工程材料与热处理复习题及答案

晶体与非晶体的本质区别是什么？

定义：【晶体】具有规则几何形状的固体 【非晶体】指组成它的原子或离子不是作有规律排列的固态物质

区别：具有一定的熔点是一切晶体的宏观特性，也是晶体和非晶体的主要区别。

特点 ：晶体点阵是晶体粒子所在位置的点在空间的排列。相应地在外形上表现为一定形状的几何多面体，这是它的宏观特性 晶体的另一基本特点是有一定的熔点，不同的晶体有它不相同的熔点。且在熔解过程中温度保持不变。非晶体没有固定的熔点，随着温度升高，物质首先变软，然后由稠逐渐变稀，成为流体。

＊ 课外习题：

一判断题

1．碳素工具钢都是优质或高级优质钢。( x )

2．做普通小弹簧应用15钢。( x )

3．T12A 和CrW5都属高碳钢，它们的耐磨性、红硬性也基本相同( x )

4．除Fe 和C 外还含有其他元素的钢就是合金钢。( x )

5．Crl2Mo 钢是不锈钢。( x )

6．不锈钢中的含碳量越高，其耐腐蚀性越好。( x )

8．Q295是低合金结构钢。( x )

9．1Crl8Ni9Ti 是高合金工具钢。( x )

10．受力小、形状简单的模具，常用碳素工具钢制造。( V )

12．60Si2Mn 的最终热处理方法是淬火后进行高温回火。． ( x )

13．预先热处理的目的，是为了消除或改善前工序引起的缺陷。 ( V )

14．大型铸件在扩散退火后不再进行一次正火或完全退火。 ( x )

15．去应力退火，一般可在Ac1点以上温度加热，保温4—6h 后，缓冷至200—300℃

再出炉 (x)。

16．含碳量高于0.8％的钢，一般不能采用正火工艺。( V )

17．钢在加热时，往往在600℃以上才开始发生氧化现象。( x )

18．钢中的杂质元素中，硫使钢产生热脆性，磷使钢产生冷脆性，因而硫、磷是有害元素。 ( V )

19．退火与回火都可以消除钢中的应力，所以在生产中可以通用。( x )

20．淬火过程中常用的冷却介质是水、油、盐和碱水溶液。 ( x )

21．碳素工具钢的含碳量都在0．7％以上，而且都是优质钢。 ( V )

22．拉伸试验可以测定金属材料的弹性、强度和塑性等多项指标。 ( V )

23．材料的伸长率、断面收缩率数值越大表明其塑性越好。 ( v )

24．洛氏硬度值是根据压头压入被测定材料的深度来确定的。 ( v )

25．T12钢的含碳量为12％。 ( x )

26．硫是碳钢中的有益元素，它能使钢的脆性下降。 ( x )

27．高碳钢的质量优于中碳钢，中碳钢的质量优于低碳钢。 ( x )

28．碳素工具钢的含碳量一般都大于0．7％。 ( v )

30．40钢与40Cr 钢的含碳量基本相同，性能和用途也一样。 ( x )

31．除Fe 和C 外还舍有其他元素的钢就是合金钢。 ( x )

32．GCrl5钢是滚动轴承钢，但又可制造量具、刀具和冷冲模具等。( v )

34．合金工具钢都是高级优质钢。 ( x )

36．Q295是低合金结构钢。 ( x )

37．合金调质钢的综合力学性能高于碳素调质钢。 ( V )

39．机械零件和工具在使用时的应力只有限制在屈服点范围内，才能安全可靠。 ( x )

41．T12A 钢按质量分类属于优质钢。 ( x )

42．正火是将钢加热到再结晶温度，保温一段时间，然后在空气中冷却的热处理工艺。 ( V )

43．有些钢件经退火或正火后，能满足工艺要求，但还要进行一次最终热处理。 ( v )

