金屬工藝設(shè)計(jì)學(xué)試題和答案解析

1、.一、簡(jiǎn)答題1將鐘表發(fā)條拉直是彈性變形還是塑性變形？怎樣判別它的變形性質(zhì)？2下列符號(hào)表示的力學(xué)性能指標(biāo)的名稱和含義是什么？b 、s、0.2、-1、k、 HRC、HBS、HBW3什么是同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?試畫出純鐵的冷卻曲線,分析曲線中出現(xiàn)平臺(tái)的原因。室溫和1100時(shí)的純鐵晶格有什么不同？4金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是什么？晶核的形成率和成長(zhǎng)速度受到哪些因素的影響？5常用的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？它們的原子排列和晶格常數(shù)各有什么特點(diǎn)？-Fe、-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各屬何種晶體結(jié)構(gòu)？6什么是固溶強(qiáng)化？造成固溶強(qiáng)化的原因是什么？7將20kg純銅與30kg純鎳熔化后緩慢冷卻到如圖所示溫度

2、T11兩相的成分； 2兩相的重量比；3各相的相對(duì)重量 4各相的重量。8某合金如下圖所示：標(biāo)出1-3區(qū)域中存在的相；2標(biāo)出4、5區(qū)域中的組織；3相圖中包括哪幾種轉(zhuǎn)變？寫出它們的反應(yīng)式。9. 今有兩個(gè)形狀相同的銅鎳合金鑄件,一個(gè)含Ni90,一個(gè)含Ni50,鑄后自然冷卻,問(wèn)凝固后哪個(gè)鑄件的偏析較為嚴(yán)重？如何消除偏析？10. 按下面所設(shè)條件,示意地繪出合金的相圖,并填出各區(qū)域的相組分和組織組分,以及畫出合金的力學(xué)性能與該相圖的關(guān)系曲線。設(shè)C、D兩組元在液態(tài)時(shí)能互相溶解,D組元熔點(diǎn)是C組元的4/5 ,在固態(tài)時(shí)能形成共晶,共晶溫度是C組元熔點(diǎn)的2/5,共晶成分為D30；C組元在D組元中有限固溶,形成固溶體

3、。溶解度在共晶溫度時(shí)為C25,室溫時(shí)C10,D組元在C組元中不能溶解；C組元的硬度比D組元高。 計(jì)算D40合金剛完成共晶轉(zhuǎn)變時(shí),組織組成物及其百分含量。11分析在緩慢冷卻條件下,45鋼和T10鋼的結(jié)晶過(guò)程和室溫的相組成和組織組成。并計(jì)算室溫下組織的相對(duì)量。12. 試比較索氏體和回火索氏體,托氏體和回火托氏體,馬氏體和回火馬氏體之間在形成條件、組織形態(tài)、性能上的主要區(qū)別。索氏體回火索氏體形成條件650600淬火后高溫回火500650組織形態(tài)細(xì)片狀珠光體由已再結(jié)晶的鐵素體和均勻分布的細(xì)粒狀滲碳體所組成。F失去原M形態(tài),成為多邊形顆粒狀,同時(shí)滲碳體聚集長(zhǎng)大性 能強(qiáng)度和硬度較高2530HRC,塑性和韌

4、性較好保持較高的強(qiáng)度和硬度2535HRC 同時(shí)具有更好的塑性和韌性。屈氏體回火屈氏體形成條件600550淬火后中溫回火350500組織形態(tài)極細(xì)片狀珠光體由尚未發(fā)生再結(jié)晶的針狀鐵素體和彌散分布的極細(xì)小的片狀或粒狀滲碳體所組成。形態(tài)仍為淬火M的片狀或板條狀性 能強(qiáng)度和硬度高3040HRC,塑性和韌性好獲得較高的屈強(qiáng)比,硬度3545HRC 高的彈性極限,高的韌性。馬氏體回火馬氏體形成條件23050淬火后低溫回火150250以上組織形態(tài)碳在Fe中過(guò)飽和的固溶體,形態(tài)為片狀或板條狀由過(guò)飽和的相與其共格的Fe2.4C組成,形態(tài)保留原M形狀性能高碳片狀M,硬度6466HRC、脆性大,塑性、韌性差。低碳板條狀

