工程材料作业答案

专科《工程材料》一、（共75题,共150分）1. 表示金属材料弹性极限的符号是（）。

（2分）A.B.C.D..标准答案：A2. 现需测定某灰铸铁件的铸态硬度，一般应选用（）来测试。

（2分）A.莫氏硬度B.布氏硬度计C.洛氏硬度计D.维氏硬度计.标准答案：B3. 在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面是（）。

（2分）A.B.C.D..标准答案：B4. 当晶格常数相同时，面心立方晶格比体心立方晶格的致密度( )。

（2分）A.小B.大C.相等D.不确定.标准答案：B5. 在密排六方晶格中，单个晶胞的原子数为（）。

（2分）A.2B.4C.6D.8.标准答案：C6. 晶体中的空位属于（）。

（2分）A.体缺陷B.点缺陷C.面缺陷D.线缺陷.标准答案：B7. 多晶体的晶粒越细，则其（）。

（2分）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.标准答案：A8. 金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将（）。

（2分）A.越高B.越低C.越接近理论结晶温度D.不一定.标准答案：B9. 一个合金的组织为其相组成物为（）。

（2分）A.B.C.D..标准答案：A10. 在铸造时，生产中广泛应用接近（）的铸铁。

（2分）A.共晶成分B.亚共晶成分C.过共晶成分D.包晶成分.标准答案：A11. 固溶体的晶体结构是（）。

（2分）A.复杂晶型B.溶质的晶型C.溶剂的晶型D.其他晶型.标准答案：C12. 的晶型是（）。

（2分）A.体心立方B.面心立方C.密排六方D.简单立方.标准答案：A13. 在合金的退火组织中，含珠光体量最多的合金的碳含量为（B ）（2分）A.0.02%B.0.77%C.2.11%D.4.3%.标准答案：B14. 我国国家标准中灰铸铁牌号给出是其（）指标。

（2分）A.硬度B.韧性C.塑性D.强度.标准答案：D15. 碳钢经调质处理后所获得的组织是（）。

（2分）A.淬火马氏体B.回火索氏体C.回火屈氏体D.索氏体.标准答案：B16. 关于马氏体的硬度，正确的说法是（）。

1、下列各种工件应该采用何种硬度实验方法来测定其硬度？锉刀、黄铜轴套、供应状态的各种非合金钢材、硬质合金刀片、耐磨工件的表面硬化层、调质态的机床主轴。

2、已知Cu（f.c.c）的原子直径为2.56A，求Cu的晶格常数a，并计算1mm3Cu中的原子数。

3、已知金属Ａ（熔点６００℃）与金属Ｂ（熔点５００℃）在液态无限互溶；在固态３００℃时Ａ溶于Ｂ的最大溶解度为３０％，室温时为１０％，但Ｂ不溶于Ａ；在３００℃时，含４０％Ｂ的液态合金发生共晶反应。

求：①作出Ａ－Ｂ合金相图（请用尺子等工具，标出横纵座标系，相图各区域名称，规范作图）②写出共晶反应式。

③分析２０％Ａ，４５％Ａ，８０％Ａ等合金的结晶过程，用结晶表达式表达。

４．一个二元共晶反应如下：Ｌ（７５％）←→α（１５％Ｂ）＋β（９５％Ｂ）（１）计算含５０％Ｂ的合金完全凝固时①初晶α与共晶（α＋β）的重量百分数。

②α相和β相的重量百分数。

③共晶体中的α相和β相的重量百分数。

（２）若显微组织中，测出初晶β相与（α＋β）共晶各占一半，求该合金的成分。

５．有形状，尺寸相同的两个Ｃｕ－Ｎｉ合金铸件，一个含Ｎｉ９０％，另一个含Ｎｉ５０％，铸件自然冷却，问哪个铸件的偏析严重，为什么？1.何谓铁素体，奥氏体，渗碳体，珠光体和莱氏体，它们的结构，组织形态，性能等各有何特点？2.分析含碳量为0.3%，1.3%，3.0%和5.0%的铁碳合金的结晶过程和室温组织。

3.指出下列名词的主要区别：一次渗碳体，二次渗碳体，三次渗碳体，共晶渗碳体和共析渗碳体。

4.写出铁碳合金的共晶反应式和共析反应式。

5.根据铁碳相图：①分析0.6%C的钢室温下的组织，并计算其相对量。

②分析1.2%C的钢室温下的相组成，并计算其相对量。

③计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体的最大含量。

6．对某退火碳素钢进行金相分析，其组织为珠光体+网状渗碳体，其中珠光体占93%，问此钢的含碳量大约为多少？7．依据铁碳相图说明产生下列现象的原因：①含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.4%的钢硬度高。

第一章作业P14：1. 一铜棒的最大拉应力为70Mpa，若要承受2000kgf(19.614kN)的拉伸载荷，它的直径是多少？答：直径为18.9 mm （注意单位换算，1兆帕=1牛顿每平方毫米）。

5.零件设计时，是选取σ0.2（σs）还是选取σb，应以什么情况为依据？答：当零件不能断裂时，以抗拉强度为依据；当零件不能产生塑性变形时，以屈服强度为依据。

7常用的测量硬度的方法有几种？其应用范围如何？答：常用硬度测试方法有布氏硬度HBS和洛氏硬度HRC；HES测试范围是450以下，主要是硬度比较低的材料，如退火钢、正火钢、有色金属、灰口铸铁等；HRC测试范围是20～67，主要是硬度比较高的材料，如淬火钢、硬质合金等。

第二章作业P39：1.从原子结合的观点来看，金属、高分子材料和陶瓷材料有何主要区别？在性能上有何表现？答：金属材料：按金属键方式结合，因而具有良好的导电、导热性、塑性等；陶瓷材料：按离子键（大多数）和共价键方式结合，稳定性高，具有很高的熔点、硬度、耐腐蚀性；高分子材料：按共价键、分子键、氢键方式结合，具有一定的力学性能。

3.简述金属常见的三种晶体结构的基本特点。

答：体心立方：原子数2、配位数8、致密度0.68；面心立方：原子数4、配位数12、致密度0.74；密排六方：原子数6、配位数12、致密度0.74。

补充题：1.陶瓷材料的显微组织由哪几部分构成？答：晶相、玻璃相、气相。

2高分子材料的大分子链有几种空间形态？其性能如何？答：线型（包括带支链的线型）：通常呈卷曲状，特点是弹性高、可塑性好，是热塑性高聚物；网体型：呈三维网络结构，特点是硬度高、脆性大、耐热、耐溶剂，是热固性高聚物。

3.什么是大分子链的柔顺性？答：大分子由于单键数目很大，因而使大分子的形状有无数的可能性（称为大分子链的构象），在受到不同外力时具有不同的卷曲程度，从而表现出很大的伸缩能力，该特性称为大分子链的柔顺性，即聚合物具有弹性的原因。

