金属材料及热处理.docx

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金属材料及热处理

本次作业是本门课程本学期的第3次作业，注释如下：

一、单项选择题（只有一个选项正确，共15道小题）

1.将钢加热到临界温度以上或其它一定温度，保温一定时问，然后缓慢地冷却到室温，这一热处理工艺称为（）。

?

?

（D）?

退火

2.对形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时，应选用（）。

?

?

（A）?

高淬透性钢

3.贝氏体是钢经（）处理后获得的组织。

?

?

（A）?

等温淬火

4.钢的回火处理是在（　）。

?

?

（C）?

淬火后进行

5.零件渗碳后，一般需经过（）才能达到表面硬度高而且耐磨的目的。

?

?

（A）?

低温回火

6.钢经表面淬火后，将获得（）。

?

?

（D）?

一定深度的马氏体

7.淬硬性好的钢必须具备（）。

?

?

（B）?

高的含碳量

8.完全退火主要适用于（）。

?

?

（A）?

亚共析钢

9.（）主要用于各种弹簧淬火后的处理。

?

?

（B）?

中温回火

10.T10在锻后缓冷，随即又采用正火处理的目的是（）。

?

?

（B）?

碎化网状的二次渗碳体，为球化退火作组织准备

11.扩散退火的主要目的是（）。

?

?

（A）?

消除和改善晶内偏析

12.若合金元素能使过冷奥氏体冷却C曲线右移，钢的淬透性将（　）。

?

?

（B）?

提高

13.机械制造中，T10钢常用来制造（）。

?

?

（B）?

刀具

14.合金渗碳钢中的（）合金元素可起到细化晶粒的作用。

?

?

（B）?

Ti

15.（）热轧空冷即可使用。

?

?

（D）?

低合金高强度钢

二、判断题（判断正误，共10道小题）

16.?

珠光体是由铁素体和渗碳体组成的。

（）

正确答案：

说法正确

17.?

亚共析钢室温下的平衡组织是铁素体和珠光体。

（）

正确答案：

说法正确

18.?

亚共析钢室温下的平衡组织是铁素体和珠光体。

（）

正确答案：

说法正确

19.?

过共析钢室温下的平衡组织是奥氏体和一次渗碳体。

（）

正确答案：

说法错误

20.?

白口铸铁很硬但几乎无塑性。

（）

正确答案：

说法正确

21.?

室温平衡状态的铁碳二元合金都是由F、Fe3C两个基本相组成，含碳量不同，只是这两个相的数量、形态和分布不同而已。

（）

正确答案：

说法正确

22.?

钢的热处理后的最终性能，主要取决于该钢的化学成分。

（）

正确答案：

说法错误

23.?

碳钢在室温下的相组成物是铁素体和渗碳体。

（）

正确答案：

说法正确

24.?

钢的热处理是通过加热，保温和冷却，以改变钢的形状，尺寸，从而改善钢的性能的一种工艺方法。

正确答案：

说法错误

25.?

调质钢经淬火和高温回火后的组织是回火索氏体。

（）

正确答案：

说法正确

三、主观题（共20道小题）

26.?

试述石墨形态对铸铁性能的影响，与钢相比铸铁有哪些优缺点？

参考答案：

答：

常用铸铁的组织是由钢的基体组织与石墨组成，由于石墨的强度和韧性极低，石墨相当于钢基体上的裂纹或空洞，减少基体有效截面积，割裂基体并引起应力集中。

常用铸铁中的石墨形态可分为，片状石墨、球状石墨、蠕虫状石墨和团絮状石墨，分别对应于灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁。

其中由于片状石墨引起严重应力集中，灰口铸铁的塑性和韧性低、强度不高（经变质处理后，石墨片细化，强度可提高）；而球状石墨的作用最轻，引起的应力集中最小，球墨铸铁不仅强度提高，塑性和韧性也获得改善；团絮状和蠕虫状石墨形态介于片状和球状石墨之间，其性能（强度、塑性和韧性）也介于灰口铸铁和球墨铸铁之间。

与钢相比铸铁有良好的吸振性能，良好的耐磨减摩性能，良好的易切削性，较低的缺口敏感性。

27.?

