机械工程材料_习题集答案

1作业01力学性能参考答案一、下列情况分别是因为哪一个力学性能指标达不到要求？1.紧固螺栓使用后发生塑性变形。(屈服强度)2.齿轮正常负荷条件下工作中发生断裂。(疲劳强度)3.汽车紧急刹车时，发动机曲轴发生断裂。(冲击韧度)4.不锈钢圆板冲压加工成圆柱杯的过程中发生裂纹。(塑性)5.齿轮工作在寿命期内发生严重磨损。(硬度)二、下列现象与哪一个力学性能有关？1.铜比低碳钢容易被锯割。(硬度)2.锯条易被折断，而铁丝不易折断。(塑性)p151-4甲、乙、丙、丁四种材料的硬度分别为45HRC、90HRB、800HV、240HBS，试比较这四种材料硬度的高低。答：45HRCHV：445)45112(10)HRC112(10HV26262290HRBHB：183901307300HRB1307300HB所以，800HV＞45HRC＞240HBS＞90HRB作业02a金属结构与结晶参考答案一、判断题（×）1.凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。（×）2.室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越低。二、选择题（b）1.金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将：a.越高b.越低c.越接近理论结晶温度（b）2.为细化晶粒，可采用：a.快速浇注b.加变质剂c.以砂型代金属型（c）3.晶体中的位错属于：a.体缺陷b.面缺陷c.线缺陷d.点缺陷2三、填空题1.晶体与非晶体结构上的最根本的区别是，晶体内原子排列是：（有规则、周期性的）。2.γ-Fe的一个晶胞原子数=（4）。3.α-Fe、Al、Cu、Ni、V、Mg、Zn各属何种晶体结构：体心立方：（α-Fe、V）；面心立方：（Al、Cu、Ni）；密排六方：（Mg、Zn）4.实际金属晶体中存在：（点、线、面）三种缺陷，引起晶格（畸变）。5.结晶过程是靠两个密切联系的基本过程来实现的，它们是：（形核）和（晶核长大）。6.当对金属液体进行变质处理时，变质剂可起到增加（晶核）数量的作用。7.过冷度是指（理论结晶）温度与（开始结晶）温度之差。8.在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，细化晶粒常采用：（提高过冷度）和（变质处理）和振动结晶等措施.作业02b合金结晶与相图参考答案一、填空题1.溶质溶入使固溶体的强度和硬度（提高），这种现象叫（固溶强化），其原因是（晶格）畸变，引起变形抗力增加。2.间隙固溶体与间隙相的区别是：间隙固溶体的晶格类型与溶剂（相）同，间隙相的晶格类型与任一组元都（不）同。3.共晶转变的特点是转变过程温度（恒定不变）。4.与纯金属相比，合金具有更（高）的强度、硬度。二、问答题将20kg纯铜和30kg纯镍熔化后慢冷至T1温度，求此时：(1)液、固两相L和α的化学成分(2)两相的相对重量(3)两相的质量答:整个合金含Ni的质量分数为：X=30/(20+30)=60%(1)两相的化学成分为：液相XL=50%固相Xα=80%3(2)两相的相对重量为：液相mL=(80-60)/(80-50)≈67%固相mα=1-67%=33%(3)两相的质量为：液相ML=50×67%=33(kg)固相Mα=50×33%=17(kg)作业02cFe-C相图参考答案一、判断题（×）1.铁素体的本质是碳在α-Fe中的间隙相。（√）2.珠光体P实质上是由铁素体F和渗碳体Fe3C两个相组成。（×）3.在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳含量为4.3%的铁碳合金才能发生共晶反应。（×）4.退火状态（接近平衡组织）的亚共析钢中，碳含量为0.45%比0.20%的塑性和强度都高。二、选择题（a）1.奥氏体是：a.碳在γ-Fe中的间隙固溶体b.碳在α-Fe中的间隙固溶体c.碳在α-Fe中的置换固溶体（b）2.珠光体是一种：a.单相固溶体b.两相混合物c.Fe与C的化合物三、问答题1.