西 南 交 通 大 学 2003级本科生考试试卷
课程名称 工 程 材 料
2004 ——2005学年第 1 学期 学 号 开 课 系 材料学院 姓 名 任课老师 评分
说明:(1)所有试题请做到答题纸上,否则不计分.
(2)本试题题量为120分,其中20分为考察题.试题满分为100分,及格线为60分. (3)请在答题纸,试卷上写上名字.
一、名词解释(5个(2分)
1.加工硬化 2.枝晶偏析 3.固溶强化 4.渗碳 5.淬透性
二,单项选择题(25个(1分)
1.金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫( ). A.强度 B.硬度 C.塑性 D.弹性
2.每个体心立方晶胞中包含有( )个原子. A.1 B.2 C.3 D.4
3.在晶体缺陷中,属于点缺陷的有( ).
A.间隙原子 B.位错 C.晶界 D.缩孔
4.铁素体是碳溶解在( )中所形成的间隙固溶体. A.α-Fe B.γ-Fe C.δ-Fe D.β-Fe
5.通常铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成,其晶粒区从表面到中心的排列顺序为( ). A.细晶粒区-柱状晶粒区-等轴晶粒区 B.细晶粒区-等轴晶粒区-柱状晶粒区 C.等轴晶粒区-细晶粒区-柱状晶粒区 D.等轴晶粒区-柱状晶粒区-细晶粒区
6.加热是钢进行热处理的第一步,其目的是使钢获得( ). A.基体组织 B. A体组织 C. P体组织 D. M体组织
7.碳钢的淬火工艺是将其工件加热到一定温度,保温一段时间,然后采用的冷却方式是( ). A.随炉冷却 B.在风中冷却 C.在空气中冷却 D.在水中冷却
8.完全退火主要用于( ).
A.亚共析钢 B.共析钢 C.过共析钢 D.所有钢种
9.除( )元素外,其它合金元素溶于奥氏体后,均能增加过冷奥氏体的稳定性. A.Co B.Cr C.Mn D.Ti
10.在Fe-Fe3C相图中,钢与铁的分界点的含碳量为( ). A.2% B.2.06% C.2.11% D.2.2%
11.珠光体是一种( ).
A.固溶体 B.金属化合物 C.机械混合物 D.单相组织金属
12.具有共晶反应的二元合金,其中共晶成分的合金具有( ). A.铸造性能好 B.锻造性能好 C.焊接性能好 D.热处理性能好
13.共晶成分的铁碳合金发生共晶反应时,其反应式为( ): A:L+FA B:AF+Fe3C C:LA+Fe3C D:AP
14.金属结晶时,冷却速度越快,其实际结晶温度将( ): A:越高 B:越低 C:越接近理论结晶温度 D:不变
15.在金属结晶时,向液体金属中加入某种难熔杂质来有效细化金属的晶粒,以达到改善其机械性能的目的,这种细化晶粒的方法叫做( ):
A:时效处理 B:变质处理 C:加工硬化 D:调质
16:金属铸造时,为细化晶粒,可采用( ):
A:快速浇注 B:时效处理 C:以砂型代替金属型 D:以金属型代替砂型
17.钢在淬火后获得的马氏体组织的粗细主要取决于( ):
奥氏体的本质晶粒度;b. 奥氏体的实际晶粒度;c. 奥氏体的起始晶粒度.
18.过共析钢的正常淬火加热温度是( ):
Ac1+30-50℃;B. Accm+30-50℃;C. Ac3+30-50℃.
19.马氏体的硬度取决于: ( )
A冷却速度;B. 转变温度;C. 碳含量.
20.对形状复杂,截面变化大的零件进行淬火时,应选用: ( ) A 高淬透性钢;B. 中淬透性钢;B. 低淬透性钢.
21.扩散退火的目的是: ( )
A消除和改善晶内偏析;B. 消除冷塑性变形后产生的加工硬化;C. 降低硬度以便于加工.
22.主要用于各种弹簧淬火后的处理.( )
A: 低温回火 B: 中温回火 C: 高温回火 D: 调质
23.制造手用锯条应当选用( ):
A.T12钢经淬火和低温回火;B.Cr12Mo钢经淬火低温回火;C.65钢淬火后中温回火.
24.高速钢的红硬性取决于( ):
A.马氏体的多少:B.淬火加热时溶于奥氏体中的合金元素的量;C.钢中的碳含量.
