工程材料及机械制造基础习题及答案

工程材料(吴勇 Come On ! ) 第一章 材料的种类与性能

1．强度：强度是指在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。 2．屈服强度：材料在外力作用下开始发生塑性变形的最低应力值。

3．弹性极限：产生的变形是可以恢复的变形的点对应的弹性变形阶段最大应力称为弹性极限。 4．弹性模量：材料在弹性变形范围内的应力与应变的比值称为弹性模量。

5．抗拉强度：抗拉强度是试样拉断前所能承受的最大应力值。

6．塑性：断裂前材料产生的塑性变形的能力称为塑性。 7．硬度：硬度是材料抵抗硬物压入其表面的能力。 8．冲击韧度：冲击韧度是材料抵抗冲击载荷的能力。 9．断裂韧度：断裂韧度是材料抵抗裂纹扩展的能力。 10．疲劳强度：疲劳强度是用来表征材料抵抗疲劳的能力。

11．黏着磨损：黏着磨损又称咬合磨损，其实质是接触面在接触压力作用下局部发生黏着，在相对运动时黏着处又分离，使接触面上有小颗粒被拉拽出来，反复进行造成黏着磨损。

12．磨粒磨损：磨粒磨损是当摩擦副一方的硬度比另一方大的多时，或者在接触面之间存在着硬质粒子是所产生的磨损。

13．腐蚀磨损：腐蚀磨损是由于外界环境引起金属表面的腐蚀物剥落，与金属表面之间的机械磨损相结合而出现的磨损。

14．功能材料：是具有某种特殊的物理性能，化学性能，生物性能以及某些功能之间可以相互转化的材料。

15．使用性能：是指在正常使用条件下能保证安全可靠工作所必备的性能，包括材料的力学性能，物理性能，化学性能等。

16．工艺性能：是指材料的可加工性，包括可锻性，铸造性能，焊接性，热处理性能及切削加工性。 17．交变载荷：大小，方向随时间呈周期性变化的载荷作用。

18．疲劳：是机械零件在循环或交变载荷作用下，经过较长时间的工作而发生断裂的现象。 20．蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。 21．脆断：在拉应力状态下没有出现塑性变形而突然发生脆性断裂的现象。

22．应力松弛：是指承受弹性应变的零件在工作过程中总变形量保持不变，但随时间的延长，工作应力自行逐渐衰减的现象。 23．腐蚀：材料因化学侵蚀而损坏的现象。

二、填空题。

1．工程材料通常分为 金属材料 、 高分子材料 、 无机非金属材料 、 复合材料 和功能材料。 2．金属材料通常分为 钢铁合金 和 非铁合金 材料。 3．高分子材料通常分为 纤维 、 橡胶 和塑料。

4．复合材料按其基体分为 树脂基复 合材料、 金属基复 合材料和陶瓷基复合材料。 5．塑料通常分为 通用塑料 、 工程塑料 、特种塑料和 胶黏剂。

6工程材料的性能分为 使用 性能和 工艺 性能。

7．工程材料的使用性能包括 力学性能 、 物理性能 和 化学性能 。

8．金属材料常用的力学性能指标有： бb 表示抗拉强度； бs 表示屈服强度； H 表示硬度； 伸长率δ 和 断面收缩率φ 表示塑性； αk 表示冲击韧性。 三、判断题。

1．布氏硬度试验的优点氏压痕面积大，数据稳定，因而适用于成品及薄壁件检验。（× ） 2．压头为硬质合金球时，用HBW表示布氏硬度。 （√ ） 3．压头为硬质合金球时，用HBS表示布氏硬度。 （ × ） 4．洛氏硬度的测定操作迅速，简便，压痕面积小，数据波动大，适用于半成品检验。（ × ） 四、问答题：见教材、习题集及补充题。

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第二章 材料的组织结构

1．晶体：晶体是原子或分子在三维空间做有规律的周期性重复排列的固体。

2．晶格：为便于理解和描述，常用一些假想的连线将各原子的中心连接起来，把原子看做一个点，

这样形成的几何图形称为晶格。 3．各向同性： 4．各向异性：

5．晶胞：晶格中的一个基本单元。 6．晶向：晶格中各原子列的位向。

7．单晶体：由原子排列位向或方式完全一致的晶格组成的称为单晶体。 8．晶体缺陷：偏离晶体完整性的微观区域称为晶体缺陷。 9．空位：是指未被原子占据的晶格节点。 10．间隙原子：是指位于晶格间隙中的原子。 11．晶面：在晶格中由一系列原子组成的平面。

12．位错线：是指在晶体中，某处有一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象。 13．晶界：晶界是位向不同，相邻晶粒之间的过渡层。

14．合金：是指由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的，具有金属特性的物质。

15．组元：组成合金最基本的独立物质。

16．合金系：一系列相同组员组成的不同成分的合金称为合金系。

17．合金化：采用合金元素来改变金属性能的方法称为合金化。

18．相：合金中具有相同化学成分，相同晶体结构和相同物理或化学性能并与该系统其余部分以界面相互隔开的均匀组成部分。

19．固溶体：是指溶质组员溶入溶剂晶格中而形成的单一的均匀固体。

20．置换固溶体：置换固溶体是指溶质原子取代了溶剂晶格中某些节点上的原子。

21．间隙固溶体：间隙固溶体是溶质原子嵌入溶剂晶格间隙中，不占据晶格节点位置。

22．有限固溶体：在一定条件下，溶质组员在固体中有一定的限度，超过这个限度就不再溶解了。 23．无限固溶体：若溶质可以任意比例融入溶剂，即溶质的的溶解度可达0，则固溶体称为无限固溶体。

24．固溶强化：固溶体中溶质原子的溶入引起晶格畸变，使晶体处于高能状态，从而提高合金的强度和硬度。

25．金属化合物：两组元A和B组成合金时，除了可形成以A或以B为基的固溶体外，还可能相互作用化和形成新相，这种新相通常是化合物，一般可用AmBn表示。

26．晶体相：晶体相是一些以化合物或以化合物为基的固溶体，是决定陶瓷材料物理，化学和力学性能的主要组成物。 27．玻璃相：P12

28．气相：气象是指陶瓷材料中的气孔。 29．单体：可以聚合成大分子链的小分子化合物称为单体。 30．聚合度：衡量聚合物分子大小的指标。

31．结晶温度：金属结晶时都存在着一个平衡结晶温度Tm，液体中的原子结晶到晶体上的数目，等于晶体上的原子溶入液体中的数目。

32．过冷度：实际结晶温度与平衡结晶温度Tm之差称为过冷度。

33．细晶强化：金属的强度，塑性和韧性都随晶粒的细化而提高，称为细晶强化。 34．同素异构：P17

35．同分异构：化学成分相同而分子中原子排列不同的现象称为同分异构。

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工程材料(吴勇 Come On ! ) 36．共晶反应：共晶反应是指从某种成分固定的合金溶液中，在恒温下同时结晶出两种成分和结构皆不相同的固相反应。

37．共析反应：共析反应是指由一种固相在恒温（共析温度）下同时转变成两种新的固相。 38．铁素体：是碳在α－Fe中形成的间隙固溶体。 39．奥氏体：是碳在γ－Fe中形成的间隙固溶体。

40．渗碳体：是铁和碳的金属化合物（Fe3C），其碳的质量分数为6.69% 。 41．珠光体：是铁素体与渗碳体的机械混合物。 42．莱氏体： 43．工业纯铁：

44．共析钢： 碳的质量分数为0.77%，组织是珠光体。

45．亚共析钢： 碳的质量分数小于0.77%，组织是珠光体和铁素体。

46．过共析钢： 碳的质量分数大于0.77%，组织是珠光体和二次渗碳体。 47．共晶铸铁： 碳的质量分数为4.3%，组织是莱氏体。

48．亚共晶铸铁： 碳的质量分数小于4.3%，组织是莱氏体、珠光体和二次渗碳体。 49．过共晶铸铁： 碳的质量分数大于4.3%，组织是莱氏体和一次渗碳体。 二、填空题。

1．实际金属中存在着的晶体缺陷有 点 缺陷、 线 缺陷和 面 缺陷。 2．世界金属中晶体的点缺陷分为 空位 和 间隙原子 两种。 3．常见合金中存在的相可以归纳为 固溶体 和 金属化合物 两大类。

