機(jī)械工程材料課后習(xí)題答案

1、學(xué)習(xí)參考機(jī)械工程課后答案第一章1 1、什么是黑色金屬？什么是有色金屬？答：鐵及鐵合金稱為黑色金屬，即鋼鐵材料；黑色金屬以外的所有金屬及其 合金稱為有的金屬。2 2、碳鋼，合金鋼是怎樣分類的？答：按化學(xué)成分分類；碳鋼是指含碳量在 0.0218%0.0218% 2.11%2.11%之間，并含有少 量的硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)的鐵碳合金。3 3、鑄鐵材料是怎樣分類的？應(yīng)用是怎樣選擇？答：鑄鐵根據(jù)石墨的形態(tài)進(jìn)行分類，鑄鐵中石墨的形態(tài)有片狀、團(tuán)絮狀、球 狀、蠕蟲狀四種，對應(yīng)為灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵。4 4、陶瓷材料是怎樣分類的？答：陶瓷材料分為傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷和金屬陶瓷三種。5 5、常見的金

2、屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？它們的原子排列和晶格常數(shù)各有什么特點(diǎn) ？a-Fe-Fe,Y-Fe-Fe, AlAl，CuCu，NiNi，PbPb，CrCr，V V，MgMg，ZnZn 各屬何種金屬結(jié)構(gòu)？答：體心晶格立方，晶格常數(shù) a=b=ca=b=c，a-Fe-Fe，CrCr，V V。面心晶格立方，晶格常 數(shù) a=b=ca=b=c，Y-Fe-Fe，NiNi，AlAl，CuCu，PbPb。密排六方晶格，MgMg，ZnZn。6 6 實(shí)際金屬晶體中存在哪些缺陷？它們對性能有什么影響？答：點(diǎn)缺陷、破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲，從而引起性能變 化，是金屬的電阻率增加，強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降。學(xué)習(xí)參考

3、線缺陷（位錯）、少量位錯時，金屬的屈服強(qiáng)度很高，當(dāng)含有一定量位錯 時，強(qiáng)度降低。當(dāng)進(jìn)行形變加工時，位錯密度增加，屈服強(qiáng)度增高。 面缺陷（晶界、亞晶界）、晶界越多，晶粒越細(xì)，金屬的塑性變形能力越 大，塑性越好。7 7、固溶體有哪些類型？什么是固溶強(qiáng)化？答：間隙固溶體、置換固溶體。由于溶質(zhì)元素原子的溶入，使晶格發(fā)生畸 變，使之塑性變形抗力增大，因而較純金屬具有更高的強(qiáng)度、硬度，即固 溶強(qiáng)化作用。第二章1 1、在什么條件下，布氏硬度實(shí)驗(yàn)比洛氏硬度實(shí)驗(yàn)好？答：布氏硬度實(shí)驗(yàn)主要用于硬度較低的退火鋼 、正火鋼、調(diào)試剛、鑄鐵、有 色金屬及軸承合金等的原料和半成品的測量 ，不適合測定薄件以及成品。 洛氏硬度實(shí)

4、驗(yàn)可用于成品及薄件的實(shí)驗(yàn)。2 2、旳.2.2 的意義是什么？能在拉伸圖上畫出來嗎？答：表示對于沒有明顯屈服極限的塑性材料，可以將產(chǎn)生 0.2%0.2%塑性應(yīng)變時的 應(yīng)變作為屈服指標(biāo)，即為條件屈服極限。3 3、什么是金屬的疲勞？金屬疲勞斷裂是怎樣產(chǎn)生的？疲勞破壞有哪些特點(diǎn)？如 何提高零件的疲勞強(qiáng)度？答：金屬在反復(fù)交變的外力作用下強(qiáng)度要比在不變的外力作用下小得多，即金屬疲勞；疲勞斷裂是指在交變載荷作用下，零件經(jīng)過較長時間工作或多次應(yīng)力循環(huán)后所發(fā)生的斷裂現(xiàn)象； 疲勞斷裂的特點(diǎn)：引起疲勞斷裂的應(yīng)力很低 ，常常低于學(xué)習(xí)參考靜載下的屈服強(qiáng) 度；斷裂時無明顯的宏觀塑性變形，無預(yù)兆而是突然的發(fā)生；疲勞斷口能

