(桂电历年)机械工程材料

1.洛氏硬度计HRC对零件的硬度的有效测量范围20—70HRC （√）

2.铸铁组织表面 细小的晶粒层，中心是柱状晶粒层 （×）表层细晶区，柱状晶区，中心等轴晶区

3.共析反应是一种固相在恒温下形成的两种新固相的反应 （√）

4.金属材料的硬度是反映材料软硬程度的指标 （√） 5.直径（×） 6.滚

动

轴

承

采

用

锡

基

轴

承

合

金

制

造

20mm

以下的合金钢采用盐水淬火

（×）

7.T8钢水淬比油淬的淬透层深，因此，T8钢水淬比油淬的淬透性高 （×）两者无关 8.渗

碳

用

钢

一

般

属

于

中

碳

钢

（×）低碳钢 9.手

工

锉

手

用

15

号

钢

制

造

（×）

10.淬碳、淬氮等化学热处理工艺改变了材料的化学成分，而普通热

处理如退火则不改变材料的化学成分

（√）

二、名词解释（12分）

1.共析反应：指在一定温度下，由一定成分的固相同时析出两个成分和结构完全不同的新固相的反应 2.弥散强化：晶内呈弥散分布时，虽塑形韧性略有下降，但强度硬度明显提高，而且第二相颗粒越

细，分布越均匀，合金的强度硬度越高

3.过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度的差值

4.加工硬化：冷塑形加工后，强度硬度明显提高，塑形韧性下降 5.珠光体：奥氏体在共析反应后析出铁素体和渗碳体的固溶体

6.变质处理：向金属液体中加入一些细小的形核剂（又称为孕育剂或变质剂），使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，达到提高材料性能的目的。

三、填空（16分，每空0.5）

1.金属中常见的晶格类型有（体心立方晶格）（面心立方晶格）（密排六方晶格）三种，实际金属的晶体结构是一种多晶体结构，由许多小晶体组成，这些小晶体我们称为（晶粒），其交界称为（晶界）：并且实际金属中存在着许多缺陷，主要有（点）（线）（面缺陷）三种缺陷

2.金属结晶过程中，冷却速度越大，则过冷度越（大），晶粒越（细），强度和硬度越（大），塑形越（好）

3.在碳钢中，低碳钢、中碳钢和高碳钢的含碳量分别（小于0.25%）（0.25~0.6）（大于0.6 ）

4.强化金属材料的基本方法（细晶强化）（固溶强化）（加工强化）（弥散强化） 5.球化退火的主要目的是（降低硬度）（改善切削加工性能）和为（后续热处理）做准备，它主要适用于（共析钢和亚共析）钢

6.45钢奥氏体化后冷却时，大于临界冷却速度获得的组织是（M）小

雨临界冷却速度获得的组织可能是（P ）

7.纯铁在912*C发生α-Fe到γ-Fe转变时，其体积将（缩小） 8.常用力学性能判断依据有（强度）（韧性）延展性和（弹性模量） 9.常用的铸铁有（灰口铸铁）（可锻铸铁）（球墨铸铁）和蠕墨铸铁

四、单项选择题（10分，每题1分）

1.欲要提高I8-8型铬镍不锈钢的强度，主要是通过（C）

A.固溶强化方法 B.时效强化方法 C.冷加工硬化方法 D.马氏体强化方法

2.铁碳合金相图中，PSK线属于（A）

A.共析线 B.共晶线 C.奥氏体溶解度曲线 D.铁素体溶解度曲线

3.合金元素对奥氏体晶粒长大的影响（D）

A.均强烈阻止奥氏体晶粒长大 B.均强烈促进奥氏体晶粒长大 C.无影响 D.上述说法不全面 4.为细化晶粒，可采用（B）

A.快速浇注 B.加变质剂 C.以砂型代金属型 D.减小过冷度 5.正火是将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（B）

A.随炉冷却 B.在空气中冷却 C.在油中冷却 D.在水中冷却 6.马氏体的硬度取决于（C）

A.冷却速度 B.转变温度 C.碳含量 D.保温时间 7.钢的淬硬性主要取决于（C）

A.马氏体的亚结构 B.过冷奥氏体的冷却速度 C.马氏体的含碳量 D.获得马氏体层的深度

8.45钢是工业上使用广泛的一种优质碳素结构钢，从牌号中可推断出其平均含碳量为（B）

A.0.045% B.0.45% C.4.5% D.45% 9.合金中的第二相颗粒越细，数量越多，分布越均匀，其（A） A.强度、硬度越高，而塑形韧性略有下降 B.强度、硬度下降，而塑形韧性越高

