高教版配東南大學(xué)工程材料習(xí)題參考答案

1、工程材料習(xí)題參考答案第一章.習(xí)題參考答案1-1、名詞解釋1、ob抗拉強度-金屬材料在拉斷前的最大應(yīng)力，它表示材料對最大均勻塑性變形的抗力。2、心屈服強度-表示材料在外力作用下開始產(chǎn)生塑性變形的最低應(yīng)力，表示材料抵抗微量塑性變形的能力。3、.2屈服強度-試樣產(chǎn)生0.2%殘余應(yīng)變時的應(yīng)力值為該材料的條件屈服。4、6伸長率-塑性的大小用伸長率6表示。5、HBS布氏硬度-以300Kg的壓力F將直徑D的淬火鋼球壓入金屬材料的表層，經(jīng)過規(guī)定的保持載荷時間后，卸除載荷，即得到一直徑為d的壓痕。6、HRC洛氏硬度-是以120o的金剛石圓錐體壓頭加上一定的壓力壓入被測材料，根據(jù)壓痕的深度來度量材料的軟硬，壓痕愈

2、深，硬度愈低。7、（T1（對稱彎曲疲勞強度）-表示當應(yīng)力循環(huán)對稱時，光滑試樣對稱彎曲疲勞強度。8、K1C（斷裂韌性）-應(yīng)力強度因子的臨界值。1-2、試分別討論布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度適用及不適用于什么場合？1、布氏硬度適用于退火和正火態(tài)的黑色金屬和有色金屬工件，不適用于太薄、太硬（450HB）的材料。2、洛氏硬度適用于檢測較薄工件或表面較薄的硬化層的硬度,適用于淬火態(tài)的碳素鋼和合金鋼工件不適用于表面處理和化學(xué)熱處理的工件。3、維氏硬度適用于零件表面薄硬化層、鍍層及薄片材料的硬度，不適用于退火和正火及整體淬火工件。第二章.習(xí)題參考答案2-1、名詞解釋1、晶體-指原子（原子團或離子）按一定的幾

3、何形狀作有規(guī)律的重復(fù)排列的物體。2、2、非晶體-組成物質(zhì)的原子是無規(guī)律、無次序地堆聚在一起的物體。3、單晶體-結(jié)晶方位完全一致的晶體。4、多晶體-由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)。5、晶粒-每個小晶體具有不規(guī)則的顆粒狀外形。2-2、何謂空間點陣、晶格、晶體結(jié)構(gòu)和晶胞？常用金屬的晶體結(jié)構(gòu)是什么？劃出其晶胞，并分別計算起原子半徑、配位數(shù)和致密度？1、空間點陣-為了便于分析各種晶體中的原子排列及幾何形狀，通常把晶體中的原子假想為幾何結(jié)點，并用直線從其中心連接起來，使之構(gòu)成一個空間格子。2、品格-這種表示晶體中原子排列形式的空間格子。3、晶胞-構(gòu)成品格的最基本的幾何單元。4、4、常用金屬的晶體結(jié)構(gòu)有：體心立方晶

4、格：1）、原子半徑r=a；2）、配位數(shù)=8424-33)、致密度致密度=¥=23-2X4/3ttT3/a3=2X431兀/2；/4a)3/a3=068面心立方品格：1）、原子半徑r=21/2/4a2）、配位數(shù)=123）、致密度=nu/v=4X4/3冗丫3/a3=4X4/3兀21/2/4a）3/a3=074密排六方品格：1）、原子半徑r=1/2a2）、配位數(shù)=123）、致密度=nu/v=6X4/3tT3/3a3乂Sin600乂C=兀/23/2=0742-3.何謂理想晶體和實際晶體？為什么單晶體呈各向異性而多晶體在大多數(shù)情況下沒有各向異性現(xiàn)象？1、理想晶體-是原子按一定規(guī)則排列的單晶體，

