工程材料试题.docx
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工程材料试题
工程材料学学期期末考试试题(A)及详解答案
一、名词解释:
(每小题2分,共10分)
珠光体:
铁素体和渗碳体成片层相间的机械混合物
过冷度:
理论结晶温度与实际结晶温度的差值称为过冷度。
合金:
一种金属元素与另外一种或几种金属或非金属元素相互熔合而形成的具有金属特性的物质称为合金。
本质晶粒度:
在一定的条件下,奥氏体晶粒长大的倾向性。
调质:
淬火后高温回火。
二、填空题:
(每空0.5分,共20分)
1.为了改善切削加工性能,20钢应进行正火热处理,T12钢应进行球化退火热处理。
2.α-Fe是体心立方晶体结构,设a为晶格常数,其晶胞原子数为2,原子半径为
,配位数是8。
3.晶体中的线缺陷是指各种类型的位错;面缺陷指晶界、亚晶界。
4.液态金属进行铸造时,为达到细化晶粒的目的而加入其它物质作为人工晶核的处理方法称为变质处理。
5.金属材料的强化机制有固溶强化、弥散强化、洗净强化、和变形强化。
共6页第1页
共6页第2页
6.金属塑性变形的基本方式有和滑移和孪生两种。
7.冷变形金属经重新加热时,根据组织与性能的变化,大体可以分为别回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。
8.L→α+β是共晶转变,而γ→α+β是共析转变。
9.铁碳合金中的基本相有δ铁素体、奥氏体,铁素体,渗碳体和液体五种。
10.碳钢中常存的杂质元素中,有益的元素是硅(Si)和锰(Mn);,有害的元素是磷(P)和硫(S))。
11.45钢调质和正火两种热处理工艺所得到的组织分别为回火索氏体(S回)和索氏体(或S)。
12.20CrMnTi钢和T10钢淬火后比较,淬透性好的钢是20CrMnT,而淬硬性好的钢是T10。
13.16Mn钢中的Mn元素主要作用是强化铁素体;GCr15钢中的Cr元素的主要作用是提高淬透性。
14.HT300中“HT”的含义是灰口铸铁,“300”的含义是最低抗拉强度300MPa,其基体组织是珠光体。
15.2A12(LY12)材料的类别是硬铝合金;TC4材料的类别是+型钛合金。
三、判断题:
(在题后括号内将正确的划√,错误的划×。
每小题1分,共10分)
1.工程中常用布氏硬度测量硬材料的硬度。
()
2.固溶体的晶体结构与组成它的溶剂元素的晶体结构相同。
()
3.晶体缺陷使晶格产生畸变,所以缺陷越多对材料的性能危害越大。
()
4.由液体冷却凝固成固体的过程都是结晶过程。
()
共6页第3页
5.杠杆定律只适用于两相区。
()
6.金属晶体中,原子排列最紧密的晶面间的距离最小,结合力大,所以这些晶面间难以发生滑移。
()
7.共析转变时温度不变,且三相的成分也是确定的。
()
8.热加工与冷加工的主要区别在于是否对变形金属加热。
()
9.过共析钢为消除网状渗碳体应进行正火处理。
()
10.可锻铸铁能够进行锻造。
()
1.×,2.√,3.×,4.×,5.√,6.×,7.√,8.×,9.√,10.×
四、简答题(每小题5分,共20分)
1.在图1中分别画出纯铁的
、
晶面和
、
晶向。
并指出在室温下对纯铁进行拉伸试验时,滑移将沿以上的哪个晶面及晶向进行?
图1
纯铁在室温下为体心立方晶体结构,滑移系为{110}×<111>,所以应该沿上述
晶面的
晶向滑移。
共6页第4页
2.为什么钳工锯T10,T12等钢料时比锯10,20钢费力,锯条容易磨钝?
答:
T10,T12属于碳素工具钢,含碳量为1.0%,1.2%,因而钢中渗碳体含量高,钢的硬度较高;而10,20钢为优质碳素结构钢,属于低碳钢,钢的硬度较低,因此钳工锯T10,T12等钢料时比锯10,20钢费力,锯条容易磨钝。
3.奥氏体不锈钢的晶间腐蚀是怎样产生的?
