工程材料学课后习题答案
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。
其缺点是：因压痕较小，对组织比较粗大且不均匀的材料，测得的结果不够准确；此外，用不同标尺测得的硬度值彼此没有联系，不能直接进行比较。
华科工程材料学习题(含答案)
工程材料学习题绪论、第一章一．填空题1.纳米材料是指尺寸在0.1—100nm之间的超细微粒,与传统固体材料具有一些特殊的效应，例如表面与界面效应、尺寸效应和量子尺寸效应。
（体积效应、宏观量子隧道效应）2.固体物质按其原子(离子、分子)聚集的组态来讲,可以分为晶体和非晶体两大类。
3.工程材料上常用的硬度表示有布氏硬度（HB)、洛氏硬度（HR）、维氏硬度（HV）、肖氏硬度（HS）以及显微硬度等.4.在工程材料上按照材料的化学成分、结合键的特点将工程材料分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料以及复合材料等几大类.5.结合键是指在晶体中使原子稳定结合在一起的力及其结合方式.6.材料的性能主要包括力学性能、物理化学性能和工艺性能三个方面。
7.金属晶体比离子晶体具有较强的导电能力。
8.低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、弹塑性变形和断裂三个阶段。
9.金属塑性的指标主要有伸长率和断面收缩率两种。
二．选择题1.金属键的特点是B:A．具有饱和性B。
没有饱和性 C. 具有各向异性D。
具有方向性2.共价晶体具有A：A。
高强度B。
低熔点 C. 不稳定结构D。
高导电性3.决定晶体结构和性能最本质的因素是A：A。
原子间的结合力 B. 原子间的距离C。
原子的大小 D. 原子的电负性4.在原子的聚合体中，若原子间距为平衡距离时，作规则排列，并处于稳定状态，则其对应的能量分布为：BA. 最高B。
最低 C. 居中 D. 不确定5.稀土金属属于B：A。
黑色金属 B. 有色金属 C. 易熔金属 D. 难熔金属6.洛氏硬度的符号是B：A．HB B。
HR C。
HV D.HS7. 表示金属材料屈服强度的符号是B。
A. σe B. σs C。
σB。
D. σ—1 8。
下列不属于材料的物理性能的是D：A. 热膨胀性B。
电性能 C. 磁性能 D. 抗氧化性三．判断题1。
物质的状态反映了原子或分子之间的相互作用和他们的热运动.√2。
用布氏硬度测量硬度时，压头为钢球，用符号HBS表示。
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8.低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、 和断裂三个阶段。
9.金属塑性的指标主要有 _伸长率
率两种。
二. 选择题
1.金属键的特点是B:
A.具有饱和性B.没有饱和性C.
D.具有方向性
2.共价晶体具有__A:
A.高强度B.低熔点C.不稳定结构 电性
3.决定晶体结构和性能最本质的因素是A:
A.原子间的结合力B.原子间的距离C.原子的大
小D.原子的电负性
4.在原子的聚合体中，若原子间距为平衡距离时，作规则排
列，并处于稳定状态，则其对应的能量分布为：B
A.最高B.最低C.居中D.不确定
5.稀土金属属于B:
A.黑色金属B.有色金属C.易熔金属D.难
熔金属
6.洛氏硬度的符号是__B:
A.HB B. HR C. HV D.HS
o=1Omm,经拉伸实验测得其伸长率35、渝均为25%,
试样拉断时标距长度。
5.3与书两个性能指标，那个表征材料的塑性更准确？塑性 指标在工程上有哪些实际意义？
6.a指标有什么实用意义？
7.比较布氏、洛氏、维氏硬度的测量原理及应用范围。
8.在零件设计中必须考虑的力学性能指标有哪些？为什
么？
第二章
一.填空题
同D.与Zn相同
5.在面心立方中，原子密度最大的晶向是A
A.<110>B.<100>C.<111>D.<112>
6.在体心立方中，原子密度最大的晶面是B
A.{100} B. {110} C. {111} D. {112}
7.每个体心立方晶胞中包含有B个原子
A.1B.2C.3D.4
工程材料学课程习题及答案重点