5、清楚的顯示出裂紋的形成、擴(kuò)展和最后斷裂三個階段；提高疲勞強(qiáng)度：改善零件的結(jié)構(gòu)形狀，避免應(yīng)力集中，降低零件表面粗糙度值以及采取各種表面強(qiáng)化處理如噴丸處理，表面淬火及化學(xué)熱處理等。4 4、韌性的含義是什么？冰有何實(shí)際意義？答：材料在塑性變形和斷裂的全過程中吸收能量的能力，稱為材料的韌性；沖擊韌度a表示材料在沖擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力 ，口 k k 值的大 小表示材料的韌性好壞。一般把 akak 值低的材料稱為脆性材料，口 k k 值高的材 料稱為韌性材料。5 5、何謂低應(yīng)力脆斷？金屬為什么會發(fā)生低應(yīng)力脆斷？低應(yīng)力脆斷的抗力指標(biāo)是 什么？答：低應(yīng)力脆斷是在應(yīng)力作用下，裂紋發(fā)生的擴(kuò)展，當(dāng)裂紋擴(kuò)

6、展到一定臨界尺 寸時，裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展（即自動迅速擴(kuò)展），造成構(gòu)件的突然斷裂；抗 力指標(biāo)為斷裂韌性（P43P43）6 6 緊固螺栓使用后有塑性變形，試分析材料的那些性能指標(biāo)沒有達(dá)到要求 ？ 答：鋼材的屈服強(qiáng)度未達(dá)到要求。第三章1 1、分析純金屬的冷卻曲線中出現(xiàn)平臺”的原因？答：液態(tài)金屬開始結(jié)晶時，由于結(jié)晶潛熱的放出，補(bǔ)償了冷卻時散失的熱 量，所以冷卻曲線出現(xiàn)水平臺階，即結(jié)晶在室溫下進(jìn)行。2 2、金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是什么？晶核的形成率和成長速度受到哪些因素的影響？答：純金屬的結(jié)晶規(guī)律是：在恒定溫度下進(jìn)行，結(jié)晶時要放出潛熱，需要過冷 度，結(jié)晶的過程是晶核產(chǎn)生和晶核不斷長大的過程。影響晶核的形核率

7、N N 和成長率 G G的最重要因素是結(jié)晶時的過冷度和液體中的不熔雜質(zhì) 。3 3、間隙固溶體和間隙相有什么不同？答：間隙固溶體是溶質(zhì)元素原子處于溶劑元素原子組成的晶格空隙位置而形成的固溶體；間隙相是當(dāng)非金屬原子半徑與金屬原子半徑的比值小于0.590.59時，形成的筒單晶體結(jié)構(gòu)的間隙化合物，稱為間隙相。4 4、何謂金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變？答：一些金屬，在固態(tài)下隨溫度或壓力的改變，還會發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)變化，即由 一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的變化，稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。5 5、簡要說明金屬結(jié)晶的必要條件和結(jié)晶過程 。答：晶體總是在過冷的情況下結(jié)晶的，因此過冷是金屬結(jié)晶的必要條件；金 屬結(jié)晶過程是晶核形成和晶核長大

8、的過程。6 6 單晶體和多晶體有何區(qū)別？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：整塊物質(zhì)都由原子或分子按一定規(guī)律作周期性重復(fù)排列的晶體稱為單晶體. .，整個物體是由許多雜亂無章的排列著的小晶體組成的 ，這樣的物體叫 多晶體；因?yàn)閱尉w中的原子排列位向是完全一致的 ，因此其性能是各向.學(xué)習(xí)參考學(xué)習(xí)參考異性的，而多晶體內(nèi)部是由許多位向不同的晶粒組成，各晶粒自身的各向異性彼此抵消，故顯示出各向同性。7 7、 過冷度與冷卻速度有何關(guān)系？它對金屬結(jié)晶過程有何影響？對鑄件晶粒大小 有何影響？答：隨著冷卻速度的增加，材料的結(jié)晶形核過程會有相應(yīng)的時間滯后性，就會 造成過冷度增加；隨著

9、冷卻速度的增大，則晶體內(nèi)形核率和長大速度都加 快，加速結(jié)晶過程的進(jìn)行，但當(dāng)冷速達(dá)到一定值以后則結(jié)晶過程將減慢，因 為這時原子的擴(kuò)散能力減弱；過冷度增大，”大，結(jié)晶驅(qū)動力大，形核率 N N 和成長率 G G 都大，且 N N 的增加比 G G 增加得快，提高了 N N 與 G G 的比值，晶 粒變細(xì)，但過冷度過大，對晶粒細(xì)化不利，結(jié)晶發(fā)生困難。8 8、 以鐵為例說明同素異構(gòu)（異晶）現(xiàn)象。答：S-Fe-Fe 13941394CY-Fe-FeJ912912Ca-Fe-Fe9 9、 同樣形狀的兩塊鐵碳合金， 其中一塊是 1515 鋼， 一塊是白口鑄鐵， 用什么簡便方法 可迅速區(qū)分它們？答：一般來說肉眼