5、內(nèi)部晶體方位完全一致，且完好無損的，具有各向異性。2.答：實際晶體為多晶體，由許多不同位向的小晶粒組成，且有許多晶體缺陷，如點缺陷（空位、溶質(zhì)原子），線缺陷（位錯），面缺陷（晶界等），具有偽各向同性。3、單晶體呈各向異性是由于單晶體在不同晶向上的原子密度不同，在不同方向上的原子結(jié)合力不同，因而其彈性模量也不同，顯示出各向異性。5、多晶體在大多數(shù)情況下沒有各向異性現(xiàn)象，因為多晶體是由大量彼此位向不同的晶粒組成，多晶體中各個晶粒的位向紊亂，其各向異性顯示不出來，結(jié)果使多晶體呈現(xiàn)各向同性或稱偽無向性。2-4、何謂同素異晶轉(zhuǎn)變？試以鐵為例說明之？答：同素異晶轉(zhuǎn)變是一種金屬具有兩種或兩種以上的晶體結(jié)構(gòu)，

6、把這種金屬的不同晶體結(jié)構(gòu)改變的現(xiàn)象。p18如鐵在結(jié)晶之后繼續(xù)冷卻時，會發(fā)生結(jié)構(gòu)的變化，從一種品格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N品格*Fe1394c-Fe921c-Fe。2-5、在實際晶體中存在著哪幾類缺陷？答：在實際晶體中存在著：1.點缺陷（空位、溶質(zhì)原子）2、線缺陷（位錯：刃型位錯和螺型位錯）3、面缺陷（晶界、亞晶界等）2-10、為什么金屬結(jié)晶時一定要有過冷度？冷卻速度與過冷度的關(guān)系是什么？答：在平衡溫度處，液體與晶體處于動平衡狀態(tài)，此時，液體的結(jié)晶速度與晶體的熔化速度相等。也就是當金屬處于平衡溫度時，金屬不能進行有效的結(jié)品過程。要使結(jié)晶進行，則必須將液體冷至低于平衡溫度。晶體總是在過冷的情況下結(jié)晶的，因此過

7、冷是金屬結(jié)晶的必要條件，所以，金屬結(jié)晶時一定要有過冷度。冷卻速度與過冷度的關(guān)系是冷卻速度愈大，過冷度也愈大。2-13、晶粒大小對金屬性能有何影響？細化晶粒方法有哪些？答：在一般情況下，晶粒愈小，則金屬的強度.塑性和韌性愈好.細化晶粒是提高金屬性能的重要途徑之一，晶粒愈細，強度和硬度愈高，同時塑性韌性愈好。細化晶粒方法有：增大過冷度；2.變質(zhì)處理；3.附加振動或攪動等方法；第三章.習(xí)題參考答案3-1、塑性變形的基本方式有幾種？塑性變形的的物理本質(zhì)是什么？答：塑性變形的基本方式有：滑移和李生。塑性變形的的物理本質(zhì)：滑移和孚生共同產(chǎn)生的塑性變形。滑移是晶體的一部分相對另一部分做整體剛性移動。孚生是在

8、切應(yīng)力的作用下，晶體的一部分相對另一部分沿著一定的晶面（孚生面）產(chǎn)生一定角度的切變3-2、為什么金屬的實際強度要比理論強度低得多？詳細說明之。答：這是因為實際金屬晶體存在著各種晶體缺陷，如點缺陷、線缺陷和面缺陷。3-4、加熱對冷變形金屬的組織和性能有何影響？答：當對變形金屬進行加熱時，其組織和性能將發(fā)生回復(fù)、冉結(jié)晶和晶粒長大的變化過程回復(fù)階段：變形金屬的強度.硬度與塑性等變化不大，但內(nèi)應(yīng)力.電阻等明顯降低.3-7.怎樣區(qū)分冷加工和熱加工？為什么鍛件比鑄件的力學(xué)性能好？熱加工會造成哪些組織缺陷？答：金屬的冷加工和熱加工的界限是以金屬的再結(jié)晶溫度來區(qū)分的。鍛件：經(jīng)過熱塑性變形把粗大的柱狀晶和枝晶擊

