工程材料力学性能三四章习题.
第四章 工程材料 复习题
第四章工程材料复习题一、填空题1、金属的力学性能主要包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等指标，其中衡量金属材料在静载荷下机械性能的指标有强度、硬度、塑性。
衡量金属材料在交变载荷和冲击载荷作用下的指标有疲劳强度和冲击韧性。
2、钢以铁、碳为主要元素，其中碳的质量分数为小于2.11%，铸铁是含碳质量分数大于2.11%的铁碳合金。
3、钢按用途分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。
4、普通质量的结构钢主要用于工程结构和机械零件方面。
5、金属分为黑色金属和有色金属。
6、碳钢的编号为：碳素结构钢采用拼音字母Q和数字表示其屈服强度；优质碳素结构钢用两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分之几，如45钢；碳素工具钢用字母T表示；铸造碳钢用ZG代表铸钢二字汉语拼音首位字母。
7、合金钢的编号为：低低合金高强度结构钢由代表屈服点的汉语拼音字母Q；合金结构钢如40Cr表示平均碳的质量分数ωc= 0.40%，平均铬的质量质量分数ωCr<1.5%；滚动轴承在牌号前加G。
8、合金钢是为了改善钢的性能，在钢中加入其他合金元素。
9、合金钢分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。
10、铸铁可分为灰铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁。
11、灰铸铁的断口呈浅白色，其牌号用符号HT和数字表。
12、球墨铸铁的牌号用符号QT和数字表示。
13、机械零件需要强度、塑性和韧性都较好的材料，应选用中碳钢。
14、碳的质量分数在0.30%～0.55%之间的属于中碳钢。
15、钢的普通热处理（也叫整体热处理）有退火、正火、淬火和回火，钢的表面热处理有表面淬火热处理和化学热处理。
16、降低钢的硬度，改善切削加工性能常用的热处理有退火和正火，若是高碳钢或是高合金钢要采用退火处理。
17、钢淬火常用的冷却介质有水和油，淬火处理的目的是提高工件的强度、强度和耐磨性。
淬火后钢的硬度主要取决于钢的含碳量高低。
18、淬火和高温回火结合的处理称为调质，处理后钢的性能特点是有良好的综合性能，适合轴和齿轮类零件的热处理。
材料力学第3版习题答案
材料力学第3版习题答案第一章：应力分析1. 某材料在单轴拉伸下的应力-应变曲线显示，当应力达到200 MPa 时，材料发生屈服。
若材料在该应力水平下继续加载，其应力将不再增加，但应变继续增加。
请解释这一现象，并说明材料的屈服强度是多少？答案：这种现象表明材料进入了塑性变形阶段。
在单轴拉伸试验中，当应力达到材料的屈服强度时，材料的晶格结构开始发生滑移，导致材料的变形不再需要额外的应力增加。
因此，即使继续加载，应力保持不变，但应变会因为材料内部结构的重新排列而继续增加。
在本例中，材料的屈服强度是200 MPa。
第二章：材料的弹性行为2. 弹性模量是描述材料弹性行为的重要参数。
若一块材料的弹性模量为210 GPa，当施加的应力为30 MPa时，其应变是多少？答案：弹性模量（E）与应力（σ）和应变（ε）之间的关系由胡克定律描述，即σ = Eε。
要计算应变，我们可以使用公式ε =σ/E。
将给定的数值代入，得到ε = 30 MPa / 210 GPa =1.43×10^-4。
第三章：材料的塑性行为3. 塑性变形是指材料在达到屈服点后发生的永久变形。
如果一块材料在单轴拉伸试验中，其屈服应力为150 MPa，当应力超过这个值时，材料将发生塑性变形。
请解释塑性变形与弹性变形的区别。
答案：塑性变形与弹性变形的主要区别在于材料在去除外力后是否能够恢复原状。
弹性变形是指材料在应力作用下发生的形状改变，在应力移除后能够完全恢复到原始状态，不留下永久变形。
而塑性变形是指材料在应力超过屈服点后发生的不可逆的永久变形，即使应力被移除，材料的形状也不会恢复到原始状态。
第四章：断裂力学4. 断裂韧性是衡量材料抵抗裂纹扩展的能力。
如果一块材料的断裂韧性为50 MPa√m，试样的尺寸为100 mm×100 mm×50 mm，试样中存在一个长度为10 mm的初始裂纹。
请计算在单轴拉伸下，材料达到断裂的临界应力。
材料力学性能-第2版习题答案
《工程材料力学性能》课后答案机械工业出版社 2008第2版第一章 单向静拉伸力学性能1、 解释下列名词。
1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。
3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。
4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。
6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。
韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b 的台阶。
8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。
是解理台阶的一种标志。
9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。
10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。
沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。
11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变12.弹性不完整性：理想的弹性体是不存在的，多数工程材料弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。
弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等2、 说明下列力学性能指标的意义。
答：E 弹性模量 G 切变模量 r σ规定残余伸长应力 2.0σ屈服强度 gt δ金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应变硬化指数 【P15】3、 金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？答：主要决定于原子本性和晶格类型。
材料工程基础第三、四章习题答案
1、何为冷变形、热变形和温变形？冷变形：温度低于回复温度，变形过程只有加工硬化无回复和再结晶。
热变形：温度在再结晶温度以上，变形产生的加工硬化被再结晶抵消，变形后具有再结晶等轴晶粒组织，而无加工硬化痕迹。
温变形：金属材料在高于回复温度但低于再结晶开始温度的温度范围内进行的塑性变形过程。
2、简述金属的可锻性及其影响因素。
可锻性：指金属材料在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。
它包括在热态或冷态下能够进行锤锻，轧制，拉伸，挤压等加工。
可锻性的好坏主要与金属材料的化学成分有关。
(1)内在因素(a)化学成分:不同化学成分的金属其可锻性不同；(b)合金组织:金属内部组织结构不同，其可锻性差别很大。
(2)外在因素(a)变形温度:系指金属从开始锻造到锻造终止的温度范围。
温度过高:过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷。
温度过低：变形抗力↑－难锻，开裂(b)变形速度:变形速度即单位时间内的变形程度(c)应力状态:金属在经受不同方法进行变形时，所产生的应力大小和性质（压应力或拉应力）不同。
3、自由锻和模锻的定义及其特点是什么？自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻。
1、自由锻锻件的精度不高，形状简单，其形状和尺寸一般通过操作者使用通用工具来保证，主要用于单件、小批量生产。
2、对于大型机特大型锻件的制造，自由锻仍是唯一有效的方法。
3、自由锻对锻工的技术水平要求高，劳动条件差，生产效率低。
模锻是指在专用模锻设备上利用模具使毛坯成型而获得锻件的锻造方法。
模锻具有如下特点：(1)生产效率高。
劳动强度低。
(2)锻件成形靠模膛控制，可锻出形状复杂、尺寸准确，更接近于成品的锻件，且锻造流线比较完整，有利于提高零件的力学性能和使用寿命。
