工程材料 刘天模 作业答案

第一章作业P14：1.一铜棒的最大拉应力为70Mpa，若要承受2000kgf(19.614kN)的拉伸载荷，它的直径是多少？答：直径为18.9mm（注意单位换算，1兆帕=1牛顿每平方毫米）。5.零件设计时，是选取σ0.2（σs）还是选取σb，应以什么情况为依据？答：当零件不能断裂时，以抗拉强度为依据；当零件不能产生塑性变形时，以屈服强度为依据。7常用的测量硬度的方法有几种？其应用范围如何？答：常用硬度测试方法有布氏硬度HBS和洛氏硬度HRC；HES测试范围是450以下，主要是硬度比较低的材料，如退火钢、正火钢、有色金属、灰口铸铁等；HRC测试范围是20～67，主要是硬度比较高的材料，如淬火钢、硬质合金等。第二章作业P39：1.从原子结合的观点来看，金属、高分子材料和陶瓷材料有何主要区别？在性能上有何表现？答：金属材料：按金属键方式结合，因而具有良好的导电、导热性、塑性等；陶瓷材料：按离子键（大多数）和共价键方式结合，稳定性高，具有很高的熔点、硬度、耐腐蚀性；高分子材料：按共价键、分子键、氢键方式结合，具有一定的力学性能。3.简述金属常见的三种晶体结构的基本特点。答：体心立方：原子数2、配位数8、致密度0.68；面心立方：原子数4、配位数12、致密度0.74；密排六方：原子数6、配位数12、致密度0.74。补充题：1.陶瓷材料的显微组织由哪几部分构成？答：晶相、玻璃相、气相。2高分子材料的大分子链有几种空间形态？其性能如何？答：线型（包括带支链的线型）：通常呈卷曲状，特点是弹性高、可塑性好，是热塑性高聚物；网体型：呈三维网络结构，特点是硬度高、脆性大、耐热、耐溶剂，是热固性高聚物。3.什么是大分子链的柔顺性？答：大分子由于单键数目很大，因而使大分子的形状有无数的可能性（称为大分子链的构象），在受到不同外力时具有不同的卷曲程度，从而表现出很大的伸缩能力，该特性称为大分子链的柔顺性，即聚合物具有弹性的原因。第三章作业P50:1.金属结晶的基本规律是什么？结晶过程是怎样进行的？答：金属实际结晶温度低于理论结晶温度，称为过冷现象；结晶中液态转变为固态的相变过程中有结晶潜热的放出；结晶过程包括晶核的形成和长大。2.过冷度与冷却速度有何关系？为什么金属结晶一定要有过冷度？它对晶粒大小有何影响？答：冷却速度越快，过冷度越大；过冷度是结晶的驱动力，没有过冷度，结晶和熔化同时进行，因而结晶不能进行到底；过冷度越大，晶粒越细。6.聚合物的加成反应和逐步聚合反应有何区别？答：加成反应又称链型聚合反应，单体经加聚合成高聚物，链节化学式与单体分子式相同；逐步聚合反应又称缩聚反应，具有双官能团的低分子化合物合成高聚物，同时析出水、氨等化合物。缩聚反应是逐步完成的，每一步反应的中间产物都能独立存在，反应可随时终止，又可随时恢复进行，而加成反应只有最终产物。8.试比较陶瓷粘滞成形与烧结工艺之间的区别。答：陶瓷的粘滞成形是非晶态凝固过程，用于工业玻璃的制备，液态玻璃冷却至凝固温度，但仍然为有一定粘度的过冷液体，直至冷却到玻璃化温度以下，才完全固化；非玻璃化陶瓷材料的成形工艺是烧结，即原料制坯干燥后再进行高温焙烧，产生体积收缩，即得一定形状尺寸的陶瓷制品。第四章作业P72：2.何谓相组成物和组织组成物？请举例说明答：相组成物是指合金的基本相结构-----固溶体和化合物，如铁素体、奥氏体、渗碳体；组织组成物是指合金的基本组织--------固溶体、化合物、机械混合物，如铁素体、渗碳体、珠光体。3.一个二元共晶反应如下：L（WB=75%）→α（WB=15%）+β（WB=95%），计算：（1）WB=50%的合金完全凝固时初晶α与共晶（α+β）的质量分数，以及共晶体中α相与β相的质量分数；（2）若已知显微组织中初晶β与共晶（α+β）各占一半，求该合金的成分。（指共晶温度时）解：（1）初晶α与共晶（α+β）的质量分数：α合金（α+β）└────┴────┘155075Qα=（75-50）/（75-15）=41.7%；Q（α+β）=58.3%；共晶体中α相与β相的质量分数：α（α+β）β└────┴────┘157595Qα=（95-75）/（95-15）=25%；Qβ=75%；（2）合金成分WB=Qβ×50%+Q（α+β×50%=95%×50%+75%×50%=85%4.