課程期末考查
授課學期 2011 學年至 2012 學年
第二學期
學院職業技術師範學院
專業機械設計製造及其自動化
學號 201013201276
姓名屈定兵
任課教師李祖裕講師
交稿日期 2023年7月3日
成績閱讀教師簽名
日期2011-2012學年第二學期工程材料與熱處理
課程期末考查題目
課程**：zx323394 任課教師：李祖裕
一、基礎知識（40分）
1. 機械工程材料的應用，主要根據材料的力學效能進行選材，以符合工程應用的條件。請敘述材料力學效能中：
（1）強度指標：彈性極限、屈服強度、抗拉強度的定義和原理，並配必要的圖表和計算公式進行說明；
（2）塑性指標：延伸率和斷面收縮率的定義，並配備必要的公式進行說明；
（3）硬度指標：布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度的測試方法，以及三者之間的近似換算方法（公式），並簡述各種硬度測試的應用範圍。
2. 簡述常見三種金屬晶格的型別，並通過繪製晶胞簡圖，對比三種晶格型別的差異。
3. 完成下列合金材料的內容：
（1）簡述相，元，合金系，組織，固溶體，金屬化合物的概念；
（2）舉例說明二元合金、三元合金的組成，簡述固溶體和金屬化合物的異同。
4. 下圖為工業用cu-ni合金相圖。其中a點為純銅熔點，b點為純鎳的熔點。請完成以下內容：
（1）簡述什麼是均晶相圖；
（2）在兩圖中標示出液相區（l）、固相區（α）和固液兩相區（l+α）；
（3）指出圖（a）中的液相線和固相線。
5.繪製pb-sn的合金相圖，並簡要介紹相圖的含義。
6.描述純鐵在結晶後繼續冷卻至室溫的過程中，所發生的晶格轉變過程，簡述純鐵同素異構轉變現象的意義。
7.簡述純鐵、鋼和鑄鐵的區別。
8.針對鐵碳二元合金，完成以下內容：
（1）詳細介紹鐵碳合金中的相結構；
（2）繪製鐵碳二元合金相圖（可繪製簡化圖）；
（3）找出並介紹相圖中各主要特性線的含義，如液相線，固相線，包晶轉變線，共晶轉變線，共析轉變線等。
（4）根據含碳量和組織的不同，鐵碳合金有哪三類，分別是什麼，並介紹各類的特徵或力學效能。
9.完成鋼的熱處理相關內容：
（1）所有鋼的熱處理中，都是由三個階段組成，是哪三個階段；
（2）繪製鋼在加熱和冷卻時的組織轉變示意圖，用相應符號描繪在加熱時的相變點和在冷卻時的相變點：
（3）簡述什麼是奧氏體化，為何要進行奧氏體化，影響奧氏體轉變的因素有哪些，影響奧氏體晶粒長大的因素有哪些？
（4）簡述什麼是過冷奧氏體及過冷奧氏體等溫轉變的組織形態及效能；
（5）簡述馬氏體的概念，並簡述馬氏體的效能和特徵。
（6）簡述鋼的退火，正火，淬火，回火的定義和各自的目的、種類或方法，並說明退火和正火的區別和適用狀況。
（7）分別介紹鋼的表面熱處理的種類、原理和應用，簡述發藍或發黑處理原理；
（8）鋼的表面化學處理中，滲碳、滲氮、碳氮共滲的原理和方法；
二、材料的應用（40分）
1.分別簡述鋼中雜質矽、錳、磷、硫及其它雜質的影響；
2.什麼是低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼？各自應用範圍有哪些？碳鋼根據用途分類有哪些？
3.舉例說明普通碳素結構鋼、優質碳素結構鋼、鑄鋼的牌號和效能及其應用；
4.碳鋼與合金鋼的區別在**，各自有哪些優缺點；
5.合金元素對鋼的效能影響有哪些，分別是哪些合金元素；
6.簡述合金鋼按合金元素含量和按用途分類；
7.分別簡單介紹以下合金鋼的成分和牌號定義，舉例說明熱處理工藝和應用：
（1）低合金高強度結構鋼：