工程材料习题一、晶向、晶面指数习题在立方晶系的单位晶胞上作图表示(1 1 1)、(1 1 0)、(1 0 0) 晶面和[1 1 1]、[1 1 0]、[0 0 1]、[1 0 0]、[0 1 0] 晶向。
二、Fe-C 相图类提示 Fe-C 相图是确定钢热处理、铸造、锻造、焊接加热工艺的依据，应熟练掌握相图的绘制、不同成分钢的冷却相变过程及室温组织。
习题 画出 Fe-Fe 3C 合金相图 （要求标明B 、E 、C 、F 、P 、S 点的成分及共晶线和共析线的温度），分析含碳量0.4% （0.7%、0.77%、1.0% ）的铁碳合金从液态缓冷到室温时的结晶过程（要利用文字和冷却曲线加以说明），画出室温组织的示意图并利用杠杆定律计算其组织组成物的相对质量分数。
分析 Fe-Fe 3C 相图看似复杂，但若掌握规律就容易了。
相图由包晶相变、共晶相变、共析相变三部分组成。
绘制时应先绘制三条水平线、确定水平线的温度及每条线上的三个成分点，然后再连接其余曲线即可。
Fe-C 相图含碳量分为亚共析钢（0.0218% ≤ C ＜0.77% ）、共析钢（0.77% C ）和过共析钢（0.77 % ＜C ≤ 2.11%）三大类型，其区别在于有先共析铁素体析出、无先共析铁素体和无二次渗碳体析出、有二次渗碳体析出。
解1、铁碳相图Fe-C 相图见图1.0，要求各相区、线、字母、温度要准确。
2、共析钢（0.77%C ） （1）结晶过程分析冷却曲线见图2.1。
在Fe-C 相图中要画出表示合金成分的垂线（图中虚线）；冷却曲线中要标明交点及点的顺序；冷却曲线点的顺序要和相图中垂线一致，恒温转变为水平线。
1点以上：液态；1-2点：匀晶转变析出奥氏体，L → γ ； 2-3点：γ降温阶段，无组织变化；3-3 /点：奥氏体发生共析转变，转变为珠光体，C Fe 72730218.077.0+α−−−→−γ℃（P ）；图1.0 Fe-Fe 3C 合金相图Fe 3CFeC%温度/℃3 / 点到室温，从铁素体中析出少量三次渗碳体Fe 3C Ⅲ。
工程材料学习题与辅导答案
工程材料学习题与辅导答案工程材料学习题与辅导答案工程材料是工程领域中至关重要的一部分，它涉及到各种各样的材料，如金属、陶瓷、高分子材料等。
学习工程材料需要掌握一定的理论知识，并且能够运用这些知识解决实际问题。
下面将提供一些工程材料学习题及其辅导答案，希望对学习者有所帮助。
1. 什么是晶体结构？请简要描述晶体结构的几种常见类型。
答：晶体结构是指由原子、离子或分子组成的结晶体中，这些原子、离子或分子的排列方式。
晶体结构的常见类型包括：立方晶系、正交晶系、单斜晶系、菱面晶系、三斜晶系和六方晶系。
立方晶系具有等长的边和直角，如立方体；正交晶系具有等长的边和直角，但边长可以不相等；单斜晶系具有等长的边和直角，但边长可以不相等，并且有一个斜角；菱面晶系具有等长的边和等角，但不是直角；三斜晶系具有不等长的边和不等角；六方晶系具有等长的边和等角。
2. 什么是晶格常数？如何计算晶格常数？答：晶格常数是指晶体中晶胞的尺寸，通常用a、b、c表示。
晶格常数的计算方法取决于晶体的结构类型。
对于立方晶系的晶体，晶格常数可以通过测量晶体的晶胞边长得到。
对于其他晶系的晶体，晶格常数可以通过测量晶胞的边长和角度来计算。
3. 什么是晶体缺陷？请列举几种常见的晶体缺陷。
答：晶体缺陷是指晶体中的结构缺陷或组成缺陷。
晶体缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。
常见的晶体缺陷包括：点缺陷有空位、间隙原子、替代原子和杂质原子；线缺陷有位错和螺旋位错；面缺陷有晶界和孪晶。
4. 什么是材料的力学性能？请简要描述材料的强度、硬度和韧性。
答：材料的力学性能是指材料在外力作用下的表现。
强度是指材料抵抗外力破坏的能力，通常用抗拉强度来表示；硬度是指材料抵抗划伤或穿刺的能力，通常用洛氏硬度或布氏硬度来表示；韧性是指材料抵抗断裂的能力，通常用断裂韧性来表示。
5. 什么是金属的晶体结构？请简要描述几种常见的金属晶体结构。
答：金属的晶体结构是指金属中原子的排列方式。
高教版配东南大学工程材料习题参考答案
高教版配东南大学工程材料习题参考答案工程材料习题参考答案第一章.习题参考答案 1-1、名词解释1、σb抗拉强度---金属材料在拉断前的最大应力，它表示材料对最大均匀塑性变形的抗力。