如何防止?
奥氏体不锈钢在约600ºC工作时,从A体晶界析出Cr23C6碳化物,造成晶界附近基体贫铬,当贫铬区含铬量低于12%时,电位显著下降,造成晶间腐蚀。
使钢的强度和塑性急剧下降。
防止晶间腐蚀的方法:
1)降低钢的含碳量,以尽可能少的形成Cr23C6。
(1分)
2)在钢中加入强碳化物形成元素钛、铌,使钢中的碳优先形成TiC或NbC,而不形成Cr23C6。
(1分)
4.低碳钢渗碳表面化学热处理的温度范围是多少?
温度选择的主要理由是什么?
①低碳钢渗碳处理的温度在900~950℃(或AC3以上50~80℃)。
(2分)
②选择的主要理由是应在单相γ区,因为γ的碳的溶解度大,而α相的碳的溶解度最大仅0.0218。
因此只有在单相γ区才能获得较高的表面碳浓度(2分);但温度也不能太高,否者易形成粗大的奥氏体晶粒而降低力学性能(1分)。
五、请用直线将下列材料牌号与典型应用零件及热处理工艺连接起来。
(每小题2分,共10分)
材料牌号应用零件热处理工艺
HT250弹簧调质+氮化
Cr12MoV飞机起落架固溶+时效
7A04(LC9)机车曲轴自然时效(退火)
65Mn冷冲模淬火+中温回火
38CrMoAl机床床身淬火+低温回火
共6页第5页
六、某工厂仓库积压了许多退火状态的碳钢,由于钢材混杂,不知道钢的化学成分,现找出其中一根,经金相分析后,发现其组织为珠光体+铁素体,其中铁素体占80%,回答以下问题:
(每小题4分,共12分)
1求该钢的含碳量;
2计算该钢组织中各相组分的相对百分含量;
3画出其组织示意图,并于图中标出各组织组分的名称。
解:
根据珠光体含量求出该碳钢室温下的含碳量:
室温下铁素体的含碳量可忽略不计,而珠光体的含碳量为0.77%,因此:
含碳量C=0.77%×20%=0.154%
4该碳钢室温下的相组成为F+Fe3C
F=(6.69-0.154)/6.69=97.7%
Fe3C=1-F=2.3%
共6页第6页
南京航空航天大学
共5页第1页
一、名词解释:
(每小题2分,共10分)
珠光体
过冷度
合金
本质晶粒度
调质
二、填空题:
(每空0.5分,共20分)
1.为了改善切削加工性能,20钢应进行___热处理,T12钢应进行___热处理。
2.α-Fe是___晶体结构,设a为晶格常数,其晶胞原子数为___,原子半径为___,配位数是___。
3.晶体中的线缺陷是指各种类型的___;面缺陷指___、___。
4.液态金属进行铸造时,为达到细化晶粒的目的而加入其它物质作为人工晶核的处理方法称为____。
5.金属材料的强化机制有___、___、___、和___。
二OO六~二OO七学年第1学期《工程材料学》考试试题
考试日期:
2006年11月10日试卷代号A
考试班级学号姓名成绩
共5页第2页
6.金属塑性变形的基本方式有___和___两种。
7.冷变形金属经重新加热时,根据组织与性能的变化,大体可以分为别___、___和___三个阶段。
8.L→α+β是___转变,而γ→α+β是___转变。
9.铁碳合金中的基本相有δ铁素体、___、___、___和___五种。
10.碳钢中常存的杂质元素中,有益的元素是___和___,有害的元素是___和___。
11.45钢调质和正火两种热处理工艺所得到的组织分别为___和___。
12.20CrMnTi钢和T10钢淬火后比较,淬透性好的钢是___,而淬硬性好的钢是___。
13.16Mn钢中的Mn元素主要作用是____________;GCr15钢中的Cr元素的主要作用是____________。
14.HT300中“HT”的含义是___,“300”的含义是___,其基体组织是___。
15.2A12(LY12)材料的类别是___;TC4材料的类别是___。
三、判断题:
(在题后括号内将正确的划√,错误的划×。
每小题1分,共10分)
1.工程中常用布氏硬度测量硬材料的硬度。
()
2.固溶体的晶体结构与组成它的溶剂元素的晶体结构相同。
()
3.晶体缺陷使晶格产生畸变,所以缺陷越多对材料的性能危害越大。
()
4.由液体冷却凝固成固体的过程都是结晶过程。
()
共5页第3页
5.杠杆定律只适用于两相区。
()
6.金属晶体中,原子排列最紧密的晶面间的距离最小,结合力大,所以这些晶面间难以发生滑移。
()
7.共析转变时温度不变,且三相的成分也是确定的。
()
8.热加工与冷加工的主要区别在于是否对变形金属加热。
()
9.过共析钢为消除网状渗碳体应进行正火处理。
()
10.可锻铸铁能够进行锻造。
()
四、简答题(每小题5分,共20分)
1.在图1中分别画出纯铁的
、
晶面和
、
晶向。
并指出在室温下对纯铁进行拉伸试验时,滑移将沿以上的哪个晶面及晶向进行?
