工程材料-刘天模-作业答案
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8.试比较陶瓷粘滞成形与烧结工艺之间的区别。
答：陶瓷的粘滞成形是非晶态凝固过程，用于工业玻璃的制备，液态玻璃冷却至凝固温度，但仍然为 有一定粘度的过冷液体，直至冷却到玻璃化温度以下，才完全固化；非玻璃化陶瓷材料的成形工艺是 烧结，即原料制坯干燥后再进行高温焙烧，产生体积收缩，即得一定形状尺寸的陶瓷制品。
4.计算共析反应温度时，珠光体中铁素体与渗碳体的相对量。
解： F
（ F+ Fe 3C ） Fe 3C
└────┴────┘
0.0218
0.77
6.69
QF=（ 6.69-0.77 ）/（6.69-0.0218 ）=88.8% ；Q Fe 3C = 11.2% ；
5.分析 Wc 为 0.2% 、0.6% 、0.77% 的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织，分别计 算 Wc 为 0.2% 的铁碳合金在室温下相的相对量和组织相对量。
75
Qα=（ 75-50 ）/（75-15 ） =41.7% ；Q （α +β） =58.3% ；
共晶体中α相与β相的质量分数：
α
（α +β）
β
└────┴────┘
15
75
95
Qα=（95-75 ） /（95-15 ）=25% ； Qβ = 75% ；
（2）合金成分 W B = Qβ×50% + Q（α +β× 50% = 95% ×50%+75% × 50%=85%
7 常用的测量硬度的方法有几种？其应用范围如何？ 答：常用硬度测试方法有布氏硬度 HBS 和洛氏硬度 HRC ； HES 测试范围是 450 以下，主要是硬度 比较低的材料，如退火钢、正火钢、有色金属、灰口铸铁等； HRC 测试范围是 20 ～67 ，主要是硬度 比较高的材料，如淬火钢、硬质合金等。
第三章作业
P50: 1. 金属结晶的基本规律是什么？结晶过程是怎样进行的？
答：金属实际结晶温度低于理论结晶温度，称为过冷现象；结晶中液态转变为固态的相变过程中有结 晶潜热的放出；结晶过程包括晶核的形成和长大。
2. 过冷度与冷却速度有何关系？为什么金属结晶一定要有过冷度？它对晶粒大小有何影响？ 答：冷却速度越快，过冷度越大；过冷度是结晶的驱动力，没有过冷度，结晶和熔化同时进行，因而 结晶不能进行到底；过冷度越大，晶粒越细。
第一章作业
P14 ： 1. 一铜棒的最大拉应力为 70Mpa ，若要承受 2000kgf(19.614kN) 的拉伸载荷，它的直径是多少？ 答：直径为 18.9 mm （注意单位换算， 1 兆帕 =1 牛顿每平方毫米）。
5.零件设计时，是选取σ 0.2（σ s）还是选取σ b ，应以什么情况为依据？ 答：当零件不能断裂时，以抗拉强度为依据；当零件不能产生塑性变形时，以屈服强度为依据。
0.2% 合金室温下相的相对量： F
合金
Fe 3 C
└────┴────┘
0.0008
0.2
6.69
QF=（ 6.69-0.2 ） /（6.69-0.0008 ） =97% ；Q Fe 3C = 3% ；
组织的相对量
Fห้องสมุดไป่ตู้
合金
P
└────┴────┘
0.0008
0.2
0.77
QF=（ 0.77-0.2 ） /（0.77-0.0008 ） =74% ；QP = 26% ；
第六章作业
P122 ：
1. 珠光体类型组织有哪几种？它们在形成条件、组织形态和性能方面有何不同？
答：
组织
形成条件
组织形态
性能
普通珠光体 索氏体 托氏体
A 过冷至 727~650 ℃ A 过冷至 650~600 ℃ A 过冷至 600~550 ℃
层片状交替排列
