工程材料试题

附件二

第二部分习题

第1章材料的性能

一、名词解释

弹性模量、弹性极限、屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率、冲击韧性、布氏硬度、洛氏硬度、韧脆转变、韧脆转变温度、疲劳、断裂韧性

二、填空题

1.材料常用的塑性指标有_________和________两种，其中用________表示塑性更接近材料的真实变形。

2. 检验淬火钢成品件的硬度一般用______________________硬度，而布氏硬度适用于测定___________________________的硬度。

3. 零件的表面加工质量对其____________性能有很大影响。

4. 材料的工艺性能是指__________性、__________性、__________性和__________性。

5. 表征材料抵抗冲击载荷能力的性能指标是____________，其单位是__________。

三、选择题

1. 在设计拖拉机缸盖螺钉时应选用的强度指标是

(a) σb；(b) σ s；(c) σ 0.2；(d) σ P 。

2. 有一碳钢支架刚性不足，解决的办法是

(a) 通过热处理强化；(b) 选用合金钢；(c) 增加横截面积；(d) 在冷加工状态下使用。

3. 材料的使用温度

(a) 应在其韧脆转变温度以上；(b) 应在其韧脆转变温度以下；(c) 应与其韧脆转变温度相等；

(d) 与其韧脆转变温度无关。

4. 汽车后半轴热处理后冷校直，造成力学性能指标下降，主要是

(a) σb；(b) δ；(c) σ-1；(d) HB 。

5. 在有关工件的图纸上，出现了以下几种硬度技术条件的标注方法，其中正确的是

(a) 500HBS；(b) HV800；(c) 12~15HRC；(d) 229HB 。

四、判断题

1. 所有金属材料均有明显的屈服现象。（）

2. 同种材料不同尺寸试样所测得的伸长率相同。（）

3.σ0.2是机械零件的设计依据，如果使用σb代替，则应选择较大的安全系数。（）

五、计算题

1．一根直径为2.5mm、长为3m的钢丝，受4900N拉伸载荷作用后的变形量是多少？（钢丝的变形为弹性变形，其弹性模量为205000MN/m2）[提示：参考第一部分第1章的例题1]

六、简答题

1．如何提高金属材料的刚度和疲劳寿命？

2．韧脆转变在工程上有何意义？

第2章 材料的结构

一、名词解释

金属键、晶体、非晶体、晶格、晶胞、致密度、配位数、空位、间隙原子、位错、晶粒、晶界、合金、相、固溶体、置换固溶体、间隙固溶体、金属化合物、高分子化合物、间隙相、玻璃相、大分子链、单体、链节、大分子链的柔顺性 二、填空题

1. 工程材料的结合键有____________、____________、____________、____________四种。

2. 体心立方晶格和面心立方晶格晶胞内的原子数分别为________和________，其致密度分别为________和________。

3. 在图2-1的立方晶系晶胞中画出（111）、 、（100）晶面和[111]、[110]、 晶向。

4. 在图2-1的立方晶系晶胞中，根据下面要求标注晶向指数和晶面指数。 晶面：EBG ?????????????????? EDCF ???????????????? AFL ???????????????? 晶向：FD ???????????????????

EC ??????????????????? BL ???????????????????

5. 实际金属中存在有_______、_______和________三类缺陷。位错是_______缺陷，晶界是_______缺陷。

金属的晶粒越细小，晶界总面积就越_______，金属的强度也越_______。 6. 已知银的原子半径为0.144nm ，则其晶格常数为_________nm 。（银的晶体结构为面心立方晶格）

7. 立方晶系{112}晶面族包括________个晶面，它们

分别是______________________________________________________________________。 三、选择题

1. 两种元素组成固溶体，则固溶体的晶体结构

(a) 与溶剂的相同；(b) 与溶质的相同；(c) 与溶剂、溶质的都不相同；(d) 是两种元素各自结构的混合体。

2. 间隙固溶体与间隙化合物的

(a) 结构相同，性能不同；(b) 结构不同，性能相同；(c) 结构相同，性能也相同；(d) 结构和性能都不相同。

3. 在立方晶系中，指数相同的晶面和晶向

(a) 相互平行；(b) 相互垂直；(c) 相互重叠；(d) 毫无关联 4. 在面心立方晶格中，原子密度最大的晶面是 (a)（100）；(b)（110）；(c)（111）；(d)（122） 5. 高分子材料中，大分子链之间的结合键是

