工程材料分章习题
材料的性能
一、名词解释：
疲劳强度
二、判断
1、所有金属材料在拉伸时均有明显的屈服现象。
2、材料在均匀塑性变形阶段承受的最大拉应力称为抗拉强度。
晶体结构与结晶
一、名词解释：
晶体晶格过冷度
二、判断
1、金属结晶的必要条件是快冷。
2、凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
3、纯金属的实际结晶温度与其冷却速度有关。
三、选择
1、金属在结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度（）
a.越高
b.越低
c.越接近理论结晶温度
d.不能确定
2、铸造条件下，冷却速度越大，则（）
a. 过冷度越大，晶粒越细
b.过冷度越大，晶粒越粗
c.过冷度越小，晶粒越细
d.过冷度越小，晶粒越粗
四、填空
1、实际金属中存在有、、缺陷。其中，位错是缺陷，晶界是缺陷。
2、金属在结晶过程中，冷却速度越大，则过冷度越，晶粒越，强度越，塑性越。
3、金属的结晶主要由和两个基本过程组成。
4、在金属结晶过程中，细化晶粒的方法主要有、和。
二元合金相图与结晶
一、名词解释
组织相固熔体固溶强化金属化合物
二、判断
1、金属化合物相与固溶体相的本质区别在于前者的硬度高、脆性大。
2、固溶体的强度、硬度一定比溶剂金属的强度、硬度高。
三、选择
1、固溶体合金在结晶时（）
a.不发生共晶转变
b.要发生共晶转变
c.必然有二次相析出
d.多数要发生共析转变
2、二元合金中，铸造性能最好的合金是（）
a. 固溶体合金
b.共晶合金
c.共析合金
d.包晶成分合金
3、二元合金中，压力加工性能最好的合金是（）
a．固溶体合金b．共晶合金c．共析合金d．包晶成分合金
四、填空
1、合金的两大基本相是和，其本质区别是。
铁碳合金和铁碳相图
一、名词解释
奥氏体珠光体马氏体
1、在铁碳合金中，只有过共析钢的平衡组织才有二次渗碳体存在。
2、铁碳合金的强度随含碳量的增加而增加。
3、含碳6.69%的铁碳合金，其室温平衡相为铁素体加渗碳体。
4、所有含碳量大于0.77%的铁碳合金平衡结晶后，其室温组织中均存在二次渗碳体。
5、珠光体和低温莱氏体的性能差别大是因为它们的组成相不同。
6、铁碳合金中的一次渗碳体与二次渗碳体在晶粒形貌和晶体结构上均相同。
7、在铁碳合金中，只有共析成分的合金结晶时才发生共析转变，形成共析组织。
三、选择
1、同素异构转变伴随着体积的变化，其主要原因是（）
a.晶粒尺寸发生变化
b.过冷度发生变化
c.致密度发生变化
d.晶粒长大速度发生变化
四、填空
1、纯铁的同素异构体有、和。
五、铁碳相图
1、正确画出铁—渗碳体相图，标出全部组织组成物，并用示意图说明T12钢的平衡结晶过程，计算其铁素体与渗碳体的相对量。
2、正确画出以组织组成物分区的铁—渗碳体相图。试说明随含碳量的增加，铁碳合金机械性能变化与平衡组织之间的关系。
3、正确画出铁—渗碳体相图，并标出各区域组织。指出图中ECF和PSK两条水平线的含义，写出相应的转变方程式。
4、正确画出铁—渗碳体相图，标出全部相组成物。用示意图分析45钢的平衡结晶过程。说明含碳量0.02～2.11%的铁碳合金，其组织随含碳量变化的规律。分析说明60钢的平衡结晶过程，计算其珠光体与铁素体的相对量。
塑性变形与再结晶
一、名词解释
热加工加工硬化滑移固溶强化弥散强化再结晶
二、判断
1、变形金属再结晶后，其晶格类型和晶粒形状都改变了。
2、提高奥氏体不锈钢强度的有效途径是冷塑性变形。
3、细晶粒金属的强度高但塑性较差。
4、金属铸件的粗大晶粒，可以通过再结晶退火细化。
5、由于溶质原子对位错运动具有阻碍作用，因此造成固溶体合金的强度和硬度提高。
6、热加工和冷加工的本质区别在于前者不产生加工硬化。
7、金属的晶界是面缺陷。晶粒愈细，晶界愈多，金属的性能愈差。
8、晶界是一种面缺陷，所以晶界面积越大，金属的机械性能越差。
9、固溶体的强度、硬度一定比溶剂金属的强度、硬度高。
10、滑移变形不会引起金属的晶体结构发生变化。
11、要提高奥氏体不锈钢的强度，只能采用冷塑性变形予以强化。
12、细晶粒金属的强度硬度较高，但塑性韧性较差。
13、提高铁素体不锈钢强度的有效途径是冷塑性变形。
三、选择
1、室温下冷拉纯Sn，使之变形70%，问能否产生加工硬化？(纯Sn的熔点为232℃)（）
a.能
b.不能
c.略有加工硬化
d.不能肯定
2、多晶体的晶粒越细小，则其（）
a. 强度越高，塑性越好
b.强度越高，塑性越差
c.强度越低，塑性越好
d.强度越低，塑性越差
3、钢丝在室温下反复弯折，会越弯越硬，直至断裂，而铅丝在室温下反复弯折，则始终处于软态，其原因
a. Pb不发生加工硬化，不发生再结晶，Fe发生加工硬化，不发生再结晶；
b. Fe不发生加工硬化，不发生再结晶，Pb发生加工硬化，不发生再结晶；
c. Pb发生加工硬化，发生再结晶，Fe发生加工硬化，不发生再结晶；
d. Fe发生加工硬化，发生再结晶，Pb发生加工硬化，不发生再结晶；
4、某工厂用冷拉钢丝绳吊运出炉的热处理工件去淬火，钢丝绳承载能力远远超过工件的重量，但在工件吊运过程中，钢丝绳却发生拉长断裂，其断裂原因是由于钢丝绳：（）
a.超载
b.发生再结晶
c.形成带状组织
d.产生加工硬化
5、体心立方晶格金属与面心立方晶格金属在塑性上的差别，主要是由于两者的（）
a．滑移系数不同b．滑移方向数不同c．滑移面数不同d．滑移面上的晶面指数不同
四、填空
1、纯金属经冷变形后，其强度、硬度，塑性，冲击韧性；由此可知，冷塑性变形会产生。
2、强化金属材料的基本方法有、和。
3、滑移只能在应力的作用下发生，并在晶面和晶向上进行。
4、为了保持冷塑性变形金属的强度和硬度，应采用退火；为了降低冷塑性变形金属的强度和硬度，应采用退火。
钢的热处理
一、名词解释
淬透性回火脆性调质淬硬性
二、判断
1、马氏体的硬度取决于淬透性和合金元素含量。
2、同一钢材，在相同的加热条件下，水冷比油冷的淬透性好，小件比大件的淬透性好。
3、合金元素愈多，马氏体的硬度愈高。
4、未淬透钢的硬度总是低于淬透钢。
5、钢的淬透性只与其化学成分有关，而与冷却介质和零件尺寸无关。
6、低碳钢采用正火，目的是提高其硬度，以便切削加工。
7、处于临界点A1温度之下的奥氏体称为过冷奥氏体。
8、钢的淬透性是指钢在淬火时所获淬硬层的深度。
9、无论含碳量高低，马氏体都硬而脆。
10、过共析钢加热到Ac1和Accm之间的温度时，得到奥氏体＋渗碳体组织；在平衡条件下，其奥氏体的含碳量总是小于钢的含碳量。
11、过冷奥氏体的稳定性愈好，则钢的淬透性愈高。
三、选择
1、影响钢淬透性的因素主要是（）
a.工件尺寸
b.冷却速度
c.淬火方法
d.过冷奥氏体的稳定性
2、T8钢等温淬火的组织为（）
a. M+A’
b. M+T
c. B下
d. B下+M
3、完全退火主要用于（）
a.亚共析钢
b.共析钢
c.过共析钢
d.白口铸铁
4、钢的淬硬性主要取决于（）
a.钢的含碳量
b.马氏体的含碳量
c.钢的淬透性
d.淬火介质与淬火方法
5、影响钢淬透性的因素主要是（）
a．工件尺寸b．冷却速度c．淬火方法d．钢的化学成分
6、马氏体的硬度主要取决于（）
1、共析钢的正火组织为状S，而调质组织为状S，其综合机械性能前者后者。
2、其它条件相同的退火态T8钢分别在700℃和800℃加热后水冷，其水冷后的硬度为：前者后者，硬度不同的原因是。
3、钢的淬透性越高，其C曲线的位置越，临界冷却速度越。
4．20钢的正火组织是，淬火加热时组织是，水冷淬火冷却后的组织
是。
5、马氏体的硬度主要取决于。
