機(jī)械工程材料(于永泗_齊民_第七版)課后習(xí)題答案

1、機(jī)械工程材料（于永泗 齊民 第七版）課后習(xí)題答案第一章1-1、可否通過(guò)增加零件尺寸來(lái)提高其彈性模量：不能，彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升高而逐漸降低外，其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對(duì)彈性模量的影響很小。所以不能通過(guò)增大尺寸來(lái)提高彈性模量。1-2、工程上的伸長(zhǎng)率與選取的樣品長(zhǎng)度有關(guān)，為什么：伸長(zhǎng)率等于，當(dāng)試樣(d)不變時(shí)，增加，則伸長(zhǎng)率下降，只有當(dāng)/為常數(shù)時(shí)，不同材料的伸長(zhǎng)率才有可比性。所以伸長(zhǎng)率與樣品長(zhǎng)度有關(guān)。1-3、和兩者有什么關(guān)系？在什么情況下兩者相等？為應(yīng)力強(qiáng)度因子，為平面應(yīng)變斷裂韌度，為的一個(gè)臨界值，當(dāng)增加到一定值時(shí)，裂紋便失穩(wěn)擴(kuò)展，材料發(fā)生斷裂，此時(shí)

2、，兩者相等。1-4、如何用材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線判斷材料的韌性？所謂材料的韌性是指材料從變形到斷裂整個(gè)過(guò)程所吸收的能量，即拉伸曲線（應(yīng)力-應(yīng)變曲線）與橫坐標(biāo)所包圍的面積。第二章2-1、從原子結(jié)構(gòu)上說(shuō)明晶體與非晶體的區(qū)別。原子在三維空間呈現(xiàn)規(guī)則排列的固體稱為晶體，而原子在空間呈無(wú)序排列的固體稱為非晶體。晶體長(zhǎng)程有序，非晶體短程有序。2-2、立方晶系中指數(shù)相同的晶面和晶向有什么關(guān)系？相互垂直。2-4、合金一定是單相的嗎？固溶體一定是單相的嗎？合金不一定是單相的，也可以由多相組成，固溶體一定是單相的。第三章3-1、說(shuō)明在液體結(jié)晶的過(guò)程中晶胚和晶核的關(guān)系。在業(yè)態(tài)經(jīng)書中存在許多有序排列飛小原子團(tuán)，這些小原

3、子團(tuán)或大或小，時(shí)聚時(shí)散，稱為晶胚。在以上，由于液相自由能低，晶胚不會(huì)長(zhǎng)大，而當(dāng)液態(tài)金屬冷卻到以下后，經(jīng)過(guò)孕育期，達(dá)到一定尺寸的晶胚將開始長(zhǎng)大，這些能夠連續(xù)長(zhǎng)大的晶胚稱為晶核。3-2、固態(tài)非晶合金的晶化過(guò)程是否屬于同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變？為什么？不屬于。同素異構(gòu)是物質(zhì)在固態(tài)下的晶格類型隨溫度變化而發(fā)生變化，而不是晶化過(guò)程。3-3、根據(jù)勻晶轉(zhuǎn)變相圖分析產(chǎn)生枝晶偏析的原因。枝晶偏析：在一個(gè)枝晶范圍內(nèi)或一個(gè)晶粒范圍內(nèi)，成分不均勻的現(xiàn)象叫做枝晶偏析。結(jié)合二元?jiǎng)蚓мD(zhuǎn)變相圖可知，枝晶偏析產(chǎn)生的原因是固溶體合金的結(jié)晶只有在“充分緩慢冷卻”的條件下才能得到成分均勻的固溶體組織。然而在實(shí)際生產(chǎn)中，由于冷速較快，合金在結(jié)晶過(guò)

4、程中，固相和液相中的原子來(lái)不及擴(kuò)散，使得先結(jié)晶出的枝晶軸含有較多的高熔點(diǎn)元素，而后結(jié)晶的枝晶中含有較多低熔點(diǎn)元素。冷速越快，液固相間距越大，枝晶偏析越嚴(yán)重。3-4、結(jié)合相圖分析含0.45% C、1.2% C和3.0% C的Fe-C合金在緩慢冷卻過(guò)程中的轉(zhuǎn)變及室溫下的組織。0.45% C: LL+L+L+eP+。室溫組織：P+1.2%C：LL+二次滲碳體二次滲碳體。室溫組織：P+二次滲碳體。3.0%C：LL+L+Le+ Le+二次滲碳體P+二次滲碳體+一次滲碳體Le+二次滲碳體+P。室溫組織：Le+二次滲碳體+P。3-6、說(shuō)明Fe-C合金中5種類型滲碳體的形成和形態(tài)特點(diǎn)。一次滲碳體：由液相直接析

