工程材料课后习题答案附后
工程材料部分课后答案
【课本P39 2-12】根据Fe-Fe3C相图，解释下列现象：1）在室温下，ωc=0.8%的碳钢比ωc=0.4%碳钢硬度高，比ωc=1.2%的碳钢强度高？答：含碳量为 1.0%的钢，含碳量越高，Fe3C的量越多，钢的硬度越高。
退火的含碳0.8%的钢组织为p，而含碳量1.2%的钢组织为P+网状Fe3C，脆性大。
钢的强度是组织敏感，因此，含碳0.8%的钢其强度比含碳量1.2%的钢高。
2）钢铆钉一般用低碳钢制成。
答：低碳钢的铁素体含量多，塑性好，适合制成铆钉。
3）绑扎物件一般采用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机起吊重物时都用钢丝绳（60或65钢制成）。
答：绑扎物件一般受力不大，主要目的是捆绑结实，所以采用铁丝即可。
而起重机起吊重物时承受较大载荷，尤其是受较大拉力，因此，需要采用强度较高且有一定塑韧性的钢材，采用60或65钢，含碳量较高，属于中高碳，强度有保证，但又较70以上高碳钢塑韧性好。
4）在1000℃，含碳0.4%的钢可以进行锻造，含碳4.0%的生铁不能锻造。
答：在1000℃时，含碳0.4%的钢处在单相奥氏体区，奥氏体面心立方晶格，塑性好适合于压力加工。
含碳4.0%的生铁汉渗碳体多脆性大不能锻造。
5）钳工锯削T8、T10、T12等退火钢料比锯削10钢、20钢费力，且锯条易磨钝。
答：T8、T10、T12等退火钢料的含碳量高，渗碳体多，硬度高，而10钢、20钢含碳量低，铁素体多硬度低，因此锯削T8、T10、T12等退火钢料比10钢、20钢费力，且锯条容易磨钝。
5）钢适宜压力加工成形，而铸铁适宜铸造成形。
答：在铁碳相图中钢（﹤2.11%C）存在着单相固溶体区（奥氏体），一般固溶体塑性较好，适合于压力加工。
而相图中铸铁（﹥2.11%）存在共晶反应，一般共晶合金在恒温下结晶，金属的流动性好，适合于铸造工艺。
【课本P69 3-2】判断下列说法是否正确：（1）钢在奥氏体化后，冷却时形成的组织主要取决于钢的加热温度。
工程材料课后答案(部分)
热固性: 聚合物加热加压成型固化后，不能再加热熔化和软化，称为热固性。
柔性: 在拉力作用下，呈卷曲状或线团状的线型大分子链可以伸展拉直，外力去除后，又缩回到原来的卷曲状和线团状。这种能拉伸、回缩的性能称为分子链的柔性。
解: r原子=34a=34×2.87×10-10≈1.24×10-10(m)
43πr3原子×2a3=43π34a3×2a3≈0.68=68%
(5) 在常温下,已知铜原子的直径d=2.55×10-10m，求铜的晶源自常数。 解: r原子=24a
(4) γ-Fe的一个晶胞内的原子数为（4个) .
(5) 高分子材料大分子链的化学组成以（C、H、O）为主要元素，根据组成元素的不同，可分为三类，即（碳链大分子) 、 (杂链大分子）和（元素链大分子) .
(6) 大分子链的几何形状主要为（线型) 、 (支化型）和（体型) 。热塑性聚合物主要是（线型和支化型）分子链，热固性聚合物主要是（体型）分子链。
答: ab段为右螺型位错。
bc段为刃型位错，半原子面过bc线且垂直于纸面，在纸面外。
cd段为混合位错。
de段为左螺型位错。
ea段为刃型位错，半原子面过ea线且垂直于纸面，在纸面里。 (8) 什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？
答: 形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。
(7) 高分子材料的凝聚状态有（晶态) 、 (部分晶态）和（非晶态）三种。
(8) 线型非晶态高聚物在不同温度下的三种物理状态是（玻璃态) 、 (高弹态）和（粘流态) .
(9) 与金属材料比较，高分子材料的主要力学性能特点是强度（低) 、弹性（高) 、弹性模量（低）等。
土木工程材料课后习题(附答案)
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：（2）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：材料与水接触时能被水润湿的性质称为亲水性材料；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：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。
工程材料课后习题参考答案 华科大版
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。
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. 专业.专注.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。
同济大学工程材料课后习题答案（上海科学技术出版社）
同济⼤学⼯程材料课后习题答案（上海科学技术出版社）《⼯程材料》复习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.晶体中配位数和致密度越⼤,则晶体中原⼦排列越紧密.4.晶⾯指数和晶向指数有什么不同答:晶向是指晶格中各种原⼦列的位向,⽤晶向指数来表⽰,形式为;晶⾯是指晶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,线缺陷和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.6.为何单晶体具有各向异性,⽽多晶体在⼀般情况下不显⽰出各向异性答: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.7.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.8.⾦属结晶的基本规律是什么晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响答:①⾦属结晶的基本规律是形核和核长⼤.②受到过冷度的影响,随着过冷度的增⼤,晶核的形成率和成长率都增⼤,但形成率的增长⽐成长率的增长快;同时外来难熔杂质以及振动和搅拌的⽅法也会增⼤形核率.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,使结晶时的晶核数⽬⼤⼤增加,从⽽提⾼了形核率,细化晶粒.③机械振动,搅拌.第⼆章⾦属的塑性变形与再结晶1.解释下列名词:加⼯硬化,回复,再结晶,热加⼯,冷加⼯.答:加⼯硬化:随着塑性变形的增加,⾦属的强度,硬度迅速增加;塑性,韧性迅速下降的现象.回复:为了消除⾦属的加⼯硬化现象,将变形⾦属加热到某⼀温度,以使其组织和性能发⽣变化.在加热温度较低时,原⼦的活动能⼒不⼤,这时⾦属的晶粒⼤⼩和形状没有明显的变化,只是在晶内发⽣点缺陷的消失以及位错的迁移等变化,因此,这时⾦属的强度,硬度和塑性等机械性能变化不⼤,⽽只是使内应⼒及电阻率等性能显著降低.此阶段为回复阶段.再结晶:被加热到较⾼的温度时,原⼦也具有较⼤的活动能⼒,使晶粒的外形开始变化.从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒.和变形前的晶粒形状相似,晶格类型相同,把这⼀阶段称为"再结晶".热加⼯:将⾦属加热到再结晶温度以上⼀定温度进⾏压⼒加⼯.冷加⼯:在再结晶温度以下进⾏的压⼒加⼯.2.产⽣加⼯硬化的原因是什么加⼯硬化在⾦属加⼯中有什么利弊答:①随着变形的增加,晶粒逐渐被拉长,直⾄破碎,这样使各晶粒都破碎成细碎的亚晶粒,变形愈⼤,晶粒破碎的程度愈⼤,这样使位错密度显著增加;同时细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长⽽被拉长.因此,随着变形量的增加,由于晶粒破碎和位错密度的增加,⾦属的塑性变形抗⼒将迅速增⼤,即强度和硬度显著提⾼,⽽塑性和韧性下降产⽣所谓"加⼯硬化"现象.②⾦属的加⼯硬化现象会给⾦属的进⼀步加⼯带来困难,如钢板在冷轧过程中会越轧越硬,以致最后轧不动.另⼀⽅⾯⼈们可以利⽤加⼯硬化现象,来提⾼⾦属强度和硬度,如冷拔⾼强度钢丝就是利⽤冷加⼯变形产⽣的加⼯硬化来提⾼钢丝的强度的.