4．固溶体按照溶质原子在溶剂原子中的位置可以分为 置换 固溶体和 间隙 固溶体。 5．固溶体按照溶解度的大小可以分为 有限 固溶体和 无限 固溶体。

6．固溶体按溶质原子在溶剂晶格中分布的特点分为 无序 固溶体和 有序 固溶体。 7．线型无定型高聚物随温度不同可处于 玻璃态 、 高弹 态和 黏流 态。

8．实际结晶温度总是 低于 平衡结晶温度，两者之差称为 过冷度 。

9．共析钢随温度下降至727C时发生共析反应，有奥氏体中析出 珠光体 和 三次渗碳体 。 10．共晶铸铁随温度下降至1148C时发生共晶反应，有液体中同时析出 莱氏体 和 珠光体 。 11．典型的金属晶体结构有 体心立方晶格 、 面心立方晶格 和 密排六方晶格 三种。

12．纯铁具有同素异构性，当加热到912C时，将由 体心立方 晶格的 α -Fe转变为 面心立方

晶格的 γ - Fe ，加热到1394C时，又由 面心立方 晶格的 γ - Fe转变为 体心立方 晶格的 δ - Fe。

13．液态金属冷却到 平衡结晶温度 以下才开始结晶的现象称为 有效结晶 现象。 14．金属的 平衡结晶温度 与 实际结晶温度 之差，称为过冷度。

15．实际金属结晶时，其行核方式有 自发行核 和 非自发行核 两种，其中， 非自发行核

又称为变质处理。 16．金属结晶后的晶粒越细小， 强度 、 塑性 和 韧性 越高。 17．合金是由两种或两种以上的 金属元素 或 金属元素 与 非金属元素 组成的具有金属特性的

物质，组成合金最基本的独立物质称为组员。18．由于构成合金各组员之间的相互作用不同，合金的结构有 固溶体 和 金属化合物 两大类。19．铁碳合金是由铁和碳组成的二元合金，其基本组织有 铁素体、渗碳体、奥氏体、 珠光体、莱氏体。 三、判断题。

1．晶体具有各向异性的特点。 （√ ）

2．非晶体具有各向异性的特点。 （× 各向同性） 3．金属的实际晶体结果是多晶体。 （√ ）

4．金属是多晶体结构，具有晶体的各向异性特点。 （× 各向同性） 5．晶体缺陷的存在可以提高金属的强度。 （√ ）

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工程材料(吴勇 Come On ! ) 6．晶体缺陷的存在可以提高金属的耐腐蚀性能。 （× 降低耐腐蚀性） 7．金属化合物的晶格类型与组元的晶格完全不同。 （√ ）

8．金属化合物一般具有高熔点，高硬度，高韧性。 （× 低韧性，即高脆性） 9．金属化合物一般具有高熔点，高硬度，脆性大的特点。 （√ ） 10．陶瓷材料通常熔点高，硬度高，耐腐蚀，塑性差的特点。 （√ ）

11．陶瓷材料是多晶体，同金属一样具有各向异性的特点。 （× 各向同性） 12．陶瓷材料是多晶体，同金属一样具有晶界面。 （√ ）

13．陶瓷材料中气相所占比例增加时，使强度增加。 （× 强度减小） 14．陶瓷材料中气相所占比例增加时，陶瓷密度减小，绝热性好。 （√ ）

15．线型无定型高聚物处于黏流态是其工作状态。 （× 是其加工的工艺状态） 16．线型无定型高聚物处于黏流态是加工成形的工艺状态。 （√ ）

17．高分子材料在热、光、化学、生物和辐射等的作用下，性能稳定，结构不变。

（× 结构和性能变化很大）

18．许多橡胶在空气中氧的作用下会发生进一步的交联而变硬，变脆失去弹性。 （√ ） 19．一般情况下，金属的强度，塑性和韧性随晶粒的细化而降低。 （× 增强） 20．具有同素异构特点的金属材料可以应用热处理的方法改变性能。 （√ ）

21．共晶成分的铸铁的铸造性能较差。 （× 较好） 22．铁碳合金随着碳的质量分数的增加，硬度高的渗碳体增多，硬度增高。 （√ ）

23．铁碳合金随着碳的质量分数的增加，硬度低的铁素体增多，硬度减少。 （× 硬度增强） 24．亚共析钢的强度与组织的细密度有关，组织越细密则强度越高。 （√ ） 25．铁碳合金的塑性随碳的质量分数的增加而提高。 （× 减小） 26．铁碳合金的冲击韧性对组织及其形态最为敏感。 （√ ）

27．铁碳合金的冲击韧度随碳的质量分数增加而提高。 （× 减小） 四、问答题：见教材、习题集及补充题。 1.简述金属三种典型晶体结构的特点。

答：体心立方晶格：在立方体的8个顶角上和立方体中心各有1个原子； 面心立方晶格：在立方体的8个顶角上和6个面的中心各有1个原子；

密排六方晶格：在六棱柱的上、下六角形面的顶角上和面的中心各有1个原子，在六棱柱体的中间有3个原子。

2.金属的实际晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？

答：金属的实际晶体中存在三种晶体缺陷：点缺陷——空位和间隙原子； 线缺陷——位错线； 面缺陷——晶界；

影响： 一般情况下，晶体缺陷的存在可以提高金属的强度，而且金属缺陷常常降低金属的耐

腐蚀性能，可以通过腐蚀观察金属的各种缺陷。 3.合金元素在金属中的存在形式有哪几种？它们各自具有什么特性？ 答：合金元素在金属中的存在形式有两种：固溶体和金属化合物

特性： 固溶体，保持溶剂的晶格结构，但会引起溶剂晶格不同程度的畸变，试晶体处于高能状态，从而提高合金个强度和硬度。

金属化合物，一般都具有高熔点、高硬度，但很脆，可提高合金的强度、硬度及耐磨

性能。

4.什么事固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？

答：固溶强化：固溶体中溶质原子的溶入引起晶格畸变，使晶体处于高能状态，从而合金的强度和

硬度，即为固溶强化。 5、6、7（略，为第2.2节非金属内容）

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工程材料(吴勇 Come On ! ) 8.金属结晶的基本规律是什么？

答：结晶时首先是从液体中形成一些称之为晶核的细小晶体开始的，然后已形成的晶核按各自不同

的位向不断长大。同时，在液体中有产生新的晶核并逐渐长大，直至液体全部消失，形成由许多位向不同、外形不规则的晶粒所组成的多晶体。

9.如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下，铸件晶粒的大小

（1）金属型浇注与砂型浇注（2）铸成薄件与铸成厚件（3）浇注时采用振动与不采用振动 答：砂型浇注比金属型浇注的晶粒小：因为砂型浇注中有杂质渗入，形成晶粒细化；

铸成薄件比铸成厚件的晶粒小：以为薄件的冷却速度快，冷却度大，使得晶粒细化； 浇注时采用振动比不采用振动的晶粒小：因为浇注时振动具有细化晶粒的作用。 10.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？ 答：冷却速度越快，冷却度越大。使晶核生成速度大于晶粒长大速度，因而使晶粒细化。 11.何谓共晶反应、匀晶反应和共析反应？试比较三种反应的异同点。

答：共晶反应：指从某种成分固定的合金溶液中、在恒温下同时结晶出两种成分和结构皆不相同的固相的反应；

匀晶反应：从液相中结晶出固溶体的反应；共析反应：由一种固相在恒温下同时转变成两种新的固相。

12.见P19图 13.仿照图2-16

14.为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金？为什么要进行压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金？

答：铸造合金常选用接近共晶成分的合金是因为接近共晶成分的合金熔点低，结晶范围小，流动性好，具有良好的铸造性能。进行压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金是因为单相固溶体成分的合金有良好的塑性，变形抗力小，具有良好的可锻性。 15.何谓α、γ、Fe3C、P、A、Ld（Ld’）？ 它们的结构、组织形态、力学性能有何特点？ 答：α—铁素体： 为体心立方结构，因溶碳能力差，故强度、硬度不高，塑性、韧性良好；

γ 、A—奥氏体：为面心立方结构，有一定的溶碳能力，一般硬度较低而塑性较高；

Fe3C—渗碳体： 为铁和碳的金属化合物，硬度高，脆性大，塑性和韧性几乎为零； P—珠光体： 铁素体和渗碳体的机械混合物，因渗碳体的强化作用，故具有良好的力学性能； Ld（Ld’）—莱氏体(低温莱氏体) ：莱氏体为奥氏体和渗碳体的化合物，低温莱氏体为珠光体和渗碳体的产物，二者因渗碳体较多，属脆性组织。 16.碳钢、铸铁两者的成分、组织和性能有何差别？并说明原因。

