機械工程材料(于永泗齊民第七版)課后習題答案

1、機械工程材料（于永泗 齊民 第七版）課后習題答案第一章1-1、可否通過增加零件尺寸來提高其彈性模量： 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， 其他強化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小。所以不能通過增大尺寸來提高彈性模量。1-2、工程上的伸長率與選取的樣品長度有關(guān)，為什么：伸長率等于，當試樣（d）不變時，增加，則伸長率S下降，只有當/為常數(shù)時，不同 材料的伸長率才有可比性。所以伸長率與樣品長度有關(guān)。1-3、 和兩者有什么關(guān)系？在什么情況下兩者相等？ 為應力強度因子，為平面應變斷裂韌度，為的一個臨界值，當增加到一定值時，裂紋便失穩(wěn)擴展，材料

2、發(fā)生斷裂，此時，兩者相等。1-4、如何用材料的應力- 應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過程所吸收的能量，即拉伸曲線（應力應變曲線）與橫坐標所包圍的面積。第二章2-1、從原子結(jié)構(gòu)上說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， 而原子在空間呈無序排列的固體稱為非晶體。晶體長程有序，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、說明在液體結(jié)晶的過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

3、列飛小原子團，這些小原子團或大或小，時聚時散，稱為晶胚。在以上，由于液相自由能低，晶胚不會長大，而當液態(tài)金屬冷卻到以下后，經(jīng)過孕育期，達到一定尺寸的晶胚將開始長大，這些能夠連續(xù)長大的晶胚稱為晶核。3-2、固態(tài)非晶合金的晶化過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：在一個枝晶范圍內(nèi)或一個晶粒范圍內(nèi)，成分不均勻的現(xiàn)象叫做枝晶偏析。 結(jié)合二元勻晶轉(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。然而在實際生產(chǎn)

4、中，由于冷速較快，合金在結(jié)晶過程中，固相和液相中的原子來不及擴散， 使得先結(jié)晶出的枝晶軸含有較多的高熔點元素，而后結(jié)晶的枝晶中含有較多低熔點元素。冷速越快，液固相間距越大，枝晶偏析越嚴重。3-4、結(jié)合相圖分析含 0.45% C 1.2% C和3.0% C的Fe-C合金在緩慢冷卻過程中的轉(zhuǎn)變及室溫下的組織。0.45% C: f L+S - L+S + 丫 -L+丫 丫 丫 +e-P+丫 + %。室溫組織： P+% 1.2%C: L L+丫 - 丫 +二次滲碳體一二次滲碳體。室溫組織：P+二次滲碳體。3.0%C L-L+丫 7 L+丫 +Le + + Le+次滲碳體-P+丫 +二次滲碳體+ i次滲

5、碳 體-Le+二次滲碳體+P。室溫組織：Le+二次滲碳體+P。3-6、說明Fe-C合金中5種類型滲碳體的形成和形態(tài)特點。 一次滲碳 體：由液相直接析出，黑色的片層。二次滲碳體：含碳量超過0.77%的鐵碳合金自1148c冷卻至727c時，會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727c向室溫冷卻的過程中，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。共分滲碳體：共晶白口鑄鐵由液態(tài)冷卻到1148c是發(fā)生共晶反應，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，由奧氏體相析出鐵 素體和共析滲碳體。為黑色的片層。3

6、-7、說明金屬實際凝固時，鑄錠的 3中宏觀組織的形成機制。 鑄錠 的宏觀組織由表層細晶區(qū)、柱狀晶區(qū)和中心等軸晶區(qū) 3個晶區(qū)組成。 表層細晶區(qū)：當高溫的液體金屬被澆注到鑄型中時， 液體金屬首先 與鑄型的模壁接觸，一般來說，鑄型的溫度較低，產(chǎn)生很大的過冷度， 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、晶粒很細的等軸晶區(qū)。柱狀晶區(qū)：表層細晶區(qū)形成以后， 由于液態(tài)金屬的加熱及凝固時結(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)晶前沿過冷度減小，難以形成新的結(jié)晶核心， 結(jié)晶只能通過已有晶體的繼續(xù)生長來進行。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

