《工程材料及机械制造基础》习题答案齐乐华主编
第一章材料的种类与性能（P7）
１、金属材料的使用性能包括哪些？
力学性能、物理性能、化学性能等。
２、什么是金属的力学性能？它包括那些主要力学指标？
金属材料的力学性能：金属材料在外力作用下所表现出来的与弹性和非弹性反应相关或涉及力与应变关系的性能。主要包括：弹性、塑性、强度、硬度、冲击韧性等。
３、一根直径10mm的钢棒，在拉伸断裂时直径变为8.5mm，此钢的抗拉强度为450Mpa，问此棒能承受的最大载荷为多少？断面收缩率是多少？
F=35325N ψ=27.75%
４、简述洛氏硬度的测试原理。
以压头压入金属材料的压痕深度来表征材料的硬度。
5、什么是蠕变和应力松弛？
蠕变：金属在长时间恒温、恒应力作用下，发生缓慢塑性变形的现象。
应力松弛：承受弹性变形的零件，在工作过程中总变形量不变，但随时间的延长，工作应力逐渐衰减的现象。
6、金属腐蚀的方式主要有哪几种？金属防腐的方法有哪些？
主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。
防腐方法：
1）改变金属的化学成分；2）通过覆盖法将金属同腐蚀介质隔离；3）改善腐蚀环境；4）阴极保护法。
第二章材料的组织结构（P26）
1、简述金属三种典型结构的特点。
体心立方晶格：晶格属于立方晶系，在晶胞的中心和每个顶角各有一个原子。每个体心立方晶格的原子数为：2个。塑性较好。
面心立方晶格：晶格属于立方晶系，在晶胞的8个顶角和6个面的中心各有一个原子。每个面心立方晶格的原子数为：4个。塑性优于体心立方晶格的金属。
密排六方晶格：晶格属于六方棱柱体，在六棱柱晶胞的12个项角上各有一个原子，两个端面的中心各有一个原子，晶胞内部有三个原子。每个密排六方晶胞原子数为：6个，较脆
2、金属的实际晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？
存在点缺陷、线缺陷和面缺陷。使金属抵抗塑性变形的能力提高，从而使金属强度、硬度提高，但防腐蚀能力下降。
3、合金元素在金属中存在的形式有哪几种？各具备什么特性？
存在的形式有固溶体和金属化合物两种。合金固溶在金属中引起固溶强化，使合金强度、硬度提高，塑性、韧性下降。金属化合物提高合金的强度和硬度。4、什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？
固溶强化：因溶质原子的溶入引起合金强度、硬度升高的现象。
原因：固溶体中溶质原子的溶入引起晶格畸变，使晶体处于高能状态。
５、简述聚合物大分子链的结构与形态。它们对高聚物的性能有何影响？
聚合物大分子链的结构分为线性结构和体型结构。线性结构具有良好的塑性和弹性，加热可软化，冷却后变硬，易于成形，可反复使用。体型结构有较好的耐热性、尺寸稳定和机械强度，但弹性、塑性低，脆性大，不能塑性加工，不能反
复使用。
６、陶瓷的典型组织由哪几种组成？它们各具有什么作用？
由晶体相、玻璃相和气相组成。晶体相晶粒细小晶界面积大，材料强度大，空位和间隙原子可加速烧结时的的扩散，影响其物理性能；玻璃相起黏结分散的晶体相降低烧结温度，抑制晶体长大和充填空隙等作用；气相造成应力集中，降低强度、降低抗电击穿能力和透明度。
７、从结构入手比较金属、高聚物、陶瓷三种材料的优缺点。
８、金属结晶的基本规律是什么？
金属结晶由形核和长大两部分组成，并存在过冷度。
９、如果其他条件相同，试比较在下列铸造条件下，铸件晶粒的大小。（1）金属型浇注与砂型浇注。金属型浇注晶粒小。
（2）铸成薄件与铸成厚件。铸成薄件晶粒小。
（3）浇注时采用振动与不采用振动。采用振动晶粒小。
10、过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？
冷却速度越快过冷度越大，使晶核生长速度大于晶粒长大速度，铸件晶粒得到细化。冷却速度小时，实际结晶温度与平衡温度趋于一致。
11、何为共晶反应、匀晶反应共析反应？试比较三种反应的异同点。
共晶反应：从某种成分固定的合金溶液中，在一定恒温下同时结晶出两种成分和结构都不同的固相的反应。
共析反应：由一种固相在恒温下同时转变成两种新的固相的反应。
匀晶反应：两组元组成的合金系，在液态无限互溶，在固态也能无限互溶，形成固溶体的反应。
12、Pb-Sn相图如图2-29所示。
（1）试标出尚未标注的相区的组织；
（2）指出组织中含β
Ⅱ
最多和最少的成分；
（3）指出共晶体最多和最少的成分；
（4）指出最容易和最不容易产生枝晶偏析的成分：
（5）初生相α和β、共晶体α+β、二次相α
Ⅱ及β
Ⅱ
，它们在组织形态上的区别？
画出它们的组织示意图。
13、已知A（熔点为600℃）与B（熔点为500℃）在液态无限互溶，在固态300℃时A溶于B的最大质量分数为30%，室温时为10%，但B不溶于A；在300℃时B 的质量分数为40%的液态合金发生共晶反应，现要求：
（1）做出A-B合金相图；
（2）分析A的质量分数分布为20%、45%、80%等合金的结晶过程。
14、为什么铸造合金常选用接近共晶点的合金？为什么要进行压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金？
近共晶点的合金熔点低，结晶范围小，铸造性能好。单相固溶体成分的合金具有良好的塑性和小的变形抗力，可锻性好。
15、何谓α、γ、Fe
3C、C、P、A、L
d
、（L
d
`）？它们的结构、组织形态、力学
性能有何特点？
α为铁素体，Fe3C为渗碳体，C为碳元素，P为珠光体，γ、A为奥氏体，L d为高莱氏体，（L
d
`）为低温莱氏体。
α为体心立方结构，溶碳量低，强度、硬度低，塑性、韧性好。γ、A是碳在γ—Fe中形成的间隙固溶体，为面心立方结构，溶碳量较大，是高温组织，硬度
较低，塑性较高，易于成形。Fe
3
C是铁和碳的金属化合物，含碳量6.69%，硬度很高，脆性很大，塑性和韧性几乎为零。P是铁素体与渗碳体的机械混合物，碳
的分数为0.77%，具有良好的力学性能。L
d 是奥氏体与渗碳体的机械混合物，（L
d
`）是珠光体与渗碳体的机械混合物，含碳量4.3%，力学性能与渗碳体接近。16、碳钢与铸铁两者的成分、组织和性能有何差别？并说明原因。
碳含量小于2.11%是碳钢，大于2.11%是铸铁；碳钢中的碳与铁以金属化合物的形式存在，而铸铁中的碳以游离石墨的形式存在；碳钢的力学性能较好，其硬度、强度随含碳量的增加而增加，塑性、韧性随含碳量的增加而下降，铸铁的力学性能取决于石墨的形状、大小及分布；铸铁的铸造性能优于碳钢；铸铁不能进行压力加工，其焊接性能远不及碳钢。
17、分析碳的质量分数分别为0.20%、0.60%、0.80%、1.0%的铁碳合金从液态缓慢冷至室温时的结晶过程和室温组织。指出这四种成分组织与性能的区别。
碳的质量分数为0.20%、0.60%的铁碳合金均属于亚共析钢，从液态缓慢冷至室温时的结晶过程为：经过AC线时从液态中结晶出A，经过AE线时全部结晶为A，经过GS线时由于贫碳有F析出，经过PSK线时剩余的A转变为P，室温组织为P+F。并随碳的质量分数的增加P增加，F减少。
碳的质量成分分别为0.80%、1.0%的铁碳合金均属于过共析钢，从液态缓慢冷至室温时的结晶过程为：经过AC线时从液态中结晶出A，经过AE线时全部结晶为A，经过ES线时由于富碳有Fe3CⅡ析出，经过PSK线时剩余的A转变为P，室温组织为P+ Fe3CⅡ。并随碳的质量分数的增加Fe3CⅡ增加，P减少。
由于F、P、Fe3CⅡ，的力学性能上的差异，随碳的质量分数的增加铁碳合金的强度和硬度增加，而塑性和韧性下降。
18、渗碳体有哪5种基本形态，它们的来源和形态有何区别？
一次渗碳体是从液体中直接析出，呈长条形；二次渗碳体从奥氏体中析出，沿晶界呈网状；三次渗碳体从铁素体中析出，沿晶界呈小片或粒状；共晶渗碳体是同奥氏体相关形成，在莱氏体中为连续的机体；共析渗碳体同铁素体相关形成，呈交替片状。
19、根据Fe- Fe3C相图，说明产生下列现象的原因。
（1）碳的质量分数为1.0%的钢比碳的质量分数为0.5%的钢硬度高。
（2）低温莱氏体的塑性比珠光体的塑性差。
（3）捆扎物体一般用铁丝，而起重机起吊重物却用钢丝绳。
（4）一般要把钢材加热到高温下（1000~1250℃）进行热轧或锻造。
（5）钢适宜于通过压力成形，而铸铁适宜于通过铸造成形。
（1）钢随碳的质量分数的增加铁素体减少，而渗碳体增加。渗碳体的硬度比铁素体的硬度高。
（2）低温莱氏体由珠光体和渗碳体组成，珠光体塑性较好，而渗碳体的塑性几乎为零。
（3）捆扎物体需材料有一定的塑性，而起吊重物需材料有一定的强度和硬度。钢材随碳的质量分数的增加强度、硬度增加，塑性、韧性下降。
（4）把钢材加热到高温下（1000~1250℃），钢为单相奥氏体组织。其塑性好，变形抗力小。
（5）加热到高温下（1000~1250℃），钢为单相奥氏体组织。其塑性好，变形抗力小利于压力成形；而钢的流动性差，在冷却的过程中收缩率大，铸造性能比铸铁差。铸铁结晶温度范围窄，流动性好，在冷却的过程中收缩率小，铸造性能好；但其属于脆性材料，不能压力成形。
第三章金属热处理及表面改性（40）
1、钢的热处理的基本原理是什么？其目的和作用是什么？
钢的热处理是将钢在固态下、在一定的介质中施以不同的加热、保温和冷却来改变钢的组织，从而获得所需性能的一种工艺。原理：同素异构转变；其目的和作用：充分发挥材料的潜力，提高零件使用性能，延长使用寿命。改善材料的加工性能。。
2、什么是连续冷却与等温冷却？两种冷却方式有何差异？试画出共析钢过冷奥氏体的这两种冷却方式的示意图，并说明图中各个区域、各条线的含义。
等温冷却：先将已奥氏体化的钢快冷至A1线以下一定温度，成为过冷奥氏体。进行保温，使奥氏体在等温下进行组织转变。转变完后再冷却至室温。
连续冷却：将已奥氏体化的钢冷却，使其在温度连续下降的过程中发生组织转变。
等温冷却所得组织单一，分为珠光体、贝氏体和马氏体。连续冷却所得组织不均匀，是几种转变产物的复合。
示意图见书P30、P32。
3、A在等温冷却转变时，按过冷度的不同可以获得哪些组织？
可以获得：珠光体、索氏体、托氏体（屈氏体）、贝氏体和马氏体。
4、退火的主要目的是什么？常用的退火方法有哪些？
退火的主要目的（1）降低钢的硬度，使其易于切削加工；（2）提高钢的塑性和韧性，以易于切削和冷变形加工；（3）消除钢中的组织缺陷，为热锻、热轧或热处理作好组织准备；（4）消除前一工序中所产生的内应力，以防变形或开裂。常用的退火方法：完全退火、等温退火、球化退火（不完全退火）、均匀化退火（扩散退火）、去应力退火和再结晶退火等。
5、完全退火与不完全退火在加热规范、组织转变和运用上有何不同？为什么亚共析钢一般不采用不完全退火，共析钢不采用完全退火？
完全退火：将钢加热至Ac3以上30℃—50℃，保温一定时间，缓慢冷却的工艺。奥氏体转变为珠光体和铁素体。适用于亚共折成分的中碳钢和中碳合金钢的铸、锻件及热轧型材。目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬度和改善切削加工性能。不完全退火：将钢加热到Ac1以上20℃—30℃，保温后，缓慢冷却的工艺。适用于。共析或过共析钢。使P中的片状Fe3C和网状二次Fe3C球化，转变成球状Fe3C目的：降低钢的硬度，改善切削加工性，并减少随后淬火时的形变、开裂
倾向，为淬火作组织准备。
6、正火与退火的主要区别是什么？如何选用？
正火的冷却速度比退火稍快，过冷度稍大。组织较细，强度、硬度较高。
选用：（1）从切削加工性方面考虑，低碳钢用正火提高硬度，而高碳钢用退火降低硬度，以便于切削加工。（2）从使用性能上考虑，对零件性能要求不高，可用正火作为最终热处理；当零件形状复杂、厚薄不均时，采用退火；对中、低碳钢，正火比退火力学性能好。（3）从经济上考虑，正火冷却不占用设备，操作简便，生产周期短，能耗少，故在可能条件下，应优先考虑正火处理。
7、淬火的目的是什么？常用的淬火方法有哪几种？
淬火目的：提高钢的强度、硬度和耐磨性。方法有：单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火等。
8、为什么要进行表面淬火？常用的淬火方法有哪些？各用在什么场合？
为使零件表面具有高的硬度和耐磨性。分为感应加热淬火和火焰淬火。感应加热淬火适宜大批量生产，火焰淬火适宜单件或小批量生产的大型零件和需要局部表面淬火的零件。
9、淬透性与淬硬深度、淬硬性有哪些区别？影响淬透性的因素有哪些？
淬透性指钢在淬火时获得M的能力，在规定的淬火条件下决定着钢材淬硬深度和硬度分布。而淬硬深度虽然取决于钢的淬透性，但规定条件改变，淬硬深度改变。淬硬性是指钢在淬火时所获得的最高硬度，反映钢材在淬火时的硬化能力取决于M的碳的质量分数。影响淬透性的因素有钢材的化学成分和A化条件（临界冷却速度）。
10、回火的目的是什么？常用的回火操作有哪些？试指出各种回火操作得到的组织、性能及运用范围？
