同济大学工程材料课后习题答案上海科学技术

第1章1、材料是如何分类的？材料的结构层次有哪些？答：材料按化学组成和结构分为：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料；按性能特征分为：结构材料、功能材料；按用途分为：建筑材料、航空材料、电子材料、半导体材料、生物材料、医用材料。

材料的结构层次有：微观结构、亚微观结构、显微结构、宏观结构。

2、材料研究的主要任务和对象是什么，有哪些相应的研究方法？答：任务：材料研究应着重于探索制备过程前后和使用过程中的物质变化规律，也就是在此基础上探明材料的组成(结构)、合成(工艺过程)、性能和效能及其之间的相互关系，或者说找出经一定工艺流程获得的材料的组成(结构)对于材料性能与用途的影响规律，以达到对材料优化设计的目的，从而将经验性工艺逐步纳入材料科学与工程的轨道.研究对象和相应方法见书第三页表格。

3、材料研究方法是如何分类的？如何理解现代研究方法的重要性？答：按研究仪器测试的信息形式分为图像分析法和非图像分析法；按工作原理，前者为显微术，后者为衍射法和成分谱分析。

第2章1、简述现代材料研究的主X射线实验方法在材料研究中有那些主要应用？答：现代材料研究的主X射线实验方法在材料研究中主要有以下几种应用：（1）X射线物相定性分析：用于确定物质中的物相组成（2）X射线物相定量分析：用于测定某物相在物质中的含量（3）X射线晶体结构分析：用于推断测定晶体的结构2、试推导Bragg方程, 并对方程中的主要参数的范围确定进行讨论.答：见书第97页。

3、X射线衍射试验主要有那些方法, 他们各有哪些应用，方法及研究对象.而且实验方法及样品的制备简单，所以，在科学研究和实际生产中的应用不可缺少；而劳厄法和转晶法主要应用于单晶体的研究，特别是在晶体结构的分析中必不可少，在某种场合下是无法替代的。

第3章1、如何提高显微镜分辨本领，电子透镜的分辨本领受哪些条件的限制？答：分辨本领：指显微镜能分辨的样品上两点间的最小距离；以物镜的分辨本领来定义显微镜的分辨本领。

