汽车机械基础习题册（第4版） 项目4-答案

PAGEPAGE7项目4汽车典型材料选材一、填空题1．弹性变形阶段、滞弹性变形阶段、屈服前微塑性变形阶段、屈服变形阶段、均匀塑性变形阶段、局部塑性2．强度、塑性3．4．布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度5．疲劳强度（或疲劳极限）6．难熔金属7．银、铜、铝8．导热性9．还原或保护10．铸造性能、锻造性能、切削加工性能11．晶体、非晶体12.多13．过冷度14．平面方式、树枝状方式15．A、P、Fe3C16．铁素体、渗碳体17．中碳18．加热、保温、冷却19．上贝氏体、下贝氏体20．预备热处理、最终热处理21．淬硬性、淬透性22．淬火、高温回火23．齿轮、轴类24．分解、吸收、扩散25．钢、铸铁26．工程用钢、机器用钢27．石墨28．调质钢、球墨铸铁29．钢化玻璃30．传感器二、单项选择题1．B2．C3．C4．A5．A6．C7．C8．A9．A10．C11．B12.D13．B14．C15．A16．C17．D18．B19．A20．B21．A22．D23．C24.B25．D26．A27．A28．D29．D30．D31．B32．C33．D34.D35．B36．A37．B38．D39．C40．A41．B42．A43．A44.C45．A46．D47．B48．C49．D50．C51．C52．C53．C54.D55．B56．C57．C58．C59．D60．B61．B62．C63．A64.B65．B66．B67．B68．C69．D70．C71．B72．B73．C74.C75．B76．A77．B78．B79．D80．A81．C82．C83．D84.B85．C86．D87．A88．B89．C90.C91．A92．C93．A94．A95．D96．A97．A98．C99．A100．D三、判断题1．×2．√3．√4．√5．×6．√7．√8．√9．√10．×11．√12．√13．√14．×15．×16．√17．√18．×19．×20．×21．×22．√23．√24．×25．√26．×27．√28．×29．√30．√四、简答题1．【参考答案】答：（1）金属材料的力学性能是指材料在力的作用下显示的与弹性和非弹性反应相关或包含应力-应变关系的性能。（2）力学性能主要指标有刚度、强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度等。2．【参考答案】答：（1）强度是金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。（2）塑性是金属材料在载荷作用下，断裂前发生塑性变形（永久变形）而不被破坏的能力。（3）衡量强度性能的指标有屈服强度、规定塑性延伸强度和抗拉强度；衡量塑性性能的指标有断后伸长率和断面收缩率。（4）以上各指标分别用符号Re、RP、Rm、A和Z表示。3．【参考答案】答：（1）常用的硬度测量方法有布氏硬度测试法、洛氏硬度测试法和维氏硬度测试法。（2）布氏硬度测试法常用来测定退火钢、正火钢、调质钢、铸铁及非铁金属的硬度。洛氏硬度测试法可以用于硬度很高的材料和热处理后成品零件的性能检验。维氏硬度测试法可测量硬度高的薄件，如硬质合金、渗碳层、渗氮层薄件。4．【参考答案】答：（1）双手握住钢丝两端，用力反复弯折，直至将钢丝折断。（2）属于疲劳现象。（3）避免在一处使钢丝（零件）反复受力。5．【参考答案】答：纯铁的结晶过程同样遵循结晶的一般规律，有一定的平衡转变温度（相变点），转变时需要过冷，转变过程也是由晶核的形成和晶核的长大来完成的。但是，由于纯铁的同素异晶转变在固态下发生，原子扩散困难，因此比液态金属结晶需要更大的过冷度。为了区别于由液态转变为固态的初次结晶，常将同素异晶转变称作二次结晶或重结晶。6．【参考答案】答：（1）纯铁的结晶过程有一定的平衡转变温度（相变点），转变时需要过冷，转变过程是由晶核的形成和晶核的长大来完成的。