工程材料課后答案

1、第一章2圖1-79為五種材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線：45鋼，鋁青銅，35鋼，硬鋁，純銅。試問(wèn)：（1）當(dāng)外加應(yīng)力為300MPa時(shí)，各材料處于什么狀態(tài)？（2） 有一用35鋼制作的桿，使用中發(fā)現(xiàn)彈性彎曲較大，如改用45鋼制作該桿，能否減 少?gòu)椥宰冃?？?） 有一用35鋼制作的桿，使用中發(fā)現(xiàn)塑性變形較大，如改用45鋼制作該桿，能否減 少塑性變形？答：（1 45鋼：彈性變形 鋁青銅：塑性變形 35鋼：屈服狀態(tài) 硬鋁：塑性變形 純銅：斷裂。（2） 不能，彈性變形與彈性模量E有關(guān)，由E=Z / &可以看出在同樣的條件下 45鋼的彈 性模量要大，所以不能減少?gòu)椥宰冃?。?）能，當(dāng)35鋼處于塑性變形階段時(shí)，45鋼可能

2、處在彈性或塑性變形之間，且無(wú)論處于 何種階段，45鋼變形長(zhǎng)度明顯低于 35鋼，所以能減少塑性變形。4 .下列符號(hào)表示的力學(xué)性能指標(biāo)的名稱和含義是什么？d b、（T s （T 0.2（?1、& a k HRC、HBS、HBW答：db抗拉強(qiáng)度，是試樣保持最大均勻塑性的極限應(yīng)力。as屈服強(qiáng)度，表示材料在外力作用下開始產(chǎn)生塑性變形時(shí)的最低應(yīng)力。d 0.2條件屈服強(qiáng)度，作為屈服強(qiáng)度的指標(biāo)。di疲勞強(qiáng)度，材料循環(huán)次數(shù) N次后達(dá)到無(wú)窮大時(shí)仍不發(fā)生疲勞斷裂的交變應(yīng)力值。3伸長(zhǎng)率，材料拉斷后增加的變形長(zhǎng)度與原長(zhǎng)的比率。HRC洛氏硬度，表示用金剛石圓錐為壓頭測(cè)定的硬度值。HBS布氏硬度，表示用淬硬鋼球?yàn)閴侯^測(cè)定的

3、硬度值。HBW布氏硬度，表示用硬質(zhì)合金為壓頭測(cè)定的硬度值。7.常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？aFe、丫- Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各屬何種晶體結(jié)構(gòu)？答：常見金屬晶體結(jié)構(gòu)：體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格； a Fe、Cr、V屬于體心立方晶格；Y- Fe、Al、Cu、Ni、Pb屬于面心立方晶格；Mg、Zn屬于密排六方晶格；&什么是固溶強(qiáng)化？造成固溶強(qiáng)化的原因是什么？答：形成固溶體使金屬?gòu)?qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性略有下降的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。固溶體隨著溶質(zhì)原子的溶入晶格發(fā)生畸變。晶格畸變隨溶質(zhì)原子濃度的提高而增大。晶格畸變?cè)龃笪诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使金屬的滑移變形變得更加困

4、難，從而提高合金的強(qiáng)度和硬度。9 .將20kg純銅與30kg純鎳熔化后緩慢冷卻到如圖1-80所示溫度T1，求此時(shí)：T C14001300120011000204060S0 100CuTVwi% fNi解：(I)兩相的版分 n 相：兩相的成分；(2)兩相的重量比；(3 )各相的相對(duì)重量(4)各相的重量。；(2)各相的相時(shí)重査Wi- (60- O /( 80-45 ) - 3/7液相：wl- (S0-60) / (80-45) -4/7(3兩相的質(zhì)盍比1(4)-相的重&PJ相/液相:液相：Ql -1/7 x 50 - 28. 57kg(60-45)/(80-60)-3/ 鬥相：Q -3/? x 5

5、0 - 2L 43k|10.某合金如圖1亠81所示：標(biāo)出-區(qū)域中存在的相；標(biāo)出.區(qū)域中的組織；動(dòng)環(huán)習(xí)題ID相圖中包括哪幾種轉(zhuǎn)變？寫出它們的反應(yīng)式口L+yL+y一丫 勻晶轉(zhuǎn)變Y 2+B共析共析轉(zhuǎn)a a + B ei 脫溶轉(zhuǎn)(5) P P + a . 脫溶轉(zhuǎn)確定下列鋼件的退火方法，并指出退火目的及退火后的組織:經(jīng)冷軋后的15鋼鋼板，要求降低硬度；答：再結(jié)晶退火。目的：使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶粒，以消除加工硬化現(xiàn)象，降低了硬 度，消除內(nèi)應(yīng)力。細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度以消除加工硬化現(xiàn)象。 組織：等軸晶的大量鐵素體和少量珠光體。2）ZG35的鑄造齒輪答： 完全退火。經(jīng)鑄造后的齒輪存在晶

