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[0927]《工程材料》作业答案

0927工程材料
判断题
1、珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物A
1. A.√
2. B.×

2、可锻铸铁中，石墨是团絮状的，有较高强度和一定塑韧性，所以可以锻造。 B

1. A.√
2. B.×

3、正火是将钢加热到临界温度以上一定范围保温一定时间，然后空冷的热处理工艺。   A                                                                                                                                 

1. A.√
2. B.×

4、上贝氏体是由过饱和的铁素体和渗碳体组成。A

1. A.√
2. B.×

5、把在实际晶体中出现的空位和间隙原子的缺陷叫做面缺陷。 B

1. A.√
2. B.×

6、实际金属中位错密度越大、晶界和亚晶界越多，其强度越高。 A

1. A.√
2. B.×

7、金属材料在载荷作用下抵抗变形和断裂的能力叫强度。 A

1. A.√
2. B.×

8、选材的一般原则包括满足零件使用性能、工艺性、经济性、环保和资源合理利用。
A
1. A.√
2. B.×

9、贝氏体是过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物。 A

1. A.√
2. B.×

10、奥氏体是碳溶解在γ-Fe中所形成的置换固溶体。 B

1. A.√
2. B.×

11、钢的淬火后进行高温回火的工艺称为调质，其组织为回火索氏体。A

1. A.√
2. B.×

12、零件失效形式包括变形失效、磨损失效、断裂失效。 A

1. A.√
2. B.×

13、表面淬火既能改变工件表面的化学成分，也能改善其心部组织与性能。 B

1. A.√
2. B.×

14、调质钢经淬火和高温回火后的组织是回火马氏体。 B

1. A.√
2. B.×

15、在一般情况下，金属结晶后晶粒越细小，则其强度越好，而塑性和韧性越差。 B

1. A.√
2. B.×

16、在铁碳合金中，铁素体在727℃时，溶碳能力可达0.77%。 B

1. A.√
2. B.×

17、衡量材料的塑性的指标主要有伸长率和冲击韧性。 B

1. A.√
2. B.×

18、布氏硬度测量硬度时，用符号HBW表示。 A

1. A.√
2. B.×

19、单晶体具有各向异性，多晶体具有各向同性。 A

1. A.√
2. B.×

20、失效是机械零件因某种原因致使丧失其规定功能的现象。 A

1. A.√
2. B.×

21、维氏硬度测量硬度时，用符号HV表示. A

1. A.√
2. B.×

22、在铁碳合金相图中，奥氏体在1148℃时，溶碳能力可达4.3%。 B

1. A.√
2. B.×

23、合金钢的主要特点是淬透性高、淬火变形小、回火稳定性低。 B

1. A.√
2. B.×

24、钢的淬火后进行高温回火其组织称为调质。B

1. A.√
2. B.×

25、过共析钢完全退火后就能消除网状渗碳体。 B

1. A.√
2. B.×

26、马氏体硬度主要取决于马氏体中的合金含量。 B

1. A.√
2. B.×

27、奥氏体化的共析钢缓慢冷却到室温时，其平衡组织为莱氏体。 B

1. A.√
2. B.×

28、马氏体是过饱和的铁素体和奥氏体组成的混合物。 B

1. A.√
2. B.×

29、所有合金都是多相组织。 B

1. A.√
2. B.×

30、表面淬火既能改变工件表面的化学成分，也能改善其心部组织与性能。 B

1. A.√
2. B.×

31、体心立方晶格的致密度为84%。 B

1. A.√
2. B.×

32、在铁碳合金中，铁素体在727℃时，溶碳能力可达2.11%。 B

1. A.√
2. B.×

33、灰铸铁中，石墨是片状。 A

1. A.√
2. B.×

解释题
34、退火 ：将工件加热到临界点以上或在临界点以下某一温度保温一定时间后，以十分缓慢的冷却速度（炉冷、坑冷、灰冷）进行冷却的热处理工艺。
35、珠光体 ：是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。
36、共析反应 ：是一定成分的合金固相，在一定温度同时结晶出成分不同的两种新固相的反应。
37、奥氏体 ：碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体，常用A或γ表示。
