工程材料課后答案工程材料課后答案/NUMPAGES15工程材料課后答案工程材料課后答案第一章2.圖1-79為五種材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線：①45鋼，②鋁青銅，③35鋼，④硬鋁，⑤純銅。試問：當(dāng)外加應(yīng)力為300MPa時(shí)，各材料處于什么狀態(tài)？有一用35鋼制作的桿，使用中發(fā)現(xiàn)彈性彎曲較大，如改用45鋼制作該桿，能否減少彈性變形？有一用35鋼制作的桿，使用中發(fā)現(xiàn)塑性變形較大，如改用45鋼制作該桿，能否減少塑性變形？答：（1）①45鋼：彈性變形②鋁青銅：塑性變形③35鋼：屈服狀態(tài)④硬鋁：塑性變形⑤純銅：斷裂。（2）不能，彈性變形與彈性模量E有關(guān)，由E=σ/ε可以看出在同樣的條件下45鋼的彈性模量要大，所以不能減少彈性變形。（3）能，當(dāng)35鋼處于塑性變形階段時(shí)，45鋼可能處在彈性或塑性變形之間，且無論處于何種階段，45鋼變形長(zhǎng)度明顯低于35鋼，所以能減少塑性變形。4．下列符號(hào)表示的力學(xué)性能指標(biāo)的名稱和含義是什么？

σb、σs、σ0.2、σ-1、δ、αk、HRC、HBS、HBW答：σb抗拉強(qiáng)度，是試樣保持最大均勻塑性的極限應(yīng)力。σs屈服強(qiáng)度，表示材料在外力作用下開始產(chǎn)生塑性變形時(shí)的最低應(yīng)力。σ0.2條件屈服強(qiáng)度，作為屈服強(qiáng)度的指標(biāo)。σ-1疲勞強(qiáng)度，材料循環(huán)次數(shù)N次后達(dá)到無窮大時(shí)仍不發(fā)生疲勞斷裂的交變應(yīng)力值。δ伸長(zhǎng)率，材料拉斷后增加的變形長(zhǎng)度與原長(zhǎng)的比率。HRC洛氏硬度，表示用金剛石圓錐為壓頭測(cè)定的硬度值。HBS布氏硬度，表示用淬硬鋼球?yàn)閴侯^測(cè)定的硬度值。HBW布氏硬度，表示用硬質(zhì)合金為壓頭測(cè)定的硬度值。7.常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各屬何種晶體結(jié)構(gòu)？

答：常見金屬晶體結(jié)構(gòu)：體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；

α－Fe、Cr、V屬于體心立方晶格；

γ－Fe、Al、Cu、Ni、Pb屬于面心立方晶格；

Mg、Zn屬于密排六方晶格；

8．什么是固溶強(qiáng)化？造成固溶強(qiáng)化的原因是什么？

答：形成固溶體使金屬強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性略有下降的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。固溶體隨著溶質(zhì)原子的溶入晶格發(fā)生畸變。晶格畸變隨溶質(zhì)原子濃度的提高而增大。晶格畸變?cè)龃笪诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使金屬的滑移變形變得更加困難，從而提高合金的強(qiáng)度和硬度。9．將20kg純銅與30kg純鎳熔化后緩慢冷卻到如圖1-80所示溫度T1，求此時(shí)：

