工程材料及机械制造基础复习思考题答案

《工程材料及机械制造基础》复习思考题（Ⅰ）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。

1.分析图示轨道铸件热应力的分布,并用虚线表示出铸件的变形方向.工艺上如何解决?轨道上部较下部厚,上部冷却速度慢,而下部冷却速度快.因此,上部产生拉应力,下部产生 压应力.变形方向如图.反变形法5 .如图一底座铸铁零件,有两种浇注位置和分型面方案,请你选择一最正确方案,并说明理由.方案(n)最正确..理由：方案(I )是分模造型,上下铸件易错边,铸件尺寸精度差.方案(n)是整模造型,铸件尺寸精度高.内腔无需砂芯成型,它是靠 上、下型自带砂芯来成形.6 .以下图为支架零件简图.材料 HT20O,单件小批量生产.(1)选择铸型种类(2)按模型分类应采用何种造型方法(3)在图中标出分型面、浇注位置、加工余量(1)砂型铸造,(2)整模造型(3)分型面、浇注位置、加工余量：见图9 .如图,支架两种结构设计.(1)从铸件结构工艺性方面分析,何种结构较为合理简要说明理由.(2)在你认为合理的结构图中标出铸造分型面和浇注位置.号।^^4平(1 ) (b)结构较为合理.由于它可省去悬臂砂芯.'12.如下图铸件结构是否合理如不合理,请改正并说明理由.铸件上部太厚,易形成缩孔,壁厚不均匀易造成热应力.可减小上部壁厚,同时设增强筋.无结构圆角,拐弯处易应力、开裂.设圆角.3.某厂铸造一个①1500mm 勺铸铁顶盖,有图示两个设计方案,分析哪个方案的结构工艺性 好,简述理由.(a)图合理(b)图结构为大的水平面,不利于金属液体的充填,易造成浇缺乏、冷隔等缺陷；不利于金属夹杂物和 气体的排除,易造成气孔、夹渣缺陷；大平面型腔的上外表,因受高温金属液的长时间烘烤,易开裂 使铸件产生夹砂结疤缺陷.7 .图示铸件的两种结构设计,应选择哪一种较为合理为什么?(2)见图.分型面. 浇注位置(说明：浇注位置上、下可对调)(b)零件二：(a)合理.凸台便于起模,而 a 图所示的凸台需用活块或增加外部芯子才能起模.8 .改正以下砂型铸造件结构的不合理之处.并说明理由(a)图：铸件外形应力求简单,尽量不用活块和型芯.图a 上凸台阻碍起模,需采用活块或型芯或三箱造型.将外凸改为内凸,有利于外形起模,且不影响内腔成形.(b)图：凸台结构应便于起模.图示的凸台需用活块或增加外部芯子才能起模.将凸台延长到分型面,省去了活块或芯.9 .改正以下砂型铸造件结构的不合理之处.并说明理由(a)图：减少铸件分型面的数量,可以降低造型工时,减少错箱、偏芯等缺陷,提升铸件的尺寸精度.(b)图：设计时应尽量分散和减少热节,预防多条筋互相交叉,预防产生热应力和缩孔与缩松.10 .改正以下砂型铸造件结构的不合理之处.并说明理由(b)合理.它的分型面是一平面,可减少造型工作量,降低模板制造费用.〔b 〕〔a 〕图：凸台结构应便于起模.图示的凸台需用活块或增加外部芯子才能起模.将凸台延长到分型面,省去了活块或芯.〔b 〕图：铸件壁不宜过厚,否那么易引起晶粒粗大,还会出现缩孔、缩松、偏析等缺陷,使铸件的力学性 能下降；过厚的铸件壁,还会造成金属的浪费.1 .如图单件小批量生产的阶梯轴,试确定锻造方法,定性地绘出锻件图〔可就在原图基 础上画〕,并指出需采用哪些工序才能锻成〔原始坯料为圆钢〕自由锻下料、拔长、两端压肩、局部拔长、切头2 .