设珠光体P的硬度HP=200HBS，伸长率δP=20%；铁素体F的硬度HF=80HBS，伸长率δF=50%。计碳含量X（wC）=0.45%碳钢的硬度H和伸长率δ。答:(1)P的碳含量XP=0.77%F的碳含量XF≈0%(2)碳钢中P和F的相对重量为：F=(XP-X)/(XP-XF)=(0.77-0.45)/(0.77-0)≈42%P=1-42%=58%(3)碳钢的硬度H=HPP+HFF=200×58%+80×42%=150(HBS)碳钢的伸长率δ=δPP+δFF=20%×58%+50%×42%=33%00.450.77XFXXP42.用显微镜观察某亚共析钢，估计其中的含珠光体的体积分数为80%，估算此钢的碳含量。答:亚共析钢室温组织是由珠光体P和铁素体F组成：(1)P的碳含量XP=0.77%F的碳含量XF≈0%(2)珠光体的相对重量P≈80%铁素体的相对重量F=1-P=1-80%=20%(3)钢的碳含量X=XPP+XFF=0.77%×80%+0%×20%≈0.62%作业03a热处理基础参考答案一、判断题（×）1.马氏体M的本质是C在α-Fe中的过饱和固溶体。当奥氏体A向M转变时，体积要收缩。（×）2.当共析成分的奥氏体A在冷却发生珠光体转变时，温度越低，其转变产物组织越粗。（√）3.马氏体M中C的过饱和度大，固溶强化效果显著，所以其硬度很高。（√）4.高碳马氏体中C的过饱和度大，晶格畸变大，所以其脆性大。二、选择题（a）1.奥氏体A向珠光体P的转变是：a.扩散型转变b.非扩散型转变c.半扩散型转变（c）2.共析钢的过冷A在550～350℃的温度区间等温转变时，所形成的组织是：a.索氏体Sb.下贝氏体B下c.上贝氏体B上d.珠光体P（c）3.马氏体M的硬度取决于：a.冷却速度b.转变温度c.碳含量三、填空题1.在过冷奥氏体等温转变产物中，P和T都是（层片）状的珠光体型组织，但T的层片间距较（小）。2.用光学显微镜观察，上B的组织特征呈（羽毛）状，而下B则呈（黑色针）状。3.马氏体的显微组织形态主要有（板条）状、（针或片）状两种。其中（板条）状M的韧性较好。四、问答题直径为10mm的共析钢小试样加热Ac1+30℃，用图示的冷却曲线进行冷却，各得到的什么组织，属于什么热处理方法？5答:a：M+残余A单液淬火b：M+残余A分级淬火c：T+M油冷淬火d：B下等温淬火e：S正火f：P退火g：P等温退火作业03b热处理工艺参考答案一、判断题（×）1.高合金钢既具有良好的淬透性，也具有良好的淬硬性。（×）2.表面淬火既能改变钢的表面组织，也能改变心部组织和性能。（×）3.经退火后再高温回火的钢，能得到回火S组织，具有良好的综合机械性能。（√）4.钢的淬透性高，则其淬透层的深度也越大。二、选择题（b）1.淬硬性好的钢具有：a.高的合金元素含量b.高的含C量c.低的含C量（a）2.对形状复杂、截面变化大的零件进行淬火时，应选用：a.高淬透性钢b.中淬透性钢c.低淬透性钢（b）3.直径为10mm的40钢（Ac3=780℃）的常规淬火温度大约为：a.750℃b.850℃c.920℃（a）4.上述正确淬火后的显微组织为：a.Mb.F+Mc.M+P（b）5.完全退火主要适用于：a.共析钢b.亚共析钢c.过共析钢（b）6.钢的回火处理是在：a.退火后进行b.淬火后进行c.正火后进行（c）7.20钢的渗C温度范围是：a.600～650℃b.800～820℃c.900～950℃d.1000～1050℃6（c）8.钢的淬透性主要取决于：a.C含量b.冷却介质c.合金元素三、填空题1.球化退火的主要目的是（降低）硬度，（提高）切削性及韧性，它主要适用于（过共析）钢。2.亚共析钢和过共析钢的正常淬火温度范围分别是（Ac3+30～50℃）和（Ac1+30～50℃）。3.淬火钢进行回火的目的是（减少或消除）淬火应力，（调整）力学性能，（稳定）工件的组织和尺寸。回火温度越高，钢的强度与硬度越（低）。4.钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越（靠右），说明临界冷却速度越（小）。作业05铸铁参考答案一、判断题（×）1.可锻铸铁在高温时可以进行锻造加工。（√）2.