工程材料习题与辅导（第四版）朱张校姚可夫
3.2 习题参考答案
1. 解释名词热硬性、石墨化、孕育（变质）处理、球化处理、石墨化退火、固溶处理、时效
答: 热硬性: 热硬性是指钢在高温下保持高硬度的能力（亦称红硬性）。热硬性与钢的回火稳定性和特殊碳化物的弥散析出有关。
石墨化: 铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化。
孕育（变质）处理: 在液体金属中加入孕育剂或变质剂，以细化晶粒和改善组织的处理工艺。
球化处理: 在铁水中加入球化剂，以获得球状石墨的处理工艺称为球化处理。
石墨化退火: 使白口铸铁中的渗碳体分解成为团絮状石墨的退火过程。
固溶处理: 把合金加热到单相固溶体区，进行保温使第二相充分溶解，然后快冷（通常用水冷却），得到单一的过饱和固溶体组织的热处理工艺。固溶处理可以使奥氏体不锈钢获得单相奥氏体组织，提高奥氏体不锈钢的耐蚀性。固溶处理也在有色金属合金中得到应用。有色金属合金（如铝合金）先进行固溶处理获得过饱和固溶体，然后再进行时效处理，析出细小、均匀、弥散分布的第二相，提高合金的强度和硬度。
时效: 固溶处理后得到的过饱和固溶体在室温下或低温加热时析出细小、均匀、弥散分布的第二相，合金硬度和强度明显升高的现象称为时效或时效硬化。
2. 填空题
(1) 20是（优质碳素结构）钢，可制造（冲压件、焊接件、渗碳零件，如齿轮、销) .
(2) T12是（优质碳素工具）钢，可制造（锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具) .
(3) 按钢中合金元素含量，可将合金钢分为（低合金钢) 、(中合金钢）和（高合金钢）几类。
(4) Q345(16Mn)是（低合金结构）钢，可制造（桥梁、船舶、车辆、锅炉等工程结构) .
(5) 20CrMnTi是（合金渗碳）钢，Cr、Mn的主要作用是（提高淬透性、提高经热处理后心部的强度和韧性) , Ti的主要作用是（阻止渗碳时奥氏体晶粒长大、增加渗碳层硬度、提高耐磨性) ，热处理工艺是（渗碳后直接淬火、再低温回火) .
(6) 40Cr是（合金调质）钢，可制造（重要调质件如轴类件、连杆螺栓、进汽阀和重要齿轮等) .
(7) 60Si2Mn是（合金弹簧）钢，可制造（汽车板簧) .
(8) GCr15是（滚珠轴承）钢，1Cr17是（铁素体型不锈）钢，可制造（硝酸工厂设备以及食品工厂设备) .
(9) 9SiCr是（低合金刃具）钢，可制造（板牙、丝锥、钻头、铰刀、齿轮铰刀、冷冲模、冷轧辊等) .
(10) CrWMn是（冷作模具）钢，可制造（冷冲模、塑料模) .
(11) Cr12MoV是（冷模具）钢，可制造（冷冲模、压印模、冷镦模等) .
(12) 5CrMnMo是（热模具）钢，可制造（中型锻模) .
(13) W18Cr4V是（高速）钢，碳质量分数是（0.70%以上) , W的主要作用是（保证高的热硬性) , Cr的主要作用是（提高淬透性) , V的主要作用是（形成颗粒细小、分布均匀的碳化物，提高钢的硬度和耐磨性，同时能阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒) 。热处理工艺是(1220～1280℃淬火＋(550～570) ℃三次回火) ，最后组织是（回火马氏体、碳化物和少量残余奥氏体) .
(14) 1Cr13是（马氏体型不锈）钢，可制造（抗弱腐蚀性介质、能承受冲击载荷的零件) .
(15) 0Cr18Ni9Ti是（奥氏体型不锈）钢，Cr、Ni和Ti的作用分别是（提高钢基体的电极
电位) 、(获得单相奥氏体组织，显著提高耐蚀性）和（优先与碳形成稳定化合物，避免晶界贫铬，以防止晶间腐蚀) .
(16) 灰口铸铁中碳主要以（石墨）的形式存在，可用来制造（一般机床底座、端盖、床身等) .
(17) 球墨铸铁中石墨的形态为（球状) ，可用来制造（受力复杂的齿轮、曲轴、凸轮轴等) .
(18) 蠕墨铸铁中石墨的形态为（蠕虫状) ，可用来制造（高层建筑中高压热交换器、汽缸和缸盖、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件) .
(19) 影响石墨化的主要因素是（加热温度、冷却速度）和（合金元素) .
(20) 球墨铸铁的强度、塑性和韧性均较普通灰口铸铁高，这是因为（球墨铸铁的石墨呈球状) .
(21) HT200牌号中“HT”表示（灰铁) ，数字“200”表示（最低抗拉强度为200 MPa) .
(22) 生产球墨铸铁选用（稀土镁）作为球化剂。
3. 是非题
(1) T8钢比T12钢和40钢有更好的淬透性和淬硬性。(错)
(2) 调质钢的合金化主要是考虑提高其红硬性。(错)
(3) 高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成形。(错)
(4) T8钢与20MnVB相比，淬硬性和淬透性都较低。(错)
(5) 18-4-1 (W18Cr4V）高速钢采用很高温度淬火，其目的是使碳化物尽可能多地溶入奥氏体中，从而提高钢的红硬性。(对)
(6) 奥氏体不锈钢只能采用加工硬化提高强度。(对)
(7) 奥氏体不锈钢的热处理工艺是淬火后低温回火处理。(错)
(8) 铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态。(错)
(9) 可锻铸铁在高温时可以进行锻造加工。(错)
(10) 石墨化的第三阶段不易进行。(对)
(11) 可以通过球化退火使普通灰口铸铁变成球墨铸铁。(错)
(12) 球墨铸铁可通过调质处理和等温淬火工艺提高其机械性能。(对)
4. 综合分析题
(1) 说出Q235A、15、45、65、T8、T12等钢的钢类、碳质量分数，各举出一个应用实例。答: 见表1-1. 表1-1钢牌号钢类碳质量分数应用实例Q235A碳素结构钢0.14%～0.22%钢筋、钢板、钢管等15优质碳素结构钢约0.15%冲压件及焊接件，经热处理后可制造轴、销等零件45优质碳素结构钢0.42%～0.50%齿轮、轴类、套筒等零件65优质碳素结构钢0.62%～0.70%弹簧T8碳素工具钢0.75%～0.84%冲头、凿子、锤子等工具T12碳素工具钢1.15%～1.24%锉刀、刮刀等刃具和量规、样套等量具
(2) 为什么低合金高强钢用锰作为主要的合金元素？
答: 我国的低合金结构钢基本上不用贵重的Ni、Cr等元素，而以资源丰富的Mn为主要元素。锰除了产生较强的固溶强化效果外，因它大大降低奥氏体分解温度，细化了铁素体晶粒，并使珠光体片变细，消除了晶界上的粗大片状碳化物，提高了钢的强度和韧性，所以低合金高强钢用锰作为主要的合金元素。
(3) 试述渗碳钢和调质钢的合金化及热处理特点。