答：碳钢：碳的质量分数0.02%-2.11%的铁碳合金， 组织为：亚共析钢（ωc<0.77%）、共析钢（ωc=0.77%）、过共析钢（ωc>0.77%）， 性能： 具有良好的塑性和韧性，宜于锻造；

铸铁：碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金，

组织：亚共晶铸铁（ωc<4.3%）、共晶铸铁（ωc=4.3%）、过共晶铸铁（ωc>4.3%） 性能：具有较强高的强度和硬度，有良好的铸造性能。

17.分析碳的质量分数分别为0.20%、0.60%、0.80%、1.0%的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织。指出这四种成分组织与性能的区别。

答：ωc=0.20%时，结晶过程：A—A+F—F—F+Fe3CⅢ 室温组织为：F+Fe3CⅢ

ωc=0.60%时，结晶过程：A—A+F—F+P 室温组织为：F+P

ωc=0.80%时，结晶过程：A—A+ Fe3CⅡ—P+ Fe3CⅡ 室温组织为：P+ Fe3CⅡ ωc=1.0%时， 结晶过程：A—A+ Fe3CⅡ—P+ Fe3CⅡ 室温组织为：P+ Fe3CⅡ

A—奥氏体： 为面心立方结构，有一定的溶碳能力，一般硬度较低而塑性较高； F—铁素体： 为体心立方结构，因溶碳能力差，故强度、硬度不高，塑性、韧性良好；

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工程材料(吴勇 Come On ! ) P—珠光体： 铁素体和渗碳体的机械混合物，因渗碳体的强化作用，故具有良好的力学性能； Fe3C—渗碳体：为铁和碳的金属化合物，硬度高，脆性大，塑性和韧性几乎为零； 18.渗碳体有哪5种基本形态，它们的来源和形态有何区别？ 答：（1）一次渗碳体：从液体中直接析出，呈长条状； （2）二次渗碳体：从奥氏体中析出，沿晶界呈网状；

（3）三次渗碳体：从铁素体中析出，沿晶界呈小片或粒状；

（4）共晶渗碳体：同奥氏体相关形成，在莱氏体中为连续的基体； （5）共析渗碳体：同铁素体交互形成，呈交替片状。 19.根据Fe-Fe3C相图，说明产生下列现象的原因

（1）碳的质量分数为1.0%的钢比碳的质量分数为0.5%的钢硬度高；

（2）低温莱氏体的塑性比珠光体的塑性差； （3）捆扎物体一般用铁丝（镀锌的碳钢丝），而起重机起吊重物却用钢丝绳（用60、65、70、75等钢制成）；

（4）一般要把刚才加热的高温（约1000-1250℃）下进行热轧或锻造；

（5）钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜通过铸造成形。 答：（1）ωc=1.0%的钢成分是F+P，而ωc=0.5%的钢成分是P+ Fe3CⅡ。Fe3C硬度高，脆性大，而F因

溶碳能力差，强度、硬度低。所以碳的质量分数为1.0%的钢比碳的质量分数为0.5%的钢硬度高； （2）低温莱氏体为珠光体和渗碳体的混合物，因为渗碳体硬度高，脆性大，所以比珠光体的塑

性差；

（3）铁丝中含有较多的珠光体和渗碳体，强度高，但质脆。而钢丝中含有铁素体和渗碳体，不

但强度满足要求，还具有较好的韧性；

（4）把刚才加热的高温（约1000-1250℃）时，其内部组织转化为奥氏体，塑性较高，易于塑性成形，适合进行热轧或锻造；

（5）钢含有较多的铁素体，含碳量较低，塑性和韧性好，所以宜于通过压力加工成形，而铸铁含有较多的珠光体和渗碳体，熔点低，结晶范围小，具有良好的铸造性能。

五、选择题：

1．珠光体是下述（ C ）的产物。

A.共晶反应 B.匀晶反应 C.共析反应 D.二次析出 2．过共析钢在冷却过程中遇到ES线时，将发生的反应是（ A ）。 A.共析反应 B.匀晶反应 C.二次析出 D.共晶反应 3．Fe－Fe3C相图中的GS线是（ A ）。 A.冷却时从A析出F的开始线 B.冷却时从A析出Fe3C的开始线 C.加热时从A析出F的开始线 D.加热时从A溶入F的开始线

第三章 金属热处理及表面改性

1．热处理：通过加热、保温和冷却改变金属内部组织或表面组织，从而获得所需性能的工艺方法； 2．过热：热处理中，实际加热的临界温度和相图的平衡临界温度相比存在一定的滞后，即为过热； 3．奥氏体：热处理中，把钢件加热到临界温度Ac1线以上，其内部组织转变成新的组织即为奥氏体； 4．等温转变：指过冷奥氏体在不同过冷温度下的等温过程中进行组织转变；

5. 索氏体：按照组织中层片的尺寸，把在650-600℃之间的温度转变的组织称为索氏体； 6．托氏体：按照组织中层片的尺寸，把在600-550℃之间的温度转变的组织称为托氏体； 7．贝氏体：按照组织中层片的尺寸，把在550-230℃之间的温度转变的组织称为贝氏体； 8．马氏体：在230℃时过冷奥氏体转变成的组织即为马氏体；

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工程材料(吴勇 Come On ! ) 9．高碳马氏体:碳的质量分数大于1%时得到的马氏体；

10．低碳马氏体: 碳的质量分数小于0.2%时得到的马氏体；

11．连续冷却:将已奥氏体化的钢冷却，使其在温度连续下降的过程中发生组织转变，称为连续冷却； 12.退火:将偏离平衡状态的金属或合金，先加热到适当的温度，保持一定时间，然后缓慢冷却，以达到接近平衡状态的热处理工艺称为退火；

13.正火:将钢加热到Ac3或Accm线以上30-50℃，适当保温后在空气中冷却至室温，得到珠光体类型的组织，这种热处理工艺称为正火。

14．完全退火: 完全退火是将钢加热到AC3线以上30-50℃，保温一段时间，再缓慢冷却下来。 15．不完全退火: 不完全退火是将钢加热到AC1线以上20-30℃，经适当保温后缓慢冷却。 16．去应力退火:将钢加热到AC1线以下某一温度，保温后缓慢冷却。

17．球化退火:过共析钢的不完全退火又称球化退火。

18．淬火：将钢加热到AC3或AC1线以上30-50℃，保温一段时间，再快速冷却，以获得马氏体、贝氏体等非平衡组织的热处理工艺。

19．回火：淬火后的钢先加热到AC1先以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。

20．高温回火：高温回火的加热温度为500-650℃。 21．中温回火：中温回火的加热温度为250-500℃。 22．低温回火：低温回火的加热温度为150-250℃。

23．调质处理：生产中把淬火和高温回火相结合的热处理工艺称为调质。 24．淬透性：钢的淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。

25．淬硬性：钢的淬硬性是指钢在淬火时所能获得的最高硬度。

26．表面淬火：通过快速加热，在零件表面很快达到淬火温度而内部还没有达到临界冷却温度时迅速冷却使零件表面获得马氏体组织而心部仍保持塑性﹑韧性较好的原始组织的局部淬火方法。 27．表面化学热处理：将工件放在一定的活性介质中加热保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，从而改变表层的化学成分﹑组织和性能的工艺方法。

28．渗碳：渗碳是向工件表面层渗入碳原子。

29．渗氮：渗碳是向工件表面层渗入氮原子，形成富氮的表面硬化层的过程。

30．碳氮共渗：碳氮共渗是将碳﹑氮原子同时渗入工件表层，形成碳氮共渗层的化学热处理。 31．氧化处理：把钢铁工件再沸腾的含浓碱和氧化剂（亚硝酸钠或硝酸钠）溶液中加热，使其表面形成一层约0.5-1.5μm致密的氧化膜。

