机械工程材料及热加工工艺设计试题(卷)及答案解析

一、名词解释：

１、固溶强化：固溶体溶入溶质后强度、硬度提高，塑性韧性下降现象。

２、加工硬化：金属塑性变形后，强度硬度提高的现象。

２、合金强化：在钢液中有选择地加入合金元素，提高材料强度和硬度

４、热处理：钢在固态下通过加热、保温、冷却改变钢的组织结构从而获得所需性能的一种工艺。５、细晶强化：晶粒尺寸通过细化处理，使得金属强度提高的方法。

二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法

三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，其加工路线为：

下料锻造正火机加工调质机加工（精）

轴颈表面淬火低温回火磨加工

指出：1、主轴应用的材料：45钢

2、正火的目的和大致热处理工艺细化晶粒，消除应力；加热到Ac3＋50℃保温一段时间空冷

3、调质目的和大致热处理工艺强度硬度塑性韧性达到良好配合淬火＋高温回火

4、表面淬火目的提高轴颈表面硬度

5．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。去除表面淬火热应力，表面M＋A’心部S回

四、选择填空（20分）

１．合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（ d）

（a）均强烈阻止奥氏体晶粒长大（b）均强烈促进奥氏体晶粒长大

（c）无影响（d）上述说法都不全面

２．适合制造渗碳零件的钢有（ c）。

（a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A （b）45、40Cr、65Mn、T12

（c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi

３．要制造直径16mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c ）（a）45钢经正火处理（b）60Si2Mn经淬火和中温回火（c）40Cr钢经调质处理

4．制造手用锯条应当选用（a ）

（a）T12钢经淬火和低温回火（b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火（c）65钢淬火后中温回火

5．高速钢的红硬性取决于（b ）

（a）马氏体的多少（b）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量（c）钢中的碳含量6．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c ）（a）60钢渗碳淬火后低温回火（b）40Cr淬火后高温回火（c）20CrMnTi渗碳淬火后低温回火

7．65、65Mn、50CrV等属于哪类钢，其热处理特点是（c ）

（a）工具钢，淬火+低温回火（b）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火（c）弹簧钢，淬火+中温回火

8. 二次硬化属于（ d）

（a）固溶强化（b）细晶强化（c）位错强化（d）第二相强化

9. 1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（ b）

（a）获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性

（b）获得单一的奥氏体组织，提高抗腐蚀性，防止晶间腐蚀（c）降低硬度，便于切削加工

１０.推土机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击，应选择用（b ）

（a）20Cr渗碳淬火后低温回火（b）ZGMn13—3经水韧处理（c）W18Cr4V淬火后低温回火

五、填空题(20分)

1、马氏体是碳在a-相中的过饱和固溶体，其形态主要有板条马氏体、片状马氏体。

其中，片状马氏体硬度高、塑性差

2、W18Cr4V钢的淬火加热温度为1270－1280℃，回火加热温度为 560℃，回火次数 3次。

3、材料选择的三原则一般原则，工艺性原则，经济性原则。

4、合金结构钢与碳素结构钢相比，其突出优点是强度高，淬透性好。

5. 共析钢过冷奥氏体等温转变曲线三个转变区的转变产物是 P B M。

6. 共析钢淬火形成M+A'后，在低温、中温、高温回火后的产物分别为 M回＋A’