答: 渗碳钢的合金化特点是加入提高淬透性的合金元素如Cr、Ni、Mn等，以提高热处理后心部的强度和韧性; 加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素如Ti、V、W、Mo等，形成稳定的合金碳化物，并增加渗碳层的硬度，提高耐磨性。热处理特点是渗碳后直接淬火，再低温回火，得到的表面渗碳层组织由合金渗碳体与回火马氏体及少量残余奥氏体组成，心部多数情况为屈氏体、回火马氏体和少量铁素体。调质钢的合金化特点是加入提高淬透性的合金元素如
Cr、Mn、Ni、Si、B等，并可提高钢的强度，加入防止第二类回火脆性的元素如Mo、W；热处理特点是淬火（油淬）后高温回火，得到的组织是回火索氏体。
(4) 有两种高强螺栓，一种直径为10 mm，另一种直径为30 mm，都要求有较高的综合机械性能： σ b≥800 MPa, a k≥600 kJ/m 2。试问应选择什么材料及热处理工艺？
答: 在满足机械性能要求的基础上，工件的尺寸还决定所选材料的淬透性能。对于直径为30 mm的螺栓，选择40Cr，热处理工艺为850℃油淬，500℃回火；对于直径为10 mm 的螺栓，选择40MnVB或40MnB代替40Cr，可节约Cr且达到基本要求，热处理工艺为850℃油淬，500℃回火。
(5) 为什么合金弹簧钢以硅为重要的合金元素？为什么要进行中温回火？
答: 硅元素的主要作用在于提高合金的淬透性，同时提高屈强比。进行中温回火的目的在于获得回火屈氏体组织，具有很高的屈服强度，弹性极限高，并有一定的塑性和韧性。(6) 轴承钢为什么要用铬钢？为什么对非金属夹杂限制特别严格？
答: 铬能提高淬透性，形成合金渗碳体(Fe,Cr) 3C，呈细密、均匀分布，提高钢的耐磨性，特别是疲劳强度，因此轴承钢以铬作为基本合金元素。轴承钢中非金属夹杂物和碳化物的不均匀性对钢的性能，尤其是对接触疲劳强度影响很大，因为夹杂物往往是接触疲劳破坏的发源点，其危害程度与夹杂物的类型、数量、大小、形状和分布有关。因此，轴承钢对非金属夹杂物限制特别严格。
(7) 简述高速钢的成分、热处理和性能特点，并分析合金元素的作用。
答: 高速钢的成分特点是: ①高碳，其碳质量分数在0.70%以上，最高可达1.50%左右，它一方面能保证与W、Cr、V等形成足够数量的碳化物；另一方面还要有一定数量的碳溶于奥氏体中，以保证马氏体的高硬度；②加入Cr、W、Mo、V等合金元素。加入Cr提高淬透性，几乎所有高速钢的铬质量分数均为4%。铬的碳化物（Cr 23C 6）在淬火加热时差不多全部溶于奥氏体中，增加过冷奥氏体的稳定性，大大提高钢的淬透性。铬还能提高钢的抗氧化、脱碳的能力。加入W、Mo保证高的热硬性，在退火状态下，W、Mo以M 6C型碳化物形式存在。这类碳化物在淬火加热时较难溶解，加热时，一部分碳化物溶于奥氏体，淬火后W、Mo存在于马氏体中，在随后的560℃回火时，形成W 2C或Mo 2C弥散分布，造成二次硬化。这种碳化物在500～600℃温度范围内非常稳定，不易聚集长大，从而使钢具有良好的热硬性；未溶的碳化物能起阻止奥氏体晶粒长大及提高耐磨性的作用。V能形成VC(或V 4C 3)，非常稳定，极难熔解，硬度极高（大大超过W 2C的硬度）且颗粒细小，分布均匀，能大大提高钢的硬度和耐磨性。同时能阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒。热处理特点是1220～1280℃淬火＋(550～570) ℃三次回火，得到的组织为回火马氏体、细粒状碳化物及少量残余奥氏体。性能特点是具有高硬度、高耐磨性、高热硬性、一定的塑性和韧性。其在高速切削中刃部温度达600℃时，其硬度无明显下降。
(8) W18Cr4V钢的 A c1约为820℃，若以一般工具钢 A c1＋(30～50)℃的常规方法来确定其淬火加热温度，最终热处理后能否达到高速切削刀具所要求的性能？为什么？其实际淬火温度是多少？
答: 若按照 A c1＋(30～50)℃的常规方法来确定W18Cr4V钢的淬火加热温度，淬火加热温度为850～870℃，不能达到高速切削刀具要求的性能。因为高速钢中含有大量的W、Mo、Cr、V的难熔碳化物，它们只有在1200℃以上才能大量地溶于奥氏体中，以保证钢淬火、回火后获得高的热硬性，因此其淬火加热温度非常高，一般为1220～1280℃.
(9) 不锈钢的固溶处理与稳定化处理的目的各是什么？
答: 不锈钢固溶处理的目的是获得单相奥氏体组织，提高耐蚀性。稳定化处理的目的是使溶于奥氏体中的碳与钛以碳化钛的形式充分析出，而碳不再同铬形成碳化物，从而有效地消
除了晶界贫铬的可能，避免了晶间腐蚀的产生。
(10) 试分析20CrMnTi钢和1Cr18Ni9Ti钢中Ti的作用。
答: 20CrMnTi钢中Ti的作用是阻止渗碳时奥氏体晶粒长大、增加渗碳层硬度和提高耐磨性。1Cr18Ni9Ti钢中Ti的作用是优先与碳形成稳定化合物，避免晶界贫铬，提高耐蚀性。(11) 试分析合金元素Cr分别在40Cr、GCr15、CrWMn、1Cr13、1Cr18Ni9Ti、4Cr9Si2等钢中的作用。
答: 40Cr: 提高淬透性，形成合金铁素体，提高钢的强度；
GCr15: 提高淬透性，形成合金渗碳体(Fe,Cr) 3C呈细密、均匀分布，提高钢的耐磨性，特别是疲劳强度；
CrWMn: 提高淬透性；
1Cr13: 提高钢基体的电极电位，使钢的耐蚀性提高；
1Cr18Ni9Ti: 提高基体的电极电位，在氧化性介质中极易钝化，形成致密和稳定的氧化膜，提高耐蚀性、抗氧化性，并有利于热强性；
4Cr9Si2: 提高抗氧化性，并有利于热强性，提高淬透性。
(12) 试就下列四个钢号：20CrMnTi、65、T8、40Cr讨论如下问题：
①在加热温度相同的情况下，比较其淬透性和淬硬性，并说明理由；
②各种钢的用途、热处理工艺、最终的组织。
答: ①加热温度相同的情况下，淬透性20CrMnTi >40Cr>T8>65，淬硬性T8>65>40Cr>20CrMnTi。决定淬透性的因素是碳质量分数和合金元素，Cr、Mn等能显著提高淬透性，合金钢的淬透性一般要好于碳钢。决定淬硬性的因素主要是马氏体的碳质量分数。
②见表1-2. 表1-2钢牌号用途热处理工艺最终组织20CrMnTi汽车、拖拉机上的变速箱齿轮等重要零件870℃油淬+200℃回火表面为合金渗碳体、回火马氏体和少量残余奥氏体，心部多数情况下为屈氏体、回火马氏体和少量铁素体65弹簧淬火+中温回火回火屈氏体T8冲头、凿子、锤子等工具淬火+低温回火回火马氏体40Cr轴类件、连杆螺栓、进汽阀和重要齿轮850℃油淬+520℃回火回火索氏体
(13) 试画出经正常淬火后的W18Cr14V钢在回火时的回火温度与硬度的关系曲线。
图1-11
答: 见图1-11.
