机械工程材料作业整理
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机械工程材料作业及思考题大全讲解
作业及思考题
思考题
1.什么是强度？什么是硬度？硬度与耐磨性关系如何？ 2.实际晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对金属性能有什么影响？ 3.试比较下列铸造条件下(其它条件相同),铸件晶粒的大小。
① 金属模浇注与砂模浇注； ② 铸成薄壁件与铸成厚壁件； ③ 高温浇注与低温浇注； ④ 浇注时采用振动与不采用振动； 4.什么是热处理？有哪些常用的热处理方法？ 5.什么是晶粒度？晶粒大小对力学性能的影响如何？
W18Cr4V、GCr15、Cr12MoV
分别用20钢和45钢制造齿轮各一个，要求齿面具有高的硬度和耐
磨性，问应采用何种热处理工艺？热处理的目的是什么？热处理 后在组织和性能上有什么不同？
试卷三
试为下列工具选材，并确定热处理方式.
（1）锉刀； （2）丝锥； （3）滚动轴承； 4）自行车座簧 备选材料： 45、T8、T12、40Cr、9SiCr、 65Mn、W18Cr4V 、
11.什么是淬火临界冷却速度？
12. 两个碳质量分数为1.2％的碳钢薄试样，分别加热到 780℃和900℃，保温相同时间奥氏体化后，以大于淬火临 界冷却速度的速度冷却至室温。试分析：
① 哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大？ ② 哪个温度加热淬火后马氏体碳含量较多？ ③ 哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？ ④ 哪个温度加热淬火后未溶渗碳体较多？ ⑤ 你认为哪个温度加热淬火合适？为什么？
起加热到1000℃保温，当出炉后再次吊装工件时，钢丝绳发 生断裂，试分析其原因。
试卷二
简述化学热处理的基本过程。 什么是晶粒度？晶粒大小对金属的性能有何影响？ 指出下列各钢的种类,并指明有下划线的数字和符号的含义 。
①40Cr ②1Cr18Ni9Ti ③GCr15 ④T12A ⑤QT600-03 ⑥9SiCr
思考题
1.什么是强度？什么是硬度？硬度与耐磨性关系如何？ 2.实际晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对金属性能有什么影响？ 3.试比较下列铸造条件下(其它条件相同),铸件晶粒的大小。
① 金属模浇注与砂模浇注； ② 铸成薄壁件与铸成厚壁件； ③ 高温浇注与低温浇注； ④ 浇注时采用振动与不采用振动； 4.什么是热处理？有哪些常用的热处理方法？ 5.什么是晶粒度？晶粒大小对力学性能的影响如何？
W18Cr4V、GCr15、Cr12MoV
分别用20钢和45钢制造齿轮各一个，要求齿面具有高的硬度和耐
磨性，问应采用何种热处理工艺？热处理的目的是什么？热处理 后在组织和性能上有什么不同？
试卷三
试为下列工具选材，并确定热处理方式.
（1）锉刀； （2）丝锥； （3）滚动轴承； 4）自行车座簧 备选材料： 45、T8、T12、40Cr、9SiCr、 65Mn、W18Cr4V 、
11.什么是淬火临界冷却速度？
12. 两个碳质量分数为1.2％的碳钢薄试样，分别加热到 780℃和900℃，保温相同时间奥氏体化后，以大于淬火临 界冷却速度的速度冷却至室温。试分析：
① 哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大？ ② 哪个温度加热淬火后马氏体碳含量较多？ ③ 哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？ ④ 哪个温度加热淬火后未溶渗碳体较多？ ⑤ 你认为哪个温度加热淬火合适？为什么？
起加热到1000℃保温，当出炉后再次吊装工件时，钢丝绳发 生断裂，试分析其原因。
试卷二
简述化学热处理的基本过程。 什么是晶粒度？晶粒大小对金属的性能有何影响？ 指出下列各钢的种类,并指明有下划线的数字和符号的含义 。
①40Cr ②1Cr18Ni9Ti ③GCr15 ④T12A ⑤QT600-03 ⑥9SiCr
机械工程材料习题答案
机械工程材料习题答案第二章作业2－1常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点?－Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn各属何种结构? 答：常见晶体结构有3种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V⑵面心立方:－Fe、Al、Cu、Ni⑶密排六方:Mg、Zn2———7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。