《工程材料》习题集参考答案一．判断题×√1、细化晶粒虽能提高金属的强度，但增大了金属的脆性。

（×）2、结构钢的淬透性，随钢中碳含量的增大而增大。

（×）3、普通低合金结构钢不能通过热化处理进行强化。

（√）4、置换固溶体必是无限固溶体。

（×）5、单晶体必有各向异性。

（√）6、普通钢和优质钢是按其强度等级来区分的。

（×）7、过热钢经去应力退火后能显著细化晶粒。

（×）8、表面淬火主要用于高碳钢。

（×）9、马氏体的晶体结构和铁素体的相同。

（×）10、面心立方金属的塑性比体心立方金属的好。

（√）11、铁素体是置换固溶体。

（×）12、晶界是金属晶体的常见缺陷。

（√）13、渗碳体是钢中常见的固溶体相。

（×）14、金属的塑性变形主要通过位错的滑移进行。

（√）15、金属的晶粒越细小，其强度越高，其塑性越好。

（√）16、比重偏析不能通过热处理来消除。

（√）17、上贝氏体的韧性比下贝氏体好。

（×）18、对过共析钢工件进行完全退火可消除渗碳体网。

（×）19、对低碳低合金钢进行正火处理可提高其硬度。

（√）20、淬火获得马氏体的必要条件之一是其淬火冷却速度必须小于Vk。

（×）21、氮化件的变形远比渗碳件的小。

（√）22、马氏体转变是非扩散性转变。

（√）23、高锰钢在各种条件下均能表现出良好的耐磨性。

（×）24、无限固溶体必是置换固溶体。

（√）25、金属的晶粒越细小，其强度越高，但韧性变差。

（×）26、所谓临界冷却速度就是指钢能获得完全马氏体组织的最小冷却速度。

（√）27、钢进行分级淬火的目的是为了得到下贝氏体组织。

（×）28、对奥氏体不锈钢进行固溶处理的目的是为了提高其强度。

（×）29、弹簧钢的最终热处理应是淬火+低温回火。

（×）30、凡单相固溶体均能进行形变强化。

一 填空题：1. 石墨为片状的灰口铸铁称为 普通灰口 铸铁，石墨为团絮状的灰口铸铁称为铸铁，石墨为球状的灰口铸铁称为 可锻 铸铁。

其中， 球墨 铸铁的韧性最高 ，因而可以锻造；2. 高分子材料中分子链的形状有三种，其中的 体 型具有热固性，而 线型，支化型 具有热 塑 性。

按照物理状态，室温下处于 玻璃态 态的高分子材料称为塑料，处于 高弹态 态的称为橡胶。

高分子材料的加工成型是在其态下进行的3. 纯金属常见的晶体结构有面心 立方晶格 结构，体心 立方晶格 结构和密排 六方晶格 结构。

金属中常见的点缺陷为 空位、间隙原子、异类原子 ，线缺陷为 位错 ，面缺陷为 晶界与亚晶界 ；工程实践中，通常采用 面缺陷 晶体缺陷数量的方法强化金属；4. 铁素体的强度高于纯铁，是由于发生了 固溶 强化；孕育铸铁的强度高于普通灰口铸铁，是由于发生了 细晶 强化；冷变形钢丝的强度高于退火态钢丝，是由于发生了形变强化；珠光体的强度高于铁素体，是由于发生了 第二相 强化；5.陶瓷材料中的气相是指 气孔 ，它是在烧结过程中形成的，它降低了陶瓷的强度。

6．在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，细化晶粒提高金属材料使用性能的措施有 提高过冷度 、 变质处理 、振动结晶等；7．晶体是原子（离子或分子）在三维空间有规则的周期性重复排列的 物体 ；8. 密排六方晶格的金属晶体结构的晶胞原子数是 6 ，配位数是 12 ；9．按照几何特征把晶体缺陷主要区分为三类，分别是：_ 点缺陷 、__线缺陷 、 面缺陷 ；10．金属的断裂形式有韧性断裂和脆性断裂两种；11．常见的热塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、尼龙、有机玻璃等；12．高分子材料中分子链的形状有三种，其中的交联型具有热固性，而线型和支化型具有热塑性。

按照物理状态，室温下处于 玻璃 态的高分子材料称为塑料，处于 高弹 态的称为橡胶；高分子材料的加工成型是在其粘流态下进行的；13. 陶瓷材料中的气相是指 气孔 ，它是在 烧结 过程中形成的，它降低了陶瓷的强度；14. 灰口铸铁中C主要以 石墨 形式存在，可制造床身、导轨；15. 影响石墨化的主要因素是 化学成分 和 冷却速度；16. 钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越 右移 ，说明临界冷却速度越 降低 ；17. 亚共析钢的正常淬火温度范围是 Ac3以上30C—50C ，过共析钢的正常淬火温度范围是 Ac1以上30C—50C ；18.根据 Fe-Fe 3 C 相图：那么室温下，含碳 0.6% 的钢中铁素体和珠光体分别占 26 ％、74 ％。

工程材料作业一一、选择题1、金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为（C ）A塑性 B硬度 C强度 D密度2、金属键的实质是（A ）A自由电子与金属阳离子之间的相互作用B金属原子与金属原子间的相互作用C金属阳离子与阴离子的吸引力D自由电子与金属原子之间的相互作用二、问答题1、晶体中的原子为什么能结合成长为长程有序的稳定排列？这是因为原子间存在化学键力或分子间存在范德华力。

从原子或分子无序排列的情况变成有序排列时，原子或分子间引力增大，引力势能降低，多余的能量释放到外界，造成外界的熵增加。

尽管此时系统的熵减小了，只要减小量比外界熵增加来的小，系统和外界的总熵增加，则系统从无序状态变成有序状态的过程就可以发生。

分子间存在较强的定向作用力（例如较强极性分子间的取向力、存在氢键作用的分子间的氢键力）的情况下，分子从无序变有序，系统能量降低更多，释放热量越多，外界熵增越大，越有利于整齐排列。

这样的物质比较易于形成晶体。

相反非极性或弱极性分子间力方向性不明显，杂乱排列和整齐排列能量差别不大，形成整齐排列时，外界熵增有限，不能抵消体统高度有序排列的熵减。

这样的物质较难形成规则晶体。

综上粒子间的引力越强、方向性越强，越有利于粒子定向有序排列。

粒子的热运动则倾向于破坏这种有序排列。

热运动越剧烈（温度越高），越倾向于杂乱排列。

物质中粒子最终有序排列的程度取决于这对相反因素的消长2、材料的弹性模量E的工程含义是什么？它和零件的刚度有何关系？材料在弹性范围内，应力与应变的比值（σ/ε）称为弹性模量E(单位为MPa)。

E标志材料抵抗弹性变形的能力，用以表示材料的刚度。

E值愈大，即刚度愈大，材料愈不容易产生弹性变形。

E值的大小，主要取决于各种材料的本性，反映了材料内部原子结合键的强弱。

当温度升高时，原于间距加大，金属材料的E值会有所降低。

值得注意的是，材料的刚度不等于零件的刚度，因为零件的刚度除取决于材料的刚度外，还与结构因素有关，提高机件的刚度，可通过增加横截面积或改变截面形状来实现。

1.画出Fe-Fe3C相图，指出图中S、E、GS、SE、PQ、PSK和ECF 各点线的含义，并标注各区域的相组成物或组织组成物。

略2.何谓铁素体（F）、奥氏体（A）、渗碳体（Fe3C）、珠光体（P）？铁素体（F）：C在α-Fe中的间隙固溶体，具有体心立方晶格。

奥氏体（A）：C在γ-Fe中的间隙固溶体，具有面心立方晶格。

渗碳体（Fe3C）：C与Fe的化合物。

珠光体（P）：铁素体与渗碳体的机械混合物。

3.在Fe-Fe3C相图上，指出碳在α-Fe和γ-Fe中的溶解度曲线，并指出它们的溶碳范围。

α-Fe：0～0.0218%γ-Fe：0～2.11%4.分别画出含碳为0.45%、0.77%、和1.0%的铁碳合金的结晶过程和室温组织。

w C=0.45%，亚共析钢w C=0.77%，共析钢：w C=1.0%，过共析钢：5.计算下列问题（1）0.6%C钢中的珠光体和铁素体各占多少？（2）1.2%C钢中的珠光体和渗碳体（二次）各占多少？6.某钢试样在显微镜下观察，发现珠光体占40%，铁素体占60%，试问这是什么成分的钢？首先由题设可知，该钢为亚共析钢。

