工程材料习题Word下载.docx
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4.金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为（C）
A 塑性 B 硬度 C 强度
5.用位伸试验可测定材料的（A）性能指标
A 强度 B 硬度 C 韧性
四、名词解释
1.内力与应力
内力——金属受外力作用后，为保持其不变形，在材料内部作用着与外力相对抗的力称为内力。
应力——单位面积上的内力称为应力。
2.弹性变形与塑性变形
弹性变形——随载荷的作用而产生、随载荷的去除而消失的变形称为弹性变形。
塑性变形——不能随载荷的去除而消失的变形称为塑性变形。
3.屈服点与规定残余拉伸应力
屈服点——拉伸试验过程中，试样在力不增加（保持恒定）的情况下仍能继续伸长（变形）时的应力称为屈服点。
规定残余伸长应力——试样卸除拉伸载荷后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力称为规定残余伸长应力。
4.疲劳极限与抗拉强度
疲劳极限——试样在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳极限。
抗拉强度——试样在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度。
5.铸造性能与锻造性能
铸造性能——金属及合金在铸造工艺中获得优良铸件的能力称为铸造性能。
锻造性能——金属材料在锻造工艺中成形的难易程度称为锻造性能。
五、简述
1.画出低碳钢力――伸长曲线，并述拉伸变形的几个阶段。
1．在图1－1中：
Oe——弹性变形阶段 es——屈服阶段
sb——强化阶段bz——缩颈阶段
2.什么是塑性？
塑性对材料的使用有什么实用意义？
答：
断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。
塑性好的金属可以发生大量塑性变形而不破坏，易于通过塑性变形加工成复杂形状的零件。
3.什么是工艺性能？
工艺性能包括哪些内容？
工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的适应能力。
它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。
4.在表格中填定下列材料常用的硬度测量法及硬度值符号。
材料
常用硬度测量法
硬度值符号
铝合金半成品
布氏硬度测量法
HBS
一般淬火钢
洛氏硬度测量法
HRC
铸铁
表面氮化层
维氏硬度测量法
HV
5.有一根环形链条，用直径为2㎝的钢条制造，已知此材料σs=300Mpa，求该链条能承受的最大载荷是多少？
解：
．
所以 .
；
该链条能承受的最大载荷是94200N。
第二章 金属的结构与结晶
一、填空
1、原子呈无序堆积状况的物体叫非晶体，原子呈有序、有规则排列的物体称为晶体。
一般固态金属都属于晶体。
2、在晶体中由一系列原子组成的平面，称为晶面，通过两个或两个以上原子中心的直线，代表晶格空间排列的一定方向的直线，称为晶向。
3、常见的金属晶格类型有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。
铬属于体心立方晶格，铜属于面心立方晶格，锌属于密排六方晶格。
4、金属晶格结构的缺陷主要有空位、间隙原子、置代原子、位错、晶界和亚晶界等。
晶体缺陷的存在都会造成晶格畸变、塑性变形抗力增大，从而使金属的强度提高。
5、金属的结晶是指由原子不规则排列的液体转变为原子规则排列的固体过程。
6、纯金属的冷却曲线是用热分析法测定的。
冷却曲线的纵坐标表示温度，横坐标表示时间。
7、理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。
过冷度的大小与冷却速度有关，金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。
8、金属的结晶过程是由晶核的形成和晶核的长大两个基本过程组成的。
9、细化晶粒的根本途径是控制结晶时的形核率、晶核的长大速度。
10、金属在固态下，随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为同素异构转变。
二、判断题
（√）1、金属材料的力学性能差异是由其内部组织结构所决定的
（√）2、非晶体具有各向同性的特点。
）3、体心立方晶格的原子位于立方体的八个顶角及立方体六个平面的中心。
（√）4、金属的实际结晶温度均低于理论结晶温度。
）5、金属结晶时过冷度越大，结晶后晶粒越粗。
（√）6、一般说，晶粒越细小，金属材料的力学性能越好。
）7、多晶体中各晶粒的位向是完全相同的。
（√）8、单晶体有各向异性的特点。
）9、在任何情况下，铁及其合金都是体心立方晶格。
（√）10、同素异构转变过程也遵循晶核形成与晶核长大的律。
（√）11、金属发生同素异构转变时要放出热量，转变是在恒温下进行的。
三、选择
１、α-Fe是具有（A）晶格的铁.
