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工程材料复习思考题
第1章材料的性能
1.何谓力学性能?
材料的力学性能主要包括哪些方面?
2.何谓工艺性能?
材料的工艺性能主要包括•哪些方面?
3.为什么机械零件设计大多以屈服强度为设计依据?
4.写出下列力学性能符号所代表的力学性能指标的名称和含义。
Ak、屮、6、(5o.2、6、
5.某金属材料的拉伸试样100mm,d0=10mmo拉伸到产生0.2%塑性变形吋作用力(载荷)Fo,2=6.5x1O3N;Fb=8.5xl03No拉断后标距长为6=120mm,断口处最小直径为
di=6.4mm,试求该材料的Q0.2、6)、5、妙。
6.试比较布氏、洛氏、维氏硬度的特点,指出各自最适用的范围。
下列几种工件的硬度该用哪种硬度法测量:
锂刀、灰铸铁毛坯件、硬质合金刀片、表面有很薄的硬化层的工件。
7.根据GB700—88《碳索结构钢》的规定,牌号为Q235钢的力学性能应达卑:
bs2235MPa,m2375Mpa,&226%,屮250%。
现对进厂的一批Q235钢材采用d()=10mm
的标准短试样〔试样的标距等于5倍直径)进行拉伸试验,测得的试验数据是Fs=20kN,Fb=32kN,断后标距长//=65mm,d]=6.3mm。
.试问这批钢材合格否?
第2章材料的结构
1.解释下列名词:
晶格、晶胞、晶粒、晶界、亚晶界、晶面、晶向、晶格常数、合金、相、显微组织、固溶体、金属化合物、固溶强化、组元。
2.金属的常见晶格有哪三种?
说出名称并画图示之。
3*.在面心立方晶格屮,指出原子排列最密的晶面和晶向;试画出图形。
并计算其晶面和晶向的最大原子密度。
4.为什么单晶体有各向异性,.而多晶体的金属通常没有各向异性?
5.什么叫晶体缺陷?
晶体屮可能有哪些晶体缺陷?
它们对金属材料的力学性能有何影响?
6.固态合金屮固溶体相有哪两种?
化合物相有哪三种?
它们的力学性能有何特点?
7.固溶体的固溶度取决于哪些因索?
第3章材料的凝固
1.解释名词:
过冷现象、过冷度、平衡状态、相图、匀晶转变、共晶转变、枝晶偏析、变质处理
2.试述纯金属的结晶过程。
3.什么是细晶强化?
细化晶粒的方法有哪些?
4.固态金属同素异构转变有哪些特点?
5.依据Pb—Sn合金相图(图3-15),若F、G、点的合金成分分别是WSn等于2%、99%。
问在下列温度(t)吋,WSn=30%的合金显微组织屮有哪些相组成物和组织组成物?
它们的相对质量百分数是否可用杠杆定律计算?
是多少?
(1)t=300°C;
(2)刚冷到183°C,共晶转变尚未开始;
(3)在183°C,共晶转变正在进行中;
(4)共晶转变刚完,温度仍在183°C吋;
(5)冷却到室温吋(20°C)。
6.什么是铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体、变态莱氏体?
它们的含碳量(或最大含碳量)为多少?
各有什么特点?
7.绘出简化的F-Fe3C相图,说明相图屮主要点和线的意义,并填出各相区和组织。
8.分析含碳量各为0.4%、1.2%、3%的铁碳合金在缓慢冷却时的组织转变过程,并画出显微组织示意图。
9•试分析含碳量对钢力学性能的影响。
10.某退火态碳素钢钢号不清,经金相检查其显微组织是F+P。
其屮P所占比例约为20%。
你可否据此判定岀它的含碳量约为多少?
第4章金属的塑性变形与再结晶
1.金属在外力作用下会产生几种变形?
试分析比较它们的特点。
2.什么是滑移和挛生?
它们的主要区别在哪里?
3.试说明滑移的机理。
4.实际金属塑性变形与单晶体塑性变形有什么异同?
5.什么是固溶强化?
什么是弥散强化?
各存在于何种合金屮?
6.什么是加工硬化?
加工硬化在工业生产屮有何利弊?
7.什么是残余内应力?
各类残余内应力是怎么产生的?
对金属材料有什么影响?
8.什么是冋复?
冋复对变形金属有什么作用?
在工业生产屮有什么用处?
9.什么是再结晶?
再结晶对变形金属有什么作用?
在工业生产屮有什么用处?
10.为什么常温下金属的晶粒愈细,其强度和塑性、韧性均愈好?
11.热加工与冷加工是依据什么来区分?
