機(jī)械工程材料于永泗齊民課后習(xí)題集答案解析

1、機(jī)械工程材料課后習(xí)題答案于永泗齊民1-1、可否通過增加零件尺寸來提高其彈性模量。解：不能，彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升高而 逐漸降低外，其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對 彈性模量的影響很小。所以不能通過增大尺寸來提高彈性模量。1-2、工程上的伸長率與選取的樣品長度有關(guān)，為什么？解：伸長率等于，當(dāng)試樣（d）不變時，增加，則伸長率S下降，只有當(dāng) /為常數(shù)時，不同材料的伸長率才有可比性。所以伸長率與樣品長度 有關(guān)。1-3、和兩者有什么關(guān)系？在什么情況下兩者相等？解：為應(yīng)力強(qiáng)度因子，為平面應(yīng)變斷裂韌度，為的一個臨界值，當(dāng)增 加到一定值時，裂紋便失穩(wěn)擴(kuò)展，材料發(fā)生斷裂，

2、此時，兩者相等。1-4、如何用材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線判斷材料的韌性？解：所謂材料的韌性是指材料從變形到斷裂整個過程所吸收的能量， 即拉伸曲線（應(yīng)力-應(yīng)變曲線）與橫坐標(biāo)所包圍的面積。2-1、從原子結(jié)構(gòu)上說明晶體與非晶體的區(qū)別。解：原子在三維空間呈現(xiàn)規(guī)則排列的固體稱為晶體，而原子在空間呈無序排列的固體稱為非晶體。晶體長程有序，非晶體短程有序。2-2、立方晶系中指數(shù)相同的晶面和晶向有什么關(guān)系？解：相互垂直。2-4、合金一定是單相的嗎？固溶體一定是單相的嗎？解：合金不一定是單相的，也可以由多相組成，固溶體一定是單相的。3-1、說明在液體結(jié)晶的過程中晶胚和晶核的關(guān)系。解：在業(yè)態(tài)經(jīng)書中存在許多有序排列飛小原

3、子團(tuán)，這些小原子團(tuán)或大或小，時聚時散，稱為晶胚。在以上，由于液相自由能低，晶胚不會 長大，而當(dāng)液態(tài)金屬冷卻到以下后，經(jīng)過孕育期，達(dá)到一定尺寸的晶 胚將開始長大，這些能夠連續(xù)長大的晶胚稱為晶核。3-2、固態(tài)非晶合金的晶化過程是否屬于同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變？為什么？解：不屬于。同素異構(gòu)是物質(zhì)在固態(tài)下的晶格類型隨溫度變化而發(fā)生 變化，而不是晶化過程。3-3、根據(jù)勻晶轉(zhuǎn)變相圖分析產(chǎn)生枝晶偏析的原因。解：枝晶偏析：在一個枝晶范圍內(nèi)或一個晶粒范圍內(nèi)，成分不均勻 的現(xiàn)象叫做枝晶偏析。結(jié)合二元勻晶轉(zhuǎn)變相圖可知，枝晶偏析產(chǎn)生 的原因是固溶體合金的結(jié)晶只有在 “充分緩慢冷卻”的條件下才能得 到成分均勻的固溶體組織。然而在實

4、際生產(chǎn)中，由于冷速較快，合金 在結(jié)晶過程中，固相和液相中的原子來不及擴(kuò)散，使得先結(jié)晶出的枝 晶軸含有較多的高熔點元素，而后結(jié)晶的枝晶中含有較多低熔點元 素。冷速越快，液固相間距越大，枝晶偏析越嚴(yán)重。3-4、結(jié)合相圖分析含 0.45% C、1.2% C 和3.0% C 的Fe-C合金 在緩慢冷卻過程中的轉(zhuǎn)變及室溫下的組織。解： 0.45% C: L - L+ 8 -L+ 8+ 丫 -L+ 丫一 丫 一+e - P+ y+ %。室溫組織：P+ %1.2%C: L- L+ 丫 7 十二次滲碳體一二次滲碳體。室溫 組織：P+二次滲碳體。 3.0%C : LL+ l L+ y+Le + Le+ 二次 滲

