机械工程材料与热处理

工程材料与热处理课程期末考查

授课学期2011 学年至2012 学年

第二学期

学院职业技术师范学院

专业机械设计制造及其自动化

学号201013201276

姓名屈定兵

任课教师李祖裕讲师

交稿日期2012年7月3日

成绩

阅读教师签名

日期

2011-2012学年第二学期工程材料与热处理

课程期末考查题目

课程代码：ZX323394 任课教师：李祖裕

一、基础知识（40分）

1. 机械工程材料的应用，主要根据材料的力学性能进行选材，以符合工程应用的条件。请叙述材料力学性能中：

（1）强度指标：弹性极限、屈服强度、抗拉强度的定义和原理，并配必要的图表和计算公式进行说明；

（2）塑性指标：延伸率和断面收缩率的定义，并配备必要的公式进行说明；

（3）硬度指标：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度的测试方法，以及三者之间的近似换算方法（公式），并简述各种硬度测试的应用范围。

2. 简述常见三种金属晶格的类型，并通过绘制晶胞简图，对比三种晶格类型的差异。

3. 完成下列合金材料的内容：

（1）简述相，元，合金系，组织，固溶体，金属化合物的概念；

（2）举例说明二元合金、三元合金的组成，简述固溶体和金属化合物的异同。

4. 下图为工业用Cu-Ni 合金相图。其中A 点为纯铜熔点，B 点为纯镍的熔点。请完成以下内容：

（1）简述什么是均晶相图；

（2）在两图中标示出液相区（L ）、固相区（α）和固液两相区（L+α）；

（3）指出图（a ）中的液相线和固相线。

Ni /%A 温度/℃(a) Cu-Ni合金相图(b) Cu-Ni合金冷却

时的结晶

5.绘制Pb-Sn 的合金相图，并简要介绍相图的含义。

6.描述纯铁在结晶后继续冷却至室温的过程中，所发生的晶格转变过程，简述纯铁同素异构转变现象的意义。

7.简述纯铁、钢和铸铁的区别。

8.针对铁碳二元合金，完成以下内容：

（1）详细介绍铁碳合金中的相结构；

（2）绘制铁碳二元合金相图（可绘制简化图）；

（3）找出并介绍相图中各主要特性线的含义，如液相线，固相线，包晶转变线，共晶转变线，共析转变线等。

（4）根据含碳量和组织的不同，铁碳合金有哪三类，分别是什么，并介绍各类的特征或力学性能。

9.完成钢的热处理相关内容：

（1）所有钢的热处理中，都是由三个阶段组成，是哪三个阶段；

（2）绘制钢在加热和冷却时的组织转变示意图，用相应符号描绘在加热时的相变点和在冷却时的相变点：

（3）简述什么是奥氏体化，为何要进行奥氏体化，影响奥氏体转变的因素有哪些，影响奥氏体晶粒长大的因素有哪些？

（4）简述什么是过冷奥氏体及过冷奥氏体等温转变的组织形态及性能；

（5）简述马氏体的概念，并简述马氏体的性能和特征。

（6）简述钢的退火，正火，淬火，回火的定义和各自的目的、种类或方法，并说明退火和正火的区别和适用状况。

（7）分别介绍钢的表面热处理的种类、原理和应用，简述发蓝或发黑处理原理；（8）钢的表面化学处理中，渗碳、渗氮、碳氮共渗的原理和方法；

二、材料的应用（40分）

1.分别简述钢中杂质硅、锰、磷、硫及其它杂质的影响；

2.什么是低碳钢、中碳钢、高碳钢？各自应用范围有哪些？碳钢根据用途分类有哪些？

3.举例说明普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、铸钢的牌号和性能及其应用；

4.碳钢与合金钢的区别在哪里，各自有哪些优缺点；

5.合金元素对钢的性能影响有哪些，分别是哪些合金元素；

6.简述合金钢按合金元素含量和按用途分类；

7.分别简单介绍以下合金钢的成分和牌号定义，举例说明热处理工艺和应用：（1）低合金高强度结构钢：

（2）合金渗碳钢；

（3）合金调质钢；

（4）合金弹簧钢；

（5）滚动轴承钢；

8.简述下列工具用钢的成分和牌号，举例说明热处理工艺和应用：

（1）工具用碳钢；

（2）量具用钢；

（3）模具用钢；

（4）高速工具钢；

9.分类介绍几种常用不锈钢、耐热钢、耐磨钢的牌号及应用范围和特点；

10.完成以下有关铸铁的内容：

（1）铸铁的分类；

（2）介绍铸铁的石墨化过程和意义；

（3）灰铸铁的化学成分、组织、性能和热处理；

（4）球墨铸铁的化学成分、牌号、组织、性能和热处理；

（5）可锻铸铁的化学成分、牌号、性能和热处理；

11.简述铝合金、铜合金、钛合金、镁合金的分类、、牌号、应用范围。

三、选材和编制热处理工艺路线（20分）

现有下列零件及可供选择的材料，（1）给各零件选择合适的材料，（2）编制简明工艺路线，（3）说明热处理工艺的主要作用。零件名称：自行车架，连杆螺栓，车厢板簧，滑动轴承，变速齿轮，机床床身，柴油机曲轴。

可选材料：60Si2Mn,ZQSn6-6-3,QT600-2,T12A,40Cr,HT200,16Mn,20CrMnTi.

2011-2012学年第二学期工程材料与热处理

课程期末考查题目解答

一、基础知识（40分）

1. 机械工程材料的应用，主要根据材料的力学性能进行选材，以符合工程应用的条件。请叙述材料力学性能中：

答：（1）强度指标：弹性极限、屈服强度、抗拉强度的定义和原理，并配必要的图表和计算公式进行说明；

（2）塑性指标：延伸率和断面收缩率的定义，并配备必要的公式进行说明；（3）硬度指标：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度的测试方法，以及三者之间的近似换算方法（公式），并简述各种硬度测试的应用范围。

解：（1）强度指标：强度时指金属在静载荷作用下抵抗塑形变形和断裂的能力。金属材料的强度指标是用内应力来表示的，即材料受载荷作用后内部产生一个与载荷相平衡的内力，单位面积上内力称为应力，一般用σ表示。常用的强度指标有弹性极限、屈服点、抗力强度。

①弹性极限：弹性极限是指式样产生完全弹性变形时所承受的最大应力，用σ

e

表示，工程上常用单位为MPa。弹性极限的值可按下式计算。σ

e =F

e

/A

o

式

中，Fe—式样产生完全弹性变形时的最大载荷，N；Ao—式样原始横截面面积，mm2

②屈服极限：屈服极限是指式样在拉伸试验过程中，力不断增加(保持恒定)仍

然能继续伸长（变形）时的应力。屈服极限是工程上极为重要的力学性能指标之一。也是大多数机械零件选材和设计的依据。屈服极限用符号σ

s

表示，单位为MPa。屈服点σ s的值可用下式计算式中，Fs —试样屈服时的载荷。N;A0—试样原始横截面积， mm2 。

③抗拉强度。抗拉强度是指试样拉断前所能承受的最大拉应力，用符号σb表

示，单位为MPa. 可用下式计算式中， Fb—试样承受的最大拉伸力，N;A0—试样原始横截面面积， mm2 。

(2) 塑性指标：塑性是指金属在静载荷作用下发生不可逆变形的能力。金属材料的塑性指标也是可以通过拉伸试验测得的。材料的塑性指标可以用试样拉断时的最大相对变形量来表示，常用的有断后伸长率和断面收缩率，它们是工程上广泛使用的表征材料塑性好坏的主要力学性能指标。

(1)断后伸长率。断后伸长率是试样拉断后的标距增长量与原始标距之比，用符号δ表示，可用下式计算

（1-4）式中，L1—拉断后试样的标距长度，mm ;

L0—试样原始标距，mm.式中，A0—试样原始横截面面积，mm;

A1—试样断口处的横截面面积，mm.

(2)断面收缩率。断面收缩率是指试样拉断后缩颈处横截面面积的缩减量与原始横截面面积之比，用符号表示，可用下式计算

（1-5）

式中，A0—试样原始横截面面积，mm;

A1—试样断口处的横截面面积，mm.

（3）硬度指标：材料局部抵抗硬物压入其表面(抵抗塑性变形和破裂)的能力称为硬度。它是衡量金属软硬程度的一种性能指标。材料的硬度可通过硬度试验测得，根据其测试方法的不同，硬度试验可分为静压法(如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等)、划痕法(如莫氏硬度)、回跳法(如肖氏硬度)及显微硬度、高温硬度等多种方法。对于金属材料的测量目前生产中应用较多的是布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等试验方法。

①布氏硬度:布氏硬度的试验原理是用一定直径D的淬火钢球或硬质合金球，在规定的试验载荷F的作用下压入被测金属表面(如图1-4所示)，停留一定的时间后卸除载荷，在被测金属表面上得到一直径为d的压痕，测量压痕直径d，并由此计算压痕的球缺面积S，然后再求出压痕的单位面积上所承受的平均压力，以此作为被测金属的布氏硬度值。当选择淬火钢球为压头时，硬度的符号为HBS，适用于布氏硬度值低于450的金属材料;当选择硬质合金球为压头时，硬度的符号为HBW表示，适用于布氏硬度值为450 -650的金属材料。图1-5为HB- 3000布氏硬度试验机。布氏硬度值可用下式计算

(1-6)

式中，F—载荷，N ( kgf) ;

D—压头的直径，mm ;

d—被测金属的压痕直径，mm.

由于金属有硬有软，工件有厚有薄，在进行布氏硬度试验时，压头直径D、载荷和载荷的保持时间应根据被测金属种类和厚度正确地进行选择。可根据金属材料的种类和布氏硬度范围，按表1-1选定F/D2的值;黑色金属的载荷保持时间为10-15 s，有色金属的为30 s，布氏硬度值小于35时载荷保持时间为60 s .布氏硬度的标注方法是所测得的硬度值写在硬度符号的前面。除了采用钢球直径D 为10 mm ,试验力为3 000 kgf(注:1 kgf = 9. 806 N，保持时间为10s的试验条件外，在其他试验条件下测得的硬度值，均应在硬度符号的后面用相应的数字注明压头直径、载荷大小和载荷保持时间。

②洛氏硬度:洛氏硬度试验法是用一个锥角为120o。的金刚石圆锥体或直径为1. 588 mm的淬火钢球，在规定载荷作用下压入被测金属表面，由压头在金属表面

所形成的压痕的深度来确定其硬度值。

③布氏硬度试验不能测定硬度较高的金属材料;洛氏硬度试验虽可用来测定由极软到极硬金属材料的硬度，但不同标尺的硬度间没有简单的换算关系，使用上很不方便。为了能在同一种硬度标尺上，测定从极软到极硬金属材料的硬度值，因而特制定了维氏硬度试验法。

维氏硬度的试验原理与布氏硬度基本相似，如图1 -8所示为维氏硬度试验原理图，它是用一个相对面夹角为136o。的金刚石正四棱锥体作压头，以规定的载荷F作用下压入被测金属表面，保持一定时间后卸除载荷，则被测金属表面上压出一个正四棱锥形的压痕，测量压痕投影的两对角线的平均长度d，进而计算出压痕的表面面积A。最后求出压痕单位表面面积上承受的平均压力，以此作为被测金属的硬度值，称为维氏硬度，用符号HV表示。即

式中，F—载荷，kgf;

d—压痕两条对角线长度算术平均值，mm.