6、钢的热处理工艺是由、、三个阶段组成。一般来说，热处理不改变工件的，但却改变其。
7、共析钢加热时，奥氏体的形成是由、、和
等四个基本过程组成。
8、球化退火是为了获得组织，它适用于钢的退火。
五、C曲线
1、共析钢C曲线和冷却曲线如图所示，试指出图中各点处的组织。（不解释原因）
2、在共析钢的C曲线上，绘制为了获得以下组织：（1）S+P，(2)T+M，（3）B下，（4）M+A’，（5）B下 +M+A’所对应的冷却曲线。
题1图题2图
3、T8钢的过冷奥氏体按图示方式冷却，试分析冷却后的室温组织？低温回火和高温回火后又得什么组织？（不解释原因）
6
合金钢
一、名词解释
热硬性
二、判断
1、低碳钢采用正火，目的是提高其硬度，以便切削加工。
2、提高铁素体不锈钢强度的有效途径是冷塑性变形
3、调质钢高温回火后油冷是为了二次硬化。
4、耐磨钢固溶处理时快冷是为了获得高硬度的马氏体。
5、高速钢制作的刀具具有高的热硬性。
6、要提高奥氏体不锈钢的强度，只能采用冷塑性变形予以强化。
7、ZGMn13加热到高温后水冷，其目的是为了获得高硬度的马氏体组织。
8、调质钢合金化的目的是为了提高其红硬性。
9、高速钢反复锻造是为了打碎鱼骨状共晶碳化物，使其均匀的分布在钢基体中。
三、选择
1、直径为10mm的45钢钢棒，加热到摄氏850度水淬，其显微组织应为：（）
a. M
b. M+F
c. M+A′
d. M+P
2、退火状态下，T8钢的强度T12钢的强度。
a.大于
b.等于
c.小于
d.略小于
3、普通低合金刃具钢的预备热处理特点是：（）
a.正火
b.淬火+低温回火
c.调质
d.球化退火
4、0Cr18Ni9Ti钢进行固溶处理的目的是（）
a.提高强度
b.增加塑性
c.提高耐蚀性
d.改善切削加工性
5、过共析钢球化退火之前通常要进行（）
a.调质处理
b.去应力退火
c.再结晶退火
d.正火处理
6、拖拉机和坦克履带受到严重的磨损与强烈的冲击，其选材和热处理应为（）
a.20CrMnTi渗碳淬火＋低温回火
b.ZGMn13水韧处理
c.W18Cr4V淬火＋低温回火
d.GCr15淬火＋冷处理＋低温回火
7、T12钢正常淬火后的组织是（）
a.M＋A’
b.M＋A’＋粒状碳化物
c.M＋粒状碳化物
d.M＋二次渗碳体
8、T12钢正常淬火后的硬度是（）
a.HRC30~40
b.HRC40~50
c.HRC50~60
d.HRC60~70
9、改善低碳钢切削加工性能常用的热处理方法是（）
a.完全退火
b.不完全退火
c.正火
d.调质
10、退火状态下，T12钢的强度低于T8钢的强度是因为（）
a.T12的渗碳体量多
b.T8不含二次渗碳体
c.T8的组织是100%珠光体
d.T12钢的二次渗碳体沿原奥氏体晶界分布
11、过共析钢正火的目的是（）
a.调整硬度，改善切削加工性能
b.细化晶粒，为淬火作组织准备
c.消除网状二次渗碳体
d.消除内应力，防止淬火变形和开裂
12、45钢的室温平衡相是（）
a.铁素体＋珠光体
b.铁素体＋珠光体＋渗碳体
c.铁素体＋渗碳体
d.珠光体＋渗碳体
13、45钢的室温平衡组织是：（）
a.铁素体+珠光体
b.铁素体+珠光体+渗碳体
c.铁素体+渗碳体
d.珠光体+渗碳体
四、填空
1、钢中的含碳量和合金元素含量越高，则Ms温度越，淬火后残余奥氏体的量越。
3、W18Cr4V钢的淬火加热特点是，冷却特点是，回火特点是。
4、碳钢的淬火必须用冷，这是因为碳钢的淬透性。
5、调质钢的含碳量通常为，其合金元素的作用主要是、。
6、钢的质量是按和的含量高低进行分类的。
五、选材
1、为下列工件选材，给出相应的热处理方法，并指明最终的室温组织。
工件：齿轮变速箱箱体，游标卡尺，汽车板簧，自行车三角架，直径为30mm的传动轴，汽车变速齿轮，高精度磨床主轴，机床床身，桥梁构件，连杆螺栓，沙发弹簧，发动机缸套，耐磨搅拌叶片，机床主轴，变速齿轮，高速车刀，紧固螺栓，外科手术刀，车轮缓冲弹簧，螺丝刀，滚动轴承，汽轮机叶片材料：T12A，60Si2Mn，16Mn，HT250，40Cr，38CrMoAl,HT150,20CrMnTi，45，65，65Mn，HT200，W18Cr4V，9Mn2V，9SiCr，T10，3Cr13，GCr15，1Cr13，
2、为下列工件选材，并说明其热处理特点和热处理后的室温组织。
（1）载重汽车传动齿轮：要求齿表面高硬度、高耐磨和良好的抗疲劳强度，齿芯部高强韧性。
（2）盘形铣刀：要求高硬度、高耐磨和良好的热硬性。
（3）装载机铲斗齿：要求抗强烈的冲击磨损。
（4）机床床身：要求导轨部分具有高的耐磨性。
（5）机床主轴；（6）钳工锉刀，
可选材料：20CrMnTi,ZGMn13,W18Cr4V,40Cr,HT150，45,9SiCr,T10A，20，16Mn，60Si2Mn，GCr15
3、指出下列材料的主要用途，常用热处理方法及热处理后的最终组织：
65Mn 16Mn 20Cr GCr15 40Cr 9SiCr T12 3Cr13
六、热处理工艺
1、下列场合宜采用何种热处理方法（不解释原因）：
（1）提高低碳钢的切削加工性能。（2）降低高碳工模具钢的硬度，以便切削加工，且为最终淬火作组织准备。（3）为表面淬火工件（要求芯部具有良好的综合机械性能）作组织准备。（4）纠正50钢锻造过热的粗大组织，为切削加工作准备。（5）降低冷冲压件的硬度，提高塑性，以便进一步拉伸。（6）消除灰口铸铁的白口组织，降低其硬度。（7）消除某量规在研磨过程中产生的应力，稳定尺寸。（8）为了得到下贝氏体组织。
2、用9SiCr钢制作园板牙，其工艺路线如下：
下料锻造球化退火机械加工淬火低温回火
试分析各热处理工序的作用，并说明热处理后的组织。
3、车床主轴要求轴颈部位的硬度为HRC50～55，其余部位为HRC30～35，其加工路线如下：
锻造→调质→机加工→轴颈表面淬火→低温回火→精磨。请说明：（1）主轴应采用何种材料；（2）热处理工序的作用；（3）轴颈表面和心部的组织。
4、C618机床变速箱齿轮选用45钢制造，工艺路线为：下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→高频表面淬火→低温回火→精磨。说明各热处理工序的目的和处理后的组织。
5、两把用T12A钢制造的车刀，分别加热到摄氏780度和900度淬火，说明：
（1）哪个温度加热淬火后的马氏体组织粗大？（2）哪个温度加热淬火后的马氏体含碳量高？（3）哪个温度加热淬火后的残余奥氏体量多？（4）哪个温度加热淬火后的未溶碳化物较多？（5）你认为哪个温度加热淬火合适？为什么？
6、110型柴油机曲轴用QT600－3球墨铸铁制造，其加工路线为：铸造成型→正火→去应力退火→切削加工→轴颈表面淬火→低温回火→磨削。说明各热处理工序的作用。
7、某工厂用CrWMn钢制造高精度块规，其加工工艺路线如下：
下料→锻造→球化退火→机加工→淬火→冷处理→低温回火→粗磨→低温人工时效→精磨→人工时效
→淬火→低温回火→喷丸精磨。说明各热处理工序的目的。
9、W18Cr4V钢的淬火加热温度高达1280℃左右，若以一般工具钢Ac1+(30～50)℃的方法来确定其淬火加热温度，淬火后W18Cr4V制造的刃具能否达到要求的性能？为什么？
10、用W18Cr4V制造盘形铣刀，其最终热处理的工艺曲线如图所示，试分析淬火特点和回火特点。
11、将三个直径为10mm的45钢试样（原始组织为平衡态）分别加热到摄氏700、760和850度，保温一定时间后在水中冷却。说明将得到什么样的室温组织，为什么会得到这样的组织？（45钢的Ac1为724℃，Ac3为780℃）
