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含崩解软岩红层材料路用工程特性试验研究

含崩解软岩红层材料路用工程特性试验研究
含崩解软岩红层材料路用工程特性试验研究

第27卷 第6期 岩 土 工 程 学 报 Vol.27 No.6 2005年 6月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering June, 2005 含崩解软岩红层材料路用工程特性试验研究

Experimental studies on engineering properties of red bed material

containing slaking rock

赵明华,刘晓明,苏永华

(湖南大学 岩土工程研究所,湖南 长沙 410082)

摘要:红层软岩成分复杂而且部分岩类具有崩解特性,导致其工程性质复杂和不稳定。对组成红层软岩的各种岩类进行的化学成分、物理性质、耐崩解性等试验表明:组成红层软岩的各种岩石化学成分、矿物含量、物理力学性质、水理性质等差异较大,因各种岩类混杂,工程中很难区别对待。通过对试验结果的深入分析,给出了崩解后红层软岩路用工程特性指标间的相互关系式,并指出完全崩解后的红层材料性质稳定,压实度达到95%的崩解后红层材料填筑体的物理力学指标可满足其作为路基填料的要求。某高速公路工程应用及现场试验和工后观测结果表明,经一定程序处理后的红层软岩可作为路基填料,若采取适当的施工工艺可大大缩短工期。

关键词:红层;崩解;软岩;工程性质;试验

中图分类号:TU 452 文献标识码:A 文章编号:1000–4548(2005)06–0667–05

作者简介:赵明华(1957–),男,湖南邵阳人,博士,湖南大学教授,博士生导师,主要从事岩土工程方面的教学和科研工作。ZHAO Ming-hua, LIU Xiao-ming, SU Yong-hua

(Geotechnical Engineering Institute,Hunan University,Changsha 410082,China)

Abstract:The complex ingredient of red beds and some kinds of rock contained in red beds have the property of slaking which leads red beds material to the engineering properties of great complex and instability. Test data of chemical ingredients, physical properties, and durability of slaking on the rocks from red beds show that the properties of rocks composed of red beds are greatly different with each other. As those rocks mixed in site, it is difficut to treat them separately. But experiment on the slaked material from the red beds rocks shows that the properties of those material are stable. By analyzing of the experimental data of the material slaked entirely, the relation formulas between road engineering property indexes and void ratio index were put forward here. Experiments show the physical and mechanical indexes of those material with compacting factor of 95% can reach the requirement of embankment. Result of the applications on a expressway combined with the experimental data in situ and survey result after construction show that red beds material can be used as embankment filling material after slaking. By using proper construction method, construction duration can be greatly shortened.

Key words:red beds; slake; soft rock; engineering property; experiment;

0 前 言

红层系指形成于白垩纪和第三纪的泥岩、砂岩、砂质泥岩、泥质细砂岩或粉砂岩、泥质或砂质页岩等沉积类岩石构成的地质体,这些岩石因富含铁的氧化物而呈红色、紫红色或褐色。红层在我国华北、华东、中南、西南均有广泛分布。随着我国交通建设和水利建设的发展,在红层地区修筑公路、铁路等各类工程时,考虑到工期和投资,不可避免地直接采用红层地质材料[1]。但在调查中发现采用红层材料的工程存在各种严重病害。例如,采用红层软岩修筑的公路路堤,路基常常产生沉陷,有的路基沉降甚至超过40 cm,引起路面裂缝可长达数十米,宽达数厘米。究其原因是由于红层软岩组构复杂,遇水崩解,从而导致其如下工程特性:①填筑施工期间软岩未充分崩解,施工机械很难将岩石材料压实;②运营期间填筑体中大孔隙可使水分进入路基,导致软岩崩解;③软岩崩解后导致上部结构失去支撑形成沉陷、断裂。国外在筑路过程中如遇崩解软岩,一般采用废弃或延长施工工期(延长工期是为了使软岩完全崩解)两种方式处理[2~4]。然而我国受土地资源、经济状况、建设周期等条件约束而不能照搬,因此,展开红层崩解软岩筑路工程性质研究具有非常重要的经济价值和工程实践意义[5]。

1 原岩成分及基本性质测试

1.1 红层材料成分与结构测试

为了解红层材料组成成分和结构特征,对某高速公路沿线红层地段进行了勘察和采样,共采取31个样本,对其典型样本进行了岩石化学成份、结构鉴定和───────

基金项目:交通部“九五”行业联合攻关项目(95–05–01–45)

收稿日期:2004–01–16

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表1 化学成分与结构测试结果

Table 1 The result of chemical ingredients and structural test

岩样

矿物成分及结构特征 #1 #

2-2

#9 #11 #15 #19 SiO 2/% 65.5 58.59 61.52 61.27 52.04 75.12 Fe 2O 3/% 4.96 3.79 7.41 10.65 5.82 2.93 CaO/% 0.21 14.88 0.37 0.09 8.82 0.57 Al 2O 3/% 16.44 12.65 20.78 17.69 15.92 11.43 K 2O/% 2.83 1.83 4.05 3.9 3.28 2.06

Na 2O/% 0.86 0.63 0.46 0.03 0.56

1.8 MgO/% 1.1

2.69 1.38 1.03

3.92 0.65

高岭石/%

6.0 0

7.0 40 0 0 蒙脱石/%

2.0 2.5

3.0 5 8 0 伊利石/%

2.0 0 30.0 8 5 5.0 石英/%

60 70 30 35 50 60 15(云母类) 5(长石) 10(绢云母)20(长石) 20(长石)

其他主要矿物/% 5(褐铁矿) 5(绢云母) 10(铁质浸染12(赤铁矿)

10(暗色矿物) 8(暗色矿物)

岩屑含量/%

85 70 0 0 40 90 结构 粒状碎屑 粒状碎屑 典型泥状 典型泥状 含粉砂泥状 粒状碎屑 水理特性 不崩解 崩解 泥状崩解 崩解 崩解 碎块崩解

定名 铁质浸染岩屑石英砂岩 含砾钙质粉砂岩

铁质浸染状绢云母泥岩含细粉砂质页岩 铁质浸染钙质粉砂泥岩 铁质浸染长石英

砂岩

物理指标试验。测试结果如表1所示。

测试结果表明红层由多种岩类组成,不同种类的岩石在化学成分、粘土矿物含量、岩屑含量、水理特性方面差别很大,各类岩石有着显著的不同成岩和风化经历。在路基施工过程中,同一路段开挖出的红层岩石填料一般均含多种岩石,这些岩石混合在一起,导致红层材料工程特性波动很大。 1.2 耐崩解试验

软岩在水、温变化的环境中保持其整体性的能力称为岩石耐崩解性。岩块的耐崩解性采用崩解仪进行。根据岩块崩解的难易程度将其耐崩解性分为五级:①极易崩解、②易崩解、③崩解、④较难崩解、⑤不崩解。崩解试验完成后,整理出试样的粘土矿物含量—耐崩解性关系如图1,以此判断软岩组成成分与耐崩解性的关系。由图可见,粘土矿物含量与软岩的崩解性质存在一定关系,粘土矿物含量超过10%以上的红层软岩基本上都容易崩解风化。但粘土矿物含量并非软岩崩解的决定因素,因粘土矿物含量很少的岩样同样出现崩解现象,因此要完全揭示软岩崩解机理尚需

进一步探讨[6, 7]。

图1 粘土矿物含量与耐崩解性关系

Fig. 1 Relation between durability of slaking and content of clay

mineral

1.3 原岩的工程分类

为工程应用起见,采用浸水崩解试验对红层材料进行分类:将一定粒径的软岩岩块浸没在盛水的烧杯中,隔一定时间进行观察,根据岩块崩解的过程和崩解物的状态将软岩分三类:I 类岩崩解性强,一次浸泡即完全崩解,II 类岩崩解性较差,一次浸泡不会完全崩解;III 类岩不崩解[1]。据此抽取部分岩石进行物理指标试验,试验结果见表2。表中数据表明,崩解软岩的强度和凝聚力都很小。原岩测试结果表明红层软岩种类较多,即使同一地点也多出现不同种类的岩石,红层软岩在天然含水率下具有一定强度,波动范围在2~35 MPa 之间,各类岩石交互存在形成软硬互层,给施工带来很大困难。