(14) 要使球墨铸铁的基本组织为铁素体、珠光体或下贝氏体，工艺上应如何控制？
答: 要得到铁素体基体的球墨铸铁，应进行退火处理；要得到珠光体基体的球墨铸铁，应进行正火处理；要得到下贝氏体基体的球墨铸铁，则进行等温淬火。
(15) 有一灰口铸铁铸件，经检查发现石墨化不完全，尚有渗碳体存在，试分析其原因，并提出使这一铸件完全石墨化的方法。
答: 原因可能是铸铁结晶时冷却速度太快，碳原子不能充分扩散以石墨的形式析出，析出了渗碳体。要使该铸件完全石墨化，应进行高温退火，使渗碳体分解成石墨。如为共析渗碳体，可加热到550℃以上并长时间保温，将共析渗碳体分解为石墨和铁素体。
(16) 试述石墨形态对铸铁性能的影响。
答: 石墨强度、韧性极低，相当于钢基体上的裂纹或空洞，它减小基体的有效截面，并引起应力集中。普通灰铸铁和孕育铸铁的石墨呈片状，对基体的严重割裂作用使其抗拉强度和塑性都很低。球墨铸铁的石墨呈球状，对基体的割裂作用显著降低，具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性，其综合机械性能接近于钢。蠕墨铸铁的石墨形态为蠕虫状，虽与灰铸铁的片状石墨类似，但石墨片的长厚比较小，端部较钝，对基体的割裂作用减小，它的强度接近于球墨铸铁，且有一定的韧性，较高的耐磨性。可锻铸铁的石墨呈团絮状，对基体的割裂作用较小，具有较高的强度、一定的延伸率。
(17) 试比较各类铸铁之间性能的优劣顺序，与钢相比较铸铁性能有什么优缺点？
答: 球墨铸铁>可锻铸铁>蠕墨铸铁>灰口铸铁。与钢相比，铸铁具有以下性能特点：①由于石墨的存在，造成脆性切削，铸铁的切削加工性能优异；②铸铁的铸造性能良好，铸件凝固时形成石墨产生的膨胀，减小了铸件体积的收缩，降低了铸件中的内应力；③石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油，使铸件有良好的耐磨性能；④石墨对振动的传递起削弱作用，使铸铁有很好的抗振性能；⑤大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感。
(18) 为什么一般机器的支架、机床的床身常用灰口铸铁制造？
答: 铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜，并具有许多优良的使用性能和工艺性能，其中灰口铸铁是应用最广泛的，尽管其抗拉强度和塑性都较低，但其良好的减振性能，能够满足一般机器的支架、机床的床身等使用场合。
(19) 铝硅合金为什么要进行变质处理？
答: 一般情况下，铝硅合金的共晶体由粗针状硅晶体和α固溶体构成，强度和塑性都较差；经变质处理后的组织是细小均匀的共晶体加初生α固溶体，合金的强度和塑性显著提高，因此，铝硅合金要进行变质处理。
(20) 指出下列铜合金的类别、用途：H80、H62、HPb63-3、HNi65-5、QSn6.5-0.1、QBe2. 答: 见表1-3. 表1-3合金牌号类别用途H80单相黄铜薄壁管、装饰品H62双相黄铜机械、电气零件，铆钉、螺帽、垫圈、散热器及焊接件、冲压件HPb63-3铅黄铜钟表零件、汽车、拖拉机及一般机器零件HNi65-5镍黄铜船舶用冷凝管、电机零件QSn6.5-0.1锡青铜精密仪器中的耐磨零件和抗磁元件、弹簧、艺术品QBe2铍青铜重要的弹簧及弹性元件，耐磨元件，高压高速高温轴承，钟表齿轮，罗盘零件
(21) 钛合金有哪些性能特点？举例说明它们的用途。
答: 钛合金具有重量轻、比强度高、耐高温、耐腐蚀以及良好的低温韧性等性能特点。α钛合金主要用于制造导弹的燃料罐、超音速飞机的涡轮机匣等。β钛合金主要用于制造压气机叶片、轴、轮盘等重载的回转件，以及飞机构件等。(α＋β）钛合金主要用于要求一定高温强度的发动机零件，以及在低温下使用的火箭、导弹的液氢燃料箱部件等。
第1章 材料的基本性质 1、烧结普通砖的尺寸为240mm×115mm×53mm，已知其孔隙率为37%，干燥质量为 2487g ，浸水饱和后质量为 2984g 。求该砖的密度、干表观密度、 吸水率、开口孔隙率及闭口孔隙率。 解：砖自然状态下的体积：3 300.2400.1150.053 1.462810m V -=??=? 干表观密度：3030 2.4871700kg/m 1.462810m V ρ-===? 由孔隙率0001700100%1100%1100%37%V V P V ρρρ-????=?=-?=-?= ? ???? ? 得砖的密度：ρ＝2698 kg/m 3 吸水率：29842487100%100%20%2487 m m W m = ?=?=干吸吸干－－ 开口孔隙率： 3029842487()/100%/1.462810100%34%1000m m P V ρ-??-??=?=??=????????干吸开水－ 闭口孔隙率：37%34%%P P P ==开闭--＝3 2、已知碎石的表观密度为2.65g/cm 3，堆积密度为1.50g/cm 3，求 2.5m 3 松散状态的碎石，需要多少松散体积的砂子填充碎石的空隙 ? 若已知砂子的堆积密度为1.55g /cm 3，求砂子的重量为多少？ 解：0000002.5 1.5100%1100%1100%43%2.5 2.65V V V P V ρρ??''-??'=?=-?=-?= ? ?'???? －＝ V 0＝1.425m 3 所以，填充碎石空隙所需砂子的体积为：300 2.5 1.425 1.075 m V V '-=-= 或30 2.543% 1.075m V P '?=?=
第五章钢的热处理 一、名词解释 奥氏体化、本质晶粒度、马氏体、珠光体、贝氏体、退火、球化退火、正火、淬火、等温淬火、淬透性、淬硬性、回火、回火脆性、调质处理、表面淬火、化学热处理 二、填空题 1.共析钢加热时，其奥氏体化过程由________ 、________ 、________、________ 等4个步骤组成。 3.钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越________，临界冷却速度越________。 4.钢的热处理工艺是由________、________、________ 3个阶段组成。热处理的特点是只改变工件的________，而不改变其________。 5.当钢完全奥氏体化后冷却转变为马氏体时，奥氏体中的含碳量越高，则Ms点越________ ，转变后的残余奥氏体量越________。 6.在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体与屈氏体的主要相同点是________，不同点是________。 7.在碳钢中，共析钢的临界冷却速度比亚共析钢和过共析钢的临界冷却速度都________。 8.淬火钢进行回火的目的是________，回火温度越高，钢的强度与硬度越________。 9.球化退火的主要目的是________、________，它主要适用于________ 钢。 10.亚共析钢的淬火温度为________，过共析钢的淬火温度为________。 11.索氏体和回火索氏体在形态上的区别为：________________；在性能上的区别为：________________。 12.马氏体和回火马氏体在性能上的区别为：________________。 13.马氏体的硬度取决于_______ 。 14.用T10钢制造车刀，其工艺路线为：下料→锻造→预备热处理（________ + ________）→机加工→最终热处理（________ + ________）→磨加工。（请在横线上填入相应热处理工艺的名称） 15.在三束表面改性技术中，三束是指________束、________束和________束。 三、选择题
