機(jī)械工程材料課后習(xí)題答案綜述

1、機(jī)械工程課后答案第一章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，合金鋼是怎樣分類的？答：按化學(xué)成分分類； 碳鋼是指含碳量在 0.0218% 2.11%之間，并含有少量 的硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)的鐵碳合金。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(duì)應(yīng)為灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵。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、常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？它們的原子排列和

2、晶格常數(shù)各有什么特點(diǎn)？ -Fe，-Fe，Al，Cu，Ni，Pb，Cr，V，Mg，Zn 各屬何種金屬結(jié)構(gòu)？ 答：體心晶格立方，晶格常數(shù) a=b=c， -Fe，Cr，V。面心晶格立方，晶格常 數(shù) a=b=c，-Fe，Ni，Al ，Cu，Pb。密排六方晶格， Mg，Zn。6、實(shí)際金屬晶體中存在哪些缺陷？它們對(duì)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。 線缺陷（位錯(cuò)）、少量位錯(cuò)時(shí)， 金屬的屈服強(qiáng)度很高， 當(dāng)含有一定量位錯(cuò)時(shí)， 強(qiáng)度降低。當(dāng)進(jìn)行形變加工時(shí)，位錯(cuò)密度增加，屈服強(qiáng)度增高。 面缺陷（晶界、亞晶界）

3、、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、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、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(cè)量，不適合測(cè)定薄件以及成品。洛 氏硬度實(shí)驗(yàn)可用于成品及薄件的實(shí)驗(yàn)。2、0.2 的意義是什么？能在拉伸圖上畫出來嗎？ 答：表示對(duì)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(yīng)變時(shí)的應(yīng)變作為屈

4、服指標(biāo)，即為條件屈服極限。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(zhǎng)時(shí)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，常常低于靜載下的屈服強(qiáng)度； 斷裂時(shí)無明顯的宏觀塑性變形， 無預(yù)兆而是突然的發(fā)生； 疲勞斷口能清楚的 顯示出裂紋的形成、擴(kuò)展和最后斷裂三個(gè)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)

5、熱處理等。4、韌性的含義是什么？ k 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 k 表示材料在沖擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力， k 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， k 值高的材 料稱為韌性材料。5、何謂低應(yīng)力脆斷？金屬為什么會(huì)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)展到一定臨界尺 寸時(shí)，裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展（即自動(dòng)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（ 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(biāo)沒有

6、達(dá)到要求？ 答：鋼材的屈服強(qiáng)度未達(dá)到要求。第三章1、分析純金屬的冷卻曲線中出現(xiàn)“平臺(tái)”的原因？答：液態(tài)金屬開始結(jié)晶時(shí)，由于結(jié)晶潛熱的放出，補(bǔ)償了冷卻時(shí)散失的熱量， 所以冷卻曲線出現(xiàn)水平臺(tái)階，即結(jié)晶在室溫下進(jìn)行。2、金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是什么？晶核的形成率和成長(zhǎng)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(shí)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(zhǎng)大的過程。影響晶核的形核率 N 和成長(zhǎng)率 G 的最重要因素是結(jié)晶時(shí)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；

7、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 0.59 時(shí)， 形成的筒單晶體結(jié)構(gòu)的間隙化合物，稱為間隙相。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(huì)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、簡(jiǎn)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(zhǎng)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(gè)物體是由

8、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(guān)系？它對(duì)金屬結(jié)晶過程有何影響？對(duì)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(huì)有相應(yīng)的時(shí)間滯后性，就會(huì) 造成過冷度增加； 隨著冷卻速度的增大， 則晶體內(nèi)形核率和長(zhǎng)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?yàn)檫@ 時(shí)原子的擴(kuò)散能力減弱；過冷度增大， F 大，結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力大，形核率 N和 成長(zhǎng)率 G都大

