機(jī)械工程材料第3版答案資格考試認(rèn)證

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第一章金屬材料的力學(xué)性能

1、在測定強(qiáng)度上ζs和ζ0.2有什么不同？

答：ζs用于測定有明顯屈服現(xiàn)象的材料，ζ0.2用于測定無明顯屈服現(xiàn)象的材料。

2、什么是應(yīng)力？什么是應(yīng)變？它們的符號和單位各是什么？

答：試樣單位截面上的拉力稱為應(yīng)力，用符號σ表示，單位是MPa。

試樣單位長度上的伸長量稱為應(yīng)變，用符號ε表示，應(yīng)變沒有單位。

3、畫出低碳鋼拉伸曲線圖，并指出縮頸現(xiàn)象發(fā)生在拉伸圖上哪一點(diǎn)？斷裂發(fā)生在哪一點(diǎn)？

若沒有消失縮頸現(xiàn)象，是否表示試樣沒有發(fā)生塑性變形？

答：ζb點(diǎn)發(fā)生縮頸現(xiàn)象，k點(diǎn)發(fā)生斷裂。

若沒有消失縮頸現(xiàn)象，試樣并不是沒有發(fā)生塑

形性變，而是沒有產(chǎn)生明顯的塑性變形。

4、將鐘表發(fā)條拉直是彈性變形還是塑性變形？怎樣推斷它的變形性質(zhì)？

答：將鐘表發(fā)條拉直是彈性變形，由于當(dāng)時鐘停止時，鐘表發(fā)條恢復(fù)了原狀，故屬彈性變形。

5、在機(jī)械設(shè)計時采納哪兩種強(qiáng)度指標(biāo)？為什么？

答：（1）屈服強(qiáng)度。由于大多數(shù)機(jī)械零件產(chǎn)生塑性變形時即告失效。

（2）抗拉強(qiáng)度。由于它的數(shù)據(jù)易精確?????測定，也簡單在手冊中查到，用于一般對塑性變形

要求不嚴(yán)格的零件。

6、設(shè)計剛度好的零件，應(yīng)依據(jù)何種指標(biāo)選擇材料？采納何種材料為宜？材料的E值愈大，

其塑性愈差，這種說法是否正確？為什么？

答：應(yīng)依據(jù)彈性模量選擇材料。要求剛度好的零件，應(yīng)選用彈性模量大的金屬材料。

金屬材料彈性模量的大小，主要取決于原子間結(jié)合力（鍵力）的強(qiáng)弱，與其內(nèi)部組織關(guān)系不大，而材料的塑性是指其承受永久變形而不被破壞的力量，與其內(nèi)部組織有親密關(guān)系。兩者無直接關(guān)系。故題中說法不對。

7、常用的硬度測定方法有幾種？其應(yīng)用范圍如何？這些方法測出的硬度值能否進(jìn)行比較？答：工業(yè)上常用的硬度測定方法有：布氏硬度法、洛氏硬度法、維氏硬度法。

其應(yīng)用范圍：布氏硬度法應(yīng)用于硬度值HB小于450的毛坯材料。

洛氏硬度法應(yīng)用于一般淬火件、調(diào)質(zhì)件。

維氏硬度法應(yīng)用于薄板、淬硬表層。

采納不同方法測定出的硬度值不能直接比較，但可以通過閱歷公式換算成同一硬度后，再進(jìn)行比較。

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8、布氏硬度法和洛氏硬度法各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？各適用于何種場合。下列狀況應(yīng)采納哪種硬

度法測定其硬度？

答：布氏硬度法：（1）優(yōu)點(diǎn)：壓痕面積大，硬度值比較穩(wěn)定，故測試數(shù)據(jù)重復(fù)性好，精確?????度

較洛氏硬度法高。

（2）缺點(diǎn)：測試費(fèi)時，且壓痕較大，不適于成品、小件檢驗。

（3）應(yīng)用：硬度值HB小于450的毛坯材料。

洛氏硬度法：（1）優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡潔，測試簡潔、快速，并不損壞被測零件。