加⼯硬化也是某些压⼒加⼯⼯艺能够实现的重要因素.如冷拉钢丝拉过模孔的部分,由于发⽣了加⼯硬化,不再继续变形⽽使变形转移到尚未拉过模孔的部分,这样钢丝才可以继续通过模孔⽽成形.3.划分冷加⼯和热加⼯的主要条件是什么答:主要是再结晶温度.在再结晶温度以下进⾏的压⼒加⼯为冷加⼯,产⽣加⼯硬化现象;反之为热加⼯,产⽣的加⼯硬化现象被再结晶所消除.4.与冷加⼯⽐较,热加⼯给⾦属件带来的益处有哪些答:(1)通过热加⼯,可使铸态⾦属中的⽓孔焊合,从⽽使其致密度得以提⾼.(2)通过热加⼯,可使铸态⾦属中的枝晶和柱状晶破碎,从⽽使晶粒细化,机械性能提⾼.(3)通过热加⼯,可使铸态⾦属中的枝晶偏析和⾮⾦属夹杂分布发⽣改变,使它们沿着变形的⽅向细碎拉长,形成热压⼒加⼯"纤维组织"(流线),使纵向的强度,塑性和韧性显著⼤于横向.如果合理利⽤热加⼯流线,尽量使流线与零件⼯作时承受的最⼤拉应⼒⽅向⼀致,⽽与外加切应⼒或冲击⼒相垂直,可提⾼零件使⽤寿命.5.为什么细晶粒钢强度⾼,塑性,韧性也好答:晶界是阻碍位错运动的,⽽各晶粒位向不同,互相约束,也阻碍晶粒的变形.因此,⾦属的晶粒愈细,其晶界总⾯积愈⼤,每个晶粒周围不同取向的晶粒数便愈多,对塑性变形的抗⼒也愈⼤.因此,⾦属的晶粒愈细强度愈⾼.同时晶粒愈细,⾦属单位体积中的晶粒数便越多,变形时同样的变形量便可分散在更多的晶粒中发⽣,产⽣较均匀的变形,⽽不致造成局部的应⼒集中,引起裂纹的过早产⽣和发展.因此,塑性,韧性也越好.6.⾦属经冷塑性变形后,组织和性能发⽣什么变化答:①晶粒沿变形⽅向拉长,性能趋于各向异性,如纵向的强度和塑性远⼤于横向等;②晶粒破碎,位错密度增加,产⽣加⼯硬化,即随着变形量的增加,强度和硬度显著提⾼,⽽塑性和韧性下降;③织构现象的产⽣,即随着变形的发⽣,不仅⾦属中的晶粒会被破碎拉长,⽽且各晶粒的晶格位向也会沿着变形的⽅向同时发⽣转动,转动结果⾦属中每个晶粒的晶格位向趋于⼤体⼀致,产⽣织构现象;④冷压⼒加⼯过程中由于材料各部分的变形不均匀或晶粒内各部分和各晶粒间的变形不均匀,⾦属内部会形成残余的内应⼒,这在⼀般情况下都是不利的,会引起零件尺⼨不稳定.7.分析加⼯硬化对⾦属材料的强化作⽤答:随着塑性变形的进⾏,位错密度不断增加,因此位错在运动时的相互交割,位错缠结加剧,使位错运动的阻⼒增⼤,引起变形抗⼒的增加.这样,⾦属的塑性变形就变得困难,要继续变形就必须增⼤外⼒,因此提⾼了⾦属的强度.8.已知⾦属钨,铁,铅,锡的熔点分别为3380℃,1538℃,327℃,232℃,试计算这些⾦属的最低再结晶温度,并分析钨和铁在1100℃下的加⼯,铅和锡在室温(20℃)下的加⼯各为何种加⼯答:T再=0.4T熔;钨T再=[0.4*(3380+273)]-273=1188.2℃; 铁T再=[0.4*(1538+273)]-273=451.4℃; 铅T再=[0.4*(327+273)]-273=-33℃; 锡T再=[0.4*(232+273)]-273=-71℃.由于钨T再为1188.2℃>1100℃,因此属于热加⼯;铁T再为451.4℃<1100℃,因此属于冷加⼯;铅T再为-33℃<20℃,属于冷加⼯;锡T再为-710.6%C(2)按质量分类:即含有杂质元素S,P的多少分类:普通碳素钢:S≤0.055% P≤0.045%优质碳素钢:S,P≤0.035~0.040%⾼级优质碳素钢:S≤0.02~0.03%;P≤ 0.03~0.035%(3)按⽤途分类碳素结构钢:⽤于制造各种⼯程构件,如桥梁,船舶,建筑构件等,及机器零件,如齿轮,轴,连杆,螺钉,螺母等.碳素⼯具钢:⽤于制造各种⼑具,量具,模具等,⼀般为⾼碳钢,在质量上都是优质钢或⾼级优质钢.牌号的表⽰⽅法:(1)普通碳素结构钢:⽤Q+数字表⽰,"Q"为屈服点,"屈"汉语拼⾳,数字表⽰屈服点数值.若牌号后⾯标注字母A,B,C,D,则表⽰钢材质量等级不同,A,B,C,D质量依次提⾼,"F"表⽰沸腾钢,"b"为半镇静钢,不标"F"和"b"的为镇静钢.(2)优质碳素结构钢:牌号是采⽤两位数字表⽰的,表⽰钢中平均含碳量的万分之⼏.若钢中含锰量较⾼,须将锰元素标出,(3)碳素⼯具钢:这类钢的牌号是⽤"碳"或"T"字后附数字表⽰.数字表⽰钢中平均含碳量的千分之⼏.若为⾼级优质碳素⼯具钢,则在钢号最后附以"A"字.19.低碳钢,中碳钢及⾼碳钢是如何根据含碳量划分的分别举例说明他们的⽤途答:低碳钢:含碳量⼩于或等于0.25%的钢;08,10,钢,塑性,韧性好,具有优良的冷成型性能和焊接性能,常冷轧成薄板,⽤于制作仪表外壳,汽车和拖拉机上的冷冲压件,如汽车车⾝,拖拉机驾驶室等;15,20,25钢⽤于制作尺⼨较⼩,负荷较轻,表⾯要求耐磨,⼼部强度要求不⾼的渗碳零件,如活塞钢,样板等.中碳钢:含碳量为0.30~0.55%的钢;30,35,40,45,50钢经热处理(淬⽕+⾼温回⽕)后具有良好的综合机械性能,即具有较⾼的强度和较⾼的塑性,韧性,⽤于制作轴类零件;⾼碳钢:含碳量⼤于0.6%的钢;60,65钢热处理(淬⽕+⾼温回⽕)后具有⾼的弹性极限,常⽤作弹簧.T7,T8,⽤于制造要求较⾼韧性,承受冲击负荷的⼯具,如⼩型冲头,凿⼦,锤⼦等.T9,T10,T11,⽤于制造要求中韧性的⼯具,如钻头,丝锥,车⼑,冲模,拉丝模,锯条.T12,T13,钢具有⾼硬度,⾼耐磨性,但韧性低,⽤于制造不受冲击的⼯具如量规,塞规,样板,锉⼑,刮⼑,精车⼑等.20.下列零件或⼯具⽤何种碳钢制造:⼿锯锯条,普通螺钉,车床主轴.答:⼿锯锯条:它要求有较⾼的硬度和耐磨性,因此⽤碳素⼯具钢制造,如T9,T9A,T10,T10A,T11,T11A.普通螺钉:它要保证有⼀定的机械性能,⽤普通碳素结构钢制造,如Q195,Q215,Q235.车床主轴:它要求有较⾼的综合机械性能,⽤优质碳素结构钢,如30,35,40,45,50.21.指出下列各种钢的类别,符号,数字的含义,主要特点及⽤途:Q235-AF,Q235-C,Q195-B,Q255-D,40,45,08,20,20R,20G,T8,T10A,T12A答:Q235-AF:普通碳素结构钢,屈服强度为235MPa的A级沸腾钢.Q235-C:屈服强度为235MPa的C级普通碳素结构钢,Q195-B: 屈服强度为195MPa的B级普通碳素结构钢,Q255-D: 屈服强度为255MPa的D级普通碳素结构钢,Q195,Q235含碳量低,有⼀定强度,常扎制成薄板,钢筋,焊接钢管等,⽤于桥梁,建筑等钢结构,也可制造普通的铆钉,螺钉,螺母,垫圈,地脚螺栓,轴套,销轴等等,Q255钢强度较⾼,塑性,韧性较好,可进⾏焊接.通常扎制成型钢,条钢和钢板作结构件以及制造连杆,键,销,简单机械上的齿轮,轴节等.40:含碳量为0.4%的优质碳素结构钢.45含碳量为0.45%的优质碳素结构钢.40,45钢经热处理(淬⽕+⾼温回⽕)后具有良好的综合机械性能,即具有较⾼的强度和较⾼的塑性,韧性,⽤于制作轴类零件.08:含碳量为0.08%的优质碳素结构钢.塑性,韧性好,具有优良的冷成型性能和焊接性能,常冷轧成薄板,⽤于制作仪表外壳,汽车和拖拉机上的冷冲压件,如汽车车⾝,拖拉机驾驶室等.20:含碳量为0.2%的优质碳素结构钢.⽤于制作尺⼨较⼩,负荷较轻,表⾯要求耐磨,⼼部强度要求不⾼的渗碳零件,如活塞钢,样板等.20R:含碳量为0.2%的优质碳素结构钢,容器专⽤钢.20G:含碳量为0.2%的优质碳素结构钢,锅炉专⽤钢.T8:含碳量为0.8%的碳素⼯具钢.⽤于制造要求较⾼韧性,承受冲击负荷的⼯具,如⼩型冲头,凿⼦,锤⼦等.T10A:含碳量为1.0%的⾼级优质碳素⼯具钢.⽤于制造要求中韧性的⼯具,如钻头,丝锥,车⼑,冲模,拉丝模,锯条.T12A:含碳量为1.2%的⾼级优质碳素⼯具钢.具有⾼硬度,⾼耐磨性,但韧性低,⽤于制造不受冲击的⼯具如量规,塞规,样板,锉⼑,刮⼑,精车⼑.第五章钢的热处理1.何谓钢的热处理钢的热处理操作有哪些基本类型试说明热处理同其它⼯艺过程的关系及其在机械制造中的地位和作⽤.答:(1)为了改变钢材内部的组织结构,以满⾜对零件的加⼯性能和使⽤性能的要求所施加的⼀种综合的热加⼯⼯艺过程.(2)热处理包括普通热处理和表⾯热处理;普通热处理⾥⾯包括退⽕,正⽕,淬⽕和回⽕,表⾯热处理包括表⾯淬⽕和化学热处理,表⾯淬⽕包括⽕焰加热表⾯淬⽕和感应加热表⾯淬⽕,化学热处理包括渗碳,渗氮和碳氮共渗等.(3)热处理是机器零件加⼯⼯艺过程中的重要⼯序.