第三章作业3－2 如果其它条件相同,试比较在下列铸造条件下,所得铸件晶粒的大小;⑴金属模浇注与砂模浇注;⑵高温浇注与低温浇注;⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分.答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好？试用多晶体塑性变形的特点予以解释.答:晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高,而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。
原因是：（1）强度高:Hall-Petch公式。
晶界越多,越难滑移。
（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散,减少应力集中。
(3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。
4－6 生产中加工长的精密细杠(或轴）时,常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂7～15天，然后再精加工.试解释这样做的目的及其原因?答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。
4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工(钨熔点是3410℃,锡熔点是232℃)?答:W、Sn的最低再结晶温度分别为:TR（W) =（0.4～0。
机械工程材料作业题
机械工程材料作业题第一章作业1、试述下列力学性能指标的定义：（1）弹性模量；定义：材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。
单位：达因每平方厘米。
意义：弹性模量可视为衡量材料（2）比例极限；拉伸曲线中OE 段，材料在不偏离应力与应变正比关系（胡克定律）条件下所能承受的最大应力。
即应力-应变曲线图中直线段的最大应力值。
（3）屈服点；具有屈服现象的金属材料，试样在拉伸过程中力不增加（保持恒定）仍能继续伸长时的应力，称屈服点。
若力发生下降时，则应区分上、下屈服点。
屈服点的单位为N/mm2（MPa）。
（4）屈服强度；屈服强度：是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力。
对于无明显屈服的金属材料，规定以产生0.2%残余变形的应力值为其屈服极限，称为条件屈服极限或屈服强度。
大于此极限的外力作用，将会使零件永久失效，无法恢复。
（5）抗拉强度；抗拉强度即表征材料最大均匀塑性变形的抗力，拉伸试样在承受最大拉应力之前，变形是均匀一致的，但超出之后，金属开始出现缩颈现象，即产生集中变形；对于没有（或很小）均匀塑性变形的脆性材料，它反映了材料的断裂抗力。
符号为Rm（GB/T 228-1987旧国标规定抗拉强度符号为σb），单位为MPa。
（6）延伸率和断面收缩率；延伸率（δ）是描述材料塑性性能的指标——延伸率δ和截面收缩率ψ。
延伸率即试样拉伸断裂后标距段的总变形ΔL与原标距长度L之比的百分数：δ=ΔL/L×100%。
材料的塑性指标之一。
材料受拉力断裂时断面缩小，断面缩小的面积与原面积之比值叫断面收缩率，老标准JB/T 6396-1992 中用ψ表示，新标准JB/T 6396-2006 中用Z表示，单位为%。
（7）疲劳极限；材料在受到随时间而交替变化的荷载作用时，所产生的应力也会随时间作用交替变化，这种交变应力超过某一极限强度而且长期反复作用即会导致材料的破坏，这个极限称为材料的疲劳极限。
机械工程材料第五章作业
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：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；马氏体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体；贝氏体：过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物；4）退火、正火、淬火、回火、调质处理；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Acm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；调质处理：淬火后的高温回火。
机械工程材料作业整理
机械工程材料作业整理作业一1.何谓失效？零件的失效方式有哪些？失效：在使用过程中因零件的外部形状尺寸和内部结构发生变化而失去原有的设计功能，使其低效工作或无法工作或提前退役的现象称为失效。
