工程材料与机械制造基础复习题参考解读Word格式.docx
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静载荷下的力学性能:
δb,δs,δ0.2,δ
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、微氏硬度三种测量硬度的方法的特点。
布氏硬度:
压头材料:
淬火钢球或硬质合金球、形状:
球形、载荷大小:
3000kgf、硬度值计算方法:
载荷除以压痕表面积的值、应用:
铸铁、有色金属、低合金结构钢等毛坯材料。
洛氏硬度:
顶角为120°
的金刚石圆锥压头、形状:
圆锥形、载荷大小:
75kg或150kg、硬度值计算方法:
HRC=130-k/0.002、应用:
淬火钢、调质钢等成品件。
维氏硬度:
锥面夹角为136°
的金刚石四棱锥体压头、形状:
四棱锥体、载荷大小:
一定载荷、硬度值计算方法:
从极软到极硬的薄片金属材料、表面淬硬层、渗碳层等。
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?
在1394°
C时,δ-Fe转变为γ-Fe,在912°
C时,γ-Fe转变为α-Fe。
γ-Fe转变为α-Fe时体积增大,因为γ-Fe是面心立方晶格,α-Fe是体心立方晶格,当面心立方晶格转变为体心立方晶格时,由于致密度减小而使体积膨胀。
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:
过冷指液态金属冷却到理论结晶温度下才开始结晶的现象。
过冷度指理论结晶温度(T0)与实际结晶温度(Tn)的差。
过冷度越大,晶粒越小。
如何细化晶粒:
1、在铸造生产中采用变质处理2、对于固态金属,可以用热处理或压力加工的方法。
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?
体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。
面心立方晶格。
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?
固溶体,金属化合物。
分别起固溶强化和弥散强化。
珠光体中的两个强化相分别指F和Fe3C,各属于固溶强化和弥散强化。
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。
共同点:
都是在恒温下产生的。
不同点:
共晶体是在液相下生成的晶体,共析体是在固相下生成的晶体。
共晶体发生在铸铁的冷却过程中,共析体发生在钢的冷却过程中。
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。
钢中的含碳量越高,硬度越大,塑性越差,当Wc≤0.9%
时,随着含碳量的增加,钢的强度增加;
当Wc>0.9%时,随着含碳量的增加,钢的强度降低。
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。
45钢室温下的组织为铁素体和珠光体,T10钢室温下的组织为珠光体和二次网状渗碳体。
11.什么叫马氏体转变,简述马氏体转变的特点。
如果将奥氏体以极大的冷却速度快速冷到Ms以下,使其冷却曲线不与C曲线相遇,称为马氏体转变。
特点:
1、发生马氏体型转变时,过冷度极大,转变温度很低奥氏体只能进行非扩散性相变。
2、奥氏体向马氏体转变无孕育期。
3、马氏体形成速度极快,接近声速。
4、奥氏体转变成马氏体后,钢件形成很大的的内应力。
5、奥氏体转变为马氏体具有不彻底性。
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?
钢的表面淬火:
它是将工件表面进行快速加热,使其奥氏体化并快速冷却获得表层一定深度的马氏体组织,而心部组织保持不变。
钢的表面渗碳:
向钢的表层渗入活性碳原子,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。
通过随后的淬火和低温回火,可提高零件表面硬度和耐磨性,增加零件的疲劳抗力,而心部仍保持足够的强度和韧性。
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:
珠光体性能特点:
强度低,韧性好;
空冷:
油冷和水冷都获得淬火马氏体组织。
性能特点:
硬度高,冲击韧性差。
14.某柴油机的凸轮轴,要求表面有高的硬度(HRC>
50),而心部具有良好的韧性(αku>
40J)。
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?
(1)正火是为了消除锻造时的内应力,均匀组织,细化晶格,提高综合力学性能,为后面的机械加工做准备;
调质是为了消除粗加工时的内应力,使钢的性能,材质得到很大程度的调整,其强度、塑性和韧性都较好,经过调质的材料具有良好的综合机械性能;
局部表面淬火是为了使轴的表面增加硬度、增加耐磨性,达到表面增加硬度,内部保持韧性,可以使轴能够承受冲击强度;
低温回火,也可以称为时效处理,其目的是为了消除残余应力,稳定钢材组织和尺寸,这对提高零件的精度是很重要的一道工序。
(2)应修改,表面渗碳处理。
15.现有40Cr钢制造的机床主轴,心部要求良好的强韧性(200~300HBS),轴颈处要求硬而耐磨(54~58HRC),试问:
(1)应进行哪种预处理和最终热处理?
(2)热处理后各获得什么组织?
(3)热处理工序在加工工艺路线中位置如何安排?
