工程材料(答案)

第一章-金属材料的力学性能1.什么是弹性变形？什么是塑性变形？弹性变形：试样的伸长量随拉力成比例增加，若去除拉力后试样恢复原状；塑性变形：试样的伸长量随拉力成比例增加，若去除拉力后试样不能恢复原状，尚有一部分伸长量保留下来，这部分保留下来的变形称为塑性变形。2.一根标准拉伸试样的直径为10mm，标距长度为50mm，拉伸试验时测出试样在26000N时屈服，出现的最大载荷为45000N，拉断后的标距长度为58mm，断口处直径为7.75mm，计算σs、σb、δs、Ψ。σs=Fs/Ao=26000/（5X5X）=331MPaσb=Fb/Ao=45000/（5X5X）=573MPaΔs=（L1-L0）/L0X100%=（58-50）/50X100%=16%Ψ=（Ao-A1）/AoX100%=（10-7.75）/10X100%=22.5%3.说明HBS和HRC两种硬度指标在测试方法、适用硬度范围及应用范围上的区别？HBS是用一定的实验力F（N)，将直径为D（mm）的钢球压入金属表面，保持一定时间（S）后卸去试验力，然后测出金属表面的压痕直径得的商，计算公式为HBS（w）=0.102F/A适用于布氏硬度小于450的材料；HRB是用钢球做压头，在测定硬度时，先加预试验力，将压头压至b点，然后再加主试验力，进一步将压头压至C点。最后卸除主试验力，在弹性作用下使压痕深度从C点回到d点。这时，bd之间的距离h即为由主试验力所引起的压痕深度。HRA、HRC都是用金刚石圆锥做压头，分别施加588N、1470N总试验力，其硬度值计算公式中的常数K为0.2，用于测量硬材料或工件的硬度。HRB是用钢球做压头，施加980N的总试验力，计算公式中的常数K为0.26，主要用于测定软材料或毛坯的硬度。第二章-金属及合金的结构与结晶1.晶胞：能够完全反映晶格特征的最小几何单元；晶格：晶胞堆砌而成的单元；晶粒：内部原子呈规则排列，晶格位向基本一致的小晶体；晶界：晶粒之间的界面称为晶界；多晶体：由许多小晶体组成；亚晶体：晶粒内部的晶格位向也不是完全一致的，其中，不同小区的晶格位向相差大约10-20,这些小区称为亚晶粒；空位：有的晶格结点上没有原子存在，这就是晶格空位；位错：晶体中一列或数列原子发生有规则的错排；过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差；变质处理：在浇注前向金属液体中加入变质剂，促使晶粒细化；组元：组成合金的元素，但也可以是稳定的化合物；相：一种聚集状态，是合金中结构相同，成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分；固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格所形成的合金相，称为固溶体；化合物：合金中的两组元相互作用而形成的一种新相，它的晶体结构、性能、熔点与两组元不同，并且具有金属特性，这种相称为金属化合物。2.固溶强化：由于溶质原子溶入溶剂中形成固溶体，使金属的强度、硬度升高的现象，称为固溶强化。原因：由于溶质原子处在溶剂晶格间隙时会造成较大的晶格畸变所致。另外，这类原子半径很小容易扩散到位错处与其发生作，从而造成更大的强化效果。3.下列情况是否有相的改变1）液态金属液固有2）同素异构转变无3）晶粒由粗变细无第三章-铁碳合金相图1.铁碳合金状态图中，那条线与铁的同素异形体转变有关？为什么？GS线，因为此时出现α-Fe→γ-Fe的同素异构转变。2.用铁碳合金状态、图分析，室温下的铁碳合金有哪些相？它们构成哪些组织？哪种组织强度最高？有Fe3C和铁素体（α固溶体）两相；组织：珠光体、铁素体、二次渗碳体；二次渗碳体强度最高。3.根据白口铸铁的组织特征，分析其机械性能与钢不同的原因？原因：铁碳合金室温下的组织有F+Fe3CⅢ、F+P、P、P+Fe3CⅡ、P+Fe3CⅡ+Ld’、Ld’、Ld’+Fe3CⅠ。它们都是由铁素体和渗碳体两相组成的。其中，渗碳体有Fe3CⅠ、Fe3CⅡ、Fe3CⅢ、Fe3C共析、Fe3C共晶，它们的化学成分、晶体结构和性能完全相同，只是形态不同。