下载文档原格式
作业1一、名词解释固溶强化、过冷度、变质处理、铁素体、奥氏体、同素异构转变二、填空题1.材料常用的塑性指标有_伸长率______ 和__断面收缩率_____ 两种，其中_断面收缩率______ 表示塑性更接近材料的真实变形。
2．检验淬火钢成品件的硬度一般用__洛氏硬度_____ 硬度，检测渗氮件和渗金属件的硬度采用____维氏硬度___ 硬度。
3.实际金属中存在有___点_____、____线____ 和_____面___ 3类缺陷。
位错是______线__ 缺陷，晶界是__面______ 缺陷。
金属的晶粒度越小，晶界总面积就越______大__ ，金属的强度也越___高_____。
4.铁的同素异构体转变为。
5.金属在结晶过程中，冷却速度越大，则过冷度越___大_____，晶粒越___大_____，强度和硬度越___强_____，塑性越___差_____。
6.纯铁在912℃发生α-Fe→γ-Fe转变，其体积将__增大_____ 。
7.在实际生产中，若要进行热锻或热轧时，必须把钢加热到__奥氏体___ 相区。
8.在缓慢冷却条件下，含碳0.8%的钢比含碳1.2%的钢硬度____低____ ，强度______低__ 。
三、选择题1.材料断裂之前所能承受的最高应力是（A）。
A．σb B．σs C．σ0.2 D．σp 2.材料的刚度可以通过下列哪种方法提高（B）。
A.热处理B.合金化C.增加横截面积3.材料的使用温度（A）。
A.应在其韧脆转变温度以上B. 应在其韧脆转变温度以下C.应与其韧脆转变温度相等D. 与其韧脆转变温度无关4.在作疲劳试验时，试样承受的载荷为___C___ 。
A．静载荷B．冲击载荷C．交变载荷5.两种元素组成金属化合物，则其晶体结构（C）。
A．与溶剂的相同B．与溶质的相同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6.固溶体的结构与（A）相同。
A．溶质B．溶剂C．结构和任一组元都不相同7.金属在结晶时，冷却速度越快，其过冷度（A）。
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：3300.2400.1150.053 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%2487m 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--＝32、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 1.075m V V '-=-= 或30 2.543% 1.075m V P '⨯=⨯=沙子的重量：1.075×1.55×103＝1666.25kg3．某地红砂岩，已按规定将其磨细，过筛。
烘干后称取50g ，用李氏瓶测得其体积为18.9cm 3。
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。
工程材料题库常用的铸铁是有灰口铸铁可锻铸铁球墨铸铁和蠕墨铸铁。
随着金属冷变形程度的增加，材料的强度和硬度升高，塑性和韧性下降。
珠光体是由渗碳体和铁素体组成的机械混合物。
热处理工艺过程由加热保温和冷却三个阶段组成。
共析钢中奥氏体形成的四个阶段是：（奥氏体晶核的形成），(奥氏体晶核的长大) 残余FeC溶解，奥氏体均匀化。
常见钢的退火种类有：完全退火、（等温退火）和（球化退火）马氏体的显微组织形态主要有（板条）状、（片(针)）状两种。
其中（板条）状M的韧性较好。
材料在一定的淬火剂中能被淬透的（深度）越大，表示淬透性越好。
低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、（塑性变形）和（断裂）个阶段。
常用测定硬度的方法有（布氏硬度）、（洛氏硬度）和（维氏硬度）。
在铁碳合金相图中，钢的部分随含碳量的增加，内部组织发生变化，则其塑性和韧性指标随之（提高）。
常用刀具材料包括（高速钢）、(硬质合金) 、金刚石、立方氮化硼和陶瓷刀具。
根据结晶时的形核和长大规律，工业采用的细化晶粒方法包括（增大过冷度）、（变质处理）、搅动和振动。
金属结晶的基本过程晶核的形成、晶核的长大。
钢中，硫素形成热脆，磷元素形成冷脆。
金属和有色金属两类。
最简单、最基本的位错有刃型位错和螺型位错。
铁素体：二次渗碳体：珠光体：退火：奥氏体：调质：固溶体：硬度：固溶强化：.冲击韧性：疲劳强度：淬火：什么是力学性能？载荷有几种、分别对应哪些力学性能？答;材料在一定外力作用下,抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。
