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工程材料课后习题(1)

2、试分析说明铁素体钢、奥氏体钢、莱氏体钢的形成原因。

答：

①某些合金元素的加入会是奥氏体区缩小，特别是Cr、Si含量高时将限制奥氏体区，甚至完全消失，使得室温下只有单相铁素体组织存在。如高Cr含量的铬不锈钢。

②某些合金元素的加入会使奥氏体相区扩大，特别是Ni、Mn。当钢中加入大量这类元素时，甚至可使A1、A2、Acm线将至室温一下，从而获得在室温下只有单相奥氏体存在的所谓奥氏体钢。如高Mn含量的耐磨钢。

③大部分合金元素可使Fe-Fe3C相图中E点左移，因此，含碳量相同的碳钢和合金钢具有不同的显微组织。某些高碳合金钢中就会出现莱氏体组织，称为莱氏体钢。如高速钢。

3、试根据合金元素与碳的相互作用进行分类，并指出：

（1）哪些元素是碳化物形成元素？哪些是非碳化物形成元素？

Ti、V、Cr、Mo、W、Mn、Zr、Nb;

Co、Ni、Cu、B、Al、Si

（2）哪些元素为弱碳化合物形成元素？性能特点如何？

除少量可溶于渗碳体中形成合金渗碳体外，几乎都溶于铁素土和奥氏体中

（3）哪些元素为强碳化物形成元素？性能特点如何？

答：Ti、V、Zr、Nb；

和碳有极强的亲和力，只要有足够的碳，在适当的条件下，节能形成他们自己特殊的碳化物，仅在缺少碳的情况下，才以原子状态溶于固溶体中。

（4）何为合金渗碳体，与渗碳体相比，其性能如何？

合金元素溶于渗碳体中即为合金渗碳体。铁原子可以被其他金属原子所置换，形成以间隙化合物为基体的固溶体，一般把它们称为合金渗碳体。

5、合金元素提高钢挥霍稳定性的原因是什么？常用以提高回火稳定性的回火稳定性的合金元素有哪些？

答

是指钢对回火时发生软化过程的抵抗能力。由于合金元素强碳化物形成元素能使铁、碳原子扩散速度减慢，使淬火钢回火加热时马氏体不易分解，析出的碳化物也不易聚集长大，保持一种较细小、分散的组织状态，。合金元素在回火过程中推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才开始分解和转变）;提高铁元素的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度，从而使钢的硬度随回火温度的升高而下降的程度减弱，即提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。

6、分析碳及合金元素在低合金高强度钢中的作用，提高低合金高强度钢韧性的途径是什么？

答：（1）碳的质量分数一般低于0.2%，以保证良好的焊接性、冷成型性和低温韧性；（2）合金元素以Mn为主（国外以Cr、Ni为主），锰的质量分数最高可达1.8%，并辅以少量的V、Ti、Mo、Nb、B等元素。合金元素主要作用是强化铁素体，细化铁素体晶粒，使钢的强度与韧性都得到改善；

（3）长加入少量的P、Cu元素以提高钢的耐大气腐蚀能力；

（4）部分钢中加入少量的稀土元素，以减少钢中有害杂质的影响，改善夹杂物的形状和分布，从而提高钢的工艺性能和机械性能；

（5）对S、P的质量分数要求不太高，可使用平炉或转炉生产，十分经济。

途径：第313页最后七行

8、有哪些合金元素强烈阻止奥氏体晶粒长大？阻止奥氏体晶粒长大有什么意义？

答：所有的合金元素（Mn、P、N、C除外）都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用，但作用的强弱程度有所不同。一些强碳化物形成元素，如Ti、Nb、V、Zr等都有强烈阻止奥氏体晶粒长大的作用。

（好处）：能够细化晶粒，从而使钢具有良好的强韧度配合，提高了钢的综合力学性能9、就合金元素对铁素体力学性能、碳化物形成倾向、奥氏体晶粒长大倾向、淬透性、回火稳定性和回火脆性等几个方面总结下列元素的作用：Si、Mn、Cr、Mo、W、V、Ni。

答：Si：①S i是铁素体形成元素，固溶强化效果显著；（强度增加，韧性减小）②Si是非碳化物形成元素，钢中的碳活度，所以含Si钢的脱C倾向和石墨化倾向较大；③Si量少时，如果以化合物形式存在，则阻止奥氏体晶粒长大，从而细化A晶粒，同时增大了钢的强度和韧性；④Si提高了钢的淬透性，使工件得到均匀而良好的力学性能。在淬火时，可选用比较缓和的冷却介质，以减小工件的变形与开裂倾向。⑤Si提高钢的低温回火稳定性，使相同回火温度下的合金钢的硬度高于碳钢；⑥Si能够防止第一类回火脆性。

Mn: ①Mn强化铁素体，在低合金普通结构钢中固溶强化效果较好；（强度增加，韧性减小）②Mn是奥氏体形成元素，促进A晶粒长大，增大钢的过热敏感性；③Mn使A等温转变曲线右移，提高钢的淬透性；④Mn 提高钢的回火稳定性，使相同回火温度下的合金钢的硬度高于碳钢；⑤M n促进有害元素在晶界上的偏聚，增大钢回火脆性的倾向。

Cr：①Cr是铁素体形成元素，固溶强化效果显著；（强度增加，韧性减小）②Cr是碳化物形成元素，能细化晶粒，改善碳化物的均匀性；③Cr阻止相变时碳化物的形核长大，所以提高钢的淬透性；④Cr提高回火稳定性，使相同回火温度下的合金钢的硬度高于碳钢；⑤Cr促进杂质原子偏聚，增大回火脆性倾向；

Mo:（W类似于Mo）①是铁素体形成元素，固溶强化效果显著；（强度增加，韧性减小）②是较强碳化物形成元素，所以能细化晶粒，改善碳化物的均匀性，大大提高钢的回火稳定性；③阻止奥氏体晶粒长大，细化A晶粒，同时增大了钢的强度和韧性；④能提高钢的淬透性，使工件得到均匀而良好的力学性能。在淬火时，可选用比较缓和的冷却介质，以减小工件的变形与开裂倾向。⑤能有效地抑制有害元素的偏聚，是消除或减轻钢第二类回火脆性的有效元素。

V:（Ti、Nb类似于V）①是铁素体形成元素，固溶强化效果显著；（强度增加，韧性减小）②是强碳化物形成元素，形成的VC质点稳定性好，弥散分布，能有效提高钢的热强性和回火稳定性；③阻止A晶粒长大的作用显著，细化晶粒，同时增大了钢的强度和韧性；④提高钢的淬透性，消除回火脆性。

Ni:①是奥氏体形成元素，促进晶粒长大，增大钢的过热敏感性；（强度增加，韧性增加）②是非碳化物形成元素，增大钢中的碳活度，所以含Ni钢的脱C倾向和石墨化倾向较大；③对晶粒长大的影响不大；④能提高钢的淬透性，使工件得到均匀而良好的力学性能。在淬火时，可选用比较缓和的冷却介质，以减小工件的变形与开裂倾向。⑤提高回火稳定性，使相同回火温度下的合金钢的硬度高于碳钢；⑥促进钢中有害元素的偏聚，增大钢的回火脆性。

总结：

10、根据合金元素在钢中的作用，从淬透性、回火稳定性、奥氏体晶粒长大倾向、韧性、回火稳定性和回火脆性等方面比较下列钢号的性能：40Cr、40CrMn、40CrNi、40CrNiMo 答：因为Cr能够提高钢的淬透性、回火稳定性，中等程度阻碍A晶粒长大。能细化晶粒，提高韧性，同时他也可以增加钢的第二类回火脆性

