1、機械工程材料習題答案第二章作業(yè)21常見的金屬晶體結構有哪幾種？它們的原子排列和晶格常數有什么特點？ Fe、 Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn各屬何種結構？答：常見晶體結構有3種： 體心立方： Fe、Cr、V 面心立方： Fe、Al、Cu、Ni密排六方：Mg、Zn 2-7為何單晶體具有各向異性，而多晶體在一般情況下不顯示出各向異性？答：因為單晶體內各個方向上原子排列密度不同，造成原子間結合力不同，因而表現出各向異性；而多晶體是由很多個單晶體所組成，它在各個方向上的力相互抵消平衡，因而表現各向同性。第三章作業(yè)32 如果其它條件相同，試比較在下列鑄造條件下，所得鑄件晶粒的大??；金屬模澆注

2、與砂模澆注；高溫澆注與低溫澆注；鑄成薄壁件與鑄成厚壁件；澆注時采用振動與不采用振動；厚大鑄件的表面部分與中心部分。答：晶粒大?。航饘倌沧⒌木ЯＰ?低溫澆注的晶粒小 鑄成薄壁件的晶粒小 采用振動的晶粒小 厚大鑄件表面部分的晶粒小第四章作業(yè) 44 在常溫下為什么細晶粒金屬強度高，且塑性、韌性也好？試用多晶體塑性變形的特點予以解釋。答：晶粒細小而均勻，不僅常溫下強度較高，而且塑性和韌性也較好，即強韌性好。 原因是：（1）強度高：Hall-Petch公式。晶界越多，越難滑移。（2）塑性好：晶粒越多，變形均勻而分散，減少應力集中。（3）韌性好：晶粒越細，晶界越曲折，裂紋越不易傳播。46 生產中加工長的

3、精密細杠（或軸）時，常在半精加工后，將將絲杠吊掛起來并用木錘沿全長輕擊幾遍在吊掛715天，然后再精加工。試解釋這樣做的目的及其原因？ 答：這叫時效處理一般是在工件熱處理之后進行原因用木錘輕擊是為了盡快消除工件內部應力減少成品形變應力吊起來，是細長工件的一種存放形式吊個7天，讓工件釋放應力的時間，軸越粗放的時間越長。48 鎢在1000變形加工，錫在室溫下變形加工，請說明它們是熱加工還是冷加工（鎢熔點是3410，錫熔點是232）？答：W、Sn的最低再結晶溫度分別為: TR(W) =（0.40.5)(3410+273)273 =（12001568）()1000 TR(Sn) =（0.40.5)(23

4、2+273)273 =（-71-20）() 25所以W在1000時為冷加工，Sn在室溫下為熱加工49 用下列三種方法制造齒輪，哪一種比較理想？為什么？（1）用厚鋼板切出圓餅，再加工成齒輪；（2）由粗鋼棒切下圓餅，再加工成齒輪；（3）由圓棒鍛成圓餅，再加工成齒輪。答：齒輪的材料、加工與加工工藝有一定的原則，同時也要根據實際情況具體而定，總的原則是滿足使用要求；加工便當；性價比最佳。對齒輪而言，要看是干什么用的齒輪，對于精度要求不高的，使用頻率不高，強度也沒什么要求的，方法1、2都可以，用方法3反倒是畫蛇添足了。對于精密傳動齒輪和高速運轉齒輪及對強度和可靠性要求高的齒輪，方法3就是合理的。經過鍛造

5、的齒坯，金屬內部晶粒更加細化，內應力均勻，材料的雜質更少，相對材料的強度也有所提高，經過鍛造的毛坯加工的齒輪精度穩(wěn)定，強度更好。410 用一冷拔鋼絲繩吊裝一大型工件入爐，并隨工件一起加熱到1000，保溫后再次吊裝工件時鋼絲繩發(fā)生斷裂，試分析原因？答：由于冷拔鋼絲在生產過程中受到擠壓作用產生了加工硬化使鋼絲本身具有一定的強度和硬度，那么再吊重物時才有足夠的強度，當將鋼絲繩和工件放置在1000爐內進行加熱和保溫后，等于對鋼絲繩進行了回復和再結晶處理，所以使鋼絲繩的性能大大下降，所以再吊重物時發(fā)生斷裂。411 在室溫下對鉛板進行彎折，越彎越硬，而稍隔一段時間再行彎折，鉛板又像最初一樣柔軟這是什么原因

