工程材料作业答案.docx

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工程材料作业答案

工程材料作业一

一、选择题

1、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 D密度

2、金属键的实质是（A）

A自由电子与金属阳离子之间的相互作用

B金属原子与金属原子间的相互作用

C金属阳离子与阴离子的吸引力

D自由电子与金属原子之间的相互作用

二、问答题

1、晶体中的原子为什么能结合成长为长程有序的稳定排列？

这是因为原子间存在化学键力或分子间存在范德华力。

从原子或分子无序排列的情况变成有序排列时，原子或分子间引力增大，引力势能降低，多余的能量释放到外界，造成外界的熵增加。

尽管此时系统的熵减小了，只要减小量比外界熵增加来的小，系统和外界的总熵增加，则系统从无序状态变成有序状态的过程就可以发生。

分子间存在较强的定向作用力（例如较强极性分子间的取向力、存在氢键作用的分子间的氢键力）的情况下，分子从无序变有序，系统能量降低更多，释放热量越多，外界熵增越大，越有利于整齐排列。

这样的物质比较易于形成晶体。

相反非极性或弱极性分子间力方向性不明显，杂乱排列和整齐排列能量差别不大，形成整齐排列时，外界熵增有限，不能抵消体统高度有序排列的熵减。

这样的物质较难形成规则晶体。

综上粒子间的引力越强、方向性越强，越有利于粒子定向有序排列。

粒子的热运动则倾向于破坏这种有序排列。

热运动越剧烈（温度越高），越倾向于杂乱排列。

物质中粒子最终有序排列的程度取决于这对相反因素的消长

2、材料的弹性模量E的工程含义是什么？

它和零件的刚度有何关系？

材料在弹性范围内，应力与应变的比值（σ/ε）称为弹性模量E（单位为MPa）。

E标志材料抵抗弹性变形的能力，用以表示材料的刚度。

E值愈大，即刚度愈大，材料愈不容易产生弹性变形。

E值的大小，主要取决于各种材料的本性，反映了材料内部原子结合键的强弱。

当温度升高时，原于间距加大，金属材料的E值会有所降低。

 值得注意的是，材料的刚度不等于零件的刚度，因为零件的刚度除取决于材料的刚度外，还与结构因素有关，提高机件的刚度，可通过增加横截面积或改变截面形状来实现。

3、δ和ψ两个性能指标，哪个表征材料的塑性更准确？

塑性指标在工程上有哪些实际意义？

金属材料的塑性指标中有拉伸实验时的最大延伸率δ和断面收缩率ψ，压缩实验时的压缩比ξ，扭转实验时扭转角度γ，极限压缩率以及冲击韧性等。

这些指标反映了固体金属在外力作用下可以稳定地发生永久变形而不破坏其完整性（不断裂、不破损）的能力。

塑性反映材料发生永久变形的能力。

柔软性反映材料抵抗变形的能力（变形抗力大小）。

塑性指标在工程上的实际意义十分巨大，因为塑性好的材料在外力作用下只会变形，不会开裂。

许多场合需要塑性好的材料来制作要去变形量大的部件，例如螺栓紧固件、数不胜数的冲压件、连杆、汽车外壳等。

作业二

一、选择题

1、在密排六方晶格中，单个晶胞的原子数为（ C ）。

A、2   B、4     C、6        D、8

2、纯铁在850℃时的晶型为（A）。

A、体心立方      B、面心立方           C、密排六方       D、复杂晶系

二、判断题

1、晶界是金属晶体的常见缺陷。

  （√）         

2、渗碳体是钢中常见的固溶体相。

（×）

三、问答题

1、金属常见的晶格类型有哪几种？

答：

金属晶体结构有三种,即体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格.

2、写出体心立方和面心立方晶格中的原子数、原子半径、致密度和配位数。

体心立方晶胞，原子数：

2，配位数：

8，致密度：

0.68.

面心立方晶胞，原子数：

4，配位数：

12，致密度：

0.74

3、金属实际晶体结构中存在哪些缺陷？

每种缺陷的具体形式如何？

实际金属晶体中存在缺陷,这些缺陷是：

（1）点缺陷：

如空位,间隙原子,置换原子.

（2）线缺陷：

如刃型位错,螺旋型位错.

