工程材料复习题问答分析题 2

1、什么是金属的力学性能？金属的力学性能主要包括哪些方面？

   材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。材料的常规力学性能指标主要包括强度、硬度、塑性和韧性等。

2、什么是钢的热处理？常用热处理方法有哪几种？

   通过对钢件作一定条件的加热、保温和冷却，从而改变整体或表层的组织，获得所需的性能。常用热处理方法有：退火、正火、淬火和回火。

3、钢按化学成分可分为哪几类？

  钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。其中，碳素钢按含碳量的多少分低碳钢、中碳钢、高碳钢；合金钢按合金元素种类分锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢，按合金元素含量的多少分低合金钢、中合金钢、高合金钢。

4、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁在组织上的根本区别是什么？

  四种材料的在组织上的根本区别是铸铁中的石墨的形态不同（形状、大小、数量、分布等），灰铸铁的石墨是片状，球墨铸铁的石墨是球状，可锻铸铁的石墨是团状，蠕墨铸铁的石墨是虫状。

5、硬质合金的主要组成是什么？常用硬质合金分哪几类？各有何主要应用？

 硬质合金的主要组成是难熔金属碳化物和粘结金属。常用硬质合金分为钨钴类硬质合金(代号YG)和钨钴钛类硬质合金(代号YT) 两种。YG合金多用于加工产生断续切屑的的脆性材料(如铸铁)，YT合金多用于加工产生连续切屑的韧性材料，特别是高速切削钢件。

分析下列材料强化方法的强化机理

1、细晶强化：    晶界增加提高强度     

2、热处理强化    改变组织结构提高强度       

3、固溶强化      晶格变形提高强度      

4、合金强化      固溶强化和碳化物强化        

5、加工硬化      位错增加提高强度     

1.在铸造生产中，采用哪些措施获得细晶粒组织？

答：(1) 增加过冷度（2）进行变质处理    (3) 附加振动

2.说明实际金属晶体缺陷种类及特征。

答：根据晶体缺陷的几何尺寸大小可分为三类：点缺陷，线缺陷，面缺陷。点缺陷的主要类型有空位和间隙原子。晶体中的线缺陷就是位错。面缺陷包括晶界、亚晶界和孪晶界。

3.简述石墨形态对铸铁的影响？

答：根据铸铁中石墨形态,铸铁可分为: (1)灰铸铁它是以片状石墨形式存在。(2)球墨铸铁它是铁液经过球化处理,使石墨呈球状的铸铁。(3)可锻铸铁它是白口铸铁通过可锻化退火,使石墨呈团絮状的铸铁

灰铸铁的抗拉强度和塑性就越低。球墨铸铁中石墨呈球状使球墨铸铁的抗拉强度、塑性和韧性、疲劳强度不仅高于其它铸铁,而且可以与相应组织的铸钢相比。可锻铸铁的石墨呈团絮状，因此它不但比普通灰铸铁具有较高强度，而且有较高的塑性和韧性。

4.常见的热处理方法有哪些？

答：退火、正火、淬火、回火、表面热处理、化学热处理。

5.什么是铝合金的固溶处理和时效处理。

答：当铝合金加热到α相区,保温后在水中快冷,其强度和硬度并没有明显升高,而塑性却得到改善,这种热处理称为固溶处理。固溶处理后铝合金的强度和硬度随时间而发生显著提高的现象,称为时效处理。

6.回火的目的是什么，常用的回火操作有哪几种？

答：回火的目的：1 获得工件所需的组织。2 稳定尺寸。3消除淬火内应力。

回火的种类：低温回火；中温回火；高温回火

1、叙述渗碳钢和调质钢的合金化及热处理特点。

答：（1）渗碳钢要满足表面高硬度、高耐磨，因此要求钢中含有碳化物形成元素，同时由于渗碳温度高，还加入防止奥氏体晶粒化的元素（如V，Ti），另外含有提高基体淬透性、强度和韧性的元素（Ni，Si等），为保证渗碳效率，渗碳钢含碳量为低碳。热处理工艺为渗碳+淬火+低温回火。                  

（2）调质钢的含碳量为中碳（0.3%～0.5%），以保证强度、塑性和韧性的匹配，主要合金元素包括提高淬透性的元素（Ni，Si，Mn，Cr），另外还有细化晶粒、抑制高温回火脆性的元素（Mo,W）。热处理工艺为淬火+高温回火（调质）。                                                                  

2、本质细晶粒钢的奥氏体晶粒是否一定比本质粗晶粒钢的细，为什么？

答：（1）不一定。（2）本质晶粒度表示在特定的加热条件下A晶粒有长大的倾向。本质细晶粒钢是指钢特定的加热条件下，A晶粒不容易长大。而本质粗晶粒钢是指钢特定的加热条件下，A晶粒迅速长大。（3）超过规定的温度，阻止A晶粒长大的碳化物也溶解后，本质细晶粒钢的A晶粒并不一定比本质粗晶粒钢的细。                                                                             

