工程材料学作业答案(1-3章)新
工程材料学习题集答案整理最终版
工程材料习题集第一章钢的合金化基础1合金元素在钢中有哪四种存在形式？①溶入α(铁素体）、γ（奥氏体）、M(马氏体)，以溶质形式存在形成固溶体；②形成强化相:碳化物、金属间化合物;③形成非金属夹杂物；④以游离状态存在：Cu、Aｇ。
2写出六个奥氏体形成元素，其中哪三个可无限溶解在奥氏体中？哪两个铁素体形成元素可无限溶解在铁素体中？①奥氏体形成元素:Mｎ、Co、Ni、Cu、C、N（锰、钴、镍、铜、碳、氮），其中Mn、Cｏ、Ｎi(锰、钴、镍）可无限溶解在奥氏体中,Cu、Ｃ、N(铜、碳、氮）为有限溶解;②Cr、V(铬、钒）可无限溶解在铁素体中,其余为有限溶解。
3写出钢中常见的五种非碳化物形成元素。
①非碳化物形成元素:Ni、Ｓi、Aｌ、Ｃu、Co４按由强到弱的顺序写出钢中常见的八种碳化物形成元素。
按碳化物稳定性由弱到强的顺序写出钢中常见的四种碳化物的分子式。
①碳化物由强到弱排列:(强)Ti、Ｎｂ、V、(中强)W、Mｏ、Cr、(弱）Mｎ、Fe②碳化物稳定性由弱到强的顺序：Fe3C→M２3C６→M6C→MC5为什么高镍奥氏体钢易于冷变形，而高锰奥氏体钢难于冷变形,容易加工硬化?奥氏体层错能高和低时各形成什么形态的马氏体？①镍是提高奥氏体层错能的元素,锰是降低奥氏体层错能的元素,层错能越低，越有利于位错扩展而形成层错，使交滑移困难,加工硬化趋势增大。
②奥氏体层错能越低,形成板条马氏体,位错亚结构。
如Cr18-Ni8钢;奥氏体层错能越高，形成片状马氏体，孪晶亚结构。
如Fｅ-Ｎｉ合金。
6钢的强化机制的出发点是什么？钢中常用的四种强化方式是什么？其中哪一种方式在提高强度的同时还能改善韧性？钢中的第二相粒子主要有哪两个方面的作用?①强化机制的出发点是造成障碍，阻碍位错运动。
②钢中常用的四种强化方式:固溶强化、晶界强化（细晶强化)、第二相强化、位错强化（加工硬化）。
③晶界强化(细晶强化）在提高强度的同时还能改善韧性。
④钢中的第二相粒子主要作用:细化晶粒、弥散/沉淀强化。
工程材料学课后习题答案
第一章钢的合金化基础1、合金钢是如何分类的？1) 按合金元素分类：低合金钢，含有合金元素总量低于5%；中合金钢，含有合金元素总量为5%-10%；中高合金钢，含有合金元素总量高于10%。
2) 按冶金质量S、P含量分：普通钢，P≤0.04%,S≤0.05%;优质钢，P、S均≤0.03%；高级优质钢，P、S均≤0.025%。
3) 按用途分类：结构钢、工具钢、特种钢2、奥氏体稳定化，铁素体稳定化的元素有哪些？奥氏体稳定化元素, 主要是Ni、Mn、Co、C、N、Cu等铁素体稳定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等3、钢中碳化物形成元素有哪些（强-弱），其形成碳化物的规律如何？1) 碳化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr、Mn、Fe等(按形成的碳化物的稳定性程度由强到弱的次序排列) ，在钢中一部分固溶于基体相中，一部分形成合金渗碳体, 含量高时可形成新的合金碳化物。
2) 形成碳化物的规律a) 合金渗碳体—— Mn与碳的亲和力小，大部分溶入α-Fe或γ-Fe中，少部分溶入Fe3C中，置换Fe3C中的Fe而形成合金渗碳体（Mn,Fe）3C; Mo、W、Cr少量时，也形成合金渗碳体b) 合金碳化物——Mo、W 、Cr含量高时，形成M6C(Fe2Mo4C Fe4Mo2C),M23C6(Fe21W2C6 Fe2W21C6)合金碳化物c) 特殊碳化物——Ti 、V 等与碳亲和力较强时i. 当rc/rMe<0.59时，碳的直径小于间隙，不改变原金属点阵结构，形成简单点阵碳化物（间隙相）MC、M2C。
ii. 当rc/rMe>0.59时，碳的直径大于间隙，原金属点阵变形，形成复杂点阵碳化物。
★4、钢的四种强化机制如何？实际提高钢强度的最有效方法是什么？1) 固溶强化：溶质溶入基体中形成固溶体能够强化金属；2) 晶界强化：晶格畸变产生应力场对位错运动起到阻碍达到强化，晶格越细，晶界越细，阻碍位错运动作用越大，从而提高强度；3) 第二相强化：有沉淀强化和弥散强化，沉淀强化着眼于位错运动切过第二相粒子；弥散强化着眼于位错运动绕过第二相粒子；4) 位错强化：位错密度越高则位错运动越容易发生相互交割形成割阶，引起位错缠结，因此造成位错运动困难，从而提高了钢强度。
工程材料作业习题及答案全
1、下列各种工件应该采用何种硬度实验方法来测定其硬度？锉刀、黄铜轴套、供应状态的各种非合金钢材、硬质合金刀片、耐磨工件的表面硬化层、调质态的机床主轴。
2、已知Cu（f.c.c）的原子直径为2.56A，求Cu的晶格常数a，并计算1mm3Cu中的原子数。
3、已知金属Ａ（熔点６００℃）与金属Ｂ（熔点５００℃）在液态无限互溶；在固态３００℃时Ａ溶于Ｂ的最大溶解度为３０％，室温时为１０％，但Ｂ不溶于Ａ；在３００℃时，含４０％Ｂ的液态合金发生共晶反应。
求：①作出Ａ－Ｂ合金相图（请用尺子等工具，标出横纵座标系，相图各区域名称，规范作图）②写出共晶反应式。
③分析２０％Ａ，４５％Ａ，８０％Ａ等合金的结晶过程，用结晶表达式表达。
４．一个二元共晶反应如下：Ｌ（７５％）←→α（１５％Ｂ）＋β（９５％Ｂ）（１）计算含５０％Ｂ的合金完全凝固时①初晶α与共晶（α＋β）的重量百分数。
②α相和β相的重量百分数。
③共晶体中的α相和β相的重量百分数。
（２）若显微组织中，测出初晶β相与（α＋β）共晶各占一半，求该合金的成分。
５．有形状，尺寸相同的两个Ｃｕ－Ｎｉ合金铸件，一个含Ｎｉ９０％，另一个含Ｎｉ５０％，铸件自然冷却，问哪个铸件的偏析严重，为什么？1.何谓铁素体，奥氏体，渗碳体，珠光体和莱氏体，它们的结构，组织形态，性能等各有何特点？2.分析含碳量为0.3%，1.3%，3.0%和5.0%的铁碳合金的结晶过程和室温组织。
3.指出下列名词的主要区别：一次渗碳体，二次渗碳体，三次渗碳体，共晶渗碳体和共析渗碳体。
4.写出铁碳合金的共晶反应式和共析反应式。
5.根据铁碳相图：①分析0.6%C的钢室温下的组织，并计算其相对量。
②分析1.2%C的钢室温下的相组成，并计算其相对量。
③计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体的最大含量。
6．对某退火碳素钢进行金相分析，其组织为珠光体+网状渗碳体，其中珠光体占93%，问此钢的含碳量大约为多少？7．依据铁碳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0.4%的钢硬度高。
工程材料第三章作业参考答案
工程材料第三章作业参考答案1、解释下列名词：奥氏体化，过冷奥氏体，残余奥氏体；奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度。
答：奥氏体化：在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称为奥氏体化奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步：第一步奥氏体晶核形成、第二步奥氏体晶核长大、第三步残余Fe3C溶解、第四步奥氏体成分均匀化。
过冷奥氏体：处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。
过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。
随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。
残余奥氏体：即使冷却到Mf 点，也不可能获得100%的马氏体，总有部分奥氏体未能转变而残留下来，称残余奥氏体，用A’ 或γ’ 表示。
奥氏体的起始晶粒度：奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度,此时晶粒细小均匀。
实际晶粒度：在给定温度下奥氏体的晶粒度称实际晶粒度。
本质晶粒度：加热时奥氏体晶粒的长大倾向称本质晶粒度。
2、过冷奥氏体转变时所形成的珠光体类、贝氏体类、马氏体类组织有哪几种? 它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点?答：过冷奥氏体在A1~ 550℃间将转变为珠光体类组织，为铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物。
根据片层厚薄不同,又细分为珠光体、索氏体和屈氏体。
⑴珠光体：形成温度为A1-650℃，片层较厚，500倍光镜下可辨，用符号P表示。
⑵索氏体：形成温度为650-600℃,片层较薄，800-1000倍光镜下可辨，用符号S 表示。
⑶屈氏体：形成温度为600-550℃，片层极薄，电镜下可辨，用符号T 表示。
珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。
片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善。
过冷奥氏体在550℃- 230℃(Ms)间将转变为贝氏体类型组织，贝氏体用符号B表示。
根据其组织形态不同，贝氏体又分为上贝氏体(B 上)和下贝氏体(B下)。
⑴上贝氏体形成温度为550-350℃。