12、用T12A制造钳工锉刀，其中与热处理有关的工艺曲线如图所示，指出
（1）各热处理工序的名称及作用；（2）各点处的组织
铸铁
一、名词解释
球墨铸铁石墨化石墨化退火
二、判断
1、白口铸铁比灰口铸铁的硬度高是因为它的石墨细化。
2、采用热处理方法，可以使灰口铸铁中的石墨细化。
3、球墨铸铁是由灰口铸铁经石墨化退火获得的。
4、白口铸铁比灰口铸铁的硬度高是因为它的含碳量高。
5、石墨化是指铸铁中碳原子析出形成石墨的过程。
6、可锻铸铁可在高温下进行锻造。
7、球墨铸铁调质后的组织为回火索氏体。
8、金属铸件的粗大晶粒，可以通过再结晶退火细化。
9、灰口铸铁变质处理是为了改变片状石墨的形状和尺寸。
三、选择
1、灰口铸铁孕育处理的石墨形貌为（）
a.团絮状
b.细片状
c.球状
d.条状
2、在下列铸铁中可以采用调质获得良好的综合机械性能的是（）
a.灰口铸铁
b.白口铸铁
c.可锻铸铁
d.球墨铸铁
3、白口铁硬而脆是因为（）
a.白口铁的含碳量过高
b.白口铁组织中渗碳体多而珠光体少
c.渗碳体是合金的基体
d.白口铁中不含铁素体
4、普通灰口铸铁的机械性能主要取决于：
a．基体组织b．石墨的大小和分布c．热处理方法d．石墨化程度
5、提高灰口铸铁耐磨性，应选用（）
a.整体淬火
b.等温淬火
c.渗碳淬火＋等温回火
d.表面淬火
四、填空
1、白口铸铁中碳主要是以的形式存在，灰口铸铁中碳主要是以的形式存在。
2、未进行热处理的铸铁基体通常有、、三种。
3、普通灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁中石墨的形态分别为状、状和状。
4、灰口铸铁变质处理的目的是，变质处理后的组织是。
有色金属
一、名词解释
硅铝明
二、判断
1、所有铝合金都可通过热处理予以强化。
2、单相黄铜的强化可以通过冷塑性变形来实现。
三、选择
1、强化铸造铝合金的途径是（）
a.淬火
b.固溶处理+时效
c.冷变形
d.变质处理
2、强化单相黄铜的途径是（）
a.淬火
b.固溶处理+时效
c.冷变形
d.变质处理
3、固态下强化硅铝明的有效途径是：（）
a.塑性变形
b.固溶+时效
c.淬火＋低温回火
d.变质处理
4、对于可以用热处理强化的铝合金，其热处理方法是（）
a.淬火+低温回火
b.固溶+时效
c.水韧处理
d.变质处理
5、LF5的
a．铸造性能好b．强度高c．耐蚀性好d．时效强化效果好
第一章汽车工程材料
第一章汽车工程材料
理论教学内容和过程： .金属材料的性能 金属材料的使用性能 请同学们回顾并思考以下两个问题： ）你所知道的汽车材料有哪些？ ）汽车材料的选用与环境有关吗？ （一）汽车材料分类：、金属材料黑色金属、有色金属、合金 、非金属材料有机高分子、无机非金属材料、新型复合材料 、汽车运行材料燃料、润滑剂、工作液 （二）金属材料性能：（分组讨论每组给出答案，老师点拨） .使用性能力学性能、物理性能、化学性能 .工艺性能压力加工性能、铸造性能、焊接性能、切削加工热处理 （三）、力学性能定义：材料受到外力作用所表现出来的性能，又称机械能。、力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、抗疲劳性（板书） （五）力学性能指标： .强度在外力作用下，金属材料抵抗永久变形和断裂的能力 （1）强度的大小用应力表示，金属材料在受到外力作用时必然在材料内部产生与外力相等的抵抗力，即内力。 （2）单位截面上的内力称为应力。 （3）用符号σ表示，σ （4）单位： （5）通过拉伸试验得到的指标有；弹性极限、屈服强度、抗拉强度。
.塑性在外力作用下,金属材料产生永久变形而不断裂的能力 （1）定义：指材料受力时在断裂前产生永久变形的能力。 （2）指标：伸长率（δ）和断面收缩率ψ δ（）×﹪ψ（）×﹪ （3）伸长率、断面收缩率与塑性的关系： δ、ψ值越大，塑性越好。 .硬度——指材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力。 汽车零件根据工作条件的不同，要求具有一定的硬度以保证零件具有足够的强度、耐磨性、和使用寿命等。 常用硬度试验法；布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度 布氏硬度的测试原理：采用直径为的球体，以一定的压力将其压入被测金属表面，并留下压痕。压痕的表面积越大，则材料的布氏硬度值越低。在实际测定中，只需量出压痕直径的大小，然后查表即可得布氏硬度值。 主要用于测定各种不太硬的钢及灰铸铁和有色金属的硬度。 洛氏硬度的测试原理：是以试样被测点的压痕深度为依据。压痕越深，硬度越低，以锥角为°的金刚石圆锥为压头。 测量洛氏硬度时，根据压头和加载的不同，在洛氏硬度试验机上有、、三种标尺代表三种载荷值，测得的硬度分别用、、表示。 硬度与耐磨性的关系：硬度越大，耐磨性也越好。 .冲击韧性 （1）定义：材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。 （2）指标：冲击韧度α .疲劳强度 （1）交变应力：许多零件，在工作过程中往往受到大小或大小及方向随时间呈周期性变化的应力作用，此应力称为交变应力。 （2）金属的疲劳：金属材料在交变应力的长期作用下，虽然应力远小于材料的抗拉强度，甚至低于屈服点，也会发生突然断裂，这种现象叫金属疲劳。（3）举例变速箱上齿轮 金属材料的工艺性能 工艺性能是指材料在成形过程中，对某种加工工艺的适应能力，它是决定材料能否进行加工或如何进行加工的重要因素，材料工艺性能的好坏，会直接影响机械零件的工艺方法、加工质量、制造成本等。材料的工艺性能主要包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能、切削加工性能等。
工程材料期末考试复习题集
第二章晶体结构与结晶 简答题 1、常见的金属晶格类型有哪几种？它们的晶格常数和原子排列有什么特点？ 2．为什么单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示各向异性？ 3．在实际金属中存在哪几种晶体缺陷？它们对金属的力学性能有何影响？ 4．金属结晶的基本规律是什么？工业生产中采用哪些措施细化晶粒?举例说明。 第三章金属的塑性变形 简答题 7、多晶体的塑性变形与单晶体的塑性变形有何异同？ 答：相同——塑性变形方式都以滑移或孪晶进行；都是在切应力作用下产生塑性变形的。 不同点——在外力作用下，各晶粒因位向不同，受到的外力不一致，分切应力相差大，各晶粒不能同时开始变形，接近45℃软位向先滑移，且变形要受到周围临近晶粒制约相互要协调；晶粒之间的晶界也影响晶粒的塑性变形。多晶体的塑性变形逐次逐批发生，由少数开始，最后到全部，从不均匀到均匀。 8．已知金属Pb、Fe、Cu的熔点分别为327℃、1534℃，1083℃、，试估算这些金属的再结晶温度范围?在室温下的变形属于冷加工还是热加工？ 9．说明产生下列现象的原因： （1）滑移面和滑移方向是原子排列密度最大的晶面和晶向； （2）晶界处滑移阻力最大； （3）实际测得的晶体滑移所需的临界切应力比理论计算的数值小的多； （4）Zn、α-Fe和Cu的塑性不同。 作业： 1．解释下列名词：滑移、加工硬化 2．塑性变形的实质是什么？它对金属的组织与性能有何影响？ 3．何为塑性变形？塑性变形的基本方式有那些？ 4．为什么常温下晶粒越细小，不仅强度、硬度越高，而且塑性、韧性也越好？ 第四章二元合金 1．解释下列名词：合金、组元、相、相图、组织、固溶体、金属间化合物、晶内偏析。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）间隙相与间隙固溶体 （3）相组成物与组织组成物 答：相组成物：指构成显微组织的基本相，它有确定的成分与结构，但没有形态的概念。例：α和β 组织组成物：指在结晶过程中形成的，有清晰轮廓，在显微镜下能清楚区别开的组成部分。例：α、β、αⅡ、βⅡ、α+β。 （4）共晶反应与共析反应 3．为什么铸造合金常选用有共晶成分或接近共晶成分的合金？用于压力加工的合金选用何种成分的合金为好？ 答：铸造性能：取决于结晶的成分间隔与温度间隔，间隔越大，铸造性能越差。 压力加工性能好的合金通常是固溶体，应强度较低，塑性好，变形均匀不易开裂。
