机械工程材料_习题集答案

1第1章材料的性能一、选择题1.表示金属材料屈服强度的符号是（B）A.σB.σsC.σbD.σ-12.表示金属材料弹性极限的符号是（A）A.σeB.σsC.σbD.σ-13.在测量薄片工件的硬度时，常用的硬度测试方法的表示符号是（B）A.HBB.HRCC.HVD.HS4.金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫（A）A.强度B.硬度C.塑性D.弹性二、填空1.金属材料的机械性能是指在载荷作用下其抵抗（变形）或（破坏）的能力。2.金属塑性的指标主要有（伸长率）和（断面收缩率）两种。3.低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、（塑性变形）和（断裂）三个阶段。4.常用测定硬度的方法有（布氏硬度测试法）、（洛氏硬度测试法）和维氏硬度测试法。5.疲劳强度是表示材料经（无数次应力循环）作用而（不发生断裂时）的最大应力值。三、是非题1.用布氏硬度测量硬度时，压头为钢球，用符号HBS表示。是2.用布氏硬度测量硬度时，压头为硬质合金球，用符号HBW表示。是3.金属材料的机械性能可以理解为金属材料的失效抗力。四、改正题1.疲劳强度是表示在冲击载荷作用下而不致引起断裂的最大应力。将冲击载荷改成交变载荷2.渗碳件经淬火处理后用HB硬度计测量表层硬度。将HB改成HR3.受冲击载荷作用的工件，考虑机械性能的指标主要是疲劳强度。将疲劳强度改成冲击韧性4.衡量材料的塑性的指标主要有伸长率和冲击韧性。将冲击韧性改成断面收缩率5.冲击韧性是指金属材料在载荷作用下抵抗破坏的能力。将载荷改成冲击载荷五、简答题1.说明下列机械性能指标符合所表示的意思：σs、σ0.2、HRC、σ-1、σb、δ5、HBS。σs:屈服强度σ0.2：条件屈服强度HRC：洛氏硬度（压头为金刚石圆锥）σ-1:疲劳极限σb:抗拉强度σ5：l0=5d0时的伸长率（l0=5.65s01/2）HBS:布氏硬度（压头为钢球）第2章材料的结构一、选择题1.每个体心立方晶胞中包含有（B）个原子A.1B.2C.3D.42.每个面心立方晶胞中包含有（C）个原子A.1B.2C.3D.43.属于面心立方晶格的金属有（C）A.α-Fe,铜B.α-Fe,钒C.γ-Fe,铜D.γ-Fe,钒4.属于体心立方晶格的金属有（B）A.α-Fe,铝B.α-Fe,铬C.γ-Fe,铝D.γ-Fe,铬5.在晶体缺陷中，属于点缺陷的有（A）A.间隙原子B.位错C.晶界D.缩孔6.在立方晶系中,指数相同的晶面和晶向(B)A.相互平行B.相互垂直C.相互重叠D.毫无关联27.在面心立方晶格中,原子密度最大的晶面是(C)A.(100)B.(110)C.(111)D.(122)二、是非题1.金属或合金中,凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分称为相。是2.在体心立方晶格中，原子排列最密的方向[111]垂直于原子排列最密的晶面（110）。非（指数相同才会相互垂直）3.单晶体具有各向同性，多晶体具有各向异性。非（晶体具有各向异性，非晶体具有各向同性）4．晶体的配位数越大，其致密度也越高。是三、填空题1.一切固态物质可以分为（晶体）与（非晶体）两大类。2.晶体缺陷主要可分为（点缺陷）,（线缺陷）和面缺陷三类。3.晶体缺陷中的点缺陷除了置换原子还有（间隙原子）和（空位）。4.面缺陷主要指的是（晶界）和（亚晶界）；最常见的线缺陷有（刃型位错）和（螺型位错）。5.每个面心立方晶胞在晶核中实际含有（4）原子，致密度为（0.74），原子半径为（2½a/4）。6.每个体心立方晶胞在晶核中实际含有（2）原子，致密度为（0.68），原子半径为（3½a/4）。7.每个密排六方晶胞在晶核中实际含有（6）原子，致密度为（0.74），原子半径为（a/2）。四、解释下列现象1.金属一般都是良导体，而非金属一般为绝缘体。2．实际金属都是多晶体结构。第3章材料的凝固A纯金属的结晶一、是非题1.物质从液体状态转变为固体状态的过程称为结晶。非(称为凝固)2.金属结晶后晶体结构不再发生变化。非3.