《工程材料及機械製造基礎》習題答案齊樂華主編
第一章材料的種類與效能（p7）
1、 金屬材料的使用效能包括哪些？
力學效能、物理效能、化學效能等。
2、 什麼是金屬的力學效能？它包括那些主要力學指標？
金屬材料的力學效能：金屬材料在外力作用下所表現出來的與彈性和非彈性反應相關或涉及力與應變關係的效能。主要包括：彈性、塑性、強度、硬度、衝擊韌性等。
3、 一根直徑10mm的鋼棒，在拉伸斷裂時直徑變為8.5mm，此鋼的抗拉強度為450mpa，問此棒能承受的最大載荷為多少？斷面收縮率是多少？
f=35325n27.75%
4、 簡述洛氏硬度的測試原理。
以壓頭壓入金屬材料的壓痕深度來表徵材料的硬度。
5、什麼是蠕變和應力鬆弛？
蠕變：金屬在長時間恆溫、恆應力作用下，發生緩慢塑性變形的現象。
應力鬆弛：承受彈性變形的零件，在工作過程中總變形量不變，但隨時間的延長，工作應力逐漸衰減的現象。
6、金屬腐蝕的方式主要有哪幾種？金屬防腐的方法有哪些？
主要有化學腐蝕和電化學腐蝕。
防腐方法：
1）改變金屬的化學成分；2）通過覆蓋法將金屬同腐蝕介質隔離；3）改善腐蝕環境；4）陰極保**。
第二章材料的組織結構（p26）
1、簡述金屬三種典型結構的特點。
體心立方晶格：晶格屬於立方晶系，在晶胞的中心和每個頂角各有乙個原子。每個體心立方晶格的原子數為：2個。 塑性較好。
麵心立方晶格：晶格屬於立方晶系，在晶胞的8個頂角和6個面的中心各有乙個原子。每個麵心立方晶格的原子數為：4個。塑性優於體心立方晶格的金屬。
密排六方晶格：晶格屬於六方稜柱體，在六稜柱晶胞的12個項角上各有乙個原子，兩個端麵的中心各有乙個原子，晶胞內部有三個原子。每個密排六方晶胞原子數為：6個 ，較脆
2、金屬的實際晶體中存在哪些晶體缺陷？它們對效能有什麼影響？
存在點缺陷、線缺陷和面缺陷。使金屬抵抗塑性變形的能力提高，從而使金屬強度、硬度提高，但防腐蝕能力下降。
3、合金元素在金屬中存在的形式有哪幾種？各具備什麼特性？
存在的形式有固溶體和金屬化合物兩種。合金固溶在金屬中引起固溶強化，使合金強度、硬度提高，塑性、韌性下降。金屬化合物提高合金的強度和硬度。
4、什麼是固溶強化？造成固溶強化的原因是什麼？
固溶強化：因溶質原子的溶入引起合金強度、硬度公升高的現象。
原因：固溶體中溶質原子的溶入引起晶格畸變，使晶體處於高能狀態。
5、 簡述聚合物大分子鏈的結構與形態。它們對高聚物的效能有何影響？
聚合物大分子鏈的結構分為線性結構和體型結構。線性結構具有良好的塑性和彈性，加熱可軟化，冷卻後變硬，易於成形，可反覆使用。體型結構有較好的耐熱性、尺寸穩定和機械強度，但彈性、塑性低，脆性大，不能塑性加工，不能反覆使用。
6、 陶瓷的典型組織由哪幾種組成？它們各具有什麼作用？
由晶體相、玻璃相和氣相組成。晶體相晶粒細小晶界面積大，材料強度大，空位和間隙原子可加速燒結時的的擴散，影響其物理效能；玻璃相起黏結分散的晶體相降低燒結溫度，抑制晶體長大和充填空隙等作用；氣相造成應力集中，降低強度、降低抗電擊穿能力和透明度。
7、 從結構入手比較金屬、高聚物、陶瓷三種材料的優缺點。
8、 金屬結晶的基本規律是什麼？
金屬結晶由形核和長大兩部分組成，並存在過冷度。
9、 如果其他條件相同，試比較在下列鑄造條件下，鑄件晶粒的大小。
（1） 金屬型澆注與砂型澆注。金屬型澆注晶粒小。
（2） 鑄成薄件與鑄成厚件。鑄成薄件晶粒小。
（3） 澆注時採用振動與不採用振動。採用振動晶粒小。
10、過冷度與冷卻速度有何關係？它對金屬結晶過程有何影響？對鑄件晶粒大小有何影響？
