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1、工程材料晶体结构与相图作业一、判断题1. 所有合金都是多相组织。(错)2. 布氏硬度测量硬度时，用符号HBW表示。（对）3. 金属结晶后晶粒越细小，则其强度越小，而塑性和韧性越差。（错）4. 在铁碳合金相图中，奥氏体在1148时，溶碳能力可达4.3%。（错）5. 在铁碳合金相图中，铁素体在727时，溶碳能力可达2.11%。（错）6. 体心立方晶格的致密度为84%。（错）68%7. 奥氏体是碳溶解在-Fe中所形成的置换固溶体。（错）8. 衡量材料的塑性的指标主要有伸长率和冲击韧性。（错）9. 在铁碳合金中，铁素体在727时，溶碳能力可达2.11%。(错)10. 渗碳体是碳溶解在-Fe中所形成的置
2、换固溶体。（错）11. 实际金属中位错密度越大、晶界和亚晶界越多，其强度越高。（对）12. 把在实际晶体中出现的空位和间隙原子的缺陷叫做面缺陷。（错）13. 单晶体具有各向异性，多晶体具有各向同性。（对）14. 洛氏硬度测量硬度时，用符号HR 表示。（对）15. 金属材料在载荷作用下抵抗变形和断裂的能力叫强度。（对）16. 把在实际晶体中出现的空位和间隙原子的缺陷叫做线缺陷。（错）17. 在一般情况下，金属结晶后晶粒越细小，则其强度越好，而塑性和韧性越差。（错）18.单晶体具有各向异性，多晶体具有各向同性。（对）二、 名词解释；1. 强度： 金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度
3、。2. 硬度：材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。 硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标，它既可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力，也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力。3. 点缺陷： 是最简单的晶体缺陷，它是在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构的正常排列的一种缺陷。（ 原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、 置换原子等。 ） 4. 过冷度： 所谓过冷度是指在一定压力下冷凝水的温度低于相应压力下饱和温度的差值。（实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。）5. 同素异构转变：一些金属，在固态下随温度或压力的改变,还会发生晶体结构变化
4、，即由一种晶格转变为另一种晶格的变化，称为同素异构转变。6. 合金：是由两种或两种以上的金属与非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。（通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质，称为合金。）7. 固溶体：合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。（合金的组元之间以不同的比例混合，混合后形成的固相的晶格结构与组成合金的某一组元的相同，这种相称为固溶体。） 8. 共晶反应：是指在一定的温度下，一定成分的液体同时结晶出两种一定成分的固相的反应。9. 共析反应：就是指在一定的温度下,一定成分的固相同时析
5、出两种一定成分的固相的反应. 10. 铁素体：具有体心立方晶格,是碳溶于-Fe中的间隙固溶体称为铁素体,即-Fe和以它为基础的固溶体,以符号F表示。11. 珠光体：是奥氏体(奥氏体是碳溶解在Fe中的间隙固溶体)发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。用符号P表示，含碳量为c0.77。（铁素体和渗碳体的机械混合物。） 12. 奥氏体： 碳及各种化学元素在Fe中形成的固溶体。奥氏体是一种塑性很好，强度较低的固溶体，具有一定韧性。不具有铁磁性。（碳在Fe-g中形成的间隙固溶体.）三、论述题；1.常见的金属晶体结构有哪几种？ 常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；2. 实际晶
6、体中的晶体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崎变，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。3. 在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？ 采用的方法：变质处理，钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速度的方法来控制晶粒大小。4. 简述 Fe-Fe3C 相图中的共晶反应、共析反应过程，写出反应式。 共晶反应：1148时具有C点成分的液体中同时结晶出具有E点成分的奥氏体和渗碳