回火的目的：（1）降低脆性；（2）消除或减少内应力，防止变形和开裂；（3）获得工件所要求的使用性能；（4）稳定组织；
低温回火：150 ～ 250 ℃。回火马氏体。高硬耐磨。刃具，轴承，冷作磨具等。中温回火：350 ～ 500 ℃。回火屈氏体。高的屈服极限，弹性极限和韧性。弹簧，热作磨具。
高温回火（调质处理）：500 ～ 650 ℃。回火索氏体。较好的综合机械性能。连杆，轴，齿轮等。
11、什么是调质？调质的主要目的是什么？钢在调质后是什么组织？
调质：淬火后高温回火。目的：使钢得到综合的力学性能。调质后的组织为索氏体。
12、指出下列工件的淬火及回火温度，并说明回火后获得的组织及其大致硬度。（1）45钢小轴（要求综合性能）
淬火温度Ac3以上30~50℃，回火温度500~650℃，回火后获得的组织为索氏体，硬度大致为25~30HRC。
（2）60弹簧钢
淬火温度Ac3以上30~50℃，回火温度250~500℃，回火后获得的组织为贝氏体，硬度大致为40~50HRC。
（3）T12锉刀
淬火温度Ac1以上30~50℃，回火温度150~250℃，回火后获得的组织为马氏体，硬度大致为62~65HRC。
13、化学热处理的基本过程是什么？常用的化学热处理方法有哪些？其目的是什
过程：奖工件放在一定的活性介质中加热，保温，使介质中的活性原子渗入工件的表层，从而改变表层的化学成分、组织和性能。常用的化学热处理方法有渗碳、渗氮和碳氮共渗。目的是使工件心部有足够的强度和韧性，而表面具有高的硬度和耐磨性；提高工件的疲劳强度和表面耐蚀性、耐热性等。
14、渗碳、渗氮的目的是什么？试述其应用范围。
渗碳的目的：提高工件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度等。多用于低碳钢和低碳合金钢制成的齿轮、活塞销、轴类零件等重要零件。
渗氮的目的：提高工件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性和疲劳强度等。常用于在交变应力下工作的各种结构件。
15、机床摩擦片用于传动或主轴刹车，要求耐磨性好。选用15钢渗碳后淬火，要求渗碳层0.4~0.5mm，淬火后硬度为40~45HRC。加工工艺路线如下，试说明其中各热处理工序的目的。
下料→机加工→先渗碳后淬火及回火→机加工→回火
渗碳后淬火提高表面的硬度和耐磨性；第一次回火得到回火索氏体，得到所需的力学性能；；第二次回火消除加工硬化和残余应力并使摩擦片定型。
16、金属的氧化处理、磷化处理和钝化处理的目的是什么？试述他们在工业上的实际运用情况。
氧化处理目的是：防止金属腐蚀及机械磨损，装饰产品；消除内应力。用于精密仪器、仪表、工具、模具。
磷化处理目的是：使金属表面的吸附性、耐蚀性及减摩性得到改善。用于钢铁制品油漆层的底层、冷加工过程中的减摩及零件的防锈。
钝化处理的目的是：提高金属表面耐蚀性及装饰效果。用于电镀层的处理工艺。
17、电火花表面强化和喷丸表面强化的目的和基本原理是什么？
电火花表面强化的目的：使金属表面物理和化学性能得到改善。基本原理：在电极与工件间接上电源，由于振动器的作用使电极与工件间的放电间隙频繁变化，电极与工件间不断产生火花放电，从而使使电机电极的材料黏结、覆盖在工件上，在工件表面形成强化层。
喷丸表面强化的目的：提高材料的屈服强度及抗疲劳性能。基本原理：将大量高运动的弹丸喷射到工件表面，使其表面产生强烈的塑性变形和压应力从而获得一定厚度的强化层表面》
18、离子注入的基本原理是什么？试说明离子注入的应用情况。
基本原理：将工件放入离子注入机中，在几十至几百千伏的电压下，把所需元素的离子注入到工件表面。应用情况：提高工件的使用寿命、降低磨损速度和耐蚀能力。
第四章钢铁材料及其用途（P53）
1、碳钢按质量和用途可分为几类？试举例说明。
按钢中含碳量分为：低碳钢、中碳钢和高碳钢，低碳钢Wc≤0.25％，中碳钢Wc 在0.25％～0.6％之间，高碳钢Wc≥0.6％。
按钢的质量分为：普通碳素钢，Ws≤0.055％，Wp≤0.045％；优质碳素钢，Ws ≤0.040％ Wp≤0.040％；高级优质碳素钢，Ws≤0.030％，Wp≤0.035％。
按用途可分为：碳素结构钢和碳素工具钢，碳素结构钢如15、25、40等，碳素工具如T7、T8等，碳的质量分数一般在0.60%以上。
2、分析说明优质碳素结构钢中，为什么碳的质量分数的差异会造成较大的性能
优质碳素结构钢由F、P、组成，而这两种组元力学性能差异很大，随碳的质量分数的增加F减少，P增加，导致性能的差异。
3、合金钢中经常加入的合金元素有哪些？这些合金元素对钢的力学性能和热处理工艺有何影响？
合金钢中经常加入的合金元素有锰、硅、铬、镍、钼、钨、钒、钛、硼、磷和稀土等。这些合金元素对钢的力学性能的作用：1）固溶强化铁素体；2）第二相强化；3）细晶强化。对钢的热处理工艺的作用：1）提高钢的淬透性；2）提高钢的回火稳定性；3）使钢获得特殊性能。
4、什么是合金调质钢？其主要用途是什么？其所含主要合金元素有哪些？
合金调质钢：其碳的质量分数在0.3%~0.6%，经过淬火+高温回火热处理后得到回火索氏体的合金钢。主要用途：制造受力复杂，要求具有综合力学性能的重要零件。所含主要合金元素有：Cr、Mn、Ni、Mo等。
5、优质碳素钢的牌号是如何规定的？45钢的化学成分、抗拉强度、屈服强度分别是多少？
优质碳素钢的牌号是两位数，表示该钢号平均的碳的质量分数的百分数。45钢的化学成分为碳的质量分数在0.42~0.50%之间，Si在0.17~0.37之间，Mn 在0.50~0.80之间。抗拉强度600Mpa，屈服强度355Mpa。
6、什么是合金渗碳钢和合金弹簧钢？常用的钢种有哪些？
合金渗碳钢：Wc在0.15～0.25%，热处理方式渗碳后淬火加低温回火，常用钢种20Cr、20CrMnSi。合金弹簧钢：碳的质量分数在0.5~0.85%之间，经淬火、中温回火后使用的钢种，，常用钢种65Mn、50CrV。
7、试述不锈钢、耐热钢以及耐磨钢的主要合金元素。
不锈钢主要合金元素：Cr、Ni、Ti。耐热钢合金元素：Cr、Si、Al。耐磨钢合金元素：Mn。
8、碳素工具钢的牌号是如何规定的？碳素工具钢的主要用途是什么？
碳素工具钢的牌号为T+数字，其中数字表示碳的质量分数的千分之几。主要用途是作手工工具及量具。
9、指出下列合金钢的类别、用途和各合金元素的质量分数及主要作用。
（1）40CrNiMo——合金调质钢，用作制造综合力学性能良好的零件，各合金元素的质量分数均小于1.5%。
(2)60Si2Mn——合金弹簧钢，用作制造弹性极限和疲劳极限要求高的零件，Si 质量分数为2%，Mn质量分数均小于1.5%。
（3）9SiCr——低合金工具钢，用作制造手工工具量具等，各合金元素的质量分数均小于1.5%。
（4）Cr12MoV——高合金工具钢，用作制造刀具，Cr质量分数为12%，Mo、V质量分数均小于1.5%。
（5）37CrNi3——合金调质钢，用作制造综合力学性能良好的零件，Cr质量分数均小于1.5%，Ni质量分数为3%，
10、灰口铸铁可分哪几类？影响其组织和性能的因素有哪些？
分为：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁特、蠕墨铸铁。
影响其组织的因素主要是工艺方法（在浇注前加入硅铁）。影响其性能的因素有：基体组织，石墨的形态、数量、大小和分布。
11、试述灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁的主要用途？并说明为什么石墨的差异会
带来性能上的差异？
灰铸铁因石墨的存在，如同在钢的机体上分布有无数的孔洞，石墨的形态、数量、大小和分布，决定其性能，石墨片越多越粗大，分布越集中，影响越大；
12、三块形状和颜色完全相同的铁碳合金，分别为15钢、60钢和白口铸铁，用什么简便方法可迅速区分它们？
用划痕法比较它们的硬度，硬度从低到高分别为15钢、60钢和白口铸铁。13、灰铸铁中石墨是以什么形态存在于钢的基体上？对铸铁的使用性能有何影响？
灰铸铁中石墨以片状存在于钢的基体上，因石墨的力学性能较低，如同在钢的机体上分布有无数的孔洞，致使灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性比钢低得多。14、什么是石墨化过程？影响石墨化过程的因素主要有哪些？
石墨化过程：碳以石墨的形式析出的过程。即铸铁中石墨形成的过程。影响石墨化过程的因素主要有：化学成分和冷却速度。
15、灰铸铁按基体组织的差异可分为哪三种？性能上有何差异？
按基体组织的差异可分为：铁素体灰铸铁、珠光体灰铸铁和珠光体-铁素体灰铸铁。珠光体灰铸铁力学性能最好，珠光体-铁素体灰铸铁次之，铁素体灰铸铁性能最差。
16、说明下列铸铁牌号的含义。
17、如何使铸铁中的石墨的形态成团絮状形式存在？可锻铸铁是否可锻？
用碳、硅含量较低的铁液浇注成白口铁铸件，再经过长时间的高温退火形成。不可锻。
18、如何通过“球化处理”使铸铁中石墨以球状形态存在？球墨铸铁常用的热处理工艺有哪些？
在浇注前向铁液中加入适量的球化剂和孕育剂，使碳呈球状析出。球墨铸铁常用的热处理工艺——回火。
19、什么是合金铸铁？耐蚀铸铁主要添加了哪些合金元素？
向铸铁中加入某些合金元素，从而获得具有特殊性能的铸铁。耐蚀铸铁主要添加了Al、Si、Cr等合金元素。
第五章非铁材料（P72）
1、铝合金是如何分类的？各类铝合金可通过哪些途径进行强化？
铝合金分为变形铝合金（防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金、锻铝合金）和铸造铝合金（铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金）两大类。
防锈铝合金——退火；硬铝合金——淬火+自然时效：超硬铝合金——淬火+人工时效：锻铝合金——淬火+人工时效；铝镁合金、铝镁合金、铝硅合金——淬火+部分时效；铝铜合金、铝锌合金——人工时效。
2、变形铝合金包括哪几类铝合金？用LY1作铆钉应在何状态下进行铆接？在何时得到强化？
变形铝合金包括：防绣铝合金、硬铝合金、超硬铝合金、锻铝合金。用LY1作铆钉应在淬火＋自然失效状态下进行铆接。失效时得到强化。
3、铝合金的淬火与钢的淬火有何异同？从加热、冷却和组织强化等方面予以说明。
铝合金具有自淬火功能，其组织强化需经失效处理。而钢的淬火需经加热、保温和冷却等过程，冷却速度不同所得组织也不同，只有冷却速度大于临界冷却速度
才能得到全部的马氏体。
4、与纯铜相比，黄铜和青铜各有什么特点？有哪些用途？
黄铜是在纯铜基础上以锌为主加元素的铜合金，由于锌元素的加入，增加来合金的强度和硬度，降低了合金的塑性和韧性，用做一般的零件、镀层等。青铜指除锌和镍以外的其他元素为主要合金元素的铜合金，由于这些元素的加入，使合金具有一些特殊性能和良好的铸造性能。
5、钛合金分为几类？钛合金的性能特点与应用是什么？
钛合金分为：α型钛合金、β型钛合金、α＋β型钛合金。钛合金的性能特点是：熔点高、密度小、比强度高、热强度高、断裂韧性较高、耐腐性高，但切削性差、冷变形困难、硬度低、耐磨性差。主要用于航空、化工、造船及医疗行业。
6、与金属材料相比，工程塑料的主要性能特点是什么？
密度小，比强度大，耐蚀性、减摩性与自润滑性良好，绝缘性、耐电弧性、隔音性、吸振性良好，好易于成型和加工。缺点是强度、硬度、刚度低，耐热性、导热性差，热膨胀系数大，容易燃烧、老化。
7、简述制约高分子材料大量应用的因素，如何进一步提高其性能？
8、某厂使用库存数年的尼龙绳吊具时，在承受能力远大于吊装应力时却发生断裂事故，试分析其原因。
库存时间太长，因空气中氧气等作用而老化，使强度等下降。
9、对于下面列出的四种构件，选用下列那种塑料最合适？
构件：（1）电源插座；（2）飞机窗玻璃；（3）化工管道；（4）齿轮。
材料：（1）酚醛树脂；（2）尼龙（3）聚氯乙烯；（4）聚甲基丙烯酸甲脂。
电源插座（酚醛树脂）；飞机窗玻璃（聚甲基丙烯酸甲脂）；化工管道（聚氯乙烯）；齿轮（尼龙）。
10、简述常用特种陶瓷材料的种类、性能特点及应用。
氧化铝陶瓷：熔点高，热强度大，抗氧化，并具有高的电阻率和低的热导率。主要用作高温结构材料、绝缘、绝热材料、模具材料及切削刀具。
氧化铍陶瓷：最大特点是导热性好，用于制作坩埚、真空陶瓷和原子反应堆陶瓷。氧化锆陶瓷：
氧化物陶瓷：耐高温。
碳化物陶瓷：具有很高的熔点、硬度和耐磨性，但耐高温能力差。
氮化物陶瓷：
硼化物陶瓷：硬度高，较高的耐化学侵蚀能力。
11、陶瓷材料力学性能有何特性？如何进一步改善其性能？
强度、硬度高，化学和热稳定性好，耐高温、耐腐蚀，绝电绝热，但韧性差。面临的主要问题是“增韧”。
12、复合材料的性能有什么特点？
比强度和比模量高，抗疲劳性能和抗断裂性能好，减摩、耐磨、减振性能优良。金属基复合材料具有高韧性和抗热冲击性能。另外，复合材料还具有耐辐射性、蠕变性能高以及特殊的光、电、磁性能。
