工程材料与成型工艺基础习题汇编答案--老师版

1《工程材料及成形技术》课程习题集班级：________________姓名：________________学号：________________2013年2月——5月2习题一工程材料的性能一、名词解释σs：σb：δ：ψ：E：σ-1：αk：HB：HRC：二、填空题1、材料常用的塑性指标有（δ）和（ψ）两种，其中用（ψ）表示塑性更接近材料的真实变形。2、检验淬火钢成品的硬度一般用（洛氏硬度HRC），而布氏硬度是用于测定（较软）材料的硬度。3、零件的表面加工质量对其（疲劳）性能有很大影响。4、表征材料抵抗冲击载荷能力的性能指标是（ak），其单位是（J/cm2）。5、在外力作用下，材料抵抗（塑性变形）和（断裂）的能力称为强度。屈服强度与（抗拉强度）比值，工程上成为（屈强比）。三、选择题1、在设计拖拉机缸盖螺钉时，应选用的强度指标是（A）A．σsb．σbc．σ-12、有一碳钢支架刚性不足，解决办法是（C）A．用热处理方法强化b．另选合金钢c．增加截面积3、材料的脆性转化温度应在使用温度（B）A．以上b．以下c．相等4、在图纸上出现如下硬度技术条件标注，其中哪种是正确的？（B）A．HB500b．HRC60c．HRC183四、简答题1、下列各种工件应采取何种硬度试验方法来测定其硬度？（写出硬度符号）锉刀：HRC黄铜轴套：HB供应状态的各种非合金钢钢材：HB硬质合金刀片：HV耐磨工件的表面硬化层：HV调质态的机床主轴：HRC铸铁机床床身：HB铝合金半成品HB2、在机械设计中多用哪两种强度指标？为什么？常用σs：σb：原因：大多数零件工作中不允许有塑性变形。但从零件不产生断裂的安全考虑，同时也采用抗拉强度。3、设计刚度好的零件，应和什么因素有关？（1）依据弹性模量E选材，选择E大的材料（2）在材料选定后，主要影响因素是零件的横截面积，不能使结构件的横截面积太小。一些横截面积薄弱的零件，要通过加强筋或支撑等来提高刚度。交作业时间：eE0APe0LL00EAPLL4习题二金属的晶体结构一、名词解释单晶体的各向异性：位错：ρ：细晶强化：二、填空题1、晶体与非晶体的根本区别是（晶体具有固定熔点，原子排列有规律，各向异性）。2、晶体缺陷有（点缺陷：空位/间隙原子）（线缺陷：位错）和（面缺陷：晶界）。3、位错分为两种，一种是（刃型位错），另一种是（螺型位错），多于半个原子面是（刃型位错）位错所特有的。4、γ-Fe，α-Fe的一个晶胞内的原子数分别为（4）和（2）。三、是非题（正确的画“√”，错误的画“×”）1、因为单晶体是各向异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也是不相同的。（×）2、金属多晶体是由许多结晶方向相同的单晶体组成的。（×）3、金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高。（√）4、晶体缺陷的共同之处是它们都引起晶格畸变。（√）5、位错就是原子排列有规则的错排现象。（√）四、作图题画出体心立方和面心立方晶体中原子排列最密的晶面和晶向，写出它们的晶面和晶向指数。交作业时间：5习题三金属的结晶一、名词解释自发形核：细晶强化：变质处理：二、填空题1、结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个过程是（形核）和（核长大）。2、在金属学中，通常把金属从液态过渡为固体晶态的转变称为（结晶）而把金属从一种固体晶态过渡为另一种固体晶态的转变成为（同素异构转变）。3、过冷度是指（实际结晶温度与理论结晶温度的差值），其表示符号为（△T=Tm-Tn）。4、过冷是结晶的（必要）条件。5、典型铸锭结构的三个晶区分别为（表面细晶区）（中间柱状晶区）和（中心等轴晶区）。三、是非题（正确的画“√”，错误的画“×”1、凡是由液态凝固成固体的过程都是结晶过程。（×）2、金属由液态转变为固态的结晶过程，就是由短程有序状态向长程有序状态转变的过程。（√）3、当晶核长大时，随着过冷度增大，晶核的长大速度增大。