维氏硬度适用范围宽，从极软到极硬的材料都可以测量。尤其适用于零件表面层硬度的测量，如化学热处理的渗层硬度测量，其结果精确可靠。但测取维氏硬度值时需要测量对角线长度，然后查表或计算，而且对试样表面的质量要求高，所以，测量效率较低，没有洛氏硬度方便，不适用于成批生产的常规试验。

布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三者之间的近似换算方法:查找法。

2. 简述常见三种金属晶格的类型，并通过绘制晶胞简图，对比三种晶格类型

的差异。

答：（1）体心立方晶格：心立方晶格的晶胞是一个立方体，其晶格常数：a ＝b＝c，α=β=γ=90。在立方体的八个角上和立方体的中心各有一个原子。每个晶胞中实际含有的原子数为1+8×1/8＝2个。每个原子的最近邻原子数为8，所以其配位数为8。致密度0.68。具有体心立方晶格的金属有铬(Cr)、钨(w)、钼(Mo)、钒(V)、α铁(α—Fe)等。

（2）面心立方晶格：体面心立方晶格的晶胞也是一个立方体，金属原子分布在立方晶胞的八个角上和六个面的中心，如图2-2-5所示。其晶格常数：a=b ＝c，每个晶胞中实际含有的原子数为(1/8)× 8+6×(1/2)＝4个。配位数为12；致密度为0.74。具有面心立方晶格的金属有铝(Al）、铜(Cu）、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、γ铁(γ—Fe)等。

（3）密排六方晶格：密排六方晶格的晶胞是个正六方柱体，它是由六个呈长方形的侧面和两个呈正六边形的底面所组成如图2-26所示。金属原子分布在六方晶胞的十二个角上以及上下两底面的中心和两底面之间的三个均匀分布的间隙里。该晶胞要用两个晶格常数表示，一个是六边形的边长a，另一个是柱体高度c。每个晶胞中实际含有的原子数为(1/6)× 12+2×(1/2)+3＝6个。典型的密排六方晶格的晶格常数c和a之比约为1.633,配位数为12，致密度为 0.74。具有密排六方晶格的金属有：镁(Mg)、锌（Zn）、镉（Cd）等。三种金属晶格的类型晶胞简图分别如下。

3. 完成下列合金材料的内容：

（1）简述相，元，合金系，组织，固溶体，金属化合物的概念；

（2）举例说明二元合金、三元合金的组成，简述固溶体和金属化合物的异同。答：（1）相是指金属或合金中化学成分、晶体结构及原子聚集状态相同的，并于其他部分由明显界面分开均匀组成部分。如纯金属在液态火固态时均匀为一个相，分别称为液相和固相。组织是指用金相观察方法看到的有形态、尺寸不同和分布方式不同的一种或多中相构的组成形貌。所谓合金是指两种或两种以上的金属或非金属，经熔炼或烧结而成的具有金属特性的物质。组成合金最基本的、独立的物质叫组元。由给定的组员可以配制成一系列不同合金，组成一个系统，称之为合金系。合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的且晶格类型与组元之一相同的固相称为熔体。金属氧化物是指合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元的新相。①二元合金：黄铜是由铜和锌组成的二元合金

②三元合金：硬铝是由铝、铜、镁组成的三元合金。③A、固溶体：合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且晶格类型与组元之一相同的固相称

之为固溶体。

B 、金属化合物 定义：合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于

任一组元的新相称之为金属化合物。B1固溶体的结构特点(1) 保持着溶剂的

晶格类型；(2) 晶格发生畸变 (3) 偏聚与（短程）有序(4) 有序固溶体

（长程有序化）B2 固溶体的性能（1）固溶体强硬度高于组成它的纯金属，

塑韧性低于组成它的纯金属;（2）物理性能方面，随着溶质原子的↑，固溶

体的电阻率↑，电阻温度系数↓，导热性↓。

4. 下图为工业用Cu-Ni 合金相图。其中A 点为纯铜熔点，B 点为纯镍的熔点。

请完成以下内容：

（1）简述什么是均晶相图；

（2）在两图中标示出液相区（L ）、固相区（α）和固液两相区（L+α）；

(3)指出图（a ）中的液相线和固相线。

Ni /%A 温度/℃(a) Cu-Ni合金相图(b) Cu-Ni合金冷却

时的结晶

答：（1）两组元在液态和固态都能无限互溶的二元合金所组成的相图称为均

晶相图。

（2）A1B 以上为液相区L ，A3B 以下为固相区α，A1B 与A3B 之间为两相

区（L+α）。

（3）液相线为A1B,固相线为A3B.

5.绘制Pb-Sn 的合金相图，并简要介绍相图的含义。

答：

如图是Pb-Sn 合金相图，在图中，AEB 为液相线，AMENB 为固相线。MF 为Sn

溶于Pb 的溶解度线，NG 为Pb 溶于Sn 的溶解度线，这两条线又称固溶线。

合金系中有L 、α、β三个相，α相是Sn 溶于Pb 中的固溶体，β相是Pb 溶

于Sn 中的固溶体。MEN 为L 、α、β

三相共存线。

6.描述纯铁在结晶后继续冷却至室温的过程中，所发生的晶格转变过程，简述纯铁同素异构转变现象的意义。

答：在770度下纯铁具有铁磁性，在770度以下则失去铁磁性。因为纯铁具有同素异构现象，所以生产上可对钢铁和铸铁进行相变热处理，达到改变钢铁的内部组织来提高性能的目的。

7.简述纯铁、钢和铸铁的区别。

答：三者主要区别的在含碳量上，纯铁是含碳量小于0.02%的铁合金较软，具有较好的抗腐蚀性，韧性和延展性较高，硬度和强度较低。钢是对含碳量质量百分比介于0.02%至2.04%之间的铁合金，钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。铸铁是指碳的质量分数大于2.11%(2.5%~4%)的铁碳合金。它是以铁、碳、硅为主要组成元素，与钢相比铸铁中的锰、硫、磷等杂质元素含量较高，此外还有少量的铬、钼、铝、钒等合金元素。

8.针对铁碳二元合金，完成以下内容：

（1）详细介绍铁碳合金中的相结构；

（2）绘制铁碳二元合金相图（可绘制简化图）

（3）找出并介绍相图中各主要特性线的含义，如液相线，固相线，包晶转变线，共晶转变线，共析转变线等。

（4）根据含碳量和组织的不同，铁碳合金有哪三类，分别是什么，并介绍各类的特征或力学性能：

答：（1）金属在固态下随着温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的变化称为同素异构转变。如Fe, Co, Ti, Mn, Sn等都具有同素异构转变。由同素异构转变所得的不同晶格的晶体称为同素异构体。纯铁在结晶后继续冷却至室温的过程中，先后发生两次晶格转变，转变过程可表示如下:

另外，770℃为纯铁的磁性转变点(又称居里点)。在770℃以下纯铁具有铁磁性，在770℃以上则失去铁磁性。

因为纯铁具有同素异构转变现象，所以生产上可对钢和铸铁进行相变热处理，达到改变钢铁的内部组织来提高性能的目的。

（2） Fe-Fe3C相图

（3）

液相线(ABCD):是结晶时液相的成分变化线，该线以上全部为液相。

固相线(AHJECF):是结晶时固相的成分变化线，该线以下全部为固相。

HJB线(包晶转变线):由一定成分的液相和一定成分的固相生成另一个一定成分新固相的反应称为包晶转变。相图中，含碳量在0. 09%-0. 53%的合金从液态凝固时均要发生包晶转变，形成单相奥氏体。

ECF线(共晶转变线):由一定成分的液相在恒温下同时转变成两个一定成分的固相的转变称为共晶转变。相图中，含碳量在 2. 11%-6. 69%的合金从液态凝固时均要发生共晶转变，形成奥氏体和渗碳体所组成的共晶体 A+Fe3C，这是一种组织较致密的机械混合物，称为高温莱氏体，用符号Ld表示。PSK线(共析转变线):在恒温下由一个固定成分的固相同时生成两个固定成分的新固相的转变称为共析转变。相图中，含碳量在0. 021 8%-6. 69%的合金凝固时温度降到727℃均要发生共析转变，同时析出铁素体和渗碳体，这两种产物的机械混合物称为珠光体，用字符P表示。727℃时，高温莱氏体中的奥氏体发生共析转变形成珠光体，珠光体和渗碳体的机械混合物称为低温莱氏体，用Ld’表示。

ES:碳在奥氏体中的溶解度随温度的变化线。随着温度从E点(1 148℃)下降到S点(727 ℃，奥氏体含碳量从2. 11%减少到0. 77%，在这个过程中，奥氏体中过剩的碳以渗碳体形式析出。通常把从奥氏体中析出的渗碳体称为二次渗碳体，用Fe3 CII表示，从液态中直接析出的渗碳体称为一次渗碳体，用Fe3 CI表示。

PQ:碳在铁素体中的溶解度随温度的变化线。从727℃冷却到室温的过程中，碳在铁素体中的溶解度由0. 021 8%减少到

（4）

根据含碳量和组织的不同，通常把铁碳合金分为三类:工业纯铁( wc<0.0218%),碳钢(wc= 0. 021 8% ~2. 11%)和白口铸铁(wc= 2. 11%~6.

69 %)。

工业纯铁：是钢的一种，其化学成分主要是铁，含量在99.50%－99.90%，含

碳量在0.04%以下，其他元素愈少愈好。因为它实际上还不是真正的纯铁，所以称这一种接近于纯铁的钢为工业纯铁。一般工业纯铁质地特别软，韧性特别大，电磁性能很好。常见的有两种规格，一种是是作为深冲材料的，可以冲压成极复杂的形状；另一种是作为电磁材料的，有高的感磁性的低的抗磁性。

碳钢：主要指碳的质量分数小于 2.11%而不含有特意加入的合金元素的钢。有时也称为普碳钢或碳素钢。碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。

白口铸铁：碳以游离碳化物形式析出的铸铁，断口呈白色，是一种良好抗磨材料，在磨料磨损条件下工作。它是不含石墨的铸铁，几乎全部的碳都与铁形成碳化三铁。具有很大的硬度和脆性。不能承受冷加工，也不能承受热加工，只能直接用于铸造状态。

9.完成钢的热处理相关内容：

（1）所有钢的热处理中，都是由三个阶段组成，是哪三个阶段；

（2）绘制钢在加热和冷却时的组织转变示意图，用相应符号描绘在加热时的相变点和在冷却时的相变点：

（3）简述什么是奥氏体化，为何要进行奥氏体化，影响奥氏体转变的因素有哪些，影响奥氏体晶粒长大的因素有哪些？

（4）简述什么是过冷奥氏体及过冷奥氏体等温转变的组织形态及性能；（5）简述马氏体的概念，并简述马氏体的性能和特征。

（6）简述钢的退火，正火，淬火，回火的定义和各自的目的、种类或方法，并说明退火和正火的区别和适用状况。

（7）分别介绍钢的表面热处理的种类、原理和应用，简述发蓝或发黑处理原理；

（8）钢的表面化学处理中，渗碳、渗氮、碳氮共渗的原理和方法；

答:

