工程材料-作业及答案

P16-1 何谓材料的密度、表观密度、堆积密度？如何测定？材料含水后对三者有什么影响？答：密度指材料在绝对密实状态下单位体积的干燥质量。

表观密度指材料在自然状态下单位体积的质量。

堆积密度指散粒材料或粉体材料在自然堆积状态下单位体积的质量。

测定材料的密度、表观密度和堆积密度，关键在于分别测定其绝对密实体积、表观体积（即自然状态下的体积）和堆积体积。

密实材料，绝对密实体积等于表观体积，外形规则材料可以直接量度外形尺寸，通过几何计算得到体积；外形不规则的材料可以用排液法得到体积。

求非密实材料的绝对密实体积，要把材料磨成粉，干燥至恒重后用李氏密度瓶测定；求形状规则的非密实材料表观体积，方法同规则密实材料，形状不规则非密实材料，可在材料表面封蜡后，用排液法测得表观体积。

散粒材料的堆积密度，通常以所填充的容器的容积作为材料的自然堆积体积来求得。

材料的密度与含水无关，表观密度和堆积密度随含水量增大而增大。

P16-2 材料的孔隙率和孔隙特征对材料的哪些性能有影响？有何影响。

答：材料的孔隙率和孔隙特征对材料的强度、表观密度、吸水性、吸湿性、抗渗性、抗冻性、隔热保温性、隔声/吸声性等性能有影响。

一般来说组成相同的材料孔隙率越大则干表观密度、强度越小；抗渗性、抗冻性、导热性越差；吸水性、吸湿性、隔热性、吸声性越好。

在组成和孔隙率都相同的情况下，细小开口孔隙比较多的材料比粗大开口孔隙多的材料，吸水性、吸湿性好，抗渗性、抗冻性差，具有较多细小封闭孔隙的材料比具有粗大连通孔隙多的材料强度大，抗冻性好，导热性差。

P16-3有一块烧结普通砖，在吸水饱和状态下质量为2900g，其绝干质量为2550g。

砖的尺寸为240mm×115mm×53mm，经干燥并磨成细粉后取50g，用排水法测得绝对密实体积为18.62cm3。

试计算该砖的吸水率、密度、孔隙率。

解：该砖的质量吸水率=（饱和状态下质量—绝干质量）/绝干质量×100%=（2900-2550）/2550×100%=13.7%该砖的体积吸水率=（饱和状态下质量—绝干质量）/表观体积/水的密度×100%=（2900-2550）/（24×11.5×5.3）/1×100%=23.9%砖的密度=50/18.62=2.69g/cm3砖的表观密度=2550/（24×11.5×5.3）=1.74g/cm3砖的孔隙率=（1—表观密度/密度）×100%=（1-1.74/2.69）×100%=35.3%P53-2硅酸盐水泥熟料有哪些主要的矿物组成？他们在水泥水化中各表现出什么特性？答：硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成有硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铝酸为什么生产硅酸盐水泥时掺适量的石膏对水泥不起破坏作用，而硬化的水泥石在有硫酸盐的环境介质中生成石膏时就有破坏作用？答：因为生产中掺入适量的石膏，它的水化反应主要集中于水泥水化的初期，而水泥浆体在终凝之前具有塑性，这个时候的体积膨胀不会受到限制；硬化的初期，水泥石强度较低，内中毛细孔隙比较多，仍能容纳微量的膨胀，因此早期掺入的适量的石膏对水泥不起破坏作用。

1、下列各种工件应该采用何种硬度实验方法来测定其硬度？锉刀、黄铜轴套、供应状态的各种非合金钢材、硬质合金刀片、耐磨工件的表面硬化层、调质态的机床主轴。

2、已知Cu（f.c.c）的原子直径为2.56A，求Cu的晶格常数a，并计算1mm3Cu中的原子数。

3、已知金属Ａ（熔点６００℃）与金属Ｂ（熔点５００℃）在液态无限互溶；在固态３００℃时Ａ溶于Ｂ的最大溶解度为３０％，室温时为１０％，但Ｂ不溶于Ａ；在３００℃时，含４０％Ｂ的液态合金发生共晶反应。

求：①作出Ａ－Ｂ合金相图（请用尺子等工具，标出横纵座标系，相图各区域名称，规范作图）②写出共晶反应式。

③分析２０％Ａ，４５％Ａ，８０％Ａ等合金的结晶过程，用结晶表达式表达。

４．一个二元共晶反应如下：Ｌ（７５％）←→α（１５％Ｂ）＋β（９５％Ｂ）（１）计算含５０％Ｂ的合金完全凝固时①初晶α与共晶（α＋β）的重量百分数。

②α相和β相的重量百分数。

③共晶体中的α相和β相的重量百分数。

（２）若显微组织中，测出初晶β相与（α＋β）共晶各占一半，求该合金的成分。

５．有形状，尺寸相同的两个Ｃｕ－Ｎｉ合金铸件，一个含Ｎｉ９０％，另一个含Ｎｉ５０％，铸件自然冷却，问哪个铸件的偏析严重，为什么？1.何谓铁素体，奥氏体，渗碳体，珠光体和莱氏体，它们的结构，组织形态，性能等各有何特点？2.分析含碳量为0.3%，1.3%，3.0%和5.0%的铁碳合金的结晶过程和室温组织。

