机械工程材料第二版答案

机械工程材料第二版答案

机械工程材料第二版答案

案】

【篇一：机械工程材料(于永泗_齐民_第七版)课后习题答

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。

1-3、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。

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？合金不一定是单相的，也可以由多相组成，固溶体一定是单相的。

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。①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。②结合二元匀晶转变相图可知，枝晶偏析产生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。③冷速越快，液固相间距越大，枝晶偏析越严重。

体→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。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1148℃冷却至727℃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℃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℃是发生共晶反应，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。①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。②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。③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。

【篇二：机械工程材料试题2+答案】

t>一、名词解释（共15分，每小题 3分）

1. 奥氏体（a）2.回复3.固溶体 4.自然时效 5.加工硬化 二、填空题（共20分，每空1 分）

1.石墨为片状的灰口铸铁称为 铸铁，石墨为团絮状的灰口铸铁称为 __ 铸铁，石墨为球状的灰口铸铁称为 铸铁。其中铸铁的韧性最高，因而可以锻造。

2. 陶瓷材料中的气相是指 ，在 程中形成的，它 了陶瓷的强度。 3.根据采用的渗碳剂的不同，将渗碳分为__________、__________和__________三种。

4.工程中常用的特殊性能钢有_________、_________、_________等。

5.金属的断裂形式有__________和__________两种。

6.金属元素在钢中形成的碳化物可分为_________、_________两类。

7.常见的金属晶体结构有____________、____________和____________三种。

三、选择题（共 25分，每小题1分）

1.40钢钢锭在1000℃左右轧制，有时会发生开裂，最可能的原因是()

a.温度过低； b.温度过高； c.钢锭含磷量过高； d.钢锭含硫量过高 2.下列碳钢中，淬透性最高的是() a.20钢；b.40钢；c.t8钢； d.t12钢 3.ni在1cr18ni9ti钢中的主要作用是()

4.w18cr4v钢锻造后，在机械加工之前应进行()

a.完全退火； b.球化退火； c.去应力退火； d.再结晶退火 5.下列材料中，最适合制造机床床身的是() a.40钢； b.t12钢； c.ht300；d.kth300-06 6.下列材料中，最适合制造气轮机叶片的是

a.1cr13钢；b.1cr17钢；c.3cr13钢； d.4cr13钢 7.下列材料中，最适合制造飞机蒙皮的是()

a.zalsi12； b.2a50(旧牌号ld5)； c.zalmg10； d.2a12(旧牌号ly12) 8.下列材料中，最适合制造盛放氢氟酸容器的是() a.1cr17； b.1cr18ni9ti； c.聚四氟乙烯； d.sio2 9.下列材料中，最适合制造汽车板弹簧的是()

a.60si2mn；b.5crnimo； c.cr12mov； d.gcr15 10.下列材料中，最适合制造汽车火花塞绝缘体的是() a.al2o3；b.聚苯乙烯； c.聚丙烯；d.饱和聚酯

11.铜只有通过冷加工并经随后加热才能使晶粒细化，而铁则不需冷加工，只

需加热到一定温度即使晶粒细化，其原因是()

a.铁总是存在加工硬化，而铜没有； b.铜有加工硬化现象，而铁没有；

c.铁在固态下有同素异构转变；而铜没有 d.铁和铜的再结晶温度不同

12.常用不锈钢有铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和() a.铁素体-奥氏体不锈钢； b.马氏体-奥氏体不锈钢；c.莱氏体不锈钢； d.贝氏体不锈钢

