工程材料與機械制造基礎復習題(參考)

1、機械制造基礎復習題1. 什么叫材料的塑性？塑性有哪兩個指標，如何用公式表示？試述塑性的兩個作用。答： 塑性是指金屬材料在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不致引起斷裂的性能。指標：伸長率3和斷面收縮率 Y。公式表示S =(Li-Lo)/Lo*1OO% Y =(Fo-Fi)/Fo*1OO% 式中L 0試樣 原始長度 L 1試樣拉斷后的長度 F 0試樣原始橫截面積 F 1 試樣拉斷后的橫截面積 作 用： 1、方便加工 2、提高材料的可靠性2說明下列力學性能指標的名稱、單位、含義：。分別指出哪些指標是動載下的力學性能，哪些是靜載下的力學性能。答： Sb 抗拉強度，單位 MPa ，指金屬材料拉斷前所能承受的最

2、大應力。S s 屈服極限 單位 MPa ，指出現(xiàn)明顯塑性變形時的應力。S0.2 條件屈服強度 單位 MPa ，指試樣產(chǎn)生 0.2%殘余塑性變形時的應力值。3 -1疲勞強度 單位MPa，指最大應變力S max低于某一值時，曲線與橫坐標平行，表示循環(huán)周次 N 可以達到無窮大，而試樣仍不發(fā)生疲勞斷裂時的交變應 力值。S伸長率 單位：無S = (Li-Lo/Lo) *100%式中Li指試樣拉斷后的長度 Lo指試樣原始長度ak 沖擊韌性 單位 J/cm 2 指金屬材料在沖擊載荷作用下，抵抗斷裂的能力。動載荷下的力學性能： S -1， ak靜載荷下的力學性能： Sb,Ss , So.2 , S3. 從壓頭

3、的材料、形狀、載荷大小、硬度值計算方法、應用等方面簡要說明布 氏硬度、洛氏硬度、微氏硬度三種測量硬度的方法的特點。答： 布氏硬度：壓頭材料：淬火鋼球或硬質(zhì)合金球、形狀：球形、載荷大小：3oookgf 、硬度值計算方法：載荷除以壓痕表面積的值、應用：鑄鐵、有色金 屬、低合金結構鋼等毛坯材料。洛氏硬度：壓頭材料：頂角為 120的金剛石圓錐壓頭、形狀：圓錐形、載荷大小：75kg或150kg、硬度值計算方法：HRC=130-k/0.002、應用：淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼等成品件。維氏硬度：壓頭材料：錐面夾角為 136的金剛石四棱錐體壓頭、形狀：四棱錐體、載荷大?。阂欢ㄝd荷、硬度值計算方法：載荷除以壓痕表面積的值

4、、應 用：從極軟到極硬的薄片金屬材料、表面淬硬層、滲碳層等。4. 畫出純鐵從液態(tài)冷卻下來的冷卻曲線，分別指出純鐵冷卻到室溫時發(fā)生哪些 轉(zhuǎn)變？哪個轉(zhuǎn)變是體積增大的，為什么？答：在 1394 C 時，S -Fe 轉(zhuǎn)變?yōu)檠?-Fe,在 912 C 時，丫 -Fe 轉(zhuǎn)變?yōu)?a -Fe。 丫 -Fe 轉(zhuǎn)變?yōu)閍 -Fe時體積增大，因為丫 -Fe是面心立方晶格，a -Fe是體心立方晶 格，當面心立方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格時，由于致密度減小而使體積膨脹。5. 什么叫過冷和過冷度，說明過冷度的大小對金屬結晶的影響。如何在結晶過 程中細化晶粒？答: 過冷指液態(tài)金屬冷卻到理論結晶溫度下才開始結晶的現(xiàn)象。過冷度指理論