川大工程材料基础考试资料
第一章，钢的合金化原理小结 一，合金元素及其分类 1，合金元素：为了使钢获得预期的性能而又意识地加入碳钢中的元素。 按与碳的亲和力大小，合金元素可分为： 非碳化物形成元素：Ni，Co，Cu，Si，Al，N，B 等 碳化物形成元素：Ti，Zr，Nb，V，W，Mo，Cr 等此外，还有稀土元素：Re 2，合金元素对钢中基本相得影响 （1）合金元素可溶入碳钢三个基本相中：铁素体、渗碳体、和奥氏体中。分别形成合金铁素体、合金渗碳体和合金奥氏体。合金元素在铁基体和奥氏体中起固溶强化作用。 固溶强化：是利用点缺陷对金属基体进行强化的一种合金化方法。基体的方式是通过溶 入某种溶质元素形成固溶体而使金属强度、硬度升高。 （2）当钢种碳化物形成元素含量较高时可形成一系列合金碳化物，如：MC, M2C,M23C6 、M-C3 和M3C 等。合金元素之间也可以形成化合物即金属间化合物，一般来说，合金碳化物 以及金属间化合物的熔点高、硬度高，加热时难以溶入奥氏体，故对钢的性能有很大的 影响。 3，元素对钢中相平衡的影响 按照合金元素对Fe—C 相图上的相区的影响，可将合金元素分为两大类： a扩大丫区的元素：即奥氏体形成元素。指在丫-Fe中有较大的溶解度，并能扩大丫 相存在的温度范围，使A3下降、A4上升。女口Mn , Ni，Co, C, N，Cu 等。 b扩大a区的元素： 即铁素体形成元素：指在 a —Fe中有较大溶解度，并使丫-Fe不稳定的元素。 它们能缩小丫相区，而扩大a相存在的温度范围，使A3上升、A4下降。如Cr、Mo、 W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr 等。 扩大奥氏体区的直接结果是使共析温度下降；而缩小奥氏体区则使共析温度升高。 因此, 具有共析组织的合金钢碳含量小于0.77％, 同样, 出现共晶组织的最低含碳量也小于 2.11％。 4, 合金元素对钢中相变过程的影响 （1）对加热时奥氏体形成元素过程的影响 a 对奥氏体形核的影响：Cr、Mo、W、V 等元素强烈推迟奥氏体形核；Co、Ni 等元素有利于奥氏体形核。 b 对奥氏体晶核长大的影响：V、Ti、Nb、Zr、Al 等元素强烈阻止奥氏体晶粒的长 大；C、P、Mn （高碳）促使奥氏体晶粒长大。 （2）合金元素对过冷奥氏体分解过程的影响 具体表现为：①除Co以外，所有的合金元素都使C曲线往右移动，降低钢的临界冷却速度，从而提高钢的淬透性。②除Co、Al以外，所有的合金元素都使Ms点和Mf点 下降。其结果使淬火后钢种残余奥氏体量增加。 （3）素对回火过程的影响 a 提高了钢的回火稳定性回火稳定性即是钢对于回火时所发生的软化过程的抗力。许多合金 元素可以使回火过程中各阶段的转速大大减慢, 并推向更高的温度发生, 提高回火温度性较强的元素有V、Si、Mo、W、Ni、Mn、Co 等。 b 产生二次硬化现象 若钢种含有足够的碳化物形成元素如W、V、Mo等，淬火后再500-600 C回火时，将形成并析出如W2C、Wo2C和VC等弥散分布的合金碳化物，使合金钢的强度、硬度不降反升，并可达到一个峰值，此称为“二次硬化”现象。
工程材料与热处理第2章作业题参考答案
1.常见的金属晶格类型有哪些？试绘图说明其特征。 i 4 I 体心立方: 单位晶胞原子数为2 配位数为8 <3 原子半径=—a （设晶格常数为a） 4 致密度0.68
面心立方： 单位晶胞原子数为4 配位数为12 原子半径=_2a（设晶格常数为 4 a）致密度0.74
密排六方： 晶体致密度为0.74，晶胞内含有原子数目为6。配位数为12,原子半径为1/2a。 2实际金属中有哪些晶体缺陷？晶体缺陷对金属的性能有何影响点缺陷、线缺陷、面缺陷 一般晶体缺陷密度增大，强度和硬度提高。 3什么叫过冷现象、过冷度？过冷度与冷却速度有何关系？它对结晶后的晶粒大小有何影响？ 金属实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象。理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。金属结晶时的过冷度与冷却速度有关，冷却速度愈大，过冷度愈大，金属的实际结晶温度就愈低。结晶后的晶粒大小愈小。 4金属的晶粒大小对力学性能有何影响？控制金属晶粒大小的方法有哪些 一般情况下，晶粒愈细小，金属的强度和硬度愈高，塑性和韧性也愈好。
控制金属晶粒大小的方法有：增大过冷度、进行变质处理、采用振动、搅拌处理。 5?如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小： (1) 金属型浇注与砂型浇注： (2) 浇注温度高与浇注温度低； (3) 铸成薄壁件与铸成厚壁件； (4) 厚大铸件的表面部分与中心部分 (5) 浇注时采用振动与不采用振动。 (6) 浇注时加变质剂与不加变质剂。 (1) 金属型浇注的冷却速度快，晶粒细化，所以金属型浇注的晶粒小; (2) 浇注温度低的铸件晶粒较小； (3) 铸成薄壁件的晶粒较小； (4) 厚大铸件的表面部分晶粒较小； (5) 浇注时采用振动的晶粒较小。 (6) 浇注时加变质剂晶粒较小。。 6 ?金属铸锭通常由哪几个晶区组成 ？它们的组织和性能有何特点 ？ (1) 表层细等轴晶粒区 金属铸锭中的细等轴晶粒区，显微组织比较致密，室温下 力学性能最 高； (2) 柱状晶粒区 在铸锭的柱状晶区，平行分布的柱状晶粒间的接触面较为脆弱， 并常常聚集有易熔杂质和非金属夹杂物等，使金属铸锭在冷、热压力加工时容 易沿这些脆弱面产生开裂现象，降低力学性能。 (3) 中心粗等轴晶粒区 由于铸锭的中心粗等轴晶粒区在结晶时没有择优取向，不 存在脆弱的交界面，不同方向上的晶粒彼此交错，其力学性能比较均匀，虽然 其强度和硬度 低，但塑性和韧性良好。 7?为什么单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示各向异性 ？ 因为单晶体中的不同晶面和晶向上的原子密度不同， 导致了晶体在不同方向上的性能不 同的现象，因此其性能呈现各向异性的。 而多晶体是由许多位向不同的晶粒组成， 虽然每个晶粒具有各向异性， 但不同位向的各晶粒 的综合作用结果，使多晶体的各方向上性能一样，故显示出各向同性。 &试计算面心立方晶格的致密度。 4 3 4 一 r 3 3 a 9?什么是位错？位错密度的大小对金属强度有何影响 ？ 所谓位错是指晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。 随着位错密度的增加金属的强度会明显提高。 0.74 74% nv V
机械工程材料第四章铁碳合金相图