6、粒粗大并不均勻現(xiàn)象，且存在殘余內(nèi)應(yīng)力。因此退 火目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性。組織：晶 粒均勻細(xì)小的鐵素體和珠光體。3）鍛造過(guò)熱后的 60 鋼鍛坯；答： 完全退火 。由于鍛造過(guò)熱后組織晶粒劇烈粗化并分布不均勻，且存在殘余內(nèi)應(yīng)力。因 此退火目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性。組織： 晶粒均勻細(xì)小的少量鐵素體和大量珠光體。4）具有片狀滲碳體的 T12 鋼坯；答：球 化退火。由于 T12 鋼坯里的滲碳體呈片狀，因此不僅硬度高，難以切削加工，而且增 大鋼的脆性， 容易產(chǎn)生淬火變形及開裂。 通過(guò)球化退火， 使層狀滲碳體和網(wǎng)狀滲碳體變?yōu)榍?狀滲

7、碳體，以降低硬度，均勻組織、改善切削加工性。組織：粒狀珠光體和球狀滲碳體。說(shuō)明45鋼試樣（10mm經(jīng)下列溫度加熱、 保溫并在水中冷卻得到的室溫組織：700C,760C, 840 C, 1100 C。答：700C :因?yàn)樗鼪]有達(dá)到相變溫度，因此沒有發(fā)生相變，組織為鐵素體和珠光體。760C :它的加熱溫度在 Ac1Ac3之間，因此組織為鐵素體、馬氏體和少量殘余奧氏體。840C :它的加熱溫度在 Ac3以上，加熱時(shí)全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，冷卻后的組織為馬氏體 和少量殘余奧氏體。1100C：因它的加熱溫度過(guò)高， 加熱時(shí)奧氏體晶粒粗化， 淬火后得到粗片狀馬氏體和少量殘 余奧氏體。19指出下列工件淬火及回火溫度

8、，并說(shuō)明回火后獲得的組織：（1） 45 鋼小軸（要求綜合力學(xué)性能好） ；（2） 60 鋼彈簧；（3） T12 鋼銼刀。答：（1） AC3+ （30-50）C淬火，（820-840）C回火（高溫），回火索氏體。（2）（400-600 ）C淬火，（350-500）C回火（中溫），回火托氏體。（3）（ 760-780 ）C淬火，250 C以下回火（低溫），回火馬氏體。20.有兩種高強(qiáng)度螺栓，一種直徑為10mm ,另一種直徑為30mm，都要求有較高的綜合力學(xué)性能：d b800MPa a k600KJ/m2試問(wèn)應(yīng)選擇什么材料及熱處理工藝。答：直徑10mm螺栓：45鋼，850C淬火+ 520 C水冷回火；

9、直徑30mm螺栓：40Cr, （840-880）0鹽浴淬火+ （540-650）0回火保溫 20-30分鐘。第二章灰鑄鐵流動(dòng)性好的主要原因是什么？提高金屬流動(dòng)性的主要工藝措施是什么？答：灰鑄鐵流動(dòng)性好的原因是石墨呈片狀形式存在，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高， 有共晶成分，熔點(diǎn)較低。提高金屬流動(dòng)性的主要工藝措施是較高的澆注溫度。定向凝固和同時(shí)凝固方法分別解決哪種鑄造缺陷？請(qǐng)舉例各分析幾種應(yīng)用情況。答：定向凝固解決的缺陷：冒口補(bǔ)縮作用好，可防止縮孔和縮松，鑄件致密。同時(shí)凝固解決的缺陷： 凝固期間不容易產(chǎn)生熱裂，凝固后也不易引起應(yīng)力變形， 由于不用冒口或冒口很小而節(jié)省金屬，簡(jiǎn)化工藝，減少工作量。正確布置澆注系統(tǒng)的

10、引入位置，確定合理的澆注工藝；采用冒口；采用補(bǔ)貼；采用具 有不同蓄熱系數(shù)的造型材料或冷缺。9.鑄件、模樣、零件三者在尺寸上有何區(qū)別，為什么 ？答：模樣是考慮收縮率后將零件尺寸按一定比例放大后所做的，相當(dāng)于我們常說(shuō)的模子；然后用模樣做成鑄型，做好后將模樣取出，進(jìn)行澆注；就做出來(lái)鑄件。鑄件相當(dāng)于零件的毛坯， 由于考慮到加工因素， 因此鑄件的尺寸要比較零件大如果去掉澆冒 口后進(jìn)行一定加工后就是零件了所以三者的尺寸關(guān)系為：模樣 鑄件零件第三章11.能否將沖制孔徑為40+0.16 mm工件的沖孔模改制成沖制外徑為40-0.16工件的落料模?落料：沖孔：可見：D 凹=(Dmax-x ) + s凹 D 凸