7、 体的两相混合物。 L4.3 11472.14 + Fe3C6.69 共析反应：冷却到727时具有S点成分的奥氏体中同时析出具有P点成分的铁素体 和渗碳体的两相混合物。 0.8 727F0.02+Fe3C6.69 5. 亚共析钢、共析钢和过共析钢的组织有何特点和异同点。 亚共析钢的组织由铁素体和珠光体所组成。其中铁素体呈块状。珠光体中铁素体 与渗碳体呈片状分布。共析钢的组织由珠光体所组成。过共析钢的组织由珠光体和二次渗碳体所组成，其中二次渗碳体在晶界形成连续的网络状。 共同点：钢的组织中都含有珠光体。不同点：亚共析钢的组织是铁素体和珠光体， 共析钢的组织是珠光体，过共析钢的组织是珠光体和二次渗
8、碳体。 6. 简述碳钢中含碳量变化引起机械性能变化的规律。 随碳含量增加，碳钢耐磨性能和强度提高，冲击性能和塑性降低。7. 简述碳量对碳钢力学性能的影响。 钢中的含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降你，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低碳合金结构钢，含碳量一般不超过0.20碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。四、 分析、计算题；热处理作业一、 判断题；1. 调质钢经淬火和高温回火后的组织是回火马氏体。（错）是索氏体2. 钢的淬火后进行高温回火的工艺称为调质，其组织为回火索氏体。（对）3. 贝氏
9、体是过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物。（对）4. 马氏体是过饱和的铁素体和奥氏体组成的混合物。（错）5. 奥氏体化的共析钢缓慢冷却到室温时，其平衡组织为莱氏体。（错）珠光体6. 合金钢的主要特点是淬透性高、淬火变形小、回火稳定性低。（错）7. 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。（错）8. 马氏体硬度主要取决于马氏体中的合金含量。（错）9. 过共析钢完全退火后就能消除网状渗碳体。（错）10. 钢的淬火后进行高温回火其组织称为调质。（对）二、名词解释 ；1.索氏体：在650600温度范围内形成层片较细的珠光体。 2. 马氏体：碳在-Fe中的过饱和固溶体。 3. 退火：
10、 将工件加热到临界点以上或在临界点以下某一温度保温一定时间后，以十分缓慢的冷却速度（炉冷、坑冷、灰冷）进行冷却的一种操作。4. 正火： 将工件加热到Ac3或Accm以上3080，保温后从炉中取出在空气中冷却。三、论述题；1.珠光体型组织有哪几种？它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点？ 珠光体：（珠光体、索氏体、托氏体）铁素体和渗碳体的片层机械混合物，三者之间并无本质区别，片层越薄，强度和硬度越高，塑性和韧性也略有改善。2. 常用的淬火方法有哪几种？ 单介质淬火、 双介质淬火、 分级淬火、 等温淬火、 局部淬火、 冷处理。3. 指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的显微组织：（
11、1）20钢齿轮 （2）45钢小轴 （3）T12钢锉刀 （1）目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，提高硬度，改善切削加工性。 组织：晶粒均匀细小的大量铁素体和少量索氏体。 （2）目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力。 组织：晶粒均匀细小的铁 素体和索氏体。 （3）目的：细化晶粒，均匀组织，消除网状Fe3C，为球化退火做组织准备，消除内应力。 组织：索氏体和球状渗碳体。 4.合金元素对回火转变有何影响？ （1）. 提高回火稳定性 （2）. 产生二次硬化 （3）. 增大回火脆性常用材料作业一、论述题；1.与碳钢比较，合金钢有何优点？ 优点：晶粒细化，淬透性高，回火稳定性好。 2. 铸铁中石墨的形态
12、对铸铁性能影响显著，请问石墨形态有哪些？ 灰铸铁中石墨呈片状，球墨铸铁中石墨呈球状，可锻铸铁中石墨呈团絮状。3. 根据可锻铸铁的生产过程，说明为什么可锻铸铁适宜制造壁厚较薄的零件? 生产可锻铸铁必须先取得白口铸铁件，白口铸铁经热处理后使得石墨成团絮状方成为可锻铸铁。如果铸件壁厚大了，厚壁处的石墨有可能在冷却过程中结晶成片状石墨，成为灰铸铁件了，就不可能通过热处理成为可锻铸铁。4.为什么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？与碳钢比较，合金钢有何优缺点？ 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，对于一些大型的机械零件，（要
