工程材料复习思考题06.docx
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工程材料复习思考题06
《工程材料》复习思考题
一、名词解释(MC)
淬火
将亚共析钢加热到Ac3以上,共析钢与过共析钢加热到Ac1以上(低于Accm)的温度,保温后以大于
的速度快速冷却,使奥氏体转变为马氏体(或下贝氏体)的热处理工艺叫淬火。
过冷度
通常把实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象,理论结晶温度与实际结晶温度的差
T称为过冷度,过冷度
T=T0-T1。
回火脆性
淬火钢在250~400和450~600温度区间回火,出现冲击韧性显著下降的现象,这种脆化现象称为钢的回火脆性。
回火稳定性
钢回火时抵抗软化的能力
莱氏体
莱氏体是由奥氏体(或珠光体)和渗碳体组成的机械混合物,常用符号“Ld”表示。
碳的质量分数为4.3%,菜氏体中的渗碳体较多,脆性大,硬度高,塑性很差。
马氏体
解释1:
碳在α-Fe中的过饱和固溶体。
解释2:
碳的过饱和固溶体。
(以上2种解释答对任何一个均可得分。
)
热处理
解释1:
热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却,以改变其整体或表面组织,从而获得所需性能的一种工艺。
热处理是改善金属材料的性能的一种非常重要的工艺方法。
解释2:
钢的热处理是将钢在固态下加热到预定的温度,保温一定时间,然后以预定的方式冷却到室温,来改变其内部组织结构,以获得所需性能的一种热加工工艺。
(以上2种解释答对任何一个均可得分。
)
石墨
碳的单质体,简单六方结构。
铁素体
碳溶于α-Fe形成的间隙固溶体称为铁素体,常用符号“F”表示.
正火
钢材或钢件加热到Ac3(对于亚共析钢)和Accm(对于过共析钢)以上30℃~50℃,保温适当时间后,使之完全奥氏体化,然后在自由流动的空气中均匀冷却,以得到珠光体类型组织的热处理工艺称为正火。
正火后组织以S为主。
二、填空题(TK)
题干
答案
45钢缓冷至室温下的组织为___,相为___。
F+P;F、Fe3C
T12钢坯采用___退火,HT200床身采用___退火。
球化;去应力
γ-Fe的晶体结构为___晶格,一个晶胞中的原子数为___个。
面心立方;4
白口铁中碳主要以_________形式存在
石墨
白口铸铁中碳主要以___形式存在,灰铸铁中碳主要以___形式存在,生产___铸铁采用消除白口化退火。
渗碳体;石墨;可锻
纯铁在冷却时,由δ-Fe___晶格,在1394℃转变为γ-Fe___晶格,在912℃转变为α-Fe___晶格,这种现象称为___。
体心立方;面心立方;体心立方;同素异构转变
调质处理指的是___,得到___组织,钢调质后力学性能的特点是___。
淬火+高温回火工艺;回火索氏体;综合性能好
锻造过热的60钢坯齿轮采用___退火,降低冷轧钢板硬度采用___退火。
完全;再结晶
钢的表面淬火,只能改变表面层的___,而化学热处理既能改变表面层的___,又能改变表面层的___。
组织和性能;成分;组织和性能
固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度_________。
高
固态合金中的相结构主要有_________和_________两种类型。
固溶体;化合物
化学热处理的三个基本过程是_________、_________和_________。
分解;吸收;扩散
回火通常包括:
_________、_________和_________三类。
低温回火;中温回火;高温回火
金属的工艺性能包括____________、____________、____________、____________和____________。
铸造性能;锻造性能;焊接性能;热处理性能;机加工性能
