工程材料试题
一、名词解释题（每题3分，共30分）
1、金属化合物；与组成元素晶体结构均不相同的固相
2、固溶强化；随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。 3、 铁素体；碳在a-Fe中的固溶体
4、加工硬化；随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。
5、球化退火；将工件加热到Ac1以上30——50摄氏度保温一定时间后随炉缓慢冷却至600摄氏度后出炉空冷。 6、金属键；金属离子与自由电子之间的较强作用就叫做金属键。 7、再结晶；冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程.
8、枝晶偏析；在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象。
9、正火；是将工件加热至Ac3或Accm以上30~50℃,保温一段时间后,从炉中取出在空气中冷却的金属热处理工艺。 10、固溶体。合金在固态时组元间会相互溶解，形成一种在某一组元晶格中包含有其他组元的新相，这种新相称为固溶体
二、简答题（每题8分，共48分）
1、金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？《P16》
l 结晶的基本过程——晶核形成与晶核长大
结晶时的冷却速度（即过冷度）随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快，同时液体金属中难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率 2、手锯锯条、普通螺钉、车床主轴分别用何种碳钢制造？
手锯锯条：它要求有较高的硬度和耐磨性，因此用碳素工具钢制造。如T9,T9A,T10,T10A,T11,T11A 普通螺钉：它要保证有一定的机械性能，用普通碳素结构钢制造，如Q195,Q215,Q235 车床主轴：它要求有较高的综合机械性能，用优质碳素结构钢，如30，35，40，45，50 3、金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？
《1》晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性，如纵向的强度和塑性远大于横向等。《2》晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化，即随着变形量的增加，强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降，《3》织构现象的产生，即随着变形的发生不仅金属中晶粒会被破碎拉长，而且各晶粒的晶格位向也会沿着变形的方向同时发生转动，转动结果金属中每个晶粒的晶格位向趋于大体一致，产生织构现象，《4》冷压力加工过程中由于材料各部分的变形不均匀或晶粒内各部分和各晶粒间的变形不均匀，金属内部会形成残余的内应力，这在一般情况下都是不利的，会引起零件尺寸不稳定。
4、固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？
在结构上：固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而金属间化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它
是以分子式来表示其组成。
在性能上：形成固溶体和金属件化合物都能强化合金，但固溶体的强度，硬度比金属间化合物低，塑性，韧性比金属间化合物好，也就是固溶体有更好的综合机械性能。 5、实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？
如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格畸变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。 6、比较退火的状态下的45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性的高低，简述原因。 三、综合分析题（共22分）
1、（12分）有两个含碳量为1.2%的碳钢薄试样，分别加热到780℃和860℃并保温相同时间，使之达到平衡状态，然后以大于VK的冷却速度至室温。试问： （1）哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大？
因为860摄氏度加热温度高，加热时形成的奥氏体晶粒粗大，冷却后得到的马氏体晶粒叫粗大 （2）哪个温度加热淬火后马氏体含碳量较多？
因为加热温度860已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，奥氏体中含碳量增加，而奥氏体向马氏体转变是非扩散型转变，所以冷却后马氏体含碳量较多。 （3）哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？
因为加热温度860已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，使奥氏体中含碳量增加，降低钢的Ms和Mf点，卒火后残余奥氏体增多。