9、碎并形成等柱細晶組織，改善力學(xué)性能。還可將鑄態(tài)金屬中的疏松、氣孔、微裂紋，經(jīng)熱塑性變形被壓實或焊合，從而使組織致密，性能提高。所以，鍛件比鑄件的力學(xué)性能好。熱加工會造成纖維組織缺陷：經(jīng)熱塑性變形后，金屬中的非金屬夾雜物沿著變形的流動方向破碎和拉長，并沿著被拉的金屬晶粒的界面分布，形成纖維組織（流線），使金屬的性能具有明顯的各向異性。冉結(jié)晶后:變形組織.性能完全消失，而硬度.強度顯著下降，塑性韌性明顯提高，內(nèi)應(yīng)力基本消除，金屬恢復(fù)到變形前的性能.再結(jié)晶后如果形成粗大的晶粒，使金屬的力學(xué)性能顯著降低.3-8.共析鋼珠光體組成相F和Fe3C相對量（重要補充）F=S-X100%=（6.69-0.77）

10、/6.69X100%88%,Fe3c=188%=12%QK第四章、二元合金4-1、名詞解釋1、置換固溶體-是指溶質(zhì)原子位于溶劑品格的某些結(jié)點位置而形成的固溶體。2、間隙固溶體-溶質(zhì)原子分布于溶劑品格間隙而形成的固溶體。3、正常價化合物-是指符合一般化合物的原子價規(guī)律的化合物，它們是由在周期表上相距較遠.電化學(xué)性相差較大的元素組成。4、電子化合物-是第一族或過渡族元素與第II至第V族元素形成的化合物，它們不遵循原子價規(guī)律，但是有一定的電子濃度。5、間隙化合物-由過渡族金屬元素與原子半徑較小的C.N.H.B等非金屬元素形成的化合物。6、滲碳體-是鋼鐵中一種最重要的具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物，碳原子直

11、徑與鐵原子直徑之比為0.61。P35滲碳體-C與Fe的化合物。7、合金滲碳體-滲碳體具有復(fù)雜的斜方晶格，其中鐵原子可以部分地被其他金屬原子所置換，形成以滲碳體為基的固溶體。P368、相圖-是一種簡明的示意圖，它清楚地表明了合金系中各種相的平衡條件以及相與相之間的關(guān)系。9、共晶轉(zhuǎn)變-成分為E點的液相Le同時結(jié)晶出兩種成分和結(jié)構(gòu)都不相同的周相aM+0N這種轉(zhuǎn)變稱為共晶轉(zhuǎn)變。10、共析轉(zhuǎn)變-從一個固相中同時析出成分和晶體結(jié)構(gòu)完全不同兩種新相的轉(zhuǎn)變過程。11、杠桿定律-Qa=生，可見液、周兩相的相對量的關(guān)系，如同力學(xué)中的QlKX杠桿定律，稱此式為杠桿定律。12、晶內(nèi)偏析-在一個晶粒內(nèi)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)

12、象。13、比重偏析-因比重不同而造成化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。14、包晶偏析-由于包品轉(zhuǎn)變不能充分進行而產(chǎn)生化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。15、組織組成物-在顯微鏡下能清楚地區(qū)別一定形態(tài)特征的組成部分，該組成部分稱為組織組成物。第五章、鐵碳合金5-1、名詞解釋1、鐵素體-C在aFe中的固溶體。用F或a表示。2、奧氏體-C在丫尾中的間隙固溶體。用A或丫表示。3、珠光體-共析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是鐵素體F和滲碳體Fe3C的機械混合物.用符號P表小04、Fe3CH-含碳量為.77%的合金，在1148c冷卻到727c的過程中，合金沿丫晶界析出的Fe3C,呈網(wǎng)狀分布5、Fe3Cm-一般鐵碳合金由727c冷卻到室溫時，將由鐵素體

13、析出滲碳體.6、Fe3C-對于過共品白口鐵，當合金冷卻至1148c時，開始從液相中結(jié)晶出先共晶滲碳體.7、Ac10Ac3、Acm-是碳鋼在極緩慢地加熱或冷卻時的轉(zhuǎn)變溫度.5-3、試計算珠光體中相組成物中的百分比？F=S'K'/QK00%=(6.690.77)/6.69X100%88%Fe3C=QS/QK'100%=12%.5-5、在碳鋼中Mn以何種形式存在？對鋼的性能有何影響？答：1、Mn的大部分溶于鐵素體中，形成置換固溶體，使鐵素體強化。2、一部分Mn溶入Fe3C中，形成合金滲碳體(FeMn)3C。3、Mn使珠光體含量增加，細化珠光體，提高鋼的強度。5-6、在碳鋼中S