(1)正火,调质处理。
(2)珠光体,铁素体;
回火索氏体。
(3)下料、锻造、正火、机加工、调制处理。
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(注:
不需热处理的就写不热处理)。
1)传动大齿轮(候选材料:
60Si2Mn,ZG450,T10)
2)高速钢刀头(候选材料:
W18Cr4V,65Mn,20)
3)机床床身(候选材料:
T10、QT450-17,HT200)
4)钢锯条(候选材料:
T10、QT450-17,HT200)
5)桥梁钢(候选材料:
15MnVN,45,ZL102)
6)冷作模具钢(候选材料:
15,Cr12,2A12)
7)汽车曲轴(候选材料:
8)教室里的桌椅支架(候选材料:
T10、Q215,HT200)
9)不锈钢菜刀(1Cr8Ni9Ti,4Cr13,1Cr17)
10)滚动轴承(55,GCr15,1Cr17Al5)
(1)ZG450铸钢,高强度,形状复杂成型方法:
铸造热处理工艺及组织:
正火,表面淬火和低温回火,回火马氏体
(2)W18Cr4V高速工具钢,红硬性好。
成型方法:
锻造热处理工艺及组织:
球化退火,淬火和低温回火,回火马氏体
(3)HT200灰铸铁,减磨性好,减震性强。
铸造
(4)T10碳素工具钢,硬度高,耐磨性好。
(5)15MnVN低合金高强度结构钢,良好的塑韧性和焊接性能,耐蚀性也较好。
热轧热处理工艺及组织:
调质,回火索氏体
(6)Cr12冷作模具钢,具有高强度、较好的淬透性和良好的耐磨性。
淬火和低温回火,回火马氏体
(7)QT450-17球墨铸铁,韧性和塑性较高。
正火,石墨+较多的珠光体+铁素体
(8)Q215碳素结构钢,具有高的塑性、韧性和焊接性能,良好的压力加工性能。
热轧。
(9)4Cr13合金工具钢,高硬度及高耐磨性。
(10)GCr15合金量具钢,高硬度,高耐磨性。
淬火,低温回火,回火马氏体
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?
(过共析钢)球化退火:
适用于含碳量0.77%-2.11%的钢,加热到Ac1以上20-30℃,球状或颗粒状的碳化物。
原因:
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。
(亚共析钢)完全退火:
适用于含碳量0-0.77%的钢,加热到Ac3以上30-50℃,铁素体+珠光体。
接近平衡状态的组织。
18.比较下列铸造工艺和方法中获得的铸件晶粒的大小
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;
4)变质处理与非变质处理;
5)厚壁与薄壁铸件.
(1)高温浇注比低温浇注的铸件晶粒大
(2)砂型铸造比金属型铸造的铸件晶粒大(3)结晶时不搅拌比搅拌的铸造晶粒大(4)非变质处理比变质处理的铸件晶粒大(5)厚壁比薄壁铸件的铸件晶粒大
19.什么叫冷变形强化?
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。
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“冷变形强化”。
回复:
组织变化:
显微组织仍为纤维状,无可见变化;
性能变化:
强度、硬度略有下降,塑性略有提高。
再结晶:
组织变化:
变形晶粒通过形核长大,逐渐变为新的无畸变的等轴晶粒;
性能变化:
强度、硬度明显下降,塑性明显提高。
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)
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形成的流线状组织。
齿轮中:
径向一致。
板料弯曲时:
方向一致。
21.简述熔焊的焊接接头的组成,微观组织和性能特点。
(1)焊缝柱状晶的铸态组织易产生热裂纹
(2)熔合区组织成分不均匀力学性能不好
(3)热影响区:
①过热区组织粗大塑性、韧性明显下降。
②正火区正火组织力学性能优于母材。
③部分变相区组织不均匀力学性能稍差。
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。
化学成分。
低碳钢:
一般没有淬硬倾向,不易产生裂纹,对焊接热不敏感,焊接性良好。
中碳钢:
有一定淬硬倾向,在近缝区容易产生淬硬组织和冷裂纹,焊缝中易产生热裂,焊接性为中等。
高碳钢:
淬硬倾向和裂纹敏感性大,焊接性差。
23.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。
根据碳在铸铁中存在的形式。
(1)白口铸铁硬而脆很少用于制造零件
(2)麻口铸铁硬而脆很少应用
(3)灰口铸铁较好的力学性能广泛用于工业中
24.简述熔化焊、钎焊、压力焊的工艺特点及其应用场合。
熔化焊;
将被焊固体局部加热到融熔化状态,通常还需填充材料以形成共同熔池,然后冷却结晶成一体的焊接方法称为熔焊。
应用场合:
几乎任何场合。
钎焊:
钎焊是利用熔点比工件低的钎料金属护或合金作填充金属,适当加热后,利用液态钎料在固态母材之间扩散,冷凝后形成牢固接头的焊接方法。
薄板,轴类。
压力焊:
压力焊是将焊件接头处局部加热到高温塑性状态或接近熔化状态,然后施加一定的压力,使接头处紧密接触并产生大量的塑性变形,再结合面上产生共同晶粒而形成连接的焊接方法。
应用场合:
异种材料。
25.铸件从浇注到冷却到室温过程中通常会发生哪三个阶段的收缩,这些收缩会使铸件产生缩孔、缩松和裂纹缺陷,指出三个阶段的收缩分别最可能产生的缺陷种类。
(1)液态收缩最可能产生缩孔缺陷
(2)凝固收缩最可能产生缩松缺陷
(3)固态收缩最可能产生裂纹缺陷
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