⼀个⽑坯件经过预备热处理,然后进⾏切削加⼯,再经过最终热处理,经过精加⼯,最后装配成为零件.热处理在机械制造中具有重要的地位和作⽤,适当的热处理可以显著提⾼钢的机械性能,延长机器零件的使⽤寿命.热处理⼯艺不但可以强化⾦属材料,充分挖掘材料潜⼒,降低结构重量,节省材料和能源,⽽且能够提⾼机械产品质量,⼤幅度延长机器零件的使⽤寿命,做到⼀个顶⼏个,顶⼗⼏个.此外,通过热处理还可使⼯件表⾯具有抗磨损,耐腐蚀等特殊物理化学性能.2.解释下列名词:1)奥⽒体的起始晶粒度,实际晶粒度,本质晶粒度;答:(1)起始晶粒度:是指在临界温度以上,奥⽒体形成刚刚完成,其晶粒边界刚刚接触时的晶粒⼤⼩.(2)实际晶粒度:是指在某⼀具体的热处理加热条件下所得到的晶粒尺⼨.(3)本质晶粒度:根据标准试验⽅法,在930±10℃保温⾜够时间(3-8⼩时)后测定的钢中晶粒的⼤⼩.2)珠光体,索⽒体,屈⽒体,贝⽒体,马⽒体;答:珠光体:铁素体和渗碳体的机械混合物.索⽒体:在650～600℃温度范围内形成层⽚较细的珠光体.屈⽒体:在600～550℃温度范围内形成⽚层极细的珠光体.贝⽒体:过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物.马⽒体:碳在α-Fe中的过饱和固溶体.3)奥⽒体,过冷奥⽒体,残余奥⽒体;答:奥⽒体: 碳在中形成的间隙固溶体.过冷奥⽒体: 处于临界点以下的不稳定的将要发⽣分解的奥⽒体称为过冷奥⽒体.残余奥⽒体:M转变结束后剩余的奥⽒体.4)退⽕,正⽕,淬⽕,回⽕,冷处理,时效处理(尺⼨稳定处理);答:退⽕:将⼯件加热到临界点以上或在临界点以下某⼀温度保温⼀定时间后,以⼗分缓慢的冷却速度(炉冷,坑冷,灰冷)进⾏冷却的⼀种操作.正⽕:将⼯件加热到Ac3或Accm以上30～80℃,保温后从炉中取出在空⽓中冷却.淬⽕:将钢件加热到Ac3或Ac1以上30～50℃,保温⼀定时间,然后快速冷却(⼀般为油冷或⽔冷),从⽽得马⽒体的⼀种操作. 回⽕:将淬⽕钢重新加热到A1点以下的某⼀温度,保温⼀定时间后,冷却到室温的⼀种操作.冷处理:把冷到室温的淬⽕钢继续放到深冷剂中冷却,以减少残余奥⽒体的操作.时效处理:为使⼆次淬⽕层的组织稳定,在110~150℃经过6~36⼩时的⼈⼯时效处理,以使组织稳定.5)淬⽕临界冷却速度(Vk),淬透性,淬硬性;答:淬⽕临界冷却速度(Vk):淬⽕时获得全部马⽒体组织的最⼩冷却速度.淬透性:钢在淬⽕后获得淬硬层深度⼤⼩的能⼒.淬硬性:钢在淬⽕后获得马⽒体的最⾼硬度.6)再结晶,重结晶;答:再结晶:⾦属材料加热到较⾼的温度时,原⼦具有较⼤的活动能⼒,使晶粒的外形开始变化.从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒.和变形前的晶粒形状相似,晶格类型相同,把这⼀阶段称为"再结晶".重结晶:由于温度变化,引起晶体重新形核,长⼤,发⽣晶体结构的改变,称为重结晶.7)调质处理,变质处理.答:调质处理:淬⽕后的⾼温回⽕.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.3.指出A1,A3,Acm; AC1,AC3, Accm ; Ar1,Ar3,Arcm 各临界点的意义.答:A1:共析转变线,含碳量在0.02～6.69%的铁碳合⾦冷却到727℃时都有共析转变发⽣,形成P.A3:奥⽒体析出铁素体的开始线.Acm:碳在奥⽒体中的溶解度曲线.AC1:实际加热时的共析转变线.AC3:实际加热时奥⽒体析出铁素体的开始线.Acm:实际加热时碳在奥⽒体中的溶解度曲线.Ar1:实际冷却时的共析转变线.Ar3:实际冷却时奥⽒体析出铁素体的开始线.Arcm:实际冷却时碳在奥⽒体中的溶解度曲线.4.何谓本质细晶粒钢本质细晶粒钢的奥⽒体晶粒是否⼀定⽐本质粗晶粒钢的细答:(1)本质细晶粒钢:加热到临界点以上直到930℃,随温度升⾼,晶粒长⼤速度很缓慢,称本质细晶粒钢.(2)不⼀定.本质晶粒度只代表钢在加热时奥⽒体晶粒长⼤倾向的⼤⼩.本质粗晶粒钢在较低加热温度下可获得细晶粒,⽽本质细晶粒钢若在较⾼温度下加热也会得到粗晶粒.5.珠光体类型组织有哪⼏种它们在形成条件,组织形态和性能⽅⾯有何特点答:(1)三种.分别是珠光体,索⽒体和屈⽒体.(2)珠光体是过冷奥⽒体在550℃以上等温停留时发⽣转变,它是由铁素体和渗碳体组成的⽚层相间的组织.索⽒体是在650～600℃温度范围内形成层⽚较细的珠光体.屈⽒体是在600～550℃温度范围内形成⽚层极细的珠光体.珠光体⽚间距愈⼩,相界⾯积愈⼤,强化作⽤愈⼤,因⽽强度和硬度升⾼,同时,由于此时渗碳体⽚较薄,易随铁素体⼀起变形⽽不脆断,因此细⽚珠光体⼜具有较好的韧性和塑性.6.贝⽒体类型组织有哪⼏种它们在形成条件,组织形态和性能⽅⾯有何特点答:(1)两种.上贝⽒体和下贝⽒体.(2)上贝⽒体的形成温度在600～350℃.在显微镜下呈⽻⽑状,它是由许多互相平⾏的过饱和铁素体⽚和分布在⽚间的断续细⼩的渗碳体组成的混合物.其硬度较⾼,可达HRC40～45,但由于其铁素体⽚较粗,因此塑性和韧性较差.下贝⽒体的形成温度在350℃～Ms,下贝⽒体在光学显微镜下呈⿊⾊针叶状,在电镜下观察是由针叶状的铁素体和分布在其上的极为细⼩的渗碳体粒⼦组成的.下贝⽒体具有⾼强度,⾼硬度,⾼塑性,⾼韧性,即具有良好的综合机械性能.7.马⽒体组织有哪⼏种基本类型它们在形成条件,晶体结构,组织形态,性能有何特点马⽒体的硬度与含碳量关系如何答:(1)两种,板条马⽒体和⽚状马⽒体.(2)奥⽒体转变后,所产⽣的M的形态取决于奥⽒体中的含碳量,含碳量2.5%)以外的所有合⾦元素,都增⼤过冷奥⽒体稳定性,使C 曲线右移,则Vk减⼩.(2)⼀定尺⼨的⼯件在某介质中淬⽕,其淬透层的深度与⼯件截⾯各点的冷却速度有关.如果⼯件截⾯中⼼的冷速⾼于Vk,⼯件就会淬透.然⽽⼯件淬⽕时表⾯冷速最⼤,⼼部冷速最⼩,由表⾯⾄⼼部冷速逐渐降低.只有冷速⼤于Vk的⼯件外层部分才能得到马⽒体.因此,Vk越⼩,钢的淬透层越深,淬透性越好.12.将5mm的T8钢加热⾄760℃并保温⾜够时间,问采⽤什么样的冷却⼯艺可得到如下组织:珠光体,索⽒体,屈⽒体,上贝⽒体,下贝⽒体,屈⽒体+马⽒体,马⽒体+少量残余奥⽒体;在C曲线上描出⼯艺曲线⽰意图.答:(1)珠光体:冷却⾄线~550℃范围内等温停留⼀段时间,再冷却下来得到珠光体组织.索⽒体:冷却⾄650～600℃温度范围内等温停留⼀段时间,再冷却下来得到索光体组织.屈⽒体:冷却⾄600～550℃温度范围内等温停留⼀段时间,再冷却下来得到屈⽒体组织.上贝⽒体:冷却⾄600～350℃温度范围内等温停留⼀段时间,再冷却下来得到上贝⽒体组织.下贝⽒体:冷却⾄350℃～Ms温度范围内等温停留⼀段时间,再冷却下来得到下贝⽒体组织.屈⽒体+马⽒体:以⼤于获得马⽒体组织的最⼩冷却速度并⼩于获得珠光体组织的最⼤冷却速度连续冷却,获得屈⽒体+马⽒体.马⽒体+少量残余奥⽒体:以⼤于获得马⽒体组织的最⼩冷却速度冷却获得马⽒体+少量残余奥⽒体.(2)13.退⽕的主要⽬的是什么⽣产上常⽤的退⽕操作有哪⼏种指出退⽕操作的应⽤范围.答:(1)均匀钢的化学成分及组织,细化晶粒,调整硬度,并消除内应⼒和加⼯硬化,改善钢的切削加⼯性能并为随后的淬⽕作好组织准备.(2)⽣产上常⽤的退⽕操作有完全退⽕,等温退⽕,球化退⽕,去应⼒退⽕等.(3)完全退⽕和等温退⽕⽤于亚共析钢成分的碳钢和合⾦钢的铸件,锻件及热轧型材.有时也⽤于焊接结构.球化退⽕主要⽤于共析或过共析成分的碳钢及合⾦钢.去应⼒退⽕主要⽤于消除铸件,锻件,焊接件,冷冲压件(或冷拔件)及机加⼯的残余内应⼒.14.何谓球化退⽕为什么过共析钢必须采⽤球化退⽕⽽不采⽤完全退⽕答:(1)将钢件加热到Ac1以上30～50℃,保温⼀定时间后随炉缓慢冷却⾄600℃后出炉空冷.(2)过共析钢组织若为层状渗碳体和⽹状⼆次渗碳体时,不仅硬度⾼,难以切削加⼯,⽽且增⼤钢的脆性,容易产⽣淬⽕变形及开裂.通过球化退⽕,使层状渗碳体和⽹状渗碳体变为球状渗碳体,以降低硬度,均匀组织,改善切削加⼯性.15.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;答:再结晶退⽕.⽬的:使变形晶粒重新转变为等轴晶粒,以消除加⼯硬化现象,降低了硬度,消除内应⼒.细化晶粒,均匀组织,消除内应⼒,降低硬度以消除加⼯硬化现象.