5、結 晶溫度（T。）與實際結晶溫度（Tn）的差。過冷度越大，晶粒越小。如何細化晶 粒：1、在鑄造生產(chǎn)中采用變質(zhì)處理 2、對于固態(tài)金屬，可以用熱處理或壓力加 工的方法。6. 常見的金屬晶格類型有哪幾種？奧氏體和淬火獲得的馬氏體中的鐵是什么晶 格類型？答：體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。面心立方晶格。7. 按晶體結構的基本屬性分，固態(tài)合金中的相分為哪兩大類？分別在合金中起 什么強化作用。指出珠光體中的兩個強化相分別是什么，各屬于哪種？ 答：固溶體，金屬化合物。分別起固溶強化和彌散強化。珠光體中的兩個強化 相分別指F和Fe3C,各屬于固溶強化和彌散強化。8. 簡述共晶體和共析體的異同，指出它

6、們分別發(fā)生在鋼還是鑄鐵的冷卻過程 中。答：共同點：都是在恒溫下產(chǎn)生的。不同點：共晶體是在液相下生成的晶體， 共析體是在固相下生成的晶體。共晶體發(fā)生在鑄鐵的冷卻過程中，共析體發(fā)生 在鋼的冷卻過程中。9. 闡述鋼中的含碳量對鋼的力學性能（硬度、抗拉強度、塑性）是如何影響 的。答：鋼中的含碳量越高，硬度越大，塑性越差，當Wcc0. 9%時，隨著含碳量的增加，鋼的強度增加；當WO 0.9%時，隨著含碳量的增加，鋼的強度降低。10. 簡述45鋼和T10鋼的結晶過程，指出室溫下的組織分別是什么。答：45 鋼室溫下的組織為鐵素體和珠光體， T10 鋼室溫下的組織為珠光體和二次網(wǎng)狀滲碳體。11. 什么叫馬氏體

7、轉(zhuǎn)變，簡述馬氏體轉(zhuǎn)變的特點。答：如果將奧氏體以極大的冷卻速度快速冷到 M以下，使其冷卻曲線不與C曲線相遇，稱為馬氏體轉(zhuǎn)變。特點： 1、發(fā)生馬氏體型轉(zhuǎn)變時，過冷度極大，轉(zhuǎn)變 溫度很低奧氏體只能進行非擴散性相變。2、奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變無孕育期。3、馬氏體形成速度極快，接近聲速。4、奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體后，鋼件形成很大的的內(nèi)應力。 5、奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體具有不徹底性。12. 鋼的表面淬火和表面滲碳分別使用什么原理、方法和手段使鋼的表面獲得高 硬度，而心部保持高韌性的？答： 鋼的表面淬火：它是將工件表面進行快速加熱，使其奧氏體化并快速冷卻獲得表層一定深度的馬氏體組織，而心部組織保持不變。鋼的表面滲碳：向

8、鋼的表層滲入活性碳原子，增加零件表層含碳量并得到一定滲碳層深度的化學熱處理工藝。通過隨后的淬火和低溫回火，可提高零件表面硬度和耐磨性，增加 零件的疲勞抗力，而心部仍保持足夠的強度和韌性。13. 試述共析碳鋼在連續(xù)冷卻時，爐冷、空冷、油冷和水冷分別獲得什么組織， 這些組織具有什么樣的性能特點。答： 爐冷：珠光體 性能特點：強度低，韌性好；空冷：珠光體 性能特點：強 度低，韌性好；油冷和水冷都獲得淬火馬氏體組織。性能特點：硬度高，沖擊 韌性差。14. 某柴油機的凸輪軸，要求表面有高的硬度 (HRC50)，而心部具有良好的韌性(au40J)。原來用45鋼調(diào)質(zhì)處理，再在凸輪表面進行高頻淬火，最后低溫回

9、火?，F(xiàn)因 45鋼已用完，擬改用 20鋼代替，試說明：(1) 原 45鋼各熱處理工序的作用。 (2)改用 20鋼后，其熱處理工序是否應進行修 改？采用何種熱處理工藝最恰當？答： （1）正火是為了消除鍛造時的內(nèi)應力，均勻組織，細化晶格，提高綜合力 學性能，為后面的機械加工做準備；調(diào)質(zhì)是為了消除粗加工時的內(nèi)應力，使鋼的性能，材質(zhì)得到很大程度的調(diào) 整，其強度、塑性和韌性都較好，經(jīng)過調(diào)質(zhì)的材料具有良好的綜合機械性能；局部表面淬火是為了使軸的表面增加硬度、增加耐磨性，達到表面增加硬 度，內(nèi)部保持韌性，可以使軸能夠承受沖擊強度；低溫回火，也可以稱為時效處理，其目的是為了消除殘余應力，穩(wěn)定鋼材 組織和尺寸，這

