第一章钢的合金化原理 1．名词解释 1）合金元素: 特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学或机械性能的化学元素。（常用M 来表示） 2）微合金元素: 有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr 和B 等，当其含量只在0.1%左右（如B 0.001%，V 0.2 % ）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这种化学元素称为微合金元素。3）奥氏体形成元素:在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ相；如Mn, Ni, Co, C, N, Cu ； 4）铁素体形成元素: 在α-Fe中有较大的溶解度，且能稳定α相。如：V，Nb, Ti 等。5）原位析出: 元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时, 合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物如Cr 钢中的Cr：ε-FexC→ Fe3C→ （ Fe, Cr）3C→ （ Cr, Fe）7C3→ （Cr, Fe）23C6 6）离位析出: 在回火过程中直接从α相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，可使HRC 和强度提高（二次硬化效应）。如V，Nb, Ti 等都属于此类型。 2．合金元素 V、Cr 、W、Mo 、Mn 、 Co、Ni 、Cu 、 Ti 、Al 中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在 a-Fe 中形成无限固溶体？哪些能在 g-Fe 中形成无限固溶体？答：铁素体形成元素：V、Cr、W、Mo、Ti、Al ； 奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni 、Cu 能在a-Fe 中形成无限固溶体：V、Cr；能在g-Fe 中形成无限固溶体：Mn 、Co、Ni 3．简述合金元素对扩大或缩小γ相区的影响，并说明利用此原理在生产中有何意义？ 答：（1）扩大γ相区：使A3 降低，A4 升高一般为奥氏体形成元素分为两类：a.开启 γ相区：Mn, Ni, Co 与γ-Fe 无限互溶. b.扩大γ相区：有C，N，Cu 等。如Fe-C 相图，形成的扩大的γ相区，构成了钢的热处理的基础。 （2）缩小γ相区：使A3 升高，A4 降低。一般为铁素体形成元素 分为两类:a.封闭γ相区：使相图中γ区缩小到一个很小的面积形成γ圈,其结果使δ相区与α 相区连成一片。如V, Cr, Si, A1, Ti, Mo, W, P, Sn, As, Sb 。 b.缩小γ相区：Zr, Nb, Ta, B, S, Ce 等 （3）生产中的意义：可以利用M 扩大和缩小γ相区作用，获得单相组织，具有特殊性能，在耐蚀钢和耐热钢中应用广泛。 4．简述合金元素对铁碳相图（如共析碳量、相变温度等）的影响。 答：答：1）改变了奥氏体区的位置 2）改变了共晶温度：（l）扩大γ相区的元素使A1，A3 下降； （2）缩小γ相区的元素使A1，A3 升高。当Mo>8.2%, W>12%,Ti>1.0%,V>4.5%,Si>8.5% ，γ 相区消失。
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(第二版)习题答案(王章忠) 例1：某工厂生产精密丝杠，尺寸为φ40×800mm，要求热处理后变形小，尺寸稳定，表面硬度为60～64HRC，用CrWMn钢制造;其工序如下：热轧钢棒下料→球化退火→粗加工→淬火、低温回火→精加工→时效→精磨。试分析：1. 用CrWMn钢的原因。2. 分析工艺安排能否达到要求，如何改进？ 丝杠是机床重要的零件之一，应用于进给机构和调节移动机构，它的精度高低直接影响机床的加工精度、定位精度和测量精度，因此要求它具有高精度和高的稳定性、高的耐磨性。在加工处理过程中，每一工序都不能产生大的应力和大的应变；为保证使用过程中的尺寸稳定，需尽可能消除工件的应力，尽可能减少残余奥氏体量。丝杠受力不大，但转速很高，表面要求有高的硬度和耐磨性，洛氏硬度为60～64 HRC。根据精密丝杠的上述要求，选用CrWMn钢较为合适。其原因如下：（1）CrWMn钢是高碳合金工具钢，淬火处理后能获得高的硬度和耐磨性，可满足硬度和耐磨性的要求。 （2）CrWMn钢由于加入合金元素的作用，具有良好的热处理工艺性能，淬透性好，热处理变形小，有利于保证丝杠的精度。目前，9Mn2V 和CrWMn用得较多，但前者淬透性差些，适用于直径较小的精密丝杠。