5、碳體-P十寸二次滲碳體+一次滲碳體-Le+二次滲碳體+P。室溫 組織：Le'十二次滲碳體+P。3-6、說明Fe-C合金中5種類型滲碳體的形成和形態(tài)特點。解：一次滲碳體:由液相直接析出，黑色的片層。 二次滲碳體:含 碳量超過0.77%的鐵碳合金自1148 c冷卻至727 c時，會從奧氏體 中析出二次滲碳體。沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀排列。三次滲碳體:鐵碳合金自727 c向室溫冷卻的過程中，從鐵素體析出的為三次滲碳 體。不連續(xù)網(wǎng)狀成片狀分布于鐵素體晶界。共品滲碳體:共晶白口鑄鐵由液態(tài)冷卻到1148 c是發(fā)生共晶反應(yīng)，產(chǎn)生共晶奧氏體和共晶 滲碳體。為白色基體。 共析滲碳體:共析鋼液體在發(fā)生共析轉(zhuǎn)變時

6、， 由奧氏體相析出鐵素體和共析滲碳體。為黑色的片層。3-7、說明金屬實際凝固時，鑄錠的 3中宏觀組織的形成機(jī)制。解：鑄錠的宏觀組織由表層細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)和中心等軸晶區(qū)3個晶 區(qū)組成。表層細(xì)晶區(qū)：當(dāng)高溫的液體金屬被澆注到鑄型中時，液體 金屬首先與鑄型的模壁接觸，一般來說，鑄型的溫度較低，產(chǎn)生很大 的過冷度，形成大量晶核，再加上模壁的非均勻形核作用，在鑄錠表 面形成一層厚度較薄、晶粒很細(xì)的等軸晶區(qū)。柱狀晶區(qū)：表層細(xì)晶 區(qū)形成以后，由于液態(tài)金屬的加熱及凝固時結(jié)晶潛熱的放出,使得模 壁的溫度逐漸升高，冷卻速度下降，結(jié)晶前沿過冷度減小，難以形成 新的結(jié)晶核心，結(jié)晶只能通過已有晶體的繼續(xù)生長來進(jìn)行。由于散

7、熱方向垂直于模壁，因此晶體沿著與散熱方向相反的方向擇優(yōu)生長而形成柱狀晶區(qū)。中心等軸晶區(qū)：當(dāng)柱狀晶區(qū)長大到一定程度，由于冷 卻速度進(jìn)一步下降及結(jié)晶潛熱的不斷放出， 使結(jié)晶前沿的溫度梯度消 失，導(dǎo)致柱狀晶的長大停止。當(dāng)心部液體全部冷卻至實際結(jié)晶溫度一 下時，以雜志和被沖下的晶枝碎片為結(jié)晶核心均勻長大，形成粗大的等軸晶區(qū)。4-1、為什么室溫下金屬的晶粒越細(xì)，強(qiáng)度、硬度越高，塑型、韌性 也越好？解：因為金屬的晶粒越細(xì)，晶界總面積越大，位錯障礙越多，需要協(xié) 調(diào)的具有不同位向的晶粒越多，金屬塑性變形的抗力越高。從而導(dǎo)致 金屬強(qiáng)度和硬度越高；金屬的晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多， 同時參與變形的晶粒數(shù)目也

8、越多， 變形越均勻，推遲了裂紋的形成于 擴(kuò)展使得在斷裂前發(fā)生了較大的塑性變形， 在強(qiáng)度和塑型同時增加的 情況下，其塑型和韌性越好。4-2、黃銅鑄件上的數(shù)碼不慎搓掉如何識別數(shù)碼？解：用加熱使它再結(jié)晶的方法可以使原來的數(shù)碼再呈現(xiàn)。 因為打字時 會使鑄件打字處產(chǎn)生塑性變形，有預(yù)變形存在，通過加熱再結(jié)晶可使 晶?；謴?fù)到預(yù)變形之前的狀態(tài)，使之顯現(xiàn)出數(shù)碼。4-3、金屬鑄件的晶粒往往粗大，能否通過再結(jié)晶退火來細(xì)化其晶粒？為什么？解：不能，因為鑄件沒有產(chǎn)生預(yù)變形，故不能采用再結(jié)晶的方法。4-4、銅只是通過冷加工及隨后加熱來細(xì)化晶粒，而鐵則不需要冷加 工，只需加熱到一定溫度便可使晶粒細(xì)化，為什么？解：因為銅不存