(3)锻件表面光洁，尺寸精度高，加工余量小，节约材料和切削加工工时。
(4)操作简便，质量易于控制，生产过程易实现机械化、自动化。
工程材料12345章练习题g1
工程材料12345章练习题第1章工程材料的性能一、填空题1 ．零件在工作条件下可能受到的负荷及作用有（ ) , ( ) , ( ）。
2 ．材料常用的塑性指标有（）和（）两种，其中用（）表示塑性更接近材料的真实变形。
3 ．检验淬火钢成品件的硬度一般用（ ) ，而布氏硬度适用于测定（）材料的硬度。
4 ．零件的表面加工质量对其（）性能有很大影响。
5 ．在外力作用下，材料抵抗（）和（）的能力称为强度。
屈服强度与（）的比值，在工程上称作（）。
6 ．表征材料抵抗冲击载荷能力的性能指标是（ ) ，其单位是（）。
7 ．金属材料的工艺性能有（ ) , ( ) , ( ) , ( ) , ( ）等。
二、选择题1 ．在设计汽车缸盖螺钉时应选用的强度指标是（）。
a .σeb . σsc . σ0.2d . σb2 ．有一碳钢制作的支架刚性不足，解决的办法是（）。
a ．用热处理方法强化b ．另选合金钢c ．增加横截面积d ．在冷塑性变形状态下使用3 ．材料在服役过程中的使用温度（）。
a ．应在其韧脆转变温度以上b ．应在其韧脆转变温度以下c ．与其韧脆转变温度相等d ．与其韧脆转变温度无关4 ．长轴类零件在热处理后进行冷校直，可能会造成力学性能指标降低，主要是( ）。
a . σb b . σ-1c ．δd . HB5 ．在零件图样上出现如下几种硬度技术条件的标注，其中正确的是（）。
a . HB159b . 180～210HBc . 800HVd . 10～17HRC三、判断题1 ．工业中所用金属材料均有明显的屈服现象。
（ )2 ．同种材料不同尺寸的试样所测得的延伸率相同。
（ )3 ．强度高的材料其密度和熔点也就大。
（ )4 ．零部件对材料性能的要求不仅要满足力学性能且要充分考虑其理化性能和工艺性能。
（ )5 ．目前金属材料仍旧是制造业中的主要工程材料，但高分子材料、陶瓷材料和复合材料的应用也日益增大。
（ )四、综合分析题1 ．在设计机械时哪两种强度指标用得较多？为什么？2 ．设计刚度好的零件，应根据何种指标选择材料？材料的E 越大，其塑性越差，这种说法是否正确？为什么？第2345 章一、填空题1 ．晶体与非晶体最根本的区别是（ ) , ( ) , ( ）。
工程材料力学性能三四章习题
影响因素有： 1)．晶体结构：BCC容易出现低温脆性 2)．化学成分：固溶强化降低塑性（Mn, Ni） 3)．显微组织：①晶粒大小②金相组织
3
5 试述焊接船舶比铆接船舶容易发生脆性破坏的原因。 焊接容易在焊缝处形成粗大金相组织气孔、夹渣、未 熔合、未焊透、错边、咬边等缺陷，增加裂纹敏感度，增 加材料的脆性，容易发生脆性断裂（落锤试验试样）。 6 下列三组试验方法中，请举出每一组中哪种试验方法测得 的冷脆温度较高？为什么？ 冷脆温度的高低与试验中试样受力方式有关，容易发 生塑性变形的就能够提高冷脆温度。 （1）拉伸和扭转：静载荷下拉伸的软性状态系数大于弯曲 大于扭转，因此拉伸和扭转比较时，在拉伸条件下的塑性 比扭转低，因此扭转的冷脆温度高。 （2）缺口静弯曲和缺口冲击弯曲：应变速率增加可以提高 材料的强度同时降低材料的塑性，因此应变速率的增加有 增加材料脆性的倾向，缺口静弯曲的冷脆温度相对较高。 （3）光滑试样拉伸和缺口试样拉伸：缺口试样会导致材料 的受力状态改变成两向或者三向，而多向拉伸的软性系数 更小，因此缺口试样会使材料变脆的倾向，从而降低冷脆 4 温度
第三章
• 冲击韧度：冲击载荷下，材料断裂前单位截面积 吸收的能量（外力做的功） • 冲击吸收功: 冲击载荷下，材料断裂前吸收的能 量（外力做的功） • 低温脆性： 温度低于某一温度时，材料由韧性状 态变为脆性状态的现象。 • 韧脆转变温度：材料有韧性状态转变为脆性状态 的温度。 • 韧性温度储备:材料使用温度和韧脆转变温度的差 值。
13
8、试述塑性区对KI的影响及KI的修正方法和结果。 影响：裂纹尖端塑性区的存在将会降低裂纹体的刚度， 相当于裂纹长度的增加，因而影响应力场和及KI的计算， 所以要对KI进行修正。 修正方法：“有效裂纹尺寸”，即以虚拟有效裂纹代替 实际裂纹，然后用线弹性理论所得的公式进行计算。 结果：
工程材料力学性能 第三版课后题答案(束德林)
工程材料力学性能课后题答案第三版（束德林）第一章单向静拉伸力学性能1、解释下列名词。
（1）弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
（2）滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。
（3）循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。
（4）包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
（5）解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。
（6）塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。
脆性：指材料在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的变形即断裂破坏的性质。
韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
（7）解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b的台阶。
（8）河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。
是解理台阶的一种标志。
（9）解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。
（10）穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。
沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。
（11）韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变。
2、说明下列力学性能指标的意义。
答：（1）E（G）分别为拉伸杨氏模量和切边模量，统称为弹性模量表示产生100％弹性变所需的应力。
σ规定残余伸长应力，试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。
（2）rσ名义屈服强度（点），对没有明显屈服阶段的塑性材料通常以产生0.2％的塑性形变对应的应力作为屈2.0服强度或屈服极限。
第3-4章 建筑结构材料的力学性能与设计原则
七,设计表达式——正常使用极限
S≤C
式中:C——结构或构件达到正常使用极限要求的限值 裂缝—表5.2.5(P111),挠度—表5.2.6(P113)
1,裂缝验算——取荷载效应的标准组合
S=Sk S=Sq
S k = S Gk + S Q1k + ∑ψ ci S Qik
i =2
n
2,挠度验算——取荷载效应的准永久组合
第三章 建筑结构材料的力学性能
3.1 材料的弹性,塑性和延性 一,弹性 弹性——材料受力后,当外力移去时,应力 弹性 和应变都可以完全恢复为零的特性. 二,塑性 塑性——材料受力后,即使外力移去,应变 塑性 也不能完全恢复为零的特性,即有残余应变. 延性——材料超过弹性极限后直至破坏过程 三,延性 延性 中的变形能力良好的性能. 四,脆性 脆性——材料破坏前变形能力差的性能. 脆性
�
定义,表现
2,正常使用 极限状态
定义,表现
4.2.3 建筑结构的设计状况
1,持久状况:如正常使用 2,短暂状况:如施工堆载 3,偶然状况:如爆炸
4.2.4 结构设计原理与方法
一,结构的可靠度 建筑结构在 规定的时间内? ←设计基准期,通常为50年 规定的条件下? ←正常设计,正常施工,正常使用 完成预定功能? ←安全性,适用性,耐久性, 的概率.
4.2.1 结构的功能要求 1,安全性——安全等级,表4.2.1 2,适用性——裂缝,挠度 3,耐久性——设计基准期 4,稳定性:整体稳定,局部稳定
4.2.2 结构的极限 极限状态 极限
一,定义:
由可靠向失效转变的临界状态. 是结构或其构件能够满足前述某一功能要 求的临界状态.