设碳含量为x：求出x=0.32，即该钢为0.32%C的亚共析钢。

7.写出下列牌号钢材所属种类，含碳量和主要用途：45、50、T8、T12A。

45：平均碳含量为0.45%的优质碳素结构钢。

50：平均碳含量为0.50%的优质碳素结构钢。

优质碳素结构钢中有害杂质及非金属夹杂物含量较少，化学成分控制比较严格，塑韧性较好，多用于制造较重要零件。

T8：平均碳含量为0.8%的碳素工具钢。

T12A：平均碳含量为1.2%的高级碳素工具钢。

碳素工具钢含碳量较高，适用于制作工具。

8.解释下列名词α-Fe、α相与铁素体、γ-Fe、γ相与奥氏体α-Fe：具有体心立方晶格的Fe。

α相与铁素体：C在α-Fe中的间隙固溶体，具有体心立方晶格γ-Fe：具有面心立方晶格的Fe。

γ相与奥氏体：C在γ-Fe中的间隙固溶体，具有面心立方晶格。

工程材料试题一、填空题（1×20=20分）1。

常用的材料强度指标有抗拉强度和屈服强度两种强度指标。

（6页）2.金属结晶的必要条件是一定的过冷度。

（28页）3.屈强比是屈服强度与 ,抗拉强度之比。

(6页）4.一般工程结构用金属是多晶体，在各个方向上的性能相同，这就是实际金属的各向同性现象。

（20页)5。

实际金属存在点缺陷、线缺陷和面缺陷三种缺陷。

实际晶体的强度比理想晶体的强度低得多。

(20—21页）6.共析钢加热至Ac1时将发生珠光体向奥氏体的转变，其形成过程包括四个阶段。

（51页）7。

碳在铸铁中可以两种形式存在渗碳体和石墨.(131页)8.金属晶体通过滑移和孪生两种方式来发生塑性变形。

（83页）9。

缩聚反应的实施方法主要有熔融缩聚和溶液缩聚两种.二、单项选择题（在下列选项中选择一个正确答案，并将其序号填在括号内）（每题2分,共20分）1。

钢在淬火后所得的组织是（A )A。

淬火马氏体B。

回火索氏体C。

回火屈氏体 D.索氏体2。

在淬火钢中，当含碳量增加到0.6％以后,随含碳量的增加，硬度增加缓慢，这是因为（ A ）A。

随含碳量的增加，残余奥氏体的量增多B. 随含碳量的增加，片状马氏体的量增多C. 随含碳量的增加,淬火内应力增大D。

随含碳量的增加，非马氏体的量减少3.若钢中加入的合金元素能使C曲线左移，则将使钢的淬透性（B ）A.提高B。

降低C。

不改变D。

对小试样堤高，对大试样则降低4.下列钢铁材料中切削性能较好的是（B ）A。

工业纯铁B。

45钢C。

白口铸铁D。

T12A钢5。

钢锭中的疏松可以能过下面哪种方法改善（B )A。

完全退火 B.足够变形量的锻轧 C.扩散退火 D.正火6。

正火T8钢与完全退火T8钢相比（ B ）A。

前者珠光体更细密，故强度要低些B. 前者珠光体更细密,故强度要高些C.前者珠光体更粗大，故强度要低些D. 前者珠光体更粗大,故强度要高些7。

退火亚共析钢，随含碳量的增加（ B ）A。

弹性模量
E=
= L
L
带入弹性模量110000MPa，L=2m， △L=3.2mm，计算得：δ =176MPa
5. 零件设计时，是选取δ0.2（δS）还是选取δb，应以什么情况 为依据？
a，机械零件在使用时，一般不允许发生塑性变形，所以屈服强度是 大多数机械零件设计时选材的主要依据，也是评定金属材料承载能力 的重要力学性能指标； b，抗拉强度测量方便，如果单从保证零件不产生断裂的安全角度考 虑，可用作设计依据，但所取的安全系数应该大一点。
2.试述加工硬化对金属材料的强化作用，这些变化有何实际 意义？试举一些有用的例子和有害的例子来说明其利弊。 产生原因是，金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出 现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产 生了残余应力等。 加工硬化给金属件的进一步加工带来困难。如在冷轧 钢板的过程中会愈轧愈硬以致轧不动，因而需在加工过程 中安排中间退火，通过加热消除其加工硬化。又如在切削 加工中使工件表层脆而硬，从而加速刀具磨损、增大切削 力等。但有利的一面是，它可提高金属的强度、硬度和耐 磨性，特别是对于那些不能以热处理方法提高强度的纯金 属和某些合金尤为重要。如冷拉高强度钢丝和冷卷弹簧等， 就是利用冷加工变形来提高其强度和弹性极限。又如坦克 和拖拉机的履带、破碎机的颚板以及铁路的道岔等也是利 用加工硬化来提高其硬度和耐磨性的。
材料 结合键 性能
金属材料
陶瓷材料 高分子材料
金属键
离子键和共价键 共价键、氢键和分子键
良好的导电导热性，延展性
高熔点，高硬度，脆性大 粘接性、绝缘性、膨胀性和稳定性
3.简述金属常见的三种晶体结构的基本特点。
晶格类型
bcc fcc hcp
形状
立方体 立方体 正六面柱体

工程材料习题1、材料的结构与性能特点1.2 填空题(1) 同非金属相比，金属的主要特性是( ① 热和电的良导体② 正的电阻温度系数③ 不透明、有金属光泽④ 塑性高、强韧性好 )。

(3) 在立方晶系中，{120}晶面族包括( (120) (102) (012) )等晶面。

(4) γ-Fe 的一个晶胞内的原子数为( 4 )。

1.3．选择正确答案(1) 晶体中的位错属于：a ．体缺陷b ．面缺陷 c.线缺陷 d.点缺陷(4) 固溶体的晶体结构：a.与溶剂相同 b ．与溶质相同 c ．与其他晶型相同(5) 间隙相的性能特点是：a ．熔点高、硬度低b ．硬度高、熔点低．c 硬度高、熔点高1.4．综合分析题（2）Fe -α、AI 、Cu 、Ni 、V 、Mg 、Zn 各属何种晶体结构？答：① 体心立方：Fe -α、V ② 面心立方： Al 、Cu 、Ni ③ 密排六方： Mg 、Zn（8）什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？答：固溶强化：形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象。

固溶强化原因：溶质原子引起晶格畸变，使变形抗力增加。

2 金属材料组织和性能的控制2.2．填空题(1) 结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个过程是( 形核 )和（ 晶核长大 ）。

