机械工程材料练习题

三、选择题（共25分，每小题1分）1.40钢钢锭在1000℃左右轧制，有时会发生开裂，最可能的原因是(  )  A.温度过低；B.温度过高；C.钢锭含磷量过高；D.钢锭含硫量过高2.下列碳钢中，淬透性最高的是(  )A.20钢；  B.40钢；  C.T8钢；    D.T12钢3.Ni在1Cr18Ni9Ti钢中的主要作用是(  )A.提高淬透性；  B.固溶强化；  C.扩大Fe-Fe3C相图中的γ相区；  D.细化晶粒；4.W18Cr4V钢锻造后，在机械加工之前应进行(  )A.完全退火；  B.球化退火；  C.去应力退火；  D.再结晶退火5.下列材料中，最适合制造机床床身的是(  )A.40钢；    B.T12钢；    C.HT300；      D.KTH300-066.下列材料中，最适合制造气轮机叶片的是A.1Cr13钢；  B.1Cr17钢；  C.3Cr13钢；    D.4Cr13钢7.下列材料中，最适合制造飞机蒙皮的是(  )A.ZAlSi12；B.2A50(旧牌号LD5)；C.ZAlMg10；D.2A12(旧牌号LY12)8.下列材料中，最适合制造盛放氢氟酸容器的是(  )A.1Cr17；    B.1Cr18Ni9Ti；C.聚四氟乙烯；  D.SiO29.下列材料中，最适合制造汽车板弹簧的是(  )A.60Si2Mn；  B.5CrNiMo；    C.Cr12MoV；    D.GCr1510.下列材料中，最适合制造汽车火花塞绝缘体的是(  )A.Al2O3；  B.聚苯乙烯；    C.聚丙烯；      D.饱和聚酯11.铜只有通过冷加工并经随后加热才能使晶粒细化，而铁则不需冷加工，只需加热到一定温度即使晶粒细化，其原因是(  )A.铁总是存在加工硬化，而铜没有；    B.铜有加工硬化现象，而铁没有；  C.铁在固态下有同素异构转变；而铜没有D.铁和铜的再结晶温度不同12.常用不锈钢有铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和(  )A.铁素体-奥氏体不锈钢；  B.马氏体-奥氏体不锈钢；C.莱氏体不锈钢；    D.贝氏体不锈钢13.以下哪种铸铁的断口呈灰黑色？(  )A.马口铁；      B.白口铸铁；      C.麻口铸铁；      D.灰铸铁14.用于制造渗碳零件的钢称为(  )。  A.结构钢；      B.合金钢；    C.渗碳钢；        D.工具钢15.马氏体组织有两种形态(  )。  A.板条、树状；  B.板条、针状；  C.树状、针状；  D.索状、树状16.实际生产中，金属冷却时(  )。A.理论结晶温度总是低于实际结晶温度；    B.理论结晶温度总是等于实际结晶温度；  C.理论结晶温度总是大于实际结晶温度；  D.实际结晶温度和理论结晶温度没有关系17.零件渗碳后，一般需经过(  )才能达到表面硬度高而且耐磨的目的。A.淬火+低温回火；    B.正火；    C.调质；    D.淬火+高温回火18.C曲线右移使淬火临界冷却速度(  )，淬透性(  )。  A.减小、增大；  B.减小、减小；  C.增大、减小；  D.增大、增大19.机械制造中，T10钢常用来制造(  )。  A.容器；    B.刀具；      C.轴承；      D.齿轮20.钢经表面淬火后将获得(  )。  A.一定深度的马氏体；  B.全部马氏体；  C.下贝氏体；  D.上贝氏体21.GCrl5SiMn钢的含铬量是：(  )A.15％；    B.1．5％；    C.0.15％；    D.0.015％22.铅在常温下的变形属：(  )    A.冷变形；  B.弹性变形；    C.热变形；    D.既有冷变形也有热变形23、黄铜是以（  ）为主加元素的铜合金。    A.铅      B.铁          C.锡          D.锌24、在Fe-Fe3C和图中，奥氏体冷却到ES线时开始析出（    ）。    A.铁素体  B.珠光体      C.二次渗碳体  D.莱氏体25、从金属学的观点来看，冷加工和热加工是以（    ）温度为界限区分的。A.结晶    B.再结晶      C.相变        D.25℃四、判断题（共10分，每小题1分）1.回火托氏体和托氏体皆由铁素体和渗碳体两个相构成，因而其性能相同。(  )2.冷却速度越快，钢的淬透性越高。(  )3.