第四章铁碳合金相图 教学目的及其要求 通过本章学习，使学生们掌握铁碳合金的基本知识，学懂铁碳相图的特征点、线及其意义，了解铁碳相图的应用。 主要内容 1．铁碳合金的相组成 2．铁碳合金相图及其应用 3．碳钢的分类、编号及应用 学时安排 讲课4学时 教学重点 1．铁碳合金相图及应用 2．典型合金的结晶过程分析 教学难点 铁碳合金相图的分析和应用。 教学过程 纯铁、铁碳合金中的相 一、铁碳合金的组元 铁：熔点1538℃，塑性好，强度硬度极低，在结晶过程中存在着同素异晶转变。不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体。 由于纯铁具有同素异构转变，在生产上可以通过热处理对钢和铸铁改变其组织和性能。碳：在Fe－Fe3C相图中，碳有两种存在形式：一是以化合物Fe3C形式存在；二是以间隙固溶体形式存在。 二、铁碳合金中的基本相 相：指系统中具有同一聚集状态、同一化学成分、同一结构并以界面隔开的均匀组成部分。铁碳合金系统中，铁和碳相互作用形成的相有两种：固溶体和金属化合物。固溶体是铁素体和奥氏体；金属化合物是渗碳体。这也是碳在合金中的两种存在形式。 1．铁素体 碳溶于 Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用 或者F表示，为体心立方晶格结构。塑性好，强度硬度低。 2．奥氏体 碳溶于 Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用 或者A表示，为面心立方晶格结构。塑性好，强度硬度略高于铁素体，无磁性。 3．渗碳体Fe3C：晶体结构复杂，含碳量6.69％，熔点高，硬而脆，几乎没有塑性。 渗碳体对合金性能的影响： （1）渗碳体的存在能提高合金的硬度、耐磨性，使合金的塑性和韧性降低。 （2）对强度的影响与渗碳体的形态和分布有关： 以层片状或粒状均匀分布在组织中，能提高合金的强度； 以连续网状、粗大的片状或作为基体出现时，急剧降低合金的强度、塑性韧性。 二、两相机械混合物 珠光体：铁素体与渗碳体的两相混合物，强度、硬度及塑性适中。 莱氏体：奥氏体与渗碳体的混合物；室温下为珠光体与渗碳体的混合物，又硬又脆。
工程材料课后习题参考答案
课后学习网网(分享就是快乐的！) 、khxxw、com 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。如晶界与亚晶界。 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,而就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:位错可认为就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:就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、配位数与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。晶体中配位数与致密度越大,则晶体中原子排列越紧密。 4、晶面指数与晶向指数有什么不同？ uvw;晶面就是指晶答:晶向就是指晶格中各种原子列的位向,用晶向指数来表示,形式为[] hkl。 格中不同方位上的原子面,用晶面指数来表示,形式为() 5、实际晶体中的点缺陷,线缺陷与面缺陷对金属性能有何影响？ 答: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
第一章工程材料
第一章工程材料 1、按下表要求填出几种力学性能指标（σs、σb、δ、ψ、HBS、HR、αk）的内容。σs ：屈服强度产生屈服现象的应力σs＝F s／A。 σb：抗拉强度σb＝F b／A。 δ: 伸长率δ＝（L1-L0）／L0×100% ψ: 断面伸缩率ψ＝(A。-A k) ／A。×100% HBS: 布氏硬度压痕单位球面积上承受的载荷 HR: 洛氏硬度由压痕深度确定其硬度值的方法 αk 冲击韧度在冲击载荷作用下抵抗断裂的能力 2、材料的硬度试验方法主要有哪几种？HB和HRC主要用于哪些材料的硬度测量？洛氏硬度：HRC: 硬度高的淬火钢、调质钢 布氏硬度：HBS: 退火钢、灰铸铁、有色金属，HBW: 淬火钢 4、碳钢按碳的质量分数分，可分为哪三种？各种碳钢碳的质量分数范围是多少？低碳钢≤0.25% 中碳钢0.25%≤≤0.60% 高碳钢＞0.60% 5、碳钢的质量好坏是以什么来区分的？按质量分碳钢分为哪三类？ 钢的质量优劣按钢中所含有害杂质S、P多少划分 普通钢s≤0.050% P≤0.045% 优质钢S≤0.035% P≤0.035% 高级优质钢S≤0.025% P≤0.030% 6填出下表内容 Q235 Q为“屈”字汉语拼音首字母，数字为屈服强度（MPa） 低碳钢普通钢结构钢 45 数字表示钢的平均含碳量0.45% 中碳钢优质钢结构钢 T10A T为“碳”字汉语拼音首字母，钢的平均含碳量0.10%，A表示高级优质 高碳钢高级优质钢工具钢
7、用碳素工具钢制造的刀具能否用于高速切削？为什么？ 否，红硬性低，硬度太低 8、按下表所列合金钢牌号填写有关内容 16Mn 平均含碳量0.16%，Mn含量＜1.0% 低合金结构钢 20CrMnTi Wc为0.20% cr、mn、ti含量均＜1.0% 合金渗碳钢 40Cr Wc为0.40% Cr含量＜1.0% 合金调质钢 60Si2Mn Wc为0.60% Si含量2% Mn含量＜1.0% 合金弹簧钢 GCr15 Wc≥1.0% WG＜1.0% Wcr=15% 滚动轴承钢 W18Cr4v Wc≥1.0% Ww=18% Wcr=4% Wv＜1.0% 高速钢 4Cr13 Wc为4% Wcr为13% 不锈钢 9、按下表所列铸铁牌号填写内容 HT200 HT普通灰铸铁拼音首字母，最低抗拉强度不小于200MPa 11、碳的质量分数（含碳量）对碳钢的力学性能有什么影响？为什么？ 硬度随含碳量的增加而增加，强度随含碳量的减少而减少 碳＞0.9% C% 增加强度降低σs变小δ变大HB变小αk变大 碳＜0.9% C% 增加强度增加（……） 12、说出20钢、45钢、T12钢碳的质量分数，并比较它们在退火状态下的强度、硬度、塑性、韧度的高低 Wc=0.20% Wc=0.45% Wc=1.2% 从高至低 强度：T12 45 20 硬度：T12 45 20 塑性：20 45 T12 韧性：20 45 T12 13、灰铸铁的强度和塑性比钢差的主要原因是什么？ 灰铸铁中石墨力学性能很低 14、试述灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的力学性能特点 灰铸铁抗拉强度远低于钢，塑性、韧度等于零，是一种脆性材料
工程材料习题集参考答案(第二章)