工程材料徐自立主编课后习题答案
⼯程材料徐⾃⽴主编课后习题答案⼯程材料徐⾃⽴主编课后习题答案第⼀章材料的性能1-1什么是⾦属材料的⼒学性能？⾦属材料的⼒学性能包含哪些⽅⾯?所谓⼒学性能，是指材料抵抗外⼒作⽤所显⽰的性能。
⼒学性能包括强度刚度硬度塑性韧性和疲劳强度等1-2什么是强度？在拉伸试验中衡量⾦属强度的主要指标有哪些？他们在⼯程应⽤上有什么意义？强度是指材料在外⼒作⽤下，抵抗变形或断裂的能⼒。
在拉伸试验中衡量⾦属强度的主要指标有屈服强度和抗拉强度。
屈服强度的意义在于：在⼀般机械零件在发⽣少量塑性变形后，零件精度降低或其它零件的相对配合受到影响⽽造成失效，所以屈服强度就成为零件设计时的主要依据之⼀。
抗拉强度的意义在于：抗拉强度是表⽰材料抵抗⼤量均匀塑性变形的能⼒。
脆性材料在拉伸过程中，⼀般不产⽣颈缩现象，因此，抗拉强度就是材料的断裂强度，它表⽰材料抵抗断裂的能⼒。
抗拉强度是零件设计时的重要依据之⼀。
1-3什么是塑性？在拉伸试验中衡量塑性的指标有哪些？塑性是指材料在载荷作⽤下发⽣永久变形⽽⼜不破坏其完整性的能⼒。
拉伸试验中衡量塑性的指标有延伸率和断⾯收缩率。
1-4什么是硬度？指出测定⾦属硬度的常⽤⽅法和各⾃的优缺点。
硬度是指材料局部抵抗硬物压⼊其表⾯的能⼒。
⽣产中测定硬度最常⽤的⽅法有是压⼊法，应⽤较多的布⽒硬度洛⽒硬度和维⽒硬度等试验⽅法。
布⽒硬度试验法的优点：因压痕⾯积较⼤，能反映出较⼤范围内被测试材料的平均硬度，股实验结果较精确，特别适⽤于测定灰铸铁轴承合⾦等具有粗⼤经理或组成相得⾦属材料的硬度；压痕较⼤的另⼀个优点是试验数据稳定，重复性强。
其缺点是对不同材料需要换不同直径的压头和改变试验⼒，压痕直径的测量也⽐较⿇烦；因压痕⼤，不宜测试成品和薄⽚⾦属的硬度。
洛⽒硬度试验法的优点是：操作循序简便，硬度值可直接读出；压痕较⼩，可在⼯件上进⾏试验；采⽤不同标尺可测定各种软硬不同的⾦属厚薄不⼀的式样的硬度，因⽽⼴泛⽤于热处理质量检验。
工程材料学—作业习题与答案
第一章思考作业题1．一铜棒的最大拉应力为70MPa，若要承受2000kgf的载荷，它的直径是多少？2．有一直径15mm的钢棒所能承受的最大载荷为11800kgf，问它的强度是多少。
3．一根2米长的黄铜棒温度升高80℃，伸长量是多少？要使该棒有同样的伸长，问需要作用多少力？（黄铜线膨胀系数为20×10－6/℃，平均弹性模量为110000MPa）4．一根焊接钢轨在35℃时铺设并固定，因此不能发生收缩。
问当温度下降到9℃时，钢轨内产生的应力有多大？（钢的线膨胀系数为12×10－6/℃，弹性模量为206000MPa）5．零件设计时，选取σ0.2（σS）还是选取σb，应以什么情况为依据？6．δ与ψ这两个指标，哪个能更准确地表达材料的塑性？并说明以下符号的意义和单位：σe；σs(σ0.2)；σb；δ；ψ；σ-1；ɑk7．常用的测量硬度的方法有几种？其应用范围如何？8．有一碳钢制支架刚性不足，有人要用热处理强化方法；有人要另选合金钢；有人要改变零件的截面形状来解决。
哪种方法合理？为什么？参考答案：1．18.9mm 2．871MPa 3．3.2mm，176MPa 4．64.3MPa第二章思考作业题1．从原子结合的观点来看，金属、高分子和陶瓷材料有何主要区别？在性能上有何表现？2．单晶体与多晶体有何差别？为什么单晶体具有各向异性，而多晶体材料通常不表现出各向异性？3．简述金属常见的三种晶体结构的基本特点。
4．晶体缺陷有哪些？对材料有哪些影响？对所有的材料都有影响吗？5. 分别说明以下概念：晶格；晶胞；晶格常数；致密度；配位数；晶面；晶向；单晶体；多晶体；晶粒；晶界；各向异性；同素异构。
6.在立方晶格中，如果晶面指数和晶向指数的数值相同，该晶面与晶向间存在着什么关系？第三章思考作业题1．金属结晶的基本规律是什么？结晶过程是怎样进行的？2．过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶后的晶粒大小有何影响？3．如果其它条件相同，试比较在下列条件下，铸件晶粒的大小：（1）砂型铸造与金属铸造；（2）厚壁铸件与薄壁铸件；（3）加变质剂与不加变质剂；（4）浇注时振动与不振动。
《工程材料学》习题新2
《工程材料》习题第一章金属机械性能一、解释名词疲劳强度屈服强度抗拉强度冲击韧性延伸率断面收缩率二、判断正误1、材料在均匀塑性变形阶段承受的最大拉应力称为屈服强度。
（）2、所有金属材料在拉伸时均有明显的屈服现象。
（）3、相同材料和相同尺寸的试样，表面光滑者比表面有微裂纹者的疲劳强度高。
（）4、金属材料的弹性模量E愈大，则其塑性愈差。
（）5、同种材料不同尺寸试样所测得的延伸率相同。
（）第二章金属的晶体结构一、解释名词晶格晶体结构晶体空位组织二、判断正误1、金属的晶界是面缺陷。
晶粒愈细，晶界愈多，金属的性能愈差。
（）2、因为单晶体是各向异性的，所以实际金属材料在各个方向上的性能也是不相同的。
（）3、体心立方晶格中原子排列最密集的晶面是(111)面。
（）4、实际金属在不同方向上的性能是不一样的。
（）5、细晶粒金属的强度高但塑性较差。
（）三、选择题1、晶体中的晶界属于 ca.点缺陷b.线缺陷c.面缺陷d.体缺陷2、工程上使用的金属材料一般都具有 da. 各向异性b. 各向同性c. 伪各向异性d. 伪各向同性四、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、位错的基本类型有两种，它们是_______位错和______位错，有多余半个原子面是________位错所特有的。
3、常见的金属晶体结构有_________、__________、__________三种。
在这三种金属晶体结构中，原子排列最密集的晶面分别是_________、__________、__________。
第三章金属的结晶一、解释名词过冷度二、判断正误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。
（）4、纯金属的实际晶粒度与其冷却速度有关。
（）三、选择题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2、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. 不能确定四、填空1、纯铁的同素异构体有_____________、_______________和_______________。
工程材料习题集参考答案(第三章)
习题集部分参考答案2纯金属的结晶思考题1.何谓结晶？结晶与凝固有何区别？答：结晶是指在凝固过程中金属内形成许多小晶体及其长大的过程，从广义上讲，就是液态物质内部的原子，在短距离小范围内，呈现出近似于固态结构的规则排列，即短程有序的原子集团，它是不稳定的，瞬间出现又瞬间消失，结晶实质上是原子由近程有序转变为长程有序的过程。
而凝固是指金属由液态变成固态的过程，它属物理变化，若凝固后的物质不是晶体，而是非晶体，那只能称为凝固，而不能称为结晶。
2.何谓晶体，它与非晶体有什么区别？答：晶体是指具有一定几何形状的微粒（分子、原子或离子）在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质。
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。
3.影响形核率和长大率的因素是什么？答：影响形核率和长大率最主要的因素是△G和D，当然它们是受过冷度△T控制的。
在均质形核中，过冷度△T不太大的时候，结晶的驱动力△G也不大，形核率不高，但是原子的扩散系数D比较大，已经形成的晶核长大速率却是较大的，这时候由液态金属转变为固态金属中的晶粒尺寸较大。
反之，晶粒较细小。
在非均质形核中，形核率和长大速率除了与过冷度有关之外，还受到所谓的未溶杂质以振动或搅拌等因素的影响。
4.金属的结晶有什么规律？答：结晶是由两个基本的过程——形核和长大相互更迭进行，直至液态金属消耗完毕的过程。
形核规律：形核方式有均匀形核和非均匀形核两种。
均匀形核（均质形核）是指在母相中自发形成新相结晶核心的过程。
均匀形核必需具备的条件为：必须过冷，过冷度越大形核驱动力越大；必须具备与一定过冷度相适应的能量起伏和结构起伏。
实际结晶时，大多以非均匀形核方式进行。
工程材料基础知识课后习题答案
⼯程材料基础知识课后习题答案第⼀章⼯程材料基础知识参考答案1．⾦属材料的⼒学性能指标有哪些？各⽤什么符号表⽰？它们的物理意义是什么？答：常⽤的⼒学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等。
强度是指⾦属材料在静荷作⽤下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。
强度常⽤材料单位⾯积所能承受载荷的最⼤能⼒（即应⼒σ，单位为Mpa）表⽰。
塑性是指⾦属材料在载荷作⽤下，产⽣塑性变形（永久变形）⽽不被破坏的能⼒。
⾦属塑性常⽤伸长率δ和断⾯收缩率ψ来表⽰：硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能⼒，是衡量材料软硬程度的指标，是⼀个综合的物理量。
常⽤的硬度指标有布⽒硬度（HBS、HBW）、洛⽒硬度（HRA、HRB、HRC等）和维⽒硬度（HV）。
以很⼤速度作⽤于机件上的载荷称为冲击载荷，⾦属在冲击载荷作⽤下抵抗破坏的能⼒叫做冲击韧性。
