工程材料课后习题答案(共14页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上参考答案第1章 机械工程对材料性能的要求思考题与习题P201.3、机械零件在工作条件下可能承受哪些负荷？这些负荷对零件产生什么作用？p4工程构件与机械零件（以下简称零件或构件）在工作条件下可能受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用。有时只受到一种负荷作用，更多的时候将受到两种或三种负荷的同时作用。在力学负荷作用条件下，零件将产生变形，甚至出现断裂；在热负荷作用下，将产生尺寸和体积的改变，并产生热应力，同时随温度的升高，零件的承载能力下降；环境介质的作用主要表现为环境对零件表面造成的化学腐蚀，电化学腐蚀及摩擦磨损等作用。1.4 整机性能、机械零件的性能和制造该零件所用材料

2、的力学性能间是什么关系？p7机器的整机性能除与机器构造、加工与制造等因素有关外，主要取决于零部件的结构与性能，尤其是关键件的性能。在合理而优质的设计与制造的基础上，机器的性能主要由其零部件的强度及其它相关性能来决定。机械零件的强度是由结构因素、加工工艺因素、材料因素和使用因素等确定的。在结构因素和加工工艺因素正确合理的条件下，大多数零件的体积、重量、性能和寿命主要由材料因素，即主要由材料的强度及其它力学性能所决定。在设计机械产品时，主要是根据零件失效的方式正确选择的材料的强度等力学性能判据指标来进行定量计算，以确定产品的结构和零件的尺寸。1.5常用机械工程材料按化学组成分为几个大类？各自的主要

3、特征是什么？ p17机械工程中使用的材料常按化学组成分为四大类：金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料。材料结合键主要特征金属材料金属键优点：良好的综合力学性能（强度和塑性等）、导电性、导热性和工艺性能等，并呈特有的金属光泽。缺点：在特别高的温度以及特殊介质环境中，由于化学稳定性问题，一般金属材料难以胜任。高分子材料共价键和分子键优点：具有高弹性、耐磨性、绝缘性、抗腐蚀性及重量轻等优良性能，而且易于成形。缺点：耐热差，尺寸稳定性低，强度硬度低，易老化。陶瓷材料离子键或共价键优点：熔点高、硬度高、化学稳定性高，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、绝缘和热膨胀系数小的特点。缺点：脆性大、不易加工成形。复

4、合材料优点：具有单一材料所不具备的优异性能，可按需要进行人为设计、制造。缺点：价格昂贵提示：强度、塑性、化学稳定性、高温性能、电学、热学方面考虑回答。1.7、常用哪几种硬度试验？如何选用P18？硬度试验的优点何在P11？硬度试验选用布氏硬度常用于退火状态下的钢材、铸铁、有色金属及调质钢的硬度测试（即材料硬度相对偏中低水平的）。不适宜于测量硬度较高的零件、成品零件及薄而小的零件。洛氏硬度可测量较高硬度的材料（如一般淬火处理的钢或工具钢），也可测量硬度不太高的材料（如调质钢）等，并且测量中压痕小、不易损伤零件表面。组织粗大且不均匀的材料，测量结果不够准确、重复性差。维氏硬度用于薄工件或薄表面硬化层

5、的硬度测试。显微硬度用于材料微区硬度（如单个晶粒、夹杂物、某种组成相等）的测试。其他莫氏硬度用于陶瓷和矿物的硬度测定。邵氏硬度常用于橡胶、塑料的硬度测定。硬度试验有以下优点： l 试验设备简单，操作迅速方便；l 试验时一般不破坏成品零件，因而无需加工专门的试样，试验对象可以是各类工程材料和各种尺寸的零件；l 硬度作为一种综合的性能参量，与其它力学性能如强度、塑性、耐磨性之间的关系密切，由此可按硬度估算强度而免做复杂的拉伸实验（强韧性要求高时则例外）；l 材料的硬度还与工艺性能之间有联系，如塑性加工性能、切削加工性能和焊接性能等，因而可作为评定材料工艺性能的参考；l 硬度能较敏感地反映材料的成分

6、与组织结构的变化，故可用来检验原材料和控制冷、热加工质量。l （提示：设备简单；试样方便（无需专门加工）；在一定范围可与力学性能、工艺性能建立联系；工程中常用）第2章 材料的组成和内部结构特征思考题与习题P552.7在铁碳合金中主要的相是哪几个？两个最主要的恒温反应是什么？其生成的组织是什么？它们的性能有什么特点？答：铁碳合金相图中共有五个基本相，即液相L、铁素体相F、高温铁素体相、奥氏体相A及渗碳体相Fe3C。在ECF水平线（1148）发生共晶转变L4.3 A2.11+Fe3C。转变产物为渗碳体基体上分布着一定形态、数量的奥氏体的机械混合物（共晶体），称为莱氏体，以符号“Ld”表示，性能硬而