对原工艺安排分析：原工艺路线中，由于在球化退火前没有安排正火；机加工后没有安排去应力退火；淬火、低温回火后没有安排冰冷处理等项原因，使得精密丝杠在加工过程中会产生很大的应力和变形，很难满足精密丝杠的技术要求。所以原工艺路线应改为：下料→正火→球化退火→粗加工→去应力退火→淬火、低温回火→冷处理→低温回火→精加工→时效→半精磨→时效→精磨。 例2：有一载重汽车的变速箱齿轮，使用中受到一定的冲击，负载较重，齿表面要求耐磨，硬度为58～62HRC齿心部硬度为30～45HRC，其余力学性能要求为σb＞1000MPa，σOF≥600MPa，AK ＞48J。试从所给材料中选择制造该齿轮的合适钢种。 35、45 、20CrMnTi 、38CrMoAl 、T12 分析：从所列材料中可以看出35、45 、T12钢不能满足要求。对剩余两个钢种的比较可见表1。 材料热处理σs/ MPa σb/ MPa /% φ/% AK/J 接触疲劳强度 /MPa 弯曲疲劳强度 /MPa 20CrMnTi 渗碳 淬火853 1080 10 45 55 1380 750 38CrMoAl 调质835 980 14 50 71 1050 1020
第1章机械工程材料基本知识 1.1 金属材料的力学性能 任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式外力的作用。如起重机上的钢索，受到悬吊物拉力的作用；柴油机上的连杆，在传递动力时，不仅受到拉力的作用，而且还受到冲击力的作用；轴类零件要受到弯矩、扭力的作用等等。这就要求金属材料必须具有一种承受机械荷而不超过许可变形或不破坏的能力。这种能力就是材料的力学性能。金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在外力作用下表现出力学性能的指标。 1.1.1 强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。强度指标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，符号为σ，单位为MPa。 工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。屈服强度是指金属材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用σs 表示。抗拉强度是指金属材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力值，用σb表示。 对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是零件强度设计的依据；对于因断裂而失效的零件，而用抗拉强度作为其强度设计的依据。 1.1.2 塑性 塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。 工程中常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号δ表示。断面收缩率指试样拉断后，断面缩小的面积与原来截面积之比，用 表示。 伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件，也是保证机械零件工作安全，不发生突然脆断的必要条件。 1.1.3 硬度
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，
第一章机械工程材料（金属材料） 一、简答 1.说明金属材料强度、硬度、塑性、韧性的含义，并区分下列性能指标的符号：σS、σb、HB、HRC、δ、Ψ、ak。 答：HB：_；ak：_；δ：_；σs：_；σb：_；Ψ：_；HRC：_ 2.什么是碳素钢？什么是铸铁？铸铁中根据石墨形态不同又可分为哪几种？ 答：碳素钢：。 铸铁：。 3.根据碳含量的不同，碳素钢可分成哪几种，各自的用途如何？ 答：低碳钢：中碳钢：。高碳钢：。 二、填空 1.指出下列材料牌号的意义 材料牌号牌号的意义 Q235—A?F： 1Cr13： T10A： 45 ： HT150 ： KT300—06 ： QT600—02 ： 55Si2Mn ： W18Cr4V ： CrWMn ： GCr15 ： 2.根据使用性能，工艺性能和经济性，从上表材料中选取制造下列的材料:车床光杠——，手工锯条——，铣床床身——，切削车刀——。 3.何谓热处理？何谓调质处理？ 热处理：——。 调质处理：——。 4.用工艺曲线表示淬火、正火、退火、回火。 5.金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下所表现的机械能力，他包括——，——，——，——等几个方面。 第二章铸造 一、填空 1.型砂、芯砂的主要性能有：——，——，——，——。 2.在制作模型和型盒时应考虑：——，——，——，——，——，——。 3.型芯头是：——。 4.常用的手工造型方法有：——，——，——，——，——。常用的特种铸造方法有：——，