2、σs屈服强度----表示材料在外力作用下开始产生塑性变形的最低应力，表示材料抵抗微量塑性变形的能力。
3、σ屈服强度----试样产生%残余应变时的应力值为该材料的条件屈服。
4、δ伸长率----塑性的大小用伸长率δ表示。
5、HBS布氏硬度---以300Kg的压力F将直径D的淬火钢球压入金属材料的表层，经过规定的保持载荷时间后，卸除载荷，即得到一直径为d的压痕。
6、HRC洛氏硬度---是以120o 的金刚石圆锥体压头加上一定的压力压入被测材料，根据压痕的深度来度量材料的软硬，压痕愈深，硬度愈低。
7、σ﹣1---表示当应力循环对称时，光滑试样对称弯曲疲劳强度。
8、K1C ---应力强度因子的临界值。
1-2、试分别讨论布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度适用及不适用于什么场合？ 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。
不适用于太薄、太硬的材料。
2、洛氏硬度适用于检测较薄工件或表面较薄的硬化层的硬度。
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、维氏硬度适用于零件表面薄硬化层、镀层及薄片材料的硬度。
不适用于退火和正火及整体淬火工件。
第二章.习题参考答案 2-1、名词解释1、晶体---指原子按一定的几何形状作有规律的重复排列的物体。
2、 2、非晶体---组成物质的原子是无规律、无次序地堆聚在一起的物体。
3、单晶体---结晶方位完全一致的晶体。
4、多晶体---多晶粒组成的晶体结构。
5、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---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。
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 。
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3、是非题
1 ） × ； 2） × ； 3 ） × ； 4 ） × ； 5 ） √ ； 6 ） √ ；7 ） × ；
P33
2.综合分析题 2.综合分析题
1)正火目的:均匀组织，降低硬度，改善切 正火目的:均匀组织，降低硬度， 削性能 调质处理:获得索氏体组织， 调质处理:获得索氏体组织，使钢具有综合 力学性能 高频淬火及回火： 高频淬火及回火：使表面获得回火马氏体 组织，提高表面的硬度和耐磨性能， 组织，提高表面的硬度和耐磨性能，抗疲 劳性能
27)a27)a-单液淬火 M+A’ b-分级淬火 M+A’ c-油冷淬火 T+M+A’ d-等温淬火 下B e-正火 S f-完全退火 P g-等温退火 P
5-29) 1)再结晶退火 1)再结晶退火 2)扩散退火 2)扩散退火 3)完全退火 3)完全退火 4)球化退火 4)球化退火 5-30) 700℃ F+P 700℃ 760 ℃ F+M 840 ℃ M 粗大M+A’ 1100 ℃: 粗大M+A’
4. 选择题 1~5:bbbba 6~10: bbcbb 11~15: daccb 16~20: cbaba 21~26:accca;
p14
5综合分析题 4）题 （1）金属模浇注晶粒尺寸小于砂模浇注，原因是 金属模冷却速度大，过冷度大，形核率高。 （2）变质处理晶粒细小，原因是变质处理增加了 非自发形核率，促进形核； （3）铸成薄件晶粒细小，原因是薄件散热速度大， 增加形核率； （4）采用振动晶粒细小，振动打碎粗大枝晶，促 进非均匀形核。
5-32) 回火S 1)AC3+30~50 ℃ 高温回火 回火S 回火T 2) AC3+30~50 ℃ 中温回火 回火T 回火M 3) AC1+30~50 ℃ 低温回火 回火M 5-43):T10工艺路线:锻造----热处理-----机加工--------热处理 热处理名称: 1) 热处理名称:球化退火 最终热处理:淬火+ 2) 最终热处理:淬火+低温回火 使用状态组织:回火M+Fe3C+A’ 使用状态组织:回火M+Fe3C+A’