25..二次硬化属于( ):
A.固溶强化;B.细晶强化;C.位错强化;D.第二相强化.
三,判断对错题15个(2分(错误的填\分),并说明理由(1分),总计每题2分.正确的填\分),可不说明理由.)
1. 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程.
2. 在实际金属的结晶过程中,自发形核比非自发形核更重要,往往起优先的主导的作用.
3. 一般情况下,晶粒愈大,金属的强度,塑性愈好.
4. 碳钢在室温下的相组成物是铁素体和渗碳体.
5. 在平衡结晶条件下,含10%Ni的Cu-Ni合金,比含40%Ni的Cu-Ni合金的硬度和强度要高.
6. 在平衡结晶条件下,由于匀晶转变在整个结晶过程中,固相的成分沿着固相线变化,因此,结晶完成后,得到固体的成分是不均匀的.
7.表面淬火既能改变钢的表面化学成分,也能改善心部的组织和性能.
8.衡量材料的塑性的指标主要有伸长率和冲击韧性.
9.碳素工具钢的牌号,如T8,T12,该数字表示钢的最低冲击韧性值.
10.钢的热处理是通过加热,保温和冷却,以改变钢的形状,尺寸,从而改善钢的性能的一种工艺方法.
11.在过共析钢中含碳量越多,则其组织中的珠光体量减少,而铁素体量在增多.
12.亚共析钢缓冷到室温时,其平衡组织由铁素体和二次渗碳体组成.
13.灰口铸铁一般不可以锻造.
14.铁素体是碳溶解在α-Fe中所形成的置换固溶体.
15.调质钢经淬火和高温回火后的组织是回火马氏体.
四,综合题
1.二块钢样,退火后经显微组织分析,其组织组成物的相对含量如下: 第一块:珠光体占40%,铁素体60%.
第二块:珠光体占95%,二次渗碳体占5%.
试问它们的含碳量约为多少 并且分别画出其显微组织图.(铁素体中含碳量可忽略不计)(10分)
2.淬火钢为什么要进行回火处理 (5分)
3.选材设计一个车床主轴.要求:该主轴受交变弯曲和扭转的复合应力,载荷和转速均不高,冲击载荷也不大,请选材(45钢,T8,20CrMnTi)并设计热处理工序.(10分)
4.识别下列各钢的种类,并指明有下划线的数字和符号的含义:①65Mn ②1Cr18Ni9Ti ③GCr15 ④T10 ⑤20CrMnTi⑥9SiCr ⑦W18Cr4V ⑧ZG15 (8分)
5. 二元合金相图如图示,计算成分为10%的合金在室温时先共晶α相及(α+β)共晶体的相对重量.(5分)
6. 将Φ5mm的T8钢加热至760℃并保温,后经不同冷却方式得到:P,S,B下,B下+M+少量残余A,M+少量残余A.在C曲线上描写工艺曲线示意图.(5分)
7.有Q235AF ,65 ,20CrMnTi,60Si2Mn,T12,ZG45,W18Cr4V等钢材,请选择一种钢材制作汽车变速箱齿轮(高速重载受冲击),并写出工艺路线,说明各热处理工序的作用.(12分)
参考答案
一,名词解释(5个(2分) 1.加工硬化
金属发生塑性变形,随着变形度的增大,金属的强度和硬度显著提高,塑性和韧性明显下降,这种现象叫加工硬化. 2.枝晶偏析
晶粒内部出现的成份不均匀现象,可通过扩散退火或均匀化退火,使异类原子互相充分扩散均匀,可消除晶内偏析. 3.固溶强化
由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点,使晶格发生畸变,使固溶体硬度和强度升高,这种现象叫固溶强化现象. 4.渗碳
在增碳的活性气氛中,将低碳钢或低碳合金钢加热到高温(一般为900～950℃),使活性碳原子进入钢的表面,以获得高碳渗层的工艺方法称为气体渗碳. 5.淬透性
所谓钢的淬透性就是指钢在淬火时能够获得马氏体的能力,可用淬透层深度来衡量. 二,单项选择题(25个(1分) 选择题答案填写处
1A 2B 3A 4A 5A 6B 7D 8A 9A 10C 11C 12A 13C 14B 15B 16D 17B 18A 19C 20A 21A 22B 23A 24B 25D
三,判断对错题15个(2分(错误的填\分),并说明理由(1分),总计每题2分.正确的填\分),可不说明理由.)
