機(jī)械工程材料習(xí)題答案

1、機(jī)械工程材料習(xí)題答案第二章作業(yè)21常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？它們的原子排列和晶格常數(shù)有什么特點(diǎn)？ Fe、 Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn各屬何種結(jié)構(gòu)？答：常見晶體結(jié)構(gòu)有3種： 體心立方： Fe、Cr、V 面心立方： Fe、Al、Cu、Ni密排六方：Mg、Zn 2-7為何單晶體具有各向異性，而多晶體在一般情況下不顯示出各向異性？答：因?yàn)閱尉w內(nèi)各個方向上原子排列密度不同，造成原子間結(jié)合力不同，因而表現(xiàn)出各向異性；而多晶體是由很多個單晶體所組成，它在各個方向上的力相互抵消平衡，因而表現(xiàn)各向同性。第三章作業(yè)32 如果其它條件相同，試比較在下列鑄造條件下，所得鑄件晶粒的大小；金屬模澆注

2、與砂模澆注；高溫澆注與低溫澆注；鑄成薄壁件與鑄成厚壁件；澆注時采用振動與不采用振動；厚大鑄件的表面部分與中心部分。答：晶粒大小：金屬模澆注的晶粒小 低溫澆注的晶粒小 鑄成薄壁件的晶粒小 采用振動的晶粒小 厚大鑄件表面部分的晶粒小第四章作業(yè) 44 在常溫下為什么細(xì)晶粒金屬強(qiáng)度高，且塑性、韌性也好？試用多晶體塑性變形的特點(diǎn)予以解釋。答：晶粒細(xì)小而均勻，不僅常溫下強(qiáng)度較高，而且塑性和韌性也較好，即強(qiáng)韌性好。 原因是：（1）強(qiáng)度高：Hall-Petch公式。晶界越多，越難滑移。（2）塑性好：晶粒越多，變形均勻而分散，減少應(yīng)力集中。（3）韌性好：晶粒越細(xì)，晶界越曲折，裂紋越不易傳播。46 生產(chǎn)中加工長的

3、精密細(xì)杠（或軸）時，常在半精加工后，將將絲杠吊掛起來并用木錘沿全長輕擊幾遍在吊掛715天，然后再精加工。試解釋這樣做的目的及其原因？ 答：這叫時效處理一般是在工件熱處理之后進(jìn)行原因用木錘輕擊是為了盡快消除工件內(nèi)部應(yīng)力減少成品形變應(yīng)力吊起來，是細(xì)長工件的一種存放形式吊個7天，讓工件釋放應(yīng)力的時間，軸越粗放的時間越長。48 鎢在1000變形加工，錫在室溫下變形加工，請說明它們是熱加工還是冷加工（鎢熔點(diǎn)是3410，錫熔點(diǎn)是232）？答：W、Sn的最低再結(jié)晶溫度分別為: TR(W) =（0.40.5)×(3410+273)273 =（12001568）()1000 TR(Sn) =（0.40

4、.5)×(232+273)273 =（-71-20）() 25所以W在1000時為冷加工，Sn在室溫下為熱加工49 用下列三種方法制造齒輪，哪一種比較理想？為什么？（1）用厚鋼板切出圓餅，再加工成齒輪；（2）由粗鋼棒切下圓餅，再加工成齒輪；（3）由圓棒鍛成圓餅，再加工成齒輪。答：齒輪的材料、加工與加工工藝有一定的原則，同時也要根據(jù)實(shí)際情況具體而定，總的原則是滿足使用要求；加工便當(dāng)；性價比最佳。對齒輪而言，要看是干什么用的齒輪，對于精度要求不高的，使用頻率不高，強(qiáng)度也沒什么要求的，方法1、2都可以，用方法3反倒是畫蛇添足了。對于精密傳動齒輪和高速運(yùn)轉(zhuǎn)齒輪及對強(qiáng)度和可靠性要求高的齒輪，方

