沈莲主编《机械工程材料》（第2版）习题与思考题

沈莲主编《机械工程材料》（第2版）习题与思考题第一章机械零件的失效分析1.何谓失效？零件失效方式有哪些？2.静载性能指标有哪些？并说明它们各自的含义。3.过量弹性变形、过量塑性变形而失效的原因是什么？如何预防？4.何谓韧性断裂和脆性断裂的因素的哪些？5.何谓冲击韧性？如何根据冲击韧性来判断材料的低温脆性倾向？6.何谓断裂韧性？如何根据材料的断裂韧度KIC、零件的工作应力σ和零件中裂纹半长度a来判断零件是否会发生低应力脆断？7.压力容器钢的1000sMPas=，1/2170ICKMPam=；铝合金的400sMPas=，1/225ICKMPam=。试问这两种材料制作压力容器时发生低应力脆断时裂纹的临界尺寸各是多少（设裂纹的几何形状因子Yp=）？何者更适宜做压力容器？8.说明典型疲劳断口的特征。如何根据疲劳断口形态大致判断：1）循环应力大小；2）应力特循环周次多少；3）应力集中程度大小。9.疲劳抗力指标有哪些？影响疲劳抗力的因素有哪些？10.磨损失效类型有几种？如何防止零件的各类磨损失效？11.腐蚀失效类型有几种？如何防止零件的各类磨损失效？12.何谓蠕变极限和持久强度？零件在高温下的失效形式有哪些？如何防止？13.有一根轴向尺寸很大的轴，在500℃温度下工作，承受交变扭转载荷和交变弯曲载荷，轴颈处承受摩擦力和接触应力，试分析此轴的失效形式可能有哪几种？设计时需要考核哪几个力学性能指标？第二章碳钢1.何谓过冷度?为什么结晶需要过冷度?它对结晶后晶粒大小有何影响?2.何谓晶体、单晶体、多晶体、晶体结构、点阵、晶格、晶胞?3.金属中常见的晶体结构类型有哪几种?α-Fe、γ-Fe、A1、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各属何种晶体结构?4.何谓同素异构转变?纯铁在常压下有哪几种同素异构体?各具有何种晶体结构?5.实际晶体中的晶体缺陷有哪几种类型?它们对晶体的性能有何影响?机械工程材料习题集西安交通大学材料学院16.固溶体和化合物有何区别?固溶体类型有哪几种?Si、N、Cr、Mn、Ni、B、V、Ti、W与铁和碳形成何种固溶体或化合物?7.何谓匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变、固溶体的二次析出转变?根据Fe-Fe3C相图写出它们的转变反应式，并说明转变产物的名称、形态及对铁碳合金力学性能的影响。8.根据所学相图知识回答下列问题：(1)图2-59a和b中的A-B：二元合金相图各属于什么类型的相图?(2)分析图2-59a中合金①、②、③、④分别从液态缓慢冷却至室温时的结晶过程和室温组织。并应用杠杆定律计算各合金室温下的组织组成物和相组成物的质量分数。(3)分析图2-59b中合金①、②、③分别从液态缓慢冷却至室温时的结晶过程和室温组织。并应用杠杆定律计算各合金室温下的组织组成物和相组成物的质量分数。9.画出Fe-Fe3C相图，填出图中各区的相和组织。并分析工业纯铁、Cw为0.3％、Cw为0.77％、'Cw为1.2％、Cw为3.0％、Cw为4.3％、Cw为5.0％的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织。并应用杠杆定律计算室温下的组织组成物和相组成物的质量百分数。10.根据Fe-Fe3C相图说明产生下列现象的原因：(1)Cw=1.0％的钢比Cw=0.5％的钢硬度高。(2)Cw=0.77％的钢比Cw=1.2％的钢强度高。(3)钢可进行压力加工(如锻造、轧制、挤压、拔丝等)成形，而铸铁只能铸造成形，而且铸铁的铸造性能比钢好。11.钢中常存杂质元素有哪些?对钢的性能有何影响?12.何谓冷压力加工和热压力加工?钢经冷压力加工和热压力加工后的组织和性能有何不同?图2-59A-B二元合金相图机械工程材料习题集西安交通大学材料学院213.何谓临界变形度?为什么冷、热压力加工时都要避开临界变形度?1.14.何谓加工硬化?它给生产带来哪些好处和困难?钢丝在冷拉过程中为什么要进行中间退火?如何选择中间退火温度?并以工业纯铁为例，说明中间退火过程中组织和性能的变化。