（1）兩相的成分；（2）兩相的重量比；（3）各相的相對(duì)重量（4）各相的重量。17.確定下列鋼件的退火方法，并指出退火目的及退火后的組織：1）經(jīng)冷軋后的15鋼鋼板，要求降低硬度；答：再結(jié)晶退火。目的：使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶粒，以消除加工硬化現(xiàn)象，降低了硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度以消除加工硬化現(xiàn)象。組織：等軸晶的大量鐵素體和少量珠光體。2）ZG35的鑄造齒輪答：完全退火。經(jīng)鑄造后的齒輪存在晶粒粗大并不均勻現(xiàn)象，且存在殘余內(nèi)應(yīng)力。因此退火目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性。組織：晶粒均勻細(xì)小的鐵素體和珠光體。3）鍛造過熱后的60鋼鍛坯；答：完全退火。由于鍛造過熱后組織晶粒劇烈粗化并分布不均勻，且存在殘余內(nèi)應(yīng)力。因此退火目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性。組織：晶粒均勻細(xì)小的少量鐵素體和大量珠光體。4）具有片狀滲碳體的T12鋼坯；答：球化退火。由于T12鋼坯里的滲碳體呈片狀，因此不僅硬度高，難以切削加工，而且增大鋼的脆性，容易產(chǎn)生淬火變形及開裂。通過球化退火，使層狀滲碳體和網(wǎng)狀滲碳體變?yōu)榍驙顫B碳體，以降低硬度，均勻組織、改善切削加工性。組織：粒狀珠光體和球狀滲碳體。18.說明45鋼試樣（Φ10mm）經(jīng)下列溫度加熱、保溫并在水中冷卻得到的室溫組織：700℃，760℃，840℃，1100℃。答：700℃：因?yàn)樗鼪]有達(dá)到相變溫度，因此沒有發(fā)生相變，組織為鐵素體和珠光體。760℃：它的加熱溫度在Ac1～Ac3之間，因此組織為鐵素體、馬氏體和少量殘余奧氏體。840℃：它的加熱溫度在Ac3以上，加熱時(shí)全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，冷卻后的組織為馬氏體和少量殘余奧氏體。1100℃：因它的加熱溫度過高，加熱時(shí)奧氏體晶粒粗化，淬火后得到粗片狀馬氏體和少量殘余奧氏體。19．指出下列工件淬火及回火溫度，并說明回火后獲得的組織：

（1）45鋼小軸（要求綜合力學(xué)性能好）；（2）60鋼彈簧；（3）T12鋼銼刀。答：（1）AC3+（30-50）℃淬火，（820-840）℃回火（高溫），回火索氏體。（2）（400-600）℃淬火，（350-500）℃回火（中溫），回火托氏體。（3）（760-780）℃淬火，250℃以下回火（低溫），回火馬氏體。20．有兩種高強(qiáng)度螺栓，一種直徑為10mm，另一種直徑為30mm，都要求有較高的綜合力學(xué)性能：σb≥800MPa，αk≥600KJ/m2。試問應(yīng)選擇什么材料及熱處理工藝。答：直徑10mm螺栓：45鋼，850℃淬火+520℃水冷回火；直徑30mm螺栓：40Cr，（840-880）℃鹽浴淬火+（540-650）℃回火保溫20-30分鐘。

第二章2.灰鑄鐵流動(dòng)性好的主要原因是什么？提高金屬流動(dòng)性的主要工藝措施是什么？答：灰鑄鐵流動(dòng)性好的原因是石墨呈片狀形式存在，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，有共晶成分，熔點(diǎn)較低。提高金屬流動(dòng)性的主要工藝措施是較高的澆注溫度。4.定向凝固和同時(shí)凝固方法分別解決哪種鑄造缺陷？請(qǐng)舉例各分析幾種應(yīng)用情況。答：①定向凝固解決的缺陷：冒口補(bǔ)縮作用好，可防止縮孔和縮松，鑄件致密。同時(shí)凝固解決的缺陷：凝固期間不容易產(chǎn)生熱裂，凝固后也不易引起應(yīng)力變形，由于不用冒口或冒口很小而節(jié)省金屬，簡(jiǎn)化工藝，減少工作量。②正確布置澆注系統(tǒng)的引入位置，確定合理的澆注工藝；采用冒口；采用補(bǔ)貼；采用具有不同蓄熱系數(shù)的造型材料或冷缺。9.鑄件、模樣、零件三者在尺寸上有何區(qū)別，為什么?答：模樣是考慮收縮率后將零件尺寸按一定比例放大后所做的，相當(dāng)于我們常說的模子；然后用模樣做成鑄型，做好后將模樣取出，進(jìn)行澆注；就做出來鑄件。鑄件相當(dāng)于零件的毛坯，由于考慮到加工因素，因此鑄件的尺寸要比較零件大如果去掉澆冒口后進(jìn)行一定加工后就是零件了所以三者的尺寸關(guān)系為：模樣>鑄件>零件第三章11.能否將沖制孔徑為40＋0.16mm工件的沖孔模改制成沖制外徑為40-0.16工件的落料模？落料：