冲击韧性的常⽤指标为冲击韧度，⽤符号αk表⽰。
疲劳强度是指⾦属材料在⽆限多次交变载荷作⽤下⽽不破坏的最⼤应⼒称为疲劳强度或疲劳极限。
疲劳强度⽤σ–1表⽰，单位为MPa。
2．对某零件有⼒学性能要求时，⼀般可在其设计图上提出硬度技术要求⽽不是强度或塑性要求，这是为什么？答：这是由它们的定义、性质和测量⽅法决定的。
硬度是⼀个表征材料性能的综合性指标，表⽰材料表⾯局部区域内抵抗变形和破坏的能⼒，同时硬度的测量操作简单，不破坏零件，⽽强度和塑性的测量操作复杂且破坏零件，所以实际⽣产中，在零件设计图或⼯艺卡上⼀般提出硬度技术要求⽽不提强度或塑性值。
3．⽐较布⽒、洛⽒、维⽒硬度的测量原理及应⽤范围。
答：（1）布⽒硬度测量原理：采⽤直径为D的球形压头，以相应的试验⼒F压⼊材料的表⾯，经规定保持时间后卸除试验⼒，⽤读数显微镜测量残余压痕平均直径d，⽤球冠形压痕单位表⾯积上所受的压⼒表⽰硬度值。
实际测量可通过测出d值后查表获得硬度值。
布⽒硬度测量范围：⽤于原材料与半成品硬度测量，可⽤于测量铸铁；⾮铁⾦属（有⾊⾦属）、硬度较低的钢（如退⽕、正⽕、调质处理的钢）（2）洛⽒硬度测量原理：⽤⾦刚⽯圆锥或淬⽕钢球压头，在试验压⼒F 的作⽤下，将压头压⼊材料表⾯，保持规定时间后，去除主试验⼒，保持初始试验⼒，⽤残余压痕深度增量计算硬度值，实际测量时，可通过试验机的表盘直接读出洛⽒硬度的数值。
最新工程材料课后作业及答案
工程材料课后作业及答案作业：第一章1 解释概念晶体结构：构成晶体的基元在三维空间的具体的规律排列方式。
固溶体：溶质原子完全溶于固态溶剂中，并能保持溶剂元素的晶格类型的合金相。
点缺陷：在空间三维方向上的尺寸很小，约为几个原子间距，又称零维缺陷。
线缺陷：各种类型的位错，是指晶体中的原子发生了有规律的错排现象。
面缺陷：晶界、亚晶界、相界、孪晶界、表面和层错都属于面缺陷。
离子键：由于正离子和负离子间的库仑引力而形成的。
共价键：共用价电子对产生的结合键叫共价键。
金属键：贡献出价电子的原子成为正离子，与公有化的自由电子间产生静电作用而结合起来。
这种结合力就叫做金属键。
空间点阵：阵点在空间呈周期性规则排列并具有完全相同的周围环境，这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵，简称点阵。
晶界：晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的界面，称为晶粒间界，简称晶界。
位错：晶体中的原子发生的有规律的错排现象。
2 实际晶体中存在哪几类缺陷。
P32(9)点缺陷包括空位，置换原子和间隙原子；线缺陷主要由位错组成，包括刃位错和螺位错；面缺陷包括外表面、相界、晶界、孪晶界和堆垛层错。
3常见的金属晶格类型有哪几种？α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn各属何种晶体结构？体心立方：α-Fe、Cr、V面心立方：γ-Fe、Al、Cu、Ni密排六方：Mg、Zn第二章1 理解下列术语和基本概念：组织组成物：显微组织中独立的组成部分。
相：合金中具有同一聚集状态、相同的晶体结构，成分和性能均一，并由相界隔开的组成部分。
碳钢：0.0218%< w(C)≤2.11%的铁碳合金。
铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金。
铁素体：碳固溶于α－Fe(或δ－Fe)中形成的间隙固溶体。
奥氏体：γ相常称奥氏体, 用符号 A或γ表示, 是碳在γ-Fe 中的间隙固溶体, 呈面心立方晶格。
渗碳体：Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物, 通常称为渗碳体。
工程材料习题(1-3)章答案
不适用于退火和正火及整体淬火工件。
1、布氏硬度 适用于退火和正火态的黑色金属和有色金 属工件 不适用于淬火态的碳素钢和合金钢及铜合 金工件。 2、洛氏硬度 适用于淬火态的碳素钢和合金钢工件， 不适用于表面处理和化学热处理的工件。 3、维氏硬度 适用于表面处理和化学热处理的工件， 不适用于退火和正火及整体淬火工件。
5、晶粒 p11
晶粒---每个小晶体具有不规则的颗粒状外形。
2-2、何谓空间点阵、晶格、晶体结构和晶胞？ 常用金属的晶体结构是什么？划出其晶胞， 并分别计算起原子半径、配位数和致密度？
1、空间点阵 p9
空间点阵---为了便于分析各种晶体中的原子 排列及几何形状,通常把晶体中的原子假想为 几何结点,并用直线从其中心连接起来,使之 构成一个空间格子。
如铁在结晶之后继续冷却时，会发生结构的 变化，从一种晶格转变为另一种晶格 δ-Fe 1394℃ γ-Fe 921℃ α-Fe 。
2-5、在实际晶体中存在着哪几类缺陷？ 答：在实际晶体中存在着： 点缺陷（空位、溶质原子） 2、线缺陷（位错：刃型位错和螺型位错） 3、面缺陷（晶界、亚晶界等）
2-10、为什么金属结晶时一定要有过冷度？ 冷却速度与过冷度的关系是什么？ p15
2-13、晶粒大小对金属性能有何影响？细化 晶粒方法有哪些？ p17
答：
在一般情况下,晶粒愈小,则金属的强度.塑 性和韧性愈好.
细化晶粒是提高金属性能的重要途径之一， 晶粒愈细，强度和硬度愈高，同时塑性韧性 愈好。
细化晶粒方法有：
增大过冷度； 2.变质处理； 3.附加振 动或搅动等方法；
第三章.习题参考答案
2、晶格 p9 晶格---这种表示晶体中原子排列形式的空间 格子。 3、晶胞 p9～10 晶胞---构成晶格的最基本的几何单元。 4、常用金属的晶体结构有：
西华大学工程材料学习题答案新
第一章材料的性能一、说明名词疲劳强度屈服强度抗拉强度冲击韧性延伸率断面收缩率疲劳强度：当材料经受的交变应力低于某一值时，虽经无数次循环，材料都可不能产生疲劳断裂，那个应力值，即材料的疲劳强度(疲劳极限)。
屈服强度：表示材料抗击起始塑性变形或产生微量塑性变形的能力。
二、判定正误一、×二、× 3、√ 4、× 5、×第二章金属的晶体结构一、说明名词组织晶格晶体结构晶体空位组织：在显微镜下观看到的金属内部的微观形貌，如组成相及晶粒的种类、大小、形态和散布。
晶格：为了便于研究，常把原子抽象为几何点，并用许多假象的直线连接起来，形成的三维空间的几何格架。
晶体：原子或分子在三维空间依照必然的规那么作周期性重复排列的物质。
二、判定正误一、×二、× 3、× 4、×五、×三、选择题一、ｃ二、d四、填空一、__点___、__线____、___面___， __线_ 、 __面_2、刃（型）位错和螺（型）位错， __刃（型）___3、体心立方、面心立方、密排六方。
｛１１０｝、｛１１１｝、｛０００１｝第三章金属的结晶一、说明名词过冷度过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差。
二、判定正误1、×2、×3、√4、√三、选择题1、c 4、ｂ四、填空1、____α－Ｆｅ_____、___γ－Ｆｅ_____和δ－Ｆｅ2、_大__，细（小）， __高__， __好__。
3、晶核的形成（形核）和晶体的长大（长大）4、增大过冷度、变质（孕育）处置和振动或搅拌第四章合金结构与相图一、说明名词固溶强化弥散强化合金金属化合物固溶体间隙相相枝晶偏析固溶强化：通过溶入某种溶质元素来形成固熔体而使金属强度、硬度升高的现象。
弥散强化：金属化合物硬而脆，当其以极小的粒子均匀散布在固溶体基体上时，能提高合金的强度、硬度和耐磨性，而其塑性和韧性下降不多的现象。
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第一章 金属的性能一、填空将正确答案填在横线上;下同1、金属材料的性能一般分为两类;一类是使用性能,它包括物理性能、化学性能和力学性能等;另一类是工艺性能,它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等;2、大小不变或变化很慢的载荷称为静载荷,在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷称为冲击载荷,大小和方向随时间发生周期变化的载荷称为交变载荷;3、变形一般分为弹性变形和塑性变形两种;不能随载荷的去除而消失的变形称为塑性变形;4、强度是指金属材料在静载荷作用下,抵抗塑性变形或断裂的能力;5、强度的常用衡量指标有抗拉强度和屈服强度,分别用符号σb 和σs 表示;6、如果零件工作时所受的应力低于材料的σb 或σ,则不会产生过量的塑性变形;7、有一钢试样其截面积为100mm 2,已知钢试样的MPa S 314=σ MPa b 530=σ ;拉伸试验时,当受到拉力为—————— 试样出现屈服现象,当受到拉力为—————— 时,试样出现缩颈;8、断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性;金属材料的延伸率和断面收缩率的数值越大,表示材料的塑性越好;9、一拉伸试样的原标距长度为50mm,直径为10mm 拉断后试样的标距长度为79mm,缩颈处的最小直径为 mm,此材料的伸长率为—————,断面收缩率为——————;10．金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏能力;称为冲击韧性;11．