《机械工程材料(第4版)》第5章
《机械工程材料》复习习题及答案
第一章材料的性能1．1 名词解释δb δb δsδ0.2 δ-1 a k HB HRC1．2 填空题1．材料常用的塑性指标有(延伸率)和(断面收缩率)两种，其中用(延伸率)表示塑性更接近材料的真实变形。
2．检验淬火钢成品件的硬度一般用( 洛氏)硬度，检测退火件、正火件和调质件的硬度常用(布氏)硬度，检验氮化件和渗金属件的硬度采用(维氏)硬度试验。
3．材料的工艺性能是指( 铸造)性能、(锻造)性能、(焊接)性能、(切削加工)性能和(热处理)性能。
4．工程上常用金属材料的物理性能有( 熔点)、(密度)、（导电性）、(磁性)和(热膨胀性)等。
5．表征材料抵抗冲击载荷能力的性能指标是(冲击韧性ak )，其单位是( J/cm2 )。
1．3 简答题2．设计刚性好的零件，应根据何种指标选择材料?采用何种材料为宜?3．常用的硬度方法有哪几种?其应用范围如何?这些方法测出的硬度值能否进行比较?1．4 判断1．金属的熔点及凝固点是同一温度。
( 错)2．导热性差的金属，加热和冷却时会产生内外温度差。
导致内外不同的膨胀或收缩，使金属变形或开裂。
( 对)3．材料的强度高，其硬度就高，所以刚度大。
( 错)4．所有的金属都具有磁性，能被磁铁所吸引。
( 错)5．钢的铸造性比铸铁好，故常用来铸造形状复杂的工件。
( 错)1．5 选择填空1．在有关零件图图纸上，出现了几种硬度技术条件的标注方法，正确的标注是( D )。
(a)HBS650—700 (b)HBS＝250—300Kgf/mm2(c)HRCl5—20 (d) HRC 45—702．在设计拖拉机缸盖螺钉时应选用的强度指标是( a )。
(a) δb (b) δs(c) δ0.2(d) δp3．在作疲劳试验时，试样承受的载荷为( c )。
(a)静载荷(b)冲击载荷(c)交变载荷4．洛氏硬度C标尺使用的压头是( b )。
(a)淬硬钢球(b)金刚石圆锥体(c)硬质合金球5．表示金属密度、导热系数、导磁率的符号依次为( d )、( f )、( c )。
《机械工程材料(第4版)》课程大纲
“工程材料基础”课程教学大纲英文名称：Fundamentals of Engineering Materials课程编号：MATL300102（10位）学时：52 （理论学时：44 实验学时：8 上机学时：课外学时：（课外学时不计入总学时））学分：3适用对象：本科生先修课程：大学物理、材料力学使用教材及参考书：[1] 沈莲，范群成，王红洁.《机械工程材料》.北京：机械工业出版社，2007.[2] 席生岐等。
《工程材料基础实验指导书》.西安：西安交通大学出版社.2014[3] 朱张校等。
《工程材料》.北京：清华大学出版社.2009一、课程性质和目的（100字左右）性质：专业基础课目的：为机械、能动、航天、化工等学院本科生讲解材料的基础理论和工程应用，使学生了解材料的成分-组织-结构-性能的内在关系，培养学生根据零构件设计的性能指标选择合适材料，做到“知材、懂材”并能合理使用材料。
二、课程内容简介（200字左右）工程材料基础是面向机类、近机类及口腔医学专业开设的材料基础理论课程。
课程主要向学生讲授典型零件的失效方式及抗力指标、金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料、功能材料的基本知识，使学生掌握材料成分-工艺-组织-性能的内在关系，掌握工程材料实际应用的原则，培养学生“知理论、懂性能、会选材”的基本能力和素质。
课程实验主要包括金相试样制备和显微镜使用、铁碳合金组织的观察与分析、碳钢热处理与性能综合实验。
一、教学基本要求(1) 了解机械零构件的常见失效方式及其对性能指标的要求。
(2) 掌握碳钢、铸铁、合金钢、有色金属的成分、组织、热处理、性能特点及工程应用的基本知识。
(3) 掌握陶瓷材料、高分子材料、复合材料、功能材料的成分、组织、性能特点及常用材料的种类和用途。
(4) 学生具有根据零构件的服役条件、失效方式和性能要求选择材料及编写冷热加工工艺路线的基本能力。