（4）哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少？
因为加热温度860已经超过了Accm，此时碳化物全部溶于奥氏体中，因为加热卒火后未溶碳化物较少 （5）你认为哪个温度加热淬火后合适？为什么？
780加热卒火后合适。因为含碳量为1.2%的碳钢属于过共析钢，过共析碳钢卒火加热温度Ac1
+(30_50摄氏度)，而780在这个温度范围内，这时卒火后的组织为均匀而细小的马氏体和颗粒状渗碳体及残余奥氏体的混合组织，使钢具有高的强度，硬度和耐磨性，而且也具有较高的韧性。
2、（10分）说明45钢试样（Φ10mm）经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：700℃，760℃，840℃，1100℃。
700：因为它没有达到相变温度，因此没有发生相变，组织为铁素体和珠光体。 760：它的加热温度在Ac1_Ac3之间，因此组织为铁素体，马氏体和少量残余奥氏体。
840：它的加热温度在Ac3以上，加热时全部转变为奥氏体，冷却后的组织为马氏体和少量残余奥氏体。 1100：因为它的加热温度过高，加热时奥氏体晶粒粗化，卒火后得到粗片状马氏体和少量残余奥氏体
齿轮：20CrMnTi渗碳钢；C%=0.2%,Cr,Mn,Ti<1.5%；渗碳＋淬火＋低温回火；组织为回火马氏体。（3分）
连杆：40Cr调质钢；C%=0.4%,Cr<1.5%；调质处理（淬火＋高温回火）；组织为回火索氏体。（2分） 弹簧：65Mn弹簧钢；C%=0.65%,Mn<1.5%；淬火＋中温回火；组织为回火托氏体。（2分） 冷冲压模具：Cr12MoV冷变形模具钢；C%>1%,Cr=12%,Mo,V<1.5%；淬火＋低温回火；组织为回火马氏体。（2分）
滚动轴承：GCr15Mo轴承钢；C%＝1%,Cr=1.5%,Mo<1.5%；球化退火＋淬火＋低温回火；组织为回火马氏体。（2分）
车刀：W6Mo5Cr4V2高速钢；W%=6%,Mo%=5%,Cr%=4%,V%=2%；淬火＋560℃三次回火；组织为回火马氏体＋碳化物。（3分）
锉刀：T10碳素工具钢；C%＝1%；淬火＋低温回火；组织为回火马氏体＋碳化物。（2分）
热锻模具：5CrMnMo热变形模具钢；C%=0.5%,Cr,Mn,Mo<1.5%；淬火＋高温回火；组织为回火索氏体。（2分）
机床床身：HT300灰口铁；无需热处理。（2分）
2007年本科工程材料试题标准答案
一、分析题 （分析下列材料强化方法的主要机理）（25分）
1、细晶强化： 金属组织中晶界大量增加 2、弥散强化： 金属组织中第二相细小均匀分布 3、固溶强化：固溶体的晶格畸变
4、二次硬化：包括二次淬火（过冷奥氏体转变成马氏体）和二次相析出（过冷奥氏体和马氏体中析出弥散碳化物）使得材料回火后硬度提高。
5、加工硬化：位错数量急剧增加使得材料强度硬度提高 二、填空题(25分)
1、 马氏体是碳在α-Fe过饱和固溶体，其形态主要有板条状、针片状 。
其中， 针片状马氏体硬度高、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 ，
W的主要作用 提高红硬性 ，Cr的主要作用提高淬透性 ，V的主要作用提高硬度和韧性。 3、材料选择的三个主要原则使用性原则， 工艺性原则，经济性原则。
4、合金结构钢与碳素结构钢相比，其突出优点是淬透性好，强度高 。
5. 在工程图学中,零件的力学性能通常用硬度表示。HBS测量范围是≤450HBS ，HBW测量范围是≤650HBW ，HRC测量范围是 20－67HRC 。
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 回火马氏体 ，
回火托氏体 ，回火索氏体 。
7. 钢在淬火时，钢的淬硬性取决于 碳的质量分数 ，转钢的淬透性取决于合金元素的含量 。 8. 45钢正火后渗碳体呈片状，调质处理后渗碳体呈 粒状。 三、简答题（10分）
由T12材料制成的丝锥，硬度要求为HRC60～64。生产中混入了Q235钢料，如果按T12钢进行淬火＋低温回火处理，问其中Q235钢制成的丝锥的性能能否达到要求？为什么？ 不能达到要求。
Q235属于普通碳素结构钢，碳的质量分数很低，一般在0、1－0、17％C，按照T12淬火温度淬火（760－780℃），钢中只有少量珠光体转变成马氏体，大量铁素体未发生转变。因此淬火后的硬度很低，不能使用。
四、下面材料所属类别，常用热处理工艺和应用实例(15分)
材料排号 类别 典型热处理工艺 应用举例
QT600 球墨铸铁 等温淬火 ＋高温回火 曲轴 ，齿轮箱 1Cr18Ni9Ti 不锈钢 固溶处理 耐蚀罐体，炉条 5CrMnMo 热作模具钢 淬火＋中温回火 热锻模 热挤压模 65Mn 碳素钢 淬火＋中温回火 弹簧 发条
GCr15 滚动轴承钢 淬火＋低温回火 滚珠 套圈 五、分析题（25分）
车床主轴要求轴颈部位硬度为54—58HRC，其余地方为20—25HRC，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，去除应力，细化晶粒 3、调质目的和大致热处理工艺
获得回火索氏体，实现强度、硬度、塑性、韧性良好配合。