填出下列力学性能指标的符号：屈服点σs,抗拉强度σb ,洛氏硬度C 标尺HRC,伸长率δ,断面收缩率ψ,冲击韧度αk,疲劳极限σ-1;二、判断正确打√,错误打×;下同1、弹性变形能随载荷的去除而消失;√2、所有金属材料在拉伸试验时都会出现显着的屈服现象;×3、材料的屈服点越低,则允许的工作应力越高;×4、洛氏硬度值无单位;√5、做布氏硬度试验时,当试验条件相同时,其压痕直径越小,材料的硬度越低;×6、材料对小能量多次冲击抗力的大小主要取决于材料的强度和塑性; ×7、布氏硬度测量法不宜于测量成品及较薄零件; √8、洛氏硬度值是根据压头压入被测定材料的压痕深度得出的;√9、铸铁的铸造性能比钢好,故常用来铸造形状复杂的工件;√三．选择把正确答案填入括号内;下同1、拉伸试验时,试样拉断前所能承受的最大应力称为材料的B ;A.屈服点B.抗拉强度C.弹性极限2、做疲劳试验时,试样承受的载荷为CA.静载荷B.冲击载荷 C 交变载荷3、洛氏硬度C 标尺所用的压头是 BA.．淬硬钢球B.金刚石圆锥体C.硬质合金球4．金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为CA.．塑性B.硬度C.强度5．用拉伸试验可测定材料的A 性能指标;A.．强度B.硬度C.韧性四．名词解释1．弹性变形与塑性变形2．疲劳极限与抗拉强度五．简述1．画出低碳钢力—伸长曲线,并简述拉伸变形的几个阶段;2．什么是塑性塑性对材料的使用有什么实用意义第二章金属的结构与结晶一、填空1．原子呈无序堆积状况的物体叫非晶体;原子呈有序有规则排列的物体称为晶体;一般固态金属都属于晶体;2．在晶体中由一系列原子组成的平面,称为晶面;通过两个或两个以上原子中心的直线,可代表晶格空间排列的一定晶向的直线,称为晶向;3．常见的金属晶格类型有体心立方、面心立方和密排六方三种;铬属于体心立方晶格,铜属于面心立方晶格,锌属于密排六方晶格;4．金属晶体结构的缺陷主要有点缺陷、线缺陷、面缺陷;晶体缺陷的存在都会造成晶格畸变,使塑性变形抗力增大,从而使金属的强度提高;提高;7．理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度;过冷度的大小与冷却速度有关,冷却速度越快,金属的实际结晶温度越低,过冷度也就越大;8．金属的结晶过程是由晶核的形成和长大两个基本过程组成的;9．金属在固态下,随温度的改变,由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为同素异构转变;二、判断正确打√,错误打×;下同2．非晶体具有各向同性的特点;√3．体心立方晶格的原子位于立方体的八个顶角及立方体六个平面的中心;×4．金属的实际结晶温度均低于理论结晶温度;√5．金属结晶时过冷度越大;结晶后晶粒越粗; ×6．一般说,晶粒越细小,金属材料的力学性能越好;√8．单晶体具有各向异性的特点; √9．在任何情况下,铁及其合金都是体心立方晶格;×10．同素异构转变过程也遵循晶核形成与晶核长大的规律;√11．金属发生同素异构转变时要放出热量,转变是在恒温下进行的;√三、选择1．α—Fe是具有 A晶格的铁;A．体心立方 B. 面心立方 C.密排六方2．纯铁在1450℃时为 A晶格,在1000℃时为B 晶格,在600℃时为A 晶格;A.体心立方 B.面心立方 C.密排六方3．纯铁在700℃时称为A ,在1000℃时称为B ,在1500℃时称为 C;A．α—Fe B.γ—Fe C.δ—Fe五．简述3．如果其他条件相同,试比较下列铸造条件下铸铁晶粒的大小;1金属模浇注与砂型浇注金属模浇注晶粒小2铸成薄件与铸成厚件铸成薄件晶粒小3浇注时采用振动与不采用振动浇注时采用振动晶粒小4．写出纯铁的同素异构转变式;第三章金属的塑性变形与再结晶一、填空1．金属材料经压力加工变形后,不仅改变了外形尺寸,而且改变了内部组织和性能;2．弹性变形的本质是外力克服原子间的作用力,使原子间距发生发生改变;3．多晶体内晶界对塑性变形有较大的阻碍作用,这是因为晶界处原子排列比较紊乱,阻碍了为错的移动,所以晶界越多,多晶体的变形抗力越大;4．实践证明,再结晶温度与金属变形的程度有关,金属的变形程度越大,再结晶温度越 ;5.从金属学观点来说,凡在再结晶温度以下进行的加工称为冷加工在再结晶温度以上进行的加工称为热加工;二、判断正确打√,错误打×;下同1．一般来说,晶体内滑移面和滑移方向越多,则金属的塑性越好;√2．实际上滑移是借助于位错的移动来实现的,故晶界处滑移阻力最小;×3．塑性变形只改变金属的力学性能; ×4．回复时,金属的显微组织没有明显变化; √5．金属铸件可以用再结晶退火来细化晶粒;×6．为保持冷变形金属的强度和硬度,应采用再结晶退火; ×7．在高温状态下进行的变形加工称加工×8．热加工过程实际上是加工硬化和再结晶这两个过程的交替进行;√三、选择1．钨的再结晶温度为1200℃,对钨来说在1100℃的高温下进行的加工属于A A．冷加工 B. 热加工2．冷热加工的区别在于加工后是否存在AA．加工硬化 B. 晶格改变 C. 纤维组织3．钢在热加工后形成纤维组织,使钢的性能发生变化,即沿纤维的方向具有较高的A 沿垂直于纤维的方向具有较高的C ;A．抗拉强度 B. 抗弯强度 C. 抗剪强度四、简述1．为什么晶粒越细,金属的强度越高,塑性,韧性就越好1．什么是加工硬化现象试举生产或生活中的实例来说明加工硬化现象的利弊;2．什么是再结晶退火再结晶退火的温度与再结晶温度有何关系3．热加工对金属的组织和性能有何影响第四章铁碳合金一、填空1．合金是一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法结合而成的具有金属特性的物质;2．合金中成分、结构及性能相同的组成部分称为相;3．根据合金中各组元之间的相互作用不同,合金的组织可分为固溶体、金属化合物和机械混合物三种类型;4．根据溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同,固溶体可分为间隙固溶体和置换固溶体两种; 5．合金组元之间发生相互作用而形成的一种具有金属特性的物质称为金属化合物;其性能特点是熔点高,硬度高,脆性大 ;奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体;6．铁碳合金的基本组织有五种,它们是铁素体、奥氏体、和渗碳体;7．铁碳合金的基本相是铁素体、8．在铁碳合金基本组织中属于固溶体的有铁素体和奥氏体;9．碳在奥氏体中溶解度随温度的不同而变化,在1148℃时碳的溶解度可达%在727℃时碳的溶解度为%;10．铁碳合金相图是表示在缓慢冷却或加热条件下,不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形;11．分别填出下列铁碳合金组织的符号：;奥氏体A、γ,铁素体F、α,渗碳体Fe3C,珠光体P,高温莱氏体Ld,低温莱氏体Ld’;的铁碳合金称为钢;根据室温组织不同,钢又分为三类：亚共析钢,其室温组织为P 12．含碳量%%、和F共析钢钢,其室温组织为P、过共析钢钢钢,其室温组织为P和Fe3C;、13.铁素体的性能特点是具有良好的塑性和韧性,而强度和硬度很低.14.共析钢冷却到S点时,会发生共析转变,从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体的混合物,称为珠光体;15..莱氏体是奥氏体和渗碳体的混合物.当温度低于727℃时,莱氏体中的奥氏体转变为珠光体,所以室温下的莱氏体是由珠光体和渗碳体组成,又称为低温莱氏体Ld’;二.判断正确打√,错误打×;下同1.固溶体的晶格类型与溶剂的晶体类型相同;√2.金属化合物的晶格类型完全不同于任一组元的晶格类型. √3.金属化合物一般具有复杂的晶体结构;√4.碳在γ—Fe中的溶解度比在α—Fe中的溶解度小; ×5.奥氏体的强度、硬度不高,但具有良好的塑性; √6.渗碳体是铁与碳的混合物; ×7.过共晶白口铸铁的室温组织是低温莱氏体加一次渗碳体. √8.碳在奥氏体中的溶解度随温度的升高而减小; ×9.渗碳体的性能特点是硬度高、脆性大; √10．奥氏体向铁素体的转变是铁发生同素异构转变的结果;√11．含碳量为%和%的钢属于亚共析钢,在室温下的组织均由珠光体和铁素体组成,所以它们的力学性能相同;×12.莱氏体的平均含碳量为%;×三.选择1.组成合金的最基本的独立物质称为 BA.相B.组元C.组织2.合金固溶强化的主要原因是CA.晶格类型发生了变化B.晶粒细化C.晶格发生了畸变3.铁素体为B 晶格,奥氏体为A 晶格.A.面必立方B.体心立方C.密排六方4.渗碳体的含碳量为C %5．珠光体的平均含碳量为A %6．共晶白口铁的含碳量为B %7.铁碳合金共晶转变的温度是B ℃8.含碳量为%的铁碳合金,在室温下的组织为CA.珠光体B.珠光体加铁素体C.. 珠光体加二次渗碳体9.铁碳合金相图上的ES线,其代号用C 表示..PSK线用代号A 表示,GS线用代号 B.表示A,A110.铁碳合金相图上的共析线是C .A..ECF11．从奥氏体中析出的渗碳体称为 B,从液体中结晶出的渗碳体称为A ;A．一次渗碳体 B.二次渗碳体 C.三次渗碳体12．将含碳量为%的铁碳合金加热到650℃时,其组织为C ,加热到1100℃时其组织为B. ;A珠光体 B.奥氏体 C.珠光体加渗碳体 D.奥氏体加渗碳体13．亚共析钢冷却到GS线时要从奥氏体中析出A ;A．铁素体 B.渗碳体 C.珠光体15．