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1、1工程材料及机械制造基础习题 第一篇工程材料 第一章金属力学性能与结构 、什么是金属材料的力学性能？包括那些内容？ 金属材料的力学性能：金属材料在外力作用下所表现出来的性能。主要包括金属材料的力学性能：金属材料在外力作用下所表现出来的性能。主要包括：弹性、塑性、弹性、塑性、 强度、硬度、冲击韧性等。强度、硬度、冲击韧性等。 、拉伸实验可以测定那些性能？1、弹性强度（弹性极限）、弹性强度（弹性极限）2、屈服强度（屈服极限）、屈服强度（屈服极限）3、抗拉强度（强度极限）、抗拉强度（强度极限）4、伸长、伸长 率率 5、断面收缩率、断面收缩率 、解释下列力学性能指标的含义：b、s、0.2、-1、HBS
2、、HBW、HBC。b抗拉强度：指材料抗拉伸时断裂前承受的最大应力。抗拉强度：指材料抗拉伸时断裂前承受的最大应力。 s屈服强度：指材料产生屈服现象时的应力。屈服强度：指材料产生屈服现象时的应力。 0.2：条件屈服强度。：条件屈服强度。 -1疲劳强度：材料经交变应力无数次循环作用而不发生断裂的最大应力为材料的疲劳强疲劳强度：材料经交变应力无数次循环作用而不发生断裂的最大应力为材料的疲劳强 度。度。 伸长率：试样拉断后标距增长量伸长率：试样拉断后标距增长量 L 与原长与原长 L。 断面收缩率：试样拉断后断口处横截面积的改变量与原始横截积之比。断面收缩率：试样拉断后断口处横截面积的改变量与原始横截积之
3、比。 HBS：用淬火钢球测量的布氏硬。：用淬火钢球测量的布氏硬。 HBW：用硬质合金球测量的布氏硬。：用硬质合金球测量的布氏硬。 HBC：使用顶角为：使用顶角为 120的金刚石圆锥体试验的压头测量的洛氏硬度。的金刚石圆锥体试验的压头测量的洛氏硬度。 、什么叫冲击韧性？、 冲击韧性：指金属材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。冲击韧性：指金属材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。 、什么叫疲劳强度？ 疲劳强度：材料经交变应力无数次循环作用而不发生断裂的最大应力为材料的疲劳强度。疲劳强度：材料经交变应力无数次循环作用而不发生断裂的最大应力为材料的疲劳强度。 、有一紧固螺栓使用后发现有塑性变形，试分析材料的哪些
4、性能指标达不到要求？s屈服强度屈服强度 、用含碳量 0.45%的碳钢制造一种轴，零件图要求热处理后硬度达到 220HBS250HBS， 实际热处理后测得硬度为 22HRC，是否符合要求？ 、选择下列材料的硬度测试方法？（1）调质钢；（2）手用钢锯条；（3）硬质合金刀片； （4）非铁金属；（5）铸铁件 （1）调质钢）调质钢HRC；（；（2）手用钢锯条）手用钢锯条HRA；（；（3）硬质合金刀片）硬质合金刀片HRA； （4）非铁金属）非铁金属HRB、HBS；（；（5）铸铁件）铸铁件HRS 、下列硬度标注方法是否正确？如何改正？（1）HBS210HBS240；（2） 450HBS480HBS；（3）1
5、80HRC210HRC；(4)HRC20HRC25；(5) HBW150HBW200 （1）210HBS240HBS；（；（2）450HBS480HBS；（；（3）180HBS210HBS；(4) 20HRC25HRC；(5) 150HBS200HBS 、断裂韧度与其他常规力学性能指标的根本区别是什么？ 断裂韧度是衡量材料中存在缺陷时的力学性能指标，而其他常规力学性能指标是将材料内断裂韧度是衡量材料中存在缺陷时的力学性能指标，而其他常规力学性能指标是将材料内 部看成处处均匀时衡量材料力学性能的指标。部看成处处均匀时衡量材料力学性能的指标。 、比较铁、铜、镁三种金属材料的力学性能与晶格结构，你认