（1）所有钢的热处理中，都是由三个阶段组成，分别是加热、保温和冷却。

（2）钢在加热和冷却时的组织转变示意图：

（3）钢的奥氏体化：钢加热到Ac1点以上时会发生珠光体向奥氏体的转变，加热到Ac3和Accm点以上时，珠光体全部转变为奥氏体，这种加热到相变点以上获得奥氏体组织的过程就称为钢的奥氏体化。

(4)过冷奥氏体：冷却速度较快，奥氏体被过冷到共析温度以下才发生转变，在共析温度以下暂存的、不稳定的奥氏体称为过冷奥氏体

过冷奥氏体等温转变的组织形态及性能：当温度冷却至727摄氏度时，奥氏体将

发生共析转变，转变成铁素体和渗碳体的机械混合物，即珠光体。此后，在继续

冷却的的过程中不再发生组织变化（三次渗碳体的析出不计），共析钢的全部室

温组织全部为珠光体。其特征是强度、硬度低，塑性、韧性好。

（5）

马氏体概念：当奥氏体的冷却速度大于该类型的马氏体临界冷却速度，并过冷到Ms以下时，就开始发生马氏体转变。由于马氏体转变温度较低。过冷度很大。而且形成的速度较快，使奥氏体向马氏体转变只发生r-Fe向α-Fe晶格改组，而没有铁、碳原子的扩散，原来固溶于奥氏体的碳仍被全部保留在α-Fe中，这种由过冷奥氏体直接转变为碳α-Fe中的严重过饱和固溶体，称为马氏体。

马氏体的性能和特征：马氏体的强度和硬度主要取决于马氏体的碳的质量分数，

随碳的质量分数的增高，其硬度和强度随之增高，尤其在碳的质量分数较低时，

强度很硬度增高比较明显；马氏体的塑性和韧性也与碳的质量分数有关，板条状

的低碳马氏体塑性和韧性较好，而片状高碳的马氏体的塑性和韧性差。

马氏体的性能：马氏体转变是无扩散型转变、转变速度极快、马氏体转变是在一定温度范围内的、马氏体转变是不完全性的。

（6）

钢的退火：退火是将钢体加热到适当温度、保温一定时间，然后缓慢冷却的热处

理工艺。目的：(1)降低钢件的硬度以利于切削加工；(2)消除残余应力，以防钢

件变形与开裂；(3)细化晶粒，改善组织，以提高钢的力学性能，并为最终热处

理做好组织准备。种类：完全退火、等温退火、球化退火均匀化退火、低温退火。

钢的正火：将钢件加热到Ae3(或Accm)+ (30℃~50℃），完全奥氏体化后，再在空气中冷却以得到较细珠光体组织的热处理工艺。目的：(1)作为普通结构零件的最终热处理；(2)改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性能；(3)作为中碳结构钢制作的较重要零件的预先热处理；(4)消除过析钢中的二次渗碳体网；(5)特定情况下代替淬火、回火对某些大型的或较复杂的零件。

钢的淬火：将钢件加热到Ae3(Ae1)+ (30℃~50℃)，保温一定的时间使之奥氏体化后，以大于马氏体临界冷却速度快速冷却，以获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺，称为淬火。种类：1.单液淬火；2.双液淬火；3.分级淬火；4.等温淬火。

钢的回火：将淬火后的工件重新加热到A1以下某一温度，保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺，称为回火。目的：(1)获得工件所要求的力学性能。工件经淬火后，具有高的硬度，但塑性和韧性却显著降低。为了满足各种工件的不同性能要求，可通过适当回火来改变淬火组织，获得所要求的力学性能。

(2)稳定工件尺寸。淬火工件中的马氏体和残余奥氏体都是不稳定组织，在室温下会

自发的发生分解，从而引起工件尺寸和形状的改变。通过回火使淬火组织转变为稳定组织，从而保证工件在以后的使用过程中不再发生尺寸和形状的改变。

(3)消除或减少淬火内应力。工件淬火后存在很大的内应力，如不及时回火，往往会使工件发生变形甚至开裂。种类：低温回火、中温回火、高温回火。退火和正火的区别和适用状况：正火与退火的主要区别是正火的冷却速度稍快，得到的组织较细小，强度和硬度有所提高，操作简便，生产周期短，成本较低。

（7）

钢的表面热处理的种类：表面火焰淬火、表面感应淬火。

表面火焰淬火原理：火焰加热表面淬火是一种利用乙炔一氧气或煤气一氧气混合气体的燃烧火焰，将工件表面迅速加热到淬火温度，随后以浸水和喷水方式进行冷却，使工件表层转变为马氏体而心部组织不变的工艺方法。

表面火焰淬火应用：火焰加热表面淬火的优点是:设备简单、操作方便、成本低、工件大小不受限制，特别适用于大型工件、单件和小批量生产，淬硬层深度一般为2~6 mm。缺点是淬火硬度和淬透性深度不易控制，淬火质量不稳

定，常取决于操作工人的技术水平和熟练程度;生产效率低，只适合单件和小批量生产。常用于轧钢机齿轮、轧辊;矿山机械齿轮、轴;普通机床导轨、齿轮等零件。

表面感应淬火原理：表面感应淬火是利用电磁感应原理，将工件置于用铜管制成的感应圈中，通以一定频率的交变电流，铜管中产生的交变磁场在工件内产生一定频率的感应电流(涡流)，利用工件的电阻而将工件加热。由于感应电流的集肤效应，靠近工件表面电流密度最大，而工件心部电流几乎为零，使工件表层被快速加热至奥氏体化，随后立即快速冷却，在工件表面获得一定深度的淬硬层。

表面感应淬火应用：如机床和精密机械上的中、小模数传动齿轮，蒸汽机车、内燃机车、冶金、矿山机械等上的大模数齿轮，花键轴、汽车半轴和机床主轴轴颈、凸轮轴、撞杆、钻杆、轧辊、火车轮等。

发蓝或发黑处理：将钢铁制品表面迅速氧化,使之形成致密的氧化膜保护层。

（8）

渗碳：原理：将钢放入渗碳的介质中加热并保温，使活性碳原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。其目的是通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使工件表面具有高的硬度、耐磨性和良好的抗疲劳性能，而心部具有较高的强度和良好的韧性。渗碳广泛用于在磨损情况下工作并承受冲击载荷、交变载荷的工件，

方法：气体渗碳、固体渗碳、真空渗碳

渗氮:

原理：渗氮时分解出的活性氮原子被钢表面吸收，首先溶入固溶体，然后与铁和合金元素形成化合物，最后向心部扩散，形成一定厚度的渗氮层。钢不能吸收氮分子，分解氮气来得到活性氟原子也非常困难，所以渗氮过程中要利用氨气在高于300℃的高温下与工件接触，在工件表面氨分解出活性氮原子供给氮化件吸收，氨作为气体渗剂，

方法：气体渗氮、离子渗氮、抗蚀渗氮

碳氮共渗：

原理：

低温气体氮碳共渗：由于处理温度低，实质上以渗氮为主。但因为有活性碳原子与活性氮原子同时存在，渗氮速度大为提高。一般保温时间为13 h，渗层深度为0. O1 ~0. 02 mm。工件经氮碳共渗后，其共渗层的硬度比纯气体氮化低，但仍具有较高的硬度、耐磨性和高的疲劳强度。渗层韧性好而不易剥落，并有减摩的特点，在润滑不良和高磨损条件下，有抗咬合、抗擦伤的优点，耐磨性也有明显提高。由于处理温度低，时间短，所以零件变形小。

中温气体氮碳共渗：在共渗温度下，煤油和氨除了前述的渗碳和氮化的作用外，它们之间相互作用还生成了[C]和[N]活性原子，活性碳、氮原子被工件表面吸收并向内扩散形成共渗层。一般共渗温度820℃~860℃，保温时间取决于要求的共渗层深度。

方法：低温气体氮碳共渗、中温气体氮碳共渗、

二、材料的应用（40分）

答：1.分别简述钢中杂质硅、锰、磷、硫及其它杂质的影响；

（1）硅的影响

硅是在炼钢时随脱氧剂而加入钢中的有益元素，其含量一般不超过0. 04 % 。在室温下，溶于铁素体，虽然能提高钢的强度、硬度和弹性，但是却会降低钢的塑性和韧性。

（2）锰的影响

锰是来源于炼钢的材料—锰铁，是钢中的有益元素。锰在钢中能大部分溶于铁素体，对钢有一定的固溶强化作用，少量溶于渗碳体，形成合金渗碳体。

同时锰具有一定的脱氧和脱硫的能力，使钢中的FeO还原成铁，可与硫生成MnS ,减轻硫的有害作用。另外，锰还能增加钢中珠光体的相对量，并使珠光体晶粒细化，提高钢的强度。碳钢中锰的含量一般在0.25%~0. 80 % 。（3）磷的影响

磷是从生铁中被带入钢中的，是钢中的有害元素。一般情况下，磷能完全溶于铁素体，可以使铁素体的强度、硬度提高，但是在室温时会降低钢的塑性和韧性。在低温的情况下，使其塑性、韧性显著降低，这种脆化现象称为冷脆。因此，应尽量控制钢中的磷含量。例如，1938年冬天，比利时阿尔伯特运河钢桥因磷含量高而产生冷脆性，发生断裂坠入河中。

但是，在适当的情况下，P也有一些有益的作用，如与Cu配合能增加钢的抗大气腐蚀能力，从而改善钢材的切削加工性能。

（4）硫的影响

硫是从生铁和焦炭中被带入钢中的，是钢中的有害元素。固态时，不溶于铁，而是以FeS形式存在。由于其塑性很差，使钢的脆性增大。更严重的是当钢在1 000℃~1 200℃进行压力加工时，分布在奥氏体晶界上的FeS与Fe 形成低熔点的共晶体在晶界上融化，致使晶粒脱开，使钢在加工过程中沿晶界开裂。这种引起钢在热加工时或高温工作下开裂的现象称为热裂性，或者称为热脆性。消除热裂性的方法就是在钢中加入锰元素，让锰和硫形成高熔点的MnS，且成粒状分布在晶粒内部，如此就能有效消除在高温下硫引起的热裂性。因此，应尽量控制钢中的硫含量。

（5）其他杂质的影响

钢中除了含有以上几种杂质外，还有氢、氧、氮等元素。钢中含有原子态的过饱和氢时将降低其韧性，引起氢脆。当氢在钢中的缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。室温下氮在铁素体中溶解度很低，钢中过饱和的氮在常温放置过程中会以Fe4N形式析出而使钢变脆，称为时效脆化。在钢中加入Ti , V , Al等元素，可使氮以氮化物的形式被固定下来，从而消除时效倾向。钢中氧全部以氧化物形式存在，所以氧对钢性能的危害主要表现为氧化物夹杂对钢性能的影响。钢中含氧量增加，氧化物夹杂数量增加，使钢的塑性、韧性降低，疲劳强度、耐蚀性和热加工性能变坏，故应严格控制钢中的氧含量。

