机械工程材料应用基础

第一章习题与思考题1．常见的金属晶格类型有哪些?试绘图说明其特征。2．实际金属中有哪些晶体缺陷?晶体缺陷对金属的性能有何影响?3．什么叫过冷现象、过冷度?过冷度与冷却速度有何关系?4．金属的晶粒大小对力学性能有何影响?控制金属晶粒大小的方法有哪些?5．如果其它条件相同，试比较下列铸造条件下，铸件晶粒的大小：（1）金属型浇注与砂型浇注；（2）浇注温度高与浇注温度低；（3）铸成薄壁件与铸成厚壁件；（4）厚大铸件的表面部分与中心部分；（5）浇注时采用振动与不采用振动。6．金属铸锭通常由哪几个晶区组成？它们的组织和性能有何特点？7．为什么单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示各向异性？8．试计算面心立方晶格的致密度。9．什么是位错？位错密度的大小对金属强度有何影响？10、晶体在结晶时，晶核形成种类有几种？什么是变质处理？11、解释下列名词：结晶、晶格、晶胞、晶体、晶面、晶向、单晶体、多晶体、晶粒、亚晶粒、点缺陷、面缺陷、线缺陷第二章习题与思考题1．置换固溶体中，被置换的溶剂原子哪里去了？2．间隙固溶体和间隙化合物在晶体结构与性能上区别何在？举例说明之。3．现有A、B两元素组成如图2.1所示的二元匀晶相图，试分析以下几种说法是否正确？为什么？（1）形成二元匀晶相图的A与B两个相元的晶格类型可以不同，但是原子大小一定相等。（2）K合金结晶过程中，由于固相成分随固相线变化，故已结晶出来的固溶体中含B量总是高于原液相中含B量。（3）固溶体合金按匀晶相图进行结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分都不相同，故在平衡状态下固溶体的成分是不均匀的。图2.1题3图4．共晶部分的Mg-Cu相图如图2.2所示：（1）填入各区域的组织组成物和相组成物。在各区域中是否会有纯Mg相存在？为什么？（2）求出20%Cu合金冷却到500℃、400℃时各相的成分和重量百分比。（3）画出20%Cu合金自液相冷到室温的却曲线，并注明各阶段的相与相变过程。图2.2题4图5．试分析比较纯金属、固溶体、共晶体三者在结晶过程和显微组织上的异同之处。6．为什么亚共晶合金的共晶转变温度与共晶合金共晶转变温度相同？7．根据下表所列要求，归纳比较固溶体、金属化合物及机械混合物的特点名称种类举例晶格特点相数性能特点固溶体金属化合物机械混合物8、今有两个开关相同的铜镍合金铸件，一个含ωNi=90%，一个含ωNi=50%，铸后自然冷却，问凝固后哪个铸件的偏析较为严重？9、解释以下名词：合金、组元、相、组织、相图、枝晶（晶内）偏析、比重偏析、共晶反应、固溶强化、金属化合物、固溶体、匀晶相图、共晶相图第三章习题与思考题1．何谓金属的同素异晶转变?试以纯铁为例说明金属的同素异晶转变。2．何谓共晶转变和共析转变?以铁碳合金为例写出转变表达式。3．画出Fe-Fe3C相图钢的部分，试分析45钢、T8钢、T12钢在极缓慢的冷却条件下的组织转变过程，并绘出室温显微组织示意图。4．为什么铸造合金常选用靠近共晶成分的合金？而压力加工合金则选用单相固溶体成分的合金？5．根据Fe-Fe3C相图，确定下表中三种钢在指定温度下的显微组织名称。钢号温度（℃）显微组织温度（℃）显微组织20770900T8680770T127007706．某厂仓库中积压了许多碳钢(退火状态)，由于钢材混杂不知其化学成分，现找出一根，经金相分析后发现组织为珠光体和铁素体，其中铁素体量占80%。问此钢材碳的含量大约是多少?是哪个钢号?7．有形状和大小一样的两块铁碳合金，一块是低碳钢，一块是白口铁。问用什么简便的方法可迅速将它们区分开来?8．现有两种铁碳合金，在显微镜上观察其组织，并以面积分数评定各组织的相对量。一种合金的珠光体占75%，铁素体占25%；另一种合金的显微组织中珠光体占92%，二次渗碳体占8%。这两种铁碳合金各属于哪一类合金？其碳的质量分数各为多少？9．现有形状尺寸完全相同的四块平衡状态的铁碳合金，它们碳的质量分数分别为0.20%、0.40%、1.2%、3.5%。