图示锻造零件,单件生产.确定锻造方法及锻造工序〔工步〕 ,绘制锻件简图.〔所有面均加工〕3 .图示锻造零件,大批量生产.确定锻造方法及锻造工序〔工步〕,并绘制锻件工艺简图.〔所有面均加工〕I⑹自由锻 下料、锻粗、冲孔、扩孔.锤上模锻下料一终锻一切飞边一冲孔连皮分型面、加工余量、冲孔连皮、拔模斜度如图.9.简述锤上模锻件分型面的选择原那么.标出以下图所示锤上模锻件的分模面.应取最大截面为分模面,保证锻件顺利地从模膛取出;应使模膛深度最浅；锻件上所加的敷料最少；使上下模膛的轮廓相同；分模面尽量为一平面 .10.试为以下图所示模锻件选择合理的分模面位置.(a)(b)(c)19.以下图所示自由锻件的两种结构,哪一个合理为什么?(2)(b)合理.自由锻无法锻出图(a)的增强筋.20.以下图所示自由锻件的两种结构,哪一个合理为什么?(1)(b)合理.几何体的交接处不应形成空间曲线(2)(a)合理.预防零件具有薄壁、高筋、凸起等不良结构.21.如下图锻件,在大批量生产时,其结构是否适于模锻的工艺要求如有不当,请修改并简述理由.其结构不适于模锻的工艺要求.零件轮辐过于扁薄,薄壁局部金属模锻时容易冷却,不易充满模膛.非加工外表间所形成的角应按模锻圆角来进行设计.零件上与锤击方向平行的非加工外表,应设计出模锻斜度.22.改良以下自由锻零件的结构工艺性,并说明理由.(1) (a)合理.自由锻无法锻出图(b)的锥体结构(b)(a)(b)⑴自由锻件⑵模锻件(a)几何体的交接处不应形成空间曲线.(b)锻件的横截面积有急剧变化或形状较复杂时,成形后,再用焊接方式构成整体零件.23.改良以下自由锻零件的结构工艺性,并说明理由.ITT(a) 几何体的交接处不应形成空间曲线.(b)锻件的横截面积有急剧变化或形状较复杂时,应设计成由数个简单件构成的组合体, 每个简单件锻制成形后,再用机械联接方式构成整体零件.24.改良以下自由锻零件的结构工艺性,并说明理由.应设计成由数个简单件构成的组合体, 每个简单件锻制自由锻件(b)冲压件排样〔a〕几何体的交接处不应形成空间曲线.〔b〕排样应合理,使废料最少.25.请纠正原结构错误./I瓶自由锻件冲压件模锻件〔孔径2口加,孑/第ftJrnu〕〔自由锻件〕【冲底件〕［模锻件〕30.为减少焊接应力与变形.以下图焊件应采用何焊接顺序如不采用此顺序可能会出现何种问题?焊接顺序：1-2-3-4-5-6-7-8.可减少角变形.〔温度分布均衡,开始焊接时产生的便形可被后来焊接部位的变形所抵消〕.如不采用此顺序可能会出现角变形.31.为减少焊接应力与变形.以下图焊件应采用何焊接顺序如不采用此顺序可能会出现何种问题焊接顺序：1-2.如采用2-1 ,那么焊1时,焊件I 、n 横向收缩收缩受阻产生应力,甚至造成焊缝交叉处产生裂纹.32 .如图,拼焊板件是否合理为什么如不合理,应怎样改变其合理的焊接次序是什么不合理.焊缝密集交叉,会造成金属过热,加大热影响区,使组织恶化；焊接应力大.焊缝布置如图焊接次序是：先焊垂直焊缝,然后焊两条水平焊缝.33 .以下图所示为低碳钢丁字梁焊接件,焊后会产生如下图的弯曲变形,试分析产生弯曲变 形的原因,如何矫正所产生的变形原因：丁字梁焊缝集中在下部,焊缝分布不对称.焊后焊缝冷却收缩受到低温局部的阻碍.焊缝区纵向受拉应力,远离焊缝区受压应力.