《工程材料学》试卷__A-参考答案(2012年05月10日)

材料科学与工程学院试卷

（闭卷，A卷） 考试科目： 工程材料学 班 级：

考试日期： 2012年5月10日

姓名： 班级： 学号：

评 分

题号 得分

总分：

题号 得分 评卷人：

1

一、选择（将正确选项的字母填在题干后的括号内） （共30分，每个1.5分）

1. 莱氏体是一种 C 。 A．固溶体 B．金属化合物 C．机械混合物 D．单相组织金属

2. 在室温下，把铁丝反复弯折，会越弯越硬，直到断裂；而铅丝在反复弯折下，却总是处于软态，其原因是__C_____。

A: 在室温下铁发生加工硬化，但不发生再结晶；铅不发生加工硬化，也不发生再结晶;

B: 在室温下铁发生加工硬化，发生再结晶；铅发生加工硬化，不发生再结晶; C: 在室温下铁发生加工硬化，不发生再结晶；铅发生加工硬化，发生再结晶; D: 在室温下铁发生加工硬化，不发生再结晶：铅发生加工硬化 ，不发生再结晶。 3．对纯铜加入锌变为黄铜，发现强度升高的现象叫 （ B ） A. 细晶强化 B. 固溶强化 C. 弥散强化 D. 加工硬化

4 液态凝固过程中，下列恒温转变属于共析反应的是 （ B ） A L→α+β B γ→α+β C L+α→β D α+β→γ

5．室温下，既提高强度，又降低脆性的金属强化方法是 ( C ) A. 固溶强化 B. 弥散强化 C. 细晶强化 D. 加工硬化

6．关于马氏体的硬度，正确的说法是 （B ） A. 马氏体内含合金元素越多，则硬度越高 B. 马氏体内含碳越多，则硬度越高

2

C. 马氏体内杂质越少，则硬度越高 D. 马氏体针片越粗，则硬度越高

7、亚共晶白口铁的平衡组织为 D 。 A、P B、P+F C、Ld¹＋Fe3CⅠ D、Ld¹＋Fe3CⅡ+P

8.金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫（ A）。 A.强度 B.硬度 C.塑性 D.弹性

9、通常，实际液态金属结晶时，过冷度越大，则（ C）。ABCD

10. 制备金相试样的正确步骤是 （ A） A. 取样 → 镶样 → 打平 → 磨光 → 抛光 → 浸蚀 B. 取样 → 镶样 → 打平 → 磨光 → 浸蚀 → 抛光 C. 取样 → 打平 → 磨光 → 浸蚀 → 镶样 → 抛光 D. 取样 → 打平 → 磨光 → 浸蚀 → 抛光 → 镶样

11. 铸造性能最佳的合金应该是 C 成分的合金。 A. 固溶体 B. 亚共晶 C. 共晶 D. 过共晶

12. 选用45钢制造机床变速箱齿轮，要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，则其预先热处理及最终热处理的最佳方案应分别为 C 。