7、方向擇優(yōu)生長而形成柱狀晶區(qū)。中心等軸晶區(qū)：當柱狀晶區(qū)長大到一定程度，由于冷卻速度進一步 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,導致柱狀晶的長大停止。當心部液體全部冷卻至實際結(jié)晶溫度一下時，以雜志和被沖下的晶枝碎片為結(jié)晶核心均勻長大，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，強度、硬度越高，塑型、韌性也越好？ 因為金屬的晶粒越細，晶界總面積越大，位錯障礙越多， 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。 從而導致金屬強度和硬度越高； 金屬的晶粒越細， 單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，同時參與變形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻，推遲了裂紋的形成于擴展使得在

8、斷裂前發(fā)生了較大的塑性變形， 在強度和塑型同時增加的情況下，其塑型和韌性越好。4-2、黃銅鑄件上的數(shù)碼不慎搓掉如何識別數(shù)碼？用加熱使它再結(jié)晶的方法可以使原來的數(shù)碼再呈現(xiàn)。 因為打字時會使鑄件打字處產(chǎn)生塑性變形， 有預變形存在， 通過加熱再結(jié)晶可使 晶粒 恢復到預變形之前的狀態(tài)，使之顯現(xiàn)出數(shù)碼。4-3、 金屬鑄件的晶粒往往粗大， 能否通過再結(jié)晶退火來細化其晶粒？為什么？ 不能， 因為鑄件沒有產(chǎn)生預變形， 故不能采用再結(jié)晶的方法。4-4、銅只是通過冷加工及隨后加熱來細化晶粒，而鐵則不需要冷加工， 只需加熱到一定溫度便可使晶粒細化， 為什么？ 因為銅不存在同素異構(gòu)的現(xiàn)象， 加熱時晶體的結(jié)構(gòu)不發(fā)生變形

9、， 所以采用冷加工破碎晶粒，產(chǎn)生預變形，從而來消除應力，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，只需加熱到一定溫度便能使晶粒細化。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， 因為這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（承受能力遠超過工件質(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)冷塑加工強度提高， 強度大于載荷， 但吊運熱工件時其溫度升高，使原子擴散能力升高，從而使其產(chǎn)生回復

10、再結(jié)晶，晶?；謴偷揭郧暗臓顟B(tài)，強度降低，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X0.4,鴇的熔點為3380C,其再結(jié)晶溫度為（3380+273）X 0.4273=1187r6,加工溫度小于再結(jié)晶溫度，所以屬于冷加工；錫的熔點為232，其再結(jié)晶溫度為（232+237） X 0.4273=71 C,室溫（25C ）大于再結(jié)晶溫度，所以屬于熱加工。4-8、在冷拔鋼絲時常進行中間退火，原因？如何選擇中間退火的溫度？ 冷拔過程中產(chǎn)生很大應力,在使用過程中要把這種應力消除,使用中間退火會細化晶粒,產(chǎn)生預變形,使強度和硬度提升,

11、消除應力 ,選取的溫度應該小于再結(jié)晶溫度。4-9、 用冷拔高碳鋼絲纏繞螺旋彈簧， 最后要進行何熱處理， 原因是？進行去應力退火,冷拔過程中產(chǎn)生很大應力,退火保證彈簧不會由于應力不確定而恢復原形,同時對彈簧的定型處理可以保證彈簧的彈力。4-10、反復彎折退火鋼絲時，會感到越彎越硬，最后斷裂，為什么？反復彎折會使晶粒變細,因而硬度提高,同時產(chǎn)生應力,使塑性降低,從而會被折斷。第五章5-3、 判斷下列說法正誤，并說明原因。 1.馬氏體是硬而脆的相 。 錯，馬氏體是硬的相 ,滲碳體才是脆的相； 2.過冷奧氏體的冷卻速度大于Vk 時, 則冷速越大,所得馬氏體的硬度越高。 錯，馬氏體硬度取決于含碳量,與冷

12、卻速度無關(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 ,合金元素對淬透性的影響大,但對硬度影響小;4. 本質(zhì)細晶粒鋼的晶?？偸潜缺举|(zhì)粗晶粒鋼的晶粒細。 錯,晶粒的大小與加熱溫度和保溫時間有關(guān).本質(zhì)細晶粒鋼只是加熱時長大的趨向比本質(zhì)粗晶粒鋼小,但不代表本身比本質(zhì)粗晶粒鋼的晶粒細;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，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,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

