第3章工程材料的基本知識練習(xí)題及答案

第3章工程材料的基本知識3-1金屬材料的力學(xué)性能包括哪幾方面？解：金屬材料的力學(xué)性能包括強(qiáng)度、硬度、塑性、沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度等。3-2什么是強(qiáng)度？什么是硬度？硬度包括哪些內(nèi)容？解：強(qiáng)度是指金屬材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力。硬度是指金屬材料表面抵抗外部壓力的能力。它包括布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。3-3什么是結(jié)晶？解：絕大多數(shù)金屬制件都是經(jīng)過熔化、冶煉和澆注而獲得的，這種由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程，稱為凝固。如果凝固的固態(tài)物質(zhì)是晶體，則這種凝固又稱為結(jié)晶。3-4什么是合金？解：所謂合金是指由一種金屬元素與一種或幾種其他元素結(jié)合而形成的具有金屬特性的新物質(zhì)。3-5試分析鐵碳合金相圖。解：鐵碳合金相圖是表示在緩慢冷卻（或緩慢加熱）的條件下，不同成分的鐵碳合金的狀態(tài)或組織隨溫度變化的圖形，如圖3-14所示。圖3-14鐵碳合金相圖1）鐵碳合金相圖的特性點(diǎn)鐵碳合金相圖中幾個特性點(diǎn)的含義見表3-2。表3-2鐵碳合金相圖中幾個特性點(diǎn)的含義特性點(diǎn)溫度/℃含碳量wC/（%）含義A15380純鐵的熔點(diǎn)C11484.3共晶點(diǎn)D12276.69滲碳體的熔點(diǎn)E11482.11碳在-Fe中的最大溶解度點(diǎn)F11486.69共晶滲碳體成分點(diǎn)G9120純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)P7270.0218碳在-Fe中的最大溶解度點(diǎn)S7270.77共析點(diǎn)Q室溫0.0008碳在-Fe中的溶解度點(diǎn)2）鐵碳合金相圖的特性線鐵碳合金相圖中幾條特性線的含義見表3-3。表3-3鐵碳合金相圖中幾條特性線的含義特征線含碳量wC/（%）含義ACD0～6.69液相線AC0～4.3奧氏體結(jié)晶開始線CD4.3～6.69一次滲碳體結(jié)晶開始線AECF0～6.69固相線AE0～2.11奧氏體結(jié)晶終了線ECF2.11～6.69共晶線GS0～0.77鐵素體析出線SE0.77～2.11二次滲碳體析出線PSK0.0218～6.69共析線GP0～0.0218鐵素體轉(zhuǎn)變終了線PQ0～0.0218三次滲碳體析出線3）鐵碳合金相圖的特性相區(qū)鐵碳合金相圖中幾個特性相區(qū)的含義見表3-4。表3-4鐵碳合金相圖中幾個特性相區(qū)的含義特性相區(qū)特性相組成含義ACD線以上相區(qū)L液相區(qū)ACEA相區(qū)L+A液體與奧氏體共存區(qū)CDFC相區(qū)L+Fe3C液體與一次滲碳體共存區(qū)AESGA相區(qū)A單一奧氏體區(qū)EFKSE相區(qū)A+Fe3CⅡ+Ld+Fe3奧氏體、二次滲碳體、萊氏體和一次滲碳體共存區(qū)GSPG相區(qū)F+A鐵素體與奧氏體共存區(qū)GPQG相區(qū)F單一鐵素體區(qū)QPSK線以下相區(qū)F+P+Fe3CⅡ+Ld+Fe3鐵素體、珠光體、二次滲碳體、萊氏體和一次滲碳體共存區(qū)3-6簡述常用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的用途。解：低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼有較高的強(qiáng)度，可以大幅度減輕結(jié)構(gòu)重量，節(jié)約鋼材，在工程結(jié)構(gòu)中推廣使用。