湘潭大学2009年下学期2007级《工程材料与热处理》课程考试试卷

（第1页共6页）三、问答题（共55分）1、下图是Fe—Fe3C相图的一部分，请写出图中（1）—（9）部分的组织；并计算20钢在室温平衡状态下组织组成物（Fe3CⅢ忽略）和相组成物各占多少？（15分）答：图中（1）—（9）的组织为：(1)奥氏体A(2)铁素体F＋奥氏体A3）奥氏体A＋二次渗碳体Fe3CⅡ(4)铁素体F+珠光体P(5)珠光体P(6)珠光体P+二次渗碳体Fe3CⅡ(7)珠光体P+二次渗碳体Fe3CⅡ+莱氏体Le’(8)莱氏体Le’(9)莱氏体Le’+一次渗碳体Fe3CⅠ（9分）组织组成物（P+F）的质量分数为：%2.760218.077.020.077.0%,8.230218.077.00218.020.0FP（3分）由于室温F的含碳量极微，可忽略不计相组成物（F+Fe3C）的质量分数为：%369.620.0%,9769.620.069.63CFeF（3分）2、下列牌号各表示什么材料？并说明数字代表的含义。（共15分，每小题1分）⑴Q255；⑵40；⑶T10A；⑷ZG200～400；⑸20CrMnTi；⑹40Cr；⑺60Si2Mn；⑻GCr9；得分（第2页共6页）⑼Y15；⑽9SiCr；⑾W18Cr4V；⑿Cr12MoV；⒀5CrMnMo；⒁CrWMn；⒂QT600-2答：⑴Q255碳素结构钢屈服强度大于等于255MPa；（1分）⑵40优质碳素结构钢C%≈0.4%；（1分）⑶T10A高级优质碳素工具钢C%≈1.1%；（1分）⑷ZG200～400铸钢最小屈服强度为200MPa，最小抗拉强度为200MPa。（1分）⑸20CrMnTi合金渗碳钢C%≈0.2%；（1分）⑹40Cr合金调质钢C%≈0.4%；（1分）⑺60Si2Mn合金弹簧钢C%≈0.6%；Si%≈2%；（1分）⑻GCr9滚动轴承钢Cr%≈0.9%；（1分）⑼Y15易切削钢C%≈0.15%；（1分）⑽9SiCr低合金刃具钢C%≈0.9%；（1分）⑾W18Cr4V高速钢W%≈18%；Cr%≈4%；（1分）⑿Cr12MoV冷作模具钢Cr%≈12%；（1分）⒀5CrMnMo热作模具钢C%≈0.5%；（1分）⒁CrWMn量具钢；（1分）⒂QT600-2球墨铸铁最低抗拉强度为600MPa，最低延伸率为2%。（1分）3、下图是共析钢过冷奥氏体等温转变C曲线示意图，说明下图六条冷却曲线转变后的组织。（共6分）答：转变后的组织为：1、珠光体P；（1分）2、索氏体S；（1分）3、屈氏体T；（1分）4、上贝氏体B上；（1分）5、下贝氏体B下；（1分）6、残余奥氏体A残+马氏体M。（1分）（第3页共6页）4、某厂仓库有20钢、45钢、T12钢和白口铸铁，大小和形状都一样，根据所学知识，可用哪些简单方法把它们迅速区分开？请说明理由。（10分）答：方法一：硬度测试。硬度值大小顺序是：白口铸铁T12钢45钢20钢。因为铁碳合金的硬度随含碳量的增加而升高；四种铁碳合金的含碳量是：白口铸铁（大于2.11%C）T12钢（1.2%C）45钢（0.45%）20钢（0.2%C）。（5分）方法二：金相组织观察。分别制备四种材料的金相试样，在金相显微镜上进行显微组织观察。亚共析钢组织为（F＋P），且亚共析钢中随含碳量增加铁素体减少，珠光体增多；过共析钢组织为（P＋Fe3CⅡ），Fe3CⅡ沿晶界呈网状分布；白口铸铁的组织中有莱氏体。所以，组织为（F＋P）而铁素体少的为20钢、珠光体多的为45钢；组织中有Fe3CⅡ沿晶界呈网状分布的T12钢，有莱氏体组织存在的是白口铸铁。（5分）5、用45钢制作的某机床主轴，要求该轴有良好的综合机械性能，其轴颈部分和轴承接触要求耐磨。其加工工序为：下料锻造正火粗机加工调质精机加工高频表面淬火低温回火磨加工。热处理工艺曲线如下图：炉水冷冷空冷说明各热处理工序的作用，并指出热处理后的组织。（9分）答：热处理工序的作用、热处理后的组织：1)正火：消除锻造应力、改善锻造组织、细化晶粒、调整硬度，有利于切削加工；组织：索氏体S+铁素体F。（3分）2)调质（淬火+高温回火）：获得良好的综合机械性能；组织：回火索氏体S回。（3分）3)表面淬火+低温回火：提高表面硬度和耐磨性；组织：表面为回火马氏体M回，心部为回火索氏体S回。（3分）AC3+30～50℃AC3+30～50℃500～650℃150～250℃AC3+100～150℃正火淬火高温回火表面淬火低温回火空冷（第4页共6页）一、名词解释题（每题3分，共30分）1、金属化合物；与组成元素晶体结构均不相同的固相（第5页共6页）2、固溶强化；随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。3、铁素体；碳在a-Fe中的固溶体4、加工硬化；随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。