工程材料学课后习题答案
工程材料学习题集答案整理最终版
工程材料习题集第一章钢的合金化基础1合金元素在钢中有哪四种存在形式？①溶入α(铁素体）、γ（奥氏体）、M(马氏体)，以溶质形式存在形成固溶体；②形成强化相:碳化物、金属间化合物;③形成非金属夹杂物；④以游离状态存在：Cu、Aｇ。
2写出六个奥氏体形成元素，其中哪三个可无限溶解在奥氏体中？哪两个铁素体形成元素可无限溶解在铁素体中？①奥氏体形成元素:Mｎ、Co、Ni、Cu、C、N（锰、钴、镍、铜、碳、氮），其中Mn、Cｏ、Ｎi(锰、钴、镍）可无限溶解在奥氏体中,Cu、Ｃ、N(铜、碳、氮）为有限溶解;②Cr、V(铬、钒）可无限溶解在铁素体中,其余为有限溶解。
3写出钢中常见的五种非碳化物形成元素。
①非碳化物形成元素:Ni、Ｓi、Aｌ、Ｃu、Co４按由强到弱的顺序写出钢中常见的八种碳化物形成元素。
按碳化物稳定性由弱到强的顺序写出钢中常见的四种碳化物的分子式。
①碳化物由强到弱排列:(强)Ti、Ｎｂ、V、(中强)W、Mｏ、Cr、(弱）Mｎ、Fe②碳化物稳定性由弱到强的顺序：Fe3C→M２3C６→M6C→MC5为什么高镍奥氏体钢易于冷变形，而高锰奥氏体钢难于冷变形,容易加工硬化?奥氏体层错能高和低时各形成什么形态的马氏体？①镍是提高奥氏体层错能的元素,锰是降低奥氏体层错能的元素,层错能越低，越有利于位错扩展而形成层错，使交滑移困难,加工硬化趋势增大。
②奥氏体层错能越低,形成板条马氏体,位错亚结构。
如Cr18-Ni8钢;奥氏体层错能越高，形成片状马氏体，孪晶亚结构。
如Fｅ-Ｎｉ合金。
6钢的强化机制的出发点是什么？钢中常用的四种强化方式是什么？其中哪一种方式在提高强度的同时还能改善韧性？钢中的第二相粒子主要有哪两个方面的作用?①强化机制的出发点是造成障碍，阻碍位错运动。
②钢中常用的四种强化方式:固溶强化、晶界强化（细晶强化)、第二相强化、位错强化（加工硬化）。
③晶界强化(细晶强化）在提高强度的同时还能改善韧性。
④钢中的第二相粒子主要作用:细化晶粒、弥散/沉淀强化。
工程材料学课后习题答案
第一章钢的合金化基础1、合金钢是如何分类的？1) 按合金元素分类：低合金钢，含有合金元素总量低于5%；中合金钢，含有合金元素总量为5%-10%；中高合金钢，含有合金元素总量高于10%。
2) 按冶金质量S、P含量分：普通钢，P≤0.04%,S≤0.05%;优质钢，P、S均≤0.03%；高级优质钢，P、S均≤0.025%。
3) 按用途分类：结构钢、工具钢、特种钢2、奥氏体稳定化，铁素体稳定化的元素有哪些？奥氏体稳定化元素, 主要是Ni、Mn、Co、C、N、Cu等铁素体稳定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等3、钢中碳化物形成元素有哪些（强-弱），其形成碳化物的规律如何？1) 碳化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr、Mn、Fe等(按形成的碳化物的稳定性程度由强到弱的次序排列) ，在钢中一部分固溶于基体相中，一部分形成合金渗碳体, 含量高时可形成新的合金碳化物。
2) 形成碳化物的规律a) 合金渗碳体—— Mn与碳的亲和力小，大部分溶入α-Fe或γ-Fe中，少部分溶入Fe3C中，置换Fe3C中的Fe而形成合金渗碳体（Mn,Fe）3C; Mo、W、Cr少量时，也形成合金渗碳体b) 合金碳化物——Mo、W 、Cr含量高时，形成M6C(Fe2Mo4C Fe4Mo2C),M23C6(Fe21W2C6 Fe2W21C6)合金碳化物c) 特殊碳化物——Ti 、V 等与碳亲和力较强时i. 当rc/rMe<0.59时，碳的直径小于间隙，不改变原金属点阵结构，形成简单点阵碳化物（间隙相）MC、M2C。
ii. 当rc/rMe>0.59时，碳的直径大于间隙，原金属点阵变形，形成复杂点阵碳化物。
★4、钢的四种强化机制如何？实际提高钢强度的最有效方法是什么？1) 固溶强化：溶质溶入基体中形成固溶体能够强化金属；2) 晶界强化：晶格畸变产生应力场对位错运动起到阻碍达到强化，晶格越细，晶界越细，阻碍位错运动作用越大，从而提高强度；3) 第二相强化：有沉淀强化和弥散强化，沉淀强化着眼于位错运动切过第二相粒子；弥散强化着眼于位错运动绕过第二相粒子；4) 位错强化：位错密度越高则位错运动越容易发生相互交割形成割阶，引起位错缠结，因此造成位错运动困难，从而提高了钢强度。
工程材料学作业答案(1-3章)新
2-9 已知Ag 的原子半径为0.144nm ，求其晶格常数。