工程材料课后题答案
第一章6、实际金属晶体中存在哪些缺陷？它们对性能有什么影响？答：点缺陷：空位、间隙原子、异类原子。
点缺陷造成局部晶格畸变，使金属的电阻率、屈服强度增加，密度发生变化。
线缺陷：位错。
位错的存在极大地影响金属的机械性能。
当金属为理想晶体或仅含极少量位错时，金属的屈服强度σs很高，当含有一定量的位错时，强度降低。
当进行形变加工时，为错密度增加，σs将会增高。
面缺陷：晶界、亚晶界。
亚晶界由位错垂直排列成位错墙而构成。
亚晶界是晶粒内的一种面缺陷。
在晶界、亚晶界或金属内部的其他界面上，原子的排列偏离平衡位置，晶格畸变较大，位错密度较大（可达1016m-2以上）。
原子处于较高的能量状态，原子的活性较大，所以对金属中的许多过程的进行，具有极为重要的作用。
晶界和亚晶界均可提高金属的强度。
晶界越多，晶粒越细，金属的塑性变形能力越大，塑性越好。
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。
固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。
晶格畸变随溶质原子浓度的提高而增大。
晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。
9、间隙固溶体和间隙相有什么不同？答：合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之一相同的固相称为间隙固溶体。
间隙固溶体中溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。
间隙固溶体的晶体结构与溶剂相同。
间隙相是间隙化合物中的一种，其晶体结构不同于组成它的任意元素的晶体结构，一般是较大金属元素的原子占据晶格的结点位置，半径较小的非金属元素的原子占据晶格的间隙位置，晶体结构简单，间隙相一般具有高熔点、高硬度，非常稳定，是合金的重要组成相。
第二章1、金属结晶的条件和动力是什么?答：液态金属结晶的条件是金属必须过冷，要有一定的过冷度。
液体金属结晶的动力是金属在液态和固态之间存在的自由能差(ΔF)。
2、金属结晶的基本规律是什么?答：液态金属结晶是由生核和长大两个密切联系的基本过程来实现的。
工程材料学庞国星课后习题答案
以下仅本人鄙见、收集整理，有错之出请斧正，仅作参考宋井科2016年10月1-1由拉伸试验可以得出哪些力学性能指标？在工程上这些指标是怎样定义的？答：由拉伸试验可以得出弹性、强度、塑性等指标。
弹性极限：材料产生完全弹性变形时所能承受的最大应力值。
屈服强度：材料开始产生明显塑性变形时的最低应力值，抗拉强度：试样拉断前所能承受的最大应力值。
塑性：材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。
指标为断面伸长率和断面收缩率。
断后伸长率：指试样拉断后标距长度的残余伸长与原始标距之比的百分率。
断面收缩率：指断裂后试样横截面积的最大收缩量与原始横截面积之的百分率比。
1-2．有一d0=10mm，L0=50m m的低碳钢比例试样，拉伸试验时测得F s=20.5k N，F b=31.5k N，d1=6.25m m,L1=66mm,试确定此钢材的σs、σb、、ψ、δ。
1．解：σs=F s/A0，A0=π/4×d02=78.5mm2，σs=20.5×1000／π/4×100=261M p a；σb=F b/A0，A0=π/4×d02，σb=31.5×1000／π/4×100=401M p a；δ=(L1－L0)/L0×100%=（66－50）／50×100%=32%；ψ=(A0－A1)/A0×100%，A1=π/4×d12=30.7m m2=（78.5－30.7）／78.5×100%=61%1-3下列各种工件应该采用何种硬度试验方法来测定其硬度？（1）锉刀（2）黄铜轴套（3）硬质合金刀片（4）供应状态的各种碳钢钢材（5）耐磨工件的表面硬化层锉刀：H R C，黄铜轴套：H B、供应状态的各种非合金钢材：H B、硬质合金刀片：H V：、耐磨工件的表面硬化层：H R C（H R A）、调质态的机床主轴：H B、H R C、H R B。
