机械工程材料习题答案_王章忠
材料科学基础答案 王章忠
简答题第一章材料结构的基本知识1、说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义。
答：结构转变的热力学条件决定转变是否可行，是结构转变的推动力，是转变的必要条件；动力学条件决定转变速度的大小，反映转变过程中阻力的大小。
2、说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。
答：稳态结构与亚稳态结构之间的关系：两种状态都是物质存在的状态，材料得到的结构是稳态或亚稳态，取决于转交过程的推动力和阻力(即热力学条件和动力学条件)，阻力小时得到稳态结构，阻力很大时则得到亚稳态结构。
稳态结构能量最低，热力学上最稳定，亚稳态结构能量高，热力学上不稳定，但向稳定结构转变速度慢，能保持相对稳定甚至长期存在。
但在一定条件下，亚稳态结构向稳态结构转变。
3、说明离子键、共价键、分子键和金属键的特点。
答：离子键、共价键、分子键和金属键都是指固体中原子(离子或分子)间结合方式或作用力。
离子键是由电离能很小、易失去电子的金属原子与电子亲合能大的非金属原于相互作用时，产生电子得失而形成的离子固体的结合方式。
共价键是由相邻原子共有其价电子来获得稳态电子结构的结合方式。
分子键是由分子(或原子)中电荷的极化现象所产生的弱引力结合的结合方式。
当大量金属原子的价电子脱离所属原子而形成自由电子时，由金属的正离子与自由电子间的静电引力使金属原子结合起来的方式为金属键。
第二章材料的晶体结构1、在一个立方晶胞中确定6个表面面心位置的坐标。
6个面心构成一个正八面体，指出这个八面体各个表面的晶面指数、各个棱边和对角线的晶向指数。
解八面体中的晶面和晶向指数如图所示。
图中A、B、C、D、E、F为立方晶胞中6个表面的面心，由它们构成的正八面体其表面和棱边两两互相平行。
ABF面平行CDE面，其晶面指数为；ABE面平行CDF面，其晶面指数为；ADF面平行BCE面，其晶面指数为；ADE面平行BCF面，其晶面指数为(111)。
棱边，，，，，，其晶向指数分别为[110]，，[011]，，[101]。
机械工程材料习题答案 王章忠主编 第二版
例1：某工厂生产精密丝杠，尺寸为φ40×800mm，要求热处理后变形小，尺寸稳定，表面硬度为60～64HRC，用CrWMn钢制造;其工序如下：热轧钢棒下料→球化退火→粗加工→淬火、低温回火→精加工→时效→精磨。
试分析：1. 用CrWMn钢的原因。
2. 分析工艺安排能否达到要求，如何改进？丝杠是机床重要的零件之一，应用于进给机构和调节移动机构，它的精度高低直接影响机床的加工精度、定位精度和测量精度，因此要求它具有高精度和高的稳定性、高的耐磨性。
在加工处理过程中，每一工序都不能产生大的应力和大的应变；为保证使用过程中的尺寸稳定，需尽可能消除工件的应力，尽可能减少残余奥氏体量。
丝杠受力不大，但转速很高，表面要求有高的硬度和耐磨性，洛氏硬度为60～64 HRC。
根据精密丝杠的上述要求，选用CrWMn钢较为合适。
其原因如下：（1）CrWMn钢是高碳合金工具钢，淬火处理后能获得高的硬度和耐磨性，可满足硬度和耐磨性的要求。
（2）CrWMn钢由于加入合金元素的作用，具有良好的热处理工艺性能，淬透性好，热处理变形小，有利于保证丝杠的精度。
目前，9Mn2V和CrWMn用得较多，但前者淬透性差些，适用于直径较小的精密丝杠。
对原工艺安排分析：原工艺路线中，由于在球化退火前没有安排正火；机加工后没有安排去应力退火；淬火、低温回火后没有安排冰冷处理等项原因，使得精密丝杠在加工过程中会产生很大的应力和变形，很难满足精密丝杠的技术要求。
所以原工艺路线应改为：下料→正火→球化退火→粗加工→去应力退火→淬火、低温回火→冷处理→低温回火→精加工→时效→半精磨→时效→精磨。
