1、 一、名词解释题（每题3分，共30分）1、金属化合物；与组成元素晶体结构均不相同的固相2、固溶强化；随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。3、 铁素体；碳在 a-Fe 中的固溶体4、加工硬化；随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。6、金属键；金属离子与自由电子之间的较强作用就叫做金属键。7、再结晶；冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程.9、正火；是将工件加热至 Ac3或 Accm 以上3050,保温一段时间后,从炉中取出在空气中冷却的金属热处理工艺。 10、固溶体。合金在固态时组元间会相互溶解，形成一种在某一组元晶格中包含有其他组元的新相，这种
2、新相称为固溶体。二、简答题（每题8分，共48分）1、金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？P16结晶的基本过程晶核形成与晶核长大。结晶时的冷却速度（即过冷度）随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快，同时液体金属中难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率。4、固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？在结构上：固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而金属间化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成。在性能上：形成固溶体和金属件化合物都能强化合金，但固溶体的强度，硬度比金属间化合物低，塑性，韧性比金属间化
3、合物好，也就是固溶体有更好的综合机械性能。5、实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格畸变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。三、综合分析题（共22分）2、 （10分）说明45钢试样（10mm）经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：700，760，840，1100。700：因为它没有达到相变温度，因此没有发生相变，组织为铁素体和珠光
4、体。760：它的加热温度在 Ac1_Ac3之间，因此组织为铁素体，马氏体和少量残余奥氏体。840：它的加热温度在 Ac3以上，加热时全部转变为奥氏体，冷却后的组织为马氏体和少量残余奥氏体。1100：因为它的加热温度过高，加热时奥氏体晶粒粗化，卒火后得到粗片状马氏体和少量残余奥氏体2007 年本科工程材料试题标准答案一、分析题 （分析下列材料强化方法的主要机理） （25 分）1、细晶强化： 金属组织中晶界大量增加 2、弥散强化： 金属组织中第二相细小均匀分布 3、固溶强化：固溶体的晶格畸变 4、二次硬化：包括二次淬火（过冷奥氏体转变成马氏体）和二次相析出（过冷奥氏体和马氏体中析出弥散碳化物）使得
5、材料回火后硬度提高。 5、加工硬化：位错数量急剧增加使得材料强度硬度提高 二、填空题(25 分)1、 马氏体是碳在 -Fe过饱和固溶体，其形态主要有板条状、针片状 。其中， 针片状马氏体硬度高、塑性差。2、W18Cr4V 钢的淬火加热温度为 12701280 ，回火加热温度为 560 ，回火次数 3 ，W 的主要作用 提高红硬性 ，Cr 的主要作用提高淬透性 ，V 的主要作用提高硬度和韧性。3、材料选择的三个主要原则使用性原则， 工艺性原则，经济性原则。4、合金结构钢与碳素结构钢相比，其突出优点是淬透性好，强度高 。5. 在工程图学中,零件的力学性能通常用硬度表示。HBS 测量范围是450HB