12*.有四个外形完全相同的齿轮,所用材质也都是wc二0.45%的优质碳素钢。
但是制作方法不同,它们分别是:
(1)直接铸出毛坏。
然后切削加工成形。
(2)从热轧厚钢板丄取料,然后切削加工成型。
(3)从热轧圆钢上取料,然后切削加工成型。
(4)从热轧圆钢上取料后锻造成毛坯,然后切削加工成型。
请你分析一•下,哪个齿轮使用效果应该最好?
哪个应该最差?
第5章钢的热处理
1•常用的热处理工艺有哪些?
简述热处理在机械制造)I•的作用。
2.指出共析碳钢加热吋奥氏体形成的儿个阶段,并说明亚共析碳钢及过共析碳钢奥氏体形成的主要特点。
3.影响奥氏体晶粒大小的因索有哪些?
4.珠光体、索氏体、屈氏体组织有什么区别?
.
5.上贝氏体和下贝氏体比较,哪一•种力学性能好?
6.马氏体的硬度为什么很高?
板条马氏体和针状马氏体在组织与力学性能方面有什么不同?
7.钢获得马氏体组织的条件是什么?
与钢的珠光休相变及贝氏体相变比较,马氏体相变有何特点?
8.影响淬火钢破度的主要因素是什么?
如果其它条件都相同,试比较以下材料的淬火后的硬度:
(1)含碳0.3%和0.6%的碳钢;
(2)含碳0.6%和0.8%的碳钢。
9.20、45、65、T8、T10、T12钢的淬火加热温度怎样确定?
10.常用的淬火方法有哪儿种?
说明它们的主要特点及其应用范I羽。
11.淬透性与淬透层深度两者有何联系和区别?
影响钢淬透性的因索有哪些?
12.用什么方法测定结构钢的淬透性?
怎样表示钢的淬透性值?
指出下列符号的意义:
443630〜35
(1)J-;
(2)(3)
610〜1510
13・机械设计屮应如何考虑钢的淬透性?
14.分析以下几种说法是否正确:
(1)马氏体硬而脆。
(2)过冷奥氏体的冷却速度越快,冷却后钢的破度越高。
(3)钢屮合金元素的含量越高,淬火后的破度也越高。
(4)木质细晶粒钢加热后的实际晶粒一定比本质粗晶粒钢细。
(5)同一钢材在相同加热条件下,总是水淬比油淬的淬透性好;小件比大件淬透性好。
15.现有20钢齿轮和45钢齿轮两利齿轮表面破度要求52HRC〜55HRC,问采用何种热处理可满足丄述要求。
比较它们在热处理后的组织与力学性能的差别。
16•用热处理基本工艺曲线形式表示均匀化退火、完全退火、球化退火、淬火、冋火等工艺。
17.何谓球化退火?
为什么过共析钢必须采用球化退火而不采用完全退火?
18.正火与退火的主要区别是什么?
生产屮应如何选择正火及退火?
19.说明下列零件的淬火及回火温度,并说明回火后获得的组织和破度:
(1)45钢小轴(要求有较好的综合力学性能)。
(2)60钢弹簧。
(3)T12钢锂刀。
20.将(t)5mm的T8钢加热至760C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,屈氏体,上贝氏体,下贝氏体,屈氏体十马氏体,马氏体十少量•残余奥氏体。
在C曲线上描出工艺曲线示意图。
21.有两个含碳量为1.2%的碳钢薄试样,分别加热到780°C和860C并保温相同吋间,使
Z达到平衡状态,然后以大于Vk的冷却速度冷至室温。
试问:
(1)哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大?
,
(2)哪个温度加热淬火后马氏体含碳量较高?
(3)哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多?
(4)哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少?
(5)你认为哪个温度淬火合适?
为什么?
22.某钢的等温转变曲线如图所示,试说明该钢在300°C经不同吋间等温后,按(a)、(b)、(O线冷却后得到的组织。
11010210310"IQ3
时间(秒)
23.—根的45钢圆棒材,先经840°C加热淬火,破度为HRC55(未回火),然后从一端加热,依靠热传导使圆棒材丄各点达到如下图所示的温度。
ABCDE
e950°C*840°Ce750°C*550°0e150°C
试问:
(1)各点所在部位的组织是什么?
(2)将整个圆棒缓冷至室温后,各点所在部位的组织又是什么?
(3)若将圆棒从图示温度快冷淬火至室温,各点所在部位的组织会是什么?
24.有一20钢(原材料)焊接件,由于焊接高温的影响,测得如下各点温度分布:
试问:
(4)在所测各点温度吋,各点的组织是什么?
(5)在焊接后如立即用水快速冷却至室温,各点的组织又是什么?
(6)在快速冷却后,如再经600°C回火,各点的组织有何变化?
25.表面淬火的H的是什么?
