《工程材料基础》(张文灼 赵振学主编)习题解答.doc

高职高专机电类专业规划教材工程材料基础思考与练习参考答案张文灼 赵振学 主编ISBN：978-7-111-29512-9机械工业出版社 . 第1章1. 什么是弹性变形？什么又是塑性变形？答：随外力消除而消失的变形称为弹性变形。当外力去除时，不能恢复的变形称为塑性变形。2. 0.2的含义是什么？为什么低碳钢不用此指标？答：0.2为名义屈服强度，适用于没有明显屈服现象的金属材料。低碳钢有明显的屈服现象，用s表示。3. 什么是抗拉强度？答：金属材料的极限承载能力称为抗拉强度，用拉伸试样断裂前的最大载荷除以试样的原始截面积所得的应力值表示。4. 什么是疲劳强度？答：金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。5. 布氏硬度测量法适用于测量什么类型的材料硬度？答：布氏硬度测量法适用于铸铁、非铁合金、各种退火及调质的钢材，不宜测定太硬、太小、太薄和表面不允许有较大压痕的试样或工件。6. 下列硬度要求或写法是否正确？为什么？（1）8085HRC （2）HBW350400答：（1）不正确，硬度值不在HRC范围内。（2）不正确，数值应在HBW前。7. 下列几种工件应该采用何种硬度试验法测定其硬度？ （1）锉刀 （2）黄铜轴套 （3）供应状态的各种碳钢钢材 （4）硬质合金刀片 答：（1）洛氏或维氏硬度 （2）布氏硬度 （3）布氏硬度 （4）洛氏或维氏硬度第2章1. 常见的金属晶体结构有哪几种?答：室温下有85%90%金属的晶体结构都属于比较简单三种类型：体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。2. 实际金属晶体中存在那些晶体缺陷，对性能有什么影响？答：实际金属晶体中存在点缺陷、线缺陷和面缺陷。三种晶体缺陷都会造成晶格畸变，使变形抗力增大，从而提高材料的强度、硬度。3. 固溶体可分为几种类型?形成固溶对合金有何影响?答：根据固溶体晶格中溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，分为置换固溶体和间隙固溶体两种。无论是间隙固溶体还是置换固溶体，由于溶质原子的溶入，都使晶体的晶格发生畸变。晶格畸变使位错运动阻力增大，从而提高了合金的强度和硬度，而塑性下降。4. 金属化合物有什么特点?它们在钢中起什么作用?答：性能特点是熔点高、硬度高、脆性大。金属化合物能提高钢的强度、硬度和耐磨性，但会降低其塑性和韧性。5. 金属的弹性变形与塑性变形有何区别？答：当外力消除后，发生弹性变形的金属能恢复到原来形状，组织和性能不发生变化。塑性变形后金属的组织和性能发生变化，不能完全恢复原状，较弹性变形复杂得多。6. 什么是金属的加工硬化现象？答：金属经冷塑性变形后，会使其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，此现象称为加工硬化（形变强化）。第3章1. 简述纯铁的特性与用途。答：纯铁的塑性、韧性较好，强度、硬度很低，因此很少作为结构材料使用。纯铁的主要用途是利用它的铁磁性，其具有很高的磁导率，可用于仪器仪表的铁磁芯等要求软磁性的场合。2. 叙述什么是铁碳合金相图。答：铁碳合金相图表示在缓慢冷却（或缓慢加热）的条件下，不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形。3. 随着含碳量的增加，碳钢的强度有何变化规律，原因是什么？