白口铸铁由于含碳量ωc2.11%，组织中以Fe3C共晶为基体的莱氏体、网状的Fe3CⅢ或条状的Fe3CⅠ，故硬而脆。第四章-钢的热处理1.指出下列工件正火的主要作用及正火后的组织。（1）20CrMnTi制造传动齿轮作用：提高硬度，便于后续的机械加工，正火后的组织是F+P，即铁素体+珠光体组织；（2）T12钢制造铣刀作用：消除网状碳化物，细化组织为最终热处理做准备，正火后的组织是索氏体+碳化物。2.用45钢制造主轴，其加工工艺的路线为：下料——锻造——退火——粗加工——调质处理试问：（1）调质处理的作用。作用：改变主轴的机械性能，使其强度和韧性得到综合提高，从而更加耐用；（2）调质处理加热温度范围。范围：900±50℃淬火，680±20℃回火。3.热处理的目是什么？有哪些基本类型？目的：为了获得所需要的组织结构和性能，提高材料使用性能，延长寿命，改善工艺性能；类型：整体热处理、表面热处理、化学热处理。4.简述过冷奥氏体等温转变组织的名称及其性能。（1）珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物，分为片状和球状，球状强度硬度低，但塑性和韧性高；(2)贝氏体：1）上贝氏体，记为B上，硬度高，强度低，塑性韧性差；2）下贝氏体，记为B下，硬度高，强度高，塑性韧性较好；（3）马氏体：其亚结构为位错，有较高强度和良好的韧性，具有良好的综合机械性能。5.氮化处理与渗碳处理相比有哪些特点。特点：1）渗氮层具有更高的硬度和耐磨性；2）渗氮层具有一定的耐蚀性；3）渗氮后工件变形小；4）因渗层较薄，故承受冲击不能过大。6.什么叫退火？其主要目的是什么？退火：将工件加热到Ac3以上30～50℃，保温一段时间后随炉缓冷的过程。目的：细化晶粒，去除残余应力，降低硬度，为切削加工和最终热处理做准备。7.什么叫回火？淬火钢为什么要进行回火处理？回火：将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气、水或油等介质中冷却的金属热处理过程。原因：1）获得需要的组织和性能；2）稳定钢件尺寸；3）消除淬火内应力。8.么叫淬火？其主要目的是什么？淬火：将工件加热到Ac3或Ac130～50℃，保温一段时间，然后快速冷却以获得马氏体和贝氏体组织的热处理工艺；目的：为了获得马氏体组织，提高工件的硬度和耐磨性。9.钢采用低温或高温回火各获得什么组织？其主要应用在什么场合？低温回火得到回火马氏体，主要用于高碳钢的切削刃具、量具、冷冲模具、滚动轴承等；高温回火得回火索氏体，主要用于连杆、螺栓、齿轮及轴类。10.指出过共析钢的淬火加热的温度范围，并说明理由？温度：Ac1+30～50℃；加热温度过高，由于渗碳体全部溶于奥氏体，提高了奥氏体含碳量，会使Ms下降，淬火后残留奥氏体增多，反而钢的硬度，还会使马氏体体积比增大，淬火应力增加，同时，还会引起晶粒粗大，韧性下降，工件淬火时易变形开裂。11.球化退火的目的是什么？主要应用在什么场合？目的：是钢中所有的渗碳体都发生球状化，得到铁素体基本上均匀分布着球状渗碳体组织，即球状珠光体，以降低硬度，改善切削加工性能。应用：主要用于工具钢的锻件和型材。12.共析钢的奥氏体形成过程可归纳为几个阶段？1）奥氏体晶核的形成与长大；2）残留渗碳体的溶解；3）奥氏体成分的均匀化。第五章-工业用钢一、填空题1.工业用钢包括_碳素_钢和_合金_钢。2.特殊性能钢包括_不锈_钢、_耐热_钢、_耐磨_钢。3.滚动轴承钢的热处理首先采用_退火_，以降低锻造后钢的硬度，便于切削加工．然后采用_淬火_，以提高轴承的硬度和耐磨性。4.钢的耐热性包括_高温抗氧化_性和_高温_强度两个方面。二、将下列材料与用途连线Q195GCr15HT20020Cr1Cr13地脚螺栓滚动轴承齿轮传动轴汽轮机叶片三、试解释下列铁碳合金的牌号的含义：并注明属于哪种钢材，及热处理工艺要求。