工程材料課后答案.doc

第一章2.圖1-79為五種材料的應力-應變曲線：45鋼，鋁青銅，35鋼，硬鋁，純銅。試問：（1） 當外加應力為300MPa時，各材料處于什么狀態(tài)？（2） 有一用35鋼制作的桿，使用中發(fā)現彈性彎曲較大，如改用45鋼制作該桿，能否減少彈性變形？（3） 有一用35鋼制作的桿，使用中發(fā)現塑性變形較大，如改用45鋼制作該桿，能否減少塑性變形？答：（1）45鋼：彈性變形 鋁青銅：塑性變形 35鋼：屈服狀態(tài) 硬鋁：塑性變形 純銅：斷裂。（2）不能，彈性變形與彈性模量E有關，由E=/可以看出在同樣的條件下45鋼的彈性模量要大，所以不能減少彈性變形。（3）能，當35鋼處于塑性變形階段時，45鋼可能處在彈性或塑性變形之間，且無論處于何種階段，45鋼變形長度明顯低于35鋼，所以能減少塑性變形。4下列符號表示的力學性能指標的名稱和含義是什么？b 、s、0.2、-1、k、 HRC、HBS、HBW答：b抗拉強度，是試樣保持最大均勻塑性的極限應力。s屈服強度，表示材料在外力作用下開始產生塑性變形時的最低應力。0.2條件屈服強度，作為屈服強度的指標。-1疲勞強度，材料循環(huán)次數N次后達到無窮大時仍不發(fā)生疲勞斷裂的交變應力值。伸長率，材料拉斷后增加的變形長度與原長的比率。HRC洛氏硬度，表示用金剛石圓錐為壓頭測定的硬度值。HBS布氏硬度，表示用淬硬鋼球為壓頭測定的硬度值。HBW布氏硬度，表示用硬質合金為壓頭測定的硬度值。7.常見的金屬晶體結構有哪幾種？-Fe 、- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、 Pb 、 Cr 、 V 、Mg、Zn 各屬何種晶體結構？答：常見金屬晶體結構：體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；Fe、Cr、V屬于體心立方晶格；Fe 、Al、Cu、Ni、Pb屬于面心立方晶格；Mg、Zn屬于密排六方晶格；8什么是固溶強化？造成固溶強化的原因是什么？答：形成固溶體使金屬強度和硬度提高，塑性和韌性略有下降的現象稱為固溶強化。固溶體隨著溶質原子的溶入晶格發(fā)生畸變。晶格畸變隨溶質原子濃度的提高而增大。晶格畸變增大位錯運動的阻力，使金屬的滑移變形變得更加困難，從而提高合金的強度和硬度。9將20kg純銅與30kg純鎳熔化后緩慢冷卻到如圖1-80所示溫度T1，求此時：（1）兩相的成分； （2）兩相的重量比；（3）各相的相對重量 （4）各相的重量。17. 確定下列鋼件的退火方法，并指出退火目的及退火后的組織：1）經冷軋后的15鋼鋼板，要求降低硬度；答：再結晶退火。目的：使變形晶粒重新轉變?yōu)榈容S晶粒，以消除加工硬化現象，降低了硬度，消除內應力。細化晶粒，均勻組織，消除內應力，降低硬度以消除加工硬化現象。組織：等軸晶的大量鐵素體和少量珠光體。2）ZG35的鑄造齒輪答：完全退火。經鑄造后的齒輪存在晶粒粗大并不均勻現象，且存在殘余內應力。因此退火目的：細化晶粒，均勻組織，消除內應力，降低硬度，改善切削加工性。組織：晶粒均勻細小的鐵素體和珠光體。3）鍛造過熱后的60鋼鍛坯；答：完全退火。由于鍛造過熱后組織晶粒劇烈粗化并分布不均勻，且存在殘余內應力。因此退火目的：細化晶粒，均勻組織，消除內應力，降低硬度，改善切削加工性。組織：晶粒均勻細小的少量鐵素體和大量珠光體。4）具有片狀滲碳體的T12鋼坯；答：球化退火。由于T12鋼坯里的滲碳體呈片狀，因此不僅硬度高，難以切削加工，而且增大鋼的脆性，容易產生淬火變形及開裂。通過球化退火，使層狀滲碳體和網狀滲碳體變?yōu)榍驙顫B碳體，以降低硬度，均勻組織、改善切削加工性。組織：粒狀珠光體和球狀滲碳體。18. 說明45鋼試樣（10mm）經下列溫度加熱、保溫并在水中冷卻得到的室溫組織：700，760，840，1100。答：700：因為它沒有達到相變溫度，因此沒有發(fā)生相變，組織為鐵素體和珠光體。760：它的加熱溫度在Ac1Ac3之間，因此組織為鐵素體、馬氏體和少量殘余奧氏體。