A：
体心立方B：
面心立方C：
密排六方
２、纯铁在1450º
C时为（A）晶格，在1000º
C时为（B）晶格。
在600º
C时为（A）晶格。
３、纯铁在700º
C时称为（A），在1000º
C时称为（B）。
在1500º
C时称为（C）。
α-FeB：
γ-FeC：
δ-Fe
４、γ-Fe转变为α-Fe时，纯铁的体积会（B）。
收缩B：
膨胀C：
不变
四、名词解释
1、晶格与晶胞
晶格——表示原子在晶体中排列规则的空间格架称为晶格。
晶胞——能完整反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞。
2．晶粒与晶界
晶粒——组成晶体的许多外形不规则而内部原子排列规则的小晶体称为晶粒。
晶界——晶粒与晶粒之间的分界面称为晶界。
3．单晶体与多晶体
单晶体——结晶后由一个晶粒组成的晶体称为单晶体。
多晶体——结晶后由许多位向不同的晶粒组成的晶体称为多晶体.
五、简述
1、纯金属结晶时，其冷却曲线为什么有一段水平线段？
由于结晶过程中释放出来的结晶潜热，补偿了散失在空气中的热量，因而在结晶时并不随时间的延长而下降，所以冷却线会出现水平线段。
2、生产中细化晶粒的常用方法有哪几种？
为什么要细化晶粒？
生产中常用的细化晶粒方法有增加过冷度、变质处理和振动处理三种，
因为细晶粒的金属具有较高的强度和韧性，所以要细化晶粒。
3、如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下铸铁晶粒的大小
（1）金属模浇注与砂型浇注
（2）铸成薄件与铸成厚件
（3）浇注时采用振动与不采用振动
4．写出纯铁的同素异构转变式。
金属模浇注的铸件晶粒较细。
铸成薄件晶粒较细。
浇注时采用振动的铸件晶粒较
5．画出三种常见金属晶格的晶胞图。
如图2－1所示
6．为什么单晶体具有各向异性，而多晶体一般情况下不显示出各向异性？
因为单晶体仅由一个晶粒组成，在晶体中晶格位向完全相同，由于在晶格的不同晶面向上原子排列的疏密程度不同，因此原子结合力也就不同，从而在不同晶面和晶向上显示出不同的性能，所以单晶体具有各向异性。
多晶体是由许多位向不同的晶粒组成的，由于各晶粒的晶格位向与不一致，它们自身的各向异性彼此抵消，所以多晶体不显示各向异性
第三章金属的塑性变形与再结晶
一、填空
1、金属材料经压力加工变形后，不仅改变了外形尺寸，而且改变了内部组织和性能。
2、弹性变形的本质是外力克服原子间的作用力，使原子间距发生改变。
3、多晶体内晶界对塑性变形有较大的阻碍作用，这是因为晶界处原子排列比较紊乱，阻碍了位错的移动，所以晶界越多，多晶体的塑性变形抗力越大。
4、实践证明，再结晶温度与金属变形的程度有关，金属的变形程度越大，再结晶温度越低。
5．从金属学观点来说，凡在再结晶温度以下进行的加工称为冷加工；
在再结晶温度以上进行的加工称为热加工。
二、判断
（√）1、一般来说，晶体内滑移面和滑移方向越多，则金属的塑性越好。
）2、实际上滑移是借助于位错的移动来实现的，故晶界处滑移阻力最小。
）3、塑性变形只改变金属的力学性能。
（√）4、回复时，金属的显微组织没有明显变化。
）5、再结晶与液体金属结晶一样，有一个固定的结晶温度。
）6、金属铸件可以用再结晶退火来细化晶粒。
）7、为保持冷变形金属的强度和硬度，应采用再结晶退火。
）8、在高温状态下进行的变形加工称为热加工。
（√）9、热加工过程实际上是加工硬化和再结晶这两个过程的交替进行。
三、选择
1、再结晶和重结晶都有晶核的形成和晶核的长大两个过程，它们的主要区别在于是否有（Ｂ）的改变。
Ａ：
温度 Ｂ：
晶体结构 Ｃ：
应力状态
2、钨的再结晶温度为1200℃，对钨来说在1100℃的高温下进行的加工属于（Ａ）。
冷加工 Ｂ：
热加工
3、冷热加工的区别在于加工后是否存在（Ａ）。
加工硬化 Ｂ：
晶格改变 Ｃ：
纤维组织