9、在同素異構(gòu)的現(xiàn)象，加熱時晶體的結(jié)構(gòu)不發(fā)生變形， 所以采用冷加工破碎晶粒，產(chǎn)生預(yù)變形，從而來消除應(yīng)力，而鐵存在 同素異構(gòu)的現(xiàn)象，固態(tài)變相組織要比晶粒組織細(xì)，因此只需加熱到一 定溫度便能使晶粒細(xì)化。4-5、下列齒輪餅坯的加工方法中，哪種方法正確？為什么？ （ 1） 從熱軋厚鋼板上切下圓餅；（2）從熱軋粗鋼棒上切下圓餅；（3）由 熱軋鋼棒鍛成圓餅。解：選擇由熱軋鋼棒鍛成圓餅，因為這樣可以控制銅的纖維素的走向 與受力方向一致。4-6、用冷拉銅絲繩（承受能力遠(yuǎn)超過工件質(zhì)量）吊送剛出爐熱處理 工件去淬火，但在此工程中，銅絲發(fā)生斷裂。為什么？解：原因是：冷拉鋼絲繩經(jīng)冷塑加工強(qiáng)度提高，強(qiáng)度大于載荷，但吊 運熱

10、工件時其溫度升高，使原子擴(kuò)散能力升高，從而使其產(chǎn)生回復(fù)再 結(jié)晶，晶?；謴?fù)到以前的狀態(tài)，強(qiáng)度降低，最終發(fā)生斷裂。4-7、鴇在1100 C下的變形加工和錫在室溫下的變形加工是冷加工 還是熱加工？為什么？解：再結(jié)晶溫度=熔化溫度X0.4,鴇的熔點為3380 C,其再結(jié)晶溫 度為（3380+273） X0.4273=1187 C,加工溫度小于再結(jié)晶溫度，所 以屬于冷加工；錫的熔點為 232 C,其再結(jié)晶溫度為（232+237） X 0.4273=71 C,室溫（25 C）大于再結(jié)晶溫度，所以屬于熱加工。4-8、在冷拔鋼絲時常進(jìn)行中間退火，原因？如何選擇中間退火的溫度？冷拔過程中產(chǎn)生很大應(yīng)力，在使用過程

11、中要把這種應(yīng)力消除，使用 中間退火會細(xì)化晶粒，產(chǎn)生預(yù)變形，使強(qiáng)度和硬度提升，消除應(yīng)力，選取 的溫度應(yīng)該小于再結(jié)晶溫度。4-9、用冷拔高碳鋼絲纏繞螺旋彈簧，最后要進(jìn)行何熱處理，原因是？ 解：進(jìn)行去應(yīng)力退火，冷拔過程中產(chǎn)生很大應(yīng)力，退火保證彈簧不會由 于應(yīng)力不確定而恢復(fù)原形，同時對彈簧的定型處理可以保證彈簧的彈 力。4-10、反復(fù)彎折退火鋼絲時，會感到越彎越硬，最后斷裂，為什么？ 解：反復(fù)彎折會使晶粒變細(xì)，因而硬度提高，同時產(chǎn)生應(yīng)力，使塑性降低, 從而會被折斷。5-3、判斷下列說法正誤，并說明原因。解：1.馬氏體是硬而脆的相。錯，馬氏體是硬的相，滲碳體才是脆的相；2 .過冷奧氏體的冷卻速度大于 V

