机械工程材料 - 习题集答案

作业01 力学性能 参考答案

一、下列情况分别是因为哪一个力学性能指标达不到要求？

1. 紧固螺栓使用后发生塑性变形。 ( 屈服强度 ) 2. 齿轮正常负荷条件下工作中发生断裂。 ( 疲劳强度 ) 3. 汽车紧急刹车时，发动机曲轴发生断裂。 ( 冲击韧度 ) 4. 不锈钢圆板冲压加工成圆柱杯的过程中发生裂纹。 ( 塑性 ) 5. 齿轮工作在寿命期内发生严重磨损。 ( 硬度 )

二、下列现象与哪一个力学性能有关？

1. 铜比低碳钢容易被锯割。 ( 硬度 ) 2. 锯条易被折断，而铁丝不易折断。 ( 塑性 ) p15

1-4 甲、乙、丙、丁四种材料的硬度分别为45HRC、90HRB、800HV、240HBS，试比较这四种材料硬度的高低。

答： 45HRC?HV： HV?2?1062?106(112?HRC)2?(112?45)2?445

90HRB?HB： HB?7300130?HRB?7300130?90?183

所以，800HV＞45HRC＞240HBS＞90HRB

作业02a 金属结构与结晶 参考答案

一、判断题

× ）1. 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。 × ）2. 室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越低。

二、选择题

b ）1. 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

b ）2. 为细化晶粒，可采用：

a. 快速浇注 b. 加变质剂 c. 以砂型代金属型

c ）3. 晶体中的位错属于：

a. 体缺陷 b. 面缺陷 c. 线缺陷 d. 点缺陷

1

（（（（（三、填空题

1. 晶体与非晶体结构上的最根本的区别是，晶体内原子排列是：（ 有规则、周期性的 ）。 2. γ-Fe的一个晶胞原子数 =（ 4 ）。

3. α-Fe、Al、Cu、Ni、V、Mg、Zn各属何种晶体结构：

体心立方：（ α-Fe、V ）；面心立方：（ Al、Cu、Ni ）；密排六方：（ Mg、Zn ）

4. 实际金属晶体中存在：（ 点 、线 、面 ）三种缺陷，引起晶格（ 畸变 ）。

5. 结晶过程是靠两个密切联系的基本过程来实现的，它们是：（ 形核 ）和（ 晶核长大 ）。 6. 当对金属液体进行变质处理时，变质剂可起到增加 （ 晶核 ）数量的作用。 7. 过冷度是指（ 理论结晶 ）温度与（ 开始结晶 ）温度之差。

8. 在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，细化晶粒常采用：

（ 提高过冷度 ）和（ 变质处理 ）和振动结晶等措施.

作业02b 合金结晶与相图 参考答案

一、填空题

1. 溶质溶入使固溶体的强度和硬度（ 提高 ），这种现象叫 （ 固溶强化 ），

其原因是 （ 晶格 ）畸变，引起变形抗力增加。 2. 间隙固溶体与间隙相的区别是：

间隙固溶体的晶格类型与溶剂 （ 相 ）同， 间隙相的晶格类型与任一组元都 （ 不 ）同。 3. 共晶转变的特点是转变过程温度 （ 恒定不变 ）。 4. 与纯金属相比，合金具有更 （ 高 ）的强度、硬度。

二、问答题

将20kg纯铜和30kg纯镍熔化后慢冷至T1温度，求此时： (1) 液、固两相L和α的化学成分 (2) 两相的相对重量 (3) 两相的质量 答:

整个合金含Ni的质量分数为： X = 30/(20+30) = 60% (1) 两相的化学成分为：

液相XL = 50% 固相Xα = 80%

2

(2) 两相的相对重量为：

液相mL = (80-60) / (80-50) ≈ 67% 固相mα = 1- 67% = 33% (3) 两相的质量为：

液相ML = 50×67% = 33 ( kg ) 固相Mα = 50×33% = 17 ( kg )

作业02c Fe-C相图 参考答案

一、判断题

（ × ）1. 铁素体的本质是碳在α-Fe 中的间隙相。

（ √ ）2. 珠光体P实质上是由铁素体F和渗碳体Fe3C两个相组成。

（ × ）3. 在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳含量为4.3%的铁碳合金才能发生共晶反应。 （ × ）4. 退火状态（接近平衡组织）的亚共析钢中，碳含量为0.45%比0.20%的塑性和强度都高。

