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1、#机械工程材料习题集答案第 1 章材料的性能一、选择题1.表示金属材料屈服强度的符号是（ B）A. B.s C.b D.-12.表示金属材料弹性极限的符号是（ A）A.e B.s C.b D.-13.在测量薄片工件的硬度时，常用的 硬度测试方法的表示符号是（ B） A.HB B.HRC C.HV D.HS4.金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫（A ）A.强度 B. 硬度 C. 塑性 D. 弹性二、填空1.金属材料的机械性能是指在载荷作用下其抵抗（变形 ）或（破坏）的能力。2.（塑性变形）和（断裂）三个阶段。 、（洛氏硬度测试法）和维氏硬度测试法。作用而（不发生断裂时）金属塑性的指标主要

2、有（伸长率）和（断面收缩率）两种。3.低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、4.常用测定硬度的方法有（布氏硬度测试法）5.的最大应力值。疲劳强度是表示材料经（无数次应力循环）三、是非题1.用布氏硬度测量硬度时，压头为钢球，用符号 HBS表示。2.用布氏硬度测量硬度时，压头为硬质合金球，用符号 HBW表示。3.金属材料的机械性能可以理解为金属材料的失效抗力。四、改正题1.将冲击载荷改将 HB改成 HR 将疲劳强度改疲劳强度是表示在冲击载荷作用下而不致引起断裂的最大应力。 成交变载荷2.渗碳件经淬火处理后用 HB硬度计测量表层硬度 。3.受冲击载荷作用的工件，考虑机械性能的指标主要是疲劳强度。 成

3、冲击韧性4.衡量材料的塑性的指标主要有伸长率和冲击韧性。 成断面收缩率5.冲击韧性是指金属材料在载荷作用下抵抗破坏的能力。 击载荷五、简答题1.说明下列机械性能指标符合所表示的意思： s: 屈服强度 HRC：洛氏硬度（压头为金刚石圆锥） b: 抗拉强度 HBS:布氏硬度（压头为钢球） 第 2章材料的结构、选择题1.每个体心立方晶胞中包含有（ B）个原子 A.1 B.2 C.3 D.42.每个面心立方晶胞中包含有（ C）个原子 A.1 B.2 C.3 D.4A. 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.（1

4、10） 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。 是三、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（

5、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 （2?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 （3?a/4 ）。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

6、属结晶后晶体结构不再发生变化。 非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。 是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（ -Fe ），在 800时晶体结构为（ -Fe ）。三、

7、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。 答：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： -Fe ? -Fe ? -Fe -Fe 、 -Fe、-Fe 是铁在不同温度下的同素异构体，其中 -Fe 和 -Fe 都是体心立方 晶格，分别存在于熔点到 1394之间及 912以下， -F

8、e 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？ 答：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）

9、，（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。 答：固溶体的强度、硬度高，塑性、

10、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 铁碳合金相图一、选择题1.铁素体是碳溶解在（ A ）中所形成的间隙固溶体。A -Fe B -Fe C -Fe D -Fe2.奥氏体是碳溶解在（ B ）中所形成的间隙固溶体。A -Fe B -Fe C -Fe D -Fe3.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）。A2 B 2.06 C 2.11 D 2.25.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

11、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）。A 共晶线 B 共析线 C A3 线 D Acm线8.在 Fe-Fe3C相图中，共析线也称为（ A）。AA1线 B ECF线 CAcm线 DPSK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。A0.8 B 0.9 C 1.0 D 1.111.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

12、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 72714.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（ -Fe ）中所形成的（固溶体）称为铁素体。3.在 Fe

13、-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-Fe3C相图中，共晶转变温度是（ 1148 ），共析转变温度是（ 727 ）。三、改正题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

14、， 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。珠 光体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

15、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 -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%。铁素体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 -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。珠光体15.奥氏体化的共析钢缓慢冷却到

16、室温时，其平衡组织为 莱氏体 。珠光体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。 -Fe Acm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？ 答：基本相有液相 L 高温铁素体相、铁素体相、奥氏体相和渗碳体相 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。 答：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。答：合金在 12点转变为 , 到 3 点, 开始析出 Fe3C。从奥氏体中析出的 Fe3C称 二次渗碳体 , 用 Fe3C表示,其沿晶界呈网状分布。 温度下降, Fe3C量

17、增加。到4点， 成分沿 ES线变化到 S 点，余下的 转变为 P。P534.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。 答：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 ? 固溶体转变线Acm为 ES线，即碳在 -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。 答：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，Fe3C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

18、 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。答：共晶 :L 4.3 2.11Fe3C,产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物，即莱氏体。 共析： 0.77 0.0218 +Fe3C,产物为铁素体和渗碳体的机械混合物，即珠光体。7.在 FeFe3C相图上空白处填写上组织。8.简述 FeFe3C相图应用是在哪些方面？答：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

19、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%=PQ0.77%+QFe3C2.11%=0.84%2.已知铁素体的 b=180-230MPa， =30%-50%，HB=50-80；珠光体的 b=770MPa， =20%-35%，HB=180；, 试计算 45钢的硬度 ,抗拉强度和伸长率。解：由已知可得 45 钢中 Qp=58.4%，Q=41.6% 混 = ? Q + ? Q 45 钢的 b=b(F) Q+Qpb(P)=2304

20、1.6%+77058.4%=545.36MPa=FQ+Qp p= 0.5 41.6%+0.3558.4%=41.24%HB=HB(F) Q+ QpHB(p)=8041.6%+18058.4%=138.43.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。 解：由杠杆定理有 Qp=(0.45-0.0008 ) /(0.77-0.0008) 100%=58.4%则 Q =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% )解：由已知

21、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混 = HB ? Q +HB? Q HB=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

22、）（D ）（B ）。A500 B 200 C 400 D 3503.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 ）。AP B S C B D M7.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

23、方式是（ A ）。A 随炉冷却 B 在油中冷却 C 在空气中冷却 D 在水中冷却二、是非题1.完全退火是将工件加热到 Acm以上 3050，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。三、填空题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 ），（

24、 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（ -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 ）

25、，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。四、改正题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

26、应力退火是将工件加热到 Ac3 线以上 ，保温后缓慢地冷却下来地热处理工艺。 30506.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

27、法。 组织结构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 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。 下降五、简答题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钢制造铣刀答： 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.

28、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。 答： 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。 500 6503.热处理的目是什么？有哪些基本类型？ 答：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： 普通热处理。退火、正火、淬火和回火。表面热处理。表

29、面淬火和化学热处理。 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。 答：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。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。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。马氏体根据组织形态可分为板条

30、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。 答：与渗碳相比，渗氮的特点是： 渗氮件表面硬度高（ 10002000HV）, 耐磨性高，具有高的热硬性。 渗氮件疲劳硬度高。渗氮件变形小。渗氮件耐蚀性好。6.什么叫退火？其主要目的是什么？ 答：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：调整硬度，便于切削加工；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；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？ 答：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？其主要目的是什么？ 答：淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于 VK 的速度冷却，使奥氏体转变为马 氏体的热处理工艺。其目的就是为了获得马氏体，提高钢的力学性能。9.淬火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？