(5) 了解新材料、新工艺的基本概况及发展趋势。
机械工程材料_沈莲_05章_铸铁
一、石墨化过程
铸铁中的碳元素除了少部分固溶于铁素体和奥 氏体，还可以以渗碳体（Fe3C）化合物和游离态 的石墨（Graphite）两种形式存在。
铸铁中石墨的形成过程称为石墨化过程。
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电气信息工程学院
机械工程材料
机械工程材料
若将含有铸铁成分的铁碳合金从液态以极其缓 慢的平衡状态进行冷却时，则其组织转变将按照 Fe-G相图进行，且石墨化过程可分为三个阶段。
第一阶段，液态石墨化阶段。从液体中直接析 出的石墨和在1154℃时通过共晶转变而形成的共
晶石墨。L4.26 2.08 G共晶
第二阶段，中间石墨化阶段。是从1154℃~ 738℃的冷却过程中，自奥氏体中析出的石墨。
1. 化学成分的影响
铸铁中的C和Si是促进石墨化的元素，它们的 含量越高，石墨化过程越易进行。
此外，P、Al、Cu、Ni、Co等元素也会促进石 墨化；而S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素则阻碍 石墨化。
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第五章 铸铁
CAST IRON
机械工程材料
铸铁：碳的质量分数Wc大于2.11%（一般为 2.5%~5.0%）的铁碳合金。详尽地说，铸铁中也 含有Si（硅）、Mn（锰）、S（硫）、P（磷）等 其他元素。
铸铁
白口铸铁 P Fe3CII Ld Ld Fe3CI Ld 灰口铸铁 F G F P G P G
图5-2中，实线表示Fe-Fe3C相图，虚线表示 Fe-G相图。
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《机械工程材料(第4版)》第8章
《工程材料基础》课后测试试卷《工程材料基础》课后测试试卷第八章一、单项选择题1、下列材料中，最适合制造汽车火花塞绝缘体的是（）A. Al2O3B. 聚苯乙烯C. 聚丙烯D. 饱和聚酯答案：A解题过程：需要在高温下工作，选择陶瓷材料。
2、下列材料中，蠕变抗力最高的是（）A. 金属B. 有机高分子C. 陶瓷D.热塑性玻璃钢答案：C解题过程：陶瓷高温性能好，蠕变抗力高。
3、下列材料中，韧性最好的是（）A. 金属B. 有机高分子C. 陶瓷D.热塑性玻璃钢答案：A解题过程：略。
4、硬质合金材料一般情况下被归结为（）A. 金属材料B. 陶瓷材料C. 高分子材料D. 复合材料答案：B解题过程：硬质合金是金属陶瓷的一种。
5、一般陶瓷材料的硬度都很高，其原因是（）A. 存在玻璃相B. 烧结温度高C. 结合键强D. 有适量气孔答案：C解题过程：略。
6、下列材料中弹性模量最小的是（）A. 陶瓷B. 金属C. 复合材料D.高分子答案：D解题过程：高分子材料结合力弱，弹性模量小。
7、下列哪一项是决定陶瓷材料性能的主要组织（）A.玻璃相B. 晶相C.气孔答案：B解题过程：晶相是陶瓷材料的主要组成相，对陶瓷性能起决定性作用。
8、氧化铝陶瓷的结合键是（）A. 共价键B. 离子键C. 金属键D. 分子键答案：B解题过程：略。
9、碳化硅陶瓷的主要结合键是（）A. 共价键B. 离子键C. 金属键D. 分子键答案：A解题过程：略。
10、下列材料中，高温强度最好的是（）A. 金属B. 有机高分子C. 陶瓷D. 热塑性玻璃钢答案：C解题过程：略。
11、下列抗氧化性能最好的陶瓷是（）A. 硼化物陶瓷B.氮化物陶瓷C.氧化物陶瓷D.碳化物陶瓷答案：C解题过程：略。
12、陶瓷材料基体中晶粒愈细，陶瓷的强度（）A. 越高B. 越低C.不确定答案：A解题过程：陶瓷中也存在细晶强化的现象。
机械工程材料(第二版)课后习题答案