10、對提高零件的精度是很重要的一道工序。（2）應修改，表面滲碳處理。15. 現(xiàn)有40Cr鋼制造的機床主軸，心部要求良好的強韌性（200300HBS，軸 頸處要求硬而耐磨（5458HRC，試問：（ 1 ）應進行哪種預處理和最終熱處理？（ 2）熱處理后各獲得什么組織？（ 3）熱處理工序在加工工藝路線中位置如何安排？答： （ 1 ）正火，調(diào)質(zhì)處理。（ 2）珠光體，鐵素體；回火索氏體。（3）下料、鍛造、正火、機加工、調(diào)制處理。16. 請為以下零件選材，并說明理由，寫出其常用成型方法、熱處理工藝以及熱 處理以后的組織（注：不需熱處理的就寫不熱處理）。1）傳動大齒輪（候選材料： 60Si2Mn， ZG450，

11、 T10）2）高速鋼刀頭（候選材料： W18Cr4V， 65Mn， 20 ）3）機床床身（候選材料： T10、QT450-17， HT200）4）鋼鋸條（候選材料： T10、QT450-17， HT200）5）橋梁鋼（候選材料： 15MnVN， 45， ZL102）6）冷作模具鋼（候選材料： 15， Cr12,2A12）7）汽車曲軸（候選材料： T10、QT450-17， HT200）8）教室里的桌椅支架（候選材料： T10、Q215， HT200）9）不銹鋼菜刀（ 1Cr8Ni9Ti ， 4Cr13， 1Cr17）10）滾動軸承（ 55， GCr15， 1Cr17Al5）答：（1） ZG45

12、0鑄鋼，高強度，形狀復雜成型方法：鑄造 熱處理工藝及組織：正火，表面淬火和低溫回火，回火馬氏體（2）W18Cr4V高速工具鋼，紅硬性好。成型方法：鍛造熱處理工藝及組織：球化退火，淬火和低溫回火，回火馬氏體（3）HT200灰鑄鐵，減磨性好，減震性強。成型方法：鑄造（4）T10碳素工具鋼，硬度高，耐磨性好。成型方法：鍛造熱處理工藝及組 織：球化退火，淬火和低溫回火，回火馬氏體（5）15M nVN低合金高強度結構鋼，良好的塑韌性和焊接性能，耐蝕性也較好。成型方法：熱軋熱處理工藝及組織：調(diào)質(zhì)，回火索氏體（6） Cr12冷作模具鋼，具有高強度、較好的淬透性和良好的耐磨性。成型方 法：鍛造熱處理工藝及組織

13、：淬火和低溫回火，回火馬氏體（7） QT450-17球墨鑄鐵，韌性和塑性較高。成型方法：鑄造 熱處理工藝及組 織：正火，石墨+較多的珠光體+鐵素體（8）Q215碳素結構鋼，具有高的塑性、韌性和焊接性能，良好的壓力加工性能。 成型方法：熱軋。（9）4Cr13合金工具鋼，高硬度及高耐磨性。成型方法：鍛造熱處理工藝及組 織：淬火和低溫回火，回火馬氏體（10） GCr15合金量具鋼，高硬度，高耐磨性。成型方法：鍛造熱處理工藝及 組織：淬火，低溫回火，回火馬氏體17. 球化退火和完全退火分別適用什么范圍含碳量的鋼，退火時應分別加熱到什 么溫度區(qū)間，退火后獲得的組織分別是什么？分別解釋為什么能獲得這樣的組