D凹＝(Dmax-x△)+δ凹

D凸＝（D凹－min)-δ凸

沖孔：

d凸＝（dmin+x△)-δ凸

d凹＝(d凸+Zmin)+δ凹

可見：

落料時(shí)凹模直徑是最小的，主要為了磨損到一定程度，沖裁件還可用；

同理，沖孔時(shí)凸模尺寸是最大的，

凸?？筛模寄２荒芨?。因?yàn)槿魧_孔模改成落料模，則d凹>D凹，間隙落在凹模上，尺寸太大。15.在成批大量生產(chǎn)外徑為40mm，內(nèi)徑為20mm，板厚為4mm，精度為IT9的墊圈時(shí)，請(qǐng)示意畫出（1）連續(xù)模，（2）復(fù)合模簡(jiǎn)圖，請(qǐng)計(jì)算凸凹模尺寸并標(biāo)在簡(jiǎn)圖上。已知：沖裁件公差為0.02mm,凹模公差為0.01mm，凸模公差為0.01mm。（按照尺寸入體原則）Dmax=40mm,dmin=20mm,Zmin=4×6%=0.24△=0.02mm,x=1,δ凹＝0.01mm,δ凸＝0.01mm落料：D凹＝（Dmax-x△）+δ凹＝(40-1×0.02)＋0.01＝39.98＋0.01mmD凸＝（D凹－Zmin)－δ凸＝（39.98-0.24)-0.01＝39.74-0.01mm沖孔：d凸=(dmin+x△)－δ凸＝（20+0.02)-0.01＝20.02-0.01mmd凹=(d凸+Zmin)+δ凹＝(20.02+0.24)＋0.01＝20.26＋0.01mm第四章2.焊接接頭的組織和性能如何?答：（1）焊縫金屬區(qū)：熔焊時(shí)，在凝固后的冷卻過程中，焊縫金屬可能產(chǎn)生硬，脆的淬硬組織甚至出現(xiàn)焊接裂紋。（2）熔合區(qū)：該區(qū)的加熱溫度在固、液相之間，由鑄態(tài)的組織和過熱組織構(gòu)成可能出現(xiàn)液硬組織，該區(qū)的化學(xué)成分和組織都很不均勻，力學(xué)性能很差，是焊接接頭中最薄弱的部位之一，常是焊接裂縫發(fā)源地。（3）熱影響區(qū)：a.過熱區(qū)：此區(qū)的溫度范圍為固相線至1100℃，寬度約1-3mm，由于溫度高，顆粒粗大，使塑性和韌性降低。b.相變重組晶區(qū)：由于金屬發(fā)生了重組晶，隨后在空氣中冷卻，因此可以得到均勻細(xì)小的正火組織。c.不完全重組晶區(qū)：由于部分金屬發(fā)生了重組晶，冷卻后可獲得細(xì)化的鐵素體和珠光體，而未重結(jié)晶的部分金屬則得到粗大的鐵素體。焊縫及熱影響的大小和組織性能變化的程度取決于焊接方法，焊接規(guī)范，接頭形式等因素。3.焊接低碳鋼時(shí)，其熱影響區(qū)的組織性能有什么變化？答：低碳鋼的Wc<0.25％，焊接性良好，焊接時(shí)，沒有淬硬，冷裂傾向，主要組織性能變化為：（1）過熱區(qū)晶粒粗大，塑性和韌性降低。（2）相變重晶區(qū)產(chǎn)生均勻細(xì)小正火組織，力學(xué)性能良好。（3）不完全重晶區(qū)有鐵素體、珠光體，力學(xué)性能不均勻。5.產(chǎn)生焊接熱裂紋和冷裂紋的原因是什么，如何減少和防止？答：熱裂紋是高溫下焊縫金屬和焊縫熱影響區(qū)中產(chǎn)生的沿晶裂紋、冷裂紋是由于材料在室溫附近溫度下脆化而形成的裂紋.熱裂紋的減少和防止:控制母材和焊材雜質(zhì)的含量。冷裂紋的減少和防止：預(yù)熱和焊裂后熱處理。1相：在金屬或合金中，凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同并與其它部分有界面分開的均勻組成部分，均稱之為相。