14、i以何種形式存在？對鋼的性能有何影響？答：1、大部分Si能溶于鐵素體中，使鐵素體強化，使鋼6b增加.HB.增加6下降.aK下降。2、少部分Si存在于硅酸鹽夾雜中。5-7、碳鋼中的P、S對鋼的性能有何影響？答：P是一種有害元素，會使鋼產(chǎn)生冷脆。S是在煉鋼時由礦石、燃料帶進鋼中，S不溶于鐵，而以FeS的形式存在，F(xiàn)eS與Fe生成低熔點（985C）的共晶體（二元共晶），F(xiàn)eS、FeO和Fe還生成低熔點（944C）的三元共晶體，會使鋼產(chǎn)生熱脆.6-1、奧氏體的形成過程可分為哪幾個階段？影響奧氏體形成過程的因素有哪些？答：奧氏體的形成過程可分為：1、奧氏體晶核的形成與長大2、殘余滲碳體的溶解3、奧氏體的

15、均勻化影響奧氏體形成過程的因素有：1）、加熱溫度2）、加熱速度3）、原始組織4）、碳及合金元素6-3、過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物有哪幾種類型？比較這幾種轉(zhuǎn)變類型的異同點。答：1、過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物有三種類型：珠光體轉(zhuǎn)變；貝氏體轉(zhuǎn)變；馬氏體轉(zhuǎn)變1、過冷奧氏體轉(zhuǎn)變類型相同點：在轉(zhuǎn)變過程中要發(fā)生品格的重構(gòu)，通過形核和長大來完成。3、過冷奧氏體轉(zhuǎn)變類型不同點：1）、珠光體轉(zhuǎn)變是擴散型轉(zhuǎn)變。2）、貝氏體轉(zhuǎn)變時只發(fā)生碳原子的擴散，鐵原子不擴散，貝氏體轉(zhuǎn)變是半擴散型轉(zhuǎn)變。3）、馬氏體轉(zhuǎn)變是無擴散型轉(zhuǎn)變。6-4、鋼材的退火、正火、淬火、回火應(yīng)用在什么場合？熱處理后形成的組織是什么？答：3、熱處理后形成的組織和應(yīng)用

16、1）、退火p72完全退火組織：F+P組織應(yīng)用：亞共析鋼和合金鋼鑄、鍛件球化退火組織：球化體或球狀珠光體.應(yīng)用：過共析鋼或合金工具鋼去應(yīng)力退火應(yīng)用：組織未發(fā)生改變.鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件2）、正火正火組織：索氏體組織應(yīng)用:低碳鋼、低碳合金鋼3）、淬火淬火組織：馬氏體應(yīng)用：碳鋼、合金鋼零件6-5、淬透性與淬透層深度、淬硬性有哪些區(qū)別？影響淬透性因素有哪些？答：1、淬透性與淬透層深度、淬硬性的區(qū)別：淬透性是鋼在淬火時獲得馬氏體的能力，它是鋼材本身固有的屬性。淬透性的好壞與含碳量和合金元素有關(guān)。淬硬性是鋼淬火后，馬氏體所能達到的最高硬度。淬硬性主要取決于加熱時溶入奧氏體中的含碳量，而合金元素沒有

17、明顯的影響。淬透層深度是淬火工件表面至半馬氏體區(qū)（馬氏體與非馬氏體組織各占一半的地方）距離影響淬透性因素有：臨界冷卻速度Vk影響臨界冷卻速度的因素：鋼的化學(xué)成分，特別是合金元素及含量。6-6、化學(xué)熱處理的基本過程是什么？常用的化學(xué)熱處理方法有哪些？各自的目的是什么？答：1、化學(xué)熱處理的基本過程是：分解；吸收；擴散2、常用的化學(xué)熱處理方法有：鋼的滲碳；鋼的滲氮；碳氮共滲2、鋼的滲碳目的：增加工件表面的碳含量，提高工件表面的硬度和耐磨性，同時保持心部有良好的韌性。3、鋼的滲氮目的：向鋼的表層滲入氮原子，以提高工件表層的硬度、耐磨性、疲勞強度及耐蝕性4、碳氮共滲目的：增加表面碳、氮含量，提高工件表面