马氏体的显微形态主要有_________、_________两种,其中_________韧性较好。
板条状;针状;板条状
塑性变形后的金属,重新加热会发生回复和___________。
再结晶
在常规加热条件下,亚共析钢随着含碳量的增加,其C曲线_______移;过共析钢随着含碳量的增加,其C曲线______移;因此碳钢中以_______钢的C曲线最靠右。
欲获得马氏体组织,必须以_______临界冷却速度的方式进行冷却。
右;左;共析;大于
在缓慢冷却条件下,含碳0.8%的钢比含碳1.2%的钢的硬度_________,塑性_________。
低;好
在金属结晶过程中,细化晶粒的主要方法有_________、_________。
提高冷却速度;变质处理
三、单项选择题(DX)
题干
答案
共析钢过冷奥氏体在550~350℃的温度区间等温转变时,所形成的组织是()。
A.索氏体B.下贝氏体C.上贝氏体D.珠光体
c
65钢中碳的平均含量约为()
A.65%B.6.5%C.0.65%D.0.065%
c
ZGMn13要进行的热处理是()。
A.调质处理B.去应力退火C.水韧处理D.正火处理
c
低碳钢的渗碳温度范围是()。
A.600-650℃B.800-850℃C.900-950℃D.1000-1050℃
c
调质钢的合金化主要是考虑()。
A.提高红硬性B.提高淬透性C.提高切削加工性D.提高其疲劳性能
b
在下列铸铁中,()中的石墨是片状的。
A.球墨铸铁B.普通灰口铸铁C.可锻铸铁D.白口铸铁
b
对于可热处理强化的铝合金,其热处理方法为()。
A.淬火+低温回火B.完全退火C.水韧处理D.固溶+时效
d
二元合金在发生L→α+β共晶转变时,三相的成分()。
A.相同B.确定C.不确定D.很难说
b
汽车板弹簧材料一般选用()钢。
A.45B.60Si2MnC.16MnD.2Cr13
b
钢的淬硬性主要取决于()。
A.合金元素B.含碳量C.冷却介质D.工件尺寸
b
钢的回火处理是在()。
A.正火后进行B.退火后进行C.淬火后进行D.渗碳前进行
c
合金钢40Cr经调质处理后可以制造()。
A.CA1091汽车连杆B.切削刀具
C.EQ1090汽车钢板弹簧D.滚动轴承滚柱
a
金属材料的加工硬化,使得材料()。
A.强度增大、塑性降低B.强度增大、塑性增大
C.强度减小、塑性增大D.强度减小、塑性减小
a
金属晶体材料在受力时的滑移方向为()。
A.密排方向B.Z轴方向C.任意方向D.相反方向
a
晶体中的位错属于()。
A.体缺陷B.面缺陷C.线缺陷D.点缺陷
c
莱氏体是一种()。
A.单相固溶体B.两相混合物C.Fe与C的化合物D.合金碳化物
b
零件要求表面硬、心部韧,可采用:
()
A.中碳钢、渗碳+淬火+低温回火B.低碳钢、表面淬火+低温回火
C.低碳钢、渗碳+淬火+高温回火D.中碳钢、表面淬火+低温回火
d
热处理强化铝合金的方法为:
()
A.淬火+低温回火B.淬火+高温回火C.水韧处理D.固溶+时效
d
溶质原子溶入固溶体的晶格之中时,会使合金的强度、硬度有所增加,这种强化称为()
A.固溶强化B.弥散强化C.加工硬化D.晶粒细化
a
完全退火主要适用于:
()
A.亚共析钢B.共析钢C.过共析钢D.灰口铸铁
a
下列钢中,以球化退火作为预备热处理的钢是()。
A.40CrB.9Mn2VC.16MnD.20Cr
b
形状复杂、截面尺寸大的工件淬火时,应选用()。
A.高淬透性钢B.中淬透性C.低淬透性D.高碳钢
a
影响钢的淬透性的决定因素是()。
A.淬火介质B.冷却方法C.合金元素D.A和B的共同作用
c
影响合金钢淬透性的主要因素是()。
A.淬火介质B.冷却方法C.合金元素D.含碳量
c
细化铸件晶粒可采用()
A.变质处理B.时效处理C.调质处理D.再结晶处理
a
在α-Fe晶格中,原子密度最大的晶向是()。
A.<100>B.<111>C.<110>D.<112>
b
在下列铸铁中,哪一种铸铁中的石墨是团絮状的?