加热 820－840℃，保温一段时间，淬入盐水中，随后加热到600℃回火1－1、5小 时出炉空冷。
4、表面淬火目的
提高轴颈表面硬度，提高耐磨性。 5、低温回火目的及工艺
消除主轴高频淬火应力和脆性。
一般再回火炉中加热到150－180℃，保温1－2小时出炉空冷。
工程材料试题答案
一、 （15分）名词解释（每小题3分）
1. 过冷度 2.正火 3.奥氏体 4.热加工 5.调质处理 答案：
1.过冷度 —理论结晶温度与实际结晶温度之差
2. 正火 — 将钢件加热到Ac3或Accm以上30-50℃，保温适当时间后在静止的空气中冷却的热处理工
艺，称为正火。
3. 奥氏体 — 碳固溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用γ或A表示。 4. 热加工 — 高于再结晶温度的塑性变形。
5. 调质处理 — 将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。
对于上述名词解释,如学生用自己的语言回答,考虑其对概念或名词含义理解程度酌情给分。 二、 利用铁碳相图回答下列问题（15分） （1）
写出Fe-Fe3C相图上①-⑥区的组织组成物，标明A，E，C，S，P，K各点的含碳量。
①区：___F+P_____ ②区：_____P___③区： P+Fe3CⅡ__ ④区：P+ Fe3CⅡ+Ld` ⑤区：_ Ld`____⑥区：_Fe3CⅠ+Ld` A点：______0_____ E点：___2.14%___ C点：___4.3%__ S点：_____0.8%___ P点：___0.02%__ K点：__6.69%_ （2） （3）
计算室温下含碳0.6%的钢中珠光体和铁素体各占多少？
说明含碳量1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢的硬度高。
（2）（5分）
由杠杆定律得：
答：(1) 空格中斜体部分为答案。（6分，每空格0.5分）
室温下含碳0.6%的钢中珠光体为：（0.6-0.02）/（0.8-0.02）*100%=74.4％ 室温下含碳0.6%的钢中铁素体为：100%-74.4%=25.6%
（3）含碳量1.0%的钢中含有硬度高的渗碳体，而含碳量为0.5%的含有较硬度较低的铁素体，故含碳量1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢的硬度高。（4分） 三、简答（24分）（每小题4分）
1.在铸造生产中，采用哪些措施获得细晶粒组织？ 2.说明实际金属晶体缺陷种类及特征。
3.石墨的形态对铸铁都有哪些影响？ 4.常见的热处理方法有哪些？
5.什么是铝合金的固溶处理和时效处理。
6.回火的目的是什么，常用的回火操作有哪几种？ 答案：
1.在铸造生产中，采用哪些措施获得细晶粒组织？ 答：(1) 增加过冷度（2）进行变质处理 (3) 附加振动 2.说明实际金属晶体缺陷种类及特征。
答：根据晶体缺陷的几何尺寸大小可分为三类：点缺陷，线缺陷，面缺陷。点缺陷的主要类型有空位和间隙原子。晶体中的线缺陷就是位错。面缺陷包括晶界、亚晶界和孪晶界。
2. 简述石墨形态对铸铁的影响？
答：根据铸铁中石墨形态,铸铁可分为: (1)灰铸铁它是以片状石墨形式存在。(2)球墨铸铁它是铁液经过球化处理,使石墨呈球状的铸铁。(3)可锻铸铁它是白口铸铁通过可锻化退火,使石墨呈团絮状的铸铁
灰铸铁的抗拉强度和塑性就越低。球墨铸铁中石墨呈球状使球墨铸铁的抗拉强度、塑性和韧性、疲劳强度不仅高于其它铸铁,而且可以与相应组织的铸钢相比。可锻铸铁的石墨呈团絮状，因此它不但比普通灰铸铁具有较高强度，而且有较高的塑性和韧性。 4.常见的热处理方法有哪些？
答：退火、正火、淬火、回火、表面热处理、化学热处理。 5.什么是铝合金的固溶处理和时效处理。
答：当铝合金加热到α相区,保温后在水中快冷,其强度和硬度并没有明显升高,而塑性却得到改善,这种热处理称为固溶处理。固溶处理后铝合金的强度和硬度随时间而发生显著提高的现象,称为时效处理。 6.回火的目的是什么，常用的回火操作有哪几种？
答：回火的目的：1 获得工件所需的组织。2 稳定尺寸。3消除淬火内应力。 回火的种类：低温回火；中温回火；高温回火
对于上述简答,如学生用自己的语言回答,考虑其对含义理解程度酌情给分。 四、指出下列金属材料的类别（12分） （每空格0.5分） (1)H68 黄铜 不锈钢 优质碳素结构钢 可锻铸铁 优质碳素结构钢 锡青铜 碳素工具钢 优质碳素结构钢 (2)W18Cr4V 高速钢 滚动轴承钢 灰口铸铁 优质碳素工具钢 轴承合金 铝青铜 易切削钢 低合金结构钢 (3)Q235-A.F 普通碳钢 球墨铸铁 合金弹簧钢 合金调质钢 普通碳钢 优质碳素结构钢 灰口铸铁 合金渗碳钢 (4)1Cr18Ni9Ti (5)GCr15 (6)QT600-02 (7)45 (8)HT200 (9)55Si2Mn (10)KTH350-06 (11)T10A (12)40Cr (13)20 (14)ChSnSb11-6 (15)Q235C (16)QSn4-3 (17)QAl7 (17)08 (19)T12 (20)Y30 (21)HT150 (22)35 (23)16Mn (24)20Cr 答案：表格中斜体部分为答案, 上述填空如果按大类回答酌情给分。 五、综合应用题（14分）（每小题7分）