18、耐磨性，疲勞強度和耐蝕性。比單一的滲碳、滲氮具有更高的性能。6-9.某齒輪要求齒面高硬度、耐磨，而心部具有一定的韌性，擬采用下列材料和熱處理工藝：(1)、45鋼調(diào)質(zhì)；(2)、45鋼高頻淬火、低溫回火；(3)、T8鋼整體淬火、中溫回火；(4)、20鋼滲碳淬火、低溫回火；試從所達到的力學(xué)性能、熱處理工藝的簡繁、成本高低等幾個方面加以比較答:(1)、45鋼調(diào)質(zhì)，得回火索氏體，性能達不到齒輪要求.(2)、45鋼高頻淬火、低溫回火，表面為中碳回火馬氏體，心部韌性偏高，性能達不到齒輪要求.(3)、T8鋼整體淬火、中溫回火，齒輪整體為回火屈氏體，齒輪的表面和心部性能都達不到要求.(4)、20鋼滲碳淬火、低溫

19、回火，表面為高碳馬氏體，心部韌性很好，符合齒輪性能要求.20鋼成本低，選擇(4)的材料和熱處理工藝.第七章7-1、名詞解釋：1、合金鋼-為了改善鋼的組織與性能，在非合金鋼的基礎(chǔ)上有意識地加入一些合金元素后所獲得的鋼種。P982、合金元素-為合金化目的而加入且含量在一定范圍的元素。3、二次硬化-當含W.Mo.Ti含量高的淬火鋼，在500600c溫度范圍回火時，其硬度并不降低，反而升高，把這種在回火時硬度升高的現(xiàn)象。4、回火脆性-合金鋼淬火后，在某一溫度范圍回火時，出現(xiàn)脆化的現(xiàn)象。7-2、合金鋼與碳鋼相比，具有哪些特點？答：碳鋼的缺點：1.淬透性低2.強度低，屈強比低3.回火穩(wěn)定性差4.不具備某些

20、特殊性能7-3、鋼中有哪些常存雜質(zhì)？它們對鋼的性能有何影響?答：鋼中常存雜質(zhì)有：P和S.P是一種有害元素，會使鋼產(chǎn)生冷脆S是在煉鋼時由礦石、燃料帶進鋼中，S不溶于鐵，而以FeS的形式存在，F(xiàn)eS與Fe生成低熔點（985C）的共晶體（二元共），F(xiàn)eS、FeO和Fe還生成低熔點（944C）的三元共晶體，會使鋼產(chǎn)生熱脆。7-5、合金元素對淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變有何影響？答：1、提高鋼的回火穩(wěn)定性2、產(chǎn)生二次硬化3、回火脆性7-8.拖拉機的變速齒輪，材料為20CrMnTi,要求齒面硬度5864HRc,分析說明采用什么熱處理工藝才能達到這一要求？答：20CrMnTi調(diào)質(zhì)+920c滲碳淬火+180c回火能達到拖

21、拉機的變速齒輪的性能要求.調(diào)質(zhì):滿足心部具有足夠的強度和韌性，即綜合性能好.滲碳淬火+低溫回火：使齒面具有高的含碳量，并且獲得高碳低合金的回火馬氏體能滿足齒面的硬度要求.7-9.高速鋼淬火后為什么需要進行三次回火？在560c是否是調(diào)質(zhì)處理？為什么？答:高速鋼淬火后，殘余奧氏體的量達到20%30%,三次回火促使殘余奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變.在560c進行三次回火，一方面從馬氏體中沉淀析出細小分散的W2C、MoC、VC,形成”彌散硬化”.另一方面從殘余奧氏體中析出合金碳化物，降低殘余奧氏體中合金的濃度，是Ms點上升,當隨后冷卻時，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，產(chǎn)生"二次淬火”.回火后組織為回火馬氏體+合