表2 各类岩石物理指标

Table 2 The result of physical properties test 测试指标 I 类岩 II 类岩 III 类岩 天然含水率/% 7.14 6.13 0.8 天然密度/(g ?cm -3) 2.45 2.49 2.54 土粒密度/(g ?cm -3)

2.75 2.72 2.76 孔隙比 0.20 0.16 0.09 内摩擦角φ 41°19′ 30°34′ 35°12′

凝聚力c /MPa 0.7 2.45 8.1 天然抗压强度/MPa 4.43 10.18 31.2 饱和强度/MPa 0 8.5 18.4 水理特性

泥状崩解 碎块崩解不崩解

2 红层软岩崩解物的性质

路基工程要求填料的工程性质在自然环境中必须

稳定。有关研究表明,红层软岩崩解前后的化学成分变化很小[8],因此红层软岩崩解过程主要是物理性质的变化。

第6期赵明华,等.含崩解软岩红层材料路用工程特性试验研究 669

2.1 颗粒级配变化

级配是散体材料的重要物理指标,也是软岩崩解

过程中最为直观和显著的变化指标。研究软岩崩解物级配变化的试验方法是:对经历不同干湿循环次数的崩解物采用2 mm筛和0.075 mm颗粒进行筛分,以各筛通过率的变化来衡量崩解物级配的变化。图2所示筛分试验表明,红层软岩的崩解过程表现为砂粒粒组显著增加,而粉粒、粘粒含量增加很少。崩解过程中颗粒级配变化测试结果表明,红层软岩崩解到一定程度就会停止,崩解过程中0.075 mm颗粒通过率增加很少,即红层软岩崩解是以软岩组成颗粒级配为限度的,崩解主要是由于颗粒之间联结丧失,而非颗粒本身解体成矿物晶体,而且在适当条件下崩解可以彻底完成,崩解产物级配稳定。

图2 干湿循环次数与筛孔通过率关系

Fig. 2 Relation between percent by weight smaller and

number of drying and wetting cycles

2.2 液塑限指标

塑性指数是表征土质的重要参数,根据《公路土工试验规程 JTJ 051-93》(简称《土工规程》),测得红层软岩崩解产物的塑性指数在10~18之间。为研究红层软岩浸水后土质变化情况,将崩解产物分别进行不同时间段(1~22 d)闷料后进行液塑限试验,将试验结果绘制频率直方图(图3),对所测数据总体分布函数进行皮尔逊χ2假设检验:I类岩(k = 3,r = 2,α = 0.05,χ2

α

(2)= 1.0846<χ20.05(2)= 5.9915,u = 13.8,

σ = 1.776);II类岩(k = 3,r = 2,α = 0.05,χ2

α

(2)= 0.9921<χ20.05(2)= 5.9915,u = 11.6,σ = 1.094),可以认为呈正态分布。表明崩解物的塑性指数并不随闷料时间不同而变化,红层软岩经完全崩解后土质稳定,在水、温环境下不再会变化。

2.3 崩解试验结果分析

根据级配试验以及原岩物理性质指标测试的结果,可将崩解机理简单描述为:Ⅰ类软岩粘聚力很小,软岩红层软岩的崩解主要是由于软岩组成颗粒遇水膨胀、脱水收缩,导致颗粒之间的松动,岩石颗粒嵌锁力丧失,在重力下迅速瓦解成基本颗粒状态(泥状);Ⅱ类软岩粘聚力稍大,颗粒的膨胀、收缩过程使其联结不断损伤,最终崩解。颗粒级配和界限含水量试验表明,经过完全崩解的红层材料颗粒组成稳定、土质稳定。

图3 不同闷料时间塑性指数直方图

Fig. 3 Histogram of plastic index with different reservation time

3 红层材料筑路性质指标试验

众所周知,路基填料必须在自然环境下具有足够的水、温稳定性,能提供路面、汽车等荷载足够的支撑作用,且工程竣工后必须稳定,变形不能超过一定范围,因此须对崩解后的红层材料进行物理力学指标测试,以判断崩解后红层材料的路用特性。

3.1 击实试验

击实采用重型试验,试样最大粒径小于38 mm。击实结果为:Ⅰ类岩最大干密度2.00~2.09 g/cm3最佳含水率8.35%~11.6/%;Ⅱ类岩最大干密度 2.06~

2.15,最佳含水率8.69%~9.6/%。

3.2 崩解后红层软岩的路用性质指标

3.2.1 力学性质指标试验

筑路材料的力学性质一般采用CBR和回弹模量表征。按照《土工规程》测得不同干密度下的CBR 及不同孔隙比下击实试件的回弹模量值分析如下:(1)孔隙比与承载比的关系

如图4所示,共完成I类岩试件9组,II类岩试件19组,经相关分析可得孔隙比e与承载比CBR值

关系式如下:

图4 孔隙比—CBR强度关系

Fig. 4 Relation between void ratio and CBR value

I类岩:CBR= 12.7-16.3e R = 0.973;

II类岩:CBR= exp(8.5883-13.9925e)R = 0.983,

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其中R 为相关指数。

(2)孔隙比与回弹模量的关系

图5分别给出I 、II 类岩的孔隙比与回弹模量E 0之间的关系,其试件数量均为6组: I 类岩: E 0 = 185.7-292.6e , R = 0.972 ; II 类岩: E 0 = exp(8.9801-14.4165e ) , R = 0.996 ;

图5 孔隙比—回弹模量关系

Fig. 5 Relation between void ratio and resilient modulus

试验结果表明,红层软岩崩解物孔隙比越小,强度、刚度就越高。其中II 类岩强度、刚度与孔隙比呈指数关系,表明II 类岩存在一敏感孔隙比。若试件孔隙比大于该值,力学性能显著下降,工程中应予避免。实际工程中要求E 0>35 MPa ,CBR >5.0,故当Ⅰ类岩e <0.43,Ⅱ类岩e <0.38,可满足要求。而击实试验结果表明,当压实度分别大于93.8%和94.8%时,亦可满足要求。因此红层材料作为路基填料应达到95%的压实度标准。 3.2.2 水稳定性试验

筑路材料的水温稳定性采用填料的膨胀性、吸水性、透水性表征。可测得不同孔隙比下试件(试件体积2177 cm 3)的吸水量及渗透系数等如图6、7所示。

(1)孔隙比与吸水量的关系 图6分别给出I 、II 类岩的孔隙比与试件吸水量η的关系,试件组数为14和20,并可得到相应的关系式为

I 类岩: η = -113.4+827.1e , R = 0.976 , II 类岩: η = -384.2+1408.7e , R = 0.985 。

图6 孔隙比—吸水量关系

Fig. 6 Relation between void ratio and amount of water absorption 图7 孔隙比—渗透性关系

Fig. 7 Relation between void ratio and coefficient of permeability

I 、II 类岩的吸水量与孔隙比呈线性关系,表明单位体积击实材料的吸水体积与孔隙体积成正比,红层材料所吸的水分主要贮存在孔隙内,而不是被固体颗粒所结合产生膨胀,故试件所产生膨胀量很小,因此崩解后红层材料的水稳定性是可靠的。

(2)孔隙比与渗透系数的关系 图7表明I 、II 类岩的孔隙比与渗透系数k 之间呈双曲线关系,其相应的关系式为

I 类岩: 0.649461 1.9867e

k e =? , R =0.9997 ,

II 类岩: 0.342671 2.08587e

k e

=

? , R =0.9991 。 显见,该红层材料的渗透性也存在一临界孔隙比,当大于该临界孔隙比时,红层材料渗透性急剧增大,因此当红层材料填筑体的密实度较低时,水分可出入自由,导致软岩进一步崩解。实验结果表明,I 、II 类岩压实后红层材料填筑体孔隙比分别为0.43和0.38时,

