《工程材料》习题集参考答案
工程材料 习题及答案
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，其运动越困难，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？画出结构示意图。
（1）体心立方（bcc）（2）面心立方（fcc）（3）密排六方（hcp）3.按价键结构对材料进行分类，简述各类材料的性能特点。
种类价键结构性能特点金属材料金属键有光泽、塑性、导电、导热、较高强度和刚度无机非金属材料离子键、共价键耐高温、高强、脆、无塑性高分子材料共价键、分子键密度小、热胀性大、耐磨耐腐、易老化复合材料取决于组成物结合键比强度和比模量搞、抗疲劳、高温减震性能好4.简述构成材料的5种化学键及其对一般性能的影响。
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、呈现金属光泽；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。
铁素体由于溶碳量小，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。
工程材料习题集参考答案(第四章)
习题集部分参考答案4合金的结构与相图思考题1.何谓合金？合金中基本的相结构有哪些？答：合金是指两种或两种以上的金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。
合金中基本的相结构有固溶体、金属化合物两类。
2.相组成物和组织组成物有何区别？答：相组成物是指组成合金中化学成分、结构和性能均匀一致的部分。
组织组成物是指显微组织中具有某种形貌特征的独立部分。
两者的区别在于相组成物是不涉及金相形态的。
3.固溶体合金和共晶合金的力学性能和工艺性能有什么特点？答：固溶体晶体结构与组成它的溶剂相同，但由于溶质原子的溶入，造成了晶格畸变，阻碍了晶体滑移，结果使固溶体的强度、硬度提高，且大多固溶体还保持着良好的塑性。
而共晶合金组织为二相混合物时，合金的性能与成分呈直线关系。
当共晶组织十分细密时，硬度和强度会偏离直线关系而出现峰值。
共晶合金熔点低，流动性好，易形成集中缩孔，不易形成分散缩孔，铸造性能较好。
4.合金的结晶必须满足哪几个条件？答：合金的结晶需要满足结构、能量和化学成分三个条件（或者叫三个起伏）。
5.纯金属结晶与合金结晶有什么异同？答：相同点：形成晶核、晶核长大；能量和结构条件。
不同点：合金结晶还需要“化学成分条件”；从结晶的自由度看，纯金属结晶是一个恒温过程，而合金的结晶常常在某个温度范围内进行。
6.固溶体的主要类型有哪些?影响固溶体的结构形式和溶解度的因素有哪些？答：按溶质原子在固溶体(溶剂)晶格中的位置不同可分为置换固溶体和间隙固溶体；按固溶度可分为有限固溶体和无限固溶体；置换固溶体按溶质原子在溶剂晶格中的分布特点可分为无序固溶体和有序固溶体。
影响固溶体的结构形式和溶解度的因素很多，目前比较公认的有①原子尺寸因素；②晶体结构因素；③电负性因素；④电子浓度因素。
7、试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别。
答：固溶强化是由于溶质原子的溶入，造成了晶格畸变，阻碍了晶体滑移，结果使固溶体的强度和硬度增加。
工程材料基础练习题库与答案
工程材料基础练习题库与答案一、单选题（共60题，每题1分，共60分）1、下列组织中，硬度最高的是( )A、渗碳体B、奥氏体C、珠光体D、铁素体正确答案：A2、具有面心立方晶格的铁称为( )A、γ—FeB、δ—FeC、α—FeD、β—Fe正确答案：A3、钢的淬透性主要决定于( )。
A、冷却速度B、尺寸大小C、合金元素D、含碳量正确答案：C4、渗碳体的力学性能特点是( )A、软而韧B、硬而韧C、软而脆D、硬而脆正确答案：D5、钢经调质处理后获得的组织是A、回火屈氏体；B、回火索氏体。
C、回火马氏体正确答案：B6、铁碳合金中，共晶转变的产物称为( )。
A、奥氏体B、莱氏体C、铁素体D、珠光体正确答案：B7、T8钢的最终热处理是( )。