钢的淬透性越高，产生焊接裂纹的倾向越大。(  )4.铝合金也可以象钢那样通过淬火明显提高其硬度。(  )5.所有强化金属的手段，都在提高强度的同时降低了韧性。(  )6.可锻铸铁中的团絮状石墨是浇注球墨铸铁时石墨球化不良的结果。(  )7.一定加热温度下，奥氏体晶粒长大倾向小的钢称为本质细晶粒钢。(  )8.所谓过量弹性变形，是指零件发生了塑性变形。(  )9.铝极易氧化，故铝制品的抗氧化失效能力极差。(  )10.弹簧钢淬火后采用中温回火是想提高钢的弹性模量。(  )五、简答题（共30分，每题10分）1.简述奥氏体晶粒对钢在室温下组织和性能的影响。2.简述回火的目的。3.何谓碳钢中的铁素体、渗碳体、珠光体？他们的力学性能各有何特点？三、判断题：1０×2＝２0分1.(×)钢的淬透性主要取决于冷却速度。2.(√)实际的金属晶体都呈各向异性。3.(×)加工硬化、固溶强化均使材料强度、硬度显著提高，塑性、韧性明显降低，故可认为它们有相同的强化机理。　　　4.(√)金属材料、陶瓷材料和高分子材料的本质区别在于它们的化学键不同。5.(√)材料的强度、硬度越高，其塑性、韧性越差。6.(√)调质和正火两种热处理工艺所获得的组织分别为回火索氏体和索氏体，它们的区别在于碳化物的形态差异。7.(×)铝合金人工时效比自然时效所获得的硬度高，且效率也高，因此多数情况下采用人工时效。8．(×)硬质合金可用做刀具材料，模具材料和量具材料。9．(×)在热处理中变形和开裂都是不可避免的。10．(√)球墨铸铁是铸铁中力学性能最好的。3、钢按化学成分可分为哪几类？钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。其中，碳素钢按含碳量的多少分低碳钢、中碳钢、高碳钢；合金钢按合金元素种类分锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢，按合金元素含量的多少分低合金钢、中合金钢、高合金钢。4、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁在组织上的根本区别是什么？四种材料的在组织上的根本区别是铸铁中的石墨的形态不同（形状、大小、数量、分布等），灰铸铁的石墨是片状，球墨铸铁的石墨是球状，可锻铸铁的石墨是团状，蠕墨铸铁的石墨是虫状。5、硬质合金的主要组成是什么？常用硬质合金分哪几类？各有何主要应用？硬质合金的主要组成是难熔金属碳化物和粘结金属。常用硬质合金分为钨钴类硬质合金(代号YG)和钨钴钛类硬质合金(代号YT)两种。YG合金多用于加工产生断续切屑的的脆性材料(如铸铁)，YT合金多用于加工产生连续切屑的韧性材料，特别是高速切削钢件。4－9用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想？为什么？（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。答：齿轮的材料、加工与加工工艺有一定的原则，同时也要根据实际情况具体而定，总的原则是满足使用要求；加工便当；性价比最佳。对齿轮而言，要看是干什么用的齿轮，对于精度要求不高的，使用频率不高，强度也没什么要求的，方法1、2都可以，用方法3反倒是画蛇添足了。对于精密传动齿轮和高速运转齿轮及对强度和可靠性要求高的齿轮，方法3就是合理的。经过锻造的齿坯，金属内部晶粒更加细化，内应力均匀，材料的杂质更少，相对材料的强度也有所提高，经过锻造的毛坯加工的齿轮精度稳定，强度更好。4－10用一冷拔钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到1000℃，保温后再次吊装工件时钢丝绳发生断裂，试 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 原因？答：由于冷拔钢丝在生产过程中受到挤压作用产生了加工硬化使钢丝本身具有一定的强度和硬度，那么再吊重物时才有足够的强度，当将钢丝绳和工件放置在1000℃炉内进行加热和保温后，等于对钢丝绳进行了回复和再结晶处理，所以使钢丝绳的性能大大下降，所以再吊重物时发生断裂。4－11在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而稍隔一段时间再行弯折，铅板又像最初一样柔软这是什么原因？答：铅板在室温下的加工属于热加工，加工硬化的同时伴随回复和再结晶过程。