机械工程材料课程第三章铁碳合金 发布日期：[13-02-10 16:06:04] 浏览人次：[2517] 机械工程材料课程第三章铁碳合金 发布日期：[13-02-10 16:06:04] 浏览人次：[2520] 第四章铁碳合金 钢铁材料具有一系列优良的机械性能和工艺性能，因此在工业上得到了广泛的应用。钢铁材料的性能是由它的化学成分和内部组织结构所决定的。而组成钢铁材料的两个最基本的组元是铁和碳，所以研究铁碳合金有非常重要的意义。 通过铁碳合金相图的学习，来认识铁和碳的相互作用，从而了解铁碳合金成分、组织与性能三者之间的关系，以便正确地应用铁碳合金相图的知识，合理的选用钢铁材料和制定各种热加工工艺。 第一节铁碳合金的相组成 一、工业纯铁 一般来讲铁从来不会是纯的，其中总会有杂质。工业纯铁中常含有0.10～0.20%的杂质。这些杂质由碳、硅、锰、硫、磷、氮、氧等十几种元素所构成，其中碳约占0.006～0.02%左右。 工业纯铁的显微组织是由许多不规则的多边形小晶粒所组成。纯铁具有“同素异构”转变，即在固态下加热或冷却时，其内部结构发生变化，从一种晶格转变为另一种晶格的变化。如图4-1所示。 纯铁在室温下的晶体结构是体心立方晶格，称之为α-Fe，它的晶格常数a=2.86。α-Fe具有良好的塑性，同时具有良好的导磁性能。当温度升到770℃(居里点)稍上时，其晶体结构没有变化，仍是体心立方晶格，
但铁已失去了磁性，这种铁称之为β-Fe；由于α-Fe→β-Fe时，晶格未发生变化，故β铁不属于同素异构转变,而称为磁性转变。 当温度升高到912℃时，纯铁内部的晶体结构发生了变化，由体心立方晶格转变为面心立方晶格，称之为γ-Fe，，其晶格常数a=3.64，它存在于912～1394℃之间。由于γ-Fe和α-Fe的晶体结构不同，性能也不同。γ-Fe的塑性比α-Fe还要好，γ-Fe无磁性；γ-Fe的溶碳能力也大。 当温度继续升到1394℃稍上时，铁的晶格又由面心立方转变为体心立方，其晶格常数a=2.93，无磁性，它存在于1394～1538℃之间，这种铁称之为δ-Fe。当温度超过1538℃时，纯铁熔化成铁水。 由上可知，纯铁随温度的变化；发生了两次同素异构转变。纯铁的同素异构转变也遵循结晶的一般规律，即在旧相的晶界上形核，然后逐渐长大，直至转变完成。
第一章，钢的合金化原理小结 一，合金元素及其分类 1，合金元素：为了使钢获得预期的性能而又意识地加入碳钢中的元素。 按与碳的亲和力大小，合金元素可分为： 非碳化物形成元素：Ni，Co，Cu，Si，Al，N，B 等 碳化物形成元素：Ti，Zr，Nb，V，W，Mo，Cr 等此外，还有稀土元素：Re 2，合金元素对钢中基本相得影响 （1）合金元素可溶入碳钢三个基本相中：铁素体、渗碳体、和奥氏体中。分别形成合金铁素体、合金渗碳体和合金奥氏体。合金元素在铁基体和奥氏体中起固溶强化作用。 固溶强化：是利用点缺陷对金属基体进行强化的一种合金化方法。基体的方式是通过溶 入某种溶质元素形成固溶体而使金属强度、硬度升高。 （2）当钢种碳化物形成元素含量较高时可形成一系列合金碳化物，如：MC, M2C,M23C6 、M-C3 和M3C 等。合金元素之间也可以形成化合物即金属间化合物，一般来说，合金碳化物 以及金属间化合物的熔点高、硬度高，加热时难以溶入奥氏体，故对钢的性能有很大的 影响。 3，元素对钢中相平衡的影响 按照合金元素对Fe—C 相图上的相区的影响，可将合金元素分为两大类： a扩大丫区的元素：即奥氏体形成元素。指在丫-Fe中有较大的溶解度，并能扩大丫 相存在的温度范围，使A3下降、A4上升。女口Mn , Ni，Co, C, N，Cu 等。 b扩大a区的元素： 即铁素体形成元素：指在 a —Fe中有较大溶解度，并使丫-Fe不稳定的元素。 它们能缩小丫相区，而扩大a相存在的温度范围，使A3上升、A4下降。如Cr、Mo、 W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr 等。 扩大奥氏体区的直接结果是使共析温度下降；而缩小奥氏体区则使共析温度升高。 因此, 具有共析组织的合金钢碳含量小于0.77％, 同样, 出现共晶组织的最低含碳量也小于 2.11％。 4, 合金元素对钢中相变过程的影响 （1）对加热时奥氏体形成元素过程的影响 a 对奥氏体形核的影响：Cr、Mo、W、V 等元素强烈推迟奥氏体形核；Co、Ni 等元素有利于奥氏体形核。 b 对奥氏体晶核长大的影响：V、Ti、Nb、Zr、Al 等元素强烈阻止奥氏体晶粒的长 大；C、P、Mn （高碳）促使奥氏体晶粒长大。 （2）合金元素对过冷奥氏体分解过程的影响 具体表现为：①除Co以外，所有的合金元素都使C曲线往右移动，降低钢的临界冷却速度，从而提高钢的淬透性。②除Co、Al以外，所有的合金元素都使Ms点和Mf点 下降。其结果使淬火后钢种残余奥氏体量增加。 （3）素对回火过程的影响 a 提高了钢的回火稳定性回火稳定性即是钢对于回火时所发生的软化过程的抗力。许多合金 元素可以使回火过程中各阶段的转速大大减慢, 并推向更高的温度发生, 提高回火温度性较强的元素有V、Si、Mo、W、Ni、Mn、Co 等。 b 产生二次硬化现象 若钢种含有足够的碳化物形成元素如W、V、Mo等，淬火后再500-600 C回火时，将形成并析出如W2C、Wo2C和VC等弥散分布的合金碳化物，使合金钢的强度、硬度不降反升，并可达到一个峰值，此称为“二次硬化”现象。
工程材料 判断题 、珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物 1..√ 2..× 、可锻铸铁中，石墨是团絮状的，有较高强度和一定塑韧性，所以可以锻造。 1..√ 2..× 、正火是将钢加热到临界温度以上一定范围保温一定时间，然后空冷的热处理工艺。 1..√ 2..× 、上贝氏体是由过饱和的铁素体和渗碳体组成。 1..√ 2..× 、把在实际晶体中出现的空位和间隙原子的缺陷叫做面缺陷。
1..√ 2..× 、实际金属中位错密度越大、晶界和亚晶界越多，其强度越高。 1..√ 2..× 、金属材料在载荷作用下抵抗变形和断裂的能力叫强度。 1..√ 2..× 、选材的一般原则包括满足零件使用性能、工艺性、经济性、环保和资源合理利用。 1..√ 2..× 、贝氏体是过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物。 1..√ 2..× 、奥氏体是碳溶解在γ中所形成的置换固溶体。 1..√
2..× 、钢的淬火后进行高温回火的工艺称为调质，其组织为回火索氏体。 1..√ 2..× 、零件失效形式包括变形失效、磨损失效、断裂失效。 1..√ 2..× 、表面淬火既能改变工件表面的化学成分，也能改善其心部组织与性能。 1..√ 2..× 、调质钢经淬火和高温回火后的组织是回火马氏体。 1..√ 2..× 、在一般情况下，金属结晶后晶粒越细小，则其强度越好，而塑性和韧性越差。 1..√ 2..×
、在铁碳合金中，铁素体在℃时，溶碳能力可达。 1..√ 2..× 、衡量材料的塑性的指标主要有伸长率和冲击韧性。 1..√ 2..× 、布氏硬度测量硬度时，用符号表示。 1..√ 2..× 、单晶体具有各向异性，多晶体具有各向同性。 1..√ 2..× 、失效是机械零件因某种原因致使丧失其规定功能的现象。 1..√ 2..× 、维氏硬度测量硬度时，用符号表示.