14、 織？答：（過共析鋼）球化退火：適用于含碳量 0.77%-2.11%的鋼，加熱到Aci以上20-30 C,球狀或顆粒狀的碳化物。原因：片狀滲碳體發(fā)生不完全溶解斷開成細 小的鏈狀或點狀，形成均勻的顆粒狀滲碳體。（亞共析鋼） 完全退火：適用于含碳量0-0.77%的鋼，加熱到 Acs以上30-50C,鐵素體+珠光體。原因：接近平衡狀態(tài)的組織。18. 比較下列鑄造工藝和方法中獲得的鑄件晶粒的大小1）低溫澆注和高溫澆注；2）砂型鑄造和金屬型鑄造；3）結晶時攪拌與不攪 拌；4）變質(zhì)處理與 非變質(zhì)處理 ；5）厚壁與薄壁鑄件 .答： （1）高溫澆注比低溫澆注的鑄件晶粒大（ 2）砂型鑄造比金屬型鑄造的鑄 件晶粒

15、大（ 3）結晶時不攪拌比攪拌的鑄造晶粒大（ 4）非變質(zhì)處理比變質(zhì)處理 的鑄件晶粒大（ 5）厚壁比薄壁鑄件的鑄件晶粒大19. 什么叫冷變形強化？冷變形金屬在回復和再結晶過程中組織和性能是如何變 化的。答：塑性變形后，金屬的強度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象，稱為“冷 變形強化”?；貜停?組織變化：顯微組織仍為纖維狀，無可見變化。性能變化 強度、硬度略有下降，塑性略有提高。 再結晶：組織變化 : 變形晶粒通過形核 長大，逐漸變?yōu)樾碌臒o畸變的等軸晶粒；性能變化：強度、硬度明顯下降，塑 性明顯提高。20. 什么叫流線組織，是如何形成的，齒輪中流線組織的方向應與徑向還是軸向 一致。板料彎曲時，流線組織

16、方向與彎曲線方向是什么關系。 （ 如用語言難以描 述，用圖表示也可以 ）答：鋼錠在拔長和軋制過程中，鋼錠內(nèi)部的雜質(zhì)隨著金屬的變形而沿著縱向伸 長形成的流線狀組織。齒輪中：徑向一致。板料彎曲時：方向一致。21. 簡述熔焊的焊接接頭的組成，微觀組織和性能特點。答： （1）焊縫 柱狀晶的鑄態(tài)組織 易產(chǎn)生熱裂紋（ 2）熔合區(qū) 組織成分不均勻 力學性能不好（3）熱影響區(qū)：過熱區(qū)組織粗大塑性、韌性明顯下降。正火區(qū) 正火組 織 力學性能優(yōu)于母材。部分變相區(qū) 組織不均勻 力學性能稍差。22. 簡述鋼的焊接工藝性的影響因素。分別簡述低碳鋼，中碳鋼、高碳鋼焊接工 藝特點。答： 化學成分。低碳鋼：一般沒有淬硬傾向，

17、不易產(chǎn)生裂紋，對焊接熱不敏 感，焊接性良好。中碳鋼：有一定淬硬傾向，在近縫區(qū)容易產(chǎn)生淬硬組織和冷 裂紋，焊縫中易產(chǎn)生熱裂，焊接性為中等。高碳鋼：淬硬傾向和裂紋敏感性 大，焊接性差。23. 鑄鐵是按什么分類的，各有什么性能特點，分別舉例說明各自的應用場合。答： 根據(jù)碳在鑄鐵中存在的形式。（ 1）白口鑄鐵 硬而脆 很少用于制造零件（ 2）麻口鑄鐵 硬而脆 很少應用（ 3）灰口鑄鐵 較好的力學性能 廣泛用于工業(yè)中24. 簡述熔化焊、釬焊、壓力焊的工藝特點及其應用場合。答：熔化焊；將被焊固體局部加熱到融熔化狀態(tài)，通常還需填充材料以形成共 同熔池，然后冷卻結晶成一體的焊接方法稱為熔焊。應用場合：幾乎任何場 合。釬焊：釬焊是利用熔點比工件低的釬料金屬護或合金作填充金屬，適當加熱 后，利用液