工程材料期末考试复习题集.docx
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工程材料期末考试复习题集
第二章晶体结构与结晶
简答题
1、常见的金属晶格类型有哪几种?
它们的晶格常数和原子排列有什么特点?
2.为什么单晶体具有各向异性,而多晶体在一般情况下不显示各向异性?
3.在实际金属中存在哪几种晶体缺陷?
它们对金属的力学性能有何影响?
4.金属结晶的基本规律是什么?
工业生产中采用哪些措施细化晶粒?
举例说明。
第三章金属的塑性变形
简答题
7、多晶体的塑性变形与单晶体的塑性变形有何异同?
答:
相同——塑性变形方式都以滑移或孪晶进行;都是在切应力作用下产生塑性变形的。
不同点——在外力作用下,各晶粒因位向不同,受到的外力不一致,分切应力相差大,各晶粒不能同时开始变形,接近45℃软位向先滑移,且变形要受到周围临近晶粒制约相互要协调;晶粒之间的晶界也影响晶粒的塑性变形。
多晶体的塑性变形逐次逐批发生,由少数开始,最后到全部,从不均匀到均匀。
8.已知金属Pb、Fe、Cu的熔点分别为327℃、1534℃,1083℃、,试估算这些金属的再结晶温度范围?
在室温下的变形属于冷加工还是热加工?
9.说明产生下列现象的原因:
(1)滑移面和滑移方向是原子排列密度最大的晶面和晶向;
(2)晶界处滑移阻力最大;
(3)实际测得的晶体滑移所需的临界切应力比理论计算的数值小的多;
(4)Zn、α-Fe和Cu的塑性不同。
作业:
1.解释下列名词:
滑移、加工硬化
2.塑性变形的实质是什么?
它对金属的组织与性能有何影响?
3.何为塑性变形?
塑性变形的基本方式有那些?
4.为什么常温下晶粒越细小,不仅强度、硬度越高,而且塑性、韧性也越好?
第四章二元合金
1.解释下列名词:
合金、组元、相、相图、组织、固溶体、金属间化合物、晶内偏析。
2.指出下列名词的主要区别:
(1)置换固溶体与间隙固溶体
(2)间隙相与间隙固溶体
(3)相组成物与组织组成物
答:
相组成物:
指构成显微组织的基本相,它有确定的成分与结构,但没有形态的概念。
例:
α和β
组织组成物:
指在结晶过程中形成的,有清晰轮廓,在显微镜下能清楚区别开的组成部分。
例:
α、β、αⅡ、βⅡ、α+β。
(4)共晶反应与共析反应
3.为什么铸造合金常选用有共晶成分或接近共晶成分的合金?
用于压力加工的合金选用何种成分的合金为好?
答:
铸造性能:
取决于结晶的成分间隔与温度间隔,间隔越大,铸造性能越差。
压力加工性能好的合金通常是固溶体,应强度较低,塑性好,变形均匀不易开裂。
4.利用Pb-Sn相图,分析含wSn30%的合金在下列各温度时组织中有哪些相和组织组成物,并求出相和组织组成物的相对含量。
(1)高于300℃;
(2)刚冷到183℃,共晶转变尚未开始;
(3)在183℃,共晶转变完毕;
(4)冷至温室。
5.已知A组元的熔点为1000℃,B组元的熔点为700℃,wB=25%的合金在500℃结晶完毕,并由73.33%的先共晶相α相与26.67%的(α+β)共晶体所组成;wB=50%的合金也在500℃结晶完毕,但它是由40%的先共晶相α相与60%的(α+β)共晶体组成,而此时合金中的α相总量为50%。
试根据上述条件作出A-B合金概略的二元共晶相图。
五章、
铁碳合金室温平衡组织中基本组成物的力学性能
F
σb(MPa)
230
HBS
80
δ%
50
AK(J)
160
Fe3C
30
800
≈0
≈0
P
750
180
20~50
24~32
讨论:
一、F-Fe3C相图的分析总结:
1.F、A、P、Ld,性能和结构的比较;2.室温时,各成分对应的相、组织(画图);
3.相图与组织性能比较;4.GS、ES、PSK、ECF线的意义。
二、杠杆定律的应用(总结亚、过)
1、相组成物的计算:
①在727℃-△T(△T→0)(或共析转变后)时;②在室温时
2、组织组成物的计算:
①亚共析钢②过共析钢
三、分析结晶过程—几种方法?