5、球化退火；将工件加热到Ac1以上30——50摄氏度保温一定时间后随炉缓慢冷却至600摄氏度后出炉空冷。6、金属键；金属离子与自由电子之间的较强作用就叫做金属键。7、再结晶；冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程.8、枝晶偏析；在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象。9、正火；是将工件加热至Ac3或Accm以上30~50℃,保温一段时间后,从炉中取出在空气中冷却的金属热处理工艺。10、固溶体。合金在固态时组元间会相互溶解，形成一种在某一组元晶格中包含有其他组元的新相，这种新相称为固溶体二、简答题（每题8分，共48分）1、金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？《P16》l结晶的基本过程——晶核形成与晶核长大结晶时的冷却速度（即过冷度）随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快，同时液体金属中难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率2、手锯锯条、普通螺钉、车床主轴分别用何种碳钢制造？手锯锯条：它要求有较高的硬度和耐磨性，因此用碳素工具钢制造。如T9,T9A,T10,T10A,T11,T11A普通螺钉：它要保证有一定的机械性能，用普通碳素结构钢制造，如Q195,Q215,Q235车床主轴：它要求有较高的综合机械性能，用优质碳素结构钢，如30，35，40，45，503、金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？《1》晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性，如纵向的强度和塑性远大于横向等。《2》晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化，即随着变形量的增加，强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降，《3》织构现象的产生，即随着变形的发生不仅金属中晶粒会被破碎拉长，而且各晶粒的晶格位向也会沿着变形的方向同时发生转动，转动结果金属中每个晶粒的晶格位向趋于大体一致，产生织构现象，《4》冷压力加工过程中由于材料各部分的变形不均匀或晶粒内各部分和各晶粒间的变形不均匀，金属内部会形成残余的内应力，这在一般情况下都是不利的，会引起零件尺寸不稳定。4、固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？在结构上：固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而金属间化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成。在性能上：形成固溶体和金属件化合物都能强化合金，但固溶体的强度，硬度比金属间化合物低，塑性，韧性比金属间化合物好，也就是固溶体有更好的综合机械性能。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？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畸变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。6、比较退火的状态下的45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性的高低，简述原因。1、共晶转变和共析转变的产物都属于两相混合物。2、塑性变形后的金属经加热将发生回复、再结晶、晶粒长大的变化。3、共析钢的含碳量为0.77％。4、Q235钢的含义是为屈服点数值（屈服强度）为235MPa的碳素结构钢。5、单晶体塑性变形中滑移的实质是在切应力作用下，位错沿滑移面的运动。6、体心立方晶格的致密度为68％。7、根据钢的成分、退火的工艺与目的不同，退火常分为完全退火、等温退火、均匀化退火、球化退火、去应力退火等几种。8、钢在奥氏体化后，冷却的方式通常有等温冷却和连续冷却两种。9、在铁碳合金的室温平衡组织中，强度最高的合金含碳量约为0.9%。10、工具钢按用途可分为刃具钢钢、模具钢钢、量具钢钢。11、常用测定硬度的方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度测试法。（第6页共6页）