工程材料试题(含答案)

1．F和A分别是碳在α-Fe、γ-Fe中所形成的间隙固溶体。

2．液态金属结晶时常用的细化晶粒的方法有增加过冷度、
加变质剂、增加液体的流动。

3.加热是钢进行热处理的第一步，其目的是使钢获得奥氏体组织。

4．在Fe-Fe3C相图中，钢与铸铁分界点的含碳量为 2.11% 。

5．完全退火主要用于亚共析钢，其加热温度为： Ac3 +（30～50）℃。

6．1Cr18Ni9Ti是不锈钢，其碳的质量分数是 0.1% 。

7. QT600-03中的“600”的含义是：σb≥600MPa 。

8．T8MnA是碳素工具钢，其中“A”的含义是高级优质。

9．40Cr是合金结构钢，其Cr的主要作用是提高淬透性、强化铁素体。

10．调质件应选中碳成分的钢，渗碳件应选低碳成分的钢。

11．化学热处理的基本过程包括：化学介质分解出渗入元素的活性原子，活性原子被工件表面吸附，原子由表层向内扩散形成渗层。

12．按冷却方式的不同，淬火可分为单介质淬火、双介质淬火、等温淬火、分级淬火等。

13．60钢（Ac1≈727℃，Ac3≈766℃）退火小试样经700 ℃、740 ℃、800 ℃加热保温，并在水中冷却得到的组织分别是：P+F ，F+M+Ar ，M+Ar 。

14．金属的冷加工与热加工是按再结晶温度来划分的。

15．制造形状简单、小型、耐磨性要求较高的热固性塑料模具应选用 T10 钢，而制造形状复杂的大、中型精密塑料模具应选用 3Cr2Mo 钢。

（请从45、
T10、3Cr2Mo、Q235A中选择）
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
√××√×√√××√
1．碳钢在室温下的相组成物是铁素体和渗碳体。

2．铁碳合金平衡结晶时，只有成分为 0.77%的共析钢才能发生共析反应。

3．在1100℃，含碳0.4%的钢不能进行锻造，含碳 4.0%的铸铁能进行锻造。

4．细晶强化能同时提高钢的强度和韧性。

5．碳的质量分数对碳钢力学性能的影响是：随着钢中碳的质量分数的增加，硬度、强度增加，塑性、韧性也随着增加。

6．固溶强化是指因形成固溶体而引起的合金强度、硬度升高的现象。

7．淬火临界冷却速度是钢抑制非马氏体转变的最小冷却速度。

8．可锻铸铁具有一定的塑性，可以进行锻造加工。

9．高速钢铸造后需要反复锻造是因为硬度高不易成形。

10．同一钢种，在相同的加热条件下，水冷比油冷的淬透性好，小件比大件的淬透性好。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
a b b a c c b b c a a c a b a 1．金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力叫：
a. 强度
b. 硬度
c. 塑性
2．晶体中的位错是一种：
a. 点缺陷
b. 线缺陷
c. 面缺陷
3．实际金属结晶时，形核和晶体长大的方式主要是：
a. 平面长大
b. 树枝状长大
c. 两者都不对
4．在铁碳合金平衡组织中，塑性最好的是：
a. F
b. A
c. P
5．加工硬化使金属：
a. 强度降低、塑性升高
b. 强度增大、塑性升高
c. 强度增大、塑性降低
6．下列钢淬透性高低排列顺序正确的是：
a.T8＞45＞20CrMnTi＞20
b. 20CrMnTi＞20＞45＞T8
c. 20CrMnTi＞T8＞45＞20 7．钢在淬火后获得M组织的粗细主要取决于：
a. A的本质晶粒度
b. A的实际晶粒度
c. A的起始晶粒度
8．珠光体是一种：
a. 单相固溶体
b. 两相混合物
c. Fe与C的混合物
9．高速钢的红硬性取决于：
a. 钢的碳含量
b. 马氏体的多少
c. 淬火加热时溶于奥氏体中的合金元素的量10．绑扎物件宜选用
a.低碳钢
b.中碳钢
c.高碳钢
11．灰铸铁的石墨形态是
a. 片状
b. 团絮状
c. 球状
12．下列零件与构件中选材不正确的是：
a.机床床身用HT150
b.桥梁用16Mn
c.热作模具用 Cr12MoV
13．不同成分的钢应采用不同的热处理工艺调整其硬度，以便于切削加工性能。

