工程材料及成形技术习题答案1Word格式文档下载.docx

1、 HV耐磨工件的表面硬化层： HV 调质态的机床主 轴：HRC铸铁机床床身： HB 铝合金半成 品 HB2、在机械设计中多用哪两种强度指标？为什么？常用s： 原因：大多数零件工作中不允许有塑性变形。但从零 件不产生断裂的安全考虑，同时也采用抗拉强度。3、设计刚度好的零件，应和什么因素有关？ （1）依据弹性模量 E选材，选择 E 大的材料 （2）在材料选定后，主要影响因素是零件的横截面 积，不能使结构件的横截面积太小。一些横截面积薄 弱的零件，要通过加强筋或支撑等来提高刚度。E e e P L L PL0A0 L0 EA0交作业时间：习题二 金属的晶体结构单晶体的各向异性：位错：细晶强化：二、

2、填空题1、晶体与非晶体的根本区别是（晶体具有固定熔点，原子排列有规律，各向异性）2、晶体缺陷有 （点缺陷：空位 / 间隙原子）（线缺陷： 位错）和（面缺陷：晶界） 。3、位错分为两种， 一种是（刃型位错），另一种是（螺 型位错 ），多于半个原子面是 （刃型位错 ）位错所特 有的。4、-Fe ，-Fe 的一个晶胞内的原子数分别为 （4）和 （2）。三、是非题（正确的画“” ，错误的画“”）1、因为单晶体是各向异性的， 所以实际应用的金属材 料在各个方向上的性能也是不相同的。 （ ）2、金属多晶体是由许多结晶方向相同的单晶体组成 的。（ 3、金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高。 （ ）4、晶体缺

3、陷的共同之处是它们都引起晶格畸变。（ ）5、位错就是原子排列有规则的错排现象。四、作图题画出体心立方和面心立方晶体中原子排列最密的 晶面和晶向，写出它们的晶面和晶向指数。交作业时间：习题三 金属的结晶一、名词解释 自发形核：变质处理：1、结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现 的，这两个过程是（ 形核 ）和（核长大 ）。2、在金属学中， 通常把金属从液态过渡为固体晶态的 转变称为 （结晶 ） 而把金属从一种固体晶态过渡为另一种固体晶态的转 变成为（同素异构转变 ）。3、过冷度是指 （实际结晶温度与理论结晶温度的差 值 ），其表示符号为 （ T=Tm-Tn）。4、过冷是结晶的 （ 必要） 条

4、件。5、典型铸锭结构的三个晶区分别为 （ 表面细晶区 ） （中间柱状晶区）和中心等轴晶区） 三、是非题（正确的画“” ，错误的画“”1、凡是由液态凝固成固体的过程都是结晶过程。2、金属由液态转变为固态的结晶过程， 就是由短程有 序状态向长程有序状态转变的过程。3、当晶核长大时， 随着过冷度增大， 晶核的长大速度 增大。但当过冷度很大时，晶核长度速度很快减小。4、过冷度的大小主要取决于冷却速度和金属的本性。四、选择题1、金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将 （b）A越高 b.越低 c. 越接近理论结晶温度2、铸造条件下，冷却速度越大，则（ a ） a. 过冷度越大，晶粒越细 b. 过冷度越

5、大，晶粒越 粗 c. 过冷度越小，晶粒越细3、从液态转变为固态时， 为了细化晶粒， 可采用（ b ） a. 快速浇注 b. 加变质剂 c. 以砂型代替金属 型五、简答题1、如果其他条件相同， 试比较在下列铸造条件下铸件 晶粒大小（a ）金属型浇注与砂型浇注： 金属型浇注晶粒细小， 金属型导热性好， 增加了冷速（b ）变质处理与不变质处理： 变质处理晶粒细小，增加了晶核数目。（c ）铸成薄铸件与铸成厚铸件： 薄铸件晶粒细小，薄铸件冷却速度快（d ）浇注时采用震动和不采用震动。 采用振动的晶粒细小， 破碎的晶粒增加了 晶核。2、试画出纯金属的冷却曲线， 分析曲线中出现 “平台” 原因。平台原因：

