工程材料课后习题参考答案

第一章钢的合金化基础1、合金钢是如何分类的？1) 按合金元素分类：低合金钢，含有合金元素总量低于5%；中合金钢，含有合金元素总量为5%-10%；中高合金钢，含有合金元素总量高于10%。

2) 按冶金质量S、P含量分：普通钢，P≤0.04%,S≤0.05%;优质钢，P、S均≤0.03%；高级优质钢，P、S均≤0.025%。

3) 按用途分类：结构钢、工具钢、特种钢2、奥氏体稳定化，铁素体稳定化的元素有哪些？奥氏体稳定化元素, 主要是Ni、Mn、Co、C、N、Cu等铁素体稳定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等3、钢中碳化物形成元素有哪些（强-弱），其形成碳化物的规律如何？1) 碳化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr、Mn、Fe等(按形成的碳化物的稳定性程度由强到弱的次序排列) ，在钢中一部分固溶于基体相中，一部分形成合金渗碳体, 含量高时可形成新的合金碳化物。

2) 形成碳化物的规律a) 合金渗碳体—— Mn与碳的亲和力小，大部分溶入α-Fe或γ-Fe中，少部分溶入Fe3C中，置换Fe3C中的Fe而形成合金渗碳体（Mn,Fe）3C; Mo、W、Cr少量时，也形成合金渗碳体b) 合金碳化物——Mo、W 、Cr含量高时，形成M6C(Fe2Mo4C Fe4Mo2C),M23C6(Fe21W2C6 Fe2W21C6)合金碳化物c) 特殊碳化物——Ti 、V 等与碳亲和力较强时i. 当rc/rMe<0.59时，碳的直径小于间隙，不改变原金属点阵结构，形成简单点阵碳化物（间隙相）MC、M2C。

ii. 当rc/rMe>0.59时，碳的直径大于间隙，原金属点阵变形，形成复杂点阵碳化物。

★4、钢的四种强化机制如何？实际提高钢强度的最有效方法是什么？1) 固溶强化：溶质溶入基体中形成固溶体能够强化金属；2) 晶界强化：晶格畸变产生应力场对位错运动起到阻碍达到强化，晶格越细，晶界越细，阻碍位错运动作用越大，从而提高强度；3) 第二相强化：有沉淀强化和弥散强化，沉淀强化着眼于位错运动切过第二相粒子；弥散强化着眼于位错运动绕过第二相粒子；4) 位错强化：位错密度越高则位错运动越容易发生相互交割形成割阶，引起位错缠结，因此造成位错运动困难，从而提高了钢强度。

工程材料与机械制造基础第二版课后练习题含答案第一章金属材料选择题1.金属的基本结构单位是（）。

A. 原子 B. 分子 C. 离子 D. 高分子2.金属的导电性好，是因为（）。

A. 金属原子共用周围电子形成了一个电子云 B. 金属原子之间的原子序数很大 C. 金属原子之间的距离很远D. 金属原子的原子半径很大3.现代材料科学的研究表明，金属的显微结构主要包括（）两种结构。

A. 晶体和非晶体B. 多晶和单晶C. 非晶体和薄层结构D. 单晶和二晶轴4.在常温下铁、钨属于（）。

A. 非晶态材料 B. 晶态材料 C. 二相材料 D. 单晶体材料5.劈铅试验所测试的是材料（）。

A. 塑性 B. 韧性 C. 硬度 D. 强度简答题1.什么是金属材料？金属材料具有哪些特点？2.金属的结晶状态有哪些？请简述它们的特点。

3.介绍一下金属断裂的过程。

4.解释一下热处理和强化的含义。

答案选择题：1. A 2. A 3. B 4. B 5. D简答题：1.金属材料是一类以金属元素为主要组成成分的工程材料，具有一系列特点，如：密度大，强度高，塑性良好，导电导热性好等。