5、出，黑色的片層。二次滲碳體：含碳量超過(guò)0.77%的鐵碳合金自1148冷卻至727時(shí)，會(huì)從奧氏體中析出二次滲碳體。沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀排列。三次滲碳體：鐵碳合金自727向室溫冷卻的過(guò)程中，從鐵素體析出的為三次滲碳體。不連續(xù)網(wǎng)狀成片狀分布于鐵素體晶界。共晶滲碳體：共晶白口鑄鐵由液態(tài)冷卻到1148是發(fā)生共晶反應(yīng)，產(chǎn)生共晶奧氏體和共晶滲碳體。為白色基體。共析滲碳體：共析鋼液體在發(fā)生共析轉(zhuǎn)變時(shí)，由奧氏體相析出鐵素體和共析滲碳體。為黑色的片層。3-7、說(shuō)明金屬實(shí)際凝固時(shí)，鑄錠的3中宏觀組織的形成機(jī)制。鑄錠的宏觀組織由表層細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)和中心等軸晶區(qū)3個(gè)晶區(qū)組成。表層細(xì)晶區(qū)：當(dāng)高溫的液體金屬被澆注到鑄型中時(shí)

6、，液體金屬首先與鑄型的模壁接觸，一般來(lái)說(shuō)，鑄型的溫度較低，產(chǎn)生很大的過(guò)冷度，形成大量晶核，再加上模壁的非均勻形核作用，在鑄錠表面形成一層厚度較薄、晶粒很細(xì)的等軸晶區(qū)。柱狀晶區(qū)：表層細(xì)晶區(qū)形成以后，由于液態(tài)金屬的加熱及凝固時(shí)結(jié)晶潛熱的放出，使得模壁的溫度逐漸升高，冷卻速度下降，結(jié)晶前沿過(guò)冷度減小，難以形成新的結(jié)晶核心，結(jié)晶只能通過(guò)已有晶體的繼續(xù)生長(zhǎng)來(lái)進(jìn)行。由于散熱方向垂直于模壁，因此晶體沿著與散熱方向相反的方向擇優(yōu)生長(zhǎng)而形成柱狀晶區(qū)。中心等軸晶區(qū)：當(dāng)柱狀晶區(qū)長(zhǎng)大到一定程度，由于冷卻速度進(jìn)一步下降及結(jié)晶潛熱的不斷放出，使結(jié)晶前沿的溫度梯度消失，導(dǎo)致柱狀晶的長(zhǎng)大停止。當(dāng)心部液體全部冷卻至實(shí)際結(jié)晶溫度

7、一下時(shí)，以雜志和被沖下的晶枝碎片為結(jié)晶核心均勻長(zhǎng)大，形成粗大的等軸晶區(qū)。第四章4-1、為什么室溫下金屬的晶粒越細(xì)，強(qiáng)度、硬度越高，塑型、韌性也越好？因?yàn)榻饘俚木ЯＴ郊?xì)，晶界總面積越大，位錯(cuò)障礙越多，需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多，金屬塑性變形的抗力越高。從而導(dǎo)致金屬?gòu)?qiáng)度和硬度越高；金屬的晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，同時(shí)參與變形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻，推遲了裂紋的形成于擴(kuò)展使得在斷裂前發(fā)生了較大的塑性變形，在強(qiáng)度和塑型同時(shí)增加的情況下，其塑型和韌性越好。4-2、黃銅鑄件上的數(shù)碼不慎搓掉如何識(shí)別數(shù)碼？用加熱使它再結(jié)晶的方法可以使原來(lái)的數(shù)碼再呈現(xiàn)。因?yàn)榇蜃謺r(shí)會(huì)使鑄件打字處產(chǎn)生塑性變形，

