工程材料

《工程材料》课程练习题

使用教材：工程材料（第三版）,朱张校,清华大学出版社

参考《工程材料习题与辅导（第三版）》

第一章作业题

1. 作图表示立方晶系中的(110)、（120）晶面和[211]、[]201晶向。

2. 画出体心立方、面心立方和密排六方晶体中原子最密排的晶面和晶向。

3. 间隙固溶体和间隙相有什么不同？

答：间隙固溶体是固溶体的一种，溶质原子进入人溶剂晶格的间隙之中；间隙相是金属化合物的一种，是非金属原子半径与金属原子半径之比小于0.59的具有简单晶格的间隙化合物。

4. 画出线型非晶态高聚物的变形随温度变化的曲线。

第二章作业题

1. 在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，细化晶粒提高金属材料使用性能的措施有哪些？

答：增大金属的过冷度、变质处理、振动、电磁搅拌。

2. 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下铸造晶粒的大小：

答：（1）金属模浇铸小于砂模浇铸；（2）变质处理小于不变质处理；（3）铸成薄件小于铸成厚件；（4）浇铸时采用震动小于不采用振动。

3. 求碳的质量分数为3.5％的质量为10kg的铁碳合金从液态缓慢冷却到共晶温度（但尚未发生共晶反应）时所剩下的液体的碳的质量分数及液体的质量。

答：碳的质量分数为4.3%；液体的质量约为8.1Kg。

4. 比较退火状态下的45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性的高低，简述原因。

答：45钢为亚共析钢，退火后组织为F+P；T8钢为共析钢，退火后组织为P；T12钢为过共析钢，退火后组织为F+渗碳体。而F强度低、硬度低、塑性好；渗碳体硬而脆；P强度较高，塑性、韧性和硬度介于F和渗碳体之间。因而

硬度：T12>T8>45

强度：T8>45>T12

塑性：45>T12>T8

5. 为什么细晶粒钢强度高，塑性、韧性好？

答：晶粒越细，晶界越多，变形抗力越大，金属的强度就越大；晶粒越细，金属的变形越分散，减少了应力集中，推迟裂纹的形成和发展，使金属在断裂之前可发生较大的塑性变形，因而使金属的

塑性提高；由于细晶粒金属的强度较高，塑性较好，所以断裂时需要消耗较大的功，因而韧性也较好。

6. 已知金属钨、铅的溶点分别是3380℃和327℃，试计算他们的最低再结晶温度，并分析钨在1100℃加工、铅在室温加工各为何种加工。

答：T=0.35XT熔点T钨=0.35X3380=1183℃T铅=0.35X327=114.45℃故在1100℃加工时钨为冷加工、铅为热加工。

7. 直径为10㎜的共析钢的小试样加热到相变点A1以上30℃，用如图1-3所示的冷却曲线进行冷却，分析其所得到的组织，说明各属于什么热处理方法。

答：a：马氏体+残余奥氏体；水淬

b：马氏体；分级淬火

c：屈氏体+马氏体+残余奥氏体；油淬

d：马氏体；等温淬火

e：索氏体；正火

f：珠光体；完全退火

g：珠光体；等温退火

8. 确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织：

（1）经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度；（2）ZG35的铸造齿轮；（3）锻造过热的60钢钢坯；（4）改善T12钢的切削加工性能。

答：（1）（4）采用球化退火，以降低硬度，改善切削加工性能，退火后的显微组织是在铁素体基体上分布着细小均匀的球状渗碳体。（2）采用去应力退火，以消除工件中的残余内应力。不引起组织变化。（3）采用完全退火，通过完全重结晶，使热加工造成的粗大、不均匀的组织均匀化和细化，以提高性能。退火后得到的组织是铁素体+珠光体。

9. 试说明表面淬火、渗碳、氮化处理工艺在选用钢种、性能、应用范围等方面的差别。

答：表面淬火一般用于中碳钢和中碳低合金钢。这类钢经预先热处理后表面淬火，心部保持较高的综合机械性能，而表面具有较高的硬度和耐磨性。高碳钢也可表面淬火，主要用于受较小冲击和交变载荷的工具、量具等。

渗碳用于低碳钢，在经过适当淬火和回火处理后，可提高表面的硬度、耐磨性和疲劳强度，而使心部仍保持良好的韧性和塑性。因此渗碳主要用于同时受严重磨损和较大冲击载荷的零件，例如各种齿轮、活塞销、套筒等。

氮化处理用于各种钢件，能更大地提高钢件表面的硬度和耐磨性，提高疲劳强度和抗蚀性。由于氮化工艺复杂，时间长，成本高，所以只用于耐磨性和精度都要求较高的零件，或要求抗热、抗蚀的耐磨件，例如发动机汽缸、排气阀、精密机床丝杠、镗床主轴、汽轮机阀门、阀杆等。

10. 为什么说得到马氏体随后回火处理是钢的最经济而又最有效的强韧化方法？

答：淬火后得到的是性能很脆的马氏体组织，并存在内应力，容易产生变形和开裂；淬火马氏体和

残余奥氏体都是不稳定组织，在工作中会发生分解，导致零件尺寸的变化，而这对精密零件是不允许的；为了获得要求的强度、硬度、塑性和韧性，以满足零件的使用要求必须进行回火处理。

第三章作业题

1. 说出Q235A、15、45、65、T8、T12等钢的钢类、碳的质量分数，各举出一个应用实例。

答：Q235A是A级碳素结构钢，碳的质量分数是0.14%～0.22%，可轧制成钢板。

15、45、65均为优质碳素结构钢，碳的质量分数分别是0.12%～0.18%、0.42%～0.50%、0.62%～0.70%，可用于制造各种机器零件，如轴、销、套筒等。

T8、T12均为碳素工具钢，碳的质量分数分别是0.75%～0.84%、1.15%～1.24%，可用于制作各种刃具、量具、模具等，如钻头、锉刀等。

2. 试述渗碳钢和调质钢的合金化及热处理特点。

答：渗碳钢合金化的特点：低碳、加入提高淬透性的合金元素、加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素。热处理特点：热处理工艺一般都是渗碳后直接淬火再低温回火。热处理后表面渗碳层的组织由合金渗碳体与回火马氏体及少量残余奥氏体组成，硬度为60HRC～62HRC，心部组织与钢的淬透性及零件截面尺寸有关，完全淬透时为低碳回火马氏体，硬度为40HRC～48HRC；多数情况下是屈氏体、回火马氏体和少量铁素体，硬度为25HRC～40HRC。

调质钢合金化的特点：中碳、加入提高淬透性的元素、加入防止第二类回火脆性的元素。热处理的特点：需经淬火加高温回火热处理。合金调质钢淬透性较高，一般都用油淬，淬透性特别大时甚至可以空冷，这能减少热处理缺陷。热处理后的组织是回火索氏体。

3. 不锈钢的固溶处理和稳定化处理的目的各是什么？

答：固溶处理获得单相奥氏体组织，提高耐蚀性；稳定化处理主要用于含钛、铌的钢，一般是在固溶处理后进行，使碳不再同铬形成碳化物，因而有效地消除了晶界贫铬的可能，避免了晶间腐蚀的发生。