1、亚共析钢2、过共析钢
四、计算性能值:
45钢得P+F,知P和F的σb、各占相对量,求合金的σb。
思考题:
⒈根据Fe—Fe3C相图说明产生下列现象的原因?
①.1.0%C的钢比0.5%C的钢硬度高;
②室温下,含0.8%C的钢其强度高;
③变态来氏体的塑性比珠光体的差;
④在1100℃,含0.4%C的钢能进行锻造,含4.0%C的生铁不能进行锻造;
⒉铁碳合金中,二次渗碳体的最大百分含量是多少?
⒊判断对错
①铁碳合金中,只有过共析钢的平衡组织中才有二次渗碳体?
②在Fe—Fe3C相图中,含碳大于2.11%的成分合金,在结晶过程中均会发生共晶反应?
③只有共析成分的铁碳合金才能发生共析反应?
铁碳合金发生共析反应的条件?
⒋对某退火碳钢进行金相分析,组织为P和Fe3C网,其中P占93%,问此钢含碳量大约
是多少?
并写出其钢号?
求合金的σb、HBS、δ?
作业:
3C相图,并用相组成和组织组成物填写相图各区。
3.分析碳含量为wc0.20%,0.77%和wc1.20%的碳钢的平衡结晶过程及室温平衡组织,并根据组织分析它们σb、HBS和δ的高低。
4.计算碳含量为wc0.20%的碳钢在室温时珠光体和铁素体的相对量。
5.某工厂仓库积压了许多碳钢(退火态),由于管理不善,钢材混杂,经金相分析后发现其中F占(体积)60%,P占40%,试计算确定该钢材的碳含量为多少?
并写出其钢号。
6.一块低碳钢,一块白口铁;它们的形状、大小一样,请说出有哪些简便方法可以把它们区分开来。
C相图,说明下列现象的原因:
(1)低碳钢具有较好的塑性,而高碳钢具有较好的耐磨性;
(2)钢中碳含量一般不超过1.35%;
(3)碳含量为0.45%的碳钢要加热到1200℃开始锻造,冷却到800℃停止锻造。
8.“高碳钢的质量比低碳钢好”,这种说法对吗?
碳钢质量的好坏主要按照什么标准确定?
为什么?
9.说明下列材料牌号的含义:
Q235A、Q275、20、45Mn、T8A、
ZG200-400。
(σs:
200,σb:
400;又称ZG15,0.15%C)
第六章:
重点掌握
1.钢在加热时组织转变的过程及影响因素;
2.本质晶粒度与实际晶粒度的含义,控制晶粒度大小的因素;
3.共析钢奥氏体等温冷却曲线中各条线的含义。
C曲线各种温度区域内奥氏体转变产物的组织形貌,性能特点。
4.共析钢连续、等温C典线的差别及影响C典线的因素;
5.各种热处理的定义、目的、组织转变过程,性能变化,用途和适用的钢种,零件的范围。
讨论:
一、工艺
1、在一批45钢制的螺栓中(要求头部淬硬到45-50HRC),混入少量20钢,若按45钢淬火处理,试问热处理后能否达到要求?
为什么?
2、将45钢和T12钢分别加热至700℃、770℃、830℃淬火,试问这些淬火温度是否正确?
为什么在770℃45钢淬火后的硬度远低于T12钢的硬度?
二、C曲线的应用
1、将共析钢加热到770℃,保温,问按图示①②③----线的冷却速度冷至室温,各获得何种组织?
对应工艺?
2、将共析钢加热到770℃,保温,问采用什么热处理工艺可得到下例组织P、S、T+M、B下、M+A,,在C曲线画出各热处理工艺的冷却曲线,注明热处理工艺名称和所得组织。
三、下例说法是否正确?
