工程材料习题与思考题-学生用

第一部分习题与思考题

1、名词解释：抗拉强度、屈服强度、刚度、疲劳强度、冲击韧性、断裂韧性。

2、设计刚度好的零件，应根据何种指标选择材料？材料的弹性模量E愈大，则材料的塑性愈差。这种说法是否正确？为什么？

3、如图所示的四种不同材料的应力—应变曲线，试比较这四种材料的抗拉强度、屈服强度（或屈服点）、刚度和塑性。并指出屈服强度的确定方法。

4、常用的硬度测试方法有几种？这些方法测出的硬度值能否进行比较？

5、下列几种工件应该采用何种硬度试验法测定其硬度？

（ 1）锉刀（2）黄铜轴套（3）供应状态的各种碳钢钢材（ 4）硬质合金刀片（5）耐磨工件的表面硬化层

6、断裂韧性是表示材料何种性能的指标？为什么在设计中考虑这种指标？

第二部分习题与思考题

1. 解释下列名词的函义：

晶体，非晶体；晶格，晶胞；晶格常数，致密度；晶面指数，晶向指数；晶体的各向异性；点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，：亚晶界，位错；单晶体，多晶体；固溶体、金属间化合物、固溶强化；结合键。

2. 金属键、离子键、共价键及分子键结合的材料其性能有何特点。

3. 常见的金属晶体结构有哪几种 ? 它们的原子排列和晶格常数有什么特点 ? α-Fe 、δ-Fe 、γ-Fe 、 Cu 、 Ni 、 Pb 、 Cr 、 V 、 Mg 、 Zn 各属何种晶体结构 ?

4. 已知 Fe 的原子直径为 2.54埃，求 Fe 的晶格常数 ? 并计算 1立方毫米 Fe 中的原子数。

5. 标出图中影线所示晶面的晶面指数及 a 、 b 、 c 三晶向的晶向指数。

在立方晶格中，如果晶面指数和晶向指数的数值相同时，那么该晶面和晶向间存在着什么关系 ?

6. 画出立方晶格中 (110) 晶面与 (111) 晶面。并画出在晶格中和 (110) 、 (111) ；晶面上原子排列情况完全相同而空间位向不同的几个晶面。

7. 为什幺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. 试比较α-Fe 与γ-Fe 晶格的原子排列紧密程度与溶碳能力。

9. 金属的晶体结构由面心立方转变为体心立方时，其体积变化如何 ? 为什么 ?

10. 实际金属晶体中存在那些晶体缺陷，对性能有什么影响。

11. 简述固溶体和金属间化合物在晶体结构与机械性能方面的区别。

12. 固溶体可分为几种类型 ? 形成固溶对合金有何影响 ?

13. 金属间化合物有几种类型 ? 它们在钢中起什幺作用 ?

14. 高分子化合物在结构上有哪些特点？

15. 陶瓷材料的主要键型有哪些？各有什么特点？

第三部分习题与思考题

1 、解释下列名词的涵义：

过冷度、晶核形核率 (N) 、生长速率 (G) 、凝固、结晶、自由能差 (ΔF) ；变质处理、变质剂；合金、组元、相、相图；机械混合物；枝晶偏析、比重偏析、相组成物、组织组成物；平衡状态、平衡相。

2 、金属结晶的基本规律是什么 ? 晶核的形核率和生长速率受到哪些因素的影响 ?

3 、在铸造生产中，采取哪些措施控制晶粒大小？如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，铸件晶粒的大小。

金属模浇注和砂模浇注；高温浇注与低温浇注；浇注时采用震动与不采用震动。

4 、何谓共晶反应、包晶反应和共析反应 ? 试比较三种反应的异同点。

5 、二元匀晶相图、共晶相图与合金的机械性能、物理性能和工艺性能存在什么关系 ?

6 、为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金？为什么要进行压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金 ?