12、k時，則冷速越大，所得馬氏體的硬度 越高。錯，馬氏體硬度取決于含碳量，與冷卻速度無關(guān)。3 .鋼中的合金元素含碳量越高，其淬火后的硬度也越高。 錯，合金元素 對淬透性的影響大，但對硬度影響小4 .本質(zhì)細(xì)晶粒鋼的晶?？偸潜缺举|(zhì)粗晶粒鋼的晶粒細(xì)。 錯,晶粒的大小 與加熱溫度和保溫時間有關(guān).本質(zhì)細(xì)晶粒鋼只是加熱時長大的趨向比 本質(zhì)粗晶粒鋼小，但不代表本身比本質(zhì)粗晶粒鋼的晶粒細(xì)。5 .同種鋼材在同樣的加熱條件下，總是水冷的比油冷的淬透性好，小件 的比大件的淬透性好。 錯，鋼的淬透性取決于其臨界冷卻速度，與工 件尺寸和冷卻介質(zhì)無關(guān)。5-4、生產(chǎn)中常把加熱到淬火溫度的鉗工扁鏟的刃部蘸入水中急冷后，出水停留一

13、會，再整體投入水中冷卻，兩次水冷的作用及水冷后的組織。解：刃部入水急冷淬火彳導(dǎo)馬氏體，出水停留一段時間為回火得回火馬 氏體，再整體入水，抑制繼續(xù)回火，保留回火組織。5-5、用20鋼進(jìn)行表面淬火和用45鋼進(jìn)行滲碳處理是否合適？為什么？解：20鋼不適合表面淬火，含碳量低會降低硬度和耐磨性；45鋼不適 合滲碳處理，碳含量足夠，滲碳使低碳鋼工件表面獲得較高碳濃度。5-6、鋼經(jīng)表面淬火或滲碳后，表層的殘余應(yīng)力是拉應(yīng)力還是壓應(yīng)力？原因？解：壓應(yīng)力，因表面低溫，收縮后心部的高溫區(qū)產(chǎn)生塑性變形，冷卻后內(nèi) 部部分彈性變形恢復(fù)。5-7、一批45鋼零件進(jìn)行熱處理時，不慎將淬火件和調(diào)質(zhì)件弄混，如何區(qū)分開？為什么？解：

14、用鋸片試鋸，淬火件比調(diào)質(zhì)件難鋸，因為淬火后工件硬度提高，二調(diào) 質(zhì)會降低硬度。5-8、將兩個T12鋼小試樣分別加熱到780 C和860 C保溫后以大 于的速度冷卻至室溫，試回答問題，并說明原因。解：1.哪個溫度淬火后馬氏體晶粒粗大？ 860，溫度越高，奧氏體晶粒成長越快；2.哪個淬火后殘余奧氏體量多？860,溫度高，奧氏體含碳量高轉(zhuǎn)化充分，冷卻時奧氏體越多；3.哪個淬火后末溶碳化物量多？780，溶 碳能力較?。?.哪個淬火適合？ 780,因淬火加熱溫度以得到均勻細(xì)小 奧氏體為原則，以便淬火后獲得細(xì)小馬氏體組織，高溫下奧氏體易長大 形成粗大奧氏體組織，故780加熱好。5-9、分別用45鋼和15鋼制

15、造機(jī)床齒輪，要求齒表面具有高的硬度 和耐磨性，心部具有良好的韌性.安排工藝路線，熱處理工序目的及使 用狀態(tài)下的組織。解：45:下料，鍛造，退火（調(diào)整硬度）,機(jī)加工，調(diào)質(zhì)（得到顆粒狀滲碳 體），精加工,表面淬火加低溫回火（加強(qiáng)強(qiáng)度和韌性）,精加工，表層回火 馬氏體，心部回火索氏體；15:下料，鍛造，正火（調(diào)整硬度）,機(jī)加工，滲碳 （提高表面硬度耐磨性），淬火加回火（加強(qiáng)強(qiáng)度和韌性），磨削，表層回火 馬氏體碳化物，心部回火索氏體。第六章6-1、鋼的質(zhì)量為什么以磷，硫的含量來劃分？解：磷對鋼有固化作用，降低塑性韌性，產(chǎn)生冷脆現(xiàn)象；硫在加熱時會使 鋼發(fā)生熱脆現(xiàn)象，對鋼質(zhì)量影響很大。6-2、什么是合金鋼