13.以下哪种铸铁的断口呈灰黑色？()

a.马口铁；b.白口铸铁；c.麻口铸铁；d.灰铸铁 14.用于制造渗碳零件的钢称为()。

a.结构钢；b.合金钢； c.渗碳钢； d.工具钢 15.马氏体组织有两种形态()。

a.板条、树状； b.板条、针状； c.树状、针状；d.索状、树状 16.实际生产中，金属冷却时()。

c.理论结晶温度总是大于实际结晶温度；d.实际结晶温度和理论结晶温度没有关系

17.零件渗碳后，一般需经过()才能达到表面硬度高而且耐磨的目的。 a.淬火+低温回火； b.正火； c.调质； d.淬火+高温回火 18.c曲线右移使淬火临界冷却速度()，淬透性()。

a.减小、增大；b.减小、减小；c.增大、减小； d.增大、增大 19.机械制造中，t10钢常用来制造()。 a.容器； b.刀具；c.轴承；d.齿轮

20.钢经表面淬火后将获得()。

a.一定深度的马氏体；b.全部马氏体；c.下贝氏体；d.上贝氏体 21.gcrl5simn钢的含铬量是：()

a.15％； b.1．5％； c.0. 15％； d.0.015％ 22.铅在常温下的变形属：()

a.冷变形；b.弹性变形； c.热变形； d.既有冷变形也有热变形 23、黄铜是以（）为主加元素的铜合金。 a.铅 b.铁 c.锡 d.锌

24、在fe-fe3c和图中，奥氏体冷却到es线时开始析出（ ）。 a.铁素体b.珠光体c.二次渗碳体 d.莱氏体

25、从金属学的观点来看，冷加工和热加工是以（ ）温度为界限区分的。

a.结晶 b.再结晶c.相变 d.25℃

四、判断题（共10 分，每小题 1 分）

1.回火托氏体和托氏体皆由铁素体和渗碳体两个相构成，因而其性能相同。(

2.冷却速度越快，钢的淬透性越高。()

3.钢的淬透性越高，产生焊接裂纹的倾向越大。() 4.铝合金也可以象钢那样通过淬火明显提高其硬度。()

5.所有强化金属的手段，都在提高强度的同时降低了韧性。()

6.可锻铸铁中的团絮状石墨是浇注球墨铸铁时石墨球化不良的结果。()

7.一定加热温度下，奥氏体晶粒长大倾向小的钢称为本质细晶粒钢。()

8.所谓过量弹性变形，是指零件发生了塑性变形。() 9.铝极易氧化，故铝制品的抗氧化失效能力极差。() 10.弹簧钢淬火后采用中温回火是想提高钢的弹性模量。() 五、简答题（共 30分，每题10分）

1.简述奥氏体晶粒对钢在室温下组织和性能的影响。 2.简述回火的目的。

3.何谓碳钢中的铁素体、渗碳体、珠光体？他们的力学性能各有何特点？ )

参考答案 一、名词解释

3．固溶体：组成合金的组元，在固态时相互溶解，所形成的单一均匀的物质。

4．自然时效：自然时效是指经过冷、热加工或热处理的金属材料，于室温下发生性能随时间而变化的现象。

5．加工硬化：金属材料随着冷塑变形程度的增大，强度和硬度逐渐升高，塑性和韧性逐渐 降低的现象称为加工硬化或冷作硬化。 二、填空题

1、普通灰口；可锻；球墨； 2、气孔；烧结；降低。 3、固体渗碳 气体渗碳

4、不锈钢 耐热钢 耐磨刚 5、延性断裂

6、合金渗碳体 特殊碳化物 7、体心立方晶格 密排六方晶格 三、选择题

1.d; 2.c; 3.c; ; 5.c; 6.a; 7.d; 8.c; 10.a; 11.c; 13.d; 14.c; 15.b; 17.a; 18.a; 19.b; 20.a; 21.b 23.d; 24.c 四、判断题 五、简答题

1、答：奥氏体晶粒细小时，冷却后转变产物的组织也细小，其强度与塑性韧性都较高，冷脆转变温度也较低；反之，粗大的奥氏体晶粒，冷却转变后仍获得粗晶粒组织，使钢的力学性能（特别是冲击韧性）降低，甚至在淬火时发生变形、开裂。 2、答：回火的目的是：

