工程材料(答案)

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1、第一章 - 金属材料的力学性能1. 什么是弹性变形？什么是塑性变形？弹性变形： 试样的伸长量随拉力成比例增加，若去除拉力后试样恢复原状；塑性变形： 试样的伸长量随拉力成比例增加，若去除拉力后试样不能恢复原状， 尚有一部分伸长量保留下来，这部分保留下来的变形称为塑性变形。2. 一根标准拉伸试样的直径为10mm ，标距长度为 50mm ，拉伸试验时测出试样在26000N时屈服，出现的最大载荷为45000N ，拉断后的标距长度为58mm ，断口处直径为7.75mm ，计算s、b、s、。s=Fs/Ao=26000/（5X5X）=331MPab=Fb/Ao=45000/（5X5X）=573MPas=（L

2、1-L0）/L0X100%= （58-50）/50X100%=16% =（Ao-A1）/AoX100%= （10-7.75 ）/10X100%=22.5% 3. 说明 HBS和 HRC 两种硬度指标在测试方法、 适用硬度范围及应用范围上的区别？HBS 是用一定的实验力F（N)，将直径为 D（mm ）的钢球压入金属表面，保持一定时间（S）后卸去试验力，然后测出金属表面的压痕直径得的商，计算公式为HBS （w）=0.102F/A 适用于布氏硬度小于450的材料；HRB是用钢球做压头，在测定硬度时，先加预试验力，将压头压至 b 点，然后再加主试验力，进一步将压头压至C点。最后卸除主试验力，在弹性作用

3、下使压痕深度从C点回到 d 点。 这时，bd 之间的距离 h 即为由主试验力所引起的压痕深度。HRA 、HRC 都是用金刚石圆锥做压头， 分别施加 588N、1470N 总试验力，其硬度值计算公式中的常数K为 0.2 ，用于测量硬材料或工件的硬度。HRB是用钢球做压头，施加980N的总试验力，计算公式中的常数 K为 0.26 ，主要用于测定软材料或毛坯的硬度。第二章 - 金属及合金的结构与结晶1. 晶 胞： 能够完全反映晶格特征的最小几何单元；晶 格： 晶胞堆砌而成的单元；晶 粒： 内部原子呈规则排列，晶格位向基本一致的小晶体；晶 界： 晶粒之间的界面称为晶界；多晶体： 由许多小晶体组成；亚晶

4、体： 晶粒内部的晶格位向也不是完全一致的，其中，不同小区的晶格位向相差大约10-20, 这些小区称为亚晶粒；空 位： 有的晶格结点上没有原子存在，这就是晶格空位；位 错： 晶体中一列或数列原子发生有规则的错排；过冷度： 理论结晶温度与实际结晶温度之差；变质处理： 在浇注前向金属液体中加入变质剂，促使晶粒细化；组 元： 组成合金的元素，但也可以是稳定的化合物；相：一种聚集状态，是合金中结构相同，成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分；固溶体： 溶质原子溶入溶剂晶格所形成的合金相，称为固溶体；化合物： 合金中的两组元相互作用而形成的一种新相，它的晶体结构、性能、熔点与两组元不同，并且具有金属特性

5、，这种相称为金属化合物。2. 固溶强化：由于溶质原子溶入溶剂中形成固溶体，使金属的强度、硬度升高的现象，称为固溶强化。原因： 由于溶质原子处在溶剂晶格间隙时会造成较大的晶格畸变所致。另外，这类原子半径很小容易扩散到位错处与其发生作，从而造成更大的强化效果。3. 下列情况是否有相的改变1）液态金属液固有2）同素异构转变无3）晶粒由粗变细无第三章 - 铁碳合金相图1. 铁碳合金状态图中，那条线与铁的同素异形体转变有关？为什么？GS 线，因为此时出现-Fe-Fe 的同素异构转变。2. 用铁碳合金状态、图分析，室温下的铁碳合金有哪些相？它们构成哪些组织？哪种组织强度最高？有 Fe3C和铁素体（固溶体）

