機械工程材料課后習題答案

機械工程課后答案

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弟一早

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、碳鋼，合金鋼是若何分類的

答：按化學成分分類；碳鋼是指含碳量在().()218%——2.11%之間，并含有少量

的硅、錦、硫、磷等雜質(zhì)的鐵碳合金。

3、鑄鐵材料是若何分類的應用是若何選擇

答：鑄鐵根據(jù)石墨的形態(tài)進展分類，鑄鐵中石墨的形態(tài)有片狀、團絮狀、球狀、

蠕蟲狀四種，對應為灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵。

4、陶瓷材料是若何分類的

答：陶瓷材料分為傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷和金屬陶瓷三種。

5、常見的金屬晶體構造有哪幾種它們的原子排列和晶格常數(shù)各有什么特點a

-Fe,y-Fe,Al,Cu,Ni,Pb,Cr,V,Mg,Zn各屬何種金屬構造

答：體心晶格立方，晶格常數(shù)a=b=c,a-Fe,Cr,V。面心晶格立方，晶格常

數(shù)打6=(:,y-Fe,Ni,Al,Cu,Pbo密排六方晶格，Mg,Zn。

6、實際金屬晶體中存在哪些缺陷它們對性能有什么影響

答：點缺陷、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，強度、硬度升高，塑性、韌性下降。

線缺陷(位錯)、少量位錯時，金屬的屈服強度很高，當含有一定量位錯時，

強度降低。當進展形變加工時，位錯密度增加，屈服強度增高。

面缺陷(晶界、亞晶界)、晶界越多，晶粒越細，金屬的塑性變形能力越大,

塑性越好。

7、固溶體有哪些類型葉么是固溶強化

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度、硬度，即固溶強

化作用。

第二章

1、在什么條件下，布氏硬度實驗比洛氏硬度實驗好

答：布氏硬度實驗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

氏硬度實驗可用于成品及薄件的實驗。

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%塑性應變時的

應變作為屈服指標，即為條件屈服極限。

3、什么是金屬的疲勞金屬疲勞斷裂是若何產(chǎn)生的疲勞破壞有哪些特點若何提高

零件的疲勞強度

答：金屬在反復交變的外力作用下強度要比在不變的外力作用下小得多，如金

屬疲勞；

疲勞斷裂是指在交變載荷作用下，零件經(jīng)過較長時間工作或屢次應力循環(huán)后

所發(fā)生的斷裂現(xiàn)象；

疲勞斷裂的特點：引起疲勞斷裂的應力很低，常常低于靜我下的屈服強度；

斷裂時無明顯的宏觀塑性變形，無預兆而是突然的發(fā)生；疲勞斷口能清楚的

顯示出裂紋的形成、擴展和最后斷裂三個階段；

提高疲勞強度：改善零件的構造形狀，防止應力集中，降低零件外表粗糙度

值以及采取各種外表強化處理如噴丸處理，外表淬火及化學熱處理等。

4、韌性的含義是什么ak有何實際意義

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ak表示材料在沖擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力，Qk值的大小

表示材料的韌性好壞。一般把?k值低的材料稱為脆性材料，ak值高的材料

稱為韌性材料。

5、何謂低應力脆斷金屬為什么會發(fā)生低應力脆斷低應力脆斷的抗力指標是什么

答：低應力脆斷是在應力作用下，裂紋發(fā)生的擴展，當裂紋擴展到一定臨界尺

寸時，裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴展（即自動迅速擴展），造成構件的突然斷裂；抗力

指標為斷裂韌性（P43）

6、一緊固螺栓使用后有塑性變形,試分析材料的那些性能指標沒有到達要求

答：鋼材的屈服強度未到達要求。

1、分析純金屬的冷卻曲線中出現(xiàn)“平臺〃的原因

答：液態(tài)金屬開場結晶時，由于結晶潛熱的放出，補償了冷卻時散失的熱量，

所以冷卻曲線出現(xiàn)水平臺階，即結晶在室溫下進展。

2、金屬結晶的基本規(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：純金屬的結晶規(guī)律是：在恒定溫度下進展，結晶時要放出潛熱，需要過冷

度，結晶的過程是晶核產(chǎn)生和晶核不斷長大的過程。影響晶核的形核率N

和成長率G的最重要因素是結晶時的過冷度和液體中的不熔雜質(zhì)。

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；間隙相是當非金屬原子半徑與金屬原子半徑的比值小于0.59時,

形成的筒單晶體構造的間隙化合物，稱為間隙相。

4、何謂金屬的同素異陶轉變

答：一些金屬，在固態(tài)下隨溫度或壓力的改變，還會發(fā)生晶體構造變化，卻由

一種晶格轉變?yōu)榱硪环N品格的變化，稱為同素異構轉變。

5、簡要說明金屬結晶的必要條件和結晶過程。

答：晶體總是在過冷的情況下結晶的，因此過冷是金屬結晶的必要條件；金屬

結晶過程是晶核形成和晶核長大的過程。

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)都由原了或分了按定規(guī)律作周期性重復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；因為單晶體中的原子排列位向是完全一致的，因此其性能是各向異

