机械工程材料于永泗齐民第七版课后习题答案.docx

1、机械工程材料于永泗齐民第七版课后习题答案机械工程材料（于永泗 齐民 第七版）课后习题答案第一章 1-1、可否通过增加零件尺寸来提高其弹性模量： 不能， 弹性模量的大小主要取决于材料的本性， 除随温度升高而逐渐降 低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹 性模量的影响很小。所以不能通过增大尺寸来提高弹性模量。1-2、工程上的伸长率与选取的样品长度有关，为什么：伸长率 等于，当试样（d）不变时，增加，则伸长率S下降，只有当 /为常 数时，不同材料的伸长率才有可比性。 所以伸长率与样品长度有 关。1-3、和两者有什么关系？在什么情况下两者相等？为应力强度 因子，为平面应变断裂韧度，为

2、的一个临界值，当增加到一定值 时，裂纹便失稳扩展，材料发生断裂，此时，两者相等。1-4、如何用材料的应力 -应变曲线判断材料的韧性？所谓材料的 韧性是指材料从变形到断裂整个过程所吸收的能量， 即拉伸曲线 （应力 -应变曲线）与横坐标所包围的面积。第二章2-1、从原子结构上说明晶体与非晶体的区别。原子在三维空间 呈现规则排列的固体称为晶体， 而原子在空间呈无序排列的固体 称为非晶体。晶体长程有序，非晶体短程有序。2-2、立方晶系中指数相同的晶面和晶向有什么关系？相互垂直。2-4、合金一定是单相的吗？固溶体一定是单相的吗？合金不一11 / 1定是单相的，也可以由多相组成，固溶体一定是单相的。 第三

3、章3-1、说明在液体结晶的过程中晶胚和晶核的关系。在业态经书 中存在许多有序排列飞小原子团， 这些小原子团或大或小， 时聚 时散，称为晶胚。在以上，由于液相自由能低，晶胚不会长大， 而当液态金属冷却到以下后， 经过孕育期， 达到一定尺寸的晶胚 将开始长大，这些能够连续长大的晶胚称为晶核。3-2、固态非晶合金的晶化过程是否属于同素异构转变？为什么？ 不属于。同素异构是物质在固态下的晶格类型随温度变化而发生 变化，而不是晶化过程。3-3、根据匀晶转变相图分析产生枝晶偏析的原因。 枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内， 成分不均匀的现象叫做枝 晶偏析。 结合二元匀晶转变相图可知， 枝晶偏析产生

4、的原因是 固溶体合金的结晶只有在 “充分缓慢冷却” 的条件下才能得到成 分均匀的固溶体组织。然而在实际生产中，由于冷速较快，合金 在结晶过程中， 固相和液相中的原子来不及扩散， 使得先结晶出 的枝晶轴含有较多的高熔点元素， 而后结晶的枝晶中含有较多低 熔点元素。冷速越快，液固相间距越大，枝晶偏析越严重。3-4、结合相图分析含 0.45% C 1.2% C和3.0% C的Fe-C合金在 缓慢冷却过程中的转变及室温下的组织。 0.45% C:Lf L+ L+ 8 + 丫宀 L+ 丫7丫宀丫 +ef P+丫 + a。室温组织： P+ a1.2%C: Lf L+yy +一次渗碳体f次渗碳体。室温组 1

5、1/ 2织：P+二次渗碳体。 3.0%C: Lf L+y L+y +Lef y + Le+二次 渗碳体f P+丫 +二次渗碳体+ 次渗碳体f Le+二次渗碳体+P。室 温组织：Le+二次渗碳体+P。3-6、说明Fe-C合金中5种类型渗碳体的形成和形态特点。一次 渗碳体：由液相直接析出，黑色的片层。 二次渗碳体：含碳量 超过0.77%的铁碳合金自1148C冷却至727C时，会从奥氏体中 析出二次渗碳体。沿奥氏体晶界呈网状排列。 三次渗碳体：铁碳合金自727 C向室温冷却的过程中，从铁素体析出的为三次渗 碳体。不连续网状成片状分布于铁素体晶界。 共晶渗碳体：共晶白口铸铁由液态冷却到1148 C是发

6、生共晶反应，产生共晶奥 氏体和共晶渗碳体。为白色基体。 共析渗碳体：共析钢液体在 发生共析转变时， 由奥氏体相析出铁素体和共析渗碳体。 为黑色 的片层。3-7、说明金属实际凝固时，铸锭的 3中宏观组织的形成机制。 铸锭的宏观组织由表层细晶区、 柱状晶区和中心等轴晶区 3 个晶 区组成。表层细晶区：当高温的液体金属被浇注到铸型中时， 液体金属首先与铸型的模壁接触，一般来说，铸型的温度较低， 产生很大的过冷度， 形成大量晶核， 再加上模壁的非均匀形核作 用，在铸锭表面形成一层厚度较薄、晶粒很细的等轴晶区。柱 状晶区：表层细晶区形成以后， 由于液态金属的加热及凝固时结 晶潜热的放出，使得模壁的温度逐