例2：有一载重汽车的变速箱齿轮，使用中受到一定的冲击，负载较重，齿表面要求耐磨，硬度为58～62HRC齿心部硬度为30～45HRC，其余力学性能要求为σ＞1000MPa，σ≥600MPa，A＞48J。
试从所K OFb给材料中选择制造该齿轮的合适钢种。
35、45 、20CrMnTi 、38CrMoAl 、T12分析：从所列材料中可以看出35、45 、T12钢不能满足要求。
机械工程材料课后习题答案_(王忠)
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？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。
《机械工程材料》复习习题及答案
第一章材料的性能1．1 名词解释δb δb δsδ0.2 δ-1 a k HB HRC1．2 填空题1．材料常用的塑性指标有(延伸率)和(断面收缩率)两种，其中用(延伸率)表示塑性更接近材料的真实变形。
2．检验淬火钢成品件的硬度一般用( 洛氏)硬度，检测退火件、正火件和调质件的硬度常用(布氏)硬度，检验氮化件和渗金属件的硬度采用(维氏)硬度试验。
3．材料的工艺性能是指( 铸造)性能、(锻造)性能、(焊接)性能、(切削加工)性能和(热处理)性能。
4．工程上常用金属材料的物理性能有( 熔点)、(密度)、（导电性）、(磁性)和(热膨胀性)等。
5．表征材料抵抗冲击载荷能力的性能指标是(冲击韧性ak )，其单位是( J/cm2 )。
1．3 简答题2．设计刚性好的零件，应根据何种指标选择材料?采用何种材料为宜?3．常用的硬度方法有哪几种?其应用范围如何?这些方法测出的硬度值能否进行比较?1．4 判断1．金属的熔点及凝固点是同一温度。
( 错)2．导热性差的金属，加热和冷却时会产生内外温度差。
导致内外不同的膨胀或收缩，使金属变形或开裂。
( 对)3．材料的强度高，其硬度就高，所以刚度大。
( 错)4．所有的金属都具有磁性，能被磁铁所吸引。
( 错)5．钢的铸造性比铸铁好，故常用来铸造形状复杂的工件。
( 错)1．5 选择填空1．在有关零件图图纸上，出现了几种硬度技术条件的标注方法，正确的标注是( D )。
(a)HBS650—700 (b)HBS＝250—300Kgf/mm2(c)HRCl5—20 (d) HRC 45—702．在设计拖拉机缸盖螺钉时应选用的强度指标是( a )。
(a) δb (b) δs(c) δ0.2(d) δp3．在作疲劳试验时，试样承受的载荷为( c )。
(a)静载荷(b)冲击载荷(c)交变载荷4．洛氏硬度C标尺使用的压头是( b )。
(a)淬硬钢球(b)金刚石圆锥体(c)硬质合金球5．表示金属密度、导热系数、导磁率的符号依次为( d )、( f )、( c )。
机械工程材料习题解答
机械工业出版社《机械工程材料》习题解答第一章金属材料的力学性能P20—211.拉伸试样的原始标距为50mm，直径为10mm，拉伸试验后，将已断裂的试样对接起来测量，若断后的标距为79mm，缩颈区的最小直径为4.9mm，求该材料伸长率A和断面收缩率Z的值（计算结果保留两位小数）。
已知：L0=50mm ；L u= 79mm；d0=10mm ；d1 =4.9mm求：A=？和Z=？解：1）、A=（L u- L0）/L0×100%=（79-50）/50×100%=58%2）、A0=（π/4）d02=(3.14/4)×102=78.5mm2A u =( π/4)d12=(3.14/4)×4.92=18.8mm2Z=（A0- A u）/ A0×100%=（78.5-18.8）/78.5×100%=76%答：该材料伸长率为58%、断面收缩率为76%。
2．现有原始直径为10mm圆形长、短试样各一根，经拉伸试验测得伸长率A11.3、A均为25%。