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、過冷度與冷卻速度有何關系它對金屬結晶過程有何影響對鑄件晶粒大小有何

影響

答：隨著冷卻速度的漕加，材料的結晶形核過程會有相應的時間滯后性，就會

造成過冷度增加；隨著冷卻速度的增大，那么晶體內(nèi)形核率和長大速度都加

快，加速結晶過程的進展，但當冷速到達一定值以后那么結晶過程將減慢，

因為這時原子的擴散能力減弱；過冷度增大，4F大，結晶驅動力大，形核

率N和成長率G都大，且N的增加比G增加得快，提高了N與G的比值，晶

粒變細，但過冷度過大，對晶粒細化不利，結晶發(fā)生困難。

8、以鐵為例說明同素異構（異晶）現(xiàn)象。

答：8-Fe-1394℃一y-Fe-912℃一a-Fe

9、同樣形狀的兩塊鐵碳合金,其中一塊是15鋼，一塊是白口鑄鐵,用什么簡便方

法可迅速區(qū)分它們

答：一般來說肉眼判斷的話看鑄鐵的截面，白口鐵脆，斷面沒有15號鋼勻稱。

第四章

1、解釋以下名稱。

答：再結晶，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，晶粒的形狀開場發(fā)生變化，由破碎拉長的晶粒轉變?yōu)橥暾牡容S

晶粒；

加工硬化：隨著變形程度的增加，金屬的強度、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展鍛造，熱軋等壓力加工過程；

回復：指經(jīng)冷期變形后的金屬在加熱時，尚未發(fā)生光學顯微變化前（即再結

品之前）的微觀構造變化過程。

2、為什么室溫下，金屬的晶粒越細，其強度、硬度越高，而塑性、韌性也越好

答：金屬的晶粒越細，晶界總面積越大，那么位錯的障礙越多，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，從而導致金屬的強度和

硬度越高。

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，亞構造細化，變形織構；性能變化：強度、

硬度升高，塑性、韌性下降。

4、金屬鑄件的晶粒往往比較粗大，能否經(jīng)過再結晶退火來細化晶粒為什么

答：不能；細化晶粒較小，不適宜晶粒粗大的鑄件。

5、為什么用圓鋼棒熱鍛成齒坯再加工成齒輪更合理些

答：因為棒料鎖粗后再切削加工，流線呈徑向放射狀，各齒的切應力均與流線

近似垂直，強度與壽命較高。

6、請判斷金屬鋁在1100℃下的變形加工和錫在室溫下的變形加工是冷加工還是

熱加工

答：所謂熱加工是指在再結晶溫度以上的加工過程，在再結晶溫度以下的加工

過程稱為冷加工；而鴇的再結晶溫度為1200C,所以在1100C下的變形加

工是冷加工；錫的再結晶溫度為約-71℃,所以在室溫下的變形加工是熱加

工。

7、用冷拔高碳鋼絲纏繞螺旋彈簧，最后一般要進展何種熱處理為什么

答：進展低溫回火處理，為了增加彈性。

第五章

1、何謂過冷奧氏體若何測定鋼的奧氏體等溫轉變圖奧氏體等溫轉變有何特點

答：從鐵碳相圖可知，當溫度在A1以上時，樊氏體是穩(wěn)定的，能長期存在。當

溫度降到A1以下后，奧氏體即處于過冷狀態(tài)，即過冷奧氏體。

2、共析鋼奧氏體等溫轉變產(chǎn)物的形成條件、組織形態(tài)即性能各有何特點

答：當溫度冷卻至727攝氏度時，奧氏體將發(fā)生共析轉變，轉變成鐵素體和滲

碳體的機械混合物，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，固溶強化作用甚微，故力學性能與純鐵相近。其特征是強

度、硬度低，塑性、韌性好。奧氏體的力學性能與其溶碳量有關，一般來說,

其強度、硬度不高，但塑性優(yōu)良。在鋼的軋制或者鍛造時，為使鋼易于進展

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%o由于滲碳體在其中起強化作用，因此，珠光體有良

好的機械性能，其抗拉強度高，硬度高，且仍有一定的塑性和韌性。

3、影響奧氏體等溫轉變圖的主要因素有哪些比較亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼

的奧氏體等溫轉變圖。

答：影響奧氏體等溫轉變圖的主要因素為：含碳量及合金元素含量。亞共析鋼

隨wCt,C曲線右移；過共析鋼隨wCt,C曲線左移；共析鋼過冷A最穩(wěn)定

（C曲線最靠右）除C。外，所有溶入A中的合金元素均使曲線右移。除C。、

A1外，溶入A的合金元素都使C曲線上的Ms、Mf點降低。亞共析鋼及過共

析鋼的過冷A的等溫轉變與共析鋼一樣，亦可分為高溫P型轉變、中溫B型

轉變和低溫M型轉變。但在P型轉變之前，亞共析鋼有F的析出，過共析鋼

有Fe3c析出。

4、比較共析碳鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉變圖與等溫轉變圖的異同點。若何參照

奧氏體等溫轉變圖定性的估計連續(xù)冷卻轉變過程及所的產(chǎn)物

答：首先，過冷奧氏體連續(xù)轉變時，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；而在等溫轉變的條件下控制冷卻溫度那么可以獲得不同的