－选择题

1．60Si2Mn 的含碳量是( A )。

A．0．6％ B．6％ C．60％

2．工业用的金属材料可分为( A )两大类。

A．黑色金属和有色金属 B．铁和铁合金 C．钢和铸铁

3．强度的大小可用( A )表示。

A．应力 B．内力 C．屈服点

4．布氏硬度的符号用( B )表示。

A．HRA 或HRB B．HBS 或HBW C．HBS 或HV

5．钢中最常见的杂质有S 、Mn 、Si 、P 等，其中( C )是有益元素。

A．S 和Mn B. P和Si C．Si 和Mn

6．在刀具材料中，制造各种结构复杂的刀具应选用( C )。

A．碳素工具钢 B．合金工具钢 C．高速工具钢

8．为了消除中碳钢焊接件的焊接应力，一般要进行( C )。

A．完全退火 B．正火 C．去应力退火

9． 金属材料在外力作用时，对变形和破裂的抵抗能力称为 ( C ) 。

A．塑性 B．硬度 C．强度

10．金属材料的在外力作用下产生塑性变形而不破裂的能力称为 ( B ) 。

A．弹性 B．塑性 C．韧性

11．抗拉强度的表示符号为 ( B )。

A．σe B．σb C．σ-1

12．08F 钢中，08表示其平均含碳量为( A )

A，0．08％ B．0．8％ C．8%

13．在下列3种钢中，( C )的弹性最好

A．T10钢 B．20钢 C．65Mn

14．合金结构钢的钢号是 ( A )。

A．65Mn B．30CrNi3 C．65T8A

15．作为普通渗碳零件应选用( A )。

A．20钢 B．40Cr C．55钢

16．材料的( B )越好，则可锻性越好。

A．强度 B．塑性 C．硬度

17．3Crl3Mo 是( C )钢。

A．合金结构钢 B．合金工具钢 C．不锈钢

18．机床主轴常用( B )材料制作。

A．1Crl8Ni9 B．40Cr C．GCrl5

19．用拉伸试验可测定材料的( A )性能指标。

A．强度 B．硬度 C．韧性

20．金属材料在( C )试验力作用下对破裂的抵抗能力称为韧性。

A．剪切 B．循环 C．冲击

21．通常硬度在( A )范围内的金属材料可加工性能最好。

A．160～230HBS B．90—230HBS C．200～300HBS

22．45钢按碳的含量分类属于( A )钢。

A．中碳 B．高碳 C．低碳

23．( C ) 按用途可分为工程用钢和机器零件用钢两类。

A．高速钢 B．合金调质钢 C．合金结构钢

24．Crl2钢按用途分类为( B )钢。

A．碳素工具钢 B．合金工具钢 C．不锈钢

25．( C )的主要特点是在高温下仍能保持与常温相似的强度。

A．耐磨钢 B．不锈钢 C．热强钢

26．最常用的滚动轴承钢是GCrl5，其铬的含量为( A )。

A．1．5％ B．15％ C．0．15％

－简答题

1．渗碳的目的是什么?

提高钢表面的含碳量，并通过热处理获得高的表面硬度和耐磨性，以提高钢的抗疲劳性能。而心部仍具有较好的强度和韧性。

2．什么是工艺性能? 工艺性能包括哪些内容?

金属材料对某些加工工艺的适应性称为工艺性能。它包括铸造性能、锻压性能、焊接性

能、热处理性能、切削加工性能。

3．硫、磷元素的含量为什么在碳钢中要严格地控制? 而在易切削钢中又要适当地提高？ 硫、磷是有害元素，含硫多了会使钢产生热脆，含磷多了使钢产生冷脆，但在易切削钢

中多加些硫、磷可改善切削加工性，使切屑易断。

4．什么是合金钢? 合金钢有哪些优越性?

