第6卷 机械工程材料（上）——钢铁材料与热处理 湖南省（对口招生）《机械基础》（高教版·第3版） 单元过关卷

湖南省（对口招生）机电类 《机械基础》（高教版·第3版） 机械工程材料（上）——钢铁材料与热处理 单元过关卷 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 奥氏体是（ ） A. 组织 B. 液相 C. 化合物 D. 固溶体 【答案】D 【解析】奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体，属于固溶体。因此选D。 2. 45钢不属于（ ） A. 中碳钢 B. 合金钢 C. 优质钢 D. 碳素钢 【答案】B 【解析】45钢含碳量0.45%，属于中碳钢、优质碳素钢，不含合金元素，不属于合金钢。 3. 下列材料，适合制造挖土机铲齿的是（ ） A. 合金调质钢 B. 不锈钢 C. 碳素工具钢 D. 高锰耐磨钢 【答案】D 【解析】挖土机铲齿需要耐磨性好的高锰耐磨钢。 4. 下图为简化的Fe-FC相图，其中碳质量分数4.3%的点C是（ ） A. 共析点 B. 共晶点 C. 包晶点 D. 液相点 【答案】B 【解析】点C为共晶点，碳质量分数4.3%，温度1148℃，发生共晶反应生成莱氏体（Ld）。 5. 使钢产生冷脆性的元素是（ ） A. 硫 B. 磷 C. 氢 D. 锰 【答案】B 【解析】磷易在钢中偏析，使钢在低温下的冲击韧性显著降低，产生冷脆性。因此选B。硫主要引起热脆性，氢易导致氢脆，锰通常可减轻硫的有害作用。 6. 要求高硬度和耐磨性的工具，应选用______的钢。（ ） A. 低碳成分 B. 高碳成分 C. 中碳成分 D. 无碳成分 【答案】B 【解析】钢的含碳量较高时，淬火后可获得较多高硬度的马氏体，耐磨性较好，适合制造要求高硬度和耐磨性的工具。因此选B。 7. 有关金属材料的表述，正确的是______。（ ） A. Q195是普通碳素结构钢，用于制造重要的焊接结构件 B. CrWMn属于微变形合金工具钢，用于制造量具、刀具和其他强度硬度要求较低的零件 C. QSn4-3属于锡青铜，在大气、海水和碱性溶液中有良好的耐蚀性，用于铸造海上船舶和矿山机械的零件 D. YG8属于钨钴类硬质合金，YG8刀具用于钢、铸钢的中、低速粗加工 【答案】C 【解析】QSn4-3属于锡青铜，在大气、海水和碱性溶液中具有良好的耐蚀性，可用于铸造船舶和矿山机械零件，因此C正确。Q195属于普通碳素结构钢，通常用于一般结构件，不宜用于重要焊接结构件；CrWMn属于合金工具钢，主要用于制造量具、刀具和模具等；YG8属于钨钴类硬质合金，主要适用于铸铁、有色金属及其合金等材料的加工，不适合用于钢和铸钢的粗加工。 8. 下列关于刀具的选择，错误的是（ ） A. 粗加工零件1时，可以使用YT5硬质合金刀具 B. 精加工零件7时，可以使用YG3硬质合金刀具 C. 粗加工零件8时，可以使用YG8硬质合金刀具 D. 精加工零件10时，可以使用YG3硬质合金刀具 【答案】D 9. 下列四种牌号：①45，②Q235，③ZG200-400，④T10A，现要制造变速箱体、螺栓、齿轮、手工锯条，选用顺序正确的（ ） A. ①②④③ B. ②③①④ C. ③②①④ D. ④②①③ 【答案】C 【解析】变速箱体通常采用铸钢ZG200-400，螺栓可采用普通碳素结构钢Q235，齿轮常采用45钢，手工锯条需具有较高硬度和耐磨性，宜采用T10A钢。因此选用顺序为③②①④，选C。 10. 按含碳量划分，钢的含碳量范围是（ ） A. 小于0.0218% B. 0.0218%至2.11% C. 2.11%至6.69% D. 大于6.69% 【答案】B 【解析】钢是含碳量为0.0218%至2.11%的铁碳合金。含碳量小于0.0218%的铁碳合金通常称为工业纯铁，含碳量超过2.11%的铁碳合金属于铸铁。 11. 