工程材料习题与答案.ppt

Good,Better,Best,机械工程材料习题及参考解答,（一）解释名词致密度晶格晶胞单晶体多晶体晶粒晶界亚晶粒,机械工程材料第二章金属的结构,是指晶胞中所含原子数的体积与晶胞体积之比。即K=nU/V配位数大，则致密度亦大.式中：K-晶体的致密度；n-晶胞中所含原子的数目；U-每个原子的体积；V-晶胞的体积。,为便于研究晶体结构，用假想的方法通过原子的中心画出许多的空间直线，形成空间格架，这种假想的格架在晶体学上称为晶格。,组成晶格的最基本的几何单元。,金属内部的晶格方位完全一致。,晶粒与晶粒间的界面。,组成的实际晶体结构的晶体。,组成多晶体的外形不规则的小晶体。,晶粒内存在的、相互间晶格位向差很小的晶块。,（一）解释名词晶体的各向异性刃型位错空位间隙原子,机械工程材料第二章金属的结构,晶体沿不同方向性能不相同的现象。,是晶体中某处有一列或若干列原子，发生了规律的错排现象。包括：刃型位错、螺型位错,（二）填空题1同非金属相比，金属的主要特征是2晶体与非金属最根本的区别是。3金属晶体中最主要的面缺陷是和。4错位分两种，它们是和，多余半原子面是位错所特有的。5在立方晶系中，120晶面族包括等6点缺陷有和两种；面缺陷中存在大量的。7-Fe、-Fe的一个晶胞内的原子数分别为和。8当原子在金属晶体中扩散时，它们在内、外表面上的扩散速度较在体内的扩散速度。,机械工程材料第二章金属的结构,晶界,亚晶界,空位,间隙原子,刃型位错,螺旋位错,晶体内部的原子（或离子）是按一定几何形状规则排列的，而非晶体则不是,位错,快得多,良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。,刃型,4,2,(20)、(10)、(12)、(0)、(1)、()、(2)、(120),（三）是非题1因为单晶体是各相异性的，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因为面心立方晶格的配位数大于体心立方晶格的配位数，所以面心立方晶格比体心立方晶格更致密。4在立方晶系中，（123）晶面与12晶向垂直。5在立方晶系中，（111）与（11）是相互平行的两个晶面。6在立方晶系中，（123）晶面与（12）晶面属同一晶面族。7在立方晶系中，原子密度最大的晶面间的距离也最大。8在金属晶体中，当存在原子浓度梯度时，原子向各个方向都具有相同的跃迁几率。9因为固态金属的扩散系数比液态金属的扩散系数小得多，所以固态下的扩散比液态下的慢得多。10金属理想晶体的强度比实际晶体的强度稍强一些。11晶体缺陷的共同之处是它们都能引起晶格畸变。,机械工程材料第二章金属的结构,（）,（）,（）,（）,（）,（）,（）,（）,（）,（）,（四）选择正确答案1正的电阻温度系数的含义是：a随温度升高导电性增大；b随温度降低电阻降低；c随温度增高电阻减小。2晶体中的位错属于：a体缺陷；b面缺陷；c线缺陷；d点缺陷。3亚晶界是由：a点缺陷堆积而成；b位错垂直排列成位错墙而构成；c晶界间的相互作用构成。4在面心立方晶格中，原子密度最大的晶向是：a；b；c。5在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面是：a100；b110；c111。6-Fe和-Fe分别属于什么晶格类型：a面心立方和体心立方；b体心立方和面心立方；c均为面心立方d均为体心立方。,机械工程材料第二章金属的结构,（五）综合分析题1标出图2-1中给定的晶面与晶向：OOBB：；OB：；ODC：；OC：；AACC：；OD：；AADD：；OD：。2作图表示立方晶系中的（110）、（112）、（120）、（234）、（132）晶面和111、132、210、12晶向。略。,机械工程材料第二章金属的结构,（10）,110,（12）,010,（110）,120,（120）,122,3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各有什么特点？