1、機械工程材料習題答案第二章作業L-“J-B2-1常見的金屬晶體結構有哪幾種？它們的原子排列和晶格常數有什么特點？一Fe、一Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn各屬何種結構？-:一.三-,二二三一，丁，：）二；二；!一II-i；!二雇；-；答：常見晶體結構有3種：體心立方：Fe、Cr、V面心立方：Fe、Al、Cu、Nib-*TIirmvri口*LJT-iI.:j8-密排六萬：Mg、Zn2-7為何單晶體具有各向異性，而多晶體在一般情況下不顯示出各向異性？答：因為單晶體內各個方向上原子排列密度不同，造成原子間結合力二一二.Er.二一魚亶i；.1二二三.J四上，I,J一-r-l-rMl，-ii

2、.i-Lrsbr不同，因而表現出各向異性；而多晶體是由很多個單晶體所組成，它在各個方向上的力相互抵消平衡，因而表現各向同性。，一二 T-II；I-F；：，；：，；.1-#-ii!T1*Ts,Ja.L；L?J?1Iii.i.rd.，LB|LJBi1:il*-心第三章作業3-2如果其它條件相同，試比較在下列鑄造條件下，所得鑄件晶粒.diiifr9J.,I,rJi-idi_B,t-3-raIrfi%嶺a-isjjlll*-1-HR的大小；金屬模澆注與砂模澆注；高溫澆注與低溫澆注；鑄成薄壁件與鑄成厚壁件；澆注時采用振動與不采用振動；厚大鑄件的表面部分與中心部分。答：晶粒大小：金屬模澆注的晶粒小低溫澆注

3、的晶粒小鑄成Ar,卜pk.-I-4i-i薄壁件的晶粒小采用振動的晶粒小厚大鑄件表面部分的晶粒小I-,-k.第四章作業”W1.1,4-4在常溫下為什么細晶粒金屬強度高，且塑性、韌性也好？試用LL.,101nrL-一一多晶體塑性變形的特點予以解釋。答：晶粒細小而均勻，不僅常溫下強度較高，而且塑性和韌性也較好，即強韌性好。原因是：(1)強度高：Hall-Petch公式。晶界越多，越難滑移。(2)塑性好：晶粒越多，變形均勻而分散，減少應力集中。(3)韌性好： 晶粒越細， 晶界越曲折， 裂紋越不易傳播。；I*-，iH.VFT,-JIaii“鼻T7-Q一， 、 二usiT_TI_i.,且，.i.1.3IU

4、i*-.,一*H.r*.A-iii14-6生產中加工長的精密細杠(或軸)時，常在半精加工后，將將絲杠吊掛起來并用木錘沿全長輕擊幾遍在吊掛715天，然后限_:._,UL.;LiL.L.j.再精加工。試解釋這樣做的目的及其原因？答：這叫時效處理一般是在工件熱處理之后進行原因用木錘輕擊是為了盡快消除工件內部應力減少成品形變應力吊起來，是細長工件的一種存放形式吊個7天，讓工件釋放應力的時間，軸越粗放的時間越長。4-8鴇在1000c變形加工，錫在室溫下變形加工，請說明它們是熱!.且；1r.i工1：.尸葭.加工還是冷加工(鴇熔點是3410C,錫/點是232C)?答：W、Sn的最低再結晶溫度分別為：-r,.

5、,1/,:-11i4I18亡=.1；1*ME制1i.-一二X7，事曰.洞=taJIs.HI&7-！IF.JlgfidTJy.wLTTR(W)=(0.40.5)X(3410+273)273=(12001568)(C)1000CTR(Sn)=(0.40.5)X(232+273)273=(-71-20)(C)-I11a飛-I1：-，-i1BJ1-；.；.-i亡.二三!EE：n|.-一一-t1三!rstzi-!(2)由粗鋼棒切下圓餅，再加工成齒輪；L-“J-B(3)由圓棒鍛成圓餅，再加工成齒輪。答：齒輪的材料、加工與加工工藝有一定的原則，同時也要根據實際情況具體而定，總的原則是滿足使用要求；加