3.指出下列名词的主要区别：一次渗碳体，二次渗碳体，三次渗碳体，共晶渗碳体和共析渗碳体。

4.写出铁碳合金的共晶反应式和共析反应式。

5.根据铁碳相图：①分析0.6%C的钢室温下的组织，并计算其相对量。

②分析1.2%C的钢室温下的相组成，并计算其相对量。

③计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体的最大含量。

6．对某退火碳素钢进行金相分析，其组织为珠光体+网状渗碳体，其中珠光体占93%，问此钢的含碳量大约为多少？7．依据铁碳相图说明产生下列现象的原因：①含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.4%的钢硬度高。

1.1 4．简答及综合分析题（1）金属结晶的基本规律是什么？条件是什么？简述晶粒的细化方法。

(2) 什么是同素异构转变？（1）金属结晶的基本规律：形核、长大；条件是具有一定的过冷度；液态金属晶粒的细化方法：增大过冷度、变质处理、附加振动；固态金属晶粒的细化方法：采用热处理、压力加工方法。

(2)金属同素异构性（转变）：液态金属结晶后获得具有一定晶格结构的晶体，高温状态下的晶体，在冷却过程中晶格发生改变的现象。

1.2 4．简答及综合分析题（4）简述屈服强度的工程意义。

（5）简述弹性变形与塑性变形的主要区别。

(4)答：屈服强度是工程上最重要的力学性能指标之—。

其工程意义在于：①屈服强度是防止材料因过最塑性变形而导致机件失效的设计和选材依据；②根据屈服强度与抗拉强度之比(屈强比)的大小，衡量材料进一步产生塑性变形的倾向，作为金属材料冷塑性变形加工和确定机件缓解应力集中防止脆性断裂的参考依据。

(5) 答：随外力消除而消失的变形称为弹性变形。

当外力去除时，不能恢复的变形称为塑性变形。

1.3 4．简答题（6）在铁碳相图中存在三种重要的固相，请说明它们的本质和晶体结构(如，δ相是碳在δ－Fe中的固溶体，具有体心立方结构)。

α相是；γ相是；Fe3C相是。

(7)简述Fe—Fe3C相图中共晶反应及共析反应，写出反应式，标出反应温度。

（9）在图3—2 所示的铁碳合金相图中，试解答下列问题：图3—2 铁碳合金相图（1）标上各点的符号；（2）填上各区域的组成相（写在方括号内）；（3）填上各区域的组织组成物（写在圆括号内）；（4）指出下列各点的含碳量：E( ）、C( ）、P( ）、S( ）、K( ）；（5）在表3-1中填出水平线的温度、反应式、反应产物的名称。

表3-1（6）答：碳在α－Fe中的固溶体，具有体心立方结构；碳在γ—Fe中的固溶体，具有面心立方结构；Fe和C形成的金属化合物，具有复杂结构。

（7）答：共析反应：冷却到727℃时具有S点成分的奥氏体中同时析出具有P点成分的铁素体和渗碳体的两相混合物。

一.单选题（共31题,24.8分）1一般结构钢，强度与硬度的关系为：B、强度越大则硬度越大。

2一般结构钢，强度与塑性的关系为：A、强度越大则塑性越小。

3一般结构钢，冲击韧性与塑性的关系为：B、冲击韧性越大则塑性越大。

4一般工程材料，硬度与脆性的关系为：B、硬度越大则脆性越大。

5一般工程材料，韧性与脆性的关系为：C、韧性越大则脆性越小。

6合金中的固溶体相的结构为C、溶剂金属晶格7铁碳合金平衡组织中的珠光体形态一般为A、指纹状8铁碳合金中的渗碳体的性能特点为C、高硬度9常温下，随着含碳量升高，铁碳合金平衡组织中的铁素体含量。

A、减少10铁碳合金平衡组织中的莱氏体的性能为D、硬脆正确答案：D 我的答案：D11金属热加工与冷加工的加工温度区分是以哪个温度作为界限B、再结晶温度12钢正火的冷却方式为B、空冷13调质处理是钢淬火后再进行何种处理？C、高温回火14钢的热处理加热温度过高会造成A、奥氏体晶粒长大，危害最终组织及性能。

