《机械工程材料》作业题及答案

《机械工程材料》作业题

第一章金属的晶体结构与强化机制

1、金属中常见的晶体结构类型是：体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。

2、晶体缺陷按其几何形态分为 ：点缺陷、线缺陷和面缺陷。

3、金属的强度与硬度随其冷变形程度的增加 而提高 ，而塑性、韧性则降低 的现象称为加工硬化 或形变强化 。

4、金属的晶粒愈细小 ，则其强度、硬度愈高 ，而且还可改善 其塑性、韧性，这就是金属的细晶强化 作 用所致。实际生产中，铸件常采用：增大过冷度、变质处理 、振动 和搅拌 等方法来细化晶粒。

第二章合金的相结构与结晶

1、固态合金中的相，按其晶格结构的基本属性可分为固溶体和金属间化合物两大类。

2、固溶体的晶格类型与溶剂组元的晶体结构相同，根据溶质原子在溶剂晶格种所处位置不同可将固溶体分

为置换固溶体和间隙固溶体两类。

3、通过溶入某种溶质元素形成的固溶体而使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。

4、在实际铸态下，合金的结晶比较快，原子的扩散来不及充分进行，结果使先结晶出来的固溶体和后结晶的固溶体成分不均匀，这种结晶过程称为非平衡结晶。在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象称为晶内偏析

或枝晶偏析，它将导致合金的塑性、韧性下降，且易引起晶内腐蚀。当铸件中出现枝晶偏析时，可采用扩散退火或均匀化退火处理来消除之。

5、合金在冷却到某一温度时，由一定成分的液相同时结晶出成分不同、结构不同的两个固相，把这种转变称为共晶转变或共晶反应，其反应产物称为共晶组织或共晶体，其基本特征是两相均匀并交替分布。

6、Pb—Sn合金发生共晶反应的温度为183 ℃，其共晶点成分中的Pb含量为38.1 ％。当含ωPb30％的Pb—Sn合金，其室温下的平衡组织为β初＋αⅡ＋（α＋β）共。当含ωSn30％的Pb—Sn合金，其室温下的平衡组织为α初＋βⅡ＋（α＋β）共。

第三章 铁碳合金及合金钢概述

1、铁随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变。

2、铁碳合金在727 ℃下，由一定成分的固相同时转变成两种成分和晶体结构完全不同的新固相的过程称为共析转变。其转变产物是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，将其称为珠光体，常以P 表示。

3、随着钢中碳含量的增加，其室温平衡组织的变化规律为P+F →P →P+Fe3CⅡ,其力学性能变化的规律

为：当碳含量≤1％时，随碳含量的增加 ，钢的强度、硬度提高 ，塑性、韧性下降 ；当碳含量≥1％时，随碳含量的增加 ，钢的强度 降低、而硬度 提高，其原因是由于钢中的网状Fe3CⅡ量增多的缘故所致。

4、下列元素中，属于强碳化物形成元素的4个元素是W 、Mo 、V 、Ti（Si、C、P、W、Mn、Mo、V、B、Ti、S）。

5、分辨钢种（每种用途只选一个钢种，在相应的空格中画“√”）：

第四章 钢的热处理

1、善钢性能的主要途径有：(1)合金化；2.钢的热处理。

2、拟定热处理工艺的主要依据是：(1)零件的使用性能要求；(2)钢的临界点 。

3、亚（过）共析钢奥氏体化过程分两步完成，即(1)P→A；(2)先共析相（α、Fe3C）→A。

4、影响钢奥氏体化的主要因素有：加热温度 、加热速度 、合金元素 和钢的原始组织 。

5、影响奥氏体晶粒长大的主要因素有：加热温度 、钢中含碳量、钢中的合金元素。

6、随过冷度不同，过冷奥氏体将发生：①珠光体、②贝氏体和③马氏体三种类型转变。

7、片层状珠光体的性能取决于片间距 大小，其越小 ，则强度、硬度越高 ，塑性、韧性越好 。

8、上贝氏体在光学显微镜下呈羽毛状 ，下贝氏体在光学显微镜下呈黑色针状 ，上贝氏体与下贝氏体相比，后者的强度、硬度高 ，塑韧性差 。在热处理生产中，若获得下贝氏体组织，通常采用等温淬火 的方法。 9、45钢（ф15mm×20mm）：