形核率N越大，生长速度G越小，所以晶粒越细小形核率N越小，生长速度G越大，所以晶粒越细小

形核率N增长越快，但生长速度G增长较慢，所以晶粒越细小 生长速度G增长越快，但形核率N增长较慢，所心晶粒越细小

3

A.球化退火；整体淬火+低温回火 B.完全退火；整体淬火+低温回火 C.正火；齿部表面淬火+低温回火 D.调质处理；齿部表面淬火+中温回火

13 都是冷作模具钢的一组是 （A ） A. T10A, Cr12MoV, CrWMn

B. 5CrNiMo, 5CrMnMo, 3Cr2W8V C. 1Cr13, 1Cr17, GCr15 D. 1Cr13, T10A, GCr15

14. 加热是钢进行热处理的第一步，其目的是使钢获得 B 。 A．均匀的基体组织 B．均匀的A体组织 C．均匀的P体组织 D．均匀的M体组织

15. 共析钢在奥氏体的连续冷却转变产物中，不可能出现的组织是 C 。 A．P B．S C．B D．M

16、 对于可热处理强化的铝合金，其热处理方法为 C 。 A

17．用来合成高聚物的低分子化合物称为 B A. 链节 B. 单体 C. 链段 D. 组元

淬火+中温回火 B再结晶退火 C固溶+时效 D变质处理

18、以60Si2Mn 钢制造的弹簧， 淬火后经450℃回火获得（B ）组织， 从而具有高

的弹性极限。

A、 回火马氏体； B、回火屈氏体； C、回火索氏体

19、 在体心立方中，原子密度最大的晶向是 C ：

A. <110> B. <100> C. <111> D. <112>

4

20 陶瓷材料的结合键一般为 （C ） A 金属键和离子键 B 离子键和分子键 C 共价键和离子键 D 共价键和金属键

二、试从以下材料中选出适当者填表,并选择适当的最终热处理工艺：、5CrNiMo、W18Cr4V、 4Cr13，GCr15 （共12分） 最终热处理工艺：（1）固溶热处理+去应力处理，

（2）高温加热淬火 +560℃多次回火，（3）淬火 + 高温回火，（4）淬火 + 低温回火 产品名称 热锻模 不锈钢容器 高速切削刀具 滚动轴承

选用材料 （选一种 最终热处理工艺名称 5CrNiMo、 （3） 4Cr13 （4） W18Cr4V （2） GCr15 （4） 材料的含碳量 0.5% 0.4% 1% 1%

三、在下面的立方晶胞中，

(1) 写出左图中晶面ABC的晶面指数和晶向AB的晶向指数； (2) 在右图中画出晶面（132）和晶向[2１2]。 （共8分） Z Z A C Y B X X 晶面ABC (11 1), 晶向AB [0 1 1]

5

Y 四．⑴根据Fe-Fe3C相图，T12钢在727℃发生的恒温转变是 A→F +Fe3C 。

⑵此转变结束后, 该钢种的相组成物是 F、Fe3C ，

组织组成物是 P+Fe3CⅡ ；

⑶该钢种室温平衡组织示意图是： (须标注组织组成物)（8分）

五. A为金属元素，B为非金属元素，形成二元相图如下图： 1）标出未标的相区，写出恒温反应式

2）画出Ⅱ合金平衡冷却曲线以及平衡结晶后组织示意图； 3）计算Ⅱ合金室温下相组成物及组织组成物相对含量。

4）试分析缓慢冷却速度对下图中Ⅰ合金凝固后显微组织的影响。（12分）

T L L→β L+α α+β L+β L→α+β β初+（α+β） t 冷却曲线

1) 三个相区（见图） （２分） 共晶反应 L→α+β （1分） 2） 见图 2分

3） Ⅱ合金室温下的平衡组织：β+(α+β) （0.5分） 相组成：α、β （0.5分） 组织组成物的相对含量： （１分）

6

共晶组织 W(α+β)=(90-80)/(90-50)%=25% 初生相 Wβ=(80-50)/(90-50)%=75%

相组成的相对含量α、β （１分） Wα=(90-80)/(90-5)%=11.8% Wβ=1- Wα=88.2%

组织示意图：

３） I合金 共晶温度的组织为α （２分） I合金 室温下的组织为α＋βⅡ

六、金属塑性变形后进行再结晶退火。其再结晶退火前后金属性能与组织有什么变化。纯铝的熔点为660℃，计算铝的再结晶温度（10分）

形变后组织变化：1）一般晶粒拉长、形成纤维状组织 2）组织内亚晶粒增多（微观上位错密度增大） 3）产生形变织构 （2分）

性能变化：1）出现加工硬化现象，硬度上升、强度上升、韧性与塑性下降 2）金属内部形成残余应力

3) 电阻增大（不作要求） （2分） 再结晶退火后 （4分）

组织：1）恢复为低位错密度的等轴新晶粒

性能：硬度、强度明显降低，塑性韧性大大提高，加工硬化消除，内应力消除。物理、化学性能基本恢复到变形前的水平。

Al的再结晶温度T再=0.4Tro=0.4(660+273) K=373.2K

T再==373.2-273=100.2℃ (2分)

七

7

10分)

答： （1）目的：在球化退火前通过正火来减少过共析钢的二次渗碳体，并使其避免形成连续网状；球化退火是使珠光体中的渗碳体和二次渗碳体球化，降低硬度，改善切削加工性，并为淬火做组织准备。（3分