Ni 能够提高钢的淬透性、韧性，增加钢的第二类回火脆性。同时他是非碳化合物形成元素，不能阻止奥氏体晶粒长大，对回火稳定性影响也不大。

Mn 能够提高钢的淬透性、回火稳定性。同时他是弱碳化合物形成元素，能促进奥氏体晶粒长大，会增加第二类回火脆性。固溶强化效应大，韧性差。

Mo 能够提高钢的淬透性、回火稳定性。细化晶粒，提高韧性，同时他也中等程度的阻碍了奥氏体的长大，抑制回火脆性。

所40Cr、40CrMn、40CrNi、40CrNiMo中，淬透性最好的是40CrNiMo，其次是40CrMn、40CrN，最差的是40Cr。回火稳定性最好的是40CrNiMo，其次是40Cr、40CrMn、40CrNi。奥氏体晶粒最大的是40CrMn，40Cr、40CrNi大小适中，、40CrNiMo最小。韧性最好的是40CrNiMo，然后是40CrNi、40Cr，40CrMn最差。回火脆性最强的是40CrMn、40CrNi，40Cr 和40CrNiMo不是很明显。

12、机器零件用钢和构件用钢对使用性能和工艺性能上的要求有何不同？

答：机械零件永刚要求有较高的强度或较好的韧性，零件在整个截面上有均匀良好的综合机械性能，构件用钢由于工作表面承受很强烈的摩擦磨损，以及交变应力作用，要求具有很高的耐磨性跟耐疲劳性能。同时又经常承受较高的载荷，所以心部要求具有很高的强度和适当的韧性。

工艺性能上：构件零件用钢要使其表面获得高的硬度和耐磨性，我们可以对零件进行渗碳处理，渗碳后进行淬火+低温回火热处理，渗碳前要进行正火预备热处理机器零件也要进行预备热处理，预备热处理的方法可采用退火，正火或正火+高温回火。随后进行调质处理。即淬火+高温回火，消除内应力。增加韧性，调整强度，获得良好的综合力学性能。

21、通过对45钢和40Cr钢的性能分析，说明化学成分对钢的性能、热处理工艺的影响。

答：性能45钢小截面零件调质后具有良好的综合力学性能，水淬是容易开裂，40Cr 钢调质后具有良好的综合力学性能，由于加入了Cr元素，提高了钢的淬透性，使钢的强度提高，热处理：45钢在调质处理后淬火温度在一定范围内，而加入合金元素后，如40Cr钢在进行淬火时，淬火温度必须按照规定的温度加热，一般采用水淬；如40Cr钢淬火温度为500度，且淬火介质应该根据零件的尺寸大小及钢的淬透性高低来选择，一般采用油淬。17、比较热作模具钢和合金调质钢的合金化和热处理特点，并分析合金元素作用的异同。

答：合金调质钢中加入元素为Cr、Mn、Si、Ni，它们大多溶于铁素体，使铁素体强化，并且提高了钢的淬透性；热作磨具钢主要加入元素为Cr、Mn、Mo、Ni，合金元素作用主要是为了强化铁素体，提高钢的淬透性，热处理是合金调质钢锻造后要进行正火，退火或正火+高温回火的预备热处理，便于机加工。为随后调质处理组织做准备，热作磨具钢，锻造后要进行退火处理，便于后面的机加工，随后进行淬火+高温回火的调质热处理。所以，这两种钢合金作用相同点为：合金元素都能强化铁素体，提高淬透性；热处理是在锻造后都要进行预备热处理过程不同，合金调质钢为正火，退火或正火+高温回火，而热作磨具钢则需要退火。

27、今有以拖拉机曲轴，根据其工作条件如何选材？其热处理工艺如何制定？

答:由于轴是机器中的重要零部件，在其工作是要承受较大的载荷，且该轴的制造截面又较大，所以要求轴具有较高的强度和韧性，在整个截面上，力学性能良好，均匀。所以对该曲轴我们选用合金调质钢中的4CrNi；热处理如下：下料---锻造---退火（或正火）---机加工---调质---机加工---装配

退火或正火作为预备热处理，其主要目的是为了改善锻造组织、细化晶粒，有利于切削加工，并为随后的调质热处理做好组织准备。调制热处理---淬火，油淬，获得马氏体。回火水冷（防止第二类回火脆性）。经调质后金相组织为回火索氏体。

26、为什么硬质合金采用粉末冶金生产？YG8、YT30的成分和用途有何不同？

答：粉末冶金是用金属粉末或非金属粉末的混合物作原料，经压制成型后烧结，以获得金属零件和金属材料的方法。它可以生产其他工艺无法制造或难以制造的零件或材料。硬质合金原料为高硬度、高熔点的碳化物粉末和粘结剂，所以可以用粉末冶金生产YG8：成分为Co 8%、Wc 92%的钨钴类硬质合金，有较高的强度和韧性，一般都用与粗加工及加工表面比较粗糙的工件。

YT30:成分为含TiC 30%，Wo和Co70%的钨钴钛类硬质合金，有较高的硬度和较好的耐磨性及热硬性，一般用于高速切削及精加工。

第十章

一、按石墨化程度分类：

白口铸铁第一、第二、第三石墨化过程全被抑制，完全按照铁碳相图进行结晶，其中的碳几乎全部以渗碳体的形式存在。断口呈现银白色。组织中含有大量的莱氏体，性能硬而脆。切削加工性能差。除少数用来制造不需要加工的硬度高、耐磨零件之外，主要用于炼钢原料。

灰口铸铁第一、第二石墨化充分而得到的铸铁，第三部分部分完成。其中碳主要以石墨的形式存在。断口呈现暗灰色，故称灰口铸铁或灰铸铁，是工业上运用最多的铸铁。

麻口铸铁第一阶段石墨化过程部分进行得到的铸铁，其中一部分碳以石墨化的形式存在，另一部分以渗碳体的形式存在。（G+Fe3C）组织介于灰口与白口之间断口呈黑白相间构成麻点。性能硬而脆，切削加工性能差。工业上少用。

二、按石墨形态分类：

灰铸铁组织中石墨呈片状。力学性能差，生产工艺简单，价格低。运用广。（加入硅钙或硅铁等孕育剂得到孕育铸铁）优良的铸造性能、优良的耐磨性和消震性、较低的缺口敏感性（本身存在很多小缺口）、抗压不抗拉。

可锻铸铁KT 组织中石墨呈团絮状，力学性能好于灰铸铁，（强度好于灰铸铁，具有一定塑性、韧性）生产工艺复杂，成本高。用来制造重要的小型铸件。（生产工艺：将白口铸铁长时间退火，使渗碳体分解，由于石墨数量较少，可形成团絮状分布在金属基体中，形成可锻铸铁）不可锻

球墨铸铁QT 组织中石墨呈球状，生产工艺好于可锻铸铁，力学性能好，广泛应用。（加入纯镁或稀土镁合金，阻止结晶时片状石墨析出，促进球状石墨生成，得到球墨铸铁）组织有F+G、F+P+G、P+G。

蠕墨铸铁组织中石墨呈现短小的蠕虫状，强度介于灰铸铁与可锻铸铁之间，铸造性跟耐疲劳性比球墨铸铁好，此外铸造性能跟减震能力优于球墨铸铁。可以用来制造大型复杂铸件，以及在较大温度梯度下工作的铸件。（铁水加入稀土硅铁、稀土镁钛等稀土合金进行适当处理，使石墨呈蠕虫状，形成蠕墨铸铁）

