《机械工程材料》作业页解

1、第一章材料的结构与金属的结晶1 解释下列名词：变质处理P28；细晶强化P14；固溶强化P17。5. 为什么单晶体具有各向异性P12,而多晶体在一般情况下不显示各向异性 P13?答：因为单晶体内部的原子都按同一规律同一位向排列，即晶格位向完全 一致。而在多晶体的金属中，每个晶粒相当于一个单晶体，具有各项异性，但各 个晶粒在整块金属中的空间位向是任意的，整个晶体各个方向上的性能则是 大量位向各不相同的晶粒性能的均值。6. 在实际金属中存在哪几种晶体缺陷P13?它们对力学性能有何影响P14?答：点缺陷、线缺陷、面缺陷。缺陷的存在对金属的力学性能、物理性能和化学性能以及塑性变形、扩散、 相变等许多过程

2、都有重要影响。7. 金属结晶的基本规律是什么P25?铸造（或工业）生产中采用哪些措施细化晶 粒？举例说明。P27P28答：金属结晶过程是个形核、长大的过程。（1）增大过冷度。降低金属液的浇筑温度、采用金属模、水冷模、连续浇筑 等。（2）变质处理。向铝合金中加入钛、错、硼；在铸铁液中加入硅钙合金等。（3）振动和搅拌。如机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。第二章金属的塑性变形与再结晶1 解释下列名词：加工硬化P40；再结晶P43；纤维组织P38。2. 指出下列名词的主要区别：重结晶、再结晶P43答：再结晶转变前后的晶格类型没有发生变化，故称为再结晶；而重结晶时晶格类型发生了变化。另外，再结晶是对冷塑

3、性变形的金属而言，只有经过冷塑性变形的金属才会 发生再结晶，没有经过冷塑性变形的金属不存在再结晶的问题。5. 为什么常温下晶粒越细小，不仅强度、硬度越高，而且塑性、韧性也越好？P38答：晶粒愈细，单位体积内晶粒数就愈多，变形是同样的变形量可分散到 更多的晶粒中发生，以产生比较均匀的变形，这样因局部应力集中而引起材 料开裂的几率较小，使材料在断裂前就有可能承受较大的塑性变形，得到较 大的伸长率和具有较髙的冲击载荷抗力。6. 用冷拔铜丝制作导线，冷拔后应如何处理？为什么？ P42答：应该利用回复过程对冷拔铜丝进行低温退火。因为在回复阶段，变形金属的显微组织没有明显变化，纤维状外形的晶粒仍 存在，故

4、金属的强度、硬度和塑性韧性等力学性能变化不大，某些物理、化 学性能恢复，如电阻降低、抗应力腐蚀性能提高等，同时残留应力显著降低。7. 已知金属 W、Fe、Cu、铅 Pb 的熔点分别为 3380C、1538C、1083C、327C, 试估算这些金属的再结晶温度P43。T科心0. 4T熔9. 用一冷拉钢丝绳（新的、无疵点）吊装一件大型工件入炉，并随工件一起被拉 到1000C,保温后再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，试分析原因。P44答：退火温度太高，再结晶速度太快，再结晶后的晶粒粗大。铜丝的塑性 韧性，强度硬度都降低。10. 说明Zn、a-Fe和Cu的塑性不同的原因P35答：晶体中滑移系越多，金属发

5、生滑移的可能性就越大，塑性就越好。面 心立方晶格和体心立方晶格的滑移系数目均为12,但面心立方晶格毎个滑移 面上有3个滑移方向，体心立方晶格每个滑移面上有2个，故体心立方晶格 金属Fe的塑性要比面心立方晶格金属Cu的差。密排六方晶格金属Zn滑移 系只有3个，其塑性就更差。15.金属铸件能否通过再结晶退火来细化晶粒？为什么？ P43答：不能。再结晶是对冷塑性变形的金属而言，只有经过冷塑性变形的金属才会发生再结晶，没有经过冷塑性变形的金属不存在再结晶的问 题。17.经过冷拉拔工艺生产的铜导线，在用作架空导线（要求一定的强度）和电灯 花导线（要求较软）时，应分别釆用什么样的最终热处理工艺？ P42答