渗透系数分别为 1.91×10-7 cm/s 和0.67×10-7 cm/s 与一般粘土的渗透系数相差不大。

综上所述,红层软岩崩解物击实试件的强度和刚度随孔隙比减小而增大;但渗透性,吸水膨胀性相应减弱,因此在工程中若能保证红层填料密实度达一定要求,则可满足公路路基设计要求。

4 现场试验与监测

4.1 施工与物理力学效果检测

野外红层软岩崩解试验发现,填料爆破出来后,要达到完全崩解大约需60天左右。由于工程中施工工期很紧张,填料爆破后在料场预崩解8~15 d 即运到工地,填料最大粒径60 cm ,崩解程度较低,直接用于填筑路堤存在很大风险。因此可采用耙压对未完全崩解的软岩进行压实处理[1]。经多遍耙压后,可令填料中的最大粒径下降到25 cm 以下,然后进行正常压实。经检测,试验路段压实度代表值95.6%;现场CBR 代表值为18;回弹模量代表值58 MPa 。检测结果表明,通过研究所确定的压实工艺可将软岩填料压实到要求的密度,其物理、力学性能得到改善,满足路用要求。

第6期 赵明华,等.含崩解软岩红层材料路用工程特性试验研究 671

4.2 施工后水稳定性试验

路基在天然降水和洪水浸泡作用下必存在水稳定性问题。试验选择在当地年内最大降水量时段(连续20 d 降水,降水率200 mm ),开挖路基测定不同深度的含水率发现降水对路堤含水率的影响主要在路基顶面以下20 cm 范围内。试验路堤修筑完成后,在路堤两边堆填粘土形成水槽,并蓄水对路堤进行浸泡试验,水深1.0 m ,经过沉降和外形观测,均未发现路堤出现大的变形和沉降,开挖路基测定距水槽不同位置路基的含水率(图8),表明路基在浸泡下含水率稳定。据此可认为成型的路堤内部基本不受天然降水、洪水所形成的地表水的影响。

图8 路堤深度与含水率关系

Fig. 8 Relation between water content and embankment depth

4.3 工后监测

试验路选取9个断面,分别在路基中桩、边桩、1/2边坡高度、坡脚处等7个桩位埋设了沉降观测点,图9给出了路堤连续500 d 以上的沉降观测曲线(图中对比

点为附近粘土填筑路堤中桩的观测结果),观测结果表

明采用红层材料填筑的路基是稳定的。工程竣工2 a 后,

对该高速公路进行了调查和检测,未发现路基发生明显

沉降变形及其引起的路面破坏,各路段平整度很好,国

际平整度指数

IRI 检测合格率均在93%以上。

图9 路基沉降与时间关系

Fig. 9 Relation between settlement and time

5 结 论

本文通过对红层地带岩性的试验分析及其崩解机理研究,可得出如下结论:

(1) 红层软岩的崩解是以其组成颗粒粒径为限度的,崩解主要是由于颗粒间的联结丧失所致,其崩解机理与软岩中的粘土矿物含量有一定关系,一般而言,粘土矿物含量超过10%的红层软岩将呈现遇水崩解现象。

(2) 崩解后的红层软岩,其路用特性指标承载比、回弹模量、吸水量及渗透系数等均与崩解后软岩的孔隙比呈现良好的各种曲线关系。

(3) 完全崩解后的软岩材料性质稳定,压实度达到95%后的红层材料填筑体强度、刚度、水理特性均可满足其作为公路路基填料的要求。 参考文献:

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土木工程材料期末习题(答案)详解

土木工程材料习题 一、填空题(每空一分,总计35分) 1、集料的实密度、表观密度、毛体积密度、堆积密度才能从大到小关系排列为(实密度>表观密度>毛体积密度>堆积密度)。 2、石料的力学性质主要有(抗压)(冲击韧性)(硬度)和(耐磨性)。工艺性质为:(加 工性)、(磨光性)和(抗钻性)。 3、吸水率为5%的石料试件,其吸水后的质量为500克,其中吸入水的质量为〈23.8g) 克。 4、石料的饱和吸水率越大,说明其(孔隙)越大。 5、生石灰的主要化学成分是(cao),熟石灰的主要化学成分是(ca(oh)2)。 6、水泥中由于(游离氧化钙)、(游离氧化镁)和石膏之一两项多时会引起水泥体积安定性不良。 7、普通混凝土用粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的(1/4),且不得超 过钢筋间最小净距的(3/4)。 8、混凝土配砂石的原则是为了到达空隙率(最小),总表面积(最小)。 9、测定塑性混凝土的和易性时,常用(塌落度)表示流动性、同时还要观察其粘聚性 及(保水性)。 10、砂浆拌和物的流动度用指标(稠度)表示,保水性用指标(分层度)表示。 11、石油沥青的牌号是根据(针入度)来定的,同时必须满足软化点和延性。 12、按四组分分析法,石油沥青可分离为(饱和芬),(芳香芬),胶质和(沥青质)。 13、沥青混合料应具备的主要技术性质有:高温稳定性,(低温抗裂性),耐久性,(抗滑性〉及施工和易性。 14、木材含水率高于纤维饱和点时,含水率增加则强度(不变)。 15、普通碳素钢Q235D·B表示(),()和()的钢。 16、石灰在熟化时放出大量的(热),体积显著(膨胀)。 17、混凝土的工作性(或称和易性)包括(流动性)、(黏聚性)和(保水性)的含义。 18、当钢筋间的净距为40mm时,骨料的最大粒径不大于(30mm)。 19、混凝土的抗压强度标准值是指具有(95%)保证率的立方体抗压强度。 20、新拌制的砂浆应具有良好(流动性)、(保水性)和(强度)。 21、石油沥青胶体结构分为(溶胶性)、(凝胶性)和(溶凝胶性)三种结构。 22、沥青混合料按其组成结构分为(悬浮密实)、(骨架空袭)和(骨架密实)三种类型。 23、普通碳素钢钢号有小到大,钢材的强度(随牌号增大而增大)、伸长率(随之降低)。 24、低合金钢40Si2MnV,40表示(平均含碳量为0.4%),2表示(si在钢中含量介于1.5%-2.5%之间)。 25、木材中所含水根据其存在形式分为(自由水),(吸附水)和(化合水)三类。 26、憎水性材料的润湿角 (>90 )。 二、单项选择题(每题1分,总15分) 1、下面的混合材料中,属于非活性混合材料的是( B )

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工程资料编号说明 建筑工程共分为九个分部工程,分部(子分部)的划分及代号参见下表对于专业化程度高、施工工艺复杂、技术先进的子分部工程应该单独组卷,需单独组卷的子分部工程见下表。

一、施工资料编号的组成 1、施工资料编号应填入右上角的编号栏。 2、通常情况下施工资料的编号应该有7位数,由分部工程代号(2位)、资料类别代号(2位)和顺序代号(3位)组成,每部分之间用横线隔开。 编号的形式如下: xx---xx----xxx共七位代号 分部工程代号2位,应根据资料所属的分部工程,按照上表编写 资料类别代号应根据资料所属类别按上表编写 顺序代号,应根据相同表格、相同检查项目,按时间自然形成的先后顺序编

写 注:本表的归档保存单位是指竣工后有关单位对工程资料的归档保存,施工过程中资料的留存应按相关的约定及有关程序执行。 应单独组卷的子分部工程,资料的编号应为9位数,由分部工程2位数、子分部工程2位数、资料类别代号2位数和顺序号3位数组成,中间用横线隔开。 顺序号填写原则: 1、对于施工专用表格来说,顺序号应按时间先后顺序,用阿拉伯数字从001开始连续标注。 2、对于同一施工表格(如隐蔽工程检查记录、预检记录等)涉及多个(子)分部工程的各检查项目分别从001开始连续标注。举例如下: 表C5-1隐蔽工程检查记录编号:03—C5---001 表C5-1隐蔽工程检查记录编号:03—C5---001