2－1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？－Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn各属何种结构？答：常见晶体结构有3种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni⑶密排六方：Mg、Zn2---7为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。
第三章作业3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注；⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。
答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好？试用多晶体塑性变形的特点予以解释。
答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。
原因是：（1）强度高：Hall-Petch公式。
晶界越多，越难滑移。
（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。
（3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。
4－6 生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂7~15天，然后再精加工。
试解释这样做的目的及其原因？答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。
4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）？答：W、Sn的最低再结晶温度分别为:TR(W) =（0.4～0.5)×(3410+273)－273 =（1200～1568）(℃)＞1000℃TR(Sn) =（0.4～0.5)×(232+273)－273 =（-71～-20）(℃) ＜25℃所以W在1000℃时为冷加工，Sn在室温下为热加工4－9 用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想？为什么？（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。
工程材料第五章作业答案
1.画出Fe-Fe3C相图，指出图中S、E、GS、SE、PQ、PSK和ECF 各点线的含义，并标注各区域的相组成物或组织组成物。
略2.何谓铁素体（F）、奥氏体（A）、渗碳体（Fe3C）、珠光体（P）？铁素体（F）：C在α-Fe中的间隙固溶体，具有体心立方晶格。
奥氏体（A）：C在γ-Fe中的间隙固溶体，具有面心立方晶格。
渗碳体（Fe3C）：C与Fe的化合物。
珠光体（P）：铁素体与渗碳体的机械混合物。
3.在Fe-Fe3C相图上，指出碳在α-Fe和γ-Fe中的溶解度曲线，并指出它们的溶碳范围。
α-Fe：0～0.0218%γ-Fe：0～2.11%4.分别画出含碳为0.45%、0.77%、和1.0%的铁碳合金的结晶过程和室温组织。
w C=0.45%，亚共析钢w C=0.77%，共析钢：w C=1.0%，过共析钢：5.计算下列问题（1）0.6%C钢中的珠光体和铁素体各占多少？（2）1.2%C钢中的珠光体和渗碳体（二次）各占多少？6.某钢试样在显微镜下观察，发现珠光体占40%，铁素体占60%，试问这是什么成分的钢？首先由题设可知，该钢为亚共析钢。
设碳含量为x：求出x=0.32，即该钢为0.32%C的亚共析钢。
7.写出下列牌号钢材所属种类，含碳量和主要用途：45、50、T8、T12A。
45：平均碳含量为0.45%的优质碳素结构钢。
50：平均碳含量为0.50%的优质碳素结构钢。
优质碳素结构钢中有害杂质及非金属夹杂物含量较少，化学成分控制比较严格，塑韧性较好，多用于制造较重要零件。
T8：平均碳含量为0.8%的碳素工具钢。
T12A：平均碳含量为1.2%的高级碳素工具钢。