-Fe、-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各属于何种晶体结构？,（五）综合分析题（续）4画出体心立方、面心立方和密排六方晶体中原子最密的晶面和晶向、写出它们的晶面和晶向指数并求出单位面积及单位长度上的原子数。略。,机械工程材料第二章金属的结构,6已知-Fe的晶格常数，-Fe的晶格常数，试求出-Fe和-Fe的原子半径和致密度。略。7在常温下，已知铁的原子直径，铜的原子直径，求铁和铜的晶格常数。略。8实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？见习题P39立方晶系中，下列各晶面、晶向表示法是否正确？不正确的请改正：（1，-1，2）、（1/2，1，1/3）、-1,1.5,2、11。解：（12）、（362）、34,机械工程材料第二章金属的结构,5填出表2-2中三种典型金属的基本参量：,（一）解释名词结晶过冷度自发生核非自发生核晶粒度变质处理,机械工程材料第三章金属的结晶,液态金属转变成固态形成晶体的过程。凝固即结晶。,实际结晶温度Tn与理论结晶温度To之差。,当温度降低到理论结晶温度以下，达到一定的过冷度以后，液态金属中那些超过临界晶核尺寸的近程有序原子集团开始变得稳定，不再消失，成为结晶的核心，这种晶核则称为自发晶核。,实际的金属并不纯净，存在一些杂质，它常可以促进晶核在其表面形成，这种晶核称为非自发晶核。,晶粒大小。,在液体金属中加入孕育剂或变质剂，以细化晶粒和改善组织。,（二）填空题1结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个过程是和。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；而把金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变称为。3当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是4液态金属结晶时，结晶过程的推动力是，阻力是。5能起非自发生核作用的杂质，必须符合的原则。6过冷度是指，其表示符号为。7过冷是结晶的条件。8细化晶粒可以通过和两种途径实现。9典型铸锭结构的三个晶区分别为：,机械工程材料第三章金属的结晶,形核,长大,结晶,同素异构转变,促进形核，细化晶粒。,自由能差降低（F）,自由能增加,结构相似，尺寸相当,T,理论结晶温度与实际结晶温度之差,必要,增加过冷度,加变质剂,细晶区、柱状晶区和等轴晶区。,（三）是非题1凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。2室温下，金属晶粒越细，则强度越高，塑性越低。3金属由液态转变成固态的结晶过程，就是由短程有序状态向长程有序状态转变的过程。4在实际金属和合金中，自发生核常常起着优先和主导的作用。5纯金属结晶时，生核率随冷度的增加而不断增加。6当晶核长大时，随过冷度增大，晶核的长大速度增大。但当过冷度很大时，晶核长大的速度很快减小。7当过冷度较大时，纯金属晶体主要以平面状方式长大。8当形成树枝状晶体时，枝晶的各次晶轴将具有不同的位向，故结晶后形成的枝晶是一个多面体。9在工程上评定晶粒度的方法是在放大100倍的条件，与标准晶粒度图作比较，级数越高、晶粒越细。10过冷度的大小取决于冷却速度和金属的本性。,机械工程材料第三章金属的结晶,（）,（）,（）,（）,（）,（）,（）,（）,（）,（四）选择正确答案1金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将：a越高；b越低；c越接近理论结晶温度。2为细化晶粒，可采用：a快速浇注；b加变质剂；c以砂型代金属型。