解：Ag 为面心立方晶格，在<1 1 0>晶向上原子相邻密堆，因此晶格常数满足： r a 42=，其中r 为原子半径 ∴晶格常数为：nm nm r c b a 407.0144.024
24
=×====
3－10 何谓合金的组织组成物及相组成物？指出ω(Sn)=30%的Pb －Sn 合金在183℃下全部结晶完毕后的组织组成物及相组成物，并利用杠杆定律计算它们的质量分数？
答：(1)组织组成物：泛指合金组织中那些具有确定性质和特殊形态并在显微镜
下能明显区分的各组成部分，也可称为组织成分。
相组成物：指显微组织中所包含的相，也可称为相组分
(2) ω(Sn)=30%的Pb －Sn 合金在183℃下全部结晶完毕后的组织组成物为：初生α相，(α＋β)共晶相；相组成物为：α相与β相。
根据杠杆定律，合金在183℃下的组织组成物的质量分数为：
％％＝－－％＝＝相初生36.7410019
9.61309.61100××ME CE αω
％％＝－－％＝＝）共晶相＋（64.2510019
9.611930100××ME MC βαω 或者 ％＝相初生共晶相64.251)(αβαωω−=+
相组成物的质量分数为：
%99.85%100195.97305.97%100=×−−=×=MN
NC αω %01.14%100195.971930%100=×−−=×MN MC ＝βω 或者%01.14%99.8511=−=−=αβωω。
工程材料课后习题参考答案 华科大版
第一章金属的晶体结构与结晶1．解释下列名词点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。
答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。
线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。
如位错。
面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。
如晶界和亚晶界。
亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。
亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。
刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。
滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。
如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。
单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。
多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。
过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。
非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。
变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。
变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、 Pb 、 Cr 、 V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格；γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格；Mg、Zn属于密排六方晶格；3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。
(完整版)工程材料课后答案
作业01力学性能b1-1. 下列情况分别是因为哪一个力学性能指标达不到要求？（1）紧固螺栓使用后发生塑性变形。
屈服强度（2）齿轮正常负荷条件下工作中发生断裂。
疲劳强度（3）汽车紧急刹车时，发动机曲轴发生断裂。
冲击韧度（4）不锈钢圆板冲压加工成圆柱杯的过程中发生裂纹。
塑性（5）齿轮工作在寿命期内发生严重磨损。
硬度b1-2 下列现象与哪一个力学性能有关？（1）铜比低碳钢容易被锯割。
硬度（2）锯条易被折断，而铁丝不易折断。
塑性作业02a金属结构与结晶判断题F1. 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