机械工程课后答案 第一章 1、什么是黑色金属什么是有色金属 答：铁及铁合金称为黑色金属，即钢铁材料；黑色金属以外的所有金属及其合金称为有的金属。 2、碳钢，合金钢是怎样分类的 答：按化学成分分类；碳钢是指含碳量在%——%之间，并含有少量的硅、锰、硫、磷等杂质的铁碳合金。 3、铸铁材料是怎样分类的应用是怎样选择 答：铸铁根据石墨的形态进行分类，铸铁中石墨的形态有片状、团絮状、球状、蠕虫状四种，对应为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。 4、陶瓷材料是怎样分类的 答：陶瓷材料分为传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷三种。 5、常见的金属晶体结构有哪几种它们的原子排列和晶格常数各有什么特点α -Fe，γ-Fe，Al，Cu，Ni，Pb，Cr，V，Mg，Zn各属何种金属结构 答：体心晶格立方，晶格常数a=b=c，α-Fe，Cr，V。面心晶格立方，晶格常数a=b=c，γ-Fe，Ni，Al，Cu，Pb。密排六方晶格，Mg，Zn。 6、实际金属晶体中存在哪些缺陷它们对性能有什么影响 答：点缺陷、破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，从而引起性能变化，是金属的电阻率增加，强度、硬度升高，塑性、韧性下降。 线缺陷（位错）、少量位错时，金属的屈服强度很高，当含有一定量位错时，强度降低。当进行形变加工时，位错密度增加，屈服强度增高。 面缺陷（晶界、亚晶界）、晶界越多，晶粒越细，金属的塑性变形能力越大，塑性越好。 7、固溶体有哪些类型什么是固溶强化 答：间隙固溶体、置换固溶体。由于溶质元素原子的溶入，使晶格发生畸变，使之塑性变形抗力增大，因而较纯金属具有更高的强度、硬度，即固溶强化作用。 第二章
1、在什么条件下，布氏硬度实验比洛氏硬度实验好 答：布氏硬度实验主要用于硬度较低的退火钢、正火钢、调试刚、铸铁、有色金属及轴承合金等的原料和半成品的测量，不适合测定薄件以及成品。洛氏硬度实验可用于成品及薄件的实验。 2、σ的意义是什么能在拉伸图上画出来吗 答：表示对于没有明显屈服极限的塑性材料，可以将产生%塑性应变时的应变作为屈服指标，即为条件屈服极限。 3、什么是金属的疲劳金属疲劳断裂是怎样产生的疲劳破坏有哪些特点如何提高零件的疲劳强度 答：金属在反复交变的外力作用下强度要比在不变的外力作用下小得多，即金属疲劳； 疲劳断裂是指在交变载荷作用下，零件经过较长时间工作或多次应力循环后所发生的断裂现象； 疲劳断裂的特点：引起疲劳断裂的应力很低，常常低于静载下的屈服强度； 断裂时无明显的宏观塑性变形，无预兆而是突然的发生；疲劳断口能清楚的显示出裂纹的形成、扩展和最后断裂三个阶段； 提高疲劳强度：改善零件的结构形状，避免应力集中，降低零件表面粗糙度值以及采取各种表面强化处理如喷丸处理，表面淬火及化学热处理等。 4、韧性的含义是什么αk有何实际意义 答：材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力，称为材料的韧性；冲击韧度αk表示材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力，αk值的大小表示材料的韧性好坏。一般把αk值低的材料称为脆性材料，αk值高的材料称为韧性材料。 5、何谓低应力脆断金属为什么会发生低应力脆断低应力脆断的抗力指标是什么答：低应力脆断是在应力作用下，裂纹发生的扩展，当裂纹扩展到一定临界尺寸时，裂纹发生失稳扩展（即自动迅速扩展），造成构件的突然断裂；抗力指标为断裂韧性（P43） 6、一紧固螺栓使用后有塑性变形,试分析材料的那些性能指标没有达到要求 答：钢材的屈服强度未达到要求。 第三章 1、分析纯金属的冷却曲线中出现“平台”的原因 答：液态金属开始结晶时，由于结晶潜热的放出，补偿了冷却时散失的热量，
第一章工程材料 1、按下表要求填出几种力学性能指标（σs、σb、δ、ψ、HBS、HR、αk）的内容。σs ：屈服强度产生屈服现象的应力σs＝F s／A。 σb：抗拉强度σb＝F b／A。 δ: 伸长率δ＝（L1-L0）／L0×100% ψ: 断面伸缩率ψ＝(A。-A k) ／A。×100% HBS: 布氏硬度压痕单位球面积上承受的载荷 HR: 洛氏硬度由压痕深度确定其硬度值的方法 αk 冲击韧度在冲击载荷作用下抵抗断裂的能力 2、材料的硬度试验方法主要有哪几种？HB和HRC主要用于哪些材料的硬度测量？洛氏硬度：HRC: 硬度高的淬火钢、调质钢 布氏硬度：HBS: 退火钢、灰铸铁、有色金属，HBW: 淬火钢 4、碳钢按碳的质量分数分，可分为哪三种？各种碳钢碳的质量分数范围是多少？低碳钢≤0.25% 中碳钢0.25%≤≤0.60% 高碳钢＞0.60% 5、碳钢的质量好坏是以什么来区分的？按质量分碳钢分为哪三类？ 钢的质量优劣按钢中所含有害杂质S、P多少划分 普通钢s≤0.050% P≤0.045% 优质钢S≤0.035% P≤0.035% 高级优质钢S≤0.025% P≤0.030% 6填出下表内容 Q235 Q为“屈”字汉语拼音首字母，数字为屈服强度（MPa） 低碳钢普通钢结构钢 45 数字表示钢的平均含碳量0.45% 中碳钢优质钢结构钢 T10A T为“碳”字汉语拼音首字母，钢的平均含碳量0.10%，A表示高级优质 高碳钢高级优质钢工具钢
7、用碳素工具钢制造的刀具能否用于高速切削？为什么？ 否，红硬性低，硬度太低 8、按下表所列合金钢牌号填写有关内容 16Mn 平均含碳量0.16%，Mn含量＜1.0% 低合金结构钢 20CrMnTi Wc为0.20% cr、mn、ti含量均＜1.0% 合金渗碳钢 40Cr Wc为0.40% Cr含量＜1.0% 合金调质钢 60Si2Mn Wc为0.60% Si含量2% Mn含量＜1.0% 合金弹簧钢 GCr15 Wc≥1.0% WG＜1.0% Wcr=15% 滚动轴承钢 W18Cr4v Wc≥1.0% Ww=18% Wcr=4% Wv＜1.0% 高速钢 4Cr13 Wc为4% Wcr为13% 不锈钢 9、按下表所列铸铁牌号填写内容 HT200 HT普通灰铸铁拼音首字母，最低抗拉强度不小于200MPa 11、碳的质量分数（含碳量）对碳钢的力学性能有什么影响？为什么？ 硬度随含碳量的增加而增加，强度随含碳量的减少而减少 碳＞0.9% C% 增加强度降低σs变小δ变大HB变小αk变大 碳＜0.9% C% 增加强度增加（……） 12、说出20钢、45钢、T12钢碳的质量分数，并比较它们在退火状态下的强度、硬度、塑性、韧度的高低 Wc=0.20% Wc=0.45% Wc=1.2% 从高至低 强度：T12 45 20 硬度：T12 45 20 塑性：20 45 T12 韧性：20 45 T12 13、灰铸铁的强度和塑性比钢差的主要原因是什么？ 灰铸铁中石墨力学性能很低 14、试述灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的力学性能特点 灰铸铁抗拉强度远低于钢，塑性、韧度等于零，是一种脆性材料
第一章土木工程材料基本性质补充习题 1.某工地所用卵石的密度ρ为 2.65g/cm3，毛体积密度ρ0为2.61g/cm3,堆积密度ρ/0为1680kg/m3，计算此石子的孔隙率P和间隙率P/0。 2.车厢容积为4m3的汽车，问一次可分别装载多少顿石子、烧结普通粘土砖？已知石子的是密度为2.65 g/cm3，堆积密度为1550kg/m3，烧结普通砖的密度为2.6 g/cm3，体积密度为1700 kg/m3。 3.某岩石在气干、绝干、水饱和情况下测的抗压强度分别为172、178、168MPa, 指出该岩石可否用于水下工程。 4.从室外取来一块烧结普通砖，称其质量为2700g，浸水饱和后的质量为2850g，而绝干时的质量为2600g，将此砖磨细烘干后取50g，其排开水的体积由李氏密度瓶测得为18.62cm3，求此砖的含水率(W h)、吸水率(W m、W v)、体积密度（绝干）ρ0d、开口孔隙率P k及孔隙率P，并估计其抗冻性如何？（烧结普通砖实测规格为240×115×53mm) (2700-2600)/(2850-2600)=40% 5.现有甲、乙两同组成的墙体材料，密度为2.7 g/cm3。甲的绝干体积密度ρ0d为1400kg/m3，质量吸水率W m为17%；乙的吸水饱和后的体积密度ρ0sw为1862 kg/m3，体积吸水率W v为4 6.2%。试求：①甲材料的孔隙率P和体积吸水率W v？②乙材料的绝干体积密度ρ0d和