二,分类:P43-44 1,承载能力 极限状态
第三章 材料的力学行为习题参考答案
第三章材料的力学行为习题参考答案一、解释下列名词1、加工硬化2、回复3、再结晶4、热加工5、冷加工答：1、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。
2、回复：加热温度较低时，变形金属中的一些点缺陷和位错，在某些晶内发生迁移变化的过程。
3、再结晶：被加热到较高的温度时，原子也具有较大的活动能力，使晶粒的外形开始变化。
从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。
和变形前的晶粒形状相似，晶格类型相同，把这一阶段称为“再结晶”。
4、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。
5、冷加工：在再结晶温度以下进行的压力加工。
二、填空题1、塑性变形的方式主要有滑移和孪生，而大多数情况下是滑移。
2、滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面及晶向发生。
3、在体心立方晶格中, 原子密度最大的晶面是{110}，有 6 个，原子密度最大的晶向是<111>，有2个；在面心立方晶格中, 原子密度最大的晶面是{111}，有 4 个，原子密度最大的晶向是<111>，有3个。
两者比较，具有面心立方晶格的金属塑性较好，其原因是滑移系和滑移方向多。
4、多晶体金属的塑性变形由于受到晶界和晶粒位向的影响，与单晶体金属相比，塑性变形抗力增大。
5、金属在塑性变形时,随变形量的增加，变形抗力迅速增大，即强度、硬度升高，塑性、韧性下降，产生所谓加工硬化现象。
这种现象可通过再结晶加以消除。
6、变形金属在加热时，会发生回复、再结晶和晶粒长大三个阶段的变化。
7、冷绕成形的钢质弹簧，成形后应进行回复退火，温度约为250～300℃。
8、回复退火也称去应力退火。
9、冷拉拔钢丝, 如变形量大, 拉拔工序间应穿插再结晶退火，目的是消除加工硬化。
10、热加工与冷加工的划分应以再结晶温度为界线。
在再结晶温度以下的塑性变形称为冷加工；在再结晶温度以上的塑性变形称为热加工。
三、简答题1、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：⑴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。
第三章 材料的力学行为习题参考答案
第三章材料的力学行为习题参考答案一、解释下列名词1、加工硬化2、回复3、再结晶4、热加工5、冷加工答：1、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。
2、回复：加热温度较低时，变形金属中的一些点缺陷和位错，在某些晶内发生迁移变化的过程。
3、再结晶：被加热到较高的温度时，原子也具有较大的活动能力，使晶粒的外形开始变化。
从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。
和变形前的晶粒形状相似，晶格类型相同，把这一阶段称为“再结晶”。
4、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。
5、冷加工：在再结晶温度以下进行的压力加工。
二、填空题1、塑性变形的方式主要有滑移和孪生，而大多数情况下是滑移。
2、滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面及晶向发生。
3、在体心立方晶格中, 原子密度最大的晶面是{110}，有 6 个，原子密度最大的晶向是<111>，有2个；在面心立方晶格中, 原子密度最大的晶面是{111}，有 4 个，原子密度最大的晶向是<111>，有3个。
两者比较，具有面心立方晶格的金属塑性较好，其原因是滑移系和滑移方向多。
4、多晶体金属的塑性变形由于受到晶界和晶粒位向的影响，与单晶体金属相比，塑性变形抗力增大。
5、金属在塑性变形时,随变形量的增加，变形抗力迅速增大，即强度、硬度升高，塑性、韧性下降，产生所谓加工硬化现象。
这种现象可通过再结晶加以消除。
6、变形金属在加热时，会发生回复、再结晶和晶粒长大三个阶段的变化。
7、冷绕成形的钢质弹簧，成形后应进行回复退火，温度约为250～300℃。
8、回复退火也称去应力退火。
9、冷拉拔钢丝, 如变形量大, 拉拔工序间应穿插再结晶退火，目的是消除加工硬化。
10、热加工与冷加工的划分应以再结晶温度为界线。
在再结晶温度以下的塑性变形称为冷加工；在再结晶温度以上的塑性变形称为热加工。
三、简答题1、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：⑴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。
《工程材料力学性能》第二版课后习题答案
第一章
一、 解释下列名词
材料单向静拉伸载荷下的力学性能
滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。 静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。 弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料 能够完全弹性恢复的最高应力。 比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。 包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限 (ζ P)或屈服强度(ζ S)增加；反向加载时弹性极限(ζ P)或屈服 强度(ζ S)降低的现象。
二、 金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学 姓能? 答案：金属的弹性模量主要取决于金属键的本性和原子间的结合力，而 材料的成分和组织对它的影响不大，所以说它是一个对组织不敏感的性能指
1
《工程材料力学性能》（第二版）
标，这是弹性模量在性能上的主要特点。改变材料的成分和组织会对材料的 强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响，但对材料的刚度影响不大。 三、什么是包辛格效应，如何解释，它有什么实际意义? 答案：包辛格效应就是指原先经过变形，然后在反向加载时弹性极限或 屈服强度降低的现象。特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零，这说明 在反向加载时塑性变形立即开始了。 包辛格效应可以用位错理论解释。第一，在原先加载变形时，位错源在 滑移面上产生的位错遇到障碍，塞积后便产生了背应力，这背应力反作用于 位错源，当背应力(取决于塞积时产生的应力集中)足够大时，可使位错源停 止开动。背应力是一种长程(晶粒或位错胞尺寸范围)内应力，是金属基体平 均内应力的度量。因为预变形时位错运动的方向和背应力的方向相反，而当 反向加载时位错运动的方向与原来的方向相反了，和背应力方向一致，背应 力帮助位错运动，塑性变形容易了，于是，经过预变形再反向加载，其屈服 强度就降低了。这一般被认为是产生包辛格效应的主要原因。其次，在反向 加载时， 在滑移面上产生的位错与预变形的位错异号，要引起异号位错消毁， 这也会引起材料的软化，屈服强度的降低。 实际意义：在工程应用上，首先是材料加工成型工艺需要考虑包辛格效 应。其次，包辛格效应大的材料，内应力较大。另外包辛格效应和材料的疲 劳强度也有密切关系，在高周疲劳中，包辛格效应小的疲劳寿命高，而包辛 格效应大的，由于疲劳软化也较严重，对高周疲劳寿命不利。 可以从河流花样的反“河流”方向去寻找裂纹源。 解理断裂是典型的脆性断裂的代表，微孔聚集断裂是典型的塑性断裂。
工程材料课后习题答案
《工程材料及机械制造基础》习题参考答案第一章材料的种类与性能（P7）１、金属材料的使用性能包括哪些？力学性能、物理性能、化学性能等。
２、什么是金属的力学性能？它包括那些主要力学指标？金属材料的力学性能：金属材料在外力作用下所表现出来的与弹性和非弹性反应相关或涉及力与应变关系的性能。
主要包括：弹性、塑性、强度、硬度、冲击韧性等。
３、一根直径10mm的钢棒，在拉伸断裂时直径变为8.5mm，此钢的抗拉强度为450Mpa，问此棒能承受的最大载荷为多少？断面收缩率是多少？F=35325N ψ=27.75%４、简述洛氏硬度的测试原理。
以压头压入金属材料的压痕深度来表征材料的硬度。