习题集部分参考答案 2金属的晶体结构 思考题 1.晶体和非晶体的主要区别是什么？ 答：晶体和非晶体的区别在于内部原子的排列方式。晶体内部的原子（或分子）在三维空间按一定规律作周期性排列，而非晶体内部的原子（或分子）则是杂乱分布的，至多有些局部的短程规律排列。因为排列方式的不同，性能上也有所差异。晶体有固定的熔点，非晶体没有，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性。 2.何为各向异性？ 答：各向异性是指晶体的某些物理性能和力学性能在不同方向上具有不同的数值。 3.为什么单晶体呈各向异性，而多晶体通常呈各向同性？ 答：单晶体是原子排列方位完全一致的一个晶粒，由于在不同晶向上原子密度不同，原子间的结合力不同，因而导致在单晶体中的各个方向上性能差异。 对于多晶体中的任意一个晶粒来看，基本满足单晶体的特征，呈现各向异性，但是在多晶体系统中，单一晶粒的各向异性已经被周围其他位向的晶粒所“干扰”或“抵消”，整个多晶系统呈现其各向同性。 4.什么叫晶体缺陷？晶体中可能有哪些晶体缺陷？他们的存在有何实际意义？ 答：晶体缺陷是指金属晶体中原子排列的不完整性。常见的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷和面缺陷三类，它们都会造成材料的晶格畸变。 点缺陷是指呈点状分布的缺陷，包含有空位、间隙原子和置换原子等，它对材料中的原子扩散、固态相变，以及材料的物理性能（电阻、体积、密度）等都会产生重大影响。过饱和的点缺陷还可以提高材料的强度。 线缺陷是各种类型的位错。对材料的变形、扩散以及相变起着非常大的作用。特别它很好地解释了塑性变形的微观机理，使我们了解到滑移是借助于位错的运动来实现的。当位错密度不高的情况下，位错支持了滑移，材料的塑性很好，但是当位错密度达到了较高的水平时，位错间的相互作用会造成位错的彼此“纠缠”，使滑移运动受阻，这时表现出材料的塑性变形的抗力提高，材料的强度提高。 金属晶体中面缺陷主要有晶界、亚晶界、孪晶界和相界等。比如：晶界处原子的平均能量比晶内高，在高温时，晶粒容易长大。晶界和亚晶界均可提高金属的强度。单位体积中的晶粒数目越多，晶界面积越大，晶格畸变越严重，材料的强度越高，同时材料的塑性也较好（同样的变形量可以分散到更多的晶粒中去进行，说明材料可以承受更大的变形量）。
工程材料与热处理 第1章作业题参考答案
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。 σe、σs、σ r 0.2、σb、δ、ψ、a k 、σ-1、HRA、HRB、HRC、HBS(HBW)。 σe是弹性极限，是材料产生完全弹性变形时所承受的最大应力值； σs是屈服强度，是材料产生屈服现象时的最小应力值； σ r 0.2是以试样的塑性变形量为试样标距长度的0.2%时的应力作为屈服强度； σb是抗拉强度，是材料断裂前所能承受的最大应力值； δ是伸长率，试样拉断后标距长度的伸长量与原始标距长度的百分比； ψ是断面收缩率，是试样拉断后，缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比； a k是冲击吸收功，摆锤冲击试验中摆锤冲断试样所消耗的能量称为冲击吸收功； σ-1是材料经受无数次应力循环而不被破坏的最大应力； HRA、HRB、HRC是洛氏硬度由于不同的压头和载荷组成的几种不同的洛氏硬度标尺而产生的三种表示方法； HBS(HBW)是布氏硬度，用淬火钢球做压头测得的硬度用符号HBS表示，用硬质合金做压头测得的硬度用符号HBW表示。 2．低碳钢试样在受到静拉力作用直至拉断时经过怎样的变形过程? 由最初受力时的弹性变形到超过屈服极限的塑性变形到最后超过抗拉强度后的断裂。 3．某金属材料的拉伸试样l0=100mm，d0=10mm。拉伸到产生0.2％塑性变形时作用力(载荷)F0.2=6.5×103N；F b=8．5×103N。拉断后标距长为l l=120mm，断口处最小直径为
d l=6.4mm，试求该材料的σ0.2、σb、δ、ψ。 σ0.2= F0.2/ s0=(6.5×103)/π×（10/2）2 =82.8MPa σb= F b/ s0=(8.5×103)/π×（10/2）2 =108.28MPa δ=(l l- l0)/ l0×100%=20% ψ=( s0- s1)/ s0=[π×（10/2）2-π×（6.4/2）2]/π×（10/2）2=59.04% 4．钢的弹性模量为20.7×104MPa，铝的弹性模量为6.9×104MPa。问直径为2.5mm，长12cm 的钢丝在承受450N的拉力作用时产生的弹性变形量(Δl)是多少?若是将钢丝改成同样长度的铝丝，在承受作用力不变、产生的弹性变形量(Δl)也不变的情况下，铝丝的直径应是多少? Δl=F×l/(E×A)=5.3×10-2mm 根据变形量相等，所以E钢×A钢= E铝×A铝 易求得d铝=4.33mm 5．某钢棒需承受14000N的轴向拉力，加上安全系数允许承受的最大应力为140MPa。问钢棒最小直径应是多少?若钢棒长度为60mm、E=210000MPa，则钢棒的弹性变形量(Δl)是多少? σe= F e/ s0, 所以最小直径d,有π（d/2）2= F e/σe d=11.28mm Δl=F×l/(E×A)=0.04mm 6．试比较布氏、洛氏硬度的特点，指出各自最适用的范围。下列几种工件的硬度适宜哪种硬度法测量：淬硬的钢件、灰铸铁毛坯件、硬质合金刀片、渗氮处理后的钢件表面渗氮层的硬度。 布氏硬度： 具有较大的压头和较大的试验力,得到压痕较大，因而能测出试样较大范围的性能。与抗拉强度有着近似的换算关系。测量结果较为准确。对材料表面破坏较大，不适合测量成品。测量过程复杂费事。适合测量灰铸铁、轴承合金和具有粗大晶粒的金属材料，适用于原料及半成品硬度测量。 洛氏硬度： 采用测量压入深度的方式，硬度值可直接读出，操作简单快捷，工作效率高。然而由于金刚石压头的生产及测量机构精度不佳，洛氏硬度的精度不如维氏、布氏。适用于成批量零部件检测，可现场或生产线上对成品检测。 灰铸铁毛坯件适宜用布氏硬来测量；淬硬的钢件、硬质合金刀片、渗氮处理后的钢件表面渗氮层的硬度适宜用洛氏硬度来测量。 7．若工件刚度太低易出现什么问题?若是刚度可以而弹性极限太低易出现什么问题? 工件如果刚度太低则会在受力时较容易产生弹性变形，弹性变形过大。如果刚度可以而弹性极限太低则会在受力时比较容易塑形变形。 8．指出下列硬度值表示方法上的错误。12HRC～15HRC、800HBS、230HBW、550N／mm2HBW、70HRC～75HRC、200N／mm2HBS。 12HRC～15HRC，HRC的表示范围是20~70；
(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？
第一章 土木工程材料基本性质习题
第一章土木工程材料基本性质补充习题 1.某工地所用卵石的密度ρ为 2.65g/cm3，毛体积密度ρ0为2.61g/cm3,堆积密度ρ/0为1680kg/m3，计算此石子的孔隙率P和间隙率P/0。 2.车厢容积为4m3的汽车，问一次可分别装载多少顿石子、烧结普通粘土砖？已知石子的是密度为2.65 g/cm3，堆积密度为1550kg/m3，烧结普通砖的密度为2.6 g/cm3，体积密度为1700 kg/m3。 3.某岩石在气干、绝干、水饱和情况下测的抗压强度分别为172、178、168MPa, 指出该岩石可否用于水下工程。 4.从室外取来一块烧结普通砖，称其质量为2700g，浸水饱和后的质量为2850g，而绝干时的质量为2600g，将此砖磨细烘干后取50g，其排开水的体积由李氏密度瓶测得为18.62cm3，求此砖的含水率(W h)、吸水率(W m、W v)、体积密度（绝干）ρ0d、开口孔隙率P k及孔隙率P，并估计其抗冻性如何？（烧结普通砖实测规格为240×115×53mm) (2700-2600)/(2850-2600)=40% 5.现有甲、乙两同组成的墙体材料，密度为2.7 g/cm3。甲的绝干体积密度ρ0d为1400kg/m3，质量吸水率W m为17%；乙的吸水饱和后的体积密度ρ0sw为1862 kg/m3，体积吸水率W v为4 6.2%。试求：①甲材料的孔隙率P和体积吸水率W v？②乙材料的绝干体积密度ρ0d和