1.F 由液体凝固成固体的过程不一定是结晶过程. 2.F 非自发形核比自发形核更重要
3.F 一般情况下,晶粒愈小,金属的强度,塑性愈好. 4.T
5.F在平衡结晶条件下,含10%Ni的Cu-Ni合金,比含40%Ni的Cu-Ni合金的硬度和强度要低. 6.F得到固体的成分是均匀的. 7.F 不能改善心部的组织和性能
8.F 衡量材料的塑性的指标主要有伸长率和延伸率
9.F碳素工具钢的牌号,如T8,T12,该数字表示钢的含碳值
10.F钢的热处理是通过加热,保温和冷却,以改变钢的组织,从而改善钢的性能的一种工艺方法. 11.F在过共析钢中含碳量越多,则其组织中的珠光体量减少,而渗碳体量在增多. 12.F亚共析钢缓冷到室温时,其平衡组织由铁素体和珠光体组成. 13.T
14.F铁素体是碳溶解在α-Fe中所形成的间隙固溶体. 15.F调质钢经淬火和高温回火后的组织是回火索氏体 四,综合题(总计55分)
二块钢样,退火后经显微组织分析,其组织组成物的相对含量如下: 第一块:珠光体占40%,铁素体60%.
第二块:珠光体占95%,二次渗碳体占5%.
试问它们的含碳量约为多少 并且分别画出其显微组织图.(铁素体中含碳量可忽略不计)(10分) 答: 在忽略三次渗碳体的情况下,珠光体的碳含量为0.77%,铁素体为0.0218%,渗碳体为6.69% 第一块为: C%=(40%×0.77+60%×0.218)% 第二块为: C%=(95%×0.77+5%×6.69)% 显微组织(略)
淬火钢为什么要进行回火处理 (5分)
答: 淬火钢不经回火一般不能直接使用.回火是为了降低脆性,减少或消除内应力,防止工件变形和开裂;获得工艺所要求的力学性能;稳定工件尺寸;对某些高淬透性的合金钢,高温回火可降低硬度,以利切削加工.
选材设计一个车床主轴.要求:该主轴受交变弯曲和扭转的复合应力,载荷和转速均不高,冲击载荷也不大,请选材(45钢,T8,20CrMnTi)并设计热处理工序.(10分) 答: 选择45号钢,调质处理.
加工路线为: 正火——调质——高频淬火及低温回火
识别下列各钢的种类,并指明有下划线的数字和符号的含义:①65Mn ②1Cr18Ni9Ti ③GCr15 ④T10 ⑤20CrMnTi⑥9SiCr ⑦W18Cr4V ⑧ZG15 弹簧钢,
1Cr18Ni9Ti 奥氏体不锈钢 碳含量<0.1%,～9%的镍, GCr15 滚动轴承钢 ～1.5%铬
T10 碳素工具钢 ,T——工具(英文) 20CrMnTi 合金渗碳钢 ～0.2%的碳, 9SiCr 低合金刃具钢 0.9的碳, W18Cr4V 高速钢 ～18%钨 ZG15 铸钢 ZG——铸钢(拼音)
5. 二元合金相图如图示,计算成分为10%的合金在室温时先共晶α相及(α+β)共晶体的相对重量.(5分)
答:根据标杆定律: α%=(30-10)/30 (α+β)%=1-α%
将Φ5mm的T8钢加热至760℃并保温,后经不同冷却方式得到:P,S,B下,B下+M+少量残余A,M+少量残余A.在C曲线上描写工艺曲线示意图.(5分)
答:退火(或随炉冷)时获得P,正火(或空冷)时获得S,等温淬火获得B下;等温淬火B下转变未完成,随后淬入水中获得B下+M+少量残余A,淬火(水冷)获得M+少量残余A. 图(略)
7.有Q235AF ,65 ,20CrMnTi,60Si2Mn,T12,ZG45,W18Cr4V等钢材,请选择一种钢材制作汽车变速箱齿轮(高速重载受冲击),并写出工艺路线,说明各热处理工序的作用.(12分) 答: 选20CrMnTi
加工路线: 下料其——锻造——正火——机械加工——渗碳——淬火——低温回火—— 喷丸——磨齿
正火为预备热处理为进一步机械加工和热处理作组织上的准备.
渗碳,淬火,低温回火为最终热处理,为得到表硬(M'高碳)里韧(M'低碳)的组织性能特点.