13、求内外性能均匀），就不能采用碳钢制作，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：碳钢淬火后，只有经低温回火才能保持高硬度，若其回火温度超过200，其硬度就显著下降。即回火抗力差，不能在较高的温度下保持高硬度，因此对于要求耐磨，切削速度较高，刃部受热超过200的刀具就不能采用碳钢制作而采用合金钢来制作； (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。选材综合练习一、 判断题； 1.选材的一般原则包括满足零件使用性能、工艺性、经济性、环保和资源合理利用。（对） 2
14、.零件失效形式包括变形失效、磨损失效、断裂失效。(对)二、 论述题； 1. 制造车床传动齿轮、重要轴类、滚动轴承、车刀、一般用途的螺钉等零件，试从下列牌号中分别选出合适的材料并说明钢种名称。T10，60Si2Mn，W18Cr4V，GCr15，40Cr，45，Q235 T10是最常见的一种碳素工具钢，韧度适中，生产成本低，经热处理后硬度能达到60HRC以上，但是，此钢淬透性低，且耐热性差（250），在淬火加热时不易过热，仍保持细晶粒。韧性尚可，强度及耐磨性均较T7-T9高些，但热硬性低，淬透性仍然不高，淬火变形大。适用范围：这种钢应用较广，适于制造切削条件较差、耐磨性要求较高且不受突然和剧烈冲击
15、振动而需要一定的韧性及具有锋利刃口的各种工具，如车刀、刨刀、钻头、丝锥、扩孔刀具、螺丝板牙、铣刀手锯锯条、还可以制作冷镦模、冲模、拉丝模、铝合金用冷挤压凹模、纸品下料模、塑料成型模具、小尺寸冷切边模及冲孔模，低精度而形状简单的量具（如卡板等），也可用作不受较大冲击的耐磨零件等。 60Si2Mn 是应用广泛的硅锰弹簧钢，强度、弹性和淬透性较 55Si2Mn稍高。适于铁道车辆、汽车拖拉机工业上制作承受较大负荷的扁形弹簧或线径在30mm以下的螺旋弹簧、也适于制作工作温度在250 以下非腐蚀介质中的耐热弹簧以及承受交变负荷及在高应力下工作的大型重要卷制弹簧。 W18Cr4V是使用最廣泛的鎢系通用型高速
16、鋼，硬度、紅硬性及高溫硬度較高，易于磨削加工。适用作工作溫度在 600以下仍能保持切削性能的刀具，如車、刨、銑、鉸、拉刀、鑽頭、各種齒輪刀具及絲錐、闆牙等，适于加工軟的或中等硬度 (300320HB以下) 的材料。及制作高溫耐磨機械零件。 GCr15钢是一种合金含量较少、具有良好性能、应用最广泛的高碳铬轴承钢。特性:综合性能良好.球化退火后有良好的切削加工性能.淬火和回火后硬度高而且均匀,耐磨性能和接触疲劳强度高.热加工性能好.含有叫多的合金元素,价格比较便宜.GCR15钢是高碳铬轴承钢中使用和生产量最多的牌号,被世界广泛采用.但是白点敏感性强,焊接性能较差. 用途:用于制作各种轴承套圈和滚动
17、体.例如:制作内燃机、电动机车、汽车、拖拉机、机床、轧钢机、钻探机、矿山机械、通用机械,以及高速旋转的个高载荷机械传动轴承的钢秋、滚子和套圈. 40Cr是最常用的合金结构钢，抗拉强度、屈服强度及淬透性均比40号钢高，但焊接性有限，有形成裂纹的倾向。用于较重要的调质零件，如交变负荷下工作的零件、中等转速和中等负荷的零件。表面淬火后可作负荷和及耐磨性较高、而无很大冲击的零件，如齿轮、套筒、轴、曲轴、销子等。 45号钢为优质碳素结构用钢 ,硬度不高易切削加工,模具中常用来做模板,梢子,导柱等,但须热处理 。 Q235普通碳素结构钢普板是一种钢材的材质。 Q代表的是这种材质的屈服度，后面的235，就是
18、指这种材质的屈服值，在235MPa左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。 2. 制造重载齿轮、连杆、弹簧、锉刀、一般用途的小轴等零件，试从下列牌号中分别选出合适的材料并说明钢种名称。T12，65Mn， W18Cr4V，40Cr，20CrMnTi，Q235，5CrNiMoT12钢由于含碳量高,淬火后有较多的过剩碳化物,按耐磨性和硬度适于制作不受冲击负荷,切削速度不高,切削刃口不变热的工具,如制作车床,刨床的车刀,铣刀,钻头；可制作铰刀,扩孔钻,丝锥,板牙,刮刀,量规,切烟草刀,锉刀,以及断面尺寸小的冷切边模,冲
19、孔模等。65Mn锰提高淬透性，12mm的钢材油中可以淬透，表面脱碳倾向比硅钢小，经热处理后的综合力学性能优于碳钢，但有过热敏感性和回火脆性。用作小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制作弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧及冷拔钢丝冷卷螺旋弹簧。 W18Cr4V是使用最廣泛的鎢系通用型高速鋼，硬度、紅硬性及高溫硬度較高，易于磨削加工。适用作工作溫度在 600以下仍能保持切削性能的刀具，如車、刨、銑、鉸、拉刀、鑽頭、各種齒輪刀具及絲錐、闆牙等，适于加工軟的或中等硬度 (300320HB以下) 的材料。及制作高溫耐磨機械零件。 40Cr是最常用的合金结构钢，抗拉强度、屈服强度及淬透性均比4