6、两相；组 织：珠光体、铁素体、二次渗碳体；二次渗碳体强度最高。3. 根据白口铸铁的组织特征，分析其机械性能与钢不同的原因？原 因：铁碳合金室温下的组织有F+Fe3C、F+P 、P、P+Fe3C、P+Fe3C+Ld、Ld 、Ld+Fe3C。它们都是由铁素体和渗碳体两相组成的。其中，渗碳体有Fe3C、Fe3C、Fe3C、Fe3C共析、Fe3C共晶，它们的化学成分、晶体结构和性能完全相同，只是形态不同。白口铸铁由于含碳量c2.11%，组织中以Fe3C共晶为基体的莱氏体、网状的Fe3C或条状的Fe3C，故硬而脆。第四章 - 钢的热处理1. 指出下列工件正火的主要作用及正火后的组织。（1）20CrMnT

7、i 制造传动齿轮作 用：提高硬度，便于后续的机械加工，正火后的组织是F+P，即铁素体 +珠光体组织；（2）T12 钢制造铣刀作 用：消除网状碳化物，细化组织为最终热处理做准备，正火后的组织是索氏体 +碳化物。2. 用 45 钢制造主轴，其加工工艺的路线为：下料锻造退火粗加工调质处理试问：（1）调质处理的作用。作 用：改变主轴的机械性能，使其强度和韧性得到综合提高，从而更加耐用；（2）调质处理加热温度范围。范 围：90050淬火， 68020回火。3. 热处理的目是什么？有哪些基本类型？目 的：为了获得所需要的组织结构和性能，提高材料使用性能，延长寿命，改善工艺性能；类 型：整体热处理、表面热处

8、理、化学热处理。4. 简述过冷奥氏体等温转变组织的名称及其性能。（1）珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物，分为片状和球状，球状强度硬度低，但塑性和韧性高；(2) 贝氏体：1）上贝氏体，记为 B上，硬度高，强度低，塑性韧性差；2）下贝氏体，记为B下，硬度高，强度高，塑性韧性较好；（3）马氏体：其亚结构为位错，有较高强度和良好的韧性，具有良好的综合机械性能。5. 氮化处理与渗碳处理相比有哪些特点。特 点：1）渗氮层具有更高的硬度和耐磨性；2）渗氮层具有一定的耐蚀性；3）渗氮后工件变形小；4）因渗层较薄，故承受冲击不能过大。6. 什么叫退火？其主要目的是什么？退 火：将工件加热到Ac3以上 30

9、50，保温一段时间后随炉缓冷的过程。目 的：细化晶粒，去除残余应力，降低硬度，为切削加工和最终热处理做准备。7. 什么叫回火？淬火钢为什么要进行回火处理？回 火：将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气、水或油等介质中冷却的金属热处理过程。原 因：1）获得需要的组织和性能；2）稳定钢件尺寸；3）消除淬火内应力。8. 么叫淬火？其主要目的是什么？淬 火：将工件加热到Ac3或 Ac13050，保温一段时间，然后快速冷却以获得马氏体和贝氏体组织的热处理工艺；目 的：为了获得马氏体组织，提高工件的硬度和耐磨性。9. 钢采用低温或高温回火各获得什么组织？其主要应用在什么场

10、合？低温回火得到回火马氏体，主要用于高碳钢的切削刃具、量具、冷冲模具、滚动轴承等；高温回火得回火索氏体，主要用于连杆、螺栓、齿轮及轴类。10. 指出过共析钢的淬火加热的温度范围，并说明理由？温 度：Ac1+3050；加热温度过高，由于渗碳体全部溶于奥氏体，提高了奥氏体含碳量，会使Ms下降，淬火后残留奥氏体增多，反而钢的硬度，还会使马氏体体积比增大，淬火应力增加，同时，还会引起晶粒粗大，韧性下降，工件淬火时易变形开裂。11. 球化退火的目的是什么？主要应用在什么场合？目 的：是钢中所有的渗碳体都发生球状化，得到铁素体基本上均匀分布着球状渗碳体组织，即球状珠光体，以降低硬度，改善切削加工性能。应

11、用：主要用于工具钢的锻件和型材。12. 共析钢的奥氏体形成过程可归纳为几个阶段？1）奥氏体晶核的形成与长大；2）残留渗碳体的溶解；3）奥氏体成分的均匀化。第五章 - 工业用钢一、填空题 1. 工业用钢包括 _碳素_钢和_合金_钢。 2. 特殊性能钢包括 _不锈_钢、_耐热_钢、_耐磨_钢。 3. 滚动轴承钢的热处理首先采用_退火_，以降低锻造后钢的硬度，便于切削 加工然后采用 _淬火_，以提高轴承的硬度和耐磨性。 4. 钢的耐热性包括 _高温抗氧化 _性和_高温_强度两个方面。 二、将下列材料与用途连线Q195 GCr15 HT200 20Cr 1Cr13 地脚螺栓滚动轴承齿轮传动轴汽轮机叶片