失效方式：（1）过量变形失效：a、过量弹性变形b、过量塑性变形（2）断裂失效：a、韧性断裂b、脆性断裂c、低应力断裂d、疲劳断裂e、蠕变断裂f、介质加速断裂（3）表面损伤失效：a、磨损失效b、腐蚀失效c、表面接触疲劳（4）物理性能降级：电磁、热等性能衰减2. 静载性能指标有哪些？它们分别与那种失效形式关联？1、刚度和强度指标刚度：弹性模量强度：比例极限，弹性极限，屈服强度，抗拉强度，断裂强度2、弹性和塑形指标弹性：弹性能塑形：断后伸长率，断面收缩率3、硬度指标失效形式强度：断裂、塑性变形塑性：塑性变形刚度：过量弹性变形硬度：磨损韧性和疲劳强度：断裂3. 过量弹性变形、过量塑性变形而失效的原因是什么？如何预防？失效的责任主要在于设计者的考虑不周、计算错误或选材不当，故防止措施主要应从设计方面考虑。
过量弹性变形产生变形的主要原因是材料刚度不够。
预防途径：1．选择合适的材料或结构2．确定适当的匹配尺寸3．采用减少变形影响的转接件，比如在系统中采用软管等柔性构件，可显著减少弹性变形的有害影响。
过量塑性变形产生变形的主要原因是材料的弹性极限，屈服强度不够。
预防途径：1．降低实际应力：降低工作应力；减少残余应力；降低应力集中。
2．提高材料的屈服强度：通过合金化、热处理等方法。
4. 何谓冲击韧性？如何根据冲击韧性来判断材料的低温脆性倾向？冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，即反映材料承受外来冲击负荷而不断裂的抵抗能力。
冲击韧性指标的实际意义在于揭示材料的变脆倾向。
材料的冲击吸收功随温度降低而降低，当温度低于韧脆转变温度时，材料由韧性状态变为脆性状态的现象，称为低温脆性。
从试样结果看（参见沈莲《机械工程材料》第三版P10图1-4）冲击韧性高的材料的低温脆性倾向小。
机械工程材料要点整理
机械工程材料要点整理
晶粒越细，材料的强度越高、塑性和韧性越好，即综合性能越好 强度：材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。 常用硬度： 布氏硬度（HBS）、洛氏硬度（HRC）、维氏硬度（HV） 120HBS10 / 1000 / 30 ：直径为 10mm 的钢球在 1000kgf 载荷作用下保持 30s 测得的布氏 硬度值为 120。 三种晶格的晶胞原子数、原子半径、致密度： 原子数 n 体心立方 面心立方 密排六方 2 4 6 原子半径 r
从获得的组织和性能方面考虑，亚共析钢、共析钢淬火加热温度的选择： 对于亚共析钢， 适宜的淬火加热温度为 AC3 以上 30 ~ 50 C ， 淬火可获得细小均匀的马氏 体组织， 如果淬火温度不足， 则淬火后的组织中将会出现铁素体， 造成硬度不足、 强度降低。 若淬火加热温度过高，获得粗大的马氏体组织，零件的性能变坏，同时容易引起零件的变形 和开裂。 对于共析钢， 适宜的淬火加热温度为 AC1 以上 30 ~ 50 C ， 淬火获得细小均匀的马氏体和 粒状的渗碳体的混组织，残留的奥氏体比较少，刚的硬度和耐磨性都比较高。如果淬火加热 温度过高，获得粗大的马氏体组织，同时容易引起零件的变形和开裂，而且由于二次渗碳体 全部溶解，使奥氏体的碳质量分数过高，从而降低了 Ms 点，增加了淬火钢中参与奥氏体的 数量，使钢的硬度和耐磨性降低。
组织，具有良好的综合力学性能。 比较共析碳钢过冷奥氏体连续冷却转变与等温转变的异同： 相同点是二者均是过冷奥氏体的转变， 前者是在一定温度下的等温转变， 后者是以一定 的冷却速度时的连续转变， 二者在本质上是一致的， 转变过程和转变产物的类型基本相互对 应。 二者的区别在于冷却条件的不同，其显著的区别主要有： 1、连续冷却转变曲线与等温转变曲线临界冷却速度不同，连续冷却转变为等温转变的 1.5 倍。 2、 连续冷却时， 过冷奥氏体是在一个温度范围内完成组织转变的， 其组织的转变很不均匀， 先转变的组织较粗，而后转变的组织较细，往往得到几种组织的混合物。 3、共析钢在连续冷却转变时，只有珠光体的转变而无贝氏体。这是因为共析钢贝氏体转变 的孕育期很长，当过冷奥氏体连续冷却通过贝氏体转变区内尚未发生转变时就已过冷到 Ms 点而发生马氏休转变，所以不出现贝氏体转变。 QT——球墨铸铁的牌号 钢中 S 、P 的质量分数对刚的质量有何影响： ． ． S 不溶于铁素体，硫与铁化合成硫化铁存在于钢中，FeS 的塑性差，因此含硫多的钢脆 性大。FeS 与 Fe 易形成低熔点的共晶体分布在奥氏体晶界上，当钢加热到约 1000℃进行热 压力加工时， 晶界上的共晶体已溶化， 晶粒间结合被破坏， 使钢材在加工过程中沿晶界开裂， 这种现象称为热脆性。 钢中的磷能全部溶于铁素体中。磷有强烈的固溶强化作用，使钢的强度、硬度增加，但 塑性、韧性则显著降低。这种脆化现象在低温时更为严重，故称为冷脆。 S、P 都是钢中的有害杂质，容易形成“热脆”和“冷脆” 。 奥氏体的形成（以共析钢为例） ： （P67—68） （1）奥氏体晶核形成，奥氏体优先在铁素体的渗碳体相界处形成； （2）奥氏体晶核的长大，奥氏体晶核通过原子扩散向铁素体和渗碳体方向长大； （3）残留渗碳体的溶解，铁素体先于渗碳体消失，而残留渗碳体随保温时间延长不断 溶解直至消失； （4）奥氏体成分的均匀化，渗碳体溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间保 温使奥氏体成分趋于均匀。 珠光体型组织分类： 珠光体 P 索氏体 S 托氏体 T 片层间距由大 到小 A1 ~650℃ 650℃~600℃ 600℃~550℃