孔隙率P？③评价甲乙两材料哪种更适宜做外墙板，说明依据。 解：甲P=1―ρ0/ρ=1― 1.4/2.7=48.1%， WV= Wmρ0/ ρ水=17%×1.4/1=23.8%， PB=48.1-23.8=24.3% 乙ρ0b=mb/V0=1.862 g/cm3，WV=（mb―m）/（V0 ρ水）=（1.862―ρ0）/ ρ水=46.2%，ρ0=1.40 g/cm3，WV=PK=46.2%，P=1-1.4/2.7=48.1%，PB=P-PK=48.1-46.2=1.9%， PB甲＞PB乙，甲的保温性能好，甲宜做外墙
工程材料第二章作业参考答案
1、画出纯金属的冷却曲线，解释其上各参数T0、 T1和?T 的含义。 答： T 0：理论结晶温度，即液体和晶体处于动平衡状态的温度。 T 1：实际结晶温度，晶体结晶的实际温度，结晶只有在T 0以下的实际结晶温度T 1才能进行。 ?T ：过冷度，即理论结晶温度与实际结晶温度之差，?T= T 0 –T 1。 2、晶核的形成和长大方式是什么？ 答：形核有两种方式，即均匀形核和非均匀形核。 由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核。以液体中存在的固态杂质为核心形核称非均匀形核。 晶核的长大方式主要有两种，即均匀长大和树枝状长大。均匀长大：在正温度梯度下，晶体生长主要以平面状态向前推进。树枝状长大：在负温度梯度下，结晶主要以树枝状向前推进。 T
3、写出二元合金的匀晶、共晶、包晶、共析等典型转变的定义，并分析其相图。（我这里是以Pb、Sn 合金进行描述的） 答：从液相中结晶出单一固相的转变称为匀晶转变或匀晶反应。匀晶相图由两条线构成，上面是液相线，下面是固相线。相图被分为三个相区，液相线以上为液相区(L)，固相线以下为固相区(固溶体α)，两线之间为两相区（两相共存L+α）。
在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变称作共晶转变或共晶反应. 相图分析 ① 相：相图中有L 、α、β 三种相, α 是溶质Sn 在 Pb 中的固溶体， β 是溶质Pb 在Sn 中的固溶体。② 相区：相图中有三个单相区： L 、α 、β ；三个两相区：L+α 、L+β 、α + β ；一个三相区：即水平线CED 。③ 液固相线: 液相线AEB, 固相线 L + α 温度液相线 固相线 B α α+L
工程材料第四章习题答案
工程材料第四章习题答案． 工程材料作业（4）答案 1.解释下列现象: (1) 在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高。
奥氏体形成分为形核、长大、残余渗碳体溶解，奥氏体均匀化4阶段。多数合金元素减缓A形成，Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳亲和力大，形成的合 金元素的碳化物稳定、难溶解，会显著减慢碳及合金元素的扩散速度。但为了充分发挥合金元素的作用，又必须使其更多的溶入奥氏体中，合金钢往往需要比含碳量相同的碳钢加热到更高的温度，保温更长时间。 Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的扩散速度，使奥氏体的形成速度加快。而Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度的影响不大。 阻碍晶粒长大，合金钢需要更高的加热温度，更长的保温时间，才能保证奥氏体均匀化。 （加热温度升高了，但一般不会引起晶粒粗大：大多数合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。碳化物形成元素的作用最明显，因其形成的碳化物高温下稳定性高，很难完全溶入奥氏体，未溶的细小碳化物颗粒，分布在奥氏体晶界上，有效的阻止晶粒长大，起到细化晶粒的作用。所以，合金钢虽然热处理加热温度高，但一般不用担心晶粒粗大。 强烈阻碍晶粒长大的元素：V、Ti、Nb、Zr；中等阻碍的：W、Mo、Cr；
影响不大的：Si、Ni、Cu；促进晶粒长大的：Mn、P、B） (2) 在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定 性。 回火过程一般分为：马氏体分解、残余奥氏体转变、碳化物类型转变和碳化物长大。 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（即在较高温度才出现分解和转变），提高铁素体的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度。因此，提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。使得合金钢在相同温度下回火时，比同样质量分数的碳钢具有更高的硬度和强度（对工具钢，耐热钢更重要），或在保证相同强度的条件下，可在更 2 高的温度下回火，而韧性更好（对结构钢更重要。） (3) 为何含C大于0.4%，含Cr大于12%的Cr钢属于过共析钢，含碳1.5%，含Cr12%的钢属于莱氏体钢。 在合金元素的作用下，使得铁碳相图的S点（即﹤﹤0.77%）和E点（即 ﹤
工程材料课后答案
第一章 2.图1-79为五种材料的应力-应变曲线：①45钢，②铝青铜，③35钢，④硬铝，⑤纯铜。试问： （1）当外加应力为300MPa时，各材料处于什么状态？ （2）有一用35钢制作的杆，使用中发现弹性弯曲较大，如改用45钢制作该杆，能否减少弹性变形？ （3）有一用35钢制作的杆，使用中发现塑性变形较大，如改用45钢制作该杆，能否减少塑性变形？ 答：（1）①45钢：弹性变形②铝青铜：塑性变形③35钢：屈服状态④硬铝：塑性变形⑤纯铜：断裂。 （2）不能，弹性变形与弹性模量E有关，由E=σ/ε可以看出在同样的条件下45钢的弹性模量要大，所以不能减少弹性变形。 （3）能，当35钢处于塑性变形阶段时，45钢可能处在弹性或塑性变形之间，且无论处于何种阶段，45钢变形长度明显低于35钢，所以能减少塑性变形。 4．下列符号表示的力学性能指标的名称和含义是什么？ σb 、σs、σ0.2、σ-1、δ、αk、HRC、HBS、HBW 答：σb抗拉强度，是试样保持最大均匀塑性的极限应力。 σs屈服强度，表示材料在外力作用下开始产生塑性变形时的最低应力。 σ0.2条件屈服强度，作为屈服强度的指标。 σ-1疲劳强度，材料循环次数N次后达到无穷大时仍不发生疲劳断裂的交变应力值。 δ伸长率，材料拉断后增加的变形长度与原长的比率。 HRC洛氏硬度，表示用金刚石圆锥为压头测定的硬度值。 HBS布氏硬度，表示用淬硬钢球为压头测定的硬度值。 HBW布氏硬度，表示用硬质合金为压头测定的硬度值。 7.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；
工程材料习题集参考答案(第四章)