6、为金属的力学性能与 金属的微观结构有什么关系？ 铁为体心立方晶格，塑性较好；铜为面心立方晶格，塑性最好；镁为密排六方晶格，较脆铁为体心立方晶格，塑性较好；铜为面心立方晶格，塑性最好；镁为密排六方晶格，较脆。2金属的力学性能与金属的微观结构有着密切的关系，晶格类型不同、原子大小和原子间距金属的力学性能与金属的微观结构有着密切的关系，晶格类型不同、原子大小和原子间距 不同，其性能不同。不同，其性能不同。 、试述细晶强化和固溶强化的原理，并说明它们的区别。 细晶强化：利用细化晶粒的方法来提高合金强度、硬度。细晶强化：利用细化晶粒的方法来提高合金强度、硬度。 固溶强化：因形成固溶体而引起合金强度、硬度
7、升高的现象。固溶强化：因形成固溶体而引起合金强度、硬度升高的现象。 、试比较、区别下列名词：金属与合金；晶粒与晶胞；单晶体与多晶体。 金属是所有金属材料的总称，包括黑色金属、有色金属及其合金；而合金是两种或两种以金属是所有金属材料的总称，包括黑色金属、有色金属及其合金；而合金是两种或两种以 上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属性质的新金属材料，是金属的一种上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属性质的新金属材料，是金属的一种 类型。类型。 晶粒是互相接触而外形不规则的晶体。晶胞是晶格中能够代表晶格特征的最小几何单元。晶粒是互相接触而外形不规则的晶体。晶胞是晶格中能够代表晶格
8、特征的最小几何单元。 单晶体：在晶体内部，晶格位向完全一致的晶体。多晶体：由许多晶粒组成的晶体（晶体单晶体：在晶体内部，晶格位向完全一致的晶体。多晶体：由许多晶粒组成的晶体（晶体 内晶格位向不相同的晶体）内晶格位向不相同的晶体） 。 、分析点缺陷、线缺陷、面缺陷的异同之处。点缺陷：以某个点为中心、在它的周围造成原子排列不规则，产生晶格畸变相的晶体缺点缺陷：以某个点为中心、在它的周围造成原子排列不规则，产生晶格畸变相的晶体缺 陷陷。线缺陷：晶体中某一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。面缺陷：晶界和亚晶线缺陷：晶体中某一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。面缺陷：晶界和亚晶 界。界。 相同之
9、处：导致金属变形，互相作用，使位错相同之处：导致金属变形，互相作用，使位错 的阻力增大，从而使金属强度提高。的阻力增大，从而使金属强度提高。 、合金的结构和纯金属的结构有什么不同？合金的力学性能为什么优于纯金属？ 合金是两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属性质的新金属合金是两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属性质的新金属 材料。合金元素在金属形成固溶体、金属化合物材料。合金元素在金属形成固溶体、金属化合物 、机械混合物，起到固溶强化、第二相弥、机械混合物，起到固溶强化、第二相弥 散强化等强化作用。散强化等强化作用。 第二章 铁碳合金 、什么是铁素
10、体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体？说明它们的符号及性能特点。铁素体：碳原子固溶到铁素体：碳原子固溶到 Fe 中形成的间隙固溶体。常用中形成的间隙固溶体。常用“F”或或“”表示。特点：、含表示。特点：、含 碳量很小，其力学性能与纯铁极为相近。、强度和硬度低，而塑性和韧性好。、铁素碳量很小，其力学性能与纯铁极为相近。、强度和硬度低，而塑性和韧性好。、铁素 体在体在 770以下具有磁以下具有磁 。 奥氏体：碳溶于面心立方晶格的奥氏体：碳溶于面心立方晶格的 -Fe 比中所形成的间隙固溶体比中所形成的间隙固溶体。用符号用符号“A”或或 “”表示。表示。特点：、具有一定强度和硬度，良好的韧性，低的塑性形