碳素工具钢含碳量较高，适用于制作工具。
8.解释下列名词α-Fe、α相与铁素体、γ-Fe、γ相与奥氏体α-Fe：具有体心立方晶格的Fe。
α相与铁素体：C在α-Fe中的间隙固溶体，具有体心立方晶格γ-Fe：具有面心立方晶格的Fe。
γ相与奥氏体：C在γ-Fe中的间隙固溶体，具有面心立方晶格。
《机械工程材料(第4版)》第6-7章
《工程材料基础》课后测试试卷《工程材料基础》课后测试试卷第六、七章一、单项选择题1、下列材料中，适合作盛放氢氟酸容器的是（）A. 聚四氟乙烯B.1Cr17C. 1Cr18Ni9D.玻璃钢答案：A解题过程：聚四氟乙烯不受任何化学试剂的侵蚀，有“塑料王”之称。
2、下列材料中，适合作汽车轮胎的是（）A. 顺丁橡胶B. 硅橡胶C. 氟橡胶D.丁腈橡胶答案：A解题过程：顺丁橡胶主要用于制造轮胎。
3、汽车油刹车制动软管应选用（）A. 铝合金管B. 塑料C. 热塑性玻璃钢D. 丁腈橡胶答案：D解题过程：丁腈橡胶主要用于制作耐油制品。
4、制造内燃机曲轴轴瓦内衬的合适材料是（）A. ZSnSb4Cu4B. HT200C. GCr15D. 20钢答案：A解题过程：应知道滑动轴承材料的牌号规律。
5、耐腐蚀性能最好的工程塑料是（）A. 聚砜B. 聚四氟乙烯C. 聚甲醛D. 聚碳酸脂答案：B解题过程：略。
6、高分子材料分子主干链上原子的主要结合方式是（）A. 共价键B. 二次键C. 金属键D. 离子键答案：A解题过程：链与链之间的结合方式为二次键。
7、制造滑动轴承的合适材料是（）A. GCr15B. HT200C. ZCuSn5Pb5Zn5D. Cr12MoV答案：C解题过程：略。
8、典型的铝合金相图中的恒温转变是（）A.匀晶转变B.共析转变C.共晶转变D.包晶转变答案：C解题过程：应熟悉典型的铝合金相图。
9、下列哪个属于热固性塑料（）A.尼龙B.聚碳酸酯C.环氧塑料D.氟塑料答案：C解题过程：了解常见的热塑性塑料和热固性塑料都有哪些。
10、如下金属中具有面心立方晶体结构的是（）A. AlB. α-FeC. α-TiD. β-Ti答案：A解题过程：α-Fe（BCC），α-Ti（HCP），β-Ti（BCC）。
二、判断题1、高分子化合物是由高分子链聚集而成，高分子链之间的作用力为共价力。
（）答案：N解题过程：高分子链之间的作用力为范德华力和氢键。
05--《工程材料》第五章
结晶过程: ①匀晶转变：合金在1-2点间按匀晶转变结晶出δ固溶体. ②包晶转变：到2点，δ含0.09%的C，液体含0.53%的C， 在恒温下发生包晶转变,δ0.09+L0.53→A0.17。 有液相剩余。 ③匀晶转变：在2-3点间液相继续转变为A0.53。所有A的 成分均沿JE线变化冷到3点，合金全部由含 碳0.40%的奥氏体所组成。 ④析出F：到4点时，开始析出F，4-5点A成分沿GS线变化, A含碳量升高，铁素体成分沿GP线变化。 ⑤共析转变：到5点时，奥氏体的成分达到S点成分(含碳 0.77%)便发生共析转变 ⑥析出Fe3CⅢ：温度下降，铁素体的溶碳量沿PQ线变化， 析出Fe3CⅢ，Fe3CⅢ量很少，可忽略。
3.S：一般认为S在钢中是一种有害的元素。 ①硫不溶于铁，而生成FeS，FeS与Fe形成共晶体 （熔点为989℃），分布于奥氏体晶界。当钢材 在1000℃-1200℃压力加工时，共晶已经熔化, 并使晶粒脱开，钢材将变得极脆，这种脆性现 象称为热脆。 ②在钢中增加含锰量，可消除S 的有害作用，Mn 能与S形成熔点为1620℃的MnS,而且MnS在高温 时具有塑性，这样避免了热脆现象。 来源：生铁中带来的而在炼钢时又未能除尽的元素。 含量：硫必须严格控制，普通钢含S量应≤0.055%， 优质钢含硫量应≤0.040%，高级优质钢含硫量 应≤0.030%。
三、铁碳合金的成分与性能的关系 (一)铁碳合金的相组成物、组织组成物的相对量
(二)含碳量对铁碳合金机械性能的影响
第三节
碳
钢