()
A.球墨铸铁B.普通灰口铸铁C.可锻铸铁D.白口铸铁
c
直径为10mm的45钢(Ac3=785℃)加热到750℃水淬火的组织为:
()
A.MB.M+FC.F+PD.M+T+残余奥氏体
b
下列四种钢中,室温平衡组织中珠光体的百分含量最多的是()。
A.20钢B.45钢C.T8钢D.T12
c
制造手用锯条应选用:
()
A.T12钢经淬火+低温回火B.65钢经淬火+中温回火
C.45钢经淬火+高温回火D.Cr12MoV经淬火+低温回火
a
铸铁石墨化过程第一、二、三阶段完全进行,其显微组织是()。
A.F+GB.P+GC.F+P+GD.P+G+Fe3C
a
不能进行锻造的铁碳合金有()。
A.亚共析钢B.共析钢C.亚共晶白口铸铁D.过共析钢
c
四、判断题(PD,正确的填“T”,错误的填“F”)
题干
答案
45钢制造的Ф10mm和Ф80mm的两根轴,经调质处理后使用,轴的表面组织都是
,因此,这两根轴的允许承受设计应力应相同。
()
F
4Cr13钢的硬度不如1Cr13钢,但耐腐蚀性优于1Cr13钢。
()
F
铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态。
()
F
GGr15SiMn钢中Gr元素的平均含量约为15%。
()
F
T8钢比45钢和20钢有更好的淬透性和淬硬性。
()
T
并不是所有的铝合金都可以通过热处理予以强化的。
()
T
采用热处理的方法,不能使灰铸铁中的片状石墨细化。
()
T
调质钢的合金化主要是考虑提高其淬透性。
()
T
钢经过低温退火后,其组织与原始组织相同。
()
T
钢中合金元素含量越高,其淬透性一般情况下越高。
()
T
高速钢的合金化主要是考虑提高其红硬性。
()
T
高速钢中的粗大碳化物可以通过热处理使之细化。
()
F
奥氏体型不锈钢主要采用加工硬化来提高强度。
()
T
固溶体的结构与溶剂和溶质的结构都不相同。
()
F
过冷奥氏体的冷却速度大于临界冷却速度
时,则冷却速度越快,冷却后钢的硬度越高。
()
F
滑动轴承合金要求硬度高、耐磨性好。
()
F
黄铜指的是Cu—Sn合金。
()
F
间隙固溶体和置换固溶体均可形成无限固溶体。
()
F
金属结晶时,冷却速度越大,晶粒越细,强度越高,韧性越差。
()
F
锯条(T10钢)的正常淬火温度是
,然后进行200℃的低温回火,最终得到的组织为回火马氏体和残余奥氏体。
()
F
冷塑性变形金属加热发生再结晶后,其晶格类型改变了。
()
F
普通灰铸铁可通过热处理来提高其综合力学性能。
()
F
球墨铸铁可通过热处理来提高其综合力学性能。
()
T
为了提高丝锥(9SiCr钢)的硬度,可进行渗碳处理后淬火及低温回火热处理。
()
F
用45钢制造的Ф10mm和Ф80mm的两根轴,都经调质热处理,轴的表面组织都是回火索氏体,但是心部组织不同。
()
T
再结晶能够消除加工硬化效果,是一种软化过程。
()
T
在缓慢冷至室温条件下,45钢比20钢的强度和硬度都高。
()
T
二次Fe3C与共析Fe3C的形态与晶体结构均不相同。
()
F
五、综合题
题干
答案
用冷却曲线表示纯铁冷却过程中的同素异构转变,并指出每一种产物的名称及晶体结构。
根据铁碳合金相图,分析含碳量为0.45%、0.77%、1.2%、4.3%、5%铁碳合金平衡冷却过程的组织变化过程(平衡结晶过程),并分析含碳量对铁碳合金室温下硬度、塑性的影响规律并简述理由。
0.45%C:
L——L+A——A——A+F——P+F
0.77%C:
L——L+A——A——P
1.2%C:
L——L+A——A——A+二次Fe3C——P+二次Fe3C
4.3%C:
L——Ld——Ld`
5%C:
L——L+一次Fe3C——Ld+一次Fe3C——Ld`+一次Fe3C
含碳量越高,合金的硬度越高,塑性越低。
因为含碳量越高,硬脆的Fe3C量越多,塑韧的F量越少。
根据共析钢的连续和等温冷却曲线,指出其奥氏体化后,分别进行退火、正火、油淬火、水淬火及280℃盐浴等温淬火后的室温组织。
退火、正火、油淬火、水淬火及280℃盐浴等温淬火后的室温组织分别为:
珠光体、索氏体、托氏体+马氏体+残余奥氏体、马氏体+残余奥氏体、下贝氏体。
分析下列工件在使用状态下要求的主要力学性能特点是什么?