制造铆钉一般选用（ ） A. Q235 B. ZG230-450 C. 45 D. T8 【答案】A 【解析】制造铆钉一般选用的材料主要是碳钢和不锈钢‌，如Q235。 12. 下图所示的刹车盘一般采用______制造（ ） A. 灰铸铁 B. 可锻铸铁 C. 球墨铸铁 D. 蠕墨铸铁 【答案】D 13. 下列不属于碳素钢分类依据的是（ ） A. 含碳量 B. 质量等级 C. 用途 D. 热处理状态 【答案】D 【解析】碳素钢通常按含碳量、质量等级和用途进行分类。热处理状态不是碳素钢的分类依据。因此选D。 14. 淬火钢进行低温回火的主要目的是（ ） A. 降低硬度，改善切削加工性 B. 保持较高硬度，消除部分淬火内应力 C. 提高塑性，降低材料强度 D. 细化晶粒，改善铸态组织 【答案】B 【解析】淬火钢经低温回火后可保持较高的硬度和耐磨性，同时消除部分淬火内应力，降低脆性。降低硬度、细化晶粒等主要是退火或正火的作用。 15. 钢的牌号40Cr中，Cr的含量约为（ ） A. 0.40% B. 1.0% C. 4.0% D. 0.15% 【答案】B 【解析】在合金结构钢40Cr中，牌号前两位数字表示平均含碳量约为0.40%；Cr后的数字未标出，表示铬的平均含量约为1.0%。因此选B。 16. 下面关于金属材料的描述，错误的是（ ） A. 零件1可以选用45钢，具有良好的综合力学性能 B. 零件2用在一般场合，可以选用ZG200400 C. 零件10用在一般场合，可以选用锻件、轧制钢材 D. 零件8是变速箱体，可以选用RuT300 【答案】B 17. 20CrMnTi钢根据其组织和机械性能，在工业上主要作为一种_____使用。（ ） A. 合金渗碳钢 B. 合金弹簧钢 C. 合金调质钢 D. 滚动轴承钢 【答案】A 【解析】20CrMnTi含碳量较低，并含有Cr、Mn、Ti等合金元素，渗碳淬火后可获得表面高硬度、耐磨而心部具有较高韧性的性能，主要用作合金渗碳钢。因此选A。 18. 制造手用锉刀应选用______（ ） A. T12钢经淬火和低温回火 B. Cr12MoV钢经淬火和低温回火 C. 65Mn钢经淬火后中温回火 D. 40MnB钢经淬火和高温回火 【答案】A 【解析】制造手用锉刀应选用T12钢经淬火和低温回火 19. 合金渗碳钢渗碳后必须进行______热处理才能使用（ ） A. 淬火+低温回火 B. 淬火+中温回火 C. 淬火+高温回火 D. 完全退火 【答案】A 【解析】渗碳是一种热处理过程，通过在钢的表面增加碳的浓度来提高其硬度和耐磨性。在渗碳之后，钢的表面会变得非常硬，但内部可能保持较软的状态。为了使整个零件获得良好的力学性能，通常需要进行以下热处理步骤： 淬火：将渗碳后的钢件加热到适当的温度，然后迅速冷却（通常在油或水中），以使表面硬化和内部强化。 低温回火：淬火后的钢件在较低的温度下进行回火，以降低其硬度和脆性，同时保持所需的强度和耐磨性，并提高其韧性。 20. 40Cr钢制造的汽车传动轴，其最终热处理工艺应选择（ ） A. 淬火+低温回火 B. 淬火+中温回火 C. 调质处理（淬火+高温回火） D. 表面淬火+低温回火 【答案】C 【解析】40Cr属于合金调质钢，汽车传动轴要求具有较高的强度、韧性和综合力学性能，通常采用调质处理，即淬火后进行高温回火。因此选C。 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 碳素弹簧钢的含碳量一般在0.6%以下。（ ） 【答案】错误 【解析】碳素弹簧钢含碳量一般在0.6%-0.9%之间，保证足够强度和弹性，含碳量过低弹性不足。 22. 从灰铸铁的牌号上可看出它的硬度和冲击韧性值。（ ） 【答案】错误 【解析】灰铸铁牌号主要反映其最低抗拉强度，不能直接看出硬度和冲击韧性值，硬度和韧性与基体组织和石墨形态等有关。 23. 