二、选择题

（ a ）1. 奥氏体是：

a. 碳在γ- Fe 中的间隙固溶体 b. 碳在α- Fe 中的间隙固溶体 c. 碳在α- Fe 中的置换固溶体

（ b ）2. 珠光体是一种：

a. 单相固溶体 b. 两相混合物 c. Fe 与 C 的化合物

三、问答题

1. 设珠光体P的硬度HP =200HBS，伸长率δP =20%； 铁素体F的硬度HF =80HBS，伸长率δ=50% 。

计碳含量X（wC）=0.45% 碳钢的硬度H和伸长率δ。

答:

(1) P的碳含量XP = 0.77 %

F的碳含量XF ≈ 0 % (2) 碳钢中P和F的相对重量为：

F = ( XP - X ) / (XP - XF ) = ( 0.77 - 0.45 ) / ( 0.77-0 ) ≈ 42% P = 1- 42 % = 58 % (3) 碳钢的硬度

H = HP P + HF F = 200×58% + 80×42% = 150 ( HBS ) 碳钢的伸长率

δ = δP P + δF F = 20%×58% + 50%×42% = 33 %

3

F

0 0.45 0.77 XF X XP

2. 用显微镜观察某亚共析钢，估计其中的含珠光体的体积分数为80%，估算此钢的碳含量。 答: 亚共析钢室温组织是由珠光体P和铁素体F组成： (1) P的碳含量XP = 0.77 %

F的碳含量XF ≈ 0 % (2) 珠光体的相对重量P ≈ 80%

铁素体的相对重量F = 1- P = 1- 80 % = 20 % (3) 钢的碳含量

X = XP P + XF F = 0.77 %×80% + 0 %×20% ≈ 0.62 %

作业03a 热处理基础 参考答案

一、判断题

（ × ）1. 马氏体M的本质是C在α- Fe中的过饱和固溶体。当奥氏体A向M转变时，体积要收缩。 （ × ）2. 当共析成分的奥氏体A在冷却发生珠光体转变时，温度越低，其转变产物组织越粗。 （ √ ）3. 马氏体M中C的过饱和度大，固溶强化效果显著，所以其硬度很高。 （ √ ）4. 高碳马氏体中C的过饱和度大，晶格畸变大，所以其脆性大。

二、选择题

（ a ）1. 奥氏体A向珠光体P的转变是：

a. 扩散型转变 b. 非扩散型转变 c. 半扩散型转变

（ c ）2. 共析钢的过冷A在550～350℃的温度区间等温转变时，所形成的组织是：

a. 索氏体S b. 下贝氏体B下 c. 上贝氏体B上 d. 珠光体P

（ c ）3. 马氏体M的硬度取决于：

a. 冷却速度 b. 转变温度 c. 碳含量

三、填空题

1. 在过冷奥氏体等温转变产物中，P和T都是（ 层片 ）状的珠光体型组织，但T的层片间距较（ 小 ）。 2. 用光学显微镜观察，上B的组织特征呈（ 羽毛 ）状，而下B则呈（ 黑色针 ）状。

3. 马氏体的显微组织形态主要有（ 板条 ）状、（ 针或片 ）状两种。其中（ 板条 ）状M的韧性

较好。

四、问答题

直径为10mm 的共析钢小试样加热 Ac1+ 30℃，用图示的冷却曲线进行冷却，各得到的什么组织， 属于什么热处理方法？

4

答:

a：M +残余A 单液淬火 b：M +残余A 分级淬火 c：T + M 油冷淬火 d：B下 等温淬火 e：S 正火 f：P 退火 g：P

等温退火

作业03b 热处理工艺 参考答案

一、判断题

× ）1. 高合金钢既具有良好的淬透性，也具有良好的淬硬性。 × ）2. 表面淬火既能改变钢的表面组织，也能改变心部组织和性能。

× ）3. 经退火后再高温回火的钢，能得到回火S组织，具有良好的综合机械性能。 √ ）4. 钢的淬透性高，则其淬透层的深度也越大。

二、选择题

b ）1. 淬硬性好的钢具有：

a. 高的合金元素含量 b. 高的含C量 c. 低的含C量

a ）2. 对形状复杂、截面变化大的零件进行淬火时，应选用：

a. 高淬透性钢 b. 中淬透性钢 c. 低淬透性钢

b ）3. 直径为10mm的40钢（Ac3

=

780℃）的常规淬火温度大约为：

a. 750℃ b. 850℃ c. 920℃

a ）4. 上述正确淬火后的显微组织为：

a. M b. F + M c. M + P

b ）5. 完全退火主要适用于：

a. 共析钢 b. 亚共析钢 c. 过共析钢

b ）6. 钢的回火处理是在：

a. 退火后进行 b. 淬火后进行 c. 正火后进行

c ）7. 20钢的渗C温度范围是：

a. 600～650℃ b. 800～820℃ c. 900～950℃ d. 1000～1050℃

5

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