机械工程材料习题集答案Word格式.docx

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抗拉强度σ5：

l0=5d0时的伸长率（l0=5.65s01/2）

HBS:

布氏硬度（压头为钢球）

第2章材料的结构

1.每个体心立方晶胞中包含有（B）个原子A.1B.2C.3D.4

2.每个面心立方晶胞中包含有（C）个原子A.1B.2C.3D.4

3.属于面心立方晶格的金属有（C）A.α-Fe,铜B.α-Fe,钒C.γ-Fe,铜D.γ-Fe,钒

4.属于体心立方晶格的金属有（B）A.α-Fe,铝B.α-Fe,铬C.γ-Fe,铝D.γ-Fe,铬

5.在晶体缺陷中，属于点缺陷的有（A）A.间隙原子B.位错C.晶界D.缩孔 

6.在立方晶系中,指数相同的晶面和晶向（B）

A.相互平行B.相互垂直C.相互重叠D.毫无关联

7.在面心立方晶格中,原子密度最大的晶面是（C）

A.（100）B.（110）C.（111）D.（122） 

二、是非题

1.金属或合金中,凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分称为相。

是

2.在体心立方晶格中，原子排列最密的方向[111]垂直于原子排列最密的晶面（110）。

非

（指数相同才会相互垂直）

3.单晶体具有各向同性，多晶体具有各向异性。

非（晶体具有各向异性，非晶体具有各向同性）

4．晶体的配位数越大，其致密度也越高。

三、填空题

1.一切固态物质可以分为（晶体）与（非晶体）两大类。

2.晶体缺陷主要可分为（点缺陷）,（线缺陷）和面缺陷三类。

3.晶体缺陷中的点缺陷除了置换原子还有（间隙原子）和（空位）。

4.面缺陷主要指的是（晶界）和（亚晶界）；

最常见的线缺陷有（刃型位错）和（螺型位错）。

5.每个面心立方晶胞在晶核中实际含有（4）原子，致密度为（0.74），原子半径为（2½

a/4）。

6.每个体心立方晶胞在晶核中实际含有

（2）原子，致密度为（0.68），原子半径为（3½

7.每个密排六方晶胞在晶核中实际含有（6）原子，致密度为（0.74），原子半径为（a/2）。

四、解释下列现象

1.金属一般都是良导体，而非金属一般为绝缘体。

2．实际金属都是多晶体结构。

第3章材料的凝固

A纯金属的结晶

一、是非题

1.物质从液体状态转变为固体状态的过程称为结晶。

非（称为凝固）

2.金属结晶后晶体结构不再发生变化。

3.在金属的结晶中，随着过冷度的增大，晶核的形核率N和长大率G都增大，在N/G增大的情况下晶粒细化。

4.液态金属结晶时的冷却速度越快，过冷度就越大，形核率和长大率都增大，故晶粒就粗大。

非（晶粒都会细化）

5.液态金属冷却到结晶温度时，液态金属中立即就有固态金属结晶出来。

非（要到理论结晶温度以下才会有）

二、填空题

1.随着过冷度的增大，晶核形核率N（增大），长大率G（增大）。

2.细化晶粒的主要方法有（a、控制过冷度b、变质处理c、振动、搅拌）。

3.纯铁在1200℃时晶体结构为（γ-Fe），在800℃时晶体结构为（α-Fe）。

三、改正题

1.金属的同素异构转变同样是通过金属原子的重新排列来完成的，故称其为再结晶。

2.在一般情况下，金属结晶后晶粒越细小，则其强度越好，而塑性和韧性越差。

将差改成好

四、简答题

1.影响金属结晶过程的主要因素是什么？

答：

晶核形核率和长大率

2.何谓金属的同素异构转变？

并以纯铁来说明。

有些物质在固态下其晶格类型会随温度变化而发生变化，这种现象称为同素异构转变。

纯铁在固态下的冷却过程中有两次晶体结构变化：

d-Fe⇌g-Fe⇌a-Fe　d-Fe、γ-Fe、α-Fe是铁在不同温度下的同素异构体，其中d-Fe和α-Fe都是体心立方晶格，分别存在于熔点到1394℃之间及912℃以下，γ-Fe是面心立方晶格，存在于1394℃到912℃之间。