32．磷化处理：将钢铁零件浸入磷酸盐溶液中，在其表面形成一层5-15μm厚的磷化膜。

33．钝化处理：经阳极氧化或化学氧化方法等处理后的金属零件，由活泼状态转变为不活泼状态的过程，简称钝化。

34．电火花表面强化：电火花表面强化是通过电火花放电的作用，把一种导电材料涂敷熔渗到另一种导电材料的表面，从而改变后者表面物理和化学性能的工艺方法。

35．喷丸表面强化：喷丸表面强化是将大量高速运动的弹丸喷射到零件表面，使其表面产生强烈的塑性变形，从而获得一定厚度的强化层表面。

1．钢的普通热处理分为退火、 正火 、 淬火 和回火。

2．钢的退火根据材料与目的要求分为 完全退火 、不完全退火和 去应力 退火。 3．钢的淬火分为单液淬火、 双介质淬火 、分级淬火和 贝氏体等温 淬火。 4．淬火后的钢根据加热温度的不同，回火分为 低温回火 、中温回火和 高温回火 。 5．常用的表面化学热处理有 渗碳 、 渗氮 和碳氮共渗。 6．常用的表面热处理可分为 表面淬火 和 表面化学热处理 。 二、判断题。

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工程材料(吴勇 Come On ! ) 1．金属热处理就是加热、冷却改变金属内部组织火表面组织，从而获得所需要

所性能的工艺方法。 （×） 2．热处理中加热冷却速度较快，实际的临界温度和相图中的平衡温度相比存

在一定的滞后现象。 （×） 3．奥氏体晶粒的大小对冷却后钢的组织和性能没有很大影响。 （×） 4．奥氏体晶粒的大小主要取决与加热温度和保温时间。 （√） 5．冷却方式和冷却速度对奥氏体的组织转变及其钢的最终性能没有影响。 （×） 6．索氏体与托氏体同为片层状珠光体，他们之间的仅有厚薄的差别。 （×） 7．完全退火工艺适用于过共析钢。 （×） 8．球化退火工艺适用于亚共析钢。 （×） 9．完全退火工艺适用于亚共析钢。 （√） 10．球化退火工艺适用于过共析钢。 （√） 11．低碳钢为便于切削加工，预备热处理常用退火，以降低硬度。 （√） 12．低碳钢为便于切削加工，预备热处理常用正火，以适当提高硬度。 （×） 13．钢的淬透性就是钢的淬硬性。 （×） 14．钢的淬透性是由钢材本身的属性所决定，所固有。 （√） 15．钢的淬透性取决于外部工艺条件的影响。 （×） 16．钢的淬硬性取决于钢的含碳量，含碳量越高，硬度越高。 （√） 17．临界冷却速度对钢的淬透性无任何影响。 （×） 18．感应加热表面淬火工艺加热快，生产率高，适用于单件少量生产。 （×） 19．感应加热表面淬火工艺加热快，生产率高，适用于大批量生产。 （√） 20．火焰加热表面淬火设备简单，适用于大批量生产。 （×） 21．火焰加热表面淬火设备简单，适用于单件或小批量生产。 （√） 22．低碳钢零件渗碳后含碳量增加，硬度自动升高。 （×） 23．低碳钢零件渗碳后，仅表层含碳量增加，经淬火后硬度才能升高。 （√） 24．低碳钢零件经渗氮后，仅表层化学成分改变，硬度不变。 （×） 25．渗氮处理的零件耐热性好，耐磨性好。 （×） 26．发黑处理主要消除内应力。 （√） 27．发黑处理形成的氧化膜，可以防止金属腐蚀和机械磨损。 （√） 28．发黑处理主要作为装饰性加工工艺。 （×） 29．磷化处理膜使金属基体表层的吸附性，耐热性和减磨性得到改善。 （√） 三、问答题：见教材、习题集及补充题。

1．下述钢中强度最高的是（ D ）。

A.T8钢 B.45钢 C.65钢 D.T13钢 2．下述钢中硬度最高的是（ D ）。

A.40钢 B.30CrMnSi C.T8钢 D.铸铁 3．Q235A属于（ B ）

A.合金钢 B.普通碳素结构钢 C.优质碳素结构钢 D.工具钢 4．T12A属于（ D ）.

A.合金钢 B.工具钢 C.优质碳素结构钢 D.高级优质碳素工具钢 5．40CrNiMo是一种合金结构钢，元素符号前面的40表示的是（ B ）。 A.钢中含碳量的千分数 B.钢中含碳量的万分数 C.钢中含碳量的百分数 D.钢中合金元素的中含量

6．9Mn2V是一种合金工具钢，元素符号前面的数字9表示的是（ B ）。

徐州师范大学机电工程学院08机43班 第8页

工程材料(吴勇 Come On ! ) A.钢中含碳量的百分数 B.钢中含碳量的千分数 C.钢中含碳量的万分数 D.钢中合金元素的总含量

第四章 钢铁材料及其用途

1．低碳钢：碳的质量分数小于0.25％的碳钢。 2．中碳钢：碳的质量分数为0.25%~0.60%的碳钢。 3．高碳钢：碳的质量分数大于0.60%的碳钢。

4．普通碳素结构钢：s的质量分数≦0·050％，p的质量分数≦0·045％ 5．优质碳素结构钢：s的质量分数和p的质量分数均≦0·035

6．高级优质碳素结构钢：s的质量分数≦0·020%p的质量分数≦0·030%

7．特级优质碳素结构钢：s的质量分数≦0·015%p的质量分数≦0·025%

8．红硬性：红硬性是指材料在经过一定温度下保持一定时间后所能保持其硬度的能力。 9．白口铸铁：白口铸铁中碳的绝大部分以渗碳体的形式存在，断口呈银白色 10．灰口铸铁：碳的大部分或是全部以片状石墨形式存在，断口呈暗灰色

11．石墨化：通常把铸铁中的石墨形成过程成为石墨化过程 二．常用材料牌号识别：

1．Q195：碳素结构钢，Q为屈服强度的“屈”字汉语拼音的第一个字母，195为屈服强度数值。 2．Q235：碳素结构钢，Q为屈服强度的“屈”字汉语拼音的第一个字母，235为屈服强度数值。 3．Q235F：碳素结构钢，Q为屈服强度的“屈”字汉语拼音的第一个字母，235为屈服强度数值。F表示沸腾钢。

4．Q255Z：碳素结构钢，Q为屈服强度的“屈”字汉语拼音的第一个字母，255为屈服强度数值。Z表示镇静钢。

5． 25：优质碳素结构钢，25表示平均含碳量为0.25％ 。 6． 35：优质碳素结构钢，35表示平均含碳量为0.35％ 。 7 ．45：优质碳素结构钢，45表示平均含碳量为0.45％ 。

8． 65：优质碳素结构钢，65表示平均含碳量为0.65％ 。

9． T7 ：碳素工具钢，T表示“碳”字的汉语拼音第一个字母，7表示平均含碳量为0.7％。 10．T8： 碳素工具钢，T表示“碳”字的汉语拼音第一个字母，8表示平均含碳量为0.8％。 11．T10： 碳素工具钢，T表示“碳”字的汉语拼音第一个字母，10表示平均含碳量为1.0％。 12．T13： 碳素工具钢，T表示“碳”字的汉语拼音第一个字母，13表示平均含碳量为1.3％。 13．T13A：碳素工具钢，T表示“碳”字的汉语拼音第一个字母，13表示平均含碳量为1.3％，A表示高级优质钢。

14．T10A：碳素工具钢，T表示“碳”字的汉语拼音第一个字母，10表示平均含碳量为1.0％，A表示高级优质钢。

15．ZGMn13：

16．2Cr13：铬不锈钢，2表示平均含碳量为0.2%,Cr为铬的元素符号，13表示含铬量为13％。 17．3Cr13：铬不锈钢，3表示平均含碳量为0.2%,Cr为铬的元素符号，13表示含铬量为13％。 18．20CrMnTi：合金结构钢中的合金渗碳钢。20表示平均含碳量为0.2％，Cr、Mn、Ti为合金元素铬，锰，钛的元素符号，其含量平均小于1.0％。 19．18 Cr2Ni4WA：

20．40Cr：合金结构钢中的调质钢，40表示平均含碳量为0.40%,Cr为合金元素铬的元素符号，其平均含量小于1.0％。

21．35CrMo：合金结构钢中的调质钢，35表示平均含碳量为0.35%,Cr、Mo为合金元素铬、钼的元素符号，其平均含量小于1.0％。

徐州师范大学机电工程学院08机43班 第9页

工程材料(吴勇 Come On ! ) 22．40CrNiMo：合金结构钢中的调质钢，40表示平均含碳量为0.40%,Cr、Ni、Mo为合金元素铬、镍、钼的元素符号，其平均含量小于1.0％。