8、有預(yù)變形存在，通過(guò)加熱再結(jié)晶可使晶?；謴?fù)到預(yù)變形之前的狀態(tài)，使之顯現(xiàn)出數(shù)碼。4-3、金屬鑄件的晶粒往往粗大，能否通過(guò)再結(jié)晶退火來(lái)細(xì)化其晶粒？為什么？不能，因?yàn)殍T件沒(méi)有產(chǎn)生預(yù)變形，故不能采用再結(jié)晶的方法。4-4、銅只是通過(guò)冷加工及隨后加熱來(lái)細(xì)化晶粒，而鐵則不需要冷加工，只需加熱到一定溫度便可使晶粒細(xì)化，為什么？因?yàn)殂~不存在同素異構(gòu)的現(xiàn)象，加熱時(shí)晶體的結(jié)構(gòu)不發(fā)生變形，所以采用冷加工破碎晶粒，產(chǎn)生預(yù)變形，從而來(lái)消除應(yīng)力，而鐵存在同素異構(gòu)的現(xiàn)象，固態(tài)變相組織要比晶粒組織細(xì)，只需加熱到一定溫度便能使晶粒細(xì)化。4-5、下列齒輪餅坯的加工方法中，哪種方法正確？為什么？（1）從熱軋厚鋼板上切下圓餅；（2）從熱

9、軋粗鋼棒上切下圓餅；（3）由熱軋鋼棒鐓成圓餅。選擇由熱軋鋼棒鐓成圓餅，因?yàn)檫@樣可以控制銅的纖維素的走向與受力方向一致。4-6、用冷拉銅絲繩（承受能力遠(yuǎn)超過(guò)工件質(zhì)量）吊送剛出爐熱處理工件去淬火，但在此工程中，銅絲發(fā)生斷裂。為什么？原因是：冷拉鋼絲繩經(jīng)冷塑加工強(qiáng)度提高，強(qiáng)度大于載荷，但吊運(yùn)熱工件時(shí)其溫度升高，使原子擴(kuò)散能力升高，從而使其產(chǎn)生回復(fù)再結(jié)晶，晶?；謴?fù)到以前的狀態(tài)，強(qiáng)度降低，最終發(fā)生斷裂。4-7、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？為什么？再結(jié)晶溫度=熔化溫度×0.4，鎢的熔點(diǎn)為3380，其再結(jié)晶溫度為(3380+273)×0.4273=1

10、187，加工溫度小于再結(jié)晶溫度，所以屬于冷加工；錫的熔點(diǎn)為232，其再結(jié)晶溫度為(232+237) ×0.4273=71，室溫(25)大于再結(jié)晶溫度，所以屬于熱加工。4-8、在冷拔鋼絲時(shí)常進(jìn)行中間退火，原因？如何選擇中間退火的溫度？冷拔過(guò)程中產(chǎn)生很大應(yīng)力,在使用過(guò)程中要把這種應(yīng)力消除,使用中間退火會(huì)細(xì)化晶粒,產(chǎn)生預(yù)變形,使強(qiáng)度和硬度提升,消除應(yīng)力,選取的溫度應(yīng)該小于再結(jié)晶溫度。4-9、用冷拔高碳鋼絲纏繞螺旋彈簧，最后要進(jìn)行何熱處理，原因是？進(jìn)行去應(yīng)力退火,冷拔過(guò)程中產(chǎn)生很大應(yīng)力,退火保證彈簧不會(huì)由于應(yīng)力不確定而恢復(fù)原形,同時(shí)對(duì)彈簧的定型處理可以保證彈簧的彈力。4-10、反復(fù)彎折退火鋼

11、絲時(shí)，會(huì)感到越彎越硬，最后斷裂，為什么？反復(fù)彎折會(huì)使晶粒變細(xì),因而硬度提高,同時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力,使塑性降低,從而會(huì)被折斷。第五章5-3、判斷下列說(shuō)法正誤，并說(shuō)明原因。1.馬氏體是硬而脆的相。錯(cuò)，馬氏體是硬的相,滲碳體才是脆的相；2.過(guò)冷奧氏體的冷卻速度大于Vk時(shí),則冷速越大,所得馬氏體的硬度越高。錯(cuò)，馬氏體硬度取決于含碳量,與冷卻速度無(wú)關(guān);3.鋼中的合金元素含碳量越高,其淬火后的硬度也越高。錯(cuò),合金元素對(duì)淬透性的影響大,但對(duì)硬度影響小;4.本質(zhì)細(xì)晶粒鋼的晶?？偸潜缺举|(zhì)粗晶粒鋼的晶粒細(xì)。錯(cuò),晶粒的大小與加熱溫度和保溫時(shí)間有關(guān).本質(zhì)細(xì)晶粒鋼只是加熱時(shí)長(zhǎng)大的趨向比本質(zhì)粗晶粒鋼小,但不代表本身比本質(zhì)粗晶粒鋼

