工程材料与机械制造基础复习题

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1、第 1 页 共 9 页机械制造基础复习题1.什么叫材料的塑性？塑性有哪两个指标，如何用公式表示？试述塑性的两个作用。答：金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起断裂的性能，称为塑性。塑性一般用伸长率 和断面收缩率 表示 =(L1L0)/L0 100%=(F0F1)/F0100% 金属材料因具有一定的塑性才能进行各种变形加工，并且零件在使用中偶然过载，将产生一定的塑性变形，而不致突然断裂，从而提高了零件使用的可靠性。2说明下列力学性能指标的名称、单位、含义： 。分别指ksb,12.0出哪些指标是动载下的力学性能，哪些是静载下的力学性能。答:名称 单位 含义抗拉强度 Mpa 金属材料在断裂前，

2、所能承受最大应力屈服强度 Mpa 金属材料发生屈服现象时的屈服极限，及材料抵抗微量塑性变形的能力条件屈服强度 Mpa 规定试样产生 0.2%参与塑性变形时的应力值疲劳强度 Mpa 材料不断裂所能承受最大交变载荷力伸长率 % 金属材料在外力作用下断裂时的长度与原始长度的百分比冲击韧性 J/cm2 金属材料在冲击载荷下，抵抗断裂的能力3.从压头的材料、形状、载荷大小、硬度值计算方法、应用等方面简要说明布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度三种测量硬度的方法的特点。材料 形状 载荷大小 硬度值计算方法 应用布氏硬度淬火钢 球体 3000kgf 载荷/压痕面积 对压痕要求不高的零件洛氏 金刚石 120的圆锥75

3、kgf150kgfHR=130-K/0.002 对压痕要求高的零件维氏 金刚石 136的四棱锥体5g-1kg 载荷/压痕面积 测定从极软到极硬的薄片金第 2 页 共 9 页属材料、表面淬硬层、淬碳层4.画出纯铁从液态冷却下来的冷却曲线，分别指出纯铁冷却到室温时发生哪些转变？哪个转变是体积增大的，为什么？1.Fe 液 1538 -Fe(体心立方2. -Fe 1394 -Fe(面心立方3 -Fe 912 -Fe（体心立方-Fe 912 -Fe 转变时体积增大，因为铁在同素异构转变时有体积的变化 -Fe 转变成 -Fe 体积缩小，反过来 -Fe 转换成 -Fe 体积增大，金属材料内部发生内应力，当铁

4、由面心立方晶格转变为体心立方晶格时，由于致密度减小而体积膨胀。5.什么叫过冷和过冷度，说明过冷度的大小对金属结晶的影响。如何在结晶过程中细化晶粒？答；液态金属冷却到理论结晶温度以下才开始结晶的现象，称为过冷理论结晶温度（T0）与实际结晶(Tn)的差叫过冷度在一般冷却条件下，过冷度越大，结晶过程进行的越快，金属结晶时，晶粒的大小随冷却速度的增大而减小，所以过冷度增加，晶粒细化。第 3 页 共 9 页（1）增大过冷度细化晶粒（2）变质处理（3）机械搅拌6.常见的金属晶格类型有哪几种？奥氏体和淬火获得的马氏体中的铁是什么晶格类型？答：最常见的金属晶格类型有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格,奥

5、氏体中的晶格是 -Fe，奥氏体淬火获得的马氏体中的铁是体心立方晶格。7.按晶体结构的基本属性分，固态合金中的相分为哪两大类？分别在合金中起什么强化作用。指出珠光体中的两个强化相分别是什么，各属于哪种？答：固态合金中的相分为固溶体和金属化合物两类。固溶体在合金中起固溶强化作用，金属化合物在合金中起弥散强化作用。珠光体的两个强化相分别是铁素体、渗碳体，铁素体属于固溶体，渗碳体属于金属化合物。8.简述共晶体和共析体的异同，指出它们分别发生在钢还是铸铁的冷却过程中。答：异 ：共晶体是在液态析出，体积粗大共析体是在固态中析出，体积细小 同：都是同一个结晶成分中分别析出来的共析体发生在钢的冷却过程，共晶体