5、M,硬度3050HRC,塑性韌性較高由于需低溫淬火的都為高碳鋼,故保持淬火M的高硬度5862HRC 高耐磨性,降低淬火應(yīng)力和脆性。13C曲線分析：1直徑為10mm的某鋼小試樣過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線如下圖所示,用圖中所示的冷卻曲線進(jìn)行冷卻,分析其所得到的組織。2直徑為10mm的某鋼小試樣的過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線如下圖所示,用圖中所示的冷卻曲線進(jìn)行冷卻,分析其所得到的組織。14. 現(xiàn)有45號(hào)鋼材料, 1請(qǐng)根據(jù)鐵碳合金相圖,畫出合金從液態(tài)冷卻到室溫的溫度-時(shí)間曲線,并寫出各個(gè)階段的組織轉(zhuǎn)變過(guò)程；2請(qǐng)分別選擇大批或小批生產(chǎn)小軸零件兩種合適的熱處理方案；3 在TTT曲線上畫出這兩種熱處理

6、方案的工藝曲線,并分別標(biāo)出其室溫時(shí)的組織狀態(tài)；2力學(xué)性能要求一般的小軸零件,采用正火熱處理方案；力學(xué)性能要求較高的小軸零件采用調(diào)質(zhì)熱處理方案。 因?yàn)檎鹚魇象w呈片狀,高溫回火得到的回火索氏體呈顆粒狀,力學(xué)性能比正火索氏體好。3V1為正火熱處理方案,其室溫組織為F+SV2為調(diào)質(zhì)熱處理中的淬火,然后高溫回火；其室溫組織為回火索氏體。15確定下列鋼件的退火方法,并指出退火的目的及退火的組織。1經(jīng)冷軋后的15鋼鋼板,要求降低硬度；2ZG35的鑄造齒輪；3鑄造過(guò)熱的60鋼鍛坯；4改善T12鋼的切削加工性能。16說(shuō)明直徑為10mm的45鋼試樣分別經(jīng)下列溫度加熱：700、760、850、1100,保溫后在水

7、中冷卻得到的室溫組織。119有兩種高強(qiáng)度螺栓,一種直徑為10mm,另一種直徑為30mm,都要求有較高的綜合力學(xué)性能：b800MPa,k600KJ/m2。試問(wèn)應(yīng)選擇什么材料及熱處理工藝。20為什么合金彈簧鋼以硅為重要的合金元素？為什么要進(jìn)行中溫回火？21什么是鋼的回火脆性？如何避免？22簡(jiǎn)述高速鋼的成分,熱處理和性能特點(diǎn),并分析合金元素的作用。23合金元素提高鋼的回火穩(wěn)定性的原因何在？24不銹鋼的固溶處理與穩(wěn)定化處理的目的各是什么？二、改錯(cuò)題1.材料的抗拉強(qiáng)度是指材料達(dá)到允許變形程度前的最大應(yīng)力。 2.當(dāng)外力超過(guò)塑性材料的彈性極限后,材料將產(chǎn)生屈服變形,該彈性極限也是材料的屈服極限。 3.HRA

8、是測(cè)定硬質(zhì)合金、淬火鋼、表面淬火層的洛氏硬度測(cè)試方法。 4.低應(yīng)力脆斷是材料在低溫下發(fā)生脆性所引起的。 5.結(jié)晶時(shí)成核速率愈小,生長(zhǎng)速率愈小,則結(jié)晶后合金的力學(xué)性能愈好。6.置換固溶體中溶質(zhì)原子和溶劑原子半徑相差愈小則溶解度愈小。 7. 球化退火為了得到在珠光體基體上均勻分布的球狀滲碳體。 8.水淬后,過(guò)共析鋼得到的是板狀馬氏體組織。 9. 利用合金元素產(chǎn)生細(xì)晶粒鋼,既減少晶界的面積,又提高晶界的強(qiáng)度,可提高鋼的抗高溫蠕變性能。 三、單項(xiàng)選擇題1. 金屬材料的沖擊韌度用符號(hào)ak表示,其計(jì)算單位為 N/mm2 J/cm2 kgfm/mm2 Pa/mm2 2.金屬在疲勞試驗(yàn)時(shí),試樣承受的載荷為 靜