23．38CrMoAl：合金结构钢中的调质钢，38表示平均含碳量为0.38%,Cr、Mo、Al为合金元素铬、钼、铝的元素符号，其平均含量小于1.0％。

24．65Mn：合金结构钢中的弹簧钢，65表示平均含碳量为065%,Mn为合金元素锰的元素符号，其平均含量小于1.0％。

25．50CrVA：合金结构钢中的弹簧钢，50表示平均含碳量为0.50%,Cr、V为合金元素铬、钒的元素符号，其平均含量小于1.0％。A表示高级优质钢。

26．W18Cr4V：合金工具钢中的高合金工具钢，其碳的质量分数在0.7%~1.5%之间，W合金元素钨的元素符号，18表示钨的平均含量为18％，Cr合金元素铬的元素符号，4表示铬的平均含量为4.0％，V为合金元素钒的元素符号，其平均含量为小于1.0％。 27．HT250：最低抗拉强度为250的灰铸铁 28．HT200：最低抗拉强度为200的灰铸铁 29．HT150：最低抗拉强度为150的灰铸铁

30．KTH350-06：最低抗拉强度为350，最低延伸率为6%的可锻黑心铸铁

31．KTZ450-06：最低抗拉强度为450的灰铸铁450，最低延伸率为6%的可锻珠光体铸铁 32．QT400-18： 最低抗拉强度为400，最低延伸率为18%的球墨铸铁 33．QT450-10： 最低抗拉强度为450，最低延伸率为10%的球墨铸铁 34．QT500-7： 最低抗拉强度为500，最低延伸率为7%的球墨铸铁 35．RuT420： 最低抗拉强度为420的蠕墨铸铁，最低延伸率为0.75%

36．RuT340： 最低抗拉强度为340的蠕墨铸铁

37．5CrMnMo：平均碳的质量分数为0.5%，铬、锰、钴的平均质量分数均小于1%的合金工具钢 38．LF5：5号防锈铝合金，镁的质量分数为4.5~5.5之间，锰的质量分数在0.3~0.6%之间 39．LF21：21防锈铝合金，锰的质量分数为1.0~0.6%之间

40．LY1：1号硬铝合金，铜的质量分数在2.2~3.0%之间，镁的质量分数在0.4~0.8%之间，锰质量分数在0.4~0.8之间

41．LY12：12号硬铝合金，铜的质量分数在3.8~4.9%之间，镁的质量分在1.2~1.8%之间，锰质量分数在0.3~0.9%

42．LC4：4号超硬铝合金，铜含量在1.4~2.0%之间，镁含量在1.8~2.8%之间，锰为0.2~0.6，锌为5~7

43．LC6：6号超硬铝合金，铜含量2.2~2.8%，Mg为1.8~2.8%，Mn为0.2~0.5%，锌为7.6~8.6 44．LD5：5号锻铝合金，铜含量1.8~2.6%，镁为0.4~0.8%，锰为0.4~0.8% 45．LD10：10号锻铝合金，铜含量1.9~2.7%，镁为1.4~1.8%，锰为0.4~1.0%

46．ZL101：铸造铝合金中的铝硅合金，硅含量为6.5~7.5%，镁含量为0.25~0.45%

47．ZL203：铸造铝合金中的铝铜合金，铜含量为4~5%

48．ZL303：铸造铝合金中的铝镁合金，硅含量为0.8~3.3%，镁含量为0.25~0.45%，锰为0.1~0.4% 49．ZL401：铸造铝合金中的铝锌合金，硅含量为6~8%，镁含量为0.1~0.3%，锌为9~13% 50．H90：铜合金中黄铜，H为黄汉字的第一个拼音字母，90表示铜的含量为0.90％。 51．H62：铜合金中黄铜，H为黄汉字的第一个拼音字母，62表示铜的含量为0.62％。 52．HPb59－1：特殊黄铜中铅黄铜，铜含量59%，铅含量15，锌含量40% 53．HMn58－2：特殊黄铜中锰黄铜，铜含量58%，锰含量2%，锌含量40% 54．ZHSi80－3：铸造硅黄铜，铜含量80%，硅含量3%，锌含量17% 55．ZQSn10－1：锡青铜中铸造锡青铜，锡含量10%，其他杂质1% 56．QSn4－3：锡青铜，锡含量4%，锌含量3%

徐州师范大学机电工程学院08机43班 第10页

工程材料(吴勇 Come On ! ) 57．QAl9－4：铝青铜，铝含量9%，铁含量3% 58．QBe2：铍青铜，铍含量2%，镍含量0.2~0.5 59．TA1：纯钛，杂质极微，退火状态

60．TA4：α钛合金，化学成分为Ti-3Al，铝含量3% 61．TA6：α钛合金，化学成分为Ti~5Al，铝含量5%

62．T2：碳素工具钢，T表示“碳”字的汉语拼音第一个字母，2表示平均含碳量为0.2％。 63．TC2：α+β钛合金，化学成分为Ti-3Al-1.5Mn

二、填空题

1．钢按冶炼炉的不同，有 平炉钢 、 转炉钢 、电炉钢。

2．钢按脱氧的方法不同分为 沸腾钢 、 镇静钢 、半镇静钢和特殊镇静钢。

3．钢按碳的质量分数不同分为 高碳钢 、中碳钢和 低碳钢 。

4．钢按含硫、磷杂质的质量分数多少分为普通钢、 优质钢 、 高级优质钢 和特级优质钢。 5．碳素结构钢按用途不同分为 建筑工程 结构用钢和 机械工程 结构用钢。 6．除Co以外，所有溶入奥氏体中的合金元素都能 增加 过冷奥氏体的稳定性。

7．表面硬化钢按表面硬化方式不同分为 合金渗碳钢 、 合金渗氮钢 和合金弹簧钢。

8．根据铸铁组织中石墨存在形态的差异，灰口铸铁分为 灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁。 9．灰铸铁按基体的不同分为 珠光体 灰铸铁、珠光体－铁素体灰铸铁和 铁素体 灰铸铁。 10．灰铸铁的性能除与基体组织有关外，最主要的是取决于石墨的 形态 、数量、大小和 分布 。 11．可锻铸铁按基体组织不同分为 铁素体（黑心） 可锻铸铁和 珠光体（白心） 可锻铸铁。 三、判断题。

1．碳素工具钢用于制造量具、模具和低速切削刀具。 （ √ ） 2．碳素工具钢用于制造量具、模具和高速切削刀具。 （ × ） 3．合金钢中合金元素越多质量越好，碳钢中硫磷质量分数越多其质量越好。 （ × ） 4．碳钢中硫磷的质量分数越少，其质量越好。 （ √ ） 5．合金元素溶于铁素体中，配比适当时不仅能强化铁素体，也能提高钢的韧性。 （ √ ） 6．除Co以外，所有溶入奥氏体中的合金元素，都能降低过冷奥氏体的稳定性。 （ × ） 7．合金元素增加了合金钢的回火稳定性。 （ √ ） 8．合金元素使回火稳定性增加，降低了回火温度。 （ × ） 9．合金工具钢比碳素工具钢有较好的红硬性。 （ √ ） 10．碳素工具钢比合金工具钢有更好的红硬性。 （ × ） 11．因高速钢制造的工具比较锋利，因而称作锋钢。 （ √ ） 12．白口铸铁因其硬度高而广泛用于机械工程中制造各类零件。 （ × ） 13．白口铸铁因其硬度高无法加工，主要用作炼钢的原料。 （ √ ） 14．对渗碳体进行长时间高温加热时，渗碳体会分解为铁和石墨。 （ √ ） 15．灰铸铁在机械工程中主要用于制造各种抗拉结构件。 （ × ） 16．灰铸铁在机械工程中主要用于制造各种抗压结构件。 （ √ ） 17．可锻铸铁因其可锻而得名称为其可锻铸铁。 （ × ） 18．可锻铸铁的机械性能可与钢相比，但不可锻造。 （ √ ） 三、选择题。

1．机床主轴要求具有良好的综合力学性能，制造时，应选用的材料及热处理工艺是（ B ）。 A.20钢，淬火＋高温回火 B.45钢，淬火＋高温回火 C.T8钢，淬火＋低温回火 D.45钢，正火 2．制造锉刀，模具时，应选用的材料及热处理工艺是（ B ）.

