第四章铁碳合金相图 教学目的及其要求 通过本章学习，使学生们掌握铁碳合金的基本知识，学懂铁碳相图的特征点、线及其意义，了解铁碳相图的应用。 主要内容 1．铁碳合金的相组成 2．铁碳合金相图及其应用 3．碳钢的分类、编号及应用 学时安排 讲课4学时 教学重点 1．铁碳合金相图及应用 2．典型合金的结晶过程分析 教学难点 铁碳合金相图的分析和应用。 教学过程 纯铁、铁碳合金中的相 一、铁碳合金的组元 铁：熔点1538℃，塑性好，强度硬度极低，在结晶过程中存在着同素异晶转变。不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体。 由于纯铁具有同素异构转变，在生产上可以通过热处理对钢和铸铁改变其组织和性能。碳：在Fe－Fe3C相图中，碳有两种存在形式：一是以化合物Fe3C形式存在；二是以间隙固溶体形式存在。 二、铁碳合金中的基本相 相：指系统中具有同一聚集状态、同一化学成分、同一结构并以界面隔开的均匀组成部分。铁碳合金系统中，铁和碳相互作用形成的相有两种：固溶体和金属化合物。固溶体是铁素体和奥氏体；金属化合物是渗碳体。这也是碳在合金中的两种存在形式。 1．铁素体 碳溶于 Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用 或者F表示，为体心立方晶格结构。塑性好，强度硬度低。 2．奥氏体 碳溶于 Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用 或者A表示，为面心立方晶格结构。塑性好，强度硬度略高于铁素体，无磁性。 3．渗碳体Fe3C：晶体结构复杂，含碳量6.69％，熔点高，硬而脆，几乎没有塑性。 渗碳体对合金性能的影响： （1）渗碳体的存在能提高合金的硬度、耐磨性，使合金的塑性和韧性降低。 （2）对强度的影响与渗碳体的形态和分布有关： 以层片状或粒状均匀分布在组织中，能提高合金的强度； 以连续网状、粗大的片状或作为基体出现时，急剧降低合金的强度、塑性韧性。 二、两相机械混合物 珠光体：铁素体与渗碳体的两相混合物，强度、硬度及塑性适中。 莱氏体：奥氏体与渗碳体的混合物；室温下为珠光体与渗碳体的混合物，又硬又脆。
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——。
习题集部分参考答案 4合金的结构与相图 思考题 1.何谓合金？合金中基本的相结构有哪些？ 答：合金是指两种或两种以上的金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。合金中基本的相结构有固溶体、金属化合物两类。 2.相组成物和组织组成物有何区别？ 答：相组成物是指组成合金中化学成分、结构和性能均匀一致的部分。 组织组成物是指显微组织中具有某种形貌特征的独立部分。 两者的区别在于相组成物是不涉及金相形态的。 3.固溶体合金和共晶合金的力学性能和工艺性能有什么特点？ 答：固溶体晶体结构与组成它的溶剂相同，但由于溶质原子的溶入，造成了晶格畸变，阻碍了晶体滑移，结果使固溶体的强度、硬度提高，且大多固溶体还保持着良好的塑性。而共晶合金组织为二相混合物时，合金的性能与成分呈直线关系。当共晶组织十分细密时，硬度和强度会偏离直线关系而出现峰值。共晶合金熔点低，流动性好，易形成集中缩孔，不易形成分散缩孔，铸造性能较好。 4.合金的结晶必须满足哪几个条件？ 答：合金的结晶需要满足结构、能量和化学成分三个条件（或者叫三个起伏）。 5.纯金属结晶与合金结晶有什么异同？ 答：相同点：形成晶核、晶核长大；能量和结构条件。 不同点：合金结晶还需要“化学成分条件”；从结晶的自由度看，纯金属结晶是一个恒温过程，而合金的结晶常常在某个温度范围内进行。 6.固溶体的主要类型有哪些?影响固溶体的结构形式和溶解度的因素有哪些？ 答：按溶质原子在固溶体(溶剂)晶格中的位置不同可分为置换固溶体和间隙固溶体；按固溶度可分为有限固溶体和无限固溶体；置换固溶体按溶质原子在溶剂晶格中的分布特点可分为无序固溶体和有序固溶体。影响固溶体的结构形式和溶解度的因素很多，目前比较公认的有①原子尺寸因素；②晶体结构因素；③电负性因素；④电子浓度因素。 7、试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别。 答：固溶强化是由于溶质原子的溶入，造成了晶格畸变，阻碍了晶体滑移，结果使固溶体的强度和硬度增加。 加工硬化是金属在冷塑性变形时，随着变形量的增加，出现位错的缠结，位错密度增加，造成材料的强度、硬度增加的现象。 弥散硬化是当超细第二相(强化相)大量均匀分布在材料基体中，造成位错运动受阻
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
