工程材料学学期期末考试试题(A)及详解答案

工程材料学学期期末考试试题(A)及详解答案
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一、名词解释： (每小题2分,共10分)
珠光体：

过冷度：
合金：
本质晶粒度：
调质：
二、填空题：(每空0.5分，共20分)
1. 为了改善切削加工性能,20钢应进行＿＿＿ 热处理,T12钢应进行＿＿＿热处理。
2. α-Fe是＿＿＿晶体结构，设a为晶格常数，其晶胞原子数为＿＿＿，原子半径为＿＿＿，
配位数是＿＿＿。

3. 晶体中的线缺陷是指各种类型的＿＿＿；面缺陷指＿＿＿、＿＿＿。
4. 液态金属进行铸造时，为达到细化晶粒的目的而加入其它物质作为人工晶核的处理方法称
为＿＿＿＿。

5. 金属材料的强化机制有＿＿＿、＿＿＿ 、＿＿＿、和＿＿＿。
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6. 金属塑性变形的基本方式有＿＿＿ 和＿＿＿ 两种。
7. 冷变形金属经重新加热时，根据组织与性能的变化，大体可以分为别 ＿＿＿ 、＿＿＿ 和＿＿
＿
三个阶段。

8. L→α＋β是＿＿＿转变，而γ → α＋β是＿＿＿转变。
9. 铁碳合金中的基本相有δ铁素体、＿＿＿、＿＿＿、＿＿＿ 和＿＿＿ 五种。
10. 碳钢中常存的杂质元素中，有益的元素是＿＿＿ 和＿＿＿，有害的元素是 ＿＿＿和＿＿
＿。

11. 45钢调质和正火两种热处理工艺所得到的组织分别为 ＿＿＿和＿＿＿。
12. 20CrMnTi钢和T10钢淬火后比较，淬透性好的钢是＿＿＿，而淬硬性好的钢是＿＿＿。
13. 16Mn钢中的Mn元素主要作用是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；GCr15钢中的Cr元素的主要作
用是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

14. HT300中“HT”的含义是＿＿＿，“300” 的含义是＿＿＿ ，其基体组织是＿＿＿。
15. 2A12（L Y 1 2）材料的类别是 ＿＿＿； TC4材料的类别是 ＿＿＿。
三、 判断题： (在题后括号内将正确的划√，错误的划×。每小题1分,共10分)

1. 工程中常用布氏硬度测量硬材料的硬度。 ( )
2. 固溶体的晶体结构与组成它的溶剂元素的晶体结构相同。 ( )
3. 晶体缺陷使晶格产生畸变，所以缺陷越多对材料的性能危害越大。 ( )
4. 由液体冷却凝固成固体的过程都是结晶过程。 ( )
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5. 杠杆定律只适用于两相区。 ( )
6. 金属晶体中，原子排列最紧密的晶面间的距离最小，结合力大，所以这些晶面间难以发生滑
移。 ( )

7. 共析转变时温度不变，且三相的成分也是确定的。 ( )
8. 热加工与冷加工的主要区别在于是否对变形金属加热。 ( )
9. 过共析钢为消除网状渗碳体应进行正火处理。 ( )
10. 可锻铸铁能够进行锻造。 （ ）
四、简答题（每小题5分,共20分）
1． 在图1中分别画出纯铁的)011(、)111(晶面和]011[、]111[晶向。并指出在室温下对纯铁进
行拉伸试验时，滑移将沿以上的哪个晶面及晶向进行？

图1
2．为什么钳工锯 T10，T12 等钢料时比锯 10，20 钢费力，锯条容易磨钝？
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3．奥氏体不锈钢的晶间腐蚀是怎样产生的？如何防止？

4．低碳钢渗碳表面化学热处理的温度范围是多少？温度选择的主要理由是什么？
五、请用直线将下列材料牌号与典型应用零件及热处理工艺连接起来。（每小题2分,共10分）
材料牌号 应用零件 热处理工艺

HT250
弹簧 调质+氮化

Cr12MoV
飞机起落架 固溶+时效

7A04（LC9） 机车曲轴 自然时效（退火）
65Mn
冷冲模 淬火+中温回火

38CrMoAl
机床床身 淬火+低温回火

六、某工厂仓库积压了许多退火状态的碳钢，由于钢材混杂，不知道钢的化学成分，现找出其
中一根，经金相分析后，发现其组织为珠光体+铁素体，其中铁素体占 80% ，回答以下
问题：（每小题4分,共12分）

①
②
③ 画出其组织示意图，并于图中标出各组织组分的名称。
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七、车床主轴要求轴颈部位的硬度为56~58HRC，其余地方的硬度为20~24HRC，制订的
加工工艺路线如下：锻造 → 正火 → 机加工 → 轴颈表面淬火 → 低温回火 → 磨削。
请说明：（每小题2分，共10分）

（1）该主轴应选用何种材料；
（2）正火的目的及其大致工艺；
（3）表面淬火的目的及大致处理工艺；
（4）低温回火的目的及大致工艺；
（5）轴颈部位的表面组织和其余地方的组织。