——，——，——，——，——，——。 5.填写下表铸造生产的工艺过程。 二、简答 1.什么是铸造，生产特点及应用? 答：——。 生产特点：——。 应用：——。 2.常见的铸件缺陷（列举至少8种）。 答：——。 3.指出下列铸造件的结构工艺设计不合理之处，画出修改图,并说明理由？ 4.写出右图所示套筒铸件的分模造型工艺过程和所使用的工具？ 答：——。 第三章锻造 锻造 一、填空 1.压力加工的主要变形方式有——，——，——，——，——。 2.自由锻基本工序有——，——，——，——，——，——，——。 3.镦粗时——和——之比为锻造比。 二、简答 1.锻造前为什么要对坯料进行加热，同时产生哪些缺陷？ 答：—— 2.什么是延伸，冲孔，它们各适合锻造哪类零件？ 答：—— 3.什么是始锻温度和终锻温度?低碳钢、中碳钢的始锻、终锻温度各是多少？答：—— 4.指出下列锻造件的结构工艺设计不合理之处，画出修改图,并说明理由？ 冲压 一、填空 1.冲压基本工序分两大部分：分离工序，如——，——；变形工序，如——，——。 2.冲模的结构，它可分为——和——。 3.压力可分为——，——，——。 4.冲压具有——，——，——，——及——的特点。 5.冲压易于——和——。
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？ uvw；晶面是指晶答：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[] hkl。 格中不同方位上的原子面，用晶面指数来表示，形式为() 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
工程材料基础 绪论 1.材料与社会进步 材料是人类生活的物质基础，人类社会的进步与材料的发展密切相关。由于材料对人类社会的发展和进步，一直都在起着巨大的推动作用。所以,人们便把历史的发展阶段按照人类使用材料的特点来划分，例如，远古时代，由于人类只能使用天然的石头作为工具，所以，远古时代就被称为石器时代。而火的发现和使用，由于使人类能够制造人造材料，所以伴随着各种材料制备技术的出现，人类历史又依次进入到陶器时代、铜器时代、铁器时代、钢铁时代和新材料时代(信息时代)。可见，在人类社会发展的过程中，材料是推动社会进步的重要因素，没有新材料的出现，人类社会就不会进步。 2.材料与技术进步 能源、信息和材料是现代技术的三大支柱，而能源、信息产业的发展，同样离不开材料的进步，如果材料的制备水平和应用水平跟不上，就会制约着能源、信息产业的发展。实际上，不仅能源、信息产业的发展离不开材料的进步，对许多领域而言，技术的进步都是与老材料的改进和新材料的开发有关（说明在坦克和炮弹的技术进步中，炮弹攻击力的增强和坦克防弹能力的提高，与老材料的改进和新材料的开发有关）。 材料推动技术进步和社会发展的实例很多，如： ① 1911年德国开发出了强度与软钢相近的硬铝合金之后，人类才开始进行真正的航空工业； ②镍基高温合金的开发成功，由于能大大提高发动机的燃烧室温度，能显著提高发动机的功率，使飞机制造业从此迈进了能够制造特大型飞机的时代； ③单晶硅的出现，导致大规模集成电路的问世，使计算机等产品陆续走进了我们的生活，使社会步入到了信息时代； ④远程通信技术的发展与光导纤维的问世密切相关，由于光导纤维的出现使信息的传输方式发生了巨大的变化，所以光导纤维的问世被誉为是百年不遇的重大发明； ⑤ 20世纪最后一次技术革命，导致了超导技术的出现，对社会的发展也起到了巨大的推动作用。例如，利用安装在列车中的超导磁体与地面线圈之间的电磁排斥力，而能将列车悬浮起来的现象，就能制造出时速可达300Km的磁悬浮列车。 从以上实例可见，材料是推动技术进步和社会发展的重要因素。 3.工程材料及分类 所谓材料，是可用来制造有用物品的物质。能用于工程目的的材料就是工程材料。按照材料的性能特点和用途的不同，工程材料可分为结构材料和功能材料两大类。其中