15亚共析钢淬火时，如果加热温度低于AC3，则淬火后组织为C、铁素体+马氏体16含有1.2%C的过共析钢制作模具，切削加工之前需要进行何种热处理？D、球化退火正确答案：D 我的答案：B17含有1.2%C的过共析钢制作模具，粗加工之后精加工之前需要进行何种热处理？B、淬火+低温回火18含碳量为0.45%的钢调质主要用来做轴、齿轮等高强度件，调质后的组织为C、回火索氏体19含碳量为0.65%的钢主要用来做弹簧件，为提高其弹性采用的热处理为C、淬火+中温回火20箱体铸件采用正火与退火热处理相比的区别：A、正火的强硬度高，而且成本低。

21含碳量0.45%和1.20%的两个钢，淬火温度都是760℃，则淬火后前者硬度低于后者的原因为A、前者含碳量低，淬硬性差，且组织中马氏体含量少。

2245钢与65钢的组织区别为C、45钢组织中的P含量小于65钢组织中的P2340Cr钢的淬透性好于40钢的原因B、40Cr钢中Cr元素使得其等温转变C曲线向右移动2440Cr钢强度高于40钢的原因主要为：D、Cr元素具有固溶强化作用正确答案：D 我的答案：D25飞机起落架应选用哪类铝合金B、超硬铝26H68塑性高于H62的原因为B、H68的组织为单相固溶体27ZSnSb11Cu6为轴承合金，主要用来制造A、滑动轴承内衬28铸铁基体的组织类型为B、F或F+P或P29各种铸铁相比，机械性能最好的是B、球铁30各种铸铁相比，铸造性能最好的是A、灰铁31蠕墨铸铁强度高于普通灰铁的原因主要是D、蠕化剂造成石墨片形状不太尖利正确答案：D 我的答案：D二.多选题（共1题,0.8分）1钢正火的冷却方式为B、空冷三.判断题（共32题,25.6分）1固溶体中溶质含量越多，其强度越高正确答案：√2合金中固溶体相的结构与溶剂金属的晶格相同正确答案：√3金属结晶时冷却速度越大，晶粒越大正确答案：×4金属结晶时往金属熔体中加入有效的其它物质，造成形核率增加，从而使结晶后金属强度增加，称为固溶强化。

2-9 已知Ag 的原子半径为0.144nm ，求其晶格常数。

解：Ag 为面心立方晶格，在<1 1 0>晶向上原子相邻密堆，因此晶格常数满足： r a 42=，其中r 为原子半径 ∴晶格常数为：nm nm r c b a 407.0144.024
24
=×====
3－10 何谓合金的组织组成物及相组成物？指出ω(Sn)=30%的Pb －Sn 合金在183℃下全部结晶完毕后的组织组成物及相组成物，并利用杠杆定律计算它们的质量分数？
答：(1)组织组成物：泛指合金组织中那些具有确定性质和特殊形态并在显微镜
下能明显区分的各组成部分，也可称为组织成分。

相组成物：指显微组织中所包含的相，也可称为相组分
(2) ω(Sn)=30%的Pb －Sn 合金在183℃下全部结晶完毕后的组织组成物为：初生α相，(α＋β)共晶相；相组成物为：α相与β相。

根据杠杆定律，合金在183℃下的组织组成物的质量分数为：
％％＝－－％＝＝相初生36.7410019
9.61309.61100××ME CE αω
％％＝－－％＝＝）共晶相＋（64.2510019
9.611930100××ME MC βαω 或者 ％＝相初生共晶相64.251)(αβαωω−=+
相组成物的质量分数为：
%99.85%100195.97305.97%100=×−−=×=MN
NC αω %01.14%100195.971930%100=×−−=×MN MC ＝βω 或者%01.14%99.8511=−=−=αβωω。