13、火,得馬氏體,出水停留一段時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 鋼進行表面淬火和用 45 鋼進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)表面淬火或滲碳后,表層的殘余應力是拉應力還是壓應力？原因？ 壓應力,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。5-7、一批45 鋼零件進行熱處理時，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,因為淬火后工件硬度提高,二調(diào)質(zhì)會降低硬度。

14、5-8、將兩個T12鋼小試樣分別加熱到780c和860C,保溫后以大于的速度冷卻至室溫,試回答問題,并說明原因。 1. 哪個溫度淬火后馬氏體晶粒粗大？ 860,溫度越高,奧氏體晶粒成長越快;2. 哪個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,冷卻時奧氏體越多 ;3. 哪個淬火后末溶碳化物量多 ？ 780， 溶碳能力較小 ;4. 哪個淬火適合？ 780,因淬火加熱溫度以得到均勻細小奧氏體為原則 , 以便淬火后獲得細小馬氏體組織 ,高溫下奧氏體易長大形成粗大奧氏體組織 ,故780 加熱好。5-9、分別用45 鋼和 15 鋼制造機床齒輪,要求齒表面具有高的硬度和耐磨性,心部具有

15、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（加強強度和韌性 ）,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 ）,機加工 ,滲碳（提高表面硬度耐磨性 ）,淬火加回火（加強強度和韌性）,磨削,表層回火馬氏體碳化物 ,心部回火索氏體。第六章6-1、鋼的質(zhì)量為什么以磷,硫的含量來劃分？磷對鋼有固化作用 ,降低塑性韌性,產(chǎn)生冷脆現(xiàn)象;硫在加熱時會使鋼發(fā)生熱脆現(xiàn)象,對鋼質(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?為什么?指為了提高

16、鋼的性能,在碳鋼基礎上有意加入一定量的合金元素所獲得的鐵基合金;強度高,塑性韌性好,焊接性好,冷熱壓力加工性能好,耐腐蝕性好 ,因為加入了金屬成分。6-3、加入鋼中的合金元素的作用,舉例。 Cr 含量高,不銹鋼,含量低,提高強度 ;Mn 提高耐磨性 ,細化晶粒;根據(jù)加入的元素可提高強度,韌性 ,耐磨性,耐腐蝕性,加工性能 ,機械性能。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（消除應力,減少殘余奧氏體 ）-磨削.回火馬氏體,細顆粒狀碳化物加少量殘

17、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、說明碳素結(jié)構(gòu)鋼成分特點,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、說明下列牌號中Cr,Mn的作用。40Cr提高弓5度;20CrMnTi:Cr提 高韌性,Mn細化晶粒;GCr15SiMn:Cr提高韌性強度,Mn細化晶 粒;06Cr18Ni9提高電位，耐腐蝕性。6-11、材料庫中：42CrMo,GCr15,T13,60Si2M偎做錘刀，齒

18、輪，汽車板簧 選，材熱處理方法及組織。 錘刀: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 ，請看書）第七章7-1、什么叫做石墨化，影響石墨化的因素，說明鑄鐵各階段石墨化 過程中的組織變化。鑄鐵中碳原子的析出形成石墨的過程叫石墨化， 影響：化學成分、冷卻速度，一：結(jié)晶時一次石墨、二次石墨、共晶 石墨析出，加熱時一次滲碳體、二次滲碳體和共晶滲碳體分離；二： 冷卻時共析石墨析出和加熱時共析滲碳體分解。7-3、指出下列鑄件采用鑄鐵種類和熱處理方式，說明。 (1)機床床 量：灰口鑄鐵，退火，消除內(nèi)應力；(2)柴油機曲軸: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)犁鋅:可鍛鑄鐵，石墨化加退火，強度韌性塑性；(5) 冷凍機缸套:球墨鑄鐵，淬火加回火，消除內(nèi)應力高強度和耐磨性；(6)球磨機襯板: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，難以機械加工，為什么？ 如何處理？這些地方在澆注時冷卻速度較快，形成了共晶白口狀態(tài)， 可退火處理。7-5、灰口鑄鐵在性