同时，也具有一些不足之处，如：易受腐蚀，疲劳寿命相对较短等。

2.金属的结晶状态主要有三种，分别为单晶、多晶以及非晶态。

单晶指的是具有完整晶格结构的材料，其具有优异的物理性能，但制造成本较高。

而多晶则指晶粒较小、有多个晶粒构成的材料。

这类材料具有低成本、高韧性等特点。

非晶态指材料的内部没有固定的原子排列方式，呈无序状态。

这类材料具有高强度、低应力腐蚀等特点。

3.金属断裂的过程主要包括两个阶段，分别为起始裂纹形成阶段和扩展裂纹阶段。

在起始裂纹形成阶段，由于外力作用，材料内部会出现微小的损伤，如缺陷、气孔等，这些损伤会在外力作用下产生应力集中。

当应力集中超过材料强度极限时，就会出现一条裂纹。

在扩展裂纹阶段，裂纹会不断扩大，细微损伤逐渐聚集，最终导致材料破裂。

第一章2.图1-79为五种材料的应力-应变曲线：①45钢，②铝青铜，③35钢，④硬铝，⑤纯铜。

试问：（1）当外加应力为300MPa时，各材料处于什么状态？（2）有一用35钢制作的杆，使用中发现弹性弯曲较大，如改用45钢制作该杆，能否减少弹性变形？（3）有一用35钢制作的杆，使用中发现塑性变形较大，如改用45钢制作该杆，能否减少塑性变形？答：（1）①45钢：弹性变形②铝青铜：塑性变形③35钢：屈服状态④硬铝：塑性变形⑤纯铜：断裂。

（2）不能，弹性变形与弹性模量E有关，由E=σ/ε可以看出在同样的条件下45钢的弹性模量要大，所以不能减少弹性变形。

（3）能，当35钢处于塑性变形阶段时，45钢可能处在弹性或塑性变形之间，且无论处于何种阶段，45钢变形长度明显低于35钢，所以能减少塑性变形。

4．下列符号表示的力学性能指标的名称和含义是什么？σb 、σs、σ0.2、σ-1、δ、αk、HRC、HBS、HBW答：σb抗拉强度，是试样保持最大均匀塑性的极限应力。

σs屈服强度，表示材料在外力作用下开始产生塑性变形时的最低应力。

σ0.2条件屈服强度，作为屈服强度的指标。

σ-1疲劳强度，材料循环次数N次后达到无穷大时仍不发生疲劳断裂的交变应力值。

δ伸长率，材料拉断后增加的变形长度与原长的比率。

HRC洛氏硬度，表示用金刚石圆锥为压头测定的硬度值。

HBS布氏硬度，表示用淬硬钢球为压头测定的硬度值。

HBW布氏硬度，表示用硬质合金为压头测定的硬度值。

8．什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？答：形成固溶体使金属强度和硬度提高，塑性和韧性略有下降的现象称为固溶强化。

固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。

晶格畸变随溶质原子浓度的提高而增大。

晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。

9．将20kg纯铜与30kg纯镍熔化后缓慢冷却到如图1-80所示温度T1，求此时：（1）两相的成分；（2）两相的重量比；（3）各相的相对重量（4）各相的重量。

《工程材料》复习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。

工程材料与技术成型基础课后习题答案第一章1-1由拉伸实验可以得出哪些力学性能指标?在工程上这些指标是如何定义的? 答:强度和韧性.强度(σb)材料抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。

塑性(δ)材料在外力作用下产生永久变形而不被破坏的能力.强度指标里主要测的是:弹性极限,屈服点,抗拉强度等.塑性指标里主要测的是:伸长率,断面收缩率.1-21-3锉刀:HRC 黄铜轴套:HB 供应状态的各种非合金钢钢材：HB 硬质合金刀片：HRA,HV 耐磨工件的表面硬化层：HV调质态的机床主轴：HRC 铸铁机床床身：HB 铝合金半成品：HB1-4公式HRC=10HBS,90HRB=210HBS,HV=HBS800HV>45HRC>240HBS>90HRB1-7材料在加工制造中表现出的性能，显示了加工制造的难易程度。

包括铸造性，锻造性，切削加工性，热处理性。

第二章2-2 答:因为γ-Fe为面心立方晶格,一个晶胞含4个原子,致密度为0.74。

γ-Fe冷却到912°C 后转变为α-Fe后，变成体心立方晶格，一个晶胞含2个原子，致密度为0.68，尽管γ-Fe 的晶格常数大于α-Fe的晶格常数，但多的体积部分抵不上因原子排列不同γ-Fe变成α-Fe 体积增大的部分，故γ-Fe冷却到912℃后转变为α-Fe时体积反而增大。

2-3.答：（1）过冷度理论结晶温度与实际结晶温度只差。

（2）冷速越快则过冷度越大，同理，冷速越小则过冷度越小（3）过冷度越大则晶粒越小，同理，过冷度越小则晶粒越大。

过冷度增大，结晶驱动力越大，形核率和长大速度都大，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。

2-4：答：（1）在一般情况下，晶粒越小，其强度塑性韧性也越高。

（2）因为晶粒越小则晶界形成就越多，产生晶体缺陷，在晶界处晶格处于畸变状态，故晶界能量高因此晶粒的大小对金属的力学性能有影响。

（3）在凝固阶段晶粒细化的途径有下列三种：①提高结晶时的冷却速度增加过冷度②进行变质处理处理：在液态金属浇筑前人工后加入少量的变质剂，从而形成大量非自发结晶核心而得到细晶粒组织。