例1：某工厂生产精密丝杠，尺寸为φ40×800mm，要求热处理后变形小，尺寸 稳定，表面硬度为60～64HRC，用CrWMn钢制造;其工序如下：热轧钢棒下料→ 球化退火→粗加工→淬火、低温回火→精加工→时效→精磨。试分析：1. 用CrWMn钢的原因。2. 分析工艺安排能否达到要求，如何改进？ 丝杠是机床重要的零件之一，应用于进给机构和调节移动机构，它的精度高低直接影响机床的加工精度、定位精度和测量精度，因此要求它具有高精度和高的稳定性、高的耐磨性。在加工处理过程中，每一工序都不能产生大的应力和大的应变；为保证使用过程中的尺寸稳定，需尽可能消除工件的应力，尽可能减少残余奥氏体量。丝杠受力不大，但转速很高，表面要求有高的硬度和耐磨性，洛氏硬度为60～64 HRC。 根据精密丝杠的上述要求，选用CrWMn钢较为合适。其原因如下： （1）CrWMn钢是高碳合金工具钢，淬火处理后能获得高的硬度和耐磨性，可满 足硬度和耐磨性的要求。 （2）CrWMn钢由于加入合金元素的作用，具有良好的热处理工艺性能，淬透性好，热处理变形小，有利于保证丝杠的精度。目前，9Mn2V和CrWMn用得较多，但前者淬透性差些，适用于直径较小的精密丝杠。 对原工艺安排分析：原工艺路线中，由于在球化退火前没有安排正火；机加工后没有安排去应力退火；淬火、低温回火后没有安排冰冷处理等项原因，使得精密丝杠在加工过程中会产生很大的应力和变形，很难满足精密丝杠的技术要求。所以原工艺路线应改为：下料→正火→球化退火→粗加工→去应力退火→淬火、低温回火→冷处理→低温回火→精加工→时效→半精磨→时效→精磨。 例2：有一载重汽车的变速箱齿轮，使用中受到一定的冲击，负载较重，齿表面要求耐磨，硬度为58～62HRC齿心部硬度为30～45HRC，其余力学性能要求为σ＞1000MPa，σ≥600MPa，A＞48J。试从所K OFb给材料中选择制造该齿轮的合适钢种。 35、45 、20CrMnTi 、38CrMoAl 、T12 分析：从所列材料中可以看出35、45 、T12钢不能满足要求。对剩余两个钢种 比较，20CrMnTi能全面满足齿轮的性能要求。 其工艺流程如下：下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火→低温回火→喷丸→磨齿。 例3：机械式计数器内部有一组计数齿轮，最高转速为350r/min，该齿轮用下列哪些材料制造合适，并简述理由。40Cr、20CrMnTi、尼龙66。 工作条件分析：计数器齿轮工作时，运转速度较低、承受的扭矩很小，齿轮
机械工程材料习题答案 第二章作业 2－1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有 什么特点？－Fe、－Fe、Al、Cu 、Ni、Cr、V、Mg 、Zn 各属何种结构？ 答：常见晶体结构有 3 种： ⑴体心立方：－Fe、Cr、V ⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni ⑶密排六方：Mg、Zn 2---7 为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各 向异性？ 答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。 第三章作业 3－2如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒 的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注；⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成 薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。 答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小
第四章作业 4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好？试用多晶体塑性变形的特点予以解释。 答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。原因是： （1））强度高：Hall-Petch 公式。晶界越多，越难滑移。 （2））塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。（3））韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。 4－6生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂7~15 天，然后 再精加工。试解释这样做的目的及其原因？ 答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是 为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7 天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。 4－8钨在1000 ℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410 ℃，锡熔点是232 ℃）？ 答：W、Sn 的最低再结晶温度分别为: TR(W) =（0.4 ～0.5) ×(3410+273) －273 =（1200 ～1568 ）( ℃)＞1000 ℃ TR(Sn) = （0.4 ～0.5)×(232+273) －273 = （-71～-20）(℃) ＜25℃所以W 在1000 ℃时为冷加工，Sn 在室温下为热加工