求两试样拉断后的标距长度，两试样中哪一根的塑性好？已知：d0=10mm、A11.3=A=25%，L10=10d0=10×10=100mm、L5=5 d0=5×10=50mm求L u10、L u5解：依据A=（L u- L0）/ L0×100%，推导出L u =（1+A）L0则L u10=（1+A）L10=（1+25%）×100=125mmL u5=（1+A）L5= (1+25%)×50=62.5mm短试样拉伸时应该比长试样大20%，所以长试样塑性好。
答：长、短两试样拉断后的标距长度分别为125、62.5mm，长试样塑性好。
3.一根直径2.5mm，长度3m的钢丝，承受4900N载荷后有多大的弹性变形？已知：d0=2.5mm,L0=3m=3000mm,F=4900N,E=210000Mpa求△L解：S0=（π/4）d02=（3.14/4）×2.52=4.9mm2σ=F/ S0=4900/4.9=1000Mpa,ε =σ/E=1000/210000=4.8×10-3。
机械工程材料课后答案
工程材料习题<习题一>1、抗拉强度：是材料在破断前所能承受的最大应力。
屈服强度：是材料开始产生明显塑性变形时的最低应力。
塑性：是指材料在载荷作用下，产生永久变形而不破坏的能力。
韧性：材料变形时吸收变形力的能力。
硬度：硬度是衡量材料软硬程度的指标，材料表面抵抗更硬物体压入的能力。
刚度：材料抵抗弹性变形的能力。
疲劳强度：经无限次循环而不发生疲劳破坏的最大应力。
冲击韧性：材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。
断裂韧性：材料抵抗裂纹扩展的能力。
2 、材料的弹性模量与塑性无关。
3 、四种不同材料的应力应变曲线，试比较抗拉强度，屈服强度，刚度和塑性。
由大到小的顺序，抗拉强度： 2 、 1 、 3 、 4 。
屈服强度： 1 、 3 、 2 、 4 。
刚度：1 、3 、2 、4 。
塑性：3 、2 、4 、 1 。
4、常用的硬度测试方法有几种？这些方法测出的硬度值能否进行比较？布氏、洛氏、维氏和显微硬度。
由于各种硬度测试方法的原理不同，所以测出的硬度值不能直接进行比较。
5、以下工件应该采用何种硬度试验法测定其硬度？（1）锉刀：洛氏或维氏硬度（2）黄铜轴套：布氏硬度（3）供应状态的各种碳钢钢材：布氏硬度（4）硬质合金刀片：洛氏或维氏硬度（5）耐磨工件的表面硬化层：显微硬度6、反映材料承受冲击载荷的性能指标是什么？不同条件下测得的这些指标能否进行比较？怎样应用这些性能指标？冲击功或冲击韧性。
由于冲击功或冲击韧性代表了在指定温度下，材料在缺口和冲击载荷共同作用下脆化的趋势及其程度，所以不同条件下测得的这种指标不能进行比较。
冲击韧性是一个对成分、组织、结构极敏感的参数，在冲击试验中很容易揭示出材料中的某些物理现象，如晶粒粗化、冷脆、热脆和回火脆性等，故目前常用冲击试验来检验冶炼、热处理以及各种加工工艺的质量。
此外，不同温度下的冲击试验可以测定材料的冷脆转变温度。
同时，冲击韧性对某些零件（如装甲板等）抵抗少数几次大能量冲击的设计有一定的参考意义。
机械工程材料课后习题答案
1 .可否通过增加零件的尺寸来提高其弹性模量：不能，弹性模量主要取决与材料的本性，除随温度上升而渐渐降低外，其他强化手段如热处理，冷加工，合金化等对弹性模量的影响很小。
2 .工程上的延长率与选取的样品长度有关，为什么：延长率=(LI-L2)/10,当式样dθ不变时，LO增加，则延长率下降，只有当LO/dO 为常熟市，延长率才有可比性。
3 .如何用材料的应力-应变曲线推断材料的韧性：所谓的材料韧性是指材料从变形到断裂整个过程所汲取的能量，即拉伸曲线与横坐标所包围的面积。