晶粒越细，材料的强度越高、塑性和韧性越好，即综合性能越好 强度：材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。 常用硬度： 布氏硬度（HBS）、洛氏硬度（HRC）、维氏硬度（HV） 120HBS10 / 1000 / 30 ：直径为 10mm 的钢球在 1000kgf 载荷作用下保持 30s 测得的布氏 硬度值为 120。 三种晶格的晶胞原子数、原子半径、致密度： 原子数 n 体心立方 面心立方 密排六方 2 4 6 原子半径 r
从获得的组织和性能方面考虑，亚共析钢、共析钢淬火加热温度的选择： 对于亚共析钢， 适宜的淬火加热温度为 AC3 以上 30 ~ 50 C ， 淬火可获得细小均匀的马氏 体组织， 如果淬火温度不足， 则淬火后的组织中将会出现铁素体， 造成硬度不足、 强度降低。 若淬火加热温度过高，获得粗大的马氏体组织，零件的性能变坏，同时容易引起零件的变形 和开裂。 对于共析钢， 适宜的淬火加热温度为 AC1 以上 30 ~ 50 C ， 淬火获得细小均匀的马氏体和 粒状的渗碳体的混组织，残留的奥氏体比较少，刚的硬度和耐磨性都比较高。如果淬火加热 温度过高，获得粗大的马氏体组织，同时容易引起零件的变形和开裂，而且由于二次渗碳体 全部溶解，使奥氏体的碳质量分数过高，从而降低了 Ms 点，增加了淬火钢中参与奥氏体的 数量，使钢的硬度和耐磨性降低。
组织，具有良好的综合力学性能。 比较共析碳钢过冷奥氏体连续冷却转变与等温转变的异同： 相同点是二者均是过冷奥氏体的转变， 前者是在一定温度下的等温转变， 后者是以一定 的冷却速度时的连续转变， 二者在本质上是一致的， 转变过程和转变产物的类型基本相互对 应。 二者的区别在于冷却条件的不同，其显著的区别主要有： 1、连续冷却转变曲线与等温转变曲线临界冷却速度不同，连续冷却转变为等温转变的 1.5 倍。 2、 连续冷却时， 过冷奥氏体是在一个温度范围内完成组织转变的， 其组织的转变很不均匀， 先转变的组织较粗，而后转变的组织较细，往往得到几种组织的混合物。 3、共析钢在连续冷却转变时，只有珠光体的转变而无贝氏体。这是因为共析钢贝氏体转变 的孕育期很长，当过冷奥氏体连续冷却通过贝氏体转变区内尚未发生转变时就已过冷到 Ms 点而发生马氏休转变，所以不出现贝氏体转变。 QT——球墨铸铁的牌号 钢中 S 、P 的质量分数对刚的质量有何影响： ． ． S 不溶于铁素体，硫与铁化合成硫化铁存在于钢中，FeS 的塑性差，因此含硫多的钢脆 性大。FeS 与 Fe 易形成低熔点的共晶体分布在奥氏体晶界上，当钢加热到约 1000℃进行热 压力加工时， 晶界上的共晶体已溶化， 晶粒间结合被破坏， 使钢材在加工过程中沿晶界开裂， 这种现象称为热脆性。 钢中的磷能全部溶于铁素体中。磷有强烈的固溶强化作用，使钢的强度、硬度增加，但 塑性、韧性则显著降低。这种脆化现象在低温时更为严重，故称为冷脆。 S、P 都是钢中的有害杂质，容易形成“热脆”和“冷脆” 。 奥氏体的形成（以共析钢为例） ： （P67—68） （1）奥氏体晶核形成，奥氏体优先在铁素体的渗碳体相界处形成； （2）奥氏体晶核的长大，奥氏体晶核通过原子扩散向铁素体和渗碳体方向长大； （3）残留渗碳体的溶解，铁素体先于渗碳体消失，而残留渗碳体随保温时间延长不断 溶解直至消失； （4）奥氏体成分的均匀化，渗碳体溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间保 温使奥氏体成分趋于均匀。 珠光体型组织分类： 珠光体 P 索氏体 S 托氏体 T 片层间距由大 到小 A1 ~650℃ 650℃~600℃ 600℃~550℃
机械工程材料_习题集答案
作业01 力学性能 参考答案一、下列情况分别是因为哪一个力学性能指标达不到要求？1. 紧固螺栓使用后发生塑性变形。
( 屈服强度 )2. 齿轮正常负荷条件下工作中发生断裂。
( 疲劳强度 )3. 汽车紧急刹车时，发动机曲轴发生断裂。
( 冲击韧度 )4. 不锈钢圆板冲压加工成圆柱杯的过程中发生裂纹。
( 塑性 )5. 齿轮工作在寿命期内发生严重磨损。
( 硬度 )二、下列现象与哪一个力学性能有关？1. 铜比低碳钢容易被锯割。
( 硬度 )2. 锯条易被折断，而铁丝不易折断。
( 塑性 )p151-4 甲、乙、丙、丁四种材料的硬度分别为45HRC 、90HRB 、800HV 、240HBS ，试比较这四种材料硬度的高低。