11、=( D 凹一min)-s凸 d 凸 =( dmin+x )- s d 凹=(d 凸+Zmi門)+凹落料時(shí)凹模直徑是最小的，主要為了磨損到一定程度，沖裁件還可用；同理，沖孔時(shí)凸模尺寸是最大的，凸?？筛?，但凹模不能改。因?yàn)槿魧_孔模改成落料模，則d凹D凹，間隙落在凹模上,尺寸太大。15.在成批大量生產(chǎn)外徑為40mm，內(nèi)徑為20mm，板厚為4mm，精度為IT9的墊圈時(shí)，請(qǐng)示意畫出(1)連續(xù)模，(2)復(fù)合模簡(jiǎn)圖，請(qǐng)計(jì)算凸凹模尺寸并標(biāo)在簡(jiǎn)圖上。已知：沖裁件 公差為0.02mm,凹模公差為0.01mm，凸模公差為 0.01mm。(按照尺寸入體原則)DmaX=40mm,dmin=20mm,Zmin=4 X

12、 6%=0.24 =0.02mm,x=1,3凹=0.01mm,3凸=0.01mm落料：D 凹=(Dmax-xA ) + SH = (40-1 X 0.02) + 0.01 = 39.98 + 0.01 mmD 凸=(D 凹一 Zmin) - a 凸 =( 39.98-0.24)-0.01 = 39.74-0.01 mm沖孔：d 凸=(dmin+x)- s 凸=( 20+0.02) -0.01= 20.02-0.01mmd 凹=(d 凸 +Zmin)+ sra= (20.02+0.24) + 0.01 = 20.26+0.01 mm7i,.iI I CKDl GIhl板料迪it亦冉動(dòng)曲39沖壓墊

13、匱連進(jìn)欖39. 74.tl拯料P2(k Ol.i沖孔凸模砂.乳Z 、落計(jì)凹校 沖孔落科復(fù)合樸上樣料需尊砒第四章2焊接接頭的組織和性能如何 ？答：（1）焊縫金屬區(qū)：熔焊時(shí)，在凝固后的冷卻過(guò)程中，焊縫金屬可能產(chǎn)生硬，脆的淬硬組 織甚至出現(xiàn)焊接裂紋。（2 ）熔合區(qū)：該區(qū)的加熱溫度在固、液相之間，由鑄態(tài)的組織和過(guò)熱組織構(gòu)成可能出現(xiàn)液 硬組織，該區(qū)的化學(xué)成分和組織都很不均勻，力學(xué)性能很差，是焊接接頭中最薄弱的部位之一，常是焊接裂縫發(fā)源地。（3）熱影響區(qū)：a.過(guò)熱區(qū)：此區(qū)的溫度范圍為固相線至1100C，寬度約1-3mm ,由于溫度高，顆粒粗大，使塑性和韌性降低。相變重組晶區(qū)：由于金屬發(fā)生了重組晶，隨后在空

14、氣中冷卻，因此可以得到均勻細(xì)小的正 火組織。不完全重組晶區(qū)：由于部分金屬發(fā)生了重組晶，冷卻后可獲得細(xì)化的鐵素體和珠光體，而 未重結(jié)晶的部分金屬則得到粗大的鐵素體。焊縫及熱影響的大小和組織性能變化的程度取決于焊接方法，焊接規(guī)范，接頭形式等因素。焊接低碳鋼時(shí)，其熱影響區(qū)的組織性能有什么變化？答：低碳鋼的 Wc0.25 %，焊接性良好，焊接時(shí)，沒有淬硬，冷裂傾向，主要組織性能變化 為：（1）過(guò)熱區(qū)晶粒粗大，塑性和韌性降低。（2）相變重晶區(qū)產(chǎn)生均勻細(xì)小正火組織，力學(xué)性能良好。（3）不完全重晶區(qū)有鐵素體、珠光體，力學(xué)性能不均勻。產(chǎn)生焊接熱裂紋和冷裂紋的原因是什么，如何減少和防止？答：熱裂紋是高溫下焊縫金