3、低碳钢板硬度低，可否用淬火方法提高硬度？用什么办法能显著提高硬度？

答：（1）低碳钢不宜用淬火方法提高硬度，因为含碳量太低，淬火后的低碳马氏体的硬度不是很高。（2）可以通过塑性变形产生加工硬化效应来提高硬度或采用渗碳+淬火+低温回火的方法，提高表面硬度。

1、试比较各类铸铁之间性能的优劣顺序，与钢相比较铸铁性能有什么优缺点？

答：

（1）常用的铸铁主要有灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁。           

（2）力学性能优劣顺序为：球墨铸铁、可锻铸铁、灰铸铁。     

（3）工艺性能优劣顺序为：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁。            

与钢相比较，铸铁的铸造成型性好，减振性好，切削性能好，缺口敏感性低，但通常钢的力学性能好于铸铁。 

2、20号钢采用表面淬火是否合适？为什么？45号钢进行渗碳处理是否合适？为什么？

答：

（1）20号钢采用表面淬火不合适，因为表面淬火的目的是提高改善材料表面硬度的一种热处理工艺，20号钢的含碳量太低，所以采用表面淬火方法不合适；

（2）对45号钢进行渗碳处理不合适，因为45号钢的含碳量为中碳，而渗碳处理适用于低碳钢，因此不合适。 

3、常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数各有什么特点？、、、、、、、、、各属于何种晶体结构？

答：常见的金属晶体结构有以下几种：

（1）体心立方：晶胞中的原子数为2，原子直径，如，，；            （3分）

（2）面心立方：晶胞中的原子数为4，原子直径，如，，，，； （3分）

（3）密排六方：晶胞中的原子数为6，原子直径，如，；     

1.车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，其加工路线为：    

下料       锻造    正火      机加工       调质         机加工（精）

        轴颈表面淬火         低温回火        磨加工

指出：1、主轴应用的材料：45钢

2、正火的目的和大致热处理工艺  细化晶粒，消除应力；加热到Ac3＋50℃保温一段时间空冷

3、调质目的和大致热处理工艺  强度硬度塑性韧性达到良好配合 淬火＋高温回火

 4、表面淬火目的  提高轴颈表面硬度

5．低温回火目的和轴颈表面和心部组织   去除表面淬火热应力，表面M＋A’心部S回

各处理状态下的组织：

正火：F+P(或铁素体+珠光体)。

         调质：S回（或回火索氏体）。

         轴颈淬火：M+少量Ar（或马氏体+少量残留奥氏体）。

   回火：M回（或回火马氏体）

1、晶体有那些特性？ 

答：1）一般具有规则的外形；2）有固定的熔点；3）有各向异性；4）解理性

2、陶瓷材料的主要性能特点是什么？ 

答：陶瓷材料性能特点：具有不可燃烧性；高耐热性、高化学稳定性；不老化性；高的硬度和良好的抗压能力；但脆性很高，温度急变抗力很低。

3、简述珠光体、索氏体、屈氏体三者的异同点。

答：珠光体、索氏体、屈氏体都是铁素体与渗碳体片层交替的机械混合物。

不同的是片层间距由宽到细，强度、硬度由低变高。

4、铁碳合金中基本相是那些？其机械性能如何？

答：基本相有：铁素体、奥氏体、渗碳体 。铁素体强度和硬度不高，但具有良好的塑性和韧性；奥氏体的硬度较低而塑性较高，易于锻压成型；渗碳体硬度很高而塑性和韧性几乎为零，脆性大。

5、金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？ 

答：结晶的基本过程——晶核形成与晶核长大

结晶时的冷却速度（即过冷度）随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快，同时液体金属中难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率

7、金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？

答：《1》晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性，如纵向的强度和塑性远大于横向等。《2》晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化，即随着变形量的增加，强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降，《3》织构现象的产生，即随着变形的发生不仅金属中晶粒会被破碎拉长，而且各晶粒的晶格位向也会沿着变形的方向同时发生转动，转动结果金属中每个晶粒的晶格位向趋于大体一致，产生织构现象，《4》冷压力加工过程中由于材料各部分的变形不均匀或晶粒内各部分和各晶粒间的变形不均匀，金属内部会形成残余的内应力，这在一般情况下都是不利的，会引起零件尺寸不稳定。

8、固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？

答：在结构上：固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而金属间化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成。

在性能上：形成固溶体和金属件化合物都能强化合金，但固溶体的强度，硬度比金属间化合物低，塑性，韧性比金属间化合物好，也就是固溶体有更好的综合机械性能。

9、实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？

答：如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格畸变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。

10、简述铸造过程中缩孔形成的原因。

答：金属液在铸模中冷却和凝固时，由于液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则会在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成尺寸较大而集中分布的孔洞。

11、简述消除冲压制品表面出现吕德斯带的措施。

答：利用应变时效理论解决这一问题。将薄板在冲压之前进行一道微量冷轧工序（1～2％的压下量），或向钢中加入少量的Ti或Al，C，N等间隙原子形成化合物，以消除屈服点，随后再进行冷压成形，便可保证工件表面平滑光洁。