1-5在下面几种情况下，该用什么方法来测试硬度？写出硬度符号。

（1）检查锉刀、钻头成品硬度；（2）检查材料库中钢材硬度；（3）检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层；（4）黄铜轴套；（5）硬质合金刀片；（1）检查锉刀、钻头成品硬度采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。

（2）检查材料库中钢材硬度采用布氏硬度试验来测定，硬度值符号HBW。

（3）检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层硬度采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。

（4）黄铜轴套硬度采用布氏硬度试验来测定，硬度值符号HBW。

（5）硬质合金刀片采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。

2-4单晶体和多晶体有何差别？为什么单晶体具有各向异性，多晶体具有各项同性？单晶体是由原子排列位向或方式完全一致的晶格组成的；多晶体是由很多个小的单晶体所组成的，每个晶粒的原子位向是不同的。

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。

2-5简述实际金属晶体和理想晶体在结构与性能上的主要差异。

理想晶体中原子完全为规则排列，实际金属晶体由于许多因素的影响，使这些原子排列受到干扰和破坏，内部总是存在大量缺陷。

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，从而使晶体强度增加。

同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。

2-6简述间隙固溶体和间隙化合物的异同点。

间隙固溶体和间隙化合物都是溶质原子嵌入晶格间隙形成的。

间隙固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而间隙化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成。

3-3常用的管路焊锡为成分w(Pb=50%)、w(Sn=50%) 的Pb-Sn合金。

《工程材料力学性能》课后答案机械工业出版社 2008第2版第一章 单向静拉伸力学性能1、 解释下列名词。

1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。

2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。

3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。

4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。

5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。

6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。

韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b 的台阶。

8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。

是解理台阶的一种标志。

9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。

10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。

沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。

11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变12.弹性不完整性：理想的弹性体是不存在的，多数工程材料弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。

弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等2、 说明下列力学性能指标的意义。

答：E 弹性模量 G 切变模量 r σ规定残余伸长应力 2.0σ屈服强度 gt δ金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应变硬化指数 【P15】3、 金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？答：主要决定于原子本性和晶格类型。

以下仅本人鄙见、收集整理，有错之出请斧正，仅作参考宋井科2016年10月1-1由拉伸试验可以得出哪些力学性能指标？在工程上这些指标是怎样定义的？答：由拉伸试验可以得出弹性、强度、塑性等指标。

弹性极限：材料产生完全弹性变形时所能承受的最大应力值。

屈服强度：材料开始产生明显塑性变形时的最低应力值，抗拉强度：试样拉断前所能承受的最大应力值。

塑性：材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。

指标为断面伸长率和断面收缩率。

断后伸长率：指试样拉断后标距长度的残余伸长与原始标距之比的百分率。

断面收缩率：指断裂后试样横截面积的最大收缩量与原始横截面积之的百分率比。

1-2．有一d0=10mm，L0=50m m的低碳钢比例试样，拉伸试验时测得F s=20.5k N，F b=31.5k N，d1=6.25m m,L1=66mm,试确定此钢材的σs、σb、、ψ、δ。

1．解：σs=F s/A0，A0=π/4×d02=78.5mm2，σs=20.5×1000／π/4×100=261M p a；σb=F b/A0，A0=π/4×d02，σb=31.5×1000／π/4×100=401M p a；δ=(L1－L0)/L0×100%=（66－50）／50×100%=32%；ψ=(A0－A1)/A0×100%，A1=π/4×d12=30.7m m2=（78.5－30.7）／78.5×100%=61%1-3下列各种工件应该采用何种硬度试验方法来测定其硬度？（1）锉刀（2）黄铜轴套（3）硬质合金刀片（4）供应状态的各种碳钢钢材（5）耐磨工件的表面硬化层锉刀：H R C，黄铜轴套：H B、供应状态的各种非合金钢材：H B、硬质合金刀片：H V：、耐磨工件的表面硬化层：H R C（H R A）、调质态的机床主轴：H B、H R C、H R B。