无统一表格或外部提供的施工资料,应根据表1-3,在资料的右上角注明编写,填写要求按照上述说明。 监理资料编号: 1、监理资料编号应填入右上角的编号栏。 2、对于相同的表格或者是相同的文件材料,应分别按时间自然形成先后顺序从001开始连续编写。 3、监理资料中的施工测量放线报审表、工程材料/构配件/设备报审表应根据报验项目编号,对于相同的报验项目,应分别按照时间自然形成的先后顺序从001开始连续编写。 土建工程资料管理 技术交底记录填写说明

土木工程材料期末试题及答案

《土木工程材料》 一:名词解释(每小题3分,共15分) 1、亲水材料 2、混凝土拌合物的和易性 3、混凝土拌合物的流动性 4.合理砂率 二、填空题(每空1.5分,共25分) 1、水泥的水化反应和凝结硬化必须在()的条件下进行。 2、新拌砂浆的和易性包括()和()两方面。 3、Q235-A.Z牌号的钢中,符号Q表示()。 4、合理砂率实际上保持混凝土拌合物具有良好()和()的最小砂率。 5、钢材的热处理方法有()、()、()、()。 6、材料的耐水性用()来表示。 7、硅酸盐水泥适用于()的混凝土工程。 8、配制混凝土时,若水灰比()过大,则()。 9、砂浆的保水性用()表示。 10、普通碳素钢按屈服点、质量等级及脱氧方法分为若干牌号,随牌号提高,钢材 ()。 11、()含量过高使钢材产生热脆性。 12、材料的体积吸水率()与质量吸水率()存在如下关系:() 13、在100g含水率为3的湿砂中,水的质量为()。 14、普通混凝土破坏一般是()先破坏。 15、砂浆的强度主要取决于()。 16、有抗冻要求的混凝土工程,宜选用()水泥。 17、矿渣硅酸盐水泥与火山灰质硅酸盐水泥比较,二者()不同。 三,判断题(每小题1分,共15分) 1..常用的炼钢方法有转炉炼钢法,平炉炼钢法,电炉炼钢法三种。() 2.抗压性能是建筑钢材的重要性能。() 3.洛氏硬度一般用于较软材料。() 4、道路水泥、砌筑水泥、耐酸水泥、耐碱水泥都属于专用水泥。() 5、混凝土抗压强度试件以边长150㎜的正立方体为标准试件,其集料最大粒径为40㎜。() 6、混凝土外加剂是在砼拌制过程中掺入用以改善砼性质的物质,除特殊情况外,掺量 不大于水泥质量的5%() 7、在硅酸盐水泥熟料中含有少量游离氧化镁,它水化速度慢并产生体积膨胀,是引起 水泥安定性不良的重要原因() 8、凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中任一项不符合标准规定时,称为废品水泥() 9、砼配合比设计的三参数是指:水灰比,砂率,水泥用量。() 10、按现行标准,硅酸盐水泥的初凝时间不得超过45 min。() 四、问答题(每小题5分,共20分) 1、提高混凝土耐久性的主要措施有哪些? 2.在土木工程中普通混凝土有哪些主要优点?

常用工程材料选用

三、常用工程材料及选用 纯金属因价贵,力学性能较低,不能满足现代工业的要求,因此工业上多应用合金。下面对工程中常用的金属材料进行叙述。 一、碳素钢 碳素钢是指Wc≤2.11%,并含少量硅、锰、磷、硫等杂质元素的铁碳合金。碳素钢具有一定的力学性能和良好的工艺性能,且价格低廉,在工业中广泛应用。 碳素钢的分类及牌号 碳素钢的种类很多,常按以下方法分类。 1.按钢的含碳量分类 可分为:低碳钢(0.0218%

二、合金钢 为了改善碳素钢的组织和性能,在碳素钢基础上有目的地加入一种或几种合金元素所形成的铁基合金,称为低合金钢或合金钢。常加入的合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、硼、铝、铌、锆等。通常低合金钢中加入合金元素的种类和数量较合金钢少。不同元素的组合,不同的元素含量,可得到不同的性能。 合金钢的分类 1.按质量等级分 按质量等级,合金钢可分为优质合金钢(如一般工程结构用合金钢、耐磨钢、硅锰弹簧钢等)和特殊质量合金钢(如合金结构钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热钢等)。 2.按合金元素总量分 按合金元素总量将合金钢分为:低合金钢(W Me<5%)、中合金钢(W Me=5%~10%)和高合金钢(W Me >10%) 3. 按合金元素种类分 按合金元素种类将合金钢分为:铬钢、锰钢、硅锰钢、铬镍钢等。 4. 按主要性能和使用特性分 主要分为工程结构用合金钢,机械结构用合金钢,轴承钢,工具钢,不锈、耐蚀和耐热钢,特殊物理性能钢等。 合金钢的编号 我国合金钢编号方法的原则是以钢中碳含量(Wc×100)、合金元素的种类和含量(W Me ×100)来表示。当钢中合金元素的平均含量W Me<1.5%时,钢号中只标出元素符号,不标明合金元素平均含量;当W Me≥1.5%、2.5%、3.5%……时,在该元素后面相应的标出2、3、4……。合金钢的具体编号方法见表1-11:

(完整版)工程材料期末考试题

工程材料期末复习考试题 一、填空题(每空1分,共20分) 1.机械设计时常用抗拉强度和屈服强度两种强度指标。 2.若退火亚共析钢试样中先共析铁素体占41.6%,珠光体58.4%,则此钢的含碳量为约0.46%。 3.屈强比是屈服强度与,抗拉强度之比。 4.一般工程结构用金属是多晶体,在各个方向上的性能相同,这就是实际金属的各向同性现象。 5.实际金属存在点缺陷、线缺陷和面缺陷三种缺陷。实际晶体的强度比理想晶体的强度低(高,低)得多。 6.根据组成合金的各组元之间的相互作用不同,合金的结构可分为两大类: 固溶体和金属化合物。固溶体的晶格结构同溶剂,其强度硬度比纯金属的高。 7.共析钢加热至Ac1时将发生珠光体向奥氏体的转变,其形成过程包括四个阶段。 8.把两个45钢的退火态小试样分别加热到Ac1~Ac3之间和Ac3以上温度水冷淬火,所得到的组织前者为马氏体+铁素体+残余奥氏体,后者为马氏体+残余奥氏体。 二、判断改错题(对打√,错打“×”并改错,每小题1分,共10分)()1.随奥氏体中碳含量的增高,马氏体转变后,其中片状马氏体减少,板条状马氏体增多。(×,片状马氏体增多,板条马氏体减少) ()2.回火屈氏体、回火索氏体和过冷奥氏体分解时形成的屈氏体、索氏体,只是形成过程不同,但组织形态和性能则是相同的。(×,组织形态和性能也不同)()3.退火工件常用HRC标出其硬度,淬火工件常用HBS标出其硬度。(×,退火工件硬度用HBS标出,淬火工件硬度用HRC标出;)

()4.马氏体是碳在α-Fe中所形成的过饱和固溶体;当发生奥氏体向马氏体的转变时,体积发生膨胀。√; ()5.表面淬火既能改变工件表面的化学成分,也能改善其心部组织与性能。 (5.×,表面淬火只能改变工件表面的组织与性能。) (√;)6.化学热处理既能改变工件表面的化学成分,也能改善其心部组织与性能。 (√)7.高碳钢淬火时,将获得高硬度的马氏体,但由于奥氏体向马氏体转变的终止温度在0℃以下,故钢淬火后的组织中保留有少量的残余奥氏体。 ()8.为了消除加工硬化便于进一步加工,常对冷加工后的金属进行完全退火。 ×,进行再结晶退火; ()9.片状珠光体的机械性能主要决定于珠光体的含碳量。×,取决于珠光体的片间距; ()10.由于钢回火的加热温度在A1以下,所以淬火钢在回火时没有组织变化。×,尽管钢回火的加热温度在A1以下,但是淬火钢在回火时仍有组织变化。 三、选择题(每小题1分,共10分) 1.钢在淬火后所得的组织是(A ) A.淬火马氏体 B.回火索氏体 C.回火屈氏体 D.索氏体 2.在淬火钢中,当含碳量增加到0.6%以后,随含碳量的增加,硬度增加缓慢, 这是因为( A ) A. 随含碳量的增加,残余奥氏体的量增多 B. 随含碳量的增加,片状马氏体的量增多 C. 随含碳量的增加,淬火内应力增大 D. 随含碳量的增加,非马氏体的量减少 3.若钢中加入的合金元素能使C曲线左移,则将使钢的淬透性(B )