载荷。
载荷分为静载荷力学性能动载荷力学性能静载荷力学性能可分为屈服强度、抗拉强度、刚度、塑性、硬度动载荷力学性能可分为冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性为什么要控制金属凝固后的晶粒度？控制晶粒度的方法有哪些？答：通过控制金属凝固后的晶粒度可以改变金属的性能工业采用的细化晶粒方法包括（增大过冷度）、（变质处理）、搅动和振动。
何谓金属的同素异构转变？并以纯铁举例和说明其在热处理中的作用。
2-9 已知Ag 的原子半径为0.144nm ，求其晶格常数。
解：Ag 为面心立方晶格，在<1 1 0>晶向上原子相邻密堆，因此晶格常数满足： r a 42=，其中r 为原子半径 ∴晶格常数为：nm nm r c b a 407.0144.024
24
=×====
3－10 何谓合金的组织组成物及相组成物？指出ω(Sn)=30%的Pb －Sn 合金在183℃下全部结晶完毕后的组织组成物及相组成物，并利用杠杆定律计算它们的质量分数？
答：(1)组织组成物：泛指合金组织中那些具有确定性质和特殊形态并在显微镜
下能明显区分的各组成部分，也可称为组织成分。
相组成物：指显微组织中所包含的相，也可称为相组分
(2) ω(Sn)=30%的Pb －Sn 合金在183℃下全部结晶完毕后的组织组成物为：初生α相，(α＋β)共晶相；相组成物为：α相与β相。
根据杠杆定律，合金在183℃下的组织组成物的质量分数为：
％％＝－－％＝＝相初生36.7410019
9.61309.61100××ME CE αω
％％＝－－％＝＝）共晶相＋（64.2510019
9.611930100××ME MC βαω 或者 ％＝相初生共晶相64.251)(αβαωω−=+
相组成物的质量分数为：
%99.85%100195.97305.97%100=×−−=×=MN
NC αω %01.14%100195.971930%100=×−−=×MN MC ＝βω 或者%01.14%99.8511=−=−=αβωω。
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：3300.2400.1150.053 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%2487m 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--＝32、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 1.075m V V '-=-=或30 2.543% 1.075m V P '⨯=⨯= 沙子的重量：1.075×1.55×103＝1666.25kg3．某地红砂岩，已按规定将其磨细，过筛。
烘干后称取50g ，用李氏瓶测得其体积为18.9cm 3。
工程材料裸第一章作地4.-78.5/W =0.785 x IO-4/722 A)=兀(爭Pb 433844N0.785 x IO-4 m2Q431・13MP Q>372MP Qn ZUOVV/Vq =厶=—— A ° - 263.6SMPa > 225MPas4 0.785 xl0_4m 28 =厶—厶 xlOO% = xlOO% = 30% > 27% 厶o 50mm£ =龙（¥）2匕 28.26mm 2= 0.2826xIO-4m 2A ）- A 0.5024mm 2r /ln/ c -n/0 =———Lx 100% = ---------------- -- x 100% = 64% >55%4 0.785mm 2绦上所述，後枇铜材力曇林滋特合标帝o _^9 MPa_ E _213790MP6Za49 MPa> 、 --- --- - -----------------碳纤维_ E _ 390000MP 。
-0.0229%o _ 49 MPaE ~ 10560MPa-0.0694%-0.0126% 5.&①疲劳斷裂:机械零件在欢变裁希的作用下，曳工作溢力运小于抗拉强决喜至小于屈服强决时.虚衣时间的工作彳，A 衣变裁着輪作用下，材抖亥面刚刀痕、矣角普拓力集屮处和材料內梆的典渣、九孔.裂彼著掀陷处耆屯产比疲劳裂狄，笄瓯疹力循环周浪的橹加，疲劳裂狡眾浙扩晨，直至零件的帝数儀駅面面氷耒滋承爰外裁希时突銘瞬裂，疲劳腻坏就是这祥形咸的。