纖維組織，并且可以獨立的改變溫度和時間，分別研究溫度和時間對奧氏體轉

變的影響；以共析鋼為例，在等溫轉化時，根據(jù)等溫轉變的溫度不同，分別可

以獲得珠光體和貝氏體1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、鋼獲得馬氏體組織的條件是什么鋼的含碳量若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變溫度Mf和含碳量。馬氏體轉變溫度越低，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、生產(chǎn)中常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、擴散退火和去應力退火

等；正火的作用為：作為最終熱處理、作為預先熱處理、改善切削加工性能。

7、什么是淬火常用的幾種淬火介質(zhì)各有何優(yōu)缺點并使用于何種情況

答：淬火就是將工件加熱到Acl或Ac3以上30c—-50℃,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：用于形狀復雜、尺寸較小和變形要求較嚴格的零件。

8、何謂鋼的淬透性影響淬透性的因素有哪些在選材中若何考慮鋼的淬透性

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）化學成分鋼中含碳量越接近共析成分，其C曲線越靠右，臨

界冷卻速度越小，那么淬透性越好；（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

1螺栓、拉桿、鍛模、錘桿等），要求外表和心部力學性能一致，故應選擇淬

透性高的材料；心部力學性能對使用壽命無明顯影響的零件［承受彎曲或扭轉

的軸類），可選用淬透性低的鋼，獲得1/2一—1/4淬硬層深度即可。

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)應力，防止工件變形或開裂；獲得工藝所

要求的力學性能；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。

10、對鋼進展外表熱處理的目的何在

答：提高零件的耐磨性；提高零件的疲勞強度；提高零件的抗蝕性與抗高溫氧

化性。

11、何謂真空熱處理有何作用有哪些應用有什么優(yōu)點

答：在真空中進展的熱處理稱為真空熱處理；

優(yōu)點：可以減少變形；可以凈化外表；脫氣作用；

應用：真空退火；真空淬火；真空滲碳。

弟八早

1、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、鋅、硫、磷；硅和鋅起固溶強化作用，從而提高剛的強

度和硬度；硫和磷使鋼的塑性和韌性下降。

2、合金元素在鋼中有哪些存在形式主要起哪些強化作用

答：合金鐵素體，合金滲碳體，特殊碳化物；

作用：固溶強化，第二相強化，細晶強化。

3、合金元素對Fe-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、E點位置。

4、滲碳鋼有哪些性能要求其成分特點是什么

答：性能特點：表硬里韌，具有高的淬透性和滲碳能力；

成分特點：低碳，參加提高淬透性的合金元素，參加阻礙奧氏體晶粒長大的

輔助元素。

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性能，即具有較高的強度、硬

度和良好的塑性、韌性，具有良好的淬透性。

6、彈簧鋼為什么要進展噴丸處理

答：為獲得具有高的彈性極限和高的屈強比（ReL/Rm）,以保證承受大的彈性變

形和較高的載荷；具有高的疲勞強度，以免產(chǎn)生疲勞破壞；具有足夠的韌性

和塑性。

7、滾動軸承鋼的合金叱與性能特點是什么

答：合金化：高碳，主加Cr元素，附加Si、Mn、V等合金元素，高的冶金質(zhì)量;

性能：高硬度（61—65HRC）和高耐磨性，高的接觸疲勞強度和高的彈性極

限，足夠的韌性、抗腐蝕性及淬透性。

8、試簡述高速工具鋼的成分特點和熱處理工藝特點。

答：成分特點：高碳，高合金；

熱處理特點：球化退火，淬火和回火。

9、高速工具鋼經(jīng)鑄造后為什么要反復鍛造在切削加工前為什么還要進展球化退

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)應力，并對隨后的淬火及切削加工做好

組織上的準備。

10、生產(chǎn)中常用什么方法使奧氏體不銹鋼得到強化

答：奧氏體不銹鋼無磁性而且具有高韌性和塑性，但強度較低，不可能通過相

變使之強化，僅能通過冷加工進展強化，如參加S,Ca,Se,Te等元素，那

么具有良好的易切削性。

第七章

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

答：鑄鐵是含碳量大于2.11%的鐵碳合金。工業(yè)上常用的鑄