13、常用的增强纤维有哪些？试比较它们的性能特点。
14、与纤维增强塑料相比，纤维增强金属在性能上有何特点？举例说明它们的用途。
15、比较玻璃钢、碳纤维增强塑料、硼纤维增强塑料、碳化纤维增强塑料和Kevlar 纤维增强塑料的性能特点，举例说明它们的用途。
16、纳米材料具有什么样的性能特点？
纳米材料指在一维方向上的线度在1~100nm之间的单元和由此单元作结构单元的材料，其具有小尺寸效应、表面效应和量子效应。
17、未来材料有何特点？其发展方向是什么？
第六章失效及选材（P79）
1、零件的失效形式主要有哪些？分析零件失效的主要目的是什么？
零件的失效形式：变形、断裂、腐蚀、磨损。分析零件失效的主要目的是为了：正确的设计零件的结构形式、尺寸；正确的选择材料；正确的制订零件的加工工艺；正确的安装及使用零件。
2.、选择零件材料应遵守哪些原则？在利用手册上的力学性能数据时应注意哪些问题？
选择零件材料应遵守：使用原则、工艺原则和经济性原则。在利用手册上的力学性能数据时应注意零件的使用性能，由零件的工作应力、使用寿命或安全性与力学性能指标的关系，确定对力学性能指标要求的具体数字。
3、试述常用力学指标在选材中的意义。
可根据零件的的工作条件、失效形式及其对力学性能的要求进行选材。塑性材料考虑屈服强度，脆性材料考虑抗拉强度。
4、零件的使用要求包括哪些？以车床主轴为例说明其使用要求。
包括力学性能、工作温度、工作介质及其它特殊性能。
车床主轴：１）受弯曲、扭转。２）承受的应力和冲击不大，运转平稳。３）滑动轴承、锥孔、外圆锥面处应有一定的耐磨性。
5、试确定下列齿轮的材料，并确定热处理方式。
（1）承受冲击的高速齿轮：选用20CrMnTi钢。锻造后正火，机加工后进行渗碳+高频淬火+低温回火，以提高表面硬和耐磨性。
（2）小模数表用无润滑小齿轮：选用45，调质。
（3）农用受力小、无润滑大型直齿圆柱齿轮：选用QT500-7，正火。
6、分析断裂韧度在选材中的意义。
断裂韧度是材料抵抗裂纹扩展的能力。一般零件在制造过程中都会或多或少的存在某种缺陷和裂纹，有的重要零件或生产周期长、生产成本高的零件，为保证安全及减少废品率，应选择断裂韧度好的材料。
7、今有一储存液化气的压力容器，工作温度为-196℃，试回答下列问题，并说明理由。
（1）低温压力容器要求材料具有哪些力学性能？
低温下保持一定的韧性和强度，以满足容器的使用要求。
（2）在下列材料中选择何种材料较为合适？
低温合金高强度钢：奥氏体不锈钢：变形铝合金；黄铜；钛合金；工程塑料。选择低温合金高强度钢（奥氏体不锈钢、变形铝合金），因此压力容器为低温压力容器，在-196℃时要承受一定压力，需材料在低温下具有较高的强度和韧性，低温合金高强度钢（奥氏体不锈钢）具有这种性能。
8、选择下列零件的材料并说明理由，制定加工工艺路线并说明各热处理工序的作用。
机床主轴；镗床镗杆；燃气轮主轴；汽车、拖拉机曲轴；中压汽轮机后叶片；钟表齿轮；内燃机的火花塞；赛艇艇身。
第七章铸造(P109)
１、什么是液态合金的充型能力？它对铸件质量有何影响？与合金的流动性有何关系？化学成分对合金的流动性有何影响？
充型能力：液态合金充满铸腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。充型能力强能获得质量好的铸件。合金的流动性好，充型能力强，反之充型能力强弱。纯金属和共晶成分的合金在恒定温度下凝固，已凝固层和未凝固层之间界面分明、光滑，对未凝固液体阻力小，流动性好，结晶温度范围窄的合金流动性好。２、既然提高浇注温度能提高合金的充型能力，为何又要防止浇注温度太高？
因浇注温度太高，合金液体在铸腔中液态收缩与凝固收缩的量大，易产生缩孔与缩松。
3、液态合金浇入铸型后要经历哪几个收缩阶段？对铸件质量各有何影响？铸造模样尺寸与哪个收缩阶段密切相关？
液态合金浇入铸型后要经历：液态收缩；凝固收缩；固态收缩等三个收缩阶段。液态收缩，体积的缩小仅表现为型腔内液面的降低；凝固收缩引起铸件的缩孔与缩松；固态收缩引起铸件的内应力、变形，甚至裂纹。铸造摸样尺寸与固态收缩密切相关。
4、铸件中缩孔和缩松是如何形成的？根本原因何在？如何防止铸件的缩孔和缩松？从工艺上看哪种更难防止？为什么？
合金液体在逐层凝固时，因内部体积的收缩并得不到液体合金的补充，产生缩孔。合金液体在糊状凝固时，因内部体积的收缩并得不到液体合金的补充，产生缩松。从工艺上看缩松更难防止，因缩孔可采用顺序凝固方法使其产生在冒口中。而缩松是糊状凝固的产物，在糊状凝固时，已凝固的金属表面粗糙，阻碍液体金属的流动，收缩所需金属液体更难得到补充。
5、生产上经常采用哪些方法来确定缩孔的位置？
合理的安置冒口和冷铁的位置，使铸件按预定方向顺序凝固。
6、何谓顺序凝固原理？何谓同时凝固原理从工艺上如何实现这两种凝固原理？它们各适用于甚么场合？
顺序凝固原则：通过设置冷铁、布置浇、冒口位置等措施。保证铸件各部按照远离冒口的位置最先凝固，然后朝冒口的方向顺序凝固，使冒口最后凝固的凝固原则。
同时凝固原则：通过设置冷铁、布置浇口和冒口的位置等措施．使铸件各部分温差尽可能小的凝固过程。
顺序凝固原则适用于铸件壁厚，易产生缩孔和缩松的合金。同时凝固原则适用于壁厚均匀，结晶温度范围宽，致密度要求不高的的铸件，以防止铸件的内应力、变形及裂纹。
7、铸造内应力分为哪几类？热应力是如何形成的？在铸件不同部位的应力状态如何？
铸造内应力分为热应力和机械应力。热应力是由于铸件壁厚不均．各部分的冷却速度不一致，收缩量不同，铸件内部彼此相互制约产生的应力。厚部、心部受拉应力。薄部、表面受压应力，
8.铸件变形的原因何在？如何防止铸件的变形？
铸件变形是由于内部存在内应力，铸件处于一种不稳定状态，厚的部分受拉应力，
薄的部分受压应力。当应力超过屈服极限铸件本身总是力图通过变形来减缓内应力，铸件产生变形。防止铸件的变形：1）铸件的结构尽可能对称；2）铸件的壁厚尽可能均匀；3）采用同时凝固原则；4）采用时效处理。
9、球墨铸铁在化学成分、力学性能和铸造工艺方面有何特点？
化学成分：wc=3.7～4.0％．Wsi=2.0～2.8％、wMn=0.6～0.8％，ws＜0.04％，wP＜0.1％，wRe=0.03～0.05％。
力学性能：抗拉强度、塑性、韧性、疲劳强度较高。
铸造性能良好，在浇注前需向铁液中加入适量的球化剂和孕育剂，使碳呈球状析出。
10、分析如图7-49所示的槽型铸件的热应力形成过程，标出最终热应力状态，并用虚线画出铸件的变形方向。
在固态收缩过程中，由于下部温度下降得快，上部与下部收缩不均匀，所以产生热应力。最终热应力为上拉下压。变形方向为沿对称轴向上凸。
11、铸造工艺图包括哪些内容？试确定如图7-50所示的机床床身的分型面和浇注位置，并说明原因。
铸造工艺图包括：铸件的浇注位置，分型面，型芯的数量、形状及固定方法，加工余量，起模斜度、收缩率，浇注系统，冒口，冷铁的尺寸及布置，砂箱形状及尺寸等。
12、图7-51所示的三种铸件应采用何种手工造型方法？试确定它们的分型面和浇注位置。
13、熔模铸造有何优缺点？和实型铸造相比有哪些不同？
优缺点：（１）可生产形状复杂及薄壁铸件；（２）铸件尺寸精度高、表面质量好；（３）适应性广；（４）工艺过程复杂、不易控制，生产周期长，铸型的制造费用高，铸件不宜太大。
与实型铸造相比，工艺较复杂，需要两次造型，两次浇注，且不易控制；使用和消耗的材料较贵。
14、金属型铸造、压力铸造、反压铸造和挤压铸造有何不同？
金属型铸造：依靠合金液重力将熔融金属浇入金属铸型而获得铸件的方法。
压力铸造：将熔融金属在压铸机中以高速压射入金属铸型内，并结晶的铸造方法。反压铸造：用较低的压力使金属液自下而上充填型腔，并在压力下结晶以获得铸件的铸造方法。
挤压铸造：对定量浇入铸型型腔中的液态金属施加较大的机械压力，使其成形、凝固获得零件毛坯的一种工艺方法。
15、离心浇注有何优缺点？主要适用于哪些场合
优点：工艺简单，铸件组织致密，无缩孔、气孔、夹渣等缺陷，力学性能好，便于铸造“双金属”铸件，铸造合金的种类不受限制。缺点：铸件内表面质量差，孔的尺寸不易控制。
主要适用于大批量生产灰铸铁及球墨铸铁管、汽缸套及滑动轴承等中空件，也可浇注刀具、齿轮等成形铸件。
16、在大批量生产时，铝活塞、照相机机身、机床机身、大直径铸铁管、汽轮机叶片和薄壁波导管最适宜采用哪一种铸造方法？
铝活塞、汽轮机叶片适宜采用反压铸造；照相机机身适宜采用压力铸造；机床机身适宜采用砂型铸造；大直径铸铁管、薄壁波导管适宜采用离心铸造
17、什么是铸件的最小壁厚？为何要规定铸件的最小壁厚？是否铸件壁厚越大越好？
铸件的最小壁厚指某种合金在一定的铸造工艺下能得到合格铸件的壁厚的最小值。如果铸件的壁厚小于规定的最小壁厚，铸件将可能出现浇不到等缺陷，而成为废品。铸件壁厚不是越大越好，而是根据使用要求选取，并需大于铸件的最小壁厚。
18、为什么要设计铸件的结构圆角？图7-52铸件的结构设计是否合理？如不合理，在不改变分型面和浇注位置的前提下加以修改。
为便于造型，避免铸件在尖角处产生裂纹和应力集中，避免因尖角在浇注时造成冲砂、砂眼和黏砂等缺陷。图7-52铸件的结构设计不合理，孔不应该有上部圆角，或者不铸出孔。
19、指出如图7-53所示铸件结构不合理之处，并加以改正。
20、为什么要设计铸件的结构斜度？铸件的结构斜度与起模斜度有何异同？
为方便起模和避免损坏砂型。铸件的结构斜度是从使用角度考虑设计的，而起模斜度是考虑铸造工艺要求附加的，如铸件的结构斜度大于起模斜度，可不在考虑与起模斜度。
第八章压力加工（151）
１、常用的金属压力加工方法有哪些？各有何特点？
（1）轧制：使金属坯料通过一对回转轧辊间的空隙产生变形。
（2）挤压：使金属坯料从挤压模的模孔中挤出而变形。
（3）拉拔：将金属坯料从拉拔模的模孔中拉出而变形。
（4）自由锻：将金属坯料放在上下砧板间受冲击力或压力而变形。
（5）模锻：将金属坯料放在模锻模膛内受冲击力或压力而变形。
（6）板料冲压：利用冲模，使金属板料产生分离或变形。
2、为什么弹簧丝都采用冷拉、冷卷成形？在拉制过程中为什么被拉过模孔而截面缩小的钢丝其截面不会再缩小，也不会被拉断？
冷拉簧丝在冷拉过程中受挤压，表面形成压应力，有利于提高疲劳强度。弹簧主要受剪应力，而冷拉簧丝纤维组织沿轴向分布，垂直于剪应力方向，有利于承受剪应力。
冷卷成形是为了保持冷拉簧丝的特点。
被拉过模孔而截面缩小的钢丝其截面不会再缩小，也不会被拉断，是因为在模孔的挤压下，金属发生冷变形，，材料的强度、硬度提高，塑性和韧性下降的原因。
3、纤维组织是如何形成的？它的存在有何利弊？设计零件时如何合理利用纤维组织？
通过热变形时材料内部的夹杂物及其他非基体物质，沿塑性变形方向形成纤维组织。它使材料顺纤维方向的强度、塑性和韧性增加，垂直纤维方向的同类性能下降，力学性能出现各向异性。设计零件时应使纤维组织沿拉最大正应力方向，而最大剪应力垂直于纤维方向，并尽可能使纤维方向沿零件的轮廓分布而不被切断。
4、何谓冷变形和热变形？纯铅丝和纯铁丝反复折弯会发生什么现象？为什么？材料在再结晶温度以下变形称为冷变形，反之为热变形。纯铅丝和纯铁丝反复折弯会发生加工硬化（即强度、硬度增加，塑性、韧性下降）现象。这是因为金属在外力作用下产生塑性变形，晶体与晶体间发生位移，使位错阻力增加所至。
5、何谓金属的可锻性？影响可锻性的因素有哪些？
金属的可锻性(锻造性能):是衡量材料压力加工难易程度的工艺性能。包括塑性和变形抗力。
影响可锻性的因素有：（1）金属的化学成分；（2）金属的组织结构；（3）变形温度；（4）变形速度；（３）应力状态。
6、为什么锻件的力学性能常优于铸件？
因为热变形可使金属的致密度提高，细化组织，提高其力学性能。
7、为什么重要的轴类锻件在锻造过程中均安排有鐓粗工序？
为提高零件的锻造比，以提高纤维组织的明显程度及材料的致密度，破碎铸造状态下的树枝状组织，细化晶粒，达到提高其力学性能的目的。
8、在图8-54所示的两种砧铁上拔长时，其效果有何不同？
图a比图b效果好，图a材料在V型砧铁作用下受压面较多，有利于纤维组织的形成和阻碍内部缺陷的产生和扩展。图b材料在平砧铁材料表面层在两侧处于拉应力状态，容易产生垂直方向的裂纹。
9、试述自由锻、胎模锻和模锻的特点及适用范围。
自由锻特点：锻造时，金属能够沿上、下砧块向没有受到锻造工具工作表面限制的各方向流动。（２）工具简单，应用广泛，对设备要求低，生产周期短；生产率低，尺寸精度不高，表面粗糙度高，对工人操作水平要求高，自动化程度低。用于单件、小批量生产。
胎模锻特点：介于自由锻与模锻之间（１）不需用昂贵的设备，可扩大自由锻的范围。（２）操作灵活，可局部成形。（３）胎模结构简单，制造容易。（４）胎模锻尺寸精度不高，工人劳动强度大，胎模容易损坏，生产率不高。。用于中、小批量的小型锻件的生产。