5、什么是蠕变和应力松弛？蠕变：金属在长时间恒温、恒应力作用下，发生缓慢塑性变形的现象。
应力松弛：承受弹性变形的零件，在工作过程中总变形量不变，但随时间的延长，工作应力逐渐衰减的现象。
6、金属腐蚀的方式主要有哪几种？金属防腐的方法有哪些？主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。
防腐方法：1）改变金属的化学成分；2）通过覆盖法将金属同腐蚀介质隔离；3）改善腐蚀环境；4）阴极保护法。
第二章材料的组织结构（P26）1、简述金属三种典型结构的特点。
体心立方晶格：晶格属于立方晶系，在晶胞的中心和每个顶角各有一个原子。
每个体心立方晶格的原子数为：2个。
塑性较好。
面心立方晶格：晶格属于立方晶系，在晶胞的8个顶角和6个面的中心各有一个原子。
每个面心立方晶格的原子数为：4个。
塑性优于体心立方晶格的金属。
密排六方晶格：晶格属于六方棱柱体，在六棱柱晶胞的12个项角上各有一个原子，两个端面的中心各有一个原子，晶胞内部有三个原子。
每个密排六方晶胞原子数为：6个，较脆2、金属的实际晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？存在点缺陷、线缺陷和面缺陷。
使金属抵抗塑性变形的能力提高，从而使金属强度、硬度提高，但防腐蚀能力下降。
3、合金元素在金属中存在的形式有哪几种？各具备什么特性？存在的形式有固溶体和金属化合物两种。
工程材料与热加工(习题)
第1章材料的力学的性能习题一、选择题1.表示金属材料屈服强度的符号是 B ..A、；B、；C、；D、；1.金属材料在静载荷作用下;抵抗变形和破坏的能力称为 C ..A、塑性；B、硬度；C、强度；D、弹性；2.在测量薄片工件的硬度时;常用的硬度测试方法的表示符号是 B ..A、HBS；B、HRC；C、HV；D、HBW；3.做疲劳试验时;试样承受的载荷为 B ..A、静载荷；B、交变载荷；C、冲击载荷；D、动载荷；二、填空题1.材料的力学性能通常是指在载荷作用下材料抵抗变形或断裂的能力..2.金属塑性的指标主要有断后伸长率和断面收缩率两种..3.金属的性能包括物理性能、化学性能、力学性能和工艺性能..4.常用测定硬度的方法有布氏硬度测试法、洛氏硬度测试法和维氏硬度测试法..5.疲劳强度是表示材料经无限次循环应力作用而不发生断裂的最大应力值..6.材料的工艺性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能等..7.零件的疲劳失效过程可分为疲劳裂纹产生、疲劳裂纹扩展、瞬时断裂三个阶段..三、判断题1.拉伸试验可以测定材料的强度、塑性等性能指标;因此材料的力学性能都可以通过拉伸试验测定.. ×2.用布氏硬度测试法测量硬度时;压头为钢球;用符号HBS表示.. ×3.金属材料的力学性能可以理解为金属材料的失效抗力.. ×4.材料的断裂韧度大于材料的应力场强度因子的;材料的宏观裂纹就会扩展而导致材料的断裂.. ×四、练习与思考1.说明下列符号的意义和单位..1σe；2σs或σ0.2；3σb；4δ；5ψ；6σ－1；7A K；2.在测定强度指标时;σ0.2和σs有什么不同3.拉伸试样的原标距长度为50 mm;直径为10 mm..试验后;将已断裂的试样对接起来测量;标距长度为73 mm;颈缩区的最小直径为5.1 mm..试求该材料的延伸率和断面收缩率的值..4.材料的弹性模量E的工程含义是什么它和零件的刚度有何关系5.将6500 N的力施加于直径为10 mm、屈服强度为520 MPa的钢棒上;试计算并说明钢棒是否会产生塑性变形..6.塑性指标在工程上有哪些实际意义7.下列材料或零件采用什么硬度测试法较合适1锉刀；2黄铜轴套；3硬质合金刀片；4一般淬火钢；8.工程材料有哪些物理性能和化学性能第2章金属的晶体结构与结晶习题一、名词解释晶体、单晶体、多晶体、晶格、晶胞、晶粒、晶界、合金、组元、相、组织、共晶转变二、如果其它条件相同;试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小：1.金属型铸造与砂型铸造..2.高温浇注与低温浇注..3.浇注时采用振动与不采用振动..4.厚大铸件的表面与心部..三、问答题1.金属中常见的晶体结构有哪几种2.实际晶体的晶体缺陷有哪几种类型它们对晶体的力学性能有何影响3.固溶体与化合物有何区别固溶体的类型有哪几种4.何谓金属的结晶纯金属的结晶是由哪两个基本过程组成的5.何谓过冷现象和过冷度过冷度与冷却速度有何关系6.晶粒大小对金属的力学性能有何影响细化晶粒的常用方法有哪几种7.什么是共晶转变共晶转变有何特点8.什么是共析转变共晶转变与共析转变有何异同第3章铁碳合金相图习题一、名词解释1. 铁素体；2. 奥氏体；3. 渗碳体；4.珠光体；5. 莱氏体；6. 低温莱氏体；7. 同素异晶转变；8. 铁碳合金状态图；二、填空题1.珠光体是由F和Fe3C组成的机械混合物共析组织..2.莱氏体是由A和Fe3C组成的机械混合物共晶组织..3.奥氏体在1148℃时碳的质量分数可达2.11%;在727℃时碳的质量分数为0.77%..4.根据室温组织的不同;钢可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢..5.共析钢的室温组织为P；亚共析钢的室温组织为F+P；过共析钢的室温组织为P+Fe3CII ..6.碳的质量分数为0.77%的铁碳合金称为共析钢;其奥氏体冷却到S点727℃时会发生共析转变;从奥氏体中同时析出F和Fe3C的混合物;称为P..7.奥氏体和渗碳体组成的共晶产物称为Ld;其碳的质量分数为4.3%..8.亚共晶白口铸铁碳的质量分数为2.11%～4.3%;其室温组织为P+Fe3CII+Ld′..9.过晶白口铸铁碳的质量分数为4.3%～6.69%;其室温组织为Ld′+Fe3CI ..10.过共析钢碳的质量分数为0.77%～2.11%;其室温组织为P+Fe3CII ..11.亚共析钢碳的质量分数为0.0218%～0.77%;其室温组织为F+P..三、选择题1.铁素体为 A 晶格;奥氏体为 B 晶格;渗碳体为 D 晶格..A、体心立方；B、面心立方；C、密排六方；D、复杂的；2.Fe-FeC状态图上的ES线;用代号 B 表示;PSK线用代号 A 表示..3A、A1；B、A cm；C、A3；D、其它；3.Fe-FeC状态图上的共析线是 C ;共晶线是 A ..3A、ECF线；B、ACD线；C、PSK线；D、GSK线四、判断题1.金属化合物的特性是硬而脆;莱氏体的性能也是硬而脆;故莱氏体属于金属化合物..×2.渗碳体碳的质量分数为6.69%.. √3.Fe-FeC状态图中;A3温度是随碳的质量分数增加而上升的.. ×34.碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体称为奥氏体.. ×五、简答题1.何为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..2.简述碳的质量分数为0.4%和1.2%的铁碳合金从液态冷却至室温时的结晶过程..3.把碳的质量分数为0.45%的钢和白口铸铁都加热到高温1000～1200℃;能否进行锻造为什么第4章钢的热处理习题1.何谓钢的热处理常用的热处理工艺有哪些2.简述共析钢加热时奥氏体形成的过程..3.为什么要控制奥氏体晶粒大小如何控制奥氏体晶粒的大小4.解释下列名词：1 珠光体、索氏体、托氏体、贝氏体、马氏体；2 奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体；3 退火、正火、淬火、回火、表面淬火；4 临界淬火冷却速度v c、淬透性、淬硬性；5 单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火..5.珠光体类型组织有哪几种它们的形成条件、组织形态和性能方面有何特点6.影响C曲线的主要因素有哪些试比较共析纲、亚共析钢和过共析钢的C曲线..7.简述贝氏体的组织特征和性能特点..8.马氏体组织有哪两种它们与钢的化学成分有何关系组织形态和性能方面有何特点9.生产中常用的退火方法有哪几种各适用于什么场合10.甲、乙两厂生产同一批零件;材料均选用45钢;硬度要求为220～250HBS;其中甲厂采用正火;乙厂采用调质;都达到硬度要求..试分析甲、乙两厂产品的组织和性能差别..11.某活塞用45钢制造;由于形状复杂;按正常淬火加热温度840℃加热后水冷;大约有40%出现淬火裂纹..请分析原因并改进该工件的淬火工艺..12.一块厚度为5 mm的45钢钢板;先经840℃加热淬火;硬度为55HRC;随后从一端加热;依靠热传导;使钢板上各点达到如图4-29所示的温度..