在金属的结晶中，随着过冷度的增大，晶核的形核率N和长大率G都增大，在N/G增大的情况下晶粒细化。是4.液态金属结晶时的冷却速度越快，过冷度就越大，形核率和长大率都增大，故晶粒就粗大。非（晶粒都会细化）5.液态金属冷却到结晶温度时，液态金属中立即就有固态金属结晶出来。非（要到理论结晶温度以下才会有）二、填空题1.随着过冷度的增大，晶核形核率N（增大），长大率G（增大）。2.细化晶粒的主要方法有（a、控制过冷度b、变质处理c、振动、搅拌）。3.纯铁在1200℃时晶体结构为（γ-Fe），在800℃时晶体结构为（α-Fe）。三、改正题1.金属的同素异构转变同样是通过金属原子的重新排列来完成的，故称其为再结晶。2.在一般情况下，金属结晶后晶粒越细小，则其强度越好，而塑性和韧性越差。将差改成好3四、简答题1.影响金属结晶过程的主要因素是什么？答：晶核形核率和长大率2.何谓金属的同素异构转变？并以纯铁来说明。答：有些物质在固态下其晶格类型会随温度变化而发生变化，这种现象称为同素异构转变。纯铁在固态下的冷却过程中有两次晶体结构变化：-Fe⇌-Fe⇌-Fe-Fe、γ-Fe、α-Fe是铁在不同温度下的同素异构体，其中-Fe和α-Fe都是体心立方晶格，分别存在于熔点到1394℃之间及912℃以下，γ-Fe是面心立方晶格，存在于1394℃到912℃之间。3.试述晶粒大小对其机械性能有何影响？答：常温下，晶粒越细，晶界面积越大，因而金属强度、硬度越高，同时塑性、韧性越好。高温下，晶界呈黏滞状态，在外力作用下易产生滑动和迁移，因而细晶粒无益，但晶粒太粗，易产生应力集中。因而高温下晶粒过粗、过细都不好。B合金的结晶一、填空题1.根据溶质原子在溶剂晶格中分布情况的不同，可将固溶体分为（置换固溶体）和（间隙固溶体）。2.相是指合金中（成分相同）与（结构相同）均匀一致的组成部分。3.合金的晶体结构大致可以有三种类型：（固溶体），金属化合物和（）。4.组成合金的（最简单），（最基本），（能够独立存在）的物质称为组元。5．两种元素组成固溶体，则固溶体的晶体结构（与组成元素之一的晶体结构相同）。二、改正题1.合金中各组成元素的原子按一定比例相互作用而生成的一种新的具有金属特性的物质称为固溶体。将固溶体改成金属化合物2.合金元素在固态下彼此相互溶解或部分地溶解，而形成成分和性能均匀的固态合金称为金属化合物。将金属化合物改成固溶体3.固溶体的强度和硬度比溶剂金属的强度和硬度高。4.间隙固溶体和置换固溶体均可形成无限固溶体。间隙固溶体可形成有限固溶体，置换固溶体可形成无限固溶体三、简答题1.试述金属中固溶体与金属化合物的机械性能有何特点。答：固溶体的强度、硬度高，塑性、韧性低；金属化合物具有较高的熔点、硬度和较大的脆性。2.合金中固溶体和金属化合物的晶体结构有何不同？C铁碳合金相图一、选择题1.铁素体是碳溶解在（A）中所形成的间隙固溶体。A．α-FeB．γ-FeC．δ-FeD．β-Fe2.奥氏体是碳溶解在（B）中所形成的间隙固溶体。4A．α-FeB．γ-FeC．δ-FeD．β-Fe3.渗碳体是一种（C）。A．稳定化合物B．不稳定化合物C．介稳定化合物D．易转变化合物4.在Fe-Fe3C相图中，钢与铁的分界点的含碳量为（C）。A．2％B．2.06％C．2.11％D．2.2％5.莱氏体是一种（C）。A．固溶体B．金属化合物C．机械混合物D．单相组织金属6.在Fe-Fe3C相图中，ES线也称为（D）。A．共晶线B．共析线C．A3线D．Acm线7.在Fe-Fe3C相图中，GS线也称为（C）。A．共晶线B．共析线C．A3线D．Acm线8.在Fe-Fe3C相图中，共析线也称为（A）。A．A1线B．ECF线C．Acm线D．PSK线9.珠光体是一种（C）。A．固溶体B．金属化合物C．机械混合物D．单相组织金属10.在铁－碳合金中，当含碳量超过（B）以后，钢的硬度虽然在继续增加，但强度却在明显下降。A．0.8％B．0.9％C．1.0％D．1.1％11.通常铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成，其晶粒区从表面到中心的排列顺序为（A）。A．细晶粒区－柱状晶粒区－等轴晶粒区B．细晶粒区－等轴晶粒区－柱状晶粒区C．