22、金碳化物+少量殘余奧氏體.在560c回火不是調(diào)質(zhì)處理.7-11.某機床齒輪選用45鋼制作，具加工工藝路線如下：下料鍛廠熱處理7*機械加f1熱®I2機械加工2試說明各熱處理和機械加工的名稱.答:熱處理1:為正火或調(diào)質(zhì)處理工藝；機械加工1:粗加工；熱處理2:滲碳淬火+低溫回火機械加工2:精加工第八章8-1、石墨的存在對鑄鐵的性能有哪些影響？答：石墨的形態(tài)：具有六方晶格，原子呈層狀排列，原子呈分子鍵結(jié)合，結(jié)合力較弱。石墨的存在對鑄鐵的性能影響有：1) .收縮率減少：鑄鐵在凝固冷卻過程中析出比容較大的石墨，使鑄鐵的收縮率減少。2) .切削加工性良好：由于石墨片分割了基體，從而使鑄鐵切削容易脆

23、斷，使鑄鐵切削加工性良好。3) .優(yōu)良的減摩性：由于石墨本身的潤滑作用，以及當它從基體中掉落后所遺留下的孔洞具有存油的作用的原因.4) .良好的消振性：由于石墨組織松軟，能吸收振動，使其具有良好的消振性。5) .低的缺口敏感性：石墨片相當于許多裂紋，使鑄鐵具有低的缺口敏感性。6) .抗拉強度、塑性和韌性不如鋼：石墨片看成鑄鐵中一些微裂紋，裂紋不僅分割了基體，而且在尖端處還會產(chǎn)生應(yīng)力集中的原因.8-2、影響鑄鐵性能的因素有哪些？答：影響鑄鐵性能的因素是鑄鐵的化學(xué)成分和鑄鐵的冷卻速度。8-3、如何選擇灰鑄鐵的退火工藝？答：1.消除內(nèi)應(yīng)力的退火(人工時效)：將鑄件緩慢升溫至500600C,經(jīng)48小時

24、的保溫，再緩慢冷卻下來。2.改善切削加工性的退火(消除局部白口的軟化退火)：將鑄件加熱到850900C,保溫25小時，使Fe3C分解，然后隨爐緩冷至400500C,而后出爐空冷8-4、黑心可鍛鑄鐵的退火工藝過程如何？答：黑心可鍛鑄鐵的退火工藝是要進行第一、二階段的石墨化過程。第一階段的石墨化過程：把白口鐵加熱到9001000C,經(jīng)一定時間，使鑄態(tài)的奧氏體+滲碳體組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體+團絮狀石墨組織第二階段的石墨化過程：從高溫逐步降溫，在共析轉(zhuǎn)變溫度范圍（750720C）,使共析滲碳體（可能出現(xiàn)的二次滲碳體）充分分解，緩慢冷卻，并最終獲得鐵素體+團絮狀石墨組織。8-6、球墨鑄鐵的性能有何特點？答：球

25、墨鑄鐵具有灰鑄鐵的一系列優(yōu)點，如良好的鑄造性能，減摩性，可切削性及缺口敏感性等。球墨鑄鐵的疲勞強度大致與中碳鋼相似，耐磨性甚至還優(yōu)于表面淬火鋼。球墨鑄鐵通過合金化和熱處理，還可獲得具有下貝氏體、馬氏體、屈氏體、索氏體和奧氏體等組織。第九章9-1、名詞解釋1、形變鋁合金-成分小于Al-Me合金相圖中的D，的合金在加熱時能形成單相固溶體a,這種合金塑性好，適于壓力加工的合金2、鑄造鋁合金-成分大于Al-Me合金相圖中的D，點的合金，具有低熔點共品組織（a+8）流動性好，適于鑄造，但塑性低，不適于壓力加工的合金3、時效強化-淬火后鋁合金隨時間延長而發(fā)生強化現(xiàn)象的鋁合金。4、硅鋁明-Al-Si系鑄造鋁合金稱為硅鋁明5、變質(zhì)處理-澆鑄前向合金中加入2/3NaF+1/3NaCl混合物的變質(zhì)劑，加入量為合金重量的23%.6、黃銅-Cu-Zn系合金稱為黃銅。7、青銅