（2）工艺（1）是正火；工艺（2）是球化退火 （2分） （3） 正火后 得到细片状珠光体。 （3分） 退火后得到球状珠光体。

（4）工艺（1）在球化退火前通过正火来减少过共析钢的二次渗碳体，并使其避免形成连续网状；当锻件冷却后网状渗碳体很弱或没有时，可取消工艺（1） （2分）

8

八 、综合题 10分（任选一题）

1、模数为3.5 的汽车圆柱齿轮， 工作时受较大的冲击作用力， 要求心部性能： σ b>900MPa，σs>700 MPa， Ak>50J； 要求表面硬度达到HRC58∼60， 问选用哪一种钢制造为宜？ 其工艺路线应如何按排？ 并说明工艺路线中各热处理工序的工艺方法及主要目的。

2、W6Mo5Cr4V2钢是什么钢，在性能上有何要求？W6Mo5Cr4V2一般要铸造后要经过充分的锻造，其理由是什么？W6Mo5Cr4V2钢的热处理工艺有什么特点，其理由是什么？得到什么组织？

答 1、选用20CrMnTi钢或20CrMo. （2分）

(2)艺路线：锻造——正火——粗加工——渗碳——淬火——低温回火——精加工(2分)

正火：作为预备热处理，适当提高低、中碳钢的硬度，改善切削性能 正火组织：细P+F （1.5分）

渗碳：最终目的通过提高表面含碳量来提高工件表层硬度、耐磨性和抗疲劳性，并使心部具有良好的塑性和韧性

1）缓冷后，表层为过共析成分:P+网状K 心部：原始组织F+少量P 过渡区组织不要求 （1.5分）

淬火(渗碳后直接淬火)：获得马氏体组织、可提高钢的硬度和耐磨性，提高疲劳性能， 可与回火工艺配合，获得不同强韧性的组织 组织: 表层 高碳M+粒状K+少量AR

心部 低碳M 未淬透的低碳钢 为M+P+F （1.5分）

低温回火：获得回火马氏体组织、消除应力，降低脆性，同时可保持钢的硬度和耐磨性，稳定工件尺寸。

组织: 表层 高碳回火M+粒状K+少量AR

心部 : 低碳回火M 未淬透的低碳钢 为低碳回火M +P+F（1.5分）

注意：如果学生选用40Cr，调质处理+齿部感应淬火+低温回火的方法，也给予一定的分。

2、 （1） W6是高速钢，属于合金工具钢，可用于刃具钢和模具钢。性能要求，高硬度，高的耐磨性，硬度一般大于62HRC，高的红硬性，强韧性好，高的淬透性。

9

（2分）

（2） 锻造：高速钢中有大量合金元素，使其铸态组织出现莱氏体，即晶界处有大量鱼骨状共晶碳化物，它不能通过热处理改善而只能用锻造的方法将其击碎并使其分布均匀，以避免刀具在使用中崩刃和磨损。（2分） （3） 热处理工艺特点

1） 2）

预处理：球化退火 粒状珠光体 最终热处理：

高淬＋多次高温回火工艺：1260℃淬火+540-550℃回火二至三次 组织：为M回+粒状碳化物+少量AR

高速钢的Ac1约为820℃，若以一般工具钢Ac1+30-50℃的常规方法来确定其淬火温度，最终热处理后不能否达到性能要求，因为钢中合金元素含量高，W、Mo、Cr、V等元素的特殊碳化物只能在1200度以上才可大量溶入奥氏体。过低的淬火温度保证不了高硬度和红硬性。 （2分） （4） 解释原因 （4分）

为获得高速钢的红硬性，其热处理工艺应当：

1） 球化退火：降低锻造后的硬度至207-255HB，调整组织，为淬火作准备。改善切

削加工性。

2） 高温加热淬火形成高碳高合金度的马氏体

高温加热（W18Cr4V 1260-1280℃）使大量碳化物溶入奥氏体，形成高碳高合金度的奥氏体，经淬火形成高碳高合金度的马氏体 + 大量残余奥氏体 + 未溶碳化物，为二次硬化作准备。

3） 560℃多次回火时发生二次硬化，原因是：

A 弥散强化， 随回火温度升高，从马氏体内析出大量稳定的合金碳化物，弥散分布，使硬度上升, 至560℃时硬度达到峰值。

B 二次淬火，在回火冷却时发生A，向 M回 转变，也使硬度上升。多次回火可继续降低残余奥氏体量，进一步提高硬度。

最终组织：回火马氏体 + 少量残余奥氏体 + 碳化物

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