6、工便當；性價比最佳。Jj-I，一仁.，.一.：二三-c”：,=J=!i，；，；-：；-J-二7；-j對齒輪而言，要看是干什么用的齒輪，對于精度要求不高的，使用頻率不高，強度也沒什么要求的，方法1、2都可以，用方法3反倒是畫蛇添足了。對于精密傳動齒輪和高速運轉齒輪及對強度和可靠性要-jrIB11r-JBsaYrir_.=-i_j3-|B求高的齒輪，方法3就是合理的。經過鍛造的齒坯，金屬內部晶粒更加細化，內應力均勻，材料的雜質更少，相對材料的強度也有所提高，!111經過鍛造的毛坯加工的齒輪精度穩定，強度更好。4-10用一冷拔鋼絲繩吊裝一大型工件入爐，并隨工件一起加熱到二一二.Er.二一魚亶./，i

7、；.1二二三.J四上，I,J一-r-l-rMl，-ii.i-Lrsbr1000C,保溫后再次吊裝工件時鋼絲繩發生斷裂，試分析原因？答：由于冷拔鋼絲在生產過程中受到擠壓作用產生了加工硬化使鋼絲I._r：4:.1.?.ri.一；4-T-st-ir*-IT-Ij:.1X-.七I=I!lT11F=*；：，；_-_Bill- TI.1n-:rhIf.-p|LJ:二:二本身具有一定的強度和硬度，那么再吊重物時才有足夠的強度，當將鋼絲繩和工件放置在1000c爐內進行加熱和保溫后，等于對鋼絲繩|.diiifr9J.,I,rJi-idi_B,t-3-raIrfi%嶺a-isjjlll*-1*-HR進行了回復和再

8、結晶處理，所以使鋼絲繩的性能大大下降，所以再吊重物時發生斷裂。2；-U-，一.；,.：-Ii,二一口：-9=-HJ-S-t-.=,、？；I，&=,二L,4-11在室溫下對鉛板進行彎折，越彎越硬，而稍隔一段時間再行彎折，鉛板又像最初一樣柔軟這是什么原因？一二.Ar,卜pk.-I-4i-i答：鉛板在室溫下的加工屬于熱加工，加工硬化的同時伴隨回復和再J結晶過程。越彎越硬是由于位錯大量增加而引起的加工硬化造成，而I-,-k.|lTf. 1hJ-r|jJ， m-IiI-.a|-kBIHIM.,-L-二ipnaidiIn,；n：1ivs亡1*，iIijB-”,=rnRsnIbiaciaranHni

9、ihdJ-jwi*v過一段時間又會變軟是因為室溫對于鉛已經是再結晶溫度以上，所以A.,1伴隨著回復和再結晶過程，等軸的沒有變形晶粒取代了變形晶粒，硬L,J-B-度和塑性又恢復到了未變形之前。._.aJ0.尸“一:#11.lie-1i1第五章作業一一.5-3一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體、共析滲碳體異同？答：一次滲碳體：由液相中直接析出來的滲碳體稱為一次滲碳體。二次滲碳體：從A中析出的滲碳體稱為二次滲碳體。三次滲碳體：從F中析出的滲碳體稱為三次滲碳體A_,._,.Jt-.:-1ULi_.=.-f-l_共晶滲碳體：經共晶反應生成的滲碳體即萊氏體中的滲碳體稱為共晶滲碳體|+M-iI-

10、Ial-r-，jJ-r- fc-.iFi,-.ir共析滲碳體：經共析反應生成的滲碳體即珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳體i)i；.占*.Lb=JHI(I-i:1FL*；：；：；_*Bill-J：!_t7.-ri*I，I.B|LJL-ilt二.組織形狀不同，對基體的影響不同。共同點同屬于一個相，晶體結構相同，化學成分相同。L-,5-6現有形狀、尺寸完全相同的四塊平衡狀態的鐵碳合金，它們的碳含量分別為Wc=0.2%,Wc=0.4%,Wc=1.2,Wc=3.5%的合金。H.口，-J.,JJ，-il一.二-，-&-Ir-_=；rL-r,4；,1.，j4%.-&=JU根據你所學的知識，可有哪