图1
2.为什么钳工锯T10,T12等钢料时比锯10,20钢费力,锯条容易磨钝?
共5页第4页
3.奥氏体不锈钢的晶间腐蚀是怎样产生的?
如何防止?
4.低碳钢渗碳表面化学热处理的温度范围是多少?
温度选择的主要理由是什么?
五、请用直线将下列材料牌号与典型应用零件及热处理工艺连接起来。
(每小题2分,共10分)
材料牌号
应用零件
热处理工艺
HT250
弹簧
调质+氮化
Cr12MoV
飞机起落架
固溶+时效
7A04(LC9)
机车曲轴
自然时效(退火)
65Mn
冷冲模
淬火+中温回火
38CrMoAl
机床床身
淬火+低温回火
六、某工厂仓库积压了许多退火状态的碳钢,由于钢材混杂,不知道钢的化学成分,现找出其中一根,经金相分析后,发现其组织为珠光体+铁素体,其中铁素体占80%,回答以下问题:
(每小题4分,共12分)
5求该钢的含碳量;
6计算该钢组织中各相组分的相对百分含量;
7画出其组织示意图,并于图中标出各组织组分的
共5页第5页
七、车床主轴要求轴颈部位的硬度为56~58HRC,其余地方的硬度为20~24HRC,制订的加工工艺路线如下:
锻造→正火→机加工→轴颈表面淬火→低温回火→磨削。
请说明:
(每小题2分,共10分)
(1)该主轴应选用何种材料;
(2)正火的目的及其大致工艺;
(3)表面淬火的目的及大致处理工艺;
(4)低温回火的目的及大致工艺;
(5)轴颈部位的表面组织和其余地方的组织。
八.将¢5mm的T8钢(共析钢)加热至760℃并保温足够时间,问采用什么样的冷却工艺可得到如下组织:
珠光体,索氏体,下贝氏体,马氏体+少量残余奥氏体;在C曲线上画出工艺曲线示意图。
(每小题2分,共8分)
南京航空航天大学
共4页第1页
一、名词解释:
(每小题2分,共10分)
珠光体:
铁素体和渗碳体成片层相间的机械混合物。
过冷度:
金属的实际结晶温度低于其理论结晶温度,理论结晶温度与实际结晶温度的差值称为过冷度。
合金:
通过熔炼,烧结或其它方法,将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质,称为合金。
本质晶粒度:
在规定的加热条件下,奥氏体晶粒长大的倾向性。
调质处理:
淬火后的高温回火。
二、填空题:
(每空0.5分,共20分)
1.正火,球化退火。
2.体心立方,2,
,8。
3.位错;晶界,亚晶界。
4.变质处理。
5.固溶强化,弥散强化,细晶强化,形变强化。
6.滑移,孪生。
7.回复,再结晶,晶粒长大。
8.共晶转变,共析转变。
9.奥氏体,铁素体,渗碳体,液体。
二OO六~二OO七学年第1学期
课程名称:
《工程材料学》参考答案及评分标准
命题教师:
缪强试卷代号:
A
考试班级学号姓名成绩
共4页第2页
10.硅(Si),锰(Mn);磷(P),硫(S)。
11.回火索氏体(或S回),索氏体(或S)。
12.20CrMnT,T10。
13.强化铁素体;提高淬透性。
14.灰口铸铁;最低抗拉强度300MPa,珠光体。
15.硬铝合金,+型钛合金
三、判断题:
(每小题1分,共10分)
1.×,2.√,3.×,4.×,5.√,6.×,7.√,8.×,9.√,10.×。
四、简答题(每小题5分,共20分)
1.
