工程材料与机械制造基础复习题参考样本

《机械制造基础》复习题

1.什么叫材料的塑性? 塑性有哪两个指标, 如何用公式表示? 试述塑性的两个

作用。

答: 塑性是指金属材料在外力作用下, 产生永久变形而不致引起断裂的性能。指

标: 伸长率δ和断面收缩率Ψ。公式表示δ=(L 1-L 0 )/L 0*100% Ψ

=(F 0-F 1 )/F 0*100% 式中 L 0—试样原始长度 L 1—试样拉断后的长度 F 0—试

样原始横截面积 F 1 试样拉断后的横截面积 作用: 1、 方便加工2、 提高

材料的可靠性

2．说明下列力学性能指标的名称、 单位、 含义: k s b αδσσσσ,,,,,12.0-。分别

指出哪些指标是动载下的力学性能, 哪些是静载下的力学性能。

答: δb 抗拉强度, 单位MPa , 指金属材料拉断前所能承受的最大应力。

δs 屈服极限 单位MPa , 指出现明显塑性变形时的应力。

δ0.2 条件屈服强度 单位MPa , 指试样产生0.2%残余塑性变形时的应力值。

δ-1 疲劳强度 单位MPa , 指最大应变力δmax 低于某一值时, 曲线与横坐标平

行, 表示循环周次N 能够达到无穷大, 而试样仍不发生疲劳断裂时的交变应力

值。

δ 伸长率 单位: 无δ=( L 1-L 0/L 0) *100% 式中L 1指试样拉断后的长度 L 0指试

样原始长度

a k 冲击韧性 单位 J/cm 2 指金属材料在冲击载荷作用下, 抵抗断裂的能力。

动载荷下的力学性能: δ-1, a k

静载荷下的力学性能: δb , δs , δ0.2 , δ

3.从压头的材料、 形状、 载荷大小、 硬度值计算方法、 应用等方面简要说明

布氏硬度、 洛氏硬度、 微氏硬度三种测量硬度的方法的特点。

答: 布氏硬度: 压头材料: 淬火钢球或硬质合金球、 形状: 球形、 载荷大小:

3000kgf 、 硬度值计算方法: 载荷除以压痕表面积的值、 应用: 铸铁、 有色金

属、 低合金结构钢等毛坯材料。

洛氏硬度: 压头材料: 顶角为120°的金刚石圆锥压头、形状: 圆锥形、载荷大小: 75kg或150kg、硬度值计算方法: HRC=130-k/0.002、应用: 淬火钢、调质钢等成品件。

维氏硬度: 压头材料: 锥面夹角为136°的金刚石四棱锥体压头、形状: 四棱锥体、载荷大小: 一定载荷、硬度值计算方法: 载荷除以压痕表面积的值、应用: 从极软到极硬的薄片金属材料、表面淬硬层、渗碳层等。

4.画出纯铁从液态冷却下来的冷却曲线, 分别指出纯铁冷却到室温时发生哪些转变? 哪个转变是体积增大的, 为什么?

答:

在1394°C时, δ-Fe转变为γ-Fe,在912°C时, γ-Fe转变为α-Fe。γ-Fe 转变为α-Fe时体积增大, 因为γ-Fe是面心立方晶格, α-Fe是体心立方晶格,

当面心立方晶格转变为体心立方晶格时, 由于致密度减小而使体积膨胀。

5.什么叫过冷和过冷度, 说明过冷度的大小对金属结晶的影响。如何在结晶过程中细化晶粒?

答:过冷指液态金属冷却到理论结晶温度下才开始结晶的现象。过冷度指理论结

晶温度( T

0) 与实际结晶温度( T

n

) 的差。过冷度越大, 晶粒越小。如何细化晶

粒: 1、在铸造生产中采用变质处理2、对于固态金属, 能够用热处理或压力

加工的方法。

6.常见的金属晶格类型有哪几种? 奥氏体和淬火获得的马氏体中的铁是什么晶格类型?

答: 体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。面心立方晶格。

7.按晶体结构的基本属性分, 固态合金中的相分为哪两大类? 分别在合金中起什么强化作用。指出珠光体中的两个强化相分别是什么, 各属于哪种?