孔隙率P？③评价甲乙两材料哪种更适宜做外墙板，说明依据。 解：甲P=1―ρ0/ρ=1― 1.4/2.7=48.1%， WV= Wmρ0/ ρ水=17%×1.4/1=23.8%， PB=48.1-23.8=24.3% 乙ρ0b=mb/V0=1.862 g/cm3，WV=（mb―m）/（V0 ρ水）=（1.862―ρ0）/ ρ水=46.2%，ρ0=1.40 g/cm3，WV=PK=46.2%，P=1-1.4/2.7=48.1%，PB=P-PK=48.1-46.2=1.9%， PB甲＞PB乙，甲的保温性能好，甲宜做外墙
工程材料课后大作业 1.现有下列零件及可供选择的材料,给各零件选择合适的材料,并选择合适的最终热处理方法(或使用状态). 零件名称:自行车架,连杆螺栓,车厢板簧,滑动轴承,变速齿轮,机床床身,柴油机曲轴. 可选材料:60Si2Mn,ZQSn6-6-3,QT600-2, T12A, 40Cr, HT200, 16Mn, 20CrMnTi.答：自行车架：16Mn 焊接 连杆螺栓：40Cr 最终热处理方法：调质； 车厢板簧：60Si2Mn 最终热处理方法：淬火+中温回火； 滑动轴承：ZQSn6-6-3 使用状态：铸造； 变速齿轮：20CrMnTi 最终热处理方法：渗碳后淬火、低温回火； 机床床身：HT200 最终热处理方法：去应力退火； 柴油机曲轴：QT600-2 最终热处理方法：等温淬火。 2. 某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（HRC>50），而心部具有 良好的韧性（Ak>40J），原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的45钢已用完，只剩15钢，拟用15钢代替。试说明： （1）原45钢各热处理工序的作用； （2）改用15钢后，应按原热处理工序进行能否满足性能要求？为什么？ （3）改用15钢后，为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下采用何种热处理工艺？ 答：(1)调质处理：得到心部硬度,获得良好的综合力学性能和疲劳强度，为高频淬火做好准备；高频淬火：使其有足够的强度硬度，耐磨性;低温回火：消除内应力，便于后续加工; （2）、不能，心部较软而表面硬度，会造成表面脱落； （3）表面要渗碳处理 3. 选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛 坯，并且钢材具有足够的淬透性）： （1）某机床变速箱齿轮（模数m=4），要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45 钢； （2）某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴径部分要求耐磨（HRC 50-55），材料选用45 钢； （3）镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用38CrMoALA。 （4）M12 丝锥，要求刃部硬度为60～62HRC，柄部硬度为30～40HRC，材料选用T12A。 答: ⑴45钢机床变速箱齿轮: 下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→超音频感应加热淬火+低温回火→精磨→成品； ⑵45钢机床主轴: 下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火+低
三、常用工程材料及选用 纯金属因价贵，力学性能较低，不能满足现代工业的要求，因此工业上多应用合金。下面对工程中常用的金属材料进行叙述。 一、碳素钢 碳素钢是指Wc≤2.11%，并含少量硅、锰、磷、硫等杂质元素的铁碳合金。碳素钢具有一定的力学性能和良好的工艺性能，且价格低廉，在工业中广泛应用。 碳素钢的分类及牌号 碳素钢的种类很多，常按以下方法分类。 1．按钢的含碳量分类 可分为：低碳钢（0.0218% 二、合金钢 为了改善碳素钢的组织和性能，在碳素钢基础上有目的地加入一种或几种合金元素所形成的铁基合金，称为低合金钢或合金钢。常加入的合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、硼、铝、铌、锆等。通常低合金钢中加入合金元素的种类和数量较合金钢少。不同元素的组合，不同的元素含量，可得到不同的性能。 合金钢的分类 1.按质量等级分 按质量等级，合金钢可分为优质合金钢（如一般工程结构用合金钢、耐磨钢、硅锰弹簧钢等）和特殊质量合金钢（如合金结构钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热钢等）。 2.按合金元素总量分 按合金元素总量将合金钢分为：低合金钢（W Me<5%）、中合金钢（W Me=5%～10%）和高合金钢（W Me >10%） 3. 按合金元素种类分 按合金元素种类将合金钢分为：铬钢、锰钢、硅锰钢、铬镍钢等。 4. 按主要性能和使用特性分 主要分为工程结构用合金钢，机械结构用合金钢，轴承钢，工具钢，不锈、耐蚀和耐热钢，特殊物理性能钢等。 合金钢的编号 第三章 金属的塑性变形与再结晶 三、填空题 1、 滑移、孪生；滑移 2、 原子密度最大 3、 {110}、6、<111>、2、12； {111}、4、<110>、3、12；面心立方、滑移方向对塑性变形 的作用比滑移面更大些 4、 λφστcos cos s k =、小、软 5、 晶界、相邻晶粒、高 6、 增大、增加、下降、中间退火 7、 变形织构 8、 回复、再结晶、晶粒长大 9、 回复、250～300 10、去应力退火 11、中间、消除加工硬化 12、再结晶温度、在再结晶温度以下、在再结晶温度以上 13、偏析、杂质、夹杂物、热加工纤维组织（流线） 14、大 四、选择题 1、C 2、B 3、A 4、B 5、B 6、C 7、B 8、C 9、B 10、A 11、C 12、A 13、B 14、A C 五、判断题 1、√ 2、× 3、× 4、× 5、√ 6、× 7、× 8、× 9、× 10、√ 11、√ 12、× 13、× 14、√ 15、√ 16、× 第四章 合金的相结构与二元合金相图 三、填空题 1、 固溶体、金属化合物 2、 溶剂、溶质、溶剂 3、 溶质、溶剂、间隙固溶体、置换固溶体 4、 提高、增强、降低 5、 正常价化合物、电子化合物、间隙化合物 6、 平衡、状态、平衡 7、 合金、相界(液相和固相) 8、 差、树枝、差、多、少 9、 晶体结构 10、三、水平 11、复相组织、数量、形态、大小 12、共晶、包晶、共析 13、固溶强化、晶界强化、形变强化 14、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ 四、选择题 1、B 2、C 3、A 4、A B 5、A 6、C 7、A 8、B 9、A 五、判断题 1、× 2、√ 3、× 4、√ 5、× 6、√ 7、× 8、× 9、√10、×11、×12、×13、× 第五章铁碳合金 三、填空题 1、δ-Fe、γ-Fe、α-Fe、体心立方、面心立方、体心立方 2、F、Fe3C、2 3、五、L、δ、A、F、Fe3C 4、三，HJB、ECF、PSK、包晶转变、共晶转变、共析转变 5、<0.0218%、F+ Fe3CⅢ 6、4.3%、40.4％、47.8％、11.8％ 7、0.471％ 8、A、热塑、塑性 9、共晶、莱氏体、铸造 10、88.78％、11.22％ 11、1.3％ 12、PSK、GS、ES 13、碳、α-Fe、体心 14、Fe3CⅡ、珠光体（P） 15、铁素体、珠光体 16、Mn、Si、S、P、O、H、N；P，S；P，S 17、杂质P、S含量 18、<0.25%、0.25～0.6％、>0.6% 四、选择题 1、A 2、C 3、B 4、C 5、A 6、C 7、C 8、B 9、B 10、B 11、A 12、C 13、C 14、C 五、判断题 1、√ 2、√ 3、√ 4、× 5、× 6、√ 7、√ 8、× 9、×10、× 工程材料试题及答案 一、判断题 1、合金渗碳钢经最终热处理后的组织全部是回火马氏体。（×） 2、热加工与冷加工的主要区别在于是否有加工强化现象产生。（×） 3、铸铁是含碳量小于2.11%的铁碳合金。（×） 4、二元共晶相图是指合金两组元在液态和固态均能无限互溶所构成的相图。（×） 5、感应加热表面淬火一般只改变钢件表面层的组织，而不改变心部组织。（√） 6、一个合金的室温组织为α+β11 +（α+β），则它由三相组成。（×） 7、将金属加热到再结晶温度以上时，金属将发生回复、再结晶及晶粒长大等变化。（√） 8、金属在塑性变形后产生的纤维组织能使金属具有各向异性。（√） 9、碳钢的塑性和强度都随着含碳量的增加而降低。（×） 10、金属的再结晶转变，也要经历形核与晶核长大的过程。