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机械工程材料知识训练
复习思考题1
1．写出下列力学性能符号所代表的力学性能指标的名称和含义。
700 500
?e、?s 、?0.2 、?b 、?5 、?、?、akv 、?-1、?600 1×10、?2/1×10、? 1×10、KIc、HRC、HV 、HBS、E。2．低碳钢试样在受到静拉力作用直至拉断时经过怎样的变形过程?
3．某金属材料的拉伸试样l0=100mm，d0=10mm。拉伸到产生0.2％塑性变形时作用力(载
荷)F0.2=6.5×103N；Fb=8．5×103N。拉断后标距长为ll=120mm，断口处最小直径为dl=6.4mm，试求该材料的?0.2、?b。 4．钢的刚度为20.7×104MPa，铝的刚度为6.9×104MPa。问直径为2.5mm，长12cm的钢丝在承
受450N的拉力作用时产生的弹性变形量(Δl)是多少?若是将钢丝改成同样长度的铝丝，在承受作用力不变、产生的弹性变形量(Δl)也不变的情况下，铝丝的直径应是多少?
5．某钢棒需承受14000N的轴向拉力，加上安全系数允许承受的最大应力为140MPa。问钢棒
最小直径应是多少?若钢棒长度为60mm、E=210000MPa，则钢棒的弹性变形量(Δl)是多少? 6．试比较布氏、洛氏、维氏硬度的特点，指出各自最适用的范围。下列几种工件的硬度适宜哪
种硬度法测量：淬硬的钢件、灰铸铁毛坯件、硬质合金刀片、渗氮处理后的钢件表面渗氮层的硬度。
7．若工件刚度太低易出现什么问题?若是刚度可以而弹性极限太低易出现什么问题?
8．指出下列硬度值表示方法上的错误。12HRC～15HRC、800HBS、58HRC～62HRC、550N／
mm2HBW、70HRC～75HRC、200N／mm2HBS。
9．根据GB700—88《碳素结构钢》的规定牌号为Q235的钢?b≥235MPa、?5≥26％。现对进
厂的一批Q235钢材采用d0=10mm的标准短试样进行拉伸试验，测得的试验数据是Fs=20KN，断后标距长lk=65mm。．试问这批钢材合格否? 10．在图样上，为什么只用硬度来表示对机件的力学性能要求? 11．判断下列说法是否正确，并说出理由。
(1)材料塑性、韧性愈差则材料脆性愈大。 (2)屈强比大的材料作零件安全可靠性高。 (3)材料愈易产生弹性变形其刚度愈小。 (4)伸长率的测值与试样长短有关，?5>?10 (5)冲击韧度与试验温度无关。
(6)同一材料的?-1，一般都小于?s。
(7)较低表面粗糙度值，会使材料的?-1值降低。
(8)材料综合性能好，是指各力学性能指标都是最大的。 (9)材料的强度与塑性只要化学成分一定，就不变了。
-5
5
3
复习思考题2
1．解释下列名词：晶格、晶胞、晶粒、晶界、亚晶粒、亚晶界、晶面、晶向、晶格参数、合金、
相、显微组织、固溶体、金属化合物、固溶强化、第二相弥散强化、组元。
2．在面心立方晶格中原子排列最密的晶面是(111)，原子排列最密的晶向是[110]；体心立方晶
格中原子排列最密的晶面是(110)；原子排列最密的晶向是[111]，试画出。 3．金属的常见晶格有哪三种?说出名称并画图示之。
4．为什么单晶体有各向异性，．而多晶体的金属通常没有各向异性?
5．什么叫晶体缺陷?晶体中可能有哪些晶体缺陷?它们的存在有何实际意义? 6．固态合金中固溶体相有哪两种?化合物相有哪三种?它们的力学性能有何特点? 7．固溶体的溶解度取决于哪些因素?
8．间隙相、复杂结构的间隙化合物、间隙固溶体三者之间主要区别是什么?
复习思考题3
1．概念：
过冷现象、过冷度、平衡状态、合金系、相图、相组成物、组织组成物、匀晶转变、共晶转变、
包晶转变、细晶强化、枝晶偏析、体积质量偏析、包晶偏析、柱状晶、等轴晶、变质处理。 2．什么是杠杆定律?有什么用途?
3．金属结晶的动力学条件和热力学条件是什么?
4．铸锭是否一定要有三种晶区?柱状晶的长大如何抑制?