T回 S回。

7. 45钢正火后渗碳体呈片状，调质处理后渗碳体呈球状。

第一章材料的性能

1、解释名词：强度*、塑性*、硬度、冲击韧性*、疲劳极限。*

2、掌握σs、σь、δ、ψ的含义、单位及计算方法。*

3、掌握HBS、HRC、HV、A k、a k、σ-1等符号的含义。*

4、为什么相同材料进行拉伸试验时δ5>δ10？

5、课本P35～36，习题1、3、4、

6、13*。

第二章碳钢

1、解释名词：晶体与非晶体*、晶格与晶胞、晶粒、晶界、合金、相、组织、固溶体*、固溶

强化、结晶、同素异构转变*、相图、杠杆定律、铁素体*、奥氏体*、渗碳体、珠光体*、莱氏体*、冷加工*、热加工、回复、再结晶*、加工硬化*。

2、常见的金属晶格类型有哪三种？*

3、固溶体有哪几种*？它们有何特性？*

4、实际金属的晶体缺陷有哪些？它们对晶体的性能有何影响？

5、什么叫过冷度*？影响过冷度大小的因素是什么？*

6、晶粒大小对金属的性能有什么影响*？细化晶粒的方法有哪两种？*

7、共晶转变与共析转变有何异同？它们的产物是什么？

8、默写铁—渗碳体相图，说明A、C、D、E、G、S、P、Q点和GS、SE、PQ、ECF、PSK线的意

义。

9、默写出铁—渗碳体相图中各相区的相组成物和组织组成物。*

10、掌握各种典型的铁碳合金（工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铁、

共晶白口铁、过共晶白口铁）的结晶过程及其室温组织*。会用杠杆定律求各组织的相对量。

*

11、课本P76～77，习题6*、7*、10、11、16。

第三章钢的热处理

1、解释名词：热处理*、退火*、正火、淬火*、回火*、过冷奥氏体*、残余奥氏体、马氏体*、

淬透性*、淬硬性*、调质处理*。

2、马氏体转变有何特点？其组织形态有哪几种*？它们的特性如何*？

3、熟悉共析钢的奥氏体等温转变曲线（C曲线），以及等温转变的组织和性能，并能用该曲

线说明奥氏体连续冷却转变产物和性能。*

4、钢的淬火目的是什么？淬火方法有哪几种*？淬火温度是如何选择的*？

5、有两个大小相同的T12钢件，分别加热至780°C和860°C保温后以大于临界冷却速度冷

至室温，问：*

（1）淬火后哪个工件的马氏体晶粒较粗大？哪个马氏体的今碳量较多？

（2）淬火后哪个工件的残余奥氏体较多？

（3）淬火后哪个工件的未溶碳化物较多？

（4）哪个温度淬火合适？为什么？

6、何谓表面淬火？有哪几种常用方法？

7、何谓渗碳、氮化*？它们的目的是什么*？

8、课本P103，习题7、8、12、14。

第四章合金钢

1、什么叫合金钢？常用的合金元素有哪些？有哪几方面的基本作用？

2、掌握钢的几种分类方法，按碳含量、合金元素含量、质量、用途是怎样分类的。*

3、解释名词：回火稳定性、回火脆性、二次硬化、红硬性*。

4、指出下列牌号中，哪些是结构钢（分出碳素结构钢、低合金高强度结构钢、渗碳钢、调质

钢、弹簧钢、滚珠轴承钢）*？哪些是工具钢（分出碳素工具钢、髙炭低合金工具钢、高速钢、冷模具钢、热模具钢）*？哪些是特殊性能钢（分出不锈钢、耐热钢、耐磨钢）*？并指出各种钢的大致成分和常用来做什么零件或构件*。

Q235A*，Q390A*，20Cr，45*，40Cr*，60Si2Mn*，GCr15*，T8， 9SiCr*，W18Cr4V*，9Mn2V，5CrNiMo，Cr12MoV，4Cr13，0Cr19Ni9*，4Cr9Si2，ZGMn13。