组织:等轴晶的⼤量铁素体和少量珠光体.2)ZG35的铸造齿轮答:完全退⽕.经铸造后的齿轮存在晶粒粗⼤并不均匀现象,且存在残余内应⼒.因此退⽕⽬的:细化晶粒,均匀组织,消除内应⼒,降低硬度,改善切削加⼯性.组织:晶粒均匀细⼩的铁素体和珠光体.3)锻造过热后的60钢锻坯;答:完全退⽕.由于锻造过热后组织晶粒剧烈粗化并分布不均匀,且存在残余内应⼒.因此退⽕⽬的:细化晶粒,均匀组织,消除内应⼒,降低硬度,改善切削加⼯性.组织:晶粒均匀细⼩的少量铁素体和⼤量珠光体.4)具有⽚状渗碳体的T12钢坯;答:球化退⽕.由于T12钢坯⾥的渗碳体呈⽚状,因此不仅硬度⾼,难以切削加⼯,⽽且增⼤钢的脆性,容易产⽣淬⽕变形及开裂.通过球化退⽕,使层状渗碳体和⽹状渗碳体变为球状渗碳体,以降低硬度,均匀组织,改善切削加⼯性.组织:粒状珠光体和球状渗碳体.16.正⽕与退⽕的主要区别是什么⽣产中应如何选择正⽕及退⽕答:与退⽕的区别是①加热温度不同,对于过共析钢退⽕加热温度在Ac1以上30～50℃⽽正⽕加热温度在Accm以上30～50℃.②冷速快,组织细,强度和硬度有所提⾼.当钢件尺⼨较⼩时,正⽕后组织:S,⽽退⽕后组织:P.选择:(1)从切削加⼯性上考虑切削加⼯性⼜包括硬度,切削脆性,表⾯粗糙度及对⼑具的磨损等.⼀般⾦属的硬度在HB170～230范围内,切削性能较好.⾼于它过硬,难以加⼯,且⼑具磨损快;过低则切屑不易断,造成⼑具发热和磨损,加⼯后的零件表⾯粗糙度很⼤.对于低,中碳结构钢以正⽕作为预先热处理⽐较合适,⾼碳结构钢和⼯具钢则以退⽕为宜.⾄于合⾦钢,由于合⾦元素的加⼊,使钢的硬度有所提⾼,故中碳以上的合⾦钢⼀般都采⽤退⽕以改善切削性.(2)从使⽤性能上考虑如⼯件性能要求不太⾼,随后不再进⾏淬⽕和回⽕,那么往往⽤正⽕来提⾼其机械性能,但若零件的形状⽐较复杂,正⽕的冷却速度有形成裂纹的危险,应采⽤退⽕.(3)从经济上考虑正⽕⽐退⽕的⽣产周期短,耗能少,且操作简便,故在可能的条件下,应优先考虑以正⽕代替退⽕.17.指出下列零件的锻造⽑坯进⾏正⽕的主要⽬的及正⽕后的显微组织:(1)20钢齿轮(2)45钢⼩轴(3)T12钢锉⼑答:(1)⽬的:细化晶粒,均匀组织,消除内应⼒,提⾼硬度,改善切削加⼯性.组织:晶粒均匀细⼩的⼤量铁素体和少量索⽒体.(2)⽬的:细化晶粒,均匀组织,消除内应⼒.组织:晶粒均匀细⼩的铁素体和索⽒体.(3)⽬的:细化晶粒,均匀组织,消除⽹状Fe3CⅡ,为球化退⽕做组织准备,消除内应⼒.组织:索⽒体和球状渗碳体.18.⼀批45钢试样(尺⼨Φ15*10mm),因其组织,晶粒⼤⼩不均匀,需采⽤退⽕处理.拟采⽤以下⼏种退⽕⼯艺;(1)缓慢加热⾄700℃,保温⾜够时间,随炉冷却⾄室温;(2)缓慢加热⾄840℃,保温⾜够时间,随炉冷却⾄室温;。
工程材料课后答案(最新整理)
（1）铜比低碳钢容易被锯割。 硬度 （2）锯条易被折断，而铁丝不易折断。 塑性
P15 1-4 甲、乙、丙、丁四种材料的硬度分别为45HRC、90HRB、800HV、240HBS，
试比较这四种材料硬度的高低。
答： 45HRC HV
HV 2 106 (112 HRC)2
、 、 01 、 、 、 、
b1-1. 下列情况分别是因为哪一个力学性能指标达不到要求？
（1）紧固螺栓使用后发生塑性变形。 屈服强度 （2）齿轮正常负荷条件下工作中发生断裂。 疲劳强度 （3）汽车紧急刹车时，发动机曲轴发生断裂。 冲击韧度 （4）不锈钢圆板冲压加工成圆柱杯的过程中发生裂纹。 塑性 （5）齿轮工作在寿命期内发生严重磨损。 硬度
、、、
、 、 04a 、 - 、 、 、
F 1. 所有的合金元素都能提高钢的淬透性。
F 2. 合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。
、、、 1. 除Co、Al外，几乎所有的合金元素都使Ms点 下降 。
2. 20钢属于 优质碳素结构 或 渗碳 钢， 可制造 冲 压、焊接件 或 小型渗碳件 。
3. Q345 (16Mn) 是 低合金高强度结构 钢，可制造 桥梁 。
F 2. 室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越低。
、、、
b 1. 金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将：
a. 越高 b. 越低 c. 越接近理论结晶温度
b 2. 为细化晶粒，可采用：
a. 快速浇注 b. 加变质剂
c. 以砂型代金属型
c 3. 晶体中的位错属于：
a. 体缺陷 b. 面缺陷
c. 线缺陷
4. 40Cr 是 合金调质 钢，可制造 车床齿轮 。
(完整版)工程材料课后答案
作业01力学性能b1-1. 下列情况分别是因为哪一个力学性能指标达不到要求？（1）紧固螺栓使用后发生塑性变形。
屈服强度（2）齿轮正常负荷条件下工作中发生断裂。
疲劳强度（3）汽车紧急刹车时，发动机曲轴发生断裂。
冲击韧度（4）不锈钢圆板冲压加工成圆柱杯的过程中发生裂纹。
塑性（5）齿轮工作在寿命期内发生严重磨损。
硬度b1-2 下列现象与哪一个力学性能有关？（1）铜比低碳钢容易被锯割。
硬度（2）锯条易被折断，而铁丝不易折断。
塑性作业02a金属结构与结晶判断题F1. 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
2. 室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越低。
F选择题1. 金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将：ba. 越高b. 越低c. 越接近理论结晶温度2. 为细化晶粒，可采用：ba. 快速浇注b. 加变质剂c. 以砂型代金属型3. 晶体中的位错属于：ca. 体缺陷b. 面缺陷c. 线缺陷d. 点缺陷问答题将20kg纯铜和30kg纯镍熔化后慢冷至T1温度，求此时：(1) 液、固两相L和α的化学成分(2) 两相的相对重量(3) 两相的质量答：整个合金含Ni的质量分数为:X = 30/(20+30) = 60%(1)两相的化学成分：w L(Ni)= 50%wα(Ni)= 80%(2)两相的相对重量为：液相m L= (80-60)/(80-50)≈67%固相mα= 1-67% = 33%a b c(2)两相的质量为：液相M L= 50×67% ≈33(kg)固相mα= 50 -33 = 17(kg)作业02c Fe-C相图判断题1. 铁素体的本质是碳在α-Fe中的间隙相。
F2. 珠光体P实质上是由铁素体F和渗碳体Fe3C两个相组成。
T3. 在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳含量为4.3%的铁碳合金F才能发生共晶反应。
4. 退火状态（接近平衡组织）的亚共析钢中，碳含量为0.45%F比0.20%的塑性和强度都高。
《工程材料》课后习题答案
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。
工程材料课后习题答案