6、？答：鉛板在室溫下的加工屬于熱加工，加工硬化的同時伴隨回復和再結晶過程。越彎越硬是由于位錯大量增加而引起的加工硬化造成，而過一段時間又會變軟是因為室溫對于鉛已經是再結晶溫度以上，所以伴隨著回復和再結晶過程，等軸的沒有變形晶粒取代了變形晶粒，硬度和塑性又恢復到了未變形之前。第五章作業(yè)53 一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體、共析滲碳體異同？答：一次滲碳體：由液相中直接析出來的滲碳體稱為一次滲碳體。二次滲碳體：從A中析出的滲碳體稱為二次滲碳體。三次滲碳體：從F中析出的滲碳體稱為三次滲碳體共晶滲碳體：經共晶反應生成的滲碳體即萊氏體中的滲碳體稱為共晶滲碳體共析滲碳體：經共析反應生成的滲碳體

7、即珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳體 組織形狀不同，對基體的影響不同。共同點 同屬于一個相，晶體結構相同，化學成分相同。56 現有形狀、尺寸完全相同的四塊平衡狀態(tài)的鐵碳合金，它們的碳含量分別為Wc=0.2%，Wc=0.4%，Wc=1.2，Wc=3.5%的合金。根據你所學的知識，可有哪些方法區(qū)別它們？答：測量四塊合金的硬度，其硬度隨含碳量增加而升高。 觀察四塊合金的金相，0.2%和0.4%的合金均為亞共析鋼，其組織為珠光體+鐵素體，珠光體的量隨含碳量增加而增加；1.2%的合金為過共析鋼，其組織為珠光體+二次滲碳體；3.5%的合金為亞共晶白口鐵，其組織為珠光體+二次滲碳體+低溫萊氏體。 觀察四塊合金與

8、砂輪磨出的火花，隨著含碳量的增加，流線數量和爆花數量都急劇增多，碳含量超過0.8%以后，增多的趨勢逐漸緩和。57 根據鐵碳相圖解釋下列現象 ：1)含碳量1.0%的鋼比含碳量0.5%的鋼硬度高；2)在室溫平衡狀態(tài)下，含碳量為0.8%的鋼比含碳量為1.2%的鋼強度高；3)室溫下萊氏體比珠光體塑性差；答：1) 含碳量1.0%的鋼比含碳量0.5%的鋼硬度高； 鋼由較軟的鐵素體和較硬的滲碳體組成，隨著含碳量的提高，鋼中滲碳體的量提高，因此硬度提高。 2) 在室溫平衡狀態(tài)下，含碳量為0.8%的鋼比含碳量為1.2%的鋼強度高； 鋼的強度是典型的對組織敏感的性能指標，細密相間的兩相組織珠光體具有較高的強度，因

9、此提高珠光體的比例可改善鋼的強度，而連續(xù)分布在原奧氏體晶界上的二次滲碳體將降低鋼的強度。0.8%的鋼中珠光體的比例高于1.2%的鋼，同時1.2%的鋼含有更多的二次滲碳體，故0.8%的鋼比1.2%的鋼強度高。 3)室溫下萊氏體比珠光體塑性差； 室溫下萊氏體Fe3C+P，即珠光體分布滲碳體相的基底上，而滲碳體基底的脆性極大，萊氏體表現為脆性的，幾乎不能塑性變形。第六章作業(yè)61解釋下列名詞：1）奧氏體的起始晶粒度、實際晶粒度、本質晶粒度；答：（1）起始晶粒度：是指在臨界溫度以上，奧氏體形成剛剛完成，其晶粒邊界剛剛接觸時的晶粒大小。（2）實際晶粒度：是指在某一具體的熱處理加熱條件下所得到的晶粒尺寸。（

10、3）本質晶粒度：根據標準試驗方法，在93010保溫足夠時間（3-8小時）后測定的鋼中晶粒的大小。2）珠光體、索氏體、屈氏體、貝氏體、馬氏體；答：珠光體：鐵素體和滲碳體的機械混合物。索氏體：在650600溫度范圍內形成層片較細的珠光體。屈氏體：在600550溫度范圍內形成片層極細的珠光體。貝氏體：過飽和的鐵素體和滲碳體組成的混合物。馬氏體：碳在-Fe中的過飽和固溶體。3）過冷奧氏體、奧氏體、殘余奧氏體；答：奧氏體: 碳在中形成的間隙固溶體.過冷奧氏體: 處于臨界點以下的不穩(wěn)定的將要發(fā)生分解的奧氏體稱為過冷奧氏體。殘余奧氏體：M轉變結束后剩余的奧氏體。4）淬火、回火、退火、正火、冷處理、時效處理（

11、尺寸穩(wěn)定處理）；答：退火：將工件加熱到臨界點以上或在臨界點以下某一溫度保溫一定時間后，以十分緩慢的冷卻速度（爐冷、坑冷、灰冷）進行冷卻的一種操作。 正火：將工件加熱到Ac3或Accm以上3080，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻。 淬火：將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上3050，保溫一定時間，然后快速冷卻（一般為油冷或水冷），從而得馬氏體的一種操作。 回火：將淬火鋼重新加熱到A1點以下的某一溫度，保溫一定時間后，冷卻到室溫的一種操作。 冷處理：把冷到室溫的淬火鋼繼續(xù)放到深冷劑中冷卻，以減少殘余奧氏體的操作。 時效處理：為使二次淬火層的組織穩(wěn)定，在110150經過636小時的人工時效處理，以使組織穩(wěn)定