越弯越硬是由于位错大量增加而引起的加工硬化造成，而过一段时间又会变软是因为室温对于铅已经是再结晶温度以上，所以伴随着回复和再结晶过程，等轴的没有变形晶粒取代了变形晶粒，硬度和塑性又恢复到了未变形之前。5－5某仓库中积压了许多退火状态的碳钢，由于钢材混杂不知其化学成分，现找出一根，经金相分析后发现组织为珠光体和铁素体，其中珠光体占75％。问此钢的碳含量大约为多少？答：＝P%·0.77%＝75％×0.77％＝0.5775％5－6现有形状、尺寸完全相同的四块平衡状态的铁碳合金，它们的碳含量分别为Wc=0.2%，Wc=0.4%，Wc=1.2，Wc=3.5%的合金。根据你所学的知识，可有哪些方法区别它们？答：测量四块合金的硬度，其硬度随含碳量增加而升高。观察四块合金的金相，0.2%和0.4%的合金均为亚共析钢，其组织为珠光体+铁素体，珠光体的量随含碳量增加而增加；1.2%的合金为过共析钢，其组织为珠光体+二次渗碳体；3.5%的合金为亚共晶白口铁，其组织为珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体。观察四块合金与砂轮磨出的火花，随着含碳量的增加，流线数量和爆花数量都急剧增多，碳含量超过0.8%以后，增多的趋势逐渐缓和。5－7根据铁碳相图解释下列现象：1)含碳量1.0%的钢比含碳量0.5%的钢硬度高； 2)在室温平衡状态下，含碳量为0.8%的钢比含碳量为1.2%的钢强度高；3)室温下莱氏体比珠光体塑性差；答：1)含碳量1.0%的钢比含碳量0.5%的钢硬度高；钢由较软的铁素体和较硬的渗碳体组成，随着含碳量的提高，钢中渗碳体的量提高，因此硬度提高。2)在室温平衡状态下，含碳量为0.8%的钢比含碳量为1.2%的钢强度高；钢的强度是典型的对组织敏感的性能指标，细密相间的两相组织珠光体具有较高的强度，因此提高珠光体的比例可改善钢的强度，而连续分布在原奥氏体晶界上的二次渗碳体将降低钢的强度。0.8%的钢中珠光体的比例高于1.2%的钢，同时1.2%的钢含有更多的二次渗碳体，故0.8%的钢比1.2%的钢强度高。3)室温下莱氏体比珠光体塑性差；室温下莱氏体Fe3C+P，即珠光体分布渗碳体相的基底上，而渗碳体基底的脆性极大，莱氏体表现为脆性的，几乎不能塑性变形。6－7甲，乙两厂生产同一批零件，材料均选45钢，硬度要求为220~2250HBW。甲厂采用正火，乙厂采用调质，都达到硬度要求。试分析甲，乙两厂产品的组织和性能的差别。答：甲厂采用正火：获得细珠光体，正火消除中碳钢经热加工后产生的组织缺陷，塑性基本不降低。乙厂采用调质：获得回火索氏体，强度、硬度、耐磨性降低。大幅度提高了塑性、韧性，得到较好的综合力学性能的钢。6-9仓库中有45钢、38CrMoAlA钢和20CrMnTi钢，它们都可以用来制造齿轮，为了满足齿轮的使用要求，问各应进行何种热处理？并比较它们经热处理后在组织和性能上的不同。答:(1)45钢：先调质，感应加热表面淬火＋低温回火组织：表层M回,心部S回(2)38CrMoAlA：先调质，后氮化组织：表层氮化组织，心部S回(3)20CrMnTi：渗碳，淬火＋低温回火组织：M回＋少量AR,心部F＋P6-10某一用45钢制造的零件，其加工路线如下：备料→锻造→正火→粗机械加工→调质→精机械加工→高频感应加热淬火＋低温回火→磨削，请 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 各热处理工序的目的及热处理后的组织。答：正火目的:消除锻造应力,改善切削加工性,同时均匀组织,细化晶粒,为后续热处理作组织准备。组织:晶粒均匀细小的F和S。调质目的:提高塑性、韧性,使零件获得较好的综合力学性能。组织:S回。高频感应加热淬火目的:提高工件表面的硬度和耐磨性,而心部仍保持良好的塑性和韧性。低温回火目的:降低内应力和脆性。表层组织:M回，心部组织：S回。7－8试比较T9、9SiCr、W6Mo5Cr4V2作为切削刀具材料的热处理、力学性能特点及适用范围，并由此得出一般性结论。答：T9的热处理：淬火＋低温回火。力学性能：硬度高，韧性中等，无热硬性，综合力学性能欠佳。适用范围：用于尺寸不大，形状简单，要求不高的低速切削工具。9SiCr热处理：淬火＋低温回火。力学性能：硬度和耐磨性良好，，无热硬性，综合力学性能优于T9。适用范围：用于制造尺寸较大，形状复杂，受力要求较高，切削速度不高的刀具。7－16为什么铸造生产中，化学成分如具有三低（碳、硅、锰的含量低）一高（硫含量高）特点的铸铁易形成白口？