(2) 当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是( 增加晶核数量，或阻碍晶粒长大 )。

(3) 液态金属结晶时，结晶过程的推动力是( 能量差 )，阻力是( 表面能 )。

(4) 过冷度是指(理论结晶温度 - 开始结晶温度)，其表示符号为( T ∆ )。

(5) 典型铸锭结构的三个晶区分别为( 表面细晶区 )、( 柱状晶区 )和（ 中心等轴晶 ）。

(6) 固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度( 高 )。

(7) 固溶体出现枝晶偏析后，可用(扩散退火)加以消除。

(8) 一合金发生共晶反应，液相L 生成共晶体(βα+)。

共晶反应式为( L —（α+β）)，共晶反应的特点是( 在恒温下进行，三相共存 )。

第一章金属的性能一、填空（将正确答案填在横线上。

下同）1、金属材料的性能一般分为两类。

一类是使用性能，它包括物理性能、化学性能和力学性能等。

另一类是工艺性能，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。

2、大小不变或变化很慢的载荷称为静载荷,在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷称为冲击载荷,大小和方向随时间发生周期变化的载荷称为交变载荷。

3、变形一般分为弹性变形和塑性变形两种。

不能随载荷的去除而消失的变形称为塑性变形。

4、强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力.5、强度的常用衡量指标有抗拉强度和屈服强度，分别用符号σb和σs表示.6、如果零件工作时所受的应力低于材料的σb或σ0.2，则不会产生过量的塑性变形。

7、有一钢试样其截面积为100mm2,已知钢试样的。

拉伸试验时，当受到拉力为—————- 试样出现屈服现象，当受到拉力为————-—时,试样出现缩颈。

8、断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性.金属材料的延伸率和断面收缩率的数值越大，表示材料的塑性越好。

9、一拉伸试样的原标距长度为50mm，直径为10mm拉断后试样的标距长度为79mm，缩颈处的最小直径为4.9 mm，此材料的伸长率为————-，断面收缩率为———-——。

10．金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏能力.称为冲击韧性。

11．填出下列力学性能指标的符号：屈服点σs，抗拉强度σb,洛氏硬度C标尺HRC，伸长率δ，断面收缩率ψ，冲击韧度αk，疲劳极限σ-1。

二、判断（正确打√，错误打×。

下同）1、弹性变形能随载荷的去除而消失。

（√）2、所有金属材料在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象。

（×）3、材料的屈服点越低，则允许的工作应力越高。

（×）4、洛氏硬度值无单位。

（√）5、做布氏硬度试验时，当试验条件相同时,其压痕直径越小，材料的硬度越低。

（×）6、材料对小能量多次冲击抗力的大小主要取决于材料的强度和塑性。

工程材料作业一一、选择题1、金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为（C ）A塑性 B硬度 C强度 D密度2、金属键的实质是（ A ）A自由电子与金属阳离子之间的相互作用B金属原子与金属原子间的相互作用C金属阳离子与阴离子的吸引力D自由电子与金属原子之间的相互作用二、问答题1、晶体中的原子为什么能结合成长为长程有序的稳定排列？这是因为原子间存在化学键力或分子间存在范德华力。

从原子或分子无序排列的情况变成有序排列时，原子或分子间引力增大，引力势能降低，多余的能量释放到外界，造成外界的熵增加。

尽管此时系统的熵减小了，只要减小量比外界熵增加来的小，系统和外界的总熵增加，则系统从无序状态变成有序状态的过程就可以发生。

分子间存在较强的定向作用力（例如较强极性分子间的取向力、存在氢键作用的分子间的氢键力）的情况下，分子从无序变有序，系统能量降低更多，释放热量越多，外界熵增越大，越有利于整齐排列。

这样的物质比较易于形成晶体。

相反非极性或弱极性分子间力方向性不明显，杂乱排列和整齐排列能量差别不大，形成整齐排列时，外界熵增有限，不能抵消体统高度有序排列的熵减。

这样的物质较难形成规则晶体。

综上粒子间的引力越强、方向性越强，越有利于粒子定向有序排列。

粒子的热运动则倾向于破坏这种有序排列。

热运动越剧烈（温度越高），越倾向于杂乱排列。

物质中粒子最终有序排列的程度取决于这对相反因素的消长2、材料的弹性模量E的工程含义是什么？它和零件的刚度有何关系？材料在弹性范围内，应力与应变的比值（σ/ε）称为弹性模量E(单位为MPa)。

