工程材料及成型技术习题及答案

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习题一 工程材料的性能

1、由拉伸试验可得出哪些力学性能指标?在工程上这些指标是如何定义的？ 2、说明σs，σb，δ，ψ，E、G、σ-1，αk符号的意义和单位？ 3、在测定强度上σs和σ0.2有什么不同?

4、在设计机械零件时常用哪两种强度指标？为什么?

5、在何种服役条件下，屈服强度、抗拉强度、疲劳强度是设计中最有用的数据？

6、设计刚度好的零件，应根据何种指标选择材料?采用何种材料为宜？材料的E越大，其塑性越差，这种说法是否正确? 为什么？

7、 材料的弹性模量E的工程含义是什么？它和零件的刚度有何关系？ 8、 什么是弹性模量E？金属弹性模量的大小主要取决什么因素？ 9、 金属材料刚度与金属机件刚度两者含义有何不同？

10、试区别材料刚度与弹性的概念，一个弹簧由于刚度不足或弹性差产生的失效现象有何不同？如何防治二者造成的失效？

11、有一低碳钢拉伸试件，d0=10.0mm，L0=50mm，拉伸实验时测得Fs=20.5kN，Fb=31.5kN，d1=6.25mm，L1=66mm，试确定此钢材的σs，σb，δ，ψ。

12、拉伸试件的原标距长度为50mm，直径为10.0mm，拉断后对接试样的标距长度为79mm，缩颈区的最小直径为4.9mm，求其δ，ψ。这两个指标，哪个表征材料的塑性更准确？塑性指标在工程上有哪些实际意义？

13、一根直径为2.5mm的3m长钢丝受载荷4900N后，有多大变形？（钢丝的弹性模量为 205000MN/m2）

14、标距不同的伸长率能否进行比较？为什么？

15、现有标准圆形长、短试件各一根，原始直径d0=10mm，经拉伸试验，测得其延伸率δ5 和δ

10

均为25%，求两试件拉断时的标距长度？这两个试件中那一个塑性较好？为什么？

16、常用的硬度试验方法有几种？其应用范围如何?这些方法测出的硬度值能否进行比较？ 17、甲乙丙丁四种材料的硬度分别是45HRC，90HRB，800HV，240HBS，试比较这四种材料硬 度的高低。

18、下列各种工件应采取何种硬度试验方法来测定其硬度？（写出硬度符号）

锉刀、黄铜轴套、供应状态的各种非合金钢钢材、硬质合金刀片、耐磨工件的表面硬化层、

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调质态的机床主轴、铸铁机床床身、铝合金半成品

19、在什么条件下应用布氏硬度比洛氏硬度试验好？布氏硬度试验有何局限？

20、当某一材料的断裂韧度KIC=62Mpa.m1/2，材料中裂纹的长度2a=5.7mm时，要使裂纹失稳扩展而导致断裂，需要多大的应力？（设Y=√π）

21、反映材料受冲击载荷的性能指标是什么?不同条件下测得的这种指标能否进行比较？怎 样应用这种性能指标？

22、Αk与KIC的概念有何不同？

23、疲劳破坏是怎样形成的？提高疲劳寿命的方法有哪些?为什么表面粗糙和零件尺寸增大 能使材料的疲劳强度值减小？

24、同样材料同样大小的试样，一个表面光滑，一个表面有裂纹，那个疲劳强度高？为何？ 25、零件使用中所承受的交变应力是否一定要低于疲劳极限？有无零件的交变应力高于疲 劳极限的情况？

26、工程材料有哪些物理性能和化学性能？ 27、什么是材料的工艺性能？

习题二 金属与合金晶体结构和相图

1、 计算面心立方晶格的致密度。

2、 铁的原子半径为0.124nm，试计算体心立方和面心立方的晶格常数。

3、 已知Ｃｕ的原子直径为2.56Ａ，求Ｃｕ的晶格常数，并计算1mm３Ｃｕ中的原子数。 4、 填空题：

（1）晶体与非晶体结构上的最根本的区别是（ ）。 （2）γ-Fe的一个晶胞内的原子数为（ ）。

（3）结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，它们是（ ）和（ ）。 5、选择题

（1）晶体中的位错属于 a. 体缺陷 b.面缺陷 c.线缺陷

（2）金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将 a. 越高 b.越低 c.越接近理论结晶温度 （3）为了细化晶粒，可采取的措施是

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a. 快速浇注 b.加变质剂 c.以砂型代替金属型

6、 什么是过冷度？过冷度与冷速有何关系？过冷度对金属结晶后晶粒大小有何影响？ 7、 液态金属发生结晶的必要条件是什么？

8、 晶粒大小对力学性能有何影响？为什么？简述在凝固阶段细化晶粒的途径？ 9、 为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？ 10、如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下，铸件晶粒大小： （1）金属模浇注与砂模浇注 （2）铸成薄件与铸成厚件

（3）浇注时采用震动和不采用震动

11、什么是固溶体？固溶体有何晶格特性和性能特点？何谓固溶强化？ 12、试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别。 13、什么是金属化合物？金属化合物有何晶格特征和性能特点？何谓弥散强化？ 14、判断下列情况是否有相变：液态金属结晶，同素异晶转变

15、已知Ａ熔点600℃与Ｂ熔点500℃在液态无限互溶；在固态300℃时Ａ溶于Ｂ的最大溶解度为30%，室温时为10%，但Ｂ不溶于Ａ，在300℃时，含40%Ｂ的液态合金发生共晶反应，求：