（3）面缺陷：

分外表面和内界面两类.内界面型如晶界,亚晶界,孪晶界等.

如果不考虑这些缺陷,同一个晶粒内部金属原子是规则排列的；对于钢铁而言,铁原子在室温下的空间点阵是体心立方,许多体心立方的晶胞连在一起,他们之间的连接是金属键.

作业三

一、选择题

1、实际生产中，金属冷却时（C  ）。

A、理论结晶温度总是低于实际结晶温度

B、理论结晶温度总是等于实际结晶温度

C、理论结晶温度总是高于实际结晶温度

D、实际结晶温度和理论结晶温度没有关系

2、固溶体的晶体结构（  A    ）。

A、与溶剂的相同B、与溶质的相同

C、与溶剂、溶质的都不相同D、是两组元各自结构的混合

二、判断题

1、面心立方金属的塑性比体心立方金属的好。

（√ ）

2、铁素体是置换固溶体。

（×  ）   

三、问答题

1、单晶体与多晶体有何差别？

为什么单晶体具有各向异性，而多晶体材料通常不表现出各向异性？

答：

（1）整块物质都由原子或分子按一定规律作周期性重复排列的晶体称为单晶体.整个物体是由许多杂乱无章的排列着的小晶体组成的,这样的物体叫多晶体：

单晶体具有各向异性,多晶体具有各向同性.

（2）在单晶体中沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同，这就使单晶体具有各向异性。

而多晶由很多单晶构成,而且自排布无规律,所以各项异性相当于存在于各个方向,也就是没有各项异性了.

2、金属结晶的基本规律是什么？

晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？

答：

（1）金属结晶是在恒定的温度下进行，结晶时放出潜热，需要过冷度，结晶的过程是晶核的产生和晶核不断长大的过程。

（2）晶核的形成率和成长率受到过冷度的影响，随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率增长比成长率的增长快。

同时，外来难容杂质以及震动和搅拌也会增大形核率。

作业四

一、选择题

1、多晶体的晶粒越细，则其（A）。

A、强度越高，塑性越好             B、强度越高，塑性越差

C、强度越低，塑性越好D、强度越低，塑性越差

2、液态凝固过程中，下列恒温转变属于共晶反应的是（α+β→γ ）。

A、L→α+β       B、γ→α+βC、L+α→β       D、γ→α+β

二、判断题

1、碳钢的塑性和强度都随着含碳量的增加而降低。

（×）

2、一个合金的室温组织为αⅠ+βⅡ+（α+β），则它由三相组成。

（×）

三、问答题

1、说明含碳量对碳钢力学性能的影响。

碳钢中的含碳量增加，钢的强度、硬度增大，韧性、塑性下降。

当ωc＞1.00％时，由于网状Fe3CⅡ的出现，其强度显著降低，而钢的硬度仍然继续成线性增大。

为了保证工业用钢有较好的强度、硬度、韧性和塑性匹配，通常其ωc＞1.40％

3、用杠杆定律分别计算珠光体、莱氏体在共析温度与共晶温度转变完毕时相组成物的质量分数。

你的问题有点困惑.珠光体在共晶温度?

这个不可能,以为那个温度不会有珠光体了.

1.珠光体在共析温度下相组成如下：

w（铁素体）=（6.69-0.77）/（6.69-0.0218）=88.8%

w（渗碳体）=1-88.8%=11.2%

2.莱氏体在共晶温度下相组成：

w（奥氏体）=（6.69-4.3）/（6.69-2.11）=52.2%

w（渗碳体）=1-52.2%=47.8%

莱氏体在共析温度下相组成：

w（铁素体）=（6.69-4.3）/（6.69-0.0218）=35.8%

w（渗碳体）=1-35.8%=64.2%

以为字母不好打,我用中文代替哪些相的名称了.