试辨析以下金属材料牌号Q215、08F、T10、ZG25、KT300-06、QT400-18、20Cr、GCr15、60Si2Mn、5CrMnMo、1Cr18Ni9Ti：

（1）说明材料的类别；

（2）说明牌号中下划线部分的意义。

参考答案：

答：

Q215：

普通碳素结构钢，215——屈服强度

08F：

优质碳素结构钢，F——沸腾钢

T10：

碳素工具钢，10——含碳量1.0%

ZG25：

25号铸钢，ZG——铸钢

KT300-06：

可锻铸铁，KT——可锻铸铁

QT400-18：

球墨铸铁，400——最低抗拉强度

20Cr：

合金渗碳钢，20——含碳量0.2%

GCr15：

滚珠轴承钢，15——Cr含量中间值1.5%

60Si2Mn：

合金弹簧钢，60——含碳量中间值0.6%

5CrMnMo：

合金模具钢，5——含碳量中间值0.5%

1Cr18Ni9Ti：

奥氏体不锈钢，1——含碳量中间值0.1%

28.?

LF21、LY10、LY12、LC4、LD5、ZL105各属于何种铝合金？

分析它们的性能特点，强化方法及用途（请各举一例）。

参考答案：

答：

类别

性能特点

强化方法

用途（一例）

LF21

大类：

变形铝合金

小类：

防锈铝合金

强度低、塑性好、易于压力加工，具有良好的抗腐蚀性能和焊接性能

形变强化

（不可热处理）

制造承受低载荷的深拉伸零件、焊接件和在腐蚀介质中工作的零件，如航空油箱、油管、冷冲压件、铆钉及受力小的零件。

LY10，LY12

大类：

变形铝合金

小类：

硬铝合金

强度和耐热性能均好，但耐蚀性不如纯铝和防锈铝合金。

常用包铝方法提高硬铝制品在海洋和潮湿大气中的耐蚀性。

热处理强化

该类合金广泛应用于各种构件和铆钉材料。

LY10铆钉用合金，有较高的剪切强度，铆接过程不受热处理时间的限制，但耐腐性不好。

LY12（高强度硬铝）主要用于飞机结构、铆钉、导弹构件、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他结构件，

LC4

大类：

变形铝合金

小类：

超硬铝合金

强度最高的铝合金，比强度更高，缺点是抗蚀性差，抗应力腐蚀性差。

热处理强化

用於制造承力构件和高载荷零件。

用于制作飞机的蒙皮、螺钉、承力构件、大梁桁条、隔框和翼肋等。

LD5

大类：

变形铝合金

小类：

锻铝合金

具有良好的热塑性及耐蚀性。

淬火时效后均可提高强度。

热处理强化

用於制造形状复杂和中等强度的锻件和冲压件等，主要用于飞机结构件上。

ZL105

大类：

铸造铝合金

小类：

Al-Si合金

具有良好的铸造性能，适于铸造，但不适于压力加工。

足够的强度，而且密度小。

热处理强化

用得最广的铸造铝合金，一般用于制作质轻、耐蚀、形状复杂及有一定机械性能的零件。

29.?

铝合金淬火和时效的目的是什么？

参考答案：

答：

铝合金淬火（固溶处理——加热后快速冷却）的目的是为了获得过饱和的固溶体

时效（经长时间室温停留或加热至100-200℃一定时间保温）后，在母相固溶体的一定晶面上出现一个原子层厚度的铜或其它原子的偏聚区，偏聚区边缘发生晶格畸变，阻碍位错运动，因而目的是为了提高合金的强度、硬度。

30.?

轴承合金的组织有什么特点？

为什么？

参考答案：

答：

轴承合金的组织是在软基体（硬基体）上分布着硬质点（软质点），软基体（软质点）被磨损而凹陷，保持润滑油；硬质点（硬基体）耐磨而相对凸起，支持轴的压力并使轴与轴瓦接触面积减小；从而使轴与轴瓦接触面积减小保证近乎理想的摩擦条件和极低的摩擦系数。

31.?

试依据轴类零件的工作条件和失效形式，分析该类零件主要要求哪些性能

参考答案：

答：

工作条件（传动）?

失效形式?

性能要求?

交变扭转、

旋转弯曲应力?