同济⼤学⼯程材料课后习题答案（上海科学技术出版社）《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.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;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.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.6.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.7.过冷度与冷却速度有何关系它对⾦属结晶过程有何影响对铸件晶粒⼤⼩有何影响答:①冷却速度越⼤,则过冷度也越⼤.②随着冷却速度的增⼤,则晶体内形核率和长⼤速度都加快,加速结晶过程的进⾏,但当冷速达到⼀定值以后则结晶过程将减慢,因为这时原⼦的扩散能⼒减弱.③过冷度增⼤,ΔF⼤,结晶驱动⼒⼤,形核率和长⼤速度都⼤,且N的增加⽐G增加得快,提⾼了N与G的⽐值,晶粒变细,但过冷度过⼤,对晶粒细化不利,结晶发⽣困难.8.⾦属结晶的基本规律是什么晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响答:①⾦属结晶的基本规律是形核和核长⼤.②受到过冷度的影响,随着过冷度的增⼤,晶核的形成率和成长率都增⼤,但形成率的增长⽐成长率的增长快;同时外来难熔杂质以及振动和搅拌的⽅法也会增⼤形核率.9.在铸造⽣产中,采⽤哪些措施控制晶粒⼤⼩在⽣产中如何应⽤变质处理答:①采⽤的⽅法:变质处理,钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速度的⽅法来控制晶粒⼤⼩.②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.③机械振动,搅拌.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,回复,再结晶,热加⼯,冷加⼯.答:加⼯硬化:随着塑性变形的增加,⾦属的强度,硬度迅速增加;塑性,韧性迅速下降的现象.回复:为了消除⾦属的加⼯硬化现象,将变形⾦属加热到某⼀温度,以使其组织和性能发⽣变化.在加热温度较低时,原⼦的活动能⼒不⼤,这时⾦属的晶粒⼤⼩和形状没有明显的变化,只是在晶内发⽣点缺陷的消失以及位错的迁移等变化,因此,这时⾦属的强度,硬度和塑性等机械性能变化不⼤,⽽只是使内应⼒及电阻率等性能显著降低.此阶段为回复阶段.再结晶:被加热到较⾼的温度时,原⼦也具有较⼤的活动能⼒,使晶粒的外形开始变化.从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒.和变形前的晶粒形状相似,晶格类型相同,把这⼀阶段称为"再结晶".热加⼯:将⾦属加热到再结晶温度以上⼀定温度进⾏压⼒加⼯.冷加⼯:在再结晶温度以下进⾏的压⼒加⼯.2.产⽣加⼯硬化的原因是什么加⼯硬化在⾦属加⼯中有什么利弊答:①随着变形的增加,晶粒逐渐被拉长,直⾄破碎,这样使各晶粒都破碎成细碎的亚晶粒,变形愈⼤,晶粒破碎的程度愈⼤,这样使位错密度显著增加;同时细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长⽽被拉长.因此,随着变形量的增加,由于晶粒破碎和位错密度的增加,⾦属的塑性变形抗⼒将迅速增⼤,即强度和硬度显著提⾼,⽽塑性和韧性下降产⽣所谓"加⼯硬化"现象.②⾦属的加⼯硬化现象会给⾦属的进⼀步加⼯带来困难,如钢板在冷轧过程中会越轧越硬,以致最后轧不动.另⼀⽅⾯⼈们可以利⽤加⼯硬化现象,来提⾼⾦属强度和硬度,如冷拔⾼强度钢丝就是利⽤冷加⼯变形产⽣的加⼯硬化来提⾼钢丝的强度的.加⼯硬化也是某些压⼒加⼯⼯艺能够实现的重要因素.如冷拉钢丝拉过模孔的部分,由于发⽣了加⼯硬化,不再继续变形⽽使变形转移到尚未拉过模孔的部分,这样钢丝才可以继续通过模孔⽽成形.3.划分冷加⼯和热加⼯的主要条件是什么答:主要是再结晶温度.在再结晶温度以下进⾏的压⼒加⼯为冷加⼯,产⽣加⼯硬化现象;反之为热加⼯,产⽣的加⼯硬化现象被再结晶所消除.4.与冷加⼯⽐较,热加⼯给⾦属件带来的益处有哪些答:(1)通过热加⼯,可使铸态⾦属中的⽓孔焊合,从⽽使其致密度得以提⾼.(2)通过热加⼯,可使铸态⾦属中的枝晶和柱状晶破碎,从⽽使晶粒细化,机械性能提⾼.(3)通过热加⼯,可使铸态⾦属中的枝晶偏析和⾮⾦属夹杂分布发⽣改变,使它们沿着变形的⽅向细碎拉长,形成热压⼒加⼯"纤维组织"(流线),使纵向的强度,塑性和韧性显著⼤于横向.如果合理利⽤热加⼯流线,尽量使流线与零件⼯作时承受的最⼤拉应⼒⽅向⼀致,⽽与外加切应⼒或冲击⼒相垂直,可提⾼零件使⽤寿命.5.为什么细晶粒钢强度⾼,塑性,韧性也好答:晶界是阻碍位错运动的,⽽各晶粒位向不同,互相约束,也阻碍晶粒的变形.因此,⾦属的晶粒愈细,其晶界总⾯积愈⼤,每个晶粒周围不同取向的晶粒数便愈多,对塑性变形的抗⼒也愈⼤.因此,⾦属的晶粒愈细强度愈⾼.同时晶粒愈细,⾦属单位体积中的晶粒数便越多,变形时同样的变形量便可分散在更多的晶粒中发⽣,产⽣较均匀的变形,⽽不致造成局部的应⼒集中,引起裂纹的过早产⽣和发展.因此,塑性,韧性也越好.6.⾦属经冷塑性变形后,组织和性能发⽣什么变化答:①晶粒沿变形⽅向拉长,性能趋于各向异性,如纵向的强度和塑性远⼤于横向等;②晶粒破碎,位错密度增加,产⽣加⼯硬化,即随着变形量的增加,强度和硬度显著提⾼,⽽塑性和韧性下降;③织构现象的产⽣,即随着变形的发⽣,不仅⾦属中的晶粒会被破碎拉长,⽽且各晶粒的晶格位向也会沿着变形的⽅向同时发⽣转动,转动结果⾦属中每个晶粒的晶格位向趋于⼤体⼀致,产⽣织构现象;④冷压⼒加⼯过程中由于材料各部分的变形不均匀或晶粒内各部分和各晶粒间的变形不均匀,⾦属内部会形成残余的内应⼒,这在⼀般情况下都是不利的,会引起零件尺⼨不稳定.7.分析加⼯硬化对⾦属材料的强化作⽤答:随着塑性变形的进⾏,位错密度不断增加,因此位错在运动时的相互交割,位错缠结加剧,使位错运动的阻⼒增⼤,引起变形抗⼒的增加.这样,⾦属的塑性变形就变得困难,要继续变形就必须增⼤外⼒,因此提⾼了⾦属的强度.8.已知⾦属钨,铁,铅,锡的熔点分别为3380℃,1538℃,327℃,232℃,试计算这些⾦属的最低再结晶温度,并分析钨和铁在1100℃下的加⼯,铅和锡在室温(20℃)下的加⼯各为何种加⼯答:T再=0.4T熔;钨T再=[0.4*(3380+273)]-273=1188.2℃; 铁T再=[0.4*(1538+273)]-273=451.4℃; 铅T再=[0.4*(327+273)]-273=-33℃; 锡T再=[0.4*(232+273)]-273=-71℃.由于钨T再为1188.2℃>1100℃,因此属于热加⼯;铁T再为451.4℃<1100℃,因此属于冷加⼯;铅T再为-33℃<20℃,属于冷加⼯;锡T再为-710.6%C(2)按质量分类:即含有杂质元素S,P的多少分类:普通碳素钢:S≤0.055% P≤0.045%优质碳素钢:S,P≤0.035~0.040%⾼级优质碳素钢:S≤0.02~0.03%;P≤ 0.03~0.035%(3)按⽤途分类碳素结构钢:⽤于制造各种⼯程构件,如桥梁,船舶,建筑构件等,及机器零件,如齿轮,轴,连杆,螺钉,螺母等.碳素⼯具钢:⽤于制造各种⼑具,量具,模具等,⼀般为⾼碳钢,在质量上都是优质钢或⾼级优质钢.牌号的表⽰⽅法:(1)普通碳素结构钢:⽤Q+数字表⽰,"Q"为屈服点,"屈"汉语拼⾳,数字表⽰屈服点数值.若牌号后⾯标注字母A,B,C,D,则表⽰钢材质量等级不同,A,B,C,D质量依次提⾼,"F"表⽰沸腾钢,"b"为半镇静钢,不标"F"和"b"的为镇静钢.