一般低碳钢宜采用：
a.正火
b.完全退火
c.球化退火
14．制造汽车板簧应采用：
a. T12，淬火+低温回火
b. 65Mn，淬火+中温回火
c. 45钢，淬火+高温回火
15．下列说法错误的是：
a. 调质处理是淬火+中温回火。

b. 40Cr钢一种常用的合金结构钢，具有良好的综合力学性能好。

c. 灰口铸铁可通过表面淬火，提高其表面的硬度和耐磨性。

二 1.机械设计时常用抗拉强度（σb）和屈服强度（σs或σ0.2两种强度指标。

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％。

3.屈强比是屈服强度与抗压强度之比。

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、线和面缺陷三种缺陷。

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。

（×）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。

（×）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。

（√）4.马氏体是碳在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。

（√）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。

（×）9.片状珠光体的机械性能主要决定于珠光体的含碳量。

（×）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。

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 ）
A.工业纯铁
B.45钢
C.白口铸铁
D.T12A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、a K值增加
B. HBS、σb值增加，δ、a K值减小
C. HBS、σb值增加，δ、a K值增加
D. HBS、σb值减小，δ、a K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
D.工具钢
10.下述退火态钢中强度最高的是（ D ）
A.T13钢
B.45钢
C.65钢
D.T8钢
三 1 16Mn是低合金结构钢，其碳的质量分数是 0.16% 。

2Q235A是碳素结构钢，其中“A”的含义是质量等级为 A 。

3．HT200中的“200”的含义是：σb≥200MPa 。

4．GCr15是滚动轴承钢，其Cr的质量分数是 1.5% 。

5．α-Fe和γ-Fe的晶格结构分别是：体心立方、面心立方。

6．按几何形式，实际金属中的晶体缺陷分为：点缺陷，线缺陷，面缺陷。

7. 马氏体（M）是碳溶于α-Fe所形成的过饱和间隙固溶体。

8．球化退火主要用于过共析钢，其加热温度为： Ac1+20～30℃。

9．T12钢（Ac1≈730℃，Accm≈820℃）退火小试样经700 ℃、780 ℃、860 ℃加热保温，并在水中冷却得到的组织分别是：P+F ，Fe3C+M+Ar ，M+Ar 。

10．为强化表面，渗碳件应选低碳钢，表面淬火应选中碳钢。

11．渗碳钢在渗碳后缓慢冷却，由表面向心部的组织分布依次为：
P+网状Fe3CⅡ，P ，P+F 。

12．冷变形后的金属进行加热时将发生回复和再结晶。

13．过共析钢淬火加热温度越高，淬火后马氏体中含碳量越高，残余奥氏体的量越多。

14．M的显微组织形态有板条状和片状两种，其中板条状的韧性较好。

15．为了改善碳素工具钢的切削加工性，常采用的热处理是：球化退火。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
×√√××√×√√×
10．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。