（1）降低零件脆性，消除或降低内应力； （2）获得所要求的力学性能； （3）稳定尺寸； （4）改善加工性。 3、答：

渗碳体——碳与铁形成的间隙化合物，硬而脆。

珠光体——铁素体与渗碳体形成的层片状交替排列的机械混合物，良好的综合力学性能。

【篇三：机械工程材料习题解答】

处理后变形小，尺寸稳定，表面硬度为60～64hrc，

用crwmn钢制造;其工序如下：热轧钢棒下料→球化退火→粗加工→淬火、低温回火→精加工→时效→精磨。试分

析：1. 用crwmn钢的原因。2. 分析工艺安排能否达到要求，如何改进？

丝杠是机床重要的零件之一，应用于进给机构和调节移动机构，它的精度高低直接影响机床的加工精度、定位

精度和测量精度，因此要求它具有高精度和高的稳定性、高的耐磨性。在加工处理过程中，每一工序都不能产生大

的应力和大的应变；为保证使用过程中的尺寸稳定，需尽可能消除工件的应力，尽可能减少残余奥氏体量。丝杠受

力不大，但转速很高，表面要求有高的硬度和耐磨性，洛氏硬度为60～64 hrc。 根据精密丝杠的上述要求，选用crwmn钢较为合适。其原因如下：

（1）crwmn钢是高碳合金工具钢，淬火处理后能获得高的硬度和耐磨性，可满足硬度和耐磨性的要求。

（2）crwmn钢由于加入合金元素的作用，具有良好的热处理工艺性能，淬透性好，热处理变形小，有利于保证丝

杠的精度。目前，9mn2v和crwmn用得较多，但前者淬透性差些，适用于直径较小的精密丝杠。

对原工艺安排分析：原工艺路线中，由于在球化退火前没有安排正火；机加工后没有安排去应力退火；淬火、

低温回火后没有安排冰冷处理等项原因，使得精密丝杠在加工过程中会产生很大的应力和变形，很难满足精密丝杠

的技术要求。所以原工艺路线应改为：下料→正火→球化退火→粗加工→去应力退火→淬火、低温回火→冷处理→ 低温回火→精加工→时效→半精磨→时效→精磨。

例2：有一载重汽车的变速箱齿轮，使用中受到一定的冲击，负载较重，齿表面要求耐磨，硬度为58～62hrc齿心 造该齿轮的合适钢种。

35、45 、20crmnti 、38crmoal 、t12

分析：从所列材料中可以看出35、45 、t12钢不能满足要求。对剩余两个钢种的比较可见表1。

比较，20crmnti能全面满足齿轮的性能要求。

其工艺流程如下：下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火→低温回火→喷丸→磨齿。 例3：机械式计数器内部有一组计数齿轮，最高转速为350r/min，该齿轮用下列哪些材料制造合适，并简述理由。 40cr、20crmnti、尼龙66。