下表为常用碳素结构钢的牌号与特点，其中等级一列A、B级钢为普通质量非合金钢，C、D级钢为优质非合金钢（ ） 【答案】正确 【解析】碳素结构钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音首位字母、屈服点数值、质量等级符号(A、B、C、D)、脱氧方法符号四个部分按顺序组成，等级中A、B级钢为普通质量非合金钢，C、D级钢为优质非合金钢。 24. 灰铸铁的主要成分是铁和铬。（ ） 【答案】错误 【解析】灰铸铁的主要成分是铁、碳和硅。 25. 碳素钢主要特点是其耐腐蚀性好。（ ） 【答案】错误 【解析】碳素钢的主要特点是强度高，适用于各种机械零件和工具的制造。 26. T10A钢的含碳量为10%。（ ） 【答案】错误 【解析】T10A含碳量为1.0%，牌号中数字表示平均含碳量的千分之几。 27. 下图所示为高碳铬轴承钢的应用，0.95%~1.15%，主加元素铬的质量分数为0.40%~1.65%（ ） 【答案】正确 【解析】高碳铬轴承钢属于特殊质量合金钢，常用于轴承滚动体和内外圈。0.95%~1.15%，主加元素铬的质量分数为0.40%~1.65%，其目的在于增加钢的淬透性和耐磨性。 28. 钢热处理的目的是提高工件的强度和硬度。（ ） 【答案】错误 【解析】该说法错误。钢的热处理是通过加热、保温和冷却改变钢的组织，从而改善或获得所需的强度、硬度、塑性、韧性、耐磨性等性能，目的不只是提高强度和硬度。 29. 退火处理主要用于降低钢的硬度，提高塑性，以便进行后续的冷加工。（ ） 【答案】正确 【解析】该说法正确。退火可降低钢的硬度，改善塑性，消除或减小内应力，细化或均匀组织，便于后续冷加工和切削加工。 30. 钢回火的加热温度在A1以下，回火过程中无组织变化。（ ） 【答案】错误 【解析】该说法错误。回火温度虽然低于A1，但淬火马氏体在回火过程中会发生分解，析出碳化物并形成回火组织，因而会发生组织变化。 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 简述调质处理 【答案】工件淬火后高温回火的复合热处理方法称为调质处理。 【解析】调质处理是将钢件淬火后进行高温回火的复合热处理工艺。淬火使钢获得马氏体，高温回火使马氏体分解并形成回火索氏体，从而使钢件在保持较高强度的同时具有良好的韧性和综合力学性能。 32. 如图所示的机床主轴采用45钢制造，要求其具有较高的强度及足够的塑性和韧性。热处理技术条件为整体调质220~250HBW，轴颈、锥孔表面淬火52~58HRC。初步的加工路线为“锻造→热处理1→粗加工→热处理2→半精加工→热处理3→磨削”。试分析各热处理工序的名称、加热温度范围及作用。 【答案】机床主轴加工热处理工序名称、加热温度范围及作用分析 序号 热处理名称 性质 加热温度（℃） 作用 1 正火 预备热处理 855~875 消除毛坏的锻造应力，降低硬度，改善切削加工性能：均匀组织，细化晶粒，为后续热处理做好组织准备 2 调质 预备热处理 淬火：840~860 高温回火：500~550 获得高的综合力学性能和疲劳强度 3 表面淬火及低温回火 最终热处理 760~780 采用表面淬火使表面获得针状马氏体，经回火后轴颈、锥孔硬度达到52~58HRC，心部保持调质后得到的回火索氏体组织，具有较高的强度和韧性 33. 简述钢进行热处理的主要目的。 【答案】（1）通过加热、保温和冷却改变钢的组织。 （2）改善钢的力学性能，使其获得所需的强度、硬度、塑性和韧性。 （3）改善加工性能，减小或消除内应力，为后续加工或使用提供合适的性能。 【解析】钢的热处理不改变零件的基本形状，而是利用加热和冷却过程改变内部组织，从而调整力学性能和工艺性能。不同热处理工艺的目的有所不同，但通常围绕性能改善、内应力消除和使用要求满足等方面展开。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 某机械加工企业采用45钢制造传动轴。某批圆钢直径为40 mm，长度为500 mm，材料密度取7.85 g/cm3。45钢的平均含碳量取0.45%，铁素体最大含碳量取0.0218%，共析钢含碳量取0.77%，渗碳体含碳量取6.69%。