冷卻速度越快過冷度越大，使晶核生長速度大於晶粒長大速度，鑄件晶粒得到細化。冷卻速度小時，實際結晶溫度與平衡溫度趨於一致。
11、何為共晶反應、勻晶反應共析反應？試比較三種反應的異同點。
共晶反應：從某種成分固定的合金溶液中，在一定恆溫下同時結晶出兩種成分和結構都不同的固相的反應。
共析反應：由一種固相在恆溫下同時轉變成兩種新的固相的反應。
勻晶反應：兩組元組成的合金系，在液態無限互溶，在固態也能無限互溶，形成固溶體的反應。
12、pb-sn相圖如圖2-29所示。
（1）試標出尚未標註的相區的組織；
（2）指出組織中含βⅱ最多和最少的成分；
（3）指出共晶體最多和最少的成分；
（4）指出最容易和最不容易產生枝晶偏析的成分：
（5）初生相α和β、共晶體α+β、二次相αⅱ及βⅱ，它們在組織形態上的區別？畫出它們的組織示意圖。
13、已知a（熔點為600℃）與b（熔點為500℃）在液態無限互溶，在固態300℃時a溶於b的最大質量分數為30%，室溫時為10%，但b不溶於a；在300℃時b的質量分數為40%的液態合金發生共晶反應，現要求：
（1）做出a-b合金相圖；
（2）分析a的質量分數分布為20%、45%、80%等合金的結晶過程。
14、為什麼鑄造合金常選用接近共晶點的合金？為什麼要進行壓力加工的合金常選用單相固溶體成分的合金？
近共晶點的合金熔點低，結晶範圍小，鑄造效能好。單相固溶體成分的合金具有良好的塑性和小的變形抗力，可鍛性好。
15、何謂α、γ、fe3c、c、p、a、ld、（ld `）？它們的結構、組織形態、力學效能有何特點？
α為鐵素體，fe3c為滲碳體，c為碳元素，p為珠光體，γ、a為奧氏體，ld為高萊氏體，（ld `）為低溫萊氏體。
α為體心立方結構，溶碳量低，強度、硬度低，塑性、韌性好。γ、a是碳在γ—fe中形成的間隙固溶體，為麵心立方結構，溶碳量較大，是高溫組織，硬度較低，塑性較高，易於成形。fe3c是鐵和碳的金屬化合物，含碳量6.
69%，硬度很高，脆性很大，塑性和韌性幾乎為零。p是鐵素體與滲碳體的機械混合物，碳的分數為0.77%，具有良好的力學效能。
ld是奧氏體與滲碳體的機械混合物，（ld `）是珠光體與滲碳體的機械混合物，含碳量4.3%，力學效能與滲碳體接近。
16、碳鋼與鑄鐵兩者的成分、組織和效能有何差別？並說明原因。
碳含量小於2.11%是碳鋼，大於2.11%是鑄鐵；碳鋼中的碳與鐵以金屬化合物的形式存在，而鑄鐵中的碳以游離石墨的形式存在；碳鋼的力學效能較好，其硬度、強度隨含碳量的增加而增加，塑性、韌性隨含碳量的增加而下降，鑄鐵的力學效能取決於石墨的形狀、大小及分布；鑄鐵的鑄造效能優於碳鋼；鑄鐵不能進行壓力加工，其焊接效能遠不及碳鋼。
17、分析碳的質量分數分別為0.20%、0.60%、0.80%、1.0%的鐵碳合金從液態緩慢冷至室溫時的結晶過程和室溫組織。指出這四種成分組織與效能的區別。
碳的質量分數為0.20%、0.60%的鐵碳合金均屬於亞共析鋼，從液態緩慢冷至室溫時的結晶過程為：
經過ac線時從液態中結晶出a，經過ae線時全部結晶為a，經過gs線時由於貧碳有f析出，經過ps**時剩餘的a轉變為p，室溫組織為p+f。並隨碳的質量分數的增加p增加，f減少。
碳的質量成分分別為0.80%、1.0%的鐵碳合金均屬於過共析鋼，從液態緩慢冷至室溫時的結晶過程為：
經過ac線時從液態中結晶出a，經過ae線時全部結晶為a，經過es線時由於富碳有fe3cⅱ析出，經過ps**時剩餘的a轉變為p，室溫組織為p+ fe3cⅱ。並隨碳的質量分數的增加fe3cⅱ增加，p減少。
由於f、p、fe3cⅱ，的力學效能上的差異，隨碳的質量分數的增加鐵碳合金的強度和硬度增加，而塑性和韌性下降。