三、铸铁组织中影响石墨化的因素

答：（1）冷却速度对石墨化过程的影响：

冷却速度越慢，越有利于石墨化。

（2）铸铁中最常见的合金元素有：C、Si、Mn、P、S五大元素。它们对铸铁的石墨化过程和组织均有较大影响。

C、Si：强烈促进石墨化，调整其含量可控制铸铁的组织和性能。

Mn、Si：阻碍石墨化：Mn溶于Fe3C中，增加Fe与C的结合力，从而阻止石墨化；少量的S就能形成FeS或MnS，以FeS-Fe共晶形式分布于晶界，阻碍C原子扩散，S还降低铁水的流动性，恶化铸件性能。

P:能促进石墨化，但作用较小。

四、其他铸铁：1耐磨铸铁: 高磷铸铁高铬铸铁P356

2耐热铸铁P356

3耐蚀铸铁P357

28、汽车变速齿轮轮是在承受较强烈的冲击作用和受磨损的条件下进行工作的，对于这类构件，应如何选材和制定热处理工艺？试举例说明。

答：变速箱齿轮材料：20CrMnTi采用的最终热处理工艺为：先渗碳，使表面碳含量增加，心部仍维持低的含碳量，保持心部较高的强度和冲击韧性；渗碳之后进行淬火和低温回火，使轮齿表面硬度达到高硬度要求，心部仍维持较低的硬度。

29、奥氏体型不锈钢的主要优缺点是什么？18%Cr、8%Ni常温下组织（奥氏体+Cr23C6）

答：铬镍奥氏体不锈钢具有良好的韧性、塑性、焊接性以及抗腐蚀性能，在氧化性介质中或还原性介质中均有良好的耐腐蚀性。故广泛应用。

其主要缺点在于贵重合金元素Ni含量较多，同时在含硫的气氛中容易损坏，切削加工性能差。P339

34、什么是孕育铸铁？它与普通灰铸铁有什么区别？如何进行孕育处理？P347 P350

答：经孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁。如果在浇注前往铁水中加入少量的硅铁或硅钙等孕育剂，进行孕育处理。促进石墨的非自发形核，可使灰铸铁粗片状石墨细化，形成孕育铸铁。

为了细化灰铸铁的组织，提高铸铁的力学性能，通常在碳、硅含量低的灰铸铁铁水中加入孕育剂进行孕育处理。

孕育铸铁的金相组织为细密的珠光体基体上，均与分布着细小的石墨片，故强度高于灰铸铁。另外，由于铁水中均匀分布大量人工晶核，结晶几乎在整个铁水中同时进行。所以孕育铸铁的组织和性能比较均匀一致，因此孕育铸铁的断面敏感性小。

35、在铸铁石墨化的过程中，如果第一阶段、第二阶段都完全石墨化，第三阶段或完全石墨化，或未石墨化，或部分石墨化，问他们各得到什么组织？

答：铸铁中石墨化的形态主要是由第一阶段石墨化所控制的。

第一阶段：高温快。共晶得到Fe3C----G+3Fe

第二阶段：中温较快。自奥氏体中不断析出

第三阶段：低温慢共析得到

36、为什么说球墨铸铁是“以铁代钢”的好材料？其生产工艺如何？

答：球墨铸铁的力学性能大大高于灰铸铁，并且优于可锻铸铁。它的某些性能接近于钢，如弯曲疲劳强度、耐磨性、抗拉强度。同时，球墨铸铁还保留一些灰铸铁的优点，如优良的铸造性，切削加工性和低的缺口性感性。另外球墨铸铁可以通过热处理大大提高其性能特别是球墨铸铁的屈强比几乎比钢高一倍。在一般机械设计中，材料的许用应力是按照屈服强度来确定的，因此，对于承受静载荷的零件，用球墨铸铁代替铸钢，就可以减轻机器的重量。所以说球墨铸铁是以铁代钢的好材料。

生产工艺：

（1）严格要求化学成分，对原铁液要求的碳硅含量比灰铸铁高，降低球墨铸铁中锰，磷，硫的含量；

（2）铁液出炉温度比灰铸较铁更高，比补偿球化，孕育处理时铁液温度的损失；

（3）进行球化处理，即往铁液中添加球化剂；

（4）进行孕育处理；

（5）球墨铸铁流动性较差，收缩较大，因此需要较高的浇注温度及较大的浇注系统尺寸，多应用冒口，冷铁，采用顺序凝固原则；

（6）进行热处理。

38、试指出下列铸件应采用的铸铁种类和热处理方式，为什么？（1）机床床身；（2）柴油机曲轴；（3）犁桦；（4）汽车后较盖；（5）热处理箱式炉底板；（6）球磨机衬板。

（1）珠光体灰铸铁，消除内应力退火；（2）球墨铸铁，调质处理，因为球墨铸铁经调制处理后，获得回火索氏体和球状石墨组织，硬度为250~380HBS，具有良好的综合力学性能；（3）灰铸铁，表面淬火，消除内应力退火；（4）可锻铸铁，石墨化加退火；（5）白口铸铁，淬火加高温回火。

热处理工艺例子：

（1）40Cr钢连杆螺栓的热处理工艺：下料---锻造---退火(或正火)---机加工(粗加工)---调质---机加工(精加工)---装配

退火：预备热处理,目的主要是为了改善锻造组织,细化晶粒,有利于切削加工,并且为随后的调质热处理做好组织准备

调质热处理：淬火温度加热到830-850之间,油冷,获得马氏体。回火：加热温度为500-550之间水冷（防止第二类回火脆性）。经调质处理后的金相组织为回火索氏体，不允许有块状铁素体出现，否则会降低强度与韧性。

（2）热轧弹簧钢加工工艺：扁钢剪断---加热压弯成型后淬火---中温回火---喷丸---装配淬火温度为830-880，加热时不允许脱碳，以免降低钢的疲劳强度。因此必须严格控制加热炉的气氛，缩短加热时间。（油冷）在400-550 进行中温回火，获得回火屈氏体。喷丸：使其表面强化，并且使表层产生压应力，这样能明显提高弹簧的疲劳寿命。

（3）滚动轴承的生产工艺：轧制、锻造---预先热处理---机加工---最终热处理---磨削加工---成品。

预先热处理球化退火：轴承钢为过共析钢，目的是便于切削加工，同时是碳化物呈粒状均匀分布，为淬火做组织准备。

最终热处理淬火：得到极细的马氏体和较少的剩余奥氏体。

冷处理：（精密滚动轴承）降低奥氏体的量，硬度略有提高，并且增加尺寸稳定。

回火：低温回火，得到回火马氏体

时效：（精密零件）消除内应力，增加尺寸稳定。

（4）9SiCr钢板牙生产工艺：下料---球化退火---机械加工---淬火+低温回火---磨平面---抛槽---开口球化退火一般采用等温退火退火后易于机加工

（5）W18Cr4V钢盘型齿轮铣刀的淬火回火工艺：下料---锻造---球化退火---机加工---淬火+三次回火---喷砂---磨削

凝固完成后形成莱氏体，碳化物呈鱼骨状

锻造：使碳化物破碎，并均匀分布。

退火：降低硬度，易于切削。为淬火做组织准备

淬火：1、预热含有大量合金元素，避免突然加热而产生大量的内应力，从而导致刀具变形或开裂。2、加热温度温度越高，融入奥氏体的合金元素越多，热硬性越大3、保温时间根据道具尺寸来定。3、冷却油冷

回火：三次回火，目的减少残余奥氏体，稳定组织。并且后一次回火消除前一次回火产生的内应力。并产生二次硬化。（二次硬化：一部分碳及合金从奥氏体中析出来，从而降低了残余奥氏体中碳及合金的含量，进而提高了马氏体的转变温度，而使随后冷却的部分残余奥氏体转变为马氏体，使钢的硬度得到提高。）P333峰值原因：W、V的碳化物呈细小分散状从马氏体中析出，提高硬度（弥散强化）二次硬化