A、渗碳B、淬火+低温回火C、球化退火D、调质正确答案：B8、淬火钢在（300～400）℃ 回火时，可达到最高值的机械性能是( ) （中温回火）A、屈服强度B、塑性C、抗拉强度D、弹性极限正确答案：D9、为消除 T12钢中的网状碳化物, 选用的热处理为。
A、回火B、调质处理C、球化退火D、正火正确答案：C10、亚共析钢室温下的平衡组织都是由( )组成。
A、先析铁素体和珠光体B、铁素体和奥氏体C、渗碳体和铁素体正确答案：A11、固溶体的晶体结构与相同。
A、溶质B、溶剂C、不同于溶剂和溶质的其它晶型D、a、b、c 都有可能正确答案：B12、亚共析钢的含碳量越高，其平衡组织中的珠光体量( )A、不变B、越少C、无规律D、越多正确答案：D13、碳在奥氏体中的最大溶解度为（）A、0.0218%B、4.3%C、2.11%D、0.77%正确答案：C14、共晶反应是指（）A、固相→固相1+固相2B、从一个液相内析出另一个固相C、从一个固相内析出另一个固相D、液相→固相1+固相2正确答案：D15、在可锻铸铁的显微组织中，石墨的形态是( )。
A、片状的B、蠕虫状的C、球状的D、团絮状的正确答案：D16、精密零件为了提高尺寸稳定性，在冷加工后应进行( )。
工程材料第二版习题(1-2)章答案
塑性变形的的物理本质： 塑性变形的的物理本质： 滑移和孪生共同产生的塑性变形。 滑移和孪生共同产生的塑性变形。 P24 滑移是晶体的一部分相对另一部分做整 体刚性移动。孪生是在切应力的作用下， 体刚性移动。孪生是在切应力的作用下，晶 体的一部分相对另一部分沿着一定的晶面 孪生面） （孪生面）产生一定角度的切变
2-13、晶粒大小对金属性能有何影响？细化 13、晶粒大小对金属性能有何影响？ 晶粒方法有哪些？ 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. 在一般情况下,晶粒愈小,则金属的强度.塑 性和韧性愈好. 性和韧性愈好. 细化晶粒是提高金属性能的重要途径之一， 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， 晶粒愈细，强度和硬度愈高，同时塑性韧性 愈好。 愈好。 细化晶粒方法有： 细化晶粒方法有： 增大过冷度； 2.变质处理 变质处理； 3.附加振 增大过冷度； 2.变质处理； 3.附加振 动或搅动等方法； 动或搅动等方法；
5、晶粒 p11 晶粒---每个小晶体具有不规则的颗粒状外形。 ---每个小晶体具有不规则的颗粒状外形 晶粒---每个小晶体具有不规则的颗粒状外形。 何谓空间点阵、晶格、晶体结构和晶胞？ 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， 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？ 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 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, 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 几何结点,并用直线从其中心连接起来, 构成一个空间格子。 构成一个空间格子。
工程材料
11. 1.3%C。
12. PSK、GS、ES。
13. C，α-Fe，bcc。
14. Fe3CⅡ，P。
15. α，P。
16. Si、Mn、P、S；P、S，P、S。
17. 杂质P、S含量。
18. ﹤0.25%；0.25-0.6%；﹥0.6。
2. 形核与长大。
3. 大、细、高、好。
4. 液、固相自由能差，液相过冷。
5. 平面、密排面。
6. 表面细等轴晶、柱状晶、中心粗等轴晶。
7. 偏析、疏松、气孔、夹杂物。
8. （1）细，（2）细，（3）细。
四、
1
2
四、
1
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A
B
A
A
B
B
C
B
B
C
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C
B
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C