疲劳断裂?

较高疲劳抗力

轴颈摩擦?

磨损?

轴颈耐磨性

冲击?

过载或冲击断裂?

较高强度与较好韧、塑性配合

32.?

试说明哪些钢材适用于轴类零件的选材要求，并指出其热处理工艺

参考答案：

速度

载荷

冲击

磨损?

大?

钢种类别?

热处理工艺?

中碳钢?

调质处理（淬火+高温回火）+表面淬火+低温回火?

合金调质钢?

调质处理（淬火+高温回火）+表面淬火+低温回火

合金渗碳钢?

渗碳+淬火+低温回火?

33.?

试依据齿轮类零件的工作条件和失效形式，分析该类零件主要要求哪些性能。

参考答案：

答：

工作条件?

失效形式?

性能要求?

齿根交变弯曲应力?

疲劳断裂?

高弯曲疲劳强度?

齿面接触压应力、

滑动摩擦?

表面损伤?

高接触疲劳强度和耐磨性?

轮齿冲击、应力?

过载变形、断裂?

较高强度及冲击韧性?

34.?

试说明哪些钢材适用于齿轮类零件的选材要求，并指出其热处理工艺。

参考答案：

速度、载荷、

冲击

大

钢种类别?

热处理工艺?

中碳钢?

调质处理（淬火+高温回火）+表面淬火+低温回火?

合金调质钢?

调质处理（淬火+高温回火）+表面淬火+低温回火?

合金渗碳钢?

渗碳+淬火+低温回火?

35.?

已知某内燃机主动牵引齿轮由20CrMnTi制造，请

（1）设计热处理工艺路线，

（2）分析使用态组织。

参考答案：

答：

1）900--950℃渗碳→820～850℃油淬→180--200℃低温回火

2）使用态组织：

心部——M’（低碳）；表面——M’（高碳）+A’+K

36.?

已知某小轿车半轴由40Cr制造，请设计热处理工艺路线并指出最终热处理工序的作用。

参考答案：

答：

热处理工艺路线：

正火——调质处理（淬火+高温回火）——（轴颈）表面淬火+低温回火

最终热处理工序的作用：

调质处理——获得具有良好综合机械性能的S'组织；（轴颈）表面淬火+低温回火——轴颈表面获得M以提高耐磨损性。

37.?

请在45、65、T8钢中为某机床主轴选材，并

（1）设计最终热处理工序并说明其作用，

（2）指出使用态组织。

参考答案：

答：

选材——45

最终热处理工序：

调质处理（淬火+高温回火）——（轴颈）表面淬火+低温回火

最终热处理工序的作用：

调质处理——获得具有良好综合机械性能的S'组织；（轴颈）表面淬火+低温回火——轴颈表面获得M'以提高耐磨损性。

使用态组织：

S'+表面M'

38.?

在20Cr、9SiCr、GCr15中选择一种钢材制作汽车变速箱齿轮（高速中载受冲击），并写出热处理工艺路线，说明各热处理工序的作用。

参考答案：

答：

选择——20Cr

工艺路线：

900--950℃渗碳→820～850℃油淬→180--200℃低温回火

各热处理工序的作用：

渗碳——表面高碳而心部维持低碳成分；淬火+低温回火——心部形成低碳M’具有较好强韧性；表面形成M’（高碳）+A’+K具有高硬度、耐磨损。

39.?

结构材料：

参考答案：

以力学性能为主要性能要求的工程材料。

40.?

功能材料：

参考答案：

以物理、化学性能为主要性能要求的工程材料。

41.?

刚度：

参考答案：

材料在受力时，抵抗弹性变形的能力。

42.?

屈服强度：

参考答案：

材料开始明显塑性变形的抗力；条件屈服强度：

以产生一定的微量塑性变形的极限应力值来表示的屈服抗力。

43.?

抗拉强度：

参考答案：

材料抵抗外力而不致断裂的极限应力值。

44.?

疲劳极限：

参考答案：

材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。

条件疲劳极限：

经受一定应力循环（如107）而不致断裂的最大应力值。

45.?

塑性：

参考答案：

材料在载荷作用下产生永久变形而不破坏的能力，用延伸率和断面收缩率表征。

（注：

可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!

）