（6）20CrMnTi钢制造汽车变速齿轮的工艺路线：下料---锻造---正火---加工齿轮---局部镀铜---渗碳--预热淬火+低温回火---喷丸---磨齿

正火：改善锻造状态下的不正常组织，利于切削加工

淬火：油淬（Cr、Mn提高钢的淬透性）

低温回火：得到回火马氏体，高强度、钢硬度。

喷丸：去除氧化皮，使表面光洁，并且提高疲劳性能。

第十一章

1、铝合金是如何分类的？P363

答：铝合金常用的合金元素有Si、Mg、Cu、Mn、Zn及稀土元素。这些元素在铝中能形成铝基固溶体。根据合金元素和加工工艺特性，可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两种。

（1）变形铝合金：可通过压力加工制成型材，故要求合金应具有良好的塑性变形能力。组织主要是：固溶体，塑性变形能力好，适用于锻造、轧制和挤压。变形铝合金又可分为可热处理强化铝合金和不能热处理强化铝合金，这两类铝合金的理论分界线应该是室温下饱和

固溶体的极限溶解度。

（2）铸造铝合金具有良好的铸造性能。铸造铝合金按照其主要元素不同可分为Al-Si、Al-Cu、Al-Zn、Al-Mg等合金系列。事实上，为了提高铝合金的强度和便于热处理强化，铸造铝合金的成分都比较复杂，合金元素种类多，含量较高。

2、铝合金可以通过哪些途径达到强化目的？P363-P364

3、铝合金的强化热处理原理及工艺操作与钢的强化热处理及工艺操作有什么异同？

4、何谓铝硅明？它属于哪一类铝合金？为什么铝硅明具有良好的铸造性能？变质处理前后其组织和性能有何变化？这类铝合金主要用处何在？

答：铝硅铸造合金又称为铝硅明，由于含硅量为17%附近的铝硅明为共晶成分合金，具有优良的铸造性能。在铸造缓冷后，其组织主要是共晶体（α+Si），其中硅晶体是硬化相，并呈粗大针状。会严重降低合金的力学性能，为了改善铝硅合金的性能。可在浇注前往液体合金中加入含钠的变质剂，钠能促进硅形核，并阻碍其晶体长大，使硅晶体称为极细的粒状均匀的分布在铝基体上。钠还能使相图中共晶点向右下方移动，使变质后形成亚共晶组织。变质后铝合金的力学性能显著提高。铸造铝合金一般用来制造质轻、耐蚀、形状复杂及有一定力学性能的铸件，如发动机缸体、手提电动或风动工具（手电钻）已经仪表外壳。同时加入镁、铜的铝硅系合金（如ZL108），在变质处理后还可以进行固溶处理+时效，使其具有较好的耐热性和耐磨性，是制造内燃机活塞的材料。

5、铝合金热处理强化和钢淬火强化的主要区别是什么？

6、铜合金是如何分类的？P371

7、锌含量对黄铜有什么影响？P372

8、锡青铜的铸造性能为什么比较差？P373

9、铍青铜在热处理和性能上有什么不同？P375

10、黄铜是否能够进行时效强化？一般采用何种强化方式？

11、锡青铜的主要特点是什么？P373

12、钛合金是如何分类的？性能上有何特点？P376

13、TC4合金具有哪些特点? P376

14、镁合金的最大特点是什么？为什么被称为“绿色工程材料”？P377

在自然界中镁是分比较广泛的元素之一，盐湖、海水中也有大量的镁。多以化合物的形态存在，镁及其合金的应用越来越广泛。镁是继钢、铝之后的第三大工程材料。被称为21世纪绿色工程材料。

15、镁合金是如何分类的？P378

16、镁合金的热处理特点是什么？P379

17、轴承合金必须具有什么特性？其组织有什么要求？举例说明常用巴氏合金的化学成分、性能和用途。P380

18、蒙耐尔合金具有什么特点？P383

答：镍及其合金具有优良的耐腐蚀性和成形性。加入铜强度提高，当合金元素加入量接近于40%（60%Ni）时，强度达到最大，这类合金称为蒙耐尔合金。蒙耐尔合金在盐水和高温环境中具有高的强度和耐腐蚀性。

19、什么叫超合金？P383

答：含有大量合金元素的Ni，Fe-Ni以及Co合金称为超合金。这些合金具有高温强度，抗蠕变温度达到1000，而且具有高的耐腐蚀性。但其熔点与钢的熔点温度基本接近。

20、梯度材料、纳米材料、贮氢合金分别具有什么特点？

P384-P386

工程材料课后习题答案

土木工程材料课后习题第一章 2、当某种材料得孔隙率增大时,表17内其她性质如何变化？(用符号表示:↑增大、↓下降、不变、？不定) 材料长期在水得作用下不被破坏,强度也不显著降低得性质称耐水性用软化系数来表示K R=f b/f g 工程中将K R>0、85得材料瞧做就是耐水材料,可以用在水中或潮湿环境中得重要结构;用于受潮较轻或次要结构时,材料得K R值也不得低于0、75 4、材料发生渗水与冻融破坏得主要原因就是什么？如何提高材料得抗渗性与抗冻性？材料得孔隙率大,孔径大、开口并连通得空隙多、强度低就是发生渗水与冻融破坏得主要原因。工程上常采用降低孔隙率、提高密实度、提高闭口孔隙比例、减少裂缝或进行憎水处理等方法提高材料得抗渗性。工程上常采用降低孔隙率、提高密实度、提高闭口孔隙比例、提高材料得强度等方法提高材料得抗冻性。 5、什么就是材料得导热性？用什么表示？一般如何利用孔隙提高材料得保温性能？导热性就是指材料传导热量得能力。用导热系数来表示。减少开口孔隙率,提高闭口孔隙率比例。 7、什么就是材料得耐久性？通常用哪些性质来反映？材料得耐久性就是指其在长期得使用过程中,能抵抗环境得破坏作用,并保持原有性质不变、不破坏得一项综合性质。通常用抗渗性、抗冻性、抗老化与抗碳化等性质。 8、某工地有砂50t,密度为2、65g/cm3,堆积密度为1450kg/m3;石子100t,密度为2、70g/cm3,堆积密度为1500kg/m3、试计算砂石得空隙率,若堆积高度为1、2m,各需要多大面积存放？砂:绝对密实体积V1=50*1000/2650=18、87m3 自然状态下得体积V2=50*1000/1450=34、48m3 砂得空隙率为P1=(34、4818、87)/34、48=45、28% 存放面积为S1=3*34、48/1、2=86、2m2 石:绝对密实体积V3=100*1000/2700=37、04m3 自然状态下得体积V4=100*1000/1500=66、67m3 砂得空隙率为P2=(66、6737、04)/66、67=44、44% 存放面积为S2=3*66、67/1、2=166、675m2 第二章 3、花岗石与大理石各有何特性及用途？花岗石特性:(1)、密度大。(2)、结构致密,抗压强度高。(3)、孔隙率小,吸水率低。(4)、材质坚硬。(5)、装饰性好。(6)、耐久性好。用途:用于高级建筑结构材料与装饰材料

(完整版)工程材料课后习题参考答案

工程材料第一章金属的晶体结构与结晶 1．解释下列名词点缺陷：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？

机械工程材料课后习题答案 (2)

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。固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度，硬度升高的现象叫做固溶强化原因：晶格畸变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。 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

工程材料课后习题答案附后

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工程材料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

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”。 2 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