20、0号钢高，但焊接性有限，有形成裂纹的倾向。用于较重要的调质零件，如交变负荷下工作的零件、中等转速和中等负荷的零件。表面淬火后可作负荷和及耐磨性较高、而无很大冲击的零件，如齿轮、套筒、轴、曲轴、销子等。 20CrMnTi是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，焊接性中等，正火后可切削性良好。用于制造截面400mm大中型锤锻模及切边模.用于制造形状简单一般制造工艺冶炼采用真空精炼工艺确保钢材纯洁;采用大型专业的热处理使钢材获得最佳的预硬化效果,硬度均匀分布。3. 要制造冷冲压模具、热锻模、机床床身、车床传动齿轮、一般用途的螺母等零件，试从
21、下列牌号中分别选出合适的材料并说明钢种名称。HT250，40Cr，45，20CrMnTi，Cr12MoV，Q235，5CrNiMo HT250为珠光体类型的灰铸铁。其强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性良好，铸造性能较优，需进行人工时效处理。可用于要求高强度和一定耐蚀能力的泵壳、容器、塔器、法兰、填料箱本体及压盖、碳化塔、硝化塔等；还可制作机床床身、立柱、气缸、齿轮以及需经表面淬火的零件。 40Cr是最常用的合金结构钢，抗拉强度、屈服强度及淬透性均比40号钢高，但焊接性有限，有形成裂纹的倾向。用于较重要的调质零件，如交变负荷下工作的零件、中等转速和中等负荷的零件。表面淬火后可作负荷和及耐磨性较高
22、、而无很大冲击的零件，如齿轮、套筒、轴、曲轴、销子等。 45号钢为优质碳素结构用钢 ,硬度不高易切削加工,模具中常用来做模板,梢子,导柱等,但须热处理 。 20CrMnTi是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，焊接性中等，正火后可切削性良好。用于制造截面400mm大中型锤锻模及切边模.用于制造形状简单一般制造工艺冶炼采用真空精炼工艺确保钢材纯洁;采用大型专业的热处理使钢材获得最佳的预硬化效果,硬度均匀分布。4. 制造自行车架 机器主轴 汽车板簧 汽车变速齿轮 机床床身 柴油机曲轴等零件，试从下列牌号中分别选出合适的材料并说明钢种名称
23、，并选择合适的最终热处理方法(或说明材料状态)。60Si2Mn QT600-2 T12A 40Cr HT200 Q345 20CrMnTi 60Si2Mn 是应用广泛的硅锰弹簧钢，强度、弹性和淬透性较 55Si2Mn稍高。适于铁道车辆、汽车拖拉机工业上制作承受较大负荷的扁形弹簧或线径在30mm以下的螺旋弹簧、也适于制作工作温度在250 以下非腐蚀介质中的耐热弹簧以及承受交变负荷及在高应力下工作的大型重要卷制弹簧。 QT600-2球墨铸铁（简称球铁），这类球铁通常采用正火处理获得，也可用加入合金元素并配合工艺措施获得。主要用于制造要求强度较高，具有一定疲劳强度和耐磨性能的零件，如柴油机曲轴、连杆
24、等。 T12A 碳素工具钢，该钢是过共析钢,由于含碳量高,淬火后仍有较大的过剩碳化物, 可加工性好、价格便宜、来源容易。但其缺点是：淬透性低、耐磨性差、淬火变形大。因此，只适于制造一些尺寸小、形状简单、轻负荷的工具以及要求硬化层不深并保持高韧性的冷像模等。 40Cr是最常用的合金结构钢，抗拉强度、屈服强度及淬透性均比40号钢高，但焊接性有限，有形成裂纹的倾向。用于较重要的调质零件，如交变负荷下工作的零件、中等转速和中等负荷的零件。表面淬火后可作负荷和及耐磨性较高、而无很大冲击的零件，如齿轮、套筒、轴、曲轴、销子等。 HT200指的是最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁。抗拉强度和塑性低，但铸造性
25、能和减震性能好，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。 Q345 是低合金钢，综合力学性能良好，低温性能尚可，塑性和焊接性良好，用做中低压容器、油罐、车辆、起重机、矿山机械、电站、桥梁等承受动载荷的结构、机械零件、建筑结构、一般金属结构件，热轧或正火状态使用，可用于-40以下寒冷地区的各种结构。 20CrMnTi是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，焊接性中等，正火后可切削性良好。用于制造截面30mm的承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件，如齿轮、齿圈、齿轮轴十字头等。是18CrMnTi的代用钢，广泛用作渗碳零件，在汽车.拖拉机工业用于截面在30mm以下，承受高速.中或重负荷以及受冲击.摩擦的重要渗碳零件，如齿轮.轴.齿圈.齿轮轴.滑动轴承的主轴.十字头.爪形离合器.蜗杆等。