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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。
华科工程材料学习题(含答案)
工程材料学习题绪论、第一章一．填空题1.纳米材料是指尺寸在0.1-100nm 之间的超细微粒，与传统固体材料具有一些特殊的效应，例如表面与界面效应、尺寸效应和量子尺寸效应。
（体积效应、宏观量子隧道效应）2.固体物质按其原子(离子、分子)聚集的组态来讲，可以分为晶体和非晶体两大类。
3.工程材料上常用的硬度表示有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）、维氏硬度（HV）、肖氏硬度（HS）以及显微硬度等。
4.在工程材料上按照材料的化学成分、结合键的特点将工程材料分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料以及复合材料等几大类。
5.结合键是指在晶体中使原子稳定结合在一起的力及其结合方式 .6.材料的性能主要包括力学性能、物理化学性能和工艺性能三个方面。
7.金属晶体比离子晶体具有较强的导电能力。
8.低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、弹塑性变形和断裂三个阶段。
9.金属塑性的指标主要有伸长率和断面收缩率两种。
二．选择题1.金属键的特点是B：A．具有饱和性 B. 没有饱和性 C. 具有各向异性 D. 具有方向性2.共价晶体具有 A ：A. 高强度B. 低熔点C. 不稳定结构D. 高导电性3.决定晶体结构和性能最本质的因素是 A ：A. 原子间的结合力B. 原子间的距离C. 原子的大小D. 原子的电负性4.在原子的聚合体中，若原子间距为平衡距离时，作规则排列，并处于稳定状态，则其对应的能量分布为：BA. 最高B. 最低C. 居中D. 不确定5.稀土金属属于 B ：A. 黑色金属B. 有色金属C. 易熔金属D. 难熔金属6.洛氏硬度的符号是 B ：A．HB B. HR C. HV D.HS7. 表示金属材料屈服强度的符号是 B 。
A. σeB. σsC. σB.D. σ-18.下列不属于材料的物理性能的是 D ：A. 热膨胀性B. 电性能C. 磁性能D. 抗氧化性三．判断题1. 物质的状态反映了原子或分子之间的相互作用和他们的热运动。
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。
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第一章钢得合金化基础1、合金钢就是如何分类得？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, 铁素体稳定化得元素有哪些？奥氏体稳定化元素, 主要就是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),其形成碳化物得规律如何？1) 碳化物形成元素: Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr、Mn、Fe等(按形成得碳化物得稳定性程度由强到弱得次序排列) ,在钢中一部分固溶于基体相中,一部分形成合金渗碳体, 含量高时可形成新得合金碳化物。
2) 形成碳化物得规律a) 合金渗碳体—— Mn与碳得亲与力小,大部分溶入α-Fe或γ-Fe中,少部分溶入Fe3C中,置换Fe3C中得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 等与碳亲与力较强时i、当rc/rMe<0、59时,碳得直径小于间隙,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,碳得直径大于间隙,原金属点阵变形,形成复杂点阵碳化物。