6、：用作架空导线时应利用回复过程对冷变形铜导线进行低温退火，使其 在保持加工硬化的条件下，降低其内应力和改善某些物理化学性能。用作电灯花导线时，应进行再结晶处理，使加工硬化现象得到消除，变形 储存能充分释放，强度硬度显著降低，塑性韧性明显提高。外1加工硬化在生产中的利弊有哪些？答：利（1）强化金属主要手段之一。（2）提髙材料使用的安全性。（3）降低金属的塑性，提高金属的切削加工性。弊（1）使进一步塑性变形困难。（2）产生残余应力，可能使加工好的工件变形开裂或应力腐蚀。第四章二元合金相图1. 解释下列名词：相图P77 ；晶内偏析P82。2. 试述固溶强化P17、加工硬化P40与弥散强化P92的强化

7、原理，并说明三者 的区别。答：固溶强化是通过融入某种溶质元素形成固溶体而使金属强度硬度提髙 的现象。加工硬化是金属材料经冷塑性变形后，其强度与硬度随变形程度的增加而 提髙，而塑性韧性则很快降低的现象。弥散强化是由过饱和固溶体析出弥散的强化相来强化合金的方法。区别：固溶强化是融入溶质元素，加工硬化是把金属进行冷塑性变形，弥 散强化是从固溶体中析出次生相。3. 有尺寸和形状完全相同两个Ni-Cu合金铸件，一个含NilO%,另一个含Ni50%,铸后缓冷，问固态铸件中哪个偏析严重？为什么P93?怎样消除偏析P82?答：含10%门合金铸件偏析比较严重。有铜镰相图可知，10%Ni合金的结 晶温度区间范围大

8、于50%Ni合金，50%Ni合金结晶温度髙。因此，在铸件自 然冷却过程中，结晶温度范围大的合金，成分变化大，结晶温度低的，偏析严重。一般采用扩散退火或均匀化退火处理来消除偏析。5. 为什么铸造合金常选用具有共晶成分或接近共晶成分的合金？用于压力加工 的合金选用何种成分的合金为好？ P93答：因为共晶成份的合金结晶的成分间隔与温度间隔较小，结晶的成分间 隔与温度间隔越小，合金的铸造性能就越好。压力加工性能好的合金通常是单相固溶体，因为它强度较低，塑性好，变 形均匀且不易开裂。而由两相混合物组成的合金，由于两项的强度和塑性不 同，变形大时两相的界面易开裂，特别是组织中存在较多的脆性化合物时， 压力

9、加工性能更差。6. 合金的工艺性能与相图的关系有哪些？ P93P94、Pill答：1,合理的确定温度2, 可推测合金的铸造性能3, 指导加压力加工工艺范围4, 热处理工艺：各热处理加工都要参考合金相图选择。可了解合金热处理可能性。第五章铁碳合金两舸机械混合肠的舍全：性枕场合 金成分旻A找关余是丙柑枝佻的算忒 干均值.如：（粥八那为和柑柑对重量） Of八a艸4. 计算碳含量为3.20%的碳钢在室温时珠光体和铁素体的相对量。P79P1096.已知珠光体的硬度=180HBS, 6 =20%,铁素体的硬度二80HBS, 6 =50%,试计算含碳量为3c0. 45%碳钢的硬度和伸长率。P927. 一块低

10、碳钢，一块白口铁，它们的形状、大小一样，请说出有哪些简便的方 法能把它们区分开来。P110答：(1)互相刻画，哪快金属上留下明显的画痕就说明哪块是低碳钢，则 另一块就是白口铁。(2)用锤子砸，变形量大的就是低碳钢，变形量小的就是白口铁。9. 从流动性、收缩性和偏析倾向考虑，哪种成分的铁碳合金铸造性能最好？试 分析碳含量为3(0. 45%的碳钢的铸造性能如何？ Pill答：纯铁和共晶成份的铁碳合金其凝固区间为零，故它们的流动性好，分 散缩孔少，可使缩孔集中在冒口内，有可能得到致密的铸件。另外，共晶成 份合金结晶温度较低，流动性也较好，偏析倾向较小。所以共晶成份合金铸 造性能最好。含碳量为WcO.