11、些方法區別它們？n_,_1l:T-I=11：-BB111nLZZZr答：測量四塊合金的硬度，其硬度隨含碳量增加而升高。觀察四塊合金的金相，0.2叫口0.4%的合金均為亞共析鋼，其組織為-.1，珠光體+鐵素體，珠光體的量隨含碳量增加而增加；1.2%的合金為過1-，0匚 W.jI.c.Ed9gIIKIJH,a.tcag|.kdJB-s共析鋼，其組織為珠光體十二次滲碳體；3.5%的合金為亞共晶白口鐵，s-*”.；：；：_i.cj,111：Jt總弓口.力1不H4sll急til；，；，,巡3tiitlT-ii=二其組織為珠光體十二次滲碳體+低溫萊氏體。L-“J-B觀察四塊合金與砂輪磨出的火花，隨著含碳量

12、的增加，流線數量和爆花數量都急劇增多，碳含量超過0.8%以后，增多的趨勢逐漸緩和。5-7根據鐵碳相圖解釋下列現象：txjlEASH-_i_4.EFL同口訴j紅韭!用M甑河川訴何后-?.a. -J，R-,LL一,_*ILv-Ii|-v11TfJ1!WrLjr*1,._,.*-,-,.aE.）M1iu-_1）含碳量1.0%的鋼比含碳量0.5%的鋼硬度高；2）在室溫平衡狀態下，含碳量為0.8%的鋼比含碳量為1.2%的鋼強度高；TII1Ir-aiVFl_,i口1FiJV-|-rIa1F_1ariV|BM1fc.-Uii3）室溫下萊氏體比珠光體塑性差；答：1）含碳量1.0%的鋼比含碳量0.5%的鋼硬度高

13、；一,二.一一一一-鋼由較軟的鐵素體和較硬的滲碳體組成，隨著含碳量的提高，鋼中滲碳體的量提高，因此硬度提高。二一二.Er.二一魚亶./，i1；.1二二三.J四上，I,J一-r-l-rMl，-ii.i-Lrsbr2）在室溫平衡狀態下，含碳量為0.8%的鋼比含碳量為1.2%的鋼強度高；k!?A._.；_!1.?._ 口i.:.c_,.-i._：=I!lT11F=*；：，；_-_Bill- 1I.nL:rhIf.-p|LJ:二:二鋼的強度是典型的對組織敏感的性能指標，細密相間的兩相組織珠光體具有較高的強度，因此提高珠光體的比例可改善鋼的強度，而|.diiifr9J.,I,rJi-idi_B,t-_3

14、-raIrfi%嶺a-isjjlll*-1-；：；：-HR連續分布在原奧氏體晶界上的二次滲碳體將降低鋼的強度。0.8%的鋼中珠光體的比例高于1.2%的鋼，同時1.2%的鋼含有更多的二次滲碳-、-jIr1-31-；r_r-1-；,i-2；r-；浦二！體，故0.8%的鋼比1.2%的鋼強度高。3）室溫下萊氏體比珠光體塑性差；-,U：Ar,卜pk.-I-Jt-4i-i室溫下萊氏體FeC+R即珠光體分布滲碳體相的基底上，而滲碳J體基底的脆性極大，萊氏體表現為脆性的，幾乎不能塑性變形。I-,-k.第六章作業.-11a飛-,I1：-，-i1BJ1-；.；.-i亡.二三!EE：!，|.-一一-t1三!rstz

15、i-!6-1解釋下列名詞：1）奧氏體的起始晶粒度、實際晶粒度、本質L-“J-B晶粒度；答：（1）起始晶粒度：是指在臨界溫度以上，奧氏體形成剛剛完成，其晶粒邊界剛剛接觸時的晶粒大小。-:一.三-,二.；：二三一，丁，：J：=；!.-ij二7；-i（2）實際晶粒度：是指在某一具體的熱處理加熱條件下所得到的晶粒尺寸。（3）本質晶粒度：根據標準試驗方法，在93010C保溫足夠時間457-p-111i,r-JMifrr個口,-i-jJ1（3-8小時）后測定的鋼中晶粒的大小。2）珠光體、索氏體、屈氏體、貝氏體、馬氏體；一.，二.，-答：珠光體：鐵素體和滲碳體的機械混合物。索氏體：在650600c溫度范圍內