§1-1 钢 铁 材 料 钢铁材料是钢和铸铁的统称。 钢是以铁为主要元素，含碳量般在2% 以下，并含有其他元素的材料。 铸铁是碳含量大于2.11%的铁碳合金。含碳量2%通常是钢和铸铁的分界线。 根据化学成分，钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢。 一、非合金钢（碳素钢） 非合金钢也称碳素钢或碳钢，是碳含量C ω小于2% 的铁碳合金。它还含有少量的硫、磷、锰、硅等杂质，其中硫、磷是炼钢时由原料进入钢中，炼钢时难于除尽的有害杂质。硫有热脆性，磷有冷脆性。锰、硅是在炼钢加入脱氧剂时带入钢中的，是有益元素。 1. 碳素钢的分类 碳素钢有多种分类方法，常用的分类方法有三种： (1) 按钢的含碳量分类 低碳钢：含碳量C ω≤0.25%。 中碳钢：含碳量C ω> 0.25%～0.6%。 高碳钢：含碳量C ω≥0.6%。 (2) 按钢的质量分类 碳钢质最的高低，主要根据钢中杂质硫的质量分数和磷的质量分数来划分。可分为普通碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素钢。 普通钢：S ω≤0.035%，P ω≤0.035%。 优质制：S ω≤0.030%，P ω≤0.030%。 高级优质钢：S ω≤0.020%，P ω≤0.025%。 (3) 按用途分类 碳素结构钢：用于制造金属结构、零件。 碳素工具钢：，用于制造刃具、量具和模具。 钢还可以从其他角度来分类，如按脱氧方法不同，钢可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢三种。 2．碳素结构钢 凡用于制造机械零件和各种工程结构件的钢都称为结构钢。根据质量分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。 (1) 普通碳素结构钢 普通碳素结构钢冶炼容易，不消耗贵重的合金元素，价格低廉，性能能满足一般工程结构、日常生活用品和普通机械零件的要求，所以是各类钢中用量最大的一类。 这类钢的牌号是由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号四个部分顺序组成。例如Q235—A ·F ，其中“Q”代表屈服点，数值235表示在一定拉伸试验条件下的屈服点值小于235MP ，“A”表示质量等级为A 级，“F”表示脱氧方法即为沸腾钢。表1-1
工程材料第四章习题答案． 工程材料作业（4）答案 1.解释下列现象: (1) 在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高。
奥氏体形成分为形核、长大、残余渗碳体溶解，奥氏体均匀化4阶段。多数合金元素减缓A形成，Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳亲和力大，形成的合 金元素的碳化物稳定、难溶解，会显著减慢碳及合金元素的扩散速度。但为了充分发挥合金元素的作用，又必须使其更多的溶入奥氏体中，合金钢往往需要比含碳量相同的碳钢加热到更高的温度，保温更长时间。 Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的扩散速度，使奥氏体的形成速度加快。而Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度的影响不大。 阻碍晶粒长大，合金钢需要更高的加热温度，更长的保温时间，才能保证奥氏体均匀化。 （加热温度升高了，但一般不会引起晶粒粗大：大多数合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。碳化物形成元素的作用最明显，因其形成的碳化物高温下稳定性高，很难完全溶入奥氏体，未溶的细小碳化物颗粒，分布在奥氏体晶界上，有效的阻止晶粒长大，起到细化晶粒的作用。所以，合金钢虽然热处理加热温度高，但一般不用担心晶粒粗大。 强烈阻碍晶粒长大的元素：V、Ti、Nb、Zr；中等阻碍的：W、Mo、Cr；
影响不大的：Si、Ni、Cu；促进晶粒长大的：Mn、P、B） (2) 在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定 性。 回火过程一般分为：马氏体分解、残余奥氏体转变、碳化物类型转变和碳化物长大。 合金元素在回火过程中，推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才出现分解和转变），提高铁素体的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度。因此，提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。使得合金钢在相同温度下回火时，比同样质量分数的碳钢具有更高的硬度和强度（对工具钢，耐热钢更重要），或在保证相同强度的条件下，可在更 2 高的温度下回火，而韧性更好（对结构钢更重要。） (3) 为何含C大于0.4%，含Cr大于12%的Cr钢属于过共析钢，含碳1.5%，含Cr12%的钢属于莱氏体钢。 在合金元素的作用下，使得铁碳相图的S点（即﹤﹤0.77%）和E点（即 ﹤
《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。
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
《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