7、渐升高，冷却速度下降，结晶前沿过冷度减小， 难以形成新的结晶核心， 结晶只能通过已有晶11/ 3体的继续生长来进行。 由于散热方向垂直于模壁， 因此晶体沿着 与散热方向相反的方向择优生长而形成柱状晶区。 中心等轴晶 区：当柱状晶区长大到一定程度， 由于冷却速度进一步下降及结 晶潜热的不断放出， 使结晶前沿的温度梯度消失， 导致柱状晶的 长大停止。 当心部液体全部冷却至实际结晶温度一下时， 以杂志 和被冲下的晶枝碎片为结晶核心均匀长大， 形成粗大的等轴晶区。 第四章4-1、为什么室温下金属的晶粒越细，强度、硬度越高，塑型、 韧性也越好？因为金属的晶粒越细， 晶界总面积越大， 位错障碍 越多，需要

8、协调的具有不同位向的晶粒越多， 金属塑性变形的抗 力越高。从而导致金属强度和硬度越高；金属的晶粒越细，单位 体积内晶粒数目越多， 同时参与变形的晶粒数目也越多， 变形越 均匀，推迟了裂纹的形成于扩展使得在断裂前发生了较大的塑性 变形，在强度和塑型同时增加的情况下，其塑型和韧性越好。4-2、黄铜铸件上的数码不慎搓掉如何识别数码？用加热使它再 结晶的方法可以使原来的数码再呈现。 因为打字时会使铸件打字 处产生塑性变形， 有预变形存在， 通过加热再结晶可使晶粒恢复 到预变形之前的状态，使之显现出数码。4-3、金属铸件的晶粒往往粗大，能否通过再结晶退火来细化其 晶粒？为什么？不能， 因为铸件没有产生预

9、变形， 故不能采用再结晶的方法。11/ 44-4、铜只是通过冷加工及随后加热来细化晶粒，而铁则不需要 冷加工， 只需加热到一定温度便可使晶粒细化， 为什么？因为铜 不存在同素异构的现象， 加热时晶体的结构不发生变形， 所以采 用冷加工破碎晶粒，产生预变形，从而来消除应力，而铁存在同 素异构的现象， 固态变相组织要比晶粒组织细， 只需加热到一定 温度便能使晶粒细化。4-5、下列齿轮饼坯的加工方法中， 哪种方法正确？为什么？ （1） 从热轧厚钢板上切下圆饼； （ 2）从热轧粗钢棒上切下圆饼； （3） 由热轧钢棒镦成圆饼。 选择由热轧钢棒镦成圆饼， 因为这样可以 控制铜的纤维素的走向与受力方向一致。

10、4-6、用冷拉铜丝绳（承受能力远超过工件质量）吊送刚出炉热 处理工件去淬火，但在此工程中，铜丝发生断裂。为什么？原因 是：冷拉钢丝绳经冷塑加工强度提高，强度大于载荷，但吊运热 工件时其温度升高， 使原子扩散能力升高， 从而使其产生回复再 结晶，晶粒恢复到以前的状态，强度降低，最终发生断裂。4-7、钨在1100 C下的变形加工和锡在室温下的变形加工是冷加工还是热加工？为什么？再结晶温度 =熔化温度X 0.4，钨的熔点为3380C，其再结晶温度为（3380+273）X 0.4273=1187C，加工温度小于再结晶温度，所以属于冷加工；锡的熔点为 232 C，其再结晶温度为（232+237） X 0

11、.4273=71 C，室温（25C ）大于再结晶温度，所以属于热加工。4-8、在冷拔钢丝时常进行中间退火，原因？如何选择中间退火11/ 5的温度？冷拔过程中产生很大应力 ,在使用过程中要把这种应力 消除 ,使用中间退火会细化晶粒 ,产生预变形 ,使强度和硬度提升 , 消除应力 ,选取的温度应该小于再结晶温度。4-9、用冷拔高碳钢丝缠绕螺旋弹簧，最后要进行何热处理，原 因是？进行去应力退火 ,冷拔过程中产生很大应力 ,退火保证弹簧 不会由于应力不确定而恢复原形 ,同时对弹簧的定型处理可以保 证弹簧的弹力。4-10、反复弯折退火钢丝时，会感到越弯越硬，最后断裂，为什 么？反复弯折会使晶粒变细 ,因