2.什么是低碳钢、中碳钢、高碳钢？各自应用范围有哪些？碳钢根据用途分类有哪些？

答：根据钢中的含碳量的多少，可以分为低碳钢(wc≤0. 25%，中碳钢(0.30% ≤(wc ≤0.55%)和高碳钢(wc ≤0. 6%)三大类。

低碳钢和中碳钢，用于制造各种工程构件，如桥梁、船舶、建筑构件等，以及机器零件，如齿轮、轴、连杆、螺钉、螺母等。

高碳钢，用于制造各种刃具、量具、模具等。

碳素结构钢、碳素工具钢、铸钢。

3.举例说明普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、铸钢的牌号和性能及其应用；答：普通碳素结构钢：Q195和Q215含碳量低，焊接性能好，塑性韧性好，易于加工，具有一定强度，常用于轧制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等钢结构。 Q235既有较高的塑性，又有适当的强度，因而被称为应用最广泛的普通碳素结构钢。

优质碳素结构钢：08F, 10F, 15 , 20等具有良好的塑性韧性和良好的锻压、焊接性能。常用于制造受力不大，塑性韧性要求较高的零件，如螺栓、螺母及焊接容器等。

铸钢：ZG200~400和ZG230 450抗压性能和屈服强度不是太高，常用于制作机座，变速箱壳体等。

4.碳钢与合金钢的区别在哪里，各自有哪些优缺点；

答：合金钢除含有普通碳钢的铁、碳外，根据性能需求还添加有其它合金元素，比如常见的铬、镍、钼、锰、硅等，以达到改善热处理性能、机械性能等方面，通常价格较普通碳钢高。一般情况下，经过一定的热处理之后，合金钢比碳钢强韧指标都要高，因而适于制作性能要求更高的制品，可以在环境更恶劣的场合服役。这是合金钢最大的突出优点。冷热加工工艺方面，有些合金钢需要谨慎，如加工进刀量要小些，加热冷却速度要慢些等等，但一般并不难满足要求。相比而言，合金钢材料价格要高，这是不言而喻的

5.合金元素对钢的性能影响有哪些，分别是哪些合金元素；

答：合金元素对钢性能的影响

（1）产生固溶强化

（2）使渗碳体的硬度和稳定性增加

（3）形成特殊碳化物

当这些碳化物数量增多、且在钢中弥散分布时，能显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，而不降低韧性，这对改善钢的力学性能极为有利。

Al, Nb, V, T，Ti, Nb，C, P, Mn，W

6.简述合金钢按合金元素含量和按用途分类；

答：按元素含量

（1）低合金钢

（2）中合金钢

（3）高合金钢

按用途分类

（1）合金结构钢

（2）合金工具钢

(3)特殊性能钢

7.分别简单介绍以下合金钢的成分和牌号定义，举例说明热处理工艺和应用：（1）低合金高强度结构钢：（2）合金渗碳钢；（3）合金调质钢；（4）合金弹簧钢；（5）滚动轴承钢；

（1）低合金高强度结构钢：低合金高强度结构钢是一种低碳结构用钢，它是由碳素结构钢中添加少量合金元素Mn, Ti, V, Nb, Cu, P生成的，合金成分不超过3%。其中Mn是强化基体元素，其含量一般在1. 8%以下，含量过高将显著降低钢的塑性和韧性，也会影响其焊接性能。Ti , V , Nb等元素在钢中能形成微细碳化物，起细化晶粒和弥散强化作用，提高钢的屈服极限、强度极限以及低温冲击韧性。Cu , P可提高钢对大气的抗蚀能力，比碳素结构钢高2-3倍。

用途因此，此类钢的强度显著高于相同碳含量的碳素钢，且其还具有较好的韧性、塑性以及良好的焊接性和耐蚀性，用于桥梁、车辆和船舶等行业。

（2）合金渗碳钢；用于制造渗碳零件的合金钢称为合金渗碳钢。

合金渗碳钢的碳含量一般在0. 10%~0. 25 %，属于低碳钢。低的碳含量可保证渗碳零件心部具有足够的韧性和塑性。其主加合金元素Cr( <2%)、镍Ni( <4%)、Mn( <2%)和B( <0.005%)等作用是提高钢的淬透性，使心部得到马氏体，改善渗碳零件心部组织和性能，同时还能提高渗碳层的性能(如强度、韧性及塑性)，其中镍的作用最为显著。其辅加元素 ( <0.2% ) 、W( <1.2% ) 、Mo( <0.6%)、Ti(0. 1%)等的作用是渗碳时阻止奥氏体晶粒长大，显著细化晶粒，抑制钢件在渗碳时产生过热，提高耐磨性。

牌号定义

合金渗碳钢分为三类:

低淬透性合金渗碳钢。钢含合金元素总量小于3%，属于这类钢的有20Cr, 15Mn2, 20Mn2, 20MnV等

中淬透性合金渗碳钢。钢含合金元素总量在4%左右。属于这类钢的有20rMnTi, 12CrNi3A, 20CrMnMo, 20MnVB等。

高淬透性合金渗碳钢。钢含合金元素总量在4~6%。属于这类钢的有12Cr2Ni4A, 18Cr2Ni4W, 20Cr2Ni4等。

例如：12CrNi3钢属于合金渗碳钢，该钢淬火低温回火或高温回火后都具有良好的综合力学性能，钢的低温韧性好，缺口敏感性小，切削加工性能良好，当硬度为HB260～320时，相对切削加工性为60%～70%。另外，钢退火后硬度低、塑性好，因此，既可以采用切削加工方法制造模具，也可以采用冷挤压成型方法制造模具。为提高模具型腔的耐磨性，模具成型后需要进行渗碳处理，然后再进行淬火和低温回火，从而保证模具表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧性，该钢适宜制造大、中型塑料模具或汽车、拖拉机上的变速齿轮、后桥齿轮等。合金渗碳钢的热处理

(1)预备热处理。低、中淬透性合金渗碳钢锻后空冷的组织为珠光体和铁素体，采用正火提高渗碳钢零件毛坯的硬度，利于切削加工。高淬透性合金钢锻后空冷的组织为马氏体，采用高温回火得到回火索氏体降低硬度，以改善切削加工性。

(2)最终热处理。为保证零件的表面高硬度和耐磨性，一般在渗碳后进行一次淬火及低温回火。处理后，零件表层为高碳马氏体+碳化物+残余奥氏体，心部为低碳马氏体，韧性好，满足“外硬里韧”的要求。

但低淬透性合金渗碳钢渗碳时，心部晶粒容易长大，特别是锰钢，如性能要求较高时，可在渗碳后进行两次淬火处理。由于中淬透性合金渗碳钢含有Ti,V , Mo 等合金元素，渗碳时奥氏体晶粒的长大倾向较小，渗碳后预冷到870℃左右直接淬火，经低温回火后具有较好的力学性能。而高淬透性合金钢含有较高的合金元素，其C形曲线大大右移，因而在空气中冷却也能获得马氏体组织。同时，马氏体转变温度大为下降，渗碳层在淬火后保留有大量的残余奥氏体。为了减少淬火后残余奥氏体量，可在淬火前先进行高温回火使碳化物球化，或在淬火后采用冷处理。常见渗碳钢的牌号，热处理工艺，力学性能见表9-2。

零件;合金调质钢适用于尺寸较大、负荷较重的零件。表9 -4所示为常用合金调质钢(加工成直径为25 mm的毛坯，全部淬透)，经调质处理后的力学性能。

由表可见，所列钢中以42CrMo, 37CrNi3钢的综合力学性能较为良好，尤其是强度较高，比相同碳含量的碳素调质钢高出30%左右。

（3）合金调质钢；

定义：经过调质处理后使用的合金结构钢称为合金调质钢。

合金调质钢的化学成分

合金调质钢的含碳量在0. 25%~0. 50%，属于中碳钢。碳含量过低时不易淬硬，回火后不能达到所要求的强度;碳含量过高时韧性不足。常用的碳素调质钢，其碳含量接近上限，如40钢、45钢、50钢等;而合金调质钢则比较接近下限，如40Cr, 30CrMnTi钢等。

3.合金调质钢的类型

合金调质钢按照其淬透性的高低，也可分为三类:

(1)低淬透性调质钢。钢含合金元素总量小于3%。属于这类钢的有35SiMn, 40Cr, 40MnB等。其淬透性较低，油淬临界直径为20~40 mm，故多用于制造截面尺寸小的、受交变载荷的调质工件，如齿轮、轴、螺栓等零件。

(2)中淬透性调质钢。钢含合金元素总量在4%左右。属于这类钢的有35CrMo, 38CrMoAI, 40CrMn, 40CrNi等。其淬透性中等，油淬临界直径为40~60 mm。由于含有较多的合金元素，故用于制造截面较大、承受较重载荷的调质工件，如大型发动机的曲轴，连杆等。

(3)高淬透性调质钢。钢含合金元素总量在4%~10%。属于这类钢的有38CrMoAIA, 40CrMnMo, 25Cr2Ni4WA等。其淬透性中等，油淬临界直径为60~100 mm，其中含的合金元素量较多，主要制造大截面重载荷零件，如汽轮机主轴、压力机曲轴、航空发动机曲轴等。

4.合金调质钢的热处理

(1)预备热处理。合金调质钢制的零件毛坯锻造后的预备热处理一般要进行正火或退火处理，以改善锻件的组织性能，为切削加工和淬火做准备。淬透性低的钢，用正火满足切削加工性，比较经济;淬透性高的钢，用退火降低硬度利于切削。

(3)高淬透性调质钢。钢含合金元素总量在4%~10%。属于这类钢的有38CrMoAIA, 40CrMnMo, 25Cr2Ni4WA等。其淬透性中等，油淬临界直径为60~100 mm，其中含的合金元素量较多，主要制造大截面重载荷零件，如汽轮机主轴、压力机曲轴、航空发动机曲轴等。

4.合金调质钢的热处理

(1)预备热处理。合金调质钢制的零件毛坯锻造后的预备热处理一般要进行正火或退火处理，以改善锻件的组织性能，为切削加工和淬火做准备。淬透性低的钢，用正火满足切削加工性，比较经济;淬透性高的钢，用退火降低硬度利于切削。

(2)最终热处理。多数合金调质钢属于中碳钢，调质处理后，其组织为回火索氏体。调质钢具有高的强度、良好的塑性与韧性，即具有良好的综合力学性能。但是，一些合金调质钢由于其性能的要求不同，有时采用淬火+中温或低温回火，得到回火托氏体或回火马氏体，获得比调质态更高的强度、硬度和冲击疲劳抗力，用于制造承受小能量多次冲击的零件或高强度耐磨件。另外，某些不仅要求有良好综合力学性能，还要求表层高硬度和高耐磨性的零件，则在调质后还要进行表面淬火或氮化处理。

（4）合金弹簧钢；

合金弹簧钢的化学成分

为了获得弹簧所要求的性能，弹簧钢的碳含量比调质钢高，一般在0. 45 %~0. 70%之间。含碳量过高，塑性、韧性降低，疲劳极限也降低。主加合金元素有Si, Mn, Cr, W, V等，主要作用是提高钢的淬透性和回火稳定性，强化铁素体和细化晶

粒，有效地改善弹簧钢的力学性能，提高弹性极限、屈强比。其中Cr,W,V还有利于提高弹簧钢的高温强度，但Si的加入，使钢在加热时容易脱碳，疲劳强度大为下降，因此在热处理时应注意防止脱碳。