一、常存杂质元素对碳钢性能的影响 常存的杂质元素:Si、Mn、S、P、O、N、H 1.Mn：一般认为Mn在钢中是一种有益的元素。 ①Mn大部分溶于铁素体中，形成置换固溶体，并使 铁素体强化； ②另一部分Mn溶于Fe3C中，形成合金渗碳体，这都 使钢的强度提高，Mn与S化合成MnS，成熔点为 1620℃，能减轻S的有害作用。 ③Mn含量不多，在碳钢中仅作为少量杂质存在时， 它对钢的性能影响并不明显。 来源：钢中的Mn来自炼钢生铁及脱氧剂锰铁。 含量：在碳钢中含锰量通常＜0.80%；在含锰合金钢中, 含锰量一般控制在1.0-1.2%范围内。
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答案：C
解题过程：第三阶段不进行，不会析出α。
3、下列哪种材料的疲劳性能对缺口敏感度的影响(q值)最小（）
A.灰铸铁B.碳钢C.合金钢D.陶瓷材料
答案：A
解题过程：灰铸铁q值很低的原因是其组织中的石墨片本身就是一种缺口，所以对试样表面缺口反而不敏感。
4、铸铁中wSi每增加1%，共晶点碳的质量分数相应（）
A.增加1/3B.降低1/3C.增加0.4倍D.降低0.4倍
答案：B
解题过程：略。
5、那个选项具有与中碳钢媲美的性能，可以制造发动机曲轴。（）
A.球墨铸铁B.灰铸铁C.可锻铸铁D.蠕墨铸铁
答案：A
解题过程：略。
二、判断题
1、可锻铸铁中的石墨是在铸造冷却过程中形成的。（）
答案：Y
解题过程：略。
三、填空题
1、铸铁中除了Fe和C以外的主要元素是______________。
答案：Si
2、铸铁的石墨化：_________________________________________________。
答案：铸铁组织中析出碳原子，形成石墨的过程称为铸铁的石墨化过程。
3、影响铸铁石墨化的两个主要因素是___________________和_____________________；其对石墨化的影响趋势分别是____________________________和______________________。
《工程材料基础》课后测试试卷
《工程材料基础》课后测试试卷第五章
一、单项选择题
1、下列材料中适合作汽车减速器壳的是（）
A.KT350-10B.QT400-15C.Q345D.ZG35
答案：A
解题过程：可锻铸铁通常可用于铸造形状复杂、承受冲击载荷的薄壁零件。如：汽车前后轮壳、减速器壳。
2、铸铁石墨化过程中第一、第二阶段完全进行，第三阶段不进行得到的组织是（）
答案：N
解题过程：影响石墨化的两个因素：化学成分和冷却速度。
6、凡是碳钢在结晶过程中都有共析转变，而铸铁只有共晶转变，没有共析转变。（）
答案：N
解题过程：铸铁也有共析转变。
7、灰口铸铁结晶时，冷却越慢越容易得到铁素体基体。（）
答案：N
解题过程：冷却越慢，越有利于石墨化工程的进行，得到石墨基体。
8、可锻铸铁可以替代中碳钢制造轴类零件。（）
1、与钢比较，灰口铸铁有哪些优点？（一）
答案：生产设备、冶炼工艺简单；价格低廉；良好的铸造性能；减摩；切削加工好；低的缺口敏感性；消震性能好
2、简述铸铁的石墨化过程各个阶段。（二）
答案：
第一阶段(液态石墨化阶段)，包括从铸铁液相中直接析一次石墨和共晶反应析出共晶石墨；
第二阶段(中间石墨化阶段)，从A中沿E′-S′线析出二次石墨(GII)；
答案：N
解题过程：是在石墨化退火过程形成的。
2、可锻铸铁可以锻造成复杂形状的零件。（）
答案：N
解题过程：可锻铸铁不可锻。
3、可锻铸铁是塑、韧性最好的灰口铸铁。（）
答案：N
解题过程：应该是球墨铸铁。
4、球墨铸铁比相同含碳量的白口铸铁塑性更好。（）
答案：Y
解题过程：白口铸铁硬而脆。
5、铸铁的石墨化过程只与其成分有关，而与其结晶时的冷却速度无关。（）
答案：合金成分；冷却速度；C和Si元素含量增加促进石墨化；冷却速度越慢，越利于石墨化过程的进行。
4、铸铁中石墨的形态有、、和等四种，相应的铸铁分别叫_______铸铁、_______铸铁、_______铸铁和_______铸铁。
答案：片状石墨；球状石墨；团絮状石墨；蠕虫状石墨；灰；球墨；可锻；蠕墨
四、问答题
第三阶段(共析阶段-低温石墨化阶段)，通过共析转变形成共析石墨(G共析)。