答： 45HRC →HV ： 90HRB →HB ： 183901307300HRB 1307300HB ≈-=-=所以，800HV ＞45HRC ＞240HBS ＞90HRB作业02a 金属结构与结晶 参考答案一、判断题（ × ）1. 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
（ × ）2. 室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越低。
二、选择题（ b ）1. 金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将：a. 越高b. 越低c. 越接近理论结晶温度（ b ）2. 为细化晶粒，可采用：a. 快速浇注b. 加变质剂c. 以砂型代金属型（c ）3. 晶体中的位错属于：a. 体缺陷b. 面缺陷c. 线缺陷d. 点缺陷三、填空题1. 晶体与非晶体结构上的最根本的区别是，晶体内原子排列是：（有规则、周期性的）。
2. γ-Fe的一个晶胞原子数=（4 ）。
3. α-Fe、Al、Cu、Ni、V、Mg、Zn各属何种晶体结构：体心立方：（α-Fe、V ）；面心立方：（Al、Cu、Ni ）；密排六方：（Mg、Zn ）4. 实际金属晶体中存在：（点、线、面）三种缺陷，引起晶格（畸变）。
5. 结晶过程是靠两个密切联系的基本过程来实现的，它们是：（形核）和（晶核长大）。
西南交大机械学院工程材料第三章作业
西南交大机械学院工程材料第三章作业工程材料作业1.什么是机械工程材料?试举几种常见工程材料并简述其作用。
答：机械工程材料：用于制造各类机械零件、构件的材料和在机械制造过程中所应用的工艺材料。
举例：（1）高分子塑料，可制造某些机器零件或构件的工程材料；（2）陶瓷，可以制造工具、用具，在一些特殊情况下可以作为结构材料；（3）合成纤维：合成纤维五十年来在全世界得到了迅速的发展，已成为纺织工业的主要原料。
它广泛用于服装、装饰和产业三大领域，它的使用性能有的已经超过了天然纤维。
（4）金属陶瓷：金属陶瓷广泛地应用于火箭、导弹、超音速飞机的外壳、燃烧室的火焰喷口等地方。
2.围绕材料与工程的核心关系是什么？答：结构-性能3.机械零件用工程材料的常见失效形式有哪些? 并简述其特点.答：零件的失效形式比较复杂，根据零件破坏的特点、所受载荷的类型以及外在条件，零件的失效形式可归纳为变形失效、断裂失效和表面损伤失效三大类型。
①变形失效（1）过量弹性变形失效金属零件或构件在外力作用下总要发生弹性变形。
在一些机器结构中有时需要选用弹性模量小、强度高并能承受较大弹性变形的材料来制造弹性元件，如各种弹簧；但大多数零件在工作时要限制其过量的弹性变形，即要求有足够的刚度，如镗床的镗杆，车床的主轴，若发生过大的弹性变形会影响被加工零件的精度。
（2）塑性变形失效塑性变形失效是零件的实际工作应力超过材料的屈服强度引起的。
因此，屈服强度是衡量材料承载能力的重要力学性能指标。
（3）蠕变失效过量蠕变失效是零件或构件在高温、长时间在力的作用下产生的缓慢塑性变形失效。
过量变形失效是非突发性失效，一般不会造成灾难性事故，但有时塑性变形失效和过量蠕变失效也可能造成灾难性事故，需加以注意。
②断裂失效（1）塑性断裂失效零件在所受应力超过其断裂强度，在断裂前有一定程度的塑性变形的失效称为塑性断裂失效。
（2）脆性断裂失效断裂前无明显的塑性变形，它是突然发生的断裂，断裂时名义应力低于或远低于材料的屈服极限。
[电子科技大学]20秋《机械工程材料》在线作业1
20秋《机械工程材料》在线作业1
一、单选题 1.能使单晶体产生塑性变形的应力为()。 A.正应力 B.切应力 C.复合应力 答案：B
2.塑料的使用状态是()。 A.玻璃态 B.高弹态 C.粘流态 答案：A
3.对截面不大、形状复杂、变形要求严格的零件，应采用()。 A.油中淬火 B.盐水中淬火 C.碱浴中淬火 答案：C
7.过冷奥氏体等温转变的产物中下贝氏体的综合机械性能最好。 答案：正确
8.调制钢加入合金元素主要是考虑提高其红硬性。 答案：错误
9.金属发生滑移的可能性越大，塑形就越好。 答案：正确
10.间隙相不是一种固溶体，而是一种金属化合物。 答案：正确
7.金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将()。 A.越高 B.越低 C.越接近理论结晶温度 答案：B
8.机架和机床的床身应选用()。 A.白口铸铁 B.灰口铸铁 C.麻口铸铁
答案：B
9.圆板牙选用()。 A.T8A B.9SiCr C.Cr12 答案：B
10.在面心立体晶格中，原子密度最大的晶向是()。 A.100 B.110 C.111 答案：C
二、多选题 1.材料韧化的方法有()。 A.形变热处理 B.复相热处理 C.细化晶粒 D.调整化学成分 答案：ABCD
2.铁素体的机械性能特点是()。 A.强度低 B.塑形好 C.硬度高 D.具有铁磁性 答案：ABD
3.生产中应用较多的硬度测定方法有()。 A.布氏硬度 B.洛氏硬度 C.维氏硬度 D.显微硬度 答案：ABCD
