武漢理工工程材料模擬試卷

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1、 《工程材料》模擬試題 一、填空題： 1 鐵素體(F)是 固溶體，奧氏體(A)是固溶體 ，珠光體(P)是機械混合物。 2 共析鋼要獲得索氏體（S）可采用熱處理方法，要獲得回火索氏體（S回）則應(yīng)采用熱處理方法。 3 奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9為了提高耐蝕性，可將其加熱到1050℃保溫后水冷，這種處理稱為，處理后的組織是。 4 16Mn是 鋼，9SiCr是 鋼，GCr9是 鋼。 5 從含碳量高低來看，滲碳鋼屬于 鋼，工具鋼屬于鋼，調(diào)質(zhì)鋼屬于 鋼。 6 在等溫冷卻時，過冷奧氏體在不同過冷度下進行轉(zhuǎn)變可獲得， 及三種不同類型的組織。 7 鋼的

2、淬硬性主要取決于 ，鋼的淬透性主要取決于。 8 要求另件具有表面硬度及耐磨性很高，心部韌性很好的性能時，應(yīng)選用鋼,最終熱處理為。 9 要求另件具有既強又韌的良好的綜合機械性能時，應(yīng)選用鋼，最終熱處理為。 10 根據(jù)鋁合金成分及加工工藝特點，可將鋁合金分為和兩大類。 二.判斷題： 正誤判斷分別用“√”、“”、在題后的（ ）中表示。 1 常用δ和來表示材料的塑性好壞。 （ ） 2 同素異晶轉(zhuǎn)變過程不具備有形核和核長大的特征。 （ ） 3 一般情

3、況下,過冷度越大,晶粒就越細(xì)小,材料的和HB越高。 （ ） 4 奧氏體中的最大含碳量是0.77%。 （ ） 5 面心立方晶格的晶胞的致密度為68%。 （ ） 6 物體從液態(tài)變成固態(tài)的過程叫結(jié)晶。 （ ） 7 珠光體是由固溶體和固溶體形成的機械混合物。 （ ） 8 r-F

4、e在727℃時的溶碳量為0.71%,而1148℃時的溶碳量為4.3%. （ ） 9 高溫萊氏體是由奧氏體和滲碳體形成的機械混合物其平均含碳量為2.11%。 （ ） 10 鐵碳合金室溫下的組織均由F,P和Fe3C等單相所組織. （ ） 11 鐵碳相圖中PSK線稱為共晶線,用A1表示. （ ） 12 碳鋼隨著含碳量的增加其HB越來越高，而δ和 越來越小. （ ） 13 馬氏體的硬度,主要取決于合金

5、元素的含量. （ ） 14 經(jīng)完全退火后,亞共析鋼的組織是球狀珠光體. （ ） 15 共析鋼加熱到750℃保溫后,再采用連續(xù)冷卻的方法，可以獲得貝氏體組織。 （ ） 補充： 1、力學(xué)性能指標(biāo)：強度σe、σs、σb；塑形δ、ψ；韌性αk。 2、鐵碳合金在平衡狀態(tài)下： 1）鐵素體、奧氏體和滲碳體是“相”，珠光體和萊氏體是機械混合物，機械混合物不是相，是組織。珠光體是共析反應(yīng)的產(chǎn)物，萊氏體是共晶反應(yīng)的產(chǎn)物。 2）鐵碳合金在室溫下的所有組織都是有鐵素體和滲碳體

6、組成的，由于這兩個相隨著化學(xué)成分（C%）的變化，兩個相的大小、數(shù)量及分布狀態(tài)不同，形成不同的組織，它們依次是：F---F+P---P---P+Fe3CⅡ--- P+Fe3CⅡ+Ld---Ld---Ld+Fe3CⅠ。 3）平衡狀態(tài)下的奧氏體在鐵碳合金金中是高溫相（≥727℃），室溫下是看不見奧氏體的。 4）鐵素體和奧氏體屬于固溶體范疇，在平衡狀態(tài)下的固溶體都具有強而韌的特點（和組成固溶體的溶劑相比較）；滲碳體是金屬化合物，硬而脆，塑形趨近與零。 5）平衡狀態(tài)下，從化學(xué)成分角度出發(fā)，鋼和鐵的分界線是2.11%C；從組織角度觸發(fā)，鋼和鐵的分水嶺是看有沒有萊氏體。 6）隨著含碳量的增加，鐵碳合

