山東大學工程材料

1、工程塑料1常見金屬的晶格類型有 _體心立方、面心立方和密排立方 _三種類型。2加工硬化是指隨著塑性變形的增加，金屬的 強度、 硬度上升而塑性。韌性 下降的現(xiàn)象。3 碳鋼是含碳量 _ 至-范圍內(nèi)的鐵碳合金，而生鐵是含碳大于_ _的鐵碳合金。4. 含碳量在0.77%時的鐵碳合金在727C以上時是 奧氏體 組織，為面心立方晶格， 晶格；727C以下時是 _珠光體 組織，其中鐵素體為 _體心立方晶格 _晶格5熱處理是指 將固態(tài)金屬以一定的升溫速度加熱到既定溫度，保溫一定時間，再以一定的降溫速度冷卻的工藝方法。其目的：通過改變鋼的組織結(jié)構(gòu)而改善金屬零件的使用性能和工藝性能。6工程材料按屬性組成特點可分為

2、金屬材料、無機非金屬材料或陶瓷、高分子材料和復合材料7鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼錠的缺陷有 _、_、和等缺陷?？s孔、疏松、偏析、氣泡等&合金鋼按鋼的合金元素含量分為 、和低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼 R指的是規(guī)定剩余延伸應力或名義屈服極限，是指產(chǎn)生0.2%剩余伸長的屈服強度_。10 材料的常溫強度指標包括 抗拉強度、屈服強度和彈性極限，而塑性指標包括 延伸率和斷面收縮率1按照溶質(zhì)原子在溶劑中的位置不同，固溶體分為間隙固溶體和置換固溶體 _。2工程材料中金屬材料主要是金屬鍵結(jié)合，陶瓷材料主要是離子鍵、共價鍵、結(jié)合，高分子材料主要是共價鍵、范德華鍵或分子鍵 結(jié)合。3. 晶體中的點缺陷有 間隙原子、空穴

3、、而線缺陷那么有 刃型位錯、螺旋位錯4. 區(qū)分冷熱加工的條件是 ，熱加工可以減少金屬件的 、等缺陷，因而可以明顯提高金屬的力學性能。再結(jié)晶溫度，疏松、氣孔、裂紋或者偏析、改善雜質(zhì)分布5碳鋼指含碳量_或 _的鐵碳合金，鑄鐵的含碳量 _>2%_，其碳是以石墨形式存在6退火的目的是 ，淬火的目的是 ，而回火的目的是和_。獲得完全重結(jié)晶、細化晶粒、充分擴散、降 低硬度、消除剩余應力等至少三項以上；獲得馬氏體組織，提高材料強度和硬度；消除內(nèi)應力、改善組織7. 強碳化物形成元素如Cr.碳化物的擴散，是奧氏體區(qū)的元素，在 熱強鋼中能有效地碳化物的分解，在較高溫度下保持鋼的強度。阻礙、縮小；珠光體、防止

4、8 按組織結(jié)構(gòu)分，耐蝕高合金鋼分為： 、_和 。鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、雙相不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼至少四項9工程材料的主要失效形式有：變形失效、斷裂失效、外表損傷失效、失穩(wěn)失效_。10.按晶體結(jié)構(gòu)分類，鈦合金可以分為、和 三類。a型鈦合金、B型鈦合金和a +B型鈦合金 1屈服強度指的是材料的在外力作用下開始產(chǎn)生屈服時單位面積所能承受的最大拉伸力2 晶體結(jié)構(gòu)主要分為_7個晶系和_14種晶格。3工程材料按使用功能可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩類。4 常溫下，鋼與鑄鐵的晶粒越 細，其機械性能越 好，在結(jié)晶過程中假設加快冷卻速度可到達晶粒細化的目的。5. 以下鑄鐵中石墨的存在狀態(tài)及獲取方