在碳钢中有目的地加入一些合金元素所获得的钢种叫合金钢。与碳钢相比，它具有良好的热处理性能、优良的综合力学性能及某些特殊的物理化学性能。

－填空及简答题

1、一块纯铁在912°C 发生α-Fe →γ-Fe 转变时，体积将 减小 。

2、在面心立方晶格中，原子密度最大的晶向是 〈110〉 。

3、按几何形态特征分，晶体中的缺陷分为 点缺陷、线缺陷、面缺陷 三类。

4、滑移的本质是 位错的运动 。

5、用显微镜观察某亚共析钢，估计其中的珠光体含量体积分数为80%，则此钢的碳含量为0.62 % 。

6、亚共析钢、共析钢、过共析钢正火后的组织分别是 F+S 、 S 、 S+Fe3CⅡ 。

7、在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体与屈氏体的主要相同点 F和Fe3C 以层片状分布 ，

不同点是 层片间距不同 。

8、钢的淬透性越高，则C 曲线的位置越 靠右 ，说明临界冷却速度越 小 。

9、球化退火的主要目的 使钢中的渗碳体球状化 ，它主要是用于共析钢和过共析钢 。

10、合金元素在钢中的两种主要存在形式分别是 固溶于基体中 、 与碳形成合金碳化物 。

11、简要分析亚共析钢、过共析钢淬火温度范围确定依据;

12、什么是钢的淬透性以及影响钢件淬透层深度的主要因素有那些？对下列钢按其淬透性由

高至低排序：45，20Cr2Ni4A ，T8，40Cr ，20CrMnTi;

13、再结晶和重结晶区别?

再结晶：非相变过程，即晶体结构、成份、状态不发生变化，只是晶粒的形状、大小发生变化。

重结晶：相变过程，即晶体结构、成份、状态、形状、大小都发生变化。

－填空题

1、在立方晶系中，{120}晶面族共有（ 12 ）个，其中平行于Z 轴的晶面是 (120) 、(210) 、(120) 、(210) 。

2

42、晶格常数为a 的面心立方晶胞，其原子数为（4 ），原子半径为（

（ 12 ），致密度为（ 74% ）。 a ），配位数为

3、实际晶体强度远远低于理论强度的原因，是由于实际晶体中存在大量的（ 晶体缺陷 ）。

4、金属的塑性变形是借（位错 ）的不断增殖和运动来进行的。

5、固溶体合金中产生晶内偏析的原因是（冷却速度快）。

6、铁素体是（ 碳 ）在（ α-Fe ）中的（ 间隙 ）固溶体，其晶体结构为（体心立方结构 ）；

马氏体是（ 碳 ）在（α-Fe ）中的（ 过饱和间隙 ）固溶体，其晶体结构为（ 体心正方晶体结构 ）。钢中马氏体组织形态有两种基本类型，即（板条状 ）马氏体和（ 针片状 ）马氏体。

7、（淬火+高温回火）的热处理工艺称为调质，调质后的组织为（回火索氏体），性能特点是具有良好的（综合机械性能）。

8、属干珠光体类型的组织有三种，它们的机械性能是有差别的，其原因是（片层间距不同）。

根据金属学的观点，冷、热加工的区分应以金属的（再结晶温度）为界限。

9、随着冷加工变形量的增大，硬度和强度升高，塑性和韧性下降的现象称为（加工硬化），

这种现象可通过（再结晶退火）加以消除。

10、某小零件本应用T12钢制造，但错用了45钢，淬火沿用了T12钢的工艺，则淬火后组

织为（铁素体+马氏体+残余奥氏体），硬度（降低）。

11、在T12A 、Q235、45、T8、60、CrWMn 几种钢中，淬透性较好的两种钢是（CrWMn ）和（T8），

淬硬性较好的两种钢是（T12A ）和（CrWMn ）。

12、通常利用（等温）淬火获得以下贝氏体为主的组织。

13、在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面是（{110}），有（6）个，原子密度最大的晶

向是（），有（2）个，因此其滑移系数目为（12）；在面心立方晶格中，原子密度最大的晶面是（{110}），有（4）个，原子密度最大的晶向是（），有（3）个，因此其滑移系数目为（12）。两者比较，具有（面心立方）晶格的金属塑性较好，其原因是（面心立方晶格的滑移面上最密晶向比体心立方晶格多）。