840℃加热透烧后水淬，其组织为：混合型马氏体（针状M＋板条M）；

840℃加热透烧后水淬＋200℃回火，其组织为：回火马氏体 ；

840℃加热透烧后水淬＋450℃回火，其组织为：回火屈氏体 ；

840℃加热透烧后水淬＋650℃回火，其组织为：回火索氏体 ；

950℃加热透烧后水淬，其组织为：粗大马氏体 ；

840℃加热透烧后随炉冷却，其组织为：珠光体＋铁素体；

840℃加热透烧后空冷，其组织为：索氏体（或屈氏体）＋铁素体。

10、T12A钢棒（ф15mm×20mm）：

780℃加热透烧后水淬，其组织为：针状淬火马氏体＋颗粒状渗碳体；

780℃加热透烧后水淬＋200℃回火，其组织为：回火马氏体＋颗粒状渗碳体；

900℃加热透烧后水淬，其组织为：粗大马氏体＋残余奥氏体；

840℃加热透烧后随炉冷却，其组织为：珠光体＋粗网状二次渗碳体；

840℃加热透烧后空冷，其组织为：索氏体（或屈氏体）＋细网状二次渗碳体。

11、20CrMnTi钢（ф30mm×100mm），渗碳层厚度为1.3mm、表层碳含量为1.0％时:

渗碳后缓冷至室温，其组织由表及里为P+渗碳体(Fe3CⅡ网状)→ P → P+F（逐渐↑）→P+F（心部原始组织）；

渗碳后840℃油淬，其组织由表及里为M+渗碳体＋残余奥氏体→M针状＋A′（→少）→混合型M（板条M逐渐↑）→板条M 。

12、感应加热表面淬火的主要特点有：加热速度快 、加热时间短 、工件不易氧化脱碳、变形小、生产率高 和应进行低温回火或自回火。最适于感应加热表面淬火材料的含碳量为ωc0.4%~0.5% ,例如45 钢、40Cr钢。 13、化学热处理三个基本过程包括：分解 、吸收和扩散。目前，在工业生产中常用的化学热处理方法有：

渗碳、渗氮和碳氮共渗。

14、常见的马氏体组织形态有：板条M（低碳M、位错M）、针状M（高碳M、孪晶M）,20Cr钢880℃加热透烧用油淬火后的组织为：板条M（低碳M、位错M），T10钢770℃加热透烧用水淬火后的组织为：针状M（高碳M、孪晶M）＋碳化物（Fe3C）＋残余奥氏体。

15、钢淬火后其强度、硬度主要取决于M中的含碳量，钢的淬硬层深度（淬透性）主要取决于钢的属性，即钢的化学成分（C%、Me%）、奥氏体化条件(T H、τH)。

第五章金属的力学行为与再结晶

1、计机械零件时，选材的主要依据是：零件服役条件和损坏形式及材料的主要力学性能指标。

2、金属材料的力学性能：是指材料在外力作用下表现出来的性能。主要包括：硬度 、强度 、塑性 、韧性

及疲劳强度等。

3、载荷：是指金属材料在加工及使用过程中所受的外力。根据载荷作用性质不同，它可分为：静载荷 、

冲击载荷和疲劳载荷（循环载荷）。载荷作用方式有：拉 、压 、弯 、剪 、扭 等。4、零件损坏的形式有：变形、开裂、磨损、腐蚀、疲劳断裂等。5、静载荷的特点：载荷的大小或方向不随时间变化或变化非常小。