5．合金结晶中可能出现的三种偏析应如何控制使之尽量减小? 6．将本书图3-lOPb-Sn合金相图改画成按组织组成物填写。
7．若Pb—Sn合金相图中C、F、E、G、D点的合金成分分别是WSn等于2％、19％、61％、
97％和99％。问在下列温度(t)时，WSn=30％的合金显微组织中有哪些相组成物和组织组成物?它们的相对质量百分数是否可用杠杆定律计算?是多少?
(1)f=3000C；(2)刚冷到1830C共晶转变尚没开始；(3)在1830C共晶转变正在进行中；(4)共晶
转变刚完，温度仍在1830C时；(5)冷却到室温时(200C)。 8．固溶体合金和共晶合金其力学性能和工艺性能各有什么特点? 9．纯金属结晶与合金结晶有什么异同?
10．为什么共晶线下所对应的各种非共晶成分的合金也能在共晶温度发生部分共晶转变呢?
复习思考题4
1．纯铝、?-Fe、纯锌三种金属哪种金属易产生塑性变形?为什么? 2．纯铝单晶体的滑移系为(111)与[011]，纯铝单晶体的?c=2．4×105Pa，若外力方向为[001]，试求纯铝单晶体的在[001]晶向上的σs。
3．晶体塑性变形的基本方式是什么?实际金属塑性变形与单晶体塑性变形有什么异同? 4．什么是加工硬化?加工硬化在工业生产中有何利弊? 5．什么是冷变形金属的纤维组织?与流线有何区别? ’
6．什么是残余内应力?各类残余内应力是怎么产生的?对金属材料有什么影响？ 7．什么是回复?回复对变形金属有什么作用?在工业生产中有什么用处? 8．什么是再结晶?再结晶对变形金属有什么作用?在工业生产中有什么用处? 9．热变形加工与冷变形加工是依据什么来区分?两种变形加工各有什么优缺点?
10．有四个外形完全相同的齿轮，所用材质也都是wc=0.45％的优质碳素钢。但是制作方法不同，它们分别是：(1)直接铸出毛坯。然后切削加工成形。(2)从热轧厚钢板上取料，然后切削加工成型。(3)从热轧圆钢上取料，然后切削加工成型。(4)从热轧圆钢上取料后锻造成毛坯，然后切削加工成型。请你分析一下，哪个齿轮使用效果应该最好?哪个应该最差?
11．有一块铝板被子弹击穿了一个孔。若将此铝板进行正确的再结晶退火后，弹孔周围的晶粒可能有什么样的变化?并说明理由。
复习思考题5
1．什么是同素异晶转变、共析转变?
2．解释下列名词，并指出它们在组织形态上的特征和力学性能上的特点： 铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、高温莱氏体、低温莱氏体、魏氏体。
3．默画Fe—Fe3C相图，并按组织组成物填写各个相区。指出A、J、C、D、G、S、E、P、Q九个点及Al、A3、Acm、ECF、HJB五条线的含义。
4．试分析45钢、T8钢、T12钢在极缓慢的冷却过程中相变的过程。并示意地画出它们在室温时的显微组织。
5．根据Fe—Fe3C相图并通过必要的计算回答下面的问题。
(1)65钢在室温时相组成物和组织组成物各是什么?其相对质量百分数各是多少?
(2)T8(按共析钢对待)在室温时相组成物和组织组成物各是什么?质量百分数各是多少? (3)T12钢的相组成物和组织组成物各是什么?各占多大比例?
6．某碳素钢钢号不清，经金相检查其显微组织是F+P。其中P所占比例约为20％。你可否据此判定出它的钢号是什么?
7．钢中常存杂质指的是什么?它们对钢有什么影响?
8．指出钢号为20、45、65Mn、Q235-AF、T12、T10A、ZG270—500的碳素钢各属哪类钢?钢号中的数字和符号的含义是什么?各适于做什么用(各举一例)?
9．热轧空冷状态的碳素钢随WC增加，其力学性能有什么变化?为什么?
10．指出一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、先共晶渗碳体、共晶渗碳体、先共析渗碳体、共析渗碳体、网状渗碳体它们之间有何异同? 11．根据已学到的知识解释下列现象。 (1)螺钉、螺母等标准件常用低碳钢制造。
(2)室温时平衡状态下T10比T12抗拉强度高，但硬度却低。 (3)捆绑用的镀锌钢丝常用低碳钢丝，而起重用的钢丝绳和绕制弹簧所用钢丝却是．65Mn或65。 (4)锉刀常用T12制造，而钳工钢锯条常用T10制造。 (5)钢锭在正常热轧温度下轧制有时开裂。 (6)钢适于各种变形加工成形，不易铸造成形。
(7)钢在锻造时始锻温度选10000C～12500C，停锻选8000C左右。 12．Fe—Fe3C相图在选材、热处理、锻造、铸造等方面有什么用途?
