最新东莞理工工程材料期末考试复习答案参考

13机械设计 1 班期末考试复习（非官方提供）

占 15% （ 基本理论知识的应用 ） 占 12% （ 重要名词 ）

占 40%

约占 20% 约占 15% （铁碳

二元相图，杠杆定律应用 ）

1. 单晶体 : 晶粒内部的晶格位向完全

2. 多晶体：由许多晶粒组成的晶体

3. 过冷度：（金属的实际结晶温度低于

理论结晶温度）理论结晶温度与实际结晶 温度之差称为过冷度。

4. 合金：通过熔化或其他方法使 两种或两种以上的金属或非金属 结合在一起所形 成具有

金属特性的 物质

5. 组元 ：组成合金的最基本、独立的物质。

6. 相：在金属和合金中具有相同化学成分、 相同结构并以界面分开的各个均匀的 组成部

分 .

7. 合金相图： 在平衡状态下，合金的成分、温度、合金相之间的关系图解。

8. 固溶体：固态下，溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的合金相

9. 铁素体（ F ）：碳溶解在 α-Fe 中的间隙固溶体

10. 奥氏体（ A ）:碳溶解在γ–Fe 中的间隙固溶体

11. 渗碳体（ Fe 3C ）:铁与碳形成的具有复杂晶体结构的间隙化合物

12. 珠光体（ P ）:在727℃时从 A 中析出两种不同的固相（ F+Fe3C ）成片层相间 的复相

组织。

13. 莱氏体（ Ld ）：具有结晶点成分（碳含量为 4.3%）的液相，冷却至 1148℃时， 从液

相同时结晶出两种不同的固相（ A+ Fe3C ）的复合组织。

14. 马氏体 ：当过冷 A 以极大的冷速冷却到室温时，形成的碳在 α-Fe 中的过饱 和固溶

体。 题 1. 单项选择题 15 2. 名词解释 6 个 3. 问答题 5 题 4. 分析题 2 题 5. 作图或计算题 一、选择题自行查找答案

、重要名词：

小题

15. 淬透性 ：钢在淬火冷却时，获得 M 组织深度的能力。

16. 淬硬性 ：钢在正常淬火条件下的 M 达到最高硬度的能力。

17. 调质处理 ：淬火后的高温回火。

18. 同素异晶转变 ：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格 的现象。

19. 冷变形强化 ：随变形程度增大，金属的强度和硬度上升但塑性下降的现象。

三、问答题 ：

1. 什么叫金属的结晶？纯金属结晶的基本规律是什么？纯金属结晶与合金结晶

形核率 N 和长大速度 G 。

结晶时有较大的过冷度，形核率的增加比晶核的长大速度快则晶粒愈细 提高结晶冷

速，增加过冷度；进行变质处理；附加振动。

3. 什么是过冷度？过冷度与冷速有何关系？过冷度对金属结晶后的晶粒大小有 何影响？

答：理论结晶温度与实际结晶温度之差。

冷速越大，相应地过冷度也越大。

金属结晶时若过冷度增大， 则晶粒变细。但过冷度过大时， 对晶粒细化不利， 结晶

发生困难。

4．简述马氏体转变的特点。

答：为无扩散型的转变； M 晶核的长大速度极快；转变的非等温性；不彻底性而 有何异同？ 答：金属由液态转变为固态金属晶

体的过程。

晶核的形成和长大。

相同点：均为有液态的金属转变为金属 不同需在恒温和过冷条 间完成的且可能形成多相组织

大小对金属材料的机械性能有 小？如何影

法可以细化 答：晶粒愈小，金属材料的强度、

体的过程。

行；合金结晶是在一个温度区 ？结晶时哪些因素影响晶粒度的大

韧性也愈高

会有残余 A 。

5．钢在淬火后为什么一定要进行回火才可使用？按回火温度的高低可将回火分

为哪三类？各自的所对应的回火组织是什么？

答：调整钢的组织和性能，使其满足工件的使用要求。 低温回火，中温回火，高温回火。

回火 M,回火 T, 回火 S 。

6．试比较钢的淬透性与实际工件的淬硬层深度的区别

答：钢的淬透性是钢本身固有的特性， 对一定成分的钢种来说是完全确定的， 其 大小可在规定的条件下的淬硬层深度来表示。 而实际工件的淬硬层深度， 是受许

强度的同时，还需高的塑性、韧性的良好配合的综合性力学性能，只有中碳

合金钢经调质才能满足要求。

合金元素为 Mn 、Si 、Gr 、Ni 、B 、V 、Mo 、W 等。

提高淬透性，强化 F 和细化晶体， W 、Mo 可防止高温回火脆性产生。

9．什么是液态合金的充型能力？它与合金流动性有何关系？影响液态合金流动

性的因素有哪些？ 答：考虑铸型及工艺因素影响的熔融金属的流动性。

合金的流动愈好，充型能力就愈强。 结晶温度范围的宽窄，铸铁中的化学成分。

10．什么叫金属的可锻性？衡量金属可锻性好坏的指标是哪些？ 答：衡量材料在经受压力加工时获得制品难易程度的工艺性能。

多条件制约的，是变化的。

7．试论述钢的普通热处理（退火、正火、淬火和回火）的工艺差别和各自的主

要目的。

答：退火为炉冷，正火为空冷，淬火为激冷

各自主要目的分别为：软化，硬化，刚化 8．何谓调质钢？为什么调质钢的含碳量 元

素？它们在调质钢中

化。

中碳？合金调质钢中常含哪些合金 答：为将调质后使用的

由于其主要用于制造在重载和冲击载荷作

下的一些重要受力件， 在要求高 火为适冷。

塑性和变形抗力。

11. “趁热打铁”的含义何在？

答：加热到一定温度时 ,原子运动能力增加从而塑形提高，变形抗力减小，有利 于滑移变形和再结晶而改善金属的晶相结构， 提高韧性；固溶体具有良好的塑性 ; 消除加工硬化 .因此金属只有在热变形下才能以较小的功达到较大的变形