②提宙零件疲劳青金的方该：/）采取琏免矣角it接，芜整触工M悻低素面楓糙值碌改进殺针2）采用亥面详火、祀曇藝处理、畋兀、洙压尊豢面强祀工艺3）采用单晶5t向合金，撈未治金著治金技札餉强原材抖4）零件咸品輪內那掀陷检圭③素面植糙悻低疲劳的原逊‘，材抖豢面報糙使材抖豢面上落在农蜃沟整和卖角，®而虑农件爰到妥变裁希作用时，素面盜力今怖眾畅衡，那些耒规则的疝力集屮处就敘易屯产或疲劳裂狡，伟化了材料疲劳的进程，所必相对孑家面老请的同种零件而言，它的疲劳强底就悻佩了。
工程材料课后作业及答案作业：第一章1 解释概念晶体结构：构成晶体的基元在三维空间的具体的规律排列方式。
固溶体：溶质原子完全溶于固态溶剂中，并能保持溶剂元素的晶格类型的合金相。
点缺陷：在空间三维方向上的尺寸很小，约为几个原子间距，又称零维缺陷。
线缺陷：各种类型的位错，是指晶体中的原子发生了有规律的错排现象。
面缺陷：晶界、亚晶界、相界、孪晶界、表面和层错都属于面缺陷。
离子键：由于正离子和负离子间的库仑引力而形成的。
共价键：共用价电子对产生的结合键叫共价键。
金属键：贡献出价电子的原子成为正离子，与公有化的自由电子间产生静电作用而结合起来。
这种结合力就叫做金属键。
空间点阵：阵点在空间呈周期性规则排列并具有完全相同的周围环境，这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵，简称点阵。
晶界：晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的界面，称为晶粒间界，简称晶界。
位错：晶体中的原子发生的有规律的错排现象。
2 实际晶体中存在哪几类缺陷。
P32(9)点缺陷包括空位，置换原子和间隙原子；线缺陷主要由位错组成，包括刃位错和螺位错；面缺陷包括外表面、相界、晶界、孪晶界和堆垛层错。
3常见的金属晶格类型有哪几种？α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn各属何种晶体结构？体心立方：α-Fe、Cr、V面心立方：γ-Fe、Al、Cu、Ni密排六方：Mg、Zn第二章1 理解下列术语和基本概念：组织组成物：显微组织中独立的组成部分。
相：合金中具有同一聚集状态、相同的晶体结构，成分和性能均一，并由相界隔开的组成部分。
碳钢：0.0218%< w(C)≤2.11%的铁碳合金。
铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金。
铁素体：碳固溶于α－Fe(或δ－Fe)中形成的间隙固溶体。
奥氏体：γ相常称奥氏体, 用符号 A或γ表示, 是碳在γ-Fe 中的间隙固溶体, 呈面心立方晶格。
渗碳体：Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物, 通常称为渗碳体。
工程材料课后习题答案工程材料课后习题答案近年来，随着科技的不断发展和应用的不断深入，工程材料的研究和应用也越来越受到人们的关注。
工程材料是指用于建筑、交通、通信、能源等领域的材料，其性能和质量直接影响着工程的安全性和可靠性。
因此，对于工程材料的学习和理解是非常重要的。
在工程材料课后习题中，我们可以通过解答问题来加深对知识点的理解和掌握。
下面，我将为大家提供一些常见工程材料课后习题的答案，希望能对大家的学习有所帮助。
1. 什么是工程材料？工程材料是指用于建筑、交通、通信、能源等领域的材料，包括金属材料、非金属材料和复合材料等。
这些材料具有一定的物理、化学和力学性能，能够满足工程项目对材料性能的要求。
2. 金属材料的分类有哪些？金属材料可以分为两大类：有色金属和黑色金属。
有色金属包括铜、铝、镁、钛等，其特点是具有良好的导电、导热和塑性等性能。
黑色金属主要是指铁和钢，具有较高的强度和硬度。
3. 非金属材料的分类有哪些？非金属材料主要包括陶瓷材料、聚合物材料和复合材料。
陶瓷材料具有良好的耐高温、耐腐蚀和绝缘性能，常用于制作耐火材料、瓷器等。
聚合物材料具有轻质、耐腐蚀和绝缘性能，广泛应用于塑料制品、橡胶制品等。
复合材料是由两种或两种以上的材料组成，具有优异的综合性能。
4. 工程材料的性能指标有哪些？工程材料的性能指标包括力学性能、物理性能、化学性能和热学性能等。
力学性能包括强度、硬度、韧性等；物理性能包括密度、导热性、导电性等；化学性能包括耐腐蚀性、稳定性等；热学性能包括热膨胀系数、热导率等。
5. 为什么要进行工程材料的表征和测试？工程材料的表征和测试是为了了解材料的性能和特点，从而选择合适的材料用于工程项目。
通过表征和测试，可以评估材料的可靠性和耐久性，为工程项目的设计和施工提供科学依据。
6. 工程材料的选择要考虑哪些因素？工程材料的选择要考虑诸多因素，包括工程项目的要求、材料的性能、成本和可获得性等。
作业
班级 CAD/M1511 学员签到及过程评价记录表105~106 组号（或寝室号）
