工程材料的答案说课讲解.docx
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工程材料的答案说课讲解
工程材料的答案
第一章金属材料的力学性能
一、判断
1.对同一机器中受力不同的零件，材料强度高的一般不会变形，材料强度低的一般先产生变形。
×；2.对没有明显屈服现象的材料，其屈服强度可用条件屈服强度表示。
√；3.对同一金属材料，短试样的伸长率大于试样的伸长率。
√；4.布氏强度试验具有测定数据准确、稳定性高等优点，所以主要用于各种成品件的硬度测定。
×；5.洛氏实验时，一般测试三次读数的算术平均值作为硬度值。
√；
二、选择
1.拉伸实验测定材料的AB;2.有一淬火钢成品零件，需进行硬度测定，应采用D;
三、问答题
1.说明拉伸曲线的绘制原理，画出低碳钢的拉伸曲线图，并标出开始出现屈服时的我载荷荷断裂前承受的最大载荷载曲线中的相应位置？
答：
试验时，将标准试样装夹在拉伸试验机上，缓慢地进行拉伸，使试样承受轴向拉力，直至拉断为止。
试验机自动记录装置可将整个拉伸过程中的拉伸力和伸长量描绘在以拉伸力F
为纵坐标，伸长量
为横坐标的图上，即得到力一伸长量曲线，如图示。
2.比较说明布氏硬度实验和洛氏硬度实眼的优缺点及其应用？
答：
布氏硬度：
优点：
压痕大，能反映出较大范围内被测试金属的平均硬度，结果准确；
缺点：
因压痕大，不宜测试成品或薄片金属的硬度。
洛氏硬度：
优点：
操作迅速简便，由于压痕小，故可在工件表面或较薄的金属上进行试验；同时，采用不同标尺，可测出从极软到极硬材料的硬度。
缺点：
因压痕较小，对组织比较粗大且不均匀的材料，测得的硬度不够准确。
四、应用题
一批用同一钢号制成的规格相同的紧固螺栓，用于A\B两种机器中，使用中A机器中的出现了明显的塑性变形，B机器中产生了裂纹试从实际承受的应力值说明出现上述问题的原因，并提出解决该问题的两种方案？
答：
A机器中螺栓出现了塑性变形的原因是实际受到的应力接近屈服极限即σ≧σs；B机器中出现裂纹的原因是实际受到的应力接近强度极限即σ≧σb；
解决该问题的两种方案
（1）更换强度更高的螺栓材料；
（2）增大螺栓的截面直径。
第二章金属及合金晶体结构与结晶
一.判断题
1.在通常情况下，处于固态的金属都是晶体。
√；2.实际金属一般都是单晶体，由于在不同方向上原子排列密度不同，所以存在“各向异性”。
×；3.在同一金属中各晶粒原子排列向虽然不同，但其大小事相同的×；4.因实际金属材料是多晶体，其中各晶粒间排列的位向不同，从而使各晶粒的有向性相互抵消，所以实际金属材料各向基本同性。
√；5.金属的实际结晶温度与理论结晶温度是相等的×；
二、选择题
1.金属结晶的条件是D过冷；2.同一金属液态却时，冷却速度愈大，结晶时的过冷度B越大；3.在正常连续冷却的情况下，随着过冷度的增加，结晶过程中的生核率和生长率A都增加；4.在实际生产中，为了获得细晶粒组织，采用的措施有ABC增大金属的过冷度，进行变质处理，振动法；
三、简答题答案要点
1、常见的金属品格有哪几种类型？
并说明其晶胞的结构特征。
指出铁、铜、锌金属各属哪种哪种晶格？
常见的金属参照下表：
特征
晶格
晶胞内原子数
r与a的关系
致密度
典型金属
体心立方（bcc）
2
r=
a/4
0.68
α-Fe,W,Cr,Mo,V
面心立方（fcc）
4
r=
a/4
0.74
Al、Cu、Ag、Au、Ni、Pb、γ－Fe
密排六方（hcp）
6
r=a/2
0.74
Ti、Zr、Mg、Zn
2金属铸锭组织一般由那几个晶粒区组成？
并说明各自特点及形成原因？
答：
（1）表层细等轴晶粒区当高温下的液态金属注入铸锭模时，由于铸锭模温度较低，靠近模壁的薄层金属液体便形成了极大的过冷度，加上模壁的自发形核作用，便形成了一层很细的等轴晶粒层。