焊缝区产生压缩变形,远离焊缝区产生拉伸变 形.矫正：火焰矫正法.加热区如图.加热处在冷却收缩时产生反向变形以矫正原有的变形.机械矫正法.在压力机上施加外力矫正.34 .在图中标出图示T 字形焊接梁可能出现的焊接变形方向,并说明原因.列举矫正变形的工艺方法. 111L 1 J L L L t E.LJHI焊缝变形方向如图虚线.T 形梁焊缝集中在下部,焊缝分布不对称.焊后焊缝冷却收缩受到低温局部的阻碍.焊 缝区纵向受拉应力,远离焊缝区受压应力.焊缝区产生压缩变形,远离焊缝区产生拉伸 变形.矫正：火焰矫正法.机械矫正法.35 .以下图所示的两种焊接结构中哪种比拟合理为什么(a)结构合理.由于对接接头好于搭接接头.36 .以下图所示两种焊接结构,哪一个合理为什么?(1) (b)合理.焊缝应避开应力集中的转角位置,以预防焊接应力与外加应力相互叠加,造成过大的应力而开裂.(2)(b)合理.焊缝布置尽可能分散, 预防密集交叉.焊缝集中分布容易使接头过热,力学性能降低,甚至出现裂纹.焊缝位置尽可能对称分布,焊缝的对称布置可以使各条焊缝的焊接变形相抵消,对减(a)小焊接变形有明显的效果.37.如图焊接结构,何种较合理简要分析其原因.(1)b 合理焊缝应尽量避开最大应力部位,以预防焊接应力与外加应力相互叠加,造成过大的应力而开裂.(b)a 合理焊缝应尽量避开机械加工面,以预防焊接应力和变形对已加工外表精度的影响.38 .如图焊接件采用焊条电弧焊,何种方案较合理简要分析其原因.(1)b 合理焊缝应尽量避开最大应力部位,以预防焊接应力与外加应力相互叠加,造成过大的应力而开裂.(2)b 合理焊缝尽可能分散布置,预防密集交叉.焊缝集中分布容易使接头过热,力学性能降低,甚至出现裂纹.39 .如图焊接结构,何种较合理简要分析其原因.(1)a 合理焊缝位置应考虑各焊接过程中对熔化金属的保护.埋弧焊时应考虑接头处容易存放焊剂、保持熔融合金和熔渣；(2)a 合理焊缝位置应考虑焊接所需要的施焊操作空间.手工电弧焊时需考虑留有定焊接空间,以保证焊条的运行自如.40 .如图焊接结构,何种较合理简要分析其原因.(1)a 合理焊缝位置应考虑焊接所需要的施焊操作空间.点焊时应考虑电极安放.(2)a 合理焊缝位置应考虑各焊接过程中对熔化金属的保护.气体保护焊时应考虑气体的保护效果.(b⑴埋弧焊(2)焊条电邨焊(a)不合理焊缝位置应考虑焊接所需要的施焊操作空间.手工电弧焊时需考虑留有一 定焊接空间,以保证焊条的运行自如. (b)不合理焊缝应尽量避开机械加工面,以预防焊接应力和变形对已加工外表精度的影响.(a) 不合理焊缝位置应考虑焊接所需要的施焊操作空间.点焊时应考虑电极安放.(b)不合理焊缝应避开应力集中的转角位置,以预防焊接应力与外加应力相互叠加,造成过大的应力而开裂.卜图所示焊接结构是否合理为什么假设不合理,应如何改正P165(b)电阻焊(c)焊接件焊缝位置应便于操作(1分).改正后如以下图(1分).(b) 不合理.电极又t 以伸入(1分).改正后如以下图(1分).(c)不合理.焊缝应尽量避开机械加工外表(1分).改正后如以下图(1分).(2)气体保护炜(a) 41.卜.图所不焊接结构是否合埋为什么假设不合理 S)手弧焊(匕)焊接件门)点焊?5 U1面(b) ,应如何改正42.以下图所示焊接结构是否合理为什么假设不合理 ,应如何改正(2)焊接件。