（１）作出Ａ－Ｂ合金相图

（２）分析20%Ａ，45%Ａ和80%Ａ等合金的结晶过程，并确定室温下的组织组成物和相组成物的相对量。

16、一个二元共晶反应如下：Ｌ（75%）＝α（15%）＋β（95%） （１）含50%Ｂ的合金完全凝固时：

（ａ）初晶α与共晶（α＋β）的重量百分数 （ｂ）α相和β相的重量百分数

（ｃ）共晶体中α相和β相的重量百分数

（２）若显微组织中测出β初晶与（α＋β）共晶各占一半，求该合金成分

17、有形状、尺寸相同的两个Ｃｕ－Ｎｉ合金铸件，一个含９０％Ｎｉ，一个含５０％Ｎｉ，铸造后自然冷却，问哪个铸件的偏析比较严重。

18、现有A、B两组元，其熔点B＞A，组成二元匀晶相图，试分析以下说法是否正确？

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（1）A、B两组元的晶格类型可以不同，但原子大小一定要相等

（2）其中任一合金K，在结晶过程中由于固相成分沿固相线变化，故结晶出来的固溶体中的含B量始终高于原液相中的含B量。

（3）固溶体合金按匀晶相图平衡结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分都不相同，所以固溶体的成分是不均匀的。

19、何谓同素异晶转变？试画出纯铁的结晶冷却曲线和晶体结构变化图？

20、默画铁碳相图，并标注其关键点、线的成分和温度，标注各相区的相组成和组织组成物。写出共晶和共析反应式，并指出共晶和共析的异同点。

21、何谓碳素钢？何谓白口铁？两者的成分、组织和性能有何差别？

22、为何铸造合金常选用接近共晶成分的合金？为何要进行压力加工的合金常选用单相固溶体合金？

23、比较下列名词的异同：

（１）α-Fe，α相与铁素体，γ-Fe，γ相与奥氏体； （２）Fe３CⅠ，Fe３CⅡ，Fe３CⅢ，Fe３C共晶，Fe３C共析 （3）相成分与组织组分，高温萊氏体和变态萊氏体

24、默画出铁碳相图。填出各区域的相组分和组织组分。分析碳的质量分数分别为0.4%，0.77%，1.2%的结晶过程。指出这三种钢在1400℃、1100℃和800℃时奥氏体中的碳的质量分数。

25、说明含碳量分别为3.2%，4.3%和4.7%的铁碳合金的结晶过程和室温组织。

26、设珠光体的硬度为200HBS，伸张率δ＝20%，铁素体硬度80HBS，伸张率δ＝50%，计算Ｗc＝0.45%碳钢的延伸率与硬度。 27、依据铁碳相图，解释下列现象：

（1）在室温下，Ｗc＝0.8%的碳钢比Ｗc＝0.4%的碳钢硬度高，比Ｗc＝1.2%的碳钢强度高。 （2）钢铆钉一般用低碳钢制造

（3）绑扎物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物时都用钢丝绳（用60，65钢制造）

（4）在1000℃时，Ｗc＝0.4%的钢能进行锻造，而Ｗc＝4.0%的铸铁不能锻造。 （5）钳工锯削T8，T10，T12等退火钢料比锯削10，20钢费力，且锯条易磨钝。

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（6）钢适合压力加工成形，而铸铁适合铸造成形。 （7）变态莱氏体的塑性比珠光体差 28、依据铁碳相图计算，

（1）室温下，含碳0.6%的钢中珠光体和铁素体各占多少？ （2）室温下，含碳1.2%的钢中珠光体和二次渗碳体各占多少？ （3）铁碳合金中，二次渗碳体和三次渗碳体的最大百分含量？

（4）用杠杆定理计算珠光体、莱氏体在其共析温度、共晶温度时相组成物的相对量。 29、某工厂仓库有许多碳钢钢材（退火态），由于钢材混杂，不知道化学成分，现将其中一根，经金相分析，发现其组织为珠光体+铁素体，其中铁素体占80%，问此钢含碳量大约为多少？

30、对某退火碳素钢进行金相分析，其组织的相组成物为铁素体+渗碳体（粒状），其中渗碳体占18%，问此钢含碳量大约是多少？

31、对某退火碳素钢进行金相分析，其组织的相组成物为铁素体+渗碳体（网状），其中珠光体占93%，问此钢含碳量大约是多少？

32、现有两种铁碳合金，其中一种合金的显微组织中珠光体量占75%，铁素体量占25%，另一种合金显微组织中珠光体占92%，二次渗碳体量占8%，求出两类合金中碳的含量。 33、同样形状和大小的两块铁碳合金，其中一块是低碳钢，一块是白口铸铁，用什么简单的方法可迅速将它们区分开来？

34、在平衡条件下，45、T8、T12钢的硬度、塑性和强度孰大孰小？ 35、铸钢和铸铁的含碳量一般在什么范围？它们在应用上有何区别？ 36、判断题

（1）铁素体的本质是碳在α-Fe中的间隙相。（ ） （2）20钢比T12钢的碳质量分数高。（ ）

（3）发生共析反应的铁碳合金，其含碳量必须是0.77%。 37、填空题

（1）珠光体的本质是（ ）。

（2）在铁碳合金室温平衡组织中，含Ｆｅ３ＣⅡ最多的合金成分点为（ ），含低温莱氏体最多的合金成分点（ ）。

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8、填空题

（1）20是（ ）钢，可制造（ ）。

（2）T12是（ ）钢，可制造（ ）。 （3）16Mn是（ ）钢，可制造（ ）。 （4）40Cr是（ ）钢，可制造（ ）。

（5）20CrMnTi是（ ）钢，Cr、Mn的主要作用是（ ），Ti的主要作用是（ ），热处理工艺是（ ）。

（6）9SiCr是（ ）钢，可制造（ ）。 （7）5CrMnMo是（ ）钢，可制造（ ）。 （8）Cr12MoV是（ ）钢，可制造（ ）。 （9）60Si2Mn是（ ）钢，可制造（ ）。 （10）1Cr13是（ ）钢，可制造（ ）。 （11）钢中的（ ）引起热脆，（ ）引起冷脆。 9、判断题