（2）柱状晶粒区随着表面层等轴细晶粒层的形成，铸锭模的温度升高，液态金属的冷却速度减慢，过冷度减小；此时，沿垂直于模壁的方向散热最快，晶体沿散热的相反方向择优生长，形成柱状晶粒区。
（3）中心粗等轴晶粒区随着柱状晶粒区的结晶，铸锭模的模壁温度在不断升高，散热速度减慢，逐渐趋于均匀冷却状态。
晶核在液态金属中可以自由生长，在各个不同的方向上其张大速率基本相当，结果形成了粗大的等轴晶粒。
3.画出液态金属结晶时，审核率和长大率与过冷度的关系图。
并说明在通常的连续冷却条件下，过冷度对生核率和长大率影响的异同点。
增加过冷度，使金属结晶时的形核率增加速度大于长大率如图所示，则结晶后获得细晶粒组织。
四、应用题
1、在其他条件相同时，试比较下列铸造条件下，铸件的晶粒大小及原因。
答：
A:
金属型铸造比砂型铸造晶粒小，金属型过冷度大于砂型；
B：
薄壁铸件比厚壁铸件晶粒小，薄壁铸件散热快；
C：
正常结晶比附加振动结晶晶粒大，附加振动可细化晶粒。
2、什么是金属的同素异晶转变？
为什么金属的同素异晶转变常伴有金属体积的变化？
并说明由α铁向γ铁转变时的体积变化情况及原因。
答：
大多数金属在结晶完成后，其晶格类型不再发生变化。
但也有少数金属，如铁、钴、钛等，在结晶之后继续冷却时，还会发生晶体结构的变化，即从一种晶格转变为另一种晶格，这种转变称为金属的同素异晶转变；由于不同类型的晶格体积不同，所以在同素异晶转变时会发生体积的变化，纯铁在发生同素异晶转变时体积由小变大，再由大变小，因为面心立方晶格的体积大于体心立方晶格。
第三章金属的塑性变形与再结晶
一、判断题
1.金属在其再结晶温度下进行的变形称为热变形。
×；2.再结晶能够消除冷变形时产生的加工硬化现象。
√；3.金属铸件可以通过在结晶退火来细化晶粒。
√；4.冲压件材料应具有良好的塑性。
×；5.细晶粒组织的可锻性优于精晶粒组织。
√；
二、选择题
1.冷变形金属进行低温退火的目的是B消除内应力;2.冷变形强化是金属C强度增大，塑性减小;3.金属在其再结晶温度以下进行的变形称为B;冷变形4.为改善冷变金属塑性变形的能力，可采用B再结晶退火
三、简答题答案要点
1、什么是金属的塑性变形？
塑性变形方式有哪些？
答：
们均可在热态或冷态下进行压力加工。
金属材料经压力加工后，不仅改变了外形尺寸，而且改变了内部组织和性能。
塑性变形的基本方式是滑移和孪生。
3、冷塑性变形对金属组织和性能有什么影响？
答：
形成纤维组织，产生各向异性
1）产生冷变形强化（加工硬化）
2）形成形变织构（或择优取向）
3）产生残留应力
四、应用题答案要点
1、已知唇铝的熔点是660°C黄铜的熔点是950°C.试估算纯铝和黄铜的最低再结晶温度，并确定其再结晶退火温度。
答：
T铝再≈264℃；T铜再≈380℃；T铝退≈414～514℃；T铜退≈530～630℃。
2、用下列三种方法制成的齿轮，哪种合理？
为什么？
（1）用厚钢板切成齿坯再加工齿轮，
（2）用钢棒切下作齿坯并加工成齿轮；（3）用园钢棒热镦成齿坯再加工成齿轮。
答：
方案合理，前两种都破坏了钢材的流线。
第四章铁碳合金金
一、判断
1.在铁碳合金中，工析反应只发生于共析钢中，所以只有共析钢中才有珠光体组织。
×；
2.亚共析钢室温下的平衡组织随合金中含碳量的增大其中珠光体的相对量是增加的。
√；3.含碳量合金力学性能的影响是随着含碳量的增大，合金的强度，硬度升高，塑行，韧性下降。
×；4.钢中的硫和磷均属有害元素，所以硫和磷的含量越高，则钢材的质量越差。
√；5.高碳钢的质量优于中碳钢，中碳钢的质量优于低碳钢×；
二、选择