根据你所学过的知识，可有哪些方法来区别它们?10．根据Fe-Fe3C相图解释下列现象：（1）在进行热轧和锻造时，通常将钢材加热到1000～1200℃；（2）钢铆钉一般用低碳钢制作；（3）绑扎物件一般用铁丝(镀锌低碳钢丝)，而起重机吊重物时却用钢丝绳(60钢、65钢、70钢等制成)；（4）在1100℃时，wc=0.4%的碳钢能进行锻造，而wc=4.0%的铸铁不能进行锻造；（5）在室温下wc=0.8%的碳钢比wc=1.2%的碳钢强度高；（6）钢锭在正常温度(950～1100℃)下轧制有时会造成开裂；（7）钳工锯割T8钢、T10钢等钢料比锯割10钢、20钢费力，锯条易磨钝；11．试以钢的显微组织说明20钢、45钢和T8钢的力学性能有何不同。12．下列说法是否正确?为什么?（1）钢的含碳量越高，质量越好；（2）共析钢在727℃发生共析转变形成单相珠光体；（3）wc=4.3%的钢在1148℃发生共晶转变形成莱氏体；（4）钢的含碳量越高，其强度和塑性也越高。13．下列工件，由于管理的差错，造成钢材错用，问使用过程中会出现哪些问题?（1）把Q235—A当作45钢制造齿轮?（2）把30钢当作T13钢制成锉刀；（3）把20钢当作60钢制成弹簧。14．根据括号内提供的钢号(08F；20；T8；T12；65Mn；45)选择下列工件所采用的材料：螺钉；齿轮；小弹簧；锉刀。15、解释下列名词，并说明其显微组歌特征和力学性能：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体第四章习题与思考题1、举出两个实际金属零件说明塑性变形行为的重要性。2、金属经冷和热塑性变形后的组织和性能有什么变化？能否根据它们的显微组织区别这两种变形？3、低碳钢板冲零件前硬度100HBS，而冲零件后硬度不均匀，有的部位为100HBS，有的部位为150HBS，说明其原因。4、如何选择再结晶退火温度？什么是热变形和冷变形？钢的再结晶退火温度是多少？5、名词解释：滑移、加工硬化、再结晶、临界变形量6、在制造长的精密丝杆时或轴时，常在半精加工之后将其吊挂起来，并用木锤沿全长轻击几遍，再吊挂５～７天，然后再精加工，试解释这样做的目的和其原因。7、锡在室温下变形，钨在１０００℃变形，它们属于热加工还是冷加工，组织和性能会有何变化？8、想一想低碳钢的拉伸试验中，拉伸至e点、s点、b点时组织发生和变化。9、由厚板机械加工成齿轮；（２）由粗钢棒机械加工成齿轮；（３）由圆棒热锻成齿轮坯，再加工成齿轮。哪种方法较为理想？为什么？10、说明下列现象产生的原因？（1）滑移面是原子密度最大的晶面，滑移方向是原子密度最大的方向；（2）实际测得的晶体滑移所需的临界切应力比理论计算的数值小得多；（3）晶界处滑移的阻力最大；（4）Zn、α-Fe、Cu的塑性不同。11、影响再结晶后晶粒大小的主要因素有哪些？名词解释：滑移、加工硬化、再结晶。第五章习题与思考题1．奥氏体晶粒大小与哪些因素有关?为什么说奥氏体晶粒大小直接影响冷却后钢的组织和性能?2．过冷奥氏体在不同的温度等温转变时，可得到哪些转变产物?试列表比较它们的组织和性能。3．共析钢过冷奥氏体在不同温度的等温过程中，为什么550℃的孕育期最短?转变速度最快?4．判断下列说法是否正确？为什么？（1）钢在奥氏体化冷却，所形成的组织主要取决于钢的加热速度。（2）低碳钢和高碳钢零件为了切削方便，可预先进行球化退火处理。（3）过冷奥氏体的冷却速度越快，钢件冷却后的硬度越高。（4）钢经淬火后处于硬脆状态。（5）马氏体中的碳含量等于钢中的碳含量。5．什么是Vk？其主要影响因素有哪些?6．什么是马氏体?其组织形态和性能取决于什么因素?7．马氏体转变有何特点？为什么说马氏体转变是一个不完全的转变?8．退火的主要目的是什么?生产中常用的退火方法有哪几种?9．正火与退火相比有何异同?什么条件下正火可代替退火?10．为什么过共析钢锻件采用球化退化而不用完全退火?11．为什么说淬火回火处理是钢铁材料最经济和最有效的强化手段?12．