纯铁在室温下为体心立方晶体结构,滑移系为{110}×<111>,所以应该沿上述
晶面的
晶向滑移。
(1分,可不答理由)。
晶面、晶向标注各1分。
2.答:
T10,T12属于碳素工具钢,含碳量为1.0%,1.2%,因而钢中渗碳体含量高,钢的硬度较高;而10,20钢为优质碳素结构钢,属于低碳钢,钢的硬度较低,因此钳工锯T10,T12等钢料时比锯10,20钢费力,锯条容易磨钝。
3.奥氏体不锈钢在约600ºC工作时,从A体晶界析出Cr23C6碳化物,造成晶界附近基体贫铬,当贫铬区含铬量低于12%时,电位显著下降,造成晶间腐蚀。
使钢
共4页第3页
的强度和塑性急剧下降。
(3分)
防止晶间腐蚀的方法:
1)降低钢的含碳量,以尽可能少的形成Cr23C6。
(1分)
2)在钢中加入强碳化物形成元素钛、铌,使钢中的碳优先形成TiC或NbC,而不形成Cr23C6。
(1分)
4.①低碳钢渗碳处理的温度在900~950℃(或AC3以上50~80℃)。
(2分)
②选择的主要理由是应在单相γ区,因为γ的碳的溶解度大,而α相的碳的溶解度最大仅0.0218。
因此只有在单相γ区才能获得较高的表面碳浓度(2分);但温度也不能太高,否者易形成粗大的奥氏体晶粒而降低力学性能(1分)。
五、(划对一道连线1分,共10分)
六、解答:
(每小题4分,共12分)
1.根据珠光体含量求出该碳钢室温下的含碳量:
室温下铁素体的含碳量可忽略不计,而珠光体的含碳量为0.77%,因此:
含碳量C=0.77%×20%=0.154%
2.该碳钢室温下的相组成为F+Fe3C
F=(6.69-0.154)/6.69=97.7%
Fe3C=1-F=2.3%
共4页第4页
3.
七、(每小题2分,共10分)
①.45钢(或其它中碳合金钢);
②.目的是为了获得主轴整体所要求的硬度20~24HRC及其他机械性能,并便于加工(1分);工艺是:
加热到850℃左右保温,然后空冷。
(1分)
③.目的是为了获得轴颈部56~58HRC的硬度要求(1分);工艺是采用高频感应加热至830℃左右,然后迅速在水中冷却(1分)。
④.目的是降低淬火后工件的残余应力(1分);工艺是在170~200℃加热并保温(1分)。
4.轴颈部为回火马氏体(1分),其余地方为珠光体或索氏体(1分)。
八、(每小题2分,共8分)
答:
(1)珠光体:
冷却至A1线~650℃范围内等温或连续冷却下来得到珠光体组织。
索氏体:
冷却至650~600℃温度范围内等温或连续冷却下来得到索光体组织。
下贝氏体:
冷却至350℃~MS温度范围内等温冷却下来得到下贝氏体组织。
马氏体+少量残余奥氏体:
以大于获得马氏体组织的最小冷却速度连续冷却获得马氏体+少量残余奥氏体。
南京航空航天大学
共5页第1页
一、名词解释:
(每小题2分,共10分)
1.相
2.加工硬化
3.调质
4.马氏体
5.同素异晶性
二、填空题:
(每空0.5分,共20分)
1.按结合键的性质,工程材料通常分为___、___、___、___等四类。
2.金属材料的晶体结构有___、___、密排六方三种。