5、法3就是合理的。經(jīng)過鍛造的齒坯，金屬內(nèi)部晶粒更加細(xì)化，內(nèi)應(yīng)力均勻，材料的雜質(zhì)更少，相對材料的強(qiáng)度也有所提高，經(jīng)過鍛造的毛坯加工的齒輪精度穩(wěn)定，強(qiáng)度更好。410 用一冷拔鋼絲繩吊裝一大型工件入爐，并隨工件一起加熱到1000，保溫后再次吊裝工件時鋼絲繩發(fā)生斷裂，試分析原因？答：由于冷拔鋼絲在生產(chǎn)過程中受到擠壓作用產(chǎn)生了加工硬化使鋼絲本身具有一定的強(qiáng)度和硬度，那么再吊重物時才有足夠的強(qiáng)度，當(dāng)將鋼絲繩和工件放置在1000爐內(nèi)進(jìn)行加熱和保溫后，等于對鋼絲繩進(jìn)行了回復(fù)和再結(jié)晶處理，所以使鋼絲繩的性能大大下降，所以再吊重物時發(fā)生斷裂。411 在室溫下對鉛板進(jìn)行彎折，越彎越硬，而稍隔一段時間再行彎折，鉛板又像

6、最初一樣柔軟這是什么原因？答：鉛板在室溫下的加工屬于熱加工，加工硬化的同時伴隨回復(fù)和再結(jié)晶過程。越彎越硬是由于位錯大量增加而引起的加工硬化造成，而過一段時間又會變軟是因?yàn)槭覝貙τ阢U已經(jīng)是再結(jié)晶溫度以上，所以伴隨著回復(fù)和再結(jié)晶過程，等軸的沒有變形晶粒取代了變形晶粒，硬度和塑性又恢復(fù)到了未變形之前。第五章作業(yè)53 一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體、共析滲碳體異同？答：一次滲碳體：由液相中直接析出來的滲碳體稱為一次滲碳體。二次滲碳體：從A中析出的滲碳體稱為二次滲碳體。三次滲碳體：從F中析出的滲碳體稱為三次滲碳體共晶滲碳體：經(jīng)共晶反應(yīng)生成的滲碳體即萊氏體中的滲碳體稱為共晶滲碳體共析滲碳體

7、：經(jīng)共析反應(yīng)生成的滲碳體即珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳體 組織形狀不同，對基體的影響不同。共同點(diǎn) 同屬于一個相，晶體結(jié)構(gòu)相同，化學(xué)成分相同。56 現(xiàn)有形狀、尺寸完全相同的四塊平衡狀態(tài)的鐵碳合金，它們的碳含量分別為Wc=0.2%，Wc=0.4%，Wc=1.2，Wc=3.5%的合金。根據(jù)你所學(xué)的知識，可有哪些方法區(qū)別它們？答：測量四塊合金的硬度，其硬度隨含碳量增加而升高。 觀察四塊合金的金相，0.2%和0.4%的合金均為亞共析鋼，其組織為珠光體+鐵素體，珠光體的量隨含碳量增加而增加；1.2%的合金為過共析鋼，其組織為珠光體+二次滲碳體；3.5%的合金為亞共晶白口鐵，其組織為珠光體+二次滲碳體+低溫

8、萊氏體。 觀察四塊合金與砂輪磨出的火花，隨著含碳量的增加，流線數(shù)量和爆花數(shù)量都急劇增多，碳含量超過0.8%以后，增多的趨勢逐漸緩和。57 根據(jù)鐵碳相圖解釋下列現(xiàn)象 ：1)含碳量1.0%的鋼比含碳量0.5%的鋼硬度高； 2)在室溫平衡狀態(tài)下，含碳量為0.8%的鋼比含碳量為1.2%的鋼強(qiáng)度高；3)室溫下萊氏體比珠光體塑性差；答：1) 含碳量1.0%的鋼比含碳量0.5%的鋼硬度高； 鋼由較軟的鐵素體和較硬的滲碳體組成，隨著含碳量的提高，鋼中滲碳體的量提高，因此硬度提高。 2) 在室溫平衡狀態(tài)下，含碳量為0.8%的鋼比含碳量為1.2%的鋼強(qiáng)度高； 鋼的強(qiáng)度是典型的對組織敏感的性能指標(biāo)，細(xì)密相