2. 室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越低。
F选择题1. 金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将：ba. 越高b. 越低c. 越接近理论结晶温度2. 为细化晶粒，可采用：ba. 快速浇注b. 加变质剂c. 以砂型代金属型3. 晶体中的位错属于：ca. 体缺陷b. 面缺陷c. 线缺陷d. 点缺陷问答题将20kg纯铜和30kg纯镍熔化后慢冷至T1温度，求此时：(1) 液、固两相L和α的化学成分(2) 两相的相对重量(3) 两相的质量答：整个合金含Ni的质量分数为:X = 30/(20+30) = 60%(1)两相的化学成分：w L(Ni)= 50%wα(Ni)= 80%(2)两相的相对重量为：液相m L= (80-60)/(80-50)≈67%固相mα= 1-67% = 33%a b c(2)两相的质量为：液相M L= 50×67% ≈33(kg)固相mα= 50 -33 = 17(kg)作业02c Fe-C相图判断题1. 铁素体的本质是碳在α-Fe中的间隙相。
F2. 珠光体P实质上是由铁素体F和渗碳体Fe3C两个相组成。
T3. 在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳含量为4.3%的铁碳合金F才能发生共晶反应。
4. 退火状态（接近平衡组织）的亚共析钢中，碳含量为0.45%F比0.20%的塑性和强度都高。
工程材料学习题与辅导答案
工程材料学习题与辅导答案工程材料学习题与辅导答案工程材料是工程领域中至关重要的一部分，它涉及到各种各样的材料，如金属、陶瓷、高分子材料等。
学习工程材料需要掌握一定的理论知识，并且能够运用这些知识解决实际问题。
下面将提供一些工程材料学习题及其辅导答案，希望对学习者有所帮助。
1. 什么是晶体结构？请简要描述晶体结构的几种常见类型。
答：晶体结构是指由原子、离子或分子组成的结晶体中，这些原子、离子或分子的排列方式。
晶体结构的常见类型包括：立方晶系、正交晶系、单斜晶系、菱面晶系、三斜晶系和六方晶系。
立方晶系具有等长的边和直角，如立方体；正交晶系具有等长的边和直角，但边长可以不相等；单斜晶系具有等长的边和直角，但边长可以不相等，并且有一个斜角；菱面晶系具有等长的边和等角，但不是直角；三斜晶系具有不等长的边和不等角；六方晶系具有等长的边和等角。
2. 什么是晶格常数？如何计算晶格常数？答：晶格常数是指晶体中晶胞的尺寸，通常用a、b、c表示。
晶格常数的计算方法取决于晶体的结构类型。
对于立方晶系的晶体，晶格常数可以通过测量晶体的晶胞边长得到。
对于其他晶系的晶体，晶格常数可以通过测量晶胞的边长和角度来计算。
3. 什么是晶体缺陷？请列举几种常见的晶体缺陷。
答：晶体缺陷是指晶体中的结构缺陷或组成缺陷。
晶体缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。
常见的晶体缺陷包括：点缺陷有空位、间隙原子、替代原子和杂质原子；线缺陷有位错和螺旋位错；面缺陷有晶界和孪晶。
4. 什么是材料的力学性能？请简要描述材料的强度、硬度和韧性。
答：材料的力学性能是指材料在外力作用下的表现。
强度是指材料抵抗外力破坏的能力，通常用抗拉强度来表示；硬度是指材料抵抗划伤或穿刺的能力，通常用洛氏硬度或布氏硬度来表示；韧性是指材料抵抗断裂的能力，通常用断裂韧性来表示。
5. 什么是金属的晶体结构？请简要描述几种常见的金属晶体结构。
答：金属的晶体结构是指金属中原子的排列方式。
工程材料课后答案(最新整理)
（1）铜比低碳钢容易被锯割。 硬度 （2）锯条易被折断，而铁丝不易折断。 塑性
P15 1-4 甲、乙、丙、丁四种材料的硬度分别为45HRC、90HRB、800HV、240HBS，
试比较这四种材料硬度的高低。
答： 45HRC HV
HV 2 106 (112 HRC)2
、 、 01 、 、 、 、
b1-1. 下列情况分别是因为哪一个力学性能指标达不到要求？
（1）紧固螺栓使用后发生塑性变形。 屈服强度 （2）齿轮正常负荷条件下工作中发生断裂。 疲劳强度 （3）汽车紧急刹车时，发动机曲轴发生断裂。 冲击韧度 （4）不锈钢圆板冲压加工成圆柱杯的过程中发生裂纹。 塑性 （5）齿轮工作在寿命期内发生严重磨损。 硬度
、、、
、 、 04a 、 - 、 、 、
F 1. 所有的合金元素都能提高钢的淬透性。
F 2. 合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。
