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工程材料答案

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σs、σb、

δs、Ψ。

σs=Fs/Ao=26000/（5X5X）=331MPa

σb=Fb/Ao=45000/（5X5X）=573MPa

Δs=（L1-L0）/L0X100%=（58-50）/50X100%=16%

Ψ=（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2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，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α-Fe→γ-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（α固溶体）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+Fe3CⅢ、F+P、P、

P+Fe3CⅡ、P+Fe3CⅡ+Ld’、Ld’、Ld’+Fe3CⅠ。

它们都是

由铁素体和渗碳体两相组成的。

其中，渗碳体有Fe3CⅠ

、Fe3CⅡ、Fe3CⅢ、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ωc>2.11%，组织中以Fe3C共晶为基体的

莱氏体、网状的Fe3CⅢ或条状的Fe3CⅠ，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）20CrMnTi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：

900±50℃淬火，680±20℃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30～50℃，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Ac130～50℃，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+30～50℃；

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

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ωc=0.20%的优质碳素结构钢；

45：

平均ωc=0.20%的优质碳素结构钢；

60：

平均ωc=0.60%的优质碳素结构钢；

T10：

平均ωc=0.10%的优质碳素工具钢；

T12A：

平均ωc=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.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）％。

A．0.15B.1.5C.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

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1270～1285℃，W6Mo5Cr4V2为1210～1230℃；

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