12、而硬度提高 ,同时产生应力 ,使塑 性降低 ,从而会被折断。第五章 5-3、判断下列说法正误，并说明原因。 1.马氏体是硬而 脆的相。错，马氏体是硬的相 ,渗碳体才是脆的相； 2.过冷奥氏体 的冷却速度大于 Vk 时,则冷速越大 ,所得马氏体的硬度越高。错， 马氏体硬度取决于含碳量 ,与冷却速度无关 ;3.钢中的合金元素含 碳量越高 ,其淬火后的硬度也越高。错 ,合金元素对淬透性的影响 大 ,但对硬度影响小 ;4.本质细晶粒钢的晶粒总是比本质粗晶粒钢 的晶粒细。错 ,晶粒的大小与加热温度和保温时间有关 .本质细晶 粒钢只是加热时长大的趋向比本质粗晶粒钢小 ,但不代表本身比本质粗晶粒钢的晶粒细

13、;5.同种钢材在同样的加热条件下 ,总是水 冷的比油冷的淬透性好 ,小件的比大件的淬透性好。错，钢的淬 透性取决于其临界冷却速度 ,与工件尺寸和冷却介质无关。11/ 65-4、生产中常把加热到淬火温度的钳工扁铲的刃部蘸入水中急 冷后 ,出水停留一会 ,再整体投入水中冷却 ,两次水冷的作用及水 冷后的组织。刃部入水急冷淬火 ,得马氏体 ,出水停留一段时间为 回火得回火马氏体 ,再整体入水 ,抑制继续回火 ,保留回火组织。5-5、用 20钢进行表面淬火和用 45 钢进行渗碳处理是否合适？ 为什么？ 20 钢不适合表面淬火 ,含碳量低会降低硬度和耐磨性； 45 钢不适合渗碳处理 ,碳含量足够 ,渗碳

14、使低碳钢工件表面获得较 高碳浓度。5-6、钢经表面淬火或渗碳后 ,表层的残余应力是拉应力还是压应 力？原因？压应力 ,因表面低温 ,收缩后心部的高温区产生塑性变 形,冷却后内部部分弹性变形恢复。5-7、一批 45 钢零件进行热处理时， 不慎将淬火件和调质件弄混， 如何区分开？为什么？用锯片试锯 ,淬火件比调质件难锯 ,因为淬火后工件硬度提高 ,二调质会降低硬度。5-8、将两个T12钢小试样分别加热到780C和860C，保温后以大 于的速度冷却至室温 ,试回答问题 ,并说明原因。 1.哪个温度淬火 后马氏体晶粒粗大？ 860,温度越高 ,奥氏体晶粒成长越快 ;2.哪个 淬火后残余奥氏体量多？ 8

15、60,温度高，奥氏体含碳量高 ,转化充分 , 冷却时奥氏体越多 ;3.哪个淬火后末溶碳化物量多？ 780，溶碳能 力较小 ;4.哪个淬火适合？ 780,因淬火加热温度以得到均匀细小 奥氏体为原则 ,以便淬火后获得细小马氏体组织 ,高温下奥氏体易 长大形成粗大奥氏体组织 ,故 780 加热好。11/ 75-9、分别用 45钢和 15 钢制造机床齿轮 ,要求齿表面具有高的硬 度和耐磨性 ,心部具有良好的韧性 .安排工艺路线 ,热处理工序目 的及使用状态下的组织。 45:下料,锻造,退火（调整硬度 ）,机加工, 调质（得到颗粒状渗碳体 ）,精加工 ,表面淬火加低温回火 （加强强度 和韧性）,精加工

16、,表层回火马氏体 ,心部回火索氏体 ;15:下料,锻造, 正火 （调整硬度 ）,机加工 ,渗碳（提高表面硬度耐磨性 ）,淬火加回火 （加强强度和韧性 ）,磨削 ,表层回火马氏体碳化物 ,心部回火索氏体。 第六章6-1、钢的质量为什么以磷 ,硫的含量来划分？ 磷对钢有固化作用 降低塑性韧性 ,产生冷脆现象 ;硫在加热时会使钢发生热脆现象 , 对钢质量影响很大。6-2、什么是合金钢 ?与碳钢相比合金钢有哪些优点 ?为什么 ?指为 了提高钢的性能 ,在碳钢基础上有意加入一定量的合金元素所获 得的铁基合金 ;强度高,塑性韧性好 ,焊接性好 ,冷热压力加工性能 好,耐腐蚀性好 ,因为加入了金属成分。6-3、加入钢中的合金元素的作用 举例。Cr含量高，不锈钢,含量 低,提高强度 ;Mn 提高耐磨性 ,细化晶粒 ;根据