B
B
C
A
五、
三、
1. 扩大，上升，下降。
2. 右，降低，提高。
3. 二。
4. S、P、Pb、Ca；改善切削性能。
5. 油，消除第二类回火脆性。
6. 去应力（定型），淬火+中温回火。
7. 降低硬度，淬火，组织准备。
8. 低碳，中碳，高碳。
1
2
3
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《工程材料》习题集参考答案
1、细化晶粒虽能提高金属的强度，但增大了金属的脆性。
（为2、结构钢的淬透性，随钢中碳含量的增大而增大。
（为3、普通低合金结构钢不能通过热化处理进行强化。
（“4、置换固溶体必是无限固溶体。
（为5、单晶体必有各向异性。
（“6、普通钢和优质钢是按其强度等级来区分的。
（为7、过热钢经去应力退火后能显著细化晶粒。
（为&表面淬火主要用于高碳钢。
（为9、马氏体的晶体结构和铁素体的相同。
（为10、面心立方金属的塑性比体心立方金属的好。
（动11、铁素体是置换固溶体。
（为12、晶界是金属晶体的常见缺陷。
（“13、渗碳体是钢中常见的固溶体相。
（为14、金属的塑性变形主要通过位错的滑移进行。
（“15、金属的晶粒越细小，其强度越高，其塑性越好。
（“16、比重偏析不能通过热处理来消除。
（“17、上贝氏体的韧性比下贝氏体好。
（为18、对过共析钢工件进行完全退火可消除渗碳体网。
（为19、对低碳低合金钢进行正火处理可提高其硬度。
（必20、淬火获得马氏体的必要条件之一是其淬火冷却速度必须小于Vk°（为21、氮化件的变形远比渗碳件的小。
（“22、x x转变是非扩散性转变。
（“23、高锰钢在各种条件下均能表现出良好的耐磨性。
（为24、无限固溶体必是置换固溶体。
（“25、金属的晶粒越细小，其强度越高，但韧性变差。
（为26、所谓临界冷却速度就是指钢能获得完全马氏体组织的最小冷却速度。
（“27、钢进行分级淬火的目的是为了得到下贝氏体组织。
（为28、对奥氏体不锈钢进行固溶处理的目的是为了提高其强度。
（为29、弹簧钢的最终热处理应是淬火+低温回火。
（为30、凡单相固溶体均能进行形变强化。
（“31、x x转变是非扩散性转变。
（为32、可锻铸铁只能通过可锻化退火而得到。
（“33、凡间隙固溶体必是有限固溶体。
（“34、珠光体的片层间距越小，其强度越高，其塑性越差。
（为35、钢的临界冷却速度Vk越大，则其淬透性越好。
（为36、过共析钢的正常淬火一般均为不完全淬火。
《工程材料》习题集参考答案
《工程材料》习题集参考答案一．判断题×√1、细化晶粒虽能提高金属的强度，但增大了金属的脆性。
（×）2、结构钢的淬透性，随钢中碳含量的增大而增大。
（×）3、普通低合金结构钢不能通过热化处理进行强化。
（√）4、置换固溶体必是无限固溶体。
（×）5、单晶体必有各向异性。
（√）6、普通钢和优质钢是按其强度等级来区分的。
（×）7、过热钢经去应力退火后能显著细化晶粒。
（×）8、表面淬火主要用于高碳钢。
（×）9、马氏体的晶体结构和铁素体的相同。
（×）10、面心立方金属的塑性比体心立方金属的好。
（√）11、铁素体是置换固溶体。
（×）12、晶界是金属晶体的常见缺陷。
（√）13、渗碳体是钢中常见的固溶体相。
（×）14、金属的塑性变形主要通过位错的滑移进行。
（√）15、金属的晶粒越细小，其强度越高，其塑性越好。
（√）16、比重偏析不能通过热处理来消除。
（√）17、上贝氏体的韧性比下贝氏体好。
（×）18、对过共析钢工件进行完全退火可消除渗碳体网。
（×）19、对低碳低合金钢进行正火处理可提高其硬度。
（√）20、淬火获得马氏体的必要条件之一是其淬火冷却速度必须小于Vk。
（×）21、氮化件的变形远比渗碳件的小。
（√）22、马氏体转变是非扩散性转变。
（√）23、高锰钢在各种条件下均能表现出良好的耐磨性。
（×）24、无限固溶体必是置换固溶体。
（√）25、金属的晶粒越细小，其强度越高，但韧性变差。
（×）26、所谓临界冷却速度就是指钢能获得完全马氏体组织的最小冷却速度。
（√）27、钢进行分级淬火的目的是为了得到下贝氏体组织。
（×）28、对奥氏体不锈钢进行固溶处理的目的是为了提高其强度。
（×）29、弹簧钢的最终热处理应是淬火+低温回火。
（×）30、凡单相固溶体均能进行形变强化。
