机械工程材料练习题参考答案

机械工程材料习题借鉴答案第一章工程材料的力学性能2 .有直径为10mm、量规长度为50mm的钢试样，拉伸力达到18840N时产生屈服现象的拉伸力施加在36110N上时，试样产生缩颈现象，之后撕裂的拉伸断裂后的量规长度为73mm，断裂部位的直径为6.7mm，试样的屈服强度、断裂部位的直径为6.7mm从问题中的条件和计算公式得出解：s=fs/so=18840/(3.14 * 102/4 )=240 (n/mm2 ) 4；b=FB/so=3610/(3.14 * 102/4 )=460 (n/mm2 ) 4；=(L1-l0 )/l 0100 %=(73-50 )/50=46 %=(s0-S1 )/s 0100 %= (3.14 * 102/4 )-(3.14 * 6.72/4 ) /(3.14 * 102/4 )=(100-44.89 )/100=55.11 %:样品Re=240(N/mm2 )、Rm=460(N/mm2 )、=46%、=55.11% .4 .碳钢支架刚度不足，有些人选用热处理加固的合金钢，有些人需要改变部件的截面形状来解决。 为什么哪种方法合理(见教材第6页)第二章工程资料的基本知识第一部分金属的晶体结构和纯金属的晶体1 .常见的金属晶体结构有几种？-Fe、- Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、v、Mg、Zn分别属于哪种晶体结构，分别表示配位数、致密度、单位晶格原子数和单位晶格原子半径。(见第二章第一节)2 .配位数和密度可用来解释什么问题？答：用来说明晶体中原子序列的密度。 晶体中的配位数和致密度越大，晶体中原子的排列越紧密。3 .晶面指数和晶体方向指数的区别是什么？a :晶体取向是指晶格中的各种原子列的取向，用晶体取向指数表示，形式是指晶格中不同取向的原子面，用晶面指数表示，形式如下。4 .为什么单晶具有各向异性，多晶体一般不显示各向异性？答：由于单晶体内各个方向的原子排列密度不同，原子间的键合力不同，因此显示各向异性的多晶体由很多单晶体构成，各个方向的力抵消了平衡，显示出各向同性。5 .过冷却度和冷却速度的关系是？ 金属的结晶过程有什么影响？ 对铸件晶粒大小有什么影响？a冷却速度越大，过冷却度也越大。 随着冷却速度的增大，结晶内核率和生长速度都加快，结晶过程加快，但冷却速度达到一定值时，结晶过程减慢，原子扩散能力减弱。 过冷度大，f大，结晶驱动力大，成核率和生长速度大，n的增长率比g快，n和g的比率高，晶粒变细，但过冷度过大，不利于晶粒的微细化，结晶化困难。6 .金属晶体的基本定律是什么？核的形成率和生长率受什么因素影响？a金属晶体的基本规律是形核和核生长。 受过冷度的影响，过冷度越大，成核率和增长率越大，但成核率的增加快于增长率的增加，同时外来高熔点杂质、振动和搅拌方法也提高了成核率。7 .在铸造生产中，采取什么措施控制晶粒大小？如何在生产中应用变质处理？a采用的方法：通过提高冷却速度，在金属模铸造和砂型中加入冷铁，提高冷却速度的方法来控制晶粒的大小。 变质处理：在液态金属结晶之前，加入特别难以溶解的固体粒子，形成大量成为非自发晶核的固体质点，大幅度增加结晶时的晶核数，提高成核率，使晶粒微细化。 机械的振动、搅拌。第二部分合金的相结构和合金的结晶1 .指出下列名词的主要区别：1 )置换固溶体和间隙固溶体a :置换固溶体：将溶质原子代替溶剂晶格节点上原子的一部分的固溶体称为置换固溶体。间隙固溶体：溶质原子填充在溶剂晶格间隙中的固溶体，即间隙固溶体。2 )相组合物和组织组合物相组合物：合金的基本组成相。组织组合物：合金显微组织中独立的组成部分。2 .尝试固溶强化、加工硬化和分散强化的强化原理，说明两者的不同a :固溶强化：溶质原子溶入后，溶剂金属晶格发生应变，位错运动时阻力增大。分散强化：由于金属化合物本身具有高硬度，因此以固溶体为基质，适量的金属间化合物均匀细致地分散分布在合金中时，合金的强度、硬度、耐磨损性提高。 用这种金属间化合物强化合金的方式是分散强化。加工硬化：塑性变形增大位错密度，增大位错运动阻力，增加塑性变形阻力，提高合金的强度和硬度。