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1、.汽车机械基础习题参考答案第4章 金属材料的性能1什么是金属的力学性能？根据载荷形式的不同，力学性能主要包括哪些指标？答：在外力作用下，材料所表现出来的一系列特性和抵抗破坏的能力称力学性能。材料的力学性能指标分为强度、塑性、硬度，冲击韧性和疲劳强度等。2什么是弹性变形？什么是塑性变形？答：随着载荷的存在而产生、随着载荷的去除而消失的变形称为弹性变形。载荷卸掉后形变不能恢复的变形称为塑性变形。3什么是强度？什么是塑性？衡量这两种性能的指标有哪些？各用什么符号表示？答：金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。根据载荷的不同，可分为抗拉强度，抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等几种。断裂前金属
2、材料产生永久变形的能力称为塑性，用延伸率和断面收缩率来表示。4什么是硬度？HBS、HBW、HRA、HRB、HRC各代表什么方法测出的硬度？答：材料抵抗另一硬物压入其内的能力叫硬度，即受压时抵抗局部塑性变形的能力。HBS布氏硬度（当用淬火钢球压头时）、HBW布氏硬度（当用硬质合金球时）；HRA、HRB、HRC都是洛氏硬度，只是压头以及总载荷不同：压头分别是金刚石圆锥、1/16”钢球、金刚石圆；总载荷分别为60 kgf、100 kgf、150 kgf。5下列硬度的写法是否正确？HBS150、HRC140、HRC70、HRB10、HRA79、474HBWHBS150错，改为150HBSHRC140错
3、，HRC硬度范围为2067HRB10错，HRB硬度范围为25100HRA79错，改为79HRA474HBW对6下列各种工件一般应采用何种硬度试验方法来测定其硬度值？（1）锉刀； （2）黄铜轴套； （3）硬质合金刀片； （4）渗碳合金钢；（5）供应状态的各种碳钢钢材。答：（1）锉刀：用HRC试验测定；（2）黄铜轴套：用HRB试验测定；（3）硬质合金刀片：用HRA试验测定；（4）渗碳合金钢；用HRA试验测定；（5）供应状态的各种碳钢钢材：用HB试验测定；7什么是冲击韧性？用什么符号表示？答：材料抵抗冲击载荷作用的能力称为冲击韧性。用冲击韧度ak（J/m2）表示。8什么是疲劳现象？什么是疲劳强度？答
4、：在交变应力作用下，虽然零件工作中所承受到的应力值远低于材料的抗拉强度sb，甚至小于屈服点ss，但经过应力较长时间的作用也会使工件产生裂纹或发生突然断裂，这种现象称为金属的疲劳现象。材料承受的交变应力s与材料断裂前承受交变应力的循环次数N之间的关系：金属承受的交变应力越大，则断裂时应力循环次数N越少。当应力低于一定值时，试样可以经受无限周期循环而不破坏，此应力值称为材料的疲劳极限（亦叫疲劳强度）精品.，用s-1表示。9为什么金属的疲劳破坏具有很大的危险性？如何提高金属的疲劳强度？答：各种材料发生疲劳断裂时，都不会产生明显的塑性变形，断裂是突然发生的，所以具有很大的危险性。据统计，损坏的机械零件
5、中，有80%以上是由于金属的疲劳造成的。金属的疲劳极限受到很多因素的影响，主要有工作条件、表面状态、材质、残余内应力等。改善零件的结构形状、降低零件表面粗糙度以及采取各种表面强化的方法，都能提高零件的疲劳极限。10长期工作的弹簧突然断裂，属于哪类问题？与材料的哪些性能有关？答：属于疲劳断裂。主要与材料的疲劳强度有关。11大能量冲击和小能量多次冲击的冲击韧性各取决于金属材料的哪些力学性能指标？答：大能量冲击的冲击韧性主要取决于金属材料的塑性，小能量多次冲击的冲击韧性主要取决于金属材料的强度。12什么是材料的工艺性能？常指哪些项目？答：所谓材料的工艺性能就是指材料被加工的便利程度，工艺性能实际上是