但当过冷度很大时，晶核长度速度很快减小。（√）4、过冷度的大小主要取决于冷却速度和金属的本性。（√）6四、选择题1、金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将（b）A．越高b.越低c.越接近理论结晶温度2、铸造条件下，冷却速度越大，则（a）a.过冷度越大，晶粒越细b.过冷度越大，晶粒越粗c.过冷度越小，晶粒越细3、从液态转变为固态时，为了细化晶粒，可采用（b）a.快速浇注b.加变质剂c.以砂型代替金属型五、简答题1、如果其他条件相同，试比较在下列铸造条件下铸件晶粒大小（a）金属型浇注与砂型浇注：金属型浇注晶粒细小，金属型导热性好，增加了冷速（b）变质处理与不变质处理：变质处理晶粒细小，增加了晶核数目。（c）铸成薄铸件与铸成厚铸件：薄铸件晶粒细小，薄铸件冷却速度快（d）浇注时采用震动和不采用震动。采用振动的晶粒细小，破碎的晶粒增加了晶核。2、试画出纯金属的冷却曲线，分析曲线中出现“平台”原因。平台原因：结晶时释放的结晶潜热补偿了金属向外界的散热，达到平衡。交作业时间：7习题四合金结构和二元合金相图一、名词解释相：组织：固溶体：金属化合物：枝晶偏析：固溶强化：二、填空题1、合金的相结构有（固溶体）和（金属化合物）两大类，其中前者具有较高的（塑性）性能，适宜做（基本相），后者具有较高的（硬度），适宜做（强化相）。2、能提高金属材料强度和硬度的同时，又不显著降低其塑性和韧性的强化方法称为（固溶强化）。3、固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度（高）。4、固溶体出现枝晶偏析后，可采用（扩散退火）加以消除。5、共晶反应表达式为（L（固定成分的液体）=（恒温）（α固定成分+β固定成分）同时析出两种固体）共晶反应的特点是：（恒温，析出相为液相，析出物为两种固相且同时析出，称为共晶体，有独特的形貌。液相，固相均有固定的成分）6、具有匀晶型相图的单相固溶体合金（塑性）性能好。7、固溶体的晶体结构取决于（溶剂），金属化合物的晶体结构（与组成它的任何组元都不相同，是一种新相）。8三、是非题（正确的画“√”，错误的画“×”）1、在共晶相图中，从液体中析出的βⅠ相与从α相中析出的βⅡ相，具有相同的晶体结构。（√）2、一个合金的室温组织为αⅠ+βⅡ+（α+β），它是由三相组成。（×）3、杠杆定律只适合于两相区。（√）4、凡组织组成物都是以单相状态存在于合金中。（×）5、在合金结晶过程中析出的初生晶和二次晶均具有相同的晶体结构，但具有不同的组织形态。（√）四、选择题1、固溶体的晶体结构与（a）a.溶剂相同b.溶质相同c.与其他晶型相同2、固溶体的性能特点是（C）a.塑韧性高，强度，硬度低b.塑韧性低，强度，硬度高c.综合性能好3、金属化合物相的性能特点是（C）a.熔点高，硬度低b.硬度高，熔点低c.熔点高，硬度高4、在发生共晶反应时，三相的成分（b）a.相同b.确定c.不确定5、在固溶体合金结晶过程中，产生枝晶偏析的原因是由于（d）a.液固相线间距很小，冷却缓慢b.液固相线间距很小，冷却速度大c.液固相线间距很大，冷却缓慢d.液固相线间距很大，冷却速度大6、二元合金中，铸造性能最好的合金是（b）a.固溶体合金b.共晶合金c.共析合金d.包晶合金9五、计算和作图题1、一个二元共晶反应如下：L（75%B）—α（15%B）+β（95%B）（1）含50%B的合金凝固后，求：（a）初晶α与共晶体（α+β）的质量百分数（b）α相与β相的质量百分数（2）若共晶反应后，β初晶和（α+β）共晶各占一半，求该合金的成分。L（75%B）—α（15%B）+β（95%B）（1）含50%B的合金凝固后，属于亚共晶的成分范围求（a）初晶α与共晶体（α+β）的质量百分数WαⅠ%=（75-50）/（75-15）%=25/60%=42%W（α+β）%=（100-42）%=58%（b）α相与β相的质量百分数Wα%=（95-50）/（95-15）%=45/80%=56%Wβ%=（100-56）%=44%（2）若共晶反应后，β初晶和（α+β）共晶各占一半，求该合金的成分。