E标志材料抵抗弹性变形的能力，用以表示材料的刚度。

E值愈大，即刚度愈大，材料愈不容易产生弹性变形。

E值的大小，主要取决于各种材料的本性，反映了材料内部原子结合键的强弱。

当温度升高时，原于间距加大，金属材料的E值会有所降低。

值得注意的是，材料的刚度不等于零件的刚度，因为零件的刚度除取决于材料的刚度外，还与结构因素有关，提高机件的刚度，可通过增加横截面积或改变截面形状来实现。

参考答案第1章机械工程对材料性能的要求思考题与习题P201.3、机械零件在工作条件下可能承受哪些负荷这些负荷对零件产生什么作用 p4工程构件与机械零件以下简称零件或构件在工作条件下可能受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用..有时只受到一种负荷作用;更多的时候将受到两种或三种负荷的同时作用..在力学负荷作用条件下;零件将产生变形;甚至出现断裂；在热负荷作用下;将产生尺寸和体积的改变;并产生热应力;同时随温度的升高;零件的承载能力下降；环境介质的作用主要表现为环境对零件表面造成的化学腐蚀;电化学腐蚀及摩擦磨损等作用..1.4 整机性能、机械零件的性能和制造该零件所用材料的力学性能间是什么关系 p7机器的整机性能除与机器构造、加工与制造等因素有关外;主要取决于零部件的结构与性能;尤其是关键件的性能..在合理而优质的设计与制造的基础上;机器的性能主要由其零部件的强度及其它相关性能来决定..机械零件的强度是由结构因素、加工工艺因素、材料因素和使用因素等确定的..在结构因素和加工工艺因素正确合理的条件下;大多数零件的体积、重量、性能和寿命主要由材料因素;即主要由材料的强度及其它力学性能所决定..在设计机械产品时;主要是根据零件失效的方式正确选择的材料的强度等力学性能判据指标来进行定量计算;以确定产品的结构和零件的尺寸..1.5常用机械工程材料按化学组成分为几个大类各自的主要特征是什么p17机械工程中使用的材料常按化学组成分为四大类：金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料..提示：强度、塑性、化学稳定性、高温性能、电学、热学方面考虑回答..1.7、常用哪几种硬度试验如何选用P18 硬度试验的优点何在P11硬度试验有以下优点：●试验设备简单;操作迅速方便；●试验时一般不破坏成品零件;因而无需加工专门的试样;试验对象可以是各类工程材料和各种尺寸的零件；●硬度作为一种综合的性能参量;与其它力学性能如强度、塑性、耐磨性之间的关系密切;由此可按硬度估算强度而免做复杂的拉伸实验强韧性要求高时则例外；●材料的硬度还与工艺性能之间有联系;如塑性加工性能、切削加工性能和焊接性能等;因而可作为评定材料工艺性能的参考；●硬度能较敏感地反映材料的成分与组织结构的变化;故可用来检验原材料和控制冷、热加工质量..●提示：设备简单；试样方便无需专门加工；在一定范围可与力学性能、工艺性能建立联系；工程中常用第2章材料的组成和内部结构特征思考题与习题P552.7在铁碳合金中主要的相是哪几个两个最主要的恒温反应是什么其生成的组织是什么它们的性能有什么特点答：铁碳合金相图中共有五个基本相;即液相L、铁素体相F、高温铁素体相δ、奥氏体相A及渗碳体相Fe3C..在ECF水平线1148℃发生共晶转变L4.3 A2.11+Fe3C..转变产物为渗碳体基体上分布着一定形态、数量的奥氏体的机械混合物共晶体;称为莱氏体;以符号“Ld”表示;性能硬而脆..在PSK线727℃发生共析转变A0.77 F0.0218+Fe3C..转变产物为铁素体基体上分布着一定数量、形态的渗碳体的机械混合物共析体;称为珠光体;以符号“P”表示..珠光体的强度较高;塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间..2.9 根据铁碳相图对铁碳合金进行分类;试分析不同铁碳合金成分、室温平衡组织及性能之间关系..答：由Fe—C相图可将铁碳合金分为以下几类：①工业纯铁：wC≤0.0218%; 组织为F+Fe3CIII亚共析钢：0.0218%<wC<0.77%; 组织为F+PF+Fe3C共析钢：wC=0.77%; 组织为珠光体PF+Fe3C过共析钢：0.77%<wC<2.11%; 组织为P+ Fe3CII网状亚共晶白口铸铁：2.11%<wC<4.3%; 组织为P+ Fe3CII+ Ld＇③白口铸铁共晶白口铸铁：wC=4.3%;组织为Ld A+ Fe3C或Ld＇过共晶白口铸铁：4.3%<wC<6.69%; 组织为 Ld＇+ Fe3CI由F和Fe3C两相构成的铁碳合金的室温平衡组织;随着含碳量的增加其变化规律为：F+少量Fe3CIII→F+P→P→P+ Fe3CII网状→P+ Fe3CII+Ld’ →Ld’ →Ld’+Fe3CI随着含碳量的增加;组织组成发生相应的变化;硬度增加;塑韧性降低；强度的变化是先增加后降低;大约在含碳量为0.9%时为最大值..合金中组织的不同引起的性能差异很大;这与Fe3C的存在形式密切相关;当他与F基体构成片层状的P组织时;合金的强度和硬度均随含碳量增加而增加;而当Fe3C以网状分布在晶界上时;不仅使塑韧性降低;也使强度降低；当Fe3C以粗大形态存在时Ld’或Fe3CI;塑韧性和强度会大大降低..2.11 从铁一碳相图的分析中回答：1随碳质量百分数的增加;硬度、塑性是增加还是减小答：随着含碳量的增加;硬度增加;塑韧性降低；因为随含碳量增加Fe3C 数量越来越多..2过共析钢中网状渗碳体对强度、塑性的影响怎样答：对基体产生严重的脆化;使强度和塑性下降..3钢有塑性而白口铁几乎无塑性答：钢是以塑韧的F为基体;而白口铁是以硬脆的Fe3C为基体;所以钢有塑性;而白口铁几乎无塑性..4哪个区域熔点最低哪个区域塑性最好答：共晶白口铸铁熔点最低..A区塑性最好..2.13 根据Fe-Fe3C相图;说明产生下列现象的原因：1含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢硬度高；答：因为钢的硬度随含碳量的增加而增加..2在室温下含碳量0.8%的钢其强度比含碳量1.2%的钢强度高；答：含碳量超过0.9%后;Fe3C以网状分布在晶界上;从而使钢的强度大大下降..3低温莱氏体的塑性比珠光体的塑性差；答：因为低温莱氏体是由共晶Fe3C、Fe3CII和珠光体组成;因此比起但纯的珠光体来说;其塑性要差..4在1100℃;含碳量0.4%的钢能进行锻造;含碳量4.0%的生铁不能锻造；答：因为在1100℃;含碳量0.4%的钢处于A单相区;而含碳量4.0%的生铁处于A+ Fe3CII+Ld’；5钢铆钉一般用低碳钢制成；答：钢铆钉需要有良好的塑韧性;另外需要兼有一定的抗剪切强度;因而使用低碳钢制成；6钳工锯0.8%C、1.0%C、1.2%C等钢材比锯0.1%C、0.2%C钢材费力;锯条容易磨损；答：0.8%C、1.0%C、1.2%C中的含碳量高;组织中的Fe3C的含量远比0.1%C、0.2%C钢中的含量高;因此比较硬;比较耐磨；7钢适宜于通过压力加工成形;而铸铁适宜于铸造成型；答：铸铁的熔点低;合金易熔化、铸造过程易于实施；钢的含碳量比铸铁低;通过加热可进入单相固溶体区;从而具有较好的塑性、较低的变形抗力;不易开裂;因此适宜于压力加工成形..第3章工程材料成形过程中的行为与性能变化思考题与习题P813、金属晶粒大小对机械性能有什么影响如何控制晶粒的大小P67～P68答：机械工程中应用的大多数金属材料是多晶体..同样的金属材料在相同的变形条件下;晶粒越细;晶界数量就越多;晶界对塑性变形的抗力越大;同时晶粒的变形也越均匀;致使强度、硬度越高;塑性、韧性越好..因此;在常温下使用的金属材料;一般晶粒越细越好..晶粒度的大小与结晶时的形核率N和长大速度G有关..