（2）金属的同素异晶转变为热处理提供基础。7．【参考答案】答：铁素体（F）：碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体。奥氏体（A）：碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体。渗碳体（Fe3C）：铁和碳的化合物。珠光体（P）：F与Fe3C组成的机械混合物。莱氏体：高温莱氏体（Ld）：A与Fe3C组成的共晶体，低温莱氏体（Ld’）P与Fe3C组成的共晶体。8．【参考答案】答：（1）铁碳合金相图是表示在极其缓慢冷却（或加热）的情况下，不同成分的铁碳合金在不同温度时所具有的组织或状态的图形。（2）根据铁碳合金相图，按碳含量和室温下显微组织不同，将铁碳合金分为3类，即工业纯铁、钢和白口铸铁。9．【参考答案】答：wC=0.77%共析钢在结晶时，当温度降至结晶开始的温度时，开始结晶出奥氏体，随着温度的不断降低，液相不断减少，奥氏体不断增多，当温度降至结晶结束温度时，液相全部结晶为奥氏体；当温度下降到共析温度时，奥氏体全部共析为珠光体。所以室温时，其组织为珠光体。10．【参考答案】答：随着碳含量的增加，钢的组织中铁素体不断减少，而珠光体不断增加，导致强度、硬度提高，而塑性、韧性下降。当钢的碳含量增加至0.9%时，其组织大多数是珠光体，且有尚未成为网状的渗碳体作为强化相，使其强度达到最大值。随着碳含量的继续增加，钢的组织中网状渗碳体不断增加，使其硬度继续提高，而强度、塑性、韧性一起下降。为了保证钢具有足够的强度、硬度，又有一定的塑性、韧性，钢中的碳含量一般不超过1.4%。11．【参考答案】答：（1）热处理是将钢铁材料在固态下以适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需组织和性能的工艺过程。（2）热处理能改变钢的组织，不同组织具有不同的性能，所以，热处理能改变钢的性能。12．【参考答案】答：奥氏体的形成过程可分4个阶段：（1）奥氏体晶核的形成；（2）奥氏体晶核的长大；（3）剩余渗碳体的溶解；（4）奥氏体的均匀化。13．【参考答案】答：钢在冷却时的组织转变与其在加热时的组织转变相比，形成温度越低，得到组织的硬度越高。14．【参考答案】答：（1）正火是在空气中冷却，退火是随炉缓慢冷却；正火的硬度和强度比退火高。（2）从切削加工性能考虑：切削加工要有适当的硬度，当含碳量小于0.5%采用正火，含碳量大于0.5%采用退火；从使用性能考虑：作为最终热处理采用正火，但零件形状复杂采用退火，消除内应力采用去内应力退火；从经济性能考虑：正火比退火生产周期短、生产成本低、效率高，易操作因此优先采用正火。15．【参考答案】答：（1）淬火处理后的工件一般来说不能直接使用，必须进行回火处理。其主要原因有两方面，一是由于淬火的冷却速度太快，淬火处理后的工件内部会产生较大的内应力，轻者会使工件产生一定的变形和裂纹倾向，以致在以后的使用中产生开裂，重者会使工件处理后直接产生裂纹；二是淬火后的工件的性能，通常不能满足不同使用性能的要求。（2）根据回火温度的不同，淬火后的回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。16．【参考答案】答：（1）表面淬火是将工件的表面快速加热至淬火温度，并立即以大于临界冷却速度（获得马氏体组织的最小冷却速度）的速度冷却，使表层强化的热处理工艺。（2）常应用广泛的表面淬火方法有感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火两种。17．【参考答案】答：（1）钢的化学热处理是将工件置于一定的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入工件表层，以改变其化学成分，从而使工件获得所需组织和性能的热处理工艺。