（1）T8钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。 （2）T8钢与20MnVB相比，淬硬性和淬透性都较低。 （3）调质钢的合金化主要考虑提高其红硬性。 （4）A型不锈钢可采用加工硬化提高强度。 （5）高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成型。 （6）A不锈钢的热处理工艺是淬火后低温回火处理。 10、为什么合金钢的淬透性要比碳钢好？

11、何谓合金渗碳钢？为何渗碳钢的含碳量都较低？合金渗碳钢常用的合金元素有哪些及其主要作用？为何渗碳后要进行淬火和低温回火？

12、何谓合金调质钢？为何调质钢的含碳量中碳？合金调质钢常用的合金元素有哪些及其主要作用？其热处理工艺特点？

13、对比分析GCr15和20GrMnTi中各元素的作用，并说明20CrMnTi的热处理特点。 14、试分析40和40Cr在奥氏体化加热过程中的区别？ 15、镍铬调质钢的突出优点是什么?有何主要缺点，如何克服？

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16、在40Mn2V、55Si2Mn钢中，Si、Mn、V的作用是什么？

17、钢中加入Ti、V、Zr等元素能否提高钢的淬透性？加入这些元素的目的何在？ 18、何谓钢的回火稳定性？哪些元素能提高钢的回火稳定性？ 19、钢中合金元素的强化效果是否主要依靠固溶强化达到？为什么？ 20、为什么说得到马氏体一般是钢中最经济而又最有效的强化方法？

21、．指出下列合金钢的类别，用途，含碳量和合金元素的作用，热处理特点： 16Mn、20CrMnTi 38CrMoAl、40Cr，60Si2Mn，9SiCr，GCr15，W18Cr4V， Cr12MoV，5CrMnMo、CrWMn，3Cr2W8V、3Cr13、1Cr18Ni9Ti

22、为什么常用弹簧钢在淬火后一般要进行中温回火？一般在什么温度范围回火？回火后硬度大致是多少？弹簧的表面质量对寿命有何影响？为了提高弹簧使用寿命应采取何种措施？

23、为什么滚动轴承钢的含碳量均为高碳？滚动轴承钢中常含哪些合金元素？它们在滚动轴承钢中起何作用？为什么含Cr量要限制在一定范围内？为了使滚动轴承钢获得高硬度、高耐磨性和高疲劳强度以及足够的韧性应对材质提出什么要求？GCr15钢制造精密零件应如何选定热处理工艺？

24、在20Cr、40Cr、GCr9、50CrV等钢中，Cr的质量分数均小于1.5%，问Cr在这些钢中存在的形式、钢的性能、热处理及用途上是否相同？为什么？

25、一般刃具钢要求什么性能？T8、T10、T12A钢号表示什么意思？为什么碳素工具钢只能用于制造刃部受热程度较低或低速及小走刀量的机用刃具？ 26、试比较分析T9碳素工具钢与9SiCr合金工具钢： （1）为什么9SiCr钢热处理温度比T9高？

（2）为什么T9制造的刀具刃部受热至200——250℃其硬度和耐磨性迅速下降，以至于失效，而9SiCr钢刀具刃部在230——250℃条件下工作，硬度仍不低于HRC60，且耐磨性能良好，尚可维持正常工作？

（3）为什么9SiCr钢比较适合制造要求变形小的、硬度较高的（HRC60-63）、耐磨性能良好的圆板牙等薄刃刀具？9SiCr钢制圆板牙如何进行热处理？试对其热处理工艺进行分析。 27、用9SiCr制成圆板牙，其工艺路线是：锻造——球化退火——机械加工——淬火+低温回火——磨平面——开槽开口。试分析：

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（1）球化退火、淬火及回火的目的 （2）球化退火、淬火及回火的大致工艺

28、W18Cr4V钢的AC1约为820℃，若以一般工具钢AC1+30—50℃常规方法来确定其淬火温度，在最终热处理后能否达到高速切削刃具要求的性能？为什么？

W18Cr4V钢刀具在正常淬火后都要进行三次回火，又是为什么？高速钢的560℃回火是否为调质处理？为什么？

29、分析比较W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2两种高速钢的优缺点，指出其主要用途，并说明： （1）各合金元素的平均含量及其主要作用

（2）为什么W6Mo5Cr4V2的热硬性比W18Cr4V稍低？ 30、W18Cr4V钢制造的铣刀的工艺路线如下：

下料——锻造——退火——机加工——最终热处理——喷砂——磨加工——产品，试分析： （1）指出合金元素W、Cr、V在钢中的主要作用 （2）为何下料后必须锻造 （3）锻后为何必须退火

（4）淬火+回火工艺的特点？（画工艺图说明） （5）写出最终组织

31、何谓热硬性（红硬性）？钢的热硬性和“二次硬化”有何关系？W18Cr4V的二次硬化产生在哪个回火温度范围？

32、冷冲模具钢所要求的性能与一般刃具有何差别？为什么尺寸较大的、重载的、要求耐磨和低变形的冷冲模具钢不宜采用9SiCr、9Mn2V等一般低合金工具钢制造，而常用Cr12MoV钢制造？其淬火、回火温度如何选定？有时发现崩刃而失效，估计是何原因？

33、为什么量具在保存和使用过程中尺寸会发生变化？采取什么措施可使量具尺寸得到长期稳定？试举例说明。

34、常见的不锈钢有哪几种？其用途如何？为什么不锈钢中含铬量都超过12%？含铬量超过12%的Cr12MoV是否属于不锈钢？为什么？不锈钢是否在任何介质中都不锈？下列用品常用何种不锈钢制造？说明其热处理的主要目的及工艺方法：