3.晶体中的缺陷按尺寸的大小分为___、___、___三种缺陷,位错属于___缺陷。
4.固溶体按溶质原子的位置分为___和___两种。
5.珠光体是___反应的产物,它是___体和___体的机械混合物。
6.45钢的含碳量是___,T10A钢的含碳量是___。
二OO六~二OO七学年第1学期《工程材料学》考试试题
考试日期:
2006年11月11日试卷代号B
考试班级学号姓名成绩
共5页第2页
7.塑性变形后的金属加热时,随温度的升高将依次发生___、___和___现象。
8.α-Fe是___晶体结构,其晶胞原子数为___;Cu是___晶体结构,其晶胞原子数为___;
9、除Co以外,合金元素的加入,均使钢的C曲线___,临界冷却速度___,钢的淬透性___,所以35CrMo钢比35钢的淬透性___。
10、钢的常见表面热处理方法有___、___和___。
11.在Fe-C合金中,γ→α+Fe3C是___转变,而L→γ+Fe3C是___转变。
12.钢的回火分为___、___、___三种类型,其主要产物分别是___、___、 ____。
13.单晶体塑性变形的基本方式为___和孪晶。
三、判断题:
(在题后括号内将正确的划√,错误的划×。
每小题1分,共10分)
1.洛氏硬度的表示符号为HB。
()
2.45钢在淬火后出现屈氏体组织是由于加热温度不够高造成的。
()
3.铸铁不能进行热处理。
()
4.过冷是纯金属凝固的必要条件。
()
5.锡在室温下变形属于冷加工(锡熔点为232℃)。
()
6.杠杆定律只适用于两相区。
()
7.室温下,金属的晶粒越细小,其强度硬度越高,而塑性与韧性越差。
()
8.弹簧钢通常采用调质处理工艺以提高其性能。
()
9.以铝、镁、钛为基的合金称为轻合金。
()
10.不锈钢1Cr18Ni9Ti中Ti的作用是避免晶间腐蚀()
共5页第3页
四、简答题(每小题5分,共20分)
1.在立方晶格中,画图表示出以下晶面和晶向(5分)
(110)、(010)、[111]、[110]、[100]
2.为什么比较重要的大截面的结构零件如重型运输机械和矿山机器的轴类,大型发电机转子等都必须用合金钢制造?
与碳钢比较,合金钢有何优点?
共5页第4页
3.现有低碳钢和中碳钢齿轮各一批,为了使表面具有高硬度和好的耐磨性,应各怎样热处理?
4.用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件进入热处理炉,并随工件一起加热到1000℃保温,当出炉后再次吊装工件时,钢丝绳发生断裂,试分析其原因。
五、计算、论述题(14分)
1.画出40、T8、T12钢的室温平衡组织示意图,并标出相应的组织组成物(6分)
2.指出T8(共析钢)从高温液态平衡冷却到室温要经过哪些转变?
(2分)
3.根据杠杆定律分别计算40钢在室温下的组织组成物与相组成物的相对百分含量。
(6分)
共5页第5页
六、论述题(10分)
1.T8钢经淬火后得到什么组织?
经退火后得到什么组织?
(4分)
2.T8钢淬火后分别在200℃、400℃、600℃回火又得到什么组织?