（2）缺點(diǎn)：測得的硬度值重復(fù)性較差，對組織偏析材料尤為明顯。

（3）應(yīng)用：一般淬火件，調(diào)質(zhì)件。

庫存鋼材—布氏硬度；鍛件—布氏硬度；銼刀—布氏硬度

臺虎鉗鉗口—洛氏硬度；硬質(zhì)合金刀頭—洛氏硬度黃銅軸套——布氏硬度供應(yīng)狀態(tài)的各種碳鋼鋼材——布氏硬度硬質(zhì)合金刀片——洛氏硬度

9、疲憊破壞是怎樣形成的？提高零件疲憊壽命的方法有哪些？為什么表面粗糙和零件尺寸增大能使材料的疲憊強(qiáng)度值減小？為什么疲憊斷裂對機(jī)械零件潛在著很大的危急性？交變應(yīng)力和重復(fù)應(yīng)力區(qū)分何在？

答：由于材料表面或內(nèi)部有缺陷，這些缺陷處的局部應(yīng)力大于屈服強(qiáng)度，從而產(chǎn)生局部塑性變形而斷裂。這些微裂紋隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而漸漸擴(kuò)展，使承載的有效面積削減，以致不能承受所加載荷而突然斷裂。

提高疲憊壽命的方法，就是消退或削減疲憊源及延緩疲憊裂紋的擴(kuò)展。一般在結(jié)構(gòu)上避開應(yīng)力集中；制定合理的工藝；使材料得到韌性組織，削減內(nèi)部缺陷；降低表面粗糙度，避開表面不劃傷、腐蝕；強(qiáng)化表面，在材料表面形成壓應(yīng)力。

表面粗糙易形成疲憊源。零件尺寸增大，其內(nèi)部組織不易勻稱，也易存在夾雜物等各種缺陷，這些易形成疲憊源，并加快疲憊裂紋的擴(kuò)展。

由于材料在受到遠(yuǎn)低于屈服應(yīng)力的外力作用下，在沒有明顯塑性變形的條件下，產(chǎn)生的突然斷裂，屬低應(yīng)力脆斷。

重復(fù)應(yīng)力曲線圖

12、試畫出疲憊曲線，并說明疲憊曲線所表示的含義。

答：

疲憊曲線表明，金屬材料承受的交變應(yīng)力越大，則材料斷裂時應(yīng)力循環(huán)次數(shù)越少。反之，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)越大。

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13、拉伸試樣的原標(biāo)距為50mm，直徑為10mm，拉伸試驗后，將已斷裂的試樣對接起來測量，若斷后的標(biāo)距為79mm，縮頸區(qū)的最小直徑為4.9mm，求該材料的伸長率和斷面收縮率的值。

答：＝7950100％58％50

522.452

76％25

其次章材料凝固與結(jié)晶

1、求出體心和面心立方晶格的致密度。

面心立方晶格的致密度

3原子數(shù)單個原子的體積單個晶胞的體積2443.14a340.74a3

2、什么是過冷度？它對結(jié)晶過程和晶粒度的影響規(guī)律如何？

答：過冷度就是理論結(jié)晶溫度和實際結(jié)晶溫度相差的度數(shù)。

在一般冷卻條件下，過冷度愈大，結(jié)晶過程進(jìn)行的愈快。過冷度增加，形核率和長大速度同時增加，但形核率增加的更快，所以隨著過冷度的增加，晶粒細(xì)化。

3、什么是同素異晶轉(zhuǎn)變？試畫出純鐵的冷卻曲線，并指出室溫柔1100℃時的純鐵晶格有什

么不同？分析曲線中消失“平臺”的緣由。

答：隨溫度的轉(zhuǎn)變，固態(tài)金屬晶格也隨之轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象，稱為同素異晶轉(zhuǎn)變。

純鐵的冷卻曲線：

T

室溫純鐵晶格：體心立方體晶格1100℃純鐵晶格：面心立方晶格

1538℃鐵發(fā)生了結(jié)晶，1394℃和912℃鐵發(fā)生了重結(jié)晶，結(jié)晶放出的熱量與冷卻散失的熱量相等，使冷卻曲線上消失了水平線。