形核率越大;在单位体积中形成的晶核数就越多;每个晶粒长大的空间就越小;结晶结束后获得的晶粒也就越细小..同时;如果晶体的长大速度越小;则在晶体长大的过程中可能形成的晶粒数目就越多;因而晶粒也越小..细化晶粒的方法有：1增大过冷度——提高形核率和长大速度的比值;使晶粒数目增大;获得细小晶粒；2加入形核剂——可促进晶核的形成;大大提高形核率;达到细化晶粒的目的；3机械方法——用搅拌、振动等机械方法迫使凝固中的液态金属流动;可以使附着于铸型壁上的细晶粒脱落;或使长大中的树枝状晶断落;进入液相深处;成为新晶核形成的基底;因而可以有效地细化晶粒..4、金属铸锭通常由哪几个晶区组成它们的性能特点如何P69～P70答：金属铸锭的宏观组织由由三个晶区组成的;由外至里分别是细等轴晶粒区、柱状晶粒区和中心等轴晶粒区..其性能特点如下：1表面细等轴晶区：晶粒细小;有较高的致密度;其力学性能也较好..但因其厚度太小;往往在随后的机械加工过程中去除;因而对铸锭总体性能的影响可以忽略不计..2柱状晶区：柱状晶区的各个晶粒平行地向中心长大;彼此互相妨碍;不能产生发达的分枝;结晶后的组织比较致密..但晶粒较粗大;晶粒间交界处容易聚集杂质形成脆弱区;受力时容易沿晶界开裂..因此;柱状晶的力学性能具有较明显的各向异性..一般铸件中应尽量限制出现较大的柱状晶区..3中心等轴晶区：等轴晶的分枝比较发达;凝固后容易形成显微缩松;晶体致密度较低;但杂质元素在等轴晶间的分布比较均匀;不会出现明显的各向异性;铸锭晶间的缩松还可在后续的压力加工过程中焊合..因此;对于铸锭和一般使用条件下的铸件;希望获得等轴晶组织..6.室温下;对一根铁丝进行反复弯曲—拉直试验;经过一定次数后;铁丝变得越来越硬;试分析原因..如果将这根弯曲—拉直试验后的铁丝进行一定温度的加热后;待冷至室温;然后再试着弯曲;发现又比较容易弯曲了;试分析原因..答：铁丝进行反复弯曲—拉直的过程是塑性变形的过程;在经过一定次数后铁丝产生了加工硬化;因此强度硬度越来越高；若进行一定温度的加热后;变形的铁丝发生了回复再结晶;加工硬化消除;硬度降低;所以又比较容易弯曲了..7、什么是金属的回复和再结晶过程回复和再结晶过程中金属的组织性能发生了哪些变化P75答：回复：塑性变形后的金属加热时;开始阶段由于加热温度不高;原子获得的活动能力较小;只能进行短距离的扩散;金属的显微组织仍保持纤维组织;力学性能也不发生明显的变化..在这一阶段内;原子的短距离扩散使晶体在塑性变形过程中产生的晶体缺陷减少;晶格畸变大部分消除;材料中的残余应力基本消除;导电性和抗腐蚀能力也基本恢复至变形前的水平..再结晶：把经历回复阶段的金属加热到更高温度时;原子活动能力增大;金属晶粒的显微组织开始发生变化;由破碎的晶粒变成完整的晶粒;由拉长的纤维状晶粒转变成等轴晶粒..这种变化经历了两个阶段;即先在畸变晶粒边界上形成无畸变晶核;然后无畸变晶核长大;直到全部转化为无畸变的等轴晶粒..该过程无相变发生;也为原子扩散导致的形核、长大过程;因此称为再结晶..金属在再结晶过程中;由于冷塑性变形产生的组织结构变化基本恢复;力学性能也随之发生变化;金属的强度和硬度下降;塑性和韧性上升;加工硬化现象逐渐消失;金属的性能重新恢复至冷塑性变形之前的状态..8、什么是加工硬化试述金属在塑性变形中发生加工硬化的原因试分析加工硬化的利与弊..P74答：加工硬化：金属在塑性变形过程中;随着变形程度增加;强度、硬度上升;塑性、韧性下降;这种现象称加工硬化也叫形变强化..加工硬化的原因：金属变形过程主要是通过位错沿着一定的晶面滑移实现的..在滑移过程中;位错密度大大增加;位错间又会相互干扰相互缠结;造成位错运动阻力增加;同时亚晶界的增多;从而出现加工硬化现象..利与弊：加工硬化加大了金属进一步变形的抗力;甚至使金属开裂;对压力加工产生不利的影响..因此需要采取措施加以软化;恢复其塑性;以利于继续形变加工..但是;对于某些不能用热处理方法强化的合金;加工硬化又是一种提高其强度的有效的强化手段..第4章改善材料性能的热处理、合金化及改性思考题与习题P1133、说明共析钢过冷奥氏体在不同温度等温冷却所得的转变组织及其性能的主要特征..A1～550℃为珠光体转变区P区;奥氏体分解为铁素体和渗碳体相间的片层状组织;它是靠Fe与C原子长距离扩散迁移;铁素体和渗碳体交替形核长大而形成的;为全扩散型转变..稍低于A1的等温转变产物的片层间距较大..而随着转变温度下降;过冷度加大;过冷奥氏体稳定性变小;孕育期变短;转变产物也变细..P区产物按转变温度的高低分别称为珠光体PA1～650℃、索氏体S650～600℃和屈氏体T600～550℃..这三种组织仅片层粗细不同;并无本质差异;片层越细;硬度、强度越高;它们统称为珠光体类型转变组织..从550℃到Ms的范围内;过冷奥氏体发生贝氏体转变B区..由于转变温度较低;Fe几乎不扩散;仅C原子作短距离扩散;故转变产物的形态、性能及转变过程都与珠光体不同;是含过饱和碳的铁素体和渗碳体的非片层状混合物;为半扩散型转变..按组织形态的不同;将贝氏体分为上贝氏体B上和下贝氏体B下..共析钢的B上在550～350℃形成;是自原奥氏体晶界向晶内生长的稍过饱和铁素体板条;具有羽毛状的金相特征;条间有小片状的Fe3C..在350～240℃形成的B下;其典型形态是呈一定角度的针片状更过饱和铁素体与其内部沉淀的超细小不完全碳化物Fe2.4C片粒;在光学显微镜下常呈黑色针状形态..C曲线图低温区的两条水平线M s、M f之间是马氏体转变区域M区..马氏体转变是无扩散型相变;母相成分不变;得到所谓的马氏体组织;相变速度极快..马氏体实质上是含有大量过饱和碳的α固溶体也可近似看成含碳极度过饱和的针或条状铁素体;产生很强的固溶强化..马氏体转变是在一定温度范围内进行的;共析钢的M转变约在240～-50℃进行..随着温度不断降低;M转变量不断增加;但是即使冷却到马氏体转变终了温度M f点;也总有一部分剩余;称为残余奥氏体A′..钢中的w C越高;A′数量越多;共析钢的A′可达到5%～8%..M组织中少量的A′≤10%不会明显降低钢的硬度;反而可以改善钢的韧性..在钢中马氏体有板条马氏体和针状马氏体两种形态;当w C：低于0.20%时;为板条马氏体;也称低碳马氏体或位错马氏体;大多强韧；高于 1.0%时;则为针状马氏体;也称高碳马氏体或孪晶马氏体;大多硬脆；0.2%～1.0%时;为两者的混合组织..钢中的碳含量越多;则所得的马氏体硬度越高;但残余奥氏体量也增多;综合结果使硬度趋于恒定..5、试说明下列钢件应采用何种退火、退火的目的及退火后的组织：1经冷轧的15钢钢板;要求降低硬度；答：再结晶退火2铸造成形的机床床身；答：去应力退火3经锻造过热晶粒粗大的wC=0.60%的锻件；答：完全退火或等温退火4具有细片状渗碳体组织的T12钢件;要求改善其切削性能..答：球化退火7、试说明预先热处理与最终热处理的主要区别;以及它们之间的联系..答：预先热处理常用的工艺方法有退火、正火、调质..通过预先热处理获得的无成分偏析、无热加工缺陷的稳定组织;还有利于零件在最终淬火最终热处理时各个部分均得到同等程度的淬火效果;使零件整个截面上的力学性能均匀一致；而且还可以减少零件淬火时尺寸和形状的变化等热处理缺陷..此外;良好的预先热处理组织还可为表面硬化零件提供心部的强韧性..因此;预先热处理可以为零件的最终热处理和表面强化处理做好组织准备..最终热处理----保证零件的性能图纸要求;工艺方法主要是淬火、回火;还有化学热处理和其他表面改性处理..9、钢淬火后为什么一定要回火说明回火的种类及主要应用范围..答：淬火钢一般不能直接使用;这是由于：①零件处于高应力状态可达300～500MPa以上;在室温下放置或使用时很易引起变形和开裂；②淬火态M+A′是亚稳定状态;使用中会发生组织、性能和尺寸变化；③淬火组织中的片状马氏体硬而脆;不能满足零件的使用要求..