静载荷常用的试验方法有：拉伸、压缩、弯曲、扭转、硬度测试等。

6、常用的硬度试验方法有：洛氏硬度、布氏硬度。

7、影响强度指标（σs、σ0.2 ）的因素有：金属本性及晶格类型、位错密度、晶粒大小和亚结构、溶质原子、第二相。

8、多晶体塑性变形的特点是：晶粒变形的不同时性、相互协调性、不均匀性和晶界的强化作用。

9、金属材料按照断裂前宏观上发生塑性变形的大小，断裂可分为：韧性断裂和脆性断裂。

10、低温下工作的零件，其使用的材料应具有：更高的韧性和低的冷脆转变温度。

11、疲劳破坏的特点是：低应力循环延时断裂 、脆性断裂、对缺陷（缺口、裂纹和组织缺陷）十分敏感、疲劳断裂过程包括：裂纹萌生、扩展和最终断裂。

12、疲劳断口的特征是：断口上有疲劳源区、裂纹扩展区和终断区。疲劳源往往产生在表面及表层缺陷处。

13、滚动轴承、齿轮常见的失效形式是：接触疲劳破坏。14、提高疲劳强度的方法与措施是：（1）降低表面粗糙度减小应力集中。（2）采用表面强化，如喷丸、滚压、表面化学热处理等。（3）一般零件采用调质 钢进行调质 处理；滚动轴承选用高碳 钢；齿轮选用渗碳 钢进行渗碳 处理。（4）提高冶金 质量，减少钢中夹杂物 。

15、对于粘着磨损，提高其耐磨性的途径是：改善润滑 条件；进行化学热处理（如渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硫、渗磷等。

16、对于磨粒磨损，提高其耐磨性的途径是：提高硬度 ，选用含碳量较高的 钢，获得马氏体 组织；冲击载荷较大时，采用等温淬火处理，获得下贝氏体组织；控制和改善碳化物数量、分布、形状；采用渗碳、碳氮共渗等化学热处理。

第六章调质钢和弹簧钢

1、钢经调质处理后，其组织为：回火索氏体组织。其性能具有：较高的强度、良好的塑韧性相配合，即具有良好的综合力学性能。调质钢主要应用于制作连杆、连杆螺栓、曲轴、汽车半轴、机床主轴等零件。

2、对调质钢淬透性的要求：应根据零件受力 情况而定。一般较小尺寸零件可选用碳素结构钢（如 45钢 ），尺寸较大的零件要选用合金结构钢（如 42CrNiMo ）。

3、所谓“调质处理”是指淬火＋高温回火。对于调质件，局部要求耐磨性好时，可对其进行感应加热淬火。

4、汽车板簧主要承受：弯曲应力、剪切应力和微动磨损。其失效形式主要是疲劳断裂。

5、合金弹簧钢中，主要含有Si、Mn、Cr、V等元素。在下列主要作用中分别填入相应的合金元素（1）提高淬透性的有：Si、Mn、Cr；（2）强化铁素体的有：Si、Mn、Cr；（3）提高回火稳定性的有：Cr、V；（4）提高高温强度的有：Cr、V。

第七章 齿轮和滚动轴承用钢

1、齿轮的齿根部承受较大的交变弯曲应力，其失效形式为弯曲疲劳；齿面承受接触应力且相互滚动和滑动，其失效形式为接触疲劳和齿面磨损；起动、换档或啮合不良时承受冲击力，其失效形式为齿折断。

2、农用、食品、木工和建筑机械及机床使用齿轮，承受的应力低、转速低，该齿轮常选用：铸铁、碳素调质钢钢或合金调质钢等材料，一般对钢制齿轮进行调质 处理或局部感应淬火 。

3、对于大尺寸的矿山机械齿轮，要选用淬透性较高的合金钢，如：42CrMo、40CrNiMo等钢。一般对该齿轮进行调质处理，为了进一步提高其强度，可以对齿面进行高频 、中频感应淬火或火焰淬火。