15、屬和焊縫熱影響區(qū)中產(chǎn)生的沿晶裂紋、冷裂紋是由于材料在室溫附近溫度下脆化而形成的裂紋 .熱裂紋的減少和防止：控制母材和焊材雜質(zhì)的含量。冷裂紋的減少和防止：預(yù)熱和焊裂后熱處理。1相：在金屬或合金中，凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同并與其它部分有界面分開的均勻組成部分， 均稱之為相。2合金：通過(guò)熔煉，燒結(jié)或其它方法，將一種金屬元素同一種或幾種其它元素結(jié)合在一起所 形成的具有金屬特性的新物質(zhì)，稱為合金。固溶體： 合金的組元之間以不同的比例混合， 混合后形成的固相的晶格結(jié)構(gòu)與組成合金的 某一組元的相同，這種相稱為固溶體。加工硬化：隨著塑性變形的增加，金屬的強(qiáng)度、硬度迅速增加；塑性、韌性迅速下降的現(xiàn) 象。淬火： 鋼的

16、淬火是將鋼加熱到臨界溫度 Ac3 （亞共析鋼）或 Ac1 （過(guò)共析鋼）以上某一溫 度，保溫一段時(shí)間，使之全部或部分奧氏體 1 化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到 Ms 以下（或 Ms 附近等溫）進(jìn)行馬氏體（或貝氏體）轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。通常也將鋁合金、 銅合金、鈦合金、鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過(guò)程的熱處理工藝稱為淬火。馬氏體 ：是一種常見的金屬材料的金相組織結(jié)構(gòu)，它由奧氏體轉(zhuǎn)變而來(lái)，特點(diǎn)是硬度高， 強(qiáng)度高， 比容大， 沖擊韌性低。 常用碳鋼的淬火， 就是將材料中部分金相結(jié)構(gòu)變成馬氏體的 過(guò)程調(diào)質(zhì)處理 ：淬火加回火叫調(diào)質(zhì)處理，淬火時(shí)將工件加熱到臨界溫度以上，然后通過(guò)介質(zhì)迅 速冷卻

17、，回火時(shí)根據(jù)工件要求的硬度不同將工件加熱到臨界溫度以下某個(gè)溫度進(jìn)行回火淬透性 ：指在規(guī)定條件下，決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性。鋼材淬透性好與差，常 用淬硬層深度來(lái)表示。 淬硬層深度越大， 則鋼的淬透性越好。 鋼的淬透性主要取決于它的化 學(xué)成分， 特別是含增大淬透性的合金元素及晶粒度， 加熱溫度和保溫時(shí)間等因素有關(guān)。 淬透 性好的鋼材， 可使鋼件整個(gè)截面獲得均勻一致的力學(xué)性能以及可選用鋼件淬火應(yīng)力小的淬火 劑，以減少變形和開裂。1P50 常用的材料硬度的測(cè)量方法有那些？其應(yīng)用范圍如何？這些測(cè)量方法的硬度值能否進(jìn) 行比較？硬度分為壓痕硬度、刻劃硬度、回彈硬度。最常用的是壓痕硬度，用規(guī)定的試驗(yàn)力

18、將規(guī)定形狀的壓頭壓入試樣表面并保持規(guī)定的時(shí)間， 通過(guò)測(cè)量壓痕的尺寸、 面積或深度來(lái)確定試樣的硬度。 同樣實(shí)驗(yàn)條件下， 壓痕越小表示硬度 越高。壓痕硬度分為洛氏硬度、布氏硬度、維氏硬度等。2 實(shí)際金屬中存在哪些晶體缺陷？它們對(duì)性能有什么影響？點(diǎn)缺陷，面缺陷，線缺陷 由于晶體缺陷在晶體中并不是靜止不動(dòng)的，它隨外界條件的改變進(jìn)行運(yùn)動(dòng)增加，發(fā) 生交互作用和消失，所以它對(duì)金屬的性能，固態(tài)相變，擴(kuò)散等過(guò)程將產(chǎn)生重大影響P62 產(chǎn)生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金屬加工中有什么利弊？答： 隨著變形的增加， 晶粒逐漸被拉長(zhǎng)， 直至破碎， 這樣使各晶粒都破碎成細(xì)碎的亞 晶粒，變形愈大， 晶粒破碎的程度愈大， 這樣使位錯(cuò)密度顯著增加； 同時(shí)細(xì)碎的亞晶粒也隨 著晶粒的拉長(zhǎng)而被拉長(zhǎng)。 因此， 隨著變形量的增加， 由于晶粒破碎和位錯(cuò)密度的增加， 金屬 的塑性變形抗力將迅速增大，即強(qiáng)度和硬度顯著提高，而塑性和韌性下降產(chǎn)生所謂 “加工硬 化”現(xiàn)象。金屬的加工硬化現(xiàn)象會(huì)給金屬的進(jìn)一步加工帶來(lái)困難，如鋼板在冷軋過(guò)程中