回火能使这些状况得到改善;获得所要求的力学性能..由于在回火过程中随着温度的提高逐渐发生了各种组织变化;钢的性能也会逐渐改变..根据回火温度可以分为三类回火;如下表所示：13、简述钢中主要合金元素的作用..哪些杂质损害钢材性能答：合金元素在钢中的作用如下：1形成固溶体;产生固溶强化2形成细小第二相;产生弥散强化或第二相强化3溶入奥氏体;提高钢的淬透性4提高钢的热稳定性;增加钢在高温下的强度、硬度和耐磨性5细化晶粒;产生细晶强韧化6形成钝化保护膜7对奥氏体和铁素体存在范围的影响20、有低碳钢齿轮和高碳钢齿轮各一个;要求齿面具有高的硬度和耐磨性;应分别采用怎样的热处理并比较它们在热处理后组织与性能上的差别..答：高碳钢齿轮应采用感应加热淬火和低温回火热处理后的组织为“回火马氏体+少量残余奥氏体”；低碳钢齿轮应正火后进行渗碳;然后进行淬火和低温回火;热处理后表层为高碳回火马氏体＋碳化物＋少量残余奥氏体;有很高的硬度和强度;而心部保持低碳钢的高韧性及高塑性;达到表硬心韧..23、有两种共析钢试样;分别加热到780℃和880℃;并保温相同时间;使之达到平衡状态;然后以大于临界冷却速度的冷速冷至室温..试问：1那种加热温度的马氏体晶粒粗大答：880℃2那种加热温度马氏体的含碳量较高答：880℃3那种加热温度的残余奥氏体较多答：880℃4那种加热温度的未溶解渗碳体较少答：880℃5那种加热温度淬火最合适为什么答780℃;因为该加热温度淬火后马氏体晶粒比较细小;马氏体含碳量较低从而组织应力较小;残余奥氏体量较少;加上未溶解碳化物;有利于提高钢的硬度和耐磨性..第5章常用金属材料及性能习题答案P1603、何谓渗碳钢试分析此类钢的用途及性能特点、合金化原则、热处理特点;并列举其典型钢种..答：渗碳钢是指经渗碳、淬火和低温回火后使用的结构钢..渗碳钢基本上都是低碳钢和低碳合金钢..用途及性能特点：用于承受较大冲击负荷、同时表面经受强烈摩擦磨损的零件如换档齿轮等..经渗碳及淬、回火后;表硬内韧..合金化原则：①低碳≤0.25%;保证渗碳及热处理后表、里的良好配合..②加提高淬透性元素;Cr、Mn、Ni、B等;保证心部良好强韧性..③加V、Ti、W等;阻止渗碳时晶粒长大..热处理特点：渗碳后淬火和低温回火;获得具有高硬度、高耐磨性的高碳回火马氏体..典型钢种：低淬透性1520、20Cr；中淬透性20CrMnMo、20MnTiB；高淬透性18Cr2Ni4W、20Cr2Ni4..4、何谓调质钢试分析此类钢的用途及性能特点、合金化原则、热处理特点;并列举其典型钢种..答：调质钢：指调质淬火+高温回火后使用的中碳钢及中碳合金钢..用途及性能特点：高强度承受较大负荷及高韧性防止断裂事故的重要零件如机床主轴;具有良好的综合力学性能..合金化原则：①中碳0.30～0.5%;保证热处理后足够强度;又不致太脆..②加淬透性元素Cr、Ni、Mn、Si、B;保证大截面均一的性能..③细化晶粒元素V、W、Mo等..④加Mo;消除回火脆性..热处理：调质即淬火+高温回火500～650℃..常用典型钢种：低淬透性:45、40Cr、40MnB；中淬透性:35CrMo、30CrMnSi；高淬透性:40CrNiMo、40CrMnMo..5、何谓弹簧钢试分析此类钢的用途及性能特点、合金化原则、热处理特点;并列举其典型钢种..答：弹簧钢:主要用于制造弹簧的钢..用途、性能：主要用于制造弹簧；弹簧钢应具有高的弹性极限、高的疲劳强度和足够的塑性与韧性..合金化：①中、高碳0.45～0.7%；②加Si提高σe及σs/σb；③加Mn、Si、或Cr提高淬透性；④加Mo、W、V细化晶粒重要弹簧..热处理：淬火＋中温回火;回火屈氏体 42～48HRC..常用钢种：65；65Mn；60Si2Mn；50CrV..8、试比较冷作模具钢和热作模具钢的常用钢号、热处理特点和性能特点..答：1冷作模具钢：高碳合金钢..常用钢号如：T8、T10、T12；9Mn2V、9SiCr、GCr15、Cr12MoV、65Nb、W6Mo5Cr4V2..性能特点：高硬度高耐磨性、足够整体强度与韧性..用于各种冷冲压、冷成型模具；热处理特点：淬火+低温回火;≥58HRC;细小马氏体+粒状碳化物+少量残余奥氏体..2热作模具钢：中碳合金钢常用钢号如：5CrNiMo、5CrMnMo；3Cr2W8V；H114Cr5MoSiV、H13Cr5MoSiV1..性能特点：耐热性、高温强度;耐热疲劳;高淬透性和导热性..用于锻模、热挤压模、热弯模等；热处理特点：淬火、中温回火高于工作温度;35～50HRC;得到回火屈氏体..9、何谓高速钢试分析此类钢的用途及性能特点、合金化原则、热处理特点;并列举其典型钢种..答：高速钢是一类具有很高耐磨性和很高热硬性的工具钢;在高速切削条件刃部温度达到500～600℃时仍能保持很高的硬度;使刃口保持锋利;因此得名..用途及性能特点：用于高速切削的刀具；具有高硬度、高耐磨性及高热硬性..合金化原则：①高碳ωc>0.8%;以形成大量碳化物;保证高硬度、高耐磨性..②较多W与Mo>10%;产生W2C、Mo2C等细小弥散硬化;保证热硬性..③4%Cr;淬透性..④加V;提高硬度、耐磨性..热处理特点：先在730℃～870℃之间预热;1200-1300℃高温淬火;三次 560℃回火为了消除淬火钢中大量的残余奥氏体可达30%左右;使合金碳化物弥散析出;以保证具有高的热硬性;组织回火马氏体+碳化物+残余A；62～66HRC..典型钢种：W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V、W18Cr4V..14、填写下表;说明表中铸铁牌号的类别、符号和数字的含义、组织特点和用途..15、填写下表;指出表中金属材料的类别、牌号或代号的含义、特性和主要用途..建议去掉特性;主要用途简写;写出最主要的即可第7章工程设计、制造与材料选择习题答案1、零件失效有哪些类型试分析零件失效的主要原因..答案参考P200～202答：机器零件的失效可以分为过量变形失效、断裂失效和表面损伤失效..每一类失效又可细分为若干具体的失效形式..失效的主要原因有以下四个方面：1设计1应力计算错误——表现为对零件的工作条件或过载情况估计不足造成的应力计算错误..2热处理结构工艺性不合理——热处理结构工艺性是指零件结构对热处理工艺性的影响及零件结构对失效的影响..如把零件受力大的部位设计成尖角或厚薄悬殊等;这样导致应力集中、应变集中和复杂应力等;从而容易产生不同形式的失效..2选材与热处理1选材错误——料牌号选择不当、错料、混料;均会造成零件的热处理缺陷或力学性能得不到保证和使用寿命下降..2热处理工艺不当——材料选择合理;但是热处理工艺或是热处理操作上出现了毛病;即使零件装配前没有报废;也容易早期失效..3治金缺陷——夹杂物、偏析、微裂纹、不良组织等超标;均会产生废品和零件失效..3加工缺陷冷加工和热加工工艺不合理会引起加工的缺陷;缺陷部位可能成为失效的起源..如切削加工缺陷主要指敏感部位的粗糙度值太高;存在较深的刀痕；由于热处理或磨削工艺不当造成的磨削回火软化或磨削裂纹；应力集中部位的圆角太小;或圆角过渡不好；零件受力大的关键部位精度偏低;运转不良;甚至引发振动等;均可能造成失效..4装配与使用装配时零件配合表面调整不好、过松或过紧、对中不好、违规操作、对某些零件在使用过程中未实行或未坚持定期检查、润滑不良以及过载使用等;均可能成为零件失效的原因..2、选材三原则是什么零件选材时应注意什么问题答案参考P202～205答：选材三原则是使用性能原则、工艺性原则、经济性原则..使用性能原则——使用性能是选材的必要条件;是零件乃至机器完成其功能的基本保证..使用性能可由力学性能、物理性能和化学性能表征..机械零件主要是力学性能..工艺性原则——是指材料经济地适应各种加工工艺而获得规定使用性能或形状的能力..。

