性：钢在淬火时的硬化能力，用淬火后马氏体所能达到的最高硬度来表
2、示。二、填空题1-Fe 的一个晶胞内的原子数为（ 4 ） 。2过冷度是指（ 实际结晶温度与理论结晶温度之差 ） ，其表示符号为（ T ） 。3马氏体的显微组织形态主要有（ 板条马氏体 ） 、 （ 片状马氏体 ）两种；其中（ 板条马氏体 ）的韧性较好。4按钢中合金元素含量，可将合金钢分为（ 合金结构钢 ） 、 ( 合金工具钢 )、 ( 特殊性能钢 )。5在图示的铁碳合金相图中：（a） 标出各点的符号。（b） 填上各区域的组织组成物。（c） 指出下列各点的含碳量：E（ 2.11% ） 、C（ 4.30% ） 、P（ 0.0218% ） 、S（ 0.77% ） 、K （ 6.69% ） 。（d） 在
3、下表中填出 Fe-Fe3C 合金相图中各水平线的温度、反应式、反应产物的名称6在金属学中，冷加工与热加工的界限是以（ 再结晶温度 ）来划分的，因此 Cu（熔点为 1084）在室温下变形加工称为（ 冷 ）加工，Sn（熔点为 232）在室温下变形加工称为（ 热 ）加工。7共析钢加热时，奥氏体的形成是由（奥氏体晶核的形成 ） 、 （ 奥氏体晶核的长大 ） 、 （ 残余渗碳体的溶解 ）和（ 奥氏体成分的均匀化 ）等四个过程所组成。8齿轮材料主要是（ 塑料 ） 、 （ 渗碳钢 ）和（ 调质钢 ） 。9淬火钢进行回火的目的是（ 消除残余内应力，改善和调整钢的性能 ） ，回火温度越高，钢的强度与硬度越（ 低
4、 ） 。10球化退火的主要目的是（ 使钢中的碳化物呈球状或颗粒状均匀分布，改善钢的强度和硬度，便于后续机械加工和最终热处理 ） ，它主要适用于（ 共析钢、过共析钢和合金工具钢等 ）钢。11.手工钢锯锯条用（ T12 ）钢制造，其热处理工艺是（ 球化退火后淬火加低温回火 ） 。12机械零件的使用性能指零件在使用状态下材料应该具有的（ 强度 ）和（ 韧性 ） 。三、选择题1.晶体中的位错属于： （ C ）A体缺陷 B面缺陷 C线缺陷 D点缺陷2.高分子材料中结合键的主要形式是： （ C ）A分子键与离子键 B分子键与金属键 C分子键与共价键D离子键与共价键3.能使单晶体产生塑性变形的应力为：（ B
5、 ）A正应力 B切应力 C复合应力4.二元合金中，铸造性能最好的合金是：（ B ） A固溶体合金 B共晶合金 C共析合金 D包晶成分合金5.多晶体的晶粒越细，则其：（ A ） 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6.完全退火主要适用于：（ A ）A亚共析钢 B共析钢 C过共析钢 D白口铸铁7.马氏体的硬度主要取决于：（ C ）A 过冷奥氏体的冷却速度 B过冷奥氏体的转变温度 C马氏体的含碳量D马氏体的亚结构 8.钢经调质处理后获得的组织是：（ B ）A回火马氏体 B回火索氏体 C回火屈氏体9.汽车、拖拉机的齿轮要求表面具有高耐磨性、中心有良好
6、的强韧性，应选用：（ D ）A 20 钢渗碳淬火+低温回火 B40Cr 淬火+高温回火C45 钢表面淬火+ 低温回火 D20CrMnTi 渗碳淬火+ 低温回火10.T12 钢的平均含碳量为：（ B ）A12% B1.2% C0.12% D没有表示出来四、应用题1 现有下列钢号：Q235、W18Cr4V 、5CrNiMo 、60Si2Mn、ZGMn13 、16Mn、1Cr13、20CrMnTi、9CrSi、1Cr18Ni9Ti、T12、40Cr、GCr15、Cr12MoV 、12Cr1MoV。试为下列机械零件或用品选择适用的钢号：普通螺栓、机床主轴、汽车钢板弹簧、热锻模、滚动轴承、高速车刀、桥梁
7、构件、冷挤压模、耐酸容器和锉刀。答：普通螺栓：Q235机床主轴：40Cr汽车钢板弹簧：60Si2Mn热锻模：5CrNiMo滚动轴承：GCr15高速车刀：W18Cr4V桥梁构件：16Mn冷挤压模：Cr12MoV耐酸容器：1Cr18Ni9Ti锉刀：9CrSi2 试计算含碳为 3.0%的铁碳合金在共晶反应结束时奥氏体和莱氏体的相对含量。答：含碳为 3.0%的铁碳合金为亚共晶白口铸铁，它在共晶反应结束时的组织组成物为奥氏体 A 和莱氏体 Ld，其中奥氏体 A 和莱氏体 Ld 的相对含量可以利用杠杆定律进行计算：对于奥氏体 A，其相对含量为：A%=(4.3-3.0)/(4.3-2.11)=0.594=5
8、9.4%Ld%=1-0.594=0.406=40.6%3 共析钢的 C 曲线和冷却曲线如下图所示，试指出图中各点所处的组织，并说明各属于什么热处理方法。答：A 点：M+Ar（即马氏体+残余奥氏体） 单液淬火B 点：M+Ar（即马氏体+ 残余奥氏体） 分级淬火C 点：S+ M+Ar（即索氏体+马氏体+ 残余奥氏体） 双液淬火D 点：B 下 + M+Ar（即下贝氏体 +马氏体+残余奥氏体） 等温淬火（等温转变不完全）E 点：P （即珠光体） 正火F 点：B 下 （即下贝氏体） 等温淬火（等温转变完全）G 点：P（即珠光体） 等温退火H 点：P（即珠光体） 完全退火4 用 15 钢制作一要求耐磨的小