3实际金属结晶时，通过控制生核速率N和长大速度G的比值来控制晶粒大小，在下列情况下获得粗大晶粒：aN/G很大时；bN/G很小时；cN/G居中时。,机械工程材料第三章金属的结晶,（五）综合分析题1试画出纯金属的冷却曲线，分析曲线中出现“平台”的原因。2金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长速度受到哪些因素的影响？3在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，试从过冷度对结晶基本过程的影响，分析细化晶粒、提高金属材料使用性能的措施。,机械工程材料第三章金属的结晶,解:曲线中出现“平台”是因为在结晶过程中放出的结晶潜热与散失的热量平衡，因而结晶过程是在同一个温度下进行的。,答：（P27）金属由液体转变为固体的过程，实质上就是原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程。晶核的形成率受T和杂质的影响，成长速度受T的影响。,解：由于过冷度越大，晶粒越细，因而能增加过冷度的措施均有利于细化晶粒，主要是增加冷却速度。,4如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下铸件晶粒的大小：1）金属模浇注与砂型浇注；2）变质处理与不变质处理；3）铸成薄件与铸成厚件；4）浇注时采用震动与不采用震动。5.为什么钢锭希望尽量减少柱状晶区？,机械工程材料第三章金属的结晶,金属模浇注比砂型浇注晶粒细小；,变质处理晶粒细小；,铸成薄件的晶粒细小；,浇注时采用震动的晶粒较细小。,柱状晶区具有方向性，使金属存在各向异性，且存在弱面部夹杂及低熔点杂质富集于晶面，降低了金属的性能。,（一）解释名词塑性变形塑性强度滑移加工硬化回复再结晶热加工滑移系硬位向,第四章金属的塑性变形与再结晶,（二）填空题1加工硬化现象是指加工硬化的结果，使金属对塑性变形的抗力增大，造成加工硬化的根本原因是2滑移的实质是。3金属塑性变形的基本方式是。4-Fe发生塑性变形时，其滑移面和滑移方向分别是和。5影响多晶体塑性变形的两个主要因素是和。6变形金属的最低再结晶温度是指，其数值与熔点间的大致关系为。7钢在常温下的变形加工称为加工，而铅在常温下的变形加工称为加工。8影响再结晶开始温度的因素。9再结晶后晶粒的大小主要取决于和。,第四章金属的塑性变形与再结晶,随变形度的增大，金属强度和硬度显著提高而塑性和韧性显著下降的现象，,位错密度提高，变形抗力增大。,位错的运动,滑移和孪生,110,111,晶界,晶粒,当变形度达到一定大小后，金属的再结晶温度趋于某一稳定值时的温度,TR（0.350.4）Tm,冷,热,预变形度、金属的熔点和微量杂质和合金元素、加热速度、保温时间,预变形度,加热温度,（三）是非题1在体心立方晶格中，滑移面为1116，而滑移方向为1102，所以滑移系为12。2滑移变形不会引起金属晶体结构的变化。3因为BCC晶格与FCC晶格具有相同数量的滑移系，所以两种晶体的塑性变形能力完全相同。4孪生变形所需要的切应力要比滑移变形时所需的小得多。5金属的预先变形度越大，其开始再结晶的温度越高。6变形金属的再结晶退火温度越高，退火后得到的晶粒越粗大。7金属铸件可以通过再结晶退火来细化晶粒。8热加工是指在室温以上的塑性变形加工。9再结晶能够消除加工硬化效果，是一种软化过程。10再结晶过程是有晶格类型变化的结晶过程。,第四章金属的塑性变形与再结晶,（）,（）,（）,（）,（）,（）,（）,（）,（）,（）,（四）选择正确答案1能使单晶体产生塑性变形的应力为：a正应力；b切应力；c复合应力。2面心立方晶格的晶体在受力时的滑移方向：a111；b110；c100。3体心立方与面心立方晶格具有相同数量的滑移系，但其塑性变形能力是不同的，其原因是面心立方晶格的滑移方向较体心立方晶格的滑移方向：a少；b多；c相等。