工程材料与成型工艺基础习题答案
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13.钢是以Fe为主要元素，含碳量一般在2.11%以下，并含 有其他元素的材料。钢按化学成分可分为碳素钢、合金钢和 特殊性能钢三类；钢按主要质量等级分类，可分为普通钢、 优质钢和高级优质钢三类。合金钢均属于优质钢和高级优质 钢质量等级钢。
14. 20CrMnTi钢按化学成分分类，它属于结构钢中的合金钢， 适宜制造齿轮等较重要的零件。
作业1 工程材料
一、填空题
1.工程材料的主要性能分为（1） 使用 性能和（2） 工 艺 性能。（1）又包括力学性能、 物理性能和化学性能 等。 2.金属的变形包括 弹性 变形和 塑性 变形。
3.通过拉伸试验可测得的强度指标主要有 屈服强度 和 抗拉 强度 ；可测得的塑性指标有 延伸率 和 断面收缩率 。
温度 ℃
1538 ℃
A
T
L
912
℃G
E
1147 ℃
S 727
P
℃
Q
0.45
C
C%
Biblioteka BaiduL L+A
A
A+F F+P t
11. 填表回答：
钢号
普 Q235
15 45 60Si2Mn T8A 9SiCr W18Cr4V
质量 优 高优
类别
含碳量
成分
低 中 高 碳素 合金
用途 结构 工具
适用零 件举例
冲压件 冲压件
(1)常用力学性能指标有:
强度、塑性、刚度、硬度、冲击韧性、疲劳强度。
(2) 零件在使用过程中突然发生断裂，是由于强度、塑 性、冲击韧性、疲劳强度等力学性能指标不足所造成 的。
2．画出低碳钢的应力-应变曲线，并简述拉伸变形的几 个阶段。
oe段：弹性变形
b
esbk段：塑性变形
s
s点:屈服点
e
k
b点：最大应力点
10.铁碳合金相结构中，属于固溶体的有铁素体和奥氏体； 其中铁素体是碳在α–Fe中形成的固溶体。
11.铁碳合金的力学性能随含碳量的增加，其强度和硬度增 高，而塑性和韧性降低。但当wC>1.0%时，强度随其含碳 量的增加而降低。
12.铁碳合金中，共析钢wC为0.77%，室温平衡组织为P；亚
共析钢wC为<0.77%，室温平衡组织为P+F；过共析钢wC为 >0.77%，室温平衡组织为P+Fe3C；共晶白口生铁wC为 4.3%， 室温平衡组织为Ld'；亚共晶白口生铁wC为<4.3%，室温平衡 组织为P+Fe3CII+Ld'；过共晶白口生铁wC为>4.3%，室温平衡 组织为Fe3CI+Ld'。
15. 40Cr、40CrMo钢按化学成分分类，它们属于结构钢中的 合金钢，适宜制造主轴、连杆等零件。
16. GCr9、GCr15钢按化学成分分类，它们属于结构钢中的 合金钢，主要用来制造轴承套圈、滚珠、滚柱。
二、简答题与应用题
1.材料的常用力学性能指标有那些？若某种材料的零件在使 用过程中突然发生断裂，是由于那些力学性能指标不足所造 成的？
34940N，拉断后测得标距长度为65㎜，断裂处直
径为5㎜。试计算σb、σs、δ、ψ的值。
bS Fb 0 33 .144 5924404(M 5 P ) a
s
FS S0
32 .114 5623207(M 5 P ) a
L k L 0 1% 0 0 6 5 31 0% 0 1 0.1 7 % 6
L 0
素异晶转变温度和晶格类型 。
（1）固态下随着温度的变化， 金属的晶体结构从一种晶格类 型转变为另一种晶格类型的过
温度℃
1538 ℃ Fe
体心 1394 ℃
Fe
面心
程。
912 ℃
体心
Fe
时间
8.图1-1所示为部分的铁碳合金状态图，请在右边的T-t图中 画出含碳量为0.45%的铁碳合金的结晶过程并标注出各温度 段的组织。
7.细化金属材料的晶粒，可使金属的强度、硬度 提高，塑性、 韧性 提高 ；在生产中常用的细化晶粒的方法有增大过冷度、 变质处理、机械搅拌和振动；压力加工再结晶；热处理。
8.合金的晶体结构有固溶体和金属化合物，其中固溶体具有 良好的塑性，金属化合物具有高的硬度和脆性。
9.在铁碳合金的基本组织中，珠光体属于复相结构，它由铁 素体和渗碳体按一定比例组成，珠光体用符号P表示。
4.常见的金属晶格类型有体心立方晶格、面心立方晶格和密排 六方晶格三种类型。α–Fe属于体心立方晶格，γ–Fe属于面 心立方晶格，δ–Fe属于体心立方晶格。