,即 "趁

热打铁 "的含义 . 12、试述本门课程所介绍的金属材料强化的方法及其含义。

答：固溶强化；溶质原子溶入溶剂晶格造成固溶体的晶格畸变，使塑性变形 抗力增

大，结果使材料强度、硬度增高。

答：不合理。应为下料→锻造→正火或退火→粗加工→半精加工→渗碳淬火→ 低温回火→精加工 2、用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件进入热处理炉，并随工件一起加热到 1000℃保温，当出炉后再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，试分析其原因。 答：钢丝绳是由单股细钢丝合股拧成的， 而且放在 1000 度保温相当于奥氏体化， 出炉后自然降温相当于正火处理， 此时钢丝绳中的钢丝组织应该为珠光体， 其强 度降低，极易拉伸断裂，并且氧化变细，抗强度减弱，所以断裂。 （或冷拉钢丝 绳是利用加工硬化来提高其强度， 在这种状态下的晶体缺陷密度增大， 强度增加， 处于加工硬化状态。而在 1000℃时保温，钢丝将发生回

复、再结晶和晶粒长大 过程，组织和结构恢复到软化状态。 在这一系列变化中， 冷拉钢丝的加工硬化效 果将消失，强度下降，在再次起吊时，钢丝将被拉长，发生塑性变形，横截面积 减少，强度比保温前低，发生断裂）

3．根据 Fe-Fe3C 相图，说明产生下列现象的原因：

弥散强化；金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体的基体相上， 使强度、 硬度

和耐磨性明显提高。

细晶强化： 通过细化晶粒来同时提高金属的强 形变强化：通过晶粒细化，晶格严重畸

变，增大滑移阻力使金属的强度和硬 度提高。（强化相；能在合金中提高合

度增大， 硬度、塑性和韧性的方法。 的强度、硬度。加工硬化；随变形程

强度和硬度上升而塑性下降的现象

四、分析题：

下列热处理工艺路线是否合理？如不合理请写出正确的工艺路线。

渗碳零件：锻造→调质处理→粗加工→半精加工→渗碳→精加工

1、

1）含碳量为 1.0% 的钢比含碳量为 0.5% 的钢硬度高； 答：因为铁碳合金是由比较软的 F 和比较硬的 Fe 3C 两相组成， Fe 3C 是铁与碳的 化合物，含碳量越高，碳化物越多，硬度就越高，所以含碳量高的铁碳合金硬度 高。

2）在室温下，含碳 0.8% 的钢其强度比含碳 1.2% 的钢高；

答：含碳超越 1%时，析出的二次渗碳体在晶界构成持续的收集状，使得刚脆 性增加，强度降落，因此比 1.2%的强度高或 （室温下平均含碳量 =0.8%的碳钢成 分为：少量的 Fe3C 和珠光体，其中的 Fe3C 颗粒小，弥散均匀分布。平均含碳 量=1.2%的碳钢成分为：大量的 Fe3C 和珠光体，其中的 Fe3C 平衡状态下大量 沿晶界网状分布，因而降低强度。 ） 3）在 1100 ℃，含碳 0.4% 的钢能进行锻造，含碳 4.0% 的铸铁不能锻造；

答：含碳 0.4% 的钢在 1100℃下为单相 A ，塑性好，变形抗力低，可以锻造成

答： T8，T10,T12 属于碳素工具钢，含碳量为 0.8%、1.0%、1.2%，因而钢中

Fe3C 高，钢的硬度较高；而 10,20 钢优质碳素结构钢，属于低碳钢，钢的硬度 较低。 4．某汽车重负荷齿轮选用合金渗碳钢 20CrMnMo 材料制作，其工艺路线如下： 下料→锻造→正火① →切削加工→渗碳②→淬火③→低温回火④→ 喷丸→ 磨削加工

试分别说明上述①②③④四项热处理工艺的目的。

答：①使细化组织和碳化物分布均匀化，改善切削加工性。

② 使碳原子渗入到钢表面层。

③ 得到 M 或下 M 组织，获得高的硬度和耐磨性及配合不同温度的回火。

形；含碳 4.0% 的铸铁为 P+FeC11+Ld 塑, 性和韧性差，不能锻造。

4）绑轧物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝） ，而起重机吊重物却用钢丝绳（用

60 、 65 、 70 、 75 等钢制成）；

答：绑轧物件要求有很好的韧性， 因此选用低碳钢有很好的韧塑性，即镀锌低

碳钢丝；而起重机吊重物用

的强度，还要很高的弹性极限， 高的弹性 而使吊重物不断裂。 5）钳工锯 T8 ，T10,T12 等钢料时比锯 10,20 钢费力，锯条容易磨钝。

绳除 而 60 、 65 、 70 、

④使表层得到回火M，消除内应力和脆性。

5. 45 钢调质后的硬度为240HBS，若再进行200 ℃回火，硬度能否提高？为什么？该钢经过淬火和低温回火后硬度为57HRC，若再进行高温回火，其硬度可否降低？为什么？

答：不能，因为回火温度越高，硬度下降越多，而调质工艺即为淬火+高温回火，碳化物已析出，F 回复，硬度已下降而不能再升高。

可以，因为回火温度越高，硬度下降越多；该钢经低温回火获得回火M，碳化物还未析出，碳存在过饱和，因此可以继续提高回火温度，使硬度降低。