《工程材料及机械制造基础》习题参考答案第一章材料的种类与性能（P7）１、金属材料的使用性能包括哪些？力学性能、物理性能、化学性能等。

２、什么是金属的力学性能？它包括那些主要力学指标？金属材料的力学性能：金属材料在外力作用下所表现出来的与弹性和非弹性反应相关或涉及力与应变关系的性能。

主要包括：弹性、塑性、强度、硬度、冲击韧性等。

３、一根直径10mm的钢棒，在拉伸断裂时直径变为8.5mm，此钢的抗拉强度为450Mpa，问此棒能承受的最大载荷为多少？断面收缩率是多少？F=35325N ψ=27.75%４、简述洛氏硬度的测试原理。

以压头压入金属材料的压痕深度来表征材料的硬度。

5、什么是蠕变和应力松弛？蠕变：金属在长时间恒温、恒应力作用下，发生缓慢塑性变形的现象。

应力松弛：承受弹性变形的零件，在工作过程中总变形量不变，但随时间的延长，工作应力逐渐衰减的现象。

6、金属腐蚀的方式主要有哪几种？金属防腐的方法有哪些？主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。

防腐方法：1）改变金属的化学成分；2）通过覆盖法将金属同腐蚀介质隔离；3）改善腐蚀环境；4）阴极保护法。

第二章材料的组织结构（P26）1、简述金属三种典型结构的特点。

体心立方晶格：晶格属于立方晶系，在晶胞的中心和每个顶角各有一个原子。

每个体心立方晶格的原子数为：2个。

塑性较好。

面心立方晶格：晶格属于立方晶系，在晶胞的8个顶角和6个面的中心各有一个原子。

每个面心立方晶格的原子数为：4个。

塑性优于体心立方晶格的金属。

密排六方晶格：晶格属于六方棱柱体，在六棱柱晶胞的12个项角上各有一个原子，两个端面的中心各有一个原子，晶胞内部有三个原子。

每个密排六方晶胞原子数为：6个，较脆2、金属的实际晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？存在点缺陷、线缺陷和面缺陷。

使金属抵抗塑性变形的能力提高，从而使金属强度、硬度提高，但防腐蚀能力下降。

3、合金元素在金属中存在的形式有哪几种？各具备什么特性？存在的形式有固溶体和金属化合物两种。

《工程材料与成型技术基础》课后习题答案第三章（庞国兴主编）庞国星主编工程材料作业第三章答案1、判断下列说法是否正确：（1）钢在奥氏体化后，冷却时形成的组织主要取决于钢的加热温度。

错误，钢在奥氏体化后，冷却时形成的组织主要取决于钢的冷却速度。

（2）低碳钢与高碳钢工件为了便于切削加工，可预先进行球化退火。

错误，低碳钢工件为了便于切削加工，预先进行热处理应进行正火（提高硬度）或完全退火。

而高碳钢工件则应进行球化退火（若网状渗碳体严重则在球化退火前增加一次正火），其目的都是为了将硬度调整到HB200左右并细化晶粒、均匀组织、消除网状渗碳体。

（3）钢的实际晶粒度主要取决于钢在加热后的冷却速度。

错误，钢的实际晶粒度主要取决于钢的加热温度。

（4）过冷奥氏体冷却速度快，钢冷却后的硬度越高错误，钢的硬度主要取决于含碳量。

（5）钢中合金元素越多，钢淬火后的硬度越高错误，钢的硬度主要取决于含碳量。

（6）同一钢种在相同加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。

正确。

同一钢种，其C曲线是一定的，因此，冷速快或工件小容易淬成马氏体。

（7）钢经过淬火后是处于硬脆状态。

基本正确，低碳马氏体韧性要好些，而高碳马氏体硬而脆。

（8）冷却速度越快，马氏体的转变点Ms和Mf越低。

正确。

（9）淬火钢回火后的性能主要取决于回火后的冷却速度。

错误，淬火钢回火后的性能主要取决于回火温度。

（10）钢中的含碳量就等于马氏体的含碳量错误，钢中的含碳量是否等于马氏体的含碳量，要看加热温度。

完全奥氏体化时，钢的含碳量等于奥氏体含碳量，淬火后即为马氏体含碳量。

如果是部分奥氏体化，钢的含碳量一部分溶入奥氏体，一部分是未溶碳化物，从而可以减轻马氏体因含碳量过高的脆性，也能细化晶粒，此时马氏体含碳量要低于钢的含糖碳量。

2、将含碳量为1.2%的两个试件，分别加热到760℃和900℃，保温时间相同，达到平衡状态后以大于临界冷速的速度快速冷却至室温。

问：（1）哪个温度的试件淬火后晶粒粗大。