Q235-A·F：屈服点为235MPa、A等级质量的沸腾钢；20：平均ωc=0.20%的优质碳素结构钢；45：平均ωc=0.20%的优质碳素结构钢；60：平均ωc=0.60%的优质碳素结构钢；T10：平均ωc=0.10%的优质碳素工具钢；T12A：平均ωc=0.10%的高级优质碳素工具钢；Q195：屈服点Qs=195MPa低合金高强度结构钢；ZG310-570：屈服点Qs=310MPa、抗拉强度Qb=570MPa的铸造碳钢件。四、判断题1.大部分低合金钢和合金钢的淬透性比碳素钢好。（√）2.合金渗碳钢渗碳后不用热处理就能使用。（×）3.不锈钢是不生锈的钢，所以适于在腐蚀条件下工作。（×）4.Crl2MoV钢是不锈钢。（×）5.40Cr钢是最常用的合金调质钢。（√）6.合金钢只有经过热处理，才能显著提高其力学性能。（√）五、选择题1.GCrl5钢的铬的质量分数为(B)％。A．0.15B.1.5C.152.60Si2Mn钢属于合金弹簧钢，它的最终热处理是(B)。A．淬火+低温回火B.淬火+中温回火C.淬火+高温回火3.合金渗碳钢渗碳后必须进行(A)热处理才能使用。A．淬火+低温回火B.淬火+中温回火C.淬火+高温回火五、问答题1.合金元素对钢的回火转变有何影响?影响：1）提高回火稳定性2）产生二次硬化3）引起回火脆性2.试举例说明低合金高强度结构钢的性能和用途。性能：1）较高的强度、良好的韧性2）良好的冷弯性能和焊接性能用途：主要用来制造强度要求较高的工程结构，如桥梁、船舶、压力容器、汽车、拖拉机等。3.合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢的牌号是如何表示的?合金渗碳钢：20Cr、20CrMnTi、20Cr2Ni4合金调质钢：40Cr、40CrNi、40CrNiMoA合金弹簧钢：65Mn、60Si2Mn、50CrVA。4.为什么滚动轴承钢应具有高的含碳量?合金元素在钢中有哪些作用?原因：保证钢在淬火后，具有高的硬度和耐磨性；作用：提高钢的淬透性，并且还与碳形成细小而均匀分布的碳化物，以提高钢的接触疲劳强度和耐磨性。5.高速钢有何性能特点?其热处理有何特点?回火后为什么硬度会增加?特点：具有高的硬度和热硬性；热处理：1）退火球化退火，降低钢的硬度，消除残余应力；2）淬火W18Cr4V钢淬火加热温度为1270～1285℃，W6Mo5Cr4V2为1210～1230℃；为了防止产生变形开裂，淬火加热前应进行预热；为了防止产生氧化、脱碳，高速钢刃具常用盐浴炉加热。3）回火三次回火，消除残余奥氏体。原因：回火后的组织主要是回火马氏体+粒状碳化物。6.为什么合金工具钢9SiCr制造的刃具比T9钢制造的刃具使用寿命长?原因：合金工具钢9SiCr是在碳素工具钢T9钢的基础上加入合金元素形成的钢，合金元素的主要作用是提高淬透性和回火稳定性。7.高锰耐磨钢经水韧处理后，其性能如何?在什么条件下才能耐磨?性能：硬度增加，韧性提高。条件：受到剧烈冲击和摩擦时。六、正确选择钢材的分类：20CrMnTi合金渗碳钢50CrVA合金弹簧钢9SiCr合金工具钢40Cr合金调质钢W18Cr4V高速钢1Crl3不锈钢ZGMnl3高锰耐磨钢4Crl4Nil4W2Mo耐热钢第六章-有色金属及其合金一、选择题1.淬火加时效处理是（A）合金强化的主要途经。A．变形铝合金B．铸造铝合金C．黄铜D．青铜2.黄铜是以（A）为主加元素的铜合金。A．锌B．硅C．铅D．镁3.以下不属于常用轴承合金的是（C）A．锡基与铅基轴承合金B.铜基轴承合金C.锌基轴承合金D.铝基轴承合金二、改正题1.硬铝合金牌号（如LY12）中的数字“12”表示强度值（用来区分铝合金）。2.铜合金牌号中，字首“H”表示青（黄）铜。3.普通黄铜是铜和铅（锌）组成的二元合金。三、简答题试说明下列有色金属及合金代号的意思：H70：含ωCu70%的普通黄铜；LY11：以铜为主要合金元素的变形铝合金；LD7：耐热锻铝合金；QSn4—3：含ωSn4%、含ωZn3%的锡青铜；ZL102：含ωSi11%～13%的铝硅系合金；LF21：以Mn为主要合金元素的变形铝合金；ZH59：含ωCu59%的铸造黄铜；ZQPb30：含ωPb30%的铸造青铜；QBe2：含ωBe2%的铍