机械工程材料试题及答案

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一、名词解释：
1.结晶：金属由液态凝固为固态的现象。
2.相：在金属或合金中，化学成分相同，晶体结构相同，物理化学性质相同，并
有界面与其它部分分开的均匀的组成部分。
3.组织：是指用肉眼或显微镜观察到的材料的微观形貌。
4.硬度：材料抵抗表面局部塑性变形的能力。
5.冲击韧性：是指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。
6.珠光体：渗碳体与铁素体的机械混合物。
7.奥氏体：是碳原子溶入γ-Fe中的间隙形成的固溶体，用“A”或“g”表示，
具有FCC晶体结构 。
8.铁素体：碳原子溶入α-Fe的间隙形成的固溶体，用“F”或“a ”表示。
9.强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。
10.淬透性：指钢在同一热处理条件下测得的淬透层深度的能力或淬火是形成马氏
体的能力。
11.塑性：金属材料在静力作用下，产生塑性变形而不被破坏的能力。
12.合金：有两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属
铁性的物质。
13.淬硬性：钢在理想条件下淬火所能达到的最高硬度。
14.疲劳：材料在低于屈服强度的交变应力的作用下发生断裂的现象。
15.热处理：将固态金属或合金在一定的介质中加热、保温、冷却，以改变材料整
体或表面组织，从而获得所需性能的工艺。
16.正火：正火是将钢加热到Ac3（对于亚共析钢）或Accm（对于过共析钢）点以
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上30~50℃，保温一定时间，完全奥氏体化后在自由流动的空气中冷却从而得到
珠光体类组织的的热处理工艺。
17.退火：将（组织偏离平衡状态的）钢加热到适当温度，保温一定的时间，然后
缓慢冷却（一般为炉冷至550℃后空冷），以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。
18.淬火是将工件加热到Ac1以上一定温度，保温后以大于临界冷却速度（vK）快
速冷却，以获得马氏体或下贝氏体组织为目的的热处理工艺。
19.回火稳定性：钢在加热过程中保持抵抗软化的能力。
20.再结晶：冷塑性变形后的金属在回复后继续升温时，由于原子扩散能力增大，
其显微组织发生明显变化，使被拉长而呈纤细状的晶粒，同时也使加工硬化与残
余应力完全消除。
21.位错密度：晶体中位错数目的多少一般用位错密度表示，ρ=L/V,是单位晶体
中所包含的位错线的总长度，单位为cm/cm3.
晶格常数：晶胞的棱边长度称为晶格常数。
二、填空：
1. 典型的铸锭结构三个晶区是表层细晶区、柱状晶区、和心部等轴晶粒区。
2.按照晶体缺陷的几何尺寸大小，可以将实际晶体中存在的缺陷分为点缺陷、线
缺陷和面缺陷。
3.合金中存在的相可分为固溶体、金属化合物。
4.按照钢中碳含量的不同，可以将碳钢分为亚共析钢、共析钢、过共析钢。
5.机械工程材料在使用过程中常见的失效形式有疲劳失效、断裂失效、磨损失效、
过量变形失效
6.金属的结晶过程主要由晶核的形成与晶核的长大两个基本过程。
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7.在金属结晶的过程中，细化晶粒的方法主要有增加过冷度、变质处理、振动搅
拌。
8.常用的常规热处理方法有正火、退火、回火、淬火。某钢材淬火后存在较大的
残余应力，可以采用扩散退火加以消除。
9.目前，机械工程材料主要可以分为金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材
料四类，其中最常用的是金属材料。
10.常见的金属晶体晶格类型有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。
在Fe-C合金中F的晶体结构类型是体心立方晶格。A的结构类型是面心立方晶
格。M是碳在α-Fe中形成的过饱和固溶体。
11.在再结晶温度以下的加工是冷加工，加工后会产生加工硬化。
12.铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金，但是铸铁中的含碳大部分不再以渗碳体
的形式存在，而是以游离态的石墨形式存在。
三.简答题：1.列表比较bcc、fcc、hcp三种常见晶体结构的原子半径、原子数、
致密度和配位数。
答：如下表所示：

2.简述晶面（向）指数的标定步骤，并在坐标轴中表示出（111）（110）两个晶面。
答：晶向指数的标志方法：①在晶向中任选一阵点为原点，三个基矢为坐标轴
OX 、OY、OZ。②选取距原点O最近的一点P，以一个a为度量单位，求出P点