1珠光体中的渗碳体形状一般为.《C》针状;2.在铁碳合金中由液体中析出的渗碳体有《BD》二次渗碳.共析渗碳体;3.在铁碳合金中析出的渗碳体有《AC》一次渗碳体、共晶渗碳体;4.碳素钢平衡状态下的二次渗碳体的形态一般为《B》网状针状;
三、问答题：
1、根据室温下的平衡组织，说明含碳量对在碳钢力学性能的影响
答：
随着含碳量的增加，F相逐渐减少，渗碳体相增加，且形态也有变化，从粒状到片状，再到网状、块状、基体，因此，随含碳量的增加，硬度逐渐升高，塑性韧性逐渐下降，对于强度，当C≤O.9%时，强度随含碳量升高而升高，C≧0.9%时，强度随含碳量的升高反而下降。
2、按含碳量，碳素钢一般分为哪几类？
并说明各自的含碳量范围及力学性能的特点？
按含碳量分类
低碳钢：
含碳量0.01-0.25%C强度、硬度低，塑性、韧性好；
中碳钢：
含碳量0.25-0.6%C具有良好的综合力学性能；
高碳钢：
含碳量＞0.6%C强度、硬度高，塑性韧性较低。
四、应用题：
1、指出下列选材是否合理？
为什么？
并对不合理的进行纠正。
（1）一般紧固螺栓用Q235A；
合理能满足使用性能要求
（2）尺寸不大的渗碳齿轮用45钢
不合理难以保证心部塑、韧性要求；应改为：
20
（3）截面不大的弹簧用30钢，
不合理弹性极限太差；改为：
60
（4）錾子用T12钢
不合理韧性太差；改为T7
2、某长购进规格相同的20，60，T8,T12四种钢各一捆，装运时钢种搞混，试根据已学知识，提出两种分区方法，简述各自的确定原则
答：
区分方法1、在四捆钢中分别截取一块制成硬度试样并编号；到实验室分别进行硬度测定；硬度最高的是T12,较高的是T8,较低的是60，最低的是20。
区分方法2、在四捆钢中分别截取一块制成拉伸试样并编号；到实验室进行拉伸试验；塑性最好的是20，较好的是60，较低的是T8，最低的是T12。
第五章钢的热处理
一、判断1.碳钢加热到稍高于Ac1时，所有组织都向奥氏体转变×；2.钢加热后形成的奥氏体晶粒大小主要取决于原始组织的晶粒大小，，而与加热条件无关。
×；3.钢加热后的奥氏晶粒大小对冷却后组织的晶粒大小起着决定作用，只有细小的奥氏体品粒，才会得到细小的温室组织。
√；4.利用C曲线可以分析钢中过冷奥氏体在不同等温温度下，其组织转变过程及转变产物。
√；5.利用C曲线的珠光体类型转变中，随着过冷度的增加，珠光体中铁素体和渗碳体片间距离越来越小。
√；6.共析钢碳钢的过冷奥氏体，在等温转变中形成的珠光体，索氏体，托氏体三种组织都是铁素体与渗碳体层片相间的机械混合物，所以它们的力学性能是相同的。
×；7.下贝氏体的性能与上贝氏体相比，它不仅具有较高的硬度和耐磨性而且强度，韧性和塑性也高于上贝氏体。
√；8.共析成分的碳钢具有较好的淬透性。
√；9.淬透性好的钢，淬火后硬度一定很高。
×；10.钢件经渗碳后，使表层含碳量提高，再经淬火后便可获得高碳马氏体，使表层具有很高的硬度和耐磨性。
×；
二、选择
1.亚共析钢加热是完全奥氏体化的温度，随着钢中含碳量的增加而B;降低2.亚共析钢加热是完全奥氏体化的温度，随钢中含碳量的增加而A降低;3.对共析碳钢，由C曲线得知，过冷奥氏体最不稳定的温度区间是DC曲线鼻尖附近;4.珠光体，索氏体，托氏体同属珠光体类型组织，但它们的ABD形成温度不同、组织的片间距不同、力学性能不同;5.马氏体的硬度主要取决于B马氏体中碳的含量高低;
三、问答题
1、钢加热时引起奥氏体晶粒长大的因素是什么？
并说明钢热处理加热时为什么总是希望获得细小的奥氏体晶粒？
答：
钢加热时引起奥氏体晶粒长大的因素是加热温度过高或保温时间过长。
钢加热后的奥氏晶粒大小对冷却后组织的晶粒大小起着决定作用，只有细小的奥氏体晶粒，才会得到细小的室温组织。
