《工程材料復(fù)習(xí)資料》習(xí)題答案

1、習(xí)題答案,金屬材料的性能1. 工程材料的性能包括哪幾個方面? 研究它們與材料的選擇及加工有何聯(lián)系?,第1章,2. 說明剛度、強度、硬度、塑性、韌性的含義, 它們分別與零件的那種失效形式有關(guān)?,含義： ★剛度：指零件或構(gòu)件抵抗彈性變形的能力?！飶姸龋涸谳d荷作用下材料抵抗塑性變形和斷裂的能力?！镉捕龋翰牧系挚贡砻鎰潅⒛p或局部塑性變形及破壞的能力★塑性：在外力作用下材料產(chǎn)生永久變形而不被破壞的能力?！餂_擊韌性：沖斷試樣橫截面單

2、位面積上所消耗的功,失效形式：★剛度：過量的彈性變形?！飶姸龋狠d荷作用下塑性變形和斷裂。★硬度：表面劃傷、磨損或局部塑性變形及破壞★塑性：塑性變形破壞。★沖擊韌性：沖擊破壞,第1章,3. 說明并列表比較下列符號的名稱、意義、公式、單位, 它們分別為何種機械性的指標(biāo)?E、σb、σ-1、σ0.2、HBS(W)、HRB、HRC、αk、δ、y。,,第1章,4.按GB699規(guī)定,15號鋼材出廠時,力學(xué)性能指標(biāo)應(yīng)不低于下列數(shù)值:σb=3

3、72MN/m2、σs =225MN/m2、δ=27%、y=55%?，F(xiàn)購進一批15號鋼材, 用它制成d0=10mm, L0=50mm拉伸試樣,作拉伸試驗的結(jié)果是: Pb=33844N, Ps=20699N、d1=6mm, L1=65mm。試計算這批鋼材的力學(xué)性能是否合格。,σb ==431＞372σs ==264 ＞225δ ==30% ＞27==64% ＞55

4、 合格,第1章,5. 鐵和鋁的彈性模量分別為213790MPa和70560MPa, 問：當(dāng)應(yīng)力為49MPa時它們的應(yīng)變各是多少? 要求剛度較高的零件應(yīng)當(dāng)選用鋼材還是鋁材?,Fe e=49/213790=0.0229% 剛性好Al e =49/70560=0.069%,第1章,6. 已知三種鋼的硬度， A:HRA75、B:HRC37、C:250HBS, 試比較判斷它們硬

5、度值的大小。,,第1章,7. 標(biāo)距不相同的式樣所測得的延伸率能否進行比較? 為什么?,,第1章,8. 疲勞破壞是怎樣形成的? 提高零件疲勞壽命的方法有哪些? 為什么表面粗糙的零件會降低材料的疲勞強度?,8題,,,,1。機械零件在交變載荷作用下，其工作應(yīng)力遠小于抗拉強度，甚至小于屈服強度時，在長時間工作后發(fā)生突然斷裂的現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。機理：缺陷處首先產(chǎn)生疲勞裂紋，并隨應(yīng)力循環(huán)不斷擴展，直至突然斷裂。2?！锊扇「倪M設(shè)計(避免尖角連接、降

6、低表面粗糙度值等)★采取表面強化工藝(表面淬火、化學(xué)熱處理、噴丸、滾壓等) ★加強原材料和零件成品的內(nèi)部缺陷檢查也可減少或避免疲勞斷裂。3。表面粗糙度零件易產(chǎn)生表面微裂紋,第1章,9. 金屬在高溫下的力學(xué)性能有哪些特點？高溫力學(xué)性能都有那些衡量指標(biāo)？,受時間與溫度的影響，有蠕變?nèi)渥儚姸?、持久強度、高溫疲?第1章,10. s750 0.2/2000、s600 -1、s600 1/10-4 ,分別是哪項高溫