答：随着含碳量的增加，碳钢的强度先是增加，达到某最高值后下降（对应含碳量约为1.0%），原因是当含碳量超过此值后，钢中会出现网络状的二次渗碳体，使基体强度下降。4. 为何要在碳钢中严格控制硫、磷含量？而在易切削钢中磷含量又要适当提高？答：（1）硫在钢中是一种有害的元素。硫在钢中不溶于铁，而与铁化合形成化合物FeS，FeS与Fe能形成低熔点共晶体，当钢材在10001200进行压力加工时，共晶体已经熔化，并使晶粒脱开，钢材变脆，这种现象称为热脆性，为此，钢中硫的含量必须严格控制。磷有强烈的固溶强化作用，使钢的强度、硬度增加，但塑性、韧性则显著降低。这种脆化现象在低温时更为严重，故称为冷脆。冷脆对在高寒地带和其他低温条件下工作的结构件具有严重的危害性，此外，磷的偏析还使钢材在热轧后形成带状组织。通常情况下，磷也是有害的杂质。在钢中也要严格控制磷的含量。（2）但含磷量较多时，由于脆性较大，在制造炮弹钢以及改善钢的切削加工性方面则是有利的。5. 同样外观和大小的两块铁碳合金，其中一块是低碳钢，一块是白口铸铁。试问用什么简便方法可迅速将它们区分开来？答：由于它们含碳质量分数不同，使它们具有不同的特性。最显著的是硬度不同，前者硬低，韧性好，后者硬度高，脆性大。若从这方面考虑，可以有多种方法，如：（1）用钢挫试挫，硬者为铸铁，易挫者应为低碳钢；（2）用榔头敲砸，易破断者为铸铁，砸不断者为低碳钢，等等。6. Q235A.F 钢牌号的含义是什么？答：Q235A.F即表示屈服强度值为235 MPa的A级沸腾钢。7. 简述碳素工具钢的特性与应用。答：碳素工具钢是用于制造刃具、模具、量具及其他工具的钢，特点是生产成本低，加工性能优良、强度、硬度较高，耐磨性好，但塑韧性较差，适用于各种手用工具。第4章1. 观察与思考钢在加热和冷却时相图上的各相变点。答：略。2. 为何过共析钢不宜采用完全退火？答：因为当完全退火加热到Accm以上慢冷时，过共析钢的二次渗碳体会以网状形式沿奥氏体晶界析出，使钢的韧性大大下降，并可能在以后的热处理中引起裂纹。3. 回火的目的是什么?为什么淬火工件务必要及时回火?答：回火的目的主要如下：（1）降低脆性，减少或消除内应力，防止工件的变形和开裂。（2）稳定组织，调整硬度，获得工艺所要求的力学性能。（3）稳定工件尺寸，满足各种工件的使用性能要求。（4）对于某些高淬透性的合金钢，空冷时即可淬火成马氏体组织，通过回火可使碳化物聚集长大，降低钢的硬度，以利于切削加工。对于未经过淬火处理的钢，回火一般是没有意义的。而淬火钢不经过回火是不能直接使用的，为了避免工件在放置和使用过程中发生变形与开裂，淬火后应及时进行回火。4. 若45钢经淬火、低温回火后硬度57HRC，然后再进行560回火，试问是否可降低其硬度？为什么？答：可降低其硬度，因为淬火后低温回火组织是回火马氏体，再进行560回火时，回火马氏体组织会转变为硬度比它低的回火索氏体组织，硬度较低。5. 有一40Cr钢制机床主轴，心部要求有良好的强韧性（200300HBS），轴颈处要求硬而耐磨（5458HRC），试回答下列问题：（1）应选择何种预备及最终热处理？（2）说明各热处理后的组织？答：（1）40Cr为低淬透性钢，应采用正火作预备热处理，细化晶粒，改善组织及切削加工性能；正火处理后的组织为P+F；（2）最终热处理宜选用调质处理，然后对轴颈处进行“表面淬火+低温回火”的热处理，可达到性能要求。调质处理后的组织为回火索氏体；“表面淬火+低温回火”后，心部组织仍为回火索氏体，表面组织则为“回火马氏体少量残留奥氏体”。