7、金金中的鐵素體越來越少，滲碳體越來越多，硬度越來越高，塑形越來越差。 7）杠桿定律是求平衡狀態(tài)下兩相區(qū)中兩個相的相對量，非平衡狀態(tài)下不可以使用。 3、鐵碳合金在熱處理條件下（非平衡狀態(tài)之一）： 1）獲得奧氏體組織是大多熱處理的工藝的首要條件，可以把它看做若干相變的反應(yīng)物。 2）加熱時的奧氏體晶粒大小往往關(guān)系著冷卻產(chǎn)物的組織細(xì)密程度，產(chǎn)物組織越細(xì)小，材料的性能就會提高。 3）加熱時的奧氏體晶粒大小與加熱溫度、保溫時間、原始組織的大小以及化學(xué)成分有關(guān)系。 4）預(yù)備熱處理（退火或正火）的目的有三點，僅從其中之一的改善切削加工性方面（要求被加工材料的硬度為：170-250HB）考慮，＜0.

8、5%C鋼（屬于低、中碳鋼范疇）需要獲得索氏體才能達到切削加工的硬度要求，所以采用正火。 5）甄別兩個“珠光體”： （1）完全退火得到的珠光體的顯微組織是由塊狀的鐵素體和呈片狀結(jié)構(gòu)的珠光體（珠光體中的鐵素體和滲碳體呈片狀交替分布）組成。 （2）球化退火得到的球狀珠光體的顯微組織是由塊狀的鐵素體基體上分布有球狀或者顆粒狀的滲碳體組成。注意，同樣化學(xué)成分的材料，滲碳體的形態(tài)將影響材料的性能： 切削加工性的優(yōu)劣排序---滲碳體呈球狀，片狀、網(wǎng)狀。這就是過共析鋼為什么采用球化退火而不用完全退火的原因之一； 硬度和耐磨性優(yōu)劣排序------滲碳體呈球狀，片狀、網(wǎng)狀。這就是過共析鋼為什么采用球化退

9、火而不用完全退火的原因之二。 事實上，球狀滲碳體還有兩種獲得的方法：其一，可以通過淬火馬氏體高溫回火（回火索氏體）得到；另外，把具有片狀珠光體的過共析鋼加熱到A1之下長時保溫，通過原子的充分?jǐn)U散，讓片狀滲碳體逐漸“溶”為球狀。 6）鋼的淬硬性取決于馬氏體中的碳含量（即是加熱時溶入到奧氏體中的碳含量）。 7）鋼的淬透性取決于臨界冷卻速度Vk的大小。Vk越小，淬透性越大。 臨界冷卻速度---獲得馬氏體的最小冷卻速度（與C曲線鼻部相切的速度）。它的相關(guān)因素為：Vk---過冷奧氏體的穩(wěn)定性（孕育期）---加熱時奧氏體中的化學(xué)成分、晶粒大小、成分是否均勻以及是否存在第二相。 以合金鋼為例：除C

10、o以外，其它的合金元素都有提高過冷奧氏體穩(wěn)定性的作用，它們的淬透性都高于同樣含碳量的碳鋼。 8）熱（紅）硬性是刃具鋼追求的非常重要的性能。鋼如果具有高的熱（紅）硬性，說明它可以在高的溫度下工作硬度不會掉下來，滿足高速切削，提高產(chǎn)品質(zhì)量的現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的要求。 熱（紅）硬性的本質(zhì)是回火抗力，就是阻礙馬氏體分解的能力。我們知道，馬氏體是奧氏體發(fā)生非擴散性轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，它是過飽和碳的α固溶體，處于高能的不穩(wěn)定狀態(tài)。淬火馬氏體如果要轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定組織，一定要重新被加熱發(fā)生馬氏體分解（轉(zhuǎn)變），馬氏體分解的核心是靠原子的擴散，在這個過程中，如果有什么因素能夠使得原子擴散受到阻礙，那么，馬氏體的被分解將會延遲

11、或推向高溫去進行，如果在高溫還能保持馬氏體狀態(tài)，不就是具有高的溫度下保持高硬度的能力嗎？這就是熱（紅）硬性?；疽?guī)律是，合金鋼中的合金元素一旦在熱處理加熱中溶入到奧氏體中，將會保留到轉(zhuǎn)變后的馬氏體中，在馬氏體中的所有合金元素都有阻礙馬氏體分解的能力，且隨著Me%↑其效果愈發(fā)明顯，碳化物形成元素影響最大。 碳鋼的熱（紅）硬性很差，大約只能在250℃的工作溫度下保持高硬度； 合金鋼（特別是高合金鋼），熱（紅）硬性很高，有的鋼種（6-5-4-2,18-4-1）在600℃的工作溫度下維持高硬度（說明在這個溫度下它還是回火馬氏體）。 9）再結(jié)晶≠重結(jié)晶，再結(jié)晶不屬于相變過程。 三、簡答題： 1