（1）外科手术刀 （2）汽轮机叶片 （3）硝酸槽 （4）牙科用口腔丝

35、与Cr13型不锈钢比较，奥氏体型不锈钢有何特性？18-8型奥氏体不锈钢中各元素起什

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么作用？为了提高抗蚀性能可采取何种工艺方法？

36、哪些工件和用品要求具有高的抗氧化性？常见的抗氧化钢有哪几种？其用途如何？合金元素在抗氧化钢中的作用？

37、将1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢用作奥氏体热强钢时，应采用何种热处理？为什么？热处理后，它的高温性能如何？用途如何？

38、指出下列特殊性能钢的类别、用途、碳和合金元素的作用及热处理特点 （1）3Cr13 （2）0Cr18Ni9 （3）1Cr11MoV （4）12CrMoV （5）1Cr18Ni9Ti （6）ZGMn13

39、何谓固溶处理，奥氏体不锈钢为何要固溶处理。

40、硬质合金有何特点？指出下列硬质合金的类别、成分与用途： （1）YG8 （2）YT15 （3）YG3X

41、与高速钢相比，硬质合金有何优缺点？与高速钢相比和金属陶瓷相比，钢结硬质合金有何优点？

42、拖拉机的变速齿轮，材料为20CrMnTi，要求齿面硬度58-64HRC，分析说明采用什么热处理工艺才能达到要求？

43、今有一种Φ10mm的杆类零件，受中等交变载荷载荷作用，要求零件沿截面性能均匀一致，供选材料有16Mn、45钢、40Cr和T12。要求： （1）选择合适的材料 （2）编制简明工艺路线

（3）说明各热处理工序的主要作用 （4）指出最终组织。

44、有一块凹模，材料为Cr12MoV钢。因材料库下料时搞错了，下成T12A。试分析 （1）如果按照Cr12MoV钢进行预先热处理和最终热处理，凹模会产生哪些缺陷？ （2）如果预先热处理按照Cr12MoV钢进行，而最终热处理的淬火按照T12进行，又会产生哪些缺陷？

45、为下列工件选择合适的材料和热处理方法：

工件：发动机连杆螺栓、发动机排气门弹簧、镗床镗杆、自行车车架、车辆缓冲弹簧、车床未座顶尖、机用大钻头、螺丝刀、车床丝杠螺母、高速粗车铸铁的车刀、普通机床地脚螺栓

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材料：38CrMoAlA、40Cr、45、Q235、50CrVA、T7、T10、Q295、W18Cr4V、60Si2Mn

习题五 铸铁

1、 白口铸铁、灰口铸铁和钢，这三者的成分、组织和性能有何差别？ 2、 化学成分和冷却速度对铸铁石墨化和基体组织有何影响？ 3、 试述石墨形态对铸铁性能的影响。

4、 说明石墨化的三个阶段，第三阶段石墨化对铸铁组织的影响如何？ 5、 依据石墨形态，铸铁一般分几类？各类大致的用途？ 6、 什么是铸铁，与碳钢相比有何优缺点？其主要原因是什么？ 7、 什么叫灰口铸铁的孕育处理？其目的是什么？ 8、 球墨铸铁是如何获得的？ 9、 下列说法是否正确：

（1） 石墨化过程的第一阶段最不易进行。 （2） 石墨化的第三阶段最容易进行。

（3） 采用球化退火可以使普通灰口铸铁变为球墨铸铁。 （4） 可锻铸铁在高温时，是可以进行锻造加工的。 （5） 白口铸铁由于硬度高较高，可作切削工具使用。

（6） 灰口铸铁经过热处理，改变了基体组织和石墨形态，从而提高了性能。 （7） 灰铸铁不能整体淬火。

（8） 球墨铸铁可以通过调质处理和等温淬火工艺提高其机械性能。 10、为什么一般机器的支架、机床床身常用灰口铸铁制造？

11、有一铸件壁厚为15——30mm的零件，要求抗弯强度350Mpa，应选用何种牌号的灰口铸铁制造为宜？

12、生产中出现下列不正常现象，应采取什么有效措施予以防止或改善？

（1） （2）

灰口铸铁磨床床身铸造后切削，在切削后发生不允许变形 灰口铸铁薄壁处出现白口组织，造成切削加工困难。

13、为什么可锻化退火前要求铸铁的原始组织全部为百口组织？可采取何种措施加以保

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证？与灰口铸铁相比较，可锻铸铁有何优点？可锻铸铁可否锻造？

14、与灰口铸铁、可锻铸铁相比，为什么球墨铸铁的机械性能较高？高强度球铁如何获得？ 举例说明目前有哪些工件已成功地用球墨铸铁代替钢或可锻铸铁制造。 15、指出下列铸铁的类别、用途及性能的主要指标

（1） （2） （3）

HT150-330、HT250-470、HT400-680 KT350-100、KTZ70-2

QT420-10、QT800-20、QT120-1

16、举例说明热处理在灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁等铸件生产中的实际应用及效果。 17、灰口铸铁和球墨铸铁可分别进行哪些热处理？ 18、灰口铸铁的石墨化不完全可采用什么办法补救？ 19、下列工件宜选择何种特殊铸铁制造？

（1）磨床导轨 （2）1000—1100℃加热炉底板 （3）硝酸盛贮器 20、填空题

（1）灰口铸铁中C主要以（ ）形式存在，可制造（ ）。 （2）可锻铸铁中G的形态为（ ），可制造（ ）。 （3）球墨铸铁中G的形态为（ ），可制造（ ）。 （4）蠕墨铸铁中G的形态为（ ），可制造（ ）。 （5）影响石墨化的主要因素是（ ）和（ ）。