(2)优质碳素结构钢:牌号是采⽤两位数字表⽰的,表⽰钢中平均含碳量的万分之⼏.若钢中含锰量较⾼,须将锰元素标出,(3)碳素⼯具钢:这类钢的牌号是⽤"碳"或"T"字后附数字表⽰.数字表⽰钢中平均含碳量的千分之⼏.若为⾼级优质碳素⼯具钢,则在钢号最后附以"A"字.19.低碳钢,中碳钢及⾼碳钢是如何根据含碳量划分的分别举例说明他们的⽤途答:低碳钢:含碳量⼩于或等于0.25%的钢;08,10,钢,塑性,韧性好,具有优良的冷成型性能和焊接性能,常冷轧成薄板,⽤于制作仪表外壳,汽车和拖拉机上的冷冲压件,如汽车车⾝,拖拉机驾驶室等;15,20,25钢⽤于制作尺⼨较⼩,负荷较轻,表⾯要求耐磨,⼼部强度要求不⾼的渗碳零件,如活塞钢,样板等.中碳钢:含碳量为0.30~0.55%的钢;30,35,40,45,50钢经热处理(淬⽕+⾼温回⽕)后具有良好的综合机械性能,即具有较⾼的强度和较⾼的塑性,韧性,⽤于制作轴类零件;⾼碳钢:含碳量⼤于0.6%的钢;60,65钢热处理(淬⽕+⾼温回⽕)后具有⾼的弹性极限,常⽤作弹簧.T7,T8,⽤于制造要求较⾼韧性,承受冲击负荷的⼯具,如⼩型冲头,凿⼦,锤⼦等.T9,T10,T11,⽤于制造要求中韧性的⼯具,如钻头,丝锥,车⼑,冲模,拉丝模,锯条.T12,T13,钢具有⾼硬度,⾼耐磨性,但韧性低,⽤于制造不受冲击的⼯具如量规,塞规,样板,锉⼑,刮⼑,精车⼑等.20.下列零件或⼯具⽤何种碳钢制造:⼿锯锯条,普通螺钉,车床主轴.答:⼿锯锯条:它要求有较⾼的硬度和耐磨性,因此⽤碳素⼯具钢制造,如T9,T9A,T10,T10A,T11,T11A.普通螺钉:它要保证有⼀定的机械性能,⽤普通碳素结构钢制造,如Q195,Q215,Q235.车床主轴:它要求有较⾼的综合机械性能,⽤优质碳素结构钢,如30,35,40,45,50.21.指出下列各种钢的类别,符号,数字的含义,主要特点及⽤途:Q235-AF,Q235-C,Q195-B,Q255-D,40,45,08,20,20R,20G,T8,T10A,T12A答:Q235-AF:普通碳素结构钢,屈服强度为235MPa的A级沸腾钢.Q235-C:屈服强度为235MPa的C级普通碳素结构钢,Q195-B: 屈服强度为195MPa的B级普通碳素结构钢,Q255-D: 屈服强度为255MPa的D级普通碳素结构钢,Q195,Q235含碳量低,有⼀定强度,常扎制成薄板,钢筋,焊接钢管等,⽤于桥梁,建筑等钢结构,也可制造普通的铆钉,螺钉,螺母,垫圈,地脚螺栓,轴套,销轴等等,Q255钢强度较⾼,塑性,韧性较好,可进⾏焊接.通常扎制成型钢,条钢和钢板作结构件以及制造连杆,键,销,简单机械上的齿轮,轴节等.40:含碳量为0.4%的优质碳素结构钢.45含碳量为0.45%的优质碳素结构钢.40,45钢经热处理(淬⽕+⾼温回⽕)后具有良好的综合机械性能,即具有较⾼的强度和较⾼的塑性,韧性,⽤于制作轴类零件.08:含碳量为0.08%的优质碳素结构钢.塑性,韧性好,具有优良的冷成型性能和焊接性能,常冷轧成薄板,⽤于制作仪表外壳,汽车和拖拉机上的冷冲压件,如汽车车⾝,拖拉机驾驶室等.20:含碳量为0.2%的优质碳素结构钢.⽤于制作尺⼨较⼩,负荷较轻,表⾯要求耐磨,⼼部强度要求不⾼的渗碳零件,如活塞钢,样板等.20R:含碳量为0.2%的优质碳素结构钢,容器专⽤钢.20G:含碳量为0.2%的优质碳素结构钢,锅炉专⽤钢.T8:含碳量为0.8%的碳素⼯具钢.⽤于制造要求较⾼韧性,承受冲击负荷的⼯具,如⼩型冲头,凿⼦,锤⼦等.T10A:含碳量为1.0%的⾼级优质碳素⼯具钢.⽤于制造要求中韧性的⼯具,如钻头,丝锥,车⼑,冲模,拉丝模,锯条.T12A:含碳量为1.2%的⾼级优质碳素⼯具钢.具有⾼硬度,⾼耐磨性,但韧性低,⽤于制造不受冲击的⼯具如量规,塞规,样板,锉⼑,刮⼑,精车⼑.第五章钢的热处理1.何谓钢的热处理钢的热处理操作有哪些基本类型试说明热处理同其它⼯艺过程的关系及其在机械制造中的地位和作⽤.答:(1)为了改变钢材内部的组织结构,以满⾜对零件的加⼯性能和使⽤性能的要求所施加的⼀种综合的热加⼯⼯艺过程.(2)热处理包括普通热处理和表⾯热处理;普通热处理⾥⾯包括退⽕,正⽕,淬⽕和回⽕,表⾯热处理包括表⾯淬⽕和化学热处理,表⾯淬⽕包括⽕焰加热表⾯淬⽕和感应加热表⾯淬⽕,化学热处理包括渗碳,渗氮和碳氮共渗等.(3)热处理是机器零件加⼯⼯艺过程中的重要⼯序.⼀个⽑坯件经过预备热处理,然后进⾏切削加⼯,再经过最终热处理,经过精加⼯,最后装配成为零件.热处理在机械制造中具有重要的地位和作⽤,适当的热处理可以显著提⾼钢的机械性能,延长机器零件的使⽤寿命.热处理⼯艺不但可以强化⾦属材料,充分挖掘材料潜⼒,降低结构重量,节省材料和能源,⽽且能够提⾼机械产品质量,⼤幅度延长机器零件的使⽤寿命,做到⼀个顶⼏个,顶⼗⼏个.此外,通过热处理还可使⼯件表⾯具有抗磨损,耐腐蚀等特殊物理化学性能.2.解释下列名词:1)奥⽒体的起始晶粒度,实际晶粒度,本质晶粒度;答:(1)起始晶粒度:是指在临界温度以上,奥⽒体形成刚刚完成,其晶粒边界刚刚接触时的晶粒⼤⼩.(2)实际晶粒度:是指在某⼀具体的热处理加热条件下所得到的晶粒尺⼨.(3)本质晶粒度:根据标准试验⽅法,在930±10℃保温⾜够时间(3-8⼩时)后测定的钢中晶粒的⼤⼩.2)珠光体,索⽒体,屈⽒体,贝⽒体,马⽒体;答:珠光体:铁素体和渗碳体的机械混合物.索⽒体:在650～600℃温度范围内形成层⽚较细的珠光体.屈⽒体:在600～550℃温度范围内形成⽚层极细的珠光体.贝⽒体:过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物.马⽒体:碳在α-Fe中的过饱和固溶体.3)奥⽒体,过冷奥⽒体,残余奥⽒体;答:奥⽒体: 碳在中形成的间隙固溶体.过冷奥⽒体: 处于临界点以下的不稳定的将要发⽣分解的奥⽒体称为过冷奥⽒体.残余奥⽒体:M转变结束后剩余的奥⽒体.4)退⽕,正⽕,淬⽕,回⽕,冷处理,时效处理(尺⼨稳定处理);答:退⽕:将⼯件加热到临界点以上或在临界点以下某⼀温度保温⼀定时间后,以⼗分缓慢的冷却速度(炉冷,坑冷,灰冷)进⾏冷却的⼀种操作.正⽕:将⼯件加热到Ac3或Accm以上30～80℃,保温后从炉中取出在空⽓中冷却.淬⽕:将钢件加热到Ac3或Ac1以上30～50℃,保温⼀定时间,然后快速冷却(⼀般为油冷或⽔冷),从⽽得马⽒体的⼀种操作. 回⽕:将淬⽕钢重新加热到A1点以下的某⼀温度,保温⼀定时间后,冷却到室温的⼀种操作.冷处理:把冷到室温的淬⽕钢继续放到深冷剂中冷却,以减少残余奥⽒体的操作.时效处理:为使⼆次淬⽕层的组织稳定,在110~150℃经过6~36⼩时的⼈⼯时效处理,以使组织稳定.5)淬⽕临界冷却速度(Vk),淬透性,淬硬性;答:淬⽕临界冷却速度(Vk):淬⽕时获得全部马⽒体组织的最⼩冷却速度.淬透性:钢在淬⽕后获得淬硬层深度⼤⼩的能⼒.淬硬性:钢在淬⽕后获得马⽒体的最⾼硬度.6)再结晶,重结晶;答:再结晶:⾦属材料加热到较⾼的温度时,原⼦具有较⼤的活动能⼒,使晶粒的外形开始变化.从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒.和变形前的晶粒形状相似,晶格类型相同,把这⼀阶段称为"再结晶".重结晶:由于温度变化,引起晶体重新形核,长⼤,发⽣晶体结构的改变,称为重结晶.7)调质处理,变质处理.答:调质处理:淬⽕后的⾼温回⽕.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.3.指出A1,A3,Acm; AC1,AC3, Accm ; Ar1,Ar3,Arcm 各临界点的意义.