12、 對某碳素鋼進行金相分析，其組織的相組成物為珠光體+網(wǎng)狀滲碳體，其中珠光體占95%，問碳鋼的含碳量大約是多少？ 2 有兩個含碳量為1.2%的碳鋼薄試樣，分別加熱到780℃和860℃并保溫相同時間，使之達到平衡狀態(tài)，然后以大于Vk的冷卻速度冷至室溫。試問： （提示：該碳鋼的Ac1=730℃, Accm=820℃) 1）哪個溫度加熱淬火后馬氏體晶粒粗大？ 2）哪個溫度加熱淬火后馬氏體含碳量較多？ 3）哪個溫度加熱淬火后殘余奧氏體較多？ 4）哪個溫度加熱淬火后未溶碳化物較少？ 5）你認(rèn)為哪個溫度合適？ 3現(xiàn)有一共析碳鋼，其顯微組織為粒狀珠光體（球狀珠光體），問通過何種

13、熱處理工序可以得到下述組織： 1）細(xì)片狀珠光體； 2）粗片狀珠光體 ； 3）比原始組織更明顯的粒狀的珠光體。 4 確定下列鋼件的退火方法，并指出退火的目的及退火后的組織： 1）經(jīng)冷軋后的15鋼鋼板，要求降低硬度; 2）ZG35的鑄造齒輪，存在枝晶偏析現(xiàn)象; 3）鍛造過熱的60鋼鍛坯; 4）具的片狀滲碳體的T12鋼坯； 5）鋼絲經(jīng)過冷卷之后形成彈簧，加工硬化產(chǎn)生高的彈性，要消除宏觀內(nèi)應(yīng)力； 6）用Q235制成尺寸不大的焊接件，要求消除焊接內(nèi)應(yīng)力。 5 相分析問題 1）含碳量為0.45%的碳鋼平衡冷卻時 (1) 溫度剛達到A1線,共析轉(zhuǎn)變尚未發(fā)生時有哪

14、幾相?各相的成分? (2) 在A1溫度共析轉(zhuǎn)變正在進行時有哪幾相? (3) 在A1溫度共析轉(zhuǎn)變結(jié)束時有哪幾相?各相的成分? 2）含碳量為4.7%的鐵碳合金在平衡冷卻時 (1) 溫度剛達到ECF線,共晶轉(zhuǎn)變尚未發(fā)生時有哪幾相？各相的成分? (2) 在ECF線上，共晶轉(zhuǎn)變正在進行時有哪幾相？各相的成分？ (3) 在共晶轉(zhuǎn)變剛剛結(jié)束時有哪幾相？各相的成分? 6 識別材料及其選擇材料的問題： 1）根據(jù)給定的材料及熱處理工藝,用直線連接相應(yīng)的零件: 板牙 40Cr 調(diào)質(zhì)+局部高頻淬火 機床主軸

15、 9SiCr 等溫淬火+低溫回火 銼刀 T12A 淬火+低溫回火 汽車板簧 20CrMnTi 滲碳、淬火+低溫回火 汽車齒輪 60Si2Mn 淬火+中溫回火 2）根據(jù)工件的使用條件，在下列材料中選用其中一種，并說明最終熱處理工藝。 45, W18Cr4V, 20CrMnTi, 1Cr18Ni9, ZGMn13 工件名稱 選用材料 最終熱處理工藝 銑 刀 汽車傳動齒輪 車床主軸

16、 3）某廠的材料牌號如下，請將其納入“材料分類表”中。 HT200，35CrMo，3Cr2W8V，ZGMn13，Q235，ZG35，15，W6Mo5Cr4V2，38CrMoAl， 9Mn2V，45，T8，18Cr2Ni4WA，GCr15，20Cr，QT600-2，55Si2Mn，4Cr13，T10A， KT450，0Cr18Ni9，Y40Mn，Cr17，Cr12MoV，W18Cr4V，20MnVB，T12，60Si2Mn， 38CrMnAl，5CrNiMn 材料分類表： 1 結(jié)構(gòu)鋼 2 工具鋼 3 特殊性能鋼 4 鑄鐵

17、 4）請用上題中的材料填下表。（不是唯一選項） 零件名稱 材料 最終熱處理 最終熱處理后的組織 滾動軸承 銼刀 機床轉(zhuǎn)動齒輪 鉆頭 C616車床主軸 汽車變速齒輪 機床床身 自行車架 軸承座 機床絲桿 手工具條 貨車板彈簧 晾衣架搖把 7 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線的問題： 1）某過共析鋼的C曲線如下圖所示，按圖中6種冷卻方式