9、載荷 動(dòng)載荷 沖擊載荷 交變載荷3. 固溶強(qiáng)化的基本原因是 晶格類型發(fā)生變化 晶粒變細(xì) 晶格發(fā)生滑移 晶格發(fā)生畸變 4. 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2% 的碳鋼,當(dāng)加熱至Ac1Accm時(shí),其組織應(yīng)為 F+A P+A A+Fe3CII P+ Fe3CII5. A1、Ar1、Ac1、A3之間的關(guān)系為 A1Ar1Ac1A3 Ar1A1Ac1A3 Ar1A1Ac1A3 A3Ac1A1Ar1 6. 過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變前所停留的時(shí)間稱為 孕育期 轉(zhuǎn)變期 過(guò)渡期 停留期 7. 與鋼相比,鑄鐵工藝性能的突出特點(diǎn)是 焊接性能好鍛造性能好 吸振性能好 熱處理性能好 8. T12鋼做銼刀,其最終熱處理一般為 淬火 淬火+高溫回

10、火中溫淬火 淬火+低溫回火9. 60鋼可以制造下列工件 游標(biāo)卡尺 齒輪 塞規(guī) 銼刀四、多項(xiàng)選擇題1. 硬度指標(biāo)包括以下幾種 HBW HBS HRD HRC HV 2. 工具鋼包括 模具鋼 刃具鋼 耐熱鋼 量具鋼 高速鋼3. 高速鋼具有 淬透性 高塑性 導(dǎo)電性 紅硬性 回火穩(wěn)定性4.鋼的淬透性主要取決于過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性,使C曲線右移,顯著提高鋼的淬透性的合金元素有 Mn Ni Co Cr V5. 鋼正火的目的是 提高硬度、強(qiáng)度 消除網(wǎng)狀二次滲碳體 降低硬度以利切削加工 提高鋼綜合力學(xué)性能 消除內(nèi)應(yīng)力6. 按石墨形態(tài)分,鑄鐵可分為 普通灰口鑄鐵 孕育鑄鐵 可鍛鑄鐵 球墨鑄鐵 白口鑄鐵五、綜合題1

11、附圖所示為四種不同材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線14,試比較這四種材料的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度屈服點(diǎn)、剛度和塑性。答：1 b： 2134 2 S： 1324 3E： 1324 4： 32412. 有A、B兩元合金,在液態(tài)下能無(wú)限互溶,在固態(tài)中也能無(wú)限互溶而形成均勻固溶體,A組元熔點(diǎn)1090,B組元熔點(diǎn)1450。在1200時(shí),B為30%的試樣液態(tài)質(zhì)量分?jǐn)?shù)L為52.63%,固態(tài)質(zhì)量分?jǐn)?shù)S為47.37%,固態(tài)的濃度為B=40。而B(niǎo)=70%,溫度為1360時(shí),液相成分為B1說(shuō)明該合金相圖為何類相圖？2繪出該二元合金相圖,其中相界線上必須有六個(gè)點(diǎn)的位置正確。3. 畫出T8鋼的過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線。為獲得以下組織,應(yīng)采用什么冷卻方式：并在等溫轉(zhuǎn)變曲線上畫出冷卻曲線示意圖。1索氏體2屈氏體+馬氏體+殘余奧氏體3全部下貝氏體4屈氏體+馬氏體+下貝氏體+殘余奧氏體5馬氏體+殘余奧氏體4. 某型號(hào)機(jī)床齒輪,要求齒輪表面有高的硬度HRC50,而心部具有良好的韌性Ak40J,原采用40Cr鋼調(diào)質(zhì)后再在齒輪表面進(jìn)行高頻淬火+低溫回火,現(xiàn)因工廠庫(kù)存的40Cr鋼已經(jīng)用完,只剩下20Cr鋼,擬用20Cr鋼代替。請(qǐng)說(shuō)明：1原40Cr鋼各熱處理工序的作用；2改用20Cr鋼后,仍按原來(lái)的熱處理工序進(jìn)行能否滿足性能要求？為什么？3改用20Cr鋼后,為達(dá)