（2）渗碳是将工件置于含碳的介质中，加热到高温（900℃～950℃），使碳原子渗入表层的过程，其目的是使低碳工件的表面层增碳，改善表层的热处理性能。增碳后的工件表面层经淬火和低温回火后，获得较高的硬度、耐磨性和疲劳强度。18．【参考答案】答：（1）碳素钢中的常存杂质元素有硫（S）、磷（P）、硅（Si）、锰（Mn）等。（2）①硫的影响。硫（S）是有害元素，常以硫化铁形式夹杂于钢中。当温度达800℃～1000℃时，硫化铁会熔化使钢材变脆，因而在进行焊接或热加工时，有可能引发热裂纹，称为热脆。此外，硫还会降低钢材的冲击韧性、疲劳强度、硬度和焊接性能等。②磷的影响。磷（P）是有害元素，磷可以提高钢的强度和硬度，但却严重地降低钢的塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能，特别是在温度较低时会促使钢材变脆，称为冷脆。因此，磷的含量也要严格控制。③硅的影响。硅（Si）是有益元素，在普通碳素钢中，它是一种强脱氧剂，常与锰共同除氧。适量的硅可以细化晶粒，提高钢的强度。④锰的影响。锰（Mn）是有益元素，在普通碳素钢中，它是一种弱脱氧剂，可提高钢材强度，消除硫对钢的热脆影响，改善钢的冷脆倾向，同时不显著降低塑性和韧性。19．【参考答案】答：低合金高强度结构钢是在低碳钢的基础上，加入以锰为主的合金元素而得到的。合金元素的加入，细化了钢的晶粒，提高了钢的综合力学性能和热硬性。所以，低合金高强度结构钢的强韧性比含碳量相同的碳钢好。20．【参考答案】答：Q235A：普通碳素结构钢（制造较重要的机械零件）；Q355：低合金高强度结构钢（桥梁、船舶、车辆等）；08F：优质碳素结构钢（齿轮）；20：碳素渗碳钢（制造汽车和拖拉机的变速齿轮、轴等）；45：优质碳素结构钢（轴）；40Cr：合金调质钢（齿轮）；65Mn：碳素弹簧钢（弹簧）；GCr15：滚动轴承钢（滚动轴承）；T8：碳素工具钢（刀具、模具、量具）；9SiCr：合金工具钢（刃具、量具、模具）。21．【参考答案】答：（1）铸铁是以铁为主要元素，碳含量大于2.11%，且比碳钢含有较多的锰、硫、磷等杂质的铁、碳、硅多元合金。（2）①工程铸铁的优点：良好的耐磨性、良好的减震性、缺口敏感性低、良好的切削加工性能、良好的铸造性能，能够铸造形状复杂的零件。②工程铸铁的缺点：抗拉强度低、脆性大。22．【参考答案】答：（1）工程铸铁的优点：良好的耐磨性、良好的减震性、缺口敏感性低、良好的切削加工性能。（2）因为工程铸铁碳的存在形式是石墨，石墨虽然降低了铸铁的力学性能，但却使铸铁获得了许多钢所不及的优良性能。由于石墨本身的润滑作用，以及它从铸铁表面脱落后留下的孔洞具有储存润滑油的能力，故而铸铁有良好的耐磨性；由于石墨组织松软，能够吸收震动，因而铸铁也有良好的减震性。另外，石墨相当于零件上的许多小缺口，使工件加工形成的切口作用相对减弱，故铸铁的缺口敏感性低；铸铁在切削加工时，石墨的润滑和断屑作用使灰铸铁有良好的切削加工性能。23．【参考答案】答：（1）HT250：灰铸铁，“HT”是“灰铁”两字汉语拼音的第一个字母，其后的数字表示其最低的抗拉强度（汽车发动机的气缸体、气缸盖、排气管等）。（2）RuT450：蠕墨铸铁，“RuT”是“蠕铁”两字汉语拼音的第一个字母，其后的一组数字表示最小抗拉强度（排气管、制动盘、制动鼓等）。（3）KTH370-12：黑心可锻铸铁，“KTH”是“黑心可锻铸铁”汉语拼音的第一个字母，其后的数字表示最低抗拉强度和最低断后伸长率（薄壁铸件）。（4）QT600-3：球墨铸铁，“QT”是“球铁”两字汉语拼音的第一个字母，其后两组数字分别表示最低抗拉强度和最低断后伸长率（汽车底盘类零件、气缸套、连杆等）。24．【参考答案】答：（1）①铝合金具有足够的强度、较好的塑性和良好的耐腐蚀性，且多数可经热处理强化；②铜合金有很好的力学性能、铸造性能、耐腐蚀性和减摩性。