11、 45%的碳钢作为铸钢的铸造性能并非很好。铸钢的凝固区间 较大，因此缩孔就较大，且容易形成分散缩孔，流动性也较差，化学成份偏 析严重。10. “高碳钢的质量比低碳钢的好”，这种说法对吗？碳钢的质量好坏主要按照 什么标准确定？ P113、P114答：不对。碳钢的质量好坏主要是根据钢中所含有害杂质S,P元素的多少 来分类。含S量高时，易使钢产生“热脆”现象。含P量髙时，易使钢产生“冷脆” 现象。11. 说明下列材料牌号的含义：Q235P115. 45P116、T8AP117。答：Q235：其屈服点值Reh为235Mpa6 / 15文档可目由編辑45：钢号为45T8A：平均碳含量为WcO. 80%的

12、髙级优质碳素钢。外1.从仓库找出一根积压的钢材，经金相分析后发现其组织为珠光体加铁素体,其中铁素体占80%,问此钢材的含碳量大约是多少？法一 P109；法二P79。第六章钢的热处理1 解释下列名词：冷处理P136；调质处理P149；钢的淬硬性P151o6.将0)5mm的共析碳钢加热至760C,保温足够长时间，问采用什么热处理工艺可得到如下组织：P、S、T+M、B下、M+A,在C曲线上画出各热处理工艺的冷却曲线，注明热处理工艺名称和所得组织。P13賞P1398. 某钢的等温转变曲线如右图所示，试说明该钢 在300C,经不同时间等温后按(a)、(b)、(c)线 冷却后得到的组织。P137答：a线冷

13、却后得到亚共析钢b线冷却后得到共析钢c线冷却后得到过共析钢9. 说明45钢试样(OlOnun)经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：700C、760C、840C、1100C。P143答：700C,因为它没有达到相变温度，因此没有发生相变，组织为铁素体 和珠光体。760C ,它的加热温度在AclAc3之间，因此组织为铁素体，马氏体和少量 残余奥氏体。84CTC,它的加热温度在Ac3以上，加热时全部转变为奥氏体，冷却后的组织 为马氏体和少量残余奥氏体。1100C,因为它的加热温度过髙，加热时奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗片 状马氏体和少量残余奥氏体。10. 有两个碳含量为3丄2%的碳钢试样

14、，分别加热到780C和860匸，并保温相 同时间，使之达到平衡状态(其平衡组织分别是A+FwC和A),然后以大于 叭 的冷却速度冷至室温。试问：P143(1) 哪个温度淬火后马氏体晶粒粗大？860C淬火温度过高加热时得到的奥氏体粗大，冷却后得到马氏体晶粒粗大。(2) 哪个温度淬火后马氏体含碳量较多？因为加热温度860C已经超过了 Accm,此时碳化物全部溶于奥氏体中，奥氏 体中含碳量增加，而奥氏体向马氏体转变是非扩散性转变，所以冷却后马氏体 中含碳量增加(3) 哪个温度淬火后残留奥氏体较多？因为加热温度860C已经超过了 Accm,此时碳化物全部溶于奥氏体中，奥氏 体中含碳量增加，降低钢的Ms

15、和Mf点，淬火后残留奥氏体多。(4) 哪个温度淬火后未溶碳化物较少？为什么？因为加热温度860C已经超过了 Accm,此时碳化物全部溶于奥氏体中，奥氏 体中含碳量增加，因此淬火后未溶碳化物较少。(5) 你认为哪个温度加热淬火合适？为什么？780 C合适，因为含碳量为1.2%的碳钢属于过共析钢，加热温度一般为 Acl+305(TC, 780C在这个范围内，得到的奥氏体晶粒细，淬火后的组织为细 小马氏体，使淬火钢具有高的硬度、耐磨性，也具有较好的韧性。14. 以下说法是否正确？为什么？(1) 过冷奥氏体的冷却速度大于5时，则冷却速度愈快，冷却后钢的硬度愈高;P151不正确，当冷却速度达到Vk时，冷

