机械工程材料作业参考答案

《机械工程材料》作业一参考答案：一、××√×××××√×。二、c，b，b，b，d，b。三1良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。2.晶体内部的原子（或离子）是按一定几何形状规则排列的，而非晶体则不是。3.晶界和亚晶界。4.刃型位错和螺旋位错，刃型位错。5.空位和间隙原子，位错。6.4和2.7.快。8.化学成分相同、晶体结构相同。9.体心立方、面心立方、密排六方。10.点缺陷、线缺陷、面缺陷。11、铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能。四、名词解释1.晶格-------在金属晶体中，假设通过金属原子的中心划出许多空间直线，这些直线形成的空间格架称为晶格。2．晶胞-------反映该晶格特征的最小组成单元。3．各向异性-------在晶体中，不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度不同，它们之间的结合力大小不同，因而金属晶体不同方向上的性能不同。4.晶界-------晶粒与晶粒之间的接触界面。5.合金-------由两种或两种以上金属元素；或金属与非金属元素熔炼、烧结或通过其方法由化学键组合而成的具有金属特性的物质。6.固溶强化-------通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。7.组织-------金属材料内部的微观形貌。8.刃型位错-------位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。五、简答题1.2．答：如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。3答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。4答：因为γ-Fe和α-Fe原子排列的紧密程度不同，γ-Fe的致密度为74%,α-Fe的致密度为68%，因此一块质量一定的铁发生（γ-Fe→α-Fe）转变时体积将发生膨胀。作业二参考答案：一、××√√×√×√×√×√××√。二、b，b，a,c，b，c,b，a,b，c。三1形核和长大。2.结晶，同素异构转变。3.促进形核，细化晶粒。4.理论结晶温度与实际结晶温度之差，△T。5.增大过冷度和变质处理。6.表面细晶区、柱状晶区和等轴晶区。7.铁素体与渗碳体的共析混合物。8.Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物。9.减少。10.体心立方、面心立方。10.珠光体、铁素体和渗碳体。11．62%。四、名词解释1.变质处理-------在液体金属中加入变质剂，以细化晶粒和改善组织。2．枝晶偏析-------由于结晶时原子的扩散不能充分进行，造成一个晶粒内化学成分的不均匀现象。3．同素异构转变-------金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另外一种晶格的现象。4.共晶反应-------指一定成分的液体合金，在一定温度下，同时结晶出成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。5.共析反应-------由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解成两个新的，具有一定晶体结构的固相的反应。五、简答题1.答：金属模浇注比砂型浇注晶粒细小；变质处理晶粒细小；铸成薄件的晶粒细小；浇注时采用震动的晶粒较细小。2．答：F中不含碳，Fe3C中的含碳量为6.69%。所以碳的百分含量为：6.69%×0.2=1.34%。F的硬度为80HBS，Fe3C的硬度为800HBS，所以此材料的硬度为：80×0.8+800×0.2=224HBS。3答：用尖锤敲击，易敲出坑的是15钢。4答：(1)①：L+γ②:γ+β③:β+(α+β)④:β+αⅡ(2)匀晶转变；共析转变(3)合金①在1点以上全部为液相,冷至1点时开始从液相中析出γ固溶体至2点结束,2～3点之间合金全部由γ固溶体所组成,3点以下,开始从γ固溶体中析出α固溶体,冷至4点时合金全部由α固溶体所组成,4～5之间全部由α固溶体所组成,冷到5点以下,由于α固溶体的浓度超过了它的溶解度限度,从α中析出第二相β固溶体,最终得到室稳下的显微组织:α+βⅡ。5.答：解1解2：T10A为过共析钢，在1000℃时其组织为A，冷却下来遇到Acm线时开始析出Fe3CⅡ，继续冷却到共析线时，开始发生共析转变，在共析线以下，其组织为P和Fe3CⅡ自1000℃缓冷至常温的组织转变过程如下图所示。解3：T10A钢平衡显微组织示意图。解4：该钢平衡组织为Fe3C和珠光体P，其相对量可利用杠杆定律求得，为：6．69－1P(%)=×100%=96%6.69-0.77Fe3C(%)=1－96%=4%作业三参考答案：一、√××√××√×××，×√×√×××√√×。二、b,b,a,a,d,a,c，c,b，c,a，a，a，c,a。三1滑移和孪生,位错的运动。2.冷，热。3.预变形度和加热温度。4.预变形度、金属的熔点和微量杂质和合金元素、加热速度、保温时间。5.形核、长大，剩余渗碳体的熔解，奥氏体的均匀化。6.羽毛状和针状。7.C曲线靠左，非共析钢左上部多一条共析铁素体析出线，过共析钢多一条二次渗碳体析出线。8.板条状和针状、板条状。9.右，低。10.加热、保温、冷却。11.AC3+30~50℃，AC1+30-50℃。12．低，多。13.慢。14.奥氏体化温度越高，临界冷却速度越慢。15.消除内应力，获得所要求的组织与性能，低。16.分解、吸收、扩散。四、名词解释1.加工硬化-------金属发生塑性变形，随变形度的增大，强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降的现象。2．热加工-------在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工方式。3．本质晶粒度-------根据标准试验方法，在930±10℃保温足够时间（3-8小时）后测定的钢中晶粒的大小。4．调质处理-------淬火后进行高温回火的热处理方法。5.马氏体-------碳在α-Fe中的过饱和固溶体。