(a) 金属键；(b) 离子键；(c) 共价键；(d) 分子键

（110） - [010]

-

图2-1

四、判断题

1. 金属或合金中，凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分称为相。（）

2. 在体心立方晶格中，原子排列最密的方向[111]垂直于原子排列最密的晶面（110）。（）

3. 单晶体具有各向异性，因此实际使用的所有晶体材料在各方向上的性能是不同的。（）

4. 晶体的配位数越大，其致密度也越高。（）

5. 固溶体的强度和硬度比溶剂金属的强度和硬度高。（）

6. 间隙固溶体和置换固溶体均可形成无限固溶体。（）

7. 与金属材料一样，陶瓷材料中也存在着晶体缺陷。（）

五、计算题

1. 钛在高温下是体心立方结构，冷却后变成密排六方结构，其原子半径增加了2%，求体积变化率（忽略热膨胀的影响）。[提示：一块金属发生晶体结构转变时的体积变化率实质上是这块金属中所有原子所占空间体积的变化率，因此本题只要计算一个原子所占空间体积的变化率即可。由于致密度APF = ( 晶胞原子数n ×一个原子的体积V a )÷晶胞体积V c，所以一个原子所占空间的体积V s= V c / n = V a / APF。计算时要注意原子半径和致密度的变化。]

2. 已知α-Fe的晶格常数为2.87×10－10m，γ-Fe的晶格常数为

3.64×10－10m，求α-Fe和γ-Fe 的原子半径。当γ-Fe转变为α-Fe时，其体积变化率是多少？（温度为912℃时，α-Fe的原子半径为1.26×10－10m）

3.已知钒具有体心立方晶格，密度为5.96g/cm3，原子量为50.9，计算其原子半径。（提示：参考第二章内容提要与学习重点部分的例题2）

六、简答题

1. 常见金属晶体结构有哪几种类型？它们的致密度、配位数和晶胞原子数各是多少？

2. 实际金属中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？简述晶界的特点。

3. 固溶体和金属化合物有什么区别？

第3章材料的凝固

一、名词解释

凝固、结晶、过冷、过冷度、非自发形核、同素异构转变、组元、杠杆定律、枝晶偏析、扩散退火、共晶转变、二次相、相区接触法则、铁素体、奥氏体、莱氏体、珠光体、二次渗碳

Ⅰ

时间

冷却曲线 图2-2 M-N 合金相图 体、晶粒度、变质处理 二、填空题

1. 金属的结晶过程主要由_____________和_____________两个基本过程组成。

2. 金属结晶过程中，细化结晶晶粒的主要方法有________________________________、___________________________和__________________________。

3. 物质在固态下的晶体结构随温度发生变化的现象称作__________________________。铁的同素异构转变为：

4. 金属从液态转变为固态的过程称作__________。金属在固态下由一种晶体结构转变为另

一种晶体结构的过程称作_____________________。

5. 金属在结晶过程中，冷却速度越大，则过冷度越__________，晶粒越__________，强度和硬度越__________，塑性越__________。

6. 二元合金的杠杆定律中，杠杆的端点是所求的__________或___________________的成分，杠杆的支点是____________的成分。

7. M-N 合金相图如图2-2所示。

⑴ 液相线是______________线；固相线是______________线。 ⑵ 在图中①~④空白区域内填上组织组成物的名称。

⑶ 水平线上的反应是____________反应，其反应式为_____________________________。 ⑷ 画出Ⅰ合金的冷却曲线和组织示意图。

⑸ 在t 1温度下，液相成分为___________，固相成分为___________，液相占Ⅰ合金总重量的______________，固相占Ⅰ合金总重量的______________。

8. 当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出来的枝晶轴含有较多的__________组元。