2.金属的晶格位错越大，则强度越高。 答案：正确
3.晶体缺陷都能引起晶格畸变。 答案：正确
4.经退火后再高温回火的钢，能得到回火索氏体，具有良好的综合机械性能。 答案：正确
一、单选题 1.能使单晶体产生塑性变形的应力为()。 A.正应力 B.切应力 C.复合应力 答案：B
2.塑料的使用状态是()。 A.玻璃态 B.高弹态 C.粘流态 答案：A
3.对截面不大、形状复杂、变形要求严格的零件，应采用()。 A.油中淬火 B.盐水中淬火 C.碱浴中淬火 答案：C
7.过冷奥氏体等温转变的产物中下贝氏体的综合机械性能最好。 答案：正确
8.调制钢加入合金元素主要是考虑提高其红硬性。 答案：错误
9.金属发生滑移的可能性越大，塑形就越好。 答案：正确
10.间隙相不是一种固溶体，而是一种金属化合物。 答案：正确
7.金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将()。 A.越高 B.越低 C.越接近理论结晶温度 答案：B
8.机架和机床的床身应选用()。 A.白口铸铁 B.灰口铸铁 C.麻口铸铁
答案：B
9.圆板牙选用()。 A.T8A B.9SiCr C.Cr12 答案：B
10.在面心立体晶格中，原子密度最大的晶向是()。 A.100 B.110 C.111 答案：C
二、多选题 1.材料韧化的方法有()。 A.形变热处理 B.复相热处理 C.细化晶粒 D.调整化学成分 答案：ABCD
2.铁素体的机械性能特点是()。 A.强度低 B.塑形好 C.硬度高 D.具有铁磁性 答案：ABD
3.生产中应用较多的硬度测定方法有()。 A.布氏硬度 B.洛氏硬度 C.维氏硬度 D.显微硬度 答案：ABCD
2.金属的晶格位错越大，则强度越高。 答案：正确
3.晶体缺陷都能引起晶格畸变。 答案：正确
4.经退火后再高温回火的钢，能得到回火索氏体，具有良好的综合机械性能。 答案：正确
第1章 机械工程材料作业
第1章 机械工程材料 作业1．常见的金属晶格类型有哪些？说明其特征。
答：常见的金属晶格类型有三种：（1）体心立方晶格。
它的晶胞是一个立方体，在立方晶胞的八个顶点和中心各有一个原子。
（2）面心立方晶格。
它的晶胞是一个立方体，在立方晶胞的八个顶点和六个面的中心各有一个原子。
（3）密排六方晶格。
它的晶胞是六棱柱体，在棱柱体的十二个棱角上，上下两个面的中心各有一个原子。
2．何谓过冷度？它与冷却速度有何关系？它对铸件晶粒大小有何影响？比较普通铸铁件表层和心部晶粒的大小。
答：在极其缓慢的冷却条件下测得的结晶温度称为理论结晶温度T 0，在实际冷却条件下测得的洁净温度称为实际洁净温度T 1，T 1 总是低于T 0，T 0 与T 1之差称为过冷度。
金属液体的冷却速度越大，T 1就越低，△T 也就越大。
增加过冷度能使晶核形成速度大于长大速度,使晶核数量相对增多,可起到细化晶粒的目的.普通铸铁件表层结晶温度低,心部结晶温度高,所以表层的晶粒小于心部的晶粒.3． 何谓金属的同素异构转变？试写出纯铁的同素异构转变过程。
答：一些金属在固态下的晶体结构随温度发生变化的现象称为同素异构转变。
纯铁的同素异构转变如下：密排六方晶格面心立方晶格体心立方晶格FeFeFeL C C -−−→−-−−→−-→αγδ0091213944．试述固溶强化和细化强化的原理。
答：固熔强化：在一种固熔体的晶格中熔入了另一种元素的原子，必然会造成晶格的畸变，晶格畸变必然导致合金的强度、硬度升高。
这种溶质原子使固溶体的强度和硬度升高的现象称为固溶强化。
固溶强化是强化金属材料的重要途径之一。
细化强化：由于多晶粒是由许多不同的晶核长成的晶粒所组成的，因此晶粒的大小会对金属力学性能产生很大的影响。
一般情况下，金属晶粒越细，金属的强度越高，塑性、韧性越好。
细化强化是通过采取细化晶粒的措施来提高金属材料的硬度和强度.通常采用增加过冷度、进行孕育处理和金属的同素异构转变等措施。
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作业一1.何谓失效?零件得失效方式有哪些?失效：在使用过程中因零件得外部形状尺寸与内部结构发生变化而失去原有得设计功能,使其低效工作或无法工作或提前退役得现象称为失效。
失效方式:（１）过量变形失效：a、过量弹性变形b、过量塑性变形(2）断裂失效:a、韧性断裂ｂ、脆性断裂c、低应力断裂ｄ、疲劳断裂e、蠕变断裂f、介质加速断裂（３)表面损伤失效：a、磨损失效b、腐蚀失效ｃ、表面接触疲劳（4）物理性能降级:电磁、热等性能衰减２、静载性能指标有哪些？它们分别与那种失效形式关联?１、刚度与强度指标刚度：弹性模量强度：比例极限,弹性极限，屈服强度，抗拉强度，断裂强度2、弹性与塑形指标弹性:弹性能塑形：断后伸长率,断面收缩率3、硬度指标失效形式强度：断裂、塑性变形塑性:塑性变形刚度：过量弹性变形硬度：磨损韧性与疲劳强度：断裂3、过量弹性变形、过量塑性变形而失效得原因就是什么？如何预防？失效得责任主要在于设计者得考虑不周、计算错误或选材不当,故防止措施主要应从设计方面考虑。