11．室温时，晶粒度级别越高，则金属的强度、塑性愈好。

12．锻轧时应将钢加热到单相的奥氏体区进行。

13．调质处理是淬火+中温回火。

14．固溶体的强度比溶剂的强度低。

15．珠光体、索氏体、屈氏体都是铁素体和渗碳体组成的机械混合物。

16．淬火临界冷却速度是钢获得马氏体的最小冷却速度。

17．灰口铸铁可通过表面淬火，提高其表面的硬度和耐磨性。

18．高速钢淬火加热温度高是为了使合金元素充分溶解到奥氏体中。

10．Cr12、1Cr13、 1Cr17都是不锈钢。

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1
c a c c b a b c b a b c a b c
1．材料在外力作用下产生永久塑性变形而不断裂的能力叫：
a. 强度
b. 硬度
c. 塑性
2．加热是钢进行热处理的第一步，其目的是使钢获得：
a. A
b. M
c. P
3．金属铸造时，为细化晶粒，可采用：
a. 快速浇注
b. 以砂型代替金属型
c. 采取机械振动
4．下列组织中，强度最好的是：
a. F
b. A
c. P
5．消除加工硬化常用的热处理工艺是：
a. 调质
b. 再结晶退火
c. 扩散退火
6．下列钢淬硬性高低排列正确的是：
a. T12＞T8＞60＞40Cr
b. 40Cr＞T12＞T8＞60
c. 40Cr＞60＞T8＞T12
7．钢在淬火后获得M组织的粗细主要取决于：
a. A的本质晶粒度
b. A的实际晶粒度
c. A的起始晶粒度
8．碳钢的淬火工艺是将其加热奥氏体化，然后采用的冷却方式是：
a. 随炉冷却
b. 在空气中冷却
c.在水中冷却
9．40Cr中Cr主要作用是：
a.增加硬度和耐磨性
b.提高钢的淬透性和基体强度
c. 提高钢的红硬性
10．金属化合物的性能特点是：
a. 熔点高、硬度高
b. 熔点高、硬度低
c. 熔点低、硬度低
11．可锻铸铁的石墨形态是
a. 片状
b. 团絮状
c. 球状
12．下列零件与构件中选材不正确的是：
a. 建筑钢筋用Q235A
b. 汽车板簧用65Mn
c. 热作模具用W18Cr4V 13．制造机床床身应采用：
a. HT150
b. Cr12MoV
c. Q235C
14．制造形状简单、小型、耐磨性要求较高的热固性塑料模具应选用:
a. 45
b. T10
c. 3Cr2Mo
15．二次硬化属于：
a. 固溶强化
b. 细晶强化
c. 第二相强化
四1．液态金属结晶的基本过程是形核与晶核长大。

2．铁素体（F）是碳溶于α-Fe所形成的间隙固溶体，其晶格类型
是：体心立方。

3. 检测淬火钢件的硬度一般用洛氏（HRC）硬度；而检测退火和正火钢件的硬度常用布氏（HRB）硬度。

4．GCr15钢是滚动轴承钢，其Cr的质量分数是 1.5% 。

5．16Mn钢是合金结构钢，其碳的质量分数是0.16%。

6．QT600-03中的“03”的含义是：最低伸长率为3%。

7. 钢与铸铁含碳量的分界点是： 2.11% 。

8．贝氏体的显微组织形态主要有B上和B下两种，其中B下的综合性能好。

9．钢的淬火加热温度越高，淬火后马氏体中含碳量越高，马氏体晶粒越粗大，残余奥氏体的量越越多。

10．钢加热时A的形成是由A晶核的形成、A晶核向F和Fe3C两侧长大、残余Fe3C的溶解、A的均匀化等四个基本过程所组成的。

11．一般表面淬火应选中碳成分钢，调质件应选用中碳成分钢。

13．碳钢常用的淬火介质是水，而合金钢是油。

14．T10钢（Ac1≈727℃，Accm≈800℃）退火试样经700 ℃、780 ℃、860 ℃加热保温，并在水中冷却得到的组织分别是：P+Fe3C，Fe3C+M+Ar，M+Ar。

15．渗碳钢在渗碳后缓慢冷却，由表面向心部的组织分布依次为：
P+Fe3CⅡ（网状），P，P+F 。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
×√√×××√√××
1．在其他条件相同时，砂型铸造比金属型铸造的铸件晶粒更细。