第四章习题与思考题

1 、解释下列名词：

(1) 一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体与共析渗碳体；

(2) 铁素体、奥氏体、珠光体、莱氏体 (L d 和 L' d ) ；

(3) 热脆与冷脆。

2 、简述 Fe-Fe

3 C 相图中的三个基本反应：包晶反应、共晶反应及共析反应，写出反应式，注出含碳量和温度。

3 、画出 Fe-Fe 3 C 相图，并进行以下分析：

(1) 标注出相图中各区域的组织组成物和相组成物；

(2) 分析 0.4%C 亚共析钢的结晶过程及其在室温下组织组成物与相组成物的相对重量；合金的结晶过程及其在室温下组织组成物与相组成物的相对重量。

4 、现有两种铁碳合金 ( 退火状态 ) ；其中一种合金的显微组织为珠光体占 80% ，铁素体占20% ；另一种合金的显微组织为珠光体占 94% ，二次渗碳体占 6% ，问这两种合金各属于那一类合金 ? 其含碳量各为多少 ?

5 、根据 Fe-Fe 3 C 相图；计算：

(1) 室温下，含碳 0.6% 的钢中铁素体和珠光体各占多少 ?

(2) 室温下，含碳 0.2% 的钢中珠光体和二次渗碳体各占。多少 ?

(3) 铁碳含金中，二次渗碳体和三次渗碳体的最大百分含量。

6 、现有形状尺寸完全相同的四块平衡状态的铁碳合金，它们分别为 0.20%C ； 0.4%C ； 1.2%C ；

3.5%C 合金。根据所学知识，可有哪些方法来区别它们 ?

7 、根据 Fe-Fe 3 C 相图，说明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；。

(2) 低温莱氏体的塑性比珠光体的塑性差；

(3) 在l100 ℃，含碳 0.4% 的钢能进行锻造，含碳 4.0% 的生铁不能锻造；

(4) 钢锭在 950 ～1100 ℃正常温度下轧制，有时会造成锭坯开裂；

(5) 一般要把钢材加热到高温 ( 约 1000 ～1250 ℃ ) 下进行热轧或锻造；

(6) 钢铆钉一般用低碳钢制成；

(7) 绑扎物件一般用铁丝 ( 镀锌低碳钢丝 ) ，而起重机吊重物却用 60 、 65 、 70 、 75 等钢制成的钢丝绳；

(8) 钳工锯 T8 、 T10 、 T12 等钢料时比锯 10 、 20 钢费力，锯条易磨钝；

(9) 钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜于通过铸造成形。

8 、钢中常存的杂质元素有哪些，对钢的性能有何影响？

9 、在平衡条件下， 45 钢、 T 8 钢和 T12 钢的强度、硬度、塑性和韧性哪个大，哪个小，变化规律是什么，原因何在？

第五章习题与思考题

1 、解释下列名词：

(1) 滑移与孪生； (2) 再结晶、二次再结晶与再结晶温度； (3) 热加工与冷加工；（ 4 ）加工硬化；（ 5 ）回复；（ 6 ）再结晶；（ 7 ）织构；

2 、一般条件下进行塑性变形时，为什么在锌、镁中易出现孪晶 ? 而在纯铜中易产生滑移带 ?

3 、用手来回弯折一根铁丝时，开始感觉省劲，后来逐渐感到有些费劲，最后铁丝被弯断。试解释过程演变的原因？

4 、为什么细晶粒钢强度高，塑性、韧性也好？

5 、冷塑性变形对金属组织和性能有何影响？

6 、金属的再结晶温度受哪些因素的影响 ? 能否通过再结晶退火来消除粗大铸造组织 ? 为什么？

7 、当金属继续冷拔有困难时，通常需要进行什么热处理？为什么 ?

8 、试述纤维组织的形成及其对材料性能的影响。

9 、何谓临界变形度 ? 为什么实际生产中要避免在这一范围内进行变形加工？

10 、热加工对金属组织和性能有何影响？钢材在热加工（如锻造）时，为什么不产生加工硬化现象？

11 、如图所示，用细棒料压制的齿轮毛胚和直接用粗料毛胚（于齿轮外径相等）来加工成齿轮，试问用哪种方法制造出的齿轮质量好 ? 为什么 ?

第六章习题与思考题

1 、解释下列名词

(1) 奥氏体的起始晶粒度，实际晶粒度，本质晶粒度；

(2) 珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体；

(3) 奥氏体，过冷奥氏体，残余奥氏体；

(4) 退火、正火、淬火、回火，冷处理；

(5) 临界淬火冷却速度 (V k ) ，淬透性，淬硬性；

2 、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特点 ?