16、却速度再快组织不发生任何变化，钢冷 却后的硬度就不在提髙。(2) 钢中合金元素越多，则淬火后硬度就越髙；P151答：错。硬度取决于钢的含碳量，和钢的工作尺寸冷却介质相关。(3) 同一钢材在相同加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性 好；P152答：正确。同一钢种，其c曲线是一定的，因此冷却速度快或工件小容易 淬成马氏体。(4) 冷速愈快，马氏体转变点Ms、Mf愈低;P135不正确。因为马氏体转变点Ms. Mf的位置与冷却速度无关，而与钢的化 学成分有关，尤其是含碳量。(5) 淬火钢回火后的性能主要取决于回火后的冷却速度；P149不正确。淬火钢回火后的性能主要取决于回火温度。(6)

17、 为了改善碳素工具钢的切削加工性，应采用完全退火。P141不正确，要改善工具钢的切削加工性应采用球化退火。(外1)本质细晶粒钢的晶粒总是比本质粗晶粒钢的晶粒细。P128不正确。温度低于93（TC时，本质细晶粒比本质粗晶粒细。但温度髙于93（TC 本质细晶粒钢比本质粗晶粒钢晶粒长大快。15. 45钢经调质处理后硬度为240HBS,若再进行200C回火，能否使其硬度提 髙？为什么？又45钢经淬火、低温回火后硬度为57HRC,若再进行560C回 火，能否使其硬度降低？为什么？ P149答：1,不能。因为回火温度越高，硬度下降越多，而调质处理就是淬 火+高温回火，碳化物已经析出，铁素体回复，硬度不能提

18、高。2, 能。该钢低温回火组织是回马氏体，碳化物还未析出，560C为 髙温回火，可以使硬度降低。外1.淬火后的钢为什么必须经过回火处理才能使用？ P147回火的目的是什么？ P147答：因为淬火后淬火内应力很大，组织中有少量残余奥氏体，如不经过回 火直接使用，零件在使用中可能在内应力作用下产生变形或开裂，精密零件 或密封性零件可能因残余奥氏体发生转变而失去精度。回火目的：1,降低淬火钢的脆性，减少或消除内应力，防止工件变形或开裂；2, 使不稳定的组织趋于稳定，以稳定工件的形状尺寸精度；3, 获得所要求的组织和性能。外2下列钢件应釆用什么退火方法，并说明退火的目的。亚共析钢（30.35%）铸造齿

19、轮；P142釆用去应力退火。消除铸件内应力，稳定尺寸，减少变形。锻造后产生过热组织（晶粒粗大）的亚共析钢（30.6%）锻造毛坯；P141釆用完全退火。获得近似平衡组织，细化晶粒。具有片状渗碳体的钢坯（3尸1.2%）。P141釆用球化退火。降低钢的硬度，改善切削加工性能。第七章合金钢1. 什么叫合金钢？ P169按合金元素含量如何分类？ P114答：合金钢是为了提髙或改善钢的力学性能、工艺性能或使钢具有某些特 殊的物理，化学性能，在冶炼时特意往钢中加入一些合金元素。(1) 低合金钢合金元素总含量Wme = 5%(2) 中合金钢合金元素总含量Wme = 5%10%(3) 髙合金钢一一合金元素总含量