(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。
工程材料习题及其答案
4、为了保持冷塑性变形金属的强度和硬度，应采用 去应力 退火；为了降低冷塑性变形金属的 强度和硬度，应采用 再结晶 退火。
7.钢的热处理
一、名词解释 淬透性: 是指奥氏体化后的钢在淬火时获得淬透层深度的能力。 回火脆性: 淬火钢在某些温度回火时，其冲击韧性显著下降的现象。 调质: 淬火加高温回火。 淬硬性: 表示钢淬火后所能达到的最高硬度，取决于钢的含碳量。
c.过冷度越小，晶粒越细 d.过冷度越小，晶粒越粗
填空 1、实际金属中存在有点缺陷 、线缺陷 、 面缺陷缺陷。其中，位错是 线 缺 陷，晶界是面 缺陷。
2、金属在结晶过程中，冷却速度越大，则过冷度越 大 ，晶粒越 细 ，强 度越 高 ，塑性越 好 。 3、金属的结晶主要由 形核 和 长大 两个基本过程组成。 4、在金属结晶过程中，细化晶粒的方法主要有 增大过冷度 、 变质处理 和 振动搅拌 。
a.钢的含碳量 b.马氏体的含碳量
c.钢的淬透性 d.淬火介质与淬火方法
5、影响钢淬透性的因素主要是（ d ）
a．工件尺寸 b．冷却速度 c．淬火方法 d．钢的化学成分
6、马氏体的硬度主要取决于（ c ）
a.钢的淬透性
b.钢的含碳量
c.马氏体的含碳量 d.残余奥氏体的量
四、填空
1、共析钢的正火组织为 层片 状S，而调质组织为 粒 状S，其综合机械性能 前者 低于 后者。
4、某工厂用冷拉钢丝绳吊运出炉的热处理工件去淬火，钢丝绳承载能力远远超过工件的重量，
但在工件吊运过程中，钢丝绳却发生拉长断裂，其断裂原因是由于钢丝绳：（ b ）
a.超载 b.发生再结晶 c.形成带状组织 d.产生加工硬化
5、体心立方晶格金属与面心立方晶格金属在塑性上的差别，主要是由于两者的（ b ）
工程材料试题及答案(共8篇)
工程材料试题及答案（共8篇）篇1：工程材料试题及答案工程材料试题及答案1、金属材料的使用性能包括物理性能、（）和（）。
答案：化学性能力学性能2、金属材料的工艺性能包括锻造、（）、（）等。
答案：铸造焊接3、变化很慢的载荷称为（）载荷。
答案：静4、在短时间内以高速度作用于零件上的载荷称为（）载荷。
答案：冲击5、大小和方向随时间发生周期性变化的载荷称为（）载荷。
答案：交变6、变形一般分为（）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（）变形。
答案：弹性塑性7、强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗（）或（）的能力。
答案：塑性断裂8、强度常用的衡量指标有（）和（）。
答案：屈服点抗拉强度9、如果零件工作时所受的应力低于材料的（）和（），则不会产生过量的塑性变形。
答案：屈服点σs210、有一钢试样其横截面积为100mm，已知钢试样的σs＝314MPa，σb＝530MPa 。
拉伸试时，当受到拉力为（）时，试样出现屈服现象，当受到拉力为（）时，试样出现缩颈.答案：31400 5300011、断裂前金属材料产生塑性变形的能力称为塑性。
金属材料的（）和（）的数值越大，表示材料的塑性越好。
答案：断后伸长率断面收缩率12、一拉伸试样的原标距长度为50mm，直径为10 mm拉断后试样的标距长度为79 mm，缩颈处的最小直径为4.9 mm,此材料的伸长率为（）,断面必缩率为（）。
答案：58% 73%13、填出下列力学性能指标的符号：符号：抗拉强度（），洛氏硬度C标尺（）。
答案：σb HRC14、符号：断面收缩率（），冲击韧度（）。
答案：φ Ak15、500HBW5/750表示用直径为5mm, 材料为硬质合金球形压头，在7350 N压力下，保持（）s,测得的硬度值是（）。
答案： 10—15 50016、金属材料抵抗（）载荷作用而（）能力，称为冲击韧性。
答案：冲击不破坏17、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（）。
工程材料习题册-打印-答案
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σ0.2，则不会产生过量的塑性变形。