复习思考题6
1．常用的热处理工艺有哪些?简述热处理在机械制造中的作用。 2．影响奥氏体晶粒大小的因素有哪些?
3．共析钢的等温转变曲线与连续转变曲线有什么差别? 4．珠光体、索氏体、托氏体组织有什么区别?． 5．上贝氏体和下贝氏体比较，哪一种力学性能好?
6．板条马氏体和片状马氏体在组织与力学性能方面有什么不同? 7．共析钢加热到奥氏体状态后，以不同的速度连续冷却，都得不到下贝氏体，试用c曲线说明，怎样才可得到下贝氏体。
8．20、45、65、T8、T10、T12钢的淬火加热温度怎样确定? 9．分析以下几种说法是否正确：
(1)马氏体硬而脆。
(2)过冷奥氏体的冷却速度越快，冷却后钢的硬度越高。 (3)钢中合金元素的含量越高，淬火后的硬度也越高。
(4)本质细晶粒钢加热后的实际晶粒一定比本质粗晶粒钢细。
(5)同一钢材在相同加热条件下，总是水淬比油淬的淬透性好；小件比大件淬透性好。
10.现有20钢齿轮和45钢齿轮两种，齿轮表面硬度要求52HRC～55HRC，问采用何种热处理可满足上述要求。比较它们在热处理后的组织与力学性能的差别。
11.用热处理基本工艺曲线形式表示均匀化退火、完全退火、球化退火、淬火、回火等工艺。 12．说明下列零件的淬火及回火温度，并说明回火后获得的组织和硬度： (1)45钢小轴(要求有较好的综合力学性能)。 (2)60钢弹簧。 (3)T12钢锉刀。
13.用20钢制造的?20mm的小轴，经930oC，5小时渗碳后，表面碳的质量分数增加至1.2％分析经下列热处理后表面及心部的组织： (1)渗碳后缓冷到室温。
(2)渗碳后直接淬火，然后低温回火。
(3)渗碳后预冷到820℃，保温后淬火，低温回火。
(4)渗碳后缓冷到室温，再加热到880oC后淬火，低温回火。 (5)渗碳后缓冷到室温，再加热到780 oC后淬火，低温回火。 14．简述目前常用的钢铁表面处理技术，并说明其应用范围。
复习思考题7
1．合金钢和碳素钢相比，具有哪些特点?
2．在合金钢中，常加入的合金元素有哪些?非碳化物形成合金元素有哪些?碳化物形成合金元素有哪些?扩大γ相的合金元素有哪些?缩小γ相区的合金元素有哪些? 3．合金元素对淬火钢的回火转变有何影响?
4．为什么合金钢的淬透性比碳素钢高?试比较20CrMnTi与T10钢的淬透性和淬硬性。 5．为什么同样碳含量的合金钢比碳素钢奥氏体化加热温度高?
6．有一根φ30mm的轴，受中等的交变载荷作用，要求零件表面耐磨，心部具有较高的强度和韧性，供选择的材料有16Mn、20Cr、45钢、T8钢和Crl2钢。要求：1)选择合适的材料；2)编制简明的热处理工艺路线；3)指出最终组织。
7.W18Cr4V钢淬火温度为什么要选1275oC±5oC?淬火后为什么要经过三次560oC回火?回火后的组织是什么，回火后的组织与淬火组织有什么区别?能否用一次长时间回火代替三次回火? 8．为什么轴承钢要具有较高的碳含量?在淬火后为什么需要冷处理? 9．如何提高钢的耐蚀性，不锈钢的成分有何特点?
10．ZGMl3—4钢为什么具有优良的耐磨性和良好的韧性?
11．在工厂中经常切削铸铁件和碳素钢件，请问何种材料硬质合金刀片适合切削铸铁。 12．说明下列钢号属于何种钢?数字的含意是什么?主要用途?
T8、16Mn、20CrMnTi、ZGMnl3—2、40Cr、GCrl5、60Si2Mn、W18Cr4V、1Crl8Ni9Ti、1Crl3、Crl2MoV、12CrMoV、5CrMnMo、38CrMoAl、9CrSi、Crl2、3Cr2W8、4Cr5W2VSi、15CrMo、60钢、CrWMn、W6M05Cr4V2。
复习思考题8
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