土木工程材料课后题答案

第1章土木工程材料的基本性 1当某一建筑材料的孔隙率增大时，材料的密度、表观密度、强度、吸水率、搞冻性及导热性是下降、上生还是不变？答：当材料的孔隙率增大时，各性质变化如下表：密度表观密度强度吸水率搞冻性导热性 2材料的密度、近似密度、表观密度、零积密度有何差别？答： 3材料的孔隙率和空隙率的含义如何？如何测定？了解它们有何意义？答：P指材料体积内，孔隙体积所占的百分比：P′指材料在散粒堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的百分比：了解它们的意义为：在土木工程设计、施工中，正确地使用材料，掌握工程质量。 4亲水性材料与憎水性材料是怎样区分的？举例说明怎样改变材料的变水性与憎水性？答：材料与水接触时不能被水润湿的性质称为憎水性材料。例如：塑料可制成有许多小而连通的孔隙，使其具有亲水性。例如：钢筋混凝土屋面可涂抹、覆盖、粘贴憎水性材料，使其具有憎水性。 5普通粘土砖进行搞压实验，浸水饱和后的破坏荷载为183KN，干燥状态的破坏荷载为207KN（受压面积为115mmX120mm），问此砖是否宜用于建筑物中常与水接触的部位？答： 6塑性材料和塑性材料在外国作用下，其变形性能有何改变？答：塑性材料在外力作用下，能产生变形，并保持变形后的尺寸且不产生裂缝；脆性材料在外力作用下，当外力达到一定限度后，突然破坏，无明显的塑性变形。 7材料的耐久性应包括哪些内容？答：材料在满足力学性能的基础上，还包括具有抵抗物理、化学、生物和老化的作用，以保证建筑物经久耐用和减少维修费用。 8建筑物的屋面、外墙、甚而所使用的材料各应具备哪些性质？答：建筑物的屋面材料应具有良好的防水性及隔热性能；外墙材料应具有良好的耐外性、抗风化性及一定的装饰性；而基础所用材料应具有足够的强度及良好的耐水性。第2章天然石材 1岩石按成因可分为哪几类？举例说明。答：可分为三大类：造价工程师执业资格考试：建设工程技术与计量（安装）工程材料安装工程常用材.. 2 1)岩浆岩，也称火成岩，是由地壳内的岩浆冷凝而成，具有结晶构造而没有层理。例如花岗岩、辉绿岩、火山首凝灰岩等。2) 沉积岩，又称为水成岩，是由地表的各类岩石经自然界的风化作用后破坏后补水流、冰川或风力搬运至不同地主，再经逐层沉积并在覆盖层的压力作用或天然矿物胶结剂的胶结作用下，重新压实胶结而成的岩石。例如，页岩、菱镁矿，石灰岩等。3) 变质岩，是地壳中原有的各类岩石在地层的压力或温度作用下，原岩石在固体状态下发生变质作用而形成的新岩石。例如，大理石、片麻岩等。 2比较花岗岩、石灰岩、大理岩、砂岩的性质和用途，并分析它们具有不同性质的原因。答：这几种石材性质不同的于它们的化学成分和结构的差别：花岗岩的主要化学成分为石英、长石及少量暗色矿物和云母，它呈全晶质结构。花岗岩表观密度大，抗压强度高，抗冻性好，刻水率小，耐磨性好，耐久性高，但耐火性差。它常用于基础、甲坝、桥墩、台阶、路面、墙石和勒脚及纪念性建筑物等。石灰岩的主要化学成分为CaCO 3，主要矿物成分为方解石，但常含有白云石、菱镁矿、石英、蛋白石等，因此，石灰岩的化学成分、矿物组分、致密程度以及物理性质差别很大。石灰岩来源广，硬

土木工程材料课后习题及答案

土木工程材料习题集与参考答案第一章土木工程材料的基本性质 1. 试述材料成分、结构和构造对材料性质的影响参考答案：材料的成分对性质的影响：材料的组成及其相对含量的变化，不仅会影响材料的化学性质，还会影响材料的物理力学性质。材料的成分不同，其物理力学性质有明显的差异。值得注意的是，材料中某些成分的改变，可能会对某项性质引起较大的改变，而对其他性质的影响不明显。材料的结构对性质的影响：材料的结构是决定材料物理性能的重要因素。可分为微观结构和细观结构。材料在微观结构上的差异影响到材料的强度、硬度、熔点、变形、导热性等性质，可以说材料的微观结构决定着材料的物理力学性能。材料的构造对性质的影响：材料的构造主要是指材料的孔隙和相同或不同材料间的搭配。不同材料适当搭配形成的复合材料，其综合性能优于各个单一材料。材料的内部孔隙会影响材料的强度、导热性、水渗透性、抗冻性等。总之，材料的组成、结构与构造决定了材料的性质。材料的组成、结构与构造的变化带来了材料世界的千变万化。 2．试述材料密度、表观密度、孔隙率的定义、测定方法及相互关系。密度与视密度的区别何在参考答案：密度ρ：是指材料在密实状态下单位体积的质量。测定方法：将材料磨细成粒径小于0.25mm 的粉末，再用排液法测得其密实体积。用此法得到的密度又称“真密度”。表观密度0ρ：是指材料在自然状态下单位体积的质量。测定方法：对于外形规则的块体材料，测其外观尺寸就可得到自然体积。对于外观不规则的块体材料，将其加工成规则的块体再测其外观尺寸，或者采用蜡封排液法。孔隙率P ：材料中的孔隙体积与总体积的百分比。相互关系： %10010????? ??-=ρρP 密度与视密度区别：某些散粒材料比较密实，其内部仅含少量微小、封闭的孔隙，从工程使用角度来说，不需磨细也可用排液法测其近似的密实体积，这样测得的密度称为“视密度”。 3．孔隙率及孔隙特征对材料的表观密度、强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性等性质有何影响参考答案：对表观密度的影响：材料孔隙率大，在相同体积下，它的表观密度就小。而且材料的孔隙在自然状态下可能含水，随着含水量的不同，材料的质量和体积均会发生变化，则表观密度会发生变化。对强度的影响：孔隙减小了材料承受荷载的有效面积，降低了材料的强度，且应力在孔隙处的分布会

土木工程材料课后习题答案

水泥生产硅酸盐水泥的主要原料有哪些？答：生产硅酸盐水泥的主要原料有石灰质原料和黏土质原料两大类，此外再辅助以少量的校正原料。石灰质原料可采用石灰石、泥灰岩、白垩等，主要提供CaO。黏土质原料可采用黏土、黄土、页岩等，主要提供SiO2、Al2O3、以及少量的Fe2O3。为什么在硅酸盐水泥的时候要掺入适当的石膏？答：石膏有缓凝剂的作用，缓解水泥凝结。简述硅酸盐水泥的主要矿物成分及其对于水泥性能的影响答：硅酸三钙（凝结硬化速度快，水化放热量多，强度高）、硅酸二钙（凝结硬化速度慢，水化放热量慢，强度早期低、后期高）、铝酸三钙（凝结硬化速度最快，水化放热量最多，强度低）、铁铝酸四钙（凝结硬化速度快，水化放热量中等，强度低）硅酸盐水泥的主要水化产物有哪几种？水泥石的结构如何？答：主要有凝胶和晶体两类，凝胶又水化硅酸钙、水化铁酸钙；晶体有氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙。水泥石结构有水泥水化产物、未水化完的水泥颗粒、孔隙和水。简述水泥细度对于水泥性质的影响，如何检验？答：细度是指水泥颗粒的粗细程度，颗粒越细，与水反应的表面积就越大，因而水化反应较快且较完全，早期强度和后期强度都较高，但在空气中的硬化收缩性较大，磨细成本也较高。水泥颗粒过粗，则不利于水泥活性的发挥。主要用筛选法和比表面积（勃氏法）检验。造成硅酸盐水泥体积安定性不良的原因有哪几种？如何检验？答：一般由于熟料中所含游离氧化钙过多，也可能是由于熟料中游离氧化镁过多或水泥中石膏过多所致。用煮沸法检验，测试方法可用饼法或雷氏法。简述硅酸盐水泥的强度发展规律以及影响因素答：水化时间越久，强度越大，28天时强度约约三天时的两倍。水泥的强度主要取决于水泥的矿物组成和细度。在下列的混凝土工程中应分别选用哪种水泥，并说明理由 A.紧急抢修的工程或军事工程 B.高炉基础 C.大体积混凝土坝和大型设备基础 D.水下混凝土工程 E.海港工程 F.蒸汽养护的混凝土预制构件 G.现浇混凝土构件 H.高强混凝土 I.混凝土地面和路面 J.冬季施工的混凝土 K.与流水接触的混凝土 L.水位变化区的混凝土