912℃

1394℃ δ-Fe ? ____________ ? ____________。

9. 在图2-3 Cu-Zn 二元相图中，

⑴ 根据相区接触法则，标注各空白相区的组成相。

⑵ 写出①、⑥水平线上的反应式。①______________________⑥______________________ ⑶ 估计缓冷条件下α相（单相黄铜）的成分范围，为__________________________。

10. 在图2-4所示的三种类型二元合金相图中，标注各空白相区的组成相。图中的四条水平线为：①____________线、②____________线、③____________线、④____________线，其相应的反应式为：①____________________________、②____________________________、③____________________________、④____________________________。

图2-4 三种类型二元合金相

⑴

⑵

⑶

A

B B B

A

A

①

②

③

④

⑤ ⑥

L

α

β

δ

γ

ε

η

温度/℃

图2-3 Cu-Zn 二元合金相图

β’

11. 在图2-5所示的铁碳合金相图中：

⑴标上各点的符号。

⑵填上各区域的相和组织组成物（写在方括号和圆括号内）。

⑶指出下列各点的含碳量：E_______、C_______、P_______、S_______、K_______。

⑷在表2-1中填上各水平线的温度、反应式、反应产物的名称。

表2-1

12. 在实际生产中，若要进行热锻或热轧时，必须把钢加热到____________相区。

13. 在缓慢冷却条件下，含碳0.8%的钢比含碳1.2%的钢硬度__________，强度__________。

14. 某锅炉钢板，图纸要求用20钢制作。显微组织观察发现，组织中珠光体的量占30%，问钢板是否符合图纸要求。__________ [20钢含碳量范围查书中的表6-5]

15. 填表2-2。

表2-2

16. 室温下，共析成分铁碳合金的平衡组织是______________，其组成相是______________。

17. 纯铁在912℃发生α-Fe→γ-Fe转变时，其体积将____________。

三、选择题

1. 铸造条件下，冷却速度越大，则

(a) 过冷度越大，晶粒越细；(b) 过冷度越大，晶粒越粗；(c) 过冷度越小，晶粒越细；(d) 过冷度越小，晶粒越粗。

2. 金属在结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度

(a) 越高；(b) 越低；(c) 越与冷却速度无关；（d）越趋于恒定。

3、如果其它条件相同，下列各组铸造条件下，哪种铸锭晶粒细？

第一组：(a) 金属模铸造；(b) 砂模铸造。

第二组：(a) 高温浇注；(b) 低温浇注。

第三组：(a) 铸成薄片；(b) 铸成厚片。

第四组：(a) 浇注时震动；(b) 浇注时不震动。

4. 同素异构转变伴随着体积的变化，其主要原因是

(a) 晶粒度发生变化；(b) 过冷度发生变化；(c) 致密度发生变化；(d) 溶解度发生变化。

5. 实际金属结晶时，可通过控制形核率N和长大速度G的比值来控制晶粒大小，要获得细晶粒，应

(a) 增大N/G 值；(b) 减小N/G 值；(c) 使N/G 值保持不变；(d) 使N/G 值先增大后减小。 6. 二元合金在发生共晶转变时，其相组成是 (a) 单一液相；(b) 单一固相；(c) 两相共存；(d) 三

相共存。

7. 二元合金发生共析转变时，各相的

(a) 成分固定，重量发生变化；(b) 重量固定，成分发生变化；(c) 成分和重量都固定；(d) 成分和重量均发生变化。

8. 在图2-6的二元共晶相图中，室温下Ⅰ合金中的βⅡ占合金的相对重量为

(a)

