工程材料作业--学飞版.doc

机械工程材料习题集机械工程学院2013年9月1-1 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？改用合金钢；进行热处理改性强化；改变该支架的截面与结构形状尺寸。答：选，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。1-2 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。1-3 在有关工件的图样中，出现了以下几种硬度技术条件的标注方法，用这种标注是否正确？为什么？（1）HBS250300 （2）600650HBS （3）510HRC （4）HRC7075（5）HV800850 （6）800850HVHBS表示用淬火钢球去测试布氏硬度，由于淬火钢球很难达到很高的硬度值，因此在测试很高硬度时淬火钢球本身会变形，HBS的测量上限是450。HBW是硬质合金钢球，由于硬质合金钢球比淬火钢球硬度高很多，HBW国标上说明测量上限是650，而布氏硬度计用的是球压头，在不同施压力下压入工件时其压入角在不断的变化，因此各种压头和试验力下得到的硬度值严格是不能直接比较的； HRC：洛氏标尺HRC的测量范围是2070HRC. 1-4 甲、乙、丙、丁四种材料的硬度分别为45HRC、90HRB、800HV、240HBS，试比较这四种材料硬度的高低。1-5 当某一材料的断裂韧度KIC=62MPam1/2，材料中裂纹的长度2a=5.7mm时，需加多大的应力会使裂纹失稳扩展而导致断裂？1-6 选择题 1拉伸试验时，试样拉断前能承受的最大拉应力称为材料的（B） A屈服点 B抗拉强度 C弹性极限2测定淬火钢件的硬度，一般常选用（B）来测试。 A布氏硬度计 B洛氏硬度计 C维氏硬度计3进行疲劳试验时，试样承受的载荷为（C） A静载荷 B冲击载荷 C循环载荷4洛氏硬度C标尺所用的压头是（B） A淬火钢球 B金刚石圆锥体 C硬质合金球5金属抵抗永久变形和断裂的能力，称为（C） A硬度 B塑性 C强度6金属的（B）越好，则其锻造性能越好。 A 强度 B塑性 C硬度1-7 判断题 1. 金属材料的塑性变形能随载荷的去除而消失。（ X ） 2所有金属材料在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象。（ X ） 3进行布氏硬度试验时，当试验条件相同时，压痕直径越小，则材料的硬度越低。（ X ）4洛氏硬度值是根据压头压人被测材料的残余压痕深度增量来确定的。（ ）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：常用的晶体结构有：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。体心立方晶格:立方体中心和立方体结点各占有一个原子，a=b=c，90面心立方晶格:立方体六个表面中心和立方体结点各占有一个原子。a=b=c，90密排六方晶格:六方晶格的上、下底面中心和六方柱体的结点各占有一个原子,六方柱体中心有三个原子构成等边三角形。晶格常数a=bc，120，90。-Fe、Cr、V属于体心立方晶体；-Fe、Al、Cu、Ni属于面心立方晶格；Mg、Zn属于密排六方晶格。2-2 已知-Fe的晶格常数（=0.363mm）要大于-Fe的晶格常数（=0.289mm），试问：为什么-Fe冷却到912转变为-Fe时，体积反而增大？答：冷却到912转变为xFe时体积增大，是因为原来面心立方的转变为体心立方的xFe时致密度变小。晶胞原子数4，xFe晶胞原子数2。2-3 1g铁在室温和1000各含有多少个晶胞？ 答：（1）Fe在室温下为体心立方，晶胞原子数为2，这时1gFe的晶胞数(1/566.021023)/2=5.381021个（2）在1000时为面心立方，晶胞原子数为4，这时1gFe的晶胞数(1/566.021023)/42.691021个2-4 已知铜的原子直径为0.256mm，求其晶格常数，并计算1mm3铜中的原子数。2-5 试计算面心立方晶格的致密度。2-6 已知铁原子直径d=2.54，铜原子直径d=2.55 ，试求铁和铜的晶格常数。2-7 选择题 1工程上使用的金属材料一般都呈（ B ）。 A.各向异性 B.各向同性 C.伪各向异性 D伪各向同性 2当晶格常数相同时，体心立方晶格比面心立方晶格（ C）。 A.原子半径大，致密度也大 B.原子半径小，致密度也小 C原子半径大，但致密度小 D原子半径小，但致密度大2-8 判断题 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同的。