工程材料课后答案

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。若该合金以及慢速度冷却至室温，求合金显微组织中相组成物和组织组成物的相对量。

土木工程材料课后习题及答案

表观密度0 ρ：是指材料在自然状态下单位体积的质量。测定方法：对于外形规则的块体材料，测其外观尺寸就可得到自然体积。对于外观不规则的块体材料，将其加工成规则的块体再测其外观尺寸，或者采用蜡封排液法。孔隙率P ：材料中的孔隙体积与总体积的百分比。相互关系： %10010????? ??-=ρρP 密度与视密度区别：某些散粒材料比较密实，其内部仅含少量微小、封闭的孔隙，从工程使用角度来说，不需磨细也可用排液法测其近似的密实体积，这样测得的密度称为“视密度”。 3．孔隙率及孔隙特征对材料的表观密度、强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性等性质有何影响？参考答案：对表观密度的影响：材料孔隙率大，在相同体积下，它的表观密度就小。而且材料的孔隙在自然状态下可能含水，随着含水量的不同，材料的质量和体积均会发生变化，则表观密度会发生变化。对强度的影响：孔隙减小了材料承受荷载的有效面积，降低了材料的强度，且应力在孔隙处的分布会发生变化，如：孔隙处的应力集中。对吸水性的影响：开口大孔，水容易进入但是难以充满；封闭分散的孔隙，水无法进入。当孔隙率大，且孔隙多为开口、细小、连通时，材料吸水多。对抗渗性的影响：材料的孔隙率大且孔隙尺寸大，并连通开口时，材料具有较高的渗透性；如果孔隙率小，孔隙封闭不连通，则材料不易被水渗透。对抗冻性的影响：连通的孔隙多，孔隙容易被水充满时，抗冻性差。对导热性的影响：如果材料内微小、封闭、均匀分布的孔隙多，则导热系数就小，导热性差，保温隔热性能就好。如果材料内孔隙较大，其内空气会发生对流，则导热系数就大，导热性好。

工程材料与技术成型基础课后习题答案

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. 1-2 1-3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：HB 1-4公式HRC=10HBS,90HRB=210HBS,HV=HBS 800HV>45HRC>240HBS>90HRB 1-7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。 ③在液态金属结晶时采用机械振动，超声波振动，电磁搅拌等。 2-5答：（1）固溶体是溶质原子溶于溶剂晶格中而保持溶剂晶格类型的合金相。（2）固溶体中溶剂由于溶质原子的溶入造成固溶体晶格产生畸变，使合金的强度与硬度提高，而塑性与韧性略有下降。（3）通过溶入原子，使合金强度与硬度提高的办法称之为固溶强化。 2-6答(1)金属化合物是指合金组元之间相互作用形成具有金属特征的物质;

土木工程材料课后习题解答

《土木工程材料》习题与难题解答1 简答题 1 测定含大量开口孔隙的材料表观密度时，直接用排水法测定其体积，为何该材料的质量与所测得的体积之比不是该材料的表观密度？解答：表观密度是材料在自然状态下单位体积的质量。所谓自然状态下的体积包含材料内的孔隙。而直接将含大量开口孔隙的材料放入水中，部分水进入材料的开口孔隙中，故，所测得的体积已不是材料在自然状态下的体积。正确的做法是将材料表面涂蜡将其密封，然后方能用排水法测定其自然状态下的体积。 2相同组成材料的性能为何不一定是相同的？解答：例如同是二氧化硅成分组成的材料，蛋白石是无定型二氧化硅，石英是结晶型二氧化硅。它们的分子结构不同，因而它们的性质不同。 3 孔隙率越大，材料的抗冻性是否越差？解答：材料的孔隙包括开口孔隙和闭口孔隙两种，材料的孔隙率则是开口孔隙率和闭口孔隙率之和。材料受冻融破坏主要是因其孔隙中的水结冰所致。进入孔隙的水越多，材料的抗冻性越差。水较难进入材料的闭口孔隙中。若材料的孔隙主要是闭口孔隙，即使材料的孔隙率大，进入材料内部的水分也不会很多。在这样的情况下，材料的抗冻性不会差。名词解释 1 材料空隙率是指散粒状材料在堆积体积状态下颗粒固体物质间空隙体积(开口孔隙与间隙之和)占堆积体积的百分率。 2 堆积密度是指粉状或粒状材料在堆积状态下单位体积的质量。填空题 1 材料的吸湿性是指材料在＿空气中吸收水分＿的性质。 2 材料的抗冻性以材料在吸水饱和状态下所能抵抗的＿冻融循环次数＿来表示。 3 水可以在材料表面展开，即材料表面可以被水浸润，这种性质称为＿亲水性＿。选择题 1 孔隙率增大，材料的＿B＿降低。 A 密度 B 表观密度 C 憎水性 D 抗冻性 2 材料在水中吸收水分的性质称为＿A＿。 A 吸水性 B 吸湿性 C 耐水性 D 渗透性判断题 1 某些材料虽然在受力初期表现为弹性，达到一定程度后表现出塑性特征，这类材料称为塑性材料。错 2 材料吸水饱和状态时水占的体积可视为开口孔隙体积。对 3 在空气中吸收水分的性质称为材料的吸水性。错分析题 1 生产材料时，在组成一定的情况下，可采取什么措施来提高材料的强度和耐久性？