16、？與碳鋼相比合金鋼有哪些優(yōu)點？為什么？解：指為了提高鋼的性能，在碳鋼基礎(chǔ)上有意加入一定量的合金元素 所獲得的鐵基合金；強(qiáng)度高，塑性韌性好，焊接性好，冷熱壓力加工性能 好，耐腐蝕性好，因為加入了金屬成分。6-3、加入鋼中的合金元素的作用，舉例。解：Cr含量高，不銹鋼，含量低，提高強(qiáng)度;Mn提高耐磨性，細(xì)化晶粒根 據(jù)加入的元素可提高強(qiáng)度，韌性，耐磨性，耐腐蝕性，加工性能，機(jī)械性6-4、用W18Cr4V 制作盤形銃刀，安排其加工工藝路線，各熱加工工 序的目的及使用狀態(tài)下的組織。解：工藝路線:下料-鍛造-退火（降低硬度便于加工）-基加工-淬火（得到 馬氏體）-多次回火（消除應(yīng)力，減少殘余奧氏體卜磨削.

17、回火馬氏體，細(xì)顆 粒狀碳化物加少量殘余奧氏體。6-5、20CrMnTi與T12鋼的淬透性與淬硬性差別，原因。解：前者是滲碳鋼，低碳鋼，淬透性好，淬硬性差.后者為高碳鋼，淬透性 差，淬硬性好。6-8、說明碳素結(jié)構(gòu)鋼成分特點，常用熱處理方法及使用狀態(tài)下的組織 和用途。解：塑性高，可焊接性好，熱軋空冷，鐵素體加珠光體，熱軋板.帶.棒及型鋼使用。（掌握碳素結(jié)構(gòu)鋼就行）6-9、說明下列牌號中Cr,Mn的作用。解：40Cr:提高強(qiáng)度;20CrMnTi:Cr 提高韌性,Mn 細(xì)化晶 粒;GCr15SiMn:Cr提高韌性強(qiáng)度,Mn細(xì)化晶粒;06Cr18Ni9:提高電位, 耐腐蝕性。6-11、材料庫中：42Cr

18、Mo,GCr15,T13,60Si2Mn.要做錘刀，齒輪，汽車板簧選，材熱處理方法及組織。解：錘刀:T13,下料，退火，加工，淬火，低溫回火，回火馬氏體加顆粒狀碳 化物極少量殘余奧氏體；齒輪:42CrMo,下料,退火,機(jī)加工，調(diào)質(zhì)，精加工, 表面淬火，低溫回火，磨削，回火索氏體 板簧:60Si2Mn:下料,熱處理，淬火，中溫回火，回火托氏體。(缺少6-12,請看書)第七章7-1、什么叫做石墨化，影響石墨化的因素，說明鑄鐵各階段石墨化 過程中的組織變化。解：鑄鐵中碳原子的析出形成石墨的過程叫石墨化， 影響：化學(xué)成分、 冷卻速度，一：結(jié)晶時一次石墨、二次石墨、共晶石墨析出，加熱時 一次滲碳體、二次

19、滲碳體和共晶滲碳體分離；二：冷卻時共析石墨析 出和加熱時共析滲碳體分解。7-3、指出下列鑄件采用鑄鐵種類和熱處理方式，說明。解：(1)機(jī)床床身:灰口鑄鐵，退火，消除內(nèi)應(yīng)力； (2)柴油機(jī)曲 皿：球墨鑄鐵，淬火加低溫回火，高硬度和耐磨性；(3)液壓泵殼體: 灰鑄鐵，表面淬火，同上；(4)犁鋅:可鍛鑄鐵，石墨化加退火，強(qiáng) 度韌性塑性；(5)冷凍機(jī)缸套:球墨鑄鐵，淬火加回火，消除內(nèi)應(yīng)力 高強(qiáng)度和耐磨性；(6)球磨機(jī)襯板:白口鑄鐵，淬火加高溫回火，高 硬度。7-4、鑄鐵件表面、棱角和凸緣處硬度較高，難以機(jī)械加工，為什么？ 如何處理？解：這些地方在澆注時冷卻速度較快，形成了共晶白口狀態(tài)，可退火 處理。7-5、灰口鑄鐵在性能上特點，為什么用在機(jī)床床身。