（6）球墨铸铁的强度、塑韧性均较普通灰口铸铁高，是因为（ ）。 （7）HT200牌号中HT表示（ ），200表示（ ）。 （8）生产球墨铸铁选用（ ）作球化剂。

习题六 非铁金属材料与硬质合金

1、 试从机理、组织与性能变化上对铝合金淬火和时效处理与钢的淬火回火处理进行比较。 2、 不同铝合金可通过哪些途径达到强化的目的？

3、 怎样的合金才能进行时效强化？黄铜能否进行时效强化？一般采用何种强化方式？ 4、 如何提高纯铜导线的强度？

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5、 一批紫铜在退火后一碰就脆断，试分析其原因。

6、 何谓硅铝明？它属于哪一类合金？为什么硅铝明具有良好的铸造性能？在变质处理前 后其组织和性能有何变化？

7、 简述铝合金的变质处理和灰铸铁的孕育处理有何异同之处。

8、 简述固溶强化、弥散强化、时效强化产生的原因及它们的区别。钢的强化方法与铝合金 的强化方法有何不同？

9、 试述下列零件进行时效处理的作用：

（a）性状复杂的大型铸件在500-600℃进行时效处理。 （b）铝合金淬火后在140℃进行时效处理。

（c）GCr15钢制造的高精度丝杠在150℃进行时效处理。 10、如果铝合金的晶粒粗大，能否重新加热细化？

11、指出下列代号、牌号合金的类别、主要合金元素及主要性能特征：

LF21、LC6、LY4、LD5、ZL102、YG15、ZQSn10-1、H68、H59、ZCuZn16Si4， QBe2，HPb59-1，ZSnSb11Cu6、TA7

12、黄铜属于什么合金？简单黄铜和复杂黄铜的牌号如何表示？试举例说明。为什么含锌较多的黄铜，经冷加工后不适宜在潮湿的大气、海水及在含氨的情况下使用？用什么方法改善其抗蚀性？

13、铜合金分几类？指出每类铜合金的主要用途？单相黄铜和双相黄铜哪个强度高？ 14、锡青铜属于什么合金？为什么工业用锡青铜的含锡量大多不超过14%？ 15、黄铜属于什么合金？为什么工业用黄铜的含锌量大多不超过45%？

16、轴瓦材料必须具有什么特性？对轴承合金的组织有什么要求？巴氏合金有几类？举例说明常用巴氏合金的成分、性能和用途。

17、硬质合金在组成、性能和制造工艺方面有何特点？ 18、钛合金的特性、分类及各类钛合金的大致用途。 19、判断题：

（1）铝合金人工时效比自然时效所获得的硬度高，且效率也高，因此多数情况下采用人工时效。

（2）铝合金的热处理强化工艺通常由固溶处理和时效两个阶段组成。

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（3）紫铜是一种耐蚀性极好的铜合金结构材料。

习题七 非金属材料与新型材料

1、 解释下列名词： （1） 单体 链节、聚合度 （2） 加聚反应 缩聚反应

（3） 线型高聚物 支链型高聚物 体型高聚物 （4） 玻璃态 高弹态 粘流态 （5） 热固性塑料 热塑性塑料 （6） 大分子链的构象

2、 什么是高聚物的结晶度？其大小对高聚物的性能有何影响？ 3、 假设聚乙烯的聚合度n=100000，求： （1） 聚乙烯的分子量

（2） 一个分子伸长后的近似链长（取C-C距离为0.154×１０

Ｈ＝１）

4、 线型无定型高聚物在不同温度下受相同压力所产生的变形有何特征？

5、 有一聚丙烯绳（0.38Kg/m），如果该聚合物的聚合度为ｎ＝5000，计算３ｍ长的绳子所含

聚丙烯的链数。

6、 什么是高聚物的蠕变、应力松弛和老化？

7、 工程塑料、橡胶与金属相比在性能和应用上有哪些主要区别？ 8、 工程塑料最好选用下列哪类高聚物？

Tg=-50℃的高聚物， Tg=50℃的高聚物， Tg=101℃的高聚物 ９、塑料制品有哪些成型方法？它们各自的应用范围如何？

１0、试比较ＡＢＳ、尼龙、聚甲醛和聚碳酸酯的性能，并指出它们的应用场合及特点。 ６、橡胶的使用状态是什么？塑料的使用状态是什么？对这两种材料，玻璃化温度是高还是低好？影响高分子材料玻璃化温度的因素有哪些？

11、何谓陶瓷？其组织由哪几个相组成？它们对陶瓷的性能有何影响？ 12、简述工程陶瓷的性能特点，并举出三种陶瓷材料及其在工业上的应用实例。 13、试比较氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷的性能特点。

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－９

ｍ）（原子量为Ｃ＝１２，

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14、为何外界温度的急剧变化可使许多陶瓷器件开裂或破碎？ 15、陶瓷性能的主要缺点是什么？分析原因，并指出改进方向。

16、下列材料中哪些具有各向异性？哪些没有各向异性？单晶体纯铁、多晶体铜，玻璃、塑料、经拉伸后的高聚物纤维（形变量400%），经冷轧后的多晶体硅钢片（形变量70%）。 17、何谓复合材料？有哪些增强结构类型？ 18、试举例说明复合材料的性能特点。 19、什么是玻璃钢？有何特性？有何应用？

20、比较玻璃钢与碳纤维增强的树脂复合材料的性能特点，并指出它们的应用范围。 21、了解复合材料在工程上的应用，并举出实例。 22、何谓形状记忆材料？解释金属形状记忆效应的机理。 23、何谓纳米材料？如何制备纳米材料。 24、举例说明储氢合金的储氢机理。

习题八 铸造成形

1、 形状复杂的零件为什么用铸造毛坯？受力复杂的零件为什么不采用铸造毛坯？ 2、 什么是液态合金的冲型能力？它与合金流动性有何关系？试分析铸钢和灰铸铁的流动 性？提高金属流动性的主要工艺措施是什么？

3、 试分析铸件产生缩孔、缩松、变形和裂纹的原因及防治办法？

4、 什么是顺序凝固原则？什么是同时凝固原则？上述两种凝固原则各适用于哪种场合？ 5、有直径为Φ50mm，高h为50mm的圆形铸件，已知清理后未发生变形，假设立即进行切削加工，当：