答: 固溶体, 金属化合物。分别起固溶强化和弥散强化。珠光体中的两个强化相

分别指F和Fe

3

C,各属于固溶强化和弥散强化。

8.简述共晶体和共析体的异同, 指出它们分别发生在钢还是铸铁的冷却过程中。答: 共同点: 都是在恒温下产生的。不同点: 共晶体是在液相下生成的晶体, 共析体是在固相下生成的晶体。共晶体发生在铸铁的冷却过程中, 共析体发生在钢的冷却过程中。

9.阐述钢中的含碳量对钢的力学性能( 硬度、抗拉强度、塑性) 是如何影响的。答: 钢中的含碳量越高, 硬度越大, 塑性越差, 当Wc≤0．9% 时, 随着含碳量的增加, 钢的强度增加; 当Wc＞0.9%时, 随着含碳量的增加, 钢的强度降低。

10.简述45钢和T10钢的结晶过程, 指出室温下的组织分别是什么。

答:

45钢室温下的组织为铁素体和珠光体, T10钢室温下的组织为珠光体和二次网状渗碳体。

11.什么叫马氏体转变, 简述马氏体转变的特点。

以下, 使其冷却曲线不与C曲答: 如果将奥氏体以极大的冷却速度快速冷到M

s

线相遇, 称为马氏体转变。特点: 1、发生马氏体型转变时, 过冷度极大, 转变温度很低奥氏体只能进行非扩散性相变。2、奥氏体向马氏体转变无孕育期。3、马氏体形成速度极快, 接近声速。4、奥氏体转变成马氏体后, 钢件形成很大的的内应力。5、奥氏体转变为马氏体具有不彻底性。

12.钢的表面淬火和表面渗碳分别使用什么原理、方法和手段使钢的表面获得高硬度, 而心部保持高韧性的?

答: 钢的表面淬火: 它是将工件表面进行快速加热, 使其奥氏体化并快速冷却获得表层一定深度的马氏体组织, 而心部组织保持不变。钢的表面渗碳: 向钢的表层渗入活性碳原子, 增加零件表层含碳量并得到一定渗碳层深度的化学热处理工艺。经过随后的淬火和低温回火, 可提高零件表面硬度和耐磨性, 增加零件的疲劳抗力, 而心部仍保持足够的强度和韧性。

13.试述共析碳钢在连续冷却时, 炉冷、空冷、油冷和水冷分别获得什么组织, 这些组织具有什么样的性能特点。

答: 炉冷: 珠光体性能特点: 强度低, 韧性好; 空冷: 珠光体性能特点: 强度低, 韧性好; 油冷和水冷都获得淬火马氏体组织。性能特点: 硬度高, 冲击韧性差。

14.某柴油机的凸轮轴, 要求表面有高的硬度(HRC>50), 而心部具有良好的韧性

>40J)。原来用45钢调质处理, 再在凸轮表面进行高频淬火, 最后低温回(α

ku

火。现因45钢已用完, 拟改用20钢代替, 试说明:

(1)原45钢各热处理工序的作用。(2)改用20钢后, 其热处理工序是否应进行修改? 采用何种热处理工艺最恰当?

答: ( 1) 正火是为了消除锻造时的内应力, 均匀组织, 细化晶格, 提高综合力学性能, 为后面的机械加工做准备;

调质是为了消除粗加工时的内应力, 使钢的性能, 材质得到很大程度的调整, 其强度、塑性和韧性都较好, 经过调质的材料具有良好的综合机械性能;

局部表面淬火是为了使轴的表面增加硬度、增加耐磨性, 达到表面增加硬度, 内部保持韧性, 能够使轴能够承受冲击强度;

低温回火, 也能够称为时效处理, 其目的是为了消除残余应力, 稳定钢材组织和尺寸, 这对提高零件的精度是很重要的一道工序。

( 2) 应修改, 表面渗碳处理。

15.现有40Cr钢制造的机床主轴, 心部要求良好的强韧性( 200～300HBS) , 轴颈处要求硬而耐磨( 54～58HRC) , 试问:

( 1) 应进行哪种预处理和最终热处理?

( 2) 热处理后各获得什么组织?

( 3) 热处理工序在加工工艺路线中位置如何安排?