强度较高，塑性韧性较
好
较细的珠光体， 片 综合性能最好
答： 0.2% 合金结晶过程：①从液相中匀晶反应结晶出奥氏体；②完全凝固成单一奥氏体；③从奥氏 体中二次析出铁素体；④剩余奥氏体共析反应转变成珠光体；⑤室温组织是铁素体和珠光体。
0.6% 合金结晶过程类似于 0.2% 合金。
0.77% 合金结晶过程：①从液相中匀晶反应结晶出奥氏体；②完全凝固成单一奥氏体；③奥氏体共析 反应转变成珠光体；④室温组织是珠光体。
（1）W B =50% 的合金完全凝固时初晶α与共晶（α +β）的质量分数，以及共晶体中α相与β相的 质量分数；
（2）若已知显微组织中初晶β与共晶（α +β）各占一半，求该合金的成分。（指共晶温度时）
解：（ 1）初晶α与共晶（α + β）的质量分数： α
合金 （α +β）
└────┴────┘
15
50
7.纯铁的三个同素异构体是什么？晶体结构如何？ 答： 1538 ℃--1394 ℃，δ -Fe，体心立方；
1394 ℃--912 ℃，γ -Fe ，面心立方； 912 ℃以下，α -Fe，体心立方。
第五章作业
P88 ： 1. 试述金属经冷塑性变形后，其结构、组织与性能所发生的变化，分析发生变化的实质。
针状或板条状
极细小的珠光 体 较细的珠光体， 片层更薄 极细碳化物 +马 氏体 细粒状渗碳体 + 针状铁素体
细粒状渗碳体 + 多边形铁素体
硬度高 强度好，较好的韧性 综合性能较好 硬度高； 强度高，弹性好
综合性能好， 组织均匀
4．某汽车齿轮选用 20CrMnTi 制造，其工艺路线为：下料——锻造——正火——切削加工——渗碳 ——淬火——低温回火——喷丸——磨削。说明热处理工艺的目的及大致工艺参数。 答：正火： 840 ℃，消除锻造过热组织，提高切削加工性；
层更薄
极细小的珠光体
强度最好，韧性较好
2. 比较索氏体、托氏体、马氏体与回火托氏体、回火索氏体、回火马氏体之间在形成条件、组织形态 和性能上的差别。
答：
组织
形成条件
组织形态
性能
马氏体 托氏体 索氏体 回火马氏体 回火托氏体
回火索氏体
A 过冷至 230~-50 ℃ A 过冷至 600~550 ℃ A 过冷至 650~600 ℃ 马氏体 250 ℃以 下回火 马氏体 350~550 ℃回 火 马氏体 550~650 ℃回 火
答：线型（包括带支链的线型）：通常呈卷曲状，特点是弹性高、可塑性好，是热塑性高聚物；
网
体型：呈三维网络结构，特点是硬度高、脆性大、耐热、耐溶剂，是热固性高聚物。
3.什么是大分子链的柔顺性？
答：大分子由于单键数目很大，因而使大分子的形状有无数的可能性（称为大分子链的构象），在受 到不同外力时具有不同的卷曲程度，从而表现出很大的伸缩能力，该特性称为大分子链的柔顺性，即 聚合物具有弹性的原因。
3.简述金属常见的三种晶体结构的基本特点。 答：体心立方：原子数 2、配位数 8、致密度 0.68 ；面心立方：原子数 4、配位数 12 、致密度 0.74 ； 密排六方：原子数 6、配位数 12 、致密度 0.74 。
补充题： 1. 陶瓷材料的显微组织由哪几部分构成？
答：晶相、玻璃相、气相。
2 高分子材料的大分子链有几种空间形态？其性能如何？
渗碳： 900 ℃，提高表面含碳量； 淬火： 840 ℃，得到表面高碳马氏体，内部低碳马氏体，表硬里强韧；
低温回火：得到回火马氏体，保持高硬度，消除内应力。
9．在 C 曲线中分别画出获得珠光体、珠光体 +马氏体、贝氏体、马氏体 +贝氏体等组织的冷却 工艺曲线。
答：如图所示： 1.马氏体； 2.珠光体； 3.贝氏体 + 马氏体； 4.贝氏体； 5.珠光体 +马氏体
6.聚合物的加成反应和逐步聚合反应有何区别？