12、。5）淬火臨界冷卻速度（Vk），淬透性,淬硬性；答：淬火臨界冷卻速度（Vk）：淬火時獲得全部馬氏體組織的最小冷卻速度。淬透性：鋼在淬火后獲得淬硬層深度大小的能力。淬硬性：鋼在淬火后獲得馬氏體的最高硬度。6）再結晶、重結晶； 答：再結晶：金屬材料加熱到較高的溫度時，原子具有較大的活動能力，使晶粒的外形開始變化。從破碎拉長的晶粒變成新的等軸晶粒。和變形前的晶粒形狀相似，晶格類型相同，把這一階段稱為“再結晶”。 重結晶：由于溫度變化，引起晶體重新形核、長大，發(fā)生晶體結構的改變，稱為重結晶。7）調質處理、變質處理。答：調質處理：淬火后的高溫回火。變質處理：在液態(tài)金屬結晶前，特意加入某些難熔固態(tài)顆粒，造

13、成大量可以成為非自發(fā)晶核的固態(tài)質點，使結晶時的晶核數目大大增加，從而提高了形核率，細化晶粒。6-2 如下圖所示，T12鋼加熱到Ac1以上，用圖示的各種方法冷卻，分析各自得到的組織。答: a 水中淬火 MFe3Cb 分級淬火 MFe3Cc 油中淬火 MTFe3Cd 等溫淬火 B下Fe3Ce 正火 SFe3Cf 完全退火 PFe3Cg 等溫退火 PFe3C6-4 將同一棒料上切割下來的4快45鋼試樣，同時加熱到850，然后分別在水、油、爐、空氣中冷卻，說明：各是何種熱處理工藝？各獲得什么組織？排列一下硬度的大小順序。答：(1) 水冷：淬火 M(2) 油冷：淬火 M+T(3) 爐冷：退火 P+F(4

14、) 空冷：正火 S+F硬度順序：(1)(2) (4) (3)6-5 殘留奧氏體對鋼淬火后的性能有何影響？用什么方法可以減少殘留奧氏體的數量？答: 殘留奧氏體不僅降低了淬火鋼的硬度和耐磨性，而且在工件的長期使用過程中，殘留奧氏體還會發(fā)生轉變，使工件形狀尺寸變化，降低工件尺寸精度。 用“冷處理”可以減少殘留奧氏體的數量。67 甲，乙兩廠生產同一批零件，材料均選45鋼，硬度要求為2202250HBW。甲廠采用正火，乙廠采用調質，都達到硬度要求。試分析甲，乙兩廠產品的組織和性能的差別。答：甲廠采用正火：獲得細珠光體，正火消除中碳鋼經熱加工后產生的組織缺陷，塑性基本不降低。乙廠采用調質：獲得回火索氏體，

15、強度、硬度、耐磨性降低。大幅度提高了塑性、韌性，得到較好的綜合力學性能的鋼。6-9 倉庫中有45鋼、38CrMoAlA鋼和20CrMnTi鋼，它們都可以用來制造齒輪，為了滿足齒輪的使用要求，問各應進行何種熱處理？并比較它們經熱處理后在組織和性能上的不同。答: (1) 45鋼：先調質，感應加熱表面淬火低溫回火 組織：表層M回,心部S回 (2) 38CrMoAlA：先調質，后氮化 組織：表層氮化組織，心部S回 (3) 20CrMnTi：滲碳，淬火低溫回火 組織： M回少量AR ,心部FP6-10 某一用45鋼制造的零件，其加工路線如下：備料鍛造正火粗機械加工調質精機械加工高頻感應加熱淬火低溫回火磨

16、削，請說明各熱處理工序的目的及熱處理后的組織。答：正火目的:消除鍛造應力,改善切削加工性,同時均勻組織,細化晶粒,為后續(xù)熱處理作組織準備。組織: 晶粒均勻細小的F和S。調質目的:提高塑性、韌性,使零件獲得較好的綜合力學性能。組織: S回。高頻感應加熱淬火目的:提高工件表面的硬度和耐磨性,而心部仍保持良好的塑性和韌性。低溫回火目的:降低內應力和脆性。表層組織: M回，心部組織：S回。第七章作業(yè)78 試比較T9、9SiCr、W6Mo5Cr4V2作為切削刀具材料的熱處理、力學性能特點及適用范圍，并由此得出一般性結論。答：T9的熱處理：淬火低溫回火。力學性能：硬度高，韌性中等，無熱硬性，綜合力學性能欠佳。適用范圍：用