4、簡述實際金屬晶體和抱負(fù)晶體在結(jié)構(gòu)和性能上的主要差異。

答：結(jié)構(gòu)上：實際金屬晶體為多晶體，抱負(fù)晶體為單晶體。

性能上：實際金屬晶體表現(xiàn)為各向同性，抱負(fù)晶體表現(xiàn)為各向異性。

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5、常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪些？它們的原子排列和晶格常數(shù)各有什么特點(diǎn)？α-Fe、γ-FeAl、Cu、Ni、Cr、V、Zn各屬于何種晶體結(jié)構(gòu)？

答：常用的晶體結(jié)構(gòu)有：體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。

體心立方晶格:立方體中心和立方體結(jié)點(diǎn)各占有一個原子，a=b=c，α＝β＝γ＝90

面心立方晶格:立方體六個表面中心和立方體結(jié)點(diǎn)各占有一個原子。a=b=c，α＝β＝γ＝90密排六方晶格:六方晶格的上、下底面中心和六方柱體的結(jié)點(diǎn)各占有一個原子,六方柱體中心有三個原子構(gòu)成等邊三角形。晶格常數(shù)a=b≠c，α＝β＝120，γ＝90。

α-Fe、Cr、V屬于體心立方晶體；γ-Fe、Al、Cu、Ni屬于面心立方晶格；Mg、Zn屬于密排六方晶格。

6、液態(tài)金屬結(jié)晶時，細(xì)化晶粒的方法有哪些？晶粒大小對材料的力學(xué)性能有何影響？答：液態(tài)金屬結(jié)晶時，細(xì)化晶粒的方法有：（1）加快冷卻速度，增加過冷度；

（2）變質(zhì)處理；（3）附加振動。

晶粒愈細(xì)小，材料的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性愈高；反之愈低。

7、實際金屬晶體中存在哪些缺陷？對性能有什么影響？

答：實際金屬晶體中有點(diǎn)、線、面三類缺陷。

晶體缺陷使晶體的連續(xù)性受到破壞，所以實際晶體的強(qiáng)度僅是抱負(fù)晶體計算強(qiáng)度的萬分之幾。但在實際晶體中存在缺陷是不行避開的，而且缺陷使晶格畸變，使材料強(qiáng)度提高，塑性有所下降，同時還使材料的電阻增加、耐蝕性降低。

8、形核有幾種？何為變質(zhì)處理？

答：形核有自發(fā)形核和非自發(fā)形核兩種。

變質(zhì)處理又稱非自發(fā)形核，即在液態(tài)金屬中加肯定量的難熔金屬或合金，以增加形核率，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。加入的物質(zhì)稱變質(zhì)劑。

9、金屬同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與液態(tài)金屬結(jié)晶有何異同之處？

答：相同點(diǎn)：發(fā)生了結(jié)晶，產(chǎn)生了相變，晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生了轉(zhuǎn)變。

不同點(diǎn)：液態(tài)金屬結(jié)晶由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)，金屬同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變由固態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。

10、推斷下列狀況下是否有相變：

（1）液態(tài)金屬結(jié)晶（2）晶粒粗細(xì)的變化（3）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

答：液態(tài)金屬結(jié)晶、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變產(chǎn)生了相變；晶粒粗細(xì)的變化沒有相變的產(chǎn)生。

第三章鐵碳合金

1、間隙固溶體和間隙相在晶體結(jié)構(gòu)和性能上的差別是什么？

答：間隙固溶體的晶格與溶劑的晶格相同，溶質(zhì)原子的含量可在肯定范圍內(nèi)變化；間隙相晶格類型簡潔，與任一組元的晶格均不相同，組元的成分比例確定。

間隙固溶體是固溶體，具有綜合力學(xué)性能；間隙相是金屬間化合物，具有極高的硬度、熔點(diǎn)和脆性。

2、什么是共析轉(zhuǎn)變和共晶轉(zhuǎn)變？試以鐵碳合金為例，說明這兩種轉(zhuǎn)變過程及其顯微組織的特征。

答：合金的共析轉(zhuǎn)變是肯定成分的固相，在肯定溫度下，同時析出兩種或兩種以上肯定成分的新固相的轉(zhuǎn)變。

對于鐵碳合金，共析轉(zhuǎn)變是碳含量為0.77％的奧氏體在727℃同時析出肯定成分的鐵素體和滲碳體的轉(zhuǎn)變。

反應(yīng)式為：

℃As727FpFe3C

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顯微組織的特征：由于鐵素體和滲碳體在恒溫下同時析出，兩相相互制約生長，因此，形成鐵素體和滲碳體層片交替排列的細(xì)密的機(jī)械混合物——珠光體。