（ X ） 2在立方晶系中，原子密度最小的，则晶面间距也最小。（ X ） 3实际金属是由许多结晶位向都完全相同的小晶粒组成的。（ X） 4在面心立方晶胞中所包含的原子数为2。（ X）2-9填空题（1）同非金属相比，金属的主要特性是（原子规则排列，具有固定的熔点和各向异性）。（2）晶体与非晶体结构上最根本的区别是（ 内部原子排列的情况 ）。（3）-Fe的二个晶胞内的原子数为（ 4 ）。3-1 如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小： （1）金属型浇注与砂型浇注 （2）高温浇注与低温浇注 （3）铸成薄壁件与铸成厚壁件 （4）浇注时采用震动与不采用震动 （5）厚大铸件的表面部分与中心部分 3-2 为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金？为什么需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。3-3 为什么钢锭希望减少柱状晶区，而钢锭、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。3-4 判断下列情况下是否有相变： （1）液态金属结晶（2）晶粒粗细的变化（3）同素异晶转变（4）磁性转变答：液态金属结晶、同素异构转变产生了相变；晶粒粗细的变化和磁性转变没有相变的产生。3-5 一个二元共晶转变如下：L（B=75%）（B=15%）+（B=95%） （1）求B=50%的合金刚结束时的各组织组分和各组组分的相对量； （2）若显微组织中出晶与（+）各占50%，求该合金的成分。3-6 什么是固溶强化?造成固溶强化的原因是什么?3-7 选择题 1结晶实质上是原子由（ A ）。 A.近程有序转变为长程有序的过程 B长程有序转变为近程有序的过程 C长程有序状态的过程 D近程有序状态的过程 2同一物质在固态时发生晶格类型的转变，称为（ A ）。A.同素异构转变 B.同素异构 C同分异构 D同分异构转变3-8 判断题 1一般来说，液态物质的冷却速度越大，过冷度也越大，实际结晶温度就越低。（ ） 2相对晶态而言，非晶态是一种短程无序、长程有序的混合结构。（ X ） 3通常金属是由许多外形不规则、位向不同、大小不同的晶粒组成的多晶体。（ ） 4在实际金属合金中，白发形核比非自发形核更重要，往往起优先和主导的作用。（ X ）5金属的结晶过程是晶核不断形成、长大的过程。（ ）4-1 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。4-2 金属铸件能否通过再结晶退火来细化晶粒？为什么？ 答：不可以，因为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。4-3 钨在1000变形加工，锡在室温下变形加工，说明它们是热加工还是冷加工？（钨熔点是3410，锡熔点是232）。4-4简要比较液态结晶、重结晶、再结晶的异同处。答：重结晶是将晶体溶于溶剂或熔融以后，又重新从溶液或熔体中结晶的过程。重结晶可以使不纯净的物质获得纯化，或使混合在一起的盐类彼此分离。结晶=已融化的晶体(液态)固态晶体，即【液态固态】。 重结晶=晶体溶化为液态结晶，即【固态液态固态】。4-5用一冷拉钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到700，加热完毕，再次吊装该工件时，钢丝绳发生断裂。试分析其原因。答：冷拉钢丝属于冷塑性变形，而这种材料在加热到700时，发生再结晶，导致强度极速下降，综合力学性能也降低。4-6用低碳钢钢板冷冲压成形的零件，冲压后发现各部位的硬度不同，为什么? 4-7选择题 1再结晶和重结晶都有形核和长大两个过程，主要区别在于有没有（ B ）改变。 A.温度 B晶体结构 C应力状态 2实际生产中，碳钢的再结晶温度应选择（ ）。 A50800 B600700 C360450 3冷、热加工的区别在于加工后是否留下（ B ）。 A.加工硬化 B晶格改变 C纤维组织 4钢在热加工后形成的纤维组织，使钢性能相应变化，即沿着纤维的方向上，具有较高的（ ），在垂直纤维的方向上，具有较高的（ ）。 A、抗拉强度 B抗弯强度 C抗剪强度4-8 判断题 1.一般来说，晶体内滑移面和滑移方向越多，则金属的塑性越好。（ ） 2实际上滑移是借助于位错的移动来实现的，故晶界处滑移阻力最小。（ ） 3回复时，金属的显微组织没有变化。