答：加成反应又称链型聚合反应，单体经加聚合成高聚物，链节化学式与单体分子式相同；逐步聚合 反应又称缩聚反应，具有双官能团的低分子化合物合成高聚物，同时析出水、氨等化合物。缩聚反应 是逐步完成的，每一步反应的中间产物都能独立存在，反应可随时终止，又可随时恢复进行，而加成 反应只有最终产物。
第四章作业
P72 ：
2.何谓相组成物和组织组成物？请举例说明
答：相组成物是指合金的基本相结构 ----- 固溶体和化合物，如铁素体、奥氏体、渗碳体；组织组成物 是指合金的基本组织 -------- 固溶体、化合物、机械混合物，如铁素体、渗碳体、珠光体。
3.一个二元共晶反应如下： L（W B =75% ）→α（ W B =15% ） +β（ W B =95% ），计算：
答：金属经冷塑性变形后，结构和组织发生如下变化：晶格点阵发生畸变、晶粒被拉长甚至产生显微 组织、晶粒破碎产生亚晶粒。 性能的变化：金属的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，即产生加工硬化。 变化的实质是塑性变形导致晶体内位错增殖，造成位错相互缠结，使位错运动困难，因而强度提高。
2. 试述加工硬化对金属材料的强化作用，这些变化有何实际意义？试举一些有用的例子和有害的例子 来说明其利弊。 答：加工硬化在生产中可用于低碳钢、有色金属等低强度材料中，来提高材料的强度和硬度；但加工 硬化会导致材料的塑性、韧性下降，使变形变得困难，甚至导致工件开裂。 如：冷拉钢丝中保留了加工硬化，使其强度提高；而拉深工艺中的工件底部被拉穿的现象就是由于加 工硬化造成的。
第二章作业
P39 ： 1. 从原子结合的观点来看，金属 、高分子材料和陶瓷材料有何主要区别？在性能上有何表现？
答：金属材料： 按金属键方式结合， 因而具有良好的导电、 导热性、 塑性等； 陶瓷材料： 按离子键 （大 多数）和共价键方式结合，稳定性高，具有很高的熔点、硬度、耐腐蚀性；高分子材料：按共价键、 分子键、氢键方式结合，具有一定的力学性能。
答：陶瓷的粘滞成形是非晶态凝固过程，用于工业玻璃的制备，液态玻璃冷却至凝固温度，但仍然为 有一定粘度的过冷液体，直至冷却到玻璃化温度以下，才完全固化；非玻璃化陶瓷材料的成形工艺是 烧结，即原料制坯干燥后再进行高温焙烧，产生体积收缩，即得一定形状尺寸的陶瓷制品。
4.计算共析反应温度时，珠光体中铁素体与渗碳体的相对量。
解： F
（ F+ Fe 3C ） Fe 3C
└────┴────┘
0.0218
0.77
6.69
QF=（ 6.69-0.77 ）/（6.69-0.0218 ）=88.8% ；Q Fe 3C = 11.2% ；
5.分析 Wc 为 0.2% 、0.6% 、0.77% 的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织，分别计 算 Wc 为 0.2% 的铁碳合金在室温下相的相对量和组织相对量。
75
Qα=（ 75-50 ）/（75-15 ） =41.7% ；Q （α +β） =58.3% ；
共晶体中α相与β相的质量分数：
α
（α +β）
β
└────┴────┘
15
75
95
Qα=（95-75 ） /（95-15 ）=25% ； Qβ = 75% ；
（2）合金成分 W B = Qβ×50% + Q（α +β× 50% = 95% ×50%+75% × 50%=85%
7 常用的测量硬度的方法有几种？其应用范围如何？ 答：常用硬度测试方法有布氏硬度 HBS 和洛氏硬度 HRC ； HES 测试范围是 450 以下，主要是硬度 比较低的材料，如退火钢、正火钢、有色金属、灰口铸铁等； HRC 测试范围是 20 ～67 ，主要是硬度 比较高的材料，如淬火钢、硬质合金等。
第三章作业