5、法是：孕育鑄鐵 、;球墨鑄鐵 、;可b；HB;Kic鍛鑄鐵 、。細小的片狀，孕育處理；球狀，球化處理；團絮狀，長時間的退火6寫出以下力學指標的符號：抗拉強度；布氏硬度斷裂韌性7.鋼的室溫組織有 _鐵素體，珠光體，滲碳體 。&平衡狀態(tài)下，含碳量為 0.60%的鐵碳合金由液態(tài)冷至室溫的組織轉(zhuǎn)變過程為：液態(tài)、液體+奧氏體，奧氏體，奧氏體 +鐵素體，鐵素體+珠光體。9.晶核形成有和兩種方式。均質(zhì)形核和異質(zhì)形核10 共析鋼的室溫組織是 ，它是和的機械混合物。 珠光體，鐵素體和滲碳體、判斷題1. Q235-A是球墨鑄鐵。X2 制作彈簧的最終熱處理工序為調(diào)質(zhì)處理。X3玻璃鋼是一種樹脂基復合材料。 4

6、.外表淬火既可以改變表層金屬的組織和性能也可以改變其成分。X5優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號用兩位數(shù)字表示，其意義是鋼中平均含碳量的千分數(shù)。X6. 在外力的作用下，材料抵抗局部變形、特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力稱為硬度。7. 為使低碳鋼便于切削加工，常預先對其進行退火處理。 X 8. 目前，幾乎所有的工業(yè)均離不開高分子材料。 9. 碳素鋼中的 Si 含量過多時，可導致鋼的冷裂。 10. 熱塑性塑料加工成型過程一般要經(jīng)過加熱塑化、流動成型、冷卻固化三個階段而制得產(chǎn)品。 1. 車床床身機件可選用 HT200 材料制作。3. 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼一般都要經(jīng)過熱處理后使用，所以其牌號反映出化學成分。4. 碳素工具

7、鋼含碳量高，硬度高耐磨，所以使用前可不進行熱處理。 X 5. 熱塑性彈性體與熱塑性塑料的主要差異在于具有像橡膠一樣的高彈性。6. n/8定律是指耐蝕高合金鋼中鉻、鎳等較貴重合金元素每升高1/8原子濃度，它的性質(zhì)將有一個躍升，并且原因 是：耐晶間腐蝕性，晶界結(jié)合強度提高。 X 7. 防止過程裝備發(fā)生脆性斷裂的首要措施是合理選材，尤其是要有足夠低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度等。 8. 脆性斷裂的顯著特征是塑性變形大、斷口灰暗、成纖維狀、微觀上多為韌窩斷裂。 X 9. 沖擊功是對材料斷裂時吸收能量的度量。10. 高分子材料的改性就是設法改變原有的材料的化學組成與結(jié)構(gòu)，改善或提高其性能。1. 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼一般都在

8、供貨狀態(tài)下使用，不做熱處理。2. 硅在鋼中可以起到強化的作用，所以碳鋼中不限制其含量的多少。 X 3. 硬度不是金屬材料的獨立的性能指標X 4. 黃銅是銅錫合金。 X 6. 高分子材料是由相對分子質(zhì)量10韌性斷裂答：材料在斷裂之前產(chǎn)生顯著的宏觀塑性變形的斷裂 沸騰鋼答：在煉鋼時僅使用 Mn 脫氧的鋼，含氧量高，鋼液凝固時碳和氧反響生成大量一氧化碳析出，鋼液出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象，因此得名 細晶強化答：一般來說，同一成分的金屬，晶粒越細，其強度、硬度越高，而且塑性和韌性也越好。用細化 晶粒來提高金屬強度的方法稱為細晶強化以上的化合物構(gòu)成的材料。7. 環(huán)氧樹脂是一種熱塑性樹脂。 X 8. 陶瓷材料的主要結(jié)合