晶格类型 原子半径 原子数 致密度 配位数
bcc √3a/4
2 0.68 8
fcc √2a/4
4 0.74 12
hcp
a/2
6 0.74 12
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坐标值（x,y,z）③将坐标值乘以最小公倍数，将其化简成最小的整数放入[uvw]
内。(不加逗号）
晶面指数的标定方法：①选择不在要表示的晶面上的晶格中的任一结点为空间坐
标系的坐标原点O，以过该点的三条基矢为坐标轴OX、OY、OZ。②以单位基矢为
度量单位求出该晶面与坐标轴的截距（m n p）③取截距的倒数（1/m ，1/n，1/p），
化为最小整数放入（h k l）内。
（111）（110）的表示见课本28页。
3.请简述常用热处理中退火的目的。
答：①细化晶粒（使热加工造成的粗大不均匀组织均匀化、细化；
②使中碳以上的碳钢和合金钢得到接近平衡状态组织，降低硬度，以利于切削加
工。
③由于冷却速度缓慢，可消除内应力，防止淬火变形与开裂。
④为最终热处理（淬火、回火）做好组织上的准备。
4.比较正火与退火的区别。
答：①为↑35钢的硬度，采用正火以提高切削加工性能。②为↑T8钢的切削加
工性能采用球化退火，目的是↓HB。③T12钢中存在连续的网状Fe3CⅡ，为提高
切削加工性能，先正火目的是消除网Fe3CⅡ，再球化退火得到粒状的P，↓HB。
5.简述铸铁的分类。
答：按照石墨化程度,铸铁可以分为灰口铸铁、麻口铸铁和白口铸铁三大类。根
据石墨的形态，灰口铸铁可以分为灰（口）铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸
铁。
6.简述滑移与孪生的区别。
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答：①滑移变形时，滑移的距离是原子间距的整数倍，晶体的位向不发生变化；
孪生变形时，孪晶中相邻原子面的相对位移为原子间距的分数，且孪晶位向发生
变化，且与未变形部分形成对称。②孪生所需临界的切应力比滑移的大得多；
③

孪生的变形速度极快，接近声速。④孪生变形引起很大的晶格畸变，塑性变形量
比滑移的小（一般<10%)，但孪生引起晶体位向改变，因而能促进滑移的发生。
孪生只在滑移很难进行时才发生，面心立方金属一般不发生孪生。
7.简述不锈钢的分类。
答：按照华学成分分：铬不锈钢、镍铬不锈钢、铬锰不锈钢。按照金相分为：马
氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢。
8.简述合金元素在钢中的作用。
答：1、对钢中基本相的影响：A、溶于铁素体，起固化作用（Si、Mn的固溶强
化效果最明显）B、形成碳化物（合金元素与碳的亲和力从小到大的顺序为：Zr、
Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe）。
2、对铁碳相图的影响：A、对奥氏体相区的影响（扩大奥氏体相区的元素：Ni、
Co、Mn、N等，缩小奥氏体相区的元素:Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等）B、对S点
和E点位臵的影响（几乎所有合金元素都使S点和E点左移，使这两点的含碳
量下降）。
3、对钢中相变过程的影响：A、对钢加热时奥氏体化过程的影响：对形成速度
的影响（除Ni、Co外的大多数合金元素都减缓钢的奥氏体化过程）；对晶粒长大
倾向的影响（Mn、P促进奥氏体长大）B、对钢冷却时过冷奥氏体转变过程的影
响：对C曲线和淬透性德尔影响（除Co外凡溶于奥氏体的合金元素均使C曲线
右移，淬透性提高）；对Ms、Mf点的影响（除Co、Al外所有溶于奥氏体的合金
元素都使这两点下降，使钢在淬火后的残余奥氏体量增加）C、对淬火钢回火转
变过程的影响：提高耐火性;产生二次硬化；防止第二类回火脆性（W、Mo）。

9.请解释下列刚拍好的含义。

T12A:含碳量为1.2%的优质碳素工具钢。
Cr12MoV:含碳量为1.60%，铬含量为11.75%钼含量为0.50%钒含量为0.22%的合金
工具钢。
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QT460-06:最小抗拉强度为460MPa，最小伸长率为6%的球墨铸铁。
GCr15:铬含量为1.5%的滚动轴承钢。
45:平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。
四、综合题：
1.画出铁碳相图，并说明个点、线的含义，用杠杆定律求出45钢的组成。说明碳
含量对钢性能的影响。
2.某工厂用45钢制造齿轮，要求整体具有良好的力学性能，齿面要求耐磨，其
热处理技术条件：整体硬度220-250HBW，齿面硬度为48-53HBW。该齿轮的加工路
线为：锻造→热处理→机械加工→热处理→机械加工→检验→涂油入库。简述上
述热处理工艺的具体内容和作用。
答：工艺为：备料→锻造→正火→接卸粗加工→调质→机械精加工→花键齿轮齿
廓部分表面淬火→回火→精磨。
正火：消除毛坯的锻造应力，降低硬度，改善切削加工性能；均匀组织，细化晶
粒，为以后的热处理做好准备。
调质：保持齿轮整体具有较高的综合性能，消除粗加工带来的内应力，进一步改
善半精加工和加工的切削性能，条之后的硬度应达到220-250HBW。
表面淬火和低温回火：采用高频淬火使表面获得针状马氏体，经回火后花键齿轮
齿廓的硬度应达到48-53HRC，心部保持调质后得到的回火索氏体组织具有较高
的强度和韧性。