模锻的特点：（１）锻件质量较好，力学性能较高。（２）锻件形状复杂，尺寸精度高，表面质量较好。（３）生产率高，劳动强度小，操作简便，对工人技术要求低，容易实现机械化。（４）节约金属材料，锻件加工余量和公差较小。适用于中、小型锻件的成批和大量生产。
10、对于如图8-55所示的零件采用自由锻制坯，试定性绘出锻件图，选择自由锻工序，并绘出变形简图。
11、图8-56所示模锻零件的设计有哪些不合理的地方？应如何改进？
图示模锻零件的设计不合理的地方：φ90的外圆表面为不加工面，但它没有倒
角、圆弧过度和拔模斜度等，齿轮齿形及外圆更不能不加工。
12、图8-57所示三种零件若分别进行单件、小批量和大批量生产时，应选用哪种锻造方法制造？试定性绘出锻件图。
13、下列零件应选用何种锻造方法制坯？
（1）活扳手（大批量）：模锻
（2）大六角螺钉（成批）；模锻
（3）铣床主轴（成批）；自由锻
（4）起重机吊钩（单件）。自由锻
14、如何确定冲孔模和落料模的刃口尺寸？用直径50mm的冲孔模具来生产直径50mm的落料件能否保证冲压件的精度？为什么？
冲孔模和落料模要求凸模和凹模间有合理的间隙，其间隙一般为板厚的5%~10%。用直径50mm的冲孔模具来生产直径50mm的落料件不能保证冲压件的精度，因为工件上孔的尺寸取决于凸模的尺寸，而外形尺寸取决于凹模尺寸。
15、板料拉深时，如何防止工件拉裂和边缘起皱？
①凸凹模的工作部分必须具有一定的圆角；②凸凹模间隙要合理；③控制拉深系数；④设置压边圈；⑤涂润滑油。
16、冲模结构分为哪几类？各有何特点？
按每一次冲程完成工序的多少可分为简单模、连续模和复合模。
简单模一次冲程只能完成一道工序，结构简单，成本低，生产率较低，主要用于简单冲裁件的批量生产；连续模在一次冲程内在模具的不同位置上可以同时完成两道以上的工序，但结构复杂，成本高。适用于大批量生产精度要求不高的中小型零件；复合模在一次冲程内在模具的同一位置上可同时完成两道以上的工序，零件加工精度，高生产率高，但模具制造复杂，成本高，适用于大批量生产。
17、试述如图所示冲压件的生产过程。
落料、冲孔、折弯
18、超塑成型与普通塑性成型有何区别？常用的超塑成型方法有哪些？
超塑成型是利用材料在特定的条件下所表现出的异常高的伸长率（超过100%）的能力来成形的，它比普通塑性成型所需载荷低得多，能成型出普通塑性成型不能成形的高质量、高精度的薄壁、薄腹板、高筋件和其他复杂件。常用方法有超塑性模锻、超塑性无模拉拔、超塑性气压涨形和超塑性涨形与扩散连接复合工艺等。
19、简述摩擦压力机的工作原理。为什么摩擦压力机上不宜进行多模膛锻造？摩擦压力机靠飞轮旋转所积蓄的能量转化为金属的变形能进行锻造的。电动机经带轮、摩擦盘、飞轮和螺杆带动滑块做上、下往复运动，操纵机构控制左、右摩擦盘分别与飞轮接触，利用摩擦力改变飞轮转向。因传动效率低，滑块上没有特殊的安装上模的装置，多模膛锻造时易错边，所以不宜进行多模膛锻造。
20、何谓精密锻模？它与普通锻模相比有何特点？
精密锻模精度比普通锻模高，用它可直接锻造出所需的产品零件。与普通锻模相比没有飞边槽。
第九章焊接（177）
1、什么是焊接电弧？它由哪几个区域组成？各区产生的热量和温度如何？什么是正接和反接？
焊接电弧：由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与焊件间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成。阳极区热量约占43%，温度约为2600K；阴极区热量约占36%，温度约为2400K；弧柱区热量约占21%，温度可达6000~8000K。直流电源焊接时，正接：工件为正极，焊条为负极；反接工件为负极，焊条为正极。
2、焊条由哪几部分组成？各部分作用如何？其中为什么含有锰铁？在其他电弧焊工艺中，有无类似材料和作用？
焊条由金属焊芯和药皮两部分组成。焊芯的作用：①作为电级，起导电作用：②作为焊缝的填充金属，与母材一起组成焊缝。药皮的作用：①稳定电弧；②产生保护气体；③造渣，保护焊缝；④补充合金元素，提高焊缝金属的力学性能。锰铁在焊接冶金过程中起脱气、去硫、渗合金等作用。在其他电弧焊工艺中，有类似材料和作用，如钎焊中的钎剂。
3、什么是焊接热影响区？熔焊时低碳钢的焊接热影响区一般分为那几个区？它们对焊接接头质量有何影响？可采用什么措施来减少或消除热影响区？
热影响区：在焊接过程中，焊缝两侧金属因焊接热作用而产生组织和性能变化的区域。低碳钢的焊接热影响区分为溶合区、过热区、正火区和部分相变区。溶合区：成分和组织极不均匀，强度下降塑性很差，是产生裂纹及局部脆性破坏的发源地。过热区：具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。过热区的塑性、韧性差，容易产生焊接裂纹。正火区：具有正火组织的区域。空冷后，金属发生重结晶，晶粒细化，其力学性能优于母材。部分组织发生相变的区域。该区的晶粒大小不均匀，力学性能稍差。对热影响区的大小、组织和性能可以通过不同的焊接方法，焊接规范等工艺措施加以控制，如减少焊接电流，但无法消除。
4、什么是酸性焊条和碱性焊条？各有何特点？焊后焊接接头质量有何影响？各在何种场合使用？
酸性焊条和碱性焊条区别在药皮的化学成分，酸性焊条药皮熔渣的主要成分是酸性氧化物，碱性焊条药皮熔渣的主要成分是碱性氧化物。酸性焊条特点是氧化性较强，易烧损合金元素，但电弧稳定，对焊件上的油污、铁锈不敏感，工艺性较好；熔渣熔点较低，流动性好，有利于脱渣和焊缝的形成，但难以有效清除熔池中的硫、磷杂质，容易形成偏析，焊缝塑性和韧性稍差，渗合金作用弱，热裂倾向大。酸性焊条适合各种电源，常用于一般钢结构件的焊接。碱性焊条氧化性弱，
脱硫、磷能力强，抗裂性好，但对油污、水锈等敏感性较大，易产生气孔，工艺性较差。一般需要采用直流反接，主要用于压力容器等重要结构件的焊接。
5、产生焊接应力和变形的原因是什么？焊接应力是否一定要消除？如何消除，可采取哪些措施来消除？
焊接过程中，对焊件进行不均匀加热和冷却，是产生焊接应力和变形的根本原因。焊接应力一定要消除。消除焊接应力措施有：选择合理的焊接顺序，尽量使焊缝自由收缩；锤击焊缝；加热减应区；焊前预热和焊后缓冷；焊后去应力退火。6、焊接变形的基本形式有哪些？预防和减少焊接变形常采用哪些措施？如产生变形如何校正？
变形的形式：收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、扭曲变形等。
预防和减少焊接变形常采用的措施：（１）合理选择焊件结构；（２）焊前预热，焊后缓冷：（3）焊前组装时，采用反变形法；（４）刚性固定法；（5）预留收缩变形量；（6）加热“减应区”；（7）安排合理的焊接顺序；（8）锤击焊缝法；（9）焊后热处理。校正方法有：（１）机械矫正法；（２）火焰矫正法。
7、埋弧自动焊与手工电弧焊相比有何优点？
优点：（1）生产率高；（2）焊接质量高且稳定；（3）劳动条件好。
8、氩弧焊可分为哪几种？有何特点？适合于焊接哪些材料？
按使用电极不同可分为不熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊。不熔化极氩弧焊易于实现机械化和自动化焊接，但通过的电极的电流不易过大，常用于焊接厚度小于6mm的薄板。熔化极氩弧焊，可采用较大的焊接电流。为使电弧稳定，通常采用直流反接。适宜焊接25mm以下的板材。
9、电阻焊的基本形式有哪几种？各有何特点？
电阻焊的基本形式有点焊、缝焊和对焊。点焊是利用柱状电极加压通电在搭接工件接触面间形成一个个焊点的焊接方法，适于焊接薄板壳体或型钢构件。缝焊与点焊原理近似，用圆盘状滚动电极代替了柱状电极，并配合断续通电，形成连续重叠的焊点，适于焊接有密封要求的薄壁容器。对焊是利用电阻热使两个工件在整个接触面上焊接起来的一种方法，分为电阻对焊和闪光对焊，适于焊接杆状零件。
10、电渣焊有何特点？适用于什么场合？
可一次焊接较大厚度的工件，生产率高，焊缝金属较纯净，焊时不开坡口，节省钢材和焊接材料，但焊接接头晶粒粗大。主要用于碳钢、低合金钢、不锈钢等厚大工件的立焊位置的焊接，以及铸-焊、锻-焊组合构件的焊接。
11、钎焊和熔焊的实质有何区别？钎焊分哪几类，各有何特点和运用？
钎焊：采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连续的焊接方法。而溶焊温度较高，在焊接中母材也溶化成为焊缝的一部分。钎焊分为软钎焊和硬钎焊。软钎焊：钎料熔点低于450℃，钎焊接头强度小于70Mpa，但导电性优异。适应于焊接力不大、工作温度较低的电子工业，如电子元器件、仪器、仪表、导线等。硬钎焊：钎料熔点高于450℃，钎焊接头强度大于200Mpa。常用于受力较大及工作温度较高的结构件的焊接。
12、下列制品应选用什么焊接方法？
自行车车架（钢）、自行车车圈（钢）、铝合金自行车车架、钢窗、家用液化气罐主焊缝、电子电路板、锅炉壳体、焊缝钢管、不锈钢储罐、硬质合金刀片与刀杆。自行车车架（钢）、自行车车圈（钢）、钢窗、焊缝钢管选用手工电弧焊；铝合金
自行车车架、不锈钢储罐选用等离子弧焊；家用液化气罐主焊缝、锅炉壳体选用气体保护焊；电子电路板、硬质合金刀片与刀杆选用钎焊。
13、何谓金属的焊接性？何谓碳当量？
金属的焊接性指金属材料对焊接工艺的适应性，即金属材料在一定的焊接工艺条件下获得优质焊接接头的难易程度。碳当量指碳的质量分数和其他合金元素的质量分数对焊接性能的影响折算成碳的影响的折算量的总和。
14、低合金结构钢焊接时有哪些特点？为保证焊接接头质量应采取哪些措施？低碳钢塑性好，通常无淬硬倾向，焊接性能良好，容易获得优质焊接接头，适用各种焊接方法，通常不需要采取特殊的工艺措施。但在0℃以下低温焊接厚件时需预热焊件；对厚度超过50mm时，焊后需进行热处理，以消除内应力；电渣焊后需进行正火处理，以细化晶粒。
15、铸铁焊补方法如何分类？各有何特点？常用的铸铁焊条有哪几种？
可分为热焊法和冷焊法。热焊法可防止工件产生马氏体、白口铁组织和裂纹，焊补质量好焊补处可进行机械加工。但需加热设备，成本高，生产率低，劳动条件差。冷焊法操作方便，劳动条件好，生产率高，但焊补质量不如热焊补，焊接处切削加工性较差。常用的铸铁焊条有钢芯、铸铁芯、镍基和铜基等铸铁焊条。
16、铜合金和铝合金常用的焊接方法有哪些？
铜合金焊接方法有：氩弧焊、气焊、手工电弧焊和钎焊等。铝合金焊接方法有：氩弧焊、电阻焊钎焊和气焊等。
17、陶瓷材料、高分子材料和复合材料的焊接性怎样？它们常用什么方法焊接？陶瓷常用的焊接方法有：钎焊、固相扩散焊、超声波压焊、摩擦压焊、过渡液相连接、微波连接黏接、反向成形与反应烧结连接等。
高分子材料焊接方法有：热固性高分子材料只能黏接和机械连接；热塑性高分子材料可采用气焊、热板焊、内藏加热元件的电阻加热或感应加热焊、红外或激光焊、介电或微波加热焊、摩擦焊或超声波焊等。
复合材料焊接方法有：
18、手工电弧焊接头的基本形式有哪几种？有何特点？焊接较厚板材时为什么有开坡口？
手工电弧焊接头的基本形式有：对接接头、角接接头、T形接头和搭接接头。对接接头受力均匀，焊接质量易于保证。角接接头和T形接头受力情况复杂，但接头呈一定角度时必须采用。搭接接头受力时焊缝处易产生应力集中和附加弯矩，一般应避免选用。开坡口是为了保证焊透。
19、指出如图所示的焊接结构设计或焊接顺序的不合理之处，说明理由并加以修正。
(a) 封头焊缝不应该在圆弧和直线的交点处；中间两道环焊缝在纵焊缝处不应该相连，其右面一道上部不应该与接口焊缝重叠。
（b）几块板的相交处焊缝密集。
（c）焊缝1不合理，应最后焊接。
20、如图9-32所示，图a不等厚板焊接和图b有孔板上焊接圆管件，请指出图
示结构中设计不合理之处，说明理由并改正之。
图a不合理之处在于两板厚度相差太大，焊接接头处焊接应力很大。将厚板在接头处加工成斜坡，其薄处于薄板同。
图b不合理之处在于焊接接头处焊接应力很大，焊缝不牢固；板孔与圆管件在焊接时很难同心。将孔板的孔加工成与圆管件外径相同，将圆管件插入板孔中焊接。
21、在不改变图9-33中ABCDEF六小块板材的尺寸和焊接面积的前提下，试将图中交叉焊缝连接改为T型连接，并标注其焊缝的焊接顺序。
第十章非金属及复合材料成形方法（P190）
1、塑料的成形方法主要有哪些？其适应范围及工艺过程如何？
挤压成形：把塑料放在挤压机的料筒内加热熔化，利用螺杆将塑料连续不断地自模具的型孔中挤出而成制品。适用于热塑性塑料的管、板、棒以及丝、网、薄膜的生产。
注射成形：把塑料放在注射成形机的料筒内加热熔化，再靠柱塞或螺杆以很高的压力和速度注入模具型腔内，冷却固化后取出。适用于热塑性塑料或流动性大的热固性塑料。
压延成形：将加热塑化的热塑性塑料通过两个以上相对旋转的（加热）滚筒间隙，使其成为规定尺寸的连续片状材料。
2、橡胶的成形方法主要有哪些？其适用范围如何？
挤压成形适用于：热塑性塑料和流动性较好的热固性塑料的各种管材、棒材、板材、电线电缆外皮和中空容器等产品的生产。
注射成形适用于：热塑性塑料和流动性较好的热固性塑料，可成形形状复杂、尺寸要求高及带各种嵌件的塑料制品。