一、填空题（每空1分，共20分） 1．常见的金属晶格类型有、______________和______________。2．空位属于__________缺陷，晶界和亚晶界分别__________ 缺陷，位错属于_______________缺陷。 3．金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，这种现象称为_______________。4．原子在溶剂晶格中的分布不同，可将固溶体分为_______________固溶体和_______________ 固溶体。 5．室温下Fe－Fe3C合金中的4种基本组织是______________、_______________、_______________和_______________。 6．常见的金属的塑性变形方式有_______________和_______________两种类型。7．钢的热处理工艺是由_______________、_______________和_______________三个步骤组成的。 8．铁碳合金为双重相图，即_______________相图和_______________相图。 二、单项选择题（每题2分，共20分） （）1.两种元素组成固溶体，则固溶体的晶体结构。 A．与溶质的相同 B．与溶剂的相同 C．与溶剂、溶质的都不相同 D．是两种元素各自结构的混合体 （）2.铸造条件下，冷却速度越大，则。 A．过冷度越小，晶粒越细 B．过冷度越小，晶粒越粗 C．过冷度越大，晶粒越粗 D．过冷度越大，晶粒越细 （）3.金属多晶体的晶粒越细，则其。 A．强度越高，塑性越好 B．强度越高，塑性越差 C．强度越低，塑性越好 D．强度越低，塑性越差 （）4. 钢的淬透性主要取决于。 A．冷却介质 B．碳含量 C．钢的临界冷却速度 D.其它合金元素 （）5.汽车、拖拉机的齿轮要求表面具有高耐磨性，心部具有良好的强韧性，应选用。 A．45钢表面淬火+低温回火 B．45Cr调质 C．20钢渗碳、淬火+低温回火 D．20CrMnTi渗碳、淬火+低温回火（）6.完全退火主要适用于。 A．亚共析钢 B．共析钢 C．过共析钢 D．白口铸铁 （）7.铸铁如果第一、第二阶段石墨化都完全进行，其组织为。 A． F＋G B． F＋P＋G C． P＋G D.Le＋P＋G （）8.对于可热处理强化的铝合金，其热处理方法为。 A．淬火 + 低温回火 B．正火 C．水韧处理 D. 固溶处理 + 时效 （）9. 马氏体的硬度主要取决于。 A．过冷奥氏体的冷却速度 B．过冷奥氏体的转变温度 C．马氏体的含碳量 D．马氏体的亚结构 （）10.在下列方法中，可使晶粒细化的方法是。 A．扩散退火 B．切削加工 C．喷丸处理 D．变质处理 三、判断题（每题1分，共10分） （）1.金属或合金中，凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分称为相。 （）2.在实际金属和合金中，自发生核常常起着优先和主导的作用。 （）3.由于再结晶过程是一个形核和长大的过程，因而是相变过程。 （）4.位错是晶体中常见的缺陷，在常见的工业金属中位错密度愈多，其强度愈高。 （）5. 回火屈氏体、回火索氏体和过冷奥氏体分解时形成的屈氏体、索氏体，只是形成过程不同，但组织形态和性能则是相同的。 （）6.球墨铸铁可通过热处理来提高其综合力学性能。 （）7.所有铝合金都可以通过热处理进行强化。 （）8.钢的铸造性能比铸铁好，故常用来铸造形状复杂的工件。 （）9. 滑移变形所需要的切应力要比孪生变形时所需的小得多。 （）10.奥氏体冷却时，只要温度达到Ms以下，马氏体的转变就能完成。
第一章材料的结构与金属的结晶 1．解释下列名词： 变质处理P28；细晶强化P14；固溶强化P17。 5．为什么单晶体具有各向异性P12，而多晶体在一般情况下不显示各向异性P13？ 答：因为单晶体内部的原子都按同一规律同一位向排列，即晶格位向完全一致。 而在多晶体的金属中，每个晶粒相当于一个单晶体，具有各项异性，但各个晶粒在整块金属中的空间位向是任意的，整个晶体各个方向上的性能则是大量位向各不相同的晶粒性能的均值。 6．在实际金属中存在哪几种晶体缺陷P13？它们对力学性能有何影响P14？ 答：点缺陷、线缺陷、面缺陷。 缺陷的存在对金属的力学性能、物理性能和化学性能以及塑性变形、扩散、相变等许多过程都有重要影响。 7．金属结晶的基本规律是什么P25？