6、结晶时释放的结晶潜热补偿了金属向外界的散 热，达到平衡。 习题四 合金结构和二元合金相图一、 名词解释 相：组织：固溶体：金属化合物：枝晶偏析：固溶强 化：1、合金的相结构有（ 固溶体）和（金属化合物 ）两大 类，其中前者具有较高的（ 塑性 ）性能，适宜做（ 基 本相 ），后者具有较高的（ 硬度）， 适宜做（ 强化相 ）。2、能提高金属材料强度和硬度的同时， 又不显著降低 其塑性和韧性的强化方法称为（ 固溶强化 ）。3、固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度 （高）。4、固溶体出现枝晶偏析后， 可采用（扩散退火） 加以 消除。5、共晶反应表达式为（ L（固定成分的液体） =（恒温）（ 固定成分

7、+ 固定成分 ） 同时析 出两种固体）共晶反应的特点是：（ 恒温，析出相为液相， 析出 物为两种固相且同时析出，称为共晶体，有独特的形貌。液相，固相均有固定的成分 ）6、具有匀晶型相图的单相固溶体合金 （塑性 ）性能好7、固溶体的晶体结构取决于（ 溶剂 ）， 金属化合物的晶体结构（ 与组成它的任何组元都不相 同，是一种新相 ）。三、 是非题（正确的画“” ，错误的画“1、在共晶相图中，从液体中析出的相与从相中 析出的相，具有相同的晶体结构。2、一个合金的室温组织为 +（+），它是由 三相组成。（）3、杠杆定律只适合于两相区。4、凡组织组成物都是以单相状态存在于合金中。 （5、在合金结晶过程中析

8、出的初生晶和二次晶均具有相 同的晶体结构，但具有不同的组织形态。 （）四、 选择题1、 固溶体的晶体结构与（ a ）a.溶剂相同 b. 溶质相同 c. 与其他晶型相同2、固溶体的性能特点是（ C ）a. 塑韧性高，强度，硬度低 b. 塑韧性低，强度，硬 度高 c. 综合性能好3、金属化合物相的性能特点是（ C ）a. 熔点高，硬度低 b.硬度高，熔点低 c. 熔点高， 硬度高4、在发生共晶反应时，三相的成分（ b ）a.相同 b.确定 c. 不确定5、在固溶体合金结晶过程中， 产生枝晶偏析的原因是 由于（ d ）a. 液固相线间距很小， 冷却缓慢 b. 液固相线间距很 小，冷却速度大c. 液固

9、相线间距很大， 冷却缓慢 d. 液固相线间距很 大，冷却速度大6、二元合金中，铸造性能最好的合金是（ b ）a. 固溶体合金 b. 共晶合金 c. 共析合金 d. 包晶合金五、 计算和作图题1、 一个二元共晶反应如下： L（75%B）（15% B） +（95% B）（1） 含 50%B 的合金凝固后，求：（ a） 初晶与共晶体（+）的质量百分数（ b） 相与相的质量百分数（2） 若共晶反应后，初晶和（ + ）共晶各占一 半，求该合金的成分。L（75%B）（15% B）+ （95% B）（1） 含 50%B 的合金凝固后，属于亚共晶的成分范 围求（a ）初晶与共晶体（+）的质量百分数W% = （

10、75-50）/（75-15）% = 25/60% = 42% W（+）% = （100-42 ）% = 58%（b ）相与相的质量百分数W% = （95-50）/（95-15）% = 45/80% = 56%W% = （100-56）% = 44%（2）若共晶反应后，初晶和（+）共晶各占一半， 求该合金的成分。该合金属于过共晶，设合金成分为 X，W/ W （+）% = 1 = （95-X）/ （X-75）%2X （%）= 170 X% = 85%2、已知 A 组元（熔点 600）与 B 组元（熔点 500） 在液态无限互溶，在 300时，含 40%B 的液态合金发生共晶反应。 在固态时， A

11、在 B 中最大溶解度为 30%，室温时为 10%，但 B 在固态和室温时均不溶于 A ， 试作出该 A-B 合金相图，并分析含 20%A ，45%A ， 80%A 合金的结晶过程。共晶反应式： L40%B=（300）（A+ 30%A ）（a ）20%A 匀晶+二次析出L L+A （b ）45%A ，过共晶，匀晶，共晶，二次析出L L+（ A+ ）+A +（ A+ ）（c ）80A% ，亚共晶，匀晶，共晶L L+A A+ （A+ ）A+ （A+ ）习题五 铁碳相图一、 名词解释同素异晶转变 珠光体 莱氏体1、珠光体的本质是（ F 和 Fe3C 的呈片层状的机械 混合物）。2、Fe3C 的本质是（