参考答案第1章机械工程对材料性能的要求思考题与习题P201.3、机械零件在工作条件下可能承受哪些负荷这些负荷对零件产生什么作用 p4工程构件与机械零件以下简称零件或构件在工作条件下可能受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用..有时只受到一种负荷作用;更多的时候将受到两种或三种负荷的同时作用..在力学负荷作用条件下;零件将产生变形;甚至出现断裂；在热负荷作用下;将产生尺寸和体积的改变;并产生热应力;同时随温度的升高;零件的承载能力下降；环境介质的作用主要表现为环境对零件表面造成的化学腐蚀;电化学腐蚀及摩擦磨损等作用..1.4 整机性能、机械零件的性能和制造该零件所用材料的力学性能间是什么关系 p7机器的整机性能除与机器构造、加工与制造等因素有关外;主要取决于零部件的结构与性能;尤其是关键件的性能..在合理而优质的设计与制造的基础上;机器的性能主要由其零部件的强度及其它相关性能来决定..机械零件的强度是由结构因素、加工工艺因素、材料因素和使用因素等确定的..在结构因素和加工工艺因素正确合理的条件下;大多数零件的体积、重量、性能和寿命主要由材料因素;即主要由材料的强度及其它力学性能所决定..在设计机械产品时;主要是根据零件失效的方式正确选择的材料的强度等力学性能判据指标来进行定量计算;以确定产品的结构和零件的尺寸..1.5常用机械工程材料按化学组成分为几个大类各自的主要特征是什么p17机械工程中使用的材料常按化学组成分为四大类：金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料..提示：强度、塑性、化学稳定性、高温性能、电学、热学方面考虑回答..1.7、常用哪几种硬度试验如何选用P18 硬度试验的优点何在P11硬度试验有以下优点：●试验设备简单;操作迅速方便；●试验时一般不破坏成品零件;因而无需加工专门的试样;试验对象可以是各类工程材料和各种尺寸的零件；●硬度作为一种综合的性能参量;与其它力学性能如强度、塑性、耐磨性之间的关系密切;由此可按硬度估算强度而免做复杂的拉伸实验强韧性要求高时则例外；●材料的硬度还与工艺性能之间有联系;如塑性加工性能、切削加工性能和焊接性能等;因而可作为评定材料工艺性能的参考；●硬度能较敏感地反映材料的成分与组织结构的变化;故可用来检验原材料和控制冷、热加工质量..●提示：设备简单；试样方便无需专门加工；在一定范围可与力学性能、工艺性能建立联系；工程中常用第2章材料的组成和内部结构特征思考题与习题P552.7在铁碳合金中主要的相是哪几个两个最主要的恒温反应是什么其生成的组织是什么它们的性能有什么特点答：铁碳合金相图中共有五个基本相;即液相L、铁素体相F、高温铁素体相δ、奥氏体相A及渗碳体相Fe3C..在ECF水平线1148℃发生共晶转变L4.3 A2.11+Fe3C..转变产物为渗碳体基体上分布着一定形态、数量的奥氏体的机械混合物共晶体;称为莱氏体;以符号“Ld”表示;性能硬而脆..在PSK线727℃发生共析转变A0.77 F0.0218+Fe3C..转变产物为铁素体基体上分布着一定数量、形态的渗碳体的机械混合物共析体;称为珠光体;以符号“P”表示..珠光体的强度较高;塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间..2.9 根据铁碳相图对铁碳合金进行分类;试分析不同铁碳合金成分、室温平衡组织及性能之间关系..答：由Fe—C相图可将铁碳合金分为以下几类：①工业纯铁：wC≤0.0218%; 组织为F+Fe3CIII亚共析钢：0.0218%<wC<0.77%; 组织为F+PF+Fe3C共析钢：wC=0.77%; 组织为珠光体PF+Fe3C过共析钢：0.77%<wC<2.11%; 组织为P+ Fe3CII网状亚共晶白口铸铁：2.11%<wC<4.3%; 组织为P+ Fe3CII+ Ld＇③白口铸铁共晶白口铸铁：wC=4.3%;组织为Ld A+ Fe3C或Ld＇过共晶白口铸铁：4.3%<wC<6.69%; 组织为 Ld＇+ Fe3CI由F和Fe3C两相构成的铁碳合金的室温平衡组织;随着含碳量的增加其变化规律为：F+少量Fe3CIII→F+P→P→P+ Fe3CII网状→P+ Fe3CII+Ld’ →Ld’ →Ld’+Fe3CI随着含碳量的增加;组织组成发生相应的变化;硬度增加;塑韧性降低；强度的变化是先增加后降低;大约在含碳量为0.9%时为最大值..合金中组织的不同引起的性能差异很大;这与Fe3C的存在形式密切相关;当他与F基体构成片层状的P组织时;合金的强度和硬度均随含碳量增加而增加;而当Fe3C以网状分布在晶界上时;不仅使塑韧性降低;也使强度降低；当Fe3C以粗大形态存在时Ld’或Fe3CI;塑韧性和强度会大大降低..2.11 从铁一碳相图的分析中回答：1随碳质量百分数的增加;硬度、塑性是增加还是减小答：随着含碳量的增加;硬度增加;塑韧性降低；因为随含碳量增加Fe3C 数量越来越多..2过共析钢中网状渗碳体对强度、塑性的影响怎样答：对基体产生严重的脆化;使强度和塑性下降..3钢有塑性而白口铁几乎无塑性答：钢是以塑韧的F为基体;而白口铁是以硬脆的Fe3C为基体;所以钢有塑性;而白口铁几乎无塑性..4哪个区域熔点最低哪个区域塑性最好答：共晶白口铸铁熔点最低..A区塑性最好..2.13 根据Fe-Fe3C相图;说明产生下列现象的原因：1含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢硬度高；答：因为钢的硬度随含碳量的增加而增加..2在室温下含碳量0.8%的钢其强度比含碳量1.2%的钢强度高；答：含碳量超过0.9%后;Fe3C以网状分布在晶界上;从而使钢的强度大大下降..3低温莱氏体的塑性比珠光体的塑性差；答：因为低温莱氏体是由共晶Fe3C、Fe3CII和珠光体组成;因此比起但纯的珠光体来说;其塑性要差..4在1100℃;含碳量0.4%的钢能进行锻造;含碳量4.0%的生铁不能锻造；答：因为在1100℃;含碳量0.4%的钢处于A单相区;而含碳量4.0%的生铁处于A+ Fe3CII+Ld’；5钢铆钉一般用低碳钢制成；答：钢铆钉需要有良好的塑韧性;另外需要兼有一定的抗剪切强度;因而使用低碳钢制成；6钳工锯0.8%C、1.0%C、1.2%C等钢材比锯0.1%C、0.2%C钢材费力;锯条容易磨损；答：0.8%C、1.0%C、1.2%C中的含碳量高;组织中的Fe3C的含量远比0.1%C、0.2%C钢中的含量高;因此比较硬;比较耐磨；7钢适宜于通过压力加工成形;而铸铁适宜于铸造成型；答：铸铁的熔点低;合金易熔化、铸造过程易于实施；钢的含碳量比铸铁低;通过加热可进入单相固溶体区;从而具有较好的塑性、较低的变形抗力;不易开裂;因此适宜于压力加工成形..第3章工程材料成形过程中的行为与性能变化思考题与习题P813、金属晶粒大小对机械性能有什么影响如何控制晶粒的大小P67～P68答：机械工程中应用的大多数金属材料是多晶体..同样的金属材料在相同的变形条件下;晶粒越细;晶界数量就越多;晶界对塑性变形的抗力越大;同时晶粒的变形也越均匀;致使强度、硬度越高;塑性、韧性越好..因此;在常温下使用的金属材料;一般晶粒越细越好..晶粒度的大小与结晶时的形核率N和长大速度G有关..形核率越大;在单位体积中形成的晶核数就越多;每个晶粒长大的空间就越小;结晶结束后获得的晶粒也就越细小..同时;如果晶体的长大速度越小;则在晶体长大的过程中可能形成的晶粒数目就越多;因而晶粒也越小..细化晶粒的方法有：1增大过冷度——提高形核率和长大速度的比值;使晶粒数目增大;获得细小晶粒；2加入形核剂——可促进晶核的形成;大大提高形核率;达到细化晶粒的目的；3机械方法——用搅拌、振动等机械方法迫使凝固中的液态金属流动;可以使附着于铸型壁上的细晶粒脱落;或使长大中的树枝状晶断落;进入液相深处;成为新晶核形成的基底;因而可以有效地细化晶粒..4、金属铸锭通常由哪几个晶区组成它们的性能特点如何P69～P70答：金属铸锭的宏观组织由由三个晶区组成的;由外至里分别是细等轴晶粒区、柱状晶粒区和中心等轴晶粒区..其性能特点如下：1表面细等轴晶区：晶粒细小;有较高的致密度;其力学性能也较好..但因其厚度太小;往往在随后的机械加工过程中去除;因而对铸锭总体性能的影响可以忽略不计..2柱状晶区：柱状晶区的各个晶粒平行地向中心长大;彼此互相妨碍;不能产生发达的分枝;结晶后的组织比较致密..但晶粒较粗大;晶粒间交界处容易聚集杂质形成脆弱区;受力时容易沿晶界开裂..因此;柱状晶的力学性能具有较明显的各向异性..一般铸件中应尽量限制出现较大的柱状晶区..3中心等轴晶区：等轴晶的分枝比较发达;凝固后容易形成显微缩松;晶体致密度较低;但杂质元素在等轴晶间的分布比较均匀;不会出现明显的各向异性;铸锭晶间的缩松还可在后续的压力加工过程中焊合..因此;对于铸锭和一般使用条件下的铸件;希望获得等轴晶组织..6.室温下;对一根铁丝进行反复弯曲—拉直试验;经过一定次数后;铁丝变得越来越硬;试分析原因..如果将这根弯曲—拉直试验后的铁丝进行一定温度的加热后;待冷至室温;然后再试着弯曲;发现又比较容易弯曲了;试分析原因..答：铁丝进行反复弯曲—拉直的过程是塑性变形的过程;在经过一定次数后铁丝产生了加工硬化;因此强度硬度越来越高；若进行一定温度的加热后;变形的铁丝发生了回复再结晶;加工硬化消除;硬度降低;所以又比较容易弯曲了..7、什么是金属的回复和再结晶过程回复和再结晶过程中金属的组织性能发生了哪些变化P75答：回复：塑性变形后的金属加热时;开始阶段由于加热温度不高;原子获得的活动能力较小;只能进行短距离的扩散;金属的显微组织仍保持纤维组织;力学性能也不发生明显的变化..