计算共析反应温度时，珠光体中铁素体与渗碳体的相对量。解：F（F+Fe3C）Fe3C└────┴────┘0.02180.776.69QF=（6.69-0.77）/（6.69-0.0218）=88.8%；QFe3C=11.2%；5.分析Wc为0.2%、0.6%、0.77%的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织，分别计算Wc为0.2%的铁碳合金在室温下相的相对量和组织相对量。答：0.2%合金结晶过程：①从液相中匀晶反应结晶出奥氏体；②完全凝固成单一奥氏体；③从奥氏体中二次析出铁素体；④剩余奥氏体共析反应转变成珠光体；⑤室温组织是铁素体和珠光体。0.6%合金结晶过程类似于0.2%合金。0.77%合金结晶过程：①从液相中匀晶反应结晶出奥氏体；②完全凝固成单一奥氏体；③奥氏体共析反应转变成珠光体；④室温组织是珠光体。0.2%合金室温下相的相对量：F合金Fe3C└────┴────┘0.00080.26.69QF=（6.69-0.2）/（6.69-0.0008）=97%；QFe3C=3%；组织的相对量F合金P└────┴────┘0.00080.20.77QF=（0.77-0.2）/（0.77-0.0008）=74%；QP=26%；7.纯铁的三个同素异构体是什么？晶体结构如何？答：1538℃--1394℃，δ-Fe，体心立方；1394℃--912℃，γ-Fe，面心立方；912℃以下，α-Fe，体心立方。第五章作业P88：1.试述金属经冷塑性变形后，其结构、组织与性能所发生的变化，分析发生变化的实质。答：金属经冷塑性变形后，结构和组织发生如下变化：晶格点阵发生畸变、晶粒被拉长甚至产生显微组织、晶粒破碎产生亚晶粒。性能的变化：金属的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，即产生加工硬化。变化的实质是塑性变形导致晶体内位错增殖，造成位错相互缠结，使位错运动困难，因而强度提高。2.试述加工硬化对金属材料的强化作用，这些变化有何实际意义？试举一些有用的例子和有害的例子来说明其利弊。答：加工硬化在生产中可用于低碳钢、有色金属等低强度材料中，来提高材料的强度和硬度；但加工硬化会导致材料的塑性、韧性下降，使变形变得困难，甚至导致工件开裂。如：冷拉钢丝中保留了加工硬化，使其强度提高；而拉深工艺中的工件底部被拉穿的现象就是由于加工硬化造成的。第六章作业P122：1.珠光体类型组织有哪几种？它们在形成条件、组织形态和性能方面有何不同？答：组织形成条件组织形态性能普通珠光体A过冷至727~650℃层片状交替排列强度较高，塑性韧性较好索氏体A过冷至650~600℃较细的珠光体，片层更薄综合性能最好托氏体A过冷至600~550℃极细小的珠光体强度最好，韧性较好2.比较索氏体、托氏体、马氏体与回火托氏体、回火索氏体、回火马氏体之间在形成条件、组织形态和性能上的差别。答：组织形成条件组织形态性能马氏体A过冷至230~-50℃针状或板条状硬度高托氏体A过冷至600~550℃极细小的珠光体强度好，较好的韧性索氏体A过冷至650~600℃较细的珠光体，片层更薄综合性能较好回火马氏体马氏体250℃以下回火极细碳化物+马氏体硬度高；回火托氏体马氏体350~550℃回火细粒状渗碳体+针状铁素体强度高，弹性好回火索氏体马氏体550~650℃回火细粒状渗碳体+多边形铁素体综合性能好，组织均匀4．某汽车齿轮选用20CrMnTi制造，其工艺路线为：下料——锻造——正火——切削加工——渗碳——淬火——低温回火——喷丸——磨削。说明热处理工艺的目的及大致工艺参数。答：正火：840℃，消除锻造过热组织，提高切削加工性；渗碳：900℃，提高表面含碳量；淬火：840℃，得到表面高碳马氏体，内部低碳马氏体，表硬里强韧；低温回火：得到回火马氏体，保持高硬度，消除内应力。9．在C曲线中分别画出获得珠光体、珠光体+马氏体、贝氏体、马氏体+贝氏体等组织的冷却工艺曲线。答：如图所示：1.马氏体；2.珠光体；3.贝氏体+马氏体；4.贝氏体；5.珠光体+马氏体