《工程材料》课程练习题

1《工程材料》课程练习题绪论0.1解释概念：晶体、金属键、离子键、分子键、共价键。0.2试比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料在结合键上的差别。0.3石墨(大部分为金属键)和金刚石(全为共价键)都是纯碳,但前者是电的良导体而后者是电的不良导体。试根据金属键和共价键的特性解释这一现象。第1章材料的结构与性能特点1.1解释概念：致密度、晶格、晶胞、单晶体、多晶体、晶粒、亚晶粒、晶界、晶体的各向异性、刃型位错、空位、间隙原子。1.2画出体心立方、面心立方和密排六方晶体中原子最密排的晶面和晶向。1.3间隙固溶体和间隙相有什么不同？1.4实际金属晶体中有哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？1.5金属的理化性能有哪些？1.6作图表示立方晶系中的(110)、（120）晶面和[211]、201晶向。1.7画出线型非晶态高聚物的变形随温度变化的曲线。第2章金属材料组织与性能的控制2.1解释概念：过冷度、晶粒度、变质处理、加工硬化、再结晶、热加工、滑移、相、组织、固溶体、金属间化合物、枝晶偏析、同素异构转变、铁素体、珠光体、本质晶粒度、临界冷却速度、马氏体、淬透性、淬硬性、调质处理、回火脆性、二次硬化、回火稳定性。2.2.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，细化晶粒提高金属材料使用性能的措施有哪些？2.3如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下铸造晶粒的大小：（1）金属模浇铸与砂模浇铸；（2）变质处理与不变质处理；（3）铸成薄件与铸成厚件；（4）浇铸时采用震动与不采用振动。2.4比较退火状态下的45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性的高低，简述原因。2.5为什么细晶粒钢强度高，塑性、韧性好？2.6金属塑性变形后组织和性能会有什么变化?2.7用冷却曲线表示E点成分的铁碳合金的平衡结晶过程,画出室温组织示意图,标上组织组成物，计算室温平衡组织中组成相和组织组成物的相对重量。22.8比较退火状态下的45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性的高低，简述原因。2.9指出A1、A3、Acm、Ac1、Ac3,、Accm、Ar、Ar3、Arcm各临界点的意义。2.10说明共析钢C曲线各个区、各条线的物理意义,并指出影响C曲线形状和位置的主要因素。2.11何谓钢的临界冷却速度?它的大小受哪些因素影响?它与钢的淬透性有何关系?2.12试比较索氏体、屈氏体、马氏体和回火索氏体、回火屈氏体、回火马氏体之间在形成条件、金相形态与性能上的主要区别。2.13试说明表面淬火、渗碳、氮化处理工艺在选用钢种、性能、应用范围等方面的差别。2.14直径为10㎜的共析钢的小试样加热到相变点A1以上30℃，用如下图所示的冷却曲线进行冷却，分析其所得到的组织，说明各属于什么热处理方法。2.15确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织：（1）经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度；（2）ZG35的铸造齿轮；（3）锻造过热的60钢钢坯；（4）改善T12钢的切削加工性能。第3章金属材料3.1解释概念：合金元素、固溶处理、红硬性、石墨化、孕育(变质)处理、球化处理、石墨化退火、固溶处理、时效硬化、黄铜、锡青铜。3.2试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别。3.3什么是钢的回火脆性?下列几种钢中，哪类钢的回火脆性严重,如何避免：45、40Cr、35SiMn、40CrNiMo?3.4W18Cr4V钢的Ac1约为820℃，若以一般工具钢AC1+30~50℃的常规方法来确定其淬火加热3温度，最终热处理后能否达到高速切削刀具所要求的性能?为什么?其实际淬火温度是多少?W18Cr4V钢刀具在正常淬火后都要进行560℃三次回火，这又是为什么?3.5试就下列四个钢号：20CrMnTi、65。T8，40Cr讨论如下问题：(a)在加热温度相同的情况下，比较其淬透性和淬硬性，并说明理由；(b)各种钢的用途,热处理工艺，最终的组织。