而在同一铸铁中，往往在其表面或薄壁处易形成白口？答：在铸铁生产中，碳、硅低易出现白口组织，铸件激冷也会出现白口，高牌号铸铁孕育不良也会出现白口，锰是反石墨化元素，含量高才会出现白口。齿轮：20CrMnTi渗碳钢；C%=0.2%,Cr,Mn,Ti<1.5%；渗碳＋淬火＋低温回火；组织为回火马氏体。（3分）连杆：40Cr调质钢；C%=0.4%,Cr<1.5%；调质处理（淬火＋高温回火）；组织为回火索氏体。（2分）弹簧：65Mn弹簧钢；C%=0.65%,Mn<1.5%；淬火＋中温回火；组织为回火托氏体。（2分）冷冲压模具：Cr12MoV冷变形模具钢；C%>1%,Cr=12%,Mo,V<1.5%；淬火＋低温回火；组织为回火马氏体。（2分）滚动轴承：GCr15Mo轴承钢；C%＝1%,Cr=1.5%,Mo<1.5%；球化退火＋淬火＋低温回火；组织为回火马氏体。（2分）车刀：W6Mo5Cr4V2高速钢；W%=6%,Mo%=5%,Cr%=4%,V%=2%；淬火＋560℃三次回火；组织为回火马氏体＋碳化物。（3分）锉刀：T10碳素工具钢；C%＝1%；淬火＋低温回火；组织为回火马氏体＋碳化物。（2分）热锻模具：5CrMnMo热变形模具钢；C%=0.5%,Cr,Mn,Mo<1.5%；淬火＋高温回火；组织为回火索氏体。（2分）机床床身：HT300灰口铁；无需热处理。（2分）由T12材料制成的丝锥，硬度要求为HRC60～64。生产中混入了Q235钢料，如果按T12钢进行淬火＋低温回火处理，问其中Q235钢制成的丝锥的性能能否达到要求？为什么？不能达到要求。Q235属于普通碳素结构钢，碳的质量分数很低，一般在0、1－0、17％C，按照T12淬火温度淬火（760－780℃），钢中只有少量珠光体转变成马氏体，大量铁素体未发生转变。因此淬火后的硬度很低，不能使用。四、下面材料所属类别，常用热处理工艺和应用实例(15分)材料排号类别典型热处理工艺应用举例QT600球墨铸铁等温淬火＋高温回火曲轴，齿轮箱1Cr18Ni9Ti不锈钢固溶处理耐蚀罐体，炉条5CrMnMo热作模具钢淬火＋中温回火热锻模热挤压模65Mn碳素钢淬火＋中温回火弹簧发条GCr15滚动轴承钢淬火＋低温回火滚珠套圈五、分析题（25分）三、简答（24分）（每小题4分）1.在铸造生产中，采用哪些措施获得细晶粒组织？2.说明实际金属晶体缺陷种类及特征。3.石墨的形态对铸铁都有哪些影响？4.常见的热处理方法有哪些？5.什么是铝合金的固溶处理和时效处理。6.回火的目的是什么，常用的回火操作有哪几种？答案：四、指出下列金属材料的类别（12分）（每空格0.5分）(1)H68黄铜(2)W18Cr4V高速钢(3)Q235-A.F普通碳钢(4)1Cr18Ni9Ti不锈钢(5)GCr15滚动轴承钢(6)QT600-02球墨铸铁(7)45优质碳素结构钢(8)HT200灰口铸铁(9)55Si2Mn合金弹簧钢(10)KTH350-06可锻铸铁(11)T10A优质碳素工具钢(12)40Cr合金调质钢(13)20优质碳素结构钢(14)ChSnSb11-6轴承合金(15)Q235C普通碳钢(16)QSn4-3锡青铜(17)QAl7铝青铜(17)08优质碳素结构钢(19)T12碳素工具钢(20)Y30易切削钢(21)HT150灰口铸铁(22)35优质碳素结构钢(23)16Mn低合金结构钢(24)20Cr合金渗碳钢23.指出下列工件的淬火及回火温度，并说明其回火后获得的组织和大致的硬度：（1）45钢小轴（要求综合机械性能）；（2）60钢弹簧；（3）T12钢锉刀。答：（1）45钢小轴（要求综合机械性能），工件的淬火温度为850℃左右，回火温度为500℃～650℃左右，其回火后获得的组织为回火索氏体，大致的硬度25～35HRC。选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，并且钢材具有足够的淬透性）：（1）某机床变速箱齿轮（模数m=4），要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45钢；（2）某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴径部分要求耐磨（HRC50-55），材料选用45钢；（3）镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用38CrMoALA。