差异：固溶强化和分散强化是利用合金的组成相来强化合金，固溶强化是通过产生晶格应变来增大位错运动阻力而强化合金的分散强化是利用金属化合物自身的高强度和硬度来强化合金的加工硬化是由于力的作用而产生塑性变形， 加大位错密度、加大位错运动阻力、强化合金三者，固溶强化得到的强度、硬度最低，但塑性、韧性最高，加工硬化得到的强度、硬度最高，但塑性韧性最低，分散强化介于两者之间。固溶体和金属间化合物的结构和性能有什么主要差异？a :结构上固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，但金属间化合物的晶体结构与构成其的元素不同，以分子式表示其组成。性能上，固溶体和金属间化合物形成也能强化合金，但固溶体的强度、硬度比金属间化合物低，塑性、韧性优于金属间化合物，即固溶体的综合机械性能好。4 .共晶反应、包晶反应和共析反应是什么？ 比较这三种反应的不同之处a :概念略共同点：反应均在恒温下发生，反应物和产物为具有特定成分的相，处于三相平衡状态。不同点：共晶反应是液相在恒温下生成两种固相的反应，共析反应是固相在恒温下生成两种固相的反应，包晶反应是液相的固相在恒温下生成另一种固相的反应。5 .二元合金相图表示合金的什么关系？答：二元合金相图表示合金的状态、温度和成分的关系。6.a (熔点600)和B(500)在已知是液体无限相容的固体300下，a溶解于b的最大溶解度为30%，室温下为10%，但b不溶解于a； 在300下，含有40%的液态合金发生共晶反应。 当前要求：1 )制作a-b合金相图2 )分析80%A、45%A、80%A等合金的结晶过程，确定室温下组织组合物和相组合物的相对量。a:(1)(2)20%A合金如所示合金在1点以上全部为液相，冷却至1点时，从液相开始析出固溶体，结束至2点，23点间合金全部由固溶体构成，但合金冷却至3点以下时，固溶体的浓度超过其溶解度限度，从固溶体析出二次相a，因此最终显微组织：a相组合物： Aa=(90-80/90 ) * 100 %=11 %=1- a %=89 %45%A合金如所示合金在1点以上全部为液相，冷却至1点时从液相开始析出固溶体，此时液相线成分沿着BE变化，固相线成分沿着BD线变化，冷却至2点时液相线成分到达e点，引起共晶反应，形成(A )共晶，合金从2点冷却至室温时从析出二次相aiiA (A )相组合物：A 组织： (A )=(70-55)/(70-40)*100%=50%A =1-50%=50%，A=(90-70)/90*100%*50%=11%，=39%相： a=(90-55 )/90 * 100 %=50 %=1- a %=50 %80%A合金如图所示合金在1点以上全部为液相，冷却至1点时a从液相开始析出，此时液相线成分沿着AE线变化，冷却至2点时液相线成分到达点，引起共晶反应，形成(A )共晶，因此合金的室温组织： A (A )相组合物： A 组织： a=(40-20 )/40 * 100 %=50 % a=1- a %=50 %相： a=(90-20 )/90 * 100 %=78 %=1- a %=22 %7 .某合金相图如图所示。1 )试映-空白区域中存在的相的名称2 )显示该相图包含什么样的迁移类型3 )说明合金I的平衡结晶过程和室温下的显微组织。a:(1): l:():(2)均匀晶体转移共析相变(三)略8 .有两种形状、尺寸相同的Cu-Ni合金铸件，一种含90% Ni，另一种含50% Ni，铸造后自然冷却，询问哪种铸件偏析严重含50% Ni的Cu-Ni合金铸件偏析严重。 在实际冷却过程中，由于冷速快，先结晶部分高熔点元素多，后结晶部分低熔点元素多，含50% Ni的Cu-Ni合金铸件的固相线和液相线范围大于90% Ni铸件，因此化学成分的不均匀现象比含90% Ni的Cu-Ni合金铸件严重.第三部分铁碳合金1 .试制了纯铁的晶体冷却曲线和晶体结构变化图。2 .为什么-Fe和- Fe的比容不同？ 一个质量恒定的铁在(-Fe -Fe )转变时，其体积会发生怎样的变化？a :由于Fe和- Fe的原子序列紧密度不同，Fe的致密度为74%，- Fe的致密度为68%，因此，一定质量的铁转移时体积膨胀。什么是铁氧体(f )、奥氏体(a )、渗碳体(Fe3C )、珠光体(p )、灯光体(Ld )？ 它们的结构、组织形态、性能等特点是什么(参考教材，40-42 )4.Fe-Fe3C合金相图的作用是什么？ 在生产实践中