5.实际金属的晶体缺陷有点缺陷（空位或间隙原子）、线缺 陷（位错）和面缺陷（晶界）。
6.金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。金 属的冷却速度越快，过冷度越大，获得的晶粒越细。
30
S 0S 0S k1% 0 0 3 .1 3 .(1 5 4 2 4 5 2 2 .5 2)1% 0 0 7% 5
5. 零件的失效形式有哪些？影响失效的基本因素有哪些？ （1）断裂、塑性变形、过量弹性变形、磨损、腐蚀等。 （2）设计因素、材质因素、工艺因素和安装使用不当。
6.什么是同素异晶转变？请绘出纯铁的冷却曲线，并指出同
k点：断裂点
o
3．图1-1所示为三种不同材料的拉伸载荷（拉力）-变形量 （伸长量）曲线（试样尺寸相同），试比较这三种材料的抗 拉强度、屈服强度和塑性的大小。
抗拉强度：2>1>3 屈服强度：1>3>2 塑性：3>2>1
图1-1 拉伸曲线
4. 用20钢制成10㎜、标距30㎜的试样作拉伸试验，
测得屈服时的拉力为21630N，断裂前的最大拉力为
轴类 弹簧 锉刀 钻头 铣刀
金属材料成形基础作业（2）
一、填空题 1．液态金属的充型能力主要取决于合金的流动性。流动 性不好的合金铸件易产生浇不足和冷隔、气孔、夹渣等 铸造缺陷。 2．影响液态合金流动性的主要因素有合金的化学成分、 合金的物理性质、合金的温度、不溶杂质和气体等。合 金的凝固温度范围越宽，其流动性越 差 。 3．任何一种液态金属注入铸型以后，从浇注温度冷却至 室温都要经历三个相互联系的收缩阶段，即 液态收缩 、 凝固收缩 和 固态收缩 。导致铸件产生缩孔和缩松的根 本原因是液态收缩和凝固收缩 ；导致铸件产生应力、变
形、裂纹的原因是固态收缩 。
4．铸件在凝固过程中所造成的体积缩减如得不到液态金属 的补充，将产生缩孔或缩松。凝固温度范围窄的合金，倾 向于“逐层凝固”，因此易产生缩孔；而凝固温度范围宽 的合金，倾向于“糊状凝固”，因此易产生缩松。
5．准确地估计铸件上缩孔可能产生的位置是合理安排冒口 和冷铁的主要依据。生产中确定缩孔位置的常用方法有画 等温线法、内切圆法和计算机模拟凝固法等。
14. 20CrMnTi钢按化学成分分类，它属于结构钢中的合金钢， 适宜制造齿轮等较重要的零件。
作业1 工程材料
一、填空题
1.工程材料的主要性能分为（1） 使用 性能和（2） 工 艺 性能。（1）又包括力学性能、 物理性能和化学性能 等。 2.金属的变形包括 弹性 变形和 塑性 变形。
3.通过拉伸试验可测得的强度指标主要有 屈服强度 和 抗拉 强度 ；可测得的塑性指标有 延伸率 和 断面收缩率 。
温度 ℃
1538 ℃
A
T
L
912
℃G
E
1147 ℃
S 727
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℃
Q
0.45
C
C%
Biblioteka BaiduL L+A
A
A+F F+P t
11. 填表回答：
钢号
普 Q235
15 45 60Si2Mn T8A 9SiCr W18Cr4V
质量 优 高优
类别
含碳量
成分
低 中 高 碳素 合金
用途 结构 工具
适用零 件举例
冲压件 冲压件
(1)常用力学性能指标有:
强度、塑性、刚度、硬度、冲击韧性、疲劳强度。
(2) 零件在使用过程中突然发生断裂，是由于强度、塑 性、冲击韧性、疲劳强度等力学性能指标不足所造成 的。
2．画出低碳钢的应力-应变曲线，并简述拉伸变形的几 个阶段。
oe段：弹性变形
b
esbk段：塑性变形
s
s点:屈服点
e
k
b点：最大应力点
10.铁碳合金相结构中，属于固溶体的有铁素体和奥氏体； 其中铁素体是碳在α–Fe中形成的固溶体。
11.铁碳合金的力学性能随含碳量的增加，其强度和硬度增 高，而塑性和韧性降低。但当wC>1.0%时，强度随其含碳 量的增加而降低。
12.铁碳合金中，共析钢wC为0.77%，室温平衡组织为P；亚
共析钢wC为<0.77%，室温平衡组织为P+F；过共析钢wC为 >0.77%，室温平衡组织为P+Fe3C；共晶白口生铁wC为 4.3%， 室温平衡组织为Ld'；亚共晶白口生铁wC为<4.3%，室温平衡 组织为P+Fe3CII+Ld'；过共晶白口生铁wC为>4.3%，室温平衡 组织为Fe3CI+Ld'。