P50: 1. 金属结晶的基本规律是什么？结晶过程是怎样进行的？
答：金属实际结晶温度低于理论结晶温度，称为过冷现象；结晶中液态转变为固态的相变过程中有结 晶潜热的放出；结晶过程包括晶核的形成和长大。
2. 过冷度与冷却速度有何关系？为什么金属结晶一定要有过冷度？它对晶粒大小有何影响？ 答：冷却速度越快，过冷度越大；过冷度是结晶的驱动力，没有过冷度，结晶和熔化同时进行，因而 结晶不能进行到底；过冷度越大，晶粒越细。
第一章作业
P14 ： 1. 一铜棒的最大拉应力为 70Mpa ，若要承受 2000kgf(19.614kN) 的拉伸载荷，它的直径是多少？ 答：直径为 18.9 mm （注意单位换算， 1 兆帕 =1 牛顿每平方毫米）。
5.零件设计时，是选取σ 0.2（σ s）还是选取σ b ，应以什么情况为依据？ 答：当零件不能断裂时，以抗拉强度为依据；当零件不能产生塑性变形时，以屈服强度为依据。
0.2% 合金室温下相的相对量： F
合金
Fe 3 C
└────┴────┘
0.0008
0.2
6.69
QF=（ 6.69-0.2 ） /（6.69-0.0008 ） =97% ；Q Fe 3C = 3% ；
组织的相对量
Fห้องสมุดไป่ตู้
合金
P
└────┴────┘
0.0008
0.2
0.77
QF=（ 0.77-0.2 ） /（0.77-0.0008 ） =74% ；QP = 26% ；
第六章作业
P122 ：
1. 珠光体类型组织有哪几种？它们在形成条件、组织形态和性能方面有何不同？
答：
组织
形成条件
组织形态
性能
普通珠光体 索氏体 托氏体
A 过冷至 727~650 ℃ A 过冷至 650~600 ℃ A 过冷至 600~550 ℃
层片状交替排列
强度较高，塑性韧性较
好
较细的珠光体， 片 综合性能最好
答： 0.2% 合金结晶过程：①从液相中匀晶反应结晶出奥氏体；②完全凝固成单一奥氏体；③从奥氏 体中二次析出铁素体；④剩余奥氏体共析反应转变成珠光体；⑤室温组织是铁素体和珠光体。
0.6% 合金结晶过程类似于 0.2% 合金。
0.77% 合金结晶过程：①从液相中匀晶反应结晶出奥氏体；②完全凝固成单一奥氏体；③奥氏体共析 反应转变成珠光体；④室温组织是珠光体。
（1）W B =50% 的合金完全凝固时初晶α与共晶（α +β）的质量分数，以及共晶体中α相与β相的 质量分数；
（2）若已知显微组织中初晶β与共晶（α +β）各占一半，求该合金的成分。（指共晶温度时）
解：（ 1）初晶α与共晶（α + β）的质量分数： α
合金 （α +β）
└────┴────┘
15
50
7.纯铁的三个同素异构体是什么？晶体结构如何？ 答： 1538 ℃--1394 ℃，δ -Fe，体心立方；
1394 ℃--912 ℃，γ -Fe ，面心立方； 912 ℃以下，α -Fe，体心立方。
第五章作业
P88 ： 1. 试述金属经冷塑性变形后，其结构、组织与性能所发生的变化，分析发生变化的实质。
针状或板条状
极细小的珠光 体 较细的珠光体， 片层更薄 极细碳化物 +马 氏体 细粒状渗碳体 + 针状铁素体
细粒状渗碳体 + 多边形铁素体
硬度高 强度好，较好的韧性 综合性能较好 硬度高； 强度高，弹性好
综合性能好， 组织均匀
4．某汽车齿轮选用 20CrMnTi 制造，其工艺路线为：下料——锻造——正火——切削加工——渗碳 ——淬火——低温回火——喷丸——磨削。说明热处理工艺的目的及大致工艺参数。 答：正火： 840 ℃，消除锻造过热组织，提高切削加工性；
层更薄
极细小的珠光体
强度最好，韧性较好
2. 比较索氏体、托氏体、马氏体与回火托氏体、回火索氏体、回火马氏体之间在形成条件、组织形态 和性能上的差别。
答：
组织