（√） 二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法（30分） 路线为： 下料锻造正火机加工调质机加工（精） 轴颈表面淬火低温回火磨加工 指出：1、主轴应用的材料：45钢 2、正火的目的和大致热处理工艺细化晶粒，消除应力；加热到Ac3＋50℃保温一段 时间空冷 3、调质目的和大致热处理工艺强度硬度塑性韧性达到良好配合淬火＋高温回火 4、表面淬火目的提高轴颈表面硬度 5．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。去除表面淬火热应力，表面M＋A’心部S 回 四、选择填空（20分） 1、合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（d） （a）均强烈阻止奥氏体晶粒长大（b）均强烈促进奥氏体晶粒长大 （c）无影响（d）上述说法都不全面 2、适合制造渗碳零件的钢有（c）。 （a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A （b）45、40Cr、65Mn、T12 （c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi 3、要制造直径16mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c ） （a）45钢经正火处理（b）60Si2Mn经淬火和中温回火（c）40Cr钢经调质处理4、制造手用锯条应当选用（a ） （a）T12钢经淬火和低温回火（b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火（c）65钢淬火后中温回火 5、高速钢的红硬性取决于（b ） （a）马氏体的多少（b）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量（c）钢中的碳含量6、汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c ） （a）60钢渗碳淬火后低温回火（b）40Cr淬火后高温回火（c）20CrMnTi渗碳淬火后低温回火 7、65、65Mn、50CrV等属于哪类钢，其热处理特点是（c ） （a）工具钢，淬火+低温回火（b）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火（c）弹簧钢，淬火+中温回火 8、二次硬化属于（d） （a）固溶强化（b）细晶强化（c）位错强化（d）第二相强化 9、1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（b） （a）获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性 （b）获得单一的奥氏体组织，提高抗腐蚀性，防止晶间腐蚀（c）降低硬度，便于切削加工 10、推土机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击，应选择用（b ） （a）20Cr渗碳淬火后低温回火（b）ZGMn13—3经水韧处理（c）W18Cr4V淬火后低温回火 11、位错是一种。（①） ①线缺陷②点缺陷③面缺陷 12、纯铁在850℃时为晶格。（①） ①体心立方②面心立方③密排六方 13、有些金属在固态下会发生晶体结构的变化，这种变化可以称为。(③) ①等温转变②变温转变③同素异构转变 14、共析钢过冷奥氏体在连续冷却时，有如下转变。(②) ①只有贝氏体和马氏体转变，而没有珠光体型转变 ②只有珠光体型和马氏体转变，而没有贝氏体转变 ③只有珠光体型和贝氏体转变，而没有马氏体转变 机械工程材料 思考题参考答案 第一章金属的晶体结构与结晶 1．解释下列名词 点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体， 过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。 答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。 线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。如位错。 面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。如晶界和亚晶界。 亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。 亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。 刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。 滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。如果相对滑移的结果上半部 分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃 口，故称“刃型位错”。 单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。 多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。 过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。 非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率， 细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。 变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。 2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？ 答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格； α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格； γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格； Mg、Zn属于密排六方晶格； 3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？ 答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。晶体中配位数和致密度越大，则晶体中原子排列越紧密。 4.晶面指数和晶向指数有什么不同？ 答：晶向是指晶格中各种原子列的位向，用晶向指数来表示，形式为[] uvw；晶面是指晶格中不同方位上的原子面，用晶面指数来表示，形式为() hkl。 5.实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？ 答：如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变，从而使晶体强度增 第一章工程材料的基本性质 市政工程中所有材料不仅要受到各种荷载的作用，还要面临负责的自然因素的侵蚀，经 受恶劣气候的考验，因此构成市政工程的工程材料应具备良好的物理性能、力学性能、耐久 性等。本章主要研究各类工程材料所共有的基本性质，以作为研究工程材料性能的出发点和 工具。 工程材料的基本性质主要有三方面：物理性质、力学性质和化学性质。而料的这些性 质主要与其体积构成有密切联系。 物理性质主要有密度、空隙分布状态、与水有关的性质、热工性能等； 力学性质主要包括材料的立方体抗压强度、单轴抗压强度、设计中的经验指标如磨耗值、冲击值等。 化学性质主要包括材料抵抗周围环境对其化学作用的性能，如老化、腐蚀。 第一节材料的体积构成 常见的工程材料有块状的颗粒状之分，块状材料如切块、混凝土、石材等；粒状材料如各种骨科。材料的聚集状态不同，它的体积构成呈现出不同特点。 一、块状材料体积构成特点 打开石料，人们常发现在其内部，材料实体间被分布空气所占据。材料实体内部被空气占据的空间称为空隙。材料内部孔隙的数量和其分布状态对材料基本性质有重要影响。块状材料的宏观构造如图1-1所示。 块状材料在自然状况下的总体积为： V=Vs+Vo （1-1） 材料内部的孔隙分为连通孔（开口孔）和封闭空 (闭口孔) 。连通孔指孔隙之间、孔隙和外界之间都连通的孔隙; 封闭孔是指孔隙之间、孔隙和孔隙之间不连通的孔隙。