工程材料第四章作业参考答案 1、什么是滑移与孪生？一般条件下进行塑性变形时，为什么在锌、镁中易出现孪晶?而在纯铜中易产生滑移带? 答：滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。 孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。 密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称退火孪晶。 铜是面心立方，锌、镁是密排六方，故在锌、镁中易出现孪晶，而在纯铜中易产生滑移带。 2、根据纯金属及合金塑性变形的特点，可以有几种强化金属性能的方式？答：通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称细晶强化。 单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也与多晶体纯金属相 似。但随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称固溶强化。 当在晶内呈颗粒状弥散分布时，第二相颗粒越细，分布越均匀，合金的强 度、硬度越高，塑性、韧性略有下降，这种强化方法称弥散强化或沉淀强化。随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化。加工硬化是强化金属的重要手段之一，对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。 3、用手来回弯折一根铁丝时，开始感觉省劲，后来逐渐感到有些费劲，最后铁丝被弯断。试解释过程演变的原因？
答：用手来回弯折一根铁丝时，铁丝会发生冷塑性变形。随着弯折的持续，铁丝的冷塑性变形量会增加，从而发生加工硬化，此时，铁丝的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，故逐渐感到有些费劲。进一步弯折时，铁丝会因为超过疲劳强度而被弯断。 4、什么是变形金属的回复、再结晶？再结晶晶粒度受哪些因素的影响?答：回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。 当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开 始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为完整均匀的等轴晶粒。这种冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶。 影响再结晶晶粒度的因素：1、加热温度和保温时间。加热温度越高，保温时间越长，金属的晶粒越粗大，加热温度的影响尤为显著。2、预先变形度。预先变形度的影响，实质上是变形均匀程度的影响。 5、当金属继续冷拔有困难时，可以通过什么热处理解决？为什么? 答：再结晶退火。在对金属进行冷拔时，随冷塑性变形量的增加，金属会发生加工硬化，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，从而导致冷拔越来越困难。此时，若对其进行再结晶退火处理，当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为完整均匀的等轴晶粒。由于再结晶后组织的复原，因而金属的强度、硬度下降，塑性、韧性提高，加工硬化消失。此时再进行冷拔则容易的多。 6、能否通过再结晶退火来消除粗大的铸造晶粒及组织?为什么？ 答：不能。铸造是熔炼金属、制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能金属零件毛坯的成型方法。在铸造过程中，熔融金属因冷却而成形，并没有发生塑性变形。而再结晶退火是将冷变形的金属加热到一定温度使其组织发生复原的一种工艺。对于没有塑性变形的铸造物件，是不能通过再结晶退火来消除粗大的铸造晶粒及组织的。 7、金属热加工与冷加工的区别？对金属组织和性能有何影响？
1 、什么是滑移与孪生？一般条件下进行塑性变形时，为什么在锌、镁中易出现孪晶? 而在纯铜中易产生滑移带? 答：滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。 孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。 密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称退火孪晶。 铜是面心立方，锌、镁是密排六方，故在锌、镁中易出现孪晶，而在纯铜中易产生滑移带。 2 、根据纯金属及合金塑性变形的特点，可以有几种强化金属性能的方式？ 答：通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称细晶强化。 单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也与多晶体纯金属相似。但随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称固溶强化。 当在晶内呈颗粒状弥散分布时，第二相颗粒越细，分布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑性、韧性略有下降，这种强化方法称弥散强化或沉淀强化。 随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化。加工硬化是强化金属的重要手段之一，对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。 3 、用手来回弯折一根铁丝时，开始感觉省劲，后来逐渐感到有些费劲，最后铁丝被弯断。试解释过程演变的原因？ 答：用手来回弯折一根铁丝时，铁丝会发生冷塑性变形。