6、材料的力学性能、物理性能和化学性能的综合表现，它是材料能否大量工业应用的一个重要因素。工艺性能直接影响零件加工后的工艺质量，是选材和制定零件加工工艺路线时必须考虑的因素之一。它包括铸造性能、压力加工性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能等。13有一直径为110-2m的碳钢短试样（试样长径比为1:5），在拉伸试验时，当载荷增加到21980N时出现屈服现象，载荷达到36110N时产生缩颈，随后试样被拉断。其断后标距是6.1510-3m。求此钢的屈服点、抗拉强度、伸长率及断面收缩率。解：（1）求屈服点 （2）求抗拉强度 （3）求伸长率短试样： （4）求断面收缩率 答：此碳钢的屈服点为280MPa；
7、抗拉强度为460MPa；伸长率为23%；断面收缩率为50%。第5章 铁 碳 合 金1解释下列名词：晶体、晶格、晶粒、晶界。晶体：微粒呈规则排列的固态物质称为晶体。晶格：晶体中原子或离子按一定规则排列而成的空间几何图形，称为晶格。晶粒：外形、大小、晶格方位都不一致的小单晶体称为晶粒。晶界：晶粒之间的分界面称为晶界。精品.2纯铁的同素异构转变有何实际意义？答：纯铁的同素异构转变是可逆的，它是材料进行热处理的重要依据之一。同素异构转变属于固态相变，具有其本身的特点，例如：新晶格的晶核优先在原来晶粒的晶界处形核；转变需要较大的过冷度；晶格的变化伴随着金属体积的变化，转变时会产生较大的内应力。例如Fe转
8、变成Fe时，铁的体积会膨胀约1%，这是钢热处理时引起应力、导致工件变形和开裂的重要原因。3默绘铁碳合金相图，简述它的作用。铁碳合金相图略。由铁碳合金相图可以明显看出，纯铁、钢和铸铁之所以性能不同，是因为含碳量不同，从而冷却后的组织不同。因此，如需要塑性、韧性高的材料，则可选用含碳量较低的钢种；需要强度、塑性及韧性都较好的材料，可选用含碳量适中的钢种；如需要硬度高、耐磨性好的材料，则应选用含碳量高的钢种。纯铁的强度低，不适于制作机器零件，但它的磁导率高，可作为软磁材料使用。白口铸铁硬而脆，但经石墨化后可转变为灰铸铁，灰铸铁的流动性好，可用于制造铸件。4按用途分，碳钢可分为哪几类？主要作用是什么？
9、答：按用途分： 碳素结构钢：主要用做各种工程构件、桥梁、建筑构件和机器零部件等，一般为中低碳钢。 碳素工具钢：主要用于制作各种刃具、量具、模具，一般为高碳钢5随着钢中含碳量的增加，钢的力学性能有何变化？为什么？答：随着铁碳合金的碳含量增大，其室温组织按FF+PPP+Fe3CP+Fe3C+ LdLdLd+Fe3CFe3C的顺序变化。而P和Ld都是F和Fe3C的机械混合物。所以，可以认为铁碳合金组织是随着碳含量增大从FF+Fe3CFe3C变化，并且两者相对量的变化规律亦呈直线关系。图5.13 碳钢的力学性能与碳含量的关系铁素体强度、硬度低，但塑性、韧性好，起基体相作用；渗碳体则很硬脆，是强化相。因
10、此，随着碳含量的增加，铁碳合金的硬度越来越高，而塑性、韧性越来越低。图5.13为实验测得的碳含量wC与力学性能之间的关系曲线，可见韧性曲线ak值下降的幅度比塑性指标和要快，这说明韧性指标对渗碳体量的增加更敏感。硬度的变化基本上是随碳含量的增加呈直线上升。而强度是一个对组织形态很敏感的力学性能，在亚共析区，因为只有铁素体和渗碳体两种组织的相对量变化，强度基本上是随碳含量增加而直线上升；当碳含量超过0.77%而进入过共析区时，其组织为珠光体和渗碳体，由于有游离渗碳体的存在，使强度的增加趋缓；另外，二次渗碳体是在原先奥氏体的晶界处析出的，当wC超过0.9%后，随着碳含量增加，渗碳体含量增多，逐渐形成