答:A1:共析转变线,含碳量在0.02～6.69%的铁碳合⾦冷却到727℃时都有共析转变发⽣,形成P.A3:奥⽒体析出铁素体的开始线.Acm:碳在奥⽒体中的溶解度曲线.AC1:实际加热时的共析转变线.AC3:实际加热时奥⽒体析出铁素体的开始线.Acm:实际加热时碳在奥⽒体中的溶解度曲线.Ar1:实际冷却时的共析转变线.Ar3:实际冷却时奥⽒体析出铁素体的开始线.Arcm:实际冷却时碳在奥⽒体中的溶解度曲线.4.何谓本质细晶粒钢本质细晶粒钢的奥⽒体晶粒是否⼀定⽐本质粗晶粒钢的细答:(1)本质细晶粒钢:加热到临界点以上直到930℃,随温度升⾼,晶粒长⼤速度很缓慢,称本质细晶粒钢.(2)不⼀定.本质晶粒度只代表钢在加热时奥⽒体晶粒长⼤倾向的⼤⼩.本质粗晶粒钢在较低加热温度下可获得细晶粒,⽽本质细晶粒钢若在较⾼温度下加热也会得到粗晶粒.5.珠光体类型组织有哪⼏种它们在形成条件,组织形态和性能⽅⾯有何特点答:(1)三种.分别是珠光体,索⽒体和屈⽒体.(2)珠光体是过冷奥⽒体在550℃以上等温停留时发⽣转变,它是由铁素体和渗碳体组成的⽚层相间的组织.索⽒体是在650～600℃温度范围内形成层⽚较细的珠光体.屈⽒体是在600～550℃温度范围内形成⽚层极细的珠光体.珠光体⽚间距愈⼩,相界⾯积愈⼤,强化作⽤愈⼤,因⽽强度和硬度升⾼,同时,由于此时渗碳体⽚较薄,易随铁素体⼀起变形⽽不脆断,因此细⽚珠光体⼜具有较好的韧性和塑性.6.贝⽒体类型组织有哪⼏种它们在形成条件,组织形态和性能⽅⾯有何特点答:(1)两种.上贝⽒体和下贝⽒体.(2)上贝⽒体的形成温度在600～350℃.在显微镜下呈⽻⽑状,它是由许多互相平⾏的过饱和铁素体⽚和分布在⽚间的断续细⼩的渗碳体组成的混合物.其硬度较⾼,可达HRC40～45,但由于其铁素体⽚较粗,因此塑性和韧性较差.下贝⽒体的形成温度在350℃～Ms,下贝⽒体在光学显微镜下呈⿊⾊针叶状,在电镜下观察是由针叶状的铁素体和分布在其上的极为细⼩的渗碳体粒⼦组成的.下贝⽒体具有⾼强度,⾼硬度,⾼塑性,⾼韧性,即具有良好的综合机械性能.7.马⽒体组织有哪⼏种基本类型它们在形成条件,晶体结构,组织形态,性能有何特点马⽒体的硬度与含碳量关系如何答:(1)两种,板条马⽒体和⽚状马⽒体.(2)奥⽒体转变后,所产⽣的M的形态取决于奥⽒体中的含碳量,含碳量2.5%)以外的所有合⾦元素,都增⼤过冷奥⽒体稳定性,使C 曲线右移,则Vk减⼩.(2)⼀定尺⼨的⼯件在某介质中淬⽕,其淬透层的深度与⼯件截⾯各点的冷却速度有关.如果⼯件截⾯中⼼的冷速⾼于Vk,⼯件就会淬透.然⽽⼯件淬⽕时表⾯冷速最⼤,⼼部冷速最⼩,由表⾯⾄⼼部冷速逐渐降低.只有冷速⼤于Vk的⼯件外层部分才能得到马⽒体.因此,Vk越⼩,钢的淬透层越深,淬透性越好.12.将5mm的T8钢加热⾄760℃并保温⾜够时间,问采⽤什么样的冷却⼯艺可得到如下组织:珠光体,索⽒体,屈⽒体,上贝⽒体,下贝⽒体,屈⽒体+马⽒体,马⽒体+少量残余奥⽒体;在C曲线上描出⼯艺曲线⽰意图.答:(1)珠光体:冷却⾄线~550℃范围内等温停留⼀段时间,再冷却下来得到珠光体组织.索⽒体:冷却⾄650～600℃温度范围内等温停留⼀段时间,再冷却下来得到索光体组织.屈⽒体:冷却⾄600～550℃温度范围内等温停留⼀段时间,再冷却下来得到屈⽒体组织.上贝⽒体:冷却⾄600～350℃温度范围内等温停留⼀段时间,再冷却下来得到上贝⽒体组织.下贝⽒体:冷却⾄350℃～Ms温度范围内等温停留⼀段时间,再冷却下来得到下贝⽒体组织.屈⽒体+马⽒体:以⼤于获得马⽒体组织的最⼩冷却速度并⼩于获得珠光体组织的最⼤冷却速度连续冷却,获得屈⽒体+马⽒体.马⽒体+少量残余奥⽒体:以⼤于获得马⽒体组织的最⼩冷却速度冷却获得马⽒体+少量残余奥⽒体.(2)13.退⽕的主要⽬的是什么⽣产上常⽤的退⽕操作有哪⼏种指出退⽕操作的应⽤范围.答:(1)均匀钢的化学成分及组织,细化晶粒,调整硬度,并消除内应⼒和加⼯硬化,改善钢的切削加⼯性能并为随后的淬⽕作好组织准备.(2)⽣产上常⽤的退⽕操作有完全退⽕,等温退⽕,球化退⽕,去应⼒退⽕等.(3)完全退⽕和等温退⽕⽤于亚共析钢成分的碳钢和合⾦钢的铸件,锻件及热轧型材.有时也⽤于焊接结构.球化退⽕主要⽤于共析或过共析成分的碳钢及合⾦钢.去应⼒退⽕主要⽤于消除铸件,锻件,焊接件,冷冲压件(或冷拔件)及机加⼯的残余内应⼒.14.何谓球化退⽕为什么过共析钢必须采⽤球化退⽕⽽不采⽤完全退⽕答:(1)将钢件加热到Ac1以上30～50℃,保温⼀定时间后随炉缓慢冷却⾄600℃后出炉空冷.(2)过共析钢组织若为层状渗碳体和⽹状⼆次渗碳体时,不仅硬度⾼,难以切削加⼯,⽽且增⼤钢的脆性,容易产⽣淬⽕变形及开裂.通过球化退⽕,使层状渗碳体和⽹状渗碳体变为球状渗碳体,以降低硬度,均匀组织,改善切削加⼯性.15.确定下列钢件的退⽕⽅法,并指出退⽕⽬的及退⽕后的组织:1)经冷轧后的15钢钢板,要求降低硬度;答:再结晶退⽕.⽬的:使变形晶粒重新转变为等轴晶粒,以消除加⼯硬化现象,降低了硬度,消除内应⼒.细化晶粒,均匀组织,消除内应⼒,降低硬度以消除加⼯硬化现象.组织:等轴晶的⼤量铁素体和少量珠光体.2)ZG35的铸造齿轮答:完全退⽕.经铸造后的齿轮存在晶粒粗⼤并不均匀现象,且存在残余内应⼒.因此退⽕⽬的:细化晶粒,均匀组织,消除内应⼒,降低硬度,改善切削加⼯性.组织:晶粒均匀细⼩的铁素体和珠光体.3)锻造过热后的60钢锻坯;答:完全退⽕.由于锻造过热后组织晶粒剧烈粗化并分布不均匀,且存在残余内应⼒.因此退⽕⽬的:细化晶粒,均匀组织,消除内应⼒,降低硬度,改善切削加⼯性.组织:晶粒均匀细⼩的少量铁素体和⼤量珠光体.4)具有⽚状渗碳体的T12钢坯;答:球化退⽕.由于T12钢坯⾥的渗碳体呈⽚状,因此不仅硬度⾼,难以切削加⼯,⽽且增⼤钢的脆性,容易产⽣淬⽕变形及开裂.通过球化退⽕,使层状渗碳体和⽹状渗碳体变为球状渗碳体,以降低硬度,均匀组织,改善切削加⼯性.组织:粒状珠光体和球状渗碳体.16.正⽕与退⽕的主要区别是什么⽣产中应如何选择正⽕及退⽕答:与退⽕的区别是①加热温度不同,对于过共析钢退⽕加热温度在Ac1以上30～50℃⽽正⽕加热温度在Accm以上30～50℃.②冷速快,组织细,强度和硬度有所提⾼.当钢件尺⼨较⼩时,正⽕后组织:S,⽽退⽕后组织:P.选择:(1)从切削加⼯性上考虑切削加⼯性⼜包括硬度,切削脆性,表⾯粗糙度及对⼑具的磨损等.⼀般⾦属的硬度在HB170～230范围内,切削性能较好.⾼于它过硬,难以加⼯,且⼑具磨损快;过低则切屑不易断,造成⼑具发热和磨损,加⼯后的零件表⾯粗糙度很⼤.对于低,中碳结构钢以正⽕作为预先热处理⽐较合适,⾼碳结构钢和⼯具钢则以退⽕为宜.⾄于合⾦钢,由于合⾦元素的加⼊,使钢的硬度有所提⾼,故中碳以上的合⾦钢⼀般都采⽤退⽕以改善切削性.(2)从使⽤性能上考虑如⼯件性能要求不太⾼,随后不再进⾏淬⽕和回⽕,那么往往⽤正⽕来提⾼其机械性能,但若零件的形状⽐较复杂,正⽕的冷却速度有形成裂纹的危险,应采⽤退⽕.(3)从经济上考虑正⽕⽐退⽕的⽣产周期短,耗能少,且操作简便,故在可能的条件下,应优先考虑以正⽕代替退⽕.17.指出下列零件的锻造⽑坯进⾏正⽕的主要⽬的及正⽕后的显微组织:(1)20钢齿轮(2)45钢⼩轴(3)T12钢锉⼑答:(1)⽬的:细化晶粒,均匀组织,消除内应⼒,提⾼硬度,改善切削加⼯性.组织:晶粒均匀细⼩的⼤量铁素体和少量索⽒体.(2)⽬的:细化晶粒,均匀组织,消除内应⼒.组织:晶粒均匀细⼩的铁素体和索⽒体.(3)⽬的:细化晶粒,均匀组织,消除⽹状Fe3CⅡ,为球化退⽕做组织准备,消除内应⼒.组织:索⽒体和球状渗碳体.18.⼀批45钢试样(尺⼨Φ15*10mm),因其组织,晶粒⼤⼩不均匀,需采⽤退⽕处理.拟采⽤以下⼏种退⽕⼯艺;(1)缓慢加热⾄700℃,保温⾜够时间,随炉冷却⾄室温;(2)缓慢加热⾄840℃,保温⾜够时间,随炉冷却⾄室温;。