随着弯折的持续，铁丝的冷塑性变形量会增加，从而发生加工硬化，此时，铁丝的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，故逐渐感到有些费劲。进一步弯折时，铁丝会因为超过疲劳强度而被弯断。 4 、什么是变形金属的回复、再结晶？再结晶晶粒度受哪些因素的影响? 答：回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。 当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为完整均匀的等轴晶粒。这种冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶。 影响再结晶晶粒度的因素：1、加热温度和保温时间。加热温度越高，保温时间越长，金属的晶粒越粗大，加热温度的影响尤为显著。2、预先变形度。预先变形度的影响，实质上是变形均匀程度的影响。 5 、当金属继续冷拔有困难时，可以通过什么热处理解决？为什么? 答：再结晶退火。在对金属进行冷拔时，随冷塑性变形量的增加，金属会发生加工硬化，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，从而导致冷拔越来越困难。此时，若对其进行再结晶退火处理，当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为完整均匀的等轴晶粒。由于再结晶后组织的复原，因而金属的强度、硬度下降，塑性、韧性提高，加工硬化消失。此时再进行冷拔则容易的多。
机械工程材料（于永泗齐民第七版）课后习题答案 第一章 、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。 、工程上的伸长率与选取的样品长度有关，为什么：伸长率等于，当试样()不变时，增加，则伸长率δ下降，只有当为常数时，不同材料的伸长率才有可比性。所以伸长率与样品长度有关。 、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。 、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。
、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。 、立方晶系中指数相同的晶面和晶向有什么关系？相互垂直。 、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。
、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。 、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。 、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。 、结合相图分析含、和的合金在缓慢冷却过程中的转变及室温下的组织。①: →δ→δγ→γ→γ→γ→γα。室温组织：α②：→γ→γ二次渗碳体→二次渗碳体。室温组织：二次渗碳体。③：→γ→γ→γ二次渗碳体→γ二次渗碳体一次渗碳体→’二次渗碳体。室温组织：’二次渗碳体。
单选题（本大题共23小题，每小题1分，共23分） 1. 影响钢的冷脆性的主要元素是( )。 A.S B.P C.Mn D.Si 2. 20CrMnTi钢根据其所含的碳量和合金元素，在工业上主要作为一种（）使用。 A.合金渗碳钢 B.合金弹簧钢 C.合金调质钢 D.滚动轴承钢 3. 大多数合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用，其中细化晶粒作用最为显著的有（）。 A.Mn,P B.Mn,Ti C.Ti,V D.V,P 4. 除（）元素外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。 A.Co B.Cr
D.Ti 1. 20CrMnTi钢中Ti元素的主要作用是。 A.强化铁素体 B.提高淬透性 C.细化晶粒 D.提高回火稳定性 2. 合金渗碳钢渗碳后必须进行热处理。 A.淬火+高温回火 B.淬火+中温回火 C.淬火+低温回火 D.淬火+退火 3. 要制造一批锉刀，请选择合适的材料。 A.45 B.9Mn2V C.T12 D.7Cr17 4. 下列材料中淬硬性高的是。 A.18CrNi3 B.9Mn2V C.40Cr
1. 下列材料中油淬临界直径最大的是。 A.25Cr2Ni4W B.20MnVB C.40Cr D.65Mn 2. 钢中强碳化物形成元素是（） A.Fe、Mn B.Cr、Co C.V、Ti D.Si、Mn 3. 影响钢的热脆性的主要元素是（） A.S B.P C.Mn D.Si 4. 制造手用锯条应当选用（） A.T12钢经淬火和低温回火 B.Cr12Mo钢经淬火低温回火 C.65钢淬火后中温回火 1. 二次硬化是指（）的硬化现象。