铸造(或工业)生产中采用哪些措施细化晶粒？举例说明。P27~P28 答：金属结晶过程是个形核、长大的过程。 （1）增大过冷度。降低金属液的浇筑温度、采用金属模、水冷模、连续浇筑等。 （2）变质处理。向铝合金中加入钛、锆、硼；在铸铁液中加入硅钙合金等。 （3）振动和搅拌。如机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。 第二章金属的塑性变形与再结晶 1．解释下列名词： 加工硬化P40；再结晶P43；纤维组织P38。 2．指出下列名词的主要区别：重结晶、再结晶P43 答：再结晶转变前后的晶格类型没有发生变化，故称为再结晶； 而重结晶时晶格类型发生了变化。 另外，再结晶是对冷塑性变形的金属而言，只有经过冷塑性变形的金属才会发生再结晶，没有经过冷塑性变形的金属不存在再结晶的问题。 5．为什么常温下晶粒越细小，不仅强度、硬度越高，而且塑性、韧性也越好？P38 答：晶粒愈细，单位体积内晶粒数就愈多，变形是同样的变形量可分散到更多的晶粒中发生，以产生比较均匀的变形，这样因局部应力集中而引起材料开裂的几率较小，使材料在断裂前就有可能承受较大的塑性变形，得到较大的伸长率和具有较高的冲击载荷抗力。 6．用冷拔铜丝制作导线，冷拔后应如何处理？为什么？P42 答：应该利用回复过程对冷拔铜丝进行低温退火。 因为在回复阶段，变形金属的显微组织没有明显变化，纤维状外形的晶粒仍存在，故金属的强度、硬度和塑性韧性等
《工程材料基础》课后测试试卷 《工程材料基础》课后测试试卷第一章 一、名词解释 1、弹性：________________________________________________________________________。答案：弹性是指材料弹性变形的大小。通常用弹性变形时吸收的弹性能（又称弹性比功）来表示 2、塑性：________________________________________________________________________。答案：塑性是指材料断裂前发生塑性变形的能力。 3、韧性断裂：____________________________________________________________________。答案：韧性断裂是断裂前发生明显宏观塑性变形。 4、冲击韧度：___________________________________________________________________。答案：冲击韧性是指材料在冲击荷载作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，常用标准试样的冲击功A K表示，若将A K除以试样断口处截面积F K即得材料的冲击韧度a K。 5、蠕变：________________________________________________________________________。答案：材料在长时间恒应力作用下缓慢产生塑性变形的现象。 6、疲劳极限：____________________________________________________________________。答案：表示材料经受无限多次应力循环而不断裂的最大应力。 7、磨损：____________________________________________________________________。答案：在摩擦过程中零件表面发生的尺寸变化和物质耗损现象称为磨损。 8、断裂韧度K IC：_________________________________________________________________。答案：是评定材料抵抗脆性断裂的力学性能指标，是材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。
第 1 章 材料的结构和金属的结晶 1. 材料的结构层次包括： （）。 （a ） 原子结构和原子结合键、原子的空间排列、相和组织 （b ） 原子结构和电子结构、原子的空间排列、相和组织 （c ） 原子结构、电子结构、相和组织 （d ） 原子、电子、质子 2. 金属中正离子与电子气之间强烈的库仑力使金属原子结合在一起，这种结合力叫做（ ）。 （a ）离子键 （b ）共价键 （c ）金属键 （d ）氢键 3. 两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键叫做（ ）。 （a ）离子键 （b ）氢键 （c ）共价键 （d ）金属键 4. 金属具有良好的导电性和导热性与（ ）有密切关系。 （a ）金属有光泽 （b ）金属不透明 （c ）金属塑性好 （d ）金属中自由电子数量多 5. 金属键没有方向性，对原子没有选择性，所以在外力作用下发生原子相对移动时，金属键不会被破坏，因 而金属表现 出良好的（ ）。 （a ）脆性 （b ）塑性 （c ）绝缘性 （d ）刚性 6. 金属加热时，正离子的振动增强，原子排列的规则性受到干扰，电子运动受阻，电阻增大，因而金属具有 （ ）。 （a ）正的电阻温度系数 （b ）高强度 （c ）高塑性 （d ）绝缘性 7. 固态物质按原子（离子或分子）的聚集状态分为两大类，即（ ）。 （a ）晶体和非晶体 （b ）固体和液体 8. 原子（离子或分子）在空间规则排列的固体称为（ （a ）气体 （b ）液体 （c ）晶体 9. 原子（离子或分子）在空间不规则排列的固体称为（ （a ）气体 （b ）液体 （c ）晶体 10. 晶体具有（ ）的熔点。 （a ）不定确定 （b ）固定 （c ）可变 11. 非晶体（ ）固定的熔点。 （a ）没有 （b ）有 12. 在晶体中，通常以通过原子中心的假想直线把它们在空间的几何排列形式描绘出来，这样形成的三维空 间格架叫做 （ ）。 （a ）晶胞 （b ）晶格 （c ）晶体 （d ）晶核 13. 从晶格中取出一个能完全代表晶格特征的最基本的几何单元叫做（ ）。 （a ）晶胞 （b ）晶格 （c ）晶体 （d ）晶核 14. 晶胞中各个棱边长度叫做（ ）。 （a ）原子间距 （b ）原子半径 （C ）晶格常数 （ d ）原子直径 15. 晶胞各棱边之间的夹角称为（ ）。 （a ）晶面夹角 （b ）棱间夹角 （c ）晶向夹角 （ d ）轴间 夹角 16. 通过晶体中原子中心的平面叫（ ）。 （a ）对称平面 （b ）几何平面 （c ）晶面 （d ）晶面族 17. 为了分析各种晶面上原子分布的特点，需要给各种晶面规定一个符号，这就是（ ）。 （a ）方向指数 （b ）晶面指数 （c ）晶向指数 （d ）符号指数 选择题 （c ）液体和气体 （d ）冈U 体和质 点 ）。 d ） 非晶体 ）。 （d ）非晶体
《机械工程材料》 机械工业出版社 第3版 目录 第一章机械零件的失效分析 第二章碳钢 第三章钢的热处理 第四章合金钢 第五章铸铁 第六章有色金属及其合金 第七章高分子材料 第八章陶瓷材料 第九章复合材料 第十章功能材料 第十一章材料改性新技术 第十二章零件的选材及工艺路线
第十三章工程材料在典型机械和生物医学上的应用 第一章机械零件的失效分析 第一节零件在常温静载下的过量变形 失效：零件若失去设计要求的效能 变形：材料在外力作用下产生的形状或尺寸的变化 弹性变形：能够恢复的变形 塑性变形：不能恢复的变形 一、工程材料在静拉伸时的应力-应变行为 1.低碳钢的应力-应变行为 变形过程：弹性变形、屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形 2.其他类型材料的应力-应变行为 纯金属 脆性材料 高弹性材料 二、静载性能指标 1.刚度和强度指标
（1）刚度 指零（构）件在受力时抵抗弹性变形的能力 单向拉伸（或压缩）时： E=σ/ε=εA F / ，即EA=F/ε 纯剪切时： G=τ/γ=γτA F / ，即GA=F τ/γ 弹性模量E （或切变模量G ）是表征材料刚度的性能指标 （2）强度 指材料抵抗变形或断裂的能力 指标有：比例极限σp ，弹性极限σe ，屈服强度σs ，抗拉强度σb ，断裂强度σ k 2.弹性和塑性指标 （1）弹性 指材料弹性变形大小 弹性能u ：应力-应变曲线下面弹性变形阶段部分所包围的面积
u=2 1σe εe=E e 221σ （2）塑性 指材料断裂前发生塑性变形的能力 断后伸长率： %1000 0?-=L L L δ 断面收缩率： %10000?-= A A A ψ ψδ、越大，材料塑性越好 3.硬度指标 表征材料软硬程度的一种性能 布氏硬度HBW （硬质合金球为压头） 洛氏硬度HRC （锥角为120°的金刚石圆锥体为压头） 维氏硬度HV （锥角为136°的金刚石四棱锥体为压头） 三、过量变形失效 零件的最大弹性变形量△l 或θ（扭转角）必须小于许可的弹性变形量。即 △l ≤[△l]或θ≤[θ] 材料的弹性模量E(或切变模量G)越高，零件的弹性变形量越小，刚度越好
机械工程材料试题 第一章 一、填空题： 1．常用力学性能判据有________、________、________、和疲劳强度。 2．常用的硬度试验方法有________、________、________。 3．金属材料的硬度随材料的不同而采用不同测试方法，一般铝合金采用________法，硬质合金刀片采用________法。 二、判断： 1．国标以Ak作为韧性判据。( ) 2．材料的强度、硬度越高，其塑性、韧性越差。( ) 三、选择题： 1．在拉伸试验中，试样拉断前能承受的最大应力称为材料的( ) A．屈服极限B 抗拉强度C 弹性极限 第二章 一、填空题： 1．常见的晶格类型有________、________、________。 2．