常用的表面淬火方法有哪儿种?
比较它们的优缺点及应用范围。
26.化学热处理包括哪几个基木过程?
常用的化学热处理方法有哪几种?
27.渗碳的主要H的是什么?
渗碳层深度一•般是怎样规定的?
试以汽车、拖拉机齿轮为例说明怎样选择渗碳层深度。
28.用20钢制造的(|)20mm的小轴,经930°C,5小吋渗碳后,表面碳的质量分数增加至1.2%分析经下列热处理后表面及心部的组织:
(1)渗碳后缓冷到室温。
(2)渗碳后直接淬火,然后低温回火。
(3)渗碳后预冷到820°C,保温后淬火,低温回火。
(4)渗碳后缓冷到室温,再加热到880oC后淬火,低温冋火。
(5)渗碳后缓冷到室温,再加热到780oC后淬火,低温冋火。
29.氮化的主要FI的是什么?
说明氮化的主要特点及应用范围。
30.拟用T10制造形状简单的车刀,工艺路线为:
锻造——热处理——机加工——热处理——精加工
(1)试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用;
(2)制订最终热处理工艺规范(温度、冷却介质);
(3)指出最终热处理后的显微组织及大致破度。
第七章金属材料
1.根据Fe-Fe3C相图并通过必要的计算回答下面的问题。
(1)45钢在室温时相组成物和组织组成物齐是什么?
其相对质量百分数各是多少?
(2)T8(按共析钢对待)在室温吋相组成物和组织组成物各是什么?
质量百分数各是多少?
(3)T12钢的相组成物和组织组成物各是什么?
各占多大比例?
2.某碳素钢钢号不清,经金相检查其显微组织为珠光体十渗碳体(网状),其屮珠光体占93%。
你可否据此判定出它的钢号是什么?
3.钢中常存杂质指的是什么?
它们对钢有什么影响?
4.指出钢号为20、45、65Mn>Q235-AF、T12、T10A、ZG270—500的碳素钢各属哪类钢?
钢号屮的数字和符号的含义是什么?
各适于做什么用(各举一例)?
5.热轧空冷状态的碳素钢随W(增加,其力学性能有什么变化?
为什么?
6.甲、乙两厂生产同一批零件,材料均选用45钢,硬度要求HBS220〜250。
甲厂采用正火,乙厂采用调质,都达到硬度要求。
试分析甲、乙两厂产品的组织和性能的差别。
7.合金钢和碳素钢相比,具有哪些特点?
8.在合金钢屮,常加入的合金元素有哪些?
非碳化物形成合金元素有哪些?
碳化物形成合金元素有哪些?
扩大Y相的合金元素有哪些?
缩小Y相区的合金元素有哪些?
9.合金元索对淬火钢的冋火转变有何影响?
10.为什么同样碳含量的合金钢比碳素钢奥氏体化加热温度高?
11・为什么合金钢的淬透性比碳素钢高?
试比较20CrMnTi与T10钢的淬透性和淬破性。
12.根据已学到的知识解释下列现象。
(1)螺钉、螺母等标准件常用低碳钢制造。
(2)室温时平衡状态下T10比T12抗拉强度高,但硬度却低。
(3)捆绑用的镀锌钢丝常用低碳钢丝,而起重用的钢丝绳和绕制弹簧所用钢丝却是.65Mn或65。
(4)锂刀常用T12制造,而钳工钢锯条常用T10制造。
⑸钢钏钉一般用低碳钢制成;
(6)钢适于压力加工成形,不易铸造成形;血铸铁适宜于通过铸造成形。
(7)钢在锻造时始锻温度选1000°C〜1250C,停锻选800°C左右。
13.有一根4)30mm的轴,受小等的交变载荷作用,要求零件表面耐磨,心部具有较高的强度和韧性,供选择的材料有16M门、20Cr.45钢、T8钢和512钢。
要求:
1)选择合适的材料;2)编制简明的热处理工艺路线;3)指出最终组织。
14•试画UJW18Cr4V钢的淬火冋火工艺曲线;W18Cr4V钢的淬火温度为什么要选1275°C±5°C?
淬火后为什么要经过三次560°C回火?
回火后的组织是什么,回火后的组织与淬火组织有什么区别?
能否用一次长吋间回火代替三次回火?
15.为什么轴承钢要具有较高的碳含量?
在淬火后为什么需要冷处理?
16.如何提高钢的耐蚀性,不锈钢的成分有何特点?
17.常见的不锈钢有哪儿种?
为什么不锈钢屮含珞量都超过12%?
含珞量为12%的Crl2MoV钢是否属于不锈钢?
为什么?
不锈钢是否在任何介质屮都是不锈的?
下列用品常用何种不锈钢制造?