、、、 1. 除Co、Al外，几乎所有的合金元素都使Ms点 下降 。
2. 20钢属于 优质碳素结构 或 渗碳 钢， 可制造 冲 压、焊接件 或 小型渗碳件 。
3. Q345 (16Mn) 是 低合金高强度结构 钢，可制造 桥梁 。
F 2. 室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越低。
、、、
b 1. 金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将：
a. 越高 b. 越低 c. 越接近理论结晶温度
b 2. 为细化晶粒，可采用：
a. 快速浇注 b. 加变质剂
c. 以砂型代金属型
c 3. 晶体中的位错属于：
a. 体缺陷 b. 面缺陷
c. 线缺陷
4. 40Cr 是 合金调质 钢，可制造 车床齿轮 。
工程材料学习题及答案
3、是非题
1 ） × ； 2） × ； 3 ） × ； 4 ） × ； 5 ） √ ； 6 ） √ ；7 ） × ；
P33
2.综合分析题 2.综合分析题
1)正火目的:均匀组织，降低硬度，改善切 正火目的:均匀组织，降低硬度， 削性能 调质处理:获得索氏体组织， 调质处理:获得索氏体组织，使钢具有综合 力学性能 高频淬火及回火： 高频淬火及回火：使表面获得回火马氏体 组织，提高表面的硬度和耐磨性能， 组织，提高表面的硬度和耐磨性能，抗疲 劳性能
27)a27)a-单液淬火 M+A’ b-分级淬火 M+A’ c-油冷淬火 T+M+A’ d-等温淬火 下B e-正火 S f-完全退火 P g-等温退火 P
5-29) 1)再结晶退火 1)再结晶退火 2)扩散退火 2)扩散退火 3)完全退火 3)完全退火 4)球化退火 4)球化退火 5-30) 700℃ F+P 700℃ 760 ℃ F+M 840 ℃ M 粗大M+A’ 1100 ℃: 粗大M+A’
4. 选择题 1~5:bbbba 6~10: bbcbb 11~15: daccb 16~20: cbaba 21~26:accca;
p14
5综合分析题 4）题 （1）金属模浇注晶粒尺寸小于砂模浇注，原因是 金属模冷却速度大，过冷度大，形核率高。 （2）变质处理晶粒细小，原因是变质处理增加了 非自发形核率，促进形核； （3）铸成薄件晶粒细小，原因是薄件散热速度大， 增加形核率； （4）采用振动晶粒细小，振动打碎粗大枝晶，促 进非均匀形核。
5-32) 回火S 1)AC3+30~50 ℃ 高温回火 回火S 回火T 2) AC3+30~50 ℃ 中温回火 回火T 回火M 3) AC1+30~50 ℃ 低温回火 回火M 5-43):T10工艺路线:锻造----热处理-----机加工--------热处理 热处理名称: 1) 热处理名称:球化退火 最终热处理:淬火+ 2) 最终热处理:淬火+低温回火 使用状态组织:回火M+Fe3C+A’ 使用状态组织:回火M+Fe3C+A’
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第二章工程构件用钢
1、低碳钢板采用冷轧工艺时，为何出现表面褶皱？
由于屈服变形集中在局部地区少数滑移带上，所以必然引起滑移台阶高度增大、使试样表面有明显滑移线，表面出现褶皱。
★2、淬火时效、应变时效、钝化效应含义。
1)淬火时效：构件用钢在加热到1以上进行淬火（快冷）后，在放置过程中，其强度、硬度增高，塑性、韧性下降，并提高钢的脆性转折温度，这种现象称为淬火时效。
i.当<0.59时，碳的直径小于间隙，不改变原金属点阵结构，形成简单点阵碳化物（间隙相）、M2C。
.当>0.59时，碳的直径大于间隙，原金属点阵变形，形成复杂点阵碳化物。
★4、钢的四种强化机制如何？实际提高钢强度的最有效方法是什么？
1)固溶强化：溶质溶入基体中形成固溶体能够强化金属；
2)晶界强化：晶格畸变产生应力场对位错运动起到阻碍达到强化，晶格越细，晶界越细，阻碍位错运动作用越大，从而提高强度；
3)按用途分类：结构钢、工具钢、特种钢
2、奥氏体稳定化，铁素体稳定化的元素有哪些？
奥氏体稳定化元素,主要是、、、C、N、等
铁素体稳定化元素,主要有、、W、V、、、、B、、等
3、钢中碳化物形成元素有哪些（强-弱），其形成碳化物的规律如何？
1)碳化物形成元素：、、、V、、W、、、等(按形成的碳化物的稳定性程度由强到弱的次序排列)，在钢中一部分固溶于基体相中，一部分形成合金渗碳体,含量高时可形成新的合金碳化物。
3)提高回火稳定性：间隙固溶，位↑ →应力，脆性↑，提高回火稳定性，（可提高T回），可以在获相同的强度条件下提T回，充分地降低固溶度，位错，应力；