840：它的加熱溫度在Ac3以上，加熱時全部轉變?yōu)閵W氏體，冷卻后的組織為馬氏體和少量殘余奧氏體。1100：因它的加熱溫度過高，加熱時奧氏體晶粒粗化，淬火后得到粗片狀馬氏體和少量殘余奧氏體。19指出下列工件淬火及回火溫度，并說明回火后獲得的組織：（1）45鋼小軸（要求綜合力學性能好）；（2）60鋼彈簧；（3）T12鋼銼刀。答：（1）AC3+（30-50）淬火，（820-840）回火（高溫），回火索氏體。（2）（400-600）淬火，（350-500）回火（中溫），回火托氏體。（3）（760-780）淬火，250以下回火（低溫），回火馬氏體。20有兩種高強度螺栓，一種直徑為10mm，另一種直徑為30mm，都要求有較高的綜合力學性能：b800MPa，k600KJ/m2。試問應選擇什么材料及熱處理工藝。答：直徑10mm螺栓：45鋼，850淬火 + 520水冷回火；直徑30mm螺栓：40Cr，（840-880）鹽浴淬火+（540-650）回火保溫20-30分鐘。第二章2. 灰鑄鐵流動性好的主要原因是什么？提高金屬流動性的主要工藝措施是什么？答：灰鑄鐵流動性好的原因是石墨呈片狀形式存在，碳的質量分數高，有共晶成分，熔點較低。提高金屬流動性的主要工藝措施是較高的澆注溫度。4. 定向凝固和同時凝固方法分別解決哪種鑄造缺陷？請舉例各分析幾種應用情況。答：定向凝固解決的缺陷：冒口補縮作用好，可防止縮孔和縮松，鑄件致密。 同時凝固解決的缺陷：凝固期間不容易產生熱裂，凝固后也不易引起應力變形，由于不用冒口或冒口很小而節(jié)省金屬，簡化工藝，減少工作量。正確布置澆注系統(tǒng)的引入位置，確定合理的澆注工藝；采用冒口；采用補貼；采用具有不同蓄熱系數的造型材料或冷缺。9. 鑄件、模樣、零件三者在尺寸上有何區(qū)別，為什么?答：模樣是考慮收縮率后將零件尺寸按一定比例放大后所做的，相當于我們常說的模子；然后用模樣做成鑄型，做好后將模樣取出，進行澆注；就做出來鑄件。鑄件相當于零件的毛坯，由于考慮到加工因素，因此鑄件的尺寸要比較零件大如果去掉澆冒口后進行一定加工后就是零件了所以三者的尺寸關系為：模樣鑄件零件第三章11.能否將沖制孔徑為f400.16 mm工件的沖孔模改制成沖制外徑為f40-0.16工件的落料模？落料： D凹(Dmax-x)+凹 D凸（ D凹min)-凸沖孔： d凸（dmin+x)-凸 d凹(d凸+Zmin)+凹可見：落料時凹模直徑是最小的，主要為了磨損到一定程度，沖裁件還可用；同理，沖孔時凸模尺寸是最大的，凸?？筛?，但凹模不能改。因為若將沖孔模改成落料模，則d凹D凹，間隙落在凹模上，尺寸太大。15.在成批大量生產外徑為40mm，內徑為20mm，板厚為4mm，精度為IT9的墊圈時，請示意畫出（1）連續(xù)模，（2）復合模簡圖，請計算凸凹模尺寸并標在簡圖上。已知：沖裁件公差為0.02mm,凹模公差為0.01mm，凸模公差為0.01mm。（按照尺寸入體原則）Dmax=40mm, dmin=20mm, Zmin=46%=0.24=0.02mm, x=1, 凹0.01mm, 凸0.01mm 落料：D凹（Dmax-x ）+凹(40-10.02) 0.0139.980.01 mmD凸（D凹Zmin)凸（39.98-0.24) -0.0139.74-0.01 mm沖孔：d凸=(dmin+x)凸（20+0.02) -0.01 20.02-0.01mm d凹=(d凸+Zmin)+凹(20.02+0.24)0.0120.260.01 mm第四章2.焊接接頭的組織和性能如何?答：（1）焊縫金屬區(qū)：熔焊時，在凝固后的冷卻過程中，焊縫金屬可能產生硬，脆的淬硬組織甚至出現焊接裂紋。（2）熔合區(qū)：該區(qū)的加熱溫度在固、液相之間，由鑄態(tài)的組織和過熱組織構成可能出現液硬組織，該區(qū)的化學成分和組織都很不均勻，力學性能很差，是焊接接頭中最薄弱的部位之一，常是焊接裂縫發(fā)源地。（3）熱影響區(qū)：a.過熱區(qū)：此區(qū)的溫度范圍為固相線至1100，寬度約1-3mm，由于溫度高，顆粒粗大，使塑性和韌性降低。b.