20、Wme10%2试分析说明铁素体钢、奥氏体钢、莱氏体钢的形成原因。P126答：某些合金元素的加入会是奥氏体区缩小，特别是Cr、Si含量髙时将限 制奥氏体区，甚至完全消失，使得室温下只有单相铁素体组织存在。如高Cr含 量的洛不锈钢。某些合金元素的加入会使奥氏体相区扩大，特别是Ni、Mno当钢中加入大 量这类元素时，甚至可使Al、A2、Acm线将至室温一下，从而获得在室温下 只有单相奥氏体存在的所谓奥氏体钢。如髙Mn含量的耐磨钢。大部分合金元素可使Fe-Fe3C相图中E点左移，因此，含碳量相同的碳钢 和合金钢具有不同的显微组织。某些髙碳合金钢中就会出现莱氏体组织，称为 莱氏体钢。如髙速钢。4. 什么

21、叫第一类、第二类回火脆性P149?其产生原因及防止方法如何？ P120、 P121答：第一类回火脆性是淬火钢在250、35(TC回火时出现的脆性。第二类回 火脆性是淬火钢在500、65(TC范围内回火后出现的脆性。第一类回火脆性与沿马氏体析出断续的碳化物薄片有关。为了避免这类脆 性，一般不在这个温度内回火。第二类回火脆性产生的原因是由于回火慢冷时辂、猛等合金元素以及磷、鏗、 锡等杂质向奥氏体晶界偏聚。防止这类回火脆性的方法，对于截面较小的零件, 可自回火温度加速冷却。对于较大截面零件，由于中心部分很难快冷，可在钢 中加入适量的钮、铸等合金元素。6. 指岀下列合金钢的类别、用途及热处理工艺：40

22、Cr P176；碳钢，用于结构件。850C淬火，500C回火。60Si2Mn Pl83；硅猛弹簧钢。可显著提髙弹性极限和回火稳定性。用途： 25imn的机车车辆、拖拉机上的板簧、螺旋弹簧等。喷丸处理，830v880C淬火， 中温回火。!Crl8Ni9Ti P211。18-8型不锈钢。用于600C以下的锅炉及汽车轮机的过热 器管道及构件。11001150C水淬。8.为什么硬质合金采用粉末冶金生产？ P213YG8.YT30的成分和用途有何不同？P213答：因为这样可以使硬质合金钢的硬度很高，热硬性好，耐磨性优良。YG8为含钻8%、含WC94%的鹄钻类硬质合金钢。一般用于粗加工或加工 表面较粗糙的

23、工件。YT30表示含TiC30%,其他为WC、Co的磚钻钛类硬质合金。用于细加 工工件。外1说明髙速钢的热处理特点及各阶段的目的。P194P196球化退火；退火加热温度为860、880C持续4小时，740750C持续6小时然后炉冷。目的：消除锻造应力，降低硬度。淬前预热；800840C预热，截面尺寸大的工件可进行二次预热。目的：避 免骤然加热至淬火温度而产生过大的内应力，甚至使刀具变形或开裂。淬火；分级淬火。目的：发挥髙速钢的强度、硬度、耐磨性、热硬性。三次回火。回火三次，每次保温一小时。消除残留奥氏体，消除前一次回火 产生的内应力。外2钢的强化机制有哪些？答：固溶强化机制、界面强化、弥散强化

24、、析出强化及细晶强化。第八章铸铁1. 铸铁分为哪几类？其最基本的区别是什么？ P219答：一，按石墨化程度分类白口铸铁。第一，二，三阶段石墨化过程全部被抑制。碳几乎全部以Fe3C形 式存在。灰口铸铁。第一，二阶段石墨化过程充分进行，碳主要以石墨形式存在，一 部分以Fe3C形式存在。麻口铸铁。第一阶段石墨化过程部分进行，其中一部分碳以石墨存在，一部 分以Fe3C存在。二，按石墨形态分类灰铸铁。铸铁组织中石墨呈片状。可锻铸铁。铸铁中石墨呈团絮状。球墨铸铁。铸铁中石墨成球状。蠕墨铸铁。铸铁组织中石墨呈短小的蠕虫状。2. 影响石墨化的因素有哪些？是怎样影响的？ P217P218答：铸铁的化学成分和浇筑时的冷却速度。化学成分的影响。铸铁中碳和硅的含量越髙，石墨化的过程越容易进行， 析出