7、力學(xué)性能指標(biāo)?意義分別是什么?,σ 0.2/2000,高溫疲勞工作溫度600時測定的疲勞強度,750,蠕變強度工作溫度750，工作時間2000小時，蠕變量0.2%時對應(yīng)的工作應(yīng)力值,蠕變強度工作溫度600，穩(wěn)態(tài)蠕變速度為1×10-4時對應(yīng)的工作應(yīng)力值,第1章,11. 斷裂韌性是表明材料的何種性能指標(biāo)? 為什么有必要在設(shè)計零件時考慮這一指標(biāo)?,,第1章,金屬材料的結(jié)構(gòu)與變形1. 比較并解釋下列名詞:晶體與非晶體; 晶格與晶胞

8、, 晶面與晶向; 單晶體與多晶體; 相與組織; 固溶體與金屬化合物。,,第2章,2.金屬、高聚物、陶瓷各有哪些特性? 從內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析它們具有這些特性的原因。,,第2章,3. 為什么單晶體表現(xiàn)各向異性? 而多晶體不表現(xiàn)? 在何種情況下多晶體也能顯示出各向異性來?,,第2章,4. 什么叫結(jié)晶? 金屬結(jié)晶的條件是什么? 為什么結(jié)晶時純金屬的冷卻曲線上會出現(xiàn)水平段?,,第2章,5. 金屬晶界的結(jié)構(gòu)有何特點? 它對金屬的性能有何影響?,,第2章,

9、6. 如果其他條件相同, 試比較下列鑄造條件下鑄件晶粒的大小。a. 金屬型與砂型;b. 薄鑄件與厚鑄件;c. 澆注是加變質(zhì)劑與不加變質(zhì)劑;d. 澆注時振動攪拌或不振動攪拌。,,第2章,7. 塑性變形的實質(zhì)是什么? 變塑性變形對金屬組織與性能會產(chǎn)生哪些影響?,,第2章,8. 纖維組織是怎樣形成的? 它對金屬材料的性能有何影響? 如何合理利用?,,第2章,9. 什么是再結(jié)晶?再結(jié)晶對金屬組織和性能有什么影響？,,第2章,10. 什么

10、是高分子材料？高分子材料分類方法有那些？,,第2章,11. 從分子結(jié)構(gòu)角度說明線性高聚物和體型交聯(lián)高聚物的溫度-形變曲線有何區(qū)別？對性能有什么影響？,,第2章,3題,第2章,在單晶體中，由于存在著晶面或晶格上原子密度的不同，因而其各方向的物理、化學(xué)、力學(xué)性能也不相同。這種單晶體因方向不同而引起性能差異的現(xiàn)象稱為各向異性。多晶體金屬雖然每個晶粒都是各向異性的，但由于各個晶粒的位向不同，故各個晶粒的各向異性現(xiàn)象互相抵消，多晶體金屬顯示各

11、向同性(又稱偽各向同性)。當(dāng)多晶體各晶粒位向趨于一致或塑變產(chǎn)生纖維組織時也能顯現(xiàn)出各向異性,6題,第2章,金屬型薄鑄件加變質(zhì)劑振動攪拌,8題,第2章,在常溫下金屬塑性變形后，內(nèi)部組織將發(fā)生變化。晶粒及晶界雜質(zhì)沿著變形最大的方向伸長，其顯微組織呈纖維狀線條，稱作纖維組織；金屬中出現(xiàn)纖維組織后性能出現(xiàn)各向異性。使正應(yīng)力順纖維方向切應(yīng)力橫纖維方向并盡量保持纖維完整不被切斷,金屬在常溫下經(jīng)塑性變形而加工硬化后處于不穩(wěn)定狀態(tài)

12、，具有恢復(fù)原狀態(tài)的自發(fā)趨勢。如果對塑性變形后的金屬加熱，提供原子活動所必需的能量，將會產(chǎn)生組織與性能的變化，當(dāng)加熱升高到一定溫度時，原子就具有了一定的活動能力，金屬的顯微組織發(fā)生明顯的變化，碎晶和拉長晶粒不再存在，以碎晶和晶界上的某些質(zhì)點為晶核成長成新的細小均勻的等軸晶粒。這個過程稱為再結(jié)晶。組織變化：碎晶和拉長晶粒不再存在，以碎晶和晶界上的某些質(zhì)點為晶核成長成新的細小均勻的等軸晶粒。性能變化：金屬晶格畸變和加工硬化現(xiàn)象完全消除

