工程材料作业答案

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。

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。

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100mm 2，已知钢试样的M P a S 314=σM P ab 530=σ 。

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。

15. 40Cr、40CrMo钢按化学成分分类，它们属于结构钢中的 合金钢，适宜制造主轴、连杆等零件。
16. GCr9、GCr15钢按化学成分分类，它们属于结构钢中的 合金钢题
1.材料的常用力学性能指标有那些？若某种材料的零件在使 用过程中突然发生断裂，是由于那些力学性能指标不足所造 成的？
7.细化金属材料的晶粒，可使金属的强度、硬度 提高，塑性、 韧性 提高 ；在生产中常用的细化晶粒的方法有增大过冷度、 变质处理、机械搅拌和振动；压力加工再结晶；热处理。
8.合金的晶体结构有固溶体和金属化合物，其中固溶体具有 良好的塑性，金属化合物具有高的硬度和脆性。
9.在铁碳合金的基本组织中，珠光体属于复相结构，它由铁 素体和渗碳体按一定比例组成，珠光体用符号P表示。
金属材料成形基础作业（2）
一、填空题 1．液态金属的充型能力主要取决于合金的流动性。流动 性不好的合金铸件易产生浇不足和冷隔、气孔、夹渣等 铸造缺陷。 2．影响液态合金流动性的主要因素有合金的化学成分、 合金的物理性质、合金的温度、不溶杂质和气体等。合 金的凝固温度范围越宽，其流动性越 差 。 3．任何一种液态金属注入铸型以后，从浇注温度冷却至 室温都要经历三个相互联系的收缩阶段，即 液态收缩 、 凝固收缩 和 固态收缩 。导致铸件产生缩孔和缩松的根 本原因是液态收缩和凝固收缩 ；导致铸件产生应力、变
图2-3 铸铁顶盖的两种设计方案
（1）方案a易于生产； （2）由于铸件的尺寸很大，壁厚较薄，属于大平面结构。铸 件上的大平面极易产生浇不足、夹砂、夹渣、气孔等缺陷， 图（a）的方案，一方面避免了上述不利因素，还因为具有了 一定的结构斜度，有利于造型。
8.分析图2-4所示零件分型方案的优缺点，并选择其中与零 件生产类型相适应的分型方案。

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。

工程材料及成形技术作业题库一. 名词解释1.间隙固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。

2.过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。

3.同素异构性：同一合金在不同温度下晶格类型不同的现象。

4.晶体的各向异性：金属各方向的具有不同性能的现象。

5.枝晶偏析：结晶后晶粒内成分不均匀的现象。

6.本质晶粒度：奥氏体晶粒长大的倾向。

7.淬透性：钢淬火时获得淬硬层深度的能力。

8.淬硬性：钢淬火时得到的最大硬度。

9.临界冷却速度：奥氏体完全转变成马氏体的最低冷却速度。

10.热硬性：钢在高温下保持高硬度的能力。

11.时效强化：经固溶处理后随着时间的延长强度不断提高的现象。

12.形变强化：由于塑性变形而引起强度提高的现象。

13.调质处理：淬火+高温回火得到回火索氏体的热处理工艺。

14.变质处理：在浇注是向金属液中加入变质剂，使其形核速度升高长大速度减低，从而实现细化晶粒的处理工艺。

15.顺序凝固原则：铸件时使金属按规定从一部分到另一部分逐渐凝固的原则。

16.孕育铸铁：经过孕育处理的铸铁。

二. 判断正误并加以改正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处理进行强化。

（√）4. 单晶体必有各向异性. （√）5. 普通钢和优质钢是按其强度等级来区分的. （×）6. 过热钢经再结晶退火后能显著细化晶粒. （×）7. 奥氏体耐热钢也就是奥氏体不锈钢。