答：（1）下料→锻造→正火→粗加工→精加工→局部表面淬火+低温回火→精磨→成品（2）下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→局部表面淬火+低温回火→精磨→成品（3）下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→氮化→研磨→成品（2）60钢弹簧，工件的淬火温度为850℃左右，回火温度为350℃～500℃左右，其回火后获得的组织为回火屈氏体，大致的硬度40～48HRC。（3）T12钢锉刀，工件的淬火温度为780℃左右，回火温度为150℃～250℃，其回火后获得的组织为回火马氏体，大致的硬度60HRC。合金钢和碳素钢相比，具有哪些特点？（1）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（低温下高韧性）。18、指出下列钢类别，用途，碳及合金元素的主要作用和热处理特点。（1）、20CrMnTi：渗碳钢。用于承受较强烈的冲击作用和受磨损的条件下进行工作的零件。0．2％的碳含量保证了渗碳零件的心部具有良好的韧性和塑性，Cr、Mn、Ti等合金元素所起的主要作用是增加钢的淬透性，提高钢的心部的强度。另外，少量的Ti可形成稳定的合金碳化物，起到细化晶粒、抑制钢件在渗碳时发生过热的作用。渗碳钢的主要热处理工序一般是在渗碳之后再进行淬火和低温回火。处理后零件的心部为具有足够强度和韧性的低碳马氏体组织，表层为硬而耐磨的回火马氏体和一定量的细小碳化物组织。（ 2）、40MnVB：调质钢。这类钢在多种负荷下工作，受力情况比较复杂的重要零件，要求具有高强度与良好的塑性及韧性的配合，即具有良好的综合机械性能。0．4％的含碳量保证调质钢零件获得良好的综合机械性能；合金元素的加入，主要是为了提高钢的淬透性及保证强度和韧性而加入的。调质钢经过调质热处理后得到回火索氏体组织。调质钢零件，通常除了要求有良好的综合机械性能外，往往还要求表面有良好的耐磨性。为此，经过调质热处理的零件往往还要进行感应加热表面淬火。如果对表面耐磨性能的要求极高，则需要选用专门的调质钢进行专门的化学热处理。（ 3）、60Si2Mn：弹簧钢。用于通过弹性变形储存能量，从而传递力和机械运动或缓和机械振动与冲击，如汽车、火车上的各种板簧和螺旋弹簧、仪表弹簧等，要求必须具有高的弹性极限。0.6％的含碳量为了保证弹簧的强度要求；合金元素的主要作用是提高钢的淬透性和回火稳定性，强化铁素体和细化晶粒，从而有效地改善了弹簧钢的力学性能。淬火后中温回火，得到回火屈氏体组织。（ 4）、9Mn2V（5）、Crl2MoV：冷作模具钢。用来制造在冷态下使金属变形的模具钢种。为了保证模具经过热处理后获得高硬度和高耐磨性，冷作模具钢含有比较高的碳量。加入的合金元素，其作用主要是为了提高钢的淬透性，耐磨性及减少变形等。热处理采用淬火+低温回火的热处理工艺。（ 6）、5CrNiMo：热作模具钢。用来制造在受热状态下对金属进行变形加工的模具用钢。碳：0.50％C，保证一定的强度、硬度和耐磨性；铬：主要是提高淬透性，并能提高回火稳定性，形成的合金碳化物还能提高耐磨性，并使钢具有热硬性；镍：镍与铬共同作用能显著提高淬透性，镍固溶于铁素体中，在强化铁素体的同时还增加钢的韧性。锰：在提高淬透性方面不亚于镍，但Mn固溶于铁素体中，在强化铁素体的同时使钢的韧性有所降低。钼：其主要作用是防止产生第二类回火脆性。另外钼也有细化晶粒，增加淬透性，提高回火稳定性等作用。热处理采用淬火+低温回火的热处理工艺。（ 7）、1Crl3：马氏体型不锈钢。用于要求韧性较高与受冲击载荷下的耐腐蚀的结构钢零件。铬：能在阳极区表面上形成一层富Cr的氧化物保护膜，这层氧化膜会阻碍阳极区域的电化学反应，并能增加钢的电极电位而使其电化学腐蚀过程减缓，从而使含铬不锈钢获得一定的耐蚀性。热处理采用淬火＋高温回火，得到回火索氏体组织。（ 8）、1Cr18Ni9Ti：奥氏体型不锈钢。含碳量很低，属于超低碳范围，这是因为含碳量增高对耐蚀性是不利的。合金元素铬主要产生钝化膜，阻碍阳极电化学腐蚀反应，增加钢的耐蚀性；含约9％Ni主要作用是扩大γ区并降低Ms点(降低至室温以下)。使钢在室温时具有单相奥氏体组织。热处理：固溶处理，让所有碳化物全部溶于奥氏体，然后水淬快速冷却，不让奥氏体在冷却过程中有碳化物析出或发生相变，在室温下获得单相的奥氏体组织，提高耐蚀性。（ 9）、ZGMnl3：高锰耐磨钢。用于制造有强烈摩擦或撞击时的抗磨损的工件。Mn:C比值不小于10。为了使高锰钢全部获得奥氏体组织须进行“水韧处理”。