3 、贝氏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特点 ?

4 、马氏体组织有哪几种基本类型 ? 它们的形成条件、晶体结构、组织形态，性能有何特点 ? 马氏体的硬度与含碳量关系如何 ?

5 、何谓连续冷却及等温冷却 ? 试绘出奥氏体这两种冷却方式的示意图。

6 、说明共析碳钢 C 曲线各个区、各条线的物理意义，并指出影响 C 曲线形状和位置的主要因素。

7 、将φ 5mm 的 T8 钢加热至760 ℃并保温足够时间，问采用什么样的冷却工艺可得到如下的组织：

珠光体、索氏体、屈氏体、上贝氏体、下贝氏体、屈氏体 + 马氏体、马氏体 + 少量残余奥氏体；在 C 曲线上画出工艺曲线示意图。

8 、确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织

(1) 经冷轧后的 15 钢钢板，要求降低硬度；

(2)ZG35 的铸造齿轮；

(3) 锻造过热的 60 钢锻坯；

(4) 具有片状渗碳体的 T12 钢坯。

9 、共析钢加热奥氏体化后，按图中 V 1 ～ V 7 ，的方式冷却， 1) 指出图中①～⑩各点处的组织； 2) 写出 V l ～ V 5 的热处理工艺名称。

10 、某钢的连续冷却转变曲线如图所示，试指出该钢按图中 (a) 、 (b) 、 (c) 、 (d) 速度冷却后得到的室温组织。

11 、淬火的目的是什么？亚共析钢和过共析钢淬火加热温度应如何选择？

12 、说明 45 钢试样 ( φ l0mm) 经下列温度加热，保温并在水中冷却得到的室温组织：700 ℃，760 ℃，840 ℃，1100 ℃。

13 、淬透性与淬硬层深度两者有何联系和区别 ? 影响钢淬透性的因素有哪些 ? 影响钢制零件淬硬层深度的因素有哪些 ?

14 、机械设计中应如何考虑钢的淬透性 ?

15 、指出下列组织的主要区别：

(1) 索氏体与回火索氏体；

(2) 屈氏体与回火屈氏体；

(5) 马氏体与回火马氏体。

16 、甲、乙两厂生产同一批零件，材料均选用 45 钢，硬度要求 HB220 ～ 250 。甲厂采用正火，乙厂采用调质，都达到硬度要求。试分析甲、乙两厂产品的组织和性能的差别。

17 、现有低碳钢和中碳钢齿轮各一个，为了使齿面具有高硬度和高耐磨性，应进行何种热处理？并比较经热处理后组织和性能上有何不同？

18 、试说明表面淬火、渗碳、氮化热处理工艺在用钢、性能、应用范围等方面的差别。

第七章习题与思考题

1、合全钢中经常加入哪些合金元素?如何分类?

2、合全元素Mn、Cr、W、Mo、V、Ti对过冷奥氏体的转变有哪些影响?

3、合金元素对钢中基本相有何影响?对钢的回火转变有什么影响?

4、解释下列现象：

1）在含碳量相同的情况下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高；

2）在含碳量相同的情况下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性；

3）含碳量≥0.40%，含铬量为12%的钢属于过共析钢，而含碳量1.5%，含铬量12%的钢属于莱氏体钢；

4）高速钢在热锻或热轧后，经空冷获得马氏体组织。

6、何谓渗碳钢?为什么渗碳钢的含碳量均为低碳?合金渗碳钢中常加入哪些合金元素?它们在钢中起什么作用?

7、何谓调质钢?为什么调质钢的含碳量均为中碳?合金调质钢中常加入哪些合金元素?它们在钢中起什么作用?

8、弹簧钢的含碳量应如何确定?合金弹簧钢中常加入哪些合金元素，最终热处理工艺如何确定?

9、滚动轴承钢的含碳量如何确定?钢中常加入的合金元素有哪些?其作用如何?

10、现有φ35x20mm的两根轴。一根为20钢，经920℃渗碳后直接淬火(水冷)及180℃回火，表层硬度为HRC58 ～ 62；另一根为20CrMnTi钢，经920℃渗碳后直接淬火(油冷)，-80℃冷处理及180℃回火后表层硬度为60 ～ 64HRC。问这两根轴的表层和心部的组织(包括晶粒粗细)与性能有何区别?为什么?