9、間的兩相組織珠光體具有較高的強(qiáng)度，因此提高珠光體的比例可改善鋼的強(qiáng)度，而連續(xù)分布在原奧氏體晶界上的二次滲碳體將降低鋼的強(qiáng)度。0.8%的鋼中珠光體的比例高于1.2%的鋼，同時1.2%的鋼含有更多的二次滲碳體，故0.8%的鋼比1.2%的鋼強(qiáng)度高。 3)室溫下萊氏體比珠光體塑性差； 室溫下萊氏體Fe3C+P，即珠光體分布滲碳體相的基底上，而滲碳體基底的脆性極大，萊氏體表現(xiàn)為脆性的，幾乎不能塑性變形。第六章作業(yè)61解釋下列名詞：1）奧氏體的起始晶粒度、實(shí)際晶粒度、本質(zhì)晶粒度；答：（1）起始晶粒度：是指在臨界溫度以上，奧氏體形成剛剛完成，其晶粒邊界剛剛接觸時的晶粒大小。（2）實(shí)際晶粒度：是指在某一具體的

10、熱處理加熱條件下所得到的晶粒尺寸。（3）本質(zhì)晶粒度：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，在930±10保溫足夠時間（3-8小時）后測定的鋼中晶粒的大小。2）珠光體、索氏體、屈氏體、貝氏體、馬氏體；答：珠光體：鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物。索氏體：在650600溫度范圍內(nèi)形成層片較細(xì)的珠光體。屈氏體：在600550溫度范圍內(nèi)形成片層極細(xì)的珠光體。貝氏體：過飽和的鐵素體和滲碳體組成的混合物。馬氏體：碳在-Fe中的過飽和固溶體。3）過冷奧氏體、奧氏體、殘余奧氏體；答：奧氏體: 碳在中形成的間隙固溶體.過冷奧氏體: 處于臨界點(diǎn)以下的不穩(wěn)定的將要發(fā)生分解的奧氏體稱為過冷奧氏體。殘余奧氏體：M轉(zhuǎn)變結(jié)束后剩余的奧氏體

11、。4）淬火、回火、退火、正火、冷處理、時效處理（尺寸穩(wěn)定處理）；答：退火：將工件加熱到臨界點(diǎn)以上或在臨界點(diǎn)以下某一溫度保溫一定時間后，以十分緩慢的冷卻速度（爐冷、坑冷、灰冷）進(jìn)行冷卻的一種操作。 正火：將工件加熱到Ac3或Accm以上3080，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻。 淬火：將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上3050，保溫一定時間，然后快速冷卻（一般為油冷或水冷），從而得馬氏體的一種操作。 回火：將淬火鋼重新加熱到A1點(diǎn)以下的某一溫度，保溫一定時間后，冷卻到室溫的一種操作。 冷處理：把冷到室溫的淬火鋼繼續(xù)放到深冷劑中冷卻，以減少殘余奧氏體的操作。 時效處理：為使二次淬火層的組織穩(wěn)定，在110

12、150經(jīng)過636小時的人工時效處理，以使組織穩(wěn)定。5）淬火臨界冷卻速度（Vk），淬透性,淬硬性；答：淬火臨界冷卻速度（Vk）：淬火時獲得全部馬氏體組織的最小冷卻速度。淬透性：鋼在淬火后獲得淬硬層深度大小的能力。淬硬性：鋼在淬火后獲得馬氏體的最高硬度。6）再結(jié)晶、重結(jié)晶； 答：再結(jié)晶：金屬材料加熱到較高的溫度時，原子具有較大的活動能力，使晶粒的外形開始變化。從破碎拉長的晶粒變成新的等軸晶粒。和變形前的晶粒形狀相似，晶格類型相同，把這一階段稱為“再結(jié)晶”。 重結(jié)晶：由于溫度變化，引起晶體重新形核、長大，發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的改變，稱為重結(jié)晶。7）調(diào)質(zhì)處理、變質(zhì)處理。答：調(diào)質(zhì)處理：淬火后的高溫回火。變質(zhì)處理