第四章结构钢及其选用 单选题（本大题共23小题） 1. 影响钢的冷脆性的主要元素是(B)。 A.S B.P C.Mn D.Si 2. 20CrMnTi钢根据其所含的碳量和合金元素，在工业上主要作为一种（A）使用。 A.合金渗碳钢 B.合金弹簧钢 C.合金调质钢 D.滚动轴承钢 3. 大多数合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用，其中细化晶粒作用最为显著的有（C）。 A.Mn,P B.Mn,Ti C.Ti,V D.V,P 4. 除（A）元素外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。 A.Co B.Cr C.Mn D.Ti 5. 20CrMnTi钢中Ti元素的主要作用是（C）。 A.强化铁素体 B.提高淬透性 C.细化晶粒 D.提高回火稳定性 6. 合金渗碳钢渗碳后必须进行（C）热处理。 A.淬火+高温回火 B.淬火+中温回火 C.淬火+低温回火 D.淬火+退火 7. 要制造一批锉刀，请选择合适的材料（C）。 A.45 B.9Mn2V C.T12 D.7Cr17 8. 下列材料中淬硬性高的是（B）。 A.18CrNi3 B.9Mn2V C.40Cr D.50 9. 下列材料中油淬临界直径最大的是（A）。 A.25Cr2Ni4W B.20MnVB C.40Cr D.65Mn 10. 钢中强碳化物形成元素是（C） A.Fe、Mn B.Cr、Co C.V、Ti D.Si、Mn 11. 影响钢的热脆性的主要元素是（A） A.S B.P C.Mn D.Si 12. 制造手用锯条应当选用（A） A.T12钢经淬火和低温回火 B.Cr12Mo钢经淬火低温回火 C.65钢淬火后中温回火 D.T8钢经淬火和高温回火 13. 二次硬化是指（B）的硬化现象。 A.渗碳处理后的二次淬火 B.某些钢在回火后硬度进一步提高 C.变形过程中强度、硬度升高 D.某些钢在淬火后硬度提高 14. 40MnVB钢中V元素的主要作用是（B） A.强化铁素体 B.细化晶粒 C.提高回火稳定性 D.提高淬透性 15. 40Cr钢根据其所含的碳量和合金元素，在工业上主要作为一种（C）使用。 A.滚动轴承钢 B.合金弹簧钢 C.合金调质钢 D.合金渗碳钢 16. 对形状复杂，截面变化大的零件进行淬火时，应选用（A） A.高淬透性钢 B.中淬透性钢 C.低淬透性钢 D.对淬透性能没有要求 17. 60Si2Mn钢根据其所含的碳量和合金元素，在工业上主要作为一种（B）使用。 A.滚动轴承钢 B.合金弹簧钢 C.合金调质钢 D.合金渗碳钢 18. 对38CrMoAl钢进行渗氮处理，渗氮时的加热温度为（B） A.Ac1以上 B.Ac1以下 C.Ac3以上 D.Accm以上 19. 40钢和40Cr钢加热到AC3以上保温，随炉冷后组织为铁素体+珠光体，两种钢中珠光体的相对含量（C） A.相等 B.40钢比40Cr钢多 C.40Cr 钢比40钢多 D.珠光体含量与Cr元素无关 20. 以下属于中合金钢的是（C）（WE为合金元素的总含量） A.3％≤WE≤5％ B.4％≤WE≤8％ C.5％≤WE≤10％ D.6％≤WE≤15％ 21. 20CrMnTi钢的渗C温度范围是（A）
机械制造工艺学习题解答第五章：机械加工表面质量及其控制（第3版P267） 5-1机械加工表面质量包括哪些具体内容？ 答：（P229）机械加工表面质量，其含义包括两个方面的内容： A．加工表面层的几何形貌，主要由以下几部分组成：⑴表面粗糙度；⑵波纹度；⑶纹理方向；⑷表面缺陷。 B．表面层材料的力学物理性能和化学性能，主要反映在以下三个方面：⑴表面层金属冷作硬化；⑵表面层金属的金相组织变化；⑶表面层金属的残余应力。 5-2为什么机器零件一般总是从表面层开始破坏的？加工表面质量对机器使用性能有哪些影响？ 答：（P231）(1)由于表面是零件材料的边界，常常承受工作负荷所引起的最大应力和外界介质的侵蚀，表面上有着引起应力集中而导致破坏的微小缺陷，所以这些表面直接与机器零件的使用性能有关。 (2)加工表面质量对机器的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性、零件配合质量都有影响。 5-3车削一铸铁零件的外圆表面，若进给量f=r，车刀刀尖圆弧半径 re=3mm，试估算车削后的表面粗糙度。 5-6为什么提高砂轮速度能减小磨削表面的粗糙度数值，而提高工件速度却得到相反的结果？
答：（P224）砂轮速度越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数就越多，工件材料来不及变形，因而工件表面粗糙度值越小。而工件速度增大，单位时间内通过被磨表面的磨粒数减少，塑性变形增加，表面粗糙度值将增大。 5-7为什么在切削加工中一般都会产生冷作硬化现象？ 答：（P240）机械加工过程中产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生滑移，晶粒被拉长，进一步变形受到阻碍，这些都会使表面层金属的硬度增加，统称为冷作硬化（或称为强化）。 5-8为什么切削速度越大，硬化现象越小？而进给量增大，硬化现象增大？ 答：（P240-241）增大切削速度，(1)刀具与工件的作用时间减少，使塑性变形的扩展深度减小，因而冷硬层深度减小；(2)温度增高，弱化倾向增大，冷硬程度降低。而进给量增大时，硬化现象增大的原因是随着进给量的增大，切削力也增大，表层金属的塑性变形加剧，冷硬程度增大。但是，这种情况只是在进给量比较大时才是正确的。 5-11什么是回火烧伤、淬火烧伤和退火烧伤？ 答：（P243）磨削淬火钢时，在工件表面形成的瞬时高温将使表层金属产生以下三种金相组织变化：1)如果磨削区的温度未超过淬火钢的相变温度(碳钢的相变温度为720℃，但已超过马氏体的转变温度(中碳钢为300℃，工件表面金属的马氏体将转化为硬度较低的回火组织(索氏体或托氏体)，这称为回火烧伤。2)如果磨削区温度超过了相变温度，再加上冷却液的急冷作用，表层金属会出现二次淬火马氏体织织，硬度比原来的回火马氏