工程材料作业答案作业1 材料结构基础1.实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷?它们对性能有什么影响?实际金属晶体存在点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。

（1）点缺陷使周围晶格发生畸变，提高晶体内能量，降低电导率，提高强度；（2）线缺陷越多，其运动越艰难，材料的强度、硬度越高，脆性越大，塑性越差；（3）面缺陷越多，晶粒越细，强度越高，塑性也越好；（4）体缺陷：孔洞影响材料的力学、光学、热学性能；裂纹影响材料的力学性能；夹杂影响材料的力学、光学、电学性能。

2.金属常见的3种晶体结构是什么？画出结构暗示图。

（1）体心立方（bcc）（2）面心立方（fcc）（3）密排六方（hcp）3.按价键结构对材料举行分类，简述各类材料的性能特点。

第1 页/共13 页4.简述构成材料的5种化学键及其对普通性能的影响。

离子键，共价键，金属键，范德华力，氢键。

（1）离子键组成的离子晶体硬度高，强度高，脆性大，绝缘，塑性差；（2）由共价键组成的晶体熔点高，强度高，脆性大；（3）由金属键组成的金属有：a.良好的导电、导热性；b.良好的塑性变形能力；c.不透明、展示金属光泽；d.电阻随温度升高而增大；（4）由分子键组成的材料熔点低、硬度低、绝缘；（5）有氢键的材料熔点沸点比分子晶体高。

5.简述钢的3种热力学平衡相。

（1）铁素体：碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体。

铁素体因为溶碳量小，力学性能与纯铁相似。

塑性、冲击韧性较好，强度、硬度较低；（2）奥氏体：碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体。

奥氏体的强度、硬度较低，但有良好的塑性；（3）渗碳体：铁碳组成的具有复杂斜方结构的间隙化合物。

渗碳体硬度高，塑性和韧性很低。

6.什么是钢的珠光体、屈氏体、索氏体、贝氏体、马氏体、残余奥氏体？珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物。

性能介于铁素体和渗碳体之间，综合性能好；屈氏体：铁素体与渗碳体组成的片层更薄的珠光体；索氏体：片层铁素体与渗碳体的双相混合组织，其片层间距较小，碳在铁素体中无过度饱和；贝氏体：渗碳体与铁素体的机械混合物，高温改变及低温改变相异的组织，具有较高的强韧性配合；马氏体：将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经疾驰冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织；残余奥氏体：淬火未能改变成马氏体而保留到室温的奥氏体。

1.什么是应力？什么是应变？答：应力是试样单位横截面的拉力；应变是试样在应力作用下单位长度的伸长量。

2．缩颈现象：在拉伸实验中当载荷超过拉断前所承受的最大载荷时，试样上有局部开场变细，出现了“缩颈〞。

不是，塑性变形在产生缩颈现象前就已经发生，如果没有出现缩颈现象也不表示没有出现塑性变形。

3.布氏硬度法和洛氏硬度法各有什么优缺点？以下材料或零件通常采用哪种方法检查其硬度(库存钢材、硬质合金刀头、锻件、台虎钳钳口)答:洛氏硬度法测试简便，缺点是测量费时，且压痕较大，不适于成品检验。

布氏硬度法测试值较稳定，准确度较洛氏硬度法高。

；迅速，因压痕小，不损伤零件，可用于成品检验。

其缺点是测得的硬度值重复性较差，需在不同部位测量数次。

硬质合金刀头，台虎钳钳口用洛氏硬度法检验。

库存钢材和锻件用布氏硬度法检验。

4.金属型铸造能不能取代砂型铸造答：金属型铸造本钱高，周期长，工艺要求严格，铸件易出现浇缺乏、冷隔、裂纹等缺陷，易产生白口现象，所以金属型铸造不宜生产铸铁件，而广泛应用于铜、铝合金铸件的大批量生产，故它不能取代砂型铸造。

5、为什么用金属型生产灰铸件常出现白口现象？该如何预防和消除其白口组织？答：因为金属型导热快，故灰铸件中易出现白口组织。

预防措施：铸型预热；适宜的出型时间；采用高碳、高硅铁水。

消除白口组织的措施：利用出型时铸件的自身余热及时退火。

6、压力铸造有何优缺点？它和熔模铸造的使用范围有何不同？答：压力铸造的优点：〔1〕铸件的精度高〔IT11～IT 13〕，外表粗糙度值低〔Ra6.3～1.6um〕，铸件不经机加工可直接使用；〔2〕可压铸形状复杂的薄壁件、小孔、螺纹、齿轮等；〔3〕铸件在高压下快速冷却成型，晶粒层致密，力学性能高 4〕在铸造行业，生产率最高。

压力铸造的缺点：〔1〕设备昂贵，生产成期长，本钱高；〔2〕压铸高熔点合金如铜、钢、铸铁等压型寿命很低；〔3〕压型速度极快，型腔中气体很难逸出，铸件中容易产生气孔，缩松；〔4〕不能用热处理方法提高力学性能。

1.1 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。

1.2 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—。

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。

(5) 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。

1.3 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，δ相是碳在δ－Fe中的固溶体，具有体心立方结构)。

α相是；γ相是；Fe3C相是。

(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 所示的铁碳合金相图中，试解答下列问题：图3—2 铁碳合金相图（1）标上各点的符号；（2）填上各区域的组成相（写在方括号内）；（3）填上各区域的组织组成物（写在圆括号内）；（4）指出下列各点的含碳量：E( ）、C( ）、P( ）、S( ）、K( ）；（5）在表3-1中填出水平线的温度、反应式、反应产物的名称。

表3-1（6）答：碳在α－Fe中的固溶体，具有体心立方结构；碳在γ—Fe中的固溶体，具有面心立方结构；Fe和C形成的金属化合物，具有复杂结构。

（7）答：共析反应：冷却到727℃时具有S点成分的奥氏体中同时析出具有P点成分的铁素体和渗碳体的两相混合物。