12、 Fe 和 C 组成的一种复杂间隙相 化合物 ）。3、铁素体 F的晶体结构为（BCC ），奥氏体 A 的晶体 结构为（ FCC ）。4、共析成分的铁碳合金室温平衡组织是（ P），其组 成相为（ F+Fe3C ）。5、在铁碳合金室温平衡组织中，含 Fe3C 最多的合 金成分为（ 2.11%C ），含 Le 最多的合金成分为 （ 4.3% ）， 含 Fe3C 最 多 的 合 金 成 分 为 （ 0.0218% ）。6、含碳量大于 0.77%的铁碳合金从 1148 冷却至 727 时，将从奥氏体中析出（ Fe3C ），其分布特征为（ 网状 ）。7、在缓慢冷却条件下， 含碳 0.8%的钢比含碳 1.2

13、% 的 钢硬度（ 低），强度（ 高）。8、在实际生产中， 若将钢热锻或热轧时， 必须把钢加 热到（ 单相 A ）状态。1、20 钢比 T12 钢的含碳量要高。2、Fe3C和 Fe3C 的形态与晶体结构都不相同。3、在退火状态， 45 钢比 20 钢的硬度和强度都高。4、在铁碳合金平衡结晶过程中，只有成分为 4.3%的 铁碳合金才发生共晶反应。 ）。5、在铁碳合金中， 只有过共析钢的平衡组织中才有二 次渗碳体存在。1、 奥氏体是（ a ）a. 碳在-Fe 中的间隙固溶体 b. 碳在-Fe 中的间隙 固溶体c. 碳在-Fe 铁中的有限固溶体。2、珠光体是一种（ b ）a.单相固溶体 b. 两相混合

14、物 c.Fe 与 C 的化合物3、T10 钢的平均含碳量为（ b ）a.0.1% b.1.0% c.10%4、铁素体的力学性能（ c ）a. 强度高、塑性好、硬度低 b. 强度低、塑性差、硬 度低c. 强度低、塑性好、硬度低5、下列能进行锻造的铁碳合金是（ a ）a. 亚共析钢 b. 共晶白口铁 c. 亚共晶白口铁五、依据铁碳相图分析产生下列现象的原因：1）含碳量为 1.0% 的钢比含碳量为 0.5% 的钢硬度钢的硬度取决于渗碳体的含量，钢的含碳量越高，渗 碳体含量越多，硬度越高。因此， 1.0%C 的钢渗碳体 含量高，硬度高。（ 2 ）在室温下，含碳量 0.8%的钢的强度比含碳量 1.2%的

15、钢高。钢的强度是受钢的组织形态影响的，退火状态的钢， 珠光体含量越高，强度越高， 0.8%C 的钢， 100%为 珠光体组织，而1.2%C钢则出现了网状渗碳体， 强度 降低。（3）在 1100 ，含碳为 0.4%的钢能进行锻造， 而含 碳为 4.0%的白口铁不能进行锻造。0.4%C 的碳钢 1100 处在单相 A 区，A 是 FCC 的固溶体，塑性好，适合锻造。而 4.0%C 的铸铁， 1100 主要为莱氏体组织， 是共晶组织，脆而硬，不适合于锻造这种塑性加工。六、默画铁碳相图，标注重要的温度和成分。标注室 温组织。标注锻造、铸造和热处理温度区间。七、杠杆定理计算 计算 45、T8、T12 三

16、种钢，室温下 组织组成物和相的相对量？序号钢号平衡组织相计算组织的杠杆计算相的杠杆0145F+PF，Fe3C02T8P03T12P+Fe3C 45 钢：室温下： F+PW P% = （0.45-0 ）/ （0.77-0 ）% = 58% WF% =（100-58 ）%=42%相： F，Fe3CWF% = （6.69-0.45 ）/（6.69-0 ）% = 93% WFe3C% = （100-93 ）%= 7% T8钢：室温下组织： P = 100% 相：WF%= （6.69-0.8 ）/（6.69-0.02 ）% = 5.89/6.67% = 88%WFe3C= （100-88 ）%= 12%

17、T12钢室温下组织： P+ Fe3CWp% = （6.69-1.2 ）/ （6.69-0.77 ）% = 5.49/5.92% = 93%WFe3C%= （100-93 ） % = 7% 相：WF%=（6.69-1.2 ）/（6.69-0）%=5.49/6.69%=82% WFe3C%= （100-82 ）%=18%（2） 用显微镜观察某 亚共析钢 ，估计其中珠光体含量为 80%，则此钢的含碳量为多少？设：钢的含碳量为 X%,杠杆设置：WP%=80%=（X-0.02）（0.77-0.02 ）% X%=62% 应 该为 60 号钢。八、填表（ 1）类别含碳量应用举例Q235普通结构钢0.1-0.