38、点缺陷 : 原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。
39、过冷度 ：是金属的理论结晶温度与实际结晶温度的差值。
40、固溶体 : 是合金在固态下组元间仍能互相溶解而形成的与其中某一组元的晶格类型相同的均匀固相。
41、合金：由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特性的物质。
42、共晶反应 ：一定成分的液相，在一定温度下，同时结晶出成分不同的两种固相的反应。
43、铁素体 : 是碳溶入α-Fe中形成的间隙固溶体。
44、 强度 ：金属材料在载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力。
分析题
45、计算40钢室温时的组织相对量，即组织中铁素体和珠光体各占的百分数。
答：设组织中铁素体为QF 、珠光体为QP
根据杠杆定律：
QF=（0.77-0.40）/（0.77-0.0008）=48.1%
QP=1－QF =51.9%

46、根据下列简化的铁碳合金相图，说明40钢从液态冷却到室温的平衡结晶过程。
当合金由液态缓冷到液相线温度时，从液相中开始结晶出奥氏体。随温度的降低，结晶出的奥氏体量增多，其成分先后沿固相线AE变化，液相的成分沿液相线AC变化。固相线温度时，液相全部结晶为奥氏体。固相线至GS线间为单相奥氏体。合金缓冷至GS线温度时，开始从奥氏体中析出铁素体。随着温度的下降，铁素体的不断析出，奥氏体的含碳量逐渐增多。铁素体和奥氏体的含碳量分别沿GP线和GS线变化。缓冷至727℃时，奥氏体的含碳量增至共析点成分（wC＝0.77％），在此温度时奥氏体发生共析转变，生成珠光体。冷却至室温，组织基本不变化，室温组织为F＋P。
即：

47、计算55钢室温时的组织相对量，即组织中铁素体和珠光体各占的百分数。
答：设组织中铁素体为QF 、珠光体为QP
根据杠杆定律：
QF=（0.77-0.55）/（0.77-0.0008）=28.6%
QP=1－QF =71.4%
48、根据下列简化的铁碳合金相图，说明55钢从液态冷却到室温的平衡结晶过程。
当合金由液态缓冷到液相线温度时，从液相中开始结晶出奥氏体。随温度的降低，结晶出的奥氏体量增多，其成分先后沿固相线AE变化，液相的成分沿液相线AC变化。固相线温度时，液相全部结晶为奥氏体。固相线至GS线间为单相奥氏体。合金缓冷至GS线温度时，开始从奥氏体中析出铁素体。随着温度的下降，铁素体的不断析出，奥氏体的含碳量逐渐增多。铁素体和奥氏体的含碳量分别沿GP线和GS线变化。缓冷至727℃时，奥氏体的含碳量增至共析点成分（wC＝0.77％），在此温度时奥氏体发生共析转变，生成珠光体。冷却至室温，组织基本不变化，室温组织为F＋P。
即：
问答题
49、有一批45钢齿轮，其制造工艺为：圆钢下料→锻造→正火→车削加工→淬火→回火→铣齿→表面淬火。说明各热处理工序的名称和作用。
(1)正火：调整硬度，提高切削加工性能，细化晶粒，均匀组织。
(2)淬火+回火：即调质；提高综合性能。
(3)表面淬火；提高齿面硬度和耐磨性。
50、简述碳钢中含碳量变化引起机械性能变化的规律。
答：碳钢组织中铁素体是软韧相，渗碳体是硬脆相。因此，其机械性能主要取决于铁素体与渗碳体的相对数量和它们的相对分布。
随着含碳量增加，亚共析碳钢组织中的铁素体随含碳的增多而减少，而珠光体量相应增加。因此塑性、韧性降低，强度和硬度呈直线上升。
共析钢为珠光体组织。具有较高的强度和硬度，但塑性较低。
而过共析钢， wC＜0.9％时，碳量增加，强度和硬度继续增加。wC≈0.9％时，抗拉强度出现峰值。wC＞0.9％以后，二次渗碳体量逐渐增加并形成连续的网状，从而使钢的脆性增加，塑性韧性继续下降，强度也显著降低。硬度仍呈直线上升。
51、等温转变的珠光体型组织有哪几种？它们在形成温度条件、组织形态和性能方面有何特点？
答：有珠光体、索氏体和托氏体三种。
珠光体是过冷奥氏体在550℃以上等温停留时发生转变，它是由铁素体和渗碳体组成的片层相间的组织。索氏体是在650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。托氏体是在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。珠光体片间距愈小，相界面积愈大，强化作用愈大，因而强度和硬度升高，同时，由于此时渗碳体片较薄，易随铁素体一起变形而不脆断，因此细片珠光体又具有较好的韧性和塑性。
52、根据可锻铸铁的生产过程，说明为什么可锻铸铁适宜制造壁厚较薄的零件?
答：
可锻铸铁的生产过程分为两个步骤，第一步先浇注成白口铸件，第二步再经高温长时间的可锻化退火(亦称石墨化退火)，使渗碳体分解出团絮状石墨。壁薄零件能获得较大的冷却速度，浇注后易获得白口铸件，正是可锻铸铁希望获得的浇注组织，所以它适宜制造壁厚较薄的零件。