ac ab ；(b) ae ab ；(c) ad ab ；(d) ae

ac

。

9. 在图2-8的二元合金相图中，Ⅰ合金的冷却曲线应为

(a) a ； (b) b ； (c) c ； (d) d 。

10. 产生枝晶偏析的原因是由于

(a) 液固相线间距很小，冷却缓慢；(b) 液固相线间距很小，冷却速度大；(c) 液固相线间距大，冷却缓慢；(d) 液固相线间距大，冷却速度也大。

11. 二元合金中，铸造性能最好的是

(a) 固溶体合金；(b) 共晶合金；(c) 共析合金；(d) 包晶成分合金。

12. 在图2-8的铁碳合金相图中，欲计算T10钢（含1.0%C ）中Fe 3C Ⅱ的相对重量，以b 为杠杆支点，杠杆的长度应取

(a) QL ； (b) ac ； (c) ad ； (d) aL ；(e) Qc ； (f) Qd 。

Q

L

c d b T10

图

2-8

B% →

图2-7

图2-6 A-B 合金相图

13. 室温下45钢（含0.45%C ）中铁素体相的相对重量百分比为

(a)

%....10002180696450696?--；(b) %....10000080696450696?--；(c) %. (1000218077045)

0770?--；

(d) % (1000008)

0770450770?--。

室温下45钢中珠光体的相对重量百分比为 (a) %....1000008077000080450?--；(b) %....1000008011200080450?--；(c) %....1000008030400080450?--；

(d) % (1000008)

069600080450?--。

14. 在下列方法中，可使晶粒细化的方法是

(a) 扩散退火； (b) 切削加工； (c) 喷丸处理； (d) 变质处理。 四、判断题

1. 凡是液体凝固为固体的过程都是结晶过程。（ ）

2. 评定晶粒度的方法是：在相同放大倍数的条件下，将晶粒组织图像或显微照片与标准晶粒评级图进行比较。晶粒度级数越高，晶粒越细。（ ）

3. 在铁碳合金相图中，凡具有E 点与F 点之间成分的合金缓冷到1148℃时都将发生共晶转变。（ ）

4. 纯金属的实际结晶温度与其冷却速度有关。（ ）

5. Pb-Sn 合金结晶时析出的一次相βⅠ、二次相βⅡ和共晶β相均具有相同的晶体结构，但具有不同的组织形态。（ ）

6. 杠杆定律只适用于两相区。（ ）

7. 铁素体是碳在α-Fe 中的间隙相。( )

8. 凡组织组成物都是以单相状态存在于合金中的。（ ）

9. 碳素钢在平衡冷却条件下所析出的奥氏体相都是包晶转变的产物。（ ） 10. 在铁碳合金中，只有共析钢结晶时，才发生共析转变，形成共析组织。（ ）

11. 过共析钢由液态缓冷至室温时析出的二次渗碳体，在组织形态与晶体结构方面均与一次渗碳体不同。（ ）

12. 在缓冷至室温条件下，45钢比20钢的强度和硬度都高。（ ） 13. 在铁碳合金中，只有过共析钢的平衡组织中才有二次渗碳体存在。（ ）

14. 在平衡状态下，含80%Ni 的Cu-Ni 合金比含60%Ni 的Cu-Ni 合金强度、硬度高。( ) 五、计算题

1. 计算共析温度下珠光体中铁素体和渗碳体的相对重量百分比。

2. 已知铁素体的σ b =180~230MPa ，δ=30%~50%，HB=50~80；珠光体的σ b =770MPa ，δ=20%~35%，HB=180，试计算45钢的硬度（HB ）、抗拉强度（σ b ）和伸长率（δ）。

3. 用Pb-Sb 合金制造轴瓦，要求其组织为共晶基体上分布着5%的Sb （作为硬质点），试求出该合金的成分和硬度。（Pb-Sb 合金相图示于图2-9，纯铅的硬度为3HB ，纯锑的硬度为30HB ）[提示：注意该轴瓦合金为过共晶合金，5%的Sb 是先共晶的一次相。由于室温下Pb 和Sb 不互溶，所以合金的成分即纯Sb 相的重量百分比。]