（1）中心钻一Φ30mm的通孔； （2）车去厚度为15mm的外圆； （3）铣去20mm一边

请问，当只考虑轴向变形时，该铸件会发生什么变形趋势？

6、铸件的气孔有哪几种？下列情况各容易产生哪种气孔：化铝时铝料油污过多、起模时刷水过多、舂砂过紧、型芯撑有锈

7、为什么空心球难以铸出来，采取什么措施才能铸出来？ 8、现浇注直径为20mm，40mm，60mm的三根灰铸铁试棒，拉断力分别为317KN，188.5KN，565KN，问它们的抗拉强度各为多少？牌号是否相同？

9、有三个灰铸铁件，壁厚分别是5mm，20mm，52mm，力学性能全部要求抗拉强度为150Mpa，若全部选用HT150牌号生产，是否正确？应如何选择？

10、某定型生产的薄壁铸铁件，投产以来质量基本稳定，但最近一时期浇不足和冷隔缺陷突然增多，试分析其原因。

11、铸件、模样、零件三者在尺寸上有何区别？ 12、下列铸件在大批生产时采用什么铸造方法：

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铝活塞、缝纫机头、汽轮机叶片、大口径污水管、车床床身、摩托车气缸体、气缸套、大模数齿轮滚刀、带轮及飞轮

13、车床手轮在单件和批量生产时各应采用什么方法？

14、何谓特种铸造？请分别说出它们的生产特点和适用场合。

15、为什么压铸生产率高，表面质量好，但不适宜使用在致密要求高的场合？

习题九 金属的塑性变形再结晶及金属压力加工

1、 解释下列名词：

滑移；滑移面；滑移方向；滑移带；滑移系；亚晶粒；亚结构；变形织构；

加工硬化；回复；再结晶；临界变形度

2、 单晶体塑性变形的基本形式有 。

3、 外力一定时，滑移面法线与外力的夹角呈 时，滑移最容易进行，这种位向称为 位向。使晶体开始滑移的最小切应力称为 。 4、 影响晶体临界切应力的因素主要有 、 、 、 等。

5、 晶体中的滑移系数目等于 。 6、 判断下列说法是否正确并说明原因：

(1) 晶体在滑移过程中改变了晶体的结构和晶格的取向。

(2) 晶体滑移时仅是晶体在切应力的作用下，一部分沿着某一滑移面上的某一 晶向相对于另一部分产生了滑动而已。

(3) 在其他条件相同时，金属晶体中的滑移系越多，该金属的塑性就越好。 (4) 金属单晶体在拉伸过程中只发生滑移，不发生转动。

(5) 金属产生塑性变形时，其内部的所有晶粒都同时产生变形，而且产生的变 形量也相同。

(6) 亚结构的存在有利于加工硬化的产生。

7、 理论计算出的滑移切应力与实际测量的滑移切应力有很大差别，造成这种差别的原因是什么?

8、 画图表示体心立方、面心立方、密排六方三种晶体结构的滑移面、滑移方向及滑移系，并分析滑移面和滑移方向上的原子排列特点以及对滑移的影响。 9、 简述滑移的机理。 10、简述加工硬化的机理。

11、影响多晶体塑性变形的因素与影响单晶体塑性变形的因素有什么不同？ 12、 多晶体塑性变形的特点是什么?

13、 多晶体塑性变形时哪些晶粒最先产生变形? 14、 简述冷塑性变形对金属组织和性能的影响。

15、 金属中的“纤维组织”是怎样形成的? 它给性能带来什么影响?

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位向；当滑移面与外力平行或垂直时，晶体不可能滑移，这种位向称为

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方法。

36、 精密镗床主轴，载荷大、精度要求非常高以及热处理后变形应很小，应选用 钢，采用 热处理方法。中型载重汽车半轴应选用 钢，采用 热处理方法。 37、 C618机床变速箱齿轮工作转速较高，性能要求：齿的表面硬度为50～56HRC,齿心部硬度为22～25HRC，整体强度σb=760～800MPa，整体韧性αK=40～60J／cm2。应选 钢并进行 处理。

(35，45，20CrMnTi，38CrMoAl，0Cr18Ni9Ti，T12)

(调质+氮化，水淬，回火，调质，淬火+低温回火，渗碳+淬火+低温回火)

38、 有一轴类零件，工作中主要承受交变弯曲应力和交变扭转应力；同时还受到振动和冲击，轴颈部分还受到磨擦磨损。该轴直径30mm，选用45钢制造。 ① 试拟订该零件的加工工艺路线； ② 说明每项热处理工艺的作用；

③ 试述轴颈部分从表面到心部的组织变化。 39、 判断以下几条工艺路线是否正确：

(1) 用20CrMnTi钢制造的载重汽车变速箱齿轮：下料→锻造→渗碳→预冷淬火→高温回火→机加工→正火→喷丸→磨齿。

(2) 用45钢制造的C618机床变速箱齿轮：下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→高频淬火→低温回火→精磨

(3) 用T12钢制造的钢锉，硬度要求60～64HRC：热轧钢板下料→机加工→球化退火→正火→淬火→低温回火→校直。

40、 一重要螺栓起联接紧固作用，工作时主要承受拉力。要求整个截面有足够的抗拉强度、屈服强度、疲劳强度和一定的冲击韧性。 ① 试选用何种材料，选用该材料理由是什么? ② 试制订该零件的加工工艺路线。

③ 说明每项热处理工艺的作用和得到什么组织?

4l、 “用低碳钢制造的齿轮，不经表面处理和化学处理，其齿面硬度可达58～60HRC，该说法正确吗? 为什么?