工程材料及成形技术作业题库一。

名词解释1。

间隙固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。

2。

过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。

3..同素异构性：同一合金在不同温度下晶格类型不同的现象。

4。

同素异构性:同一合金在不同温度下晶格类型不同的现象。

5。

再结晶:金属发生重新形核和长大而晶格类型没有改变的结晶过程。

6.枝晶偏析：结晶后晶粒内成分不均匀的现象。

7。

淬透性：钢淬火时获得淬硬层深度的能力.8。

淬硬性：钢淬火时得到的最大硬度。

9。

临界冷却速度：奥氏体完全转变成马氏体的最低冷却速度。

10。

热硬性:钢在高温下保持高硬度的能力。

11。

时效强化：经固溶处理后随着时间的延长强度不断提高的现象。

12.形变强化：由于塑性变形而引起强度提高的现象.13。

调质处理:淬火+高温回火得到回火索氏体的热处理工艺。

14。

变质处理：在浇注是向金属液中加入变质剂,使其形核速度升高长大速度减低，从而实现细化晶粒的处理工艺。

15。

顺序凝固原则：铸件时使金属按规定从一部分到另一部分逐渐凝固的原则。

16。

同时凝固原则：17.孕育铸铁：经过孕育处理的铸铁.18。

热固性塑料：19。

热塑性塑料:二。

判断正误并加以改正1。

细化晶粒虽能提高金属的强度,但增大了金属的脆性。

（╳）改正：细化晶粒不但能提高金属的强度,也降低了金属的脆性。

2。

结构钢的淬透性,随钢中碳含量的增大而增大. ( ╳）改正：结构钢的淬硬性，随钢中碳含量的增大而增大。

3。

普通低合金结构钢不能通过热处理进行强化。

（√)4. 单晶体必有各向异性。

（√）5。

普通钢和优质钢是按其强度等级来区分的。

( ╳）改正：普通钢和优质钢是按钢中有害杂质硫、磷的含量来划分的.6. 过热钢经再结晶退火后能显著细化晶粒. （√）7。

奥氏体耐热钢也就是奥氏体不锈钢。

( ╳ )改正：奥氏体耐热钢不是奥氏体不锈钢。

8。

马氏体的晶体结构和铁素体的相同。

（√ )9. 面心立方金属的塑性比体心立方金属的好. （╳）10。

土木工程材料一、1：[单选题]评价材料抵抗水的破坏能力的指标是（）。

A：抗渗等级B：渗透系数C：软化系数D：抗冻等级参考答案：C2：[判断题]承受冲击与振动荷载作用的结构需选择韧性材料. ……………………………… ( )参考答案：正确3：[单选题]吸声材料的要求是六个规定频率的吸声系数的平均值应大于( ) A：0.2 B：0.4 C：0.8 D：1.0参考答案：A4：[单选题]砂的密度、松堆密度、表观密度的大小排列为( )A：密度>松堆密度>表观密度 B：密度>表观密度>松堆密度C：松堆密度>表观密度>密度 D：松堆密度>密度>表观密度参考答案：B5：[单选题]某一材料的下列指标中为常数的是（）A：密度 B：表观密度（容重） C：导热系数 D：强度参考答案：A6：[判断题]材料的抗渗性主要决定于材料的密实度和孔隙特征. ……………………( )参考答案：正确7：[论述题]决定材料耐腐蚀性的内在因素是什么？参考答案：(1)材料的化学组成和矿物组成。

如果材料的组成成分容易与酸、碱、盐、氧或某些化学物质起反应，或材料的组成易溶于水或某些溶剂，则材料的耐腐蚀性较差。

(2)非晶体材料较同组成的晶体材料的耐腐蚀性差。

因前者较后者有较高的化学能，即化学稳定性差。

(3)材料内部的孔隙率，特别是开口孔隙率。

孔隙率越大，腐蚀物质越易进入材料内部，使材料内外部同时受腐蚀，因而腐蚀加剧。

(4)材料本身的强度。

材料的强度越差，则抵抗腐蚀的能力越差。

8：[填空题]含水率为1%的湿砂202克，其中含水为克,干砂克.参考答案：2;200.9：[填空题]对于开口微孔材料,当其孔隙率增大时，材料的密度，吸水性, 抗冻性,导热性,强度。

参考答案：不变;增强;降低;降低;降低.10：[判断题]软化系数越大,说明材料的抗渗性越好。

…………………………………( )参考答案：错误11：[判断题]多孔材料吸水后,其保温隔热效果变差。

第一章材料的结构与金属的结晶1．解释下列名词：变质处理P28；细晶强化P14；固溶强化P17。

5．为什么单晶体具有各向异性P12，而多晶体在一般情况下不显示各向异性P13？答：因为单晶体内部的原子都按同一规律同一位向排列，即晶格位向完全一致。

而在多晶体的金属中，每个晶粒相当于一个单晶体，具有各项异性，但各个晶粒在整块金属中的空间位向是任意的，整个晶体各个方向上的性能则是大量位向各不相同的晶粒性能的均值。

6．在实际金属中存在哪几种晶体缺陷P13？它们对力学性能有何影响P14？答：点缺陷、线缺陷、面缺陷。

缺陷的存在对金属的力学性能、物理性能和化学性能以及塑性变形、扩散、相变等许多过程都有重要影响。

7．金属结晶的基本规律是什么P25？铸造(或工业)生产中采用哪些措施细化晶粒？举例说明。

P27~P28答：金属结晶过程是个形核、长大的过程。

（1）增大过冷度。

降低金属液的浇筑温度、采用金属模、水冷模、连续浇筑等。

（2）变质处理。

向铝合金中加入钛、锆、硼；在铸铁液中加入硅钙合金等。

（3）振动和搅拌。

如机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。

第二章金属的塑性变形与再结晶1．解释下列名词：加工硬化P40；再结晶P43；纤维组织P38。

2．指出下列名词的主要区别：重结晶、再结晶P43答：再结晶转变前后的晶格类型没有发生变化，故称为再结晶；而重结晶时晶格类型发生了变化。

另外，再结晶是对冷塑性变形的金属而言，只有经过冷塑性变形的金属才会发生再结晶，没有经过冷塑性变形的金属不存在再结晶的问题。

5．为什么常温下晶粒越细小，不仅强度、硬度越高，而且塑性、韧性也越好？P38答：晶粒愈细，单位体积内晶粒数就愈多，变形是同样的变形量可分散到更多的晶粒中发生，以产生比较均匀的变形，这样因局部应力集中而引起材料开裂的几率较小，使材料在断裂前就有可能承受较大的塑性变形，得到较大的伸长率和具有较高的冲击载荷抗力。