13、，因而其強度硬度顯著下降，塑性、韌性明顯上升，金屬的性能又恢復(fù)到變形前的狀態(tài)。,9題,第2章,第3章,０. 繪出Fe-Fe3C相圖，并標(biāo)出各相區(qū)相組成, 及A1、A3、Acm線。,,,,,,,,2. 填表說出下列合金, 在下述溫度下的相組成。,,,,,,,,,,,,,第3章,3.分別說出20、45、T8、T12鋼當(dāng)溫度由20℃升至1000℃時的組織變化。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,727 ℃,727 ℃,727 ℃,727

14、 ℃,??? ℃,??? ℃,??? ℃,第3章,4. 說出當(dāng)含碳量由0.02%, 增加到2.0%時, 鐵碳合金室溫下的組織和性能所發(fā)生的變化。,第3章,p,５. 應(yīng)用Fe-Fe3C相圖解釋:a. 室溫下含碳0.8%的鋼比含碳1.2%的鋼強度高而硬度低含碳1.2%的鋼由于組織中含有網(wǎng)狀滲碳體，脆性大因此強度低；含碳0.8%的鋼比含碳1.2%的鋼含碳量低，碳化物少，因此硬度低b. 在1000℃時含碳0.4的鋼能鍛造而含碳4%的生鑄

15、鐵不能鍛造。在1000℃時含碳0.4的鋼為單相奧氏體組織，塑性好因此適合鍛造；而含碳4%的生鑄鐵為萊氏體組織，有大量碳化物，脆性大不能鍛造。 c. 鋼的鍛造性能好而鑄鐵的鑄造性能好。鋼在高溫時可變?yōu)閱蜗鄪W氏體組織，塑性好因此鍛造性能好；鑄鐵為共晶組織，因此的鑄造性能好。,第3章,６. 說明熱處理工藝的特點及其在機械制造中的地位及作用。,熱處理特點：只改變金屬材料的組織和性能，而不改變其形狀和大小。熱處理應(yīng)用：機械工業(yè)中的大部分

16、零件都要熱處理。航空工業(yè)中的飛機上的金屬零件幾乎百分之百要進行熱處理。材料通過熱處理，可以提高材料的強度、硬度，改善塑性、韌性及切削性能。,第3章,7. C—曲線與鐵碳合金狀態(tài)圖分別是那兩個因素的圖解? 在制定熱處理工藝時各有何用? 為什么缺一不可?,第3章,鐵碳合金狀態(tài)圖是不同成分的鐵碳合金在不同溫度下相或組織的圖解，成分與溫度的圖解,C—曲線是鋼在冷卻過程中，在不同的冷卻方式下，在不同的冷卻時間，冷卻到不同溫度時，組織的變化圖解。

17、時間與溫度的圖解,熱處理是鋼材在固態(tài)范圍內(nèi)的加熱與冷卻，加熱溫度要看鐵碳合金狀態(tài)圖，冷卻組織要看C—曲線，因此缺一不可,第3章,８. 將直徑5mm的T8鋼加熱至760℃并保溫足夠時間,問采用何種冷卻方式可得到如下組織:珠光體、索氏體、下貝氏體、屈氏體+馬氏體、馬氏體, 并在C—曲線上描出冷卻曲線示意圖。,第3章,９. 熱處理加熱的目的的何在? 加熱不當(dāng)對鋼的質(zhì)量有何影響?,加熱工序的目的：是要得到均勻的奧氏體。加熱不當(dāng)對鋼的質(zhì)量

18、有何影響 氧化、脫碳、過熱、過燒,第3章,10. 退火與正火有何相似點與不同點? 對不同含碳量與合金元素含量的鋼種應(yīng)當(dāng)怎樣選擇退火與正火才合理?,,,,第3章,11. 甲乙兩廠生產(chǎn)同一批零件, 硬度要求220～250HBS。甲廠采用正火, 乙廠采用調(diào)質(zhì)都可達到該硬度的要求。試分析該兩廠產(chǎn)品在組織與性能上之差別。在何種情況下正火可以代替調(diào)質(zhì)? 為什么?,第3章,12. 為保證淬火質(zhì)量能否說“冷卻速度越大, 質(zhì)