压延成形适用于：生产大型塑料制品，特别是平板类件。
3、陶瓷的成形方法主要有哪些？工艺过程有何特点？
干压成形：将粉料装入钢模内，通过冲头对其加压，压制成一定形状和尺寸的压坯。
1. 将同一棒料上切割下来的4块45#试样，同时加热到850°，然后分别在水、油、 炉和空气中冷却，说明：各是何种热处理工艺？各获得何种组织？排列一下硬度大小： 答： （1）水冷：淬火M （2）油冷：淬火M+T （3）炉冷：退火P+F （4）空冷：正火S+F 硬度（1）>（2）>（4）>（3） 2. 确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的和退火后的组织： （1）经冷轧后的15号钢板，要求降低硬度。 （2）ZG的铸造齿轮； （3）锻造过热后的60钢锻坯； （4）改善T12钢的切削加工性能： 答： （1）再结晶退火：目的：细化晶粒，均匀组织，使变形晶粒重新转变为等轴晶粒，以消除加工硬化，降低了硬度，消除内应力，得到P(等轴)+F （2）去应力退火：目的：消除铸造内应力，得到P+F 3）完全退火：目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低了硬度，改善切削加工性，得到P+F （4）球化退火：目的：使片状渗碳体装变为球状渗碳体，降低硬度，均匀组织，改善切削
性能，得到粒状P+Fe3C 3. 说明直径为10mm的45钢试样分别为下列温度加热：700°C、760°C、840°C、1100°C。保温后在水中冷却得到的室温组织 答： 4.两个碳质量分数为1.2%的碳钢薄试样，分别加热到780°C和900°C，保温相同时间奥氏体化后，以大于淬火临界冷却速度的速度冷却至室温。试分析：
（1）哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大？ （2）哪个温度加热淬火后马氏体碳含量较多？ （3）哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多？ （4）哪个温度加热淬火后未溶渗碳体较多？ （5）你认为哪个温度加热淬火合适？为什么？ 答：（1）900°C（2）900°C（3）900°C（4）780°C（5）780°C，综上所述此温度淬火后得到的均匀细小的M+颗粒状Cm+AR的混合组织，使钢具有最大的硬度和耐磨性。 5.用T10钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为：锻造—热处理—机加工—热处理—磨加工。 （1）写出其中热处理工序的名称及作用。 （2）制定最终热处理（磨加工前的热处理）的工艺规范，并指出车刀在使用状态下的显微组织和大致硬度。 答:(1)球化退火，作用：利于切削加工。得到球状珠光体，均匀组织，细化晶粒，为后面淬火处理作组织准备。淬火+低温回火，作用：使零件获得较高的硬度、耐磨性和韧性，消除淬火内应力，稳定组织和尺寸。 （2）工艺规范：760°C水淬+200°C回火； 显微组织：M回+Cm，大致硬度：60HRC. 6.如下图所示，T12钢加热到Ac1以上，用图示
机械工程材料 思考题参考答案 第一章金属的晶体结构与结晶 1．解释下列名词 点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体， 过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。 答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。 线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。如位错。 面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。如晶界和亚晶界。 亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。 亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。 刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。 滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。如果相对滑移的结果上半部 分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃 口，故称“刃型位错”。 单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。 多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。
过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。 非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率， 细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。 变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。 2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？ 答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格； α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格； γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格； Mg、Zn属于密排六方晶格； 3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？ 答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。晶体中配位数和致密度越大，则晶体中原子排列越紧密。 4.晶面指数和晶向指数有什么不同？ uvw；晶面是指晶答：晶向是指晶格中各种原子列的位向，用晶向指数来表示，形式为[] hkl。 格中不同方位上的原子面，用晶面指数来表示，形式为() 5.实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？ 答：如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变，从而使晶体强度增
土木工程材料课后习题 第一章 2、当某种材料得孔隙率增大时,表17内其她性质如何变化？(用符号表示:↑增大、↓下降、不变、？不定) 材料长期在水得作用下不被破坏,强度也不显著降低得性质称耐水性 用软化系数来表示K R=f b/f g 工程中将K R>0、85得材料瞧做就是耐水材料,可以用在水中或潮湿环境中得重要结构;用于受潮较轻或次要结构时,材料得K R值也不得低于0、75 4、材料发生渗水与冻融破坏得主要原因就是什么？如何提高材料得抗渗性与抗冻性？材料得孔隙率大,孔径大、开口并连通得空隙多、强度低就是发生渗水与冻融破坏得主要原因。 工程上常采用降低孔隙率、提高密实度、提高闭口孔隙比例、减少裂缝或进行憎水处理等方法提高材料得抗渗性。 工程上常采用降低孔隙率、提高密实度、提高闭口孔隙比例、提高材料得强度等方法提高材料得抗冻性。 5、什么就是材料得导热性？用什么表示？一般如何利用孔隙提高材料得保温性能？导热性就是指材料传导热量得能力。用导热系数来表示。 减少开口孔隙率,提高闭口孔隙率比例。 7、什么就是材料得耐久性？通常用哪些性质来反映？ 材料得耐久性就是指其在长期得使用过程中,能抵抗环境得破坏作用,并保持原有性质不变、不破坏得一项综合性质。 通常用抗渗性、抗冻性、抗老化与抗碳化等性质。 8、某工地有砂50t,密度为2、65g/cm3,堆积密度为1450kg/m3;石子100t,密度为2、70g/cm3,堆积密度为1500kg/m3、试计算砂石得空隙率,若堆积高度为1、2m,各需要多大面积存放？ 砂:绝对密实体积V1=50*1000/2650=18、87m3 自然状态下得体积V2=50*1000/1450=34、48m3 砂得空隙率为P1=(34、4818、87)/34、48=45、28% 存放面积为S1=3*34、48/1、2=86、2m2 石:绝对密实体积V3=100*1000/2700=37、04m3 自然状态下得体积V4=100*1000/1500=66、67m3 砂得空隙率为P2=(66、6737、04)/66、67=44、44% 存放面积为S2=3*66、67/1、2=166、675m2 第二章 3、花岗石与大理石各有何特性及用途？ 花岗石特性:(1)、密度大。(2)、结构致密,抗压强度高。(3)、孔隙率小,吸水率低。(4)、材质坚硬。(5)、装饰性好。(6)、耐久性好。 用途:用于高级建筑结构材料与装饰材料
工程材料 第一章金属的晶体结构与结晶 1．解释下列名词 点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。 线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。 如位错。 面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。如晶界和亚晶界。 亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。 亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。 刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半 原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。 单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。 多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。 过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。 非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即 为变质处理。 变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。 2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？
一、填空题（每空1分，共20分） 1．常见的金属晶格类型有:体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。 2．空位属于____点__缺陷，晶界和亚晶界分别_____线_____ 缺陷，位错属于________面_______缺陷。 3．金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，这种现象称为____过冷______。4．原子在溶剂晶格中的分布不同，可将固溶体分为______间隙______固溶体和_____置换____ 固溶体。 5．室温下Fe－Fe3C合金中的4种基本组织是：铁素体、珠光体、渗碳体、莱氏体6．常见的金属的塑性变形方式有_____滑移___和____孪生____两种类型。 7．钢的热处理工艺是：加热、保温、冷却 _三个步骤组成的。 8．铁碳合金为双重相图，即铁－渗碳体相图和铁－渗碳体相图。 二、单项选择题（每题2分，共20分） （ B ）1.两种元素组成固溶体，则固溶体的晶体结构。 A．与溶质的相同 B．与溶剂的相同 C．与溶剂、溶质的都不相同 D．是两种元素各自结构的混合体 （ D ）2.铸造条件下，冷却速度越大，则。 A．过冷度越小，晶粒越细 B．过冷度越小，晶粒越粗 C．过冷度越大，晶粒越粗 D．过冷度越大，晶粒越细 （ A ）3.金属多晶体的晶粒越细，则其。 A．强度越高，塑性越好 B．强度越高，塑性越差 C．强度越低，塑性越好 D．强度越低，塑性越差 （ B ）4. 钢的淬透性主要取决于。 A．冷却介质 B．碳含量 C．钢的临界冷却速度 D.其它合金元素 （ D ）5.汽车、拖拉机的齿轮要求表面具有高耐磨性，心部具有良好的强韧性，应选用。 A．45钢表面淬火+低温回火 B．45Cr调质 C．20钢渗碳、淬火+低温回火 D．20CrMnTi渗碳、淬火+低温回火 （ A ）6.完全退火主要适用于。 A．亚共析钢 B．共析钢 C．过共析钢 D．白口铸铁 （ A ）7.铸铁如果第一、第二阶段石墨化都完全进行，其组织为。 A． F＋G B． F＋P＋G C． P＋G D.Le＋P＋G （ D ）8.对于可热处理强化的铝合金，其热处理方法为。 A．淬火 + 低温回火 B．正火 C．水韧处理 D. 固溶处理 + 时效 （ C ）9. 马氏体的硬度主要取决于。 A．过冷奥氏体的冷却速度 B．过冷奥氏体的转变温度 C．马氏体的含碳量 D．马氏体的亚结构 （ D ）10.在下列方法中，可使晶粒细化的方法是。 A．扩散退火 B．切削加工 C．喷丸处理 D．变质处理 三、判断题（每题1分，共10分） （正确）1.金属或合金中，凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分称为相。 （错误）2.在实际金属和合金中，自发生核常常起着优先和主导的作用。 （错误）3.由于再结晶过程是一个形核和长大的过程，因而是相变过程。 （正确）4.位错是晶体中常见的缺陷，在常见的工业金属中位错密度愈多，其强度愈高。 （错误）5. 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。 （正确）6.球墨铸铁可通过热处理来提高其综合力学性能。 （错误）7.所有铝合金都可以通过热处理进行强化。 （错误）8.钢的铸造性能比铸铁好，故常用来铸造形状复杂的工件。 .