14.用冷拔高碳钢丝缠绕螺旋弹簧，最后要进行何种退火处理?为什么?15.指出下列钢的类别、主孽特点及用途：①Q215-A.P；②Q55-B；③10钢；④45钢；⑤65钢；⑥T12A。第三章钢的热处理1.何谓过冷奥氏体?如何测定钢的奥氏体等温转变图?奥氏体等温转变有何特点?2.共析钢奥氏体等温转变产物的形成条件、组织形态及性能各有何特点?3.影响奥氏体等温转变图的主要因素有哪些?比较亚共析钢、共析钢、过共析钢的奥氏体等温转变图。4.比较共析碳钢过冷奥氏体连续冷却转变图与等温转变图的异同点。如何参照奥氏体等温转变图定性地估计连续冷却转变过程及所得产物?5.钢获得马氏体组织的条件是什么?钢的含碳量如何影响钢获得马氏体组织的难易程度？6.钢在被处理成马氏体组织时为什么还会有残余奥氏体存在?对钢的性能有何影响?7.生产中常用的退火方法有哪几种?下列钢件各选用何种退火方法?它们退火加热的温度各为多少?并指出退火的目的及退火后的组织：(1)经冷轧后的15钢钢板，要求保持高硬度；(2)经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度；(3)ZG270--500(原ZG35)的铸造齿轮毛坯；(4)锻造过热的60钢锻坯；(5)具有片状渗碳体的T12钢坯。8.指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的、正火加热的温度、及正火后的显微组织:(1)钢齿轮；(2)45钢小轴；(3)T12钢锉刀。9.什么是淬火?常用几种淬火介质各有何优缺点并适用于何种情况?10.如何确定碳钢的淬火加热温度?为什么要如此确定?常用淬火方法有哪几种?11.何谓钢的淬透性?影响淬透性的因素有哪些?在选材中如何考虑钢的淬透性?12.回火的目的是什么?常用的回火方法有哪几种?指出各种回火的加热温度、回火组机械工程材料习题集西安交通大学材料学院3织、性能及应用范围。说明回火马氏体、回火托氏体、回火索氏体与马氏体、托氏体、索氏体的组织和性能有何不同。13.对钢进行表面热处理的目的何在?比较表面淬火、渗碳、渗氮处理在用钢、处理工艺、表层组织、性能、应用范围等方面的差别。14.选择下列零件的热处理方法，并制定工艺路线(各零件均选用锻造毛坯，且钢材具有足够的淬透性)：(1)某机床主轴，要求良好的综合力学性能，轴颈部分要求耐磨(50～58HRC)。材料选用45钢；(2)某机床变速箱齿轮(模数m=4)，要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高。材料选用45钢；(3)镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有极高的综合力学性能。材料选用38CrMoAIA；(4)形状简单的车刀，要求耐磨(60～62HRC)。材料选用T10钢。15.何谓真空热处理?真空热处理有何作用?真空热处理有哪些应用，有什么优点?16.何谓可控气氛热处理?可控气氛主要由哪些气体组成，它们与钢铁发生哪些反应?说明可控气氛的类型及应用，以及可控气氛热处理的优点。17.何谓形变热处理，它有哪几种基本类型?各类形变热处理对提高材料性能有何作用，其原因何在，在何种情况下应用?第四章合金钢1.哪些合金元素可使钢在室温下获得铁素体组织?哪些合金元素可使钢在室温下获得奥氏体组织?并说明理由。2.合金元素对钢的奥氏体等温转变图和Ms点有何影响?为什么高速钢加热得到奥氏体后经空冷就能得到马氏体，而且其室温组织中含有大量残余奥氏体?3.何谓回火稳定性、回火脆性、热硬性?合金元素对回火转变有哪些影响?4.为什么高速切削刀具要用高速钢制造?为什么尺寸大、要求变形小、耐磨性高的冷变形模具要用Crl2MoV钢制造?它们的锻造有何特殊要求?为什么，其淬火、回火温度应如何选择?5.比较合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、轴承钢的成分、热处理、性能的区别及应用范围。6.比较不锈钢和镍基耐蚀合金、耐热钢和高温合金、低温钢的成分、热处理、性能的区别及应用范围。7.