12、说明本体聚合与悬浮聚合的异同？

答：相同点：聚合都在单体相中进行

不同点：悬浮聚合的单体分散为无数个小液滴，易散热

13、陶瓷表面施釉的作用有那些？烧铀后釉面出现裂纹或陶瓷表面发生翘曲时，应如何解决？

答：作用：在陶瓷上形成玻璃状物质使其表面具有光亮、美观、致密绝缘、不吸水、不透水及化学稳定性好等优良性能

改变铀料成分，降低其热膨胀系数

14、奥氏体形成的四个步骤是什么？

答：（1）奥氏体晶核的形成； 

（2）奥氏体晶核的长大； 

（3）残余渗碳体的溶解； 

（4）奥氏体成分的均匀化。

15、高分子材料的主要性能特点是什么？

答：高分子材料性能特点：具有高弹性和粘弹性；

强度低，比强度高； 

耐磨、减磨性能好； 

绝缘、绝热、绝声； 

耐热性不高，耐蚀性能好； 

存在老化问题。

16、提高金属耐蚀性的途径是什么？不锈钢中最主要的合金元素是哪一个元素？ 

答：（1）提高金属的电极电位； 

（2）使金属易于钝化，形成致密、完整、稳定的与钢基体结合牢固的钝化膜； 

（3）形成单相组织。

不锈钢中最主要的合金元素是Cr。

17、说明下列符号各是什么指标？各代表什么意思？ 

(1) E   （2）σ s  （3）ψ  （4）α k    (5)HRC

答：（1）E：弹性模量；刚度指标  

（2）σs：屈服点（强度） ；强度指标  

（3）ψ：断面收缩率； 塑性指标 

（4）αk ：冲击韧度；韧性指标  

（5）HRC：洛氏硬度；硬度指标  

1.某厂仓库有20钢、45钢、T12钢和白口铸铁，大小和形状都一样，根据所学知识，可用哪些简单方法把它们迅速区分开？请说明理由。

答：方法一：硬度测试。硬度值大小顺序是：白口铸铁>T12钢>45钢>20钢。            因为铁碳合金的硬度随含碳量的增加而升高；四种铁碳合金的含碳量是：白口铸铁（大于2.11%C） > T12钢（1.2%C）>45钢（0.45%）>20钢（0.2%C）。

方法二：分别制备四种材料的金相试样，在金相显微镜上进行显微组织观察。

亚共析钢组织为（F＋P），且亚共析钢中随含碳量增加铁素体减少，珠光体增多；过共析钢组织为（P＋Fe3CⅡ），且当Wc>0.9％时，Fe3CⅡ沿晶界呈网状分布；白口铸铁的组织中有莱氏体。所以，组织为（F＋P）而铁素体少的为20钢、珠光体多的为45钢；组织中有Fe3CⅡ沿晶界呈网状分布的T12钢，有莱氏体组织存在的是白口铸铁。

2. 60钢经正常淬火后得到什么组织？经退火后得到什么组织？60钢淬火后分别在200℃、400℃、600℃回火又得到什么组织？ 

答：60钢淬火后组织为马氏体； 

退火组织为珠光体＋铁素体； 

200℃回火后组织为回火马氏体； 

400℃回火后为回火屈氏体； 

600℃回火后为回火索氏体。

1.简述奥氏体晶粒对钢在室温下组织和性能的影响。

答：奥氏体晶粒细小时，冷却后转变产物的组织也细小，其强度与塑性韧性都较高，冷脆转变温度也较低；反之，粗大的奥氏体晶粒，冷却转变后仍获得粗晶粒组织，使钢的力学性能（特别是冲击韧性）降低，甚至在淬火时发生变形、开裂。

2. 简述回火的目的。

（1）降低零件脆性，消除或降低内应力；

（2）获得所要求的力学性能；

（3）稳定尺寸；

（4）改善加工性

2.何谓碳钢中的铁素体、渗碳体、珠光体？他们的力学性能各有何特点？

铁素体——碳在α-Fe中的间隙固溶体，软而韧。                      

渗碳体——碳与铁形成的间隙化合物，硬而脆。                        

珠光体——铁素体与渗碳体形成的层片状交替排列的机械混合物，良好的综合力学性能。

1.如何改善焊接热影响区的性能？产生的应力如何消除？防止变形的工艺措施有哪些？矫正焊接变形的方法有哪些？

   答：改善焊接热影响区性能的措施有：（1）选择合理的焊接方法和规范；

（2）确定合适的焊后热处理工艺。

消除焊接应力的措施有：（1）焊前预热；（2）焊后热处理。

防止变形的工艺措施有：（1）选择合理的焊接顺序；（2）采用反变形法；

（3）采用刚性固定法。

矫正焊接变形的措施有：（1）机械矫正法；（2）火焰矫正法。