试问：1 各点部位的组织是什么2 整个钢板自图示各温度缓冷到室温后各点部位的组织是什么3 整个钢板自图示各温度水淬快冷到室温后各点部位的组织是什么图4-29 题12图13.举例说明钢的淬透性、淬硬深度和淬硬性三者之间的区别..14.分析单液淬火、双液淬火、分级淬火、贝氏体等温淬火等方法对淬火应力带来的影响..15.试为以下钢件选择预先热处理工艺：1 20CrMnTi汽车变速箱齿轮锻造毛坯晶粒粗大；2 T12锻造后有网状渗碳体；3 T12钢锉刀毛坯改善切削加工性和热处理工艺性能..16.回火的目的是什么淬火钢在回火过程中显微组织发生哪些变化17.什么叫回火脆性生产中如何防止回火脆性18.分析以下说法是否正确;并说明理由..1 钢的淬火冷却速度愈快;所获得的硬度愈高;淬透性也愈好..2 钢的合金元素越多;淬火后的硬度越高..3 淬火钢回火后的性能主要取决于回火后的冷却速度..19.何谓表面热处理表面淬火的目的是什么常用的表面淬火有哪几种20.感应加热表面淬火的加热原理是什么淬火后的淬透层深度与什么有关21.渗碳的主要目的是什么试分析20钢渗碳缓慢冷却后的表层和心部组织;以及渗碳缓慢冷却后;加热到780℃淬火、180℃回火后的表层和心部组织..22.渗氮后的性能特点是什么渗氮后为何不进行淬火23.比较钢经表面淬火、渗碳淬火、渗氮热处理后的性能和应用范围等方面有何不同..24.某一用40Cr钢制造的齿轮;其加工路线如下：备料→锻造→正火→机械粗加工→调质→机械精加工→高频感应加热表面淬火与低温回火→磨削..请说明各热处理工序的目的及热处理后的显微组织..第5章工业用钢习题一、选择题1.40MnB钢中;微量元素B的作用是 B ..A、强化铁素体；B、提高淬透性；C、提高淬硬性；D、提高回火稳定性；2.欲要提高铬镍不锈钢的强度;主要采用 B ..A、时效强化方法；B、固溶强化方法；C、冷加工硬化方法；D、马氏体强化方法；3.20CrMnTi钢根据其组织和力学性能;在工业上主要作为一种 A 使用..A、合金渗碳钢；B、合金弹簧钢；C、合金调质钢；D、滚动轴承钢；4.大多数合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用;其中细化晶粒作用最为显著的有 C ..A、Mn、P；B、Mn、Ti；C、Ti、V； D．V、P5.除 A 元素外;其它合金元素溶于奥氏体后;均能增加过冷奥氏体的稳定性..A、Co； B．Cr； C．Mn； D．Ti；6.用40Cr钢制造的齿轮;锻造后的典型热处理工艺应是 A ..A、调质处理；B、高温回火；C、完全退火；D、正火处理；二、指出下列各钢牌号的名称及各符号的含义08 45 65Mn T12A ZG230-450 Q235A Q345 40Cr 20CrMnTi 60Si2Mn GCr9 CrWMn 9SiCr Cr12MoV W6Mo5Cr4V2 3Cr2Mo 1Cr13 0Cr19Ni9 4Cr9Si2 ZGMn13三、填空题1.高速工具钢经高温淬火加多次回火后;具有很高的硬度和较好的耐磨性..2.不锈钢按其金相显微组织不同;常用的有以下三类：马氏体型不锈钢、铁素体型不锈钢和奥氏体型不锈钢..3.含碳量对钢的性能影响很大;低碳钢、中碳钢和高碳钢的含碳量分别为≤0.25%、0.25%～0.60%、≥0.60%..4.钢中常存的杂质元素为Mn、Si、S、P;钢的质量等级主要以S和P的多少划分..5.合金钢按主要用途可分为合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢三大类..四、判断题1.高锰钢加热到1000～1100℃;淬火后可获得单相马氏体组织.. ×2.40钢的含碳量为0.40%;而T10钢的含碳量为10%.. ×3.Si和Mn通常是钢中的有益元素;因此钢中Si和Mn的含量要尽量高.. ×4.不锈钢的含碳量影响钢的耐蚀性;含碳量越高;则耐蚀性越好.. ×5.20CrMnTi钢是合金渗碳钢;GCr15是专用的合金工具钢.. ×6.1Cr13和40Cr钢中的Cr都是为了提高钢的淬透性.. ×7.大多数合金钢比含碳量相同的碳素钢热处理加热温度高;保温时间长.. √8.高速工具钢含大量合金元素;在热轧或锻造之后空冷就可获得马氏体组织.. ×五、问答题1.合金元素在钢中的存在形式有哪些其主要作用有哪些2.比较40Cr、T12、20CrMnTi的淬硬性和淬透性..3.制造某齿轮原用45钢;现想用Q235代替..能否代替为什么4.高速钢的主要性能要求是什么它的成分和热处理有什么特点5.冷作模具钢和热作模具钢的性能要求有什么不同6.为什么机床变速齿轮采用45或40Cr制造;而汽车变速箱齿轮常采用20CrMnTi7.不锈钢中含Cr通常大于12%;Cr12MoV、1Cr13是否是不锈钢为什么六、为下列机械零件选材1. 机床主轴2. 汽车变速齿轮3. 汽车板簧4. 地脚螺栓5. 滚珠6. 大型冷冲模7. 手术刀8. 坦克履带9. 硝酸槽 10. 发动机连杆第6章铸铁习题一、填空题1.铸铁与钢相比;具有良好的铸造性能、良好的减摩性、较低的缺口敏感性、良好的切削加工性和良好的减摩性等优点..2.碳在铸铁中主要有渗碳体和石墨两种存在形式..3.影响石墨化的因素是化学成分和冷却速度..4.铸铁的力学性能主要取决于基体的性能和石墨的数量、形状、大小及分布状况..5.常用的合金铸铁有耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等..二、选择题1.为提高灰铸铁的表面硬度和耐磨性;采用 A 热处理方法效果较好..A、表面淬火；B、等温淬火；C、渗碳后淬火加低温回火；D、淬火加高温回火；2.球墨铸铁经 A 可获得铁素体基体组织;经 C 可获得下贝氏体基体组织..A、退火；B、正火；C、贝氏体等温淬火；D、调质；3.为下列零件正确选材：机床床身 D ；汽车后桥外壳 C ；柴油机曲轴B ；排气管 A ..A、RuT300；B、QT700-2；C、KTH350-10；D、HT300；三、判断题1.热处理可以改变灰铸铁的基体组织;但不能改变石墨的形状、大小和分布情况..√2.可锻铸铁比灰铸铁的塑性好;因此可以进行锻压加工.. ×3.厚壁铸铁件的表面硬度总比其内部高.. ×4.可锻铸铁一般只适用于制造薄壁小型铸件.. √5.白口铸铁件的硬度适中;易于进行切削加工.. ×6.铸件壁厚大小是影响石墨化的最主要因素.. ×四、简答题1.什么是铸铁它与钢相比有什么优点2.影响铸铁石墨化的因素有哪些3.灰铸铁是否可通过热处理来提高力学性能球墨铸铁和可锻铸铁又如何为什么4.球墨铸铁是如何获得的它与相同基体的灰铸铁相比;其突出性能特点是什么5.可锻铸铁和球墨铸铁;哪种适宜制造薄壁铸件为什么6.下列牌号各表示什么铸铁牌号中的数字表示什么意义1 HT2502 QT700-23 KTH330-084 KTZ450-065 RuT420第7章非铁金属习题一、判断题1.不锈钢属于非铁金属.. ×2.铝及其合金具有良好的耐酸、碱、盐腐蚀能力.. ×3.铝及其合金都无法用热处理强化.. ×4.颜色呈紫红色的铜属于纯铜.. √5.钛是目前惟一可以在超低温条件下工作的金属工程材料.. ×6.滑动轴承合金越软;减摩性越好.. √7.镁合金是目前使用的密度最小的金属工程材料.. √8.硬质合金除了磨削;无法用其它常规机械加工方法加工.. √9.纯铜无法进行热处理强化.. √二、填空题1.白铜是铜和金属镍组成的的合金..2.青铜是除锌和镍元素以外;铜和其它元素组成的合金..3.目前常用的滑动轴承合金组织有软基体硬质点组织和硬基体软质点组织两大类..4.通用硬质合金又称万能硬质合金..5.在钨钴类硬质合金中;碳化钨的含量越多;钴的含量越少;则合金的硬度、红硬性及耐磨性越高;但强度和韧性越低..三、问答题1.固溶强化、弥散强化、时效强化的区别有哪些2.滑动轴承合金应具有怎样的性能和理想组织3.制作刃具的硬质合金材料有哪些类别比较一下它们有何差别..4.变形铝合金与铸造铝合金在成分选择上和组织上有什么不同5.为什么防锈铝不能通过热处理强化6.时效温度和时效时间对合金强度有何影响7.金属材料的减摩性和耐磨性有何区别它们对金属组织和性能要求有何不同四、理解题1.试从机理、组织与性能变化上对铝合金淬火和时效处理与钢的淬火和回火处理进行比较..2.铝合金的变质处理和灰铸铁的孕育处理有何异同之处3.用已时效强化的2A12硬铝制造的结构件;若使用中撞弯;应怎样校直为什么第8章常用非金属材料习题一、名词解释1. 高分子化合物2. 非金属材料3. 工程塑料二、简答题1.何谓热固性塑料和热塑性塑料举例说明其用途..2.塑料由哪些组成物组成其性能如何举例说明工程塑料的应用实例..3.何谓橡胶其性能如何举出三种常用橡胶在工业中的应用实例..4.