3.试述晶粒大小对其机械性能有何影响？

常温下，晶粒越细，晶界面积越大，因而金属强度、硬度越高，同时塑性、韧性越好。

高温下，晶界呈黏滞状态，在外力作用下易产生滑动和迁移，因而细晶粒无益，但晶粒太粗，易产生应力集中。

因而高温下晶粒过粗、过细都不好。

B合金的结晶

一、填空题

1.根据溶质原子在溶剂晶格中分布情况的不同，可将固溶体分为（置换固溶体）和（间隙固溶体）。

2.相是指合金中（成分相同）与（结构相同）均匀一致的组成部分。

3.合金的晶体结构大致可以有三种类型：

（固溶体），金属化合物和（）。

4.组成合金的（最简单），（最基本），（能够独立存在）的物质称为组元。

5．两种元素组成固溶体，则固溶体的晶体结构（与组成元素之一的晶体结构相同）。

二、改正题

1.合金中各组成元素的原子按一定比例相互作用而生成的一种新的具有金属特性的物质称为固溶体。

将固溶体改成金属化合物

2.合金元素在固态下彼此相互溶解或部分地溶解，而形成成分和性能均匀的固态合金称为金属化合物。

将金属化合物改成固溶体

3.固溶体的强度和硬度比溶剂金属的强度和硬度高。

4.间隙固溶体和置换固溶体均可形成无限固溶体。

间隙固溶体可形成有限固溶体，置换固溶体可形成无限固溶体

三、简答题

1.试述金属中固溶体与金属化合物的机械性能有何特点。

固溶体的强度、硬度高，塑性、韧性低；

金属化合物具有较高的熔点、硬度和较大的脆性。

2.合金中固溶体和金属化合物的晶体结构有何不同？

C铁碳合金相图

1.铁素体是碳溶解在（

A）中所形成的间隙固溶体。

A．α-FeB．γ-FeC．δ-FeD．β-Fe

2.奥氏体是碳溶解在（B）中所形成的间隙固溶体。

3.渗碳体是一种（C）。

A．稳定化合物B．不稳定化合物C．介稳定化合物D．易转变化合物

4.在Fe-Fe3C相图中，钢与铁的分界点的含碳量为（C）。

A．2％B．2.06％C．2.11％D．2.2％

5.莱氏体是一种（C）。

A．固溶体B．金属化合物C．机械混合物D．单相组织金属

6.在Fe-Fe3C相图中，ES线也称为（D）。

A．共晶线B．共析线C．A3线D．Acm线

7.在Fe-Fe3C相图中，GS线也称为（C）。

8.在Fe-Fe3C相图中，共析线也称为（A）。

A．A1线B．ECF线C．Acm线D．PSK线

9.珠光体是一种（C）。

A．固溶体B．金属化合物C．机械混合物D．单相组织金属

10.在铁－碳合金中，当含碳量超过（B）以后，钢的硬度虽然在继续增加，但强度却在明显下降。

A．0.8％B．0.9％C．1.0％D．1.1％

11.通常铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成，其晶粒区从表面到中心的排列顺序为（A）。