18、冷至室溫各得什么組織? V1 ; V2 ; V3 ; V4 ; V5 ; V6 . 2）T12鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線如下圖所示，請指出該鋼按圖示的溫度加熱 保溫后，再按V1、V2、V3、V4、V5、V6冷卻速度曲線冷至室溫得到的組織。 A1 Acm V1 V2 V3 V4 V5 V6 時間 溫度 V1 ; V2 ; V3 ; V4 ; V5 ; V6 。 3）60鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線如

19、下圖所示，請指出該鋼按圖示的溫度加熱 保溫后，再按V1、V2、V3、V4、V5、V6冷卻速度曲線冷至室溫得到的組織。 A1 Ac3 V1 V2 V3 V4 V5 V6 時間 溫度 V1 ; V2 ; V3 ; V4 ; V5 ; V6 。 4）某鋼（約0.65%C）的過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線如圖所示，問加熱后按下圖6種冷卻方式冷至室溫各得什么組織?

20、 8 晶向、晶面指數(shù)問題 1）某晶體的原子位于晶格結(jié)點上，晶格常數(shù)為a=b、c=2/3a，有一晶面在x、y和z軸上的截距分別為5個原子間距、2個原子間距和3個原子間距，試求該晶面的晶面指數(shù)，與該晶面垂直的晶向指數(shù)是多少？并繪圖表示。 2）在立方晶體結(jié)構(gòu)中，一平面通過y=1/2、z=3并平行于x軸，它的晶面指數(shù)是多少？與該晶面垂直的晶向指數(shù)是多少？試?yán)L圖表示。 7基本相圖分析問題 1）已知A和B兩個組元形成共晶型相圖，A是高熔點組元（750℃），B是低熔點組元（580℃），在固態(tài)320℃時A溶于B的最大溶解度為30%，室溫時為10%，但B不溶于A；在300℃時，含40%B的液態(tài)合金發(fā)

21、生共晶反應(yīng)。 （1）正確畫出合金相圖； （2）80%A的合金在共晶反應(yīng)剛剛結(jié)束時組織組成物是什么？其組織組成物的相對量是多少？ （3）分析70%B的合金結(jié)晶過程。 2）已知A和B兩個組元在液態(tài)下無限互溶，固態(tài)下完全不溶，A組元的熔點為500℃，B組元的熔點為460℃，在280℃時，含45%B的液態(tài)合金發(fā)生共晶反應(yīng)。 （1）正確畫出合金相圖； （2）25%B的合金結(jié)晶過程中的相分析（相組成、各相的化學(xué)成分） 3）A-B二元合金相圖如下圖所示，請分析如下問題： L L+α α 平衡狀態(tài)的問題： （提示，在相

22、圖中直接畫出） （1）成分為40%B的合金首先凝固出來的固體的化學(xué)成分？ （2）若首先凝固出來的固態(tài)含60%B，合金的化學(xué)成分是多少？ （3）成分為70%B的合金最后凝固的液相化學(xué)成分？ （4）從相圖中舉例說明合金結(jié)晶要滿足化學(xué)成分條件（選擇（分）結(jié)晶），而純組元不需要化學(xué)成分條件（同分結(jié)晶）的原因。 非平衡狀態(tài)的問題： （1）相圖中的合金是否具備熱處理強化的條件？為什么？ （2）這類相圖在非平衡冷卻轉(zhuǎn)變中有枝晶偏析的問題，有人說，枝晶偏析的程度是隨著合金中含B%的增加而增加，你以為呢？常常采用何種方法消除枝晶偏析？請將加熱溫度范圍標(biāo)注在相圖上。 4）Pb-Sn相圖如圖所示：

23、 （1）用組織組成物填寫相區(qū)； （2）指出組織中含Ⅱ最多和最少的成分點； （3）指出組織中共晶體最多和最少的成分點； （4）指出最容易和最不容易產(chǎn)生枝晶偏析的成分點； 8 根據(jù)下表所提供的材料和熱處理工藝,試填寫處理后的組織： 材 料 淬火溫度(℃) 淬火介質(zhì) 回 火 組 織 水 低溫回火 45鋼 760℃ 水 中溫回火 Ac3=785℃ 水 高溫回火 Ac1=735℃ 水 低溫回火 840℃ 水 中溫回火 水 高溫回火