机械工程材料期末考试

机械工程材料期末考试 一.填空题(共30分,每空1分) 1.液态金属结晶的基本过程是形核与晶核长大。 2.铁素体(F)是碳溶于α-Fe 所形成的间隙固溶体,其晶格类型是:体心立方。 3. 检测淬火钢件的硬度一般用洛氏(HRC)硬度;而检测退火和正火钢件的硬度常用布氏(HRB)硬度。4.GCr15钢是滚动轴承钢,其Cr的质量分数是1.5% 。5.16Mn钢是合金结构钢,其碳的质量分数是0.16% 。6.QT600-03中的“03”的含义是:最低伸长率为3% 。7. 钢与铸铁含碳量的分界点是:2.11% 。 8.贝氏体的显微组织形态主要有B上和B下两种,其中B下的综合性能好。9.钢的淬火加热温度越高,淬火后马氏体中含碳量越高,马氏体晶粒越粗大,残余奥氏体的量越越多。 10.钢加热时A的形成是由A晶核的形成、A晶核向F和Fe3C 两侧长大、残余Fe3C的溶解、A的均匀化等四个基本过程所组成的。11.一般表面淬火应选中碳成分钢,调质件应选用中碳成分钢。13.碳钢常用的淬火介质是水,而合金钢是油。 14.T10钢(Ac1≈727℃,Accm≈800℃)退火试样经700 ℃、780 ℃、860 ℃加热保温,并在水中冷却得到的组织分别是:P+Fe3C ,Fe3C+M+Ar ,M+Ar 。 15.渗碳钢在渗碳后缓慢冷却,由表面向心部的组织分布依次为:P+Fe3CⅡ (网状),P ,P+F 。得分 二.判断题(共10分,每小题1分)(正确√ 错误×,答案填入表格)1.在其他条件相同时,砂型铸造比金属型铸造的铸件晶粒更细。× 2.固溶强化是指因形成固溶体而引起的合金强度、硬度升高的现象。√ 3.珠光体、索氏体、屈氏体都是铁素体和渗碳体组成的机械混合物。√ 4.碳的质量分数对碳钢力学性能的影响

工程材料期末考试复习题集

第二章晶体结构与结晶 简答题 1、常见的金属晶格类型有哪几种?它们的晶格常数和原子排列有什么特点? 2.为什么单晶体具有各向异性,而多晶体在一般情况下不显示各向异性? 3.在实际金属中存在哪几种晶体缺陷?它们对金属的力学性能有何影响? 4.金属结晶的基本规律是什么?工业生产中采用哪些措施细化晶粒?举例说明。 第三章金属的塑性变形 简答题 7、多晶体的塑性变形与单晶体的塑性变形有何异同? 答:相同——塑性变形方式都以滑移或孪晶进行;都是在切应力作用下产生塑性变形的。 不同点——在外力作用下,各晶粒因位向不同,受到的外力不一致,分切应力相差大,各晶粒不能同时开始变形,接近45℃软位向先滑移,且变形要受到周围临近晶粒制约相互要协调;晶粒之间的晶界也影响晶粒的塑性变形。多晶体的塑性变形逐次逐批发生,由少数开始,最后到全部,从不均匀到均匀。 8.已知金属Pb、Fe、Cu的熔点分别为327℃、1534℃,1083℃、,试估算这些金属的再结晶温度范围?在室温下的变形属于冷加工还是热加工? 9.说明产生下列现象的原因: (1)滑移面和滑移方向是原子排列密度最大的晶面和晶向; (2)晶界处滑移阻力最大; (3)实际测得的晶体滑移所需的临界切应力比理论计算的数值小的多; (4)Zn、α-Fe和Cu的塑性不同。 作业: 1.解释下列名词:滑移、加工硬化 2.塑性变形的实质是什么?它对金属的组织与性能有何影响? 3.何为塑性变形?塑性变形的基本方式有那些? 4.为什么常温下晶粒越细小,不仅强度、硬度越高,而且塑性、韧性也越好? 第四章二元合金 1.解释下列名词:合金、组元、相、相图、组织、固溶体、金属间化合物、晶内偏析。2.指出下列名词的主要区别: (1)置换固溶体与间隙固溶体 (2)间隙相与间隙固溶体 (3)相组成物与组织组成物 答:相组成物:指构成显微组织的基本相,它有确定的成分与结构,但没有形态的概念。例:α和β 组织组成物:指在结晶过程中形成的,有清晰轮廓,在显微镜下能清楚区别开的组成部分。例:α、β、αⅡ、βⅡ、α+β。 (4)共晶反应与共析反应 3.为什么铸造合金常选用有共晶成分或接近共晶成分的合金?用于压力加工的合金选用何种成分的合金为好? 答:铸造性能:取决于结晶的成分间隔与温度间隔,间隔越大,铸造性能越差。 压力加工性能好的合金通常是固溶体,应强度较低,塑性好,变形均匀不易开裂。

工程材料期末试题及解答

第一章 一、填空题 1.工程材料按成分特点可分为金属材料、非金属材料、复合材料;金属材料又可分为有色金属和黑色金属两类;非金属材料主要有无机非金属、有机非金属;复合材料是指。 2.金属材料的力学性能主要包括强度、硬度、塑性、韧性等;强度的主要判据有屈服点和抗拉强度,强度和塑性可以用拉伸试验来测定;洛氏硬度测量方法简便、不破坏试样,并且能综合反映其它性能,在生产中最常用。 3.理解静拉伸试验过程和应力-应变曲线图。 二、判断题材料所受的应力小于屈服点σs时,是不可能发生断裂的。(×) 第二章 1 名词解释 晶体:指其原子(原子团或离子)按一定的几何形状作有规律的重复排列的物体 过冷度:实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度 变质处理:有意地向液态金属中加入某些变质剂以细化晶粒和改善组织达到提高材料性能的目的。 各向异性:在晶体中,由于各晶面和各晶向上的原子排列密度不同,因而导致在同一晶体的不同晶面和晶向上的各种性能的不同形核率:在单位时间内,单位体积中所产生的晶核 2 填空 三种常见的金属晶格体心立方,面心立方,密排六方。 晶体缺陷的形式包括点缺陷,线缺陷,面缺陷。 3 问答 1 简述形过冷度和难熔杂质对晶体的影响。 答:过冷度影响:金属结晶石,形核率和长大速度决定于过冷度。在一般的液态金属的过冷范围内,过冷度愈大,形核率愈高,则长大速度相对较小,金属凝固后得到的晶粒就愈细;当缓慢冷却时,过冷度小,晶粒就粗大。 难熔杂质的影响:金属结晶过程中非自发形核的作用王伟是主要的。所以某些高熔点的杂质,特别是当杂质的晶体结构与经书的晶体结构有某些相似时将强烈的促使非自发形核,大大提高形核率。 2 简述铸锭的组织结构特点。 答:铸锭是由柱状晶粒和等轴晶粒组成的,组织部均匀,不同形状的晶粒对性能由不同的影响。 3.凝固过程中晶粒度大小的控制。 答:主要有两种方法:1增大过冷度,2变质处理 第三章 1.金属塑性变形是在什么应力作用下产生的?金属的塑性变形有哪几种基本方式?它们之间有何区别 金属的塑性形变是在切应力的作用下产生的。金属的塑性形变有滑移和孪生两种形式。它们之间的区别是:1滑移是金属键一个个断裂,而孪生是孪生面上的键同时发生断裂;2孪生之后,虽然晶体结构为改变,但孪生的晶体的晶格位向已经发生改变。 2.塑性变形对金属的组织、结构和性能有哪些影响? 组织结构影响:当工件的外形被拉长或者压扁时其内部的晶粒的形状也被拉长或压扁。 性能影响:强硬度提高,塑韧性降低,电阻增加,耐腐蚀性降低 3.什么叫再结晶?再结晶前、后组织和性能有何变化? 当变形金属加热至较高温度,原子具有较大扩散能力时,会在变形最激烈的区域自发的形成新的细小等轴晶粒称为再结晶。再结晶前后组织上的变化是,在形变激烈能量高的地方形核。性能上的变