为什么?
1、过冷A的冷却速度大于Vk时,则冷却速度愈快,冷却后钢的硬度更高;
2、钢中合金元素越多,则淬火后硬度就越高;
3、同一钢材在相同加热条件下,水淬比油淬的淬透性好,小件比大件的淬透性好;
4、冷速越快,马氏体转变点Ms、Mf就愈低;
5、淬火钢回火后的性能主要取决于回火后的冷却速度
6、为了改善碳素工具钢切削加工性,应采取完全退火
四、有两个碳含量为1.2%C的碳钢试样,分别加热到780℃和860℃,并保温相同时间,使之达到平衡的状态(其平衡组织分别是A+Fe3C和A),然后以大于vk冷却速度冷至室温。
试问:
1、哪个温度加热淬火后马氏体晶粒粗大?
2、哪个温度加热淬火后马氏体碳含量较多?
3、哪个温度加热淬火后残留奥氏体较多?
4、哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少?
5、你认为哪个温度加热淬火合适?
为什么?
作业:
1.解释下列名词:
(1)奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度
(2)珠光体、索氏体、屈氏体、马氏体;
(3)奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体;
(4)退火、正火、淬火、回火;
(5)淬火临界冷却速度(vk)、淬透性、淬硬性;
(6)调质处理。
2.何谓本质细晶粒钢?
本质细晶粒钢的奥氏体晶粒是否一定比本质粗晶粒钢的细?
3.说明共析碳钢C曲线各个区、各条线的物理意义,并指出影响C曲线形状和位置的主要因素。
4.vk值大小受哪些因素影响?
它与钢的淬透性有何关系?
φ5mm的共析碳钢加热至760,保温足够时间,问采用什么热处理工艺可得到如下组织:
P、S、T+M、B下、M+A’,在C曲线上画出各热处理工艺的冷却曲线,注明热处理工艺名称和所得组织。
6.确定下列钢件的退火方法,并指出退火的目的及退火后的组织:
(1)经冷轧后的15钢钢板,要求降低硬度;
(2)锻造过热的60钢锻坯;
(3)具有片状渗碳体的T12钢坯。
7.为什么淬火后的钢一般都要进行回火处理?
按回火温度不同,回火可分为哪几种?
指出各种回火后得到的组织、性能及应用范围。
第七章合金钢(金属材料)
1、碳钢有哪些不足?
合金元素在钢中有哪些作用?
2、说明下列钢的类别、含义和典型应用?
Q235-A.F、20、45、60Mn、T8MnA、T10A、T13。
3、合金渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚珠轴承钢、刃具钢的成分特点、性能要求、典型牌号和用途?
4、不锈钢抗腐蚀的途径?
5、不锈钢和耐磨钢种类、典型牌号和用途?
6、说明下列钢的类别,使用状态组织、性能特点、用途及做何热处理?
38CrMoAl、20CrMnTi、60Si2Mn、GCr15、CrWMn、W18Cr4V、Cr12MoV、5CrMnMo、4Cr13、1Cr18Ni9Ti、ZGMn13、40Cr、9SiCr、40CrNiMo。
7.根据高速钢的热处理特点,说明合金元素对高速钢性能的影响。
八、
1.铸铁分为哪几类?
其最基本区别是什么?
2.在铸铁石墨化过程中,如果第一阶段、第二阶段都完全石墨化,第三阶段或完全石墨化,或未石墨化,或部分石墨化,问它们各得到什么组织?
3.可锻铸铁可以锻造吗?
4.铸铁组织与性能特点?
九、
1.解释下列名词:
固溶处理,时效强化。
2.铝合金可通过哪些途径达到强化的目的?
3.铝合金的强化热处理原理和工艺操作与钢的强化热处理原理和工艺操作有什么异同?
4.何谓硅铝明?
它属于哪一类铝合金?
为什么硅铝明具有良好的铸造性能?
变质处理前后其组织和性能有何变化?