在这一阶段内;原子的短距离扩散使晶体在塑性变形过程中产生的晶体缺陷减少;晶格畸变大部分消除;材料中的残余应力基本消除;导电性和抗腐蚀能力也基本恢复至变形前的水平..再结晶：把经历回复阶段的金属加热到更高温度时;原子活动能力增大;金属晶粒的显微组织开始发生变化;由破碎的晶粒变成完整的晶粒;由拉长的纤维状晶粒转变成等轴晶粒..这种变化经历了两个阶段;即先在畸变晶粒边界上形成无畸变晶核;然后无畸变晶核长大;直到全部转化为无畸变的等轴晶粒..该过程无相变发生;也为原子扩散导致的形核、长大过程;因此称为再结晶..金属在再结晶过程中;由于冷塑性变形产生的组织结构变化基本恢复;力学性能也随之发生变化;金属的强度和硬度下降;塑性和韧性上升;加工硬化现象逐渐消失;金属的性能重新恢复至冷塑性变形之前的状态..8、什么是加工硬化试述金属在塑性变形中发生加工硬化的原因试分析加工硬化的利与弊..P74答：加工硬化：金属在塑性变形过程中;随着变形程度增加;强度、硬度上升;塑性、韧性下降;这种现象称加工硬化也叫形变强化..加工硬化的原因：金属变形过程主要是通过位错沿着一定的晶面滑移实现的..在滑移过程中;位错密度大大增加;位错间又会相互干扰相互缠结;造成位错运动阻力增加;同时亚晶界的增多;从而出现加工硬化现象..利与弊：加工硬化加大了金属进一步变形的抗力;甚至使金属开裂;对压力加工产生不利的影响..因此需要采取措施加以软化;恢复其塑性;以利于继续形变加工..但是;对于某些不能用热处理方法强化的合金;加工硬化又是一种提高其强度的有效的强化手段..第4章改善材料性能的热处理、合金化及改性思考题与习题P1133、说明共析钢过冷奥氏体在不同温度等温冷却所得的转变组织及其性能的主要特征..A1～550℃为珠光体转变区P区;奥氏体分解为铁素体和渗碳体相间的片层状组织;它是靠Fe与C原子长距离扩散迁移;铁素体和渗碳体交替形核长大而形成的;为全扩散型转变..稍低于A1的等温转变产物的片层间距较大..而随着转变温度下降;过冷度加大;过冷奥氏体稳定性变小;孕育期变短;转变产物也变细..P区产物按转变温度的高低分别称为珠光体PA1～650℃、索氏体S650～600℃和屈氏体T600～550℃..这三种组织仅片层粗细不同;并无本质差异;片层越细;硬度、强度越高;它们统称为珠光体类型转变组织..从550℃到Ms的范围内;过冷奥氏体发生贝氏体转变B区..由于转变温度较低;Fe几乎不扩散;仅C原子作短距离扩散;故转变产物的形态、性能及转变过程都与珠光体不同;是含过饱和碳的铁素体和渗碳体的非片层状混合物;为半扩散型转变..按组织形态的不同;将贝氏体分为上贝氏体B上和下贝氏体B下..共析钢的B上在550～350℃形成;是自原奥氏体晶界向晶内生长的稍过饱和铁素体板条;具有羽毛状的金相特征;条间有小片状的Fe3C..在350～240℃形成的B下;其典型形态是呈一定角度的针片状更过饱和铁素体与其内部沉淀的超细小不完全碳化物Fe2.4C片粒;在光学显微镜下常呈黑色针状形态..C曲线图低温区的两条水平线M s、M f之间是马氏体转变区域M区..马氏体转变是无扩散型相变;母相成分不变;得到所谓的马氏体组织;相变速度极快..马氏体实质上是含有大量过饱和碳的α固溶体也可近似看成含碳极度过饱和的针或条状铁素体;产生很强的固溶强化..马氏体转变是在一定温度范围内进行的;共析钢的M转变约在240～-50℃进行..随着温度不断降低;M转变量不断增加;但是即使冷却到马氏体转变终了温度M f点;也总有一部分剩余;称为残余奥氏体A′..钢中的w C越高;A′数量越多;共析钢的A′可达到5%～8%..M组织中少量的A′≤10%不会明显降低钢的硬度;反而可以改善钢的韧性..在钢中马氏体有板条马氏体和针状马氏体两种形态;当w C：低于0.20%时;为板条马氏体;也称低碳马氏体或位错马氏体;大多强韧；高于 1.0%时;则为针状马氏体;也称高碳马氏体或孪晶马氏体;大多硬脆；0.2%～1.0%时;为两者的混合组织..钢中的碳含量越多;则所得的马氏体硬度越高;但残余奥氏体量也增多;综合结果使硬度趋于恒定..5、试说明下列钢件应采用何种退火、退火的目的及退火后的组织：1经冷轧的15钢钢板;要求降低硬度；答：再结晶退火2铸造成形的机床床身；答：去应力退火3经锻造过热晶粒粗大的wC=0.60%的锻件；答：完全退火或等温退火4具有细片状渗碳体组织的T12钢件;要求改善其切削性能..答：球化退火7、试说明预先热处理与最终热处理的主要区别;以及它们之间的联系..答：预先热处理常用的工艺方法有退火、正火、调质..通过预先热处理获得的无成分偏析、无热加工缺陷的稳定组织;还有利于零件在最终淬火最终热处理时各个部分均得到同等程度的淬火效果;使零件整个截面上的力学性能均匀一致；而且还可以减少零件淬火时尺寸和形状的变化等热处理缺陷..此外;良好的预先热处理组织还可为表面硬化零件提供心部的强韧性..因此;预先热处理可以为零件的最终热处理和表面强化处理做好组织准备..最终热处理----保证零件的性能图纸要求;工艺方法主要是淬火、回火;还有化学热处理和其他表面改性处理..9、钢淬火后为什么一定要回火说明回火的种类及主要应用范围..答：淬火钢一般不能直接使用;这是由于：①零件处于高应力状态可达300～500MPa以上;在室温下放置或使用时很易引起变形和开裂；②淬火态M+A′是亚稳定状态;使用中会发生组织、性能和尺寸变化；③淬火组织中的片状马氏体硬而脆;不能满足零件的使用要求..回火能使这些状况得到改善;获得所要求的力学性能..由于在回火过程中随着温度的提高逐渐发生了各种组织变化;钢的性能也会逐渐改变..根据回火温度可以分为三类回火;如下表所示：13、简述钢中主要合金元素的作用..哪些杂质损害钢材性能答：合金元素在钢中的作用如下：1形成固溶体;产生固溶强化2形成细小第二相;产生弥散强化或第二相强化3溶入奥氏体;提高钢的淬透性4提高钢的热稳定性;增加钢在高温下的强度、硬度和耐磨性5细化晶粒;产生细晶强韧化6形成钝化保护膜7对奥氏体和铁素体存在范围的影响20、有低碳钢齿轮和高碳钢齿轮各一个;要求齿面具有高的硬度和耐磨性;应分别采用怎样的热处理并比较它们在热处理后组织与性能上的差别..答：高碳钢齿轮应采用感应加热淬火和低温回火热处理后的组织为“回火马氏体+少量残余奥氏体”；低碳钢齿轮应正火后进行渗碳;然后进行淬火和低温回火;热处理后表层为高碳回火马氏体＋碳化物＋少量残余奥氏体;有很高的硬度和强度;而心部保持低碳钢的高韧性及高塑性;达到表硬心韧..23、有两种共析钢试样;分别加热到780℃和880℃;并保温相同时间;使之达到平衡状态;然后以大于临界冷却速度的冷速冷至室温..试问：1那种加热温度的马氏体晶粒粗大答：880℃2那种加热温度马氏体的含碳量较高答：880℃3那种加热温度的残余奥氏体较多答：880℃4那种加热温度的未溶解渗碳体较少答：880℃5那种加热温度淬火最合适为什么答780℃;因为该加热温度淬火后马氏体晶粒比较细小;马氏体含碳量较低从而组织应力较小;残余奥氏体量较少;加上未溶解碳化物;有利于提高钢的硬度和耐磨性..第5章常用金属材料及性能习题答案P1603、何谓渗碳钢试分析此类钢的用途及性能特点、合金化原则、热处理特点;并列举其典型钢种..答：渗碳钢是指经渗碳、淬火和低温回火后使用的结构钢..渗碳钢基本上都是低碳钢和低碳合金钢..用途及性能特点：用于承受较大冲击负荷、同时表面经受强烈摩擦磨损的零件如换档齿轮等..经渗碳及淬、回火后;表硬内韧..合金化原则：①低碳≤0.25%;保证渗碳及热处理后表、里的良好配合..②加提高淬透性元素;Cr、Mn、Ni、B等;保证心部良好强韧性..③加V、Ti、W等;阻止渗碳时晶粒长大..热处理特点：渗碳后淬火和低温回火;获得具有高硬度、高耐磨性的高碳回火马氏体..典型钢种：低淬透性1520、20Cr；中淬透性20CrMnMo、20MnTiB；高淬透性18Cr2Ni4W、20Cr2Ni4..4、何谓调质钢试分析此类钢的用途及性能特点、合金化原则、热处理特点;并列举其典型钢种..答：调质钢：指调质淬火+高温回火后使用的中碳钢及中碳合金钢..用途及性能特点：高强度承受较大负荷及高韧性防止断裂事故的重要零件如机床主轴;具有良好的综合力学性能..合金化原则：①中碳0.30～0.5%;保证热处理后足够强度;又不致太脆..