形成条件
组织形态
性能
马氏体 托氏体 索氏体 回火马氏体 回火托氏体
回火索氏体
A 过冷至 230~-50 ℃ A 过冷至 600~550 ℃ A 过冷至 650~600 ℃ 马氏体 250 ℃以 下回火 马氏体 350~550 ℃回 火 马氏体 550~650 ℃回 火
答：线型（包括带支链的线型）：通常呈卷曲状，特点是弹性高、可塑性好，是热塑性高聚物；
网
体型：呈三维网络结构，特点是硬度高、脆性大、耐热、耐溶剂，是热固性高聚物。
3.什么是大分子链的柔顺性？
答：大分子由于单键数目很大，因而使大分子的形状有无数的可能性（称为大分子链的构象），在受 到不同外力时具有不同的卷曲程度，从而表现出很大的伸缩能力，该特性称为大分子链的柔顺性，即 聚合物具有弹性的原因。
3.简述金属常见的三种晶体结构的基本特点。 答：体心立方：原子数 2、配位数 8、致密度 0.68 ；面心立方：原子数 4、配位数 12 、致密度 0.74 ； 密排六方：原子数 6、配位数 12 、致密度 0.74 。
补充题： 1. 陶瓷材料的显微组织由哪几部分构成？
答：晶相、玻璃相、气相。
2 高分子材料的大分子链有几种空间形态？其性能如何？
渗碳： 900 ℃，提高表面含碳量； 淬火： 840 ℃，得到表面高碳马氏体，内部低碳马氏体，表硬里强韧；
低温回火：得到回火马氏体，保持高硬度，消除内应力。
9．在 C 曲线中分别画出获得珠光体、珠光体 +马氏体、贝氏体、马氏体 +贝氏体等组织的冷却 工艺曲线。
答：如图所示： 1.马氏体； 2.珠光体； 3.贝氏体 + 马氏体； 4.贝氏体； 5.珠光体 +马氏体
6.聚合物的加成反应和逐步聚合反应有何区别？
答：加成反应又称链型聚合反应，单体经加聚合成高聚物，链节化学式与单体分子式相同；逐步聚合 反应又称缩聚反应，具有双官能团的低分子化合物合成高聚物，同时析出水、氨等化合物。缩聚反应 是逐步完成的，每一步反应的中间产物都能独立存在，反应可随时终止，又可随时恢复进行，而加成 反应只有最终产物。
第四章作业
P72 ：
2.何谓相组成物和组织组成物？请举例说明
答：相组成物是指合金的基本相结构 ----- 固溶体和化合物，如铁素体、奥氏体、渗碳体；组织组成物 是指合金的基本组织 -------- 固溶体、化合物、机械混合物，如铁素体、渗碳体、珠光体。
3.一个二元共晶反应如下： L（W B =75% ）→α（ W B =15% ） +β（ W B =95% ），计算：
答：金属经冷塑性变形后，结构和组织发生如下变化：晶格点阵发生畸变、晶粒被拉长甚至产生显微 组织、晶粒破碎产生亚晶粒。 性能的变化：金属的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，即产生加工硬化。 变化的实质是塑性变形导致晶体内位错增殖，造成位错相互缠结，使位错运动困难，因而强度提高。
2. 试述加工硬化对金属材料的强化作用，这些变化有何实际意义？试举一些有用的例子和有害的例子 来说明其利弊。 答：加工硬化在生产中可用于低碳钢、有色金属等低强度材料中，来提高材料的强度和硬度；但加工 硬化会导致材料的塑性、韧性下降，使变形变得困难，甚至导致工件开裂。 如：冷拉钢丝中保留了加工硬化，使其强度提高；而拉深工艺中的工件底部被拉穿的现象就是由于加 工硬化造成的。
第二章作业
P39 ： 1. 从原子结合的观点来看，金属 、高分子材料和陶瓷材料有何主要区别？在性能上有何表现？
答：金属材料： 按金属键方式结合， 因而具有良好的导电、 导热性、 塑性等； 陶瓷材料： 按离子键 （大 多数）和共价键方式结合，稳定性高，具有很高的熔点、硬度、耐腐蚀性；高分子材料：按共价键、 分子键、氢键方式结合，具有一定的力学性能。