A.45钢，淬火＋高温回火 B.T12钢，淬火＋低温回火

徐州师范大学机电工程学院08机43班 第11页

工程材料(吴勇 Come On ! ) C.T8钢，淬火＋高温回火 D.T12钢，正火

3．弹簧及一些要求具有较高屈服极限的热作模具等，常采用的热处理工艺是（ B ）。 A.淬火＋低温回火 B.淬火＋中温回火

C.表面淬火 D.退火

4．15钢零件在切削加工前，进行正火出理的目的是（ C ）。

A.消除应力，防止工件加工后变形 B.降低硬度以便于切削加工 C.适当提高硬度以便于切削加工 D.消除网状二次渗碳体 5．T12钢棒在球化退火前，进行正火出理的目的是（ C ）。

A.消除应力 B.适当提高硬度以便于切削加工 C.消除网状二次渗碳体 D.降低硬度以便于切削加工

6．将白口铸铁通过高温石墨化退火或氧化脱碳处理，改变其金相组织获得的具有较高韧性的铸铁，称为（ A ）。 A.可锻铸铁 B.灰口铸铁 C.球墨铸铁 D.蠕墨铸铁 四、问答题：P53。

第五章 非铁材料

1．形变铝合金：经不同的变形加工方式生产各种半成品

2．铸造铝合金：密度小，比强度较高，且具有良好的耐蚀性和铸造性能。

3．硅铝明：Al-Si系合金，硅的质量分数一般为10%~13%，这类合金具有优良的铸造性能。 4．黄铜：以Zn为唯一或主要合金元素的铜合金。

5．特殊黄铜：又称复杂黄铜，在铜锌合金中再加入其他合金元素，常有铅、铝、锡、锰、镍、硅等。 6．金黄铜： 7．弹壳黄铜：

8．青铜：除了以Zn或Ni为主加元素的铜合金外，其余铜合金统称青铜。 9．特殊青铜：是不含Sn的青铜。

10．α型钛合金：这类合金的退火组织为单相α固溶体，压力加工性较差，多采用热压加工成形。这类合金不能进行热处理强化，只能进行退火处理，室温强度不高。绝大多数α单相钛合金中均含5%Al与2.5%Sn，其作用是固溶强化。

11．β型钛合金：加入V或Mo后可使钛合金在室温下全部是β相，通过淬火可得到介稳定β相的钛合金，这类合金可通过热处理强化（淬火、时效），故室温强度较高。其主要用途为高强度紧固件、杆类件及其他航空配件。

12．工程塑料：是一种以有机合成树脂为主要组成的高分子材料，它通常可在加热、加压条件下塑制成形，故称为塑料。

13．热塑性塑料：加热时软化，可塑造成形，冷却后变硬，此过程可反复进行。

14．热固性塑料：初加热时软化，塑造成形，但固化之后再加热既不软化，也不溶于溶剂。

15．陶瓷：以天然硅酸盐（黏土、石英、长石等）或人工合成化合物（氮化物、氧化物、碳化物等）为原料，经过制粉、配料、成形、高温烧结而成的无机非金属材料。具有强度高、硬度高、化学和稳定性好，且耐高温耐腐蚀等特点。

16．普通陶瓷：主要用于工艺品、餐具等日常生活用品。

17．特种陶瓷：具有特殊的力学、物理和化学性能，主要用于高温、机械、电子、宇航、医药工程等尖端科学技术领域。

18．复合材料：是指两种或两种以上的物理、化学性质不同的物质经一定方法得到的一种新的多相固体材料。其主要优点是能根据人们的要求来改善材料的使用性能，具有比强度和比模量高、抗疲劳性能和抗断裂性能好，减摩、耐磨、减振性能优良等特点。

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工程材料(吴勇 Come On ! ) 19．超导：材料的电阻随温度降低而减小并最终出现零电阻 20．超导材料：具有超导现象的金属材料就是超导材料

21．形状记忆合金：在研究Ti-Ni合金是发现，原来弯曲的合金丝被拉直后，当温度升高一定值时，它又恢复到原来弯曲的形状。人们把这种想象成为形状记忆效应，具有这种效应的金属简称为形状记忆合金。

22．非晶态合金：俗称金属玻璃。以极高速度是熔融的合金冷却，凝固后的合金结构呈玻璃态。它与金属相比，成分相同，但结构不同，从而引起二者在性能上的差异。而且它具有超耐蚀性、高磁导率、恆弹性、高强韧性、低热膨胀系数和磁致伸缩等许多优异性能。

23．软磁材料：在较低的磁场中被磁化而呈强磁性，但在磁场去除后磁性基本消失。 24．硬磁材料：材料被外磁场磁化以后，去掉磁场仍保持着较强剩磁的材料。 25．比功率： 26．比表面积： 27．比强度： 28．比模量：

29．小尺寸效应： 30．表面效应：

31．管道量子隧道效应： 二、填空题。

1．铝合金按其加工方法分为 形变 铝合金和 铸造 铝合金。

2．形变铝合金根据其特性分为防锈铝合金、硬铝 合金、超硬铝 合金和锻铝合金。 3．铸造铝合金按合金成分不同分为 铝硅 系、铝铜系 、 铝镁 系和铝锌系几种。 4．黄铜按其化学成分不同分为 普通 黄铜和 特殊 黄铜两类。 5．青铜按其化学成分不同分为普通 青铜和 特殊 青铜。

6．钛合金的主要缺点是工艺性差、导热 系数小、摩擦因数大，固切削性能差。 7．塑料按照热性能分为 热固性 塑料和 热塑性 塑料。

8．工艺陶瓷可分为 普通 陶瓷和 特种 陶瓷两种。

9．陶瓷的最大缺点是 塑性 很差，陶瓷材料应用面临的主要问题是 增韧。

10．复合材料按其基体材料不同分为 金属基 复合材料、树脂基复合材料和 陶瓷基 复合材料。 11．复合材料按其结构不同可分为 纤维增强 复合材料、 层合复合材料 材料、颗粒增强复合材料和骨架复合材料。

12．复合材料和其他材料相比具有 比强度高 和 比模量高 高，抗疲劳性能和抗断裂性能好。 三、判断题。

1．不含锡的青铜称为特殊青铜。 （ √ ） 2．特殊青铜就是在锡青铜中加入特殊合金元素。 （ × ） 3．铍青铜的特点是受冲击时不产生火花。 （ √ ） 4．铍青铜具有抗磁，冲击时产生火花等特殊性能。 （ √ ） 5．钛合金的比强度是常用工程材料中最高的。 （ √ ） 6．钛合金的比强度是常用工程材料中比较低的。 （ × ） 7．钛合金弹性模量小，变形时回弹大，冷变形困难。 （ √ ） 8．钛合金弹性模量小，变形时回弹小，冷变形容易。 （ × ） 9．聚四氟乙烯塑料摩擦因数低，减摩性好，常制作耐磨件。 （ √ ） 10．聚四氟乙烯塑料硬度高，常制作耐磨件。 （ × ） 11．陶瓷的最大缺点是塑性很差，应用陶瓷材料要解决的主要问题是增韧。 （ √ ） 12．六方BN的特点是硬度高。 （ × ）

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工程材料(吴勇 Come On ! ) 13．六方BN的特点是硬度低，有自润滑性。 （ √ ） 14．立方BN的硬度与石墨相近，可作润滑剂。 （ × ） 15．立方BN的硬度与金刚石相近，可制作磨料和切削刀具。 （ √ ） 四、选择题

1．有两层或两层以上不同材料结合而成的层状复合材料，如双金属材料等，称为（ C ）。 A.纤维增强复合材料 B.颗粒增强复合材料 C.层复合材料 D.骨架复合材料 五、问答题：P72。

第六章 失效及选材

一、概念

1．失效：所谓零件失效，主要指由于某种原因导致零件的尺寸、形状或其组织与性能发生变化而不能圆满的完成指定的功能。

2．变形失效：变形失效包括弹性变形失效、塑性变形失效和蠕变变形失效。（其特点是非突发性、一般不会造成突发性事故）

3．断裂失效：指零件完全断裂而在工作中丧失或达不到预期工能。 4．腐蚀失效：金属与周围介质之间发生化学或电化学作用而造成的破坏。

5．磨损失效：相互接触并作相对运动的物体，由于机械作用所造成的材料位移及分离的破坏形式。 二、填空题。

1．断裂失效包括延性断裂失效、脆性断裂失效、疲劳断裂失效和蠕变断裂失效几种。 2．零件的工作条件包括受力状态、环境状况和特殊要求几个方面。 3．选择材料时要考虑使用原则、工艺性原则和经济性原则。 三、选择材料，制订加工路线 1．制定调质钢齿轮的加工路线。 2．制定表面淬火齿轮的加工路线。 3．制定表面渗碳齿轮的加工路线。 4．制定气轮机轴的加工路线。