★4、钢得四种强化机制如何？实际提高钢强度得最有效方法就是什么？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:有沉淀强化与弥散强化,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。
有效方法:淬火+回火,钢淬火形成马氏体,马氏体中溶有过饱与C与Fe元素,产生很强得固溶强化效应,马氏体形成时还产生高密度位错,位错强化效应很大;R-M就是形成许多极细小得取向不同得马氏体,产生细晶强化效应。
因此淬火马氏体具有很高强度,但脆性很大,淬火后回火,马氏体中析出碳化物粒子,间隙固溶强化效应虽然大大减小,但产生很强得析出强化效应,由于基体上保持了淬火时细小晶粒,较高密度得位错及一定得固溶强化作用,所以回火马氏体仍具有很高强度,并且因间隙固溶引起得脆性减轻,韧性得到改善。
★5、固溶强化、二次硬化、二次淬火、回火稳定性得含义。
1) 固溶强化:当溶质原子溶入基体金属形成固溶体能强化金属。
2) 二次硬化:在含Mo、W、V较多得钢中, 回火后得硬度随回火温度得升高不就是单调降低, 而就是在某一温度后硬度反而增加, 并在某一温度(一般为550℃左右)达到峰值。
这种在一定回火温度下硬度出现峰值得现象称为二次硬化3) 二次淬火:通过某种回火之后,淬火钢得硬度不但没有降低,反而有所升高,这种现象称为二次淬火。
4) 回火稳定性:合金元素在回火过程中推迟马氏体分解与残余奥氏体转变,提高Fe得再结晶温度,使碳化物难以聚集长大得弥散度提高了钢对回火软化得抗力即提高了回火稳定性。
★6、何谓第一类、第二类回火脆,如何消除及预防？1) 第一类回火脆:250-300℃片状碳化物在马氏体边界上析出,破坏了马氏体间得连接,使脆性增大,就是由相变机制本身决定得,不能消除,只能避免,不可逆。
2) 第二类回火脆:450-600℃杂质及本身在原晶界偏聚,(Mn、Cr、Ni钢)降低晶界结合力,使脆性增加。
消除方法:1) Mo或W能阻止,推迟杂质往晶界偏移,可消除第二类回火脆。
2) 高温回火、快冷3) 尽量减少杂质元素含量(S、P)7、如何提高钢得韧性？1) 细化晶粒: Ti,V,Nb,Al 阻碍晶粒长大,使晶面积↑,裂纹阻力大;2) 改善基本得韧性:置换使强↑,韧↓,但Ni元素却相反,Ni置换改变位错运动得特点,使其容易绕过某些障碍,避免产生应力集中,使基体韧性↑,Ni＞13％,消除Tk,低温用钢—高Ni钢(Mn);3) 提高回火稳定性: 间隙固溶,位↑ →应力,脆性↑,提高回火稳定性,(可提高T回),可以在获相同得强度条件下提T回, 充分地降低固溶度,位错,应力;4) 细化碳化物: 碳化物自身断裂;成为核心;粗大得碳化物使裂纹易扩展。
细化碳化物、均匀、弥散分布对强度韧性有利。
5) 控制非金属夹杂与杂质元素: Mo,W 能抑制杂质元素在晶界偏聚。
8、材料变形得一般规律。
韧性就是指材料对断裂得抗力→形成,扩大→延性断裂,解理断裂,沿晶断裂。
1) 韧性断裂:弹性变形、屈服、塑性变形、颈缩、断裂i、延性断裂:核心→孔洞→长大,汇合→导致断裂;ii、解理断裂:低温,高加载速度,金属塑性差;iii、沿晶断裂:晶界上元素,第二相(脆性相)2) 脆性断裂:少量弹性变形,瞬间断裂9、合金元素对过冷奥氏体转变得影响。
除Co外,均使C曲线右移,增大稳定性,使孕育期增大,淬透性增加。
常用提高淬透性元素有:Cr,Mn,Mo,Si,Ni等五种。
10、合金元素就是如何提高钢得回火稳定性得,哪些较强？由于Me与C得作用,大多数C扩散↓,而相得回火转变又与C得扩散有关。
因此,M在回火过程中:推M分解,A’转变温度T,提高α得再结晶温度;使碳化物难以聚集长大,而保持较大得弥散程度。
因此提高了钢得回火软化得抗力,即提高了钢得回火稳定性。
使得钢在相同回火T 下,具有高硬度与强度;也可使回火T升高,保证强度得同时使韧性提高(结构钢)。
提高回火稳定性较强得元素: V,Si,Mo,W,Ni,Mn,Co第二章工程构件用钢1、低碳钢板采用冷轧工艺时,为何出现表面褶皱？由于屈服变形集中在局部地区少数滑移带上,所以必然引起滑移台阶高度增大、使试样表面有明显滑移线,表面出现褶皱。
★2、淬火时效、应变时效、钝化效应含义。
1) 淬火时效:构件用钢在加热到Ac1以上进行淬火(快冷)后,在放置过程中,其强度、硬度增高,塑性、韧性下降,并提高钢得脆性转折温度,这种现象称为淬火时效。