6、S ，HBW 测量范围是650HBW ，HRC 测量范围是 2067HRC 。 6. 共析钢淬火形成 M+A后，在低温、中温、高温回火后的产物分别为 回火马氏体 ，回火托氏体 ，回火索氏体 。7. 钢在淬火时，钢的淬硬性取决于 碳的质量分数 ，转钢的淬透性取决于合金元素的含量 。8. 45 钢正火后渗碳体呈片状，调质处理后渗碳体呈 粒状。三、简答题（10 分）由 T12 材料制成的丝锥，硬度要求为 HRC6064。生产中混入了 Q235 钢料，如果按 T12 钢进行淬火低温回火处理，问其中 Q235 钢制成的丝锥的性能能否达到要求？为什么？不能达到要求。Q235 属于普通碳素结构钢，碳的质量分
7、数很低，一般在 0、10、17C，按照 T12 淬火温度淬火（760780） ，钢中只有少量珠光体转变成马氏体，大量铁素体未发生转变。因此淬火后的硬度很低，不能使用。四、下面材料所属类别，常用热处理工艺和应用实例(15 分)材料排号 类别 典型热处理工艺 应用举例QT600 球墨铸铁 等温淬火 高温回火 曲轴 ，齿轮箱 1Cr18Ni9Ti 不锈钢 固溶处理 耐蚀罐体，炉条5CrMnMo 热作模具钢 淬火中温回火 热锻模 热挤压模 65Mn 碳素钢 淬火中温回火 弹簧 发条 GCr15 滚动轴承钢 淬火低温回火 滚珠 套圈 五、分析题（25 分）车床主轴要求轴颈部位硬度为 5458HRC，其余
8、地方为 2025HRC，其加工路线为： 下料 锻造 正火 机加工 调质 机加工（精）轴颈表面淬火 低温回火 磨加工指出：1、主轴应用的材料：45 钢2、正火的目的，去除应力，细化晶粒3、调质目的和大致热处理工艺获得回火索氏体，实现强度、硬度、塑性、韧性良好配合。加热 820840，保温一段时间，淬入盐水中，随后加热到 600回火 11、5 小时出炉空冷。4、表面淬火目的提高轴颈表面硬度，提高耐磨性。5、低温回火目的及工艺消除主轴高频淬火应力和脆性。一般再回火炉中加热到 150180，保温 12 小时出炉空冷。工程材料试题答案 一、 （15 分）名词解释（每小题 3 分）1. 过冷度 2.正火
9、3.奥氏体 4.热加工 5.调质处理答案：1.过冷度 理论结晶温度与实际结晶温度之差2. 正火 将钢件加热到 Ac3或 Accm以上 30-50，保温适当时间后在静止的空气中冷却的热处理工艺，称为正火。3. 奥氏体 碳固溶于 -Fe 中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用 或 A 表示。4. 热加工 高于再结晶温度的塑性变形。5. 调质处理 将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。对于上述名词解释,如学生用自己的语言回答,考虑其对概念或名词含义理解程度酌情给分。二、 利用铁碳相图回答下列问题（15 分）（1） 写出 Fe-Fe3C 相图上-区的组织组成物，标明 A，E，C，S，P，K 各点的含碳
10、量。区：_ F+P_ 区：_ P_区： P+Fe3C_区： P+ Fe3C +Ld 区：_ Ld_区：_ Fe3C +LdA 点：_ 0_ E 点：_ 2.14%_ C 点：_4.3%_S 点：_ 0.8%_ P 点：_ 0.02%_ K 点：_ 6.69%_ （2） 计算室温下含碳 0.6%的钢中珠光体和铁素体各占多少？（3） 说明含碳量 1.0%的钢比含碳量为 0.5%的钢的硬度高。答：(1) 空格中斜体部分为答案。 （6 分，每空格 0.5 分）（2） （5 分）由杠杆定律得：室温下含碳 0.6%的钢中珠光体为：（0.6-0.02）/（0.8-0.02）*100%=74.4室温下含碳 0
11、.6%的钢中铁素体为：100%-74.4%=25.6%（3）含碳量 1.0%的钢中含有硬度高的渗碳体，而含碳量为 0.5%的含有较硬度较低的铁素体，故含碳量1.0%的钢比含碳量为 0.5%的钢的硬度高。 （4 分）三、简答（24 分） （每小题 4 分）1.在铸造生产中，采用哪些措施获得细晶粒组织？2.说明实际金属晶体缺陷种类及特征。 3.石墨的形态对铸铁都有哪些影响？4.常见的热处理方法有哪些？5.什么是铝合金的固溶处理和时效处理。6.回火的目的是什么，常用的回火操作有哪几种？ 答案：1.在铸造生产中，采用哪些措施获得细晶粒组织？答：(1) 增加过冷度（2）进行变质处理 (3) 附加振动2.