5、课本P147，习题4、8。

第五章铸铁

1、何谓铸铁*？铸铁如何分类*？与钢相比在化学成分、组织和性能方面有何特点？

2、影响石墨化的因素是什么？作用如何？

3、灰铸铁哪些性能优于钢？为什么？

4、可锻铸铁是如何获得的？与灰铸铁相比，有何优缺点？可锻铸铁是否可以锻造？

5、灰铸铁为什么一般不进行整体淬火和回火？而球墨铸铁可以进行这类热处理？

6、指出下列铸铁牌号中的符号和数字的意义：*

HT200，KTH350—04，QT400—15。

7、课本P158~159，习题1、3、7。*

第六章有色金属及其合金

1、纯铝有何性能特点？*

2、铝合金热处理机理与钢有何不同？什么叫固溶处理、自然时效、人工时效？

3、形变铝合金按用途和性能不同可分为哪几种？*

4、纯铜有何性能特点？*

5、铜合金是如何分类的？有哪几类？*

6、课本P190，习题2、5、14、15、16。*

**第七章高分子材料

1、解释名词：高聚物、单体、加聚反应、缩聚反应。

2、什么是高分子合成材料？如何分类？*

3、请阐述聚合物的老化机理及防老化措施。

3、简述橡胶硫化的目的及原理。

4、课本P216，习题2、7、8。

**第十二章零件的选材及工艺路线

1、试述选择材料的一般原则与步骤。*

2、课本P292，习题1、5、6*。

第Ⅱ部分《材料成形部分》

第一章铸造

1. 何谓铸造*？铸造有哪些特点？试从铸造的特点分析说明铸造是生产毛坯的主要方法？

2. 铸件的凝固方式依照什么来划分？哪些合金倾向于逐层凝固？

3. 从Fe－Fe3C相图分析，什么样的合金成分具有较好的流动性*？为什么*？

4. 缩孔和缩松是怎样形成的？可采用什么措施防止？

5. 什么是定向凝固原则？什么是同时凝固原则？各需采用什么措施来实现？各适用于哪种场合？

6. 铸造应力有哪几种？如何形成的？如何防止铸造应力、变形和裂纹？

7. 为什么要规定铸件的最小壁厚值*？如何确定最小壁厚*？

8. 何谓合金的铸造性能*?它可以用哪些性能指标来衡量*？铸造性能不好，会引起哪些缺陷？

9. 手工造型与机器造型各有何特点？应用范围如何？各有哪些常用造型方法？

10. 模样、铸件、零件三者之间在尺寸上有什么关系？

11. 为什么铸件的重要加工面和主要工作面在铸件中应朝下？*

12. 为什么尽量使铸件全部或大部位于同一砂箱内？*

13. 何谓铸造工艺图*？有何用途？

14. 试比较灰铸铁、碳钢和铝合金的铸造性能特点。

15. 金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、低压铸造与砂型铸造比较各有何主要特点*？它们各有何应用的局限性？