2．固溶强化是指因形成固溶体而引起的合金强度、硬度升高的现象。

3．珠光体、索氏体、屈氏体都是铁素体和渗碳体组成的机械混合物。

4．碳的质量分数对碳钢力学性能的影响是：随着钢中碳的质量分数的增加，
硬度、强度增加，塑性、韧性也随着增加。

5．淬火临界冷却速度是钢获得马氏体的最小冷却速度。

6．淬透性好的钢，其淬硬性也一定好。

7．大部分合金钢的淬透性比碳钢好。

8．正火的冷却速度比退火快，故同一钢种经正火处理后的组织较细，其强度、硬度比退火高。

9．由于淬火钢回火时的加热温度在A1以下，所以淬火钢在回火时没有组织变化。

10．可锻铸铁具有一定的塑性，可以进行锻造加工。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
b b a b b b a b a a
c a a a b
1．表示金属材料屈服点的符号是：
a. σe
b. σS
c. σb
2．引起钢的冷脆性的有害杂质元素是：
a. 硫
b.磷
c. 硫和磷
3．固溶体的晶体结构特点是：
a. 与溶剂相同
b. 与溶质相同
c. 形成新的晶体类型
4．钢在淬火后获得M组织的粗细主要取决于：
a. A的本质晶粒度
b. A的实际晶粒度
c. A的起始晶粒度
5．高速钢的红硬性取决于：
a.马氏体的多少
b. 淬火加热时溶于奥氏体中的合金元素的量
c.钢的含碳量6．室温下金属的晶粒越细，则：
a. 强度越高，塑性越差
b. 强度越高，塑性越好
c. 强度越低，塑性越好7．反复弯折铁丝，铁丝会越来越硬，最后会断裂，这是由于产生了：
a.加工硬化现象
b.再结晶现象
c.去应力退火
8．为了改善碳素工具钢的切削加工性，常采用的热处理是：
a. 完全退火
b. 球化退火
c.再结晶退火
9．形状简单的工件淬火应选用
a. 单液淬火
b. 双液淬火
c. 分级淬火
10．回火索氏体与索氏体相比
a.塑性韧性好
b.强度硬度高
c.塑性韧性差
11．灰铸铁具有良好的抗压、减震性能，常用于制造
a .曲轴 b.管接头 c.机床床身、底座、箱体
12．绑扎物件宜选用
a.低碳钢
b.中碳钢
c.高碳钢
13．灰铸铁的石墨形态是
a. 片状
b. 团絮状
c. 球状
14．钢的淬硬性主要取决于：
a. 含碳量
b. 冷却介质
c.合金元素
15．下列说法错误的是
a.金属材料的强度、塑性等可通过拉伸试验来测定
b.调质处理是淬火+低温回火
c.布氏硬度实验测定的数据准确、稳定、数据重复性好
1. 要制造齿轮、连杆、热锻模具、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、成分、热处理工艺和零件制成后的最终组织。

（20分）
T10 65Mn HT300 W6Mo5 Cr4V2 GCr15Mo 40Cr 20CrMnTi Cr12MoV 5CrMnMo
齿轮：20CrMnTi 渗碳钢；C%=0.2%,Cr,Mn,Ti<1.5%；渗碳＋淬火＋低温回火；组织为回火马氏体。

连杆：40Cr 调质钢；C%=0.4%,Cr<1.5%；调质处理（淬火＋高温回火）；组织为回火索氏体。

弹簧：65Mn 弹簧钢；C%=0.65%,Mn<1.5%；淬火＋中温回火；组织为回火托氏体。

冷冲压模具：Cr12MoV 冷变形模具钢；C%>1%,Cr=12%,Mo,V<1.5%；淬火＋低温回火；组织为回火马氏体。

滚动轴承：GCr15Mo 轴承钢；C%＝1%,Cr=1.5%,Mo<1.5%；球化退火＋淬火＋低温回火；组织为回火马氏体。

车刀：W6Mo5Cr4V2高速钢；W%=6%,Mo%=5%,Cr%=4%,V%=2%；淬火＋560℃三次回火；组织为回火马氏体＋碳化物。

锉刀：T10碳素工具钢；C%＝1%；淬火＋低温回火；组织为回火马氏体＋碳化物。

热锻模具：5CrMnMo 热变形模具钢；C%=0.5%,Cr,Mn,Mo<1.5%；淬火＋高温回火；组织为回火索氏体。

机床床身：HT300灰口铁；无需热处理
2 选材设计一个车床主轴。

该主轴受交变弯曲和扭转的复合应力，载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，轴颈部要求耐磨。

请选材并设计热处理工序。

需说明各热处理工序的作用，画出工艺曲线，并指出热处理后的组织。

（备选材料45、T8、20CrMnTi ）
答
材料选择：45 热处理工艺曲线：
炉水冷
冷
空冷
热处理工序的作用、热处理后的组织：
1)正火（或完全退火）：消除锻造应力、调整硬度、细化晶粒；组织：S+F
2)调质（淬火+高温回火）：使钢获得综合性能好；组织：
S 回
3)
表面淬火+低温回火：提高表面硬度和耐磨性；组织：表面
M
回
心部S 回
3 某钢的连续冷却转变曲线如图所示，指出该钢按图中(a)、(b)、(c)、(d)速度冷却后得到的
A C3+30～50 ℃
A C3+30～50 ℃
500～650 ℃150～250 ℃
A C3+100～150 ℃
正火或完全退火
淬火高温回火
表面淬火
低温回火
空冷
室温组织。