亚共析钢冷却到PSK线时,要发生共析转变,奥氏体转变成B ;A．珠光体加铁素体 B.珠光体 C.铁素体四、名词解释1．钢与白口铸铁2．铁素体与奥氏体3．珠光体与莱氏体4．共晶转变与共析转变5．固溶强化与加工硬化五、简述C相图.1.绘出简化后的Fe—Fe33.简述含碳量为%,%的铁碳合金从液态冷至室温时的组织转变过程,并画出室温组织示意图.4.根据Fe—FeC合金相图,说明下列现象的原因.3（１）含碳量为1%的铁碳合金比含碳量%的铁碳合金的硬度高.（２）一般要把钢材加热到1000～1250℃高温下进行锻轧加工.（３）靠近共晶成分的铁碳合金的铸造性能好.第五章碳素钢一．填空1．碳素钢是含碳量小于%的铁碳合金;2．碳素钢中除铁、碳外还常有Si,Mn,S,P,等元素;其中Si,Mn是有益元素,是S,P有害元素; 3．含碳量小于%的钢为低碳钢,含碳量为%～%的钢为中碳钢,含碳量大于%的钢为高碳钢;4．45钢按用途分类属于碳素结构钢,按质量分类属于钢,按含碳量分类属于亚共析钢;5．T12A钢按用途分类属于碳素工具钢,按含碳量分类属于高碳钢,按质量分类属于高级优质碳素钢;二,判断正确打√,错误打×;下同1．T10钢的含碳量为10%; ×2．锰、硅在碳钢中都是有益元素,适当地增加其含量,能提高钢的强度;√3．硫是钢中的有益元素,它能使钢的脆性下降;×4．碳素工具钢都是优质或高级优质钢; √5．碳素工具钢的含碳量一般都大于%√6．铸钢可用于铸造形状复杂而力学性能要求较高的零件;√7．碳素弹簧钢的含碳量一般在%以下; ×三、选择1．08F钢中的平均含碳量为AA．0．08% %2．普通、优质和高级优质钢是按钢的B 进行划分;A．力学性能的高低 ,P含量的多少 ,Si含量的多少3．在下列牌号中属于优质碳素结构钢的有BA．T8A —A·F4．在下列牌号中属于工具钢的有CA．20 Mn5．选择制造下列零件的材料：冷冲压件 A；齿轮 B；小弹簧C ;A．08F C. 65Mn6．选择制造下列工具所采用的材料：錾子A ；锉刀C ；手工锯条B ;A．T8 B. T10四、名词解释1．08F2．453．65Mn4．T12A5．ZG340—6406．Q235—A·F五、简述1．硫、磷元素的含量为什么在碳钢中要严格控制,而在易切削钢中又要适当提高2．碳素工具钢的含碳量对力学性能有何影响如何选用第六章钢的热处理一、填空1．根据工艺的不同,钢的热处理方法可分为退火、正火、淬火、回火、及表面热处理五种2．共析钢的等温转娈曲线中,在A1—550℃温度范围内转变产物为珠光体、索氏体和屈氏体、；在550℃～Ms温度范围内,转变产物为上贝氏体和下贝氏体;3．常用的退火方法有完全退火、球化退火和去应力退火等;4．工厂里常用的淬火方法有单液淬火、双液淬火、分级淬火和等温淬火等;5．感应加热表面淬火法,按电流频率不同可分为高频、中频和工频三种;6．化学热处理是通过分解、吸收和扩散三个基本过程完成的;7．要求表面具有高的硬度而心部需要足够的韧性的零件应进行表面热处理;8．根据回火温度的不同,回火可分为低温回火、中温回火和高温回火三类,回火后得到的组织分别是M回、T回和S回;二、判断正确打√,错误打×;下同1．实际加热时的临界点总是低于相图上的临界点;×2．珠光体向奥氏体转变也是通过形核及晶核长大的过程进行的;√3．珠光体、索氏体、屈氏体都是片层状的铁素体和渗碳体混合物,所以它们的力学性能相同;×5．钢在实际加热条件下的临界点分别用Ar1, Ar3,Arcm表示;×8．在去应力退火过程中,钢的组织不发生变化;√9．由于正火较退火冷却速度快,过冷度大,转变温度较低,获得组织较细,因此同一种钢,正火要比退火的强度和硬度高;√10．钢的最高淬火硬度,主要取决于钢中奥氏体的含碳量;×11．淬透性好的钢,淬火后硬度一定很高;×16．同类钢在相同加热条件下,水淬比油淬的淬透性好;×三、选择8．调质处理的组织是B ;A．回火马氏体 B.回火索氏体 C.回火屈氏体10．化学热处理与其他热处理方法的主要区别是C.A．加热温度 B.组织变化 C.改变表面化学成分11．零件渗碳后一般须经A 处理,才能达到表面硬而耐磨的目的;A．淬火＋低温回火 B.正火 C.调质12．用15钢制造的齿轮,要求齿轮表面硬度高而心部具有良好的韧性,应采用 C热处理;若改用45钢制造这一齿轮,则采用B 热处理;A．淬火＋低温回火 B.表面淬火＋低温回火 C.渗碳淬火＋低温回火14．用65Mn钢做弹簧,淬火后应进行B ；用T10A钢做锯片,淬火后应进行C ;A．高温回火 B.中温回火 C.低温回火四、名词解释4．淬透性与淬硬性五．简述3．什么是退火退火的目的有哪些5．什么是正火正火有哪些应用6．什么是淬火淬火的主要目的是什么9．什么是临界冷却速度它与钢的淬透性有何关系第七章合金钢一、填空1．.合金元素在钢中的主要作用有强化铁素体、形成合金化合物、细化晶粒—和提高钢的淬透性和提高回火稳定性;2．合金钢按主要用途分类,可分为合金结构钢、合金工具钢、及特殊性能钢三大类;3．常用的不锈钢有马氏体型和奥氏体型两种二、判断正确打√,错误打×;下同2．大部分合金钢的淬透性都比碳钢好;√8．合金工具钢都是高碳钢;×10．GCr15钢是滚动轴承钢,但又可制造量具、刀具和冷冲模具等;√12．Cr12W8V是不锈钢;×三、选择1．GCr15钢的平均含铬量为B %A．2．将下列合金钢牌号归类：合金结构钢有A、B、C ；合金工具负钢有D、E ；特殊性能有F ；合金调质钢有A ；合金弹簧钢有B、C ；合金模具钢有D、E ；不锈钢有F ;A．40Cr3.正确选用下列零件材料：机床主轴 B；板弹簧 E；坦克履带F ；轴承流动体;贮酸槽A ；汽车、拖拉机变速齿轮 D;B. 40Cr E. 60Si2Mn4.合金调质钢的含碳量一般是B ;A．<% C.>%四．名词解释20CrMnTi50CrVA9SiCrCrWMnW18Cr4V1Cr134Cr14Ni14W2MoZGMn13第八章铸铁一填空1.铸铁是含碳量大于%的铁碳合金,根据铸铁中石墨的存在形状不同,铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁等;2.铸铁成分中含碳硅锰硫磷等元素,其中C和Si元素的含量越高,越有利于石墨化进行,而Mn和S 元素是强烈阻碍石墨化的元素;3.灰铸铁中,由于石墨的存在降低了铸铁的力学性能,但使铸铁获得了良好的铸造性能、切削性能、耐磨性、减振性能及低的缺口敏感性;4.可锻铸铁是由白口铸铁通过石墨化退火处理,使白口铸铁中渗碳体分解为团絮状状石墨的铸铁.5.灰铸铁经孕育处理后,可使石墨片及基体组织得到细化,使其塑性、韧性有很大的提高.6.球墨铸铁是在浇注前往铁水中加入适量的球化剂和孕育剂,浇注后获球状石墨的铸铁;7.白口铸铁中的碳主要以渗碳体形式存在,而灰口铸铁中的碳主要以片状石墨形式存在;二、判断正确打√,错误打×;下同2.可锻铸铁比灰铸铁的塑性好,因此可以进行锻压加工. ×3.厚铸铁件的表面硬度总比内部高. √5.灰铸铁的强度、塑性和韧性远不如钢. √8.灰铸铁是目前应用最广泛的一种铸铁. √9.白口铸铁的硬度适中,易于切削加工. ×10.铸铁中的石墨数量越多,尺寸越大,铸件的强度就越高,塑性,韧性就越好. ×三、选择1.为提高灰铸铁的表面硬度和耐磨性,采用A 热处理效果较好.A.渗碳后淬火＋低温回火B.电加热表面淬火等温淬火3.选择下列零件的材料:机床床身A ;汽车后桥外壳B;柴油机曲轴C .—10 —054.铸铁中的碳以石墨形态析出的过程称为A .A.石墨化B.变质处理C.球化处理四、名词解释HT250KTH350—10KTZ500—04QT600—02五、简述1.简述影响石墨化的主要因素.第九章有色金属及硬质合金一、填空2.普通黄铜是由Cu、Zn组成的二元合金,在普通黄铜中加入其他合金元素时称特殊黄铜.4.工业纯铝具有密度小、导电性好、抗腐蚀能力强、强度低、塑性好等特点.5.变形铝合金根据其主要性能特点不同可分为:LF铝、LY铝、LC铝和LD铝等.6.铸造铝合金包括Al-Si、Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn等系列合金.二、判断正确打√,错误打×;下同5.工业纯铝中具有较高的强度,常用作工程结构材料. ×6.变形铝合金都不能用热处理强化. ×三.选择,它是 B..1.某一材料的牌号为T4A.含碳量为%的碳素工具钢号工业纯铜 C. 4号工业纯钛2.将相应的牌号填在括号里:普通黄铜A ;铸造黄铜 D;锡青铜B ;铍青铜C .—33.将相应的牌号填在括号里:硬铝B ;防锈铝A ;超硬铝D ;铸造铝C 合金;锻铝. E按工艺特点来分属于B 铝合金,它是热处理C 的铝合金.A.铸造B.变形C.不能强化D.强化四、名词解释T2H68HPb59—1L4LC4。
工程材料学 答案1
工程材料作业（1）答案1、下列各种工件应该采用何种硬度实验方法来测定其硬度？锉刀：HRC，黄铜轴套：HB、HRB供应状态的各种非合金钢材：HB、HRB硬质合金刀片：HV、耐磨工件的表面硬化层：HV（HRA）、调质态的机床主轴：HB、HRB、（HRC）2、已知Cu的原子直径为2.56A，求Cu的晶格常数a，并计算1mm3Cu中的原子数。
Cu是f.c.c，r=√2/4a，r=2.56A/2=1.28A；a=4r/√2=2/√2×2.56=3.62A依据1个晶胞（a3：3.623，单位A）中有4个Cu原子，1mm3的原子数？a3：4=1mm3：x，注意单位换算，x=4/a3，x=4/3.623=8.4×10193、已知金属Ａ（熔点６００℃）与金属Ｂ（熔点５００℃）在液态无限互溶；在固态３００℃时Ａ溶于Ｂ的最大溶解度为３０％，室温时为１０％，但Ｂ不溶于Ａ；在３００℃时，含４０％Ｂ的液态合金发生共晶反应。