化学成分和冷却速度对铸铁石墨化和基体组织有何影响？答：(1)化学成分1)碳和硅。碳和硅是强烈促进石墨化元素,铸铁中碳和硅的含量越高,就越容易充分进行石墨化。由于共晶成分的铸铁具有最佳的铸造性能。因此,将灰铸铁的碳当量均配制到4%左右。2)锰。锰是阻止石墨化的元素,但锰与硫化合成硫化锰,减弱了硫的有害作用,结果又间接促进石墨化的作用。故铸铁中有适量的锰是必要的。3)硫。硫是强烈阻碍石墨化的元素,它不仅强烈地促使白口化,而且还会降低铸铁的流动性和力学性能,所以硫是有害元素,必须严格控制其含量。(2)冷却速度生产实践证明,在同一成分的铸铁件中,其表面和薄壁部分易出现白口组织,而内部和厚壁处则容易进行石墨化。由此可见,冷却速度对石墨化的影响很大。冷却速度越慢,原子扩散时间充分,也就越有利于石墨化的进行。冷却速度主要决定于浇注温度、铸件壁厚和铸型材料。4)磷。磷是弱促进石墨化的元素,同时能提高铁液的流动性,但磷的含量过高会增加铸铁的脆性,使铸铁在冷却过程中易开裂,、所以也应严格控制其含量。三、试述石墨形态对铸铁性能的影响。灰铸铁中石墨呈片状，片状石墨的强度、塑性、韧性几乎为零,存在石墨地方就相当于存在孔洞、微裂纹,它不仅破坏了基体的连续性,减少了基体受力有效面积,而且在石墨片尖端处形成应为集中,使材料形成脆性断裂。石墨片的数量越多,尺寸越粗大,分布越不均匀,铸铁的抗拉强度和塑性就越低。可锻铸铁中石墨呈团絮状。与灰铸铁相比对金属基体的割裂作用较小,可锻铸铁具有较高的力学性能,尤其是塑性与韧性有明显的提高。球墨铸铁中石墨呈球状，所以对金属基体的割裂作用较小,使得基体比较连续,在拉伸时引起应力集中的现象明显下降,从而使基体强度利用率从灰铸铁的30%~50%提高到70%~90%,这就使球墨铸铁的抗拉强度、塑性和韧性、疲劳强度不仅高于其它铸铁,而且可以与相应组织的铸钢相比。总之，石墨的形状越接近于球形，铸铁的强度、塑性及韧性越高。2.何谓硅铝明？它属于哪一类铝合金？为什么硅铝明具有良好的铸造性能？在变质处理前后其组织及性能有何变化？这类铝合金主要用在何处？答：铝硅铸造合金又称为硅铝明，由于含硅量为17%附近的硅铝明为共晶成分合金，具有优良的铸造性能。在铸造缓冷后,其组织主要是共晶体(α十Si),其中硅晶体是硬化相,并呈粗大针状,会严重降低合金的力学性能,为了改善铝硅合金性能,可在浇注前往液体合金中加入含钠的变质剂,纳能促进硅形核,并阻碍其晶体长犬,使硅晶体成为极细粒状均匀分布在铝基体上。钠还能使相图中共晶点向右下方移动,使变质后形成亚共晶组织。变质后铝合金的力学性能显著提高。铸造铝硅合金一般用来制造质轻、耐蚀、形状复杂及有一定力学性能的铸件,如发动机缸体、手提电动或风动工具(手电钻)以及仪表外壳。同时加入镁、铜的铝硅系合金(如ZL108),在变质处理后还可进行固溶处理+时效,使其具有较好耐热性和耐磨性,是制造内燃机活塞的材料。补充：17.钢中常存杂质有哪些？对钢的性能有何影响？答：钢中常存杂质有Si、Mn、S、P等。Mn：大部分溶于铁素体中，形成置换固溶体，并使铁素体强化：另一部分Mn溶于Fe3C中，形成合金渗碳体，这都使钢的强度提高，Mn与S化合成MnS，能减轻S的有害作用。当Mn含量不多，在碳钢中仅作为少量杂质存在时，它对钢的性能影响并不明显。Si：Si与Mn一样能溶于铁素体中，使铁素体强化，从而使钢的强度、硬度、弹性提高，而塑性、韧性降低。当Si含量不多，在碳钢中仅作为少量夹杂存在时，它对钢的性能影响并不显著。S：硫不溶于铁，而以FeS形成存在，FeS会与Fe形成共晶，并分布于奥氏体的晶界上，当钢材在1000℃~1200℃压力加工时，由于FeS-Fe共晶（熔点只有989℃）已经熔化，并使晶粒脱开，钢材将变得极脆。P：磷在钢中全部溶于铁素体中，虽可使铁素体的强度、硬度有所提高，但却使室温下的钢的塑性、韧性急剧降低，并使钢的脆性转化温度有所升高，使钢变脆。18.试述碳钢的分类及牌号的表示方法。答：分类：1）按含碳量分类低碳钢：含碳量小于或等于0.25%的钢，0.01~0.25%C≤0.25%C中碳钢：含碳量为0.30~0.55%的钢0.25~0.6%C高碳钢：含碳量大于0.6%的钢0.6~1.3%C＞0.6%C（2）按质量分类：即含有杂质元素S、P的多少分类：普通碳素钢：S≤0.055%P≤0.045%优质碳素钢：S、P≤0.035~0.040%高级优质碳素钢：S≤0.02~0.03%；P≤0.03~0.035%（3）按用途分类碳素结构钢：用于制造各种工程构件，如桥梁、船舶、建筑构件等，及机器零件，如齿轮、轴、连杆、螺钉、螺母等。