4. 在图2-10中画出含碳1.0%铁碳合金从液态缓冷至室温时的冷却曲线及组织转变示意图，计算室温下各相和各组织组成物的相对重量百分比。

5. 某铁碳合金的组织中，珠光体占总重量的40%，铁素体占60%，试问该钢的含碳量是多少？是什么钢号？

六、简答题

1. 结晶和同素异构转变都是固态转变吗？为什么？简述固态转变的特点。

2. 简要说明相和组织组成物的区别。

3. 为什么二元相图中的杠杆定律只适用于两相区？

4. 铁碳合金中有几种形态的渗碳体？说明它们的异同点。

5. 默画Fe-Fe 3C 相图，标上各点的符号、成分、温度，填上各区域的相组成物和组织组成物。分析含0.55%C 、1.2%C 、3.5%C 合金的结晶过程（画出冷却曲线和组织转变示意图），计算这些合金室温平衡组织中各相及各组织组成物的相对重量百分比。

温度

时间 图2-10

Sb% →

图2-9

第4章金属的塑性变形与再结晶

一、名词解释

滑移、孪生、临界切应力、滑移系、滑移线、滑移带、位错的易动性、细晶强化、固溶强化、弥散强化、加工硬化、形变织构、内应力、去应力退火、再结晶、再结晶温度、临界变形度、热加工

二、填空题

1. 常温下，金属单晶体的塑性变形方式为____________和____________。

2. 滑移只能在________应力的作用下发生。

3．纯铁在室温下塑性变形时的滑移面为________，在1100℃塑性变形时的滑移面为_______。4．填表2-3

5. 由于位错的_________性，因而金属容易产生滑移变形，使其实际强度远低于理论强度值。

6. 与单晶体相比，影响多晶体塑性变形的两个主要因素是__________________________和____________________。

7. 在金属学中，冷热加工的界限是以________________________来划分的。因此，Cu（熔点为1084℃）在室温下的变形加工为________加工，Sn（熔点为232℃）在室温下的变形加工为________加工。

8. 强化金属材料的基本方法有________________________、_________________________、__________________________和_________________________。

9. 金属再结晶后的晶粒大小主要取决于_____________________、_____________________和______________________。

三、选择题

1. 体心立方晶格金属与面心立方晶格金属在塑性上的差别主要是由于两者的

(a) 滑移面数不同；(b) 每个滑移面上的滑移方向数不同；(c) 滑移系数不同；(d) 滑移面和滑移方向的指数不同。

2. 金属多晶体的晶粒越细，则其

(a) 强度越高，塑性越好；(b) 强度越高，塑性越差；(c) 强度越低，塑性越好；(d) 强度越低，塑性越差。

3. 随冷塑性变形量增加，金属的

(a) 强度下降，塑性提高；(b) 强度和塑性都下降；(c) 强度和塑性都提高；(d) 强度提高，塑性下降。

4. 铝的熔点是660.4℃，它的最低再结晶温度为

(a) -8.8℃；(b) 100.4℃；(c) 264.2℃；(d)373.4℃。

5. 合金中的第二相颗粒越细，数量越多，分布越均匀，其

(a) 强度、硬度越高，而塑性、韧性略有下降；(b) 塑性、韧性越高，而强度、硬度略有下降；(c) 强度、硬度和塑性、韧性都提高；(d) 强度、硬度和塑性、韧性都下降。这种强化方法称为弥散强化。

6. 某工厂用冷拉钢丝绳吊运热处理工件去淬火，钢丝绳承载能力远超过工件的重量，但在吊运过程中，钢丝绳发生断裂，其原因是由于钢丝绳

(a)超载；(b) 发生再结晶；(c) 形成带状组织；(d)流线分布不合理。

7. 有人不慎将打在铸造黄铜件上的数码挫掉，欲辨认原来打上的数码，其方法是

(a)将打数码处表面抛光，直接辨认；(b) 将打数码处加热，发生再结晶后辨认；(c) 将打数码处表面抛光，浸蚀后辨认；(d)无法辨认。

8. 铜只有通过冷加工并经随后加热才能使晶粒细化，而铁则不需冷加工，只需加热到一定温度即使晶粒细化，其原因是

(a)铁总是处于冷加工状态，而铜不是；(b) 铁可不经过冷加工直接加热便能发生再结晶，而铜不可；(c) 铁在固态下有同素异构转变，而铜没有；(d)铜需经过冷加工后才能发生同素异构转变，而铁不需要。