（2）①铝合金在汽车上的实际应用有活塞、气缸体、气缸盖、散热器、轮辋、保险杠、全铝合金车身及外板（与全钢车身相比重量减轻45%）、轿车的悬挂系统、变速器壳体（如桑塔纳、奥迪、夏利等轿车的变速器壳体）、装饰件等；②铜合金在汽车上的实际应用有机油泵衬套、螺母、弹簧及轴套、轴瓦、衬套、齿轮、摩擦片、蜗轮等。25．【参考答案】答：（1）气缸体、气缸盖、散热器由铝合金制成；（2）机油泵衬套、螺栓、管件、螺母由黄铜制成，轴瓦、衬套由锡青铜制成；（3）汽油泵壳、机油泵壳、变速器壳由锌合金制成；（4）发动机零件及轴、轮盘类等由钛合金制成；（5）离合器壳、内饰罩板、座椅支架、变速器手柄、变速器壳、车轮轮毂、凸轮轴盖等由镁合金制成；（6）滑动轴承由轴承合金制成。26．【参考答案】答：在汽车上，采用聚乙烯（PE）制造汽油箱。汽车橡胶制品主要分布在汽车车身、传动、转向、悬挂、制动和电器仪表等系统内。汽车轮胎是汽车上橡胶用量最大的橡胶零件；汽车上使用的橡胶密封制品主要包括油封、密封条、密封圈、皮碗、防尘套、胶管、胶带、减振块等。27．【参考答案】答：汽车常用的玻璃有钢化玻璃、夹层玻璃、防爆玻璃、中空玻璃、防水玻璃、防雾玻璃和特种挡风玻璃等7种。28．【参考答案】答：汽车摩擦材料主要用于制造汽车制动摩擦片、汽车离合器摩擦片及手制动摩擦片等。29．【参考答案】答：（1）汽车用陶瓷材料大致可分为功能陶瓷材料和结构陶瓷材料。（2）功能陶瓷材料主要用于汽车传感器。此外，功能陶瓷材料还可用于各种执行元件、陶瓷加热器、导电材料、显示装置等。结构陶瓷材料主要用于汽车涡轮增压发动机、燃气轮机、绝热发动机。用氮化硅陶瓷材料制成的陶瓷纤维活塞替代铝合金活塞，可以有效防止因热膨胀系数大而产生的“冷敲热拉”现象。30．【参考答案】答：（1）使用性能原则。材料的使用性能主要是指材料在正常工作时应具备的性能，包括力学性能、物理性能和化学性能。满足使用性能是保证零件完成规定功能的必要条件。在大多数情况下，使用性能是选材首要考虑的问题。（2）工艺性能原则。材料的工艺性能是指材料加工成形的难易程度，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能。在选材时，同使用性能相比较，材料的工艺性能一般处于次要地位，但在某些特殊情况下，工艺性能也可成为选材考虑的主要依据。（3）经济性原则。材料的经济性原则是选材的根本原则。采用便宜的材料，把总成本控制至最低，取得最大的经济效益，使产品在市场上具有竞争力，始终是零件设计的重要任务之一。材料的成本为直接成本，在产品的总成中占有相当比重。在以强度为主要指标选材时，常常根据强度和成本来比较材料。五、扩展思考题1．【参考答案】答：汽车制造时，根据不同零部件的不同工况，选取具有不同性能指标的材料。如发动机活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作，选材时就要选用有足够强度、足够刚度、耐高压、耐高温、耐腐蚀性和工艺性好、质量小、重量轻的材料。足够的强度用于抵抗不同载荷，足够的刚度用于抵抗变形磨损，导热性好、耐高压、耐高温用于适应恶劣的工作条件，耐腐蚀性和工艺性好用于抵抗燃气的化学腐蚀，质量小、重量轻、用于减小活塞往复运动的惯性力。2．【参考答案】答：①汽车曲轴、凸轮轴、传动轴常采用调质处理+表面淬火处理，作用是获取良好的综合力学性能；②齿轮、活塞销常采用调质处理+表面淬火处理，作用是获取“表硬里韧”的力学性能；③弹簧通常采用淬火+中温回火处理，作用是提高弹簧的弹性和强度。3．【参考答案】答：（1）气缸体选用灰铸铁或铝合金。（2）气缸盖选用灰铸铁或合金铸铁或铝合金。（3）排气管：灰铸铁和蠕墨铸铁。（4）活塞：铝合金。（5）曲轴：优质碳素结构钢和球墨铸铁。（6）连杆：调质钢。（7）变速器齿轮：低碳合金钢。（8）变速器轴：优质碳素结构钢和调质钢。4．【参考答案】答：（1）改用15钢后，若仍按原热处理方法进行处理不能达到性能要求，因为15钢含碳量太低，若