3.6试述渗碳钢和调质钢的合金化及热处理特点。3.7不锈钢的固溶处理和稳定化处理的目的各是什么？3.8指出下表中的各类钢中的合金元素的主要作用。钢号元素合金元素的主要作用20CrMnTiGCr1560Si2MnW18Cr4V40CrNiMoZGMn131Cr18Ni940MnBTiCrSiVMoMnNiB3.9试述石墨形态对铸铁性能的影响。3.10白口铸铁、灰口铸铁和碳钢这三者的成分、组织和性能有何主要区别?3.11指出下列铸铁的类别、用途及性能的主要指标：（a）HT150，HT400；（b）KT350－10，KTZ700－2；（c）QT420－10，QT1200－1。3.12铝合金为什么要进行变质处理？3.13分析4%Cu的Al－Cu合金固溶处理与45钢淬火两种工艺的不同点及相同点。3.14什么是硅铝明?为什么硅铝明具有良好的铸造性能?硅铝明采用变质处理的目的是什么?3.15铜合金性能有哪些特点?第4章高分子材料4.1解释概念：热塑性塑料、热固性塑料、合成纤维、高弹性、胶粘剂。4.2塑料的主要成分是什么？它们有什么作用？4.3说明聚合物的晶态结构,结晶度,主要影响因素,晶态聚合物的性能特点和应用。4.4总结提高工程材料的强度和耐热性的方法。4.5简要说明高分子材料的优缺点(与金属材料比较)。4第5章陶瓷材料5.1解释概念：工程陶瓷、特种陶瓷、金属陶瓷、烧成、烧结。5.2.特种陶瓷的主要种类有哪些？5.3陶瓷材料优越性能是哪些,简述原因。5.4简述作为高温结构材料使用的金属陶瓷的成分和组织。5.5特种陶瓷都有那些最新发展？第6章复合材料6.1解释概念：纤维复合材料、增强相、玻璃钢、增韧陶瓷、硬质合金。6.2纤维增强和细粒复合材料的复合机制有何不同？通常情况下，纤维和细粒的增强效果哪个更好？为什么？6.3纤维复合材料抗断裂性能好的原因是什么？6.4为什么复合材料的疲劳性能较好?6.5对比金属材料、陶瓷材料与复合材料的性能差别，指出提高陶瓷复合材料性能的主要途径。第7章功能材料及新材料7.1解释概念：超导、硬磁材料、形状记忆效应、智能材料、纳米材料。7.2什么是功能材料？按性能通常分为哪几类？7.3磁性材料分为几类？各有和应用？7.4光功能材料分为几类？各有和应用？7.5简述纳米材料的特性。第8章零件失效分析与选材原则8.1解释概念：失效分析、变形失效、断裂失效、表面损伤失效、磨粒磨损、表面疲劳磨损、晶间腐蚀、蠕变失效、应力腐蚀失效、韧脆转变温度。8.2试说明失效分析的一般步骤。8.3机械零件的选材三原则是什么？8.4某工厂用T10钢制造钻头，给一批铸铁件加工Φ10㎜的深孔，但打几个孔后钻头即很快磨损。据检验，钻头的材质、热处理、金相组织和硬度都合格，分析失效的原因，提出解决问题的方案。8.5一从动齿轮，用20CrMnTi钢制造，使用一段时间后轮齿严重磨损，如图1-6所示。从齿轮A、B、C三点取样进行化学成分、显微组织和硬度分析，结果如下：A点碳的质量分数为1.0％，组织为S＋碳化物，硬度为30HRC；B点碳的质量分数为0.8％，组织为S，硬度为26HRC；C点碳的质量分数为0.2％，组织为F＋S，硬度为82HRB。据查，该齿轮的制造工艺为：锻造——正火——机加工——渗碳——预冷淬火——低温回火——磨5加工。并且与该齿轮同批加工的其它齿轮没有这种情况，试分析原因。第9章典型工件的选材及工艺路线设计9.1试比较性能要求不高、较高和精密零件三种类型机械零件的加工工艺路线。9.2机床变速箱齿轮常用中碳钢或中碳合金钢制造，它的工艺路线为：下料——锻造——正火——粗加工——调质——精加工——轮齿高频淬火及回火——精磨，试分析正火处理、调质处理和高频淬火及回火的目的。9.3用20CrMnTi钢制造汽车齿轮，加工工艺路线为：下料——锻造——正火——切削加工——渗碳、淬火及低温回火——喷丸——磨削加工，分析渗碳、淬火及低温回火处理及喷丸处理的目的。9.4高精度磨床主轴,要求变形小,表面硬度高(HV900),心部强度好,并有一定的韧性。问应选用什么材料,采用什么工艺路线?9.5机床车身可以用哪些材料制造？各有哪些优缺点？第10章工程材料的应用10.1试根据活塞、活塞销和活塞环的工况，分析对其用材的性能要求及目前的用材情况。10.2机床床身、滑动轴承常用哪些材料制造？10.3汽轮机叶片一般选用何种材料？为什么？10.4如何根据化工设备对耐蚀性能的不同要求，合理地选用不锈钢？10.5举例说明钛合金和复合材料在航空航天器中的应用。