球墨铸铁可通过调质处理和等温淬火工艺提高其机械性能。（×）3.可以通过球化退火使灰铸铁变成球墨铸铁。二、填空题1.影响石墨化的主要因素是（化学成分）和（冷却速度）。2.灰铸铁中C主要以（片）状的（石墨）形式存在。3.可锻铸铁中石墨的形态为（团絮状）。4.球墨铸铁中石墨的形态为（球状），应力集中效应（小），所以其强度、塑韧性较灰铸铁（高）。5.HT200牌号中“HT”表示（灰铸铁）,“200”表示（σb≥200MN/m2）。6.生产球墨铸铁常选用（稀土Mg）作球化剂。7.形状复杂的大型铸铁件在500～600℃进行时效处理，目的是（消除内应力）。作业06非铁金属参考答案填空题1.H59属于（普通黄铜），“59”表示（含Cu59%）。2.ZCuSn10P1属于（铸造Sn青铜），“10”表示（含Sn10%）。3.QBe2属于（Be青铜），“2”表示（含Be2%）。74.ZChSnSb11-6属于（Sn基轴承合金），“11”表示（含Sb11%）。5.LC4属于（超硬Al合金）,LF21属于（防锈Al合金）。6.铝合金件淬火后于140℃进行时效处理，目的是（提高强度）。7.下列材料常用的强化方法：紫铜——冷变形强化（加工硬化）45钢——固溶强化（淬火）HT350——变质处理LY12——时效强化ZL102——变质处理作业04a钢-结构钢参考答案一、判断题（×）1.所有的合金元素都能提高钢的淬透性。（×）2.合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。二、填空题1.除Co、Al外，几乎所有的合金元素都使Ms点（下降）。2.20钢属于（优质碳素结构）或（渗碳）钢，可制造（冲压、焊接件）或（小型渗碳件）。3.Q345(16Mn)是（低合金高强度结构）钢，可制造（桥梁）。4.40Cr是（合金调质）钢，可制造（车床齿轮）。5.20CrMnTi是（合金渗碳）钢，最终热处理工艺是（渗碳+淬火+低温回火）。6.60Si2Mn是（合金弹簧钢）钢。作业04b工具-特殊钢参考答案一、判断题（×）1.T8钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。（×）2.T8钢与20MnVB相比，淬硬性和淬透性都较低。（×）3.调质钢的合金化主要是考虑提高其红硬性。（×）4.高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成型。（√）5.高速钢采用很高温度淬火，其目的是使碳化物尽可能多地溶入A中，从而提高钢的红硬性。8（√）6.A型不锈钢可采用加工硬化提高强度。（×）7.A不锈钢的热处理工艺是淬火后低温回火处理。（√）8.GCr15钢制造的高精度丝杠于淬火后进行冷处理，可消除残余A，以提高尺寸稳定性。二、填空题1.T12是（碳素工具）钢，可制造（锯条、量规）。2.9SiCr是（合金量具刃具）钢，可制造（板牙、丝锥）。3.5CrMnMo是（热作模具）钢，可制造（中型锤锻模）。4.Cr12MoV是（冷作模具）钢，可制造（冷冲模）。5.1Cr13是（M型不锈钢）钢，可制造（汽轮机叶片）。作业13选材参考答案1.欲做下列零件，试为其各选一材料。（待选材料：ZChPb16-16-2、Q195、45、65Mn、T13）答：小弹簧——65Mn高速轴承——ZChPb16-16-2螺钉——Q195锉刀——T13齿轮——45（第2、3题的待选材料：H68、20CrMnTi、T10、GCr9、60Si2Mn、45、15MnV、2Cr13、LC6、40Cr、Cr12MoV）2.某汽车变速箱齿轮，要求σb≥1050MPa，AK≥52J，齿面硬度≥HRC58，试选一材料，并制定最终热处理工艺。答：选材——20CrMnTi，σb≥1080MPa，AK≥55J，齿面：HRC≥58～64。热处理工艺——930℃渗碳+850℃油淬+870℃油淬+200℃回火3.某连杆螺栓，要求σb≥950MPa，σs≥700MPa，AK≥45J，试选一材料，并制定最终热处理工艺。9答：选材——40Cr，σb≥980MPa，σs≥785MPa，AK≥47J。热处理工艺——850℃油淬+520℃回火《机械工程材料》试题