合金弹簧钢的类型

(1)锰钢。65 Mn钢的锰含量约为1. 0%，属于含锰较高的优质碳素结构钢。锰的加入能提高其淬透性、强化铁素体，12 mm直径的钢材油中可以淬透，脱碳倾向比硅钢小;缺点是有过热敏感性和回火脆性倾向，淬火时开裂倾向也较大。65 Mn 钢可制作一般截面尺寸为小于15 mm的小型弹簧，如弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧等。

(2)硅锰钢。55Si2MnV, 55SiMnMoVNb, 55SiMnVB, 60Si2Mn等钢是在硅锰钢基础上加入少量Mo, V, Nb, B等元素制成。这类钢具有较高的淬透性(在油中临界淬透直径为20 ~30 mm)和力学性能，且脱碳倾向比一般硅锰弹簧钢小，适用于8t, 15t, 25t汽车的大截面(毛25 mm)板簧。

(3)铬钒钢。50CrVA, 50CrMn等钢由于加入Cr, V元素，使淬透性大大提高(在油中临界淬透直径为30~50 mm)，且能细化晶粒，增加回火稳定性，可用于制造在300 ~ 450℃下工作的大截面弹簧，如高速柴油机的气门弹簧，安全阀等耐热弹簧。

由于弹簧一般是在动负载条件下使用，因此弹簧大体上可分为热成型弹簧与冷成型弹簧两大类。

(1)热成型弹簧钢的热处理。一般用于制造大型弹簧或形状复杂的弹簧，钢材在热成型之前不具备弹簧所要求的性能，热成型之后，进行淬火及中温回火(300℃~500℃)，得到回火屈氏体组织，其硬度为40 ~48 HRC，从而保证了弹簧钢既有较高的弹性极限，又具有足够的韧性指标。

(2)冷成型弹簧钢的热处理。将钢材在500℃~550℃的盐浴中进行等温淬火，得到索氏体组织，在冷拉或冷轧后弹性极限大为提高，不用进行淬火处理，只需要在200℃~300℃进行去应力退火，稳定尺寸即可。

在成型及热处理过程中，要特别注意防止表面氧化，脱碳及伤痕，往往进行喷丸处理进行表面强化，使表层形成残余压应力并消除表面缺陷，以提高弹簧的寿命。

8.简述下列工具用钢的成分和牌号，举例说明热处理工艺和应用：

答：（1）工具用碳钢；

成分：工具用碳钢的含碳量为wc= 0. 65%~1. 35 %，有益元素wSi ≤0. 35% , wMn≤0. 4%，有害元素wS ≤0.03%， wP ≤0.035%。

牌号：工具用碳钢的牌号是用“T+数字+字母”字表示。"T”是碳素工具钢“碳”字汉语拼音的首写字母，数字表示钢中平均碳含量的千倍。T8 , T10分别表示钢中平均碳含量为wc= 0. 80%和wc = 1. 0%的工具用碳钢，若为高级优质工具用碳钢，则在牌号最后附以“A”字。如T12A，表示平

均含碳量等于1. 2%的优质工具用碳钢。

热处理工艺和应用：工具用碳钢经热处理(淬火+低温回火)后具有高硬度，但是工具用碳钢的淬透性低，须用水作淬火介质(水中的临界淬透直径为

15~18 min，而油淬的临界淬透直径为5-7 mm，容易产生淬火变形，特别

是形状复杂的工具，应该特别注意;其次是随着含碳量越多，碳化物的量

越多，回火稳定性小，热硬性差，刃部受热至200℃~250℃时，其硬度和

耐磨性已迅速下降。因此只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。

成为一名机械工程师需要具备哪些知识

成为一名机械工程师需要掌握的知识 注册机械工程师资格考试基础考试大纲 一.高等数学 1.1空间解析几何向量代数直线平面柱面旋转曲面二次曲面空间曲线 1.2微分学极限连续导数微分偏导数全微分导数与微分的应用 1.3积分学不定积分定积分广义积分二重积分三重积分平面曲线积分积分应用1.4无穷级数数项级数幂级数泰勒级数傅里叶级数 1.5常微分方程可分离变量方程一阶线性方程可降阶方程常系数线性方程 1.6概率与数理统计随机事件与概率古典概型一维随机变量的分布和数字特征数理统计的基本概念参数估计假设检验方差分析一元回归分析 1.7向量分析 1.8线性代数行列式矩阵n维向量线性方程组矩阵的特征值与特征向量二次型 二.普通物理 2.1热学气体状态参量平衡态理想气体状态方程理想气体的压力和温度的统计解释能量按自由度均分原理理想气体内能平衡碰撞次数和平均自由程麦克斯韦速率分布律功热量内能热力学第一定律及其对理想气体等值过程和绝热过程的应用气体的摩尔热容循环过程热机效率热力学第二定律及其统计意义可逆过程和不可逆过程熵 2.2波动学机械波的产生和传播简谐波表达式波的能量驻波声速超声波次声波多普勒效应

2.3光学相干光的获得杨氏双缝干涉光程薄膜干涉麦克尔干涉仪惠更斯——菲涅耳原理单缝衍射光学仪器分辨本领x射线衍射自然光和偏振光布儒斯特定律马吕斯定律双折射现象偏振光的干涉人工双折射及应用 三.普通化学 3.1物质结构与物质状态原子核外电子分布原子、离子的电子结构式原子轨道和电子云离子键特征共价键特征及类型分子结构式杂化轨道及分子空间构型极性分子与非极性分子分子间力与氢键分压定律及计算液体蒸气压沸点汽化热晶体类型与物质性质的关系 3.2溶液溶液的浓度及计算非电解质稀溶液通性及计算渗透压电解质溶液的电离平衡电离常数及计算同离子效应和缓冲溶液水的离子积及ph值盐类水解平衡及溶液的酸碱性多相离子平衡溶度积常数溶解度计算 3.3周期表周期表结构周期族原子结构与周期表关系元素性质氧化物及其水化物的酸碱性递变规律 3.4化学反应方程式化学反应速率与化学平衡化学反应方程式写法及计算反应热热化学反应方程式写法化学反应速率表示方法浓度、温度对反应速率的影响速率常数与反应级数活化能及催化剂化学平衡特征及平衡常数表达式化学平衡移动原理及计算压力熵与化学反应方向判断3.5氧化还原与电化学氧化剂与还原剂氧化还原反应方程式写法及配平原电池组成及符号电极反应与电池反应标准电极电势能斯特方程及电极电势的应用电解与金属腐蚀 3.6有机化学有机物特点、分类及命名官能团及分子结构式有机物的重要化学反应：加成取代消去氧化加聚与缩聚典型有机物的分子式、性质及用途：甲烷乙炔

《机械工程材料与热加工》考试重点

《机械工程材料与热加工》考试重点 1.刚度是表征金属材料抵抗弹性变形的能力 2.强度是金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和破坏的能力 3.断后伸长率：σ=(L 1 -L )/L *100% 4.断面收缩率：Ψ=(A 0-A 1 )/A *100% 5.疲劳强度是指金属材料经无穷多次应力循环而不发生疲劳破坏的最大应力值。它表征材料对疲劳破坏的抗力 6.硬度可分为：布氏硬度洛氏硬度维氏硬度 7.晶体可分为：单晶体多晶体 8.金属的结晶过程是由形核和长大两个基本过程组成的 9.变质处理：在浇注前向金属熔液中加入变质剂，促使晶粒细化，以达到提高力学性能的目的 10.同素异构转变：金属在固态下，随温度改变而发生晶体结构改变的现象 11.常见铁碳合金的基本组织：铁素体奥氏体渗碳体珠光体莱氏体 12.铁碳合金分类：<1>工业纯铁（W C ＜0.0218%） <2>碳钢（W C =0.0218%-2.11%）碳钢又分为 1）亚共析钢（W C ＜0.77%） 2）共析钢（W C =0.77%） 3）过共析钢（W C ＞0.77%） <3>白口铸铁（W C =2.11%-6.69%） 13.退火与正火的选用：从使用性来考虑：如果对钢件的性能要求不太高，可采 用正火作为最终热处理。但如果零件较大或者形状较复杂，正火有可能使零件产生较大的残余应力或变形开裂，这时候就选择退火。对力学性能要求较高，必须进行淬火+回火最终热处理零件，从减少变形和开裂倾向性来说，预备热处理应选用退火。 14.调质处理：钢件淬火及高温回火的复合热处理工艺，称为调质处理 15.淬透性：在规定条讲下，决定淬硬深度和硬度分布的特性，称为淬透性 16.钢的淬硬性：是指在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力。 17.渗碳钢制零件，一般采用渗碳淬火+低温回火 18.变形铝合金的分类：按性能特点和用途可分为防锈铝硬铝超硬铝锻铝 19.热脆现象：在热加工时，共晶体熔化而破坏了晶粒间的结合，造成脆性断裂 的现象，称为热脆现象 20.冷脆现象：能与铜形成脆性化合物，在冷变形加工时易产生破裂的现象。 21.合金的铸造性能是指合金在在铸造生产中所表现的工艺性能。合金的铸造性 能主要包括流动性和收缩等。 22.影响合金流动性的因素：（1）浇注温度 （2）化学成分 （3）铸型条件 23.产生热应力规律是，逐渐冷却较慢的后壁或心部存在拉伸应力，冷去较快的 薄壁或表层存在压缩应力。 24.预防热应力的基本途径是尽量减少铸件各部分的温度差，均匀地冷却 25.热裂：是在凝固后期，此时温度下的金属强度较低，如果金属较大的线收缩， 受到铸型或者型芯的阻碍，机械应力超过该温度下的金属强度，便产生热裂

机械工程材料与热处理

工程材料与热处理课程期末考查 授课学期2011 学年至2012 学年 第二学期 学院职业技术师范学院 专业机械设计制造及其自动化 学号201013201276 姓名屈定兵 任课教师李祖裕讲师 交稿日期2012年7月3日 成绩 阅读教师签名 日期

2011-2012学年第二学期工程材料与热处理 课程期末考查题目 课程代码：ZX323394 任课教师：李祖裕 一、基础知识（40分） 1. 机械工程材料的应用，主要根据材料的力学性能进行选材，以符合工程应用的条件。请叙述材料力学性能中： （1）强度指标：弹性极限、屈服强度、抗拉强度的定义和原理，并配必要的图表和计算公式进行说明； （2）塑性指标：延伸率和断面收缩率的定义，并配备必要的公式进行说明； （3）硬度指标：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度的测试方法，以及三者之间的近似换算方法（公式），并简述各种硬度测试的应用范围。 2. 简述常见三种金属晶格的类型，并通过绘制晶胞简图，对比三种晶格类型的差异。 3. 完成下列合金材料的内容： （1）简述相，元，合金系，组织，固溶体，金属化合物的概念； （2）举例说明二元合金、三元合金的组成，简述固溶体和金属化合物的异同。 4. 下图为工业用Cu-Ni 合金相图。其中A 点为纯铜熔点，B 点为纯镍的熔点。请完成以下内容： （1）简述什么是均晶相图； （2）在两图中标示出液相区（L ）、固相区（α）和固液两相区（L+α）； （3）指出图（a ）中的液相线和固相线。 Ni /%A 温度/℃(a) Cu-Ni合金相图(b) Cu-Ni合金冷却 时的结晶 5.绘制Pb-Sn 的合金相图，并简要介绍相图的含义。 6.描述纯铁在结晶后继续冷却至室温的过程中，所发生的晶格转变过程，简述纯铁同素异构转变现象的意义。 7.简述纯铁、钢和铸铁的区别。 8.针对铁碳二元合金，完成以下内容： （1）详细介绍铁碳合金中的相结构； （2）绘制铁碳二元合金相图（可绘制简化图）；