6、发生在铸铁的冷却过程。9.阐述钢中的含碳量对钢的力学性能（硬度、抗拉强度、塑性）是如何影响的。答：随着含碳量的增加，强度和硬度都会增强，塑性和韧性会降低，含碳量达到 1%的时候钢的硬度、脆性、强度都会降低，抗压大，抗弯曲能力下降，网状二次渗碳体过多，抗弯曲能力下降。10.简述 45 钢和 T10 钢的结晶过程，指出室温下的组织分别是什么。第 4 页 共 9 页45 钢（1）L AC 线开始 A T10 （1）L AC 线开始 A AE 线结束 AE 线结束(2)A ES 线开始 Fe3c+A0.77%C（2）A GS F+A0.77%C PSK 线结束PSK（3）A0.77% PSK P (3

7、)A0.77%C PSK 线 P11.什么叫马氏体转变，简述马氏体转变的特点。答：如果将奥氏体以极大的冷却速度快冷到 Ms 线以下，使其冷却曲线不与 C 曲线相遇，则将发生马氏体型转变。转变特点：奥氏体只能进行非扩散性相变；奥氏体向马氏体转变无孕育期，马氏体形成速度极快，接近声速，奥氏体转变成马氏体后，钢件的体积会产生约 1的膨胀，形成很大内应力，奥氏体转变成马氏体具有不彻底性，钢件会有残余奥氏体存在，残余奥氏体量随奥氏体含碳量的增加而增多。12.钢的表面淬火和表面渗碳分别使用什么原理、方法和手段使钢的表面获得高硬度，而心部保持高韧性的？答：（1）表面淬火原理：表面淬火是对工件进行淬火的工艺。

8、将工件表面进行快速加热，使其奥氏体快速冷却获得表层一定深度马氏体组织，而心部不变。手段：感应加热表面淬火，火焰加热表面淬火，激光加热表面淬火（2）表面渗碳：钢的渗碳是向钢的表面渗入活性碳原子，增加零件表层含碳量，并得到一定渗碳层深度的化学热处理工艺。手段：固定渗碳，气体渗碳，液体渗碳13.试述共析碳钢在连续冷却时，炉冷、空冷、油冷和水冷分别获得什么组织，这些组织具有什么样的性能特点。炉冷 获得 P 综合力学性能好空冷 S 综合力学性能好第 5 页 共 9 页油冷 M+T 高强度、高硬度、高耐磨性水冷 M+A 硬度、强度高14.某柴油机的凸轮轴，要求表面有高的硬度(HRC50)，而心部具有良好的

9、韧性(ku40J)。原来用 45 钢调质处理，再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火。现因 45 钢已用完，拟改用 20 钢代替，试说明：(1)原 45 钢各热处理工序的作用。(2) 改用 20 钢后，其热处理工序是否应进行修改？采用何种热处理工艺最恰当？答：调制使凸轮轴整体获得高强度、高韧性，凸轮表面进行 高频淬火凸轮表面获得高硬度、高耐磨性，低温回火：降低淬火内应力和脆性 （2）需要修改，需进行表面渗碳+低温回火15.现有 40Cr 钢制造的机床主轴，心部要求良好的强韧性（200300HBS） ，轴颈处要求硬而耐磨（5458HRC） ，试问：（1）应进行哪种预处理和最终热处理？（2）热处理

10、后各获得什么组织？（3）热处理工序在加工工艺路线中位置如何安排？答：（1）预备热处理采用正火，最终热处理采用 整体调质轴颈处高频淬火和低温回火（2）预备热处理得到珠光体和铁素体，最终热处理 整体获得回火索氏体轴颈处获得回火马氏体（3）下料锻造正火加工调质轴颈处高频淬火+低温回火 轴颈磨削加工16.请为以下零件选材，并说明理由，写出其常用成型方法、热处理工艺以及热处理以后的组织 45 锻造 调质+表面淬火+低温回火1)传动大齿轮（候选材料：60Si2Mn，ZG450，T10） 完全退火（预备热处理）2)高速钢刀头（候选材料：W18Cr4V，65Mn，20 ） 锻造，高温回火第 6 页 共 9 页