答: ( 1) 正火, 调质处理。

( 2) 珠光体, 铁素体; 回火索氏体。

( 3) 下料、锻造、正火、机加工、调制处理。

16.请为以下零件选材, 并说明理由, 写出其常见成型方法、热处理工艺以及热处理以后的组织( 注: 不需热处理的就写不热处理) 。

1)传动大齿轮( 候选材料: 60Si2Mn, ZG450, T10)

2)高速钢刀头( 候选材料: W18Cr4V, 65Mn, 20 )

3)机床床身( 候选材料: T10、 QT450-17, HT200 )

4)钢锯条( 候选材料: T10、 QT450-17, HT200)

5)桥梁钢( 候选材料: 15MnVN, 45, ZL102)

6)冷作模具钢( 候选材料: 15, Cr12,2A12)

7)汽车曲轴( 候选材料: T10、QT450-17, HT200)

8)教室里的桌椅支架( 候选材料: T10、Q215, HT200)

9)不锈钢菜刀( 1Cr8Ni9Ti, 4Cr13, 1Cr17)

10)滚动轴承( 55, GCr15, 1Cr17Al5)

答: ( 1) ZG450 铸钢, 高强度, 形状复杂成型方法: 铸造热处理工艺及组织: 正火, 表面淬火和低温回火, 回火马氏体

( 2) W18Cr4V 高速工具钢, 红硬性好。成型方法: 锻造热处理工艺及组织: 球化退火, 淬火和低温回火, 回火马氏体

( 3) HT200 灰铸铁, 减磨性好, 减震性强。成型方法: 铸造

( 4) T10 碳素工具钢 , 硬度高, 耐磨性好。成型方法: 锻造热处理工艺及组织: 球化退火, 淬火和低温回火, 回火马氏体

( 5) 15MnVN 低合金高强度结构钢, 良好的塑韧性和焊接性能, 耐蚀性也较好。成型方法: 热轧热处理工艺及组织: 调质, 回火索氏体

( 6) Cr12 冷作模具钢, 具有高强度、较好的淬透性和良好的耐磨性。成型方法: 锻造热处理工艺及组织: 淬火和低温回火, 回火马氏体

( 7) QT450-17 球墨铸铁, 韧性和塑性较高。成型方法: 铸造热处理工艺及组织: 正火, 石墨+较多的珠光体+铁素体

( 8) Q215 碳素结构钢, 具有高的塑性、韧性和焊接性能, 良好的压力加工性能。

成型方法: 热轧。

( 9) 4Cr13 合金工具钢, 高硬度及高耐磨性。成型方法: 锻造热处理工艺及组织: 淬火和低温回火, 回火马氏体

( 10) GCr15 合金量具钢, 高硬度, 高耐磨性。成型方法: 锻造热处理工艺及组织: 淬火, 低温回火, 回火马氏体

17.球化退火和完全退火分别适用什么范围含碳量的钢, 退火时应分别加热到什么温度区间, 退火后获得的组织分别是什么? 分别解释为什么能获得这样的组织?

答: ( 过共析钢) 球化退火: 适用于含碳量0.77%-2.11%的钢, 加热到A

以上

c1

20-30℃, 球状或颗粒状的碳化物。原因: 片状渗碳体发生不完全溶解断开成细小的链状或点状, 形成均匀的颗粒状渗碳体。

以上30-50℃, ( 亚共析钢) 完全退火: 适用于含碳量0-0.77%的钢, 加热到A

c3

铁素体+珠光体。原因: 接近平衡状态的组织。

18.比较下列铸造工艺和方法中获得的铸件晶粒的大小

1) 低温浇注和高温浇注; 2) 砂型铸造和金属型铸造; 3) 结晶时搅拌与不搅拌;

4) 变质处理与非变质处理; 5) 厚壁与薄壁铸件.

答: ( 1) 高温浇注比低温浇注的铸件晶粒大( 2) 砂型铸造比金属型铸造的铸件晶粒大( 3) 结晶时不搅拌比搅拌的铸造晶粒大( 4) 非变质处理比变质处理的铸件晶粒大( 5) 厚壁比薄壁铸件的铸件晶粒大

19.什么叫冷变形强化? 冷变形金属在回复和再结晶过程中组织和性能是如何变化的。

答: 塑性变形后, 金属的强度、硬度提高, 塑性、韧性下降的现象, 称为”冷变形强化”。回复: 组织变化: 显微组织仍为纤维状, 无可见变化;性能变化:强度、硬度略有下降, 塑性略有提高。再结晶: 组织变化:变形晶粒经过形核长大, 逐渐变为新的无畸变的等轴晶粒; 性能变化: 强度、硬度明显下降, 塑性明显提高。

20.什么叫流线组织, 是如何形成的, 齿轮中流线组织的方向应与径向还是轴向