答：(a)：M+Ar
(b)：B+M+Ar (c)：F+B+M+Ar (d)：F+P
4．（10分）有Q235AF 、65 、20CrMnTi 、60Si2Mn 、T12等钢材，请选择一种钢材制作汽车变速箱齿轮（高速重载受冲击），并设计热处理工序，说明各热处理工序的作用并画出工艺曲线，指出使用状态组织。

答：材料选择：20CrMnTi
热处理工序：正火→（机加工）→渗碳→淬火 + 低温回火
热处理工序的作用：1)
正火：消除锻造应力、调整硬度便于加工；2)渗碳：提高表面含碳量，以便强化表面；
3)淬火+低温回火：提高表面硬度和耐磨性，并使心部具有较好的韧性。

热处理工艺曲线：
空缓
冷
冷
水冷
使用状态组织：表面——（高碳）回火
M+K+Ar 心部——（低碳）回火
M 或
回火M+F （淬不透时）
根据Fe —Fe 3C 亚稳平衡相图回答问题：
1）T12钢在平衡结晶过程中冷却到共析温度发生共析反应时，A 、F 、Fe 3C 的碳
含量分别为： 0.77%
， 0.02%
， 6.69%。

2）A 1、A 3和Acm 线的位置分别是： PSK 线
， GS 线
， ES 线。

A C3+30～50 ℃
900～950 ℃
150～250 ℃A C3+30～50 ℃
正火
渗碳
低温回火
空冷
3） S 为共析点，其反应式为：。

C 为
共晶
点，其反应式为：。

5 （4分）根据Fe-Fe 3C 相图，分析下列现象：
（1） w C ＝1.2％的钢比w C ＝0.8％的钢强度低；
（2）加热到1100℃，w C ＝0.4％的钢能进行锻造，w C ＝4％的铸铁不能锻造；
答：（1）w C ＝0.8％的钢的室温平衡组织为
100%P,而w C ＝1.2％的钢的室温平衡
组织为P+Fe 3C Ⅱ，Fe 3C Ⅱ硬而脆、呈网状使合金强度降低。

（2）1100℃时，w C ＝0.4％的钢为单相
A ，塑性好，变形抗力低，能进行锻造；w C ＝4％的铸铁为P+Fe 3C Ⅱ+L ’d ，脆性大，不能锻造。

6 某钢的过冷奥氏体等温转变曲线如图所示，指出图中各点处的组织。

Fe —Fe 3C 亚稳平衡相图如图，要求：
1．填写各相区组织
2．指出GS 、ES 、PSK 线的代号，并说明其含义3．说明S 、C 点的意义，并写出共析、共晶反应式
4．
分析T12钢从液态缓冷至室温的平衡结晶过程，绘出室温平衡组织
示意图，并用杠杆定律计算其组织相对量。

C Fe A L E
℃C
31148
C Fe
F A P
℃
S
3
727答案：①B
下
②P+F+A ③P+F ④B
下＋A
⑤M ＋Ar
答：1．
2．GS 、ES 、PSK 线的代号分别是： A 3
， A
cc m
， A
1
；
A
3
：A 和F 的两相平衡线A c m
：C 在A 中的溶解度曲线
A
1
：共析线
3．S 点：共析点，共析反应式为：。

C
点：共晶点，共晶反应式为：。

4．结晶过程：L →L+A →A →A+ Fe 3C Ⅱ→P+ Fe 3C Ⅱ
室温平衡组织组织相
对量：
C Fe A L E
℃
C 31148　C Fe F A P
℃S
3727。