钢锭——锻造——第一次正火——去氢处理——第二次正火——高温回火——机械加工——成品。 5．制定一般传动轴的加工路线。

四、问答题：见教材、习题集及补充题。

第七章 铸造

一、概念

1、铸造：铸造是将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔，冷却凝固后获得一定形状和性能的零件或毛坯的金属成形工艺。

2、合金的流动性：是指液态合金本身的流动能力。

3、比热容：是单位质量物体改变单位温度时吸收或释放的能量。

4、液体收缩：指液态金属由浇注温度冷却到凝固开始温度（液相线温度）之间的收缩。 5、凝固收缩：指从凝固开始温度到凝固终了温度（固相线温度）之间的收缩。 6、固态收缩：指合金从凝固终了温度冷却到室温之间的收缩。

7、缩孔：在铸件凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，使铸件的最后凝固部位出现孔洞，面积较大而集中的孔洞称为缩孔。

8、缩松：在铸件凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，使铸件的最后凝固部位出现孔洞，细小而分散的孔洞称为缩松。

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工程材料(吴勇 Come On ! ) 9、顺序凝固原则：顺序凝固原则就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措施，使铸件远离冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口的部位凝固，最后才是冒口本身凝固。 10、热应力：温度改变时，物体由于外在约束以及内部各部分之间的相互约束，使其不能完全自由胀缩而产生的应力。

11、机械应力：铸件收缩受到铸型、型芯及浇注系统的机械阻碍而产生的应力。

12、热裂：是在凝固后期高温下形成的，主要是由于收缩受到机械阻碍作用而产生的。

13、冷裂：是在较低温度下形成的，常出现在铸件受拉伸部位，特别是有应力集中的地方。 二、填空题。

1、在液态金属成形的过程中，液态金属的 充 型 及 收 缩 是影响成形工艺及铸件质量的两个最基本的因素。

2、铸造组织的晶粒比较 粗大 ，内部常有缩孔、缩松、气孔 、砂眼 等组织缺陷 。

3、液态金属注入铸型以后，从浇注温度冷却到室温要经历 液态收缩 、凝固收缩和固态收缩三个互相联系的收缩阶段。 4、热裂是在凝固后期 高温 下形成的，主要是由于收缩收到机械阻碍作用而产生的。 5、冷裂是在较低温度下形成的，常出现在铸件 受拉伸 部位，特别是有应力集中的地方。 三、判断题。

1、合金的凝固温度范围越宽，其流动性业越差。 （ √ ） 2、合金的凝固温度范围越宽，其流动性业越好。 （ × ） 3、合金的凝固温度范围越小，其流动性越好。 （ √ ） 4、合金的凝固温度范围越小，其流动性越差。 （ × ） 5、凝固时合金的结晶潜热释放得越多，流动性越好。 （ √ ） 6、凝固时合金的结晶潜热释放得越多，流动性越差。 （ × ） 7、铸型的畜热能力越大，铸型对液态合金的冷却能力越强，其充型能力越差。 （ √ ） 8、铸型的畜热能力越大，铸型对液态合金的冷却能力越强，其充型能力越好。 （ × ） 9、液态合金所受的静压力越大，其充型能力就越好。 （ √ ） 10、液态合金所受的静压力越大，其充型能力就越差。 （ × ） 11、对于给定成分的铸件，在一定的浇注条件下，缩孔和缩松的总容积是一定值。 （ √ ） 12、对于给定成分的铸件，在一定的浇注条件下，缩孔和缩松的总容积是一不定值。（ × ） 13、在金属型铸造中，铸型的激冷能力更大，缩松的量显著减小。 （ √ ） 14、在金属型铸造中，铸型的激冷能力更大，缩松的量显著增多。 （ × ） 15、铸件厚的部分受拉应力，薄的部分受压应力。 （ √ ） 16、铸件厚的部分受压应力，薄的部分受拉应力。 （ × ） 四、选择

1、缩孔的外形特征是近似于 A 形，内表面不光滑。

A 倒锥 B 球 C 六面体

2、在实际生产中，通常采用顺序凝固原则，并设法使分散的缩松转化为集中的缩孔，载使集中的缩孔转移到 B 中。

A 直浇道 B 冒口 C 横浇道 3、铸件厚的部分受 C 应力。 A 交变 B 压 C 拉 4、铸件薄的部分受 A 应力。

A 压 B 交变 C 拉 五、问答（见教材P109—110） 六、修改下列铸件结构不合理的部位：

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工程材料(吴勇 Come On ! ) 1． 2． 3． 4. 5． 6． 徐州师范大学机电工程学院08机43班16页 第 工程材料(吴勇 Come On ! )

第八章 压力加工

1．压力加工：也称塑性加工，它是利用金属坯料在外力作用下产生塑性变形，从而获得所需形状尺寸和性能的毛坯或零件的加工方法。

2．轧制：使金属坯料通过一对回转轧辊间的空隙而产生连续变形。 3．挤压：使金属坯料从挤压模的模孔中挤出而变形。

4．拉拔：使金属坯料从拉拔模的模孔中挤出而变形。

5．模锻：金属在外力作用下产生塑性变形并充满模膛而获得的锻件的方法。

6．板料冲压：利用冲模在压力机上对板料施加压力使其变形或分离，从而获得一定形状、尺寸的零件的加工方法。

7．滑移：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）发生的相对位移。 8．孪生：在切应力作用下，晶体的一部分沿着面对于另一部分发生转动的结果。

9．加工硬化：随着金属冷变形（再结晶温度以下的变形）程度的增加，材料的力学性能也会随之发生变化，金属的强度、硬度增高，塑性和韧性下降，这种现象又被成为冷变形强化。

10．回复：加热温度升高到回复温度（T回）时，原子恢复到正常排列，晶格畸变基本消除。此时，金属的强度、硬度稍有降低，塑性、韧性略有提高，这一过程称为回复。

11．再结晶：金属原子在高密度位错的晶粒边界或碎晶处形成晶核，并不断长大，按变形前的晶体结构形成新的均匀细小的等轴晶粒。金属的强度、硬度进一步降低，塑性、韧性显著提高，内应力完全消除，这一过程称为再结晶。

12．锻造比：Y=S0/S=拔长前坯料的横截面积/拔长后坯料的横截面积 13．变形速度：单位时间内的变形程度。

14．流线组织：在热变形过程中，材料内部的夹杂物极其他非基本物质，沿塑性变形方向所形成的流线组织，称为纤维（流线）组织。

15．过热：由于加热温度过高或者高温下保温时间过长而引起晶粒粗大的现象。 16．过烧：加热温度过高、结晶金属的熔点时，使晶界出现氧化或熔化的现象。 17．始锻温度：开始锻造的温度。 18．终锻温度：停止锻造的温度。 二、填空题。

1．影响金属可锻性的因素主要包括 金属 的本质和 变形 条件两个方面。

2．金属变形形成纤维组织，使 纵向 的强度、塑性和韧性增高， 横向 同类性能下降，力学性能出现各向异性。

3．多晶体的塑性变形包括各个 单晶体 的塑性变形和各个 晶粒 之间的变形。 三、判断题。

1．金属变形时，在低于临界值C时，随变形速度增加，金属的变形抗力增加，塑性减小。（√ ） 2．金属变形时，在低于临界值C时，随变形速度增加，金属的变形抗力增加，塑性增大。（× ） 3．金属在变形过程中，三向受压时塑性最好，出现拉应力则使塑性降低。 （ √ ） 4．金属在变形过程中，三向受压时塑性最好，出现拉应力则使塑性进一步提高。 （ × ） 5．一般来说，纯金属的可锻性优于其合金的可锻性。 （ √ ） 6．一般来说，合金的可锻性优于其纯金属的可锻性。 （ × ） 7．晶界越多，多晶体塑性变形抗力越大。 （ √ ） 8．晶界越多，多晶体塑性变形抗力越小。 （ × ） 9．自由锻件的形状一般应设计的尽量简单。 （ √ ）

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工程材料(吴勇 Come On ! ) 10．自由锻主要靠工人的操作技术来保证，可以锻造出复杂形状的锻件。 （ × ） 四、问答