（ ） 4再结晶与液体金属结晶一样，有一个固定的结晶温度。（ X ） 5金属铸件可以用再结晶退火来细化晶粒。（ X ） 6为保持冷变形金属的强度和硬度，应采取再结晶退火。（ X）7在高温状态下进行变形加工，称为热加工。（ X ）5-1 根据Fe-Fe3C相图计算，室温下，wc分别为0.2%和1.2%的钢中组织组成物的相对量。 解：(1) Wc =0.2%P%0.77%=0.2% P%=26% ，F%=74%(2) Wc =1.2% P%0.77%+(1-P%)6.69%=1.2% P%=92.7% ，Fe3C=7.3%5-2 某仓库中积压了一批退火状态的碳钢，现找一根，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？5-3 比较平衡状态下wc分别为0.45%、0.80%、1.2%的碳钢的强度、硬度、塑性和韧性的大小。强度由低至高的排列如下：45钢T12钢T8钢硬度由低至高的排列如下：45钢T8钢T12钢塑性韧性由低至高的排列如下:T12钢 T8钢50HRC），心部有良好韧性（Ak40J）。原采用c0.45钢经调质后，再在凸轮表面进行高频淬火、低温回火。现拟改用c0.20钢代替c0.45钢，试问： 原c0.45钢各热处理工序的作用； 改用c0.20钢后，其热处理工序是否应进行修改?应采用何种热处理工艺最合适?7-27填空题 （1）20是（ ）钢，可制造（ ）。 （2）T12是（ ）钢，可制造（ ） （3）按钢中合金元素含量可将合金钢分为（ ），（ ）和（ ）几类。 （4）Q345（16Mn）是（ ）钢，可制造（ ）。 （5）20CrMnTi 是（ ），Cr，Mn的主要作用是（ ），Ti的主要作用是（ ） 热处理工艺是（ ）。 （6）40Cr是（ ）钢，可制造（ ）。 （7）60Si2Mn是（ ）钢，可制造（ ）。 （8）GCrl5是（ ）钢，可制造（ ）。 （9）9SiCr是（ ）钢，可制造（ ）。 （10）CrWMn是（ ）钢，可制造（ ）。 （11）Crl2MoV是（ ）钢，可制造（ ）。 （12）5CrMnMo是（ ）钢，可制造（ ）。 （13）W18Cr4V是 ，碳质量分数是（ ）W的主要作用是（ ）、Cr的主要作用是（ ） 热处理工艺是（ ），最后组织是（ ）。 （14）12Crl3（1Crl3）是（ ）钢，可制造（ ）。 （15）06Crl8NillTi（0Crl8Nil0Ti）是（ ）钢，Cr的主要作用是（ ），Ni的主要作用是（ ），Ti主要作用是（ ）。 （16）灰铸铁中碳主要以（ ）的形式存在，可用来制造（ ）。 （17）球墨铸铁中石墨的形态为（ ），可用来制造（ ）。 （18）蠕墨铸铁中石墨的形态为（ ），可用来制造（ ）。 （19）影响石墨化的主要因素是（ ）和（ ）。 （20）球墨铸铁的强度、塑性和韧性均较普通灰铸铁高，这是因为（ ）。 （21）HT200牌号中“HT表示（ ），数字200表示（ ）。 （22）生产球墨铸铁选用（ ）作为球化剂。7-28是非题（1）T8钢比T12钢和40钢有更好的淬透性和淬硬性。 （ ）（2）调质钢的合金化主要是考虑提高其热硬性。 （ ）（3）高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成形。 （ ）（4）T8钢与20MnVB相比，淬硬性和淬透性都较低。 （ ）（5）W18Cr4V高速钢采用很高温度淬火，其目的是使碳化物尽可能多地溶入奥氏体中，从而提高钢的热硬性。 （ ）（6）奥氏体不锈钢只能采用加工硬化提高强度。 （ ）（7）奥氏体不锈钢的热处理工艺是淬火后低温回火处理。 （ ）（8）铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态。 （ ）（9）可锻铸铁在高温时可以进行锻造加工。 （ ）（10）石墨化的第三阶段不易进行。 （ ）（11）可以通过球化退火使普通灰铸铁变成球墨铸铁。 （ ）（12）球墨铸铁可通过调质处理和等温淬火工艺提高其力学性能。 （ ）（13）T10钢的碳的质量分数是10。（ ）（14）碳素钢中碳的质量分数越高，其强度和塑性也越高。（ ）（15）高碳钢的质量优于中碳钢，中碳钢的质量优于低碳钢。（ ）（16）由于T13钢中碳的质量分数比T8钢高，故前者的强度比后者高。（ ）（17）碳素工具钢都是优质或高级优质钢。（ ）（18）碳素工具钢的碳的质量分数一般都大于0.7。（ ）（19）工程用铸钢可用于铸造生产形状复杂而力学性能要求较高的零件。（ ）（20）可锻铸铁就是可以进行锻造加工的铸铁。（ ）（21）铸铁可以通过热处理获得相当于低碳钢、中碳钢和高碳钢性能不同的基体。