过量弹性变形产生变形得主要原因就是材料刚度不够。
预防途径:1．选择合适得材料或结构2．确定适当得匹配尺寸3．采用减少变形影响得转接件，比如在系统中采用软管等柔性构件,可显著减少弹性变形得有害影响。
过量塑性变形产生变形得主要原因就是材料得弹性极限,屈服强度不够.预防途径：1．降低实际应力:降低工作应力；减少残余应力；降低应力集中.2．提高材料得屈服强度：通过合金化、热处理等方法。
4、何谓冲击韧性?如何根据冲击韧性来判断材料得低温脆性倾向?冲击韧性就是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功与断裂功得能力,即反映材料承受外来冲击负荷而不断裂得抵抗能力。
冲击韧性指标得实际意义在于揭示材料得变脆倾向.材料得冲击吸收功随温度降低而降低，当温度低于韧脆转变温度时,材料由韧性状态变为脆性状态得现象，称为低温脆性。
从试样结果瞧(参见沈莲《机械工程材料》第三版Ｐ10图1-4)冲击韧性高得材料得低温脆性倾向小。
但如果在低温条件下使用得零件，设计要考虑冲击韧性与韧脆转变温度。
作业二1.何谓断裂韧性？影响脆断得主要因素有哪些？材料抵抗裂纹扩展断裂得韧性性能称为断裂韧性.就是材料抵抗脆性破坏得韧性参数。
通常主要以断裂韧度来衡量。
影响脆断得主要因素有:１、加载方式与材料本质：冶金缺陷会引起冷脆，比如过热引起晶粒异常长大，非金属夹杂物颗粒沿晶界析出；有害杂质元素沿晶界偏聚,减弱了晶界结合力等。
2、温度与加载速度：降低使用温度与增加加载速度都会引起材料脆断倾向增大。
３、应力集中4、零件尺寸设计不合理2.压力容器钢得σＳ=1０００MPa,K IC＝170MPａ•ｍ1/2 ；铝合金得σS=４00MPa，K IC =２5MPａ•ｍ１/２。
试问这两种材料制作压力容器时发生低应力脆断时裂纹得临界尺寸就是多少设裂纹得几何形状因子Ｙ=π1/2？哪一种材料更适合做压力容器?解:裂纹得临界尺寸a c＝(K IC/Ｙ*σＳ）２压力容器钢: a c＝（170／（1、77＊1００0)２=0、00９２m铝合金: a c=(25／（1、７7*400)２=0、00１２m由于压力容器钢得零件允许存在得裂纹最大尺寸大于铝合金得，所以压力容器钢更适合做压力容器。
3.查资料,到现场(汽车系、机械系、材料系实验室),从下列汽车零件中任选一种,分析它在使用中得主要失效形式，您选材时主要考虑哪些主要力学性能，为什么?变速箱齿轮，驾驶室外壳（车身),发动机中得活塞,发动机缸体，发动机缸盖,曲轴,半轴，减振弹簧（钢板弹簧)常见汽车零件得工作条件及失效形式：1、ﻩ齿轮工作条件、失效形式及性能要求齿轮就是汽车中应用最广得零件之一，主要用于传递扭矩与调节速度。
（1）工作条件1）由于传递扭矩，齿根承受较大得交变弯曲应力;2）齿面相互滑动与滚动,承受较大得交变接触力及强烈得摩擦；３）由于换档、启动或啮合不良,齿部承受一定得冲击；(2)主要失效形式1）疲劳断裂主要发生在齿根。
它就是齿轮最严重得失效形式；２)齿面磨损;3）齿面接触疲劳破坏;4）过载断裂；（3）性能要求１)高得弯曲疲劳强度２)高得接触疲劳强度与耐磨性3)齿轮心部要有足够得强度与韧性4) 较好得热处理性能，热处理变形小。
2、汽车发动机曲轴得工作条件、失效形式及性能要求(1)工作条件1)承受弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击等交变应力。
2)曲轴颈与轴承发生滑动摩擦3）承受一定得冲击载荷（２）主要失效形式1)疲劳断裂长期受扭转与弯曲交变载荷作用2)磨损失效轴颈严重磨损(3)对曲轴用材料性能要求1)高得强度；2)一定得冲击韧度；３）足够得弯曲、扭转疲劳强度；4）足够得刚度；轴径表面有高得硬度与耐磨性。
3、汽车弹簧零件得工作条件、失效形式及性能要求（1)工作条件１）弹簧在外力作用下，压缩、拉伸、扭转时材料将承受很大得弯曲应力或扭转应力.2)缓冲、减震或复原用得弹簧,承受很大得交变应力与冲击载荷得作用（2）主要失效形式1)刚度不足引起得过度变形２）疲劳断裂（3）对弹簧用材性能要求1）高得弹性极限与屈强比(σs/σb）2）高得疲劳强度3）好得表面质量4)良好得耐蚀性与耐热性４、半轴零件得工作条件、失效形式及性能要求（1）半轴得工作条件1）工作时主要受交变弯曲与扭转应力得复合作用;2)轴与轴上零件有相对运动，相互间存在摩擦与磨损;3)轴在高速运转过程中会产生振动, 使轴承受冲击载荷;4)多数轴会承受一定得过载载荷.（2）半轴得失效方式1)长期交变载荷下得疲劳断裂（包括扭转疲劳与弯曲疲劳断裂）；2）大载荷或冲击载荷作用引起得过量变形、断裂;３）与其它零件相对运动时产生得表面过度磨损。
(3)半轴得性能要求1）综合机械性能：足够强度、塑性与一定韧性,以防过载断裂、冲击断裂；2）高疲劳强度，对应力集中敏感性低，以防疲劳断裂；３)表面要有高硬度、高耐磨性, 以防磨损失效;4）足够淬透性，良好切削加工性能,价格便宜。
