复习材料 工程材料学学期期末考试试题及详解答案

工程材料学学期期末考试试题(A)及详解答案

共6 页第1 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

( )

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)011(、)111(晶面和]011[、]111[晶向。并指出在室温下对纯铁

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)011(晶面的11[滑移。

共 6 页 第 6 页

南 京 航 空 航 天 大 学 共 5 页 第 1 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+Fe 3C F=(6.69-0.154)/6.69=97.7% Fe 3C=1-F=2.3%

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。 解：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）。

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.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） 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℃～M S 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。

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

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)011(、)111(晶面和]011[、]111[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？

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

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，α+β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]1

011

)

1[晶向滑移。（1分，可不答理由）。晶面、晶向标注各1分。

1

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600 oC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。（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A C3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%

南 京 航 空 航 天 大 学

共 5 页 第 1 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℃～M S 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。

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

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．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。

表面淬火：：指在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下，利用快速加热将表面奥氏休化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。

二、判断题

1. （）合金的基本相包括固溶体、金属化合物和这两者的机械混合物。

错。根据结构特点不同，可将合金中相公为固溶体和金属化合物两类。

2. （）实际金属是由许多位向不同的小晶粒组成的。

对。

3. （）为调整硬度，便于机械加工，低碳钢，中碳钢和低碳合金钢在锻造

后都应采用正火处理。

对。对于低、中碳的亚共析钢而言，正火与退火的目的相同；即调整硬度，便于切削加工，细化晶粒，提高力学性能，为淬火作组织准备，消除残作内应力，防止在后续加热或热处理中发生开裂或形变。对于过共析钢而言，正火是为了消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。对于普通话结构钢而言，正火可增加珠光体量并细化晶粒，提高强度、

硬度和韧性，作为最终热处理。

4.（）在钢中加入多种合金元素比加入少量单一元素效果要好些，因而合金钢将向合金

元素少量多元化方向发展。

对。不同的元素对于钢有不同的效果。

5. （）不论含碳量高低，马氏体的硬度都很高，脆性都很大。

错。马氏体的硬度主要取决于其含碳量，含碳增加，其硬度也随之提高。合金元素对马氏体的硬度影响不大，马氏体强化的主要原因是过饱和引起的固溶体强化。

6．（）40Cr钢的淬透性与淬硬性都比T10钢要高。

错。C曲线越靠右，含碳量越低，淬透性越好。40Cr为含碳量为0.4%，含Cr量为1.5%左右的调质钢。T10为含碳量为1%左右的碳素工具钢。但是淬火后45钢香到马氏体，T10钢得到马氏体加少量残余奥氏体，硬度比45钢高。

7．（）马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，由奥氏体直接转变而来的，因此马氏

体与转变前的奥氏体含碳量相同。

对。当奥氏体过冷到Ms以下时，将转变为马氏体类型组织。但是马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留在马氏休中。马氏体转变的特点是高速长大、不扩散、共格切变性、降温

形成、转变不完全。

8．（）铸铁中的可锻铸铁是可以在高温下进行锻造的。

错。所有的铸铁都不可以进行锻造。