53、碳量对碳钢力学性能的影响怎样？
答：碳钢中含碳量增高，组织中渗碳体的相对量增加，钢的硬度增加，而且渗碳体的大小、形态和分布也随之发生变化。渗碳体由层状分布在铁素体基体内(如珠光体)，改变为网状分布在晶界上(如二次渗碳体)。
渗碳体作为强化相，当它与铁素体构成层状珠光体时，可提高合金的强度和硬度，故合金中珠光体量越多时，其强度、硬度越高，而塑性、韧性却相应降低。当钢中wC <0.9％时，随着钢中含碳量的增加，钢的强度、硬度呈直线上升，而塑性、韧性不断降低；当钢中wC >0.9％时，因渗碳体网的存在，不仅使钢的塑性、韧性进一步降低，而且强度也明显下降。

54、在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？
答：采用的方法：①增大过冷度，钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速度的方法来控制晶粒大小。②变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒。③机械振动、搅拌。
55、简答 Fe-Fe3C 相图中的共晶反应、共析反应过程，写出反应式。
答：共晶反应：1148℃时具有C点成分的液体中同时结晶出具有E点成分的奥氏体和渗碳体的两相混合物。反应式：

共析反应：合金冷却到727℃时具有S点成分的奥氏体中同时析出具有P点成分的铁素体和渗碳体的两相混合物。反应式：

56、碳钢中含碳量变化引起机械性能变化的规律是什么？
答：碳钢组织中铁素体是软韧相，渗碳体是硬脆相。因此，其机械性能主要取决于铁素体与渗碳体的相对数量和它们的相对分布。
随着含碳量增加，亚共析碳钢组织中的铁素体随含碳的增多而减少，而珠光体量相应增加。因此塑性、韧性降低，强度和硬度呈直线上升。
共析钢为珠光体组织。具有较高的强度和硬度，但塑性较低。
而过共析钢， wC＜0.9％时，碳量增加，强度和硬度继续增加。wC≈0.9％时，抗拉强度出现峰值。wC＞0.9％以后，二次渗碳体量逐渐增加并形成连续的网状，从而使钢的脆性增加，塑性韧性继续下降，强度也显著降低。硬度仍呈直线上升。