工作条件分析：计数器齿轮工作时，运转速度较低、承受的扭矩很小，齿轮间存在摩擦，因此要求摩擦系数小，

耐磨性好。由于该结构特点要求选材时重量要轻，工作噪音要小，在无润滑条件下长时间工作，制造工艺简单，价

格便宜，很明显，40cr，20crmnti等合金钢由于价格太贵、太重、加工复杂而不合适。而 尼龙66工程塑料较为合 适。其原因：

（1）有足够的抗弯强度（≥70～90mpa）和冲击吸收功（10～45j）。 （2）耐磨、减磨、消音、耐应力开裂。 （3）－40～100℃可长期使用。

（4）有较好的弹性，吸震，防冲击，噪声小。 （5）重量轻。 （6）耐蚀性好。

（7）可用注射法一次成型，制造工艺简单，生产率高，成本低。 材料热处理 s/ mpa /mpa

弯曲疲劳强度 /mpa

20crmnti 渗碳

淬火853 1080 10 45 55 1380 750

38crmoal 调质835 980 14 50 71 1050 1020 第一章作业

1－3 现有一碳钢制支架刚性不足，采用以下三种方法中的哪种方法可有效解决此问题？为什么？①改用合金钢；

②进行热处理改性强化；③改变该支架的截面与结构形状尺寸。 答：选③，改变该支架的截面与结构形状尺寸。因为金属材料的刚度决定于基体金属的性质，当基体金属确定时，

难于通过合金化、热处理、冷热加工等方法使之改变。

1－4 对自行车座位弹簧进行设计和选材，应涉及到材料的哪些主要性能指标？

答：强度、弹性、疲劳极限。

零件工作时便越安全可靠。”，你怎样认识这句话？

小宏观裂纹，因此在实际的强度设计中还应考虑材料抵抗脆性断裂的力学性能指标—断裂韧度（ki），只考虑许用

1－11 一般认为铝、铜合金的耐蚀性优于普通钢铁材料，试分析在潮湿性环境下铝与铜的接触面上发生腐蚀现象 的原因。

答：潮湿环境下铝与铜的接触面上会发生电化学腐蚀，因为这时铝与铜的接触面因电极电位不同存在着电极电位差 而发生电化学腐蚀。 第二章作业

2－1常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点？ －fe、－fe、al、cu、ni、cr、v、 mg、zn各属何种结构？ 答：常见晶体结构有3 种： ?体心立方： －fe、cr、v ?面心立方： －fe、al、cu、ni ?密排六方：mg、zn

2-2 已知－fe的晶格常数（a=3.6 ）要大于－fe的晶格常数（a=2.89 ）,但为什么－fe冷却到912℃转

变为－fe时体积反而增大？

答： －fe 冷却到912℃转变为－fe 时体积增大，是因为转变之后面心立方的－fe 转变为体心立方的－fe 时致密度变小。 －fe －fe

晶胞原子数4 晶胞原子数2

2－3 1g fe在室温和1000℃时各含有多少个晶胞？ 答：fe 在室温下为体心立方，晶胞原子数为2， 在1000℃时为面心立方，晶胞原子数为4，

2－6 总结说明实际金属晶体材料的内部结构特点。 答：实际金属晶体材料内部存在晶体缺陷： ?点缺陷：空位、间隙原子、置换原子 ?线缺陷：位错

?面缺陷：晶界、亚晶界 第三章作业

3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；

?金属模浇注与砂模浇注；?高温浇注与低温浇注；?铸成薄壁件与铸成厚壁件；?浇注时采用振动与不采用振动； ?厚大铸件的表面部分与中心部分。

答：晶粒大小：?金属模浇注的晶粒小?低温浇注的晶粒小?铸成薄壁件的晶粒小?采用振动的晶粒小?厚大 铸件表面部分的晶粒小

3－3 si、c、n、cr、mn、b等元素在－fe中各形成哪些固溶体？ 答：si、cr、mn 形成置换固溶体，c、n、b 形成间隙固溶体。 3－4 间隙固溶体与间隙化合物在晶体结构与性能上有何区别？举例说明。

答：间隙固溶体的晶体结构与组成合金的一个金属组元的结构相同，它是溶质原子进入金属溶剂晶格的间隙时形

成的固溶体，如：f 和a，形成间隙固溶体可以提高金属的强度和硬度，起到固溶强化的作用。间隙化合物的晶体

结构与组元的结构不同，间隙化合物是由h、b、c、n 等原子半径较小的非金属元素（以x 表示）与过渡族金属

元素（以m 表示）结合，且半径比rx/rm＞0.59 时形成的晶体结构很复杂的化合物，如fe3c,间隙化合物硬而脆， 塑性差。

3－7 为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金？为什么要进行压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金？