这类铝合金主要用处何在?
5.轴承合金必须具有什么特性?
其组织有什么要求?
举例说明常用巴氏合金的化学成分、性能和用途。
一
二
三
四
五
六
总分
一、填空题(每空1分,共20分)
抗拉强度和屈服强度两种强度指标。
2.若退火亚共析钢试样中先共析铁素体占41.6%,珠光体58.4%,则此钢的含碳量为约0.46%。
屈服强度与,抗拉强度之比。
4.一般工程结构用金属是多晶体,在各个方向上的性能相同,这就是实际金属的各向同性现象。
5.实际金属存在点缺陷、线缺陷和面缺陷三种缺陷。
实际晶体的强度比理想晶体的强度低(高,低)得多。
6.根据组成合金的各组元之间的相互作用不同,合金的结构可分为两大类:
固溶体和金属化合物。
固溶体的晶格结构同溶剂,其强度硬度比纯金属的高。
7.共析钢加热至Ac1时将发生珠光体向奥氏体的转变,其形成过程包括四个阶段。
8.把两个45钢的退火态小试样分别加热到Ac1~Ac3之间和Ac3以上温度水冷淬火,所得到的组织前者为马氏体+铁素体+残余奥氏体,后者为马氏体+残余奥氏体。
二、判断改错题(对打√,错打“×”并改错,每小题1分,共10分)
()1.随奥氏体中碳含量的增高,马氏体转变后,其中片状马氏体减少,板条状马氏体增多。
(×,片状马氏体增多,板条马氏体减少)
()2.回火屈氏体、回火索氏体和过冷奥氏体分解时形成的屈氏体、索氏体,只是形成过程不同,但组织形态和性能则是相同的。
(×,组织形态和性能也不同)
()3.退火工件常用HRC标出其硬度,淬火工件常用HBS标出其硬度。
(×,退火工件硬度用HBS标出,淬火工件硬度用HRC标出;)
(α-Fe中所形成的过饱和固溶体;当发生奥氏体向马氏体的转变时,体积发生膨胀。
√;
()5.表面淬火既能改变工件表面的化学成分,也能改善其心部组织与性能。
(5.×,表面淬火只能改变工件表面的组织与性能。
)
(√;)6.化学热处理既能改变工件表面的化学成分,也能改善其心部组织与性能。
(√)7.高碳钢淬火时,将获得高硬度的马氏体,但由于奥氏体向马氏体转变的终止温度在0℃以下,故钢淬火后的组织中保留有少量的残余奥氏体。
()8.为了消除加工硬化便于进一步加工,常对冷加工后的金属进行完全退火。
×,进行再结晶退火;
()9.片状珠光体的机械性能主要决定于珠光体的含碳量。
×,取决于珠光体的片间距;
()10.由于钢回火的加热温度在A1以下,所以淬火钢在回火时没有组织变化。
×,尽管钢回火的加热温度在A1以下,但是淬火钢在回火时仍有组织变化。
三、选择题(每小题1分,共10分)
1.钢在淬火后所得的组织是(A)
A.淬火马氏体B.回火索氏体
C.回火屈氏体D.索氏体
2.在淬火钢中,当含碳量增加到0.6%以后,随含碳量的增加,硬度增加缓慢,这是因为(A)
A.随含碳量的增加,残余奥氏体的量增多
B.随含碳量的增加,片状马氏体的量增多
C.随含碳量的增加,淬火内应力增大
D.随含碳量的增加,非马氏体的量减少
3.若钢中加入的合金元素能使C曲线左移,则将使钢的淬透性(B)
A.提高B.降低C.不改变D.对小试样堤高,对大试样则降低
4.下列钢铁材料中切削性能较好的是(B)
12A钢
5.钢锭中的疏松可以能过下面哪种方法改善(B)
A.完全退火B.足够变形量的锻轧C.扩散退火D.正火
6.正火T8钢与完全退火T8钢相比(B)
A.前者珠光体更细密,故强度要低些
B.前者珠光体更细密,故强度要高些
C.前者珠光体更粗大,故强度要低些
D.前者珠光体更粗大,故强度要高些
7.退火亚共析钢,随含碳量的增加(B)
A.HBS、σb值减小,δ、aK值增加B.HBS、σb值增加,δ、aK值减小
C.HBS、σb值增加,δ、aK值增加D.HBS、σb值减小,δ、aK值减小
8.碳含量为Wc=4.3%的铁碳合金具有良好的(D)
A.可锻性B.切削加工性能C.可焊性D.铸造性能
9.建筑用钢筋宜选用(C)
A.高碳钢B.中碳钢C.低碳钢
10.下述退火态钢中强度最高的是(D)
8钢
四、简答题(30分)
1.某厂仓库有20钢、45钢、T12钢和白口铸铁,大小和形状都一样,根据所学知识,可用哪些简单方法把它们迅速区分开?