6．用冷拔铜丝制作导线，冷拔后应如何处理？为什么？P42答：应该利用回复过程对冷拔铜丝进行低温退火。

工程材料作业一一、选择题1、金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为（C ）A塑性 B硬度 C强度 D密度2、金属键的实质是（A ）A自由电子与金属阳离子之间的相互作用B金属原子与金属原子间的相互作用C金属阳离子与阴离子的吸引力D自由电子与金属原子之间的相互作用二、问答题1、晶体中的原子为什么能结合成长为长程有序的稳定排列？这是因为原子间存在化学键力或分子间存在范德华力。

从原子或分子无序排列的情况变成有序排列时，原子或分子间引力增大，引力势能降低，多余的能量释放到外界，造成外界的熵增加。

尽管此时系统的熵减小了，只要减小量比外界熵增加来的小，系统和外界的总熵增加，则系统从无序状态变成有序状态的过程就可以发生。

分子间存在较强的定向作用力（例如较强极性分子间的取向力、存在氢键作用的分子间的氢键力）的情况下，分子从无序变有序，系统能量降低更多，释放热量越多，外界熵增越大，越有利于整齐排列。

这样的物质比较易于形成晶体。

相反非极性或弱极性分子间力方向性不明显，杂乱排列和整齐排列能量差别不大，形成整齐排列时，外界熵增有限，不能抵消体统高度有序排列的熵减。

这样的物质较难形成规则晶体。

综上粒子间的引力越强、方向性越强，越有利于粒子定向有序排列。

粒子的热运动则倾向于破坏这种有序排列。

热运动越剧烈（温度越高），越倾向于杂乱排列。

物质中粒子最终有序排列的程度取决于这对相反因素的消长2、材料的弹性模量E的工程含义是什么？它和零件的刚度有何关系？材料在弹性范围内，应力与应变的比值（σ/ε）称为弹性模量E(单位为MPa)。

E标志材料抵抗弹性变形的能力，用以表示材料的刚度。

E值愈大，即刚度愈大，材料愈不容易产生弹性变形。

E值的大小，主要取决于各种材料的本性，反映了材料内部原子结合键的强弱。

当温度升高时，原于间距加大，金属材料的E值会有所降低。

值得注意的是，材料的刚度不等于零件的刚度，因为零件的刚度除取决于材料的刚度外，还与结构因素有关，提高机件的刚度，可通过增加横截面积或改变截面形状来实现。

1.画出Fe-Fe3C相图，指出图中S、E、GS、SE、PQ、PSK和ECF 各点线的含义，并标注各区域的相组成物或组织组成物。

略2.何谓铁素体（F）、奥氏体（A）、渗碳体（Fe3C）、珠光体（P）？铁素体（F）：C在α-Fe中的间隙固溶体，具有体心立方晶格。

奥氏体（A）：C在γ-Fe中的间隙固溶体，具有面心立方晶格。

渗碳体（Fe3C）：C与Fe的化合物。

珠光体（P）：铁素体与渗碳体的机械混合物。

3.在Fe-Fe3C相图上，指出碳在α-Fe和γ-Fe中的溶解度曲线，并指出它们的溶碳范围。

α-Fe：0～0.0218%γ-Fe：0～2.11%4.分别画出含碳为0.45%、0.77%、和1.0%的铁碳合金的结晶过程和室温组织。

w C=0.45%，亚共析钢w C=0.77%，共析钢：w C=1.0%，过共析钢：5.计算下列问题（1）0.6%C钢中的珠光体和铁素体各占多少？（2）1.2%C钢中的珠光体和渗碳体（二次）各占多少？6.某钢试样在显微镜下观察，发现珠光体占40%，铁素体占60%，试问这是什么成分的钢？首先由题设可知，该钢为亚共析钢。