57、与碳钢比较，合金钢有何优点？
答：合金钢的淬透性高，回火抗力高，合金钢能满足一些特殊性能的要求：如耐热性、耐腐蚀性、耐低温性等。
58、铸铁中石墨的形态对铸铁性能影响显著，请问石墨形态有哪些？分别属于什么铸铁？
答：铸铁中石墨形态有片状、球状、团絮状、蠕虫状。
分别属于灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁。
59、常用的淬火方法有哪几种？
答：
常用的淬火方法有：单液淬火法、双液淬火法、等温淬火法、分级淬火法和局部淬火法。
60、碳钢中含碳量变化对机械性能的影响怎样？
答：碳钢组织中铁素体是软韧相，渗碳体是硬脆相。因此，其机械性能主要取决于铁素体与渗碳体的相对数量和它们的相对分布。
随着含碳量增加，亚共析碳钢组织中的铁素体随含碳的增多而减少，而珠光体量相应增加。因此塑性、韧性降低，强度和硬度呈直线上升。
共析钢为珠光体组织。具有较高的强度和硬度，但塑性较低。
而过共析钢， wC＜0.9％时，碳量增加，强度和硬度继续增加。wC≈0.9％时，抗拉强度出现峰值。wC＞0.9％以后，二次渗碳体量逐渐增加并形成连续的网状，从而使钢的脆性增加，塑性韧性继续下降，强度也显著降低。硬度仍呈直线上升。

论述题
61、 要制造冷冲压模具、热锻模、机床床身、车床传动齿轮、一般用途的螺母等零件，试从下列牌号中分别选出合适的材料并说明钢种名称。HT250，40Cr，45，20CrMnTi，Cr12MoV，Q235，5CrNiMo
答：答：冷冲压模具：Cr12MoV冷作模具钢。
热锻模：5CrNiMo热作模具钢。
机床床身：HT250灰铸铁。
车床传动齿轮：45优质碳素结构钢。
一般用途的螺母：Q235普通碳素结构钢
62、指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的显微组织：（1）20钢齿轮 （2）45钢小轴  （3）T12钢锉刀
答：答：（1）20钢齿轮  目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，提高硬度，改善切削加工性。组织：晶粒均匀细小的大量铁素体和少量索氏体。
（2）45钢小轴  目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力。组织：晶粒均匀细小的铁
素体和索氏体。
（3）T12钢锉刀  目的：细化晶粒，均匀组织，消除网状Fe3CⅡ，为球化退火做组织准备，消除内应力。组织：索氏体和球状渗碳体。
63、要制造汽车变速齿轮、冷冲压模具、热锻模、小型曲轴、一般用途的螺母等零件，试从下列牌号中分别选出合适的材料并说明钢种名称。
HT250，40Cr，20CrMnTi，Cr12MoV，Q235，QT600-2，5CrNiMo
答：汽车变速齿轮：20CrMnTi合金渗碳钢。
冷冲压模具：Cr12MoV冷作模具钢。
热锻模：5CrNiMo热作模具钢。
小型曲轴：QT600-2球墨铸铁。
一般用途的螺母：Q235普通碳素结构钢。

64、要制造小型车架、汽车板簧、汽车变速齿轮、车床床身、小型曲轴等零件，试从下列牌号中分别选出合适的材料并说明钢种名称。
60Si2Mn  QT600-2  T12A  40Cr  HT200  Q345  20CrMnTi
答：小型车架：Q345  低合金高强度结构钢
汽车板簧：60Si2Mn  合金弹簧钢
汽车变速齿轮：20CrMnTi  合金渗碳钢
车床床身：HT200  普通灰铸铁
小型曲轴：QT600-2  球墨铸铁

65、制造重载齿轮、连杆、弹簧、锉刀、一般用途的小轴等零件，试从下列牌号中分别选出合适的材料并说明钢种名称。
T12，65Mn， W18Cr4V，40Cr，20CrMnTi，Q235，5CrNiMo
答：重载齿轮：20CrMnTi  合金渗碳钢
连杆：40Cr  合金调质钢
弹簧：65Mn  弹簧钢
锉刀：T12  碳素工具钢
一般用途的小轴：Q235  普通碳素结构钢

66、要制造车床传动齿轮、重要轴类、滚动轴承、车刀、一般用途的普通螺钉等零件，试从下列牌号中分别选出合适的材料并说明钢种名称。
T10，60Si2Mn，W18Cr4V，GCr15，40Cr，45，Q235
答：车床传动齿轮：45  优质碳素结构钢
重要轴类：40Cr  合金调质钢
滚动轴承：GCr15  滚动轴承钢
车刀：W18Cr4V  高速工具钢
一般用途的普通螺钉：Q235  普通碳素结构钢