9、鍵是金屬鍵和離子鍵X 9. 樹脂基復合材料是應用最廣的一類復合材料。10. 在冷或熱狀態(tài)下的壓力作用下，材料產(chǎn)生塑性變形的能力叫壓力加工性能。三、解詞1. 復合材料 答：兩種以上具有不同性能的材料通過人工復合制備的一種固體材料。2. 固溶強化答：固溶體中，溶質(zhì)原子的存在使晶格產(chǎn)生畸變，增加了位錯運動的阻力，金屬的滑移變形比擬困 難，其塑性和韌性略有下降，但其強度和硬度隨著溶質(zhì)原子的濃度的增加而提高，在工程上就被稱為固溶強化。3. 異質(zhì)形核答：金屬原子依附于固態(tài)雜質(zhì)微粒的外表形成晶核為異質(zhì)晶核。4. 鑄造性能答：指金屬材料是否適合于鑄造及所鑄構(gòu)件質(zhì)量的好壞。1. 過冷度答：理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶

10、溫度之差稱為過冷度。2. 固溶體答：當合金組元之間以不同比例相互混合后，假設所形成的固相晶體結(jié)構(gòu)與組成合金的某一組元相同，這種相稱為固溶體。3貝氏體 答：在550 CMs溫度區(qū)域內(nèi)，奧氏體轉(zhuǎn)變形成碳過飽和的鐵素體和細小碳化物的混合物，稱為貝氏體。4.玻璃鋼答：以合成樹脂為粘結(jié)劑，玻璃纖維及其制品為增強材料而制成的復合材料，即為玻璃鋼。4高分子合金 答：是指將兩種或兩種以上聚合物通過物理或化學的方法混合而形成的宏觀上均勻、連續(xù)多組分聚 合物，由于這種聚合物共混物的結(jié)構(gòu)和性能特征很像金屬合金，所以稱為高分子合金。四、問答題 1什么是材料的韌性斷裂和脆性斷裂？其原因和典型特點是什么？ 答：韌性斷裂是

11、材料在斷裂之前產(chǎn)生顯著的宏觀塑性變形的斷裂。 往往是因材料受到較大的載荷或過載所引起。斷 裂前塑性變形明顯，一般容易引起人們的注意，同時外載荷所提供的能量大多被材料的塑性變形所消耗，不會造 成嚴重事故。脆性斷裂是材料在斷裂前沒有發(fā)生或很少發(fā)生宏觀可見的塑性變形的斷裂。產(chǎn)生脆性斷裂的原因 a 應力狀態(tài) 與應力集中源缺口效應 ；b 低溫脆性，低溫是很多脆斷事故發(fā)生的條件。工程上大量使用的碳素鋼、低合金鋼 及高合金鋼，都有低溫脆性，其他原因還有焊接質(zhì)量、介質(zhì)特性、尺寸效應等。脆性斷裂是一個快速斷裂過程，往 往造成災難性結(jié)果。2金屬產(chǎn)生加工硬化的原因是什么？加工硬化對生產(chǎn)有何利與弊？有何方法來消除不利

12、的影響？ 答：金屬產(chǎn)生加工硬化的原因主要是在冷塑性變形過程中，隨著變形的增加，晶粒逐漸被拉長，直至破碎，這樣使 各晶粒都破碎成細碎的亞晶粒，變形愈大，晶粒破碎的程度愈大，這使位錯密度顯著增加；同時細碎的亞晶粒也 隨著晶粒的拉長而被拉長。因此，隨著變形量的增加，由于晶粒破碎和位錯密度的增加，金屬的塑性變形抗力將 迅速增大，即強度和硬度顯著提高，而塑性和韌性下降產(chǎn)生所謂“加工硬化現(xiàn)象。有利的方面：加工硬化是強化金屬的重要方法之一，可使金屬的變形均勻。 不利的方面：加工硬化給金屬的進一步塑性變形帶來困難。可以用再結(jié)晶退火處理來消除加工硬化的不利影響。3何謂正火？其目的有哪些？ 答：正火是將鋼加熱到