(6分)
七、要制造齿轮、连杆、弹簧、冷冲压模具、滚动轴承、车刀、锉刀、机床床身等零件,试从下列牌号中分别选出合适的材料并叙述所选材料的名称、最终热处理方法和零件制成后的最终组织。
(16分)
T10,65Mn,HT300,W18Cr4V,GCr15Mo,40Cr,20CrMnTi,Cr12MoV
南京航空航天大学
共4页第1页
一、名词解释:
(每小题2分,共10分)
1.相:
是指金属或合金中成分、结构和性能相同,并与其它部分有界面分开的均匀组成部分
2.加工硬化:
在材料冷加工过程中,晶粒破碎,位错密度增加,使强度和硬度提高,塑性和韧性下降的现象。
3.调质:
淬火加高温回火的热处理工艺
4.马氏体:
碳在α-Fe中的过饱和固溶体。
5.同素异晶性:
同一元素或同一成分合金在不同温度下具有不同的晶体结构。
二、填空题:
(每空0.5分,共20分)
1.金属材料,无机非金属材料(或陶瓷材料),有机非金属材料(或高分子材料),复合材料。
2.体心立方,面心立方
3.点缺陷、线缺陷、面缺陷,线缺陷
4.间隙固溶体,置换固溶体
5.共析反应,铁素体,渗碳体
6.0.45%,1.0%
7.回复,再结晶,晶粒长大
二OO六~二OO七学年第1学期
课程名称:
《工程材料学》参考答案及评分标准
命题教师:
张平则试卷代号:
B
考试班级学号姓名成绩
共4页第2页
8.体心立方,2,面心立方,4
9.右移,降低,提高,高
10.感应加热表面淬火,火焰加热表面淬火,化学热处理
11.共析,共晶
12.低温回火,中温回火,高温回火,回火马氏体,回火托氏体,回火索氏体
13.滑移
三、判断题:
(每小题1分,共10分)
1.×,2.×,3.×,4.√,5×.,6.√,7.√,8.×,9.√,10.√。
四、简答题(每小题5分,共20分)
1.
2.2.碳钢制成的零件尺寸不能太大,否则淬不透,出现内外性能不均,对于一些比较重要的大截面的结构零件如重型运输机械和矿山机器的轴类,大型发电机转子等都必须用合金钢制造。
(1)如上所述合金钢的淬透性高
(2)合金钢回火抗力高
(3)合金钢能满足一些特殊性能的要求:
如耐热性、耐腐蚀性、耐低温性等。
共4页第3页
3.低碳钢:
渗碳+淬火+低温回火
中碳钢:
调质+表面淬火+低温回火
4.冷拉钢丝绳是利用加工硬化效应提高其强度的,在这种状态下的钢丝中晶体缺陷密度增大,强度增加,处于加工硬化状态。
在1000℃时保温,钢丝将发生回复、再结晶和晶粒长大过程,组织和结构恢复到软化状态。
在这一系列变化中,冷拉钢丝的加工硬化效果将消失,强度下降,在再次起吊时,钢丝将被拉长,发生塑性变形,横截面积减小,强度将比保温前低,所以发生断裂。
五、(14分)
1.(6分)
2.T8钢:
L—>γ,匀晶转变;γ—>α+Fe3C,共析转变,室温组织为P。
(2分)
3.40钢的室温组织为P+F,室温下铁素体的含碳量可计为0%,而珠光体的含碳量为0.77%,因此:
根据杠杆定律:
P含量=0.4/0.77=52%,F含量=48%(3分)
40钢的室温下相为Fe3C+F,室温下铁素体的含碳量可计为0%,而Fe3C的含碳量为6.69%,因此:
Fe3C含量=0.4/6.69=6%,F含量=94%(3分)
共4页第4页
六、(10分)
1.淬火后组织为马氏体;(2分)
退火后组织为珠光体。
(2分)
2.200℃回火后为回火马氏体;(2分)
400℃回火后为回火托氏体;(2分)
600℃回火后为回火索氏体。
(2分)
七、(16分)
齿轮:
20CrMnTi渗碳钢;渗碳+淬火+低温回火;组织为回火马氏体。
(2分)
连杆:
40Cr调质钢;调质处理(淬火+高温回火);组织为回火索氏体。
(2分)
弹簧:
65Mn弹簧钢;淬火+中温回火;组织为回火托氏体。
(2分)
冷冲压模具:
Cr12MoV冷变形模具钢;淬火+低温回火;组织为回火马氏体。
(2分)
滚动轴承:
GCr15Mo轴承钢;球化退火+淬火+低温回火;组织为回火马氏体。
(2分)
车刀:
W18Cr4V高速钢;淬火+560℃三次回火;组织为回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体。
(2分)
锉刀:
T10碳素工具钢;淬火+低温回火;组织为回火马氏体+碳化物。
(2分)
机床床身:
HT300灰口铁;退火处理。
(2分)
《工程材料学》
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