11、用9SiCr制造的圆板牙要求具有高硬度、高的耐磨性，一定的韧性，并且要求热处理变形小。试编写加工制造的简明工艺路线，说明各热处理工序的作用及板牙在使用状态下的组织及大致硬度。

12、何谓热硬性(红硬性)?为什么W18Cr4V钢在回火时会出现“二次强化”现象?65钢淬火后硬度可达HRC60～62，为什么不能制车刀等要求耐磨的工具?

13、W18Cr4V钢的淬火加热温度应如何确定(A c1 约为820℃)?若按常规方法进行淬火加热能否达到性能要求?为什么?淬火后为什么进行560℃的三次回火？

14、用Crl2MoV钢制造冷作摸具时，应如何进行热处理?

15、指出下列合全钢的类别、用途、碳及合金元素的主要作用以及热处理特点。

1）、20CrMnTi 2）、40MnVB 3）、60Si2Mn 4)、9Mn2V 5)、Cr12MoV 6)、5CrNiMo 7)、1Crl3 8)、1Crl8Ni9Ti 9)、ZGMnl3

第八章习题与思考题

1、名词解释：白口铸铁；灰口铸铁；可锻铸铁；球墨铸铁；石墨化；孕育铸铁。

2 、铸铁的石墨化过程是如何进行的？影响石墨化的主要因素有哪些？

3 、试述石墨形态对铸铁性能的影响。

4 、比较各类铸铁的性能特点，与钢相比铸铁在性能（包括工艺性能）上有何优缺点？

5 、试从下列几个方面来比较 HTl50 铸铁和退火状态 20 钢。

(1) 成分 (2) 组织 (3) 抗拉强度 (4) 抗压强度 (5) 硬度 (6) 减摩性 (7) 铸造性能 (8) 锻造性能 (9) 可焊性 (10) 切削如工性

6 、现有铸态下球墨铸铁曲轴一根，按技术要求，其基体应为珠光体组织，轴颈表层硬度为 HRC50－55 。试确定热处理方法。

7 、如何获得高强度球墨铸铁 ?

第九章习题与思考题

1 、铝合金是如何分类的？

2 、不同铝合金可通过哪些途径达到强化目的 ?

3 、何谓硅铝明 ? 为什么硅铝明具有良好的铸造性能 ? 在变质处理前后其组织及性能有何变化 ? 这类铝合全主要用在何处 ?

4 、铜合金分哪几类？不同的铜合金的强化方法与特点是什么？

5 、试述 H62 黄铜和 H68 黄铜在组织和性能上的区别。

6 、青铜如何分类？含 Sn 量对锡青铜组织和性能有何影响？分析锡青铜铸造性能特点。

7 、简述轴承合金应具备的主要性能及组织形式。

8 、钛合金如何分类？镁合金的性能特点与应用是什么？

第十章习题与思考

1、简述高分子材料的力学性能、物理性能和化学性能特点。

2、何谓高聚物的老化？如何防止高聚物老化？

3、简述工程材料的种类和性能特点。

4、简述常用橡胶的种类、性能特点及应用。

5、试述线型高分子材料的三种力学状态

第十一章习题与思考

1 、什么是陶瓷？陶瓷的组织是由哪些相组成的？它们对陶瓷改性有什么影响？

2 、简述陶瓷材料的力学性能、物理性能及化学性能。

3 、常用工程陶瓷有哪几种？有何应用。

第十二章习题与思考题

1 、什么是复合材料？有哪些种类？其性能有什么特点？

2 、增强材料包括哪些？简述复合增强原理。

3 、常用的复合材料有哪几种？

4 、简述常用纤维增强金属基复合材料的性能特点及应用。

第十三章习题与思考题

1. 简述防止零件失效的主要措施。

2. 选用材料一般应注意哪些基本原则？并简述它们之间的关系。

3. 下列发动机零件在选材时应考虑哪些问题？选择哪些材料较适宜。

1 ）活塞；

2 ）曲轴；

3 ）排气阀；

4 ）气门弹簧；

5 ）滑动轴承