工程材料期末复习一、知识点1）第一章（1）力学性能：材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能。

（2）弹性：材料不产生永久变形的能力。

（3）弹性极限（e σ）：产生永久变形的最大应力。

（4）比例极限（p σ）：保持应力与应变这种比例关系的最大应力。

（5）弹性模量（E ）：工程材料在弹性状态下的应力与应变的比值，是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，工程上把它称为材料的刚度。

（6）强度：在静载荷的作用下，材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。

（7）屈服强度（s σ）：应力不再增加，试样仍继续塑性伸长，这种现象称为屈服，此时的应力值称为屈服强度。

（8）条件屈服强度（0.2r σ）：在卸除载荷后，试样标距部分残留的伸长率为0.2%时所对应的拉伸时的应力值。

（9）抗拉强度（强度极限、b σ）：材料在破断前所承受的最大应力值。

（10）塑性：材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。

塑性指标如下两个表示。

（11）伸长率（δ）：试样拉断后标距的增长量与原始标距长度之比。

510δδ>，缩颈处局部的相对伸长量比均匀塑性伸长部分大。

5%δ<的材料为脆性材料。

（12）断面收缩率（ψ）：试样拉断处横截面积的缩减量与原始横截面积之比。

（13）冷弯性：在常温下能承受弯曲而不破裂的性能。

（14）硬度：材料抵抗另一硬物压入其表面的能力。

（15）韧性（冲击韧性）：在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。

用破坏材料时所消耗的功来衡量。

（16）疲劳强度：材料在无数次的交变载荷的作用下不发生疲劳断裂的最大应力。

光滑试样的对称弯曲应力的疲劳强度用1σ-表示。

（17）断裂韧性：材料抵抗裂纹失稳扩展的性能。

2）第二章（1）晶体：原子（或分子、或离子）按一定的几何规律周期性地重复排列的固态物质。

（2）各向异性：在晶体中，由于各晶面和各晶向上的原子排列的密度不同，因而同一晶体的不同晶面和晶向上的各种性能不同的现象。

例如体心立方晶格的Fe α-，由于它在不同晶向上的原子密度不同，所以在不同晶向上原子之间的结合力便不同，因而它们的弹性模量不同。

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。

第1章金属材料的性能1-1：略1-2略1-3答案：塑性是指材料断裂前发生不可逆塑性变形的能力。

塑性好的材料可以用轧制、锻造、冲压等加工方法加工成形同时，塑性好的零件在工作时若超载，也可因其塑性变形而避免突然断裂，提高了工作安全性。

1-4答：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。

1-5答：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。

1-6：弹性模量E。

这种说法不正确，因为弹性模量E是衡量刚度的指标，E 越大，材料的刚度就越大，抵抗变形的能力就越强，而塑性是指材料产生永久变形而不破坏的能力，这两者之间并没有直接的联系。