7、有一钢试样其截面积为100mm2,已知钢试样的。
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4.9 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著的屈服现象。
（×）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。
工程材料习题集参考答案(第二章)汇编
习题集部分参考答案2金属的晶体结构思考题1.晶体和非晶体的主要区别是什么？答：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。
2.何为各向异性？答：各向异性是指晶体的某些物理性能和力学性能在不同方向上具有不同的数值。
3.为什么单晶体呈各向异性，而多晶体通常呈各向同性？答：单晶体是原子排列方位完全一致的一个晶粒，由于在不同晶向上原子密度不同，原子间的结合力不同，因而导致在单晶体中的各个方向上性能差异。
对于多晶体中的任意一个晶粒来看，基本满足单晶体的特征，呈现各向异性，但是在多晶体系统中，单一晶粒的各向异性已经被周围其他位向的晶粒所“干扰”或“抵消”，整个多晶系统呈现其各向同性。
4.什么叫晶体缺陷？晶体中可能有哪些晶体缺陷？他们的存在有何实际意义？答：晶体缺陷是指金属晶体中原子排列的不完整性。
常见的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷和面缺陷三类，它们都会造成材料的晶格畸变。
点缺陷是指呈点状分布的缺陷，包含有空位、间隙原子和置换原子等，它对材料中的原子扩散、固态相变，以及材料的物理性能（电阻、体积、密度）等都会产生重大影响。
过饱和的点缺陷还可以提高材料的强度。
线缺陷是各种类型的位错。
对材料的变形、扩散以及相变起着非常大的作用。
特别它很好地解释了塑性变形的微观机理，使我们了解到滑移是借助于位错的运动来实现的。
当位错密度不高的情况下，位错支持了滑移，材料的塑性很好，但是当位错密度达到了较高的水平时，位错间的相互作用会造成位错的彼此“纠缠”，使滑移运动受阻，这时表现出材料的塑性变形的抗力提高，材料的强度提高。
金属晶体中面缺陷主要有晶界、亚晶界、孪晶界和相界等。
比如：晶界处原子的平均能量比晶内高，在高温时，晶粒容易长大。
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1-2假设塑性变形时材料体积不变，那么在什么情况下塑性指标δ、ψ之间能建立何种数学关系。
解：无颈缩情况下，L0S0＝L1S1 ……①δ＝（L1- L0）/ L0，ψ＝（S0- S1）/ S0 ……②②代入①化简得（δ+1）(1-ψ)=11-3 现有一碳钢制支架刚性不足，采用以下三种方法中的哪种方法可有效解决此问题？为什么？①改用合金钢；②进行热处理改性强化；③改变改支架的截面与结构形状尺寸。
答：选用第三种。
因为工件的刚性首先取决于其材料的弹性模量E，又与该工件的形状和尺寸有关。
而材料的弹性模量E难于通过合金化、热处理、冷热加工等方法改变，所以选第三种。
l-5在零件设计与选材时，如何合理选择材料的σp、σe、σs、σb性能指标?各举一例说明。
答：σp：当要求弹性应力和弹性变形之间保持严格的正比关系时。
σ工‹σpσe：工程上，对于弹性元件，要求σ工‹σeσs：对于不允许有明显塑性变形的工程零件，要求σ工‹σs σb：对塑性较差的材料，要求σ工‹σb例如：σp-炮管、σe-弹性元件、σs-紧固螺栓、σb-钢丝绳1-6现有两种低强度钢在室温下测定冲击韧性，其中材料A的A K =80J，材料B的A K =60J，能否得出在任何情况下材料A的韧性高于材料B，为什么？答：不能。
因为影响冲击韧性的因素很多。
1-7实际生产中，为什么零件设计图或工艺卡上一般是提出硬度技术要求而不是强度或塑性值？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。
2-1常见的金属晶体结构有哪几种：它们的原于排列和晶格常数有什么特点?。