一般而言，连通孔对材料的吸水性影响较大，而封闭孔对材料的保湿性能影响较大。 孔隙按其直径的大小可分为粗大孔、毛细孔、极细孔三类。粗大孔是指其直径大于毫米级的孔隙，主要影响材料的密度、强度等性能。毛细孔是指其直径位于微米至毫米级的孔隙，这类孔隙对水具有强烈的毛细作用，主要影响材料的吸水性、抗冻性等性能。极细微孔是指其直径在微米以下的孔隙，因其直径微小，反面对材料的性能影响不大。 1、1 4.简答及综合分析题 (1）金属结晶得基本规律就是什么？条件就是什么？简述晶粒得细化方法。 （2）什么就是同素异构转变？ (１)金属结晶得基本规律:形核、长大; 条件就是具有一定得过冷度； 液态金属晶粒得细化方法:增大过冷度、变质处理、附加振动; 固态金属晶粒得细化方法:采用热处理、压力加工方法。 (2)金属同素异构性(转变）：液态金属结晶后获得具有一定晶格结构得晶体,高温状态下得晶体,在冷却过程中晶格发生改变得现象。 １、2 4。简答及综合分析题 （４)简述屈服强度得工程意义。 （5)简述弹性变形与塑性变形得主要区别。 （4）答：屈服强度就是工程上最重要得力学性能指标之—.其工程意义在于:①屈服强 度就是防止材料因过最塑性变形而导致机件失效得设计与选材依据； ②根据屈服强度与抗拉强度之比（屈强比）得大小，衡量材料进一步产生塑性变形得倾向，作为金属材料冷塑性变形加工与确定机件缓解应力集中防止脆性断裂得参考依据。 (５）答:随外力消除而消失得变形称为弹性变形。当外力去除时，不能恢复得变形称为塑性变形。 1、３ 4.简答题 （6）在铁碳相图中存在三种重要得固相，请说明它们得本质与晶体结构(如，δ相就是碳在δ—Ｆｅ中得固溶体，具有体心立方结构）。 α相就是 ; γ相就是 ； Fe３C相就是。 （7）简述Fe—Fe３C相图中共晶反应及共析反应,写出反应式,标出反应温度. （9）在图３—2所示得铁碳合金相图中，试解答下列问题: 图3—2铁碳合金相图 （1)标上各点得符号； (2）填上各区域得组成相(写在方括号内）; (3）填上各区域得组织组成物（写在圆括号内); （４)指出下列各点得含碳量：E（)、C（）、P( )、S（)、K（）；(5）在表３—1中填出水平线得温度、反应式、反应产物得名称。 表3—１ （6)答:碳在α—Fe中得固溶体，具有体心立方结构；碳在γ—Fe中得固溶体,具有面心 立方结构;Fe与Ｃ形成得金属化合物，具有复杂结构。 机械基础第三章 1、判断题(本大题共99小题，总计99分) 1、(1分)与横截面垂直的应力称为正应力。（） 2、(1分)长度和截面积相同，材料不同的两直杆受相同的轴向外力作用，则正应力也必然相同。（） 3、(1分)杆件受轴向拉（压）时，平行于杆件轴线的纵向截面上的正应力为零。（） 4、(1分)若两个轴向拉压杆的材料不同，但截面积相同，受相同的轴向力，则这两个拉压杆横截面上的应力也不相同。（） 5、(1分)使用截面法求得的杆件轴力，与杆件截面积的大小无关。（） 6、(1分)杆件的不同部位作用着若干个轴向外力，如果从杆件的不同部位截开时所求得的轴力都相同。（） 7、(1分)轴向拉（压）时，杆件的内力的合力必与杆件的轴线重合。（） 8、(1分)轴力是因外力而产生的，故轴力就是外力。（） 9、(1分)“截面法”表明，只要将受力构件切断，即可观察到断面上的内力。（） 10、(1分)弹性模量Ｅ表示材料在拉压时抵抗弹性变形的能力。（） 11、(1分)钢的抗拉性能优于混凝土。（） 12、(1分)在进行强度计算时，可以将屈服极限 作用塑性材料的许用力应力。（） 13、(1分)1kN/mm2=1Mpa。（） 14、(1分)工程中通常只允许各种构件受载后产生弹性变形。（） 15、(1分)许用力是杆件安全工作应力的最大值。（） 16、(1分)所有塑性材料的拉伸试验都有屈服现象。（） 17、(1分)直径和长度相同而材料不同的两根轴，在相同扭矩作用下它们的最大剪应力不相同。（） 18、(1分)材料力学中的杆件是变形体，而不是刚体。（） 19、(1分)构件所受的外力与内力均可用截面法求得。（） 20、(1分)应力表示了杆件所受内力的强弱程度。（） 21、(1分)构件的工作应力可以和其极限应力相等。（） 22、(1分)在强度计算中，只要工作应力不超过许用应力，构件就是安全。（） 23、(1分)应力正负的规定是：当应力为压应力时为正（） 24、(1分)在材料力学中各种复杂的变形都是由基本变形组合而成。（） 25、(1分)构件的破坏是指构件断裂或产生过大的塑性变形。（） 26、(1分)强度是指构件在外力作用下抵抗破坏的能力。（） 工程材料及成形技术作业题库 一. 名词解释 1.间隙固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。 2.过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。 3..同素异构性：同一合金在不同温度下晶格类型不同的现象。 4.同素异构性：同一合金在不同温度下晶格类型不同的现象。 5.再结晶：金属发生重新形核和长大而晶格类型没有改变的结晶过程。 6.枝晶偏析：结晶后晶粒内成分不均匀的现象。 7.淬透性：钢淬火时获得淬硬层深度的能力。 8.淬硬性：钢淬火时得到的最大硬度。 9.临界冷却速度：奥氏体完全转变成马氏体的最低冷却速度。 10.热硬性：钢在高温下保持高硬度的能力。 11.时效强化：经固溶处理后随着时间的延长强度不断提高的现象。 12.形变强化：由于塑性变形而引起强度提高的现象。 13.调质处理：淬火+高温回火得到回火索氏体的热处理工艺。 14.变质处理：在浇注是向金属液中加入变质剂，使其形核速度升高长大速度减低，从而实现细化晶粒的 处理工艺。 15.顺序凝固原则：铸件时使金属按规定从一部分到另一部分逐渐凝固的原则。 16.同时凝固原则： 17.孕育铸铁：经过孕育处理的铸铁。 18.热固性塑料： 19.热塑性塑料： 二. 判断正误并加以改正 1.细化晶粒虽能提高金属的强度,但增大了金属的脆性. （╳） 改正：细化晶粒不但能提高金属的强度，也降低了金属的脆性。 2.结构钢的淬透性,随钢中碳含量的增大而增大. （╳） 改正：结构钢的淬硬性，随钢中碳含量的增大而增大。 3.普通低合金结构钢不能通过热处理进行强化。（√） 4. 单晶体必有各向异性. （√） 5. 普通钢和优质钢是按其强度等级来区分的. （╳） 改正：普通钢和优质钢是按钢中有害杂质硫、磷的含量来划分的。 6. 过热钢经再结晶退火后能显著细化晶粒. （√） 7. 奥氏体耐热钢也就是奥氏体不锈钢。（╳） 改正：奥氏体耐热钢不是奥氏体不锈钢。 8. 马氏体的晶体结构和铁素体的相同. （√） 9. 面心立方金属的塑性比体心立方金属的好. （╳） 10. 铁素体是置换固溶体. （╳） 改正：铁素体是碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体体。 4 ?简答及综合分析题 (1 )金属结晶的基本规律是什么？条件是什么？简述晶粒的细化方法。 (2)什么是同素异构转变？ (1)金属结晶的基本规律：形核、长大； 条件是具有一定的过冷度； 液态金属晶粒的细化方法：增大过冷度、变质处理、附加振动； 固态金属晶粒的细化方法：采用热处理、压力加工方法。 (2)金属同素异构性(转变)：液态金属结晶后获得具有一定晶格结构的晶体，高温状态下的 晶体，在冷却过程中晶格发生改变的现象。 4 ?简答及综合分析题 (4)简述屈服强度的工程意义。 (5)简述弹性变形与塑性变形的主要区别。 (4)答：屈服强度是工程上最重要的力学性能指标之一。其工程意义在于：①屈服强 度是防止材料因过最塑性变形而导致机件失效的设计和选材依据； ②根据屈服强度与抗拉强度之比(屈强比)的大小，衡量材料进一步产生塑性变形的倾向，作 为金属材料冷塑性变形加工和确定机件缓解应力集中防止脆性断裂的参考依据。 ⑸答:随外力消除而消失的变形称为弹性变形。当外力去除时，不能恢复的变形称为塑性 变形。 4 ?简答题 (6)在铁碳相图中存在三种重要的固相，请说明它们的本质和晶体结构(如，3相是碳在3 —Fe中的固溶体，具有体心立方结构)。 a相是_____________________________________________________________________________ ； Y相是 _____________________________________________________________________________ ； Fe3C相是。 ⑺ 简述Fe—Fe3C相图中共晶反应及共析反应，写出反应式，标出反应温度。 (9)在图3—2所示的铁碳合金相图中，试解答下列问题:《机械工程材料》习题集参考答案(第三章-第六章)
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