（√）8. 马氏体的晶体结构和铁素体的相同. （×）9. 面心立方金属的塑性比体心立方金属的好. （√）10. 铁素体是置换固溶体. （×）11. 晶界是金属晶体的常见缺陷. （√）12. 渗碳体是钢中常见的固溶体相. （×）13. 金属的塑性变形主要通过位错的滑移进行.（√）14. 金属在进行热加工时，不会产生加工硬化现象. （√）15. 上贝氏体的韧性比下贝氏体的好 . （×）16. 对过共析钢工件进行完全退火可消除渗碳体网. （×）17. 对低碳低合金钢进行正火处理可提高其硬度. （√）18. 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. （×）19. 高锰钢在各种条件下均能表现出良好的耐磨性. （×）20. 无限固溶体必是置换固溶体. （√）21. 金属的晶粒越细小,其强度越高,但韧性变差. （×）22. 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. （√）23. 钢进行分级淬火的目的是为了得到下贝氏体组织. （×）24. 对奥氏体不锈钢进行固溶处理的目的是为了提高其强度. （×）25. 弹簧钢的最终热处理应是淬火+低温回火. （×）26. 凡间隙固溶体必是有限固溶体. （√）27. 珠光体的片层间距越小,其强度越高,其塑性越差. （×）28. 钢的临界冷却速度Vk越大,则其淬透性越好. （×）29. 过共析钢的正常淬火一般均为不完全淬火. （√）30. 工件经渗碳处理后,随后应进行淬火及低温回火. （√）31. 金属是多晶体,因而绝对不可能产生各向异性. （×）32. 凡能使钢的C曲线右移的合金元素均能增加钢的淬透性. （√）33. 感应加热表面淬火的淬硬深度与该钢的淬透性没有关系.（√）34. 金属凝固时,过冷度越大,晶体长大速度越大,因而其晶粒粗大. （×）35. 钢的淬透性与其实际冷却速度无关. （√）36. 亚共析钢的正常淬火一般为不完全淬火. （×）37. 碳钢淬火后回火时一般不会出现高温回火脆性. （×）38. 工件经氮化处理后不能再进行淬火. （√）39. 对灰铸铁不能进行强化热处理. （√）40. 过共析钢经正常淬火后,马氏体的含碳量小于钢的含碳量. （√）41. 凡能使钢的临界冷却速度增大的合金元素均能减小钢的淬透性. （√）42. 高速钢淬火后经回火可进一步提高其硬度. （√）43. 马氏体的强度和硬度总是大于珠光体的. （×）44. 纯铁在室温下的晶体结构为面心立方晶格. （×）45. 马氏体的硬度主要取决于淬火时的冷却速度. （×）46. 等温淬火的目的是为了获得下贝氏体组织. （√）47. 对普通低合金钢件进行淬火强化效果不显著.（√）48. 高锰钢的性能特点是硬度高,脆性大. （×）49. 马氏体是碳溶入γ-Fe中所形成的过饱和固溶体. （×）50. 间隙固溶体的溶质原子直径小,其强化效果远比置换固溶体差. （×）51. 钢经热处理后,其组织和性能必然会改变. （×）52. 纯金属都是在恒温下结晶的. （√）53. 所谓白口铸铁是指碳全部以石墨形式存在的铸铁. （×）54. 白口铸铁铁水凝固时不会发生共析转变. （×）55. 铸件可用再结晶退火细化晶粒. （×）56. 冷热加工所形成的`纤维组织'都能使金属出现各向异性. （√）57. 奥氏体的塑性比铁素体的高.（√）58. 马氏体转变是通过切变完成的,而不是通过形核和长大来完成的.（×）59. 金属中的固态相变过程,都是晶粒的重新形核和长大过程.（√）60. 对金属进行冷、热加工都会产生加工硬化.（×）61. 在共析温度下,奥氏体的最低含碳量是0.77%.（√）62. 亚共析钢经正火后,组织中的珠光体含量高于其退火组织中的.（√）63. 合金的强度和硬度一般都比纯金属高.（√）64. 白口铸铁在室温下的相组成都为铁素体和渗碳体.（√）65. 过共析钢的平衡组织中没有铁素体相.（×）66. 过共析钢用球化处理的方法可消除其网状渗碳体.（×）67. 采用等温淬火可获得晶粒大小均匀的马氏体.（×）68. 形状复杂,机械性能要求不高的零件最好选用球铁制造.（×）69. 可锻铸铁的碳当量一定比灰口铸铁低.（√）70. 铝合金淬火后其晶格类型不会改变.（√）71. 同一钢材在相同加热条件下,水淬比油淬的淬透性好.（×）72. 同一钢材在相同加热条件下,小件比大件的淬透性好.（×）73. 工具钢淬火时,冷却速度越快,则所得组织中的残余奥氏体越多.（√）74. 黄铜的耐蚀性比青铜差. （√）75. 对常见铝合金仅进行淬火,强化效果不显著. (√)76. 贝氏体转变是非扩散性转变. (×)77. 马氏体转变是非扩散性转变.(√)78. 金属的晶粒越细小，其强度越高，其塑性越好。