5、活塞零件得工作条件、失效形式及性能要求（1)活塞得工作条件活塞在高温、高压、高速、润滑不良得条件下工作。
1）活塞直接与高温气体接触,瞬时温度可达2500K以上，因此，受热严重，而散热条件又很差,所以活塞工作时温度很高,顶部高达60０~7０0K，且温度分布很不均匀; ２）活塞顶部承受气体压力很大，特别就是做功行程压力最大，汽油机高达3~5MPa,柴油机高达6~9ＭPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力得作用;３)活塞在气缸内以很高得速度(8～12m/s）往复运动,且速度在不断地变化,这就产生了很大得惯性力,使活塞受到很大得附加载荷。
活塞在这种恶劣得条件下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷与热应力,同时受到燃气得化学腐蚀作用。
(2)活塞失效形式1)活塞顶面裂纹；2）活塞环槽过度磨损;3）活塞销座裂纹,销孔咬合；4)环岸与裙部脆断.(3)活塞得性能要求1)要有足够得强度、刚度、质量小、重量轻,以保证最小惯性力.２）导热性好、耐高温、高压、腐蚀，有充分得散热能力,受热面积小。
3）活塞与活塞壁间应有较小得摩擦系数。
4)温度变化时,尺寸、形状变化要小，与汽缸壁间要保持最小得间隙。
５)热膨胀系数小，比重小,具有较好得减磨性与热强度。
6、发动机缸体零件得工作条件、失效形式及性能要求（1)发动机缸体得工作条件缸体通常在处于高温、高载荷、磨损剧烈得状态下工作，承受较大得热冲击作用与承受较大得压力，同时工作在液体油得沉浸下，工作环境潮湿.（2）发动机缸体失效形式１)过量变形；２）缸体渗漏(3）发动机缸体得性能要求1）要有足够高得刚度、强度、硬度，高得耐磨性；2)配气机构能够准时得进气排气，气缸内密封性好，无漏油；3）缸体工作时内部高压高温,因此需要有良好得散热条件；4）良好得减震性;４)发动机缸体形状复杂,因此要便于成型.7、发动机缸盖零件得工作条件、失效形式及性能要求(1)发动机缸盖得工作条件缸盖安装在缸体得上面,从上部密封气缸并构成燃烧室。
它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大得热负荷与机械负荷.（2）发动机缸盖失效形式过量塑性变形，拆卸后重装密封性下降;(3）发动机缸盖得性能要求1）高得高温强度;2）好得密封性；３)良好得导热性;4）发动机缸盖形状复杂，因此要便于成型。
８、汽车车身得工作条件、失效形式及性能要求（1)汽车车身得工作条件汽车车身既就是外观装饰性得零件，又就是封闭薄壳状得受力零件。
它主要起得就是支撑作用以及防止在行驶过程中损坏与驾驶人在冲击过程中受到伤害得作用。
由于长期暴露在空气中，所以要求有一定得防腐蚀作用，当然其形状得设计也要符合一定得力学规律,即减少在行驶过程中得受力，用以降低损耗.（2)汽车车身得失效形式1)一般在长时间工作后由于受到内部震动影响容易出现部分部位脱焊得状况，直接导致失效;２）部分区域应力集中发生非弹性变形、扭曲；3）磨损、锈蚀也就是其常见得一种失效形式。
(3)汽车车身得性能要求由于汽车车身具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大与表面质量要求高等特点，所以要求有以下性能:1)足够得强度;２）良好得塑性与韧性，良好得冲压性能；3）一定得刚性与尺寸稳定性;4）良好得焊接性能；作业31、有一根轴向尺寸很大得轴(圆形截面杆件各截面中心点得连线叫轴线，沿这个方向叫轴向;自截面中心点放射方向叫径向。
自杆件端点到轴线上某点得距离长短叫轴向尺寸）,在50０℃温度下工作,承受交扭转载荷与交变弯曲载荷，轴颈处(轴与轴承配合得部分)承受摩擦力与接触压应力，试分析此轴得失效形式可能有几种?设计时需要考核哪几个力学性能指标？答:根据其工作条件，此轴失效方式主要就是疲劳断裂与轴颈处磨损,也可能出现冲击过载断裂，塑性变形或高温蠕变。
从失效分析瞧,设计时需要考核力学性能指标：高得疲劳强度，防止疲劳断裂；优良得综合力学性能,即较高得屈服强度与抗拉强度、较高得韧性，防止塑性变形与冲击过载断裂;轴颈处具有高得硬度与耐磨性,防止磨损失效;高得蠕变抗力、耐蚀性等.2、实际晶体中得晶体缺陷有哪几种类型,它们分别对金属材料力学性能有何影响?试分别举一例在实际生产（生活）得应用。
答:实际晶体中偏离理想完整点阵得部位或结构称为晶体缺陷。
根据缺陷在晶体中分布得几何特点, 可将其分为3大类, 即点缺陷、线缺陷与面缺陷。
点缺陷会使周围得晶格发生畸变，进而使位错运动时阻力增大,从而引起材料强度、硬度上升，塑性、韧性下降。
生产中固溶强化就就是利用此原理，比如热处理（淬火）;加合金元素固溶于奥氏体、铁素体、马氏体中，产生固溶强化。
位错就是一种及重要得晶体缺陷,它对金属得塑性变形，强度与断裂有很重要得作用,塑性变形就其原因就就是位错得运动,而强化金属材料得基本途径之一就就是阻碍位错得运动。