2) 应变时效:构件用钢经塑性变形后,在放置过程中,其强度、硬度增高,塑性、韧性下降,并提高钢得脆性转折温度,这种现象称为应变时效。
3) 钝化效应:指通过改变钢表面状态而造成基体金属表面部分电极电势升高得现象。
3、构件用钢得大气腐蚀效应。
在一块钢板里构成有许多微小得原电池,从而引起钢板腐蚀得现象。
4、常见得焊接脆性有哪些？马氏体转变脆性凝固脆性热影响区得时效脆性焊接后加热脆性5、碳钢中常存杂质元素对钢性能有何影响？1) Mn:有益元素,来源于炼钢材料,改善钢得质量。
2) Si:有益元素,改善钢得质量,脱氧。
3) S: 有害元素,来源于炼钢中得矿石与燃料,当钢在1000-1200℃进行加工时,热脆。
控制S含量,用Mn去S。
4) P:一般有害,矿石带入,P溶于Fe中,硬度↑,低温严重→冷脆。
5) N:O有害,机械性能下降,氧化物夹杂使疲劳强度降低;H有害,引起氢脆、白点;N有害,使强硬度升高,塑性降低。
总之,杂质元素对钢材得性能与质量影响很大,必须严格控制在牌号规定得范围内。
★6、碳钢常见得分类方法有哪些？试说明20钢、45、60、Q215-A钢、Q215-B钢、T8钢、T10A钢、T12钢。
分类方法i、按含碳量:低碳钢、中碳钢、高碳钢ii、按钢得质量:普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢iii、按脱氧程度:沸腾钢、镇静钢iv、按用途:碳素结构钢、碳素工具钢1) 20钢表示Wc=0、20%得优质碳素结构钢2) 45钢表示Wc=0、45%得优质碳素结构钢3) 60钢表示Wc=0、60%得优质碳素结构钢4) Q215-A钢:屈服强度最低值为215MPa得A级镇静钢5) Q215-B钢:屈服强度最低值为215MPa得B级镇静钢6) T8钢:平均Wc=0、80%得碳素工具钢7) T10A钢:平均Wc=1%得A级优质碳素工具钢8) T12钢:平均Wc=1、2%得碳素工具钢7、为什么普低钢(低合金结构钢)用Mn作为主要得合金元素？辅助元素在钢中起什么作用？Mn固溶强化,可使奥氏体分解温度降低,细化了晶粒,使P变细,消除晶界上得粗大片状碳化物,提高钢得强度与韧性。
Nb、V、Ti强化物形成元素,在钢中形成细碳化物,阻碍钢热轧时奥氏体晶粒长大。
细化晶粒,析出、强化作用,强韧化提高。
8、试说明16Mn、15MnVN中合金元素得作用。
1) Mn固溶强化,可使奥氏体分解温度降低,细化了晶粒,时P变细,消除晶界上得粗大片状碳化物,提高钢得强度与韧性。
2) V作用:沉淀强化,细化晶粒。
3) N作用:与V形成主要氮化物细化晶粒,影响塑性、韧性,可提高强度。
第三章机器零件用钢1试述渗碳钢得合金化与热处理特点。
合金化特点:1、低C:Wc=0、10-0、25% 保证零件心部有足够高得韧性2、加入提高淬透性得合金元素:Cr,Ni,Mn,B,W→提高心部淬透性,获得低CM、3、细化晶粒:强Ti,V,中CemW,Mo等,形成稳定得合金Cem阻碍长大4、改善渗C得性能:Cem形成元素:使表层C↑,心部C↓, 陡,C扩散受阻非Cem形成元素:Ni表层C↓,心部C↑,平缓,加速C扩散但Si使表层加入C困难,使渗C速度降低,所以渗C钢中不加SiMe元素在钢中得作用并不单一,而就是多重性:Cr→提高淬透性,细化晶粒,提高渗C得浓度,与Ni作用改善渗C分布Ni,Cr为主要元素+其它辅助得元素(Ti,V,W,Mo,B)热处理特点:渗碳钢得热处理一般就是渗碳后直接淬火加低温回火。
★2、试分析20CrMnTi 9SiCr 40CrNiMo 40Cr 60Si2Mn GCr15钢中合金元素得作用1) 20CrMnTi:Cr提高淬透性与回火稳定性,改善钢得耐磨性与解除疲劳抗力;Mn提高淬透性:Ti就是强碳化物形成元素,提高回火稳定性,细化晶粒。
2) 9SiCr:Si提高回火稳定性;Cr提高回火稳定性与淬透性。
3) 40CrNiMo:Cr、Ni、Mo均提高淬透性;Ni固溶强化作用;Mo防止第二类回火脆。
4) 40Cr:Cr提高淬透性与回火稳定性,改善钢得耐磨性与解除疲劳抗力。
5) 60Si2Mn:Si提高回火稳定性; Mn提高淬透性。
6) GCr15:Cr提高淬透性与回火稳定性,改善钢得耐磨性与解除疲劳抗力。