《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。

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。

工程材料考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 金属材料的强度通常是指材料的：A. 抗拉强度B. 抗压强度C. 抗弯强度D. 抗剪强度答案：A2. 以下哪种材料属于非金属材料？A. 钢B. 铝C. 塑料D. 铜答案：C3. 金属材料的塑性变形是指：A. 材料在受力后发生永久性形变B. 材料在受力后发生弹性形变C. 材料在受力后发生断裂D. 材料在受力后发生疲劳答案：A4. 材料的疲劳寿命与以下哪个因素无关？A. 载荷大小B. 载荷频率C. 材料的微观结构D. 材料的密度答案：D5. 陶瓷材料的主要特性是：A. 高塑性B. 高韧性C. 高硬度D. 高延展性答案：C6. 金属材料的热处理通常不包括以下哪种工艺？A. 淬火B. 回火C. 正火D. 焊接答案：D7. 以下哪种材料具有较好的耐腐蚀性？A. 碳钢B. 不锈钢C. 铸铁D. 铝合金答案：B8. 材料的疲劳强度通常与以下哪个因素有关？A. 材料的硬度B. 材料的韧性C. 材料的密度D. 材料的弹性模量答案：B9. 金属材料的弹性模量是指：A. 材料在受力时的弹性变形能力B. 材料在受力后的塑性变形能力C. 材料在受力时的形变恢复能力D. 材料在受力后的断裂能力答案：A10. 以下哪种材料的导热性能最好？A. 木材B. 塑料C. 铜D. 橡胶答案：C二、填空题（每空2分，共20分）1. 金属材料的_________是指材料在受力时抵抗变形的能力。

答案：弹性模量2. 金属材料的_________是指材料在受力后发生永久性形变的能力。

答案：塑性3. 材料的_________是指材料在反复受力后发生断裂的现象。

答案：疲劳4. 金属材料的_________是指材料在高温下抵抗氧化的能力。

答案：抗氧化性5. 金属材料的_________是指材料在受力后发生断裂的能力。

答案：韧性6. 金属材料的_________是指材料在受力后恢复原状的能力。

答案：弹性7. 金属材料的_________是指材料在受力后抵抗塑性变形的能力。

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

(9) 一块纯铁在 912℃发生 Fe → Fe 转变时，体积将( 收缩
(10) 珠光体的本质是( 铁素体与渗碳体机械混合物 )。 (11) 在铁碳合金室温平衡组织中，含 Fe3CⅡ最多的合金成分点为( 2.11%C )，含 Le′最多的 合金成分点为( 4.3%C )。 (12) 用显微镜观察某亚共析钢，若估算其中的珠光体体积分数为 80%，则此钢的碳的质量 分数为( 0.62%C )。 (13) 钢在常温下的变形加工称为( 冷 )加工，而铅在常温下的变形加工称为( 热 )加工 (14) 造成加工硬化的根本原因是( 位错运动受阻,引起塑性变形抗力增加 )。 (15) 滑移的本质是( 位错的运动 )。 (16) 变形金属的最低再结晶温度与熔点的关系是( T 再=(0.35~0.4)T 熔 )。 (17) 再结晶后晶粒度的大小主要取决于( 加热温度 )和( 预先变形度 )。 (18)在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体和屈氏体的主要相同点是( F+Fe3C 的两相混合 物 ),不同点是 （ 屈氏体的片层间距小 ） 。 (19) 用光学显微镜观察，上贝氏体呈( 羽毛 )状，下贝氏体呈( 黑色针状 )状。 (20) 马氏体的显微组织形态主要有（ 板条状 ） 、 （ 针状 ）两种。其中（ 板条马氏体 ） 的 韧性较好。 (21)钢的淬透性越高，则其 C 曲线的位置越（ 靠右 ）,说明临界冷却速度越（ 小 ） (22)马氏体是一种( 铁 )磁相，在磁场中呈现磁性；而奥氏体是一种( 顺 )磁相，在磁 场中无磁性。 (23) 球化退火加温温度略高于 Ac1,以便保留较多的（ 未溶碳化物粒子 ）或较大的奥氏体 中的（ 碳浓度分布不均匀 ） ，促 进球状碳化物的形成。 (24)球化退火的主要目的是（ 降低硬度 ）,它主要适用于（ 过共析钢 ）钢。 (25) 亚共析钢的正常淬火温度范围是( AC3 以上 30+50℃ )，过共析钢的正常淬火温度范 围是（ AC1 以上 30+50℃ ） 。 (26) 淬火钢进行回火的目的是( 消除应力 )，回火温度越高，钢的强度与硬度越( 低 )。 (27) 合金元素中，碳化物形成元素有( Mo，W，V，Nb，Ti )。 (28) 促进晶粒长大的合金元素有( Mn，P，B )。 （29) 除( Co )、( Al )外，几乎所有的合金元素都使 Ms、Mf,点下降，因此淬火后相同碳质量 分数的合金钢与碳钢相比，残余奥氏体（ 多 ） ，使钢的硬度（下降） 。 （30）一些含有合金元素（ Mn，Cr，Ni ）的合金钢，容易产生第二类回火脆性，为了消除 第二类回火脆性，可采用( 快冷 )和( 加入 Mo 元素 )。