该合金属于过共晶，设合金成分为X，Wβ/W（α+β）%=1=（95-X）/（X-75）%2X（%）=170X%=85%102、已知A组元（熔点600℃）与B组元（熔点500℃）在液态无限互溶，在300℃时，含40%B的液态合金发生共晶反应。在固态时，A在B中最大溶解度为30%，室温时为10%，但B在固态和室温时均不溶于A，试作出该A-B合金相图，并分析含20%A，45%A，80%A合金的结晶过程。共晶反应式：L40%B=（300℃）（A+α30%A）（a）20%A匀晶+二次析出L——L+αⅠ——αⅠ——αⅠ+AⅡ（b）45%A，过共晶，匀晶，共晶，二次析出L——L+αⅠ——αⅠ+（A+α）——αⅠ+AⅡ+（A+α）（c）80A%，亚共晶，匀晶，共晶L——L+A——A+（A+α）——A+（A+α）交作业时间：11习题五铁碳相图一、名词解释同素异晶转变珠光体莱氏体二、填空题1、珠光体的本质是（F和Fe3C的呈片层状的机械混合物）。2、Fe3C的本质是（Fe和C组成的一种复杂间隙相化合物）。3、铁素体F的晶体结构为（BCC），奥氏体A的晶体结构为（FCC）。4、共析成分的铁碳合金室温平衡组织是（P），其组成相为（F+Fe3C）。5、在铁碳合金室温平衡组织中，含Fe3CⅡ最多的合金成分为（2.11%C），含Le最多的合金成分为（4.3%），含Fe3CⅢ最多的合金成分为（0.0218%）。6、含碳量大于0.77%的铁碳合金从1148℃冷却至727℃时，将从奥氏体中析出（Fe3CⅡ），其分布特征为（网状）。7、在缓慢冷却条件下，含碳0.8%的钢比含碳1.2%的钢硬度（低），强度（高）。8、在实际生产中，若将钢热锻或热轧时，必须把钢加热到（单相A）状态。三、是非题（正确的画“√”，错误的画“×”）1、20钢比T12钢的含碳量要高。（×）2、Fe3CⅠ和Fe3CⅡ的形态与晶体结构都不相同。（×）3、在退火状态，45钢比20钢的硬度和强度都高。（√）4、在铁碳合金平衡结晶过程中，只有成分为4.3%的铁碳合金才发生共晶反应。（×）。5、在铁碳合金中，只有过共析钢的平衡组织中才有二次渗碳体存在。（×）12四、选择题1、奥氏体是（a）a.碳在γ-Fe中的间隙固溶体b.碳在α-Fe中的间隙固溶体c.碳在α-Fe铁中的有限固溶体。2、珠光体是一种（b）a.单相固溶体b.两相混合物c.Fe与C的化合物3、T10钢的平均含碳量为（b）a.0.1%b.1.0%c.10%4、铁素体的力学性能（c）a.强度高、塑性好、硬度低b.强度低、塑性差、硬度低c.强度低、塑性好、硬度低5、下列能进行锻造的铁碳合金是（a）a.亚共析钢b.共晶白口铁c.亚共晶白口铁五、依据铁碳相图分析产生下列现象的原因：（1）含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢硬度高。钢的硬度取决于渗碳体的含量，钢的含碳量越高，渗碳体含量越多，硬度越高。因此，1.0%C的钢渗碳体含量高，硬度高。13（2）在室温下，含碳量0.8%的钢的强度比含碳量1.2%的钢高。钢的强度是受钢的组织形态影响的，退火状态的钢，珠光体含量越高，强度越高，0.8%C的钢，100%为珠光体组织，而1.2%C钢则出现了网状渗碳体，强度降低。（3）在1100℃，含碳为0.4%的钢能进行锻造，而含碳为4.0%的白口铁不能进行锻造。0.4%C的碳钢1100℃处在单相A区，A是FCC的固溶体，塑性好，适合锻造。而4.0%C的铸铁，1100℃主要为莱氏体组织，是共晶组织，脆而硬，不适合于锻造这种塑性加工。六、默画铁碳相图，标注重要的温度和成分。标注室温组织。标注锻造、铸造和热处理温度区间。14七、杠杆定理计算计算45、T8、T12三种钢，室温下组织组成物和相的相对量？序号钢号平衡组织相计算组织的杠杆计算相的杠杆0145F+PF，Fe3C02T8PF，Fe3C03T12P+Fe3CⅡF，Fe3C45钢：室温下：组织：F+PWP%=（0.45-0）/（0.77-0）%=58%WF%=（100-58）%=42%相：F，Fe3CWF%=（6.69-0.45）