常用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號、化學(xué)成分、力學(xué)性能和用途見表3-8。表3-8常用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號、化學(xué)成分、力學(xué)性能和用途牌號質(zhì)量等級化學(xué)成分/（%）力學(xué)性能用途wCwSiwMn下屈服強(qiáng)度ReL/（N/mm2）抗拉強(qiáng)度Rm/（N/mm2）斷后伸長率A/（%）Q345A≤0.20≤0.50≤1.70265～345450～63017～21具有良好的綜合力學(xué)性能，塑性和焊接性良好，沖擊韌性較好，一般在熱軋或正火狀態(tài)下使用，用于制造橋梁、船舶、車輛、管道、鍋爐、各種容器、油罐、電站、廠房結(jié)構(gòu)、低溫壓力容器等結(jié)構(gòu)件BCD≤0.18EQ390A≤0.20≤0.50≤1.70310～390470～65018～20具有良好的綜合力學(xué)性能，焊接性及沖擊韌性較好，一般在熱軋狀態(tài)下使用，用于制造鍋爐汽包，中高壓石油化工容器、橋梁、船舶、起重機(jī)、較高負(fù)荷的焊接件、連接構(gòu)件等BCDEQ420A≤0.20≤0.50≤1.70340～420500～68018～19具有良好的綜全力學(xué)性能，優(yōu)良的低溫韌度，焊接性好，冷熱加工性良好，一般在熱軋或正火狀態(tài)下使用，用于制造高壓容器、重型機(jī)械、橋梁、船舶、機(jī)車車輛、鍋爐及其他大型焊接結(jié)構(gòu)件等BCDEQ460C≤0.20≤0.60≤1.80380～460530～72016～17適用于制造中溫高壓容器（＜120℃）、鍋爐、化工、石油高壓厚壁容器（＜100℃），經(jīng)過淬火、回火后可3-7鑄鐵按石墨的形態(tài)可分為哪幾類？解：鑄鐵根據(jù)石墨的形態(tài)，鑄鐵可分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和可鍛鑄鐵3-8灰鑄鐵常用的熱處理工藝有哪幾種？解：灰鑄鐵常用的熱處理工藝有以下幾種：（1）消除內(nèi)應(yīng)力退火。消除內(nèi)應(yīng)力退火又稱為人工時效。采用該熱處理方法主要是為了消除鑄件在鑄造過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，防止鑄件變形或開裂。該熱處理方法常用于形狀復(fù)雜的鑄件，如機(jī)床機(jī)身、柴油機(jī)汽缸等。其熱處理工藝為加熱—保溫—爐冷—空冷。（2）消除白口組織退火。鑄件的表層和薄壁處由于鑄造時冷卻速度快，易產(chǎn)生白口組織，使灰鑄鐵硬度提高、加工困難，需進(jìn)行退火以降低硬度。其熱處理工藝也為加熱—保溫—爐冷—空冷。（3）表面淬火。對于一些表面要求高硬度和高耐磨性的鑄件，如機(jī)床導(dǎo)軌、缸體內(nèi)壁等，可進(jìn)行表面淬火處理。3-9鋁合金有哪些優(yōu)良性能？解：純鋁的力學(xué)性能不高，不宜用作承受較大載荷的結(jié)構(gòu)零件。為了提高純鋁的力學(xué)性能，有效地方法是在純鋁中加入適量的硅、銅、鎂、錳等合金元素，以制成鋁合金。像鋼一樣，鋁合金可借助熱處理進(jìn)行強(qiáng)化，但與鋼的熱處理不同，固態(tài)鋁無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，只能通過熱處理提高其力學(xué)性能，并且這些鋁合金仍具有純鋁原有的密度小、耐蝕性好、導(dǎo)熱性好等特點(diǎn)。3-10陶瓷從廣義上講包括什么？解：廣義上的陶瓷應(yīng)包括陶器、瓷器、玻璃、搪瓷、耐火材料等。3-11判斷零件選材是否合理的基本標(biāo)志是什么