42、 车床主轴要求轴颈部位的硬度为56～58HRC，其余地方为20～24HRC，其加工工艺路线如下：锻造→正火→机加工→轴颈表面淬火→低温回火→磨加工。请说明： （1）车床主轴应选用何种材料； （2）正火的目的和大致的热处理工艺； （3）表面淬火的目的和大致的热处理工艺； （4）低温回火的目的和大致的热处理工艺； （5） 轴颈表面的组织和其余地方的组织。

43、 用40C r钢制造模数为3mm的齿轮，其工艺路线为：下料(棒料) →锻造毛坯→正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火→低温回火→粗磨。请说明正火、调质、表面淬火和低温

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回火等热处理工艺的目的，工艺条件。(只要求写明加热条件及冷却方法，不要求具体温度)和组织。

44、 某汽车齿轮选用20CrMnTi制作，其工艺路线如下：下料→锻造→正火①→切削加工→渗碳②、淬火③、低温回火④→喷丸→磨削加工

请回答上述工艺路线中①、②、③和④的热处理工艺的目的及工艺。

45、对某柴油机曲轴的技术要求如下：σb≥650MPa，αK≥15J／cm2，轴硬度为240～300HBS，轴颈硬度≤55HRC，试合理选择材料，制定生产工艺路线和各热处理工序的工艺规范。

46、 机器零件一般都用结构钢制造，但某些零件选用工具钢也能获得良好的使用性能。试举例说明哪些零件可选用工具钢制造，为什么?

47、 从T8、9SiCr、W18Cr4V及65Mn中选用一种钢制作木工刀具，说明理由，并写出工艺流程。

48、 指出下列牌号的金属材料各属哪一类? 并各举一应用实例。

5CrNiMo，QT600—3，16Mn，GCrl5，H70, HT300，20CrMnTi，W6Mo5Cr4V2，40Cr，45，1Crl8Ni9Ti，60Si2Mn，T12，9SiCr，ZGMnl3—l

49、 选择以下零件常用的材料：机床导轨通常选用 (铸钢，灰铸铁，白口铸铁，球墨铸铁)，机床床身材料应选用 (球墨铸铁，麻口铸铁，白口铸铁，灰铸铁)，工作条件繁重的连杆螺栓，要求高强度和高的冲击韧性，应选用 (40Cr，45, 5CrNiMo，60Si2Mn)，汽轮机叶片所用材料应是 (1Crl3，40Cr，65Mn, W18Cr4V)，木工工具应选用 (9SiCr，T8，W18Cr4V，Crl2)。

50、 从所给出的材料中，选定以下汽车零件适用的钢材，并说明其热处理方法，或使用状态：20CrMnTi，W18Cr4V、HT200、16Mn、40Cr、l Crl8Ni9Ti、65Mn。

51、 JN—150型载重汽乍(载重量为8t)变速箱中的第二轴二、三档齿轮要求心部抗拉强度σb≥1100MPa，冲击韧度αK=70J／cm2；齿表面硬度≥58～60HRC, 心部硬度≥33～35HRC，试合理选择材料、制定生产工艺流程及各热处理工序的工艺规范。

52、 试根据下列使用条件和对性能的要求指出应选用的材料、热处理方法和金相组织。 (1) 不需润滑的低速无冲击齿轮；

(2) 受中等载荷(σb≥400MPa)，载蒸汽及海水腐蚀条件下工作的齿轮，要求硬度不小于

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100HBS。

(3) 受中等载荷(σb≥500MPa)，高速、受冲击、模数小于5mm的机床齿轮。

(4) 受重载(σb≥800MPa)、高速、要求热处理变形小的齿轮，齿面硬度为65～66HRC。 (5) 坐标镗床主轴，要求表面硬度≥850HV，心部硬度为260～280HBS，在滑动轴承内工作，精度要求极高。

53、 试选择一般功率、中等速度的内燃机曲轴轴颈轴承和连杆轴承的合金牌号，指出其金相组织和力学性能，，能否选用GCrl5钢制造? 为什么? 54、选用两种塑料制造巾等载荷的齿轮，说明选材的依据。

55、 分析汽车上所用零件材料。说明哪些是用碳钢、合金钢、铸铁和有色金属制成，各举出两种零件名称。它们都采用何种热处理方法? 哪些零件是用塑料制成的?

自测题——材料成形工艺部分

一、名词解释

铸造、热影响区、焊接、热应力、可锻性

二、填空题

1、锻压生产的实质是（ ），所以只有（ ）材料适合于锻造。

2、铸件的凝固方式包括（ ）、（ ）和（ ）三种。一般来说（ ）凝固方式时，合金的充型能力强。

3、铸钢铸造性能差的原因主要是（ ）和（ ）。

4、影响合金锻造性能的内因有（ ）和（ ）两方面，外因包括（ ）、（ ） （ ）和（ ）。

5、冲压的基本工序包括（ ）和（ ）两大类。 6、绘制自由锻件图时应考虑（ ）、（ ）和（ ）等工艺参数问题。 7、按焊接过程的特点，焊接方法可分为（ ）、（ ）和（ ）三大类。 8、手弧焊时，焊条的焊芯在焊接过程中的作用是（ ）和（ ）。

9、低碳钢的热影响区可分为（ ）、（ ）、（ ）和（ ）区等，其中（ ）和（ ）区对焊接接头质量影响最大。

10、焊接变形的基本形式有（ ）、（ ）、（ ）、（ ）、（ ） 11、模型锻造包括（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。 12、热变形是指（ ）温度以上的变形。 三、判断题（正确的打“√”，错误的打“×”）

1、铸造生产特别适合于制造受力较大或受力复杂的零件毛坯。 （ ） 2、铸件的变形是由于残留的铸造应力造成的。 （ ） 3、铸件的主要加工面和重要的工作面浇注时应朝上。 （ ）