设碳含量为x：求出x=0.32，即该钢为0.32%C的亚共析钢。

7.写出下列牌号钢材所属种类，含碳量和主要用途：45、50、T8、T12A。

45：平均碳含量为0.45%的优质碳素结构钢。

50：平均碳含量为0.50%的优质碳素结构钢。

优质碳素结构钢中有害杂质及非金属夹杂物含量较少，化学成分控制比较严格，塑韧性较好，多用于制造较重要零件。

T8：平均碳含量为0.8%的碳素工具钢。

T12A：平均碳含量为1.2%的高级碳素工具钢。

碳素工具钢含碳量较高，适用于制作工具。

8.解释下列名词α-Fe、α相与铁素体、γ-Fe、γ相与奥氏体α-Fe：具有体心立方晶格的Fe。

α相与铁素体：C在α-Fe中的间隙固溶体，具有体心立方晶格γ-Fe：具有面心立方晶格的Fe。

γ相与奥氏体：C在γ-Fe中的间隙固溶体，具有面心立方晶格。

机械工程材料作业（2）一，填空题1，在Fe-Fe3C相图中，共晶点的含碳量为（4.3% ），共析点的含碳量为（ 0.77% ）。

2.低温莱氏体是（珠光体）和（共晶渗碳体）组成的机械混合物。

3.金属结晶的过程包括形核和长大两个过程。

4.晶核的形成包括自发形核和非自发形核两种形式。

5.晶核的长大包括树枝状生长和平面生长两种形式。

6.金属铸锭的宏观组织是由三个晶区组成，由外向内分别是细等轴晶区柱状晶区、和中心等轴晶区。

7..铸锭的缺陷包括缩孔和缩松、气孔、非金属夹杂物、和成分偏析8.焊缝的组织是铸态组织柱状晶。

9.焊接接头是由焊缝和热影响区构成。

10.冷变形后金属在加热中，随温度的升高或加热时间的延长，其组织和性能一般经历回复、再结晶和晶粒长大三个阶段的变化。

11..细化晶粒的方法包括增大过冷度、加入形核剂和机械方法。

12改善和提高工程材料性能的主要途径有热处理、合金化和材料改性。

13.预先热处理常用的工艺方法有退火、正火、调质。

14.根据钢中的高低分为（写出含碳量）：高碳钢（≥0.6%）、中碳钢（0.25~0.60%）和低碳钢（≤0.25%）。

二，术语解释1.正火将钢加热到Ac3或Accm以上30~500c，保温一段时间，随后取出置于静止空气中冷却。

2.调质对钢材作淬火+高温回火处理，称为调质处理3.淬火将钢加热到AC3以上30~50度，保温一段时间，随后用大于临界冷却速度的方法进行冷却，以获得马氏体组织的热处理方法。

4.回火将淬火后的工件加热至低于A1的某一温度，保温一段时间，然后冷却至室温的工艺。

5.淬透性钢在淬火后获得淬硬层深度大小的能力，即获得马氏体多少的能力。

6.表面淬火仅对工件表面做淬火处理的热处理工艺7.表面形变强化将冷变形强化用于提高金属材料的表面性能，成为提高工件疲劳强度、延长使用寿命的工艺措施8.表面涂覆将材料的表面用其他金属或者非金属涂覆后，可赋予零件表面强烈的光和热的反射性、表面着色装饰性、耐磨、耐腐蚀及其他电、磁功能之效果9.渗碳钢经渗碳、淬火、和低温回火后使用的结构钢10.调制刚经调质处理后使用的结构钢11.弹簧钢用于制造各种弹簧和弹性元件的专用结构钢12.枝晶偏析先结晶的枝干含熔点高组元较多，而后结晶的组元较少，这种现象成为枝晶偏析13.弹性变形外力去除后变形能完全恢复三，选择题1.在铁－碳合金中，当含碳量超过（B）以后，钢的硬度虽然在继续增加，但强度却在明显下降。

1 、什么是滑移与孪生？一般条件下进行塑性变形时，为什么在锌、镁中易出现孪晶? 而在纯铜中易产生滑移带?答：滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。

孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。

密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。

体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。

面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称退火孪晶。

铜是面心立方，锌、镁是密排六方，故在锌、镁中易出现孪晶，而在纯铜中易产生滑移带。

2 、根据纯金属及合金塑性变形的特点，可以有几种强化金属性能的方式？答：通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称细晶强化。

单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也与多晶体纯金属相似。

但随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称固溶强化。

当在晶内呈颗粒状弥散分布时，第二相颗粒越细，分布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑性、韧性略有下降，这种强化方法称弥散强化或沉淀强化。

随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化。

加工硬化是强化金属的重要手段之一，对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。

3 、用手来回弯折一根铁丝时，开始感觉省劲，后来逐渐感到有些费劲，最后铁丝被弯断。

试解释过程演变的原因？答：用手来回弯折一根铁丝时，铁丝会发生冷塑性变形。

随着弯折的持续，铁丝的冷塑性变形量会增加，从而发生加工硬化，此时，铁丝的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，故逐渐感到有些费劲。

进一步弯折时，铁丝会因为超过疲劳强度而被弯断。

4 、什么是变形金属的回复、再结晶？再结晶晶粒度受哪些因素的影响?答：回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。

当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为完整均匀的等轴晶粒。

工程材料作业一一、选择题1、金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为（C ）A塑性 B硬度 C强度 D密度2、金属键的实质是（ A ）A自由电子与金属阳离子之间的相互作用B金属原子与金属原子间的相互作用C金属阳离子与阴离子的吸引力D自由电子与金属原子之间的相互作用二、问答题1、晶体中的原子为什么能结合成长为长程有序的稳定排列？这是因为原子间存在化学键力或分子间存在范德华力。