C强度硬度和塑形韧性都提高 D.强度硬度和塑形韧性都下降

10.制造手用锯应当选用（）

A.65钢淬火后高温回火 B.Cr12Mo钢经淬火和低温回火 C.65D.T12钢经淬火和低温回火

10.金属在结晶时，冷却速度 五、问答题（12分）

1.金属结晶时，影响晶粒大小的因素有哪些？

钢淬火后中温回火

形核率、长大速度

晶核的形成速率和长大速度。 2.说明细晶强化的主要原因是什么？

晶粒越细，晶界总面积越大，变形抗力越大，强度硬度越大；晶粒越细，单位面积下的晶粒数目多，变形分散，应力集中小，塑形韧性大

晶粒细化后，晶界增多，而晶界上的原子排列不规则，杂质和缺陷多，能量较高，阻碍位错的通过，即阻碍塑性变形，也就实现了高强度。

3.铸铁的组织有什么特征？举例说明HT200、QT600-02、KT350-10的意义和应用

组织是由基体和石墨组成，基体组织有3种，即铁素体、珠光体和铁素体加珠光体，基体组织是钢的组织 HT200：灰铸铁 抗拉强度200

QT600-02

答：铸铁的组织是由基体和石墨组成的，集体组织有3种，即铁素体、珠光体和铁素体加珠光体，课件铸铁的集体组织是刚的组织。HT200:灰铸铁，抗拉强度200MPa. 1.一般机械制造中较为重要的铸件，如：汽缸、齿轮2.汽车、拖拉机的气缸体、气缸盖3.具有测量平面的检验共建，如:划线平板、V形铁等；QT600-02

KT350-10

用于汽车、拖拉机前后轮壳，减速器壳，转向节壳，制动器等。

五、、、问答题（12分）

1.为什么细晶粒金属的强度硬度高、塑性韧性也好

晶粒越细，晶界总面积越大，抗拉力越大，其强度硬度越大；晶粒越细，单位体积内晶粒数目多，变形分散，集中力小，塑性韧性大

答：金属的晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，同时参与变形的晶粒数目也越多，变形越均匀，推迟了裂纹的形成和扩展，是的在断裂前发生较大的塑性变形。在强度和塑性同时增加的情况下，金属在断裂钱消耗的功增加，因而其韧性也比较好。

2.铸铁的组织有什么特征？举例说明HT200、QT600-02、KT350-10的意义和应用

组织是由基体和石墨组成，基体组织有3种，即铁素体、珠光体和铁素体加珠光体，基体组织是钢的组织

答：铸铁的组织是由基体和石墨组成的，集体组织有3种，即铁素体、珠光体和铁素体加珠光体，课件铸铁的集体组织是刚的组织。HT200:灰铸铁，抗拉强度200MPa. 1.一般机械制造中较为重要的铸件，如：汽缸、齿轮2.汽车、拖拉机的气缸体、气缸盖3.具有测量平面的检验共建，如:划线平板、V形铁等；QT600-02

KT350-10

用于汽车、拖拉机前后轮壳，减速器壳，转向节壳，制动器等。

3. 指出0.45%及1.2%的碳钢试样（ф12mm）分别经700*C,760*C,840*C,1100*C,加热并水冷后各获得哪种组织？

0.45%答： 碳钢试样 0.45%C 1.2%C 温度 700゜C 760゜C 840゜C 1100゜C 700゜C 760゜C 840゜C 加热后组织 P+F A+F A A P+Fe3C+A Fe3C+A A 水冷后组织 P+F M+F+残余A M+残余A M+残余A P+Fe3C+M+残余A Fe3C+M+残余A M+残余A 1100゜C

A M+残余A 六、（12分）根据Fe-Fe3C相图，说明产生下列现象的原因。 1.含碳量1.0%的钢比含碳量0.5%的钢硬度高

因为含碳量越高，F越少，Fe3C越多，而Fe3C硬而脆，所以1.0%的硬度高

2.室温下含碳量0.5%的钢比含碳量1.2%的钢

3.钢适宜于通过压力加工成形，铸铁适宜于通过铸造成形

钢塑形好，而铸铁流动性好

4.

六、、、（12分）根据铁碳相图，分析含碳量0.45%，0.77%，1.2%的铁碳合金从液态缓冷至室温的结晶过程

0.45% L——L+A——A——A+F——F——F+Fe3C 包晶反应 0.77% L——L+A——A——F+Fe3C 共析反应 1.2% L——L+A——A+Fe3C——P+Fe3C 共析反应

答：0.45% L——L+δ——L+A+δ——L+A——A——A+F──P+A+F──P+F 包晶反应

0.77% L——L+A——A——A+P──P 共析反应

1.2% L——L+A——A—─A+Fe3CⅡ——P+Fe3CⅡ 共析反应

七、（10分）画图说明共析钢在不同的温度下等温冷却会出现哪些组织，这些组织的性能有何特点，大致硬度如何？

P 5~20HRC S 20~30HRC T 30~40HRC B上 40~50HRC B下 50~60HRC M 65HRC

八、（10分）为下列零件选择材料，并制定热处理工艺，说明各工序的作用。

1.小轴（要求综合机械性能好） 调制钢 45钢 下料—铸造—退火—粗机加工—调

质—精机加工 退火：调整硬度，便于切削加工，改善锻造组织，消除缺陷，细化晶粒，为淬火做组织准备

2.弹簧（要求刚性极限高，有一定的耐疲劳性）中温回火65Mn弹簧钢；C%=0.65%，

Mn<1.5%;淬火+中温回火—冷成型—去应力—喷丸； 喷丸：表面强化

3.变速箱齿轮（要求表面硬度高耐磨性好、心部韧性高或心部综合性能好）

渗碳钢 20Cr 下料—锻造—正火—机加工—渗碳—淬火+低温回火—磨削

八、、、（9分）用10钢制作一要求耐磨的小轴（直径为20mm），其工艺路线为：下料—铸造—正火—机加工—渗碳—淬火—低温回火—磨加工。说明各热处理工序的目的及使用状态下的组织