4、铸件的分型面应尽量使重要的加工面和加工基准面在同一砂箱内，以保证铸件精度。（ ） 5、锻压可用于生产形状复杂、尤其是内腔复杂的零件毛坯。 （ ） 6、在通常锻造生产设备条件下，变形速度越大，锻造性越差。 （ ） 7、变形温度越高，锻造性越好。 （ ） 8、摩擦压力机特别是适合于再结晶速度较低的合金钢和有色金属的模锻。 （ ） 9、为了防止错模，模锻件的分模面选择应尽量使锻件位于一个模膛。 （ ） 10、拉伸模和落料模的边缘都应是锋利的刃口。 （ ）

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11、焊接结构在较差的条件下工作时应选用酸性焊条。 （ ） 12、焊接可以生产有密封性要求的结构。 （ ） 13、二氧化碳气体保护焊特别适合于焊接铝、铜、镁、钛及其合金。 （ ） 14、埋弧自动焊、氩弧焊和电阻焊都属于熔化焊。 （ ） 15、用直流弧焊电源焊接薄钢板或有色金属时，宜采用反接法。 （ ） 四、简答题

1、为保证产品质量、提高生产率等，焊缝布置的一般工艺原则有哪些方面？ 2、用以下两种方法制造的齿轮毛坯，哪种性能较好，说明理由。 （1）用等于齿轮直径的圆钢切割得到的圆状齿坯。

（2）用小于齿轮直径的圆钢镦粗得到的圆饼状齿坯。

3、某厂拟铸造一批力学性能要求不高的铸铁小件，要求越薄越好，请提出2——3个提高充型能力的措施。若合金的流动性不足时，容易产生哪些缺陷？ 4、变形模与落料模在结构上有哪些区别？

5、为防止铸件由于热应力而产生变形，从铸件设计和铸造工艺上应采取哪些措施？ 6、E4303是生产中常用的一种酸性焊条，这种焊条的主要特点有哪些？ 五、为下列零件的毛坯选择具体生产方法

发动机活塞、汽轮机叶片、机床主轴、机床床身、大口径铸铁污水管、锅炉筒体、子弹弹壳、 重要齿轮、汽车油箱、船体

六、请指出以下零件结构有何缺点？应如何改进设计。 1、铸件 2、自由锻件 3、焊接件 4、焊接件

工程材料学自测题一

（一） 填空题

1．绝大多数金属的晶体结构都属于（ ）（ ）（ ）三种典型的紧密结构。

2．液态金属结晶时，过冷度的大小与其冷却速度有关，冷却速度越大，金属的实际结晶温度越（ ），此时，过冷度越（ ）。 3．（ ）和（ ）是金属塑性变形的两种基本方式。

4．变形强化是一种非常重要的强化手段，特别是对那些不能用（ ）方法进行强化的材料。通过金属的（ ）可使其（ ）、（ ）显著提高。

5．球化退火是使钢中（ ）球状化的退火工艺，主要用于（ ）和（ ），其目的在于（ ），改善（ ）性能，并为后面的（ ）工序作准备。 6．共析碳钢奥氏体化过程（ ）（ ）（ ）和（ ）。 7．高速钢需要反复进行锻造的目的是（ ）

8．材料的失效形式包括（ ）（ ）和（ ）失效三种。

9．共析钢等温转变在高温区、中温区和低温区的转变产物各是（ ）（ ）和（ ）。 （二）是非题（请在正确的题后标出“√”，在错误的题后标出“×”）

1．金属晶体各向异性的产生，与不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度不同，致使原子的结合力大小不同等因素密切相关。 （ ） 2．合金的基本相包括固溶体、金属化合物和这两者的机械混合物三大类。 （ ）

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3．在铸造生产中，为使铸件的晶粒细化，可通过降低金属型的预热温度来实现。（ ） 4．淬火+高温回火处理称为调质处理。处理后获得回火索氏体组织，具有综合力学性能好的特点。 （ ） 5．固溶+时效处理是铝合金的主要强化手段之一。 （ ） 6．65Mn是低合金结构钢。 （ ） 7．马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，由奥氏体直接转变而来，因此，马氏体与转变前的奥氏体的含碳量相同。 （ ） 8．钢中的合金元素含量越多，则淬火后钢的硬度越高。 （ ） 9．某钢材加热条件相同时，小件比大件淬透性好。 （ ） 10．铸铁中犯人可锻铸铁是可以进行锻造的。 （ ） 三、画图和计算题

1．分别画出纯铁（110）、（111）晶面及[111]、[110]晶向。并指出当纯铁在室温下进行拉伸加工时应沿着上述哪个晶面、晶向产生变形即滑移？

2．按照下面给出的条件，示意画出二元合金的相图，并填出各区域的相组分或者组织组分（只填一种即可）。

已知：A、B组元在液态时无限溶解，在固态时能形成共晶，共晶成分为含B35%，A组元在B组元中有限固溶、溶解度在共晶温度时为15%，在室温时为10%，B组元在A组元中不能溶解。B组元比A组元硬度高。

3．现有A、B两种铁碳合金。A的显微组织为珠光体占75%，铁素体占25%，B的显微组织为珠光体占92%，二次渗碳体占8%，请计算并回答：

（1）这两种铁碳合金按照显微组织的不同分属于哪一类钢？ （2）这两种铁碳合金的含碳量各为多少？

4．在拉拔铜材的过程中，需要进行中间退火时，其退火温度约是多少？（即确定其再结晶退火的温度，铜的熔点是1083℃） 四、问答题

1．某汽车齿轮选用20CrMnTi材料制作，其工艺路线如下：

下料—锻造—正火①—切削加工—渗碳②、淬火③、低温回火④—喷丸—磨削加工 请分别说明上述①、②、③、④四项热处理工艺的目的及工艺参数。 2．简答零件选材原则。

3．已知下列四种钢的成分，请按序号填出表格 序号 1 2 3 4 序号 1 2 3 4

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C/% 0.42 1.05 0.20 0.16 钢号 Cr/% 1.00 1.50 1.00 / 热处理方法 Mn/% / / / 1.40 主要用途举例

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