根据溶质原子在溶剂晶格中所占的位置不同，固溶体可分为________和________。3．根据晶体缺陷几何形态特点，可将其分为________、________、________三类。 4．α-Fe是________晶体结构，其晶胞原子数为________。 二、判断： 1．非晶体具有各向异性，而晶体具有各向同性。( ) 2．多晶体材料中相邻晶粒的晶面称为“晶界”。( ) 三、名词解释： 1、合金 2．相 第三章 一、填空题： 1．抑制晶粒长大的方法有________、________、________。 2．晶粒的大小主要取决于_______和________。 二、判断： 1．凡是由液体凝固成固体的过程就称为结晶。( ) 2．金属结晶时的冷却速度越快，晶粒越细校( ) 三、简答： 1．什么是过冷现象和过冷度？过冷度对晶粒大小有何影响？ 2．铸锭组织有哪些？如何抑制柱状晶的长大？ 第四章 一、填空题： 1．单晶体塑性变形的基本方式是_______和________。 2．冷变形强化使金属的强度和硬度________、塑性和韧性________。 3．再结晶退火后的晶粒大小主要与________、________、和退火前的变形度有关。
机械工程材料第二版答案
机械工程材料第二版答案 【篇一：机械工程材料(于永泗_齐民_第七版)课后习题答 案】 第一章 1-1、可否通过增加零件尺寸来提高其弹性模量：不能，弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。所以不能通过增大尺寸来提高弹性模量。 1-3、和两者有什么关系？在什么情况下两者相等？为应力强度因子，为平面应变断裂韧度，为的一个临界值，当增加到一定值时，裂纹便失稳扩展，材料发生断裂，此时，两者相等。 1-4、如何用材料的应力-应变曲线判断材料的韧性？所谓材料的韧性是指材料从变形到断裂整个过程所吸收的能量，即拉伸曲线（应力-应变曲线）与横坐标所包围的面积。 2-1、从原子结构上说明晶体与非晶体的区别。原子在三维空间呈现规则排列的固体称为晶体，而原子在空间呈无序排列的固体称为非晶体。晶体长程有序，非晶体短程有序。 2-2、立方晶系中指数相同的晶面和晶向有什么关系？相互垂直。 2-4、合金一定是单相的吗？固溶体一定是单相的吗？合金不一定是单相的，也可以由多相组成，固溶体一定是单相的。 3-1、说明在液体结晶的过程中晶胚和晶核的关系。在业态经书中存在许多有序排列飞小原子团，这些小原子团或大或小，时聚时散，称为晶胚。在以上，由于液相自由能低，晶胚不会长大，而当液态金属冷却到以下后，经过孕育期，达到一定尺寸的晶胚将开始长大，这些能够连续长大的晶胚称为晶核。
3-2、固态非晶合金的晶化过程是否属于同素异构转变？为什么？不属于。同素异构是物质在固态下的晶格类型随温度变化而发生变化，而不是晶化过程。 3-3、根据匀晶转变相图分析产生枝晶偏析的原因。①枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内，成分不均匀的现象叫做枝晶偏析。②结合二元匀晶转变相图可知，枝晶偏析产生的原因是固溶体合金的结晶只有在“充分缓慢冷却”的条件下才能得到成分均匀的固溶 体组织。然而在实际生产中，由于冷速较快，合金在结晶过程中，固相和液相中的原子来不及扩散，使得先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素，而后结晶的枝晶中含有较多低熔点元素。③冷速越快，液固相间距越大，枝晶偏析越严重。 体→le’+二次渗碳体+p。室温组织：le’+二次渗碳体+p。 3-6、说明fe-c合金中5种类型渗碳体的形成和形态特点。体：由液相直接析出，黑色的片层。二次渗碳体：含碳量超过0.77%的铁碳合金自1148℃冷却至727℃时，会从奥氏体中析出二次渗碳体。沿奥氏体晶界呈网状排列。三次渗碳体：铁碳合金自727℃向室温冷却的过程中，从铁素体析出的为三次渗碳体。不连续网状成片状分布于铁素体晶界。共晶渗碳体：共晶白口铸铁由液态冷却到1148℃是发生共晶反应，产生共晶奥氏体和共晶渗碳体。为白色基体。：共析钢液体在发生共析转变时，由奥氏体相析出铁素体和共析渗碳体。为黑色的片层。 3-7、说明金属实际凝固时，铸锭的3中宏观组织的形成机制。铸锭的宏观组织由表层细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区3个晶区组成。 ①表层细晶区：当高温的液体金属被浇注到铸型中时，液体金属首先与铸型的模壁接触，一般来说，铸型的温度较低，产生很大的过冷度，形成大量晶核，再加上模壁的非均匀形核作用，在铸锭表面形成一层厚度较薄、晶粒很细的等轴晶区。②柱状晶区：表层细晶区形成以后，由于液态金属的加热及凝固时结晶潜热的放出，使得模壁的温度逐渐升高，冷却速度下降，结晶前沿过冷度减小，难以形成新的结晶核心，