10、判斷的話看鑄鐵的截面，白口鐵脆，斷面沒有 1515 號鋼勻稱。第四章1 1、解釋下列名稱。答：再結(jié)晶，指經(jīng)冷塑性變形的金屬被加熱到較高的溫度時 ，由于原子的活動能力增大，晶粒的形狀開始發(fā)生變化，由破碎拉長的晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)橥暾牡容S 加工學(xué)習(xí)參考硬化：隨著變形程度的增加，金屬的強(qiáng)度、硬度顯著升高，而塑性、韌 性顯著下降，即加工硬化；熱加工：指將金屬材料加熱至高溫進(jìn)行鍛造，熱軋等壓力加工過程；回復(fù)：指經(jīng)冷塑變形后的金屬在加熱時，尚未發(fā)生光學(xué)顯微變化前（即再結(jié) 晶之前）的微觀結(jié)構(gòu)變化過程。2 2、為什么室溫下，金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度、硬度越高，而塑性、韌性也越 好？答：金屬的晶粒越細(xì)，晶界總面積越大，則

11、位錯的障礙越多，需要協(xié)調(diào)的具有 不同位相的晶粒越多，金屬的塑性變形抗力越大，從而導(dǎo)致金屬的強(qiáng)度和硬 度越高。3 3、金屬經(jīng)冷塑變形后，其組織和性能有什么變化？答：組織變化：顯微組織的變化，亞結(jié)構(gòu)細(xì)化，變形織構(gòu)；性能變化：強(qiáng) 度、硬度升高，塑性、韌性下降。4 4、金屬鑄件的晶粒往往比較粗大，能否經(jīng)過再結(jié)晶退火來細(xì)化晶粒？為什么？ 答：不能；細(xì)化晶粒較小，不適宜晶粒粗大的鑄件。5 5、為什么用圓鋼棒熱鐓成齒坯再加工成齒輪更合理些 ？答：因?yàn)榘袅乡叴趾笤偾邢骷庸?，流線呈徑向放射狀，各齒的切應(yīng)力均與流 線近似垂直，強(qiáng)度與壽命較高。6 6、請判斷金屬鎢在 11001100C下的變形加工和錫在室溫下的變形

12、加工是冷加工還 是熱加工？答：所謂熱加工是指在再結(jié)晶溫度以上的加工過程 ，在再結(jié)晶溫度以下的加 工過程稱為冷加工;而鎢的再結(jié)晶溫度為 12001200C,所以在 11001100C下的變形 加工是冷加工；錫的再結(jié)晶溫度為約-7-7C,所以在室溫下的變形加工是熱 加工。7 7、用冷拔高碳鋼絲纏繞螺旋彈簧，最后一般要進(jìn)行何種熱處理？為什么？ 答：進(jìn)行低溫回火處理，為了增加彈性。學(xué)習(xí)參考第五章1 1、 何謂過冷奧氏體？如何測定鋼的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖？奧氏體等溫轉(zhuǎn)變有何特 點(diǎn)？答：從鐵碳相圖可知，當(dāng)溫度在 A1A1 以上時，奧氏體是穩(wěn)定的，能長期存在。當(dāng)溫度降到 A1A1 以下后，奧氏體即處于過冷狀態(tài)，

13、即過冷奧氏體。2 2、共析鋼奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形成條件、組織形態(tài)即性能各有何特點(diǎn)？答：當(dāng)溫度冷卻至 727727 攝氏度時，奧氏體將發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變成鐵素體和滲 碳體的機(jī)械混合物，即珠光體。此后，在繼續(xù)冷卻的的過程中不再發(fā)生組織 變化（三次滲碳體的析出不計），共析鋼的全部室溫組織全部為珠光體。鐵 素體因溶碳量極少，固溶強(qiáng)化作用甚微，故力學(xué)性能與純鐵相近。其特征是 強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性好。奧氏體的力學(xué)性能與其溶碳量有關(guān)，一般來 說，其強(qiáng)度、硬度不高，但塑性優(yōu)良。在鋼的軋制或者鍛造時，為使鋼易于 進(jìn)行塑性變形，通常將剛加熱到高溫使之成奧氏體狀態(tài)。滲碳體屬于金屬化 合物。它的硬度極高，可以劃