1-7：屈服点（σs）：钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。

屈服强度（σ0.2）：有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2。

1-8：硬度：材料抵抗硬物体压入其表面的能力。

布氏硬度测量原理：采用直径为D的球形压头，以相应的试验力F压入材料的表面，经规定保持时间后卸除试验力，用读数显微镜测量残余压痕平均直径d，用球冠形压痕单位表面积上所受的压力表示硬度值。

布氏硬度(HB)一般用于材料较软的时候，如有色金属、热处理之前或退火后的钢铁。

洛氏硬度(HRC)一般用于硬度较高的材料，如热处理后的硬度等等。

洛氏硬度测量原理：用金刚石圆锥或淬火钢球压头，在试验压力F的作用下，将压头压入材料表面，保持规定时间后，去除主试验力，保持初始试验力，用残余压痕深度增量计算硬度值。

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。

工程材料及成形技术基础课课后习题参考答案第一章：1-1 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？答：机械零件在工作条件下可能承受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用（单负荷或复合负荷的作用）。

力学负荷可使零件产生变形或断裂；热负荷可使零件产生尺寸和体积的改变，产生热应力，热疲劳，高温蠕变，随温度升高强度降低（塑性、韧性升高），承载能力下降；环境介质可使金属零件产生腐蚀和摩擦磨损两个方面、对高分子材料产生老化作用。

1-3 σs、σ0.2和σb含义是什么？什么叫比强度？什么叫比刚度？答：σs－P s∕F0,屈服强度，用于塑性材料。

σ0.2－P0.2∕F0,产生0.2％残余塑性变形时的条件屈服强度，用于无明显屈服现象的材料。

σb－P b∕F0,抗拉强度，材料抵抗均匀塑性变形的最大应力值。

比强度－材料的强度与其密度之比。

比刚度－材料的弹性模量与其密度之比。

思考１－１、１－２.2-3 晶体的缺陷有哪些？可导致哪些强化？答：晶体的缺陷有：⑴点缺陷——空位、间隙原子和置换原子，是导致固溶强化的主要原因。

⑵线缺陷——位错，是导致加工硬化的主要原因。

⑶面缺陷——晶界，是细晶强化的主要原因。

2-5 控制液体结晶时晶粒大小的方法有哪些？答：见P101.3.4.2液态金属结晶时的细晶方法。

⑴增加过冷度；⑵加入形核剂（变质处理）；⑶机械方法（搅拌、振动等）。

2-8 在铁-碳合金中主要的相是哪几个？可能产生的平衡组织有哪几种？它们的性能有什么特点？答：在铁-碳合金中固态下主要的相有奥氏体、铁素体和渗碳体。

可能产生的室温平衡组织有铁素体加少量的三次渗碳体（工业纯铁），强度低塑性好；铁素体加珠光体（亚共析钢），珠光体（共析钢），珠光体加二次渗碳体（过共析钢），综合性能好；莱氏体加珠光体加二次渗碳体（亚共晶白口铸铁），莱氏体（共晶白口铸铁），莱氏体加一次渗碳体（过共晶白口铸铁），硬度高脆性大。

思考题1. 铁-碳合金相图反映了平衡状态下铁-碳合金的成分、温度、组织三者之间的关系，试回答：⑴随碳质量百分数的增加，铁-碳合金的硬度、塑性是增加还是减小？为什么？⑵过共析钢中网状渗碳体对强度、塑性的影响怎样？⑶钢有塑性而白口铁几乎无塑性，为什么？⑷哪个区域的铁-碳合金熔点最低？哪个区域塑性最好？﹡⑸哪个成分结晶间隔最小？哪个成分结晶间隔最大？答：⑴随碳质量百分数的增加，硬度增加、塑性减小。

工程材料习题与辅导答案一、填空1、屈服强度是表示金属材料抵抗微量塑性变形的能力。

3、α—Fe的晶格类型为体心立方晶格。

4、γ—Fe的晶格类型为面心立方晶格。

5、随着固溶体中溶质原子含量增加，固溶体的强度、硬度__升高__。

6、金属的结晶包括形核和长大两个基本过程。

7、金属的实际结晶温度___低于_其理论结晶温度，这种想象称为过冷。

8、理论结晶温度与实际结晶温度之差△T称为___过冷度___。

9、金属结晶时，冷却速度越快，则晶粒越__细小__。

10、铁素体的力学性能特点是塑性、韧性好。

11、渗碳体的力学性能特点是硬度高、脆性大。

12、碳溶解在_γ-Fe__中所形成的间隙固溶体称为奥氏体。

13、碳溶解在_α-Fe__中所形成的间隙固溶体称为铁素体。

14、珠光体的本质是铁素体和渗碳体的机械混合物。

15、共析钢的室温平衡组织为 P（或珠光体）。

共析钢的退火组织为 P（或珠光体）。

16、亚共析钢的含碳量越高，其室温平衡组织中的珠光体量越多。

17、在室温平衡状态下，碳钢随着其含碳量的增加，韧、塑性下降。

19、在铁碳合金的室温平衡组织中，渗碳体相的含量是随着含碳量增加而增加。

20、在退火态的20钢、45钢、T8钢、T13钢中，δ和αK值最高的是 20 钢。

21、共析钢加热到奥氏体状态，冷却后获得的组织取决于钢的_冷却速度__。

22、共析钢过冷奥氏体在（A1～680）℃温度区间等温转变的产物是珠光体(或P) 。

23、共析钢过冷奥氏体在680～600℃温度区间等温转变的产物是索氏体（细珠光体）。

24、共析钢过冷奥氏体在（600～550）℃温度区间等温转变的产物是托氏体(或极细珠光体)。

25、共析钢过冷奥氏体在550～350℃温度区间等温转变的产物是B上（或上贝氏体）。

26、共析钢过冷奥氏体在（350～230）℃温度区间等温转变的产物是下贝氏体(或B下)。

27、亚共析钢的正常淬火温度范围是 Ac3 + 30～50℃。

工程材料与技术成型基础课后习题答案第一章1-1由拉伸试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。