6.淬透性-------钢淬火时形成马氏体的能力。7.淬硬性-------淬火后刚材能够达到的最高硬度。五、简答题1.1）在外力的作用下产生变形，当外力拆去后前者可恢复原来的形状及尺寸，而后者却不能。2）前者在断裂前产生了大量的塑性变形；且在正应力的作用下，金属晶体常发生脆性断裂；在切应力的作用下，则发生韧性断裂。3）前者是由于变形使强度硬度提高，而塑性韧性降低，后者使晶粒细化，使强度硬度提高，且塑性韧性增加。4）热脆：S在钢中以FeS形成存在，FeS会与Fe形成低熔点共晶，当钢材在1000℃~1200℃压力加工时，会沿着这些低熔点共晶体的边界开裂，钢材将变得极脆，这种脆性现象称为热脆。冷脆：P使室温下的钢的塑性、韧性急剧降低，并使钢的脆性转化温度有所升高，使钢变脆，这种现象称为“冷脆”。2．答：①晶粒越细，强度硬度逾高，这是因为晶粒越小，单位面积上晶粒的数量越多，晶界的总面积越大，因晶界变形的抗力较大，所以整个金属的强度水平较高。②晶粒越细，塑性韧性逾好，这是因为晶粒数愈多，金属的总变形量可分布在更多的晶粒内，晶粒间的变形不均匀性减小，使塑性较好；晶界的影响较大，晶粒内部和晶界附近的变形量差减小，晶粒变形也较均匀，所以减小了应力集中，推迟了裂纹的形成和发展，使金属在断裂之前可发生较大的塑性变形。③由于细晶粒金属的强度较高，塑性较好，所以断裂时需要消耗较大的功，所以韧性较好。3答：都是奥氏体，奥氏体:碳在Fe中形成的间隙固溶体.过冷奥氏体:处于临界点以下的不稳定的将要发生分解的奥氏体称为过冷奥氏体。残余奥氏体：M转变结束后剩余的奥氏体。4答：（1）目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，提高硬度，改善切削加工性。组织：晶粒均匀细小的大量铁素体和少量索氏体。（2）目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力。组织：晶粒均匀细小的铁素体和索氏体。（3）目的：细化晶粒，均匀组织，消除网状Fe3CⅡ，为球化退火做组织准备，消除内应力。组织：索氏体和球状渗碳体。5.答：（1）45钢小轴（要求综合机械性能），工件的淬火温度为850℃左右，回火温度为500℃～650℃左右，其回火后获得的组织为回火索氏体，大致的硬度25～35HRC。（2）60钢弹簧，工件的淬火温度为850℃左右，回火温度为350℃～500℃左右，其回火后获得的组织为回火屈氏体，大致的硬度40～48HRC。（3）T12钢锉刀，工件的淬火温度为780℃左右，回火温度为150℃～250℃，其回火后获得的组织为回火马氏体，大致的硬度60HRC。6.答：（1）工艺路线为：锻造—退火—机加工—淬火后低温回火—磨加工。退火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；淬火及低温回火可获得高硬度和耐磨性以及去除内应力。（2）终热处理后的显微组织为回火马氏体，大致的硬度60HRC。（3）T10车刀的淬火温度为780℃左右，冷却介质为水；回火温度为150℃～250℃。作业四参考答案：一、×√××××√××√。二、c，c，a，a，b。三1低碳钢、中碳钢，高碳钢。2.合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢。3.冷作模具钢，冷冲模和拉丝模。4.滚珠轴承钢，轴承。5.片状，机床底座和缸体等。6.加热温度和冷却速度。7.灰口铸铁，最低抗拉强度。8.含碳量不同、以渗碳体存在、以石墨形式存在。9.合金弹簧钢。四、名词解释1.红硬性------钢在高温下保持高硬度的能力。2．水韧处理-------将钢加热到1000度到1100度时，保温，使碳化物全部溶解，然后在水中快冷，在室温下获得均匀单一的奥氏体组织。3．时效-------对材料在室温下放置或低温加热时，强度和硬度会明显升高的现象。5．石墨化-------铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程。五、材料判别：abcdefghij6．10；3；9；6；7；8；2；5；1；4六、简答题1.答：手锯锯条：它要求有较高的硬度和耐磨性，因此用碳素工具钢制造，如T9、T9A、T10、T10A、T11、T11A。普通螺钉：它要保证有一定的机械性能，用普通碳素结构钢制造，如Q195、Q215、Q235。车床主轴：它要求有较高的综合机械性能，用优质碳素结构钢，如30、35、40、45、50。2．答：绑轧物件的性能要求有很好的韧性，因此选用低碳钢有很好的塑韧性，镀锌低碳钢丝；而起重机吊重物用钢丝绳除要求有一定的强度，还要有很高的弹性极限，而60、65、70、75钢有高的强度和高的弹性极限。这样在吊重物时不会断裂。3答：Q235-AF：普通碳素结构钢，屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。Q235-C:屈服强度为235MPa的C级普通碳素结构钢，Q195-B:屈服强度为195MPa的B级普通碳素结构钢，Q255-D:屈服强度为255MPa的D级普通碳素结构钢，Q195、Q235含碳量低，有一定强度，常扎制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等钢结构，也可制造普通的铆钉、螺钉、螺母、垫圈、地脚螺栓、轴套、销轴等等，Q255钢强度较高，塑性、韧性较好，可进行焊接。通常扎制成型钢、条钢和钢板作结构件以及制造连杆、键、销、简单机械上的齿轮、轴节等。40:含碳量为0.4%的优质碳素结构钢。45含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。40、45钢经热处理（淬火+高温回火）后具有良好的综合机械性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，用于制作轴类零件。08：含碳量为0.08%的优质碳素结构钢。塑性、韧性好，具有优良的冷成型性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车车身，拖拉机驾驶室等。20：含碳量为0.2%的优质碳素结构钢。用于制作尺寸较小、负荷较轻、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞钢、样板等。20R：含碳量为0.2%的优质碳素结构钢，