机械工程材料期末试题(附答案) 整理

名词解释: 合金:由两种或两种以上金属元素;或金属与非金属元素熔炼、烧结或通过其方法由化学键组合而成的具有金属特性的物质。 同素异晶转变:在固态下,同一种元素由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的转变。 铁素体:碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体。 再结晶:冷变形金属在加热时其组织和性能都恢复到变形前的软化状态的过程。淬透性:一种热处理工艺性能,表示材料在淬火时获得淬硬层深度的能力。 奥氏体:C在γ-Fe中的间隙固溶体,常用A或γ表示,是一种硬度较低而塑性较高的固溶体。 固溶体:组成合金的组元,在固态时相互溶解,所形成的单一均匀的物质。 自然时效:自然时效是指经过冷、热加工或热处理的金属材料,于室温下发生性能随时间而变化的现象。 加工硬化:金属材料随着冷塑变形程度的增大,强度和硬度逐渐升高,塑性和韧性逐渐降低的现象称为加工硬化或冷作硬化。 调质:对钢材作淬火+高温回火处理,称为调质处理。 碳素钢:含碳量≤2.11%的铁碳合金。 SPCD: 表示冲压用冷轧碳素钢薄板及钢带,相当于中国08A(13237)优质碳素结构钢。 填空题: 1.石墨为片状的灰口铸铁称为铸铁,石墨为团絮状的灰口铸铁称为__ 铸铁,石墨为球状的灰口铸铁称为铸铁。其中铸铁的韧性最高,因而可以锻造。 2. 陶瓷材料中的气相是指,在程中形成的,它了陶瓷的强度。 3.根据采用的渗碳剂的不同,将渗碳分为__________、__________和__________三种。 4.工程中常用的特殊性能钢有_________、_________、_________等。 5.金属的断裂形式有__________和__________两种。 6.金属元素在钢中形成的碳化物可分为_________、_________两类。 7.常见的金属晶体结构有____________、____________和____________三种。 1、普通灰口;可锻;球墨; 2、气孔;烧结;降低。 3、固体渗碳气体渗碳 4、不锈钢耐热钢耐磨刚 5、延性断裂 6、合金渗碳体特殊碳化物 7、体心立方晶格密排六方晶格

种常用工程材料属性性表

材料名称弹性模量(N/m^2)泊松比质量密度(kg/m^3)抗剪模量(N/m^2)张力强度(N/m^2)屈服强度(N/m^2)热扩张系数(/Kelven)比热(J/(kg.K))热导率(W/(m.k)) Ductile Iron (SN) 1.20E+110.3107.90E+037.70E+108.62E+08 5.51E+08 1.10E-05 4.50E+0275.00 KTH300-06 (GB) 1.90E+110.2707.30E+038.60E+10 3.00E+080.00E+00 1.20E-05 5.10E+0247.00 KTH350-10 (GB) 1.90E+110.2707.30E+038.60E+10 3.50E+08 2.00E+08 1.20E-05 5.10E+0247.00 KTZ450-06 (GB) 1.90E+110.2707.30E+038.60E+10 4.50E+08 2.70E+08 1.20E-05 5.10E+0247.00 KTZ550-04 (GB) 1.90E+110.2707.30E+038.60E+10 5.50E+08 3.40E+08 1.20E-05 5.10E+0247.00 KTZ650-02 (GB) 1.90E+110.2707.30E+038.60E+10 6.50E+08 4.30E+08 1.20E-05 5.10E+0247.00 KTZ700-02 (GB) 1.90E+110.2707.30E+038.60E+107.00E+08 5.30E+08 1.20E-05 5.10E+0247.00 KTB350-04 (GB) 1.20E+110.3107.90E+037.70E+10 3.50E+080.00E+00 1.10E-05 4.50E+0275.00 KTB380-12 (GB) 1.20E+110.3107.90E+037.70E+10 3.80E+08 1.70E+08 1.10E-05 4.50E+0275.00 KTB400-05 (GB) 1.20E+110.3107.90E+037.70E+10 4.40E+08 2.20E+08 1.10E-05 4.50E+0275.00 KTB450-07 (GB) 1.20E+110.3107.90E+037.70E+10 4.50E+08 2.60E+08 1.10E-05 4.50E+0275.00 Gray Cast Iron (SN) 6.62E+100.2707.20E+03 5.00E+10 1.52E+080.00E+00 1.20E-05 5.10E+0245.00 HT100 (GB) 1.08E+110.1237.10E+03 4.80E+10 1.50E+080.00E+008.20E-06 5.10E+0245.00 HT150 (GB) 1.16E+110.1947.00E+03 4.86E+10 1.50E+080.00E+00 1.01E-05 5.10E+0245.00 HT200 (GB) 1.48E+110.3107.20E+03 5.66E+10 2.00E+080.00E+00 1.10E-05 5.10E+0245.00 HT250 (GB) 1.38E+110.1567.28E+03 5.98E+10 2.50E+080.00E+008.20E-06 5.10E+0245.00 HT300 (GB) 1.43E+110.2707.30E+03 5.66E+10 3.00E+080.00E+00 1.12E-05 5.10E+0245.00 HT350 (GB) 1.45E+110.2707.30E+03 5.66E+10 3.50E+080.00E+00 1.12E-05 5.10E+0245.00 Malleable Cast Iron 1.90E+110.2707.30E+038.60E+10 4.14E+08 2.76E+08 1.20E-05 5.10E+0247.00 QT400-15 1.61E+110.2747.01E+03 6.32E+10 4.00E+08 2.50E+08 1.29E-05 5.10E+0247.00 QT400-18 1.61E+110.2747.01E+03 6.32E+10 4.00E+08 2.50E+08 1.29E-05 5.10E+0247.00 QT450-10 1.69E+110.2577.06E+03 6.76E+10 4.50E+08 3.10E+08 1.01E-05 5.10E+0247.00 QT500-7 1.62E+110.2937.00E+03 6.27E+10 5.00E+08 3.20E+089.10E-06 5.10E+0247.00 QT600-3 1.69E+110.2867.12E+03 6.56E+10 6.00E+08 3.70E+08 1.18E-05 5.10E+0247.00 QT700-2 1.69E+110.3057.09E+03 6.47E+107.00E+08 4.20E+08 1.08E-05 5.10E+0247.00 QT800-2 1.74E+110.2707.30E+03 6.84E+108.00E+08 4.80E+08 1.01E-05 5.10E+0247.00 QT900-2 1.81E+110.2707.18E+037.10E+109.00E+08 6.00E+08 1.10E-05 5.10E+0247.00 Q195 2.12E+110.2867.69E+038.24E+10 3.50E+08 1.95E+088.80E-06 4.40E+0243.00 Q215 2.12E+110.2887.69E+038.25E+10 3.50E+08 2.15E+088.80E-06 4.40E+0243.00 Q235-A(F) 2.08E+110.2777.86E+038.14E+10 3.90E+08 2.35E+088.70E-06 4.40E+0243.00 Q235-A 2.12E+110.2887.86E+038.23E+10 3.90E+08 2.35E+08 1.20E-05 4.40E+0243.00 Q235-B 2.10E+110.2747.83E+038.24E+10 3.90E+08 2.35E+088.00E-06 4.40E+0243.00 Q255 2.10E+110.2747.83E+038.24E+10 4.50E+08 2.55E+088.00E-06 4.40E+0243.00 Q275 2.10E+110.2747.83E+038.24E+10 4.90E+08 2.50E+088.00E-06 4.40E+0243.00 08F 2.19E+110.2677.83E+038.62E+10 2.95E+08 1.75E+088.70E-06 4.40E+0248.00 8 2.11E+110.2797.82E+038.25E+10 2.95E+08 1.75E+08 1.22E-05 4.40E+0248.00 10F 2.12E+110.2707.85E+038.26E+10 3.15E+08 1.85E+08 1.25E-05 4.40E+0248.00 10 2.10E+110.2707.86E+038.26E+10 3.15E+08 1.85E+08 1.26E-05 4.40E+0248.00 15F 2.12E+110.2887.85E+038.24E+10 3.55E+08 2.05E+08 1.19E-05 4.40E+0248.00 15 2.13E+110.2897.85E+038.26E+10 3.75E+08 2.25E+08 1.19E-05 4.40E+0248.00