9. 制造某变速箱齿轮，应

(a) 由钢水直接浇注成齿轮；(b) 由厚钢板切下圆饼，加工成齿轮；(c) 由圆钢棒切下圆饼，加工成齿轮；(d)由圆钢棒热镦成圆饼，加工成齿轮。

10. 铁丝在室温下反复弯折，会越弯越硬，直至断裂，而铅丝在室温下反复弯折，则始终处于软态，其原因是铁发生加工硬化，不发生再结晶，而铅

(a) 不发生加工硬化，也不发生再结晶；(b) 不发生加工硬化，但发生再结晶；(c) 发生加工硬化，同时发生再结晶；(d) 发生加工硬化，但不发生再结晶。

四、判断题

1. 由于再结晶过程是一个形核和长大的过程，因而是相变过程。（）

2. 由于溶质原子对位错的运动具有阻碍作用，因而引起固溶强化。（）

3. 在金属晶体中，原子排列最密的晶面间距最小，所以这些晶面间难以发生滑移。（）

4. 金属铸件中粗大的晶粒不可能通过再结晶退火来细化。（）

5. 滑移变形不会引起金属晶体结构的变化。（）

6. 变形金属的再结晶退火温度越高，退火后得到的晶粒越粗大。（）

7. 20钢经冷轧后（变形量为60%）具有各向异性。（）

8. 随固溶体中溶质含量的增加，其强度、硬度提高，塑性、韧性下降。（）

9. 在制定热加工工艺时，应尽量使工件中的流线与拉应力方向垂直。（）

10. 由于位错具有易动性，因而位错密度越大，金属变形越容易，强度越低。（）

五、简答题

1. 简要说明滑移的机理和特点。

2. 细化金属晶粒的方法有哪些？为什么细晶粒金属的强度、硬度高，塑性、韧性好？

3. 锡在室温下变形和钢材进行热加工时是否会发生加工硬化，为什么？

第5章钢的热处理

一、名词解释

奥氏体化、本质晶粒度、马氏体、残余奥氏体、退火、正火、淬火、等温淬火、淬透性、淬硬性、回火、回火脆性、调质、气相沉积

二、填空题

1．共析钢加热时，其奥氏体化过程由______________________、______________________、______________________、_______________________等四个步骤组成。

2．填表2-4（以共析钢为例）

3．钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越__________，临界冷却速度越__________。4．钢的热处理工艺是由__________、__________、__________三个阶段组成。热处理的特点是只改变工件的__________，而不改变其__________。

表2-4

* 马氏体包括低碳马氏体和高碳马氏体

5．填表2-5（碳钢）

6．当钢完全奥氏体化后冷却转变为马氏体时，奥氏体中的含碳量越高，则M s点越________，转变后的残余奥氏体量越__________。

7．填表2-6

8．在碳钢中，共析钢的临界冷却速度比亚共析钢和过共析钢的临界冷却速度都__________。 9．共析钢的C 曲线和冷却曲线如图2-11所示，指出图中各点的组织。

①________________ ②________________ ③________________ ④________________ ⑤________________ ⑥________________ ⑦________________ ⑧________________ ⑨________________ ⑩________________ ?________________ ?________________ ?________________ ?________________ ?________________ ?________________ ?________________ ?________________ ?________________ ?________________

10．请将45钢和T10钢小试样经相应处理后的组织填入表2-7中。（加热时的组织请参考铁碳合金相图）

表2-7

11．一根直径为6mm 的45钢圆棒，先经840℃加热淬火，然后从一端加热，依靠热传导使圆棒上各点达到图2-12所示的温度，请按表2-8要求填入组织。

12．球化退火的主要目的是______________，______________，它主要适用于_________钢。 13．亚共析钢的淬火温度为________________，过共析钢的淬火温度为________________。 14．画出下列组织示意图。

15．用T10钢制造车刀，其工艺路线为：下料→锻造→预备热处理（________+_________）→机加工→最终热处理（__________+__________）→磨加工。（请在括弧内填入相应热处理

图2-11

图2-12 片状珠光体 球状珠光体 回火索氏体板条马氏体 45钢正常淬火组织