机械工程材料(第二版)习题答案(王章忠) 例1：某工厂生产精密丝杠，尺寸为φ40×800mm，要求热处理后变形小，尺寸稳定，表面硬度为60～64HRC，用CrWMn钢制造;其工序如下：热轧钢棒下料→球化退火→粗加工→淬火、低温回火→精加工→时效→精磨。试分析：1. 用CrWMn钢的原因。2. 分析工艺安排能否达到要求，如何改进？ 丝杠是机床重要的零件之一，应用于进给机构和调节移动机构，它的精度高低直接影响机床的加工精度、定位精度和测量精度，因此要求它具有高精度和高的稳定性、高的耐磨性。在加工处理过程中，每一工序都不能产生大的应力和大的应变；为保证使用过程中的尺寸稳定，需尽可能消除工件的应力，尽可能减少残余奥氏体量。丝杠受力不大，但转速很高，表面要求有高的硬度和耐磨性，洛氏硬度为60～64 HRC。根据精密丝杠的上述要求，选用CrWMn钢较为合适。其原因如下：（1）CrWMn钢是高碳合金工具钢，淬火处理后能获得高的硬度和耐磨性，可满足硬度和耐磨性的要求。 （2）CrWMn钢由于加入合金元素的作用，具有良好的热处理工艺性能，淬透性好，热处理变形小，有利于保证丝杠的精度。目前，9Mn2V 和CrWMn用得较多，但前者淬透性差些，适用于直径较小的精密丝杠。
对原工艺安排分析：原工艺路线中，由于在球化退火前没有安排正火；机加工后没有安排去应力退火；淬火、低温回火后没有安排冰冷处理等项原因，使得精密丝杠在加工过程中会产生很大的应力和变形，很难满足精密丝杠的技术要求。所以原工艺路线应改为：下料→正火→球化退火→粗加工→去应力退火→淬火、低温回火→冷处理→低温回火→精加工→时效→半精磨→时效→精磨。 例2：有一载重汽车的变速箱齿轮，使用中受到一定的冲击，负载较重，齿表面要求耐磨，硬度为58～62HRC齿心部硬度为30～45HRC，其余力学性能要求为σb＞1000MPa，σOF≥600MPa，AK ＞48J。试从所给材料中选择制造该齿轮的合适钢种。 35、45 、20CrMnTi 、38CrMoAl 、T12 分析：从所列材料中可以看出35、45 、T12钢不能满足要求。对剩余两个钢种的比较可见表1。 材料热处理σs/ MPa σb/ MPa /% φ/% AK/J 接触疲劳强度 /MPa 弯曲疲劳强度 /MPa 20CrMnTi 渗碳 淬火853 1080 10 45 55 1380 750 38CrMoAl 调质835 980 14 50 71 1050 1020
1．解释下列名词 点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体， 过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。 答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。 线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。如位错。 面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。如晶界和亚晶界。 亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。 亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。 刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。 单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。 多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。 过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。 非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。 变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。 固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度，硬度升高的现象叫做固溶强化 原因：晶格畸变 过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？ 答：①冷却速度越大，则过冷度也越大。②随着冷却速度的增大，则晶体内形核率和长大速度都加快，加速结晶过程的进行，但当冷速达到一定值以后则结晶过程将减慢，因为这时原子的扩散能力减弱。③过冷度增大，ΔF大，结晶驱动力大，形核率和长大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N与G的比值，晶粒变细，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。 9.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用变质处理？ 答：①采用的方法：变质处理，钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速度的方法来控制晶粒大小。②变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数
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工程材料 思考题参考答案 第一章金属的晶体结构与结晶 1．解释下列名词 点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。 答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位 间隙原子、 置换原子等。 线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个 方向 上的尺寸很小。如位错。 面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上 的尺 寸很小。如晶界和亚晶界。 亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许 多尺寸 很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。 亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。 刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而 造成。 滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。如果相对滑移的结果上半部
口，故称“刃型位错”。 单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。 多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。 2 过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核 心。 非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成 为非自 发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率， 细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。 变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。 2. 常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、 Cr 、V 、 Mg 、Zn 各属何种晶体结构？ 答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格； α－Fe、Cr、V 属于体心立方晶格； γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb 属于面心立方晶格； Mg、Zn 属于密排六方晶格； 3. 配位数和致密度可以用来说明哪些问题？ 答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。晶体中配位数和致密度越大，则晶
工程材料试题及答案 工程材料试题及答案 在现实的学习、工作中，我们都不可避免地要接触到试题，试题是考核某种技能水平的标准。什么类型的试题才能有效帮助到我们呢？以下是小编为大家收集的工程材料试题及答案，欢迎阅读与收藏。 1、金属材料的使用性能包括物理性能、（）和（）。答案：化学性能力学性能 2、金属材料的工艺性能包括锻造、（）、（）等。答案：铸造焊接 3、变化很慢的载荷称为（）载荷。答案：静 4、在短时间内以高速度作用于零件上的载荷称为（）载荷。答案：冲击 5、大小和方向随时间发生周期性变化的载荷称为（）载荷。答案：交变 6、变形一般分为（）变形和塑性变形两种。不能随载荷的去除而消失的变形称为（）变形。答案：弹性塑性 7、强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗（）或（）的能力。答案：塑性断裂 8、强度常用的衡量指标有（）和（）。答案：屈服点抗拉强度 9、如果零件工作时所受的应力低于材料的（）和（），则不会产生过量的塑性变形。答案：屈服点σs 210、有一钢试样其横截面积为100mm，已知钢试样的σs＝314MPa，σb＝530MPa 。拉伸试时，当受到拉力为（）时，试样出现屈服现象，当受到拉力为（）时，试样出现缩颈. 答案：31400 53000 11、断裂前金属材料产生塑性变形的能力称为塑性。金属材料的（）和（）的数值越大，表示材料的塑性越好。答案：断后伸长率断面收缩率 12、一拉伸试样的原标距长度为50mm，直径为10 mm拉断后试样的标距长度为79 mm，缩颈处的最小直径为4.9 mm,此材料的伸长率为（）,断面必缩率为（）。答案：58% 73% 13、填出下列力学性能指标的符号：符号：抗拉强度（），洛氏硬度C标尺（）。答案：σb HRC 14、符号：断面收缩率（），冲击韧度（）。答案：φ Ak 15、500HBW5/750表示用直径为5mm, 材料为硬质合金球形压头，在7350 N压力下，保持（）s,测得的硬度值是（）。答案：10—15 500 16、金属材料抵抗（）载荷作用而（）能力，称为冲击韧性。答案：冲击不破坏 17、原子呈无序堆积状况的物体叫非晶体，原子呈有序、有规则排列的物体称为（）。一般固态金属都属于（）。答案：晶体晶体 18、在晶体中由一系列原子组成的平面，称为（）。通过两个或两个以上原子中心的连