求：①作出Ａ－Ｂ合金相图：请用尺子等工具，标出横纵座标系，相图各区域名称，规范作图②写出共晶反应式。
３００℃L４０％B＝（α３０％A＋Ａ）③分析２０％Ａ，４５％Ａ，８０％Ａ等合金的结晶过程，用结晶表达式表达。
２０％Ａ：L→L+α→α→α+A４５％Ａ：L→L+α→α+（α３０％A＋Ａ）→α+（α３０％A＋Ａ）+A８０％Ａ：L→L+A→A+（α３０％A＋Ａ）４．一个二元共晶反应如下：Ｌ（７５％B）←→α（１５％Ｂ）＋β（９５％Ｂ）（１）计算含５０％Ｂ的合金完全凝固时①初晶α与共晶（α＋β）的重量百分数。
属于亚共晶组织Wα初晶%=（75-50）/（75-15）=5/12=0.42×100%=42%W共晶%=100%-42%=58%②α相和β相的重量百分数。
Wα%=（95-50）/（95-15）=9/16=0.56×100%=56%Wβ%=100%-56%=44%③共晶体中的α相和β相的重量百分数。
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..。
工程材料作业答案_
工程材料作业答案作业1 材料结构基础1.实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷?它们对性能有什么影响?实际金属晶体存在点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。
（1）点缺陷使周围晶格发生畸变，提高晶体内能量，降低电导率，提高强度；（2）线缺陷越多，其运动越艰难，材料的强度、硬度越高，脆性越大，塑性越差；（3）面缺陷越多，晶粒越细，强度越高，塑性也越好；（4）体缺陷：孔洞影响材料的力学、光学、热学性能；裂纹影响材料的力学性能；夹杂影响材料的力学、光学、电学性能。
2.金属常见的3种晶体结构是什么？画出结构暗示图。
（1）体心立方（bcc）（2）面心立方（fcc）（3）密排六方（hcp）3.按价键结构对材料举行分类，简述各类材料的性能特点。
第1 页/共13 页4.简述构成材料的5种化学键及其对普通性能的影响。
离子键，共价键，金属键，范德华力，氢键。
（1）离子键组成的离子晶体硬度高，强度高，脆性大，绝缘，塑性差；（2）由共价键组成的晶体熔点高，强度高，脆性大；（3）由金属键组成的金属有：a.良好的导电、导热性；b.良好的塑性变形能力；c.不透明、展示金属光泽；d.电阻随温度升高而增大；（4）由分子键组成的材料熔点低、硬度低、绝缘；（5）有氢键的材料熔点沸点比分子晶体高。
5.简述钢的3种热力学平衡相。
（1）铁素体：碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体。
铁素体因为溶碳量小，力学性能与纯铁相似。
塑性、冲击韧性较好，强度、硬度较低；（2）奥氏体：碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体。
奥氏体的强度、硬度较低，但有良好的塑性；（3）渗碳体：铁碳组成的具有复杂斜方结构的间隙化合物。
渗碳体硬度高，塑性和韧性很低。
6.什么是钢的珠光体、屈氏体、索氏体、贝氏体、马氏体、残余奥氏体？珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物。
性能介于铁素体和渗碳体之间，综合性能好；屈氏体：铁素体与渗碳体组成的片层更薄的珠光体；索氏体：片层铁素体与渗碳体的双相混合组织，其片层间距较小，碳在铁素体中无过度饱和；贝氏体：渗碳体与铁素体的机械混合物，高温改变及低温改变相异的组织，具有较高的强韧性配合；马氏体：将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经疾驰冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织；残余奥氏体：淬火未能改变成马氏体而保留到室温的奥氏体。
(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.解释以下名词点缺陷：原子排列不规那么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：原子排列的不规那么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：原子排列不规那么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局部晶体相对于另一局部晶体的局部滑移而造成.滑移局部与未滑移局部的交界线即为位错线.如果相对滑移的结果上半局部多出一半原子面,多余半原子面的边缘好似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,那么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,原子呈规那么排列的结晶核心.非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒外表所形成的晶核.变质处理：在液态金属结晶前,特意参加某些难熔固态颗粒,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,从而提升了形核率,细化晶粒,这种处理方法即为变质处理.变质剂：在浇注前所参加的难熔杂质称为变质剂.2.常见的金属晶体结构有哪几种a -Fe、丫- 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;a— Fe、Cr、V属于体心立方晶格；丫一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,那么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：由于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,那么过冷度也越大.②随着冷却速度的增大,那么晶体内形核率和长大速度都加快, 加速结晶过程的进行,但当冷速到达一定值以后那么结晶过程将减慢,由于这时原子的扩散水平减弱.③过冷度增大,A F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.金属结晶的根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金属结晶的根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第2页共50页会增大形核率.9.在铸造生产中,采用哪些举措限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限制晶粒大小.②变质处理：在液态金属结晶前, 特意参加某些难熔固态颗粒,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,从而提升了形核率,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.解释以下名词：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,原子的活动水平不大,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水平,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升,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,来提升金属强度和硬度,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升钢丝的强度的.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局部,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.与冷加工比拟,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升.(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,机械性能提升.(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,可提升零件使用寿命.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开展.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,强度和硬度显著提升,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局部的变形不均匀或晶粒内各局部和各晶粒间的变形不均匀,金属内部会形成剩余的内应力,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,因此提升了金属的强度.8.