（ ）（22）结构复杂、尺寸不大的球墨铸铁件能采取等温淬火的热处理方法来改善、提高综合力学性能。（ ）7-29选择题1. 08F牌号中，08表示其平均碳的质量分数为 。A0.08 B0.8 C.82普通、优质和特殊质量非合金钢是按 进行区分的。A.主要质量等级 B主要性能 C.使用特性 D前三者综合考虑3在下列三种钢中， 钢的弹性最好； 钢的硬度最高； 钢的塑性最好。AT10 B20 C.654选择制造下列零件的材料：冷冲压件 ；齿轮 ；小弹簧 。A08F B70 C.455选择制造下列工具所用的材料：木工工具 ；锉刀 ；手锯锯条 。AT9A BT10 C.T126合金渗碳钢渗碳后必须进行 后才能使用。 A.淬火加低温回火 B淬火加中温回火 C淬火加高温回火7将下列合金钢牌号归类。 耐磨钢 ；合金弹簧钢 ；合金模具钢 ；不锈钢 。 A60Si2MnA BZGMnl3l CCrl2MoV D12Crl38为下列零件正确选材。机床主轴 ；汽车拖拉机变速齿轮 ；板弹簧 ；滚动轴承 ；储酸槽 ；坦克履带 。A12Crl8Ni9 BGCr15 C40Cr D20CrMnTi E60Si2MnA FZGMnl339为下列工具正确选材。 高精度丝锥 ；热锻模 ；冷冲模 ；医用手术刀片 ；麻花钻头 。 ACrl2MoVA BCrWMn C95Cr18 DW18Cr4V E5CrNiMo10.灰铸铁中的碳是以 形式存在的。 A、片状石墨 B团絮石墨 C球状石墨11硅是影响铸铁石墨化最重要的元素之一，它的存在使石墨化 。 A、困难 B容易 C、有难度12铸件的薄壁处一般都呈 趋向。 A、灰口 B白口 C灰口、白口各一半13灰口铸铁通过热处理， 改变其石墨片的存在状况。 A、可以 B不可以 C部分可以14球墨铸铁的力学性能在铸铁中是最高的，它 代替钢来制造承受静载荷的零件。 A、可以 B不可以 C部分可以8-1 铝合金的热处理强化和钢的淬火强化有何不同？答：铝合金热处理的主要工艺方法有退火、淬火和时效。退火 铝合金的退火有下列几种：（1）再结晶退火 在再结晶温度以上保温一段时间后空冷，用于消除变形工件的加工硬化，提高塑性，以便继续进行成形加工。（2）低温退火 目的是消除内应力，适当增加塑性，通常在180300保温后空冷。（3）均匀化退火 目的是消除铸锭或铸件的成分偏析及内应力，提高塑性，通常在高温长时间保温后空冷。淬火（固溶处理） 将铝合金加热到固溶线以上保温后快冷，使第二项来不及析出，得不到过饱和不稳定单一固溶体。淬火后铝合金的强度和硬度不高，具有很好的塑性。时效 将淬火后铝合金在室温或低温加热下保温一段时间，随时间延长，其强度、硬度显著升高而塑性降低的现象，称为时效。 钢的淬火强化是将钢加热到Ac3或Ac1以上某一温度以适当速度冷却，获得马氏体或下贝氏体组织，从而使钢具有较高的力学性能。8-2 铝合金是如何分类的？8-3 简述固溶强化、弥散硬化、时效强化产生的原因及它们之间的区别。并举例说明。8-4 为什么H62黄铜的强度高而塑性较低?而H68黄铜的塑性却比H62黄铜好?9-1 简述高分子化合物的力学性能和物理化学性能特点？9-2 什么是高聚物的老化？如何防止老化？高聚物改性方法有哪些？9-3 为什么垂直吊挂重物的橡皮筋长度会随时间延长而逐渐伸长？为什么连接管道的法兰盘密封圈长时间工作后会发生渗漏？9-4现有一种密度为0.072g/cm3的泡沫塑料，浸水后它的重量增加了十倍，试问：（1）这种泡沫塑料能否用作漂浮材料?（2）计算这种泡沫塑料内部相互连接的空隙的百分率。9-5选择正确答案 （1）聚氯乙烯是一种：（ ） a热固性塑料，可制作化工用排污管道 b热塑性塑料，可制作导线外皮等绝缘材料 c合成橡胶，可制作轮胎 d热固性塑料，可制作雨衣、台布等 （2）PE是：（ ） a.聚乙烯 b聚丙烯 c聚氯乙烯 d，聚苯乙烯 （3）PVC是：（ ） a聚乙烯 b聚丙烯 c聚氯乙烯 d聚苯乙烯 （4）高压聚乙烯可用于制作：（ ） A齿轮 b轴承 c板材 d塑料薄膜 （5）下列塑料中质量最轻的是：（ ） A聚乙烯 b聚丙烯 c聚氯乙烯 d聚苯乙烯 （6）有机玻璃与无机玻璃相比，透光度：（ ） A较低 b较高 c相同 d难以比较 （7）锦纶是一种合成纤维，其性能特点是：（ ） A强度高、弹性好，但耐磨性差 b强度高、耐磨性好，但耐蚀性差 C强度高、耐磨性好，耐蚀性好 d耐磨性好，耐蚀性好，但强度低 （8）橡胶的弹性极高，其弹性变形量可达：（ ） a30 b50c100 d1001000（9）高聚物的粘弹性指的是：（ ） a应变滞后于应力的特性 b.应力滞后于应变的特性 C粘性流动的