9、，且N的增加比 G增加得快，提高了 N與G的比值，晶粒變細(xì)， 但過冷度過大，對(duì)晶粒細(xì)化不利，結(jié)晶發(fā)生困難。8、以鐵為例說明同素異構(gòu)（異晶）現(xiàn)象。 答：-Fe1394-Fe912-Fe9、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(jiǎn)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(hào)鋼勻稱。第四章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(shí)，由于原子的活動(dòng) 能力增大，晶粒的形狀開始發(fā)生變化，由破碎拉長(zhǎng)的晶粒轉(zhuǎn)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(qiáng)度、硬度顯著升高，而塑性、韌

10、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(shí)，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、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，則位錯(cuò)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、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、金屬鑄件的晶粒往往比較粗大，能否經(jīng)過再結(jié)晶

11、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、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ぃ?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、請(qǐng)判斷金屬鎢在 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(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 1200，所以在 1100下的變形加 工是冷加工；錫的再結(jié)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(jìn)行何種熱處理？為什么？答：

12、進(jìn)行低溫回火處理，為了增加彈性。第五章1、何謂過冷奧氏體？如何測(cè)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 A1 以上時(shí)，奧氏體是穩(wěn)定的，能長(zhǎng)期存在。當(dāng) 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(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 727 攝氏度時(shí)，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(jì)） ，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

13、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(shí)，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，可以劃玻璃，而塑性、韌性極低，伸長(zhǎng)率和沖擊韌度近于零。 珠光體含碳量為 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、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 wC， C曲

14、線右移；過共析鋼隨 wC，C曲線左移；共析鋼過冷 A 最穩(wěn)定 （ C曲線最靠右）除 Co外，所有溶入 A 中的合金元素均使曲線右移。除 Co、 Al 外，溶入 A 的合金元素都使 C曲線上的 Ms、Mf 點(diǎn)降低。亞共析鋼及過共 析鋼的過冷 A的等溫轉(zhuǎn)變與共析鋼一樣，亦可分為高溫 P 型轉(zhuǎn)變、中溫 B型 轉(zhuǎn)變和低溫 M型轉(zhuǎn)變。但在 P型轉(zhuǎn)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(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(jì)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(shí)，控制冷卻速度可以獲得不同的纖維組織，但 分

15、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)立的改變溫度和時(shí)間， 分別研究溫度和時(shí)間對(duì)奧氏體轉(zhuǎn)變 的影響；以共析鋼為例，在等溫轉(zhuǎn)化時(shí)，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 （按溫度由大到小） ；在連續(xù)冷卻時(shí)， 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 Mf 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；

16、反之，鋼的含碳量越高，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度就較低，就會(huì)容易得到馬 氏體組織，而且硬度隨之也會(huì)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(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、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 Ac1或 Ac3 以上 30-50 ，保溫一定時(shí)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(jiǎn)單、大截面碳鋼零件的淬火；鹽水：用于形狀簡(jiǎn)單、截面 尺寸較大的碳鋼工件； 油

17、：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、尺寸較小和變形要求較嚴(yán)格的零件。8、何謂鋼的淬透性？影響淬透性的因素有哪些？在選材中如何考慮鋼的淬透 性？答：所謂鋼的淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得淬硬層的能力； 影響因素： （1） 化學(xué)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，則淬透性越好； （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(dòng)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(duì)使用壽命無明顯影

18、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 1/21/4 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(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(zhǎng)大，降低硬度，以利于切 削加工，同時(shí)可縮短軟化周期。方法：低溫回火；中溫回火；高溫回火。10、對(duì)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。11、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；

19、應(yīng)用：真空退火；真空淬火；真空滲碳。第六章1、在碳鋼中，除了鐵和碳外，一般還有哪些元素？對(duì)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、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、合金元素對(duì) 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(diǎn)位置。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

20、入阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)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(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、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/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 和塑性。7、滾動(dòng)軸承鋼的合金化與性能特點(diǎn)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(qiáng)度和高的彈性極 限，

21、足夠的韌性、抗腐蝕性及淬透性。8、試簡(jiǎn)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、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(duì)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(duì)隨后的淬火及切削加工做好 組織上的準(zhǔn)備。10、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，Ca，Se，Te 等元素，則 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)上常用的鑄鐵，含碳量一般在2.5 4.0 的