请说明理由。
(5分)
答:
方法一:
硬度测试。
硬度值大小顺序是:
白口铸铁>T12钢>45钢>20钢。
因为铁碳合金的硬度随含碳量的增加而升高;四种铁碳合金的含碳量是:
白口铸铁(大于2.11%C)>T12钢(1.2%C)>45钢(0.45%)>20钢(0.2%C)。
方法二:
分别制备四种材料的金相试样,在金相显微镜上进行显微组织观察。
亚共析钢组织为(F+P),且亚共析钢中随含碳量增加铁素体减少,珠光体增多;过共析钢组织为(P+Fe3CⅡ),且当Wc>0.9%时,Fe3CⅡ沿晶界呈网状分布;白口铸铁的组织中有莱氏体。
所以,组织为(F+P)而铁素体少的为20钢、珠光体多的为45钢;组织中有Fe3CⅡ沿晶界呈网状分布的T12钢,有莱氏体组织存在的是白口铸铁。
2.60钢经正常淬火后得到什么组织?
经退火后得到什么组织?
60钢淬火后分别在200℃、400℃、600℃回火又得到什么组织?
(5分)
答:
60钢淬火后组织为马氏体;(1分)
退火组织为珠光体+铁素体;(1分)
200℃回火后组织为回火马氏体;(1分)
400℃回火后为回火屈氏体;(1分)
600℃回火后为回火索氏体。
(1分)
3.简述铸铁不同阶段石墨化程度与其最终组织的关系。
(10分)
4.指出下列牌号材料的类别和成分(或数字含义)(10分)
牌号
类别
成分或数字含义
Q235A
Q345
20Cr
HT200
T10A
W6Mo5Cr4V2
GCr15SiMn
5CrMnMo
Cr12MoV
1Cr18Ni9Ti
牌号
类别
成分或数字含义
Q235A
A级碳素结构钢
235表示钢的屈服点值为235MPa
Q345
低合金高强度结构钢
345表示钢的屈服点值为345MPa
20Cr
渗碳钢
Wc=0.2%,Cr<1.5%
HT200
灰铸铁
200表示灰铸铁抗拉强度为200MPa
T10A
高级优质碳素工具钢
Wc=0.1%
W6Mo5Cr4V2
高速钢
W=6%,Mo=5%,Cr=4%,V=2%
GCr15SiMn
滚动轴承钢
Cr=1.5%,Si、Mn<1.5%,
5CrMnMo
热作模具钢
Wc=0.5%,Cr、Mn、Mo<1.5%
Cr12MoV
冷作模具钢
Wc>1.0%,Cr=12%,Mo、V<1.5%
1Cr18Ni9Ti
奥氏体不锈钢
Wc=0.1%,Cr=18%,Ni=8%,Ti<1.5%
五、综合分析题(10分)
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。
答:
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。
六、铁碳相图(20分)
1.默画出铁碳相图,并标注出共晶和共析成分点,以及A1、A3线和Acm线的位置;
2.40钢、60钢、T12钢的室温平衡组织是什么?
它们从高温液态平衡冷却到室温要经过哪些转变?
3.画出纯铁、40钢、T12钢的室温平衡组织,并标注其中的组织。
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