14、玻璃，而塑性、韌性極低，伸長率和沖擊韌度 近于零。珠光體含碳量為 0.77%0.77%。由于滲碳體在其中起強(qiáng)化作用，因此，珠光體有良好的機(jī)械性能，其抗拉強(qiáng)度高，硬度高，且仍有一定的塑性和韌性。3 3、 影響奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的主要因素有哪些 ？比較亞共析鋼、共析鋼、過共析 鋼的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖。答：影響奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的主要因素為：含碳量及合金元素含量。亞共析鋼 隨 wCwCT,C C 曲線右移；過共析鋼隨 wCwCT,C C 曲線左移；共析鋼過冷 A A 最穩(wěn) 定（C C 曲線最靠右）除 CoCo 夕卜，所有溶入 A A 中的合金元素均使曲線右移。除 CoCo、AlAl 夕卜，溶入 A A的合

15、金元素都使 C C 曲線上的 MsMs、MfMf 點(diǎn)降低。亞共析鋼 及過共析鋼的過冷 A A 的等溫轉(zhuǎn)變與共析鋼一樣，亦可分為高溫 P P 型轉(zhuǎn)變、中 溫 B B 型轉(zhuǎn)變和低溫 M M 型轉(zhuǎn)變。但學(xué)習(xí)參考在 P P 型轉(zhuǎn)變之前，亞共析鋼有 F F 的析出，過 共析鋼有 Fe3CFe3C 析出。4 4、 比較共析碳鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖與等溫轉(zhuǎn)變圖的異同點(diǎn)。如何參照奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖定性的估計連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過程及所的產(chǎn)物？答：首先，過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變時，控制冷卻速度可以獲得不同的纖維組織 ， 但分析起來比較困難；而在等溫轉(zhuǎn)變的條件下控制冷卻溫度則可以獲得不同 的纖維組織，并且可以獨(dú)立的改變溫度和

16、時間，分別研究溫度和時間對奧氏 體轉(zhuǎn)變的影響；以共析鋼為例，在等溫轉(zhuǎn)化時，根據(jù)等溫轉(zhuǎn)變的溫度不同， 分別可以獲得珠光體和貝氏體 （按溫度由大到?。?；在連續(xù)冷卻時，根據(jù)冷 卻速度不同，分別可以獲得珠光體、珠光體和馬氏體、以及馬氏體（按冷卻 速度由小到大）。5 5、鋼獲得馬氏體組織的條件是什么？鋼的含碳量如何影響鋼獲得馬氏體組織的難易程度？答：主要是鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度 MfMf 和含碳量。馬氏體轉(zhuǎn)變溫度越低，越容易得到馬氏體組織；含碳量低的鋼，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度就較高，就不容易得到馬氏 體組織；反之，鋼的含碳量越高，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度就較低，就會容易得到馬 氏體組織，而且硬度隨之也會增高。6 6 生產(chǎn)中常

17、用的退火方法有哪幾種？正火的主要目的是什么？答：鋼的退火可分為完全退火、等溫退火、球化退火、擴(kuò)散退火和去應(yīng)力退火 等；正火的作用為：作為最終熱處理、作為預(yù)先熱處理、改善切削加工性 能。7 7、 什么是淬火？常用的幾種淬火介質(zhì)各有何優(yōu)缺點(diǎn)并使用于何種情況？答：淬火就是將工件加熱到 Ac1Ac1 或 Ac3Ac3 以上 3030C-50-50C,保溫一定時間，然 后快速冷卻（一般為油冷或水冷），從而得到馬氏體的一種熱處理工藝； 水: :主要用于形狀簡單、大截面碳鋼零件的淬火；鹽水：用于形狀簡單、截 面尺寸較大的碳鋼工學(xué)習(xí)參考件；油：用于合金鋼和小尺寸碳鋼工件的淬火；熔融的 鹽、堿：用于形狀復(fù)雜、尺

18、寸較小和變形要求較嚴(yán)格的零件。8 8、 何謂鋼的淬透性？影響淬透性的因素有哪些？在選材中如何考慮鋼的淬透性？答：所謂鋼的淬透性是指鋼在淬火時獲得淬硬層的能力；影響因素：（1 1）化學(xué)成分 鋼中含碳量越接近共析成分，其 C C 曲線越靠右，臨界冷卻速度越小，則淬透性越好；（2 2）奧氏體化溫度溫度越高，晶粒越粗， 未溶第二相越少，淬透性越好；選材：大截面零件、承受動載的重要零件、承受拉力和壓力的許多重要零件（螺栓、拉桿、鍛模、錘桿等），要求表面和心部力學(xué)性能一致，故應(yīng)選擇淬 透性高的材料；心部力學(xué)性能對使用壽命無明顯影響的零件（承受彎曲或扭轉(zhuǎn)的軸類），可選用淬透性低的鋼，獲得 1/2-1/41/