12、 三、试解释下列铁碳合金的牌号的含义：并注明属于哪种钢材，及热处理工艺要求。 Q235-A F：屈服点为 235MPa 、A等级质量的沸腾钢； 20：平均c=0.20%的优质碳素结构钢； 45：平均c=0.20%的优质碳素结构钢； 60：平均c=0.60%的优质碳素结构钢； T10：平均c=0.10%的优质碳素工具钢； T12A ：平均c=0.10%的高级优质碳素工具钢；Q195：屈服点 Qs=195MPa 低合金高强度结构钢； ZG310-570：屈服点 Qs=310MPa 、抗拉强度 Qb=570MPa 的铸造碳钢件。 四、判断题 1. 大部分低合金钢和合金钢的淬透性比碳素钢好。（） 2.

13、 合金渗碳钢渗碳后不用热处理就能使用。（） 3. 不锈钢是不生锈的钢，所以适于在腐蚀条件下工作。（） 4.Crl2MoV 钢是不锈钢。（） 5.40Cr 钢是最常用的合金调质钢。（） 6. 合金钢只有经过热处理，才能显著提高其力学性能。（） 五、选择题 1.GCrl5 钢的铬的质量分数为 ( B ) 。 A0.15 B.1.5 C.15 2.60Si2Mn 钢属于合金弹簧钢，它的最终热处理是( B ) 。 A淬火 +低温回火 B.淬火+中温回火 C.淬火+高温回火 3. 合金渗碳钢渗碳后必须进行( A ) 热处理才能使用。 A淬火 +低温回火 B.淬火+中温回火 C.淬火+高温回火 五、问答题

14、 1. 合金元素对钢的回火转变有何影响? 影响：1）提高回火稳定性2）产生二次硬化3）引起回火脆性 2. 试举例说明低合金高强度结构钢的性能和用途。 性能：1）较高的强度、良好的韧性2）良好的冷弯性能和焊接性能 用途：主要用来制造强度要求较高的工程结构，如桥梁、船舶、压力容器、 汽车、拖拉机等。 3. 合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢的牌号是如何表示的? 合金渗碳钢： 20Cr、20CrMnTi、20Cr2Ni4 合金调质钢： 40Cr、40CrNi、40CrNiMoA 合金弹簧钢： 65Mn 、60Si2Mn 、50CrVA 。 4. 为什么滚动轴承钢应具有高的含碳量?合金元素在钢中有哪些

15、作用? 原因：保证钢在淬火后，具有高的硬度和耐磨性； 作用：提高钢的淬透性， 并且还与碳形成细小而均匀分布的碳化物，以提 高钢的接触疲劳强度和耐磨性。 5. 高速钢有何性能特点 ?其热处理有何特点 ?回火后为什么硬度会增加? 特点：具有高的硬度和热硬性； 热处理： 1）退火球化退火，降低钢的硬度，消除残余应力；2）淬火 W18Cr4V 钢淬火加热温度为12701285，W6Mo5Cr4V2 为 12101230； 为了防止产生变形开裂，淬火加热前应进行预热； 为了防止产生氧化、 脱碳，高速钢刃具常用盐浴炉加热。3）回火三次回火，消除残余奥氏体。 原因：回火后的组织主要是回火马氏体+粒状碳化物。 6. 为什么合金工具钢9SiCr 制造的刃具比T9钢制造的刃具使用寿命长? 原因：合金工具钢9SiCr 是在碳素工具钢T9 钢的基础上加入合金元素形 成的钢，合金元素的主要作用是提高淬透性和回火稳定性。 7. 高锰耐磨钢经水韧处理后，其性能如何?在什么条件下才能耐磨? 性能：硬度增加，韧性提高。 条件：受到剧烈冲击和摩擦时。 六、正确选择钢材的分类： 20CrMnTi 合金渗碳钢 50CrVA 合金弹簧钢 9SiCr 合金工具钢 40Cr 合金调质钢 W18Cr4V 高速钢 1Crl3 不锈钢 ZGMnl3 高锰耐磨钢 4Cr