习题集部分参考答案 4合金的结构与相图 思考题 1.何谓合金？合金中基本的相结构有哪些？ 答：合金是指两种或两种以上的金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。合金中基本的相结构有固溶体、金属化合物两类。 2.相组成物和组织组成物有何区别？ 答：相组成物是指组成合金中化学成分、结构和性能均匀一致的部分。 组织组成物是指显微组织中具有某种形貌特征的独立部分。 两者的区别在于相组成物是不涉及金相形态的。 3.固溶体合金和共晶合金的力学性能和工艺性能有什么特点？ 答：固溶体晶体结构与组成它的溶剂相同，但由于溶质原子的溶入，造成了晶格畸变，阻碍了晶体滑移，结果使固溶体的强度、硬度提高，且大多固溶体还保持着良好的塑性。而共晶合金组织为二相混合物时，合金的性能与成分呈直线关系。当共晶组织十分细密时，硬度和强度会偏离直线关系而出现峰值。共晶合金熔点低，流动性好，易形成集中缩孔，不易形成分散缩孔，铸造性能较好。 4.合金的结晶必须满足哪几个条件？ 答：合金的结晶需要满足结构、能量和化学成分三个条件（或者叫三个起伏）。 5.纯金属结晶与合金结晶有什么异同？ 答：相同点：形成晶核、晶核长大；能量和结构条件。 不同点：合金结晶还需要“化学成分条件”；从结晶的自由度看，纯金属结晶是一个恒温过程，而合金的结晶常常在某个温度范围内进行。 6.固溶体的主要类型有哪些?影响固溶体的结构形式和溶解度的因素有哪些？ 答：按溶质原子在固溶体(溶剂)晶格中的位置不同可分为置换固溶体和间隙固溶体；按固溶度可分为有限固溶体和无限固溶体；置换固溶体按溶质原子在溶剂晶格中的分布特点可分为无序固溶体和有序固溶体。影响固溶体的结构形式和溶解度的因素很多，目前比较公认的有①原子尺寸因素；②晶体结构因素；③电负性因素；④电子浓度因素。 7、试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别。 答：固溶强化是由于溶质原子的溶入，造成了晶格畸变，阻碍了晶体滑移，结果使固溶体的强度和硬度增加。 加工硬化是金属在冷塑性变形时，随着变形量的增加，出现位错的缠结，位错密度增加，造成材料的强度、硬度增加的现象。 弥散硬化是当超细第二相(强化相)大量均匀分布在材料基体中，造成位错运动受阻
第一章 工程材料的基本性质
第一章工程材料的基本性质 市政工程中所有材料不仅要受到各种荷载的作用，还要面临负责的自然因素的侵蚀，经 受恶劣气候的考验，因此构成市政工程的工程材料应具备良好的物理性能、力学性能、耐久 性等。本章主要研究各类工程材料所共有的基本性质，以作为研究工程材料性能的出发点和 工具。 工程材料的基本性质主要有三方面：物理性质、力学性质和化学性质。而料的这些性 质主要与其体积构成有密切联系。 物理性质主要有密度、空隙分布状态、与水有关的性质、热工性能等； 力学性质主要包括材料的立方体抗压强度、单轴抗压强度、设计中的经验指标如磨耗值、冲击值等。 化学性质主要包括材料抵抗周围环境对其化学作用的性能，如老化、腐蚀。 第一节材料的体积构成 常见的工程材料有块状的颗粒状之分，块状材料如切块、混凝土、石材等；粒状材料如各种骨科。材料的聚集状态不同，它的体积构成呈现出不同特点。 一、块状材料体积构成特点 打开石料，人们常发现在其内部，材料实体间被分布空气所占据。材料实体内部被空气占据的空间称为空隙。材料内部孔隙的数量和其分布状态对材料基本性质有重要影响。块状材料的宏观构造如图1-1所示。 块状材料在自然状况下的总体积为： V=Vs+Vo （1-1） 材料内部的孔隙分为连通孔（开口孔）和封闭空 (闭口孔) 。连通孔指孔隙之间、孔隙和外界之间都连通的孔隙; 封闭孔是指孔隙之间、孔隙和孔隙之间不连通的孔隙。一般而言，连通孔对材料的吸水性影响较大，而封闭孔对材料的保湿性能影响较大。 孔隙按其直径的大小可分为粗大孔、毛细孔、极细孔三类。粗大孔是指其直径大于毫米级的孔隙，主要影响材料的密度、强度等性能。毛细孔是指其直径位于微米至毫米级的孔隙，这类孔隙对水具有强烈的毛细作用，主要影响材料的吸水性、抗冻性等性能。极细微孔是指其直径在微米以下的孔隙，因其直径微小，反面对材料的性能影响不大。
工程材料第四章作业参考答案培训资
工程材料第四章作业参考答案 1、什么是滑移与孪生？一般条件下进行塑性变形时，为什么在锌、镁中易出现孪晶?而在纯铜中易产生滑移带? 答：滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。 孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。 密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称退火孪晶。 铜是面心立方，锌、镁是密排六方，故在锌、镁中易出现孪晶，而在纯铜中易产生滑移带。 2、根据纯金属及合金塑性变形的特点，可以有几种强化金属性能的方式？答：通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称细晶强化。 单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也与多晶体纯金属相 似。但随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称固溶强化。 当在晶内呈颗粒状弥散分布时，第二相颗粒越细，分布越均匀，合金的强 度、硬度越高，塑性、韧性略有下降，这种强化方法称弥散强化或沉淀强化。随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化。加工硬化是强化金属的重要手段之一，对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。 3、用手来回弯折一根铁丝时，开始感觉省劲，后来逐渐感到有些费劲，最后铁丝被弯断。试解释过程演变的原因？
答：用手来回弯折一根铁丝时，铁丝会发生冷塑性变形。随着弯折的持续，铁丝的冷塑性变形量会增加，从而发生加工硬化，此时，铁丝的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，故逐渐感到有些费劲。进一步弯折时，铁丝会因为超过疲劳强度而被弯断。 4、什么是变形金属的回复、再结晶？再结晶晶粒度受哪些因素的影响?答：回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。 当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开 始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为完整均匀的等轴晶粒。这种冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶。 影响再结晶晶粒度的因素：1、加热温度和保温时间。加热温度越高，保温时间越长，金属的晶粒越粗大，加热温度的影响尤为显著。2、预先变形度。预先变形度的影响，实质上是变形均匀程度的影响。 5、当金属继续冷拔有困难时，可以通过什么热处理解决？为什么? 答：再结晶退火。在对金属进行冷拔时，随冷塑性变形量的增加，金属会发生加工硬化，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，从而导致冷拔越来越困难。此时，若对其进行再结晶退火处理，当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为完整均匀的等轴晶粒。由于再结晶后组织的复原，因而金属的强度、硬度下降，塑性、韧性提高，加工硬化消失。此时再进行冷拔则容易的多。 6、能否通过再结晶退火来消除粗大的铸造晶粒及组织?为什么？ 答：不能。铸造是熔炼金属、制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能金属零件毛坯的成型方法。在铸造过程中，熔融金属因冷却而成形，并没有发生塑性变形。而再结晶退火是将冷变形的金属加热到一定温度使其组织发生复原的一种工艺。对于没有塑性变形的铸造物件，是不能通过再结晶退火来消除粗大的铸造晶粒及组织的。 7、金属热加工与冷加工的区别？对金属组织和性能有何影响？