6. 什么是表面淬火?答：将工件的表层迅速加热到淬火温度进行淬火的工艺方法称为表面淬火。第5章1. 碳钢的在性能上主要有哪几方面的不足？答：碳钢的在性能上主要有以下几方面的不足：（1）淬透性低；（2）强度和屈强比较低；（3）回火稳定性差；（4）不能满足特殊性能的要求。2. 说明合金钢按用途可分为哪几类。答：按用途可分类如下：（1）合金结构钢 可分为工程结构用钢和机械制造用钢两大类，主要用于制造各种工程结构件、机械零件等。（2）合金工具钢 可分为刃具钢、模具钢、量具钢3类，主要用于制造刃具、模具、量具等。（3）特殊性能钢 可分为抗氧化用钢、不锈钢、耐磨钢、易切削钢等。3. 列举5个低合金高强度结构钢的牌号。答：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。4. 什么是低合金耐候钢？答：低合金耐候钢具有良好的耐大气腐蚀的能力，是近年来我国发展起来的新钢种。此类钢主要加入的合金元素有少量的铜、铬、磷、钼、钛、铌、钒等，使钢的表面生成致密的氧化膜，提高耐候性。5. 列举两个常用低合金刃具钢牌号。答：9SiCr、CrWMn。6. 说明20CrMnTi属于什么类型钢的牌号，含义是什么。答：表示平均含碳量为0.20%，主要合金元素Cr、Mn含量均低于1.5%，并含有微量元素Ti的合金结构钢。7. 说明热作模具钢的应用特点。答：热作模具用于热态金属的成形式加工，如热锻模、压铸模、热挤压模等。热作模具工作时受到比较高的冲击载荷，同时模腔表面要与炽热金属接触并发生摩擦，局部温度可达500以上，并且还要不断反复受热与冷却，常因热疲劳而使模腔表面龟裂，故要求热作模具钢在高温下具有较高的综合力学性能及良好的耐热疲劳性。此外，必须具有足够的淬透性。8. 不锈钢是绝对不受腐蚀的钢种吗？为什么？答：通常所说的不锈钢是不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢是指能抵抗大气腐蚀的钢；耐酸钢是指能抵抗化学介质腐蚀的钢。“不锈”只是说腐蚀的速度相对较慢，没有绝对不受腐蚀的钢种。所以，“不锈”是相对的，“腐蚀”才是绝对的。9. 说明耐磨钢的应用特点。答：耐磨钢具有表面硬度高、耐磨，心部韧性好、强度高的特点。当工作中受到强烈的挤压、撞击、摩擦时，耐磨钢工件表面迅速产生剧烈的加工硬化，表层硬度、强度急剧上升，而内部仍为保持高的塑、韧性的奥氏体组织。10. 说明硬质合金的应用领域。答：硬质合金虽不是合金工具钢，却是一种常用的、主要的刃具材料，主要用来制造高速切削刃具和切削硬而韧的材料的刃具。一般硬质合金做成刀片，镶在刀体上使用。此外，也用来制造某些冷作模具、量具及不受冲击、振动的高耐磨零件（如磨床顶尖等）。第6章1. 简述工业上常用铸铁的成分含量。答：工业上常用铸铁的成分（质量分数）一般为含碳2.5%4.0%、含硅1.0%3.0%、含锰0.5%1.4%、含磷0.01%0.5%、含硫0.02%0.2%。2. 简述铸铁的性能特点。答：铸铁的抗拉强度、塑性和韧性比碳钢低。另外，由于石墨的存在，使铸铁具有了一些碳钢所没有的性能，如良好的耐磨性、消振性、低的缺口敏感性以及优良的切削加工性能。铸造收缩率低，其铸造性能优于钢。3. 铸铁可以分为哪些类别？答：根据灰口铸铁中碳（石墨）存在的形态不同，可将铸铁分为以下几种：白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。4. 为什么说球墨铸铁是“以铁代钢”的好材料？5. 