19、量越高”。生產(chǎn)中常采用先水冷后油冷的淬火方法, 是何原因? 如先油冷后水冷有何不可?,淬火目的：在于提高鋼的硬度，或得到馬氏體,以便通過回火調(diào)整組織、性能。為了減少淬火應(yīng)力與變形，在能夠獲得馬氏體的前提下，冷卻速度越慢越好生產(chǎn)中常采用先水冷后油冷的淬火方法, 就是為了先快冷避開珠光體型轉(zhuǎn)變，再油冷減緩淬火速度與應(yīng)力。 如先油冷后水冷則無法避開珠光體型轉(zhuǎn)變，達不到得到馬氏體的淬火目的。,,0,200,400,600,800,,,,

20、,A1,Ms,,t(秒),,,,T℃,,,,第3章,,13. 將一根45號鋼棒, 一端快速加熱到840℃(此時另一端仍為室溫), 立即在水中淬火, 問冷卻后各段分別獲得什么組織?,,,,,,Ａ１,Ａ３,,,,,,→Ａ→Ｍ,→Ｆ＋Ａ→Ｆ＋Ｍ,無變化,840℃,室溫,第3章,15. 用T12鋼制成一把鋼板尺, 淬火后與淬火再經(jīng)200℃回火后的硬度值相差無幾,問這種回火可否取消?,不可。淬火后的馬氏體與淬火加低溫回火后的回火馬氏體相比，雖然硬

21、度值相差無幾，但回火馬氏體比馬氏體組織穩(wěn)定，回火降低了鋼中的殘余應(yīng)力和脆性，所以這種回火不可取消．,第3章,16. 分別說明生產(chǎn)鋸條、彈簧、軸等三種零件所采用的熱處理工藝, 并分析原因。,用途類別：各種工具，滾珠軸承及滲碳件等，HRC58～64 。性能要求：高硬度和耐磨性組織要求：回火馬氏體。熱處理工藝：淬火+低溫回火,用途類別：彈簧元件、鍛模等性能要求：較高的彈性極限的屈服極限組織要求：回火屈氏體熱處理工藝：淬火+中溫回火

22、,用途類別：要求具有一定強度和較高塑性、韌性的各類受力復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)零件。 性能要求：良好的綜合性能組織要求：回火索氏體熱處理工藝：淬火+高溫回火,第3章,17. 某機器的凸輪軸, 要求凸輪表面具有高硬度(HRC>50), 心部具有韌性, 原采用45鋼, 熱處理工藝采用調(diào)質(zhì)+高頻淬火+低溫回火?，F(xiàn)因庫存45鋼已用完,擬用15鋼代替, 試說明: a. 原45鋼各熱處理工序的作用。 b. 改用15鋼后, 仍按原熱

23、處理工序進行, 能否滿足性能要求? 為什么? c. 為達到所要求的性能, 改用15鋼后, 應(yīng)采用何種熱處理工藝?,第3章17題,a.調(diào)質(zhì)：預(yù)備熱處理，為高頻淬火做心部組織準(zhǔn)備，心部組織回火索氏體，保證零件心部韌性。 高頻淬火+低溫回火：最終熱處理，保證零件表面組織為回火馬氏體，保證零件外表硬度。b. 改用15鋼后, 仍按原熱處理工序進行, 不 能滿足性能要求，因為15鋼為低碳鋼，較調(diào)質(zhì)中碳鋼含碳量低，調(diào)質(zhì)后強度硬度不足，