2、说明共析碳钢随过冷奥氏体等温转变温度的不同，其转变产物的组织及性能有何不同？
答：
珠光体类转变：
A1-5500C，分别得到珠光体、索氏体、托氏体。
等温温度越低，珠光体的层片愈细，片间距也就愈小，片间距越小，珠光体的强度和硬度就越高，同时塑性和韧性也有所增加。
贝氏体转变：
转变温度：
5500C～Ms（2300C）
5500C～3500C:
贝氏体呈羽毛状，称为上贝氏体，记为B上,硬度高，塑性、韧性差，不用。
3500C～Ms（2300C）：
贝氏体呈针叶状，称为下贝氏体，记为B下,高强度、硬度、塑性韧性较好，工业中应用于中碳钢和中碳合金钢制造的零件中。
3、正火操作工艺与其他热处理相比有何优点？
并简述正火的目的及在生产中的主要应用范围。
答：
与退火的区别是冷速快，组织细，强度和硬度有所提高。
当钢件尺寸较小时，正火后组织：
S，而退火后组织：
P。
钢的退火与正火工艺参数见图5-15。
正火的应用：
（1）用于普通结构零件，作为最终热处理，细化晶粒提高机械性能。
（2）用于低、中碳钢作为预先热处理，得合适的硬度便于切削加工。
4、根据共析钢的C曲线，说明对淬火介质6500C~5000C和3000C~2000C两温度范围的冷却速度范围的冷却速度要求及原因。
并指出常温水和矿物油在上述两温度范围的冷却能力。
答：
6500C以上，慢，减小热应力；650-4000C，快，避免与C曲线相交；常温水在上述两温度范围内冷却速度较快；矿物油在上述两温度范围的冷却能力较小。
四、应用题：
1、一批45钢制零件，经淬火后，部分零件硬度未达到图纸要求值，经金相显微分析后组织是：
（1）马氏体+铁素体+残余奥氏体;
（2）马氏体+托氏体+残余奥氏体，试分析说明他们在淬火工艺中的问题各是什么？
并指出该钢淬火的合理工艺及最终形成的组织。
答：
（1）马氏体+铁素体+残余奥氏体
淬火工艺中的问题：
加热温度过低（Ac1—Ac3之间），加热保温后得到奥氏体+铁素体，冷却后得到马氏体+铁素体+残余奥氏体，因铁素体较软，淬火后硬度较低。
（2）马氏体+托氏体+残余奥氏体
淬火工艺中的问题：
冷却介质冷却能力不足（V≤V0），冷却后得到马氏体+托氏体+残余奥氏体，因托氏体较软，淬火后硬度较低。
正确淬火工艺：
将45加热到840℃，保温，在水中快速冷却（V≤V0），最终得到马氏体+残余奥氏体
2、45钢经淬火、低温回火后的硬度为57HRC,若再进行400℃回火，硬度有何变化？
为什么？
如果要求最后得到回火索氏体组织，将400℃回火后的钢应再进行何种热处理工艺？
答：
45#钢经调质处理后的硬度为240HBS，若再进行200℃回火，硬度不变，因为组织没有变化；如果要提高硬度，应该对调质后的钢进行表面淬火+低温回火或重新进行淬火+低温回火。
3、淬火后组织为：
马氏体+残余奥氏体（少量）
各点温度
950℃
840℃
750℃
550℃
150℃
各点所在部位组织
奥氏体
奥氏体
奥氏体+铁素体
回火托氏体
回火马氏体
缓冷至室温组织
铁素体+珠光体
铁素体+珠光体
铁素体+珠光体
回火托氏体
回火马氏体
快冷至室温组织
马氏体+残余奥氏体（少量）
马氏体+残余奥氏体（少量）
铁素体+马氏体+残余奥氏体（少量）
回火托氏体
回火马氏体
4、第一次水冷：
对凿子刃部进行局部淬火；
出水后停留：
利用热传导对刃部进行低温回火（自回火）；
第二次水冷：
稳定刃部和柄部的组织。
出水停留时间过短，达不到低温回火温度，刃部脆性太高，使用时会产生崩刃。
出水停留时间过长，回火温度太高，刃部太软，使用时会产生卷刃。
第六章低合金钢和合金钢
三、简答题答案要点
1、说明合金元素在钢中的存在形式有哪几种，并指出合金元素在钢中的存在对铁碳状态图中A相区和E、S点位置有何影响。