12、的晶粒細(xì);5.同種鋼材在同樣的加熱條件下,總是水冷的比油冷的淬透性好,小件的比大件的淬透性好。錯(cuò)，鋼的淬透性取決于其臨界冷卻速度,與工件尺寸和冷卻介質(zhì)無(wú)關(guān)。5-4、生產(chǎn)中常把加熱到淬火溫度的鉗工扁鏟的刃部蘸入水中急冷后,出水停留一會(huì),再整體投入水中冷卻,兩次水冷的作用及水冷后的組織。刃部入水急冷淬火,得馬氏體,出水停留一段時(shí)間為回火得回火馬氏體,再整體入水,抑制繼續(xù)回火,保留回火組織。5-5、用20鋼進(jìn)行表面淬火和用45鋼進(jìn)行滲碳處理是否合適？為什么？20鋼不適合表面淬火,含碳量低會(huì)降低硬度和耐磨性；45鋼不適合滲碳處理,碳含量足夠,滲碳使低碳鋼工件表面獲得較高碳濃度。5-6、鋼經(jīng)表面淬火或滲

13、碳后,表層的殘余應(yīng)力是拉應(yīng)力還是壓應(yīng)力？原因？壓應(yīng)力,因表面低溫,收縮后心部的高溫區(qū)產(chǎn)生塑性變形,冷卻后內(nèi)部部分彈性變形恢復(fù)。5-7、一批45鋼零件進(jìn)行熱處理時(shí)，不慎將淬火件和調(diào)質(zhì)件弄混，如何區(qū)分開？為什么？用鋸片試鋸,淬火件比調(diào)質(zhì)件難鋸,因?yàn)榇慊鸷蠊ぜ捕忍岣?二調(diào)質(zhì)會(huì)降低硬度。5-8、將兩個(gè)T12鋼小試樣分別加熱到780和860,保溫后以大于的速度冷卻至室溫,試回答問(wèn)題,并說(shuō)明原因。1.哪個(gè)溫度淬火后馬氏體晶粒粗大？860,溫度越高,奧氏體晶粒成長(zhǎng)越快;2.哪個(gè)淬火后殘余奧氏體量多？860,溫度高，奧氏體含碳量高,轉(zhuǎn)化充分,冷卻時(shí)奧氏體越多;3.哪個(gè)淬火后末溶碳化物量多？780，溶碳能力較

14、小;4.哪個(gè)淬火適合？780,因淬火加熱溫度以得到均勻細(xì)小奧氏體為原則,以便淬火后獲得細(xì)小馬氏體組織,高溫下奧氏體易長(zhǎng)大形成粗大奧氏體組織,故780加熱好。5-9、分別用45鋼和15鋼制造機(jī)床齒輪,要求齒表面具有高的硬度和耐磨性,心部具有良好的韌性.安排工藝路線,熱處理工序目的及使用狀態(tài)下的組織。45:下料,鍛造,退火(調(diào)整硬度),機(jī)加工,調(diào)質(zhì)(得到顆粒狀滲碳體),精加工,表面淬火加低溫回火(加強(qiáng)強(qiáng)度和韌性),精加工,表層回火馬氏體,心部回火索氏體;15:下料,鍛造,正火(調(diào)整硬度),機(jī)加工,滲碳(提高表面硬度耐磨性),淬火加回火(加強(qiáng)強(qiáng)度和韌性),磨削,表層回火馬氏體碳化物,心部回火索氏體。