3、何谓共晶反应、共析反应？

试比较这两种反应的异同点？

作业五

一、选择题

1、马氏体的硬度主要取决于（C）。

A、过冷奥氏体的冷却速度B、过冷奥氏体的转变温度

C、马氏体的含碳量D、临界冷却速度（vk）

2、40碳钢室温平衡组织是（D）。

A、珠光体＋渗碳体  B、铁素体＋渗碳体  

C、马氏体＋铁素体D、珠光体＋铁素体

二、判断题

1、细化晶粒虽能提高金属的强度，但增大了金属的脆性。

（×）  

2、合金渗碳钢经最终热处理后的组织全部是回火马氏体。

（×）  

三、问答题

1、扼要指出共析钢过冷奥氏体在各温度区间转变产物的组织形态与性能特点。

（1） 过冷奥氏体的高温转变产物是珠光体型组织。

珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物．转变温度越低，层间距越小。

按层间距珠光体型组织分为珠光体（P）、素氏体（S）和托氏体（T）。

2）过冷奥氏体的中温转变产物是叮氏体型组织，分为上贝氏休和下贝氏体二种。

 上贝氏体强度和硬度不太高，而韧性很低；下贝氏体有较高的强度和硬度，还有一定的韧性，即有较好的强韧性配合，或称有良好的综合力学性能。

 3）过冷奥氏体的低温转变产物是马氏体，马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。

马氏体转变的特点：

是一种非扩散型转变，马氏体的形成速度很快，马氏体转变是不彻底的，总要残留少量奥氏体，马氏体形成时体积膨胀。

在钢中造成很大的内应力，严重时将使被处理零件开裂。

马氏体组织形态；马氏体的形态有板条状和针状（或称片状）两种。

碳的质量分数在0.25％以下时，基本上是板条马氏体（亦称低碳马氏体）；碳的质量分数在1.0％以上时，基本上是针状马氏体（亦称高碳马氏体）。

马氏体的性能特点：

高碳马氏体由于过饱和度大、内应力高和存在孪晶亚结构．所以硬而脆，塑性、韧性极差。

但晶粒细化得到的隐晶马氏体却有一定的韧性：

低碳马氏体，由于过饱和度小，内应力低和存在位错亚结构．则不仅强度高．而且塑性、韧性也较好。

马氏体的比体积比奥氏体大。

马氏体是一种铁磁相。

马氏体的品格有很大的畸变，因此它的电阻率高。

2、什么是回火脆性？

如何防止第一、第二类回火脆性。

普通碳钢的韧性在300－350℃附近有一低谷，称为回火脆性。

第一类回火脆性  细小薄片状过渡碳化物和刚形成的渗碳体在马氏体的板条边界或马氏体片面的边界析出，硬而脆的碳化物割裂了基体的连续性使钢的韧性下降，残余奥氏体分解的应力加重了脆性的程度，这种在回火时韧性出现谷值的现象成为“回火脆性”。

所有的钢几乎都存在第一类回火脆性，因此一般应避免在250－400℃进行回火。

第二类回火脆性    对于含Ni、Cr、Mn的钢在450－600℃时，也出现韧性下降现象，其原因有多种说法，主要认为是回火后冷却时，杂质元素在晶界的偏聚，这个现象称为第二类回火脆性。

第二类回火脆性仅在部分材料中发生，并且回火后采用快速冷却可以抑制其发生，因此对具有第二类回火脆性的钢在高温回火后必须采用快速冷却。

作业六

一、选择题

1、铅在常温下的变形属（C）。

A、冷变形B、热变形C、弹性变形D、既有冷变形也有热变形

2、合金固溶强化的基本原因是（B）。

A、晶粒变细B、晶格发生畸变C、晶格类型发生了改变D、晶粒变粗

二、判断题

1、对金属进行冷、热加工都会产生加工硬化。

（×）

2、位错的滑移是金属进行塑性变形的唯一方式。

（×）

三、问答题

1、热塑性加工对金属的组织和性能有何影响?

（1）热加工时金属发生组织结构的软化，热加工时软化有以下类型：

动态回复；动态再结晶；亚动态再结晶；静态回复和静态再结晶

（2）1.为了控制材料的最后组织，如晶粒尺寸，必需控制好最后的变形量和变形停止时的温度，又称为终锻温度，如果终锻温度过高，最后会导致材料的晶粒尺寸粗大，特别是终锻变形量在临界变形量附近时，晶粒尺寸更大，使得材料的性能下降。

而反之，如果终锻温度过低或变形量过大时可能会在零件上带来残余应力，甚至出现开裂。

2.压力加工可以焊合铸态材料中的气孔疏松，提高材料的致密度以及材料性能。

所以有些零件必须通过压力加工来成形。

3.压力加工可以打碎粗大枝晶和柱状晶，细化晶粒尺寸；对