《工程材料》复习思考题参考答案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。

2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu各属何种晶体结构？3.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？4.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？5.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？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。

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？3．划分冷加工和热加工的主要条件是什么？4．与冷加工比较，热加工给金属件带来的益处有哪些？5．为什么细晶粒钢强度高，塑性，韧性也好？6．金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？7．分析加工硬化对金属材料的强化作用？8．在制造齿轮时，有时采用喷丸法（即将金属丸喷射到零件表面上）使齿面得以强化。

试分析强化原因。

合金的结构与二元状态图1．解释下列名词：合金，组元，相，相图；固溶体，金属间化合物，机械混合物；枝晶偏析，比重偏析；固溶强化，弥散强化。

2．指出下列名词的主要区别：1）置换固溶体与间隙固溶体；2）相组成物与组织组成物；3．下列元素在α-Fe 中形成哪几种固溶体?Si、C、N、Cr、Mn4．试述固溶强化、加工强化和弥散强化的强化原理,并说明三者的区别.5．固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？6. 何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?试比较这三种反应的异同点. 7．二元合金相图表达了合金的哪些关系？8．在二元合金相图中应用杠杆定律可以计算什么？9. 已知A（熔点 600℃）与B(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。

`第一章金属材料的力学性能1、在测定强度上σs和σ0.2有什么不同？答：σs用于测定有明显屈服现象的材料，σ0.2用于测定无明显屈服现象的材料。

2、什么是应力？什么是应变？它们的符号和单位各是什么？答：试样单位截面上的拉力称为应力，用符号σ表示，单位是MPa。

试样单位长度上的伸长量称为应变，用符号ε表示，应变没有单位。

3、画出低碳钢拉伸曲线图，并指出缩颈现象发生在拉伸图上哪一点？断裂发生在哪一点？若没有出现缩颈现象，是否表示试样没有发生塑性变形？答：b点发生缩颈现象，k点发生断裂。

若没有出现缩颈现象，试样并不是没有发生塑形性变，而是没有产生明显的塑性变形。

4、将钟表发条拉直是弹性变形还是塑性变形？怎样判断它的变形性质？答：将钟表发条拉直是弹性变形，因为当时钟停止时，钟表发条恢复了原状，故属弹性变形。

5、在机械设计时采用哪两种强度指标？为什么？答：（1）屈服强度。

因为大多数机械零件产生塑性变形时即告失效。

（2）抗拉强度。

因为它的数据易准确测定，也容易在手册中查到，用于一般对塑性变形要求不严格的零件。

6、设计刚度好的零件，应根据何种指标选择材料？采用何种材料为宜？材料的E值愈大，其塑性愈差，这种说法是否正确？为什么？答：应根据弹性模量选择材料。

要求刚度好的零件，应选用弹性模量大的金属材料。

金属材料弹性模量的大小，主要取决于原子间结合力（键力）的强弱，与其内部组织关系不大，而材料的塑性是指其承受永久变形而不被破坏的能力，与其内部组织有密切关系。

两者无直接关系。

故题中说法不对。

7、常用的硬度测定方法有几种？其应用范围如何？这些方法测出的硬度值能否进行比较？答：工业上常用的硬度测定方法有：布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏硬度法。

其应用范围：布氏硬度法应用于硬度值HB小于450的毛坯材料。

洛氏硬度法应用于一般淬火件、调质件。

维氏硬度法应用于薄板、淬硬表层。

采用不同方法测定出的硬度值不能直接比较，但可以通过经验公式换算成同一硬度后，再进行比较。

工程材料与机械制造基础第二版答案第一章：工程材料的概述1.定义：工程材料是指用于制造各种工程产品和构件的原料，包括金属材料、非金属材料和合成材料。

2.金属材料分类：金属材料按照基本组织可分为晶体、多晶体和非晶体。

按照化学成分可分为金属元素和合金。

按照制备方式可分为熔炼和粉末冶金方法。

3.非金属材料分类：非金属材料包括陶瓷材料、高分子材料和复合材料。

陶瓷材料可分为无机非金属材料和有机非金属材料。

高分子材料是由高分子化合物制成的材料。

复合材料由两种或以上的基础材料组成。

4.合成材料分类：合成材料指人工合成的新材料，包括金属基复合材料、陶瓷基复合材料和高分子基复合材料。

第二章：金属材料的组织和性能1.金属的晶体结构：金属的晶体结构可分为体心立方结构、面心立方结构和六方最密堆积结构。

2.晶体缺陷：晶体缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。

点缺陷包括金属原子的不可替代缺陷和可替代缺陷。

线缺陷包括位错和抱线。

3.金属的力学性能：金属的力学性能包括强度、硬度、韧性、可塑性和延展性等。

4.金属的热学性能：金属的热学性能包括热膨胀系数、热导率和比热容等。

第三章：金属材料的制备与加工1.金属的提炼和精炼：金属的提炼过程包括冶炼和精炼。

冶炼是将矿石中的金属氧化物还原为金属的过程。

精炼是去除金属中的杂质，提高金属纯度的过程。

2.金属的凝固：金属的凝固过程包括液相凝固、凝固过程中的晶体生长和固相变形。

3.金属的成形加工：金属的成形加工包括锻造、压力加工、热处理和冷加工等。

4.金属的热处理：金属的热处理包括退火、淬火、回火和时效等。

第四章：非金属材料的组织和性能1.陶瓷材料的组织和性能：陶瓷材料的组织包括晶体和非晶体结构，性能包括强度、硬度和热稳定性等。

2.高分子材料的组织和性能：高分子材料的组织包括聚合物链和结晶结构，性能包括高分子材料的强度、弹性和耐热性等。

3.复合材料的组织和性能：复合材料的组织包括增强相和基体相，性能包括强度、刚度和耐热性等。

第一章材料的种类与性能1．强度：强度是指在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。

2．屈服强度：材料在外力作用下开始发生塑性变形的最低应力值。

3．弹性极限：产生的变形是可以恢复的变形的点对应的弹性变形阶段最大应力称为弹性极限。

4．弹性模量：材料在弹性变形范围内的应力与应变的比值称为弹性模量。

5．抗拉强度：抗拉强度是试样拉断前所能承受的最大应力值。

6．塑性：断裂前材料产生的塑性变形的能力称为塑性。

7．硬度：硬度是材料抵抗硬物压入其表面的能力。

8．冲击韧度：冲击韧度是材料抵抗冲击载荷的能力。

9．断裂韧度：断裂韧度是材料抵抗裂纹扩展的能力。

10．疲劳强度：疲劳强度是用来表征材料抵抗疲劳的能力。

11．黏着磨损：黏着磨损又称咬合磨损，其实质是接触面在接触压力作用下局部发生黏着，在相对运动时黏着处又分离，使接触面上有小颗粒被拉拽出来，反复进行造成黏着磨损。

12．磨粒磨损：磨粒磨损是当摩擦副一方的硬度比另一方大的多时，或者在接触面之间存在着硬质粒子是所产生的磨损。

13．腐蚀磨损：腐蚀磨损是由于外界环境引起金属表面的腐蚀物剥落，与金属表面之间的机械磨损相结合而出现的磨损。

14．功能材料：是具有某种特殊的物理性能，化学性能，生物性能以及某些功能之间可以相互转化的材料。

15．使用性能：是指在正常使用条件下能保证安全可靠工作所必备的性能，包括材料的力学性能，物理性能，化学性能等。

16．工艺性能：是指材料的可加工性，包括可锻性，铸造性能，焊接性，热处理性能及切削加工性。

17．交变载荷：大小，方向随时间呈周期性变化的载荷作用。

18．疲劳：是机械零件在循环或交变载荷作用下，经过较长时间的工作而发生断裂的现象。

20．蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。

21．脆断：在拉应力状态下没有出现塑性变形而突然发生脆性断裂的现象。

22．应力松弛：是指承受弹性应变的零件在工作过程中总变形量保持不变，但随时间的延长，工作应力自行逐渐衰减的现象。

《机械制造基础》复习思考题一、填空题1.低碳钢拉伸过程中发生的变形可以分为弹性变形、和三个阶段。

2.金属材料的塑性指标主要有和两种。

3.下列力学性能指标的表示符号分别是：屈服点、抗拉强度、洛氏硬度C标尺、伸长率、断面收缩率、疲劳极限。

4.常用的硬度试验方法有、、。

5.冲击韧度是指金属材料在载荷作用下抵抗破坏的能力。

6.金属疲劳是指材料在载荷作用下抵抗破坏的能力。

7.一般固态金属都属于。

8.常见的金属晶格类型有、、。

9.合金的相结构可分为和两种基本类型。

10.合金固溶体可分为和两种类型。

11.在固溶体中，随着溶质原子含量增加，其强度、硬度___________。

12.金属的晶体缺陷主要有、、等。

13.金属的实际结晶温度低于其理论结晶温度，这种现象称为。

14.金属结晶的理论结晶温度与实际结晶温度之差△T称为。

15.纯金属结晶时晶核形成方式有和两种。

16.金属结晶后的晶粒大小取决于结晶时的和。

17.多晶体材料在一个晶粒内部成分不均匀的现象称为。

18.铁碳合金的基本组织包括，，，，。

19.铁素体是在中的固溶体，它的晶体结构是。

20.奥氏体是在中的固溶体，它的晶体结构是。

21.珠光体是和组成的机械混合物。

22.铁碳合金的室温平衡组织中，强度最大的是________，硬度最大的是________,塑性最好的是________。

23.根据显微组织和性能不同，碳钢分为、、。

24.根据显微组织和性能不同，白口铸铁分为、、。

25.通常碳素钢中把、称为有益元素，把、称为有害元素。

26.按照钢中碳质量分数不同，将碳素钢分为、、。

27.钢的整体热处理工艺主要有__________、__________、_________和________。

28.共析钢奥氏体化过程分为、、、。

29.共析钢过冷奥氏体等温冷却转变分为、和。

30.贝氏体按照形成温度和组织形态不同分为和。

31.化学热处理的基本过程由三个阶段组成，即、和。

32.按照合金元素的总含量，合金钢分为、、和。

复习思考题及答案一、名词解释1．结晶：液态金属由液态向固态转变的过程。

2．滑移：晶体中产生原子层与原子层之间的相对位移。

3．马氏体：一种含碳过饱和的α固溶体。

4．等温淬火：将奥氏体化后的工件淬入小于上贝氏体转变温度的盐浴中（一般在下贝氏体转变温度范围内等温）较长时间保温使其获得贝氏体组织，然后再空冷的淬火工艺。

5．热加工：金属材料在高温下进行塑性变形时，其加工硬化作用能被变形过程中所发生的动态软化过程如动态回复和动态再结晶等所抵消，从而获得近乎稳定的流变应力。

这种塑性变形就是热加工。

或者凡是加工温度大于金属再结晶温度的金属塑性加工，都称为热加工。

6．临界冷却速度：保证奥氏体在连续冷却过程中不发生分解而全部过冷到马氏体区的最小冷却速度。

7．同素异构转变：金属的晶体结构随着温度的变化而变化的现象称为同素异构转变。

8．淬透性：指钢在淬火时获得马氏体的能力。

它是钢材本身固有的一个属性。

9．断裂韧性：材料抵抗裂纹扩展的能力就是断裂韧性。

10．晶界：晶粒与晶粒之间的交界面，就是晶界。

11．枝晶偏析：在一个晶粒内化学成分不均匀的现象就称为晶内偏析，又叫枝晶偏析或微观偏析。

12．奥氏体：是碳在γ-Fe中的间隙固溶体，它又叫A或γ固溶体。

13．退火：将金属及其合金加热、保温和加热炉内缓慢冷却，使其组织结构达到或接近达到平衡状态的热处理工艺就称为退火。

14．回火：是将淬火后的工件再重新加热到A1点以下某一温度、保温、然后冷却的热处理工艺。

16．再结晶：是指经冷塑性变形的金属在加热时，通过再结晶晶核的形成及其随后的长大、最终形成无畸变的新的晶粒的过程。

17．时效：淬火后的铝合金随时间延长而发生强化的现象就是时效强化或时效硬化。

二、填空题1．钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越（右），临界冷却速度越（小或低）。

2．典型铸锭结构的三个晶区分别为（表面细晶粒层）、（柱状晶粒层）和（中心粗大等轴晶粒层）。

3．物质在固态下晶体结构随温度发生变化的现象称为（同素异构转变）。

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。

《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。

《机械制造基础》思考题1．冬天的自来水管容易爆裂，试分析原因。

答：水结冰，体积膨胀2．自行车的钢丝一般通过怎样的方法制造出来？答：冷拉3．一个铸件，将铸型由砂型改为金属型后，产品质量下降，试分析原因。

答：金属散热快，液体冷却速度加快，浇不足4．为什么重要的机器零部件都要通过锻压加工生产？答：强化材料性能，使材料在特定方向上的性能更强。

5．为什么要“趁热打铁”答：塑性好6．将两个零件焊接在一起后，焊接部位是否是零件上质量最薄弱的环节？答：不一定，高碳钢和高合金钢的焊接部位是薄弱环节。

7．一块废旧的钢铁材料，怎样让其重新变为有用之材。

答：重新冶炼8．你认为“钢”和“铁”区别大吗？有什么本质区别。

答：铁的含碳量较高，钢的综合性能好，种类丰富。

9．计算机CPU芯片是怎么加工出来的？答：特种加工，离子束加工和电子束加工。

10.一个表面粗糙的零件和一个表面光滑的零件的工作性能有什么显著区别。

答：粗糙零件磨损快11.为什么铸件不能做成实心的？答：实心铸件缺陷多，浪费材料12.机械零件在加工时为什么要分成粗加工和精加工两个阶段。

答：粗加工重在效率，尽快去除多余材料；精加工重在质量。

13.刀具角度是不是越大越好？答：刀具角度越大，虽然越锋利，但是实体尺寸减小，强度和耐磨性下降。

14.自行车的钢丝为什么可以做得很细而不会断裂。

答：钢丝抗拉能力强。

15.数控加工为什么可以获得高的加工质量？答：数字加工，精确，具有反馈控制环节。

16.分别说出水龙头、铁轨以及齿轮的主要制作方法。

答：铸造、热轧、切削加工17.怎样让一段钢铁材料的硬度迅速提高？答：淬火18.将车床主轴转速提高一倍，加工效率是否也提高一倍？为什么？答：不是，刀具迅速磨损19.为什么大型重型机械的底座都由铸铁制作？答：吸收振动，便于制作出复杂的形状20.一个高质量的机械零件的主要评价标准有哪些？答：尺寸精度、形状精度和位置精度、表面质量。

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。

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）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。

4、什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？固溶强化：因溶质原子的溶入引起合金强度、硬度升高的现象。

原因：固溶体中溶质原子的溶入引起晶格畸变，使晶体处于高能状态。

陶瓷的典型组织由哪几种组成？它们各具有什么作用？由晶体相、玻璃相和气相组成。

晶体相晶粒细小晶界面积大，材料强度大，空位和间隙原子可加速烧结时的的扩散，影响其物理性能；玻璃相起黏结分散的晶体相降低烧结温度，抑制晶体长大和充填空隙等作用；气相造成应力集中，降低强度、降低抗电击穿能力和透明度。

10、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？冷却速度越快过冷度越大，使晶核生长速度大于晶粒长大速度，铸件晶粒得到细化。

冷却速度小时，实际结晶温度与平衡温度趋于一致。

第三章金属热处理及表面改性（40）1、钢的热处理的基本原理是什么？其目的和作用是什么？钢的热处理是将钢在固态下、在一定的介质中施以不同的加热、保温和冷却来改变钢的组织，从而获得所需性能的一种工艺。

第二章思考题与习题及答案2-1何谓热处理？其目的是什么？它有哪些基本类型？答：钢的热处理是钢在固体范围内，通过加热、保温和冷却来改变钢的内部组织结构，从而改善钢的性能的一种工艺。

热处理的目的是改善钢的工艺性能和使用性能。

热处理的基本类型包括：普通热处理（包括退火、正火、淬火、回火）与表面热处理（包括表面淬火与化学热处理）。

2-2 退火的主要目的是什么？常用的退火方法有哪些？答：退火的主要目的是：细化晶粒，改善钢的力学性能；降低硬度，提高塑性，以便进一步切削加工；去除或改善前一道工序造成的组织缺陷或内应力，防止工件的变形和开裂。

常用的退火方法有：完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火、去应力退火等。

2-3 根据下表，归纳比较共析碳钢过冷奥氏体冷却转变中几种产物的特点？2-4 临界冷却速度的意义是什么？它与C曲线的位置有什么关系？对淬火有什么实际意义？答：奥氏体全部过冷到M s以下转变为马氏体的最小冷却速度，称为临界冷却速度。

临界冷却速度与C曲线相切。

对淬火而言，冷却速度要大于临界冷却速度，才能获得马氏体组织，否则，只能获得非马氏体组织。

2-5 正火与退火的主要区别是什么？如何选用？答：正火比退火的冷却速度要快些，得到的组织细一些，可获得索氏体组织，力学性能高于退火。

选用时主要应根据含碳量、使用性能以及经济性等来考虑。

正火可用于普通结构零件的最终热处理及重要零件的预备热处理。

过共析钢在球化退火前用正火来消除组织中的网状渗碳体。

正火也可用于改善低碳钢的切削加工性。

一般认为，金属材料的硬度在160~230HBW 范围内，切削加工性能较好，而低碳钢退火状态的硬度普遍低于160HBW，切削时易“粘刀”，零件的表面质量也较差，经正火后，可适当提高其硬度，改善切削加工性。

2-6 淬火的主要目的是什么？常用的淬火方法有哪些？答：淬火是使钢强化的最重要的方法，其主要目的是为了获得马氏体组织，提高钢的力学性能。

生产上常用的淬火方法有单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火等。