12、说明实际金属晶体缺陷种类及特征。答：根据晶体缺陷的几何尺寸大小可分为三类：点缺陷，线缺陷，面缺陷。点缺陷的主要类型有空位和间隙原子。晶体中的线缺陷就是位错。面缺陷包括晶界、亚晶界和孪晶界。2. 简述石墨形态对铸铁的影响？答：根据铸铁中石墨形态,铸铁可分为: (1)灰铸铁它是以片状石墨形式存在。(2)球墨铸铁它是铁液经过球化处理,使石墨呈球状的铸铁。(3)可锻铸铁它是白口铸铁通过可锻化退火 ,使石墨呈团絮状的铸铁灰铸铁的抗拉强度和塑性就越低。球墨铸铁中石墨呈球状使球墨铸铁的抗拉强度、塑性和韧性、疲劳强度不仅高于其它铸铁,而且可以与相应组织的铸钢相比。可锻铸铁的石墨呈团絮状，因此它不但比普通灰铸铁
13、具有较高强度，而且有较高的塑性和韧性。4.常见的热处理方法有哪些？答：退火、正火、淬火、回火、表面热处理、化学热处理。5.什么是铝合金的固溶处理和时效处理。答：当铝合金加热到 相区,保温后在水中快冷,其强度和硬度并没有明显升高,而塑性却得到改善,这种热处理称为固溶处理。固溶处理后铝合金的强度和硬度随时间而发生显著提高的现象,称为时效处理。6.回火的目的是什么，常用的回火操作有哪几种？答：回火的目的：1 获得工件所需的组织。2 稳定尺寸。3 消除淬火内应力。回火的种类：低温回火；中温回火；高温回火对于上述简答,如学生用自己的语言回答,考虑其对含义理解程度酌情给分。四、指出下列金属材料的类别（12
14、 分） （每空格 0.5 分）(1)H68 黄铜 (2)W18Cr4V 高速钢 (3)Q235-A.F 普通碳钢(4)1Cr18Ni9Ti 不锈钢 (5)GCr15 滚动轴承钢 (6)QT600-02 球墨铸铁(7)45 优质碳素结构钢(8)HT200 灰口铸铁 (9)55Si2Mn 合金弹簧钢(10)KTH350-06 可锻铸铁 (11)T10A 优质碳素工具钢(12)40Cr 合金调质钢(13)20 优质碳素结构钢(14)ChSnSb11-6 轴承合金 (15)Q235C 普通碳钢(16)QSn4-3 锡青铜 (17)QAl7 铝青铜 (17)08 优质碳素结构钢(19)T12 碳素工具钢
15、 (20)Y30 易切削钢 (21)HT150 灰口铸铁(22)35 优质碳素结构钢(23)16Mn 低合金结构钢(24)20Cr 合金渗碳钢答案：表格中斜体部分为答案, 上述填空如果按大类回答酌情给分。五、综合应用题（14 分） （每小题 7 分）(1) 某机床主轴选用 45 钢锻造毛坯,要求有良好的综合机械性能且轴径部分要耐磨(HRC 50-55),试为其编写简明的工艺路线，并说明各热处理工序的作用。(2) 一批 45 钢小轴因组织不均匀，需采用退火处理。拟采用以下几种退火工艺： 缓慢加热至 700，经长时间保温后随炉冷至室温； 缓慢加热至 840，经长时间保温后随炉冷至室温； 缓慢加热至
16、 1100，经长时间保温后随炉冷至室温；试说明上述三种工艺会导致小轴组织发生何变化？若要得到大小均匀的细小晶粒，选何种工艺最合适？答案：(1) 主轴的工艺路线：下料锻造正火粗加工调质半精、精加工表面淬火、低温回火精加工。正火处理是为了得到合适的硬度，以便机械加工，同时为调质处理做好组织准备。调质处理是为了使主轴得到高的综合机械性能和疲劳强度，为了更好地发挥调质效果，将它安排在粗加工后进行。表面淬火是为了使轴径部分得到所需硬度，以保证装配精度和不易磨损。(2) 缓慢加热至 700，经长时间保温后随炉冷至室温，小轴的组织无变化。 缓慢加热至 840，经长时间保温后随炉冷至室温，小轴的晶粒得到细化且