11、3)机床床身（候选材料：T10、QT450-17，HT200 ） P+F+片状石墨4)钢锯条（候选材料：T10、QT450-17，HT200）5)桥梁钢（候选材料：15MnVN，45，ZL102） 铸造6)冷作模具钢（候选材料：15，Cr12, 2A12） 锻造 7)汽车曲轴（候选材料：T10、QT450-17，HT200） 铸造 去应力退火 P+F8)教室里的桌椅支架（候选材料：T10 、Q215， HT200） 焊接 预备热处理 P+F9)不锈钢菜刀（1Cr8Ni9Ti，4Cr13，1Cr17） 锻造 正火 M10)滚动轴承（55，GCr15，1Cr17Al5） 锻造 球化退火 淬火+低温

12、回火17.球化退火和完全退火分别适用什么范围含碳量的钢，退火时应分别加热到什么温度区间，退火后获得的组织分别是什么？分别解释为什么能获得这样的组织？答:球化退火适用在含碳量 0.2的钢，需加热到 720-750，退火后获得 P+Fe3C,Ac1 线上 3050有部分,因为钢加热到此温度片状渗碳体发生不完全溶解断开成细小的链状或点状，形成均匀的颗粒状渗碳体；完全退火，需加热到 860，退火后获得 F+P，18.比较下列铸造工艺和方法中获得的铸件晶粒的大小细 细 细的1）低温浇注和高温浇注；2）砂型铸造和金属型铸造；3）结晶时搅拌与不搅拌；细 粗大4）变质处理与非变质处理；5）厚壁与薄壁铸件.19

13、.什么叫冷变形强化？冷变形金属在回复和再结晶过程中组织和性能是如何变化的。答：（1）塑性变形后，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象，称为第 7 页 共 9 页冷变形强化。 （2）冷变形金属在回复过程中晶格不变，内应力下降，强度和塑性基本不变；在结晶过程中晶格发生变化，内应力下降，强度下降和塑性提高。20.什么叫流线组织，是如何形成的，齿轮中流线组织的方向应与径向还是轴向一致。板料弯曲时，流线组织方向与弯曲线方向是什么关系。(如用语言难以描述，用图表示也可以)答：流线组织是指钢锭在拔长和轧制过程中，钢锭内部的杂质随着金属的变形而沿着纵向伸长。当锻造比5 时，这些杂质就变成连续的流线状组织

14、。齿轮中流线组织的方向与径向一致。板料弯曲时，21.简述熔焊的焊接接头的组成，微观组织和性能特点。答:熔焊接头的横截面可以分为三种性质不同的部分焊缝，由于低熔点的硫、磷杂质和氧化铁等容易形成偏析或熔渣集中在焊缝中心区，使得焊缝塑性降低，易产生热裂纹。焊缝的强度不一定低于母材。热影响区，分为过热区（组织粗大塑性和韧性明显降低） 、正火区（力学性能比较好而且优于母材） 、部分相变区（金相组织不均匀，力学性能稍差）熔合区（组织成分不均匀，力学性能不好） 。22.简述钢的焊接工艺性的影响因素。分别简述低碳钢，中碳钢、高碳钢焊接工艺特点。答:钢的焊接工艺性主要取决于碳含量，含碳量越高，焊接性变差，低碳钢

15、的焊接工艺性比较好，任何一种焊接方法都可以焊接，中碳钢因含碳量的增加，有一定的淬硬倾向，在焊接时需要将焊件适当预热（150 到 250） ，高碳钢的含碳量更高，淬硬倾向和裂纹敏感更大，焊接前应该进行退火处理，焊接前必须预热（250 到 350） 。23.灰铸铁是按什么分类的，各有什么性能特点，分别举例说明各自的应用场合。答:灰铸铁是按组织分类的。HT150，抗拉强度为 150，硬度在 143 到 229，应用第 8 页 共 9 页在底座、手轮、阀体等；HT250，抗拉强度为24.简述熔化焊、钎焊、压力焊的工艺特点及其应用场合。工艺特点 应用熔化焊（气焊、手工电弧焊、电渣焊）被焊接的材料熔化只加热焊条也要熔化机械制造和工程建设钎焊 接头强度低，被焊接材料不熔化，焊条熔化 工作温度低，变形小，尺寸较精确 可焊异种金属、异种材料 生产率高，易机械化 焊前清洗、装配要求