工程材料及成形技术基础课课后习题参考答案第一章：1-1 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？答：机械零件在工作条件下可能承受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用（单负荷或复合负荷的作用）。

力学负荷可使零件产生变形或断裂；热负荷可使零件产生尺寸和体积的改变，产生热应力，热疲劳，高温蠕变，随温度升高强度降低（塑性、韧性升高），承载能力下降；环境介质可使金属零件产生腐蚀和摩擦磨损两个方面、对高分子材料产生老化作用。

1-3 σs、σ0.2和σb含义是什么？什么叫比强度？什么叫比刚度？答：σs－P s∕F0,屈服强度，用于塑性材料。

σ0.2－P0.2∕F0,产生0.2％残余塑性变形时的条件屈服强度，用于无明显屈服现象的材料。

σb－P b∕F0,抗拉强度，材料抵抗均匀塑性变形的最大应力值。

比强度－材料的强度与其密度之比。

比刚度－材料的弹性模量与其密度之比。

思考１－１、１－２.2-3 晶体的缺陷有哪些？可导致哪些强化？答：晶体的缺陷有：⑴点缺陷——空位、间隙原子和置换原子，是导致固溶强化的主要原因。

⑵线缺陷——位错，是导致加工硬化的主要原因。

⑶面缺陷——晶界，是细晶强化的主要原因。

2-5 控制液体结晶时晶粒大小的方法有哪些？答：见P101.3.4.2液态金属结晶时的细晶方法。

⑴增加过冷度；⑵加入形核剂（变质处理）；⑶机械方法（搅拌、振动等）。

2-8 在铁-碳合金中主要的相是哪几个？可能产生的平衡组织有哪几种？它们的性能有什么特点？答：在铁-碳合金中固态下主要的相有奥氏体、铁素体和渗碳体。

可能产生的室温平衡组织有铁素体加少量的三次渗碳体（工业纯铁），强度低塑性好；铁素体加珠光体（亚共析钢），珠光体（共析钢），珠光体加二次渗碳体（过共析钢），综合性能好；莱氏体加珠光体加二次渗碳体（亚共晶白口铸铁），莱氏体（共晶白口铸铁），莱氏体加一次渗碳体（过共晶白口铸铁），硬度高脆性大。

思考题1. 铁-碳合金相图反映了平衡状态下铁-碳合金的成分、温度、组织三者之间的关系，试回答：⑴随碳质量百分数的增加，铁-碳合金的硬度、塑性是增加还是减小？为什么？⑵过共析钢中网状渗碳体对强度、塑性的影响怎样？⑶钢有塑性而白口铁几乎无塑性，为什么？⑷哪个区域的铁-碳合金熔点最低？哪个区域塑性最好？﹡⑸哪个成分结晶间隔最小？哪个成分结晶间隔最大？答：⑴随碳质量百分数的增加，硬度增加、塑性减小。

1-2假设塑性变形时材料体积不变，那么在什么情况下塑性指标δ、ψ之间能建立何种数学关系。

解：无颈缩情况下，L0S0＝L1S1 ……①δ＝（L1- L0）/ L0，ψ＝（S0- S1）/ S0 ……②②代入①化简得（δ+1）(1-ψ)=11-3现有一碳钢制支架刚性不足，采用以下三种方法中的哪种方法可有效解决此问题？为什么？①改用合金钢；②进行热处理改性强化；③改变改支架的截面与结构形状尺寸。

答：选用第三种。

因为工件的刚性首先取决于其材料的弹性模量E，又与该工件的形状和尺寸有关。

而材料的弹性模量E难于通过合金化、热处理、冷热加工等方法改变，所以选第三种。

l-5在零件设计与选材时，如何合理选择材料的σp、σe、σs、σb性能指标?各举一例说明。

答：σp：当要求弹性应力和弹性变形之间保持严格的正比关系时。

σ工‹σpσe：工程上，对于弹性元件，要求σ工‹σeσs：对于不允许有明显塑性变形的工程零件，要求σ工‹σsσb：对塑性较差的材料，要求σ工‹σb例如：σp-炮管、σe-弹性元件、σs-紧固螺栓、σb-钢丝绳1-6现有两种低强度钢在室温下测定冲击韧性，其中材料A的A K=80J，材料B的A K =60J，能否得出在任何情况下材料A的韧性高于材料B，为什么？答：不能。

因为影响冲击韧性的因素很多。

1-7实际生产中，为什么零件设计图或工艺卡上一般是提出硬度技术要求而不是强度或塑性值？答：这是由它们的定义、性质和测量方法决定的。

硬度是一个表征材料性能的综合性指标，表示材料表面局部区域内抵抗变形和破坏的能力，同时硬度的测量操作简单，不破坏零件，而强度和塑性的测量操作复杂且破坏零件，所以实际生产中，在零件设计图或工艺卡上一般提出硬度技术要求而不提强度或塑性值。

2-1常见的金属晶体结构有哪几种：它们的原于排列和晶格常数有什么特点?。

α—Fe、γ—Fe、Al、Cu、Ni、Pb、C r、V、Mg、Zn各属何种结构?答：体心：α—Fe、C r、V面心：γ—Fe、Al、Cu、Ni、Pb、密排六方：Mg、Zn2-2已知γ-Fe的晶格常数要大于α-Fe的晶格常数，但为什么γ-Fe冷却到9120C转变为α-Fe时，体积反而增大？答：这是因为这两种晶格的致密度不同，γ-Fe的致密度是74%，α-Fe的致密度是68%，当γ-Fe冷却到9120C转变为α-Fe时，由于致密度变小，导致了体积反而增大。

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。

（√）31、贝氏体转变是非扩散性转变。

工程材料课后答案(部分)第1章材料的结构与性能特点1.1 教学指导1. 教学要求本章重点阐明金属材料的晶体结构，简要阐述晶体缺陷和合金的结构，一般介绍金属材料的组织及性能。

简要阐述高分子材料的结构与性能，一般介绍陶瓷材料的结构与性能。

2. 教学目标学生应重点掌握金属材料的晶体结构，熟悉晶体缺陷和合金的结构，了解金属材料的组织及性能。

熟悉高分子材料的结构与性能。

一般了解陶瓷材料的结构与性能。

3. 教学建议(1) 晶体结构部分应重点阐明三种常见金属的晶体结构及特点。

(2) 学生在学习时对“晶面指数及晶向指数的确定”部分的内容会感到困难。

要求学生多练多画，掌握常见的晶面和晶向的表示方法。

(3) 简要阐述高分子材料的大分子链结构与聚集态，结合工程、生活实际归纳高分子材料的性能特点。

(4) 建议本章学时：8～9 学时。

1.2 习题参考答案1. 解释名词致密度、晶体的各向异性、刃型位错、柏氏矢量、固溶体、固溶强化、金属化合物、组织、组织组成物、疲劳强度、断裂韧性、单体、链节、热塑性、热固性、柔性、玻璃态、高弹态、粘流态答: 致密度: 晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比称为致密度(也称密排系数).晶体的各向异性: 在晶体中，不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度不同，它们之间的结合力的大小也不相同，因而金属晶体不同方向上的性能是不同的。