碳素工具钢：用于制造各种刀具、量具、模具等，一般为高碳钢，在质量上都是优质钢或高级优质钢。牌号的表示方法：（1）普通碳素结构钢：用Q+数字表示，“Q”为屈服点，“屈”汉语拼音，数字表示屈服点数值。若牌号后面标注字母A、B、C、D，则表示钢材质量等级不同，A、B、C、D质量依次提高，“F”表示沸腾钢，“b”为半镇静钢，不标“F”和“b”的为镇静钢。（2）优质碳素结构钢：牌号是采用两位数字表示的，表示钢中平均含碳量的万分之几。若钢中含锰量较高，须将锰元素标出，（3）碳素工具钢：这类钢的牌号是用“碳”或“T”字后附数字表示。数字表示钢中平均含碳量的千分之几。若为高级优质碳素工具钢，则在钢号最后附以“A”字。19.低碳钢、中碳钢及高碳钢是如何根据含碳量划分的？分别举例说明他们的用途？答：低碳钢：含碳量小于或等于0.25%的钢；08、10、钢，塑性、韧性好，具有优良的冷成型性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车车身，拖拉机驾驶室等；15、20、25钢用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞钢、样板等。中碳钢：含碳量为0.30~0.55%的钢；30、35、40、45、50钢经热处理（淬火+高温回火）后具有良好的综合机械性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，用于制作轴类零件；高碳钢：含碳量大于0.6%的钢；60、65钢热处理（淬火+高温回火）后具有高的弹性极限，常用作弹簧。T7、T8、用于制造要求较高韧性、承受冲击负荷的工具，如小型冲头、凿子、锤子等。T9、T10、T11、用于制造要求中韧性的工具，如钻头、丝锥、车刀、冲模、拉丝模、锯条。T12、T13、钢具有高硬度、高耐磨性，但韧性低，用于制造不受冲击的工具如量规、塞规、样板、锉刀、刮刀、精车刀等。20．下列零件或工具用何种碳钢制造：手锯锯条、普通螺钉、车床主轴。答：手锯锯条：它要求有较高的硬度和耐磨性，因此用碳素工具钢制造，如T9、T9A、T10、T10A、T11、T11A。普通螺钉：它要保证有一定的机械性能，用普通碳素结构钢制造，如Q195、Q215、Q235。车床主轴：它要求有较高的综合机械性能，用优质碳素结构钢，如30、35、40、45、50。21.指出下列各种钢的类别、符号、数字的含义、主要特点及用途：Q235-AF、Q235-C、Q195-B、Q255-D、40、45、08、20、20R、20G、T8、T10A、T12A答：Q235-AF：普通碳素结构钢，屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。Q235-C:屈服强度为235MPa的C级普通碳素结构钢，Q195-B:屈服强度为195MPa的B级普通碳素结构钢，Q255-D:屈服强度为255MPa的D级普通碳素结构钢，Q195、Q235含碳量低，有一定强度，常扎制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等钢结构，也可制造普通的铆钉、螺钉、螺母、垫圈、地脚螺栓、轴套、销轴等等，Q255钢强度较高，塑性、韧性较好，可进行焊接。通常扎制成型钢、条钢和钢板作结构件以及制造连杆、键、销、简单机械上的齿轮、轴节等。40:含碳量为0.4%的优质碳素结构钢。45含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。40、45钢经热处理（淬火+高温回火）后具有良好的综合机械性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，用于制作轴类零件。08：含碳量为0.08%的优质碳素结构钢。塑性、韧性好，具有优良的冷成型性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车车身，拖拉机驾驶室等。20：含碳量为0.2%的优质碳素结构钢。用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞钢、样板等。20R：含碳量为0.2%的优质碳素结构钢，容器专用钢。20G：含碳量为0.2%的优质碳素结构钢，锅炉专用钢。T8：含碳量为0.8%的碳素工具钢。