机械工程材料与热加工工艺-(1)

第一章 金属材料的力学性能 1. 什么是应力？什么是应变？ 2. 缩颈现象在力—拉伸图上哪一点？如果没有出现缩颈现象，是否表示该试样没发生塑性变形？ 3. 将钟表发条拉直是弹性变形还是塑性变形？怎样判断它的变形性质？ 4. 布氏和洛氏硬度各有什么优缺点？下列情况采用哪种硬度法来检查其硬度： 库存钢材，硬质合金刀头，锻件，台虎钳钳口。 5. 下列符号所代表的力学性能指标的名称和含义是什么： 0.21,,,,,,,,,,,.s b k E HRC HBS HBW HV σσσσδψα- 洛氏硬度的测试规范 标尺 压头 总载荷／N 适用测试材料 有效值 HRA 1200金刚石圆锥体 600 硬质合金，表面 淬火钢 70-85 HRB 1.588mm φ淬火钢球 1000 退火钢，非铁合 金 25-100 HRC 1200金刚石圆锥体 1500 一般淬火钢件 20-67 第二章 金属及合金的结构与结晶 1. 名词解释：金属键，晶体，晶格，配位数，致密度，单晶体，多晶体，晶体缺陷，相，固溶体，金属化合物，相图。 2. 简述金属的结晶过程。 3. 金属的晶粒粗细对其力学性能有什么影响。 4. 典型金属铸锭组织有哪几部分组成？影响金属铸锭组织的因素有哪些？ 第三章 铁碳合金相图 1. 什么是同素异构转变？室温和11000C 时纯铁晶格有什么不同？ 和组织名称。 4. 分析在缓慢冷却条件下，45钢和T10钢的结晶过程和室温组织。 5. 含碳量对碳钢组织与性能有哪些影响？

第四章 钢的热处理 1. 什么叫热处理？常用热处理的方法大致分为哪几类？ 2. 简述钢在加热时奥氏体的形成过程，影响奥氏体晶粒长大的因素有哪些？ 3. 简述过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能？影响过冷奥氏体转变的因素有哪些？ 4. 在连续冷却转变中如何应用过冷奥氏体等温转变？ 5. 什么叫退火？什么叫正火？两者的特点和用途有什么不同？ 6. 亚共析钢的淬火为何是3(3050)c A C +-??过高或过低有什么弊端？ 7. 什么叫钢的淬透性和淬硬性？影响钢的淬透性的因素有哪些？ 8. 碳钢在油中淬火的后果如何？为什么合金钢可以在油中淬火？ 9. 钢在淬火后为什么要回火？三种类型回火的用途有什么不同？汽车发动机缸盖螺钉应采用哪种回火？为什么？ 10. 锯条，大弹簧，车床主轴，汽车变速器齿轮的最终热处理有何不同？ 11. 用T12钢制造钢件，请填写工艺结构方框图中的处理工序名称： 12. 在普通热处理中，加热后进行保温的作用是什么？感应加热表面淬火是否需要保温，化学热处理的保温有何特点？为什么？ 第五章 工业用钢 1. 填表 钢号 所属类别 大致含碳量（%） 性能特征 用途举例 Q235-A-F 45 T10A 16Mn 20CrMnTi 9CrSi 2. 仓库中储存了相同规格的20钢，45钢和T10圆钢，请找出一种较为简便的区分方法。、 3. 现拟制造如下产品，请选用适用的钢号： 六角螺钉，车床主轴，钳工錾子，液化石油气罐，活扳手,脸盆,自行车弹簧，钢锉，铣刀，门窗合页。

机械工程材料试题及答案二

机械工程材料试卷二一、名词解释：（１０分） １、固溶强化； ２、加工硬化； ２、合金强化； ４、热处理； ５、细晶强化； 二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法（30分）

三、分析（20分） 车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，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 2、正火的目的和大致热处理工艺 3、调质目的和大致热处理工艺 4、表面淬火目的 5．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。 四、选择（20分） １．合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（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）上述说法都不全面 ２．适合制造渗碳零件的钢有（c）。 （a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A （b）45、40Cr、65Mn、T12 （c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi ３．要制造直径16mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c ）（a）45钢经正火处理（b）60Si2Mn经淬火和中温回火（c）40Cr钢经调质处理 4．制造手用锯条应当选用（a ） （a）T12钢经淬火和低温回火（b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火（c）65钢淬火后中温回火 5．高速钢的红硬性取决于（b ） （a）马氏体的多少（b）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量（c）钢中的碳含量6．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c ）（a）60钢渗碳淬火后低温回火（b）40Cr淬火后高温回火（c）20CrMnTi渗碳淬火后低温回火 7．65、65Mn、50CrV等属于哪类钢，其热处理特点是（c ） （a）工具钢，淬火+低温回火（b）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火（c）弹簧钢，淬火+中温回火 8. 二次硬化属于（d） （a）固溶强化（b）细晶强化（c）位错强化（d）第二相强化 9. 1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（b） （a）获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性 （b）获得单一的奥氏体组织，提高抗腐蚀性，防止晶间腐蚀（c）降低硬度，便于切削加工 １０.推土机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击，应选择用（b ） （a）20Cr渗碳淬火后低温回火（b）ZGMn13—3经水韧处理（c）W18Cr4V淬火后低温回火

机械工程材料基本知识点

晶体缺陷： 点缺陷（空位、间隙原子、异类原子微观影响：晶格畸变）线缺陷（位错；极为重要的晶体缺陷，对金属强度、塑性、扩散及相变有显著影响）面缺陷（晶界、亚晶界） 合金相结构 :相是指系统中均匀的、与其他部分有界面分开的部分。相变：相与相的转变。按结构特点:固溶体、化合物、非晶相。 固溶体:指溶质原子溶入溶剂中所形成的均一结晶相。其晶体结构与溶剂相同。置换固溶体（溶质原子占溶剂晶格结点位置形成的固溶体）间隙固溶体:溶质原子处于溶剂晶格间隙所形成的固溶体 结晶： 材料从液态向固态的凝固成晶体的过程。 基本规律:晶核形成和长大交替进行。包括形核和核长大俩个过程， 影响形核率和成长率的因素：过冷度、不容杂志、振动和搅拌 变质处理：金属结晶时，有意向金属溶液中加入某种难溶物质，从而细化晶粒，改善金属性能 调质处理:淬火和高温回火 同素异构转变;固态金属由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变。 合金的组织决定合金的性能 金属材料的强化 本质;阻碍晶体位错的运动 强化途径:形变强化（冷加工变形）、固溶强化（形成固溶体）、第二相强化、细晶强化（晶粒粒度的细化） 钢的热处理 预先热处理：正火和退火 最终热处理：淬火和回火 退火：将钢加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。目的：降低硬度，提高塑性，改善切削性能；消除钢中内应力；细化晶粒，改善组织，为随后的热处理做组织上的准备。常用：完全退火Ac3以上30-50度（适用亚共析钢和合金钢，不适应低碳钢和过共析钢）得到组织为铁素体和珠光体，等温退火：适用某些奥氏体比较稳定的合金钢，加热和保温同完全退火，使奥氏体转变为珠光体，球化退火：温度略高于Ac1，适用过共析钢和合金工具钢，得到组织球状珠光体，去应力退火：Ac1以下100-200度，不发生组织变化，另外还有再结晶退火和扩散退火。 正火：亚共析钢Ac3以上30-50度，过共析钢Accm以上30-50度，保温后空冷获得细密而均匀的珠光体组织。目的:调整钢的硬度，改善加工性能；消除钢中内应力，细化晶粒，改善组织，为随后的热处理做组织上的准备。主要作用:作为低、中碳钢的预先热处理；消除过共析钢中的网状二次渗碳体，为球化退火做准备；作为普通件的最终热处理。 退火和正火区别：冷却速度不同，正火快，得到珠光体组织细，因而强度和硬度也高。实际中，如果俩者均能达到预先热处理要求时，通常选正火 淬火：加热到Ac1或Ac3以上某个温度，保温后以大于临界冷却速度冷却，使A转变为M 的热处理工艺.目的：获得马氏体或下贝氏体组织。温度：亚共析钢Ac3上30-50度，组织为M+少量A残，共析钢和过共析钢Ac1上30-50度，组织M+粒状Fe3C+少量A残 要求:淬火冷却速度必须大于临界冷却温度Vk.常用方法;单液、双液、分级、等温、局部淬火 回火：淬火以后的工件加热到Ac1以下某个温度，保温后冷却的一种热处理工艺.目的：降

机械工程材料及热加工工艺试题及答案

一、名词解释： １、固溶强化：固溶体溶入溶质后强度、硬度提高，塑性韧性下降现象。 ２、加工硬化：金属塑性变形后，强度硬度提高的现象。 ２、合金强化：在钢液中有选择地加入合金元素，提高材料强度和硬度 ４、热处理：钢在固态下通过加热、保温、冷却改变钢的组织结构从而获得所需性能的一种工艺。５、细晶强化：晶粒尺寸通过细化处理，使得金属强度提高的方法。 二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法 三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，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、正火的目的和大致热处理工艺细化晶粒，消除应力；加热到Ac3＋50℃保温一段时间空冷 3、调质目的和大致热处理工艺强度硬度塑性韧性达到良好配合淬火＋高温回火 4、表面淬火目的提高轴颈表面硬度 5．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。去除表面淬火热应力，表面M＋A’心部S回 四、选择填空（20分） １．合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（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）上述说法都不全面 ２．适合制造渗碳零件的钢有（c）。 （a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A （b）45、40Cr、65Mn、T12 （c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi ３．要制造直径16mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c ）（a）45钢经正火处理（b）60Si2Mn经淬火和中温回火（c）40Cr钢经调质处理 4．制造手用锯条应当选用（a ） （a）T12钢经淬火和低温回火（b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火（c）65钢淬火后中温回火 5．高速钢的红硬性取决于（b ） （a）马氏体的多少（b）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量（c）钢中的碳含量6．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c ）（a）60钢渗碳淬火后低温回火（b）40Cr淬火后高温回火（c）20CrMnTi渗碳淬火后低温回火 7．65、65Mn、50CrV等属于哪类钢，其热处理特点是（c ） （a）工具钢，淬火+低温回火（b）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火（c）弹簧钢，淬火+中温回火 8. 二次硬化属于（d） （a）固溶强化（b）细晶强化（c）位错强化（d）第二相强化 9. 1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（b） （a）获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性

材料成型及控制工程.doc

目标 本专业培养具备材料科学与工程的理论基础、材料成型加工及其控制工程、模具 材料成型及控制工程 设计制造等专业知识，能在机械、模具、材料成型加工等领域从事科学研究、应用开发、工艺与设备的设计、生产及经营管理等方面工作的高级工程技术人才和管理人才。本专业分为四个培养模块： （一）焊接成型及控制： 培养能适应社会需求，掌握焊接成型的基础理论、金属材料的焊接、焊接检验、焊接方法及设备、焊接生产管理等全面知识的高级技术人才。 （二）铸造成型及控制 这是目前社会最需要人才的专业之一。主要有砂型铸造、压力铸造、精密铸造、金属型铸造、低压铸造、挤压铸造等专业技术及专业内新技术发展方向。