项目组一
1.白口铸铁、灰铸铁和钢，这三者的成分、组织和性能有何区别？
（1）白口铸铁：含碳量约2.5%,硅在1%以下白口铸铁中的碳全部以渗透碳体
（Fe3c）形式存在，因断口呈亮白色。
故称白口铸铁，由于有大量硬而脆的Fe3c，白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工。
因此，在工业应用方面很少直接使用，只用于少数要求耐磨而不受冲击的制件，如拔丝模、球磨机铁球等。
大多用作炼钢和可锻铸铁的坯料
（2）灰口铸铁；含碳量大于4.3％，铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。
断口呈灰色。
它具有良好铸造性能、切削加工性好，减磨性，耐磨性好、加上它熔化配料简单，成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件。
（3）钢的成分要复杂的多，而且性能也是各不相同钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。
我们通常将其与铁合称为钢铁，为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。
钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等，而且钢还根据品质分类为普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%） (2) 优质钢（P、S均≤0.035%） (3) 高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）
按照化学成分又分碳素钢：.低碳钢（C≤0.25%）.中碳钢（C≤0.25~0.60%）.高碳钢（C≤0.60%）。
合金钢：低合金钢（合金元素总含量≤5%）.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）.高合金钢（合金元素总含量＞10%）。
项目组二
1.灰铸铁、
灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁，因断裂时断口呈暗灰色，故称为灰铸铁。
主要成分是铁、碳、硅、锰、硫、磷，是应用最广的铸铁，其产量占铸铁总产量80%以上。
项目组三
1.为什么合金渗碳钢一般采用低碳，合金调质钢采用中碳，而合金工具钢采用高碳钢
成分？
1、渗碳钢，一般不会直接拿去使用。
需要经过“渗碳”、“淬火”、“回火”后，才使用。
“渗碳”，基本只是在材料的表面，这样材料的表层就“高碳”了，再通过热处理，其表面强度硬度就高了。
而材料的内部还是原始的低碳，就保证了材料整体的韧性。
2、调质钢采用中碳，内外强度、韧性相差无几，直接调质后使用。
“中碳”保证了“中等的强度和韧性”。
3、工具钢采用高碳，是因为工具钢做成的“刻刀”，要在调质钢上进行“雕刻”，所以硬度、强度、耐磨性是不能打折扣的，所以必须高碳。
项目组四
1.指出下列每个牌号钢的类别、含碳量、热处理工艺和主要用途？
T8、Q345、40Cr、GCr15
项目组五
1.化学成分和冷却速度对铸铁石墨化有何影响？阻碍石墨化的元素主要有哪些？
（1)化学成分
1)碳和硅碳和硅是强烈促进石墨化元素,铸铁中碳和硅的含量越高,就越容易
充分进行石墨化。
由于共晶成分的铸铁具有最佳的铸造性能。
因此,将灰铸铁的碳当量均配制到4%左右。
2)锰锰是阻止石墨化的元素,但锰与硫化合成硫化锰,减弱了硫的有害作用,结
果又间接促进石墨化的作用。
故铸铁中有适量的锰是必要的。
3)硫硫是强烈阻碍石墨化的元素,它不仅强烈地促使白口化,而且还会降低铸
铁的流动性和力学性能,所以硫是有害元素,必须严格控制其含量。
4)磷磷是弱促进石墨化的元素,同时能提高铁液的流动性,但磷的含量过高会
增加铸铁的脆性,使铸铁在冷却过程中易开裂,、所以也应严格控制其含量。
(2)冷却速度生产实践证明,在同一成分的铸铁件中,其表面和薄壁部分易出现
白口组织,而内部和厚壁处则容易进行石墨化。
由此可见,冷却速度对石墨化的影响很大。
冷却速度越慢,原子扩散
时间充分,也就越有利于石墨化的进行。
冷却速度主要决定于浇注温度、铸件壁厚和铸型材料。
S是强烈阻碍石墨化的元素
项目组六
1.为什么一般机器的支架、机床床身常用灰铸铁制造？
灰铸铁的物理特性稳定，自然变形量小，可以随意用砂型进行浇铸，另外铸铁表面的微孔有存油功能，具备一定时间的自润滑能力，合金钢滑轨如果没有油很容易研伤，铸铁则可以短时间无油工作。