答：
按其与碳的亲和力的大小，可将合金元素分为非碳化物形成元素和碳化物形成元素两大类，在钢中主要以固溶体和化合物的形式存在。
合金元素镍、锰、钴等可使GS线向左下方移动，扩大了奥氏体单相区；
合金元素铬、钼、钨、钒、钛、硅等可使GS线向左上方移动，缩小了奥氏体单相区；
大多数合金元素均使S、E点左移；
由于合金元素使钢的S、E点发生变化，必然导致钢的相变点发生相应的变化，除锰、镍外，其他合金元素均不同程度地使共析温度升高。
2、说明合金元素在钢中的存在，对淬火钢回火时组织转变的影响，并指出这种影响对回火工艺及回火后的性能有何作用。
答：
碳化物形成元素Cr、Mo、W、To、V等与碳有较强的亲和力，显著减慢了碳在奥氏体中的扩散速度，使奥氏体的形成速度大大降低；由强碳化物形成元素所形成的碳化物TiC、VC、NbC等，只有在高温下才开始溶解，使奥氏体成分较难达到均匀化，一般采取提高淬火加热温度或延长保温时间的方法予以改善，这也是提高钢的淬透性的有效方法。
4、说明合金元素在钢中的存在，对淬火钢回火时组织转变的影响，并指出这种影响对火工艺及回火的性能有何作用。
答：
合金元素能使淬火钢在回火过程中的组织分解和转变速度减慢，增加回火抗力，提高回火稳定性，从而使钢的硬度随回火温度的升高而下降的程度减弱。
强碳化物形成元素会减缓碳的扩散，推迟马氏体分解过程；非碳化物形成元素Si，能抑制ε碳化物质点的长大并延缓ε碳化物向Fe3C的转变，因而提高了马氏体分解的温度。
合金元素一般都能提高残余奥氏体转变的温度范围。
合金元素能使α固溶体的马氏体形态保持到更高的回火温度，能提高α固溶体的再结晶温度，使钢具有更高的回火稳定性。
合金元素对淬火后力学性能的不利影响是回火脆性。
4、
四、应用题答案要点
试对下列零件进行选材，并提出最终的热处
理方法：
（1）汽车变速箱中的齿轮20CrMnTi
渗碳淬火+低温回火
（2）汽车板簧55Si2Mn
淬火+中温回火
（3）机器中较大截面的轴35CrMo
淬火+高温回火
（4）中等尺寸的滚动轴承GCr15
淬火+低温回火
判断题
1.锰和硅属合金元素，所以凡含有锰和硅的钢都是属合金钢（×）
2.几乎所有加入钢中的合金元素，都能溶入铁素体中，使铁素体产生固溶强化。
（√）
3.合金元素锰、镍等因扩大了奥氏体相区，所以是高锰和高镍钢在室温下形成奥氏体组织。
（√）
4.由于合金元素的加入，使Fe—Fe3C状态图中的S点左移，从而使含碳量相同的合金钢比碳钢中珠光体量的比例大。
（√）
5.合金钢中形成的各种合金碳化物均具有比渗碳体高的硬度，熔点和稳定性。
（√）
6.除锰钢外，合金钢加热时不易过热，所以淬火后有利于获得细马氏体。
（√）
7.合金钢加热时，当合金元素溶入奥氏体稳定性增大，C曲线右移，临界冷却速度减小，所以提高了钢的淬透性。
（×）
8.除钴外，所有溶于奥氏体中的合金元素都使过冷奥氏体稳定性增大，C曲线右移，临界冷却速度减小，所以提高了钢的淬透性。
（√）
9.除低合金结构和耐候钢，其他合金元钢有属优质钢或高级优质钢。
（√）
10.为保证渗碳零件心部的良好的韧性，渗透钢的含碳量一般都小于0.25%。
（√）
选择题
1.钢中由于合金元素的加入，使Fe—Fe3C状态图中的S点和E点（B）S点、F点都左移
2.合金元素加入钢中存在的形式，因元素类别数量可以（B）溶于奥氏体
3.当马氏体中溶有合金元素时，对淬火钢在回火时马氏体分解（B）有阻碍作用
4.除钴外，所以有合金元素融入奥氏中，使过冷奥氏体的稳定性（ABCD）
5.当马氏体中溶有合金元素时，使淬火钢在回火时马氏体的分解（B）减缓
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