说明可锻铸铁的应用范围。答：黑心可锻铸铁的强度、硬度低，塑性、韧性好，用于载荷不大、承受较高冲击、振动的零件。珠光体基体可锻铸铁因具有高的强度、硬度，用于载荷较高、耐磨损并有一定韧性要求的重要零件。 如石油管道、炼油厂管道和商用及民用建筑的供气和供水系统的管件。第7章1. 什么是有色金属？答：黑色金属主要指钢和铸铁，而其余金属，如铝、铜、锌、镁、铅、钛、锡等及其合金统称为有色金属。2. 简述工业纯铜的应用领域。答：纯铜主要用于制造电线、电缆、电子元件和配制合金。纯铜和铜合金的低温力学性能很好，所以是制造冷冻设备的主要材料3. 说明黄铜和青铜在成分是的区别。答：黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金，因呈金黄色故称黄铜。青铜原指铜锡合金，但是，工业上习惯把铜基合金中不含锡而含有铝、镍、锰、硅、铍、铅等特殊元素组成的合金也叫青铜。4. 简述工业纯铝的应用领域。答：工业纯铝的强度很低，不能直接用于制作结构材料。工业纯铝经常代替贵重的铜合金，制作导线，配制各种铝合金以及制作要求质轻、导热或耐大气腐蚀但强度要求不高的器具。5. 说明钛合金的性能特点及应用。答：钛合金除具有比钛更优良的力学性能，还具有优良的抗腐蚀性能，在硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠及海水中均有优良的稳定性，在85%醋酸条件下，耐蚀性优于不锈钢。钛合金具有超塑性的功能特点，采用超塑成形扩散连接技术，可以用很少的能量及材料消耗制成形状复杂和尺寸精密的合金制品。第8章1. 非金属材料具有金属材料以为的什么特性？答：非金属材料具有金属材料所不及的一些特异性能，如塑料的质轻、绝缘、耐磨、隔热、美观、耐腐蚀、易成型；橡胶的高弹性、吸震、耐磨、绝缘等；陶瓷的高硬度、耐高温、抗腐蚀等；加上它们的原料来源广泛，自然资源丰富，成型工艺简便，故在生产中的应用得到了迅速发展，在某些生产领域中已成为不可取代的材料；而由几种不同材料复合的复合材料，不仅保留了各自优点，而且能得到单一材料无法比拟的、优越的综合性能。2. 通用橡胶有哪些用途？主要品种是什么？答：通用橡胶的用量一般较大，主要用于制作轮胎、输送带、胶管、胶板等，主要品种有丁苯橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶等；3. 列举常见的涂料，说明各自的用途。答：酚醛树脂涂料是应用最早的合成涂料，有清漆、绝缘漆、耐酸漆、地板漆等。氨基树脂涂料的涂膜光亮、坚硬，广泛用于电风扇、缝纫机、化工仪表、医疗器械、玩具等各种金属制品。醇酸树脂涂料涂膜光亮，保光性强，耐久性好，广泛用于金属、木材的表面涂饰。环氧树脂涂料的附着力强，耐久性好，适用于作金属底漆，也是良好的绝缘涂料。聚氨脂涂料的综合性能好，特别是耐磨性和耐蚀性好，适用于列车、地板、舰船甲板、纺织用的纱管以及飞机外壳等。有机硅涂料耐高温性能好，也耐大气、耐老化、适于高温环境下使用。4. 什么是复合材料？答：复合材料是由两种或两种以上不同化学性质或不同组织结构的材料经人工组合而成的合成材料。复合材料通常具有多相结构，其中一类组成物（或相）为基体，起粘结作用；另一类组成物为增强相，起提高强度和韧性的作用。5. 列举出形状记忆合金的应用实例（不少于三个）。答：管接头、人工关节、密封件。第9章1. 零件失效的常见特征是什么？答：零件失效的常见特征是：零件完全破坏已不能正常工作；零件已严重损伤继续工作不安全；零件工