工程材料试题及答案

工程材料试题一、填空题（1×20=20分） 1.常用的材料强度指标有抗拉强度和屈服强度两种强度指标。（6页） 2.金属结晶的必要条件是一定的过冷度。（28页） 3.屈强比是屈服强度与，抗拉强度之比。（6页） 4.一般工程结构用金属是多晶体，在各个方向上的性能相同，这就是实际金属的各向同性现象。（20页） 5.实际金属存在点缺陷、线缺陷和面缺陷三种缺陷。实际晶体的强度比理想晶体的强度低得多。（20-21页） 6.共析钢加热至Ac1时将发生珠光体向奥氏体的转变，其形成过程包括四个阶段。（51页） 7.碳在铸铁中可以两种形式存在渗碳体和石墨。（131页） 8.金属晶体通过滑移和孪生两种方式来发生塑性变形。（83页） 9.缩聚反应的实施方法主要有熔融缩聚和溶液缩聚两种。二、单项选择题（在下列选项中选择一个正确答案，并将其序号填在括号内）（每题2分，共20分） 1.钢在淬火后所得的组织是（A ） A.淬火马氏体 B.回火索氏体 C.回火屈氏体 D.索氏体 2.在淬火钢中，当含碳量增加到0.6％以后，随含碳量的增加，硬度增加缓慢，这是因为（ A ） A. 随含碳量的增加，残余奥氏体的量增多 B. 随含碳量的增加，片状马氏体的量增多 C. 随含碳量的增加，淬火内应力增大 D. 随含碳量的增加，非马氏体的量减少 3.若钢中加入的合金元素能使C曲线左移，则将使钢的淬透性（B ） A.提高 B.降低 C.不改变 D.对小试样堤高，对大试样则降低 4.下列钢铁材料中切削性能较好的是（B ） A.工业纯铁 B.45钢 C.白口铸铁 D.T12A钢 5.钢锭中的疏松可以能过下面哪种方法改善（B ） A.完全退火 B.足够变形量的锻轧 C.扩散退火 D.正火 6.正火T8钢与完全退火T8钢相比（ B ） A.前者珠光体更细密，故强度要低些 B. 前者珠光体更细密，故强度要高些 C.前者珠光体更粗大，故强度要低些 D. 前者珠光体更粗大，故强度要高些 7.退火亚共析钢，随含碳量的增加（ B ） A.HBS、σb值减小，δ、aK值增加 B. HBS、σb值增加，δ、aK值减小 C. HBS、σb值增加，δ、aK值增加 D. HBS、σb值减小，δ、aK值减小 8.碳含量为Wc＝4.3％的铁碳合金具有良好的（ D ） A. 可锻性 B. 切削加工性能 C. 可焊性 D. 铸造性能 9.建筑用钢筋宜选用（ C ） A. 高碳钢 B.中碳钢 C. 低碳钢 D.工具钢 10.下述退火态钢中强度最高的是（ D ） A.T13钢 B.45钢 C.65钢 D.T8钢三、判断题（1×10=10分） 1、合金渗碳钢经最终热处理后的组织全部是回火马氏体。（×） 2、热加工与冷加工的主要区别在于是否有加工强化现象产生。（×） 3、铸铁是含碳量小于2.11%的铁碳合金。（×） 4、二元共晶相图是指合金两组元在液态和固态均能无限互溶所构成的相图。（×） 5、感应加热表面淬火一般只改变钢件表面层的组织，而不改变心部组织。（√） 6、一个合金的室温组织为α+β11 +（α+β），则它由三相组成。（×） 7、将金属加热到再结晶温度以上时，金属将发生回复、再结晶及晶粒长大等变化。（√） 8、金属在塑性变形后产生的纤维组织能使金属具有各向异性。（√） 9、碳钢的塑性和强度都随着含碳量的增加而降低。（×） 10、金属的再结晶转变，也要经历形核与晶核长大的过程。（√）四、名词解释（3×6=18分） 1．屈服强度：是指当材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。（6页） 2、断后伸长率：断后伸长率是指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。用符号δ表示。（7页） 3、晶胞：从晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的，最小的几何单元来分析晶体中原子排列的规律。这个最小的几何单元称为晶胞。（18页） 4、过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。（28页） 5、固溶体：合金在固态时组元间会相互溶解，形成一种在某一组元晶格中包含有其他组元的新相，这种新相称为固溶体。（22页） 6、变质处理：在浇铸前向液体金属中加入难溶质点（变溶质）结晶时这些质点将在液体中形成大量非自发晶核，使晶粒数目大大增加，从而达到晶粒细化的作用。（30页）四、问答题（4×8=32分） 1．什么是工程材料？按其组成主要分为哪些类型? 答：工程材料主要指用于机械工程和建筑工程等领域的材料。按其组成主要分为：金属材料、高分子材料、无机非金属材料、复合材料。（2页） 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？（20-22页）答：在实际金属中存在的缺陷有点缺陷（空位和间隙原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）三种类型。一般情况下，晶体缺陷的存在可以提高金属的强度，但是晶体缺陷的存在常常降低金属的抗腐蚀性能。 3、淬火目的是什么？常用淬火方法有哪些？（65-66页）答：淬火目的是提高钢的硬度和耐磨性，常用淬火方法有单介质淬火、双介质淬火、马氏体分

工程材料课后习题(1)

2、试分析说明铁素体钢、奥氏体钢、莱氏体钢的形成原因。答： ①某些合金元素的加入会是奥氏体区缩小，特别是Cr、Si含量高时将限制奥氏体区，甚至完全消失，使得室温下只有单相铁素体组织存在。如高Cr含量的铬不锈钢。 ②某些合金元素的加入会使奥氏体相区扩大，特别是Ni、Mn。当钢中加入大量这类元素时，甚至可使A1、A2、Acm线将至室温一下，从而获得在室温下只有单相奥氏体存在的所谓奥氏体钢。如高Mn含量的耐磨钢。 ③大部分合金元素可使Fe-Fe3C相图中E点左移，因此，含碳量相同的碳钢和合金钢具有不同的显微组织。某些高碳合金钢中就会出现莱氏体组织，称为莱氏体钢。如高速钢。 3、试根据合金元素与碳的相互作用进行分类，并指出：（1）哪些元素是碳化物形成元素？哪些是非碳化物形成元素？ Ti、V、Cr、Mo、W、Mn、Zr、Nb; Co、Ni、Cu、B、Al、Si （2）哪些元素为弱碳化合物形成元素？性能特点如何？ Mn 除少量可溶于渗碳体中形成合金渗碳体外，几乎都溶于铁素土和奥氏体中（3）哪些元素为强碳化物形成元素？性能特点如何？答：Ti、V、Zr、Nb；和碳有极强的亲和力，只要有足够的碳，在适当的条件下，节能形成他们自己特殊的碳化物，仅在缺少碳的情况下，才以原子状态溶于固溶体中。（4）何为合金渗碳体，与渗碳体相比，其性能如何？合金元素溶于渗碳体中即为合金渗碳体。铁原子可以被其他金属原子所置换，形成以间隙化合物为基体的固溶体，一般把它们称为合金渗碳体。 5、合金元素提高钢挥霍稳定性的原因是什么？常用以提高回火稳定性的回火稳定性的合金元素有哪些？答是指钢对回火时发生软化过程的抵抗能力。由于合金元素强碳化物形成元素能使铁、碳原子扩散速度减慢，使淬火钢回火加热时马氏体不易分解，析出的碳化物也不易聚集长大，保持一种较细小、分散的组织状态，。合金元素在回火过程中推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才开始分解和转变）;提高铁元素的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度，从而使钢的硬度随回火温度的升高而下降的程度减弱，即提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。 6、分析碳及合金元素在低合金高强度钢中的作用，提高低合金高强度钢韧性的途径是什么？答：（1）碳的质量分数一般低于0.2%，以保证良好的焊接性、冷成型性和低温韧性；（2）合金元素以Mn为主（国外以Cr、Ni为主），锰的质量分数最高可达1.8%，并辅以少量的V、Ti、Mo、Nb、B等元素。合金元素主要作用是强化铁素体，细化铁素体晶粒，使钢的强度与韧性都得到改善；