24、塑性韌性有余；而且表面低碳馬氏體硬度不足。c. 為達到所要求的性能, 改用15鋼后, 應(yīng)采用滲碳+淬火+低溫回火熱處理工藝?,19. 試對常用熱處理工藝方法、適用材料、處理后性能進行歸納。,第3章,第四章 常用工程材料,第4章,1. 合金元素在鋼中主要從哪些方向改善了鋼的性能? 合金鋼在熱處理工藝上與碳鋼有何不同? 為什么? “合金鋼的性能比碳鋼好, 應(yīng)當(dāng)盡可能選用合金鋼”這句話有無問題?,,第4章,2. 何謂淬透性? 與淬硬性有何

25、不同? 鋼淬透性的好壞與其選材有何關(guān)系? 一般碳鋼應(yīng)當(dāng)“水淬”; 合金鋼應(yīng)當(dāng)“油淬”, 這是為什么? 如果反過來會造成什么后果?,,第4章,3. 合金結(jié)構(gòu)鋼與合金工具鋼在成分、熱處理及性能上有何差別?,,第4章,4. 根據(jù)結(jié)構(gòu)鋼中各類鋼的特點, 分析下列牌號屬于那一類, 它們的成分、熱處理、性能各如何? 能制造何種零件(可舉一例)?,第4章,5. 何謂紅硬性? 高速鋼為什么具有紅硬性? 熱處理時采取哪些工藝措施才能保證高速鋼具有優(yōu)良的紅

26、硬性? 冷沖模具選高速鋼合理嗎?,,第4章,6. 硬質(zhì)合金為什么具有更高的紅硬性? 制作切削刃具可否不用高速鋼而全部采用硬質(zhì)合金?7. 抗腐蝕的實質(zhì)及提高抗腐蝕性的途徑是什么? 為什么1Cr18Ni9Ti具有優(yōu)良的抗腐蝕性? 它的強化方式是什么? 為什么?,,第4章,8. 一般機械制造中, 為什么灰口鑄鐵用量很大? 它有何特性? 怎樣進一步改善其性能?,,第4章,9. 說明球墨鑄鐵的性能優(yōu)于灰口鑄鐵的原因。,,第4章,10. 可鍛鑄鐵

27、是否能鍛造?它的特點是什么?,,第4章,11. 請判斷下列成份鐵水在不同的方式下冷卻，可得到下列何種組織?a. 含3%碳的鐵水、澆入冰水中b. 含有3%C, 2%Si的鐵水在砂型中鑄造c. 含2.5%C的鐵水在金屬型中鑄造, 冷卻到20℃后再加熱到980℃保溫18小時, 然后空氣冷卻d. 含3.5%c, 2%Si, 0.05%Mg的鐵水澆入砂型內(nèi)(1) 馬氏體和奧氏體 (2)大塊的碳化物 (3)珠光體 (4)貝氏體 (5)球墨

28、鑄鐵 (6)白口鑄鐵 (7) 可鍛鑄鐵 (8) 灰口鑄鐵,,第4章,12. GH39與GH37的力學(xué)性能有何不同? 飛機發(fā)動機的火焰筒應(yīng)選用哪種高溫合金材料?,,第4章,13. 飛機發(fā)動機中的渦輪葉片工作環(huán)境惡劣, 不僅在高壓高溫下高速旋轉(zhuǎn), 而且需要承受自身的慣性離心力、氣體力和各種振動負(fù)荷, 試問應(yīng)選用固溶強化還是時效強化高溫合金?,,第4章,14. 某航空發(fā)動機渦輪軸的材料選用40CrNiMoA, 試問在精磨工藝后還應(yīng)安排哪種工

29、藝步驟? 目的如何?,,第4章,15. 2A11鋁合金的時效硬化工藝和0.5%碳鋼形成馬氏體的強化工藝具有相似的熱處理步驟, 但每一步驟所引起的合金組織變化是不同的, 請回答：a. 兩種工藝的第一步是: 加熱到高溫、然后淬火。淬火時, 鋁合金和鋼內(nèi)部各發(fā)生什么變化?b. 兩種工藝的第二步是: 加熱到較低溫度。在鋁合金和鋼內(nèi)部各發(fā)生什么組織變化?,第4章,16. 3A02. 2A12、2A50、7A04、ZL105各屬于何種鋁合金,