工程材料试题及答案（共8篇）篇1：工程材料试题及答案工程材料试题及答案1、金属材料的使用性能包括物理性能、（）和（）。

答案：化学性能力学性能2、金属材料的工艺性能包括锻造、（）、（）等。

答案：铸造焊接3、变化很慢的载荷称为（）载荷。

答案：静4、在短时间内以高速度作用于零件上的载荷称为（）载荷。

答案：冲击5、大小和方向随时间发生周期性变化的载荷称为（）载荷。

答案：交变6、变形一般分为（）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（）变形。

答案：弹性塑性7、强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗（）或（）的能力。

答案：塑性断裂8、强度常用的衡量指标有（）和（）。

答案：屈服点抗拉强度9、如果零件工作时所受的应力低于材料的（）和（），则不会产生过量的塑性变形。

答案：屈服点σs210、有一钢试样其横截面积为100mm，已知钢试样的σs＝314MPa，σb＝530MPa 。

拉伸试时，当受到拉力为（）时，试样出现屈服现象，当受到拉力为（）时，试样出现缩颈.答案：31400 5300011、断裂前金属材料产生塑性变形的能力称为塑性。

金属材料的（）和（）的数值越大，表示材料的塑性越好。

答案：断后伸长率断面收缩率12、一拉伸试样的原标距长度为50mm，直径为10 mm拉断后试样的标距长度为79 mm，缩颈处的最小直径为4.9 mm,此材料的伸长率为（）,断面必缩率为（）。

答案：58% 73%13、填出下列力学性能指标的符号：符号：抗拉强度（），洛氏硬度C标尺（）。

答案：σb HRC14、符号：断面收缩率（），冲击韧度（）。

答案：φ Ak15、500HBW5/750表示用直径为5mm, 材料为硬质合金球形压头，在7350 N压力下，保持（）s,测得的硬度值是（）。

答案： 10—15 50016、金属材料抵抗（）载荷作用而（）能力，称为冲击韧性。

答案：冲击不破坏17、原子呈无序堆积状况的物体叫非晶体，原子呈有序、有规则排列的物体称为（）。

工程材料作业（1）答案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：HRC，黄铜轴套：HB、HRB供应状态的各种非合金钢材：HB、HRB硬质合金刀片：HV、耐磨工件的表面硬化层：HV（HRA）、调质态的机床主轴：HB、HRB、（HRC）2、已知Cu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。

Cu是f.c.c，r=√2/4a，r=2.56A/2=1.28A；a=4r/√2=2/√2×2.56=3.62A依据1个晶胞（a3：3.623，单位A）中有4个Cu原子，1mm3的原子数？a3：4=1mm3：x，注意单位换算，x=4/a3，x=4/3.623=8.4×10193、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。

３００℃L４０％B＝（α３０％A＋Ａ）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。

２０％Ａ：L→L+α→α→α+A４５％Ａ：L→L+α→α+（α３０％A＋Ａ）→α+（α３０％A＋Ａ）+A８０％Ａ：L→L+A→A+（α３０％A＋Ａ）４．一个二元共晶反应如下：Ｌ（７５％B）←→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。

属于亚共晶组织Wα初晶%=（75-50）/（75-15）=5/12=0.42×100%=42%W共晶%=100%-42%=58%②α相和β相的重量百分数。

Wα%=（95-50）/（95-15）=9/16=0.56×100%=56%Wβ%=100%-56%=44%③共晶体中的α相和β相的重量百分数。

工程材料试题及答案一、选择题1. 下列哪种材料不属于金属类？A. 铁B. 铜C. 木材D. 铝答案：C2. 下列哪种材料可用于电气绝缘？A. 银B. 铜C. 陶瓷D. 铝答案：C3. 常用的建筑材料不包括以下哪种？A. 混凝土B. 钢筋D. 纸张答案：D4. 雷电传导材料主要采用的金属是：A. 铜B. 铝C. 铁D. 锡答案：A5. 下列哪种材料具有很高的导热性？A. 橡胶B. 木材C. 瓷砖D. 铜答案：D二、填空题1. 混凝土主要由水泥、砂、石料和______组成。