②加淬透性元素Cr、Ni、Mn、Si、B;保证大截面均一的性能..③细化晶粒元素V、W、Mo等..④加Mo;消除回火脆性..热处理：调质即淬火+高温回火500～650℃..常用典型钢种：低淬透性:45、40Cr、40MnB；中淬透性:35CrMo、30CrMnSi；高淬透性:40CrNiMo、40CrMnMo..5、何谓弹簧钢试分析此类钢的用途及性能特点、合金化原则、热处理特点;并列举其典型钢种..答：弹簧钢:主要用于制造弹簧的钢..用途、性能：主要用于制造弹簧；弹簧钢应具有高的弹性极限、高的疲劳强度和足够的塑性与韧性..合金化：①中、高碳0.45～0.7%；②加Si提高σe及σs/σb；③加Mn、Si、或Cr提高淬透性；④加Mo、W、V细化晶粒重要弹簧..热处理：淬火＋中温回火;回火屈氏体 42～48HRC..常用钢种：65；65Mn；60Si2Mn；50CrV..8、试比较冷作模具钢和热作模具钢的常用钢号、热处理特点和性能特点..答：1冷作模具钢：高碳合金钢..常用钢号如：T8、T10、T12；9Mn2V、9SiCr、GCr15、Cr12MoV、65Nb、W6Mo5Cr4V2..性能特点：高硬度高耐磨性、足够整体强度与韧性..用于各种冷冲压、冷成型模具；热处理特点：淬火+低温回火;≥58HRC;细小马氏体+粒状碳化物+少量残余奥氏体..2热作模具钢：中碳合金钢常用钢号如：5CrNiMo、5CrMnMo；3Cr2W8V；H114Cr5MoSiV、H13Cr5MoSiV1..性能特点：耐热性、高温强度;耐热疲劳;高淬透性和导热性..用于锻模、热挤压模、热弯模等；热处理特点：淬火、中温回火高于工作温度;35～50HRC;得到回火屈氏体..9、何谓高速钢试分析此类钢的用途及性能特点、合金化原则、热处理特点;并列举其典型钢种..答：高速钢是一类具有很高耐磨性和很高热硬性的工具钢;在高速切削条件刃部温度达到500～600℃时仍能保持很高的硬度;使刃口保持锋利;因此得名..用途及性能特点：用于高速切削的刀具；具有高硬度、高耐磨性及高热硬性..合金化原则：①高碳ωc>0.8%;以形成大量碳化物;保证高硬度、高耐磨性..②较多W与Mo>10%;产生W2C、Mo2C等细小弥散硬化;保证热硬性..③4%Cr;淬透性..④加V;提高硬度、耐磨性..热处理特点：先在730℃～870℃之间预热;1200-1300℃高温淬火;三次 560℃回火为了消除淬火钢中大量的残余奥氏体可达30%左右;使合金碳化物弥散析出;以保证具有高的热硬性;组织回火马氏体+碳化物+残余A；62～66HRC..典型钢种：W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V、W18Cr4V..14、填写下表;说明表中铸铁牌号的类别、符号和数字的含义、组织特点和用途..15、填写下表;指出表中金属材料的类别、牌号或代号的含义、特性和主要用途..建议去掉特性;主要用途简写;写出最主要的即可第7章工程设计、制造与材料选择习题答案1、零件失效有哪些类型试分析零件失效的主要原因..答案参考P200～202答：机器零件的失效可以分为过量变形失效、断裂失效和表面损伤失效..每一类失效又可细分为若干具体的失效形式..失效的主要原因有以下四个方面：1设计1应力计算错误——表现为对零件的工作条件或过载情况估计不足造成的应力计算错误..2热处理结构工艺性不合理——热处理结构工艺性是指零件结构对热处理工艺性的影响及零件结构对失效的影响..如把零件受力大的部位设计成尖角或厚薄悬殊等;这样导致应力集中、应变集中和复杂应力等;从而容易产生不同形式的失效..2选材与热处理1选材错误——料牌号选择不当、错料、混料;均会造成零件的热处理缺陷或力学性能得不到保证和使用寿命下降..2热处理工艺不当——材料选择合理;但是热处理工艺或是热处理操作上出现了毛病;即使零件装配前没有报废;也容易早期失效..3治金缺陷——夹杂物、偏析、微裂纹、不良组织等超标;均会产生废品和零件失效..3加工缺陷冷加工和热加工工艺不合理会引起加工的缺陷;缺陷部位可能成为失效的起源..如切削加工缺陷主要指敏感部位的粗糙度值太高;存在较深的刀痕；由于热处理或磨削工艺不当造成的磨削回火软化或磨削裂纹；应力集中部位的圆角太小;或圆角过渡不好；零件受力大的关键部位精度偏低;运转不良;甚至引发振动等;均可能造成失效..4装配与使用装配时零件配合表面调整不好、过松或过紧、对中不好、违规操作、对某些零件在使用过程中未实行或未坚持定期检查、润滑不良以及过载使用等;均可能成为零件失效的原因..2、选材三原则是什么零件选材时应注意什么问题答案参考P202～205答：选材三原则是使用性能原则、工艺性原则、经济性原则..使用性能原则——使用性能是选材的必要条件;是零件乃至机器完成其功能的基本保证..使用性能可由力学性能、物理性能和化学性能表征..机械零件主要是力学性能..工艺性原则——是指材料经济地适应各种加工工艺而获得规定使用性能或形状的能力..。
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。
工程材料及成形技术基础课课后习题参考答案
工程材料及成形技术基础课课后习题参考答案第一章：1-1 机械零件在工作条件下可能承受哪些负荷？这些负荷对零件产生什么作用？答：机械零件在工作条件下可能承受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用（单负荷或复合负荷的作用）。
力学负荷可使零件产生变形或断裂；热负荷可使零件产生尺寸和体积的改变，产生热应力，热疲劳，高温蠕变，随温度升高强度降低（塑性、韧性升高），承载能力下降；环境介质可使金属零件产生腐蚀和摩擦磨损两个方面、对高分子材料产生老化作用。
1-3 σs、σ0.2和σb含义是什么？什么叫比强度？什么叫比刚度？答：σs－P s∕F0,屈服强度，用于塑性材料。
σ0.2－P0.2∕F0,产生0.2％残余塑性变形时的条件屈服强度，用于无明显屈服现象的材料。
σb－P b∕F0,抗拉强度，材料抵抗均匀塑性变形的最大应力值。
比强度－材料的强度与其密度之比。
比刚度－材料的弹性模量与其密度之比。
思考１－１、１－２.2-3 晶体的缺陷有哪些？可导致哪些强化？答：晶体的缺陷有：⑴点缺陷——空位、间隙原子和置换原子，是导致固溶强化的主要原因。
⑵线缺陷——位错，是导致加工硬化的主要原因。
⑶面缺陷——晶界，是细晶强化的主要原因。
2-5 控制液体结晶时晶粒大小的方法有哪些？答：见P101.3.4.2液态金属结晶时的细晶方法。
⑴增加过冷度；⑵加入形核剂（变质处理）；⑶机械方法（搅拌、振动等）。
2-8 在铁-碳合金中主要的相是哪几个？可能产生的平衡组织有哪几种？它们的性能有什么特点？答：在铁-碳合金中固态下主要的相有奥氏体、铁素体和渗碳体。
可能产生的室温平衡组织有铁素体加少量的三次渗碳体（工业纯铁），强度低塑性好；铁素体加珠光体（亚共析钢），珠光体（共析钢），珠光体加二次渗碳体（过共析钢），综合性能好；莱氏体加珠光体加二次渗碳体（亚共晶白口铸铁），莱氏体（共晶白口铸铁），莱氏体加一次渗碳体（过共晶白口铸铁），硬度高脆性大。
思考题1. 铁-碳合金相图反映了平衡状态下铁-碳合金的成分、温度、组织三者之间的关系，试回答：⑴随碳质量百分数的增加，铁-碳合金的硬度、塑性是增加还是减小？为什么？⑵过共析钢中网状渗碳体对强度、塑性的影响怎样？⑶钢有塑性而白口铁几乎无塑性，为什么？⑷哪个区域的铁-碳合金熔点最低？哪个区域塑性最好？﹡⑸哪个成分结晶间隔最小？哪个成分结晶间隔最大？答：⑴随碳质量百分数的增加，硬度增加、塑性减小。
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【最新资料，WORD文档，可编辑修改】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，则晶排列越紧密。
4. 晶面指数和晶向指数有什么不同？答：晶向是指晶格中各种原子列的位向，用晶向指数来表示，形式为[ ] uvw ；晶面是指晶格中不同方位上的原子面，用晶面指数来表示，形式为( ) hkl 。
5. 实际晶体中的点缺陷，线缺陷和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3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。