4、钢在热加工后形成纤维组织，使钢的性能发生变化，即沿纤维的方向具有较高的（Ａ），沿垂直于纤维的方向具有较高的（Ｃ）。
抗拉强度 Ｂ：
抗弯强度 Ｃ：
抗剪强度
四、简述
1、为什么晶粒越细，金属的强度越高，塑性、韧性就越好？
因为晶粒越细，晶界越多，不同位向的晶粒也越多，因而塑性变形抗力越大，所以强度越高。
晶粒越细，在同样条件下变形量分布在更多的晶粒内，使晶粒变形较均匀，而不致过分集中在少数晶粒上。
又因晶粒越细，晶界就越多，越曲折，故不利于裂纹的传播，从而在其断裂前能承受较大的塑性变形，表现出较好的塑性和韧性。
所以晶粒越细，金属的强度越高，塑性、韧性越好。
2、什么是加工硬化现象？
试举生产或生活中的实例来说明加硬化现象的利弊。
在冷塑性变形过程中，随变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称为加工硬化。
＊在生产中的有利一面：
在冷冲压过程中，加工硬化可以提高金属的强度，同时还可获得壁厚均匀的冲压件。
＊在生产中的不利一面：
在冷冲压过程中，因加工硬化会使进一步加工困难，从而增加了加工工序，提高了加工成本。
3、什么是再结晶退火？
一般来说，再结晶退火的温度与再结晶温度有何关系？
将冷塑性变形后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当时间，使变形晶粒重新结晶为等轴晶粒，以消除加工硬化和残余应力，这种工艺称为再结晶退火。
一般来说，再结晶退火的温度应比该金属的再结晶温度高一二百摄氏度。
4、热加工对金属组织和性能有何影响？
热加工对金属组织和性能的影响有：
（1）消除铸造金属组织的缺陷，提高了金属的致密程度，改善了金属的力学性能。
（2）细化晶粒，提高了金属的力学性能。
（3）形成锻造流线，使沿流线方向的抗拉强度和韧性提高，使垂直流线方向的抗剪强度提高，抗拉强度降低。
（4）形成带状组织，引起金属材料力学性能的各向异性。
第四章 铁碳合金
1、合金是一种 金属元素 与 其它金属元素 或 非金属元素 通过熔炼或其他方法结合而成的具有 金属特性 的物质。
2、合金中成分，结构及性能相同的组成部分称为 相 。
3、根据合金中各组元之间的相互作用不同，合金的组织可分为 固溶体、金属化合物 和混合物三种类型。
4、根据溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同，固溶体可分为 间隙固溶体 和 置换固溶体 两种。
5、合金组元之间发生 相互作用 而形成的一种具有 金属特性 的物质称为金属化合物。
其性能特点是 熔点 高， 硬度 高， 脆性 大。
6、铁碳合金的基本组织有五种，它们是 铁素体、奥氏体 、渗碳体、珠光体、莱氏体。
7、铁碳合金的基本相是 铁素体 、 奥氏体 、 渗碳体 。
8、在铁碳合金基本组织中属于固溶体的有铁素体和奥氏体，属于金属化合物的是渗碳体，属于混合物的有珠光体和莱氏体。
9、碳在奥氏体中溶解度随温度的不同而变化，在1148℃时碳的溶解度可达2.11%，在
727℃时碳的溶解度为0.77%。
10、铁碳合金相图是表示在缓慢冷却或加热条件下，不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形。
11、分别填出下列铁碳合金组织的符号：
奥氏体A，铁素体F，渗碳体Fe3C，珠光体P，高温莱氏体Ld，低温莱氏体Ldˊ。
12、含碳量0.0218%～2.11%的铁碳合金称为钢。
根据室温组织不同，钢又分为三类：
亚共析钢，其室温组织为珠光体和铁素体；
共析钢，其室温组织为共析珠光体；
过共析钢，其室温组织为珠光体和二次渗碳体。
13、铁素体的性能特点是具有良好的塑性和韧性，而强度和硬度很低。
14、共析钢冷却到Ｓ点时，会发生共析转变，从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体的混合物，称为珠光体。