机械工程材料期末试题含详细答案

机械工程材料模拟练习题 一、填空题(每空0.5分) 1.常用测定硬度的方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度测试法。 2. 金属材料的力学性能主要包括强度、硬度、弹性、塑性等;强度的主要判据有屈服强度和抗拉强度,强度和塑性可以用拉伸实验来测定;压入法测量方法简便、不破坏试样,并且 能综合反映其它性能,在生产中最常用。 3. 铁碳合金在室温下平衡组织组成物的基本相是铁素体和渗碳体,随着碳的质量分数的增加,渗碳体相的相对量增多,铁素体相的相对量 却减少。 4. 珠光体是一种复相组织,它由铁素体和渗碳体按一定比例组成。珠光体用符号P表示。 5. 铁碳合金中,共析钢的w=0.77%,室温平衡组织为珠光体;亚共析钢的 w=0.0218%-cc0.77%,室温平衡组织为铁素体和珠光体;过共析钢的w=0.77%-2.11%,室温平衡组织为珠光c 体和二次渗碳体。 6. 铁碳合金结晶过程中,从液体中析出的渗碳体称为一次渗碳体;从奥氏体中析出的渗碳体称为二次渗碳体;从铁素体中析出的渗碳体称为三次渗碳体。 7. 低碳钢的碳质量分数范围是:Wc≤0.25%、中碳钢:Wc=0.25%-0.6%、高碳钢:Wc>0.6%。 8. 金属的晶粒越细,强度、硬度越高,塑性、韧性越好。实际生产中可通过增加过冷度、变质处理和附加振动来细化晶粒。 9. 常用金属中,γ-Fe、Al、Cu 等金属具有面心立方晶格,α-Fe具有体心立 方晶格。 10. 金属的结晶是在过冷的情况下结晶的,冷却速度越快,过冷度越大,金属结晶后的晶粒越细小,力学性能越好。 11. 钢的热处理工艺是由(加热)、(保温)和(冷却)三个步骤组成的;热处理基本不改变钢件的(形状和尺寸),只能改变钢件的(结构组织)和(力学性能)。 12. 完全退火适用于(亚共析碳)钢,其加热温度为(Ac3以上30-50°C),冷却速度(缓慢),得到(铁素体和珠光体)组织。 13. 球化退火又称为(均匀化)退火,其加热温度在(Ac1)+20-30℃,保温后(随炉缓慢)冷却,获得(球状珠光体)组织;这种退火常用于高碳工具钢等。 14. 中碳钢淬火后,再经低温回火后的组织为(回火马氏体),经中温回火后的组织为(回火托氏体),经高温回火后的组织为(回火索氏体);淬火高温回火后具有(综合力学)性能。 15. 钢的高温回火的温度范围在(500-650°C),回火后的组织为(回火索氏体)。这里开始!!!16. 按化学成份分类,就含碳量而言,渗碳钢属低碳钢, 调质钢属中碳钢, 滚动轴承钢属高碳钢。 17. 高速钢W18Cr4V 中合金元素W 的作用是提高钢的红硬性和回火稳定性; Cr

工程材料

练习题 第一章练习题 1-1.某室温下使用的一紧固螺栓在工作时发现紧固力下降,试分析材料的何种性能指标没有达到要求?提出主要的可能解决措施。 1-2.假设塑性变形时材料体积不变,那么在什么情况下塑性指标δ、ψ之间能建立何种数学关系? 1-3.现有一碳钢制支架刚性不足,采用以下三种方法中的哪种方法可有效解决此问题?为什么?①改用合金钢;②进行热处理改性强化;③改变该支架的截面与结构形状尺寸。 1-4.对自行车座位弹簧进行设计和选材,应涉及到材料的哪些主要性能指标? 1-5.在零件设计与选材时,如何合理选择材料的σp、σe、σ0. 2、σb、σ-1性能指标?各举一例说明。 1-6.现有两种低强度钢在室温下测定冲击韧度,其中材料A的Ak=80J、材料B的Ak=60J,能否得出在任何情况下材料A的韧性高于材料B,为什么? 1-7.实际生产中,为什么零件设计图或工艺卡上一般是提出硬度技术要求而不是强度或塑性值?1-8.全面说明材料的强度、硬度、塑性、韧性之间的辨证关系。 1-9.传统的强度设计采用许用应力[σ]=σ0.2/n,为什么不能一定保证零件的安全性?有人说: “安全系数n越大,零件工作时便越安全可靠。”,你怎样认识这句话? 1-10.比较冲击韧度Ak、断裂韧度KIc的异同点和它们用来衡量材料韧性的合理性。

1-11.一般认为铝、铜合金的耐蚀性优于普通钢铁材料,试分析在潮湿性环境下铝与铜的接触面上发生腐蚀现象的原因。 第二章练习题 2-1.常见的金属晶体结构有哪几种?它们的原子排列和晶格常数有什么特点? Fe、γ—Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各属何种结构? 2- 2.已知γ—Fe的晶格常数(a=3.63A)要大于α—Fe的晶格常数(a= 2.89A),但为什么γ—Fe冷却到912℃转变为α—Fe时,体积反而增大? 2- 3.1克铁在室温和1000℃时各含有多少个晶胞? 2- 4.已知铜的原子直径为2.56A,求其晶格常数,并计算1mm3铜中的原子数。 2-5.总结说明实际金属晶体材料的内部结构特点。第三章练习题 3- 1.如果其它条件相同,试比较在下列铸造条件下,所得铸件晶粒的大小:?金属模浇注与砂模浇注; ?高温浇注与低温浇注; ?铸成薄壁件与铸成厚壁件; ?浇注时采用震动与不采用震动; ?厚大铸件的表面部分与中心部分。

工程材料学期末考试试题及答案

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5. 杠杆定律只适用于两相区。 ( ) 6. 金属晶体中,原子排列最紧密的晶面间的距离最小,结合力大,所以这些晶面间难以发生滑移。 ( ) 7. 共析转变时温度不变,且三相的成分也是确定的。 ( ) 8. 热加工与冷加工的主要区别在于是否对变形金属加热。 ( ) 9. 过共析钢为消除网状渗碳体应进行正火处理。 ( ) 10. 可锻铸铁能够进行锻造。 ( ) 四、简答题(每小题5分,共20分) 1. 在图1中分别画出纯铁的)011(、)111(晶面和]011[、]111[晶向。并指出在室 温下对纯铁进行拉伸试验时,滑移将沿以上的哪个晶面及晶向进行? 图1 2.为什么钳工锯 T10,T12 等钢料时比锯 10,20 钢费力,锯条容易磨钝?