24、 T12鋼 760℃ 水 低溫回火 Ac1=730℃ Acm=820℃ 900℃ 水 低溫回火 四、分析題: 1 Fe-Fe3C相圖如下： 1）用相組成物填寫相區(qū)； 2）請寫出相圖中共晶反應(yīng)式和共析反應(yīng)式； 3）在Fe-Fe3C合金相圖上標(biāo)出亞共析鋼的完全退火加熱溫度范圍;過共析鋼的淬火加熱溫度范圍和過共析鋼的正火加熱溫度范圍； 4）試描述含碳量為1.0%合金的結(jié)晶過程(用冷卻速度曲線表示); 5）計算T10鋼室溫下平衡組織中的相組成物的相對量和組織組成物的相對量。 E C S F K G Q Fe Fe3C C%

25、A D P 溫 度 ℃ 1148℃ 727℃ L A F 2 一根Φ6的20鋼圓棒,經(jīng)滲碳表層碳濃度達0.9%～1.0%,緩冷至室溫后,從一端加熱,靠熱傳導(dǎo)使其上各點達到下圖所示的溫度,(提示：Ac1=730℃,Ac3=860℃,Accm=820℃)試問: 1) 各點(A、B、 C、 D )處表層和心部的加熱組織是什么? 2) 由圖中所示溫度水冷至室溫各點處組織是什么?(淬透了) 請將以上結(jié)果分別填入下表： A B C D 心部 表層 心部 表層 心部 表層

26、心部 3.一根Φ6的20鋼圓棒，先經(jīng)880 oC加熱淬火。然后從一端加熱，依靠熱傳導(dǎo)使圓棒各點快速達到如下圖所示的溫度，試問： 1）各點(A、B、 C、 D )處表層和心部的加熱組織是什么? 2）由圖中所示溫度水

27、冷至室溫各點處組織是什么?(淬透了) 請將以上結(jié)果分別填入下表： A B C D 表層 心部 表層 心部 表層 心部 表層 心部 1) 2) 3 銼刀要求硬度為HRC60-64，選用T12鋼制造，其工藝路線如下：(8分) （提示：T12鋼的Ac1=730℃，Accm=820℃） 鍛造→正火→球化退火→機加工→淬火+低溫回火→校直 請說明: 1）正火的主要目的及其組織； 2）球化退火的

28、目的及其組織； 3）淬火+低溫回火的目的及其加熱溫度選擇，最終熱處理的組織。 4某型號機床齒輪，要求齒輪表面有高的硬度（HRC>50），而心部具有良好的韌性（Ak>40J），原采用40Cr鋼調(diào)質(zhì)后再在齒輪表面進行高頻淬火+低溫回火，現(xiàn)因工廠庫 存的40Cr鋼已經(jīng)用完，只剩下20Cr鋼，擬用20Cr鋼代替。請說明： 1）原40Cr鋼各熱處理工序的作用； 2）改用20Cr鋼后，仍按原來的熱處理工序進行能否滿足性能要求？為什么？ 3）改用20Cr鋼后，為達到所要求的性能，在心部強度足夠的前提下應(yīng)采用何種熱處理工藝？ 5甲、乙兩廠生產(chǎn)用一批零件，材料均選用45鋼，硬度要求HB220~

29、250。甲廠采用正火，乙廠采用調(diào)質(zhì)，都達到硬度要求。試分析甲、乙兩廠產(chǎn)品的組織和性能差別。 6 對9Mn2V鋼制造的精密淬硬絲桿進行熱處理工藝分析，指出其熱處理（下劃線的文字部分）的主要目的和相應(yīng)的組織。已知： （１）技術(shù)要求：較高硬度（HRC56）和耐磨性，低變形和高的尺寸穩(wěn)定性． （２）工藝路線安排如下: 鍛造—球化退火—切割金相試樣檢查—毛坯校直—粗車—消除應(yīng)力退火—精車成光桿—整體淬火+低溫回火—清理、噴砂、檢驗。 7 某銑刀用W18Cr4V鋼制作，其熱處理工藝曲線如下圖所示，請回答： 1) W18Cr4V鋼的Ac1=820℃，但是為什么該鋼種要加熱至1280℃？ 2) 試寫出圖中(1) (2) (3)處的組織； 3) 570℃三次回火的作用? 8 有一塊含碳量為0.7%的碳鋼，若將它加熱至Ac3以上溫度保溫，出爐后用風(fēng)扇吹風(fēng)對它冷卻至室溫，金相顯微鏡下觀察到的組織如圖所示。試問： 1）組織的名稱？ 2）這種組織的形成機理？ 放大倍數(shù)：1000 浸 濕 劑：4%的硝酸酒精