4 .从原子结构上说明晶体与非晶体的区分：院子在三维空间呈现规章排列的固体成为晶体，而原子在空间里无序排列的固体成为非晶体。
晶体长程有序，非晶体短程无序。
5 .立方晶系重指数相同的晶面与晶向有什么关系：相互垂直。
6 .合金肯定单相的吗，固溶体肯定是单相的吗：合金不肯定是单相的，也可以由多相组成，固溶体肯定是单相的。
7 .固态非晶合金的晶化过程是否属于同素异构转变，为什么：不属于，同素异构是物质在固态下的晶格类型随温度变化而发生变化。
8 .依据匀晶转变相图分析产生枝晶偏析的缘由：由匀晶转变相图可以知道，固溶体合金的结晶只有在充分缓慢冷却的条件下才可能得到成分匀称的固溶体组织。
然而在实际生产中，由于冷速较快，合金在结晶过程中固相和液相中的原子来不及集中，使得线结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素，而后结晶的枝晶间含较多的低熔点元素，在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分消失不匀称的现象，成为枝晶偏析。
9 .结合相图分析含0.45%、1.2%和3.0%的Fe-C合金在缓慢冷却过程中的转变及温室下的组织：0.45%C:L—L+δ-L+δ+γ-L+γ—γ+c-P+γ+α,室温组织：P+α1.2%C:L—L+γ-y一y+二次渗碳体一F+γ+二次渗碳体一二次渗碳体，室温组织：P+二次渗碳体3.0%C:L—L+γ-L+γ+Le―y+Le+二次渗碳体一P+y+二次渗碳体+一次渗碳体一Le'+二次渗碳体+P,室温组织：Le'+二次渗碳体+P10 .为什么室温下金属的晶粒越细，强度、硬度越高，韧性、塑性也越好：由于金属的晶粒越细，晶界总面积额越大，位错障碍越多，需协调的具有不同未向的晶粒越多，金属塑性变形的抗力越高，从而导致金属的强度和硬度越高；合金的晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，同时参与变形的晶粒数目越多，变形越匀称，推迟了裂纹的形成与扩展，使得在断裂前发生了较大的塑性变形，在强度和硬度同时参与的状况下，所以合金晶粒越细，其清醒和韧性也越好。
(机械制造行业)机械工程材料习题答案_王章忠主编_第二版
例1：某工厂生产精密丝杠，尺寸为φ40×800mm，要求热处理后变形小，尺寸稳定，表面硬度为60～64HRC，用CrWMn钢制造;其工序如下：热轧钢棒下料→球化退火→粗加工→淬火、低温回火→精加工→时效→精磨。
试分析：1. 用CrWMn钢的原因。
2. 分析工艺安排能否达到要求，如何改进？丝杠是机床重要的零件之一，应用于进给机构和调节移动机构，它的精度高低直接影响机床的加工精度、定位精度和测量精度，因此要求它具有高精度和高的稳定性、高的耐磨性。
在加工处理过程中，每一工序都不能产生大的应力和大的应变；为保证使用过程中的尺寸稳定，需尽可能消除工件的应力，尽可能减少残余奥氏体量。
丝杠受力不大，但转速很高，表面要求有高的硬度和耐磨性，洛氏硬度为60～64 HRC。
根据精密丝杠的上述要求，选用CrWMn钢较为合适。
其原因如下：（1）CrWMn钢是高碳合金工具钢，淬火处理后能获得高的硬度和耐磨性，可满足硬度和耐磨性的要求。
（2）CrWMn钢由于加入合金元素的作用，具有良好的热处理工艺性能，淬透性好，热处理变形小，有利于保证丝杠的精度。
目前，9Mn2V和CrWMn用得较多，但前者淬透性差些，适用于直径较小的精密丝杠。
对原工艺安排分析：原工艺路线中，由于在球化退火前没有安排正火；机加工后没有安排去应力退火；淬火、低温回火后没有安排冰冷处理等项原因，使得精密丝杠在加工过程中会产生很大的应力和变形，很难满足精密丝杠的技术要求。
所以原工艺路线应改为：下料→正火→球化退火→粗加工→去应力退火→淬火、低温回火→冷处理→低温回火→精加工→时效→半精磨→时效→精磨。