3.奥氏体不锈钢的晶间腐蚀是怎样产生的?如何防止? 4.低碳钢渗碳表面化学热处理的温度范围是多少?温度选择的主要理由是什么? 五、请用直线将下列材料牌号与典型应用零件及热处理工艺连接起来。(每小题2 分,共10分) 材料牌号应用零件热处理工艺 HT250 弹簧调质+氮化 Cr12MoV 飞机起落架固溶+时效 7A04(LC9)机车曲轴自然时效(退火) 65Mn 冷冲模淬火+中温回火 38CrMoAl 机床床身淬火+低温回火 六、某工厂仓库积压了许多退火状态的碳钢,由于钢材混杂,不知道钢的化学成分, 现找出其中一根,经金相分析后,发现其组织为珠光体+铁素体,其中铁素体占80% ,回答以下问题:(每小题4分,共12分) ①求该钢的含碳量;

常见注塑材料性能

.目录 1.ABS 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 (2) 2.PA6 聚酰胺6或尼龙6 (2) 3.PA12 聚酰胺12或尼龙12 (3) 4.PA66 聚酰胺66或尼龙66 (4) 5.PBT 聚对苯二甲酸丁二醇酯 (4) 6.PC 聚碳酸酯 (5) 7.PC/ABS 聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物 (6) 8.PC/PBT 聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯的混合物 (6) 9.PE-HD 高密度聚乙烯 (7) 10.PE-LD 低密度聚乙烯 (7) 11.PEI 聚乙醚 (8) 12.PET 聚对苯二甲酸乙二醇酯 (8) 13.PETG 乙二醇改性-聚对苯二甲酸乙二醇酯 (9) 14.PMMA 聚甲基丙烯酸甲酯 (9) 15.POM 聚甲醛 (10) 16.PP 聚丙烯 (10) 17.PPE 聚丙乙烯 (11) 18.PS 聚苯乙烯 (12) 19.PVC (聚氯乙烯) (12) 20.SA苯乙烯-丙烯腈共聚物 (13)

常用二十种塑料注塑性能、典型应用、注塑工艺、物理和化学特性介绍 1.A BS 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 典型应用围: 汽车(仪表板,工具舱门,车轮盖,反光镜盒等),电冰箱,大强度工具(头发烘干机,搅拌器,食品加工机,割草机等),机壳体,打字机键盘,娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等。 注塑模工艺条件: 干燥处理:ABS材料具有吸湿性,要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件为80~90℃下最少干燥2小时。材料温度应保证小于0.1%。 熔化温度:210~280℃;建议温度:245℃。 模具温度:25~70℃。(模具温度将影响塑件光洁度,温度较低则导致光洁度较低)。 注射压力:500~1000bar。 注射速度:中高速度。 化学和物理特性: ABS 是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种单体都具有不同特性:丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性;丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性;苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。从形态上看,ABS是非结晶性材料。三中单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物,一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相,另一个是聚丁二烯橡胶分散相。ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。这就可以在产品设计上具有很大的灵活性,并且由此产生了市场上百种不同品质的ABS材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性,例如从中等到高等的抗冲击性,从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。ABS材料具有超强的易加工性,外观特性,低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。 2.P A6 聚酰胺6或尼龙6 典型应用围: 由于有很好的机械强度和刚度被广泛用于结构部件。由于有很好的耐磨损特性,还用于制造轴承。 注塑模工艺条件: 干燥处理:由于PA6很容易吸收水分,因此加工前的干燥特别要注意。如果材料是用防水材料包装供应的,则容器应保持密闭。如果湿度大于0.2%,建议在80℃以上的热空气中干燥16小时。如果材料已经在空气中暴露超过8小时,建议进行105℃,8小时以上的真空烘干。 熔化温度:230~280℃,对于增强品种为250~280℃。 模具温度:80~90℃。模具温度很显著地影响结晶度,而结晶度又影响着塑件的机械特性。对于结构部件来说结晶度很重要,因此建议模具温度为80~90℃。对于薄壁的,流程较长的塑件也建议施用较高的模具温度。增大模具温度可以提高塑件的强度和刚度,但却降低了韧性。如果壁厚大于3mm,建议使用20~40℃的低温模具。对于玻璃增强材料模具温度应大于80℃。 注射压力:一般在750~1250bar之间(取决于材料和产品设计)。

常用工程材料选用

. 三、常用工程材料及选用 纯金属因价贵,力学性能较低,不能满足现代工业的要求,因此工业上多应用合金。下面对工程中常用的金属材料进行叙述。 一、碳素钢 Wc≤2.11%碳素钢是指,并含少量硅、锰、磷、硫等杂质元素的铁碳合金。碳素钢具有一定的力学性能和良好的工艺性能,且价格低廉,在工业中广泛应用。 碳素钢的分类及牌号 碳素钢的种类很多,常按以下方法分类。 1.按钢的含碳量分类 可分为:低碳钢(0.0218%

铌、锆等。通常低合金钢中加入合金元素的种类和数量较合金钢少。不同元素的组合,不同的元素含量,可得到不同的性能。 合金钢的分类 . . 1.按质量等级分 按质量等级,合金钢可分为优质合金钢(如一般工程结构用合金钢、耐磨钢、硅锰弹簧钢等)和特殊质量合金钢(如合金结构钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热钢等)。2.按合金元素总量分 按合金元素总量将合金钢分为:低合金钢(W<5%)、中合金钢(W =5%~10%)和高MeMe合金钢(W >10%)Me3. 按合金元素种类分 按合金元素种类将合金钢分为:铬钢、锰钢、硅锰钢、铬镍钢等。 4. 按主要性能和使用特性分 主要分为工程结构用合金钢,机械结构用合金钢,轴承钢,工具钢,不锈、耐蚀和耐热钢,特殊物理性能钢等。 合金钢的编号 我国合金钢编号方法的原则是以钢中碳含量(Wc×100)、合金元素的种类和含量(W Me×100)来表示。当钢中合金元素的平均含量W <1.5%时,钢号中只标出元素符号,不标明Me合金元素平均含量;当W≥1.5%、2.5%、3.5%……时,在该元素后面相应的标出2、3、4……。Me合金钢的具体编号方法见表1-11: 表1-12 合金钢的编号方法

新编机械工程材料期末试题库及答案(2)

判断题(在括号内打“√”或“×”,每小题1分,共17分) 1.测试淬火件的硬度经常使用布氏硬度。……………………洛氏………(F) 2.细晶粒金属不仅强度、硬度高,而且塑性、韧性也好。………………………(T) 3.由于存在温度不同,过冷奥氏体与奥氏体具有不同的组织结构。…………(T) 4.渗碳体是钢中的一种基本相。………………………………………………() 5.高温回火脆性可通过快冷消除。……………………………………………(T ) 6.钢号GCr15种,15表示Cr含量是15%。……………………………………(F ) 7.灰铸铁中的白口组织可通过正火消除。……………退火………………(F ) 8.铸铁中顺序凝固法用来防止产生铸造应力。………………………………() 9.冲压件强度高是因为材料产生了加工硬化。………………………………() 10. 金属热加工就是把金属加热后进行加工。………………………………(F) 11.可锻铸铁适合锻造加工。……………………………………………………(F) 12.酸性焊条是指焊条药皮中含有酸性氧化物。………………………………() 13.低碳钢焊接接头中以正火区性能最好。……………………………………() 14.钎焊时焊件也发生融化。……………………………………………………() 15.自由锻可生产大型零件。……………………………………………………(F) 16.弯曲成形件模具角度只要与工件角度吻合即可得到合格工件。…………(F ) 17.轴承套圈开裂后焊补不能继续使用。………………………………………(T) 二、填空题(每空1分,共30分) 1.常用的金属材料强度指标有抗拉强度和屈服强度两种。 2.钢中常存的元素中,有害元素有P 和S 两种 3.碳在γ-Fe的间隙固溶体称为,它具有晶体结构,在1148℃时 碳具有最大溶解度为 2.11 %。 4.齿轮经过渗碳淬火处理后,既改变了齿轮表面的,又改变 了。 5.钢铁牌号QT500-7中,QT表示,500表示,单位 是,7表示。 6.拔长时的锻造比表达式为; 镦粗时的锻造比表达式为。 7.焊接变形形式有、、、、。 8.设计机械零件时遵循的选材原则是、、。 9.白口铸铁中碳主要以形式存在,而在灰口铸铁中碳主要以 形式存在。 10.热处理工艺过程包括、、三个阶段。 11.ZL201是合金,H68是合金。 三、选择题(每空1分,共17分) 1.在二元合金中,最适宜用于铸造生产的合金是()。 A、共析成分合金; B、固溶成分合金; C、共晶成分合金。 2.等温淬火所得组织中适用于生产的组织是()。 A、上贝氏体; B、下贝氏体; C、贝氏体 3.对低碳结构钢,为提高其切削加工性能、细化晶粒,选用()。 A、退火; B、正火; C、淬火 4.金属牌号T8表示( )。 A、特殊钢; B、碳素结构钢; C、碳素工具钢; D、铜合金

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