用于制造要求较高韧性、承受冲击负荷的工具，如小型冲头、凿子、锤子等。T10A：含碳量为1.0%的高级优质碳素工具钢。用于制造要求中韧性的工具，如钻头、丝锥、车刀、冲模、拉丝模、锯条。T12A：含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。具有高硬度、高耐磨性，但韧性低，用于制造不受冲击的工具如量规、塞规、样板、锉刀、刮刀、精车刀。1.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？答：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（低温下高韧性）。2.合金元素Mn、Cr、W、Mo、V、Ti、Zr、Ni对钢的C曲线和MS点有何影响？将引起钢在热处理、组织和性能方面的什么变化？答：除Co以外，大多数合金元素都增加奥氏体的稳定性，使C曲线右移。非碳化物形成元素Al、Ni、Si、Cu等不改变C曲线的形状，只使其右移，碳化物形成元素Mn、Cr、Mo、W等除使C曲线右移外，还将C曲线分裂为珠光体转变的贝氏体转变两个C曲线，并在此二曲线之间出现一个过冷奥氏体的稳定区。除Co、Al外，其他合金元素均使Ms点降低，残余奥氏体量增多。由于合金元素的加入降低了共析点的碳含量、使C曲线右移,从而使退火状态组织中的珠光体的比例增大,使珠光体层片距离减小,这也使钢的强度增加,塑性下降。由于过冷奥氏体稳定性增大,合金钢在正火状态下可得到层片距离更小的珠光体,或贝氏体甚至马氏体组织,从而强度大为增加。Mn、Cr、Cu的强化作用较大,而Si、Al、V、Mo等在一般含量(例如一般结构钢的实际含量)下影响很小。合金元素都提高钢的淬透性,促进马氏体的形成,使强度大为增加但焊接性能变坏。3.合金元素对回火转变有何影响？答；合金元素对回火转变及性能的影响如下：1.产生二次硬化由于合金元素的扩散慢并阻碍碳的扩散,还阻碍碳化物的聚集和长大,因而合金钢中的碳化物在较高的回火温度时,仍能保持均匀弥散分布的细小碳化物的颗粒。强碳化物形成元素如Cr、W、Mo、V等,在含量较高及在一定回火温度下,还将沉淀析出各自的特殊碳化物。如Mo2C、W2C、VC等,析出的碳化物高度弥散分布在马氏体基体上,并与马氏体保持共格关系,阻碍位错运动,使钢的硬度反而有所提高,这就形成了二次硬化。钢的硬度不仅不降低,反而再次提高。在合金钢中,当含有W、Mo、Ti、V、Si等,它们一般都推迟a相的回复与再结晶和碳化物的聚集,从而可抑制钢的硬度、强度的降低。2.提高淬火钢的回火稳定性（耐回火性）由于合金元素阻碍马氏体分解和碳化物聚集长大过程,使回火的硬度降低过程变缓,从而提高钢的回火稳定性。由于合金钢的回火稳定性比碳钢高,若要得到相同的回火硬度时,则合金钢的回火温度就比同样含碳量的碳钢要高,回火时间也长。而当回火温度相同时,合金钢的强度、硬度都比碳钢高。3.回火时产生第二类回火脆性在合金钢中,除了有低温回火脆性外,在含有Cr、Ni、Mn等元素的钢中,在550~650℃回火后,又出现了冲击值的降低(如图8),称为高温回火脆性或第二类回火脆性。此高温回火脆性为可逆回火脆性，或第二类回火脆性。产生这类回火脆性的原因,一般认为是由于锡、磷、锑、砷等有害元素沿奥氏体晶界偏聚,减弱了晶界上原子间的结合力所致。1.不同铝合金可通过哪些途径达到强化目的？答：铸造铝硅合金可通过变质处理达到强化的目的。能热处理强化的变形铝合金可利用时效强化（固溶处理后时效处理）达到强化目的。2.何谓硅铝明？它属于哪一类铝合金？为什么硅铝明具有良好的铸造性能？在变质处理前后其组织及性能有何变化？这类铝合金主要用在何处？答：铝硅铸造合金又称为硅铝明，由于含硅量为17%附近的硅铝明为共晶成分合金，具有优良的铸造性能。在铸造缓冷后,其组织主要是共晶体(α十Si),其中硅晶体是硬化相,并呈粗大针状,会严重降低合金的力学性能,为了改善铝硅合金性能,可在浇注前往液体合金中加入含钠的变质剂,纳能促进硅形核,并阻碍其晶体长犬,使硅晶体成为极细粒状均匀分布在铝基体上。钠还能使相图中共晶点向右下方移动,使变质后形成亚共晶组织。变质后铝合金的力学性能显著提高。铸造铝硅合金一般用来制造质轻、耐蚀、形状复杂及有一定力学性能的铸件,如发动机缸体、手提电动或风动工具(手电钻)以及仪表外壳。同时加入镁、铜的铝硅系合金(如ZL108),在变质处理后还可进行固溶处理+时效,使其具有较好耐热性和耐磨性,是制造内燃机活塞的材料。