18、滲碳體有哪5種基本形態，它們的**和形態有何區別？
一次滲碳體是從液體中直接析出，呈長條形；二次滲碳體從奧氏體中析出，沿晶界呈網狀；三次滲碳體從鐵素體中析出，沿晶界呈小片或粒狀；共晶滲碳體是同奧氏體相關形成，在萊氏體中為連續的機體；共析滲碳體同鐵素體相關形成，呈交替片狀。
19、根據fe- fe3c相圖，說明產生下列現象的原因。
（1）碳的質量分數為1.0%的鋼比碳的質量分數為0.5%的鋼硬度高。
（2）低溫萊氏體的塑性比珠光體的塑性差。
（3）捆紮物體一般用鐵絲，而起重機起吊重物卻用鋼絲繩。
（4）一般要把鋼材加熱到高溫下（1000~1250℃）進行熱軋或鍛造。
（5）鋼適宜於通過壓力成形，而鑄鐵適宜於通過鑄造成形。
（1）鋼隨碳的質量分數的增加鐵素體減少，而滲碳體增加。滲碳體的硬度比鐵素體的硬度高。
（2）低溫萊氏體由珠光體和滲碳體組成，珠光體塑性較好，而滲碳體的塑性幾乎為零。
（3）捆紮物體需材料有一定的塑性，而起吊重物需材料有一定的強度和硬度。鋼材隨碳的質量分數的增加強度、硬度增加，塑性、韌性下降。
（4）把鋼材加熱到高溫下（1000~1250℃），鋼為單相奧氏體組織。其塑性好，變形抗力小。
（5）加熱到高溫下（1000~1250℃），鋼為單相奧氏體組織。其塑性好，變形抗力小利於壓力成形；而鋼的流動性差，在冷卻的過程中收縮率大，鑄造效能比鑄鐵差。鑄鐵結晶溫度範圍窄，流動性好，在冷卻的過程中收縮率小，鑄造效能好；但其屬於脆性材料，不能壓力成形。
第三章金屬熱處理及表面改性（40）
1、鋼的熱處理的基本原理是什麼？其目的和作用是什麼？
鋼的熱處理是將鋼在固態下、在一定的介質中施以不同的加熱、保溫和冷卻來改變鋼的組織，從而獲得所需效能的一種工藝。原理：同素異構轉變；其目的和作用：
充分發揮材料的潛力，提高零件使用效能，延長使用壽命。改善材料的加工效能。。
2、什麼是連續冷卻與等溫冷卻？兩種冷卻方式有何差異？試畫出共析鋼過冷奧氏體的這兩種冷卻方式的示意圖，並說明圖中各個區域、各條線的含義。
等溫冷卻：先將已奧氏體化的鋼快冷至a1線以下一定溫度，成為過冷奧氏體。進行保溫，使奧氏體在等溫下進行組織轉變。轉變完後再冷卻至室溫。
連續冷卻：將已奧氏體化的鋼冷卻，使其在溫度連續下降的過程中發生組織轉變。
等溫冷卻所得組織單一，分為珠光體、貝氏體和馬氏體。連續冷卻所得組織不均勻，是幾種轉變產物的復合。
示意圖見書p30、p32。
3、a在等溫冷卻轉變時，按過冷度的不同可以獲得哪些組織？
可以獲得：珠光體、索氏體、託氏體（屈氏體）、貝氏體和馬氏體。
4、退火的主要目的是什麼？常用的退火方法有哪些？
退火的主要目的（1）降低鋼的硬度，使其易於切削加工；（2）提高鋼的塑性和韌性，以易於切削和冷變形加工；（3）消除鋼中的組織缺陷，為熱鍛、熱軋或熱處理作好組織準備；（4）消除前一工序中所產生的內應力，以防變形或開裂。
工程材料與機械製造基礎
一 填空題 每空1分，共30分 1 按照產品零件的生產數量，生產型別可分為單件小批量三種。2是反映材料抵抗衝擊載荷能力的效能指標。3 金屬結晶的基本過程包括 4 金屬材料常見的晶格型別有三種 5 一般45鋼選用的熱處理方法是以獲得綜合機械效能，t10a鋼選用的熱處理方法是取得高硬度和耐磨性。6.在鑄...
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機械製造基礎習題
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