（见教材P151－152）

1至5题．

3．纤维组织是如何形成的？它的存在有何利弊？设计零件时如何合理利用纤维组织？

在热变形过程中，材料内部的夹杂物及其他非基体物质，沿塑性变形方向所形成。

纤维组织的稳定性很高，不会因热处理而改变，采用其他方法也无法消除，只能通过合理的锻造方法来改变纤维组织在零件中的分布方向和形状。因而，在设计和制造零件时，必须考虑纤维组织的合理分布，充分发挥其纵向性能高的优势，限制横向性能差的劣势。设计原则是使零件工作时承受的最大正应力方向与纤维方向一致，最大切应力方向与纤维方向垂直，并尽可能使纤维方向沿零件的轮廓分布而不被切断。

第九章 焊接

1．焊接：焊接是利用局部加热或加压等手段，使分离的金属通过原子的结合与扩散而形成永久性连接的工艺方法。

2．熔焊：熔焊是利用热量使焊件接头局部熔化，再冷却结晶成一体的焊接方法。

3．压焊：压焊是对焊件加热（或不加热）并施压，使其接头处紧密接触并产生塑性变形和再结晶，从而形成原子间结合的焊接方法。

4．钎焊：钎焊是将低熔点的钎料熔化，填充到接头间隙利用钎料与固态母材（焊件）的毛细作用和相互扩散实现连接的焊接方法。

5．焊接电弧： 焊接电弧是在电极与工件之间的气体介质中产生的强烈、持久的气体放电现象，即在电极与工具之间局部气体介质中有大量电子流通过的导电现象。 6．电弧焊机：手工电弧焊设备，即焊接电源

7．正接：将工件接到电源正极，焊条(或电极)接到负极 8．反接：将工件接到电源负极，焊条(或电极)接到正极

9．焊接热影响区：在焊接过程中，焊缝两侧金属因焊接热作用而产生组织和性能变化的区域。 10．过热区： 11．正火区： 12．焊接应力： 二、填空题。

1．电弧的热量与焊接 电流 和电弧 电压 的乘积成正比。 2．正接是将工件接到 电源 正极，焊条接到 负极 。

3．直流弧焊机包括直流弧焊 发电机 和弧焊 整流器 两大类。

4．使用酸性焊条焊接低碳钢一般构件时，应优先考虑选用 价格 低廉、 维修 方便的交流弧焊机。 5．焊条是有金属 焊芯 和 药皮 两部分组成。

6．药皮的作用主要是 稳弧 、保护、脱氧、 渗合金 及改善焊接工艺性。

7．焊条型号是按熔敷金属的 抗拉强度 、药皮类型、焊接 位置 和焊接 电流 种类划分的。 8．根据焊条药皮性质的不同，结构钢焊条可以分为 酸性 焊条和 碱性 焊条两大类。 三、判断题。 1．电弧的热量与焊接电流和电弧电压的乘积成正比。 （ √ ） 2．电弧的热量与焊接电流和电弧电压的乘积成反比。 （ × ） 3．直流电弧焊的正接法是将工件接到电源的正极，焊条接到负极。 （ √ ） 4．直流电弧焊的正接法是将工件接到电源的负极，焊条接到正极。 （ × ） 5．直流电弧焊的反接法是将工件接到电源负极，焊条接到正极。 （ √ ）

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工程材料(吴勇 Come On ! ) 6．直流电弧焊的反接法是将工件接到电源正极，焊条接到负极。 （ × ） 7．使用酸性焊条焊接低碳钢一般构件时，优先选用交流弧焊机。 （ √ ） 8．使用酸性焊条焊接低碳钢一般构件时，优先选用直流弧焊机。 （ × ） 9．使用碱性焊条焊接高压容器、高压管道等重要钢结构应选用直流弧焊机。 （ √ ） 10．使用碱性焊条焊接高压容器、高压管道等重要钢结构应选用交流弧焊机。 （ × ） 11．焊接刚度大、形状复杂、承受动载荷的焊接结构时，应选用抗裂性好的碱性焊条。 （ √ ） 12．焊接刚度大、形状复杂、承受动载荷的焊接结构时，应选用抗裂性好的酸性焊条。 （ × ） 四、问答题 （见教材P177-179） 五、修改下列焊接结构不合理的部位 1． 2． 3． 第十一章 毛坯成形方法选择及质量控制 1． 气孔：铸件内部或表面有大小不等的孔眼，孔眼内壁光滑，多呈圆形 2． 缩孔：铸件厚截面处 出现形状不规则的孔眼，孔眼内壁粗糙 3． 砂眼： 铸件的内部或表面有充满砂粒的孔眼，孔型不规则 4． 冷隔：铸件上有未完全融合的缝隙，接头处边缘光滑 5． 夹砂：铸件表面有凸起物，表面粗糙，中间有砂层 6． 偏心：铸件局部形状和尺寸由于型芯位置偏移而变动 7． 浇不到：铸件浇不满，外形不完整

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工程材料(吴勇 Come On ! ) 8． 错箱： 逐渐在分型面出

9． 热裂：铸件开裂该处表面氧化，呈蓝色 10． 11． 12． 13． 14． 15． 16． 17．

冷裂：裂纹处表面不氧化或轻微氧化

过热：严重过热的锻件，其组织为粗大晶粒，呈断口特征 过冷：

脱碳：毛坯或锻件表层的碳被部分或全部烧掉而造成贫碳区，深度为0.01~0.6mm 焊接烧穿：液态金属从焊接反面漏出而形成穿孔 未焊透：焊接时接头根部未完全焊头的现象 夹渣：焊后残留在焊缝金属中的宏观非属物质

裂纹：在焊接过程中或焊接后，在焊接接头区域出现金属局部破裂现象

18..磁力探伤：磁力探伤用于检测由铁磁材料制成的毛坯的表面缺陷。它是将被检件放在磁力探伤机的磁铁两极之间，在零件中有磁感线通过。如果毛坯质地均匀，磁感线将均匀通过；但当毛坯有裂纹 、非铁磁性夹杂等却显示，由于这些缺陷的磁导率比铁磁材料低得多，故磁感线将绕过缺陷而发生弯曲现象。若在毛坯表面均匀地撒上铁粉，即可发现缺陷处存在〝漏磁〞现象，可根据缺陷处被吸附铁粉的形状、厚薄判断出缺陷的位置、大小和形状 二、判断题。

1．轴类零件主要考虑强度问题，通常以铸件作毛坯。 （ × ） 2．轴类零件主要考虑强度问题，通常以锻件作毛坯。 （ √ ） 3．机架箱体件在机械设备中起支承作用，受力较大，通常用锻件作毛坯。 （ × ） 4．机架相图件在机械设备中起支承作用，结构复杂，形状不规则，通常用铸件作毛坯。 （ √ ） 5．机架箱体采用焊接结构，有较好的减振性。 （ × ） 6．机架箱体采用焊接结构，可靠性好，重量轻，但减振性差。 （ √ ） 7．同类零件因结构特点相近，通常选用同样的材料及同样的毛坯成形方法。 （ × ） 8．同类零件因结构特点相近，但实际工作条件差异很大，选择毛坯材料及制造方法也不同。（ √ ） 三、问答题：见教材、习题集及补充题。

第十二章 现代成形技术及发展趋势

1．快速成形：快速成型技术将现代控制技术，CAD/CAM技术，精密伺服驱动技术，机光技术，和先进材料成型技术等集于一体，突破了传统的加工模式，大大缩短了产品的生命周期。他与反求工程技术相结合，成为快速开发新产品的有力工具。

2．快速铸造：快速铸造是将快速成型技术与传统制造技术相结合。其基本原理是利用快速成型技术直接或间接制造铸造用消失模，模样，模板，铸型，型芯或型壳等，再结合传统制造工艺，快捷地制造金属零件。

3．高能率成形：高能率成型技术是一种在极短时间内释放高能量而使金属变形 的成型方法。 4．爆炸成形：爆炸成形是利用爆炸物在爆炸瞬间释放出巨大的化学能对金属毛坯进行加工的高能率成型方法。

5．电液成形：电业成型是利用液体中强电流脉冲放电所产生的强大冲击波对金属进行加工的一种高能率成型方法。

6．电磁成形：电磁成型是利用脉冲磁场对金属进行压力加工的高能率成型方法。

7．半固态成形：就是在金属凝固过程中，对骑士加以剧烈的脚板或扰动，或改变金属的热状态，或加入晶粒细化剂，或进行快速凝固，即改变初生固相的形核和长大过程，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固液混合浆料，利用这种固液混合浆料直接进行加工成型，或先将固液混合浆料完全凝固成坯料，根据需要将坯料切分，再将切分的坯料重新加热至固液两相区，用这种半固态坯料进行成型加工。

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