2006年《机械工程材料》试题及答案

1 华 南 理 工 大 学 期 末 考 试 试 卷 （闭卷部分） 科 目: 机 械 工 程 材 料 班 别_________ 姓 名___________ 学 号________ 评 分_________ 一. 填 空 题 ( 30 分， 每空 0.5 分) 1. 右图中， 晶面 abcd 的晶面指数是 ， 晶向 ce 的晶向指数是 。 2. 液态金属总是在过冷的条件下结晶，其 冷却速度越快，则过冷度越 ， 实际结晶温度越 ，形核率越 ， 结晶后的晶粒便越 ，其强度越 ，塑性和韧性越 。 3. 纯 Fe 的同素异构转变为 ⎯⎯⎯ →⎯ °C1394 ⎯⎯ →⎯ °C912 ， 其晶体结构依次是 、 、 。 4. 属于珠光体类型的组织有 、 、 三种， 三者均由 和 两种相构成。但它们的力学性能是有差别 的，其原因是 。 5. 碳钢中马氏体组织形态主要有 、 两种，其中 强韧性较好。 6. 金属的塑性变形在大多数情况下是以 的方式进行的，它是在 作用下发生，常沿晶体中 的晶面及晶向发生。 7. 在 BCC 和 FCC 晶格中，单位晶胞内的原子数分别为 和 ，其致密度分 2 别为 和 。 8. 有时在过共析钢球化退火之前安排一道正火的热处理工序，其作用是 。 9．合金中的基本相结构, 有 和 两类。 10.钢的淬硬性主要取决于 。 11.HT200 是 的牌号，其中的碳主要以 的形式存在，其形态呈 状。 12. 根据右图的某亚共析钢 CCT 曲线示意图， 填写下表： 冷却 速度 应获得的组织 相当的热处理 工艺名称 V1 V2 V3 V4 13. 除 Co 外，大多数合金元素溶入奥氏体后，总是不同程度地使“C”曲线向 移动， 使钢临界冷却速度 VK ，淬透性 。 14、高速钢的锻造不仅是为了成型, 而且是为了___________________________。 高速钢 淬火后需经________℃______次回火， 其回火后的组织是_____________， 其性能具 有 、 、 。 15. 20CrMnTi 钢中 Ti 的主要作用是 ，而 1Cr18Ni9Ti 钢中 Ti 的 主要作用是 。 16．Cu-Zn 合金一般称为_________铜, 而 Cu-Sn 合金一般称为_________铜。 17、回复退火也称 退火。 3 二. 选择题 (15 分, 每题 1 分, 答案写在题号前的括号中 ) ( ) 1. 面心立方晶格原子密度最大的晶面和晶向分别是 。 A、{111}、<110> B、{110}、<111> C、{100}、<111> ( ) 2. 在体心立方晶格中，晶向指数[UVW]与晶面指数（hkl）满足 hU+kV+lW=0 时，则 此晶面与晶向 。 A、成 45˚夹角 B、垂直 C、平行 ( ) 3. 变形金属加热时发生的再结晶过程是一个新晶粒代替旧晶粒的过程，这种新晶 粒的晶体结构是 。 A、与变形前的金属相同 B、与变形后的金属相同 C、形成新的晶体结构 ( ) 4. 实际金属中存在许多缺陷，其中晶界属于 缺陷。 A、点 B、线 C、面 ( ) 5. 亚共析钢加热到 A1～A3之间时，奥氏体的含碳量 钢的含碳量。 A、小于 B、大于 C、等于 ( ) 6. 为了保证精密工件尺寸的长期稳定性，通常进行冷处理，其目的是为了消 除 。 A、应力 B、成分偏析 C、残余奥氏体 ( ) 7. 钢的 直接影响钢的性能。 A、实际晶粒度 B、起始晶粒度 C、本质晶粒度 ( ) 8. 在室温平衡状态下，钢的力学性能主要受 的数量、形态和分布所影响。 A、渗碳体 B、铁素体 C、奥氏体 4 ( ) 9. 有一过共析钢工件，淬火后组织为粗针马氏体+大量残余奥氏体，硬度、韧性、 耐磨性偏低，其主要原因是______。 A、加热温度过高，超过了 Accm B、淬火冷却速度过慢 C、加热时间不足，奥氏体未均匀化 ( ) 10. 下贝氏体比上贝氏体强韧性好，主要是由于 不同。 A、Fe3C 形态与分布 B、Fe3C 与 F 的片层间距 C、亚结构 ( ) 11. 碳素工具钢和低合金刃具钢的预先热处理宜采用_______。 