将二个同尺寸的T12钢试样，分别加热到780℃和860℃，并保温相同时间，然后以大于Vk的同一冷速冷至室温，试问：（1）哪个试样中马氏体的wC较高?（2）哪个试样中残余奥氏体量较多?（3）哪个试样中未溶碳化物较多?（4）哪个淬火加热温度较合适?为什么?13．一根直径为6mm的45钢棒料，经860℃淬火、160℃低温回火后，硬度为55HRC，然后从一端加热，使钢棒上各点达到图5-1所示的温度。试问：（1）此时各点的组织是什么？（2）从图示温度缓冷至室温后各点的组织是什么？（3）从图示温度水冷至室温后各点的组织是什么？图5-1题13图14．现有20钢和40钢制造的齿轮各一个，为了提高轮齿齿面的硬度和耐磨性，宜采用何种热处理工艺？热处理后的组织和性能有何不同？15．什么是钢的淬透性和淬硬性?它们对于钢材的使用各有何意义?16．回火的目的是什么?为什么淬火工件务必要及时回火?17．为什么生产中对刃具、冷作模具、量具、滚动轴承等热处理常采用淬火+低温回火，对弹性零件则采用淬火+中温回火，而对轴、连杆等零件却采用淬火+高温回火?18．在硬度相同的条件下，为什么经调质处理的工件比正火后的工件具有较好的力学性能?19．用T12钢制造的丝锥，其成品硬度要求为＞60HRC，加工工艺过程为：轧制—→热处理1—→机加工—→热处理2—→机加工。（1）写出各热处理工序的名称及作用：（2）制订最终热处理的工艺规范(加热温度、冷却介质)。20．什么是表面淬火?为什么机床主轴、齿轮等中碳钢零件常采用感应加热表面淬火?21．什么是化学热处理?化学热处理包括哪几个基本过程？常用的化学热处理方法有哪几种?22．渗碳的目的是什么?为什么渗碳零件均采用低碳钢或低碳合金钢钢制造?23．为什么钢经渗碳后还需进行淬火+低温回火处理?24．经调质处理后，45钢的硬度为240HBS，若再进行200℃的回火，能否使其硬度升高？为什么？经淬火、低温回火后，45钢的硬度为57HRC，若再进行560℃的回火，能否使其硬度降低？为什么？25．常用碳氮共渗的方法有哪几种?其主要目的和应用范围如何?26、确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目的及退火后的组织：（1）经冷轧后的15钢板要求降低硬度；（2）ZG270-500铸造齿轮；（3）锻造过热的60钢锻坯。27、解释下列名词：淬透性、淬硬性、过热、过烧、临界冷却速度、退火、正火、淬火、完全退火、球化退火、回火、冷处理第六章习题与思考题1．从力学性能、热处理变形、耐磨性和热硬性几方面比较合金钢和碳钢的差异，并简单说明原因。2．解释下列钢的牌号含义、类别及热处理方法：20CrMnTi，40Cr，4Cr13，16Mn，T10A，1Cr18Ni9Ti，Cr12MoV，W6Mo5Cr4V2，38CrMoAlA，5CrMnMo，GCr15，55Si2Mn3．说明如何根据机器零件的工作条件选择机器零件用钢的含碳量和组织状态。4．比较9SiCr，Cr12MoV，5CrMnMo，W18Cr4V等四种合金工具钢的成分、性能和用途差异。5．今有W18Cr4V钢制铣刀，试制定其加工工艺路线，说明热加工工序的目的，淬火温度为什么要高达1280℃？淬火后为什么要进行三次高温回火？能不能用一次长时间回火代替？6．简述提高钢的耐蚀性的原理及方法。7．耐磨钢（ZGMn13）和奥氏体不锈钢的淬火目的与一般钢的淬火目的有何不同？耐磨钢的耐磨原理与工具钢有什么差异？8．为什么有些合金钢能在室温下获得稳定的单相奥氏体组织（奥氏体钢）或单相铁素体组织(铁素体钢)?9．什么是钢的耐回火性和“二次硬化”？它们在实际应用中有何意义?10．9SiCr钢和W18Cr4V钢在性能方面有何区别?生产中能否将它们相互代用?11．为什么小型热锻模选用5CrMnMo钢制造而大型热锻模宜选用5CrNiMo钢制造?12．试列表总结渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢、量具刃具用钢、冷作模具钢、热作模具钢和高速钢的工作条件、性能要求、成分特点、热处理特点、典型钢种及其用途