A．细晶粒区－柱状晶粒区－等轴晶粒区B．细晶粒区－等轴晶粒区－柱状晶粒区

C．等轴晶粒区－细晶粒区－柱状晶粒区D．等轴晶粒区－柱状晶粒区－细晶粒区

12.在Fe-Fe3C相图中，PSK线也称为（B）。

A．共晶线B．共析线C．A3线D．Acm线

13.Fe-Fe3C相图中，共析线的温度为（D）。

A．724℃B．725℃C．726℃D．727℃

14.在铁碳合金中，共析钢的含碳量为（B）。

A．0.67％B．0.77％C．0.8％D．0.87％

二、填空题

1.珠光体是（铁素体）和（渗碳体）混合在一起形成的机械混合物。

2.碳溶解在（α-Fe）中所形成的（固溶体）称为铁素体。

3.在Fe-Fe3C相图中，共晶点的含碳量为（4.3%），共析点的含碳量为（0.77%）。

4.低温莱氏体是（珠光体）和（共晶渗碳体）组成的机械混合物。

5.高温莱氏体是（共晶奥氏体）和（工晶渗碳体）组成的机械混合物。

6.铸锭可由三个不同外形的晶粒区所组成，即（表层细晶区），（柱状晶区）和心部等轴晶粒区。

7.在Fe-Fe

3C相图中，共晶转变温度是（1148℃），共析转变温度是（727℃）。

1.在Fe-Fe3C相图中,GS斜线表示由奥氏体析出二次渗碳体的开始线，称为A3线。

冷却时铁素体从奥氏体中析出开始、加热时铁素体向奥氏体转变终了的温度线

2.在铁碳合金相图中，PSK线是一条水平线（727℃），该线叫共晶线，通称A1线。

3.过共析钢缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体和二次渗碳体组成。

珠光体

4.珠光体是由奥氏体和渗碳体所形成的机械混合物，其平均含碳量为0.77%。

铁素体

5.亚共晶白口铁缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体，二次渗碳体和莱氏体组成。

6.在亚共析钢平衡组织中，随含碳量的增加，则珠光体量增加，而二次渗碳体量在减少。

含碳量在0.0218%～0.77%范围内增加

7.过共晶白口铁缓冷到室温时，其平衡组织由珠光体和莱氏体组成。

一次渗碳体和低温莱氏体

8.在铁碳合金相图中，钢的部分随含碳量的增加，内部组织发生变化，则其塑性和韧性指标随之提高。

下降

9.在铁碳合金相图中，奥氏体在1148℃时，溶碳能力可达4.3%。

2.11%

10.碳溶解在α-Fe中可形成的间隙固溶体称为奥氏体，其溶碳能力在727℃时为0.0218%。

11.在铁碳合金相图中，铁素体在727℃时，溶碳能力可达2.11%。

0.0218%

12.在过共析钢中含碳量越多，则其组织中的珠光体量减少，而铁素体量在增多。

二次渗碳体

13.碳溶解在γ-Fe中所形成间隙固溶体称为铁素体，其溶碳能力在727℃时为0.77%。

奥氏体

14.亚共析钢缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体和二次渗碳体组成。

15.奥氏体化的共析钢缓慢冷却到室温时，其平衡组织为莱氏体。

16.在铁碳合金相图中，ES线是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线，通称A1线。

γ-FeAcm

四、简答题

1.铁碳合金中基本相有哪几相？

室温下的基本相是什么？

基本相有液相L高温铁素体相δ、铁素体相α、奥氏体相γ和渗碳体相Fe3C

室温下的基本相是

2.试分析含碳量为0.6%。

铁碳含金从液态冷却到室温时的结晶过程。

3.试分析含碳量为1.2%铁碳合金从液体冷却到室温时的结晶过程。

合金在1～2点转变为g,到3点,开始析出Fe3C。

从奥氏体中析出的Fe3C称二次渗碳体,用Fe3CⅡ表示,其沿晶界呈网状分布。

温度下降,Fe3CⅡ量增加。

到4点，g成分沿ES线变化到S点，余下的g转变为P。

P53

4.结合Fe-Fe3C相图指出A1、A3和Acm代表哪个线段，并说明该线段表示的意思。

A1为PSK水平线，即共析线，在该线温度（727℃）下发生共析转变

A3为GS线，即γ⇄α固溶体转变线

Acm为ES线，即碳在γ-Fe中的固溶线

5.简述碳钢中碳含量变化对机械性能的影响。

亚共析钢随含碳量增加，P量增加，钢的强度、硬度升高,塑性、韧性下降.

0.77%C时,组织为100%P,钢的性能即P的性能。

＞0.9%C，Fe3CⅡ为晶界连续网状，强度下降,但硬度仍上升。

＞2.11%C，组织中有以Fe3C为基的Le’,合金太脆

6.写出铁碳相图上共晶和共析反应式及反应产物的名称。

共晶:

L4.3→γ2.11＋Fe3C,产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物，即莱氏体。

共析：

γ0.77→α0.0218+Fe3C,产物为铁素体和渗碳体的机械混合物，即珠光体。

7.在Fe—Fe3C相图上空白处填写上组织。

8.简述Fe—Fe3C相图应用是在哪些方面？

铁碳合金相图是研究铁碳合金最基本的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织及性能之间关系的理论基础，是制定热加工、热处理、冶炼和铸造工艺的依据。