9、轴（直径 20mm） ，其工艺路线为：下料 锻造正火机加工渗碳淬火低温回火磨加工。说明各热处理工序的目的及使用状态下的组织和大致硬度。答：正火的目的是：消除锻造缺陷和内应力，使组织均匀，调整硬度，便于后续机械加工，并为后续的淬火做好组织准备。渗碳的目的是：使 15 钢小轴的表面达到共析钢或过共析钢的含碳量。淬火的目的是：提高小轴表面的硬度和耐磨性，心部为原来正火状态的组织；以获得表面为细小片状的马氏体及少量渗碳体。低温回火的目的是：消除残余内应力，减少钢的脆性并保持钢的高硬度和耐磨性。小轴的使用状态下的组织为：表层为回火马氏体+少量渗碳体+少量残余奥氏体；心部为铁素体+珠光体。大致硬度为：表层
10、为 HRC58-64，心部为 HRC10-15。5用 W18Cr4V 高速钢制造的车刀，其工艺路线为：下料 锻造热处理机加工热处理磨加工。（1） 写出其中热处理工序的名称及作用。（2） 制定最终热处理（磨加工前的热处理）的工艺规范，并指出车刀在使用状态下的显微组织和大致硬度。答：锻造之后的热处理工序为预备热处理即球化退火工艺，其作用是消除锻造缺陷和内应力，获得细小均匀的球状或粒状晶粒组织，从而降低硬度，提高塑性和韧性，以便于后续的机械加工和为后续的最终热处理做好组织准备。机加工之后的热处理为最终热处理即高温淬火+三次或四次的高温回火工艺，其作用是使高速钢车刀获得良好的切削能力即获得高强度、高硬
11、度、高耐磨性、好的红硬性和一定的韧性。最终热处理规范为：800左右预热、12701280加热保温、600左右分级淬火、560回火三次或四次。高速钢车刀在使用状态下的显微组织为：回火马氏体+均匀分布的碳化物颗粒+少量残余奥氏体，其硬度大致为 HRC6265。五、问答题1 采用 20 钢表面淬火是否合适？为什么？采用 45 钢进行渗碳处理是否合适？为什么？答：20 钢表面淬火不合适。因为表面淬火适宜于中碳钢和中碳合金结构钢，中碳钢和中碳合金结构钢经过表面淬火以后零件表面可以获得极细的马氏体组织（这种马氏体大部分是片状马氏体） ，从而使零件表层获得硬而耐磨的马氏体组织，而心部仍然保持着表面淬火以前的
12、组织；而 20 钢是低碳钢，其含碳量很低，这种材料经过表面淬火以后，其表层只能获得极细的板条马氏体组织，这种板条马氏体的强度、硬度不高，耐磨性较差，无法达到表面强化和耐磨的目的；所以 20 钢表面淬火不合适。45 钢进行渗碳处理也不合适。因为渗碳处理适宜于低碳钢和低碳合金结构钢，低碳钢和低碳合金结构钢经过渗碳处理以后零件表面可以达到共析钢或过共析钢的含碳量，经过随后的淬火和低温回火以后，使零件表层获得细小片状的回火马氏体及少量渗碳体，获得硬度高、耐磨性好的表层组织，而心部仍然保持着渗碳淬火以前的组织；而 45 钢是中碳钢，其含碳量较高，这种材料经过表面淬火以后，其表层就能获得极细的马氏体组织（
13、这种马氏体大部分是片状马氏体） ，这种马氏体的强度高、硬度高，耐磨性好，可以达到表面强化和耐磨的目的；所以 45 钢进行渗碳处理不合适。2 铝硅合金为什么要采用变质处理？答：铝硅合金是铸造铝合金，在一般情况下进行铸造时，其组织几乎全部是由粗大针状硅晶体和 固溶体组成的共晶体组织（+Si） ，这种粗大的针状硅晶体存在严重降低铝硅合金的强度和塑性，使其机械性能大大降低。而采用变质处理（即在铸造生产中大浇注前往合金液体中加入变质剂）后，由于共晶点向右下方移动从而使合金处于亚共晶相区，合金中的初晶硅消失，共晶硅由粗大针状变为细小点状，并产生初晶相 相，从而使铝硅合金的强度和塑性大幅度提高，使其机械性能
14、大大提高。3 化学成分和冷却速度对铸铁石墨化有何影响？答：化学成分中 C 和 Si 是有效地促进石墨化的元素， Al、Cu、和 Ni 等元素也会促进石墨化；而 S、Mn、Cr 等元素则阻止石墨化。冷却速度越慢，对石墨化越有利；快冷则抑制了石墨化过程。4高精度磨床主轴，要求变形小，表面硬度高（900HV） ，心部强度高，并有一定的韧性。问应选用什么材料，采用什么工艺路线？答：应选用中碳合金结构钢 38CrMoAl 即氮化钢。其工艺路线为：下料锻造正火机械加工（粗加工）调质机械加工（精加工）气体氮化成品。5 什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？ 答：溶质原子使固溶体的强度和硬度升高的现象，就是固溶强化。造成固溶强化的原因是：固溶体的晶体结构虽然和溶剂的晶体结构相同，但因溶质原子的溶入引起了点阵常数的改变，并导致点阵畸变，使其性能也发生变化，如强度升高、导电性降低等。