合金的共晶轉(zhuǎn)變是肯定成分的液相在肯定溫度下同時析出兩種或兩種以上肯定成分的不同固相的轉(zhuǎn)變。

對于鐵碳合金，共晶轉(zhuǎn)變是碳含量為4.3％的液相在1148℃同時析出碳含量為2.11％的奧氏體和滲碳體的轉(zhuǎn)變。

AEFe3C反應(yīng)式為：LC1148℃

顯微組織的特征：由于奧氏體和滲碳體在恒溫下同時形成，因此，形成在滲碳體基體上彌散分布奧氏體的魚骨狀機(jī)械混合物——萊氏體。

3、合金中相組分與組織組分區(qū)分何在？指出亞共析鋼與亞共晶白口鑄鐵中的相組分與組織組分。指出碳鋼與白口鑄鐵在常溫固態(tài)下相組分的異同之處。

答：合金中的相組分是指成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其他部分以界面分開的勻稱組成部分；合金中的組織是指相的組合。

亞共析鋼的相組分是：F和Fe3C；組織組分是：F和P。

′′亞共晶白口鑄鐵中的相組分是：F和Fe3C；組織組分是：P、Fe3CⅡ和Le

相同點(diǎn)：在常溫固態(tài)下，碳鋼與白口鑄鐵的相組分都是F和Fe3C。

不同點(diǎn)：形成Fe3C的母相不同，形態(tài)不同。

4、畫出簡化的Fe-Fe3C相圖中的鋼部分相圖，標(biāo)出各特性點(diǎn)的符號，并進(jìn)行以下分析：

（1）標(biāo)注出相圖中空白區(qū)域的組織組分和相組分；

（2）分析特性點(diǎn)P、S、E、C的含義；

（3）分析碳含量為0.4％的亞共析鋼的結(jié)晶過程，并計算其在室溫下的組織組分和相組分

的相對量；

（4）指出碳含量為0.2％、0.6％、1.2％的鋼在1400℃、1100℃、800℃時奧氏體中碳的

質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

答：（2）P點(diǎn)：727℃，碳含量為0.0218％，碳在鐵素體中達(dá)到的最大溶解度點(diǎn)，也是共析

轉(zhuǎn)變時析出的鐵素體成分點(diǎn)；

S點(diǎn)：727℃，碳含量為0.77％，共析轉(zhuǎn)變點(diǎn)；

E點(diǎn)：1148℃，碳含量為2.11％，碳在奧氏體中達(dá)到的最大溶解度點(diǎn)，也是共晶轉(zhuǎn)變

時結(jié)晶的奧氏體成分點(diǎn)；

C點(diǎn)：1148℃，碳含量為4.34％，共晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)。

2314（3）碳含量為0.4％的亞共析鋼的結(jié)晶過程為：L→L+A→A→F+A→P+F

碳含量為0.4％的亞共析鋼在室溫下的組織是P+F，其相對量為：

0.770.40100％48％0.770.0218

0.400.0218P100％52％0.770.0218FT/℃

或：P=1-F=1-48％=52％碳含量為0.4％的亞共析鋼在室溫下的相是F+Fe3C，其相對量為：F6.690.40100％94％6.690.0218

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Fe3C0.400.0218100％6％6.690.0218

或：Fe3C=1-F=1-94％=6％

6、現(xiàn)有兩種鐵碳合金，其中一種合金的顯微組織中珠光體量占75％，鐵素體體量占25％；另一種合金的顯微組織中珠光體量占92％，二次滲碳體量占8％。問這兩種合金各屬于哪一類合金？其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)各為多少？

答：第一種合金的組織組成物為P+F，屬于亞共析鋼。兩種組織的含碳量分別為：CF