13、：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，特意加入某些難熔固態(tài)顆粒，造成大量可以成為非自發(fā)晶核的固態(tài)質(zhì)點(diǎn)，使結(jié)晶時的晶核數(shù)目大大增加，從而提高了形核率，細(xì)化晶粒。6-2 如下圖所示，T12鋼加熱到Ac1以上，用圖示的各種方法冷卻，分析各自得到的組織。答: a 水中淬火 MFe3Cb 分級淬火 MFe3Cc 油中淬火 MTFe3Cd 等溫淬火 B下Fe3Ce 正火 SFe3Cf 完全退火 PFe3Cg 等溫退火 PFe3C6-4 將同一棒料上切割下來的4快45鋼試樣，同時加熱到850，然后分別在水、油、爐、空氣中冷卻，說明：各是何種熱處理工藝？各獲得什么組織？排列一下硬度的大小順序。答：(1) 水冷：淬火 M(2)

14、油冷：淬火 M+T(3) 爐冷：退火 P+F(4) 空冷：正火 S+F硬度順序：(1)(2) (4) (3)6-5 殘留奧氏體對鋼淬火后的性能有何影響？用什么方法可以減少殘留奧氏體的數(shù)量？答: 殘留奧氏體不僅降低了淬火鋼的硬度和耐磨性，而且在工件的長期使用過程中，殘留奧氏體還會發(fā)生轉(zhuǎn)變，使工件形狀尺寸變化，降低工件尺寸精度。 用“冷處理”可以減少殘留奧氏體的數(shù)量。67 甲，乙兩廠生產(chǎn)同一批零件，材料均選45鋼，硬度要求為2202250HBW。甲廠采用正火，乙廠采用調(diào)質(zhì)，都達(dá)到硬度要求。試分析甲，乙兩廠產(chǎn)品的組織和性能的差別。答：甲廠采用正火：獲得細(xì)珠光體，正火消除中碳鋼經(jīng)熱加工后產(chǎn)生的組織缺陷

15、，塑性基本不降低。乙廠采用調(diào)質(zhì)：獲得回火索氏體，強(qiáng)度、硬度、耐磨性降低。大幅度提高了塑性、韌性，得到較好的綜合力學(xué)性能的鋼。6-9 倉庫中有45鋼、38CrMoAlA鋼和20CrMnTi鋼，它們都可以用來制造齒輪，為了滿足齒輪的使用要求，問各應(yīng)進(jìn)行何種熱處理？并比較它們經(jīng)熱處理后在組織和性能上的不同。答: (1) 45鋼：先調(diào)質(zhì)，感應(yīng)加熱表面淬火低溫回火 組織：表層M回,心部S回 (2) 38CrMoAlA：先調(diào)質(zhì)，后氮化 組織：表層氮化組織，心部S回 (3) 20CrMnTi：滲碳，淬火低溫回火 組織： M回少量AR ,心部FP6-10 某一用45鋼制造的零件，其加工路線如下：備料鍛造正火粗

16、機(jī)械加工調(diào)質(zhì)精機(jī)械加工高頻感應(yīng)加熱淬火低溫回火磨削，請說明各熱處理工序的目的及熱處理后的組織。答：正火目的:消除鍛造應(yīng)力,改善切削加工性,同時均勻組織,細(xì)化晶粒,為后續(xù)熱處理作組織準(zhǔn)備。組織: 晶粒均勻細(xì)小的F和S。調(diào)質(zhì)目的:提高塑性、韌性,使零件獲得較好的綜合力學(xué)性能。組織: S回。高頻感應(yīng)加熱淬火目的:提高工件表面的硬度和耐磨性,而心部仍保持良好的塑性和韌性。低溫回火目的:降低內(nèi)應(yīng)力和脆性。表層組織: M回，心部組織：S回。第七章作業(yè)78 試比較T9、9SiCr、W6Mo5Cr4V2作為切削刀具材料的熱處理、力學(xué)性能特點(diǎn)及適用范圍，并由此得出一般性結(jié)論。答：T9的熱處理：淬火低溫回火。力學(xué)性能：硬度高，韌性中等，無熱硬性，綜合力學(xué)性能欠佳。