18、2建筑结构用钢15优质碳素结构钢0.15桥梁，容器罐，水箱65优质碳素结构 钢 优质碳素结构 钢 碳素工具钢碳素工具钢0.45 车床主轴0.65 弹簧，裁纸刀0.8 手动工具， 条1.2 手动工具，如手工锯如锉刀填表（ 2）零件名选择材料牌号称手工锯T8，碳素工具钢条普通螺Q235 ，普通碳素钉结构钢车床主45，优质碳素结构轴习题六钢的热处理临界冷却速度 ；过冷奥氏体、残余奥氏体，马氏体， 贝氏体、淬透性、淬硬性、 调质处理；回火索氏体，索氏体1、在过冷奥氏体等温转变产物中， 珠光体与屈氏体的主要相同点是（都是由 F 和 Fe3C 组成的机械混合物） 不同点是（T的片层间距比 P 细小，因而

19、T的硬度， 强度比珠光体高）。2、马氏体的显微组织形态主要有 （板条状）和（针状 ） 两种，其中 （板条状） 韧性好。3、钢的淬透性越高，则 C 曲线的位置越 （右移），说 明临界冷却速度越 （小）。4、钢的热处理工艺是由 （加热）（保温）（冷却） 三阶 段组成，一般来讲，它不改变零件的 （形状），但改变 其（组织与性能）。5、利用铁碳相图确定钢完全退火的正常温度范围是 （Ac3 以上 30-50 ），它适合于（ 亚共析 ）钢。6、球化退火的主要目的是（ 使 P 中的 Fe3C 球化， 降低硬度，便于加工 ）， 它适合于 （高碳钢 /过共析） 钢。7 、钢的正常淬火温度，亚共析钢是 （ Ac3

20、 以上 30-50 ），过共析钢是 （ Ac1 以上 30-50 ）。8、钢热处理确定其加热温度是依据（ 铁碳相图 ）， 确定过冷奥氏体转变产物是依据（ C 曲线 ）。9、淬火钢进行回火的目的是 （获得所要求的力学性能， 消除内应力， 稳定组织和尺寸 ），回火温度愈高， 钢的 强度、硬度（ 越低）。10、钢回火转变 4 大过程是（ 马氏体的分解）（残余 奥氏体的）（回火屈氏体的形成）（渗碳体的聚集长大）。11、索氏体和回火索氏体在形态上的区别是（ S 中的 Fe3C 呈片状，而回火 S 中的 Fe3C 呈球状 ），在性 能上的区别是（ 在强度，硬度相同时，回火 S 的塑性 和韧性比正火 S 好

21、）。12、依据铁碳相图，结合实验， 45 钢和 T8 钢（原始 状态退火状态），按照下表加热处理后， 请填写处理后 的组织：850 加 850 加 760 加热， 720 加热，水冷空冷MSF+MP+F粗大M+P+Fe3CM+A 未溶Fe3C+A 1、 经加热奥氏体化后， 在任何情况下， 奥氏体中碳 的含量均与钢中碳的含量相等。2、 马 氏 体 是 碳 在 -Fe 中 的 过 饱 和 固 溶 体 。3、当把亚共析钢加热到 A1 A3 之间的温度时，将 获得 F+A 的两相组织， 在平衡条件下， 其中奥氏体的 含碳量总是大于钢的含碳量。4、当共析成分的奥氏体在冷却发生珠光体转变时， 温 度越低，