为其在所给的材料中选择一个合适的材料,并说出使用状态的组织(所给材料为:
45钢、Q235钢、60钢、ZGMn13、T12钢)。
(1)小轴;
(2)弹簧;
(3)锉刀。
(1)小轴:
要求综合性能好;选用45钢;使用组织为回火索氏体。
(2)弹簧:
要求高的强度,尤其高的弹性极限;选用60钢;使用组织为回火托氏体。
(3)锉刀。
要求高的硬度和耐磨性;选用T12钢;使用组织为回火马氏体为主。
机床主轴选用45钢制造,其加工工艺路线为:
下料→锻造→正火→粗机加工→调质→精机加工→高频表面淬火→低温回火→精磨。
(1)说明加工工艺路线中涉及到的各热处理工艺的主要目的。
(2)制定各热处理工艺(加热温度范围、冷却方式)
(3)分析该轴最终热处理后表面及心部的组织。
(1)正火目的:
去应力、提高硬度便于加工、细化组织;
调质处理:
心部综合性能好;
表面感应淬火:
提高表面的硬度和耐磨性;
低温回火:
保持表面的高硬度和耐磨性,降低应力,稳定组织。
(2)热处理工艺:
正火:
840~860℃加热保温后空冷;
调质:
840~860℃加热保温后水冷,然后600℃左右保温半小时空冷(回火)
高频表面淬火:
880~900℃感应加热水冷淬火
低温回火:
180~220℃保温半小时空冷。
(3)表面组织:
回火马氏体
心部组织:
回火索氏体
汽车变速箱齿轮主要承受复杂的弯曲、疲劳载荷,摩擦磨损和冲击载荷,要求表面HRC58-64,其余HRC38-42,请完成下列工作:
(共13分)
(1)为该齿轮选择材料并制定其加工工艺路线;(5分)
(2)指出加工工艺路线中涉及到的各项热处理工艺的主要目的;(4分)
(3)分析该齿轮热处理后表面和心部的最终组织。
(4分)
变速箱齿轮:
(1)选择20CrMnTi
加工路线:
成型——正火——机加工——渗碳淬火+低温回火——精加工入库
(2)正火:
去应力、提高硬度便于加工、细化组织;
渗碳处理:
表面获得高碳成分,提高硬度和耐磨性;
淬火:
获得高碳马氏体,提高表面的硬度和耐磨性;
低温回火:
保持表面的高硬度和耐磨性,降低应力,稳定组织。
(3):
表面组织:
高碳回火马氏体+残余奥氏体
心部组织:
低碳回火马氏体(淬透时)
汽车变速箱齿轮选用20CrMnTi钢制造,其加工工艺路线为:
下料→-锻造→正火→机加工→渗碳处理→淬火→低温回火→精磨。
(共10分)
(1)说明加工工艺路线中涉及到的各热处理工艺的主要目的。
(4分)
(2)制定各热处理工艺(加热温度范围、冷却方式)(4分)
(3)分析该轴最终热处理后表面及心部的组织。
(2分)
(1)各热处理工艺的主要目的如下。
正火:
去应力、提高硬度便于加工、细化组织;
渗碳处理:
增加表面碳的含量,提高硬度;
淬火:
提高硬度和耐磨性;
低温回火:
保持表面的高硬度和耐磨性,降低应力,稳定组织。
(2)热处理工艺。
正火:
920~940℃加热保温后空冷;
表面渗碳:
920~940℃加热
低温回火:
180~220℃保温半小时空冷。
(3)表面组织:
高碳回火马氏体
心部组织:
低碳回火马氏体
汽车半轴,如图所示,根据它的工作条件,现选择35CrMo材料制造,请为其制订加工路线,写出相关热处理工艺参数(加热温度,冷却方式),并分析使用状态下的组织。
(1)加工工艺路线主要为:
锻造→正火或完全退火→粗机加工→调质或(淬火+高温回火)→精机加工→表面淬火→低温回火。
(2)热处理工艺参数:
正火(退火):
840~860℃加热保温后空冷(缓慢炉冷);
调质:
840~860℃加热保温后快冷,然后600℃左右保温半小时空冷(回火)
高频表面淬火:
880~900℃感应加热水冷淬火
低温回火:
180~220℃保温半小时空冷。
(3)表面组织:
回火马氏体
心部组织:
回火索氏体
根据铁碳合金相图,填写下列表格(8分,每空1分),并指出室温下随着含碳量的增加,合金的性能(强度、塑性、韧性和硬度)的变化规律(5分)。
水平线/(合金)
温度℃
反应式
产物名称/(组织)
共晶线
共析线
727
0.45%碳的合金
840
/
1.0%碳的合金
室温下
/
3.5%碳的合金
700
/
答案:
水平线/(合金)
温度℃
反应式
产物名称/(组织)
共晶线
1148
L——Ld(A+Fe3C)
莱氏体Ld
共析线
727
A——P(F+Fe3C)
珠光体P
0.45%碳的合金
840
/
奥氏体
1.0%碳的合金
室温下
/
珠光体+二次Fe3C