金属鸨、铁、铅、锡的熔点分别为3380C、1538C、327C、232 C ,试计算这些金属的最低再结晶温度,并分析鸨和铁在1100c下的加工、铅和锡在室温(20C)下的加工各为何种加工答：T 再=0.4T 熔；鸨T 再=[0.4* (3380+273)卜273=1188.2 C ;铁T 再=[0.4* (1538+273) ]-273=451.4 C ;铅T 再=[0.4* (327+273) ]-273=-33 C ;锡T 再=[0.4* (232+273)卜273=-71 C .由于鸨T 再为1188.2 C> 1100C,因此属于热加工；铁T再为451.4CV 1100C,因此属于冷加工；铅T再为-33CV20C,属于冷加工；锡T再为-71V20C,属于冷加工.9.在制造齿轮时,有时采用喷丸法(即将金属丸喷射到零件外表上)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外表上,使工件外表层产生塑性变形,形成一定厚度的加工硬化层,使齿面的强度、硬度升高.第三章合金的结构与二元状态图1.解释以下名词：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：组成合金的最根本的、独立的物质称为组元.相：在金属或合金中,凡成分相同、结构相同并与其它局部有界面分开的均匀组成局部,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异所引起的.如果先共晶相与溶液之间的密度差异较大,那么在缓慢冷却条件下凝固时,先共晶相便会在液体中上浮或下沉,从而导致结晶后铸件上下局部的化学成分不一致,产生比重偏析.固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化.弥散强化：合金中以固溶体为主再有适量的金属间化合物弥散分布,会提升合金的强度、硬度及耐磨性,这种强化方式为弥散强化.2.指出以下名词的主要区别：1〕置换固溶体与间隙固溶体；答：置换固溶体：溶质原子代替溶剂晶格结点上的一局部原子而组成的固溶体称置换固溶体.间隙固溶体：溶质原子填充在溶剂晶格的间隙中形成的固溶体,即间隙固溶体.2〕相组成物与组织组成物；相组成物：合金的根本组成相.组织组成物：合金显微组织中的独立组成局部.3.以下元素在a -Fe中形成哪几种固溶体Si、C、N、Cr、Mn答：Si、Cr、Mn形成置换固溶体；C、N形成间隙固溶体.4.试述固溶强化、加工强化和弥散强化的强化原理,并说明三者的区别.答：固溶强化：溶质原子溶入后,要引起溶剂金属的晶格产生畸变,进而位错运动时受到阻力增大.弥散强化：金属化合物本身有很高的硬度,因此合金中以固溶体为基体再有适量的金属间化合物均匀细小弥散分布时,会提升合金的强度、硬度及耐磨性.这种用金属间化合物来强化合金的方式为弥散强化.加工强化：通过产生塑性变形来增大位错密度,从而增大位错运动阻力, 引起塑性变形抗力的增加, 提升合金的强度和硬度.区别：固溶强化和弥散强化都是利用合金的组成相来强化合金,固溶强化是通过产生晶格畸变,使位错运动阻力增大来强化合金；弥散强化是利用金属化合物本身的高强度和硬度来强化合金；而加工强化是通过力的作用产生塑性变形,增大位错密度以增大位错运动阻力来强化合金；三者相比,通过固溶强化得到的强度、硬度最低,但塑性、韧性最好,加工强化得到的强度、硬度最高,但塑韧性最差,弥散强化介于两者之间.5.固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差异答：在结构上：固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同,而金属间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.在性能上：形成固溶体和金属间化合物都能强化合金,但固溶体的强度、硬度比金属间化合物低, 塑性、韧性比金属间化合物好,也就是固溶体有更好的综合机械性能.6.何谓共晶反响、包晶反响和共析反响式比拟这三种反响的异同点.答：共晶反响：指一定成分的液体合金,在一定温度下,同时结晶出成分和晶格均不相同的两种晶体的反响.包晶反响：指一定成分的固相与一定成分的液相作用,形成另外一种固相的反响过程.共析反响：由特定成分的单相固态合金,在恒定的温度下,分解成两个新的,具有一定晶体结构的固相的反响.共同点：反响都是在恒温下发生,反响物和产物都是具有特定成分的相,都处于三相平衡状态.不同点：共晶反响是一种液相在恒温下生成两种固相的反响；共析反响是一种固相在恒温下生成两种固相的反响；而包晶反响是一种液相与一种固相在恒温下生成另一种固相的反响.7.二元合金相图表达了合金的哪些关系答：二元合金相图表达了合金的状态与温度和成分之间的关系.8.在二元合金相图中应用杠杆定律可以计算什么答：应用杠杆定律可以计算合金相互平衡两相的成分和相对含量.9.A(熔点600C)与B(500C)在液态无限互溶；在固态300c时A溶于B的最大溶解度为30% ,室温时为10%,但B不溶于A;在300c时,含40% B的液态合金发生共晶反响.现要求：1)作出A-B合金相图；2)分析20% A,45%A,80%A等合金的结晶过程,并确定室温下的组织组成物和相组成物的相对量.(2)20%A合金如图①：合金在1点以上全部为液相,当冷至1点时,开始从液相中析出“固溶体,至2点结束,2〜3点之间合金全部由a固溶体所组成,但当合金冷到3点以下,由于固溶体a的浓度超过了它的溶解度限度,于是从固溶体a中析出二次相A,因此最终显微组织：a +An相组成物：a +AA= (90-80/90) *100%=11%a =1-A%=89%45%A合金如图②：合金在1点以上全部为液相,冷至1点时开始从液相中析出a固溶体,此时液相线成分沿线BE变化,固相线成分沿BD线变化,当冷至2点时,液相线成分到达E点,发生共晶反响,形成(A+a)共晶体,合金自2点冷至室温过程中,自中析出二次相An,因而合金②室温组织：A n + a +(A+ a )相组成物：A+ a组织：An= (70-55) /70*100%=21% a =1- An =79%A+ a = (70-55) /(70-40) *100%=50%相：A= (90-55) /90*100%=50% a =1-A%=50%80%A合金如图③：合金在1点以上全部为液相, 冷至1点时开始从液相中析出A,此时液相线成分沿AE线变化, 冷至2点时,液相线成分到达点,发生共晶反响,形成(A+ a)共晶体,因而合金③的室温组织：A+ (A+ a ) 相组成物：A+ a组织：A= (40-20) /40*100%=50% A+ a =1-A%=50%相：A= (90-20) /90*100%=78% a =1-A%=22%10.某合金相图如下图.1)试标注①一④空白区域中存在相的名称;2)指出此相图包括哪几种转变类型；3)说明合金I的平衡结晶过程及室温下的显微组织.答：(1)①：L+丫②：丫+ B ③：B+( a + B )④：0 + an(2)匀晶转变；共析转变(3)合金①在1点以上全部为液相,冷至1点时开始从液相中析出丫固溶体至2点结束,2〜3点之间合金全部由T固溶体所组成,3点以下,开始从T固溶体中析出a固溶体,冷至4点时合金全部由a固溶体所组成,4〜5之间全部由a固溶体所组成,冷到5 点以下,由于a 固溶体的浓度超过了它的溶解度限度,从a中析出第二相B固溶体,最终得到室稳下的显微组织：a + B n11.有形状、尺寸相同的两个Cu-Ni合金铸件,一个含90% Ni ,另一个含50% Ni,铸后自然冷却,问哪个铸件的偏析较严重答：含50% Ni的Cu-Ni合金铸件偏析较严重.在实际冷却过程中,由于冷速较快,使得先结晶局部含高熔点组元多,后结晶局部含低熔点组元多,由于含50% Ni的Cu-Ni合金铸件固相线与液相线范围比含90% Ni铸件宽,因此它所造成的化学成分不均匀现象要比含90% Ni 的Cu-Ni合金铸件严重.第四章铁碳合金1.何谓金属的同素异构转变试画出纯铁的结晶冷却曲线和晶体结构变化图答：由于条件〔温度或压力〕变化引起金属晶体结构的转变,称同素异构转变.S4 3210987 654321时间2.为什么丫-Fe和a-Fe的比容不同一块质量一定的铁发生〔丫-Fe - a-Fe 〕转变时, 其体积如何变化答：由于丫-Fe和a-Fe原子排列的紧密程度不同,丫-Fe的致密度为74%,a-Fe的致密度为68%,因此一块质量一定的铁发生〔丫-Fe - a -Fe 〕转变时体积将发生膨胀.3.何谓铁素体〔F〕,奥氏体〔A〕,渗碳体〔FesC〕,珠光体〔P〕,莱氏体〔Ld〕 ?它们的结构、组织形态、性能等各有何特点答：铁素体〔F〕:铁素体是碳在Fe中形成的间隙固溶体,为体心立方晶格.由于碳在Fe中的溶解度、很小,它的性能与纯铁相近.塑性、韧性好,强度、第11页共50页硬度低.它在钢中一般呈块状或片状.奥氏体〔A〕:奥氏体是碳在片中形成的间隙固溶体,面心立方晶格.因其品格间隙尺寸较大,故碳在Fe中的溶解度较大.有很好的塑性.渗碳体〔FesC〕:铁和碳相互作用形成的具有复杂品格的间隙化合物.渗碳体具有很高的硬度,但塑性很差,延伸率接近于零.在钢中以片状存在或网络状存在于晶界.