A、球化退火 B、完全退火 C、调质 D、正火 （ ）12. 大多数机械零件的热处理技术要求只标注 。 A. 硬度指标 B. 强度指标 C. 塑性指标 （ ）13. 超硬铝合金只有经过 处理才能获得高的强度及硬度。 A、固溶处理 B、退火 C、冷变形 D、固溶处理＋时效 （ ）14. 金属结晶时，用向液态金属中加入某种难溶杂质来有限细化晶粒的方法，称之 为 。 A、固溶处理 B、调质处理 C、变质处理 （ ）15. 下列说法，错误的是 。 A、低碳钢的焊接性能比高碳钢好 B、调质钢的含碳量一般为中碳 C、形状复杂淬火容易变形的零件选用淬透性好的合金钢 D、工模具钢的含碳量一般较低 5 三. 判断题 (正确用“√”，错误用“X”表示。每小题 1 分，共 10 分) ( ) 1. Cr12 钢和 1Cr13 钢成分及性能相近，因此可以互相代用。 ( ) 2. 3Cr2W8V 钢平均含碳量为 0.3%左右，故是一种调质钢，经 1080℃加热淬火+560℃ 回火三次后，获得回火索氏体组织，因此适宜作车床主轴等要求综合力学性能的 零件。 ( ) 3. 滚动轴承钢 GCr15 由于含碳量高（0.95～1.05％）、含 Cr 也高达 15％，因而具 有高的硬度、耐磨性和红硬性。 ( ) 4. 耐磨钢 ZGMn13 水韧处理的目的是获得高硬度、高耐磨性的马氏体组织。 ( ) 5. 平衡状态的铁碳二元合金在室温下都是由 F+Fe3C 两个基本相组成，含碳量不同， 只是这两个相的数量、形态和分布不同而已。 ( ) 6. 淬透性相同的钢在任何情况下所获得的淬硬层深度都是相同的。 ( ) 7. 淬火马氏体在回火时出现的第一类回火脆性，既不能用热处理，也不能用合金化 加以消除。 ( ) 8. 可锻铸铁中的石墨形态呈团絮状结构，对基体割裂程度大大降低，塑性良好，因 而可以通过锻造方法改变铸件形状。 ( ) 9. 二元相图中的水平线表示三相平衡状态。 ( )10. 钢的冶金质量，主要依据杂质含量来评价。 四、综合题 (15 分) 1. 1) Please mark the regions of existence of various microstructures in the iron-carbon phase diagram. (8 points) 6 2) Please draw the microstructure of T12 steel. (1point) 3) Using the lever rule, calculate the relative amount(%) of the constituents in T12 steel at room temperature. (2 points) 7 2、在铁碳相图中有四条重要线，请说明这些线上所发生的转变并指出生成物（如 HJB 水平 线，冷却时发生包晶转变， JCHBL γδ ⎯⎯ →⎯+ °1490 ，生成 J 点成分的γ相）。（4 分） ECF 水平线， ； PSK 水平线， ； ES 线， ； GS 线， 。 8 华 南 理 工 大 学 期 末 考 试 试 卷 （开卷部分） 科 目: 机 械 工 程 材 料 班 别_________ 姓 名___________ 学 号________ 评 分_________ 1、在室温 25℃，通过冷轧制成型的工艺，将某锡基轴承合金（熔点 220℃）挂衬在 08 钢板 上，形成双金属轴承。此时，轴承合金的成型属于冷加工还是热加工？为什么？（6 分） 2、 试验分析： 3 根平直的 T8 钢手工锯片，不同热处理后用手弯曲 90°角，出现如下现象： A．锯片断裂；B．锯片放开手后恢复平直；C．锯片放手后保持弯曲角度。 请解释 3 根锯片分别进行何种热处理，为何出现上述现象？ （9 分） 9 3、 某公司生产摩擦压力机大型主轴，尺寸φ420×4500mm，4 线螺杆，重量 4.75t。主轴 表面要求高硬度，耐磨性好，心部具有良好的综合力学性能。供应商提供的材料如下： 45 钢，40Cr，20CrMnTi，35CrMo，20CrMo，42CrMo，35CrNi。