中南大学土木工程材料课后习题及答案

土木工程材料习题集与参考答案第一章土木工程材料的基本性质 1. 试述材料成分、结构和构造对材料性质的影响？参考答案：材料的成分对性质的影响：材料的组成及其相对含量的变化，不仅会影响材料的化学性质，还会影响材料的物理力学性质。材料的成分不同，其物理力学性质有明显的差异。值得注意的是，材料中某些成分的改变，可能会对某项性质引起较大的改变，而对其他性质的影响不明显。材料的结构对性质的影响：材料的结构是决定材料物理性能的重要因素。可分为微观结构和细观结构。材料在微观结构上的差异影响到材料的强度、硬度、熔点、变形、导热性等性质，可以说材料的微观结构决定着材料的物理力学性能。材料的构造对性质的影响：材料的构造主要是指材料的孔隙和相同或不同材料间的搭配。不同材料适当搭配形成的复合材料，其综合性能优于各个单一材料。材料的内部孔隙会影响材料的强度、导热性、水渗透性、抗冻性等。总之，材料的组成、结构与构造决定了材料的性质。材料的组成、结构与构造的变化带来了材料世界的千变万化。 2．试述材料密度、表观密度、孔隙率的定义、测定方法及相互关系。密度与视密度的区别何在？参考答案：密度ρ：是指材料在密实状态下单位体积的质量。测定方法：将材料磨细成粒径小于0.25mm 的粉末，再用排液法测得其密实体积。用此法得到的密度又称“真密度”。表观密度0ρ：是指材料在自然状态下单位体积的质量。测定方法：对于外形规则的块体材料，测其外观尺寸就可得到自然体积。对于外观不规则的块体材料，将其加工成规则的块体再测其外观尺寸，或者采用蜡封排液法。孔隙率P ：材料中的孔隙体积与总体积的百分比。相互关系：%10010???? ? ??- =ρρP 密度与视密度区别：某些散粒材料比较密实，其内部仅含少量微小、封闭的孔隙，从工程使用角度来说，不需磨细也可用排液法测其近似的密实体积，这样测得的密度称为“视密度”。 3．孔隙率及孔隙特征对材料的表观密度、强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性等性质有何影响？参考答案：对表观密度的影响：材料孔隙率大，在相同体积下，它的表观密度就小。而且材料的孔隙在自然状态下可能含水，随着含水量的不同，材料的质量和体积均会发生变化，则表观密度会发生变化。对强度的影响：孔隙减小了材料承受荷载的有效面积，降低了材料的强度，且应力在孔隙处的分布会发生变化，如：孔隙处的应力集中。对吸水性的影响：开口大孔，水容易进入但是难以充满；封闭分散的孔隙，水无法进入。当孔隙率大，且孔隙多为开口、细小、连通时，材料吸水多。对抗渗性的影响：材料的孔隙率大且孔隙尺寸大，并连通开口时，材料具有较高的渗透性；如果孔隙率小，孔隙封闭不连通，则材料不易被水渗透。对抗冻性的影响：连通的孔隙多，孔隙容易被水充满时，抗冻性差。对导热性的影响：如果材料内微小、封闭、均匀分布的孔隙多，则导热系数就小，导热性差，保温隔热性能就好。如果材料内孔隙较大，其内空气会发生对流，则导热系数就大，导热性好。 4．材料的耐水性、吸水性、吸湿性、抗冻性、导热性、热容、抗渗性的含义是什么？参考答案：耐水性：材料抵抗水破坏作用的能力称为耐水性，即材料经水浸泡后，不发生破坏，同时强度也不显著降低的性质。指标：软化系数吸水性：材料与水接触时其毛细管会吸收水分的性质。指标：吸水率吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。指标：平衡含水率抗冻性：材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不被破坏，强度也不严重降低的性质。指标：抗冻等级，其划分取决于材料在一定条件下经受冻融而不被破坏的次数。导热性：当材料两面存在温度差时，热量会从温度较高的一面传导到温度较低的一面的性质。指标：导热系数热容：某块材料在温度升降1K 时所放出或吸收的热量。指标：C （热容）＝c （比热容）?m（材料质量）抗渗性：材料抵抗压力水或液体渗透的性质。指标：渗透系数 5．材料的导热系数、比热容和热容与建筑物的使用功能有什么关系？参考答案：材料的导热系数小，建筑物的保温隔热性能就好。如果建筑物围护结构的热容越大，则在气温变化较大时，能较好地保持室内温度。 6．试述材料的弹性、朔性、脆性和弹性磨量的意义？参考答案：弹性：当撤去外力或外力恢复到原状态，材料能够完全恢复原来形状的性质。塑性：当撤去外力或外力恢复到原状态，材料仍保持变形后的形状和尺寸，并不产生裂缝的性质。脆性：是材料在外力作用下不产生明显变形而突然发生破坏的一种性能。弹性模量：晶体材料如金属材料表现为线弹性，一些非晶体材料如玻璃等也表现为线弹性，其应力与应变之比为常数，比值称为弹性模量，它是衡量材料抵抗外力使其变形能力的一个指标。 7．影响材料强度试验结果的因素有哪些？强度与强度等级是否不同，试举例说明。参考答案：试验条件对材料强度试验结果有较大的影响，其中主要有试件的形状和尺寸、试验机的加载速度、试验时的温度和湿度，以及材料本身的含水状态等。强度与强度等级不一样。强度是一个具体值，而强度等级是一个等级范围。如：混凝土的强度等级为C30，那么属于C30强度等级的混凝土的实际强度值有可能是30MPa 或与30MPa 接近的强度值。 8．某地红砂岩，已按规定将其磨细，过筛。烘干后称取50g ，用李氏瓶测得其体积为18.9cm 3 。另有卵石经过清洗烘干后称取1000g ，将其浸水饱和后用布擦干。又用广口瓶盛满水，连盖称得其质量为790g ，然后将卵石装入，再连盖称得其质量为1409g ，水温为25℃，求红砂岩及卵石的密度或视密度，并注明哪个是密度或视密度。

工程材料题目及答案

1. 将同一棒料上切割下来的4块45#试样，同时加热到850°，然后分别在水、油、炉和空气中冷却，说明：各是何种热处理工艺？各获得何种组织？排列一下硬度大小：答：（1）水冷：淬火M （2）油冷：淬火M+T （3）炉冷：退火P+F （4）空冷：正火S+F 硬度（1）>（2）>（4）>（3） 2. 确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的和退火后的组织：（1）经冷轧后的15号钢板，要求降低硬度。（2）ZG的铸造齿轮；（3）锻造过热后的60钢锻坯；（4）改善T12钢的切削加工性能：答：（1）再结晶退火：目的：细化晶粒，均匀组织，使变形晶粒重新转变为等轴晶粒，以消除加工硬化，降低了硬度，消除内应力，得到P(等轴)+F （2）去应力退火：目的：消除铸造内应力，得到P+F 3）完全退火：目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低了硬度，改善切削加工性，得到P+F （4）球化退火：目的：使片状渗碳体装变为球状渗碳体，降低硬度，均匀组织，改善切削

性能，得到粒状P+Fe3C 3. 说明直径为10mm的45钢试样分别为下列温度加热：700°C、760°C、840°C、1100°C。保温后在水中冷却得到的室温组织答：温度加热后组织水冷后组织 700°C P+F P+F 760°C A+F M+F 840°C A M 1100°C A M 4.两个碳质量分数为1.2%的碳钢薄试样，分别加热到780°C和900°C，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？答：（1）900°C（2）900°C（3）900°C（4）780°C（5）780°C，综上所述此温度淬火后得到的均匀细小的M+颗粒状Cm+AR的混合组织，使钢具有最大的硬度和耐磨性。 5.用T10钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为：锻造—热处理—机加工—热处理—磨加工。（1）写出其中热处理工序的名称及作用。（2）制定最终热处理（磨加工前的热处理）的工艺规范，并指出车刀在使用状态下的显微组织和大致硬度。答:(1)球化退火，作用：利于切削加工。得到球状珠光体，均匀组织，细化晶粒，为后面淬火处理作组织准备。淬火+低温回火，作用：使零件获得较高的硬度、耐磨性和韧性，消除淬火内应力，稳定组织和尺寸。（2）工艺规范：760°C水淬+200°C回火；显微组织：M回+Cm，大致硬度：60HRC. 6.如下图所示，T12钢加热到Ac1以上，用图示

工程材料课后习题(1)

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