22、其转变产物组织越粗。5、不论碳含量高低，马氏体硬度都很高， 脆性都很大。6、在正常热处理条件下， 随着含碳量增高， 过共析钢 的过冷奥氏体越稳定。7、高合金钢既有良好的淬透性， 也具有良好的淬硬性。8、经退火后再高温回火， 获得回火索氏体组织， 具有 良好的综合机械性能。9、表面淬火既能改变钢的表面化学成分， 也能改善心 部的组织和性能。10、为了调整硬度，便于机械加工，低碳钢、中碳钢 和低合金钢在锻造后采用正火处理。1、奥氏体向珠光体转变是（ a ）a. 扩散型转变 b.非扩散型转变 c.半扩 散型转变2、钢经过调质处理后获得的组织是（ b ）a. 回火马氏体 b. 回火索氏体 c. 回火屈

23、氏体3、过共析钢的正常淬火温度是（ a ）a.A130-50 b. Acm 30-50 c.A3 30-50 3、 影响碳钢淬火后残余奥氏体量的主要因素是（ b ）a.钢材本身的含碳量 b. 钢中奥氏体的含碳量 c. 钢中碳化物的含量4、 若合金元素能使 C 曲线右移，钢的淬透性将（ b ）a.降低 b.提高 c. 不改变5、 马氏体的硬度取决于（ c ）a. 奥氏体的冷却速度 b. 奥氏体的转变温度 c. 奥氏体的碳含量6、 淬硬性好的钢（ c ）a. 奥氏体中合金元素含量高 b. 奥氏体中的 碳含量低c. 奥氏体中碳含量高7、 对形状复杂， 截面变化大的零件进行淬火时， 应 选用（ a ）

24、 a. 高淬透性钢 b. 中淬透性钢 c. 低淬 透性钢8、对形状复杂， 截面变化大的零件进行淬火时， 应选 用（ b ） a.水淬 b.油淬 c. 盐水中淬9、直径为 10mm 的 45 钢，常规淬火温度是（ b ）a.750 b.850 c.92010、45 钢为了获得回火索氏体，应进行（ b ）a.淬火+低温回火 b.淬火+高温回火 c. 等温淬火11、完全退火主要适用于，（ a ） a.亚共析钢 b.过共析钢 c. 共析钢12、扩散退火的目的是（a ）a. 消除和改善晶内偏析 b. 消除冷塑性变形 后的加工硬化 c. 降低硬度，以利切削加工13、钢的回火处理是在（ c ）a. 退火以后

25、进行 b. 正火以后进行 c. 淬火以后进行14、钢的渗碳温度范围是（ c ）a.600-650 b.800-850 c.900-950 d.1000-1050 15、过共析钢正火的目的是（ c ）a.调整硬度，改善切削加工性能 b.细化晶粒，为淬火做准备c. 消除网状二次渗碳体 d. 消除内应力，防止 淬火变形和开裂16、T12 钢正常淬火的组织是（ d ）a. 马氏体 +残余奥氏体 b.马氏体 +碳化物 c. 马 氏体d.马氏体+残余奥氏体 +碳化物 五、简述题1、低碳钢板硬度低，可否采用淬火方法提高硬度？ 用什么办法能显著提高其硬度？不能，因为低碳钢的 C 曲线一般很靠左侧， 临界 冷却

26、速度要求很高，一般工业条件很难达到。另外， 低碳钢含碳量低，获得马氏体强化效果也不明显，因 此，一般采用正火，获得索氏体或屈氏体，利用 F 和 Fe3C 的片间距减小，来提高硬度。2、20 钢材用表面淬火是否合适？ 45 钢进行 渗碳处理是否合适？20 钢材不能采用表面淬火， 表面淬火是改善材料 表面性能的热处理工艺。表面淬火是在原有钢材综合 性能的基础上，将表面淬成马氏体组织。 20 号钢 C 曲线一般很靠左侧，临界冷却速度要求很高，一般工 业条件很难达到。另外，低碳钢含碳量低，获得马氏 体强化效果也不明显。 20 号钢一般会利用其含碳量 低，塑韧性好的特点，将其表面渗碳处理，使得表面 为高碳，淬火后获得高碳马氏体，提高强度硬度，保 留心部的韧性。45 钢一般不进行渗碳处理，因为 45 钢为中碳， 再渗碳提高表面含碳量意义不大，而且心部的韧性也 不如 20 号钢号， 因此，45 钢一般采用表面淬火工艺。3、确定下列钢件退火方法， 并指出退火的目的及其退 火后的组织（1）经冷轧后的 15 钢钢板，要求降低硬度 冷轧钢板，存在加工硬化，硬度提高，为了消除加工 硬化，采用再结晶退火组织为 F+P（2