请你根据上述情况为 该公司提出制造 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，方案中包括①选用何种材料；②制订加工工艺路线；③指出各道 热处理工序的作用，并说明主轴最终组织状态；④如果你选用的材料因尺寸原因不能用， 能选用哪种钢代替？（15 分） 10 2006 年《机械工程材料》试卷参考答案 一、填空题 1、 (110)、[110] 2、 大、低、大、细小、高、好 3、 δ-Fe、γ-Fe、α-Fe，BCC、FCC、BCC 4、 珠光体、索氏体、托氏体、F、Fe3C、片层厚度不同 5、 板条状、片状、板条状 6、 滑移、切应力、原子密度 7、 2、4、0.68、0.74 8、 消除网状渗碳体 9、 固溶体、化合物 10、马氏体的含碳量 11、灰口铸铁、G、片状 12、F+P、退火、 F+S、正火、 F+T+B+M+A′、淬火（油冷）、 M+A、淬火（水冷） 13、右、降低、提高 14、击碎大块的碳化物、560、三、M 回+K+A′、高硬度、高耐磨性、高热硬性 15、防晶间腐蚀、细化晶粒 16、黄、青 17、去应力 二、选择题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 A C A C B C A A A A A A D C D 三、是非题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 × × × × √ × √ × √ √ 四、综合题 1．1）（略） 2）（略） 3） %3.7%7.921%,7.92%100 77.069.6 2.169.6 3 =−==×− −= CCFeP WW 2．ECF：冷却时发生共晶转变， )3(1148 CFeL ECC +⎯⎯ →⎯ ° γ ，生成 Ld。 PSK：冷却时发生共析转变， )3(1490 CFePCS +⎯⎯ →⎯ ° αγ ，生成 P ES：冷却时发生 CCFe3→γ 转变，析出 CCFe3 GS：冷却时发生 αγ → 转变，析出 F 11 开卷部份： 1、 本题要点是冷、热加工在金属学上的定义及金属熔点使用的温度单位。 答：此时，轴承合金的成型属于热加工。 因为依据金属学对冷热加工温度的划分，冷加工＜再结晶温度＜热加工。 T 再=0.4 T 熔， 根据已知条件计算： T 熔=273+220=493(绝对温度 K)， T 再=0.4 T=0.4×493-273=197-273=-76℃, -76℃＜轴承合工成型加工温度 25℃，因此，轴承合金的成型属于热加工。 2、本题要点是相同材料，经不同热处理后获得不同的组织和性能。依据性能特点反推出组 织状态；又从组织状态推出热处理工艺。 答：A 锯片弯曲断裂，表明硬度高，脆性大，组织为回火马氏体，经过的热处理是 淬火+低温回火； B 锯片弯曲放开手后恢复平直，表明弹性好，组织为回火托氏体，经过的热 处理是淬火+中温回火； C 锯片放手后保持弯曲角度，表明塑性好，组织为回火索氏体，经过的热处 理是淬火+高温回火； （C 锯片也可以是经过球化退火，组织为球化体—球 状珠光体）。 3、本题要点是轴类零件选材、加工路线以及回火脆性。轴类零件必须选用调质钢，除了 20CrMnTi，20CrMo 不能选用，其余钢种都是合理的。因为尺寸大，在调质时不可以用回 火快冷的方法避免第二类回火脆性，因此正确的选择是 选用含 Mo 的调质钢。 答：① 选用 35CrMo 钢 ② 加工工艺路线：下料→锻造→退火→粗车→调质→精加工→中频（高频）表面加热 淬火→低温回火→磨至尺寸。 ③ 退火|：消除锻造应力，调整硬度、以利切削加工 P+F 调质：得到 S 回，保证心部具有良好的综合力学性能 高频感应加热淬火+低温回火：表面获得 M 回，具有高硬度、高耐磨性 最终组织状态：轴的表层为回火马氏体，心部为回火索氏体。 ④ 代用材料 42CrMo。 （本题答案选用其它调质钢如 45 钢，40Cr，从经济性考虑也合理；因为工件大，以正火代 替调质也是可行的。但如果选用 35CrMo，42CrMo，正火会出现脆性的上贝氏体组织，实际 生产上是不行的。）