17、比较均匀。 缓慢加热至 1100，经长时间保温后随炉冷至室温，由于加热温度高、加热时间长，会使奥氏体晶粒粗化。所以，为了要得到大小均匀的细小晶粒，选用第二种方法，即缓慢加热至 840，经长时间保温后随炉冷至室温。2007 2008 学年第 2 学期工程材料课程期末考试试卷（A 卷） 答案本试卷共 六 道大题，满分 100 分。一、 填空题（本大题 20 分，每空 1 分） 1、共晶转变和共析转变的产物都属于 两 相混合物。2、塑性变形后的金属经加热将发生回复、 再结晶 、晶粒长大的变化。3、共析钢的含碳量为 0.77 。4、Q235 钢的含义是为 屈服点数值（屈服强度）为 235MPa 的碳素
18、结构钢 。5、单晶体塑性变形中滑移的实质是 在切应力作用下，位错沿滑移面的运动 。6、体心立方晶格的致密度为 68 。7、根据钢的成分、退火的工艺与目的不同，退火常分为 完全退火 、 等温退火 、均匀化退火 、 球化退火 、 去应力退火 等几种。8、钢在奥氏体化后，冷却的方式通常有 等温冷却 和 连续冷却 两种。9、在铁碳合金的室温平衡组织中，强度最高的合金含碳量约为 0.9 %。10、工具钢按用途可分为 刃具钢 钢、 模具钢 钢、 量具钢 钢。11、常用测定硬度的方法有 布氏硬度 、 洛氏硬度 和 维氏硬度 测试法。二、判断题（本大题 10 分，每小题 1 分） （在括号里正确的划“”，错误
19、的划“”）1、单晶体具有各向同性，多晶体具有各向异性。 （ ）2、物质从液体状态转变为固体状态的过程称为结晶。 （ ）3、共晶转变是在恒温下进行的。 （ ）4、铁素体是碳溶解在 -Fe中所形成的间隙固溶体。 （ ）5、热处理选用的钢一般为本质细晶粒钢。 （ ）6、热处理的加热，其目的是使钢件获得表层和心部温度均匀一致。 （ ） 7、弹簧在热处理后再进行喷丸处理，目的是在表面形成残余压应力。 （ ）8、熔点为 232的锡在室温下的塑性变形是冷加工。 （ ）9、金属结晶时，冷却速度愈大，则结晶后金属的晶粒愈粗大。 （ ） 10、铸铁经过热处理，改变了基体和石墨形态，从而提高了性能。 （ ）三、单选
20、题（本大题 20 分，每小题 1 分） （不选、错选或多选答案者，该小题不得分)1、在晶体缺陷中，属于面缺陷的有 。 （ ）间隙原子 位错 晶界 2、建立相图时采用的冷却速度应为 。 （）快速 中速 极缓慢3、在发生共晶转变 L+ 时，L、 三相的成分为 。 （）相同 确定不变 不断变化4、对板料进行多次拉伸时，为了消除形变强化，中途应进行 。 （）得分：完全退火 再结晶退火 正火 5、正火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是 。 （）随炉冷却 在油中冷却 在空气中冷却 6、合金固溶强化的基本原因是 。 （）晶粒变细 晶格发生畸变 晶格类型发生了改变7、大多数合金元素均在
21、不同程度上有细化晶粒的作用，其中细化晶粒作用最为显著的有 。 （）Mn,P Mn,Ti Ti,V8、分级淬火的目的是 。 （）使工件在介质停留期间完成组织转变使工件内外温差较为均匀并减小工件与介质间的温差使奥氏体成分趋于均匀9、一个合金的室温组织为 +二次 +(+)，它由 组成。 （)二相 三相 四相 10、制造普通螺母的钢应选用 。 （）Q235 65Mn T1211、渗碳体的性能特点是 。 （）强度和硬度不高，塑性良好硬度高，极脆，塑性几乎等于零强度较高，硬度适中，有一定的塑性12、一个理想的淬火冷却介质应具有的冷却特性是 。 （）在约 550以上高温区冷速应尽可能缓慢，在低于约 250的
22、低温区应具有足够快的冷速 在约 550以上高温区冷速应具有足够快的冷速，在低于约 250的低温区应尽可能缓慢从高温至低温一直保持足够快的冷却速度13、将变形金属加热发生再结晶转变时 。 （）只有晶格类型发生变化只有晶粒大小、形状发生变化晶格类型、晶粒大小、形状都发生变化14、挖掘机铲齿、坦克和拖拉机履带宜采用 。 （ ）可锻铸铁 球墨铸铁 高锰钢 ZGMn1315、除 元素外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。 （） Co Cr Mn 16、属于体心立方晶格的金属有 。 （）-Fe 、铝 -Fe 、铬 -Fe、铝 17、每个体心立方晶胞中包含有 个原子。 （）1 2 3 1