14、用45钢制造的机床传动齿轮，预先热处理应采用（调质）处理，使其整体获得（回火

索氏体）组织；而最终热处理应采用（渗碳）处理，使其表面获得（马氏体）组织，以满足使用要求。

15、共析成分的过冷奥氏体冷却到C 曲线鼻尖以上温度（Ar1—550℃）等温时，发生（珠光

体）转变；过冷到C 曲线鼻尖以下、Ms 点以上温度等温时，发生（贝氏体）转变；过

冷到Ms 点以下温度时，发生（马氏体）转变。

16、为获得良好的切削加工性，过共析钢的预先热处理采用（正火），若钢中有严重的网状

碳化物，则应先进行（正火），再进行（球化退火），以获得（球状珠光体）组织。

17、有一钢试样，在金相显微镜下观察，金相组织中铁素体面积约占50％，其余为珠光体，

则该钢的钢号为（39）。

18、一般认为，当钢的硬度为（170～250）HB 时，其切削性能最佳，为此，在选用预先热

处理时，低碳钢应采用（正火）；中碳钢应采用（完全退火）；高碳钢应采用（球化退火）。

19、钢的组织特点是：高温组织为（奥氏体），具有良好的（塑性）。

20、低碳钢渗碳后缓冷到室温的渗层组织，最外层应是（珠光体+二次渗碳体）层，中间是

（珠光体）层，再往里是（铁素体+珠光体）层。

21、目前生产上，在选择淬火冷却介质时，通常是碳钢零件淬（水类介质），合金钢零件淬（油类介质）。

22、下图为亚共析钢等温冷却转变曲线，若按图示V1、V2、V3、V4冷却方式冷却，得到的

组织是：V1（马氏体+残余奥氏体）V2（下贝氏体+马氏体+残余奥氏体）V3（下贝氏体）V4（珠光体）。

－ 简答题

1、下列零件或工具用何种碳钢制造及用何种热处理方法并简述为什么？

⑴手锯锯条（2）普通螺钉（3）车床主轴

手锯锯条：碳素工具钢T9/T10/T11,淬火+低温回火，目的是降低淬火应力，提高工件韧

性，保证淬火后的高硬度和高耐磨性。

普通螺钉：普通碳素结构钢，Q235, 一般不用热处理。

车床主轴：优质碳素结构钢，45等，淬火+高温回火（调质处理），目的是得到回火索氏

体组织，它的综合机械性能最好，即强度、塑性和韧性都比较好。

2、亚共析钢的力学性能大致是其组织组成物平均值，例如硬度HBS ≈80x α%+240xP%,数字

为α，P 的硬度，α%、P%为组织中α、P 的含量。试计算Wc=0.4%的碳钢的硬度（HBS ）、抗拉强度（σb ）、伸长率（δ%）。

首先画出本题所用的部分铁碳状态图（略）

然后根据状态图计算出含碳0.4%的亚共析钢室温下组织组成物的含量：

具体计算如下：P%=0.4/0.77*100%=52%

α%=1-P%=48%

因此：HBS ≈80x α%+240xP%=80*48%+240*52%=163.2

σb ≈280*48%+1000*52%=654.4Mpa

δ%≈50%*48%+10%*52%=29.2%

3、下列钢号各代表什么钢？

⑴9SiCr ⑵GCr15 ⑶60Si2Mn ⑷40Cr ⑸16Mn ⑹T10A ⑺20CrMnTi ⑻W18Cr4V

⑼Cr12MoV ⑽5CrMnMo

⑴9SiCr —低合金刃具钢 ⑵GCr15—滚动轴承钢 ⑶60Si2Mn —弹簧钢 ⑷40Cr —调质钢 ⑸16Mn —低合金高强钢 ⑹T10A —优质碳素工具钢 ⑺20CrMnTi —渗碳钢 ⑻W18Cr4V —高速钢 ⑼Cr12MoV —冷作模具钢 ⑽ 5CrMnMo —热作模具钢