α—Fe、γ—Fe、Al、Cu、Ni、Pb、C r、V、Mg、Zn各属何种结构?答：体心：α—Fe、C r、V 面心：γ—Fe、Al、Cu、Ni、Pb、密排六方：Mg、Zn 2-2已知γ-Fe的晶格常数要大于α-Fe的晶格常数，但为什么γ-Fe冷却到9120C转变为α-Fe时，体积反而增大？答：这是因为这两种晶格的致密度不同，γ-Fe的致密度是74%，α-Fe 的致密度是68%，当γ-Fe冷却到9120C转变为α-Fe时，由于致密度变小，导致了体积反而增大。
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..。
(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
《工程材料》一．判断题×√1、细化晶粒虽能提高金属的强度，但增大了金属的脆性。
（×）2、结构钢的淬透性，随钢中碳含量的增大而增大。
（×）3、普通低合金结构钢不能通过热化处理进行强化。
（√）4、置换固溶体必是无限固溶体。
（×）5、单晶体必有各向异性。
（√）6、普通钢和优质钢是按其强度等级来区分的。
（×）7、过热钢经去应力退火后能显著细化晶粒。
（×）8、表面淬火主要用于高碳钢。
（×）9、马氏体的晶体结构和铁素体的相同。
（×）10、面心立方金属的塑性比体心立方金属的好。
（√）11、铁素体是置换固溶体。
（×）12、晶界是金属晶体的常见缺陷。
（√）13、渗碳体是钢中常见的固溶体相。
（×）14、金属的塑性变形主要通过位错的滑移进行。
（√）15、金属的晶粒越细小，其强度越高，其塑性越好。
（√）16、比重偏析不能通过热处理来消除。
（√）17、上贝氏体的韧性比下贝氏体好。
（×）18、对过共析钢工件进行完全退火可消除渗碳体网。
（×）19、对低碳低合金钢进行正火处理可提高其硬度。
（√）20、淬火获得马氏体的必要条件之一是其淬火冷却速度必须小于Vk。
（×）21、氮化件的变形远比渗碳件的小。
（√）22、马氏体转变是非扩散性转变。
（√）23、高锰钢在各种条件下均能表现出良好的耐磨性。
（×）24、无限固溶体必是置换固溶体。
（√）25、金属的晶粒越细小，其强度越高，但韧性变差。
（×）26、所谓临界冷却速度就是指钢能获得完全马氏体组织的最小冷却速度。
（√）27、钢进行分级淬火的目的是为了得到下贝氏体组织。
（×）28、对奥氏体不锈钢进行固溶处理的目的是为了提高其强度。
（×）29、弹簧钢的最终热处理应是淬火+低温回火。
（×）30、凡单相固溶体均能进行形变强化。
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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一.判断题×√1、细化晶粒虽能提高金属的强度,但增大了金属的脆性。
( ×)2、结构钢的淬透性,随钢中碳含量的增大而增大。
（×）3、普通低合金结构钢不能通过热化处理进行强化。
( √)4、置换固溶体必是无限固溶体。
( ×)5、单晶体必有各向异性。
（√）6、普通钢和优质钢是按其强度等级来区分的。
( ×）7、过热钢经去应力退火后能显著细化晶粒。
（×）8、表面淬火主要用于高碳钢。
（×）９、马氏体的晶体结构和铁素体的相同。
(×）1０、面心立方金属的塑性比体心立方金属的好。
( √）11、铁素体是置换固溶体。
（×)12、晶界是金属晶体的常见缺陷。
（√）13、渗碳体是钢中常见的固溶体相。
(×）１4、金属的塑性变形主要通过位错的滑移进行。
( √）15、金属的晶粒越细小，其强度越高，其塑性越好。
（√)１6、比重偏析不能通过热处理来消除。
（√）17、上贝氏体的韧性比下贝氏体好。
（×)18、对过共析钢工件进行完全退火可消除渗碳体网。
（×)１9、对低碳低合金钢进行正火处理可提高其硬度。
(√)２0、淬火获得马氏体的必要条件之一是其淬火冷却速度必须小于Ｖｋ。
(×）21、氮化件的变形远比渗碳件的小。
（√）2２、马氏体转变是非扩散性转变。
( √)２３、高锰钢在各种条件下均能表现出良好的耐磨性。
(×)２4、无限固溶体必是置换固溶体。
(√）25、金属的晶粒越细小,其强度越高,但韧性变差。
( ×）26、所谓临界冷却速度就是指钢能获得完全马氏体组织的最小冷却速度。
(√)27、钢进行分级淬火的目的是为了得到下贝氏体组织。