五、计算题

1.二块钢样，退火后经显微组织分析，其组织组成物的相对含量如下：

第一块：

珠光体占40%，铁素体60%。

第二块：

珠光体占95%，二次渗碳体占5%。

试问它们的含碳量约为多少？

（铁素体含碳量可忽略不计）

解：

∵铁素体含碳量忽略不计∴第一块：

C％=P面积％×

0.77%=QP×

0.77%=0.31%

第二块：

C%=QP×

0.77%+QFe3CⅡ×

2.11%=0.84%

2.已知铁素体的σb=180-230MPa，δ=30%-50%，HB=50-80；

珠光体的σb=770MPa，δ=20%-35%，HB=180；

试计算45钢的硬度,抗拉强度和伸长率。

由已知可得45钢中Qp=58.4%，Qα=41.6%

∵s混=sa∙Qa+sβ∙Qβ

∴45钢的σb=σb（F）×

Qα+Qp×

σb（P）=230×

41.6%+770×

58.4%=545.36MPa

δ=δF×

δp=0.5×

41.6%+0.35×

58.4%=41.24%

HB=HB（F）×

Qα+Qp×

HB（p）=80×

41.6%+180×

58.4%=138.4

3.室温下45钢（含碳量0.45%）中铁素体和珠光体的相对重量百分比。

由杠杆定理有Qp=（0.45-0.0008）/（0.77-0.0008）×

100%=58.4%

则Qα=100%-58.4%=41.6%

4.某锅炉钢板，图纸要求用20钢制作。

显微组织观察发现，组织中珠光体的量占30%，问钢板是否符合图纸要求。

（20钢含碳量范围为0.17-0.23%）

由已知可求的C%=Qp×

0.77%=23%

又∵20钢含碳量范围为0.17-0.23%

∴钢板符合图纸要求

5.用Pb-Sb合金制造轴瓦，要求其组织在共晶体上分布有10%Sb作硬质点，试求该合金的成分和硬度，（Pb-Sb合金相图如下所示，纯Pb的硬度为HB=3，纯Sb的硬度为HB=30）。