八.将¢5mm的T8钢（共析钢）加热至760℃并保温足够时间，问采用什么样的冷却工艺可
得到如下组织：珠光体，索氏体，下贝氏体，马氏体+少量残余奥氏体；在C曲线上画出工
艺曲线示意图。（每小题2分，共8分）
一、名词解释： (每小题2分,共10分)
珠光体：铁素体和渗碳体成片层相间的机械混合物。
过冷度：金属的实际结晶温度低于其理论结晶温度，理论结晶温度与实际结晶温度的差值称为
过冷度。
合金：通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成
的具有金属特性的新物质，称为合金。
本质晶粒度：在规定的加热条件下，奥氏体晶粒长大的倾向性。
调质处理：淬火后的高温回火。

二、填空题：(每空0.5分，共20分)
1．正火，球化退火。
2．体心立方， 2， a43， 8。
3．位错；晶界，亚晶界。
4． 变质处理。
5．固溶强化，弥散强化，细晶强化，形变强化。
6．滑移，孪生。
7．回复，再结晶，晶粒长大。
8．共晶转变，共析转变。
9．奥氏体，铁素体，渗碳体，液体。

参考答案及评分标准
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10．硅（Si），锰（Mn）；磷（P），硫（S）。
11．回火索氏体（或S回），索氏体（或S）。
12．20CrMnT，T10。
13．强化铁素体； 提高淬透性。
14．灰口铸铁；最低抗拉强度300MPa，珠光体。
15．硬铝合金，+型钛合金

三、 判断题：(每小题1分,共10分)
1．×， 2．√， 3．×， 4．×， 5．√， 6．×， 7．√， 8．×， 9．√， 10．×。

四、简答题（每小题5分,共20分）
1．

纯铁在室温下为体心立方晶体结构，滑移系为{110}×＜111＞，所以应该沿上述)011(晶
面的]111[晶向滑移。（1分，可不答理由）。晶面、晶向标注各1分。
2．答：T10,T12属于碳素工具钢，含碳量为1.0%，1.2%，因而钢中渗碳体含量高，钢的
硬度较高；而10,20钢为优质碳素结构钢，属于低碳钢，钢的硬度较低，因此钳工锯
T10,T12 等钢料时比锯 10,20 钢费力，锯条容易磨钝。
3． 奥氏体不锈钢在约600 ºC工作时，从A体晶界析出Cr23C6碳化物，造成晶界附近基
体贫铬，当贫铬区含铬量低于12%时，电位显著下降，造成晶间腐蚀。使钢
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的强度和塑性急剧下降。（3分）
防止晶间腐蚀的方法：
1）降低钢的含碳量，以尽可能少的形成Cr23C6。（1分）
2）在钢中加入强碳化物形成元素钛、铌，使钢中的碳优先形成TiC或NbC，而不形成Cr23C6 。
（1分）
4．①低碳钢渗碳处理的温度在900~950℃（或AC3以上50~80℃）。（2分）
②选择的主要理由是应在单相γ区，因为γ的碳的溶解度大，而α相的碳的溶解度最大仅
0.0218。因此只有在单相γ区才能获得较高的表面碳浓度（2分）；但温度也不能太高，否者易
形成粗大的奥氏体晶粒而降低力学性能（1分）。
五、(划对一道连线1分，共10分)

六、解答：（每小题4分,共12分）
①. 根据珠光体含量求出该碳钢室温下的含碳量：
室温下铁素体的含碳量可忽略不计，而珠光体的含碳量为0.77%，因此：
含碳量C=0.77%×20%=0.154%
②. 该碳钢室温下的相组成为F+Fe3C
F=(6.69-0.154)/6.69=97.7%
Fe3C=1-F=2.3%
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③.
七、（每小题2分，共10分）
①. 45钢（或其它中碳合金钢）；
②. 目的是为了获得主轴整体所要求的硬度20~24HRC及其他机械性能，并便于加工（1
分）；工艺是：加热到850℃左右保温，然后空冷。（1分）
③. 目的是为了获得轴颈部56~58HRC的硬度要求（1分）；工艺是采用高频感应加热至
830℃左右，然后迅速在水中冷却（1分）。
④. 目的是降低淬火后工件的残余应力（1分）；工艺是在170~200℃加热并保温（1分）。
④. 轴颈部为回火马氏体（1分），其余地方为珠光体或索氏体（1分）。
八、（每小题2分，共8分）
答：(1)珠光体：冷却至A1线~650℃范围内等温或连续冷却下来得到珠光体组织。
索氏体：冷却至650～600℃温度范围内等温或连续冷却下来得到索光体组织。
下贝氏体：冷却至350℃～MS温度范围内等温冷却下来得到下贝氏体组织。
马氏体+少量残余奥氏体：以大于获得马氏体组织的最小冷却速度连续冷却获得马
氏体+少量残余奥氏体。