19、2-1/4 淬硬層深度即 可。9 9、 回火的目的是什么？常用的回火方法有哪幾種？答：目的：降低脆性、減少或消除內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形或開裂；獲得工藝所 要求的力學(xué)性能；穩(wěn)定工件尺寸；使碳化物聚集長大，降低硬度，以利于切 削加工，同時可縮短軟化周期。方法：低溫回火；中溫回火；高溫回火。1010、對鋼進(jìn)行表面熱處理的目的何在？答：提高零件的耐磨性；提高零件的疲勞強(qiáng)度；提高零件的抗蝕性與抗高溫氧 化性。1111、何謂真空熱處理？有何作用？有哪些應(yīng)用？有什么優(yōu)點(diǎn)？答：在真空中進(jìn)行的熱處理稱為真空熱處理；優(yōu)點(diǎn)：可以減少變形；可以凈化表面；脫氣作用；學(xué)習(xí)參考應(yīng)用：真空退火；真空淬火；真空滲碳。第六章1 1

20、、在碳鋼中，除了鐵和碳外，一般還有哪些元素？對鋼的性能產(chǎn)生哪些影響？ 答：還含有少量的硅、錳、硫、磷；硅和錳起固溶強(qiáng)化作用，從而提高剛的強(qiáng)度和硬度；硫和磷使鋼的塑性和韌性下降。2 2、合金元素在鋼中有哪些存在形式？主要起哪些強(qiáng)化作用？答：合金鐵素體，合金滲碳體，特殊碳化物；作用：固溶強(qiáng)化，第二相強(qiáng)化，細(xì)晶強(qiáng)化。3 3、合金元素對 Fe-Fe3CFe-Fe3C 相圖產(chǎn)生哪些影響？答：改變了奧氏體區(qū)的范圍，改變 S S、E E 點(diǎn)位置。4 4、滲碳鋼有哪些性能要求？其成分特點(diǎn)是什么？答：性能特點(diǎn)：表硬里韌，具有高的淬透性和滲碳能力；成分特點(diǎn)：低碳，加入提高淬透性的合金元素，加入阻礙奧氏體晶粒長大的

21、 輔助元素。5 5、調(diào)質(zhì)鋼一般要經(jīng)過哪些熱處理？其目的是什么？答：淬火+ +高溫回火；目的獲得具有較高綜合力學(xué)性能，即具有較高的強(qiáng)度、 硬度和良好的塑性、韌性，具有良好的淬透性。6 6 彈簧鋼為什么要進(jìn)行噴丸處理？答：為獲得具有高的彈性極限和高的屈強(qiáng)比(ReL/RmReL/Rm)，以保證承受大的彈性變形和較高的載荷；具有高的疲勞強(qiáng)度，以免產(chǎn)生疲勞破壞；具有足夠 的韌性學(xué)習(xí)參考和塑性。7 7、滾動軸承鋼的合金化與性能特點(diǎn)是什么 ？答：合金化：高碳，主加 CrCr 元素，附加 SiSi、MnMn、V V 等合金元素，高的冶金質(zhì) 量;性能：高硬度(6161 65HRC65HRC)和高耐磨性，高的接觸

22、疲勞強(qiáng)度和高的彈性 極限，足夠的韌性、抗腐蝕性及淬透性。8 8、 試簡述高速工具鋼的成分特點(diǎn)和熱處理工藝特點(diǎn)。答：成分特點(diǎn)：高碳，高合金；熱處理特點(diǎn)：球化退火，淬火和回火9 9、 高速工具鋼經(jīng)鑄造后為什么要反復(fù)鍛造 ？在切削加工前為什么還要進(jìn)行球化 退火？答：高速鋼的鑄態(tài)組織中有粗大的魚骨狀合金碳化物 ，使鋼的力學(xué)性能降低， 這種碳化物不能用熱處理來消除，只有對鑄件反復(fù)鍛造或軋制才能擊碎 ； 球化退火主要目的是降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力，并對隨后的淬火及切削加工 做好組織上的準(zhǔn)備。1010、生產(chǎn)中常用什么方法使奧氏體不銹鋼得到強(qiáng)化 ？答：奧氏體不銹鋼無磁性而且具有高韌性和塑性，但強(qiáng)度較低，不可能通過相 變使之強(qiáng)化，僅能通過冷加工進(jìn)行強(qiáng)化，如加入 S S，CaCa，SeSe，TeTe 等元素， 則具有良好的易切削性。第七章1 1、何謂鑄鐵？根據(jù)碳在鑄鐵中存在形態(tài)不同，可分為哪幾類？各有何特征？學(xué)習(xí)參考答：鑄鐵是含碳量大于 2.112.1