何谓陶瓷其性能如何举出三种常用陶瓷在工业中的应用实例..5.何谓复合材料其性能如何举出三种常用复合材料在工业中的应用实例..第9章铸造习题一、名词解释1. 铸造2. 砂型铸造3. 造型4. 造芯5. 浇注系统6. 流动性7. 收缩性8. 特种铸造9. 压力铸造二、填空题1.特种铸造包括金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造等..2.型砂和芯砂主要由型砂、粘结剂、附加物、旧砂和水组成..3.造型材料应具备的性能有可塑性、耐火性、透气性、退让性、溃散性等..4.手工造型方法有：整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、三箱造型和刮板造型等..5.浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成..三、问答题1.铸造生产有哪些优缺点2.零件、铸件和模样三者在形状和尺寸上有哪些区别3.选择铸件分型面时;应考虑哪些原则4.绘制铸造工艺图时应确定哪些主要的工艺参数5.铸件上产生缩孔的根本原因是什么顺序凝固为什么能避免缩孔缺陷6.冒口有什么作用如何设置冒口7.设计铸件结构时应遵循哪些原则8.比较铸铁、铸钢、铸造有色金属的铸造性能..第10章锻压习题一、名词解释1．冷变形强化 2. 再结晶 3. 余块 4. 热加工 5. 可锻性6. 锻造流线7. 锻造比二、填空题1.塑性与变形抗力是衡量锻造性优劣的两个主要指标;塑性愈高;变形抗力愈小;金属的可锻性就愈好..2.随着金属冷变形程度的增加;材料的强度和硬度升高;塑料和韧性下降;使金属的可锻性变差..3.金属塑性变形过程的实质就是位错沿着滑移面的运动过程..随着变形程度的增加;位错密度增加;塑性变形抗力增大..4.自由锻零件应尽量避免带楔形、曲线形、锥形的表面、肋板和凸台、圆柱体与圆柱体相贯结构..5.弯曲件弯曲后;由于有回弹现象;因此弯曲模角度应比弯曲零件弯曲角度小于一个回弹角α..三、判断题1.细晶粒组织的可锻性优于粗晶粒组织.. √2.非合金钢碳素钢中碳的质量分数愈低;可锻性就愈差.. ×3.零件工作时的切应力应与锻造流线方向一致.. ×4.常温下进行的变形为冷变形;加热后进行的变形为热变形.. ×5.因锻造之前进行了加热;所以任何材料均可以进行锻造.. ×6.冲压件材料应具有良好的塑性.. √7.弯曲模的角度必须与冲压弯曲件的弯曲角度相同.. ×8.落料和冲孔的工序方法相同;只是工序目的不同.. √四、简答题1.如何确定锻造温度的范围为什么要“趁热打铁”2.冷变形强化对锻压加工有何影响如何消除3.自由锻零件结构工艺性有哪些基本要求4.试比较自由锻、锤上模锻、胎模锻造的优缺点..5.对拉深件如何防止皱折和拉裂五、分析题1．叙述绘制图10-29所示零件的自由锻件图应考虑的因素..图10-29 C618K车床主轴零件图2．改正图10-30所示模锻零件结构的不合理处;并说明理由..图10-30 模锻零件结构六、课外研究观察生活或生产中小金匠锻制金银首饰的操作过程;分析整个操作过程中各个工序的作用或目的;并编制其制作工艺流程..第11章焊接习题一、判断题1.从本质上讲;钎焊不属于焊接.. √2.压力焊都是固相焊接.. ×3.采用碱性焊条焊接时;焊缝的含氢量低是由于焊条药皮含氢量低所致的.. ×4.埋弧焊不适宜焊接铝、钛等活泼性金属.. √气体保护焊的飞溅.. √5.不论采取何种措施;都无法根绝CO26.电渣焊后;一般都要进行细化晶粒热处理.. √7.当焊缝中存在气孔时;X光探伤后底片上相应部位呈白色.. ×二、填空题1.焊条由焊芯和焊条药皮两部分组成..2.焊接电弧包括阳极区、阴极区和弧柱区三部分..3.按焊条熔渣的碱度;可以将焊条分为酸性焊条和碱性焊条两大类..4.按照钎料的熔点不同;可以将钎焊分为硬钎焊和软钎焊两类..5.高碳钢焊接时;预热温度应控制在350ºC以上..6.外观检查是指用肉眼或用不超过30倍的放大镜对焊件进行检查..7.磁粉探伤后必须进行去磁处理..8.焊接接头包括焊缝和热影响区两部分..9.低碳钢的焊接热影响区包括过热区、正火区、部分相变区和再结晶区四个区域..三、问答题1.钎焊与焊接在本质上有何区别2.酸性焊条与碱性焊条有何不同3.叙述常见焊接方法的工艺特点..4.钎剂的作用是什么对钎剂和钎料都有哪些基本要求5.高碳钢焊接工艺有什么特点6.铸铁焊补时容易出现哪些焊接缺陷焊接铸铁的方法有哪些焊接时应注意什么问题7.焊接铜时容易出现哪些焊接缺陷为什么焊接时应采取哪些工艺措施8.常用的控制和矫正焊接变形的方法有哪些9.常用的降低和消除焊接应力的方法有哪些10.机械法矫正焊接变形有什么缺点火焰法矫正焊接变形有什么缺点11.焊接热影响区分几个组织变化区各有哪些特点12.焊接铝时容易出现哪些焊接缺陷焊接时应采取哪些工艺措施13.常见的焊接缺陷有哪些什么缺陷危害性最大14.常见的焊接检验方法有哪些各自的检查机理和应用范围是什么四、理解题1.为什么用碳当量法判断钢材的焊接性只是一种近似的方法2.在实际焊接生产中;为什么常把超声波探伤和X光探伤联合使用第12章零件材料与毛坯的选择习题一、填空题1.零件选材的一般原则是在满足使用性能的前提下;再考虑工艺性能、经济性..2.零件的工作条件分析应从受力状况、环境状况、特殊功能等几方面分析..3.零件的变形失效包括弹性变形失效、塑性变形失效、蠕变变形失效等..4.零件常用的毛坯包括铸件、锻件、焊接结构件、冲压件、型材或板材下料等..5.零件毛坯选择的依据包括力学性能、零件形状、尺寸、质量、零件材料、生产批量等..二、热处理应用1.某齿轮要求具有良好的综合力学性能;表面硬度为50～55HRC;选择45钢制造..加工工艺路线为：下料—→锻造—→热处理—→机械粗加工—→热处理—→机械精加工—→热处理—→精磨..试说明工艺路线中各热处理工序的名称、目的..2.拟用T12钢制成锉刀;其工艺路线如下：锻打—→热处理—→机械加工—→热处理—→精加工..试写出各热处理工序的名称;并制定最终热处理工艺..三、指出下列工件在选材与热处理技术中的错误;说明理由;并提出改正意见..1.用45钢制作表面耐磨的凸轮;淬火、回火要求60～63HRC..2.用40Cr制作直径30 mm、要求良好综合力学性能的传动轴;采用调质要求40～45HRC..3.用45钢制作直径15 mm的弹簧丝;淬火、回火要求55～60HRC..4.制造转速低、表面耐磨性及心部强度要求不高的齿轮选用45钢;渗碳淬火要求58～62HRC..5.选用9SiCr制造M10板牙;热处理技术条件为淬火、回火要求50～55HRC..6.选用T12钢制作钳工用的凿子;淬火、回火要求60～62HRC..7.一根直径100 mm、心部强度要求较高的传动轴;选用45钢;采用调质要求220～250HBS..8.大批量生产直径5 mm的塞规;以检验零件的内孔;选用T7钢;淬火、回火要求60～64HRC..四、综合练习1.大型矿山载重汽车变速箱齿轮;传递功率大;受到大的冲击、极大的摩擦;对齿轮的要求为：心部应有很高的冲击韧性及强度;齿轮表面应有高的硬度、耐磨性及高的疲劳强度..其材料为合金钢20CrMnTi..试选择毛坯类型并安排工艺路线;说明热处理工序的作用..2.某轴类零件承受较大的冲击力、变动载荷;其失效形式主要是：过量变形与疲劳断裂;要求材料具有高的强度、疲劳强度、较好的塑性与韧性;即要求较好的综合力学性能;轴上有一部位应耐磨、耐疲劳..试选择材料及毛坯并安排热处理工序位置..3.制造一件齿轮减速器箱体;试选择材料及毛坯..如果成批生产减速箱;这时你又如何考虑材料与毛坯五、思考题1.零件失效的原因一般包括哪些方面2.零件毛坯选择的基本原则是什么3.生产批量对零件毛坯的选择有什么影响4.为什么齿轮多用锻件毛坯;而手轮、带轮多用铸件做毛坯六、调研汽车上各个零件的材料;分析零件的毛坯..。
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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。
工程材料力学性能 第四章 金属的断裂
金属的断裂知识
断裂是机械和工程构件失效的主要形式之一。 • 失效形断式：磨损、腐蚀和断裂 。断裂的危害最大 。 断裂是工程构件最危险的一种失效方式，尤其是脆性 断裂，它是突然发生的破坏，断裂前没有明显的征兆， 这就常常引起灾难性的破坏事故 • 断裂是材料的一种十分复杂的行为，在不同的力学、 物理和化学环境下，会有不同的断裂形式。 研究断裂的主要目的是防止断裂，以保证构件在服役 过程中的安全。
二、金属断裂强度