渗碳：提高表面硬度，耐磨性提高，心部保持一定的强度和塑韧性 淬火：为了获得马氏体，提高力学

性 低温回火： 保持高硬度、高耐磨性，降低内应力、提高韧性

答：正火，目的：消除晶粒粗大的过热组织。使用状态下的组织：表面为高碳回火马氏体加颗粒状碳化物机少量残余奥氏体，心部为低碳回火马氏体加铁素体或铁素体加托氏体。

淬火+低温回火，目的：使零件获得较高的硬度、耐磨性和韧性，消除淬火内应力，稳定组织和尺寸。

九、（10分）确定表中各种钢号的钢种、热处理特点以及使用状态下的组织。 钢号 钢种 热处理特点 使用状态下的组织 Q345 65Mn 低合金高强度结构钢 热轧或正火 P+F 弹簧钢 淬火+中温回火 T回+残余A ZGMn13 20Cr 9SiCr 5CrW2Si 1Cr18Mi9Ti

耐磨钢 渗碳钢 低合金工具钢 耐冲击工具钢 水淬、加工硬化 马氏体和碳化物 淬火+低温回火 回火马氏体+颗粒状碳化物+少量奥氏体 球化退火、淬火+低温回火 回火马氏体+颗粒状碳化物+少量奥氏体 T8、T8A、T10等碳素工具钢适合做手动工具；Cr12MoV、9SiCr、W18Cr4V、W18Cr4V4Mo、（前两种钢又叫高速工具钢）CrWMn、Cr6Mo5Cr4v2是高碳合金工具钢适合做比较重要的机械工具和模具，如：丝锥、钻头、冷冲模具等；20Cr、40Cr、20CrMnTi、42CrMo、12Cr1MoV等是合金结构钢，适合做比较重要的机械零件如：轴，套等；3Cr2W8V是中碳高合金工具钢，适合做压铸模等热作模具；5CrNiMo是中碳合金工具钢，适合做热作模具，如锻锤头，热锻模具等、ZGMn13是铸钢常用来做磨机钢球、破碎机锤头、球磨机衬板等、GCr15是轴承专用钢、60Si2Mn是中碳合金结构钢是做弹簧的好材料俗称弹簧钢、而Q345（这是个进口钢号）12Cr13、12Cr18Ni9、10Cr17等属不锈钢类。

碳工钢一般用水或盐水淬火加低温回火、高工钢一般用油、盐浴淬火加回火 （一般是低温回火，但高速钢也可以用低温淬火960℃高温回火560℃为得到高硬度，高韧性）合结钢可不处理，也可以调质处理，也可以等温淬火，铸钢件一般完全退火处理。不锈钢类一般不热处理。

工具钢类在使用状态下的组织一般是回火马氏体，合结钢在使用时一般为珠光体或贝氏体。

钢号 Q345 钢种 热处理特点 使用状态下的组织 低合金高强度结热轧状态或正火状 构钢 态 淬火+中温回火 淬火+中温回火 固溶处理 A 65Mn ZGMn13 20Cr 9SiCr 5CrMiMo 优质碳素结构钢 耐磨钢 合金渗碳钢 冷作模具钢 热作模具钢 1Cr18Mi9Ti 不锈钢 T8 40Cr 20CrMnTi 碳素工具钢 合金调质钢 渗碳钢 渗碳+淬火+低温回表面Cm+M+A’ 心部F+M 火 42CrMo 1CrMo 1Cr13 4Cr13 GCr15 不锈钢 不锈钢 滚动轴承钢 球化退火+淬火+低Cm+M+A’ 温回火 60Si2Mn 12Cr1MoV 弹簧钢 耐热钢 淬火+中温回火 T回 Cr12MoV 3Cr2W8V 38CrMoAI W18Cr4V CrWMn 4Cr9Si2 1Cr17

冷作模具钢 热作模具钢 调质钢 高速钢 耐热钢 不锈钢 淬火+低温回火 退火+空冷或缓冷 Cm+M+A’ M F 十、（20分）附加题

已知A（解点 600*C）与B（500*C）在液体无限互溶，在固态300*C时 A溶于 B的最大溶解度为30%，室温时为10%，但B不溶于A;在300*C时，含40% B的液态合金发生共晶反应。现要求： 1）作出A-B合金相图。

2）分析20%A,45%A,80%A等合金的结晶过程，并确定室温下的组织组成物和想组成物的相对量。