一、填空 1. 金属单晶体具有（各向异性）性，这是由于在不同晶面、不同晶向上的（原子 密排程度不同）造成的。 2. 按照溶质原子在溶剂晶格中的分布不同，可将固溶体分为（置换）固溶体和 （间隙）固溶体。 3. 钢的锻造温度高于（最低再结晶）温度，故属于（热）加工。 4. 在F&Fe s C相图的各组织或相中，硬度最高的是（渗碳体），强度最高的是（珠 光体），塑性最好的是（铁素体）。 5. T10钢，按用途分类，属于（工具）钢；按化学成分分类，属于（高碳）钢； 按质量分类，属于（优质碳素）钢 6. 在平衡状态下，45、T8及T12钢中，塑性最好的是（45）钢，硬度最高的是 （T12）钢，强度最高的是（T8）；制造锉刀常用（T12）钢，制造调质零件常用（45）钢。 7. 完全退火适用于（亚共析）钢，其加热温度为（Ac3+3O~50,冷却速度（较 慢），得到（接近平衡）组织。 8. 38CrMoAI钢制的零件经过表面（淬火）以后，表面硬度可达到800 HV以上 （＞67 HRC，零件的心部组织为（回火索氏体）。 9. 60Si2Mn钢制载重汽车板簧，其常规热处理为（淬火+中温回火），最终组织 为（回火屈氏体），硬度大致为（48HRC 0 10. QT700-2牌号中的QT表示（球墨铸铁），700表示（最低抗拉强度），2表示 （延伸率），该铸铁组织应是（P+Q。 二、单项选择 1. 与粗晶粒金属相比，细晶粒金属的（A）。 A,强度、韧性均好B,强度高、韧性差C,强度高、韧性相等D,强度、 韧性均差 2. 在工业生产条件下，金属结晶时冷速愈快，（形核率）N/（长大率）G值（A ）, 晶粒愈细。 A,愈大B,愈小C,不变D,等于零 3. 欲使冷变形金属的硬度降低、塑性提高，应进行（D）o A,去应力退火B,再结晶退火C,完全退火D,重结晶退火 4. 为了提高零件的机械性能，通常将热轧圆钢中的流线（纤维组织）通过（C）o A,热处理消除B,切削来切断C,锻造使其分布合理D,锻造来消除 5. 单相黄铜中a相的晶格类型应该（B ）o A，与锌的相同B，与铜的相同C,锌、铜的都不同D，无法确定 6. 消除晶内偏析的工艺方法是（C）o A，正火B，完全退火C,扩散退火D，再结晶退火 7. 平衡结晶时，共析钢冷至共析温度，共析转变已经开始，但尚未结束，此时存在的相为（A）。 A铁素体+渗碳体+奥氏体B铁素体+渗碳体C奥氏体D奥氏体+铁素体 8. 在铁碳合金平衡组织中，硬度最高的是（B）,塑性最高的是（A）o A铁素体B渗碳体C低温莱氏体或变态莱氏体D珠光体中E奥氏体
土木工程材料习题集与参考答案 第一章土木工程材料的基本性质 1. 试述材料成分、结构和构造对材料性质的影响？ 参考答案： 材料的成分对性质的影响：材料的组成及其相对含量的变化，不仅会影响材料的化学性质，还会影响材料的物理力学性质。材料的成分不同，其物理力学性质有明显的差异。值得注意的是，材料中某些成分的改变，可能会对某项性质引起较大的改变，而对其他性质的影响不明显。 材料的结构对性质的影响：材料的结构是决定材料物理性能的重要因素。可分为微观结构和细观结构。材料在微观结构上的差异影响到材料的强度、硬度、熔点、变形、导热性等性质，可以说材料的微观结构决定着材料的物理力学性能。 材料的构造对性质的影响：材料的构造主要是指材料的孔隙和相同或不同材料间的搭配。不同材料适当搭配形成的复合材料，其综合性能优于各个单一材料。材料的内部孔隙会影响材料的强度、导热性、水渗透性、抗冻性等。 总之，材料的组成、结构与构造决定了材料的性质。材料的组成、结构与构造的变化带来了材料世界的千变万化。 2．试述材料密度、表观密度、孔隙率的定义、测定方法及相互关系。密度与视密度的区别何在？ 参考答案： 密度 ：是指材料在密实状态下单位体积的质量。测定方法：将材料磨细成粒径小于0.25mm的粉末，再用排液法测得其密实体积。用此法得到的密度又称“真密度”。
表观密度0 ρ：是指材料在自然状态下单位体积的质量。测定方法：对于外形规则的块体材料，测其外观尺寸就可得到自然体积。对于外观不规则的块体材料，将其加工成规则的块体再测其外观尺寸，或者采用蜡封排液法。 孔隙率P ：材料中的孔隙体积与总体积的百分比。 相互关系： %10010????? ??-=ρρP 密度与视密度区别：某些散粒材料比较密实，其内部仅含少量微小、封闭的孔隙，从工程使用角度来说，不需磨细也可用排液法测其近似的密实体积，这样测得的密度称为“视密度”。 3．孔隙率及孔隙特征对材料的表观密度、强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性等性质有何影响？ 参考答案： 对表观密度的影响：材料孔隙率大，在相同体积下，它的表观密度就小。而且材料的孔隙在自然状态下可能含水，随着含水量的不同，材料的质量和体积均会发生变化，则表观密度会发生变化。 对强度的影响：孔隙减小了材料承受荷载的有效面积，降低了材料的强度，且应力在孔隙处的分布会发生变化，如：孔隙处的应力集中。 对吸水性的影响：开口大孔，水容易进入但是难以充满；封闭分散的孔隙，水无法进入。当孔隙率大，且孔隙多为开口、细小、连通时，材料吸水多。 对抗渗性的影响：材料的孔隙率大且孔隙尺寸大，并连通开口时，材料具有较高的渗透性；如果孔隙率小，孔隙封闭不连通，则材料不易被水渗透。 对抗冻性的影响：连通的孔隙多，孔隙容易被水充满时，抗冻性差。 对导热性的影响：如果材料内微小、封闭、均匀分布的孔隙多，则导热系数就小，导热性差，保温隔热性能就好。如果材料内孔隙较大，其内空气会发生对流，则导热系数就大，导热性好。
工程材料与技术成型基础课后习题答案 第一章 1-1由拉伸试验可以得出哪些力学性能指标?在工程上这些指标是如何定义的? 答:强度和韧性.强度(σb)材料抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度;塑性(δ)材料在外力作用下产生永久变形而不被破坏的能力.强度指标里主要测的是:弹性极限,屈服点,抗拉强度等.塑性指标里主要测的是:伸长率,断面收缩率. 1-2 1-3锉刀:HRC 黄铜轴套:HB 供应状态的各种非合金钢钢材：HB 硬质合金刀片：HRA,HV 耐磨工件的表面硬化层：HV 调质态的机床主轴：HRC 铸铁机床床身：HB 铝合金半成品：HB 1-4公式HRC=10HBS,90HRB=210HBS,HV=HBS 800HV>45HRC>240HBS>90HRB 1-7材料在加工制造中表现出的性能，显示了加工制造的难易程度。包括铸造性，锻造性，切削加工性，热处理性。 第二章 2-2 答:因为γ-Fe为面心立方晶格,一个晶胞含4个原子,致密度为0.74;γ-Fe冷却到912°C后转变为α-Fe后，变成体心立方晶格，一个晶胞含2个原子，致密度为0.68，尽管γ-Fe的晶格常数大于α-Fe的晶格常数，但多的体积部分抵不上因原子排列不同γ-Fe变成
α-Fe体积增大的部分，故γ-Fe冷却到912℃后转变为α-Fe时体积反而增大。 2-3.答：（1）过冷度理论结晶温度与实际结晶温度只差。 （2）冷速越快则过冷度越大，同理，冷速越小则过冷度越小 （3）过冷度越大则晶粒越小，同理，过冷度越小则晶粒越大。过冷度增大，结晶驱动力越大，形核率和长大速度都大，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。 2-4：答：（1）在一般情况下，晶粒越小，其强度塑性韧性也越高。 （2）因为晶粒越小则晶界形成就越多，产生晶体缺陷，在晶界处晶格处于畸变状态，故晶界能量高因此晶粒的大小对金属的力学性能有影响。 （3）在凝固阶段晶粒细化的途径有下列三种： ①提高结晶时的冷却速度增加过冷度 ②进行变质处理处理：在液态金属浇筑前人工后加入少量的变质剂，从而形成大量非自发结晶核心而得到细晶粒组织。 ③在液态金属结晶时采用机械振动，超声波振动，电磁搅拌等。 2-5答：（1）固溶体是溶质原子溶于溶剂晶格中而保持溶剂晶格类型的合金相。 （2）固溶体中溶剂由于溶质原子的溶入造成固溶体晶格产生畸变，使合金的强度与硬度提高，而塑性与韧性略有下降。 （3）通过溶入原子，使合金强度与硬度提高的办法称之为固溶强化。 2-6答(1)金属化合物是指合金组元之间相互作用形成具有金属特征的物质;
课程名称: 工程材料学(A卷, 闭卷) 适用专业年级: 考试时间100分钟 考生注意事项：1、本试卷共 2 页，试卷如有缺页或破损，请立即举手报告以便更换。 2、考试结束后，考生不得将试卷、答题纸和草稿纸带出考场。(答案请写在试卷纸密封线内和试卷纸正面，否则不记分) 一、填空题（10分，每空1分） 1、共晶转变和共析转变的产物都属于相混合物。 2、塑性变形后的金属经加热将发生回复、、晶粒长大的变化。 3、共析钢的含碳量为。 4.共晶白口铸铁的含碳量为。 5、Q235钢的含义是为。 5、三种典型的金属晶体结构是：体心立方晶格、面心立方晶格 和。 7、根据钢的成分、退火的工艺与目的不同，退火常分为、球化退火、去应力退火等几种。 8、钢在奥氏体化后，冷却的方式通常有和连续冷却两种。 9、工具钢按用途可分为、模具钢、量具钢。 10、常用测定硬度的方法有、洛氏硬度和维氏硬度等测试法。 二、判断题（15分，每小题1分） （在括号里正确的划“√”，错误的划“×”） 1、单晶体具有各向同性，多晶体具有各向异性。（） 2、铁素体是碳溶解在γ-Fe中所形成的间隙固溶体。（） 3、热处理的加热，其目的是使钢件获得表层和心部温度均匀一致。（） 4、熔点为232℃的锡在室温下的塑性变形是冷加工。（） 5、金属结晶时，冷却速度愈大，则结晶后金属的晶粒愈粗大。（） 6、铸铁经过热处理，改变了基体和石墨形态，从而提高了性能。（） 7、物质从液体状态转变为固体状态的过程称为结晶。 （） 8、共晶转变是在恒温下进行的。 （） 9、机械零件选材的一般原则是：使用性能足够原则、工艺性能良好原则和经济行 合理原则。（） 10、对于弹簧钢的要求是具有高的弹性极限和高的屈强比，以保证承受大的弹性变形和较高的载荷；具有高的疲劳强度以承受交变载荷的作用。（） 11、热处理的基本工艺过程是加热、保温和冷却。（） 12、马氏体是碳在α-Fe中的过饱和溶解。（）
机械工程课后答案 第一章 1、什么是黑色金属什么是有色金属 答：铁及铁合金称为黑色金属，即钢铁材料；黑色金属以外的所有金属及其合金称为有的金属。 2、碳钢，合金钢是怎样分类的 答：按化学成分分类；碳钢是指含碳量在%——%之间，并含有少量的硅、锰、硫、磷等杂质的铁碳合金。 3、铸铁材料是怎样分类的应用是怎样选择 答：铸铁根据石墨的形态进行分类，铸铁中石墨的形态有片状、团絮状、球状、蠕虫状四种，对应为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。 4、陶瓷材料是怎样分类的 答：陶瓷材料分为传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷三种。 5、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各有什么特点α -Fe，γ-Fe，Al，Cu，Ni，Pb，Cr，V，Mg，Zn各属何种金属结构 答：体心晶格立方，晶格常数a=b=c，α-Fe，Cr，V。面心晶格立方，晶格常数a=b=c，γ-Fe，Ni，Al，Cu，Pb。密排六方晶格，Mg，Zn。 6、实际金属晶体中存在哪些缺陷它们对性能有什么影响 答：点缺陷、破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，从而引起性能变化，是金属的电阻率增加，强度、硬度升高，塑性、韧性下降。 线缺陷（位错）、少量位错时，金属的屈服强度很高，当含有一定量位错时，强度降低。当进行形变加工时，位错密度增加，屈服强度增高。 面缺陷（晶界、亚晶界）、晶界越多，晶粒越细，金属的塑性变形能力越大，塑性越好。 7、固溶体有哪些类型什么是固溶强化 答：间隙固溶体、置换固溶体。由于溶质元素原子的溶入，使晶格发生畸变，使之塑性变形抗力增大，因而较纯金属具有更高的强度、硬度，即固溶强化作用。 第二章