理论断裂强度就是把金属原子分离开所需的最大应 力 金属的理论断裂强度可由原子间结合力的图形算出， 如图。图中纵坐标表示原子间结合力，纵轴上方为 吸引力下方为斥力，当两原子间距为a即点阵常数 时，原子处于平衡位置，原子间的作用力为零。如 金属受拉伸离开平衡位置，位移越大需克服的引力 越大，引力和位移的关系如以正弦函数关系表示，
金属中含有裂纹来自两方面：一是在制造 工艺过程中产生，如锻压和焊接等；一是 在受力时由于塑性变形不均匀，当变形受 到阻碍(如晶界、第二相等)产生了很大的 应力集中，当应力集中达到理论断裂强度， 而材料又不能通过塑性变形使应力松弛， 这样便开始萌生裂纹。
ຫໍສະໝຸດ （二）裂纹形成的位错理论
裂纹形成可能与位错运动有关。 1．甄纳—斯特罗位错塞积理论 甄纳(G．zener)1948年提出. 如果塞积头处的应力集中不能为塑性变形所松弛，则塞积头处 的最大拉应力能够等于理论断裂强度而形成裂纹。
解理断裂过程包括如下三个阶段： 塑性变形形成裂纹；裂纹在同一晶粒内初期长大； 裂纹越过晶界向相邻晶粒扩展。
甄纳—斯特罗理论存在的问题： 在那样大的位错塞积下，将同时产生很大切应力 的集中，完全可以使相邻晶粒内的位错源开动，产 生塑性变形而将应力松弛，使裂纹难以形成。
材料力学性能课后习题
弯强度） ； （3）τs（材料的扭转屈服点） ； （4） τs （抗扭强度） ； （5） τp （扭转比例极限） ； （6） σbn（抗拉强度） ； （7）HBS（压头为淬火钢球的 材料的布氏硬度） ； （8）HBW：压头为硬质合金 球的材料的布氏硬度； （9）HRA（材料的洛氏硬 度） ；HRB（材料的洛氏硬度） ；HRC（材料的洛 氏硬度） ； （10）HV（材料的维氏硬度） ； （ 11 ） HK（材料的努氏硬度） ； （ 12）HS（材料的肖氏 硬度） ； （13）K（理论应力集中系数） ； （14）NSR （缺口敏感度） 3.今有如下零件和材料等需测定硬度，试说明选 用何种硬度试验方法为宜： （1）渗碳层的硬度分布----HK 或-显微 HV（2） 淬火钢-----HRC（3）灰铸铁-----HB（4）鉴别钢中 的隐晶马氏体和残余奥氏体-----显微 HV 或者 HK （5）仪表小黄铜齿轮-----HV（6）龙门刨床导轨 -----HS（肖氏硬度）或 HL(里氏硬度)（7）渗氮层 -----HV（8）高速钢刀具-----HRC（9）退火态低碳 钢-----HB（10）硬质合金-----HRA 4.说明几何强化现象的成因，并说明其本质与形 变强化有何不同 5.试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转试验 的特点和应用范围。 试 验 特点 应用范围 方 法 温度、应力状态和加 塑性变形抗力 载速率确定，采用光 拉 和切断强度较 滑圆柱试样，试验简 伸 低的塑性材 单，应力状态软性系 料。 数较硬。 应力状态软，一般都 脆性材料，以 能产生塑性变形，试 观察脆性材料 压 样常沿与轴线呈 45º 在韧性状态下 缩 方向产生断裂，具有 所表现的力学 切断特征。 行为。 测定铸铁、铸 弯曲试样形状简单， 造合金、工具 操作方便；不存在拉 钢及硬质合金 伸试验时试样轴线与 等脆性与低塑 力偏斜问题，没有附 性材料的强度 加应 弯 和显示塑性的 力影响试验结果，可 曲 差别。也常用 用试样弯曲挠度显示 于比较和鉴别 材料的塑性；弯曲试 渗碳和表面淬 样表面应力最大，可 火等化学热处 灵敏地反映材料表面 理机件的质量 缺陷。 和性能。 用来研究金属 应力状态软性系数为 在热加工条件 0.8，比拉伸时大，易 下的流变性能 于显示金属的塑性行 和断裂性能， 为；试样在整个长度 评定材料的热 上的 压力加工型， 塑性变形时均匀，没 并未确定生产 扭 有紧缩现象，能实现 条件下的热加 转 大塑性变形量下的试 工工艺参数提 验；较能敏感地反映 供依据；研究 出金属表面缺陷和及 或检验热处理 表面硬化层的性能； 工件的表面质 试样所承受的最大正 量和各种表面 应力与最大切应力大 强化工艺的效 体相等。 果。 第三章 1.缺口会引起哪些力学响应？ 答：材料截面上缺口的存在，使得在缺口的根部 产生应力集中、双向或三向应力、应力集中和应 变集中，并试样的屈服强度升高，塑性降低。 2.比较平面应力和平面应变的概念。 答：平面应力：只在平面内有应力，与该面垂直 方向的应力可忽略，例如薄板拉压问题。平面应 变：只在平面内有应变，与该面垂直方向的应变 可忽略，例如水坝侧向水压问题。具体说来：平 面应力是指所有的应力都在一个平面内， 如果平 面是 OXY 平面，那么只有正应力 σx，σy，剪应 力 τxy(它们都在一个平面内)， 没有 σz， τyz， τzx。 平面应变是指所有的应变都在一个平面内， 同样 如果平面是 OXY 平面，则只有正应变 εx，εy 和 剪应变 γxy，而没有 εz，γyz，γzx。 3.如何评定材料的缺口敏感性： 答：材料的缺口敏感性，可通过缺口静拉伸、偏 斜拉伸、静弯曲、冲击等方法加以评定。 7. 何谓低温脆性？哪些材料易表现出低温脆性？ 工程上，有哪些方法评定材料低温脆性？ 答：在低温下，材料由韧性状态转变为脆性状态 的现象称为低温脆性。 只有以体心立方金属为基 的冷脆金属才具有明显的低温脆性， 如中低强度 钢和锌等。而面心立方金属，如铝等，没有明显 的低温脆性。 工程上常采用低温脆性通常用脆性 转变温度，能量准则，断口形貌准则，断口变形 特征准则评定。 8. 说明为什么焊接船只比铆接船只易发生脆性 破坏？ 答：焊接容易在焊缝处形成粗大金相组织气孔、 夹渣、未熔合、未焊透、错边、咬边等缺陷，增 加裂纹敏感度，增加材料的脆性，容易发生脆性 断裂。 10.细化晶粒尺寸可以降低脆性转变温度或者说 改善材料低温韧性，为什么？ 答：晶界是裂纹扩展的阻力；晶界增多有利于降 低应力集中，降低晶界上杂质度，避免产生沿晶 界脆性断裂。所以可以提高材料的韧性。 第四章 1.解释下列名词： 低应力脆断：高强度、超高强度钢的机件，中低 强度钢的大型、 重型机件在屈服应力以下发生的 断裂； （2）I 型裂纹：拉应力垂直作用于裂纹扩 展面，裂纹沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展的 裂纹。 （3）应力强度因子 KI：在裂纹尖端区域各 点的应力分量除了决定于位置外， 尚与强度因子 有关，对于某一确定的点，其应力分量由确定， 越大，则应力场各点应力分量也越大，这样就可 以表示应力场的强弱程度， 称为应力场强度因子。 “I”表示 I 型裂纹。 （4）裂纹扩展 K 判据：裂纹在
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..。
工程力学习题 及最终答案
.1第一章 第二章第三章 绪论 思 考 题1) 现代力学有哪些重要的特征？2) 力是物体间的相互作用。
按其是否直接接触如何分类？试举例说明。
3) 工程静力学的基本研究内容和主线是什么？ 4) 试述工程力学研究问题的一般方法。
第二章 刚体静力学基本概念与理论习 题2-1 求图中作用在托架上的合力F R 。
2-2 已知F 1=7kN ，F 2=5kN, 求图中作用在耳环上的合力F R 。
习题12030200N.22-3 求图中汇交力系的合力F R 。
2-4 求图中力F 2的大小和其方向角。
使 a )合力F R =1.5kN, 方向沿x 轴。
b)合力为零。
2-5 二力作用如图，F 1=500N 。
为提起木桩，欲使垂直向上的合力为F R =750N ，且F 2力尽量小，试求力F 2的大小和角。
F4560F1习题b)xy453F 1=30N F 2F 3=40N A xy456F 1=600NF 2=700N F 3=5A习题a )x 70F2F 1=1.25kNA习题3F 1=500NAF 2习题.32-6 画出图中各物体的受力图。
C(b)(a)C(c)C(d)FBEqDA CCD EBCAB DD.42-7 画出图中各物体的受力图。
2-8 试计算图中各种情况下F 力对o 点之矩。
习题b)Bc)d)习题B(a )a )ABCBABC.52-9 求图中力系的合力F R 及其作用位置。
习题P(d) c)Fb)(5kNM =6kN mxx.62-10 求图中作用在梁上的分布载荷的合力F R 及其作用位置。
(Bq 1=600N/m Bq=4kN(q A =3k q C =1C (习题2-(6kNx1=x.72-11 图示悬臂梁AB 上作用着分布载荷，q 1=400N/m ，q 2=900N/m, 若欲使作用在梁上的合力为零，求尺寸a 、b 的大小。
第三章 静力平衡问题 习 题3-1 图示液压夹紧装置中，油缸活塞直径D=120mm ，压力p =6N/mm 2，若3-2 图中为利用绳索拔桩的简易方法。