3.5%碳的合金
700
/
珠光体+二次Fe3C+莱氏体
变化规律:
随着含碳量的增加,合金的强度先增加,碳含量达到0.9%左右时达到最高点,随后开始下降;塑性、韧性下降;硬度升高。
填写下表(以共析钢T8为例)(每空0.5分,共15分)
转变类型
转变产物名称
转变温度范围℃
显微组织特征
大致HRC
获得工艺名称
珠光体类
贝氏体类
马氏体
答案:
转变类型
转变产物名称
转变温度范围℃
显微组织特征
大致HRC
获得工艺名称
珠光体类
珠光体P
Ar1~650
粗片
25以下
退火
索氏体S
650~600
较细片
25~33
正火
托氏体T
600~550
细片
33~40
分冷
贝氏体类
上贝氏体
550~350
羽毛
40~45
等温淬火
下贝氏体
350~230
竹叶
50~55
等温淬火
马氏体类
马氏体
Ms230~Mf
针状
大于55
水淬火
将表1所列的材料按主要用途进行分类,每一种材料列举其中一、二种用途,并指出在此种用途下最常用的一种热处理方法。
结果填入表1。
(每一空1分,共24分)
材料牌号
按用途分类
应用举例
常用最终热处理方法
Q235
65Mn
42CrMo
9SiCr
Cr12MoV
4Cr9Si2
ZGMn13
QT600-3
答案:
材料牌号
按用途分类
应用举例
常用最终热处理方法
Q235
普通碳素结构钢
钢筋
热轧空冷(正火)
65Mn
弹簧钢
弹簧
淬火+中温回火
42CrMo
合金调质钢
连杆
调质(淬火+高温回火)
9SiCr
低合金刃具钢
丝锥
淬火+低温回火
Cr12MoV
冷作模具钢
冷轧辊
淬火+低温回火
4Cr9Si2
耐热钢
汽轮机叶片
淬火+高温回火
ZGMn13
高锰钢(耐磨刚)
履带
水韧处理
QT600-3
球墨铸铁
曲轴
调质、表面淬火+低温回火
填写下表。
表中所示材料按主要用途分类,应用举一、二例,并指出在此种用途下最常用的一种最终热处理方法。
(每空1分,共27分)
材料
分类(按用途分类)
应用举例
热处理方法
65Mn
T8
15MnV
20Cr
W6Mo5Cr4V3
HT200
ZGMn13
1Cr18Ni9
5CrMnMo
答案:
填写下表。
表中所示材料按主要用途分类,应用举一、二例,并指出在此种用途下最常用的一种最终热处理方法。
(每空1分,共27分)
材料
分类(按用途分类)
应用举例
热处理方法
65Mn
合金弹簧钢
弹簧
淬火+中温回火
T8
碳素工具钢
锉刀
淬火+低温回火
15MnV
低合金高强度钢
桥梁
正火或热扎空冷
20CrMnTi
合金渗碳钢
汽车变速箱齿轮
渗碳淬火+低温回火
W6Mo5Cr4V3
高速钢
铣刀
淬火+三次560℃回火
HT200
灰铁
床身
去应力退火
ZGMn13
高锰钢
道岔、磨球
水韧处理
1Cr18Ni9
不锈钢
化工容器
固溶处理
5CrNiMo
热作模具钢
锻造模具
调质处理(淬火+高温回火)
将表1所列的材料按主要用途进行分类,每一种材料列举其中一种用途,并指出在此种用途下最常用的一种热处理方法。
结果填入表1。
材料
分类(按用途分类)
应用举例
热处理方法
60Si2Mn
40MnB
T12
20CrMnTi
GCr15
Cr12MoV
W18Cr4V
ZGMn13
HT250
答案:
材料
分类(按用途分类)
应用举例
热处理方法
60Si2Mn
合金弹簧钢
弹簧
淬火+中温回火
40MnB
合金调质钢
连杆
调质处理(淬火+高温回火)
T12
碳素工具钢
锉刀
淬火+低温回火
20CrMnTi
合金渗碳钢
汽车变速箱齿轮
渗碳淬火+低温回火
GCr15
滚动轴承钢
滚动轴承
淬火+低温回火
Cr12MoV
冷作模具钢
冷冲头
淬火+低温回火
W18Cr4V
高速钢
铣刀
淬火+三次560℃回火
ZGMn13
高锰钢
铲齿、磨球
水韧处理
HT250
普通灰口铁
机床床身
去应力退火
分别指出下列钢种按用途分类的名称,以及可以制造的典型工件:
(20分)
3Cr2W8V是()钢,
可制造();
40MnB是()钢,
可制造();
Crl2MoV是()钢,
可制造();
T12是()钢,
可制造();
16Mn是()钢,
可制造();
40Cr是()钢,
可制造();
ZG45是()钢,
可制造();
20Cr是()钢,
可制造();
60Si2Mn是()钢,
可制造();
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