13、Ac3或Accm 以上30-50 C,保溫適當?shù)臅r間后，在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火處理的目的有： 1作為預備熱處理，使組織粗大的鑄件和鍛件到達組織均勻、細化，為淬火和調(diào)質(zhì)作準備； 2作為最終熱處理，提高鋼的強度、韌性和硬度，對于力學性能要求不高的普通結(jié)構(gòu)鋼件，可在正火狀態(tài) 下使用。3低碳鋼退火后塑性和韌性太高，切削時難斷屑，光潔度不高。正火可以獲得適當硬度，改善低碳鋼和低 合金鋼的切削性能。4金屬結(jié)晶時，液體的冷卻速度如何影響固體金屬的強度？進行細晶強化的措施有哪些？ 答：一般來說，同一成分的金屬，晶粒越細，其強度、硬度越高，而且塑性和韌性也越好。金屬結(jié)晶時冷卻速度愈快，實際的結(jié)晶溫度就愈

14、低，過冷度愈大。由金屬的凝固理論，隨著過冷度的增大，形 核率將增大，晶粒變細。進行細晶強化的措施主要有： 1提高冷卻速度，增大過冷度； 2變質(zhì)處理； 3振動結(jié)晶。 四、問答題1何謂同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變？給出鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程 答：同一金屬元素在固態(tài)下由于溫度的改變而發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)類型變化的現(xiàn)象稱為金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。純鐵在1538 C進行結(jié)晶，得到具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)?Fe。在1394 C時發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，由體心立方晶體結(jié)構(gòu)的8-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄w結(jié)構(gòu)的yFe。溫度進一步降低到 912C時，面心立方晶體結(jié)構(gòu)的y Fe又轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶體結(jié)構(gòu)的 a- Fe, 912 C以下不再發(fā)生轉(zhuǎn)變。2 分析并

15、舉例比方軸類說明如何選擇零部件用鋼。 答：以軸類零件為例進行選材。首先進行工況分析。軸類零件支持機器中回轉(zhuǎn)件并傳遞運動和動力，可能承受扭轉(zhuǎn)、拉伸、彎曲、壓縮及復合 載荷等各種類型載荷；軸頸、支承等部位承受局部載荷；連接動密封部位有摩擦磨損，軸會受到一定程度的過載或 沖擊載荷作用。然后分析軸類零件的失效形式。疲勞斷裂是最常見類型，疲勞裂紋萌生于局部應力最高部位，其次過度磨損可 能會發(fā)生于軸相對運動的外表，此外過量彎曲，扭轉(zhuǎn)變形，振動或腐蝕失效。由以上分析得出對材料性能的要求，具有高的強度、足夠的剛度及良好的韌性，以防止斷裂及過量變形； 具有高的疲勞極限，防止疲勞斷裂；產(chǎn)生磨擦的部位，應具有較高硬

16、度和耐磨性；具有一定淬透性，保證軸有 R的淬硬層深度最后考慮經(jīng)濟性因素進行選材，輕載、低速、不重要的軸，可選用Q235 Q255 Q275等普通碳鋼，這類鋼通常不進行熱處理。中等載荷且精度要求不高的軸類零件，常選用35、40、45、50等優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，尤以45鋼應用最多。較大載荷或精度要求高的軸，以及處于高、低溫等惡劣條件下工作的軸，應選用合金鋼。比方20Cr、 40 MnB 等。3 分析以下牌號鋼鐵材料的種類、含碳量及主要合金元素含量、用途及常用的最終熱處理工藝。15分Q235-AF、20CrMnTi、45、40Cr、GCr15、60Si2Mn、65答：Q235-A.F，普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，其