16. 下列铸件在大批量生产时，采用什么铸造方法为宜？

铝活塞；缝纫机头；汽轮机叶片；铸铁污水管；摩托车汽缸体；大模数齿轮滚刀；汽缸套；车床床身。

17. 课本P66~71，复习题 9、15、24、30、31。

第二章锻压

1.什么叫锻压加工？锻压加工的主要生产方式有哪些？为什么对某些重要的机械零件要进行锻

压？

2. 何谓加工硬化*？在热加工过程中是否也有加工硬化现象产生？

3.何谓再结晶*？它对工件的性能有何影响*？

4. 区别冷变形和热变形的界限是什么*？钢在400℃温度下进行加工，是热变形还是冷变形？

5. 可锻性良好的金属应具有哪些力学性能和组织状态？哪些工艺条件影响金属的可锻性？如何影响？

6. 钢料加热温度不当时，易产生哪些缺陷？如何防止？

7. 确定碳钢始锻温度和终锻温度的依据是什么？

8. 什么叫锻造比？锻粗与拔长时的锻造比如何计算？

9. 什么叫自由锻*？其基本工序有哪些*？

10. 常用自由锻设备有哪几种？其工作原理与应用场合有何不同？

11. 什么叫模锻*？与自由锻相比有何优缺点？

12. 板料冲压与锻造相比有何异同？

13. 板料冲压有哪些基本工序？

7、课本P139~141，复习题 8、15、19、20、25、29。

第三章焊接

1. 什么是焊接*？焊接方法有哪些？各具有什么特点？

2.什么是焊接电弧？其形成特点如何？

3.焊条的作用是什么？焊条药皮有何功用？

4.下列焊条型号或牌号的含义是什么？ E4303；J422；J507。

5. 什么是金属的焊接性*？钢材的焊接性主要决定于什么因素*？

6. 下列金属材料焊接时主要问题是什么？常用什么焊接方法和焊接材料？

普通低合金钢；中碳钢；珠光体耐热钢；奥氏体不锈钢；铝及铝合金；铜及铜合金；钛及钛合金。

7. 课本P199~200，复习题5、9、14。

**第五章毛坯的选择

1. 什么是毛坯？合理选择毛坯有何重要性？毛坯选择包括什么内容？

2. 常用零件毛坯类型有哪几种*？其选择原则有哪些*？

3. 为什么轴杆类零件一般采用锻件，而机架类零件多采用铸件？*

4. 为什么齿轮多用锻件？而带轮、飞轮多用铸件？*

5. 课本P241，复习题1、2。

一、名词解释（共15分，每小题 3分）

1. 奥氏体（A）

2.回复

3.固溶体

4.自然时效

5.加工硬化

二、填空题（共20分，每空1 分）

1.石墨为片状的灰口铸铁称为铸铁，石墨为团絮状的灰口铸铁称为 __ 铸铁，石墨为球状的灰口铸铁称为铸铁。其中铸铁的韧性最高，因而可以锻造。

2. 陶瓷材料中的气相是指，在程中形成的，它了陶瓷的强度。

3.根据采用的渗碳剂的不同，将渗碳分为__________、__________和__________三种。

4.工程中常用的特殊性能钢有_________、_________、_________等。

5.金属的断裂形式有__________和__________两种。

6.金属元素在钢中形成的碳化物可分为_________、_________两类。

7.常见的金属晶体结构有____________、____________和____________三种。

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.KTH300-06

6.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.SiO2

9.下列材料中，最适合制造汽车板弹簧的是( )

A.60Si2Mn；

B.5CrNiMo；

C.Cr12MoV；

D.GCr15

10.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？

参考答案

一、名词解释

1．奥氏体（A）：C在γ－Fe中的间隙固溶体，常用A或γ表示，是一种硬度较低而塑性较高的固溶体。

3．固溶体：组成合金的组元，在固态时相互溶解，所形成的单一均匀的物质。4．自然时效：自然时效是指经过冷、热加工或热处理的金属材料，于室温下发生性能随时间而变化的现象。

5．加工硬化：金属材料随着冷塑变形程度的增大，强度和硬度逐渐升高，塑性和韧性逐渐

降低的现象称为加工硬化或冷作硬化。

二、填空题

1、普通灰口；可锻；球墨；

2、气孔；烧结；降低。

3、固体渗碳气体渗碳

4、不锈钢耐热钢耐磨刚

5、延性断裂

6、合金渗碳体特殊碳化物

7、体心立方晶格密排六方晶格

三、选择题

1.D;

2.C;

3.C; ; 5.C; 6.A; 7.D; 8.C; 10.A; 11.C; 13.D; 1

4.C; 1

5.B; 17.A;

18.A; 19.B; 20.A; 21.B 23.D; 24.C

四、判断题

1.×；

2.×；

3.√；

4.×；

5.×；

6.×；

7.√； 9.×； 10.×。

五、简答题

1、答：奥氏体晶粒细小时，冷却后转变产物的组织也细小，其强度与塑性韧性都较高，冷脆转变温度也较低；反之，粗大的奥氏体晶粒，冷却转变后仍获得粗晶粒组织，使钢的力学性能（特别是冲击韧性）降低，甚至在淬火时发生变形、开裂。

2、答：回火的目的是：

（1）降低零件脆性，消除或降低内应力；

（2）获得所要求的力学性能；

（3）稳定尺寸；

（4）改善加工性。

3、答：

铁素体——碳在α-Fe中的间隙固溶体，软而韧。

渗碳体——碳与铁形成的间隙化合物，硬而脆。

珠光体——铁素体与渗碳体形成的层片状交替排列的机械混合物，良好的综合力学性能。