从原子或分子无序排列的情况变成有序排列时，原子或分子间引力增大，引力势能降低，多余的能量释放到外界，造成外界的熵增加。

尽管此时系统的熵减小了，只要减小量比外界熵增加来的小，系统和外界的总熵增加，则系统从无序状态变成有序状态的过程就可以发生。

分子间存在较强的定向作用力（例如较强极性分子间的取向力、存在氢键作用的分子间的氢键力）的情况下，分子从无序变有序，系统能量降低更多，释放热量越多，外界熵增越大，越有利于整齐排列。

这样的物质比较易于形成晶体。

相反非极性或弱极性分子间力方向性不明显，杂乱排列和整齐排列能量差别不大，形成整齐排列时，外界熵增有限，不能抵消体统高度有序排列的熵减。

这样的物质较难形成规则晶体。

综上粒子间的引力越强、方向性越强，越有利于粒子定向有序排列。

粒子的热运动则倾向于破坏这种有序排列。

热运动越剧烈（温度越高），越倾向于杂乱排列。

物质中粒子最终有序排列的程度取决于这对相反因素的消长2、材料的弹性模量E的工程含义是什么？它和零件的刚度有何关系？材料在弹性范围内，应力与应变的比值（σ/ε）称为弹性模量E(单位为MPa)。

E标志材料抵抗弹性变形的能力，用以表示材料的刚度。

E值愈大，即刚度愈大，材料愈不容易产生弹性变形。

E值的大小，主要取决于各种材料的本性，反映了材料内部原子结合键的强弱。

当温度升高时，原于间距加大，金属材料的E值会有所降低。

值得注意的是，材料的刚度不等于零件的刚度，因为零件的刚度除取决于材料的刚度外，还与结构因素有关，提高机件的刚度，可通过增加横截面积或改变截面形状来实现。

一、是非题(4)HRC测量方便，能直接从刻度盘上读数。

( 对 )二、选择题(2)下列四种硬度的表示方法中，最恰当的是( C )。

A．600~650 HBS B．12~15 HRCC．：170~230 HBS D．80~90 HRC(7)涂层刀具表面硬度宜采用( C )法进行测量。

A．布氏硬度(HBS) B．布氏硬度(HBW)C．维氏硬度D．洛氏硬度三、填空题（8）常用的硬度试验法有维氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度；测定半成品灰口铸铁件的硬度应采用布氏硬度。

（9）检验各种淬火钢的硬度应采用洛氏硬度，用符号HRC 表示；HB是布氏硬度的符号，它主要用于测量硬度在450 以下的材料。

（10）表面化学热处理、表面淬火的各种工件应该用维氏硬度硬度的来测定。

四、问答题4．试选择测定下列各种工件硬度的试验方法。

┏━━━━━━━┳━━━━━━━━━┳━━━━━━━┳━━━━━━━━━┓┃零件名称┃硬度试验方法┃零件名称┃硬度试验方法┃┣━━━━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━┫┃锉刀┃洛氏硬度┃ YG8刀片┃维氏硬度┃┣━━━━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━┫┃黄铜轴套┃布氏硬度┃电镀表层┃维氏硬度┃┣━━━━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━┫┃碳钢型材┃布氏硬度┃渗碳层┃维氏硬度┃┗━━━━━━━┻━━━━━━━━━┻━━━━━━━┻━━━━━━━━━┛习题二(11)标出简化后的铁碳合金相图(见图3-2)中各区域的相组成物(方括号)和组织组成物(圆括号)。

(14)分析W(C)=0.2％的铁碳合金从液态缓冷到室温时的结晶过程和室温组织，并计算室温下相组成物和组织组成物的相对含量。

(15)分析w(C)=O.77％的铁碳合金从液态缓冷到室温时的结晶过程和室温组织，并计算室温下相组成物和组织组成物的相对含量。

(16)分析w(C)=1.0%的铁碳合金从液态缓冷到室温时的结晶过程和室温组织，并计算室温下相组成物和组织组成物的相对含量。

工程材料作业答案作业1 材料结构基础1.实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷?它们对性能有什么影响?实际金属晶体存在点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。

（1）点缺陷使周围晶格发生畸变，提高晶体内能量，降低电导率，提高强度；（2）线缺陷越多，其运动越艰难，材料的强度、硬度越高，脆性越大，塑性越差；（3）面缺陷越多，晶粒越细，强度越高，塑性也越好；（4）体缺陷：孔洞影响材料的力学、光学、热学性能；裂纹影响材料的力学性能；夹杂影响材料的力学、光学、电学性能。