相變重組晶區(qū)：由于金屬發(fā)生了重組晶，隨后在空氣中冷卻，因此可以得到均勻細小的正火組織。c.不完全重組晶區(qū)：由于部分金屬發(fā)生了重組晶，冷卻后可獲得細化的鐵素體和珠光體，而未重結晶的部分金屬則得到粗大的鐵素體。焊縫及熱影響的大小和組織性能變化的程度取決于焊接方法，焊接規(guī)范，接頭形式等因素。3.焊接低碳鋼時，其熱影響區(qū)的組織性能有什么變化？答：低碳鋼的Wc0.25，焊接性良好，焊接時，沒有淬硬，冷裂傾向，主要組織性能變化為：（1）過熱區(qū)晶粒粗大，塑性和韌性降低。（2）相變重晶區(qū)產生均勻細小正火組織，力學性能良好。（3）不完全重晶區(qū)有鐵素體、珠光體，力學性能不均勻。5.產生焊接熱裂紋和冷裂紋的原因是什么，如何減少和防止？答：熱裂紋是高溫下焊縫金屬和焊縫熱影響區(qū)中產生的沿晶裂紋、冷裂紋是由于材料在室溫附近溫度下脆化而形成的裂紋.熱裂紋的減少和防止:控制母材和焊材雜質的含量。冷裂紋的減少和防止：預熱和焊裂后熱處理。1相：在金屬或合金中，凡成分相同、結構相同并與其它部分有界面分開的均勻組成部分，均稱之為相。2合金：通過熔煉，燒結或其它方法，將一種金屬元素同一種或幾種其它元素結合在一起所形成的具有金屬特性的新物質，稱為合金。3固溶體：合金的組元之間以不同的比例混合，混合后形成的固相的晶格結構與組成合金的某一組元的相同，這種相稱為固溶體。4加工硬化：隨著塑性變形的增加，金屬的強度、硬度迅速增加；塑性、韌性迅速下降的現象。5淬火：鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上某一溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體1化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進行馬氏體（或貝氏體）轉變的熱處理工藝。通常也將鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過程的熱處理工藝稱為淬火。6馬氏體：是一種常見的金屬材料的金相組織結構，它由奧氏體轉變而來，特點是硬度高，強度高，比容大，沖擊韌性低。常用碳鋼的淬火，就是將材料中部分金相結構變成馬氏體的過程7調質處理：淬火加回火叫調質處理，淬火時將工件加熱到臨界溫度以上，然后通過介質迅速冷卻，回火時根據工件要求的硬度不同將工件加熱到臨界溫度以下某個溫度進行回火8淬透性：指在規(guī)定條件下，決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性。鋼材淬透性好與差，常用淬硬層深度來表示。淬硬層深度越大，則鋼的淬透性越好。鋼的淬透性主要取決于它的化學成分，特別是含增大淬透性的合金元素及晶粒度，加熱溫度和保溫時間等因素有關。淬透性好的鋼材，可使鋼件整個截面獲得均勻一致的力學性能以及可選用鋼件淬火應力小的淬火劑，以減少變形和開裂。1P50常用的材料硬度的測量方法有那些？其應用范圍如何？這些測量方法的硬度值能否進行比較？硬度分為壓痕硬度、刻劃硬度、回彈硬度。最常用的是壓痕硬度，用規(guī)定的試驗力將規(guī)定形狀的壓頭壓入試樣表面并保持規(guī)定的時間，通過測量壓痕的尺寸、面積或深度來確定試樣的硬度。同樣實驗條件下，壓痕越小表示硬度越高。壓痕硬度分為洛氏硬度、布氏硬度、維氏硬度等。2實際金屬中存在哪些晶體缺陷？它們對性能有什么影響？點缺陷，面缺陷，線缺陷由于晶體缺陷在晶體中并不是靜止不動的，它隨外界條件的改變進行運動增加，發(fā)生交互作用和消失，所以它對金屬的性能，固態(tài)相變，擴散等過程將產生重大影響P62產生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金屬加工中有什么利弊？答：隨著變形的增加，晶粒逐漸被拉長，直至破碎，這樣使各晶粒都破碎成細碎的亞晶粒，變形愈大，晶粒破碎的程度愈大，這樣使位錯密度顯著增加；同時細碎的亞晶粒也隨著晶粒的拉長而被拉長。因此，隨著變形量的增加，由于晶粒破