（三）压力加工及控制 分为锻造和冲压两大专业方向，在国民经济中起到非常重要的作用。 （四）模具设计与制造： 掌握材料塑性成型加工的基础理论、模具的设计与制造、模具的计算机辅助设计、材料塑性加工生产管理等全面知识的高级技术人才。 编辑本段课程设置 由于材料成型与控制包括焊接、铸造、压力加工、模具设计四个方面，每个方面之间差别较大。因而课程开设将依据学校的侧重点而异。 主要课程：高等数学、大学物理、基础外语、马克思主义哲学原理、计算机应用、机械制图、电工电子技术、金属学、材料冶金与成型工艺、材料成型设备及方法、材料成型微机应用、先进制造技术、检测技术与控制工程、技术经济、CAD/CAM基础、表面工程学、焊接冶金学、金属材料焊接、焊接方法与焊接设备、焊接检验、塑性成型理论、橡塑材料成型工艺学、橡塑成型模具、金属冲压工艺与模具设计、模具制造技术等专业基础和专业课程知识等等。

主要实践性教学环节：包括金工实习、机械热加工实习、机械设计课程设计、专业实习、综合设计、毕业设计（论文）等。 主要专业实验：包括材料冶金与成型工艺综合实验、材料成型设备方法综合实验、材料成型自动控制综合实验等。 编辑本段培养特色 本专业涉及的知识面广、信息量大，注重英语能力、计算机能力和实际动手能力的培养，使学生具有很强的适应能力、创新能力、分析和解决问题的能力。另外还注重学生的素质教育，培养富有创新精神的高素质复合型人才。 编辑本段就业去向 本专业具有工学学士、工学硕士和工学博士学位的授予权，学生可以选择进一步深造。学

机械制造技术基础知识点整理讲解学习

机械制造技术基础知 识点整理

1.制造工艺过程：技术准备，机械加工，热处理，装配等一般称为制造工艺过程。 2.机械加工由若干工序组成。工序又可分为安装，工位，工步，走刀。 3.按生产专业化程度不同可将生产分为三种类型：单件生产，成批（小批,中批,大批）生产，大量生产。 4.材料去除成型加工包括传统的切削加工和特种加工。 5.金属切削加工的方法有车削，钻削，镗削，铣削，磨削，刨削。 6.工件上三个不断变化的表面待加工表面，过渡表面（切削表面），已加工表面。（详见P58） 7.切削用量是以下三者的总称。 （1）切削速度，主运动的速度。 （2）进给量，在主运动一个循环内刀具与工件之间沿进给方向相对移动的距离。 （3）背吃刀量工件上待加工表面和已加工表面件的垂直距离。 8.母线和导线统称为形成表面的发生线。 9.形成发生线的方法成型法，轨迹法，展成法，相切法。 10.表面的成型运动是保证得到工件要求的表面形状的运动。 11.机床的分类：（1）按机床万能性程度分为：通用机床，专门化机床，专用机床。 （2）按机床精度分为：普通机床，精密机床，高精度机床。 （3）按自动化程度分为：一般机床，半自动机床，自动机床。 （4）按重量分为：仪表机床，一般机床，大型机床，重型机床。 （5）按机床主要工作部件数目分为：单刀机床，多刀机床，单轴机床，多轴机床。 （6）按机床具有的数控功能分:普通机床，一般数控机床，加工中心，柔性制造单元等。 12.机床组成：动力源部件，成型运动执行件，变速传动装置，运动控制装置，润滑装置，电气系统零部件，支承零部件，其他装置。

13.机床上的运动：（1）切削运动（又名表面成型运动），包括： 1、主运动使刀具与工件产生相对运动，以切削工件上多余金属的基本运 动。 2、进给运动不断将多余金属层投入切削，以保证切削连续进行的运 动。（可以是一个或几个） （2）辅助运动。分度运动，送夹料运动，控制运动，其他各种空程运动 14.刀具分类： （1）按刀具分为切刀，孔加工刀具，铣刀，拉刀，螺纹刀具，齿轮刀具，自动化加工刀具。 （2）按刀具上主切削刃多少分为单刃刀具，多刃刀具。 （3）按刀具切削部分的复杂程度分为一般刀具，复杂刀具。 （4）按刀具尺寸和工件被加工尺寸的关系分为定尺寸刀具，非定尺寸刀具。 （5）按刀具切削部分本身的构造分为单一刀具和复杂刀具。 （6）按刀具切削部分和夹持部分之间的结构关系分为整体式刀具和装配式刀具。 15.切刀主要包括车刀，刨刀，插刀，镗刀。 16.孔加工刀具有麻花钻，中心钻，扩孔钻，铰刀等。 17.用得最多的刀具材料是高速钢和硬质合金钢。 18.高速钢分普通高速钢和高性能高速钢。 19.高性能高速钢分钴高速钢，铝高速钢，高钒高速钢。 20.刀具的参考系分为静止（标注）角度参考系和工作角度参考系。 21.静止（标注）角度参考系由主运动方向确定，工作角度参考系由合成切削运动方向确定。 22.构成刀具标注角度参考系的参考平面有基面，切削平面，正交平面，法平面，假定工作平面，背平面。

机械工程材料与热处理A试卷

成都工业学院 2013－2014学年第一学期考试试卷 1、满分100分。要求卷面整洁、字迹工整、无错别字。 2、考试必须将姓名、班级、学号完整、准确、清楚地填写在试卷规定地方，否则视为废卷。 3、考试必须在签到单上签到，若出现遗漏，后果自负。 4、答案请全部填写在试卷上，否则不给分。 试题 一、填空题 (每空0.5分,共35分) 1. 在静载荷作用下，金属抵抗塑性变形或断裂的能力称为（强度）；其常用指标的名称及符号分别是（弹性极限）符号（）、（屈服强度）符号（）、（抗拉强度）符号（）。 2. 金属常见的晶体结构有（体心立方）、（面心立方）和（密排六方）等三种；其中，（面心立方）结构的金属塑性最好，（体心立方）结构的金属塑性次之，（密排六方）结构的金属塑性最差。合金的基本相结构分别是（固溶体）和（金属化合物）；工程用合金主要是以（固溶体）为基体，在基体中分布有（金属化合物）。 3. 金属结晶的过程是（形核）和（长大）的过程。金属结晶后的晶粒愈细小，其(硬度)愈高，且（塑性）和（韧性）也愈好。 4. 钢的热处理是指将钢在固态下经过（加热）、（保温）和（冷却），以获得所需（组织）和（性能）的工艺方法。通过适当的热处理，能显著提高钢的（力学性能），以满足零件的使用要求；能改善钢的（加工工艺），以提高生产率和加工质量；能消除钢在加工过程中产生的（内应力），以稳定零件的形状和尺寸。按其原理不同分为(一般)热处理、(表面)处理和（其他）处理等三大类。 5. 淬火是指将钢加热至（奥氏体）状态，然后以大于(临界冷却速度)的冷却速度快冷至室温以获得高硬度(马氏体)组织的热处理工艺。回火是指将淬火钢在（A1）温度以下重新加热、保温和冷却的热处理工艺。根据回火温度范围不同，回火分为（低温）回火、（中温）回火和（高温）回火等三种；其中，淬火和（高温）回火的复合热处理称为调质。 6. 根据形态不同，马氏体分为（板条状）和（针状）两种；其中，（针状）硬度高而塑性差。

机械工程材料及其成型技术期末考试试题及其答案( 内容超好)

一、名词解释 1、固溶体:溶质原子溶入溶剂中形成均匀单一的结晶相 2、退火把钢加热到ＡＣ１以上或以下的温度保温一段时间，随炉缓慢冷却的热处理加工工艺 3、焊接性: 金属材料在一定的焊接工艺条件下获得优质焊接接头的难易程度 4.可锻性(金属塑形变形能力);金属材料经过塑形加工时,其成形难易程度的工艺指标(随着含碳量增加，可锻性下降。因为含碳量越高强度硬度越高，塑性韧性越差。) 5.冲压成形技术:利用冲模使得板料产生分离或者变形以获得零件加工的方法 冲压成形基本工序:分离工序(落料,冲孔,切断,修整)和变形工序(弯曲拉深翻边) 6.焊接接头组成:焊缝区熔合区焊接热影响区(过热区(热影响区性能最差) 正火区(热影响区综合性能最好的) 部分相变区) 7. 焊接应力产生原因: 焊接过程中受到不均匀的加热和冷却 减小焊接应力和变形:反变形法刚性固定法合理的焊接顺序 8.相:成份,结构,性能相同并与其他部分有界面分开的均匀组成部分 9.药皮>产生熔渣气体保护熔池金属不被氧化,机械保护作用稳定电弧 焊条焊芯,>>填充金属用作电弧电极 二、填空题 1、钢的高温回火温度范围在____５００－６５０℃ _____________，回火后的组织为______回火索氏体S回________(低 温回火(150-250℃)…回火马氏体,中温回火350-500回火托氏体)。 2、填出下列力学性能指标的符号：屈服强度_σs ，洛氏硬度Ｃ 标尺_HRC ______，冲击韧性_____Ak___。 3、常见金属的晶格类型有____体心立方___________ 、 ___________面心立方晶格____、__密排六方__________等。α-Fe属 于_____体心立方_____晶格，γ-Fe属于___面心立方_______晶格。 4、钢的热处理是通过钢在固态下的___加热____、____保温___

机械工程师知识要求教学提纲

机械工程师知识要求

机械工程师的知识要求： Ⅰ.基本要求 1．熟练掌握工程制图标准和表示方法。掌握公差配合的选用和标注。 2．熟悉常用金属材料的性能、试验方法及其选用。掌握钢的热处理原理，熟悉常用金属材料的热处理方法及其选用。了解常用工程塑料、特种陶瓷、光纤和纳米材料的种类及应用。3．掌握机械产品设计的基本知识与技能，能熟练进行零、部件的设计。熟悉机械产品的设计程序和基本技术要素，能用电子计算机进行零件的辅助设计，熟悉实用设计方法，了解现代设计方法。 4．掌握制订工艺过程的基本知识与技能，能熟练制订典型零件的加工工艺过程，并能分析解决现场出现的一般工艺问题。熟悉铸造、压力加工、焊接、切（磨）削加工、特种加工、表面涂盖处理、装配等机械制造工艺的基本技术内容、方法和特点并掌握某些重点。熟悉工艺方案和工艺装备的设计知识。了解生产线设计和车间平面布置原则和知识。 5．熟悉与职业相关的安全法规、道德规范和法律知识。熟悉经济和管理的基础知识。了解管理创新的理念及应用。 6．熟悉质量管理和质量保证体系，掌握过程控制的基本工具与方法，了解有关质量检测技术。 7．熟悉计算机应用的基本知识。熟悉计算机数控（CNC）系统的构成、作用和控制程序的编制。了解计算机仿真的基本概念和常用计算机软件的特点及应用。 8．了解机械制造自动化的有关知识。 Ⅱ.考试内容 一、工程制图与公差配合 1．工程制图的一般规定 （1）图框 （2）图线 （3）比例 （4）标题栏 （5）视图表示方法 （6）图面的布置 （7）剖面符号与画法 2．零、部件（系统）图样的规定画法 （1）机械系统零、部件图样的规定画法（螺纹及螺纹紧固件的画法齿轮、齿条、蜗杆、蜗轮及链轮的画法花键的画法及其尺寸标注弹簧的画法） （2）机械、液压、气动系统图的示意画法（机械零、部件的简化画法和符号管路、接口和接头简化画法及符号常用液压元件简化画法及符号） 3．原理图