2合金：通過熔煉，燒結(jié)或其它方法，將一種金屬元素同一種或幾種其它元素結(jié)合在一起所形成的具有金屬特性的新物質(zhì)，稱為合金。3固溶體：合金的組元之間以不同的比例混合，混合后形成的固相的晶格結(jié)構(gòu)與組成合金的某一組元的相同，這種相稱為固溶體。

4加工硬化：隨著塑性變形的增加，金屬的強(qiáng)度、硬度迅速增加；塑性、韌性迅速下降的現(xiàn)象。

5淬火：鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上某一溫度，保溫一段時(shí)間，使之全部或部分奧氏體1化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進(jìn)行馬氏體（或貝氏體）轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。通常也將鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過程的熱處理工藝稱為淬火。6馬氏體：是一種常見的金屬材料的金相組織結(jié)構(gòu)，它由奧氏體轉(zhuǎn)變而來，特點(diǎn)是硬度高，強(qiáng)度高，比容大，沖擊韌性低。常用碳鋼的淬火，就是將材料中部分金相結(jié)構(gòu)變成馬氏體的過程7調(diào)質(zhì)處理：淬火加回火叫調(diào)質(zhì)處理，淬火時(shí)將工件加熱到臨界溫度以上，然后通過介質(zhì)迅速冷卻，回火時(shí)根據(jù)工件要求的硬度不同將工件加熱到臨界溫度以下某個(gè)溫度進(jìn)行回火8淬透性：指在規(guī)定條件下，決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性。鋼材淬透性好與差，常用淬硬層深度來表示。淬硬層深度越大，則鋼的淬透性越好。鋼的淬透性主要取決于它的化學(xué)成分，特別是含增大淬透性的合金元素及晶粒度，加熱溫度和保溫時(shí)間等因素有關(guān)。淬透性好的鋼材，可使鋼件整個(gè)截面獲得均勻一致的力學(xué)性能以及可選用鋼件淬火應(yīng)力小的淬火劑，以減少變形和開裂。1P50常用的材料硬度的測(cè)量方法有那些？其應(yīng)用范圍如何？這些測(cè)量方法的硬度值能否進(jìn)行比較？硬度分為壓痕硬度、刻劃硬度、回彈硬度。

最常用的是壓痕硬度，用規(guī)定的試驗(yàn)力將規(guī)定形狀的壓頭壓入試樣表面并保持規(guī)定的時(shí)間，通過測(cè)量壓痕的尺寸、面積或深度來確定試樣的硬度。同樣實(shí)驗(yàn)條件下，壓痕越小表示硬度越高。壓痕硬度分為洛氏硬度、布氏硬度、維氏硬度等。2實(shí)際金屬中存在哪些晶體缺陷？它們對(duì)性能有什么影響？點(diǎn)缺陷，面缺陷，線缺陷由于晶體缺陷在晶體中并不是靜止不動(dòng)的，它隨外界條件的改變進(jìn)行運(yùn)動(dòng)‘增加，發(fā)生交互作用和消失，所以它對(duì)金屬的性能，固態(tài)相變，擴(kuò)散等過程將產(chǎn)生重大影響P62．產(chǎn)生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金屬加工中有什么利弊？

答：①隨著變形的增加，晶粒逐漸被拉長(zhǎng)，直至破碎，這樣使各晶粒都破碎成細(xì)碎的亞晶粒，變形愈大，晶粒破碎的程度愈大，這樣使位錯(cuò)密度顯著增加；同時(shí)細(xì)碎的亞晶粒也隨著晶粒的拉長(zhǎng)而被拉長(zhǎng)。因此，隨著變形量的