30、試分析它們的特性、強化方法及用途(可舉一例)。,,第4章,17.為什么ZAL102具有良好的鑄造性能? 在變質(zhì)處理前后其組織與性能有何變化? 為什么變質(zhì)后性能得到改善?,,第4章,18. 輕金屬合金中, 鋁、鎂、鈦合金各有何特點? 各用于何種條件下較為合理?,,第4章,19. 什么叫高分子分子量的分散性和分子結(jié)構(gòu)的分散性?,,第4章,20. 與金屬相比, 高分子材料的力學(xué)性能有何特點, 它對塑料的應(yīng)用有何影響?,,第4章,21. 試從大

31、分子鏈的結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系來比較聚乙烯PE, 聚苯乙烯PS, 二者力學(xué)性能和耐熱性的高低。22. 為什么有熱塑性塑料和熱固性塑料之分?23 比較線型定型和無定型高聚物的三態(tài)形成, 并比較塑料、橡膠、纖維應(yīng)用特點。24. 塑料硬度不高, 但為什么常用于耐磨部件?25. 現(xiàn)有原料ABS, LDPE、HDPE、PVC、尼龍1010, PS, 聚四氟乙烯, 聚丙烯, 液態(tài)酚醛樹脂、不飽和聚酯及織物和切短被璃纖維?，F(xiàn)有如下任務(wù)(1) 制造

32、汽車防撞保險杠(2) 制造食品包裝用高強薄膜(3) 制造微型儀表齒輪,(要抗一定蠕變).(4) 直徑Φ100cm圓筒形外殼, 要求能耐200℃左右短時高溫(5) 化工管道耐腐閥門, 并要求200℃以下長期使用。試分別選用最合適原料, 并簡述理由26. 試從下列幾方面比較不飽和聚酸、酚醛, 環(huán)氧的性能特點(1)機械強度 (2)粘附力 (3) 耐熱性 (4)收縮率 (5)工藝性 (6) 化學(xué)穩(wěn)定性27. 簡述復(fù)合材料的制備原

33、則? 常見的聚合物基復(fù)合材料的制造工藝有那些?28. 簡述陶瓷材料結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系, 指出其主要特性。29. 通過學(xué)習(xí)金屬、高聚物和陶瓷的有關(guān)內(nèi)容, 試比較此三類材料在使用性能和工藝性上有何顯著特點, 各自有那些顯著弱點和優(yōu)點。,第五章 工程材料的選擇,第5章,在選材時應(yīng)考慮哪些原則? 簡述它們之間的關(guān)系。,,第5章,2. 某鏜床鏜桿選用38CrMoAl鋼制造較為理想, 其制造工藝路線如下:備料→鍛造→①退火→粗加工→②調(diào)質(zhì)→精加

34、工(留磨量)→③時效→粗磨(孔留磨量)→④氮化→精磨、研磨試從力學(xué)性能和成分的角度說明個熱處理工序的作用。,,第5章,3. 從你接觸到的機械產(chǎn)品中選出2～3種具有代表性的零件, 在本書所述的材料范圍內(nèi)選材。要點:,a. 說明工作條件及性能要求;b. 選出材料;c. 確定熱處理技術(shù)條件, 制定工藝路線;d. 熱處理工藝及工序位置的分析。,第5章,4. 某機械廠可供利用的材料情況如下表。鄂式破碎機此廠的鑄、鍛工藝成本≈(材料成本

35、)；機械加工工藝成本 4×(材料成本)；熱處理工藝成本1.5×(材料成本)?，F(xiàn)需制造一種鄂式破碎機(如圖)，在綜合考慮工作性能、成本后需要完成下列任務(wù)；,a.選擇動、定鄂板的材料及主要加工工藝；要求鄂板耐沖擊、表面HRC＞60，板厚度＞45，鄂板可以由單種材料制造，也可以由二種不同材料復(fù)合而成，試分析這二種方法的可行性。b.大帶輪的選材：要求輪直徑＞800，主要承受低速離心力。c.選定搖桿：主要承受循環(huán)交變應(yīng)力