该圆钢经缓慢冷却后，组织由珠光体和先共析铁素体组成。生产中要求先改善锻造后的粗大组织，再通过热处理获得较高的强度和韧性。（1）根据杠杆定律，计算该圆钢缓慢冷却后珠光体和先共析铁素体的质量分数，并计算一根圆钢中两种组织的质量。结果保留两位小数。（2）为改善锻造后的粗大组织并便于后续切削加工，应在淬火前选用退火还是正火？说明理由。（3）若传动轴要求具有较高的强度、韧性和综合力学性能，应采用哪种调质处理方案？说明其基本工艺过程和作用。 【答案】（1）圆钢体积为。圆钢质量为。珠光体质量分数为。先共析铁素体质量分数为。珠光体质量为。先共析铁素体质量为。（2）选用正火。正火可细化晶粒、改善锻造后的粗大组织，并获得较均匀的组织和适中的硬度，有利于后续切削加工；退火虽然软化效果较好，但生产周期较长。（3）采用淬火加高温回火的调质处理。将45钢加热到奥氏体化温度，保温后快速冷却进行淬火，再加热到500～650 ℃进行高温回火，以获得回火索氏体，从而使零件具有较高的强度、韧性和综合力学性能。 【解析】（1）尺寸换算为4.00 cm和50.00 cm，体积为628.00 cm3，质量为4.92 kg。按杠杆定律，珠光体和先共析铁素体质量分数分别为57.23%和42.77%，质量分别为2.82 kg和2.11 kg。（2）选正火，可细化晶粒、均匀组织、改善切削性，且周期较短。（3）淬火后进行500～650 ℃高温回火，获得回火索氏体，兼顾强度、韧性和综合性能。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $ 湖南省（对口招生）机电类 《机械基础》（高教版·第3版） 机械工程材料（上）——钢铁材料与热处理 单元过关卷 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 奥氏体是（ ） A. 组织 B. 液相 C. 化合物 D. 固溶体 2. 45钢不属于（ ） A. 中碳钢 B. 合金钢 C. 优质钢 D. 碳素钢 3. 下列材料，适合制造挖土机铲齿的是（ ） A. 合金调质钢 B. 不锈钢 C. 碳素工具钢 D. 高锰耐磨钢 4. 下图为简化的Fe-FC相图，其中碳质量分数4.3%的点C是（ ） A. 共析点 B. 共晶点 C. 包晶点 D. 液相点 5. 使钢产生冷脆性的元素是（ ） A. 硫 B. 磷 C. 氢 D. 锰 6. 要求高硬度和耐磨性的工具，应选用______的钢。（ ） A. 低碳成分 B. 高碳成分 C. 中碳成分 D. 无碳成分 7. 有关金属材料的表述，正确的是______。（ ） A. Q195是普通碳素结构钢，用于制造重要的焊接结构件 B. CrWMn属于微变形合金工具钢，用于制造量具、刀具和其他强度硬度要求较低的零件 C. QSn4-3属于锡青铜，在大气、海水和碱性溶液中有良好的耐蚀性，用于铸造海上船舶和矿山机械的零件 D. YG8属于钨钴类硬质合金，YG8刀具用于钢、铸钢的中、低速粗加工 8. 下列关于刀具的选择，错误的是（ ） A. 粗加工零件1时，可以使用YT5硬质合金刀具 B. 精加工零件7时，可以使用YG3硬质合金刀具 C. 粗加工零件8时，可以使用YG8硬质合金刀具 D. 精加工零件10时，可以使用YG3硬质合金刀具 9. 下列四种牌号：①45，②Q235，③ZG200-400，④T10A，现要制造变速箱体、螺栓、齿轮、手工锯条，选用顺序正确的（ ） A. ①②④③ B. ②③①④ C. ③②①④ D. ④②①③ 10. 按含碳量划分，钢的含碳量范围是（ ） A. 小于0.0218% B. 0.0218%至2.11% C. 2.11%至6.69% D. 大于6.69% 11. 制造铆钉一般选用（ ） A. Q235 B. ZG230-450 C. 45 D. T8 12. 下图所示的刹车盘一般采用______制造（ ） A. 灰铸铁 B. 可锻铸铁 C. 球墨铸铁 D. 蠕墨铸铁 13. 