4金属的最低再结晶温度可用下式计算abc5变形金属再加热时发生的再结晶过程是一个新晶粒代替旧晶粒的过程，这种新晶粒的晶型是：a与变形前的金属相同；b与变形后的金属相同；c形成新的晶型。6加工硬化使：a强度增大，塑性降低；b强度增大，塑性增大；c强度减小，塑性增大；d强度减小，塑性减小。7再结晶后：a形成等轴晶，强度增大；b形成柱状晶，塑性下降；c形成柱状晶，强度升高；d形成等轴晶，塑性升高。,第四章金属的塑性变形与再结晶,（五）综合分析题1指出下列名词的主要区别：1）弹性变形与塑性变形；2）韧性断裂与脆性断裂；前者在断裂前产生了大量的塑性变形；且在正应力的作用下，金属晶体常发生脆性断裂；在切应力的作用下，则发生韧性断裂。3）再结晶与二次再结晶；略4）加工硬化与变质处理；前者是由于变形使强度硬度提高，而塑性韧性降低，后者使晶粒细化，使强度硬度提高，且塑性韧性增加。2说明下列现象产生的原因：1）晶界处滑移的阻力最大；见P412）实际测得的晶体滑移所需的临界切应力比理论计算得到的数值小；见P39用位错分析3）Zn,-Fe,Cu的塑性不同。Zn为密排六方晶格,-Fe为体心立方晶格,Cu为面心立方晶格，所以Zn的塑性最差，-Fe其次，Cu的塑性最好，因为密排六方晶格的滑移系最少，而体心立方晶格与面心立方晶格虽然滑移系相同，但前者的滑移方向较多，因而塑性最好。,第四章金属的塑性变形与再结晶,在外力的作用下产生变形，当外力拆去后前者可恢复原来的形状及尺寸，而后者却不能。,3说明滑移变形与孪生变形的主要区别。4为什么细晶粒钢强度高，塑性、韧性也好？,第四章金属的塑性变形与再结晶,答：晶粒越细，强度硬度逾高，这是因为晶粒越小，单位面积上晶粒的数量越多，晶界的总面积越大，因晶界变形的抗力较大，所以整个金属的强度水平较高。晶粒越细，塑性韧性逾好，这是因为晶粒数愈多，金属的总变形量可分布在更多的晶粒内，晶粒间的变形不均匀性减小，使塑性较好；晶界的影响较大，晶粒内部和晶界附近的变形量差减小，晶粒变形也较均匀，所以减小了应力集中，推迟了裂纹的形成和发展，使金属在断裂之前可发生较大的塑性变形。由于细晶粒金属的强度较高，塑性较好，所以断裂时需要消耗较大的功，所以韧性较好。,见P37,（五）综合分析题（续）5与单晶体的塑性变形比较，说明多晶体塑性变形的特点。略6金属塑性变形后组织和性能有什么变化？见P42-457在图4-1所式的晶面、晶向中，哪些是滑移面哪些是滑移方向？就图中情况能否构成滑移系？略8用低碳钢板冷冲压形成的零件，冲压后发现各部位的硬度不同，为什么？如何解决？硬度高的地方变形较大，产生了加工硬发，可用再结晶退火的方法解决。9拉制半成品铜丝的过程如图4-2所式，试画出不同阶段的组织与性能变化示意图，并对图形加以解释。略,第四章金属的塑性变形与再结晶,（五）综合分析题（续）10已知金属钨、铁、铅、锡的熔点分别为3380，1528，327和232，试计算这些金属的最低再结晶温度，并分析钨和铁在1100下的加工，锡和铅在室温（20）下的加工各为何种加工？略11铜的熔点为1083，试求其再结晶退火温度。略12何谓临界变形度？分析造成临界变形度的原因。略13热加工对金属的组织和性能有何影响？钢材在热变形加工（如锻造）时，为什么不出现硬化现象？见P50钢材在热变形加工（如锻造）时，塑性变形产生的加工硬化被随即发生的回复、再结晶的软化作用所消除，使金属不产生硬化。14在制造齿轮时，有时采用喷丸法（即将金属丸喷射到零件表面上）使齿面得以强化。试分析强化原因。略,第四章金属的塑性变形与再结晶,（一）解释名词组元相组织组织组成物固溶体金属间化合物间隙相枝晶偏析固溶强化,机械工程材料第五章二元合金相图,（二）填空题1固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度。2Cu-Ni合金进行塑性变形时，其滑移面为。3固溶体出现枝晶偏析后，可用加以消除。