比较低合金工具钢和高合金工具钢的成分、热处理、性能的区别及应用范围，8.下列零件和构件要求材料具有哪些主要性能?应选用何种材料(写出材料牌号)?机械工程材料习题集西安交通大学材料学院4应选择何种热处理?并制订各零件和构件的工艺路线。(1)大桥(2)汽车齿轮(3)镗床镗杆(4)汽车板簧(5)汽车、拖拉机连杆螺栓(6)拖拉机履带板(7)汽轮机叶片(8)硫酸、硝酸容器(9)锅炉(10)加热炉炉底板9.判断下列钢号的类别、成分、常用的热处理方法及使用状态下的显微组织和用途：16Mn、ZGMnl3、40Cr、35CrMo、20CrMnTi、4Crl3、GCrl5、60Si2Mn、12CrMo、Crl2MoV、3Cr2W8V、9SiCr、5CrNiMo、W18Cr4V、CrWMn、1Crl8Ni9Ti、Crl7、38CrMoALA。第五章铸铁1.何谓石墨化?铸铁石墨化过程分哪三个阶段?对铸铁组织有何影响?2.试述石墨形态对铸铁性能的影响?3.灰铸铁中有哪几种基本相?可以组成哪几种组织形态?4.为什么铸铁的..kbaσδ比钢低?为什么铸铁在工业上又被广泛应用?为什么球墨铸5.简述铸铁的使用性能及各类铸铁的主要应用。6.可锻铸铁是如何获得的?所谓黑心、白心可锻铸铁的含义是什么?可锻铸铁可以锻造吗？7.下列铸件宜选择何种铸铁铸造：①机床床身；②汽车、拖拉机曲轴；③1000～1100℃加热炉炉体；④硝酸盛贮器；⑤汽车、拖拉机转向壳；⑥球磨机衬板。第六章有色金属及其合金1.铝合金是如何分类的？2.各类铝合金可通过哪些途径进行强化？3.铝合金的热处理的工艺、组织和性能特点是什么？它与钢的淬火、回火变化有何不同？4.铝硅金为什么具有良好的铸造性能？在变质处理前后其组织与性能有何变化？这类铝合金主要应用在哪些方面？5.变形铝合金包括哪几类铝合金?用2A01(原LYl)作铆钉应在何状态下进行铆接?在何时得到强化？6.变形镁合金包括哪几类镁合金?它们各自的性能特点是什么?7.铸造镁合金分哪几类?它们的性能特点各是什么?8.铜合金分哪几类?不同铜合金的强化方法与特点是什么?9.黄铜分为几类?分析含Zn量对黄铜的组织和性能的影响。机械工程材料习题集西安交通大学材料学院510.黄铜在何种情况下产生应力腐蚀?如何防止?11.青铜如何分类?说明含Zn量对锡青铜组织与性能的影响，分析锡青铜的铸造性能特12.按应用白铜如何分类?所谓“康铜’’是什么铜合金，它的性能与应用特点是什么?13.钛合金分为几类?钛合金的性能特点与应用是什么?14.轴承合金对性能和组织的要求有哪些?15.轴承合金常用合金类型有哪些?请为汽轮机、汽车发动机曲轴和机床传动轴选择合16.指出下列合金的类别，牌号或代号意义及主要用途(1)ZL102、ZL109、ZL303、ZL401(2)2A12(原LYl2)、2A70(原LD7)、3A21(原LF21)、5A05(原LF5)(3)H70、ZCuZn38、ZCuZnl6Si4、HPb63-3(4)ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuPb30、ZcuA19Mn2、QBe2(5)ZSnSbllCu6、ZPbSbl6Snl6Cu2、ZCuPb15Sn8、ZA1Sn6CulNi1第七章高分子材料1.简述高分子链的结构特点，它们对高聚物性能有何影响?2.何谓结晶度?它受哪些因素影响?对高聚物性能有何影响?3.塑料与橡胶的本质区别是什么?4.简述高分子材料的力学性能、物理性能和化学性能特点。5.高聚物的聚合方式有哪几种?各有何特点?6.高聚物改性途径有哪些?何谓老化?如何防止高聚物老化?7.试述常用工程塑料的种类、性能特点及应用。8.试述常用合成橡胶的种类、性能特点及应用。9.试述常用合成纤维的种类、性能特点及应用。10.试述常用合成胶粘剂的种类、性能特点及应用。如何正确选用胶粘剂?第八章陶瓷材料1.何谓陶瓷?陶瓷的组织由哪些相组成?它们对陶瓷性能各有何影响?2.陶瓷材料的主要结合键是什么?从结合键角度分析陶瓷材料的性能特点。3.简述陶瓷材料的力学性能、物理性能、化学性能特点。4.简述常用工程结构陶瓷的种类、性能特点及应用。5.何谓金属陶瓷?硬质合金的成分特点是什么?