例2：有一载重汽车的变速箱齿轮，使用中受到一定的冲击，负载较重，齿表面要求耐磨，硬度为58～62HRC齿心部硬度为30～45HRC，其余力学性能要求为σb＞1000MPa，σOF≥600MPa，A K ＞48J。
试从所给材料中选择制造该齿轮的合适钢种。
35、45 、20CrMnTi 、38CrMoAl 、T12其工艺流程如下：下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火→低温回火→喷丸→磨齿。
材料科学基础答案王章忠--
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(完整版)机械工程材料习题集答案
第1章材料的性能一、选择题1.表示金属材料屈服强度的符号是（ B）A.σ B.σs C.σb D.σ-12.表示金属材料弹性极限的符号是（ A）A.σe B.σs C.σb D.σ-13.在测量薄片工件的硬度时，常用的硬度测试方法的表示符号是（ B）A.HB B.HRC C.HV D.HS4.金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫（A ） A.强度 B.硬度 C.塑性 D.弹性二、填空1.金属材料的机械性能是指在载荷作用下其抵抗（变形）或（破坏）的能力。
2.金属塑性的指标主要有（伸长率）和（断面收缩率）两种。
3.低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、（塑性变形）和（断裂）三个阶段。
4.常用测定硬度的方法有（布氏硬度测试法）、（洛氏硬度测试法）和维氏硬度测试法。
5.疲劳强度是表示材料经（无数次应力循环）作用而（不发生断裂时）的最大应力值。
三、是非题1.用布氏硬度测量硬度时，压头为钢球，用符号HBS表示。
是2.用布氏硬度测量硬度时，压头为硬质合金球，用符号HBW表示。
是3.金属材料的机械性能可以理解为金属材料的失效抗力。
四、改正题1. 疲劳强度是表示在冲击载荷作用下而不致引起断裂的最大应力。
将冲击载荷改成交变载荷2. 渗碳件经淬火处理后用HB硬度计测量表层硬度。
将HB改成HR3. 受冲击载荷作用的工件，考虑机械性能的指标主要是疲劳强度。
将疲劳强度改成冲击韧性4. 衡量材料的塑性的指标主要有伸长率和冲击韧性。
将冲击韧性改成断面收缩率5. 冲击韧性是指金属材料在载荷作用下抵抗破坏的能力。
将载荷改成冲击载荷五、简答题1.说明下列机械性能指标符合所表示的意思：σs、σ0.2、HRC、σ-1、σb、δ5、HBS。
σs: 屈服强度σ0.2：条件屈服强度HRC：洛氏硬度（压头为金刚石圆锥）σ-1: 疲劳极限σb: 抗拉强度σ5：l0=5d0时的伸长率（l0=5.65s01/2）HBS:布氏硬度（压头为钢球）第2章材料的结构一、选择题1. 每个体心立方晶胞中包含有（B）个原子 A.1 B.2 C.3 D.42. 每个面心立方晶胞中包含有（C）个原子 A.1 B.2 C.3 D.43. 属于面心立方晶格的金属有（C） A.α-Fe,铜B.α-Fe,钒 C.γ-Fe,铜D.γ-Fe,钒4. 属于体心立方晶格的金属有（B） A.α-Fe,铝B.α-Fe,铬 C.γ-Fe,铝D.γ-Fe,铬5. 在晶体缺陷中，属于点缺陷的有（A） A. 间隙原子 B.位错 C.晶界 D.缩孔6. 在立方晶系中,指数相同的晶面和晶向(B)A.相互平行B.相互垂直C.相互重叠D.毫无关联7. 在面心立方晶格中,原子密度最大的晶面是(C)A.(100)B.(110)C.(111)D.(122)二、是非题1. 金属或合金中,凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分称为相。