15. 40Cr、40CrMo钢按化学成分分类，它们属于结构钢中的 合金钢，适宜制造主轴、连杆等零件。
16. GCr9、GCr15钢按化学成分分类，它们属于结构钢中的 合金钢，主要用来制造轴承套圈、滚珠、滚柱。
二、简答题与应用题
1.材料的常用力学性能指标有那些？若某种材料的零件在使 用过程中突然发生断裂，是由于那些力学性能指标不足所造 成的？
34940N，拉断后测得标距长度为65㎜，断裂处直
径为5㎜。试计算σb、σs、δ、ψ的值。
bS Fb 0 33 .144 5924404(M 5 P ) a
s
FS S0
32 .114 5623207(M 5 P ) a
L k L 0 1% 0 0 6 5 31 0% 0 1 0.1 7 % 6
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素异晶转变温度和晶格类型 。
（1）固态下随着温度的变化， 金属的晶体结构从一种晶格类 型转变为另一种晶格类型的过
温度℃
1538 ℃ Fe
体心 1394 ℃
Fe
面心
程。
912 ℃
体心
Fe
时间
8.图1-1所示为部分的铁碳合金状态图，请在右边的T-t图中 画出含碳量为0.45%的铁碳合金的结晶过程并标注出各温度 段的组织。
7.细化金属材料的晶粒，可使金属的强度、硬度 提高，塑性、 韧性 提高 ；在生产中常用的细化晶粒的方法有增大过冷度、 变质处理、机械搅拌和振动；压力加工再结晶；热处理。
8.合金的晶体结构有固溶体和金属化合物，其中固溶体具有 良好的塑性，金属化合物具有高的硬度和脆性。
9.在铁碳合金的基本组织中，珠光体属于复相结构，它由铁 素体和渗碳体按一定比例组成，珠光体用符号P表示。
4.常见的金属晶格类型有体心立方晶格、面心立方晶格和密排 六方晶格三种类型。α–Fe属于体心立方晶格，γ–Fe属于面 心立方晶格，δ–Fe属于体心立方晶格。
5.实际金属的晶体缺陷有点缺陷（空位或间隙原子）、线缺 陷（位错）和面缺陷（晶界）。
6.金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。金 属的冷却速度越快，过冷度越大，获得的晶粒越细。
30
S 0S 0S k1% 0 0 3 .1 3 .(1 5 4 2 4 5 2 2 .5 2)1% 0 0 7% 5
5. 零件的失效形式有哪些？影响失效的基本因素有哪些？ （1）断裂、塑性变形、过量弹性变形、磨损、腐蚀等。 （2）设计因素、材质因素、工艺因素和安装使用不当。
6.什么是同素异晶转变？请绘出纯铁的冷却曲线，并指出同
k点：断裂点
o
3．图1-1所示为三种不同材料的拉伸载荷（拉力）-变形量 （伸长量）曲线（试样尺寸相同），试比较这三种材料的抗 拉强度、屈服强度和塑性的大小。
抗拉强度：2>1>3 屈服强度：1>3>2 塑性：3>2>1
图1-1 拉伸曲线
4. 用20钢制成10㎜、标距30㎜的试样作拉伸试验，
测得屈服时的拉力为21630N，断裂前的最大拉力为
轴类 弹簧 锉刀 钻头 铣刀
金属材料成形基础作业（2）
一、填空题 1．液态金属的充型能力主要取决于合金的流动性。流动 性不好的合金铸件易产生浇不足和冷隔、气孔、夹渣等 铸造缺陷。 2．影响液态合金流动性的主要因素有合金的化学成分、 合金的物理性质、合金的温度、不溶杂质和气体等。合 金的凝固温度范围越宽，其流动性越 差 。 3．任何一种液态金属注入铸型以后，从浇注温度冷却至 室温都要经历三个相互联系的收缩阶段，即 液态收缩 、 凝固收缩 和 固态收缩 。导致铸件产生缩孔和缩松的根 本原因是液态收缩和凝固收缩 ；导致铸件产生应力、变
形、裂纹的原因是固态收缩 。
4．铸件在凝固过程中所造成的体积缩减如得不到液态金属 的补充，将产生缩孔或缩松。凝固温度范围窄的合金，倾 向于“逐层凝固”，因此易产生缩孔；而凝固温度范围宽 的合金，倾向于“糊状凝固”，因此易产生缩松。
5．准确地估计铸件上缩孔可能产生的位置是合理安排冒口 和冷铁的主要依据。生产中确定缩孔位置的常用方法有画 等温线法、内切圆法和计算机模拟凝固法等。