2.金属常见的3种晶体结构是什么？画出结构暗示图。

（1）体心立方（bcc）（2）面心立方（fcc）（3）密排六方（hcp）3.按价键结构对材料举行分类，简述各类材料的性能特点。

第1 页/共13 页4.简述构成材料的5种化学键及其对普通性能的影响。

离子键，共价键，金属键，范德华力，氢键。

（1）离子键组成的离子晶体硬度高，强度高，脆性大，绝缘，塑性差；（2）由共价键组成的晶体熔点高，强度高，脆性大；（3）由金属键组成的金属有：a.良好的导电、导热性；b.良好的塑性变形能力；c.不透明、展示金属光泽；d.电阻随温度升高而增大；（4）由分子键组成的材料熔点低、硬度低、绝缘；（5）有氢键的材料熔点沸点比分子晶体高。

5.简述钢的3种热力学平衡相。

（1）铁素体：碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体。

铁素体因为溶碳量小，力学性能与纯铁相似。

塑性、冲击韧性较好，强度、硬度较低；（2）奥氏体：碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体。

奥氏体的强度、硬度较低，但有良好的塑性；（3）渗碳体：铁碳组成的具有复杂斜方结构的间隙化合物。

渗碳体硬度高，塑性和韧性很低。

6.什么是钢的珠光体、屈氏体、索氏体、贝氏体、马氏体、残余奥氏体？珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物。

性能介于铁素体和渗碳体之间，综合性能好；屈氏体：铁素体与渗碳体组成的片层更薄的珠光体；索氏体：片层铁素体与渗碳体的双相混合组织，其片层间距较小，碳在铁素体中无过度饱和；贝氏体：渗碳体与铁素体的机械混合物，高温改变及低温改变相异的组织，具有较高的强韧性配合；马氏体：将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经疾驰冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织；残余奥氏体：淬火未能改变成马氏体而保留到室温的奥氏体。

第二章作业
1、什么是过冷度？为什么金属结晶时一定要有过冷度？
1、答：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。

液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。

从热力学的角度上看，没有过冷度结晶就没有趋动力。

当过冷度为零时临界晶核半径为无穷大，临界形核功也为无穷大。

临界晶核半径与临界形核功为无穷大时，无法形核，所以液态金属不能结晶。

晶体的长大也需要过冷度，所以液态金属结晶需要过冷度。

2、过冷度与冷却速度有什么关系？它对金属结晶后的晶粒大小有什么影响？
2、答：过冷度与冷却速度的关系一般的规律是冷却速度越大，过冷度越大。

过冷度越大，自由能差的绝对值越大，结晶越容易进行。

3、列举几种实际生产中采用的细化铸造晶粒的方法。

3、答：（1）提高过冷度，控制过冷度对形核率和长大速度的影响；（2）进行变质处理，向液态金属中加入非自发形核物质从而细化晶粒；（3）通过机械振动、电磁搅拌及超声波等方法打碎正在生长的树枝状晶体。

4、试分析比较纯金属、固溶体、共晶体三者在结晶过程和显微组织上的异同点。

4、答
5、现有两种铁-碳合金，其中一种合金的显微组织中珠光体量占75%，铁素体量站25%；另一种合金的显微组织中珠光体量占92%，二次渗碳体量占8%。

这两种合金各属于哪一类合金？其含碳量各为多少？
5、答。

0927工程材料判断题1、珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物A1. A.√2. B.×2、可锻铸铁中，石墨是团絮状的，有较高强度和一定塑韧性，所以可以锻造。

B1. A.√2. B.×3、正火是将钢加热到临界温度以上一定范围保温一定时间，然后空冷的热处理工艺。

A1. A.√2. B.×4、上贝氏体是由过饱和的铁素体和渗碳体组成。

A1. A.√2. B.×5、把在实际晶体中出现的空位和间隙原子的缺陷叫做面缺陷。

B1. A.√2. B.×6、实际金属中位错密度越大、晶界和亚晶界越多，其强度越高。

A1. A.√2. B.×7、金属材料在载荷作用下抵抗变形和断裂的能力叫强度。

A1. A.√2. B.×8、选材的一般原则包括满足零件使用性能、工艺性、经济性、环保和资源合理利用。

A1. A.√2. B.×9、贝氏体是过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物。

A1. A.√2. B.×10、奥氏体是碳溶解在γ-Fe中所形成的置换固溶体。

B1. A.√2. B.×11、钢的淬火后进行高温回火的工艺称为调质，其组织为回火索氏体。

A1. A.√2. B.×12、零件失效形式包括变形失效、磨损失效、断裂失效。

A1. A.√2. B.×13、表面淬火既能改变工件表面的化学成分，也能改善其心部组织与性能。

B1. A.√2. B.×14、调质钢经淬火和高温回火后的组织是回火马氏体。

B1. A.√2. B.×15、在一般情况下，金属结晶后晶粒越细小，则其强度越好，而塑性和韧性越差。

B1. A.√2. B.×16、在铁碳合金中，铁素体在727℃时，溶碳能力可达0.77%。

B1. A.√2. B.×17、衡量材料的塑性的指标主要有伸长率和冲击韧性。

B1. A.√18、布氏硬度测量硬度时，用符号HBW表示。