答：共晶成分的合金熔点低，凝固温度区间最小，流动性好，适于铸造。单相固溶体成分的合金强度均匀，塑性好， 便于压力加工。

3－8 为什么钢锭希望减少柱状晶区，而铜锭、铝锭往往希望扩大柱状晶区？

答：在柱状晶区，柱状晶粒彼此间的界面比较平直，气泡缩孔很小，组织比较致密。但当沿不同方向生长的两组柱

状晶相遇时，会形成柱晶间界。柱晶间界是杂质、气泡、缩孔较密集地区，是铸锭的脆弱结合面，故钢锭应减少柱

状晶区，以避免在热轧时开裂。对塑性好的铜锭、铝锭不会因热轧而开裂，故往往希望扩大柱状晶区。

4－3 冷塑性变形与热塑性变形后的金属能否根据其显微组织加以区别？

答：可以通过显微组织来判断是冷塑性变形还是热塑性变形，冷塑性变形后的晶粒形状呈扁平形或长条形，热塑性 变形后的晶粒是等轴晶粒。

4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好？试用多晶体塑性变形的特点予以解释。

答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。 原因是：

（1）强度高：hall-petch 公式。晶界越多，越难滑移。 （2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。 （3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。 4－5 金属铸件能否通过再结晶退火来细化晶粒？为什么？

答：再结晶退火必须用于经冷塑性变形加工的材料，其目的是改善冷变形后材料的组织和性能。再结晶退火的温度

较低，一般都在临界点以下。若对铸件采用再结晶退火，其组织不会发生相变，也没有形成新晶核的驱动力(如冷

变形储存能等)，所以不会形成新晶粒，也就不能细化晶粒。 4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是 232℃）？

答：w、sn 的最低再结晶温度分别为:

所以w 在1000℃时为冷加工，sn 在室温下为热加工 思考题

比较冲击韧度、断裂韧度的异同点和它们用来衡量材料韧性的合理性。

答：相同点：冲击韧度和断裂韧度都反映了材料在塑性变形和断裂的全过程中吸收能量的能力。不同点：冲击韧度

一般只用来评定中低强度钢的韧性，仅反映材料在一次大能量冲击加载条件下的抵抗变形与断裂的能力，只适用于

均匀的无缺陷材料。而断裂韧度是评定材料抵抗脆性断裂的力学性能指标，表征了材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。 第五章作业

5-4 根据fe-fe3c相图计算，室温下，分别为0.2％和1.2％的钢中组织组成物的相对量。 (1) =0.2%

p%=26% ，f%=74% (2) =1.2%

p%=92.7% ，fe3cⅡ％=7.3%

5-5 某仓库中积压了许多退火状态的碳钢，由于钢材混杂不知其化学成分，现找出一根，经金相分析后发现组织为

珠光体和铁素体，其中珠光体占75％。问此钢的碳含量大约为多少？ 测试题某碳钢，相组成中，f％＝93％。求：（1）c％＝？属哪种钢？（2）组织组成物的百分比？ 第六章作业

6-2 如下图所示，t12钢加热到ac1以上，用图示的各种方法冷却，分析各自得到的组织。 答: a 水中淬火m＋fe3c b 分级淬火m＋fe3c c 油中淬火m＋t＋fe3c d 等温淬火b 下＋fe3c e 正火s＋fe3c f 完全退火p＋fe3c g 等温退火p＋fe3c

6-3 为改善可加工性，确定下列钢件的预备热处理方法，并指出所得到的组织：

（1）20 钢钢板（2）t8 钢锯条（3）具有片状渗碳体的t12 钢钢坯 答: (1) 20 钢钢板：正火s+f； (2) t8 钢锯条：球化退火球状p；

(3) 具有片状渗碳体的t12 钢钢坯: 球化退火球状p＋cm

6-4 将同一棒料上切割下来的4快45钢试样，同时加热到850℃，然后分别在水、油、炉、空气中冷却，说明：

各是何种热处理工艺？各获得什么组织？排列一下硬度的大小顺序。

答：(1) 水冷：淬火m