15、莱氏体是奥氏体和渗碳体的混合物。
当温度低于727℃时，莱氏体中的奥氏体转变为珠光体，所以室温下的莱氏体是由珠光体和渗碳体组成，又称为低温莱氏体。
（√）1．固溶体的晶格类型与溶剂的晶格类型相同。
（√）2．金属化合物的晶格类型完全不同于任一组元的晶格类型。
（√）3．金属化合物一般具有复杂的晶体结构。
）4．碳在γ–Ｆe中的溶解度比在α–Ｆe中的溶解度小。
（√）5．奥氏体的强度、硬度不高，但具有良好的塑性。
）6．渗碳体是铁与碳的混合物。
（√）7．过共晶白口铸铁的室温组织是低温莱氏体加一次渗碳体。
）8．碳在奥氏体中的溶解度随温度的升高而减小。
（√） 9．渗碳体的性能特点是硬度高、脆性大。
（√）10．奥氏体向铁素体的的转变是铁发生同素异构转变的结果。
）11．含碳量为0.15%和0.35%的钢属于亚共析钢，在室温下的组织均由珠光体和铁素体组成，所以它们的力学性能相同。
）12．莱氏体的平均含碳量为2.11%。
1．组成合金的最基本的独立物质称为（B）
Ａ相 Ｂ组元 Ｃ组织
2．金属发生结构改变的温度称为（A）
Ａ临界点 Ｂ凝固点 Ｃ过冷度
3．合金固溶强化的主要原因是（C）
Ａ晶格类型发生了变化 Ｂ晶粒细化 Ｃ晶格发生了畸变
4．铁素体为（B）晶格，奥氏体为（A）晶格。
Ａ面心立方 Ｂ体心立方 Ｃ密排六方
5．渗碳体的含碳量为（C）％。
Ａ0.77 Ｂ2.11C6.69
6．珠光体的平均含碳量为（A）％。
7．共晶白口铸铁的含碳量为（B）％。
Ａ2.11 Ｂ4.3 Ｃ6.69
8．碳合金共晶转变的温度是（B）℃。
Ａ727 Ｂ1148 Ｃ1227
9．含碳量为1.2%的铁碳合金，在室温下的组织为（C）
Ａ珠光体Ｂ珠光体加铁素体 Ｃ珠光体加二次渗碳体
10．铁碳合金相图上的ＥＳ线，其代号用（C），ＰＳＫ线用代号（A）表示，ＧＳ线用代号（B）表示。
ＡＡ1 ＢＡ3 ＣＡcm
11．铁碳合金相图上的共析线是（C）。
ＡECF BACDCPSK
12．从奥氏体中析出的渗碳体称为（B），从液体中结晶出的渗碳体称为（A）。
A一次渗碳体 B二次渗碳体 Ｃ三次渗碳体
13．将含碳量为1.5%的铁碳合金加热到650℃时,其组织为（C）,加热到850℃时其组织为（D）,加热到1100℃时其组织为（B）
Ａ珠光 B奥氏体 Ｃ珠光体加渗碳体 D奥氏体加渗碳体
14．亚共析钢冷却到GS线时要从奥氏体中析出（A）。
Ａ铁素体 B渗碳体 Ｃ珠光体
15．亚共析钢冷却到PSK线时，要发生共析转变，奥氏体转变成（B）。
Ａ珠光体加铁素体 B珠光体 Ｃ铁素体
1．钢与白口铸铁
钢：
含碳量为0.0218%～2.11%的铁碳合金。
白口铸铁：
含碳量为2.11%～6.69%的铁碳合金
2.铁素体与奥氏体
铁素体：
碳溶解在α—Fe中形成的间隙固溶体。
奥氏体：
碳溶解在γ—Fe中形成的间隙固溶体。
3.珠光体与莱氏体
珠光体：
铁素体和渗碳体的混合物。
莱氏体：
奥氏体和渗碳体的混合物。
4.共晶转变与共析转变
共晶转变：
一定成分的液态合金在某一恒温下，同时结晶出两种固相的转变称为共晶转变。
共析转变：
一定成分的固溶体在某一恒温下，同时析出两种固相的转变称为共析转变。
5.固溶强化与加工硬化
固溶强化：
通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属材料强度、硬度升高的现象称为固溶 强化。
加工硬化：
随着塑性变形程度的增加，金属的强度、硬度提高而塑性、韧性下降的现象称为加工硬化。
1.绘出简化后的Fe-Fe3Ｃ相图。
如图4－1所示
2.根据Fe-Fe3Ｃ相图填写下表。
特性点
含义
温度/º
C
含碳量/%
A
纯铁的熔点
1538
E
碳在γ—Fe中的最大溶解度
1148
2.11
G
纯铁的同素异构转变点
912
共晶点
4.3
S