等轴晶粒区－细晶粒区－柱状晶粒区D．等轴晶粒区－柱状晶粒区－细晶粒区12.在Fe-Fe3C相图中，PSK线也称为（B）。A．共晶线B．共析线C．A3线D．Acm线13.Fe-Fe3C相图中，共析线的温度为（D）。A．724℃B．725℃C．726℃D．727℃14.在铁碳合金中，共析钢的含碳量为（B）。A．0.67％B．0.77％C．0.8％D．0.87％二、填空题1.珠光体是（铁素体）和（渗碳体）混合在一起形成的机械混合物。2.碳溶解在（α-Fe）中所形成的（固溶体）称为铁素体。3.在Fe-Fe3C相图中，共晶点的含碳量为（4.3%），共析点的含碳量为（0.77%）。4.低温莱氏体是（珠光体）和（共晶渗碳体）组成的机械混合物。5.高温莱氏体是（共晶奥氏体）和（工晶渗碳体）组成的机械混合物。6.铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成，即（表层细晶区），（柱状晶区）和心部等轴晶粒区。7.在Fe-Fe3C相图中，共晶转变温度是（1148℃），共析转变温度是（727℃）。三、改正题1.在Fe-Fe3C相图中,GS斜线表示由奥氏体析出二次渗碳体的开始线，称为A3线。冷却时铁素体从奥氏体中析出开始、加热时铁素体向奥氏体转变终了的温度线2.在铁碳合金相图中，PSK线是一条水平线（727℃），该线叫共晶线，通称A1线。53.过共析钢缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体和二次渗碳体组成。珠光体4.珠光体是由奥氏体和渗碳体所形成的机械混合物，其平均含碳量为0.77%。铁素体5.亚共晶白口铁缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体，二次渗碳体和莱氏体组成。珠光体6.在亚共析钢平衡组织中，随含碳量的增加，则珠光体量增加，而二次渗碳体量在减少。含碳量在0.0218%～0.77%范围内增加7.过共晶白口铁缓冷到室温时，其平衡组织由珠光体和莱氏体组成。一次渗碳体和低温莱氏体8.在铁碳合金相图中，钢的部分随含碳量的增加，内部组织发生变化，则其塑性和韧性指标随之提高。下降9.在铁碳合金相图中，奥氏体在1148℃时，溶碳能力可达4.3%。2.11%10.碳溶解在α-Fe中可形成的间隙固溶体称为奥氏体，其溶碳能力在727℃时为0.0218%。铁素体11.在铁碳合金相图中，铁素体在727℃时，溶碳能力可达2.11%。0.0218%12.在过共析钢中含碳量越多，则其组织中的珠光体量减少，而铁素体量在增多。二次渗碳体13.碳溶解在γ-Fe中所形成间隙固溶体称为铁素体，其溶碳能力在727℃时为0.77%。奥氏体14.亚共析钢缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体和二次渗碳体组成。珠光体15.奥氏体化的共析钢缓慢冷却到室温时，其平衡组织为莱氏体。珠光体16.在铁碳合金相图中，ES线是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线，通称A1线。γ-FeAcm四、简答题1.铁碳合金中基本相有哪几相？室温下的基本相是什么？答：基本相有液相L高温铁素体相δ、铁素体相α、奥氏体相γ和渗碳体相Fe3C室温下的基本相是2.试分析含碳量为0.6%。铁碳含金从液态冷却到室温时的结晶过程。答：3.试分析含碳量为1.2%铁碳合金从液体冷却到室温时的结晶过程。答：合金在1～2点转变为,到3点,开始析出Fe3C。从奥氏体中析出的Fe3C称二次渗碳体,用Fe3CⅡ表示,其沿晶界呈网状分布。温度下降,Fe3CⅡ量增加。到4点，成分沿ES线变化到S点，余下的转变为P。P534.结合Fe-Fe3C相图指出A1、A3和Acm代表哪个线段，并说明该线段表示的意思。答：A1为PSK水平线，即共析线，在该线温度（727℃）下发生共析转变A3为GS线，即γ⇄α固溶体转变线Acm为ES线，即碳在γ-Fe中的固溶线5.简述碳钢中碳含量变化对机械性能的影响。答：亚共析钢随含碳量增加，P量增加，钢的强度、硬度升高,塑性、韧性下降.0.77%C时