23、8、在以下晶体中，滑移系数目最多的晶格类型是 。 ( )密排六方 体心立方 简单立方19、欲要提高 188 型铬镍不锈钢的强度，主要是通过 。 （）时效强化方法 固溶强化方法 冷加工硬化方法20、在 Fe-Fe3C 相图中，共析线也称为 。 （） A 1 线 ECF 线 Acm 线 四、简答题（共 25 分） 1、奥氏体形成的四个步骤是什么？（4 分）答：（1）奥氏体晶核的形成；（1 分）（2）奥氏体晶核的长大；（1 分）（3）残余渗碳体的溶解；（1 分）（4）奥氏体成分的均匀化。 （1 分）2、按回火温度高低，回火可分为哪几类？主要的温度区间、回火后的得到的组织、性能和用途是什么？（6 分）
24、答：、低温回火(150250)回火后的组织为回火马氏体。这种回火主要保持钢在淬后所得到的高强度、硬度和耐磨性（1 分） 。在生产中低温回火被广泛应用于工具、量具、滚动轴承、渗碳工件以及表面淬火工件等。 （1 分）、中温回火(350500)回火后的组织为回火屈氏体。经中温回火后，工件的内应力基本消除，其力学性能特点是具有极高的弹性极限和良好的韧性（1 分） 。中温回火主要用于各种弹簧零件及热锻模具的处理。 （1 分）、高温回火(500650)高温回火后的组织是回火索氏体。钢的强度、塑性和韧性具有良好的配合，即具有较高的综合机械性能（1 分） 。因而，调质处理被广泛应用于中碳结构钢和低合金经构钢制
25、造的各种重要的结构零件，特别是在交变载荷下工作的连杆、螺栓以及轴类等。 （1 分）3、高分子材料的主要性能特点是什么？（6 分）答：高分子材料性能特点：具有高弹性和粘弹性；（1 分）强度低，比强度高；（1 分）耐磨、减磨性能好；（1 分）绝缘、绝热、绝声；（1 分）耐热性不高，耐蚀性能好；（1 分）存在老化问题。 （1 分）4、提高金属耐蚀性的途径是什么？不锈钢中最主要的合金元素是哪一个元素？ （4 分）答：（1）提高金属的电极电位； （1 分）（2）使金属易于钝化，形成致密、完整、稳定的与钢基体结合牢固的钝化膜；（1 分）（3）形成单相组织。 （1 分）不锈钢中最主要的合金元素是 Cr。 （
26、1 分）5、说明下列符号各是什么指标？各代表什么意思？（5 分）(1) E （2） s （3） （4） k (5)HRC答：（1）E：弹性模量；刚度指标 （1 分）（2）s：屈服点（强度） ；强度指标 （1 分）（3）：断面收缩率； 塑性指标 （1 分）（4） k ：冲击韧度；韧性指标 （1 分）（5）HRC ：洛氏硬度；硬度指标 （1 分）五、选材题（本大题 10 分，每空 1 分） 从下列钢号中选取合适的钢号填入表中，并说明其热处理工艺。65Mn、20CrMnTi、GCr9、45、Q345零件名称 钢号 热处理汽车变速齿轮 20CrMnTi 渗碳 +淬火+ 低温回火弹簧 65Mn 淬火+中
27、温回火滚动轴承 GCr9 球化退火 +淬火+ 低温回火压力容器 Q345 热轧状态或正火状态机床主轴 45 淬火+高温回火六、作图题(本大题共 15 分) 试画出 Fe-Fe3C 相图中钢的部分(包晶部分可省略)(4 分) ，并完成下列各题：1、标明各特征点的成分、温度，按相组成填充各相区；(4 分)2、写出共析反应式，分析含碳量为 0.4%的钢的平衡结晶过程；(4 分)3、一种合金的显微组织为珠光体占 94% ，二次渗碳体占 6% ，这种合金属于那一类合金 ? 其含碳量为多少 ? (3 分 )答：1、如下图 （8 分）2、A 0.77 F0.02 Fe3C （2 分）L L LA LA A AF AP FP (2 分)3、过共析钢 （1 分）w（C）= 6（6.69 0.77） 0.771.125 (2 分)