15、第六章6-1、鋼的質(zhì)量為什么以磷,硫的含量來(lái)劃分？磷對(duì)鋼有固化作用,降低塑性韌性,產(chǎn)生冷脆現(xiàn)象;硫在加熱時(shí)會(huì)使鋼發(fā)生熱脆現(xiàn)象,對(duì)鋼質(zhì)量影響很大。6-2、什么是合金鋼?與碳鋼相比合金鋼有哪些優(yōu)點(diǎn)?為什么?指為了提高鋼的性能,在碳鋼基礎(chǔ)上有意加入一定量的合金元素所獲得的鐵基合金;強(qiáng)度高,塑性韌性好,焊接性好,冷熱壓力加工性能好,耐腐蝕性好,因?yàn)榧尤肓私饘俪煞帧?-3、加入鋼中的合金元素的作用,舉例。Cr含量高,不銹鋼,含量低,提高強(qiáng)度;Mn提高耐磨性,細(xì)化晶粒;根據(jù)加入的元素可提高強(qiáng)度,韌性,耐磨性,耐腐蝕性,加工性能,機(jī)械性能。6-4、用W18Cr4V制作盤形銑刀,安排其加工工藝路線,各熱加工工

16、序的目的及使用狀態(tài)下的組織。工藝路線:下料-鍛造-退火(降低硬度便于加工)-基加工-淬火(得到馬氏體)-多次回火(消除應(yīng)力,減少殘余奧氏體)-磨削.回火馬氏體,細(xì)顆粒狀碳化物加少量殘余奧氏體。6-5、20CrMnTi與T12鋼的淬透性與淬硬性差別,原因。前者是滲碳鋼,低碳鋼,淬透性好,淬硬性差.后者為高碳鋼,淬透性差,淬硬性好。6-8、說(shuō)明碳素結(jié)構(gòu)鋼成分特點(diǎn),常用熱處理方法及使用狀態(tài)下的組織和用途。塑性高,可焊接性好,熱軋空冷,鐵素體加珠光體,熱軋板.帶.棒及型鋼使用。（掌握碳素結(jié)構(gòu)鋼就行）6-9、說(shuō)明下列牌號(hào)中Cr,Mn的作用。40Cr:提高強(qiáng)度;20CrMnTi:Cr提高韌性,Mn細(xì)化晶粒

17、;GCr15SiMn:Cr提高韌性強(qiáng)度,Mn細(xì)化晶粒;06Cr18Ni9:提高電位,耐腐蝕性。6-11、材料庫(kù)中:42CrMo,GCr15,T13,60Si2Mn.要做銼刀,齒輪,汽車板簧選,材熱處理方法及組織。銼刀:T13,下料,退火,加工,淬火,低溫回火,回火馬氏體加顆粒狀碳化物極少量殘余奧氏體;齒輪:42CrMo,下料,退火,機(jī)加工,調(diào)質(zhì),精加工,表面淬火,低溫回火,磨削,回火索氏體;板簧:60Si2Mn:下料,熱處理,淬火,中溫回火,回火托氏體。 （缺少6-12，請(qǐng)看書）第七章7-1、什么叫做石墨化，影響石墨化的因素，說(shuō)明鑄鐵各階段石墨化過(guò)程中的組織變化。鑄鐵中碳原子的析出形成石墨的過(guò)

18、程叫石墨化，影響：化學(xué)成分、冷卻速度，一：結(jié)晶時(shí)一次石墨、二次石墨、共晶石墨析出，加熱時(shí)一次滲碳體、二次滲碳體和共晶滲碳體分離；二：冷卻時(shí)共析石墨析出和加熱時(shí)共析滲碳體分解。7-3、指出下列鑄件采用鑄鐵種類和熱處理方式，說(shuō)明。（1）機(jī)床床身：灰口鑄鐵，退火，消除內(nèi)應(yīng)力；（2）柴油機(jī)曲軸：球墨鑄鐵，淬火加低溫回火，高硬度和耐磨性；（3）液壓泵殼體：灰鑄鐵，表面淬火，同上；（4）犁鏵：可鍛鑄鐵，石墨化加退火，強(qiáng)度韌性塑性；（5）冷凍機(jī)缸套：球墨鑄鐵，淬火加回火，消除內(nèi)應(yīng)力高強(qiáng)度和耐磨性；（6）球磨機(jī)襯板：白口鑄鐵，淬火加高溫回火，高硬度。7-4、鑄鐵件表面、棱角和凸緣處硬度較高，難以機(jī)械加工，為什么？如何處理？這些地方在澆注時(shí)冷卻速度較快，形成了共晶白口狀態(tài)，可退火處理。7-5、灰口鑄鐵在性能上特點(diǎn)，為什么用在機(jī)床床身。1.含碳量