6. 为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？答：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。
7. 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。
8. 金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？答：①金属结晶的基本规律是形核和核长大。
②受到过冷度的影响，随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快；同时外来难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率。
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，使结晶时的晶核数目大大增加，从而了形核率，细化晶粒。
③机械振动、搅拌。
第二章金属的塑性变形与再结晶41 ．解释下列名词：加工硬化、回复、再结晶、热加工、冷加工。
答：加工硬化：随着塑性变形的增加，金属的强度、硬度迅速增加；塑性、韧性迅速下降的现象。
回复：为了消除金属的加工硬化现象，将变形金属加热到某一温度，以使其组织和性能发生变化。
在加热温度较低时，原子的活动能力不大，这时金属的晶粒大小和形状没有明显的变化，只是在晶内发生点缺陷的消失以及位错的迁移等变化，因此，这时金属的强度、硬度和塑性等机械性能变化不大，而只是使内应力及电阻率等性能显著降低。
此阶段为回复阶段。
再结晶：被加热到较高的温度时，原子也具有较大的活动能力，使晶粒的外形开始变化。
从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。
和变形前的晶粒形状相似，晶格类型相同，把这一阶段称为“再结晶”。
热加工：将金属加热到再结晶温度以上一定温度进行压力加工。
冷加工：在再结晶温度以下进行的压力加工。
2 ．产生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金属加工中有什么利弊？答：①随着变形的增加，晶粒逐渐被拉长，直至破碎，这样使各晶粒都破碎成晶粒，变形愈大，晶粒破碎的程度愈大，这样使位错密度显著增加；同时细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长而被拉长。
因此，随着变形量的增加，由于晶粒破碎和位错密度的增加，金属的塑性变形抗力将迅速增大，即强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降产生所谓“加工硬化”现象。
②金属的加工硬化现象会给金属的进一步加工带来困难，如钢板在冷轧过程中会越轧越硬，以致最后轧不动。
另一方面人们可以利用加工硬化现象，来提高金属强度和硬度，如冷拔高强度钢丝就是利用冷加工变形产生的加工硬化来提高钢丝的强度的。
加工硬化也是某些压力加工工艺能够实5现的重要因素。
如冷拉钢丝拉过模孔的部分，由于发生了加工硬化，不再继续变形而使变形转移到尚未拉过模孔的部分，这样钢丝才可以继续通过模孔而成形。
3 3 ．划分冷加工和热加工的主要条件是什么？答：主要是再结晶温度。
在再结晶温度以下进行的压力加工为冷加工，产生加工硬化现象；反之为热加工，产生的加工硬化现象被再结晶所消除。
答：（1）通过热加工，可使铸态金属中的气孔焊合，从而使其致密度得以提高。
（2）通过热加工，可使铸态金属中的枝晶和柱状晶破碎，从而使晶粒细化，机械性能提高。
（3）通过热加工，可使铸态金属中的枝晶偏析和非金属夹杂分布发生改变，使它们沿着变形的方向细碎拉长，形成热压力加工“纤维组织”（流线），使纵向的强度、塑性和韧性显著大于横向。
如果合理利用热加工流线，尽量使流线与零件工作时承受的最大拉应力方向一致，而与外加切应力或冲击力相垂直，可提高零件使用寿命。
5 5 ．为什么细晶粒钢强度高，塑性，韧性也好？答：晶界是阻碍位错运动的，而各晶粒位向不同，互相约束，也阻碍晶粒的变形。
因此，金属的晶粒愈细，其晶界总面积愈大，每个晶粒周围不同取向的晶粒数便愈多，对塑性变形的抗力也愈大。
因此，金属的晶粒愈细强度愈高。
同时晶粒愈细，金属单位体积中的晶粒数便越多，变形时同样的变形量便可分散在更多的晶粒中发生，产生较均匀的变形，而不致造成局部的应力集中，引起裂纹的过早产生和发展。
塑性，韧性也越好。
6 6 ．金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？答：①晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性，如纵向的强度和塑性远大于横向等；6②晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化，即随着变形量的增加，强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降；③织构现象的产生，即随着变形的发生，不仅金属中的晶粒会被破碎拉长，而且各晶粒的晶格位向也会沿着变形的方向同时发生转动，转动结果金属中每个晶粒的晶格位向趋于大体一致，产生织构现象；④冷压力加工过程中由于材料各部分的变形不均匀或晶粒内各部分和各晶粒间的变形不均匀，金属内部会形成残余的内应力，这在一般情况下都是不利的，会引起零件尺寸不稳定。
7 7 ．分析加工硬化对金属材料的强化作用？答：随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时的相互交割、位错缠结加剧，使位错运动的阻力增大，引起变形抗力的增加。
这样，金属的塑性变形就变8 8为．已知金属钨、铁、铅、锡的熔点分别为3380 ℃、1538 ℃、327 ℃、232 ℃，试计算这些金属的最低再结晶温度，并分析钨和铁在11 00 ℃下的加工、铅和锡在室温（20 ℃）下的加工各为何种加工？答：T 再=0.4T 熔；钨T 再=[0.4* （3380+273 ）]-273=1188.2 ℃;铁T 再=[0.4*（1538+273）]-273=451.4℃; 铅T 再=[0.4*（327+273）]-273=-33℃; 锡T 再=[0.4*（232+273）]-273=-71℃.由于钨T 再为1188.2℃＞1100℃，因此属于热加工；铁T 再为451.4℃＜1100℃，因此属于冷加工；铅T 再为-33℃＜20℃，属于冷加工；锡T 再为-71＜20℃，属于冷加工。
9 9 ．在制造齿轮时，有时采用喷丸法（即将金属丸喷射到零件表面上）使齿面得以强化。
试分析强化原因。
答：高速金属丸喷射到零件表面上，使工件表面层产生塑性变形，形成一定厚度的加工硬化层，使齿面的强度、硬度升高。
7第三章合金的结构与二元状态图合金，组元，相，相图；固溶体，金属间化合物，机械混合物；枝晶偏析，比重偏析；固溶强化，弥散强化。
答：合金：通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质，称为合金。
组元：组成合金的最基本的、独立的物质称为组元。
相：在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分，均称之为相。
相图：用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明图解称为相图。
固溶体：合金的组元之间以不同的比例混合，混合后形成的固相的晶格结构与组成合金的某一组元的相同，这种相称为固溶体。
金属间化合物：合金的组元间发生相互作用形成的一种具有金属性质的新相，称为金属间化合物。
它的晶体结构不同于任一组元，用分子式来表示其组成。
机械混合物：合金的组织由不同的相以不同的比例机械的混合在一起，称机械混合物。
枝晶偏析：实际生产中，合金冷却速度快，原子扩散不充分，使得先结晶出来的固溶体合金含高熔点组元较多，后结晶含低熔点组元较多，这种在晶粒内化学成分不均匀的现象称为枝晶偏析。
比重偏析：比重偏析是由组成相与溶液之间的密度差别所引起的。