在莱氏体中为连续的基体,有时呈鱼骨状.珠光体〔P〕:由铁素体和渗碳体组成的机械混合物.铁素体和渗碳体呈层片状.珠光体有较高的强度和硬度,但塑性较差.莱氏体〔Ld〕:由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物.在莱氏体中,渗碳体是连续分布的相,奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体基体上.由于渗碳体很脆,所以莱氏体是塑性很差的组织.4.Fe-FesC合金相图有何作用在生产实践中有何指导意义又有何局限性答：①碳钢和铸铁都是铁碳合金,是使用最广泛的金属材料.铁碳合金相图是研究铁碳合金的重要工具,了解与掌握铁碳合金相图,对于钢铁材料的研究和使用,各种热加工工艺的制订以及工艺废品原因的分析等方面都有重要指导意义.②为选材提供成分依据：F Fe3c相图描述了铁碳合金的组织随含碳量的变化规律, 合金的性能决定于合金的组织,这样根据零件的性能要求来选择不同成分的铁碳合金；为制定热加工工艺提供依据：对铸造,根据相图可以找出不同成分的钢或铸铁的熔点,确定铸造温度；根据相图上液相线和固相线间距离估计铸造性能的好坏. 对于锻造：根据相图可以确定锻造温度.对焊接: 根据相图来分析碳钢焊缝组织,并用适当热处理方法来减轻或消除组织不均匀性；对热处理：F Fe3c相图更为重要,如退火、正火、淬火的加热温度都要参考铁碳相图加以选择.③由于铁碳相图是以无限缓慢加热和冷却的速度得到的,而在实际加热和冷却通常都有不同程度的滞后现象.5.画出Fe-Fe s C 相图,指出图中S、C、E、P、N、G 及GS、SE、PQ、PSK 各点、线的意义,并标出各相区的相组成物和组织组成物V1段.口1 0. Q. b 1. 2.0 2,143.0i. 0 4. 355 自.6. 69+ C的FeSC 1539140012001UQQHDU600C:共晶点1148c 4.30%C,在这一点上发生共晶转变,反响式：Lc A E Fe a C ,当冷到1148c时具有C点成分的液体中同时结晶出具有E点成分的奥氏体和渗碳体的两相混合物——莱氏体Le A E Fe3CE:碳在Fe中的最大溶解度点1148c2.11%CG:Fe Fe同素异构转变点〔A3〕912C 0%CH:碳在Fe中的最大溶解度为1495c 0.09%CJ:包品转变点1495c 0.17%C在这一点上发生包品转变,反响式：L BH A J当冷却到1495c时具有B点成分的液相与具有H点成分的固相6反响生成具有J 点成分的周相AN:FeFe同素异构转变点〔A4〕1394c 0%CP:碳在Fe中的最大溶解度点0.0218%C 727cS:共析点727c 0.77%C在这一点上发生共析转变,反响式：A s F p Fe3C ,当冷却到727c时从具有S点成分的奥氏体中同时析出具有P点成分的铁素体和渗碳体的两相混合物一一珠光体P 〔F p Fe3C〕ES线：碳在奥氏体中的溶解度曲线,又称Acm温度线,随温度的降低,碳在奥化体中的溶解度减少,多余的碳以Fe3c形式析出,所以具有0.77%〜2.11%C的钢冷却到Acm线与PSK线之间时的组织A Fe3C n ,从A中析出的Fe3c称为二次渗碳体.GS线：不同含碳量的奥氏体冷却时析出铁素体的开始线称A3线,GP线那么是铁素体析出的终了线,所以GSP区的显微组织是F AoPQ线：碳在铁素体中的溶解度曲线,随温度的降低,碳在铁素体中的溶解度减少, 多余的碳以Fe3c形式析出,从F中析出的Fe3c称为三次渗碳体Fe s Cw ,由于铁素体含碳很少,析出的FesCw很少,一般忽略,认为从727c冷却到室温的显微组织不变.PSK线：共析转变线,在这条线上发生共析转变A S F P Fe s C ,产物〔P〕珠光体,含碳量在0.02〜6.69%的铁碳合金冷却到727c时都有共析转变发生.6.简述Fe-Fe^C相图中三个根本反响：包晶反响,共晶反响及共析反响,写出反响式,标出含碳量及温度.答：共析反响：冷却到727c时具有S点成分的奥氏体中同时析出具有P点成分的铁素体和渗碳体的两相混合物.Y 0.8 727?F0.02+Fe3c6.69包品反响：冷却到1495c时具有B点成分的液相与具有H点成分的固相6反响生成具有J 点成分的固相Ao L0.5+ 6 0.11495? Y 0.16共晶反响：1148c时具有C点成分的液体中同时结晶出具有E点成分的奥氏体和渗碳体的两相混合物.L4.3 1147?2 2.14+ F63C6.697.何谓碳素钢何谓白口铁两者的成分组织和性能有何差异答：碳素钢：含有0.02%~2.14%C的铁碳合金.白口铁：含大于2.14%C的铁碳合金.碳素钢中亚共析钢的组织由铁素体和珠光体所组成,其中珠光体中的渗碳体以细片状分布在铁素体基体上,随着含碳量的增加,珠光体的含量增加,那么钢的强度、硬度增力口,塑性、韧性降低.当含碳量到达0.8%时就是珠光体的性能.过共析钢组织由珠光体和二次渗碳体所组成,含碳量接近 1.0%时,强度到达最大值,含碳量继续增加,强度下降.由于二次渗碳体在晶界形成连续的网络,导致钢的脆性增加.白口铁中由于其组织中存在大量的渗碳体,具有很高的硬度和脆性,难以切削加工.8.亚共析钢、共析钢和过共析钢的组织有何特点和异同点.答：亚共析钢的组织由铁素体和珠光体所组成.其中铁素体呈块状.珠光体中铁素体与渗碳体呈片状分布.共析钢的组织由珠光体所组成.过共析钢的组织由珠光体和二次渗碳体所组成,其中二次。
工程材料习题集参考答案(第一章)
习题集部分参考答案吴超华老师提供1工程材料的分类与性能思考题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。
答：σe: 弹性极限，试样发生最大弹性变形时对应的应力值。
σs: 屈服强度（屈服点），试样拉伸中载荷达到S点后，发生屈服现象，S点对应的应力值称为屈服强度。
σ0.2: 试验产生0.2%的残余塑性变形时对应的屈服强度σb: 抗拉强度，试样在断裂前所能承受的最大应力。
σ-1: 疲劳强度，材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。
δ: 伸长率，试样拉断后的标距伸长量与原始标距之比。
φ: 收缩率，试样拉断处横截面积的收缩量与原始横截面积之比。
α冲击韧性，材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。
KV：HRC: 洛氏硬度，在洛氏硬度计上，将顶角为1200的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬硬钢球压头在一定载荷F的作用下压入被测材料的表面，然后根据压痕的深度来测量所得的硬度值。
HV: 维氏硬度，将顶角为1360的正四棱锥金刚石压头以一定的载荷压入试样表面并保持一定的时间后卸除试验力，所使用的载荷与试样表面上形成的压痕的面积之比。
HBS: 布氏硬度，用一直径为D的标准钢球,以一定压力P将球在被测金属表面上经T 秒后，撤去压力，由于塑性变形,在材料表面形成一个凹印，用这个凹印的球形面积去除压力P，由所得值表示材料硬度。
2.低碳钢试验在受到静拉力作用直至拉断时经过怎样的变形过程？答：先是弹性变形阶段（Oe段）；然后是屈服阶段（es段）；再是强化阶段（sb段）；最后是缩颈阶段（bk段）。
如图1所示。
3.3. 通常把工程材料分为哪几类？各举二个例子。
答：工程材料一般分为金属材料、非金属材料和复合材料。
金属材料如汽车发动机的缸体、连杆、活塞和气门等。
非金属材料如各种塑料（公交车上的塑料座椅、汽车驾驶台的塑料面板和各种塑料玩具等）、橡胶（汽车轮胎、密封条等）、陶瓷（花瓶、唐三彩、瓷碗等）。
复合材料如碳纤维、玻璃钢和风力机叶片等。
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2-9 已知Ag 的原子半径为0.144nm ，求其晶格常数。
解：Ag 为面心立方晶格，在<1 1 0>晶向上原子相邻密堆，因此晶格常数满足： r a 42=，其中r 为原子半径 ∴晶格常数为：nm nm r c b a 407.0144.024
24
=×====
3－10 何谓合金的组织组成物及相组成物？指出ω(Sn)=30%的Pb －Sn 合金在183℃下全部结晶完毕后的组织组成物及相组成物，并利用杠杆定律计算它们的质量分数？
答：(1)组织组成物：泛指合金组织中那些具有确定性质和特殊形态并在显微镜
下能明显区分的各组成部分，也可称为组织成分。
相组成物：指显微组织中所包含的相，也可称为相组分
(2) ω(Sn)=30%的Pb －Sn 合金在183℃下全部结晶完毕后的组织组成物为：初生α相，(α＋β)共晶相；相组成物为：α相与β相。
根据杠杆定律，合金在183℃下的组织组成物的质量分数为：
％％＝－－％＝＝相初生36.7410019
9.61309.61100××ME CE αω
％％＝－－％＝＝）共晶相＋（64.2510019
9.611930100××ME MC βαω 或者 ％＝相初生共晶相64.251)(αβαωω−=+
相组成物的质量分数为：
%99.85%100195.97305.97%100=×−−=×=MN
NC αω %01.14%100195.971930%100=×−−=×MN MC ＝βω 或者%01.14%99.8511=−=−=αβωω。