11、网状，大大削弱了晶粒间的结合力，使强度急剧降低。因此在wC为0.9%处出现强度最大值，随后强度则不断下降。6指出Q235、45、T12的类型、含义、用途。Q235：普通碳素结构钢，屈服强度为235Mpa。碳含量较低，而硫、磷等有害杂质的含量较高，故强度不高，但塑性、韧性较好，焊接性能好，价格低廉，可用于制造焊、铆、螺栓连接的一般工程构件和不重要的一般机械零件，如货车车架、发动机支架、后视镜支杆等。45：碳质量分数wC为0.45%的优质碳素结构钢，有害杂质含量很少，通常经过热处理后可提高力学性能。常精品.用于制造各种较重要的机械零件，比如汽车底盘中的大部分零件。T12：碳质量分数wC为1.2%的
12、优质碳素工具钢。常用于制造刃具、量具、模具等。7试比较碳钢与合金钢的优缺点。碳钢成本低、应用广，碳钢的缺点主要表现在：淬透性差，不宜做成大截面或形状复杂的工件；回火稳定性差；综合力学性能较低，如提高强度、硬度则韧性下降，反之则强度、硬度下降；高温下强度、硬度低，不适用于工作在高温下的工件；不具备某些场合所要求的特殊物理、化学性能，如耐腐蚀、无磁性等。而合金钢正是为了弥补碳钢的缺点而发展起来的。目前，合金钢在钢的总产量约占20%左右，钢中加入合金元素后不仅改善了钢的热处理性能，而且提高了钢的强度和韧性。但是，合金钢并不是一切性能都优于碳钢，还有很多工艺性能不如碳钢，如铸造、焊接以及某些钢的热处理
13、、切削加工性能比碳钢要差，成本也较高。8说明下列材料的牌号、含义。GCr15、40Cr、9SiCr、W18Cr4V、65Mn、20CrMnTi、60Si2MnGCr15：滚动轴承钢；高而均匀的硬度和耐磨性、高的弹性极限和耐压性；一般用于制造滚动轴承中的滚柱、滚珠、滚针、套圈以及柴油机的精密偶件等。40Cr：合金调质钢；具有较好的综合力学性能；一般用于制作重要的齿轮、轴等零件。9SiCr：低合金刃具钢；具有高硬度、高耐磨性、一定的强度和韧性；一般用于制造板牙、丝锥等低速切削用刀具。W18Cr4V：高速钢，热硬性可达600，具有很高的强度、硬度、耐磨性及淬透性；用于制造车刀、刨刀、钻头等切削刀具。
14、65Mn：优质碳素钢，高的抗拉强度、屈强比（ss/sb）、疲劳强度，用于制造汽车弹簧、板簧和螺旋弹簧等弹性元件及耐磨件。20CrMnTi：合金渗碳钢；经渗碳热处理后其表层硬度和耐磨性高，而心部具有高的韧性；一般用于制作汽车上各种变速齿轮等零件。60Si2Mn：合金弹簧钢；具有高的屈服强度和高的屈强比，足够的韧性、塑性和弹性极限。一般用于制作弹簧零件。9若将30钢用来制造锉刀，或将20钢当做60钢制成弹簧，则使用过程中将会出现什么问题？若将30钢用来制造锉刀，很快就磨钝了；将20钢当做60钢制成弹簧，屈强比、屈服强度都不够，弹簧将很快“压塌”不能回弹。10什么叫渗碳钢？为什么一般渗碳用钢的含碳量
15、都比较低？合金渗碳钢常含有哪些元素？它们对钢的组织与性能有何影响？答：低碳钢采用渗碳热处理工艺提高其表层硬度和耐磨性，而心部具有高的韧性，这些低碳钢称为渗碳钢。碳钢作渗碳钢时，要求心部具有高韧性，所以采用含碳量较低的碳钢。在合金渗碳钢中，常加入铬、锰、钛、钒等元素；这些合金元素加入后能使合金渗碳钢的晶粒得到了细化并提高了淬透性。11生产中应用最多的是哪几类铸铁？各有哪些特点？答：生产中应用最多的是：灰铸铁：灰铸铁中碳全部或大部分以片状石墨形态存在，其断口呈暗灰色。它的力学性能虽不如钢，但因有石墨存在而带来一些优点如吸振性、耐磨性和可切削性；良好的铸造性能，收缩小，不易产生铸造缺陷等，是应用最广的铸造金属。球墨铸铁：球墨铸铁具有较高的力学性能，与钢相接近。同时球墨铸铁又基本具有灰铸铁的一系列优良性能，使得“以铸代锻，以铁代钢”成为现实。精品.12什么是热处理？什么样的材料才能进行热处理？答：金属材料的热处理是指金属材料在固态下，采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以改变其内部组织结构，从而获得所需性能的一种工艺方法。适合热处理的材料，必然是加热，冷却过程中内部组织结构能够发生变化的材料，这通常是指：有固态相变的材