16、形成層片較細的珠光體。二一二.匕.Er.二一魚亶./，i；.1二二三.J四上，I,J一-r-l-rMl，-ii.i-Lrsbr屈氏體：在600550c溫度范圍內形成片層極細的珠光體。貝氏體：過飽和的鐵素體和滲碳體組成的混合物。I._r：4:.1.?.ri.一；4-T-st-ir*-IT-Ij:.1-j-.七I，一1T-III,*i!,fJL*；1riii.i.rd.，LB|LJ*:II-心馬氏體：碳在-Fe中的過飽和固溶體。3）過冷奧氏體、奧氏體、殘余奧氏體；.diiifr9J.,I,rJi-idi_B,t-_3-raIrfiJ崖：不;ii-8-JBWji答：奧氏體：碳在T-Fe中形成的間隙固

17、溶體.過冷奧氏體：處于臨界點以下的不穩定的將要發生分解的奧氏體稱為過冷奧氏體。殘余奧氏體：M轉變結束后剩余的奧氏體。二Ar,卜pk.-I-4i-i；j；口.1/If：一，二.4）淬火、回火、退火、正火、冷處理、時效處理（尺寸穩定處理）；J答：退火：將工件加熱到臨界點以上或在臨界點以下某一溫度保溫一I-,-k.定時間后，以十分緩慢的冷卻速度（爐冷、坑冷、灰冷）進行冷卻的一種操作。L-“J-B正火：將工件加熱到A3或Accm以上3080C,保溫后從爐中取出在空氣中冷卻。淬火：將鋼件加熱到AC3或Aci以上3050C,保溫一定時間，然后一仁6e1,：凈一一二JE_&S!r,一一一II!r.八

18、一一.ML上二三1M,.1.11，-.-ll-tfj-.-ll-tfjJSTSJ J1 1irJrLr*-irJrLr*- -1 1 E.W,E.W,1 1班-.,l-L 1 11-XE1-XE，匚-.快速冷卻（一般為油冷或水冷），從而得馬氏體的一種操作。回火：將淬火鋼重新加熱到Ai點以下的某一溫度，保溫一定時間后，冷卻到室溫的一種操作。Vi1 4-TII1Ir-aiVFl_,i口1FiJV-|-rIa1F_1ariV|B*1fc.-Uii冷處理：把冷到室溫的淬火鋼繼續放到深冷劑中冷卻，以減少殘余奧氏體的操作。,：1一一-時效處理：為使二次淬火層的組織穩定，在110150c經過636小時的人工

19、時效處理，以使組織穩定。二一二.Er.二一魚亶./，i1；.1二二三.J四上，I,J一-r-l-rMl，-ii.i-Lrsbr5）淬火臨界冷卻速度（Vk）,淬透性，淬硬性；口口答：淬火臨界冷卻速度（Vk）:淬火時獲得全部馬氏體組織的最小冷H Hi i_!_!._ _. .ti.ti.i i2 2_i_fcI._i_fcI.L L: :rI.rI.-工uL-uL-I11占 FFL:一二 TMIIIF-i1時J，,L；：.；_-_=iB-VlJ,T；_tlh iTd.1LUV二“w、，.卻速度。淬透性：鋼在淬火后獲得淬硬層深度大小的能力。|.diiifr9J.,I,rJi-idi_B,t-_3-r

20、aIrfi%嶺a-isjjlll*-1*-HR淬硬性：鋼在淬火后獲得馬氏體的最高硬度。6）再結晶、重結晶；-、-jIr1-31-；r_r-1-；,i-2；r-；浦二！答：再結晶：金屬材料加熱到較高的溫度時，原子具有較大的活雜;L;工，叁;動能力”使晶粒的外形開始變化。從破碎拉長的晶:一:Ar,卜pk.-I-Jt-4i-i粒變成新的等軸晶粒。和變形前的晶粒形狀相似，J1晶格類型相同，把這一階段稱為“再結晶”。I-,-k.發生晶體由于溫度變化重結晶變質處理。在液態金屬結晶前變質處理使結晶時的晶核數目量可以成為非自發晶核的固態質點 細化晶粒分析各自得到的組織c時間總B下+Fe3CS+Fe3c后分別在