17、屈服點為235MPa屬沸騰鋼、質(zhì)量等級為A級，這種鋼使用時一般不進行熱處理?？捎糜跇蛄?、建筑物等構(gòu)件，也可用于制造受力不大的零件。20CrMnTi:含碳量0.2%、含Cr、Mn Ti都在19左右的低合金結(jié)構(gòu)鋼，可用作滲碳鋼件，齒輪、軸、蝸桿、活 塞銷、摩擦輪汽車、拖拉機上的變速箱齒輪；最終熱處理為滲碳+淬火+低溫回火。45:為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其含碳量0.45%，用來制造蒸汽輪機、壓縮機、泵的運動零件，為改善其力學性能一般進行正火、調(diào)質(zhì)處理，如需提高外表硬度如軸類零件還可進行外表淬火+低溫回火處理。40Cr :含碳量、含 Cr在1%左右的合金調(diào)質(zhì)鋼，用作重要的軸類件、連桿螺栓、進氣閥和重要齒輪等

18、，最 終熱處理方法：調(diào)質(zhì)處理。GCr15 :含碳質(zhì)量分數(shù)約、鉻質(zhì)量分數(shù)約1.5%的滾動軸承鋼，用作軸承的滾珠、滾柱和滾針，最終熱處理方法：淬火+低溫回火。65:為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其含碳量0.65%，主要用于制造氣門彈簧、彈簧圈、各種墊圈、凸輪及鋼絲繩等，最終熱處理方法常采用淬火 +中溫回火。60Si2Mn :含碳量0.6%、含Si2%左右、Mn在1%左右的合金彈簧鋼，主要用于汽車、拖拉機上的板簧和螺 旋彈簧，最終熱處理方法常采用淬火+中溫回火。4什么是錫青銅？為什么工業(yè)用錫青銅的含錫量為314% ?答：以錫為主要合金元素的銅基合金稱錫青銅。錫青銅的力學性能與其含錫量直接有關。當含錫量約小于5%

19、6%的范圍，其抗拉強度與延伸率隨錫含量增加而增大；當含錫量大于5%6%時，由于出現(xiàn) 3相，其抗拉強度急劇上升，但塑性卻迅速下降；當含錫量大于20%時，強度與延伸率均急速下降，因此，工業(yè)用錫青銅的含錫量為314%。四、分析題1 .在鐵-滲碳體狀態(tài)圖上標注 A1、Ac1、Ar1、A3、Ac3、Ar3、A cm、Accm、A rem線，并標注出完全退火、等溫退火、 球化退火、去應力退火、擴散退火、正火在圖中的位置。并簡單說明這些熱處理的原理。F?IZ3iSSC圖2-1 Fe FcjC合金相圖IpI完全退火一一完全重結(jié)晶，細化晶粒，降低硬度。等溫退火一一升溫到奧氏體區(qū)，快速冷卻至珠光體區(qū)，保溫一段時間

20、，使奧氏體轉(zhuǎn)變成為珠光體，目的同完 全退火，便于控制。球化退火使二次滲碳體和珠光體中的滲碳體球化，降低硬度，改善切削性能，為淬火準備。擴散退火一一使碳和合金元素充分擴散，消除偏析，減少鋼錠、鑄件和鍛件中的組織不均勻性。 正火一一升溫至奧氏體區(qū)，較快速度冷卻，得索氏體組織，強度和硬度略有提高。去應力退火一一用于消除材料中的剩余應力，恢復材料的綜合性能。2. 與冷加工相比，熱加工給金屬件帶來的益處有哪些？答：在再結(jié)晶溫度以上進行的塑性變形稱為熱變形。金屬1通過熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的氣孔焊合，從而使其致密度得以提高；2通過熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的枝晶和柱狀晶破碎，從而使晶粒細化，機械性能提高；3通過熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的枝晶偏析和非金屬夾雜分布發(fā)生改變，使它們沿著變形的方向拉長，形成熱壓力加工“纖維組織流線，使縱向的強度、塑性和韌性顯著大于橫向。如果合理利用熱加工流線，盡量使流線與零件 工作時承受的最大拉應力方向一致，而與外加切應力或沖擊力相垂直，可提高零件使用壽命。3. 指出06Cr18Ni