这种性质叫做晶体的各向异性。

刃型位错: 在金属晶体中，晶体的一部分相对于另一部分出现一个多余的半原子面。

这个多余的半原子面犹如切入晶体的刀片，刀片的刃口线即为位错线。

这种线缺陷称刃型位错。

柏氏矢量: 首先指定位错线的方向。

右手拇指指向位错线方向，四指弯曲，回绕位错线作一回路，每个方向上经过的原子个数相同，回路不能闭合。

连接起始点至终点得一矢量，该矢量称为柏氏矢量，用b表示。

它可以反映该位错的性质。

固溶体: 合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。

工程材料及成形技术基础课课后习题参考答案第一章：1-1 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？答：机械零件在工作条件下可能承受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用（单负荷或复合负荷的作用）。

力学负荷可使零件产生变形或断裂；热负荷可使零件产生尺寸和体积的改变，产生热应力，热疲劳，高温蠕变，随温度升高强度降低（塑性、韧性升高），承载能力下降；环境介质可使金属零件产生腐蚀和摩擦磨损两个方面、对高分子材料产生老化作用。

1-3 σs、σ0.2和σb含义是什么？什么叫比强度？什么叫比刚度？答：σs－P s∕F0,屈服强度，用于塑性材料。

σ0.2－P0.2∕F0,产生0.2％残余塑性变形时的条件屈服强度，用于无明显屈服现象的材料。

σb－P b∕F0,抗拉强度，材料抵抗均匀塑性变形的最大应力值。

比强度－材料的强度与其密度之比。

比刚度－材料的弹性模量与其密度之比。

思考１－１、１－２.2-3 晶体的缺陷有哪些？可导致哪些强化？答：晶体的缺陷有：⑴点缺陷——空位、间隙原子和置换原子，是导致固溶强化的主要原因。

⑵线缺陷——位错，是导致加工硬化的主要原因。

⑶面缺陷——晶界，是细晶强化的主要原因。

2-5 控制液体结晶时晶粒大小的方法有哪些？答：见P101.3.4.2液态金属结晶时的细晶方法。

⑴增加过冷度；⑵加入形核剂（变质处理）；⑶机械方法（搅拌、振动等）。

2-8 在铁-碳合金中主要的相是哪几个？可能产生的平衡组织有哪几种？它们的性能有什么特点？答：在铁-碳合金中固态下主要的相有奥氏体、铁素体和渗碳体。

可能产生的室温平衡组织有铁素体加少量的三次渗碳体（工业纯铁），强度低塑性好；铁素体加珠光体（亚共析钢），珠光体（共析钢），珠光体加二次渗碳体（过共析钢），综合性能好；莱氏体加珠光体加二次渗碳体（亚共晶白口铸铁），莱氏体（共晶白口铸铁），莱氏体加一次渗碳体（过共晶白口铸铁），硬度高脆性大。

思考题1. 铁-碳合金相图反映了平衡状态下铁-碳合金的成分、温度、组织三者之间的关系，试回答：⑴随碳质量百分数的增加，铁-碳合金的硬度、塑性是增加还是减小？为什么？⑵过共析钢中网状渗碳体对强度、塑性的影响怎样？⑶钢有塑性而白口铁几乎无塑性，为什么？⑷哪个区域的铁-碳合金熔点最低？哪个区域塑性最好？﹡⑸哪个成分结晶间隔最小？哪个成分结晶间隔最大？答：⑴随碳质量百分数的增加，硬度增加、塑性减小。

工程材料及成形技术基础课课后习题参考答案第一章：1-1 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？答：机械零件在工作条件下可能承受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用（单负荷或复合负荷的作用）。

力学负荷可使零件产生变形或断裂；热负荷可使零件产生尺寸和体积的改变，产生热应力，热疲劳，高温蠕变，随温度升高强度降低（塑性、韧性升高），承载能力下降；环境介质可使金属零件产生腐蚀和摩擦磨损两个方面、对高分子材料产生老化作用。

1-3 σs、σ0.2和σb含义是什么？什么叫比强度？什么叫比刚度？答：σs－P s∕F0,屈服强度，用于塑性材料。

σ0.2－P0.2∕F0,产生0.2％残余塑性变形时的条件屈服强度，用于无明显屈服现象的材料。

σb－P b∕F0,抗拉强度，材料抵抗均匀塑性变形的最大应力值。

比强度－材料的强度与其密度之比。

比刚度－材料的弹性模量与其密度之比。

思考１－１、１－２.2-3 晶体的缺陷有哪些？可导致哪些强化？答：晶体的缺陷有：⑴点缺陷——空位、间隙原子和置换原子，是导致固溶强化的主要原因。

⑵线缺陷——位错，是导致加工硬化的主要原因。

⑶面缺陷——晶界，是细晶强化的主要原因。

2-5 控制液体结晶时晶粒大小的方法有哪些？答：见P101.3.4.2液态金属结晶时的细晶方法。

⑴增加过冷度；⑵加入形核剂（变质处理）；⑶机械方法（搅拌、振动等）。

2-8 在铁-碳合金中主要的相是哪几个？可能产生的平衡组织有哪几种？它们的性能有什么特点？答：在铁-碳合金中固态下主要的相有奥氏体、铁素体和渗碳体。

可能产生的室温平衡组织有铁素体加少量的三次渗碳体（工业纯铁），强度低塑性好；铁素体加珠光体（亚共析钢），珠光体（共析钢），珠光体加二次渗碳体（过共析钢），综合性能好；莱氏体加珠光体加二次渗碳体（亚共晶白口铸铁），莱氏体（共晶白口铸铁），莱氏体加一次渗碳体（过共晶白口铸铁），硬度高脆性大。

思考题1. 铁-碳合金相图反映了平衡状态下铁-碳合金的成分、温度、组织三者之间的关系，试回答：⑴随碳质量百分数的增加，铁-碳合金的硬度、塑性是增加还是减小？为什么？⑵过共析钢中网状渗碳体对强度、塑性的影响怎样？⑶钢有塑性而白口铁几乎无塑性，为什么？⑷哪个区域的铁-碳合金熔点最低？哪个区域塑性最好？﹡⑸哪个成分结晶间隔最小？哪个成分结晶间隔最大？答：⑴随碳质量百分数的增加，硬度增加、塑性减小。