21、水獲得什么組織？排列一下硬度的大小順序7）調質處理大大增加，從而提高了形核率結構的改變，稱為重結晶6-4將同一棒料上切割下來的調質處理：淬火后的高溫回火特意加入某些難熔固態顆粒，造成大引起晶體重新形核、長大d等溫淬火空氣中冷卻，說明：各是何種熱處理工藝?4快45鋼試樣，同時加熱到850Cf完全退火P+Fe3C油中淬火M+T+Fe3cg等溫退火P+Fe3cb分級淬火M+Fe3C淬火M淬火M+Te正火a水中淬火M+Fe3c6-2如下圖所示，T12鋼加熱到Ac1以上，用圖示的各種方法冷卻(3)爐冷：退火P+Frip-I11a飛-IEIJZ1：-，-i1BJ1-；.；.-i亡.二三!EE：n|.-一一

22、-t1三!rstzi-!(4)空冷：正火S+FL-“J-B硬度順序：(1)(2)(4)(3)6-5殘留奧氏體對鋼淬火后的性能有何影響？用什么方法可以減少殘留奧氏體的數量？.:二.三-，：二三-c”：,=!I，；，；-：；：；-J；-二7；-j答：殘留奧氏體不僅降低了淬火鋼的硬度和耐磨性，而且在工件的長期使用過程中，殘留奧氏體還會發生轉變，使工件形狀尺寸變化，降低工件尺寸精度。用冷處理”可以減少殘留奧氏體的數量。-jrIB11r-JBsaYrir_.=：-i_j3-|B-67甲，乙兩廠生產同一批零件，材料均選45鋼，硬度要求為2202250HBW。甲廠采用正火，乙廠采用調質，都達到硬度要求。_1

23、試分析甲，乙兩廠產品的組織和性能的差別。答：甲廠采用正火：獲得細珠光體，正火消除中碳鋼經熱加工后二一二.Er.二一魚亶./，i；.1二二三.J四上，I,J一-r-l-rMl，-ii.i-Lrsbr產生的組織缺陷，塑性基本不降低。乙廠采用調質：獲得回火索氏體，強度、硬度、耐磨性降低。大幅度N_:一._i_L!_.,P=:_F._i_=:r=I!lT11F=*；：，；_-_Bill- 1I.nL:rhIf.-p|LJ:二:二提高了塑性、韌性，得到較好的綜合力學性能的鋼。6-9倉庫中有45鋼、38CrMoAlA鋼和20CrMnTi鋼，它們都可以用.diiifr9J.,I,rJi-idi_B,t-3-

24、raIrfi%嶺a-isjjlll*-1*-HR來制造齒輪，為了滿足齒輪的使用要求，問各應進行何種熱處理？并比較它們經熱處理后在組織和性能上的不同。2；-U-，一.；,.：-Ii,二一口：-9=-HJ-S-t-.=,、？；I，&=,二L,答：(1)45鋼：先調質，感應加熱表面淬火+低溫回火組織：表1.1,，：，：-T一，1：=_i1-a5ril1層M回，心部S回.二二一.Ar,卜pk.-I-Jt-4i-i(2) 38CrMoAlA:先調質，后氮化組織：表J1層氮化組織，心部S回I-,-k.(3) 20CrMnTi:滲碳，淬火十低溫回火組織：M汴”回十少量AR，心部F+PL-“J-B6-

25、10某一用45鋼制造的零件，其加工路線如下：備料一鍛造-正火一粗機械加工-調質-精機械加工一高頻感應加熱淬火+低溫回火-磨削，請說明各熱處理工序的目的及熱處理后的6C1,：凈一一二JE_&S!r_一一一I1嗎!r_.ML上二三1M-_一.1.11，-.-ll-tfj-ll-tfjJSTSJ J1 1*：irJrLr*-irJrLr*- -1 1jE.W,jE.W,1 1班-.,l-L 1 11-X.E1-X.E，匚-.組織。答：正火目的:消除鍛造應力，改善切削加工性，同時均勻組織，細化晶粒，為后續熱處理作組織準備。組織：晶粒均勻細小的F和S。Vi1 4-TII1Ir-aiVFl_,i口1FiJV-|-rIa1F_1ariV|B*1fc.-Uii調質目的：提高塑性、韌性，使零件獲得較好的綜合力學性能。組織：S回。高頻感應加熱淬火目的：提高工件表面的硬度和耐磨性，而心部仍保持良好的塑性和韌性。二一二.Er.二一魚