4、对于低应力高速齿轮，应选用氮化钢38CrMoAl，对其进行调质处理＋渗氮。

5、对于高应力低速齿轮（如汽车、拖拉机齿轮），一般选用合金渗碳钢，进行渗碳＋淬火＋低温回火。

6、对于高应力高速齿轮，一般选用合金渗碳钢，为减少热处理变形，获得高接触疲劳强度、高弯曲疲劳强度和一定的韧性，该齿轮常采用碳氮共渗或氮碳共渗。

7、GCr15钢经锻造缓冷至室温，其金相组织为网状二次渗碳体＋珠光体，为获得良好的球化退火组织（球状珠光体），对其需进行正火处理，以消除网状二次渗碳体组织。

8、对GCr15钢而言，对其一般要求进行球状退火处理，其主要目的是：便于切削、为淬火做好组织准备。该钢淬火＋低温回火后的组织为：回火隐针马氏体＋残余奥氏体＋均匀分布的颗粒状的未溶碳化物。

9、对于精密轴承，需采用的最终热处理工艺为:淬火＋冷处理＋低温回火。

第八章 工模具钢

1、W18Cr4V钢中的合金元素的作用：C固溶在马氏体中和形成合金碳化物；W提高耐磨性、产生二次硬化效应；Cr增加淬透性和耐磨性；V提高耐磨性和热硬性。

2、高速钢W18Cr4V预先热处理采用 球化退火 ；加热温度为860~880℃ ；最终热处理采用淬火和多次回火 ，加热时一般需要在800-840℃进行要预热，原因 合金元素多，导热性差，为避免骤然加热到淬火温度而产生过大的内应力，导致零件变形或开裂 ，淬火加热温度为1270~1280℃。在550~570℃采用三次回火，多次回火的原因① 降低残余奥氏体 、② 消除回火中产生的内应力 。

3、根据模具工作的条件不同，可将模具钢分为 热作模具钢 和 冷作模具钢。模具钢的热处理一般为 锻造后

退火 和 淬火及回火 ，为了提高模具的耐磨性、抗疲劳能力及减小变形，延长模具的使用寿命，也可采用 渗氮 、 碳氮共渗 和 渗硼 等对模具局部表面进行化学热处理。

第九章 其它合金钢及合金

1、Q345的屈服点大于 345 Mpa；Y40Mn的抗拉强度为 690 Mpa~ 735Mpa，δ5不小于 14 %。

2、按照组织分，不锈钢可分为 马氏体不锈钢 、 铁素体不锈钢 、 奥氏体不锈钢 。1Cr13属于马氏体不锈钢，1Cr25属于铁素体不锈钢，1Cr18Ni9Ti属于 奥氏体不锈钢。

3、将铸造后的高锰钢加热到1000~1100 °C，并保持一定时间，使碳化物完全溶入奥氏体中，然后水中冷却。这种工艺叫 水韧处理 。由于冷速很快，碳化物来不及析出，使钢得到单相奥氏体组织，此时钢的硬度 很低 ，而韧性 很好 。

4、在下列材料中，价格最低的材料是 灰铸铁 ，淬火加热温度最高的材料是W18Cr4V，耐磨性能最好的材料是YT15硬质合金。（W18Cr4V，38CrMoAl，45，1Cr18Ni9Ti，YT15硬质合金，灰铸铁）

第十章 铸 铁

1、根据铸铁中石墨的存在形态不同，铸铁分为灰铸铁 、 可锻铸铁 、 球墨铸铁 、 蠕墨铸铁 。

2、铸铁的抗拉强度、塑性、韧性比碳钢 低 ；耐磨性、消震性、切削加工性 好 。

3、为了细化灰铸铁组织，提高铸铁的力学性能，通常对碳、硅含量较低的灰铸铁进行 孕育 处理。

4、HT300的抗拉强度为 300MPa。KT450-06的抗拉强度为 450MPa ,δ为 6% 。

第十一章 有色金属极其合金

1、铝合金可分为 铸造铝合金 和 变形铝合金 。铝合金的强化方式主要有 时效强化 和 细晶强化 。

2、铜合金的强化方式主要有 固溶强化 、 时效强化 、 过剩相强化 。