4以电子浓度因素起主导作用而生成的化合物称。5共晶反应式为，共晶反应的特点是。,机械工程材料第五章二元合金相图,高,扩散退火,电子化合物,发生共晶反应时三相共存，它们各自的成分是确定的，反应在恒温下平衡的进行。,111,Ldc+e,（三）是非题1间隙固溶体一定是无限固溶体。2间隙相不是一种固溶体，而是一种金属间化合物。3平衡结晶获得的20%Ni的Cu-Ni合金比40%的Cu-Ni合金的硬度和强度要高。4在共晶相图中，从L中结晶出来的晶粒与从中析出的晶粒具有相同的晶体结构。5一个合金的室温组织为+（+），它由三相组成。,机械工程材料第五章二元合金相图,（）,（）,（）,（）,（）,（四）选择正确答案1固溶体的晶体结构与相同。a溶剂；b溶质；c其它晶型2间隙相的性能特点是：a熔点高，硬度低；b硬度高，熔点低；c硬度高，熔点高。3在发生L+共晶反应时，三相的成分：a相同；b确定；c不定。4共析成分的合金在共析反应+刚结束时，其组成相为：a+；b+；c（+）5一个合金的组织为+（+），其组织组成物为:a、；b、（+）；c、。,机械工程材料第五章二元合金相图,（五）综合题1什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？P522间隙固溶体和间隙相有什么不同？P523将20纯铜与30纯镍熔化后慢冷至如图5-1温度，求此时：1）两相的成分；L：50%Ni、C：80%Ni2）两相的重量比；QL/Q=（80-60）/（60-50）=23）各相的相对重量；L%=（80-60）/（80-50）=67%=1-L%=33%4）各相的重量。QL=67%50kg=33.5kgQ=33%50kg=16.5kg,机械工程材料第五章二元合金相图,（五）综合题（续,略）4图5-2为Pb-Sn相图，1）用冷却曲线表示96%Pb的Pb-Sn合金的平衡结晶过程，画出室温平衡组织式意图，标上各组织组成物。2）计算该合金室温组织中组成相的相对重量。3）计算该合金室温组织中组织组成物的相对重量。4）指出该合金系室温组织中含最多的合金成分。5）指出该合金系室温组织中共晶体最多和最少的合金的成分或成分范围。5某合金相图如图5-3所示，1）标上（1）（3）区域中存在的相。2）标上（4），（5）区域中的组织。3）相图中包括哪几种转变？写出它们的反应式。6发动机活塞用Al-Si合金铸件制成，根据相图（图5-4），选择铸造用Al-Si合金的合适成分，简述原因。,机械工程材料第五章二元合金相图,（一）名词解释同素异构转变-Fe铁素体珠光体,机械工程材料第六章铁碳合金图,（二）填空题1珠光体的本质是。2FeC3的本质是3一块纯铁在912发生-Fe-Fe转变时，体积将4F的晶体结构为；A的晶体结构为。5共析成分的铁碳合金室温平衡组织是，其组成相是。6在铁碳合金室温平衡组织中，含最多的合金成分点为，含最多的合金成分点为。7用显微镜观察某亚共析钢，若估算其中的珠光体含量为80%，则此钢的碳含量为。,机械工程材料第六章铁碳合金图,铁素体与渗碳体的共析混合物,Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物,共晶成份,缩小,体心立方,面心立方,F+Fe3C,P,62%,E,（三）是非题1铁素体的本质是碳在-Fe中的间隙相。220钢比T12钢的碳含量要高。3Fe3C与Fe3C的形态与晶体结构均不相同。4在退火状态（接近平衡组织），45钢比20钢的硬度和强度都高。5在铁碳合金平衡结晶过程中，只有成分为4.3%C的铁碳合金才能发生共晶反应。,机械工程材料第六章铁碳合金图,（）,（）,（）,（）,（）,（四）选择正确答案1奥氏体是：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中的有限固溶体。2珠光体是一种：a单相固溶体；b两相混合物；cFe与C的混合物。3T10