说明其热处理的主要R的及工艺方法。
(1)外科手术刀;
(2)汽轮机叶片;(3)硝酸槽(4)牙科用口腔丝。
18.何谓“蠕变”?
绘图说明蠕变不同阶段的特点,并写出蠕变强度的表示方法。
19.如何提高钢的耐热性能?
耐热钢屮常加入哪些合金元索?
其作用各是什么?
20.ZGMnl3—4钢为什么具有优良的耐磨性和良好的韧性?
21.在工厂屮经常切削铸铁件和碳素钢件,请问何种材料破质合金刀片适合切削铸铁。
22.说明下列钢号属于何种钢?
数字的含意是什么?
主要用途?
T8、16Mn、20CrMnTi>ZGMnl3—2>400、GCrl5>60Si2Mn>W18Ct4V、lCrl8Ni9Ti、lCrl3>Crl2MoV.12Cr2Ni4、00Crl8Nil0、38CrMoAl、9SiCr、5CrMnMo、CrWMn.2Cr20Mn9Ni2Si2No
23.解释下列现象:
(1)在相同含碳量情况下,除了含Ni和血的合金钢外,大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高;
(2)在相同含碳量情况下,含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性;
(3)含碳量>0.4%、含珞12%的锯钢属于过共析钢,而含碳1.5%.含珞12%的钢属于莱氏体钢;
(4)高速钢在热锻或热轧后,经空冷获得马氏体组织。
24.现欲制造-•批盘形齿轮铳刀,m=3,要求刃部硬度为HRC(63〜65),具有高耐磨性及热硬性。
请选择材料,制定生产过程的工艺路线,选定热处理工艺方法(包括热处理工艺曲线),并说明每道热处理工序的作用。
25.试总结铸铁石墨化的条件和过程。
26•试述各类铸铁性能及用途。
与钢比较优缺点各是什么?
27.白口铸铁、灰口铸铁和钢,这三者的成分、组织和性能有何主要区别?
28・铸铁的力学性能取决于什么?
试分析石墨的形态对灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁力
学性能有何影响。
29.为什么球墨铸铁可以代替钢制造某些零件?
30.合金铸铁的突出特点是什么?
31・识别下列铸铁牌号:
HT150、HT300、KTH300—06、KTZ450—06、KTB380—12、QT400—18、QT600—03、RuT260、MTCulPTi-150。
32.根据二元铝合金一般相图,说明铝合金是如何分类的?
铝合金强化有什么方法。
33•形变铝合金分哪儿类?
主要性能特点是什么?
铸造铝合金有哪儿类?
其主要性能特点是什么?
34•铜合金分哪几类?
举例说明黃铜的代号、化学成分、力学性能及用途。
35.钛合金分哪几类?
简述钛合金的热处理。
36.滑动轴承合金必须具备哪些特性?
常用滑动轴承合金有哪些?
37.指出下列合金的名称、化学成分、主要特性及用途。
LF21LY11LD5ZL102ZL401H62HPb59—1
ZCuZn40Mn2QA119—2ZCuSnlOPlZSnSbllCu6TA7
第八章高分子材料及其它材料
1.塑料是由什么组成的?
其性能特点如何?
2.什么是热塑性塑料?
什么是热固性塑料?
试举例说明。
3.尼龙、塑料王、电木、电玉、有机玻璃、玻璃钢是指什么材料?
有何用途?
4.与金属材料比较,高分子材料的优缺点是什么?
5•橡胶为什么具有高弹性?
6.陶瓷材料的优点是什么?
简述其原因。
7.为什么复合材料的抗疲劳性能好?
零件的失效、强化与选材
1.什么是零件的失效?
常见的失效形式有哪些?
2.选择零件材料应遵循什么原则?
3.在选择材料力学性能数据时应注意哪些?
4.为什么在蜗杆传动屮,蜗杆需采用低碳钢或屮碳钢制造,而蜗轮则采用较软的青铜(如
ZCuSnlOPl)制造?
5•试根据下列使用条件和对性能的要求指出应选用的材料和热处理:
(1)不需润滑的低速无冲击齿轮。
(2)受屮等载荷((cb>400MPa)、在蒸汽及海水腐蚀条件下工作的齿轮。
(3)受中等载荷(62500'%)、高速受冲击,模数小于5血的机床齿轮。
(4)坐标锂床主轴,要求表面硬度N850HV心部硬度为260HBS〜280HBS,在滑动轴承内工作,精度要求极高。
6.分析汽车丄所用零件材料。
说明哪些是用碳素钢、合金钢、铸铁和有色金属制成,各举出两种零件名称,它们都采用何种热处理方法?
7.结合所学专业,谈谈材料科学的发展与本专业发展的关系。
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