共析点
727
0.77
D
渗碳体的溶点
1227
6.69
特性线
ACD
ECF
PSK
AECF
GS
ES
液相线
共晶线
共析线
固相线
冷却时，从奥氏体中析出铁素体的开始线
碳在γ—Fe铁中的溶解度线
3．简述含碳量为0.6%，1.0%的铁碳合金从液态冷至室温时的组织转变过程，并画出室温组织示意图。
图4-2a中含碳量为0.6%的铁碳合金冷却到1点时从液态合金中开始结晶出奥氏体，到2点时结晶完毕，2点到3点为单相奥氏体组织。
冷却到3点时从奥氏体中析出铁素体。
由于铁素体中含碳量很低，所以随着铁素体的析出，奥氏体中的含碳量逐渐增加，奥氏体中的含碳量沿GS线增加。
当温度降到4点时（727º
C）时，奥氏体中的含碳量达到0.77%，此时剩余的奥氏体发生共析转变，从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体的混合物，也就是奥氏体转变为珠光体，转变结束后的组织为珠光体和铁素体。
温度继续下降，组织不再发生变化，直到室温，含碳量为0.6%的铁素合金的组织为珠光体和铁素体。
图4-2b中含碳量为1.0%的铁碳合金从液态冷却到1点时，从液态合金中开始结晶出奥氏体，到2点时结晶完毕，2点到3点为单相奥氏体组织，冷却到3点时，奥氏体中的含碳量达到饱和，继续冷却时，从奥氏体中开始析出二次渗碳体。
随着温度下降，剩余奥氏体中含碳量逐渐下降，奥氏体中含碳量沿ES线变化，当冷却到4点时，奥氏体的含碳量达到0.77%，奥氏体发生共析转变，转变为珠光体，转变结束后的组织为珠光体和二次渗碳体。
温度继续下降，组织不再发生变化，直到室温，含碳量达到1.0%的铁碳合金的组织为珠光体和二次渗碳体。
室温组织示意图如图4－3所示
4．根据Fe-Fe3Ｃ合金相同，说明下列现象的原因。
（1）含碳量为1%的铁碳合金比含碳量0.5%的铁碳合金的硬度高。
含碳量为1%的铁碳合金的室温组织是珠光体和渗碳体，而含碳量为0.5%的铁碳合金的室温组织是珠光体和铁素体，因铁素体的硬度比渗碳体的硬度低，所以含碳量为1%的铁碳合金比含碳量为0.5%的铁碳合金的硬度高。
（2）一般要把钢材加热到1000～12500C高温下进行锻轧加工。
钢加热到1000～12500C时的组织为单一的奥氏体组织，其组织的性能特点是强度低而塑性好，便于塑性变形加工，所以要把钢材加热到1000～12500C高温下进锻轧加工。
（3）靠近共晶成分的铁碳合金铁铸造性能好。
从Fe—Fe3C相图可以看出，靠近共晶成分的铁碳合金不仅熔点低，而且凝固温度区间也较小，故具有良好的铸造性能。
5．随着含碳量的增加，钢的组织和性能如何变化？
随着含碳量的增加，钢的组织将按下列顺序发生变化：
珠光体＋铁素体→珠光体→珠光体＋二次渗碳体。
由此可见，随着含碳量的增加，钢中铁素体量逐渐减少，而渗碳体的量则有所增加，因此钢中含碳量提高，强度和硬度提高，而塑性和韧性降低。
当含碳量超过0.9%时，由于二次渗碳体呈网状，使钢的强度有所降低。
第五章 碳素钢
1．碳素钢是含碳量小于2.11%，而且不含有特意加入的合金元素的铁碳合金。
2．碳素钢中除铁、碳外，还常有硅、锰、硫、磷等元素。
其中硅、锰是有益元素，硫、磷是有害元素。
3．含碳量小于0.25%的钢为低碳钢，含碳量为0.25%～0.6%的钢为中碳钢，含碳量大于0.6%钢为高碳钢。
4．45钢按用途分类属于结构钢，按质量分类属于优质钢，按含碳量分类属于中碳钢。
5．T12A钢按用途分类属于工具钢，按含碳量分类属于高碳钢，按质量分类属于高级优质钢。
二、判断
）1．T10钢的含碳量为10%。
（√）2．锰、硅在碳钢中都是有益元素，适当地增加其含量，能提高钢的强度。
）3．硫是钢中的有益元素，它能使钢的脆性下降。
（√）4．碳素工具
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