（×)28、对奥氏体不锈钢进行固溶处理的目的是为了提高其强度。
（×）29、弹簧钢的最终热处理应是淬火+低温回火。
( ×）30、凡单相固溶体均能进行形变强化。
（√)３1、贝氏体转变是非扩散性转变。
（×)３２、可锻铸铁只能通过可锻化退火而得到。
(√）33、凡间隙固溶体必是有限固溶体。
( √）3４、珠光体的片层间距越小，其强度越高,其塑性越差。
（×)３5、钢的临界冷却速度Vk越大，则其淬透性越好。
( ×)3６、过共析钢的正常淬火一般均为不完全淬火。
( √）３7、工件经渗碳处理后，随后应进行淬火及低温回火。
（√）３8、工具钢淬火时,冷却速度越快,则所得组织中的残余奥氏体越多。
（×) 39、凡能使钢的Ｃ曲线右移的合金元素均能增加钢的淬透性。
（√)４０、感应加热表面淬火的淬硬深度与该钢的淬透性没有关系。
（√)４1、同一钢材在相同加热条件下，水淬比油淬的淬透性好。
( ×）42、金属凝固时，过冷度越大,晶体长大速度越大，因而其晶粒粗大。
（×）4３、钢的淬透性与其实际冷却速度无关。
( √)44、亚共析钢的正常淬火一般为不完全淬火。
(×)45、碳钢淬火后回火时一般不会出现高温回火脆性。
（√）46、工件经氮化处理后不能再进行淬火。
( √）4７、对灰铸铁不能进行强化热处理。
（√)４8、过共析钢经正常淬火后,马氏体的含碳量小于钢的含碳量。
（√）49、凡能使钢的临界冷却速度增大的合金元素均能减小钢的淬透性。
（√)50、高速钢淬火后经回火可进一步提高其硬度。
（√)51、马氏体的强度和硬度总是大于珠光体的。
( ×)52、纯铁在室温下的晶体结构为面心立方晶格。
（×）53、马氏体的硬度主要取决于淬火时的冷却速度。
( ×)５4、等温淬火的目的是为了获得下贝氏体组织。
(√)5５、对普通低合金钢件进行淬火强化效果不显著。
(√）56、高锰钢的性能特点是硬度高，脆性大。
（×）57、马氏体是碳溶入γ-Fe中形成的过饱和固溶体。
（×）５８、间隙固溶体的溶质原子直径小,其强化效果远比置换固溶体差。
( ×)5９、可锻铸铁的碳当量一定比灰口铸铁低。
( ×)6０、钢经热处理后，其组织和性能必然会改变。
（×）61、纯金属都是在恒温下结晶的。
（√）62、所谓白口铸铁是指碳全部以石墨形式存在的铸铁。
( ×）６3、白口铸铁铁水凝固时不会发生共析转变。
（√）6４、铸件可用再结晶退火细化晶粒。
( ×)65、冷热加工所形成的纤维组织都能使金属出现各向异性。
（√)66、奥氏体的塑性比铁素体的高。
(×）67、马氏体转变是通过切变完成的，而不是通过形核和长大来完成的。
（×）68、金属中的固态相变过程,都是晶粒的重新形核和长大过程。
（√)69、采用等温淬火可获得晶粒大小均匀的马氏体。
( ×）70、形状复杂，机械性能要求不高的零件最好选用球铁制造。
( ×）７1、在共析温度下,奥氏体的最低含碳量是0.７７%。
(√)7２、亚共析钢经正火后，组织中的珠光体含量高于其退火组织中的。
(√）73、合金的强度和硬度一般都比纯金属高。
（√)7４、白口铸铁在室温下的相组成都为铁素体和渗碳体。
( √)75、过共析钢的平衡组织中没有铁素体相。
（×）76、过共析钢用球化处理的方法可消除其网状渗碳体。
（×)7７、过冷奥氏体的冷却速度越快，钢件冷却后的硬度越高。
( ×）７8、钢经淬火后处于硬脆状态。
（×)79、钢中的合金元素含量愈多,则淬火后硬度愈高。
（×）80、T8钢加热到奥氏体化后,冷却时所形成的组织主要决定于钢的加热温度。
( ×）8１、碳素钢无论采用何种淬火方法,得到的组织都是硬度高、耐磨性好的马氏体组织。
（×) 二．选择正确答案1、为改善低碳钢的切削加工性应进行哪种热处理(D)。
A、等温退火B、完全退火C、球化退火D、正火2、钢中加入除Cｏ之外的其它合金元素一般均能使其C曲线右移，从而( B）。
Ａ、增大VK B、增加淬透性C、减小其淬透性Ｄ、增大其淬硬性3、金属的塑性变形主要是通过下列哪种方式进行的（ C )。
A、晶粒的相对滑动B、晶格的扭折C、位错的滑移Ｄ、位错类型的改变４、高碳钢淬火后回火时,随回火温度升高其（ A ）。
Ａ、强度硬度下降,塑性韧性提高Ｂ、强度硬度提高，塑性韧性下降C、强度韧性提高,塑性韧性下降Ｄ、强度韧性下降，塑性硬度提高５、过共析钢的正常淬火加热温度应该选择在( Ａ）。