4)细化碳化物：碳化物自身断裂；成为核心;粗大的碳化物使裂纹易扩展。细化碳化物、均匀、弥散分布对强度韧性有利。
5)控制非金属夹杂和杂质元素：，W能抑制杂质元素在晶界偏聚。
3)第二相强化：有沉淀强化和弥散强化，沉淀强化着眼于位错运动切过第二相粒子；弥散强化着眼于位错运动绕过第二相粒子；
4)位错强化：位错密度越高则位错运动越容易发生相互交割形成割阶，引起位错缠结，因此造成位错运动困难，从而提高了钢强度。
有效方法：淬火+回火，钢淬火形成马氏体，马氏体中溶有过饱和C和元素，产生很强的固溶强化效应，马氏体形成时还产生高密度位错，位错强化效应很大；是形成许多极细小的取向不同的马氏体，产生细晶强化效应。因此淬火马氏体具有很高强度，但脆性很大，淬火后回火，马氏体中析出碳化物粒子，间隙固溶强化效应虽然大大减小，但产生很强的析出强化效应，由于基体上保持了淬火时细小晶粒，较高密度的位错及一定的固溶强化作用，所以回火马氏体仍具有很高强度，并且因间隙固溶引起的脆性减轻，韧性得到改善。
★5、固溶强化、二次硬化、二次淬火、回火稳定性的含义。
1)固溶强化：当溶质原子溶入基体金属形成固溶体能强化金属。
2)二次硬化：在含、W、V较多的钢中,回火后的硬度随回火温度的升高不是单调降低,而是在某一温度后硬度反而增加,并在某一温度(一般为550℃左右)达到峰值。这种在一定回火温度下硬度出现峰值的现象称为二次硬化
2)应变时效：构件用钢经塑性变形后，在放置过程中，其强度、硬度增高，塑性、韧性下降，并提高钢的脆性转折温度，这种现象称为应变时效。
3)二次淬火：通过某种回火之后，淬火钢的硬度不但没有降低，反而有所升高，这种现象称为二次淬火。
4)回火稳定性：合金元素在回火过程中推迟马氏体分解和残余奥氏体转变，提高的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大的弥散度提高了钢对回火软化的抗力即提高了回火稳定性。
★6、何谓第一类、第二类回火脆，如何消除及预防？
8、材料变形的一般规律。
韧性是指材料对断裂的抗力→形成，扩大→延性断裂，解理断裂，沿晶断裂。
1)韧性断裂：弹性变形、屈服、塑性变形、颈缩、断裂
i.延性断裂：核心→孔洞→长大，汇合→导致断裂；
.解理断裂：低温，高加载速度，金属塑性差；
.沿晶断裂：晶界上元素，第二相（脆性相）
2)脆性断裂：少量弹性变形，瞬间断裂
9、合金元素对过冷奥氏体转变的影响。
除外，均使C曲线右移，增大稳定性，使孕育期增大，淬透性增加。常用提高淬透性元素有：，，，，等五种。
10、合金元素是如何提高钢的回火稳定性的，哪些较强？
由于与C的作用，大多数C扩散↓，而相的回火转变又与C的扩散有关。因此，M在回火过程中：推M分解，A’转变温度T，提高α的再结晶温度；使碳化物难以聚集长大，而保持较大的弥散程度。因此提高了钢的回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。使得钢在相同回火T下，具有高硬度和强度；也可使回火T升高，保证强度的同时使韧性提高（结构钢）。
2)高温回火、快冷
3)尽量减少杂质元素含量（S、P）
7、如何提高钢的韧性？
1)细化晶粒：，V，，阻碍晶粒长大，使晶面积↑，裂纹阻力大；
2)改善基本的韧性：置换使强↑，韧↓，但元素却相反，置换改变位错运动的特点，使其容易绕过某些障碍，避免产生应力集中，使基体韧性↑，＞13％，消除，低温用钢—高钢（）；
2)形成碳化物的规律
a)合金渗碳体——与碳的亲和力小，大部分溶入α或γ中，少部分溶入3C中，置换3C中的而形成合金渗碳体（）3C;、W、少量时，也形成合金渗ห้องสมุดไป่ตู้体
b)合金碳化物——、W、含量高时，形成M6C(24C 42C)23C6(21W2C6 2W21C6)合金碳化物
c)特殊碳化物——、V等与碳亲和力较强时
1)第一类回火脆：250-300℃片状碳化物在马氏体边界上析出，破坏了马氏体间的连接，使脆性增大，是由相变机制本身决定的，不能消除，只能避免，不可逆。
2)第二类回火脆：450-600℃杂质及本身在原晶界偏聚，（、、钢）降低晶界结合力，使脆性增加。
消除方法：
1)或W能阻止，推迟杂质往晶界偏移，可消除第二类回火脆。
第一章钢的合金化基础
1、合金钢是如何分类的？
1)按合金元素分类：低合金钢，含有合金元素总量低于5%；中合金钢，含有合金元素总量为510%；中高合金钢，含有合金元素总量高于10%。
2)按冶金质量S、P含量分：普通钢，P≤0.04≤0.05%;优质钢，P、S均≤0.03%；高级优质钢，P、S均≤0.025%。