11、变抗力。、易于高温锻压成特点：、具有一定强度和硬度，良好的韧性，低的塑性形变抗力。、易于高温锻压成 型。型。 渗碳体：铁与碳形成的具有复杂晶格的间隙化合物。分子式是渗碳体：铁与碳形成的具有复杂晶格的间隙化合物。分子式是 Fe3C。特点：、渗碳体的。特点：、渗碳体的 力学性能特点是硬度高力学性能特点是硬度高(800HBS)。、而塑性、冲击韧度几乎等于零。、而塑性、冲击韧度几乎等于零。 珠光体：铁素体和渗碳体均匀分布的两相机械混合物。代号为珠光体：铁素体和渗碳体均匀分布的两相机械混合物。代号为“P”。特点：、有较高的。特点：、有较高的 强度，硬度适中。、具有一定的塑性和足够的韧性。强度，硬度适中。
12、、具有一定的塑性和足够的韧性。 莱氏体：奥氏体和渗碳体呈均匀分布的机械混合物。也称高温莱氏体，用符号莱氏体：奥氏体和渗碳体呈均匀分布的机械混合物。也称高温莱氏体，用符号 Ld 表示。表示。 特点：、硬度高。、塑性很差。特点：、硬度高。、塑性很差。 、绘出简化后的 Fe-Fe3C 相图，指出图中 S、C、E、G、GS、SE、ESF、PSK 各点、 线、面的意义，并标出各相区组成物。3S：共析点；：共析点；C：共晶点；：共晶点；E：碳在：碳在 -Fe(A)中最大溶解度，钢与铁分界点；中最大溶解度，钢与铁分界点；G：纯铁的同：纯铁的同 素异构转变点；素异构转变点；GS（A3线）：含碳量小于线）：含碳
13、量小于 0.77%的奥氏体开始析出铁素体的温度线；的奥氏体开始析出铁素体的温度线； SE（Acm线）：碳在奥氏体中的溶解度曲线；线）：碳在奥氏体中的溶解度曲线； ESKF ：Fe3C+A 双相区；双相区；PSK 线（线（A1)： 共析线。共析线。 、简述 Fe-Fe3C 相图中共晶反应、共析反应，写出反应式，注出含碳量及温度。 共晶反应：含碳量为共晶反应：含碳量为 4.3%的莱氏体温度下降到的莱氏体温度下降到 1148时，同时结晶出含碳量为时，同时结晶出含碳量为 2.11%的的 奥氏体和渗碳体。奥氏体和渗碳体。 共析反应：含碳量为共析反应：含碳量为 0.77%的奥氏体温度下降到的奥氏体温度下降
14、到 727时，同时析出含碳量为时，同时析出含碳量为 0.0218%的的 铁素体和渗碳体。铁素体和渗碳体。 、分别分析含碳量为 0.4%、0.77%、1.2%铁碳合金从液态缓冷到室温的结晶过程和 室温组织。、根据 Fe-Fe3C 相图计算：（1）室温下，含碳 0.45%、1.2%的钢中相对重量及组织 成物的相对重量。 （2）上述两种钢种的大致硬度及抗拉强度。 P0.45/0.77*100%=58%F=1-58%=42%HBS=80*0.42+240*0.58=173b=174*3.6=623Mpa设设 P 为相对含量为相对含量 x，Fe3C 的相对含量为的相对含量为x。x*0.77%+(1-x)
15、*6.67%=1.2%x=92.7%1-92.7%=7.3%HBS=240*0.927+800*0.073=280.88b=280.88*3.6=1011.2MPa 、根据相图说明产生下列现象的原因：（1）含碳量 1%的钢比含碳量 0.5%的钢硬度 高。 （2）在室温下，含碳量 0.7%的钢比含碳量 1.2%的钢的塑性好。 （3）钢铆钉一般用含 碳量较低的钢制成。 （4）一般要把钢材加热到高温（10001250）进行热轧或锻造。 （1）含碳量）含碳量 1%的钢其室温时由的钢其室温时由 P 和和 Fe3C 组成，含碳量组成，含碳量 0.5%的钢其室温时由的钢其室温时由 P 和和 F 组组 成，而
16、成，而 Fe3C 比比 F 硬度高，所以含碳量硬度高，所以含碳量 1%的钢比含碳量的钢比含碳量 0.5%的钢硬度高。的钢硬度高。 （2）含碳量）含碳量 0.7%的的 钢由钢由 P 和和 F 组成，含碳量组成，含碳量 1.2%的钢由的钢由 P 和和 Fe3C 组成，而组成，而 F 比比 Fe3C 塑性好。塑性好。 （3）根据钢）根据钢 铆钉的工作条件，其需要塑性好，变形抗力小，所以一般用含碳量较低的钢制成。铆钉的工作条件，其需要塑性好，变形抗力小，所以一般用含碳量较低的钢制成。 （4）因）因 为钢在为钢在 10001250高温时，其组织为单相高温时，其组织为单相 A，而，而 A 塑性好，变形抗力小，容易成型，所塑性好，变形抗力小，容易成型