（2）合金滲碳鋼；
（3）合金調質鋼；
（4）合金彈簧鋼；
（5）滾動軸承鋼；
8.簡述下列工具用鋼的成分和牌號，舉例說明熱處理工藝和應用：
（1）工具用碳鋼；
（2）量具用鋼；
（3）模具用鋼；
（4）高速工具鋼；
9.分類介紹幾種常用不鏽鋼、耐熱鋼、耐磨鋼的牌號及應用範圍和特點；
10.完成以下有關鑄鐵的內容：
（1）鑄鐵的分類；
（2）介紹鑄鐵的石墨化過程和意義；
（3）灰鑄鐵的化學成分、組織、效能和熱處理；
（4）球墨鑄鐵的化學成分、牌號、組織、效能和熱處理；
（5）可鍛鑄鐵的化學成分、牌號、效能和熱處理；
11.簡述鋁合金、銅合金、鈦合金、鎂合金的分類、、牌號、應用範圍。
三、選材和編制熱處理工藝路線（20分）
現有下列零件及可供選擇的材料，（1）給各零件選擇合適的材料，（2）編制簡明工藝路線，（3）說明熱處理工藝的主要作用。零件名稱：自行車架，連桿螺栓，車廂板簧，滑動軸承，變速齒輪，工具機床身，柴油機曲軸。
可選材料：60si2mn,zqsn6-6-3,qt600-2,t12a,40cr,ht200,16mn,20crmnti.
2011-2012學年第二學期工程材料與熱處理
課程期末考查題目解答
一、基礎知識（40分）
1. 機械工程材料的應用，主要根據材料的力學效能進行選材，以符合工程應用的條件。請敘述材料力學效能中：
答：（1）強度指標：彈性極限、屈服強度、抗拉強度的定義和原理，並配必要的圖表和計算公式進行說明；
（2）塑性指標：延伸率和斷面收縮率的定義，並配備必要的公式進行說明；
（3）硬度指標：布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度的測試方法，以及三者之間的近似換算方法（公式），並簡述各種硬度測試的應用範圍。
解：（1）強度指標：強度時指金屬在靜載荷作用下抵抗塑形變形和斷裂的能力。
金屬材料的強度指標是用內應力來表示的，即材料受載荷作用後內部產生乙個與載荷相平衡的內力，單位面積上內力稱為應力，一般用σ表示。常用的強度指標有彈性極限、屈服點、抗力強度。
1 彈性極限：彈性極限是指式樣產生完全彈性變形時所承受的最大應力，用σe表示，工程上常用單位為mpa。彈性極限的值可按下式計算。
σe=fe/ao 式中，fe—式樣產生完全彈性變形時的最大載荷，n；ao—式樣原始橫截面面積，mm2
2 屈服極限：屈服極限是指式樣在拉伸試驗過程中，力不斷增加(保持恆定)仍然能繼續伸長（變形）時的應力。屈服極限是工程上極為重要的力學效能指標之一。
也是大多數機械零件選材和設計的依據。屈服極限用符號σs表示，單位為mpa。屈服點 σ s的值可用下式計算式中，fs —試樣屈服時的載荷。
n;a0—試樣原始橫截面積， mm2 。
3 抗拉強度。抗拉強度是指試樣拉斷前所能承受的最大拉應力，用符號σb表示，單位為mpa. 可用下式計算式中fb—試樣承受的最大拉伸力，n;a0—試樣原始橫截面面積， mm2 。
(2) 塑性指標： 塑性是指金屬在靜載荷作用下發生不可逆變形的能力。金屬材料的塑性指標也是可以通過拉伸試驗測得的。
材料的塑性指標可以用試樣拉斷時的最大相對變形量來表示，常用的有斷後伸長率和斷面收縮率，它們是工程上廣泛使用的表徵材料塑性好壞的主要力學效能指標。
(1)斷後伸長率。斷後伸長率是試樣拉斷後的標距增長量與原始標距之比，用符號δ表示，可用下式計算
1-4）
式中，l1—拉斷後試樣的標距長度，mm ;
l0—試樣原始標距，mm. 式中，a0—試樣原始橫截面面積，mm;
a1—試樣斷口處的橫截面面積，mm.