1、在什么条件下，布氏硬度实验比洛氏硬度实验好 答：布氏硬度实验主要用于硬度较低的退火钢、正火钢、调试刚、铸铁、有色金属及轴承合金等的原料和半成品的测量，不适合测定薄件以及成品。洛氏硬度实验可用于成品及薄件的实验。 2、σ的意义是什么能在拉伸图上画出来吗 答：表示对于没有明显屈服极限的塑性材料，可以将产生%塑性应变时的应变作为屈服指标，即为条件屈服极限。 3、什么是金属的疲劳金属疲劳断裂是怎样产生的疲劳破坏有哪些特点如何提高零件的疲劳强度 答：金属在反复交变的外力作用下强度要比在不变的外力作用下小得多，即金属疲劳； 疲劳断裂是指在交变载荷作用下，零件经过较长时间工作或多次应力循环后所发生的断裂现象； 疲劳断裂的特点：引起疲劳断裂的应力很低，常常低于静载下的屈服强度； 断裂时无明显的宏观塑性变形，无预兆而是突然的发生；疲劳断口能清楚的显示出裂纹的形成、扩展和最后断裂三个阶段； 提高疲劳强度：改善零件的结构形状，避免应力集中，降低零件表面粗糙度值以及采取各种表面强化处理如喷丸处理，表面淬火及化学热处理等。 4、韧性的含义是什么αk有何实际意义 答：材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力，称为材料的韧性；冲击韧度αk表示材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力，αk值的大小表示材料的韧性好坏。一般把αk值低的材料称为脆性材料，αk值高的材料称为韧性材料。 5、何谓低应力脆断金属为什么会发生低应力脆断低应力脆断的抗力指标是什么答：低应力脆断是在应力作用下，裂纹发生的扩展，当裂纹扩展到一定临界尺寸时，裂纹发生失稳扩展（即自动迅速扩展），造成构件的突然断裂；抗力指标为断裂韧性（P43） 6、一紧固螺栓使用后有塑性变形,试分析材料的那些性能指标没有达到要求 答：钢材的屈服强度未达到要求。 第三章 1、分析纯金属的冷却曲线中出现“平台”的原因 答：液态金属开始结晶时，由于结晶潜热的放出，补偿了冷却时散失的热量，
2、试分析说明铁素体钢、奥氏体钢、莱氏体钢的形成原因。 答： ①某些合金元素的加入会是奥氏体区缩小，特别是Cr、Si含量高时将限制奥氏体区，甚至完全消失，使得室温下只有单相铁素体组织存在。如高Cr含量的铬不锈钢。 ②某些合金元素的加入会使奥氏体相区扩大，特别是Ni、Mn。当钢中加入大量这类元素时，甚至可使A1、A2、Acm线将至室温一下，从而获得在室温下只有单相奥氏体存在的所谓奥氏体钢。如高Mn含量的耐磨钢。 ③大部分合金元素可使Fe-Fe3C相图中E点左移，因此，含碳量相同的碳钢和合金钢具有不同的显微组织。某些高碳合金钢中就会出现莱氏体组织，称为莱氏体钢。如高速钢。 3、试根据合金元素与碳的相互作用进行分类，并指出： （1）哪些元素是碳化物形成元素？哪些是非碳化物形成元素？ Ti、V、Cr、Mo、W、Mn、Zr、Nb; Co、Ni、Cu、B、Al、Si （2）哪些元素为弱碳化合物形成元素？性能特点如何？ Mn 除少量可溶于渗碳体中形成合金渗碳体外，几乎都溶于铁素土和奥氏体中 （3）哪些元素为强碳化物形成元素？性能特点如何？ 答：Ti、V、Zr、Nb； 和碳有极强的亲和力，只要有足够的碳，在适当的条件下，节能形成他们自己特殊的碳化物，仅在缺少碳的情况下，才以原子状态溶于固溶体中。 （4）何为合金渗碳体，与渗碳体相比，其性能如何？ 合金元素溶于渗碳体中即为合金渗碳体。铁原子可以被其他金属原子所置换，形成以间隙化合物为基体的固溶体，一般把它们称为合金渗碳体。 5、合金元素提高钢挥霍稳定性的原因是什么？常用以提高回火稳定性的回火稳定性的合金元素有哪些？ 答 是指钢对回火时发生软化过程的抵抗能力。由于合金元素强碳化物形成元素能使铁、碳原子扩散速度减慢，使淬火钢回火加热时马氏体不易分解，析出的碳化物也不易聚集长大，保持一种较细小、分散的组织状态，。合金元素在回火过程中推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才开始分解和转变）;提高铁元素的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度，从而使钢的硬度随回火温度的升高而下降的程度减弱，即提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。 6、分析碳及合金元素在低合金高强度钢中的作用，提高低合金高强度钢韧性的途径是什么？ 答：（1）碳的质量分数一般低于0.2%，以保证良好的焊接性、冷成型性和低温韧性；（2）合金元素以Mn为主（国外以Cr、Ni为主），锰的质量分数最高可达1.8%，并辅以少量的V、Ti、Mo、Nb、B等元素。合金元素主要作用是强化铁素体，细化铁素体晶粒，使钢的强度与韧性都得到改善；
第一部分 一、判断：（每题1.5分，共30分） 1、 Vk表示临界冷却速度。（） 2、σb和σS都是判定材料强度的性能指标。 （） 3、铁素体（F）和奥氏体（A）都属于固溶体。 （） 4、共析钢的Wc=2.11%。（） 5、高速钢不需要进行三次回火。（） 6、灰铸铁中碳主要以片状石墨的形态存在。 （） 7、大多数的合金元素加入钢中均使“C”曲线右移，淬透性提高。（） 8、 HBS210-240为布氏硬度的正确标注方法。 （） 9、正火与退火的主要区别是加热温度的不同。（） 10、淬火后的钢必须立即进行回火。（） 11、20钢的碳含量低于40钢。（） 12、钢的质量高低是按磷和硫的含量多少来分。（） 13、渗碳用钢一般属于中碳钢。（） 14、金属由液态变为固态的过程称为结晶。 （） 15、铁素体的塑性高于渗碳体。（） 16、在Fe-Fe3C相图中，PSK线为共晶转变线。 （） 17、晶粒越细小，钢的力学性能能越好。（） 18、合金钢的力学性能低于非合金钢，且价格也低于非合金钢。（） 19、球墨铸铁可以用热处理来强化。（） 20、铸造主要用于内腔较简单的零件。（） 二、填空 1、热处理主要分___________、___________和 ___________三个阶段。 2、珠光体是___________和___________的机械混合物。 3、在相图中，AECF线是___________、ES线是 ___________线。 4、若按含碳量来分，碳钢可分为 ___________________钢___________钢和___________钢。 三、作图（10分） 将常见的淬火方法画在“C”曲线示意图中并注明各属于哪中淬火。 四、填表 材料名称Wc(%)主要用途材料名称σb或σsMPa主要用途 制订CA6140主轴的加工工艺路线，并说明各热处理工序的作用 第二部分 一、判断题（25分） 1、灰铸铁的减震性能比钢好。（） 2、铸造生铁专供炼钢所用。（） 3、钢若按质量分类分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。（） 4、“C”曲线越靠右，钢的淬透性越好。（） 5、淬火+高温回火为调质处理。（） 6、含碳量越低钢的塑性、韧性就越好。（） 7、Vk表示临界冷却速度。（） 8、灰铸铁中碳主要以片状石墨形态存在。 （） 9、共析钢的碳质量分数WC=2.11%。（） 10、δb和δs都是判定材料强度的指标。 （） 二、选择（10分） 1、下列牌号中哪个属于沸腾钢( ) A.Q345B B.08F C.W6Mo5Cr4V2A 2、下列哪种钢的淬透性最好( ) A.ZGMn13 B.W18Cr4V C.40Cr 3、制造汽车的后桥齿轮所选用的材料( ) A.20CrMnTi B.W18Cr4V C.60Si2Mn 4、制造一个内燃机曲轴，其毛坯成型方法应为( ) A.铸造 B.锻压 C.焊接 5、下列哪种组织的塑性最好( ) A.铁素体 B.渗碳体 C.马氏体 三、填表（20分） 四、为下列零件选材并制定其加工工艺路线（30分） 1、CA6140 车床主轴 2、解放牌载重汽车齿轮 五、为下列零件及用品选择合适的材料（15分）
土木工程材料习题集与参考答案 第一章 土木工程材料的基本性质 1. 试述材料成分、结构和构造对材料性质的影响？ 参考答案：材料的成分对性质的影响：材料的组成及其相对含量的变化，不仅会影响材料的化学性质，还会影响材料的物理力学性质。材 料的成分不同，其物理力学性质有明显的差异。值得注意的是，材料中某些成分的改变，可能会对某项性质引起较大的改变，而对其他性质的影响不明显。 材料的结构对性质的影响：材料的结构是决定材料物理性能的重要因素。可分为微观结构和细观结构。材料在微观结构上的差异影响到材料的强度、硬度、熔点、变形、导热性等性质，可以说材料的微观结构决定着材料的物理力学性能。 材料的构造对性质的影响：材料的构造主要是指材料的孔隙和相同或不同材料间的搭配。不同材料适当搭配形成的复合材料，其综合性能优于各个单一材料。材料的内部孔隙会影响材料的强度、导热性、水渗透性、抗冻性等。 总之，材料的组成、结构与构造决定了材料的性质。材料的组成、结构与构造的变化带来了材料世界的千变万化。 2．试述材料密度、表观密度、孔隙率的定义、测定方法及相互关系。密度与视密度的区别何在？ 参考答案：密度ρ：是指材料在密实状态下单位体积的质量。测定方法：将材料磨细成粒径小于0.25mm 的粉末，再用排液法测得其密实 体积。用此法得到的密度又称“真密度”。 表观密度0ρ：是指材料在自然状态下单位体积的质量。测定方法：对于外形规则的块体材料，测其外观尺寸就可得到自然体积。对于外观不规则的块体材料，将其加工成规则的块体再测其外观尺寸，或者采用蜡封排液法。 孔隙率P ：材料中的孔隙体积与总体积的百分比。 相互关系：%10010???? ? ??- =ρρP 密度与视密度区别：某些散粒材料比较密实，其内部仅含少量微小、封闭的孔隙，从工程使用角度来说，不需磨细也可用排液法测其 近似的密实体积，这样测得的密度称为“视密度”。 3．孔隙率及孔隙特征对材料的表观密度、强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性等性质有何影响？ 参考答案：对表观密度的影响：材料孔隙率大，在相同体积下，它的表观密度就小。而且材料的孔隙在自然状态下可能含水，随着含水量 的不同，材料的质量和体积均会发生变化，则表观密度会发生变化。 对强度的影响：孔隙减小了材料承受荷载的有效面积，降低了材料的强度，且应力在孔隙处的分布会发生变化，如：孔隙处的应力集 中。 对吸水性的影响：开口大孔，水容易进入但是难以充满；封闭分散的孔隙，水无法进入。当孔隙率大，且孔隙多为开口、细小、连通时， 材料吸水多。 对抗渗性的影响：材料的孔隙率大且孔隙尺寸大，并连通开口时，材料具有较高的渗透性；如果孔隙率小，孔隙封闭不连通，则材料不易 被水渗透。 对抗冻性的影响：连通的孔隙多，孔隙容易被水充满时，抗冻性差。 对导热性的影响：如果材料内微小、封闭、均匀分布的孔隙多，则导热系数就小，导热性差，保温隔热性能就好。如果材料内孔隙较大， 其内空气会发生对流，则导热系数就大，导热性好。 4．材料的耐水性、吸水性、吸湿性、抗冻性、导热性、热容、抗渗性的含义是什么？ 参考答案：耐水性： 材料抵抗水破坏作用的能力称为耐水性，即材料经水浸泡后，不发生破坏，同时强度也不显著降 低的性质。指标：软化系数 吸水性：材料与水接触时其毛细管会吸收水分的性质。指标：吸水率 吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。指标：平衡含水率 抗冻性：材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不被破坏，强度也不严重降低的性质。指标：抗冻等 级，其划分取决于材料在一定条件下经受冻融而不被破坏的次数。 导热性：当材料两面存在温度差时，热量会从温度较高的一面传导到温度较低的一面的性质。指标：导热系数 热容：某块材料在温度升降1K 时所放出或吸收的热量。 指标：C （热容）＝c （比热容）?m（材料质量） 抗渗性：材料抵抗压力水或液体渗透的性质。指标：渗透系数 5．材料的导热系数、比热容和热容与建筑物的使用功能有什么关系？ 参考答案：材料的导热系数小，建筑物的保温隔热性能就好。如果建筑物围护结构的热容越大，则在气温变化较大时，能较好地保持室内 温度。 6．试述材料的弹性、朔性、脆性和弹性磨量的意义？ 参考答案：弹性： 当撤去外力或外力恢复到原状态，材料能够完全恢复原来形状的性质。 塑性： 当撤去外力或外力恢复到原状态，材料仍保持变形后的形状和尺寸，并不产生裂缝的性质。 脆性：是材料在外力作用下不产生明显变形而突然发生破坏的一种性能。 弹性模量： 晶体材料如金属材料表现为线弹性，一些非晶体材料如玻璃等也表现为线弹性，其应力与应变之比为常数，比值称为弹性 模量，它是衡量材料抵抗外力使其变形能力的一个指标。 7．影响材料强度试验结果的因素有哪些？强度与强度等级是否不同，试举例说明。 参考答案： 试验条件对材料强度试验结果有较大的影响，其中主要有试件的形状和尺寸、试验机的加载速度、试验时的温度和湿度，以 及材料本身的含水状态等。 强度与强度等级不一样。强度是一个具体值，而强度等级是一个等级范围。如：混凝土的强度等级为C30，那么属于C30强度等级的 混凝土的实际强度值有可能是30MPa 或与30MPa 接近的强度值。 8．某地红砂岩，已按规定将其磨细，过筛。烘干后称取50g ，用李氏瓶测得其体积为18.9cm 3 。另有卵石经过清洗烘干后称取1000g ，将其浸水饱和后用布擦干。又用广口瓶盛满水，连盖称得其质量为790g ，然后将卵石装入，再连盖称得其质量为1409g ，水温为25℃，求红砂岩及卵石的密度或视密度，并注明哪个是密度或视密度。 参考答案：红砂岩的密度：)/(646.29 .1850 3cm g == ρ