A、Ａcｌ＋30—50C Ｂ、Ac3＋30—５０C C、Accm＋30—50C D、Ｔ再+３0—5０C6、常见的齿轮材料20ＣrMnＴi的最终热处理工艺应该是（ D ）。
Ａ、调质B、淬火+低温回火Ｃ、渗碳D、渗碳后淬火＋低温回火7、常见的调质钢大都属于（Ｂ）。
A、低碳低合金钢B、中碳低合金钢C、高碳低合金钢Ｄ、低碳中合金钢８、某一中载齿轮决定用45钢制造，其最终热处理采用下列哪种方案为宜（ C ）。
A、淬火+低温回火Ｂ、渗碳后淬火+低温回火C、调质后表面淬火D、正火9、某工件采用单相黄铜制造,其强化工艺应该是( C ）。
A、时效强化B、固溶强化C、形变强化D、热处理强化10、在Fe－Ｆｅ３C合金中,其平衡组织中含有二次渗碳量最多的合金的含碳量为( D ）。
Ａ、0.0008% Ｂ、0.02１8％C、0.７７% D、２.1１％1１、在Ｆe-Fe3C合金的退火组织中,含珠光体量最多的合金的碳含量为( B )。
A、0．0218%B、0.７7%C、2.11%D、4．3%1２、下列钢经完全退火后,哪种钢可能会析出网状渗碳体( D )。
Ａ、Q235 B、45 Ｃ、60Si2Mn D、Ｔ1２１３、下列材料中不宜淬火的是( D )。
A、ＧCr１5 Ｂ、W18Cr4V C、40Cr D、Q2３514、下列二元合金的恒温转变中,哪个是共析转变（ C ）。
Ａ、L+α→βB、L→α+βC、γ→α＋βＤ、α+β→γ１5、下列合金钢中,耐蚀性最好的是（D)。
A、20CrMnTiB、40ＣｒＢ、Ｗ18Ｃr４ＶD、1Cr１8Ni9Ti16、下列合金中,哪种合金被称为巴氏合金（ B )。
A、铝基轴承合金B、铅基轴承合金C、铜基轴承合金D、锌基轴承合金17、对球墨铸铁进行高温正火的目的是为了得到下列哪种组织（ C ）。
A、Ｆ+G Ｂ、Ｆ+P+ＧC、Ｐ+G D、Ld+G１8、为降低低碳冷轧钢板的硬度,宜采用下列哪种工艺( C ）。
A、完全退火Ｂ、球化退火C、再结晶退火D、等温退火19、感应加热表面淬火的淬硬深度,主要决定于因素（ D )。
A、淬透性Ｂ、冷却速度C、感应电流的大小D、感应电流的频率２0、下列材料中耐热性最好的是（ C )。
A、ＧCr15 Ｂ、W1８Cr4ＶC、1Cr18Ｎi９Ｔi D、9SiCｒ21、过共析钢的退火组织是（ C ）。
A、F+Ｆe3CＩＩIB、F+PC、Ｐ+Fe3CIID、P+Fe3CIII22、下列钢经淬火后硬度最低的是( A ）。
A、Q2３５Ｂ、40CｒC、GCr１5 D、４５钢23、对奥氏体不锈钢进行固溶处理的目的是(Ｄ)。
Ａ强化基体B、提高其韧性Ｃ、消除应力D、消除碳化物２4、滚动轴承钢ＧＣr1５的最终热处理应该是( A ）。
A、淬火＋低温回火Ｂ、渗碳+淬火+低温回火C、淬火+中温回火Ｄ、氮化+淬火+低温回火2５、对工件进行分级淬火的目的是( C）。
Ａ、得到下贝氏体B、减少残余奥氏体量C、减少工件变形D、缩短生产周期2６.钢的淬透性主要决定于其（ B ）。
A、碳含量B、合金元素含量C、冷却速度D、过冷度27、某中等载荷齿轮拟选用4５钢制造，其可能的最终热处理工艺应该是(Ｂ）。
A、淬火+低温回火Ｂ、调质+表面淬火C、渗碳+淬火+低温回火D、淬火+中温回火2８、为了提高4５钢的综合机械性能，应进行( B）。
Ａ、正火B、调质Ｃ、退火D、淬火+中温回火29等温退火相对于一般退火工艺而言，更能( D ）。
A、减少工件变形Ｂ、消除应力C、细化晶粒D、缩短退火周期３０、高速钢淬火后进行多次回火的主要目的是（ B ）。
A、消除残余奥氏体,使碳化物入基体B、消除残余奥氏体，使碳化物先分析出C、使马氏体分解,提高其韧性Ｄ、消除应力,减少工件变形3１、金属产生时效强化的主要原因是( Ｄ）。
A、形成了高密度位错Ｂ、晶格发生畸变C、晶格类型发生改变Ｄ、析出亚稳定第二相粒子32、钢中的二次渗碳体是指从( B )中析出的渗碳体。
A、从钢液中析出的Ｂ、从奥氏体中析出的C、从铁素中析出的D、从马氏体中析出的33、碳钢的下列各组织中,哪个是复相组织（ A )。
Ａ、珠光体B、铁素体C、渗碳体D、马氏体34、能够无限互溶的两组元素所构成的二元合金相图必定是（Ａ)。
Ａ、匀晶相图Ｂ、共晶相图C、包晶相图D、共析相图35、钢件出现下述哪种缺陷时,难以用热处理来消除（ B ）。