(2)斷面收縮率。斷面收縮率是指試樣拉斷後縮頸處橫截面面積的縮減量與原始橫截面面積之比，用符號表示，可用下式計算
1-5）
式中，a0—試樣原始橫截面面積，mm;
a1—試樣斷口處的橫截面面積，mm.
（3）硬度指標：材料區域性抵抗硬物壓入其表面(抵抗塑性變形和破裂)的能力稱為硬度。它是衡量金屬軟硬程度的一種效能指標。
材料的硬度可通過硬度試驗測得，根據其測試方法的不同，硬度試驗可分為靜壓法(如布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等)、劃痕法(如莫氏硬度)、回跳法(如肖氏硬度)及顯微硬度、高溫硬度等多種方法。對於金屬材料的測量目前生產中應用較多的是布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等試驗方法。
①布氏硬度: 布氏硬度的試驗原理是用一定直徑d的淬火鋼球或硬質合金球，在規定的試驗載荷f的作用下壓入被測金屬表面(如圖1-4所示)，停留一定的時間後卸除載荷，在被測金屬表面上得到一直徑為d的壓痕，測量壓痕直徑d，並由此計算壓痕的球缺面積s，然後再求出壓痕的單位面積上所承受的平均壓力，以此作為被測金屬的布氏硬度值。當選擇淬火鋼球為壓頭時，硬度的符號為hbs，適用於布氏硬度值低於450的金屬材料;當選擇硬質合金球為壓頭時，硬度的符號為hbw表示，適用於布氏硬度值為450 -650的金屬材料。
圖1-5為hb- 3000布氏硬度試驗機。布氏硬度值可用下式計算
1-6)
式中，f—載荷，n ( kgf) ;
d—壓頭的直徑，mm ;
d—被測金屬的壓痕直徑，mm.
由於金屬有硬有軟，工件有厚有薄，在進行布氏硬度試驗時，壓頭直徑d、載荷和載荷的保持時間應根據被測金屬種類和厚度正確地進行選擇。可根據金屬材料的種類和布氏硬度範圍，按表1-1選定f/d2的值;黑色金屬的載荷保持時間為10-15 s，有色金屬的為30 s，布氏硬度值小於35時載荷保持時間為60 s . 布氏硬度的標註方法是所測得的硬度值寫在硬度符號的前面。
除了採用鋼球直徑d為10 mm ,試驗力為3 000 kgf(注:1 kgf = 9. 806 n，保持時間為10s的試驗條件外，在其他試驗條件下測得的硬度值，均應在硬度符號的後面用相應的數字註明壓頭直徑、載荷大小和載荷保持時間。
②洛氏硬度:洛氏硬度試驗法是用乙個錐角為120o。的金剛石圓錐體或直徑為1.
588 mm的淬火鋼球，在規定載荷作用下壓入被測金屬表面，由壓頭在金屬表面所形成的壓痕的深度來確定其硬度值。
機械工程材料與熱處理
機械工程材料與熱處理 複習題 1 強度是指金屬在靜載荷作用下抵抗 的能力。a拉伸 b扭轉 c塑性變形和斷裂 d彈性變形 2 強度指標有 a拉伸強度 b扭轉強度 c伸長率 d彈性極限屈服點，抗拉強度 3 抗拉強度是指試樣拉斷前所受的 a最大壓力 b發生彈性變形時的最大拉應力 c發生屈服時的最大拉應力 ...
《機械工程材料》熱處理實驗報告
實驗名稱 45鋼 t10鋼 的硬度測量和熱處理 班級實驗人員 組長學號 組員實驗日期2011年12月12日星期一 指導教師 t10鋼淬火前後硬度測量實驗報告 一 實驗目的 1 了解碳鋼的基本熱處理 退火 淬火及回火 工藝方法。2 研究冷卻條件與鋼效能的關係。3 分析淬火後的回火工藝其溫度的選擇對鋼效...
機械工程材料
機械工程材料 課程輔導教案 2002.6.10 齊寶森姜江邊潔陳傳忠 授課班級 動力2001.1 6班總學時36h 其中講課34h，實驗2h 山東大學課程情況登記表 主教材 機械工程材料教程 齊寶森姜江邊潔陳傳忠等主編 以下簡稱 教程 輔助教材 大學生學習方法指南 以下簡稱 指南 機械工程材料學習指...