温度℃解：

由已知可得

↑

252℃∵HB混=HBa∙Qa+HBβ∙Qβ

∴HB=

Pb11.1Sb

Sb,%→

Pb-Sb合金相图

第5章钢的热处理

一、选择题

1.加热是钢进行热处理的第一步，其目的是使钢获得（B）。

A．均匀的基体组织B．均匀的A体组织C．均匀的P体组织D．均匀的M体组织

2.下列温度属于钢的高、中、低温回火温度范围的分别为（A）（D）（B）。

A．500℃B．200℃C．400℃D．350℃

3.碳钢的淬火工艺是将其工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（D）。

A．随炉冷却B．在风中冷却C．在空气中冷却D．在水中冷却

4.正火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（C）。

A．随炉冷却B．在油中冷却C．在空气中冷却D．在水中冷却

5.完全退火主要用于（A）。

A．亚共析钢B．共析钢C．过共析钢D．所有钢种

6.共析钢在奥氏体的连续冷却转变产物中，不可能出现的组织是（C）。

A．PB．SC．BD．M

7.退火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（A）。

A．随炉冷却B．在油中冷却C．在空气中冷却D．在水中冷却

1.完全退火是将工件加热到Acm以上30～50℃，保温一定的时间后，随炉缓慢冷却的一种热处理工艺。

√

2.合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。

×

3.渗氮处理是将活性氮原子渗入工件表层，然后再进行淬火和低温回火的一种热处理方法。

4.马氏体转变温度区的位置主要与钢的化学成分有关，而与冷却速度无关。

1.共析钢中奥氏体形成的四个阶段是：

（奥氏体晶核形成），（奥氏体晶核长大），残余Fe3C溶解，奥氏体均匀化。

2.化学热处理的基本过程，均由以下三个阶段组成，即（介质分解），（工件表面的吸收），活性原子继续向工件内部扩散。

3.马氏体是碳在（α-Fe）中的（过饱和溶液）组织。

4.在钢的热处理中，奥氏体的形成过程是由（加热）和（保温）两个基本过程来完成的。

5.钢的中温回火的温度范围在（350～500℃），回火后的组织为（回火托氏体）。

6.钢的低温回火的温度范围在（150～250℃），回火后的组织为（回火马氏体）。

7.在钢的回火时，随着回火温度的升高，淬火钢的组织转变可以归纳为以下四个阶段：

马氏体的分解，残余奥氏体的转变，（铁素体中析出Fe3C），（铁素体多边形化）。

8.钢的高温回火的温度范围在（500～650℃），回火后的组织为（回火索氏体）。

9.常见钢的退火种类有：

完全退火，（等温退火）和（球化退火）。

10.根据共析钢的C曲线，过冷奥氏体在A1线以下转变的产物类型有（P型组织），（S型组织）和马氏体型组织。

11.材料在一定的淬火剂中能被淬透的（淬硬层深度越大）越大，表示（淬透性）越好。

1.临界冷却速度是指过冷奥氏体向马氏体转变的最快的冷却速度。

最小

2.弹簧经淬火和中温回火后的组织是回火索氏体。

回火托氏体

3.低碳钢和某些低碳合金钢，经球化退火后能适当提高硬度，改善切削加工。

降低

4.完全退火主要应用于过共析钢。

亚共析钢

5.去应力退火是将工件加热到Ac3线以上ˇ，保温后缓慢地冷却下来地热处理工艺。

30～50℃

6.减低硬度的球化退火主要适用于亚共析钢。

共析钢和过共析钢

7.在生产中，习惯把淬火和高温回火相结合的热处理方法称为预备热处理。

调制处理

8.除钴之外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲线左移。

右移

9.马氏体硬度主要取决于马氏体中的合金含量。

含碳量

10.晶粒度是用来表示晶粒可承受最高温度的一种尺度。

11.钢的热处理后的最终性能，主要取决于该钢的化学成分。

组织结构

12.钢的热处理是通过加热，保温和冷却，以改变钢的形状，尺寸，从而改善钢的性能的一种工艺方法。

13.热处理的加热，其目的是使钢件获得表层和心部温度均匀一致。

奥氏体成分

14.过共析钢完全退火后能消除网状渗碳体。

球化退火

15.淬火钢随着ˇ回火温度的升高，钢的硬度值显著降低，这种现象称为回火脆性。

某些范围内冲击韧性

16.调质钢经淬火和高温回火后的组织是回火马氏体。

回火索氏体

17.马氏体转变的Ms和Mf温度线，随奥氏体含碳量增加而上升。

下降

1.指出下列工件正火的主要作用及正火后的组织。

（1）20CrMnTi制造传动齿轮

（2）T12钢制造铣刀

⑴调整硬度，便于切削加工；

细化晶粒，为淬火作准备；

消除残余内应力。

正火后组织为F和S.⑵正火是为了消除网状二次渗碳体，为球化退火做组织准备，同时正火可增加珠光体量并细化晶粒，提高强度、硬度和塑性，并作为最终热处理。

正火后组织为索氏体。

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。

（2）调质处理加热温度范围。

⑴调制处理可以使材料具有良好的综合力学性能，在保持较高强度的同时，具有良好的塑性和韧性。

⑵500～650℃

3.热处理的目是什么？

有哪些基本类型？

目的是改变钢的组织结构，从而获得所需要的性能。

根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点的不同，可分为下面几类：

⑴普通热处理。

退火、正火、淬火和回火。

⑵表面热处理。

表面淬火和化学热处理。

⑶其他热处理。

真空热处理、形变热处理、控制气氛热处理、激光热处理等。

根据零件生产过程中所处的位置和作用，又可分为预备热处理与最终热处理。

4.简述过冷奥氏体等温转变组织的名称及其性能。

随过冷度不同，过冷奥氏体将发生3种类型转变，即珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变。

⑴珠光体转变根据片层厚薄不同可细分为珠光体、索氏体和托氏体。

片间距越小，钢的强度、硬度越高，同时塑性和韧性略有改善。

⑵贝氏体转变根据组织形态不同，分为上贝氏体和下贝氏体。

上贝氏体强度与塑性都较低，而下贝氏体除了强度和硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能。

⑶马氏体根据组织形态可分为板条状和针状两大类，高硬度是马氏体性能的主要特点，含碳量增加硬度也提高。

5.氮化处理与渗碳处理相比有哪些特点。

与渗碳相比，渗氮的特点是：

①渗氮件表面硬度高（1000～2000HV）,耐磨性高，具有高的热硬性。

②渗氮件疲劳硬度高。

③渗氮件变形小。

④渗氮件耐蚀性好。

6.什么叫退火？

其主要目的是什么？

将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却（炉冷）的热处理工艺叫做退火。

其主要目的有：

①调整硬度，便于切削加工；

②消除残余内应力，防止在后续加工或热处理中发生变形或开裂；

③细化晶粒，提高力学性能，或未最终热处理作组织准备。

7.什么叫回火？

淬火钢为什么要进行回火处理？

回火是将淬火钢加热到A1以下某温度保温后再冷却的热处理工艺。

为避免淬火件在放置过程中发生变形或开裂，钢件经淬火后应及时进行回火。

8.什么叫淬火？

淬火是将钢加热到临界点