工程力学习题 及最终答案
页脚内容第一章第二章第三章 绪论思 考 题1) 现代力学有哪些重要的特征？2) 力是物体间的相互作用。
按其是否直接接触如何分类？试举例说明。
3) 工程静力学的基本研究内容和主线是什么？ 4) 试述工程力学研究问题的一般方法。
第二章 刚体静力学基本概念与理论习 题2-1 求图中作用在托架上的合力F R 。
习题2-1图12030200NN页脚内容2-2 已知F 1=7kN ，F 2=5kN, 求图中作用在耳环上的合力F R 。
2-3 求图中汇交力系的合力F R 。
2-4 求图中力F 2的大小和其方向角。
使 a )合力F R =1.5kN, 方向沿x 轴。
b)合力为零。
2-5 二力作用如图，F 1=500N 。
为提起木桩，欲使垂直向上的合力为F R =750N ，且F 2力尽量小，试求力F 2的大小和角。
24560F 1习题2-2图)xy4530F 1=30N F 2=20NF 3=40N Axy4560F 1=600NF 2=700NF 3=500N A 习题2-3图()x70F 2F 1=1.25kNA习题2-4图30F 1=500NAF 2页脚内容2-6 画出图中各物体的受力图。
(b )(a )A (c)(d )DACDB页脚内容2-7 画出图中各物体的受力图。
2-8 试计算图中各种情况下F 力对o 点之矩。
习题2-6图)(d )习题2-7图(a )DDAB CBABC页脚内容2-9 求图中力系的合力F R 及其作用位置。
习题2-8图P (d )PF)( a )NF 3NNM =6kN m F 3NF 2N页脚内容2-10 求图中作用在梁上的分布载荷的合力F R 及其作用位置。
( a )q 1=600N/mq=4kN/m( b )q A =3kN/ 习题2-9图( c )NF Nm F 3N页脚内容2-11 图示悬臂梁AB 上作用着分布载荷，q 1=400N/m ，q 2=900N/m, 若欲使作用在梁上的合力为零，求尺寸a 、b 的大小。
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影响因素有： 1)．晶体结构：BCC容易出现低温脆性 2)．化学成分：固溶强化降低塑性（Mn, Ni） 3)．显微组织：①晶粒大小②金相组织
3
5 试述焊接船舶比铆接船舶容易发生脆性破坏的原因。 焊接容易在焊缝处形成粗大金相组织气孔、夹渣、未 熔合、未焊透、错边、咬边等缺陷，增加裂纹敏感度，增 加材料的脆性，容易发生脆性断裂（落锤试验试样）。 6 下列三组试验方法中，请举出每一组中哪种试验方法测得 的冷脆温度较高？为什么？ 冷脆温度的高低与试验中试样受力方式有关，容易发 生塑性变形的就能够提高冷脆温度。 （1）拉伸和扭转：静载荷下拉伸的软性状态系数大于弯曲 大于扭转，因此拉伸和扭转比较时，在拉伸条件下的塑性 比扭转低，因此扭转的冷脆温度高。 （2）缺口静弯曲和缺口冲击弯曲：应变速率增加可以提高 材料的强度同时降低材料的塑性，因此应变速率的增加有 增加材料脆性的倾向，缺口静弯曲的冷脆温度相对较高。 （3）光滑试样拉伸和缺口试样拉伸：缺口试样会导致材料 的受力状态改变成两向或者三向，而多向拉伸的软性系数 更小，因此缺口试样会使材料变脆的倾向，从而降低冷脆 4 温度
裂纹扩展K（G,J）判据：裂纹在受力时只要满足 K （G,J）≥ KIC（GIC,JIC） ，就会发生脆性断裂. 裂纹扩展能量释放率GI：I型裂纹扩展单位面积时系 统释放势能的数值。 Ｊ积分：有两种定义或表达式：一是线积分：二是 形变功率差。 ＣＯＤ：裂纹张开位移δ ＣＯＤ判据：当δ≥δC时，裂纹开始扩展。 韧带：裂纹扩展方向试样没有裂纹的区域
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7、试述裂纹尖端塑性区产生的原因及其影响因素。 原因：机件上由于存在裂纹，在裂纹尖端处产生 应力集中，当σy趋于材料的屈服应力时，在裂纹 尖端处便开始屈服产生塑性变形，从而形成塑性 区。 影响塑性区大小的因素：裂纹在厚板中所处的位 置，板中心处于平面应变状态，塑性区较小；板 表面处于平面应力状态，塑性区较大。但是无论 平面应力或平面应变，塑性区宽度总是与 （KIC/σs)2成正比。
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2、说明下列断裂韧度指标的意义及其相互关系 KIC和KC： KIC为平面应变下裂纹临界或失稳状态的应力场强 度因子，称断裂K韧度。 KC为平面应力断裂韧度。 KC≥ KIC GIC：材料阻止裂纹失稳扩展时单位面积所消耗的能量 JIC：是材料的断裂韧度，表示材料抵抗裂纹开始扩展的能力。 δC：张开型裂纹失稳的临界张开位移
7 试从宏观上和微观上解释为什么有些材料有明显 的韧脆转变温度，而另外一些材料则没有？ 宏观上：
微观上：派—纳力的主导作用及其对温度的 敏感性
5
8 根据韧脆转变温度分析机件脆断失效的优缺点。 缺点：脆性断裂一般断裂时间较短，突发性的断 裂，因此在使用时一旦超过屈服强度就会很快断 裂 优点：脆性断裂在常温下表现为脆性，因此材料 的变形随温度降低时变化不大，这样在交变温度 的使用环境下，就不需要考虑材料的冷脆温度
ac K IC GIC J IC c 平面应力 E s E s s s
2 c 2
GIC J IC (1 2 ) 2 平面应变 c K IC nE s n s n s
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3、试述低应力脆断的原因及防止方法。 低应力脆断的原因：机件存在宏观裂纹，从而使其在 低于屈服应力的情况发生断裂。 预防措施：将断裂判据用于机件的设计上，在给定裂 纹尺寸的情况下，确定机件允许的最大工作应力，或 者当机件的工作应力确定后，根据断裂判据确定机件 不发生脆性断裂时所允许的最大裂纹尺寸。 4、为什么研究裂纹扩展的力学条件时不用应力判据而用其 它判据？
r=>0时 =>∞ 很小的 应力就 会失稳 与实际 不符
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5、试述应力场强度因子的意义及典型裂纹的KI表达 式 平面应变下裂纹临界或失稳状态的应力场强度 因子，K判据。典型裂纹的KI表达式:P69(略) 6、试述K判据的意义及用途。 K判据解决了经典的强度理论不能解决存在宏观 裂纹为什么会产生低应力脆断的原因。K判据将 材料断裂韧度同机件的工作应力及裂纹尺寸的 关系定量地联系起来，可直接用于设计计算， 估算裂纹体的最大承载能力、允许的裂纹最大 尺寸，以及用于正确选择机件材料、优化工艺 等。
6
第四章
1 名词解释 • 低应力脆断：高强度、超高强度钢的机件 ，中低 强度钢的大型、重型机件在屈服应力以下发生的 断裂。 • 张开型裂纹： 拉应力垂直作用于裂纹扩展面，裂 纹沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展的裂纹。 • 应力场：应力作用范围 • 应变场：发生应变的试样区域 • 应力场强度因子KⅠ： 与位置无关，对应力场各 点应力分量有很大影响，能够表示应力场的强弱 程度的因子。 “I”表示I型裂纹。
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小范围屈服： 塑性区的尺寸较裂纹尺寸及净截面尺 寸为小时（小一个数量级以上），这就称为小 范围屈服 塑性区：发生塑性变形的区域 有效屈服应力：裂纹在发生屈服时的应力。与材料 屈服应力的区别，在平面应力状态下就是屈服 应力，而在平面应变状态下为2.5倍的材料屈服 强度 有效裂纹长度：塑性变形导致应力松弛，从而使屈 服区之外的应力增加，其效果相当于因裂纹长 度增加ry后对裂纹尖端应力场的影响，经修正 8 后的裂纹长度即为有效裂纹长度: a+ry。
1
• AK：冲击吸收功 • AKV(U)：V(U)型缺口试样的冲击吸收功 • FATT50：结晶区占整个断口面积50%时的温度定 义的韧脆转变温度 Plastic • NDT, FTE, TFP
Elastic
2
4 试说明低温脆性的物理本质及其影响因素 低温脆性的物理本质：
位错运动 随温度降 低而困难
第三章
• 冲击韧度：冲击载荷下，材料断裂前单位截面积 吸收的能量（外力做的功） • 冲击吸收功: 冲击载荷下，材料断裂前吸收的能 量（外力做的功） • 低温脆性： 温度低于某一温度时，材料由韧性状 态变为脆性状态的现象。 • 韧脆转变温度：材料有韧性状态转变为脆性状态 的温度。 • 韧性温度储备:材料使用温度和韧脆转ห้องสมุดไป่ตู้温度的差 值。