机械工程材料基础知识大全

《机械工程材料》 基础篇 一：填空 1. 绝大多数金属具有体心立方、面心立方、和密排立方三种类型，α－Fe是体心立方类型，其实际原子数为 2 。 2．晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、和面缺陷。 3．固溶体按溶质原子在晶格位置分为置换固溶体、间隙固溶体。 4．铸造时常选用接近共晶成分（接近共晶成分、单相固溶体）的合金。5．金属的塑性变形对金属的组织与性能的影响晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性、晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化、织构现象的产生。6．金属磨损的方式有粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损。 7.金属铸件否（能、否）通过再结晶退火来细化晶粒。 8．疲劳断裂的特点有应力低于抗拉极限也会脆断、断口呈粗糙带和光滑带、塑性很好的材料也会脆断。 9．钢中含硫量过高的最大危害是造成热脆。 10．珠光体类型的组织有粗珠光体、索氏体、屈氏体。 11．正火和退火的主要区别是退火获得平衡组织；正火获得珠光体组织。 12. 淬火发生变形和开裂的原因是淬火后造成很大的热应力和组织应力。 13. 甲、乙两厂生产同一批零件，材料均选用45钢，甲厂采用正火，乙厂采用调质，都达到硬度要求。甲、乙两厂产品的组织各是铁素体＋珠光体、回火索氏体。 14．40Cr，GCr15，20CrMo，60Si2Mn中适合制造轴类零件的钢为 40Cr 。15．常见的普通热处理有退火、正火、淬火、回火。 16．用T12钢制造车刀，在切削加工前进行的预备热处理为正火、 球化退火。 17．量具钢加工工艺中，在切削加工之后淬火处理之前可能的热处理工序为调质（退火、调质、回火）。 18．耐磨钢的耐磨原理是加工硬化。 19．灰口铸铁铸件薄壁处出现白口组织，造成切削加工困难采取的热处理措施为高温退火。 20、材料选择的三原则一般原则，工艺性原则，经济性原则。 21．纯铁的多晶型转变是α-Fe→γ-Fe→δ-Fe 。 22．面心立方晶胞中实际原子数为 4 。 23．在立方晶格中，如果晶面指数和晶向指数的数值相同时，那么该晶面与晶向间存在着晶面与晶向相互垂直关系。 24．过冷度与冷却速度的关系为冷却速度越大过冷度越大。 25．固溶体按溶质原子在晶格中位置可分为间隙固溶体、置换固溶体。26．金属单晶体滑移的特点是滑移只能在切应力下发生、滑移总是沿原子密度最大的晶面和晶向进行、滑移时必伴随着晶体向外力方向转动。 27．热加工对金属组织和性能的影响有消除金属铸态组织的缺陷、改变内部夹杂物的形态与分布。

机械工程材料与热加工工艺-(1)

机械工程材料与热加工工艺 -⑴ 第一章金属材料的力学性能 1.什么是应力？什么是应变？ 2.缩颈现象在力一拉伸图上哪一点？如果没有出现缩颈现象，是否表示该试样 没发生塑性变形？ 3.将钟表发条拉直是弹性变形还是塑性变形？怎样判断它的变形性质？ 4.布氏和洛氏硬度各有什么优缺点？下列情况采用哪种硬度法来检查其硬度： 库存钢材，硬质合金刀头，锻件，台虎钳钳口。 5.下列符号所代表的力学性能指标的名称和含义是什么： E, 6,6,6.2,二」，、,'一，:k,HRC, HBS,HBW ,HV . 洛氏硬度的测试规范 标尺压头 总载荷 / N 适用测 试材料 有效值 HRA 1200金刚石 圆锥体 600 硬质合 金，表面 淬火钢 70-85

HRB?1.588mm 淬火 钢球1000 退火钢， 非铁合金25-100 HRC 120°金刚石 圆锥体 1500 般淬 火钢件 20-67第二章金属及合金的结构与结晶 1.名词解释：金属键，晶体，晶格，配位数，致密度，单晶体，多晶体，晶体 缺陷，相，固溶体，金属化合物，相图。 2.简述金属的结晶过程。 3.金属的晶粒粗细对其力学性能有什么影响。 4.典型金属铸锭组织有哪几部分组成？影响金属铸锭组织的因素有哪些？

第三章铁碳合金相图 1.什么是同素异构转变？室温和110C°C时纯铁晶格有什么不同? 填表： 3■试绘简化的铁碳合金状态图中钢的部分，标出各特性点的符号，填写各区相和组织名称。 4.分析在缓慢冷却条件下，45钢和T10钢的结晶过程和室温组织。 5.含碳量对碳钢组织与性能有哪些影响？ 第四章钢的热处理 1.什么叫热处理？常用热处理的方法大致分为哪几类？ 2.简述钢在加热时奥氏体的形成过程，影响奥氏体晶粒长大的因素有哪些？ 3.简述过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能？影响过冷奥氏体转变的因素 有哪些？ 4.在连续冷却转变中如何应用过冷奥氏体等温转变？ 5.什么叫退火？什么叫正火？两者的特点和用途有什么不同？ 6.亚共析钢的淬火为何是A c「(30 -50 C) ?过高或过低有什么弊端? 7.什么叫钢的淬透性和淬硬性？影响钢的淬透性的因素有哪些？ &碳钢在油中淬火的后果如何？为什么合金钢可以在油中淬火？ 9.钢在淬火后为什么要回火？三种类型回火的用途有什么不同？汽车发动机

第1章机械工程材料基本知识

第1章机械工程材料基本知识 1.1 金属材料的力学性能 任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式外力的作用。如起重机上的钢索，受到悬吊物拉力的作用；柴油机上的连杆，在传递动力时，不仅受到拉力的作用，而且还受到冲击力的作用；轴类零件要受到弯矩、扭力的作用等等。这就要求金属材料必须具有一种承受机械荷而不超过许可变形或不破坏的能力。这种能力就是材料的力学性能。金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在外力作用下表现出力学性能的指标。 1.1.1 强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。强度指标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，符号为σ，单位为MPa。 工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。屈服强度是指金属材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用σs 表示。抗拉强度是指金属材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力值，用σb表示。 对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是零件强度设计的依据；对于因断裂而失效的零件，而用抗拉强度作为其强度设计的依据。 1.1.2 塑性 塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。 工程中常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号δ表示。断面收缩率指试样拉断后，断面缩小的面积与原来截面积之比，用 表示。 伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件，也是保证机械零件工作安全，不发生突然脆断的必要条件。 1.1.3 硬度

机械工程材料课后习题参考答案

机械工程材料 思考题参考答案 第一章金属的晶体结构与结晶 1．解释下列名词 点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体， 过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。 答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。 线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。如位错。 面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。如晶界和亚晶界。 亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。 亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。 刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。 滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。如果相对滑移的结果上半部 分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃 口，故称“刃型位错”。 单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。 多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。

过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。 非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率， 细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。 变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。 2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？ 答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格； α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格； γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格； Mg、Zn属于密排六方晶格； 3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？ 答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。晶体中配位数和致密度越大，则晶体中原子排列越紧密。 4.晶面指数和晶向指数有什么不同？ 答：晶向是指晶格中各种原子列的位向，用晶向指数来表示，形式为[] uvw；晶面是指晶格中不同方位上的原子面，用晶面指数来表示，形式为() hkl。 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？ 答：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崎变，从而使晶体强度增

机械工程材料基本知识

机械工程材料基本知识 1.1 金属材料的力学性能 任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式外力的作用。如起重机上的钢索，受到悬吊物拉力的作用；柴油机上的连杆，在传递动力时，不仅受到拉力的作用，而且还受到冲击力的作用；轴类零件要受到弯矩、扭力的作用等等。这就要求金属材料必须具有一种承受机械荷而不超过许可变形或不破坏的能力。这种能力就是材料的力学性能。金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在外力作用下表现出力学性能的指标。 1.1.1强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。强度指标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，符号为c,单位为MPa 工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。屈服强度是指金属材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用③ 表示。抗拉强度是指金属材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力值，用c表示。 对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是零件强度设计的依据；对于因断裂而失效的零件，而用抗拉强度作为其强度设计的依据。 1.1.2塑性 塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。 工程中常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号S表示。断面收缩率指试样拉断后，断面缩小的面积与原来截面积之比，用表示。 伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件，也是保证机械零件工作安全，不发生突然脆断的必要条件。 1.1.3 硬度 硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力。硬度的测试方法很多，生产

机械工程材料试题及答案

一、名词解释：（１０分） １、固溶强化：固溶体溶入溶质后强度、硬度提高，塑性韧性下降现象。（2分） ２、加工硬化：金属塑性变形后，强度硬度提高的现象。（2分） ２、合金强化：在钢液中有选择地加入合金元素，提高材料强度和硬度（2分） ４、热处理：钢在固态下通过加热、保温、冷却改变钢的组织结构从而获得所需性能的一种工艺。５、细晶强化：通过细化晶粒处理，使得金属强度提高的方法。（2分） 二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法（30分）（每空1分）

三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，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（4分） 2、正火的目的和大致热处理工艺细化晶粒，消除应力；加热到Ac3＋50℃保温一段时间空冷（4分） 3、调质目的和大致热处理工艺强度硬度塑性韧性达到良好配合淬火＋高温回火（4分 4、表面淬火目的提高轴颈表面硬度（4分） １．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。去除表面淬火热应力，表面M＋A’心部S回。 （4分） 四、选择填空（20分）（每空2分） 1．合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（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）上述说法都不全面 2．适合制造渗碳零件的钢有（c）。 （a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A （b）45、40Cr、65Mn、T12 （c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi 3．要制造直径16mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c ）（a）45钢经正火处理（b）60Si2Mn经淬火和中温回火（c）40Cr钢经调质处理 4．制造手用锯条应当选用（a ） （a）T12钢经淬火和低温回火（b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火（c）65钢淬火后中温回火 5．高速钢的红硬性取决于（b ） （a）马氏体的多少（b）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量（c）钢中的碳含量6．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c ）（a）60钢渗碳淬火后低温回火（b）40Cr淬火后高温回火（c）20CrMnTi渗碳淬火后低温回火 7．65、65Mn、50CrV等属于哪类钢，其热处理特点是（c ） （a）工具钢，淬火+低温回火（b）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火（c）弹簧钢，淬火+中温回火 8. 二次硬化属于（d） （a）固溶强化（b）细晶强化（c）位错强化（d）第二相强化 9. 1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（b） （a）获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性 （b）获得单一的奥氏体组织，提高抗腐蚀性，防止晶间腐蚀（c）降低硬度，便于切削加工