2. 钢筋混凝土是一种由钢筋和混凝土组合而成的______材料。

答案：复合3. 瓷砖是一种常用的______材料。

答案：装饰4. ______是一种常用的建筑保温材料。

答案：聚苯乙烯5. 木材通常由______和树皮组成。

答案：纤维素三、简答题1. 请简要介绍一下钢材的分类及用途。

答案：钢材可根据成分和用途进行分类。

按成分可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢等；按用途可分为结构钢、弹性元件用钢、耐热钢等。

这些钢材广泛应用于建筑、汽车制造、航空航天等领域。

2. 请解释一下混凝土的工作原理。

答案：混凝土是由水泥、砂、石料和水按一定比例混合而成的材料。

在加水后，水泥与砂、石料发生反应形成水化产物，填满砂石之间的空隙，使整个混凝土形成坚固的结构。

3. 请列举一些常见的建筑防水材料。

答案：常见的建筑防水材料包括沥青、聚合物涂料、防水卷材、水泥胶浆等。

这些材料具有防水、防潮、耐腐蚀等特性，常用于屋顶、墙面、地下室等防水处理。

四、解答题1. 请简要介绍一下砖的种类及特点。

答案：砖根据原料和用途的不同可分为硅酸盐砖、粘土砖、空心砖等。

硅酸盐砖具有耐高温、抗酸碱腐蚀的特点，常用于耐火建筑。

粘土砖具有保温、吸音的特性，广泛应用于民用建筑。

空心砖具有重量轻、隔热性好的特点，适用于建筑抗震。

2. 请简述一下钢筋和混凝土的作用以及二者的配合关系。

答案：钢筋用于增强混凝土的抗拉能力，防止混凝土在受拉时出现断裂。

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。

习题集部分参考答案吴超华老师提供1工程材料的分类与性能思考题1.写出下列力学性能符号所代表的力学性能指标的名称和含义。

答：σe: 弹性极限，试样发生最大弹性变形时对应的应力值。

σs: 屈服强度（屈服点），试样拉伸中载荷达到S点后，发生屈服现象，S点对应的应力值称为屈服强度。

σ0.2: 试验产生0.2%的残余塑性变形时对应的屈服强度σb: 抗拉强度，试样在断裂前所能承受的最大应力。

σ-1: 疲劳强度，材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。

δ: 伸长率，试样拉断后的标距伸长量与原始标距之比。

φ: 收缩率，试样拉断处横截面积的收缩量与原始横截面积之比。

α冲击韧性，材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。

KV：HRC: 洛氏硬度，在洛氏硬度计上，将顶角为1200的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬硬钢球压头在一定载荷F的作用下压入被测材料的表面，然后根据压痕的深度来测量所得的硬度值。

HV: 维氏硬度，将顶角为1360的正四棱锥金刚石压头以一定的载荷压入试样表面并保持一定的时间后卸除试验力，所使用的载荷与试样表面上形成的压痕的面积之比。

HBS: 布氏硬度，用一直径为D的标准钢球,以一定压力P将球在被测金属表面上经T 秒后，撤去压力，由于塑性变形,在材料表面形成一个凹印，用这个凹印的球形面积去除压力P，由所得值表示材料硬度。

2.低碳钢试验在受到静拉力作用直至拉断时经过怎样的变形过程？答：先是弹性变形阶段（Oe段）；然后是屈服阶段（es段）；再是强化阶段（sb段）；最后是缩颈阶段（bk段）。

如图1所示。

3.3. 通常把工程材料分为哪几类？各举二个例子。

答：工程材料一般分为金属材料、非金属材料和复合材料。

金属材料如汽车发动机的缸体、连杆、活塞和气门等。

非金属材料如各种塑料（公交车上的塑料座椅、汽车驾驶台的塑料面板和各种塑料玩具等）、橡胶（汽车轮胎、密封条等）、陶瓷（花瓶、唐三彩、瓷碗等）。

复合材料如碳纤维、玻璃钢和风力机叶片等。