下列不属于碳素钢分类依据的是（ ） A. 含碳量 B. 质量等级 C. 用途 D. 热处理状态 14. 淬火钢进行低温回火的主要目的是（ ） A. 降低硬度，改善切削加工性 B. 保持较高硬度，消除部分淬火内应力 C. 提高塑性，降低材料强度 D. 细化晶粒，改善铸态组织 15. 钢的牌号40Cr中，Cr的含量约为（ ） A. 0.40% B. 1.0% C. 4.0% D. 0.15% 16. 下面关于金属材料的描述，错误的是（ ） A. 零件1可以选用45钢，具有良好的综合力学性能 B. 零件2用在一般场合，可以选用ZG200400 C. 零件10用在一般场合，可以选用锻件、轧制钢材 D. 零件8是变速箱体，可以选用RuT300 17. 20CrMnTi钢根据其组织和机械性能，在工业上主要作为一种_____使用。（ ） A. 合金渗碳钢 B. 合金弹簧钢 C. 合金调质钢 D. 滚动轴承钢 18. 制造手用锉刀应选用______（ ） A. T12钢经淬火和低温回火 B. Cr12MoV钢经淬火和低温回火 C. 65Mn钢经淬火后中温回火 D. 40MnB钢经淬火和高温回火 19. 合金渗碳钢渗碳后必须进行______热处理才能使用（ ） A. 淬火+低温回火 B. 淬火+中温回火 C. 淬火+高温回火 D. 完全退火 20. 40Cr钢制造的汽车传动轴，其最终热处理工艺应选择（ ） A. 淬火+低温回火 B. 淬火+中温回火 C. 调质处理（淬火+高温回火） D. 表面淬火+低温回火 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 碳素弹簧钢的含碳量一般在0.6%以下。（ ） 22. 从灰铸铁的牌号上可看出它的硬度和冲击韧性值。（ ） 23. 下表为常用碳素结构钢的牌号与特点，其中等级一列A、B级钢为普通质量非合金钢，C、D级钢为优质非合金钢（ ） 24. 灰铸铁的主要成分是铁和铬。（ ） 25. 碳素钢主要特点是其耐腐蚀性好。（ ） 26. T10A钢的含碳量为10%。（ ） 27. 下图所示为高碳铬轴承钢的应用，0.95%~1.15%，主加元素铬的质量分数为0.40%~1.65%（ ） 28. 钢热处理的目的是提高工件的强度和硬度。（ ） 29. 退火处理主要用于降低钢的硬度，提高塑性，以便进行后续的冷加工。（ ） 30. 钢回火的加热温度在A1以下，回火过程中无组织变化。（ ） 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 简述调质处理 32. 如图所示的机床主轴采用45钢制造，要求其具有较高的强度及足够的塑性和韧性。热处理技术条件为整体调质220~250HBW，轴颈、锥孔表面淬火52~58HRC。初步的加工路线为“锻造→热处理1→粗加工→热处理2→半精加工→热处理3→磨削”。试分析各热处理工序的名称、加热温度范围及作用。 33. 简述钢进行热处理的主要目的。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 某机械加工企业采用45钢制造传动轴。某批圆钢直径为40 mm，长度为500 mm，材料密度取7.85 g/cm3。45钢的平均含碳量取0.45%，铁素体最大含碳量取0.0218%，共析钢含碳量取0.77%，渗碳体含碳量取6.69%。该圆钢经缓慢冷却后，组织由珠光体和先共析铁素体组成。生产中要求先改善锻造后的粗大组织，再通过热处理获得较高的强度和韧性。（1）根据杠杆定律，计算该圆钢缓慢冷却后珠光体和先共析铁素体的质量分数，并计算一根圆钢中两种组织的质量。结果保留两位小数。（2）为改善锻造后的粗大组织并便于后续切削加工，应在淬火前选用退火还是正火？说明理由。（3）若传动轴要求具有较高的强度、韧性和综合力学性能，应采用哪种调质处理方案？说明其基本工艺过程和作用。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $