工程材料习题解答

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 ……②

②代入①化简得（δ+1）(1-ψ)=1

1-3 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?σp

σe：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?σs

σb：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、Zn

2-2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。

2-5 总结说明实际金属晶体材料的内部结构特点。

答：金属晶体内原子排列总体上规则重复，常见体心、面心、密排六方三各晶格类型。但也存在不完整的地方，即缺陷，按几何形态分为点、线、面缺陷。

3-1 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；

(1)金属模浇注与砂模浇注； (2)高温浇注与低温浇注；

(3)铸成薄壁件与铸成厚壁件； (4)浇注时采用振动与不采用振动；

(5)厚大铸件的表面部分与中心部分。

答：1前小；2后小；3前小；4前小；5前小；

3-2 下列元素在α—Fe中形成哪种固溶体

Si，C，N，Cr，Mn，B，Ni

答：间隙：C，N，B 置换：Si，Cr，Mn，Ni

3-6 为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金为什么要进行压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金 答：共晶成分的合金恒温结晶，流动性好，适合铸造。单相固溶体成分的合金，塑性好。

３-补１、什么叫固溶体相其结构有何特点性能如何在合金中有何作用举一例说明。

答：组成固态合金的组元相互溶解形成的均匀结晶相。

结构：保持溶剂的晶格不变，溶质以原子分散于溶剂晶格中，成分不固定，A（B）表示。

性能：强度较纯溶剂金属大，塑性、韧性较好。

作用：合金中为基本相，作基体相。

举例：如碳钢中的铁素体F。

３-补2、已知A熔点600度与B熔点500度，在液态无限互溶；在固态300度时，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度时，含40%B的液态合金发生共晶反应。现要求：

（1）、作出A--B合金相图；

（2）、注明各相区的组织。

答：

4-4 简要比较液态结晶、重结晶、再结晶的异同之处。

答：同：都是结晶，需要△T，有形核、长大过程。异：液态结晶，液→固，△T可小些，无序→有序，相变。 重结晶，固→固，△T较大，有序→有序，相变。

再结晶，只有变形金属才可再结晶，是晶格畸变减轻、消失，破碎晶粒→完好晶粒，不是相变。

4-5 金属铸件能否通过再结晶退火来细化晶粒为什么

答：不能。只有变形金属才可再结晶，储存能量是产生再结晶的前提。

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℃）

解：钨的再结晶温度是：（3410＋273）×＝1200℃

∵加工温度小于再结晶温度，∴属于冷加工

锡的再结晶温度是：（232＋273）×＝-33℃

∵加工温度大于再结晶温度，∴属于热加工

4-9 用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想为什么

(1)用厚钢板切成圆板，再加工成齿轮 (2)用粗钢棒切下圆板，再加工成齿轮；

(3)将圆棒钢材加热，锻打成圆饼，再加工成齿轮。 （4）下料后直接挤压成形。

答：第四种。下料后直接挤压成形，保留纤维组织。

4-１０、用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件进入热处理炉，并随工件一起加热到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。

答：冷拉钢丝绳是利用加工硬化效应提高其强度的，在这种状态下的钢丝中晶体缺陷密度增大，强度增加，处于加工硬化状态。在1000℃时保温，钢丝将发生回复、再结晶和晶粒长大过程，组织和结构恢复到软化状态。在这一系列变化中，冷拉钢丝的加工硬化效果将消失，强度下降，在再次起吊时，钢丝将被拉长，发生塑性变形，横截面积减小，强度将比保温前低，所以发生断裂。

５-１、分析含碳量ＷC分别为%、%、%、%的铁碳合金在极缓慢冷却时的组织转变过程，绘出室温组织示意图并在图上标出组织组成物名称。

答：

0. 2%：A-F+A-F+P

0. 45%：A-F+A-F+P

0. 8%：A-P

1. 2%：A-Fe3C+A-Fe3C+P

5-2 分析一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体的异同之处。

答：同：性能

异：一次渗碳体从液态中析出，为长条状。 二次渗碳体从Ａ中析出，为网状。

三次渗碳体从Ｆ中析出，为点状。 共晶渗碳体与Ａ共晶反应生成，为块状。

共析渗碳体与Ｆ共析反应生成，为长条状。

5-4 某仓库中积压了许多退火状态的碳钢，由于钢材混杂不知其化学成分．现找出一根，经金相分析后发现组织为珠光体和铁素体，其中铁素体占80％(体积分数)。问此钢中碳的质量分数大约为多少

解：组织为珠光体和铁素体，所以是亚共析钢，C全在P中， Wc=%×20%=%

５-3 根据铁碳相图计算：

(１)室温下，Ｗc为0. 2％的钢中珠光体和铁素体的相对量；

(2)室温下，Ｗc为１.2％的钢中珠光体和二次渗碳体的相对量；

(3)727℃共析反应刚完成时，珠光体中铁素体和渗碳体的相对量；

(4)Wc为1．2%的钢在1400℃、1100℃和800℃时奥氏体中的含碳量；

(5)铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体的最大质量分数。

解：

（1） WP==26% WF=3C

WFe3C==12%

（2） 1400℃为L+A，A中C%>%

1100℃为A，A中C%=%

800℃为A+ Fe3C，A中C%<%

（5）W Fe3CⅡMAX= W Fe3CⅢMAX= 已知铁素体的硬度为80HBS，渗碳体的硬度为800HBw，根据两相混合物的合金性能变化规律，计算珠光体的硬度。为什么实际侧得的珠光体的硬度都要高于此计算值

解：WF=

WFe3C==12%

HB≈88%×80+12%×800＝

渗碳体的强化作用。

5-6 现有形状和尺寸完全相同的四块平衡状态的铁碳合金，它们的含碳量Ｗc分别为％、％、％、％，根据你所学的知识可用哪些方法来区别它们

答：硬度。

5-7 根据铁碳相图解释下列现象：

(1)在进行热轧和锻造时，通常将钢材加热到1000—l250℃;

(2)钢铆钉一般用低碳钢制作；

(3)绑扎物件一般用铁丝(镀锌低碳钢丝)，而起重机吊重物时的钢丝绳Ｗc分别为％、％、％的钢等制成；

(4)在1100℃时，Wc＝％的碳钢能进行锻造，而Mc＝％的铸铁不能进行锻造；

(5)在室温下，现Wc＝％的碳钢比Wc＝％的碳钢强度高;

(6)Wc＝％的碳钢比Wc＝％的碳钢硬度高;

(7)钢适用于压力加工成形，而铸铁适于铸造成形。

答：(1)在Ａ区 (2)塑性好 (3)前塑性好，后强度大 (4)前在Ａ区，后含渗碳体多

(5) ％后强度下降 (6)前含碳量大 (7)前可成塑性好的Ａ，后共晶组织流动性好。

6补-1 示意画出共析碳钢的Ｃ曲线。

6补-2 钢Ａ化的过程怎样目的是什么

答：过程――1、A形核；2、A长大；3、残余渗碳体溶解；4、A成分均匀化。目的――细小、均匀的A。

6补-3 根据Ｃ曲线分析高、中、低温转变的组织和性能。

答：1、高温转变（A1~550℃），P类转变，扩散型

粗P（A1~680℃） 细P（ 680 ~600℃）－－Ｓ 极细P（ 600 ~550℃）－－Ｔ

Ｐ层片间距越小，强度、硬度越高，塑性和韧性也变好。

2、中温转变（550 ~Ms240℃），B类转变，半扩散型。

B上（ 550 ~350℃），呈羽毛状； B下（ 350 ~240℃），呈针片状

低温形成的B下，不仅具有高的强度、硬度和耐磨性，而且有良好的塑性和韧性。

3、低温转变（Ms~Mf），M类转变，无扩散型 M是C在α—Fe 中的过饱和间隙固溶体。

随着含碳增加，强度和硬度升高，低碳Ｍ不仅具有高的强度和硬度，而且有良好的塑性和韧性

6补-4 什么叫ＭＭ转变的条件和特点是什么

答：M是C在α—Fe 中的过饱和间隙固溶体。 M形成条件：＞Vk，＜ Ms

Ｍ转变特点：①无扩散相变；②速度极快；③变温生成；④转变不完全；⑤Ａ内生成，先大后小。

6补-5 退火和正火的主要目的是什么

1）调整硬度以便于切削加工；

2）消除残余应力，防止钢件在淬火时产生变形或开裂；

3）细化晶粒、改善组织以提高钢的力学性能。

4）为最终热处理作组织上的准备。

6补-6、回火的种类及其性能如何

⑴.低温回火（<200℃），得M回。性能：应力减小，硬度变化不大。

⑵.中温回火（300～400℃），得T回。性能：应力基本消除，强度、硬度降低，塑、韧性上升。

⑶.高温回火（>400℃），得S回。性能：强度、硬度进一步降低，塑、韧性进一步上升。

6补-7、过共析钢淬火加热温度如何选择为什么淬火加热后的组织是什么

答：过共析钢淬火加热温度应为Ac1+30~50℃，如大于Accm，则完全A化，淬火后为M+A＇，无Fe3C对耐磨性不利，如Ac1+30~50℃，组织为A+Fe3C，淬火后为M+Fe3C+ A＇