7、脆。在PSK线（727）发生共析转变A0.77 F0.0218+Fe3C。转变产物为铁素体基体上分布着一定数量、形态的渗碳体的机械混合物（共析体），称为珠光体，以符号“P”表示。珠光体的强度较高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间。2.9 根据铁碳相图对铁碳合金进行分类，试分析不同铁碳合金成分、室温平衡组织及性能之间关系。答：由FeC相图可将铁碳合金分为以下几类：工业纯铁：wC0.0218%， 组织为F+Fe3CIII 亚共析钢：0.0218%wC0.77%， 组织为F+P(F+Fe3C)钢 共析钢：wC=0.77%， 组织为珠光体P(F+Fe3C) 过共析钢：0.77%wC2.11%，

8、组织为P+ Fe3CII（网状） 亚共晶（白口）铸铁：2.11%wC4.3%， 组织为P+ Fe3CII+ Ld（白口）铸铁 共晶（白口）铸铁：wC=4.3%，组织为Ld (A+ Fe3C)或Ld 过共晶（白口）铸铁：4.3%wC0.8%）,以形成大量碳化物，保证高硬度、高耐磨性。 较多W与Mo（10%）,产生W2C、Mo2C等细小弥散硬化，保证热硬性。 4%Cr，淬透性。 加V，提高硬度、耐磨性。 热处理特点：先在730870之间预热，1200-1300 高温淬火，三次 560回火（为了消除淬火钢中大量的残余奥氏体（可达30%左右），使合金碳化物弥散析出，以保证具有高的热硬性）,组织回火马氏

9、体+碳化物+残余A；6266HRC。 典型钢种：W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V、W18Cr4V。14、填写下表，说明表中铸铁牌号的类别、符号和数字的含义、组织特点和用途。铸铁牌号符号和数字的含义类别组织特点应用HT150灰铸铁，最小抗拉强度值灰铸铁钢基体（F、FP、P）上分布着一些片状石墨主要用于制造承压件或受力较小、不太重要的零件。HT250灰铸铁，最小抗拉强度值孕育铸铁钢基体（P）上分布着较细片状石墨同上KTH35010黑心可锻铸铁，最小抗拉强度最小断后伸长率可锻铸铁钢基体（F、P）上分布着一些团絮状石墨常用于制造形状复杂、承受一定冲击的薄壁件KTZ70002珠光体可锻铸铁，最小

10、抗拉强度最小断后伸长率可锻铸铁P基体上分布着一些团絮状石墨同上QT45010球墨铸铁，最小抗拉强度、最小断后伸长率球墨铸铁钢基体（主要F）上分布着一些球状石墨用来制造一些受力复杂，对强度、韧性和耐磨性要求高的零件.QT7002球墨铸铁，最小抗拉强度、最小断后伸长率球墨铸铁钢基体（主要P）上分布着一些球状石墨同上，但性能要求更高一点。如汽、柴油机曲轴、车床主轴、15、填写下表，指出表中金属材料的类别、牌号或代号的含义、特性和主要用途。（建议去掉特性，主要用途简写，写出最主要的即可）材料牌号或代号类别牌号或代号含义主要用途20Cr合金渗碳钢碳含量0.2%；Cr%1.5%用于制造高耐磨性、高疲劳强度

11、和要求具有较高心部韧性（即表硬心韧）的零件H68普通黄铜H-黄铜;68-Cu%为68%形状复杂的深冲零件，散热器外壳、装璜件45钢优质碳素结构钢含碳量0.45%结构零件65Mn弹簧钢含碳量0.45%，Mn%1.5%主要用作弹簧GCr15滚动轴承钢G滚动轴承；含碳量1%左右，Cr%1.5%轴承，冷作模具W6Mo5Cr4V2高速钢W%6%；Mo %5%；Cr %4%；V%2% 高速切削刀具Q235普通碳素结构钢Q-屈服强度；235屈服强度值普通结构件1Cr18Ni9Ti不锈钢C%0.1%；Cr %18%；Ni %9%；Ti%1.5%化工设备，装饰型材38CrMoAl调质钢C%0.38%；Cr %1

12、.5%；Mo %1.5%；Al%1.5%氮化用钢20CrMnMo渗碳钢C%0.2%；Cr %1.5%；Mn %1.5%；Mo%1.5%多用于齿轮9SiCr合金工具钢C%0.9%；Si %1.5%；Cr %1.5%量刃具用钢60Si2Mn弹簧钢C%0.6%；Si %2%；Mn %1.5%主要用作弹簧第7章 工程设计、制造与材料选择习题答案1、零件失效有哪些类型？试分析零件失效的主要原因。答案参考 P200202答：机器零件的失效可以分为过量变形失效、断裂失效和表面损伤失效。每一类失效又可细分为若干具体的失效形式。失效的主要原因有以下四个方面：（1）设计1）应力计算错误表现为对零件的工作条件或过载

13、情况估计不足造成的应力计算错误。2）热处理结构工艺性不合理 热处理结构工艺性是指零件结构对热处理工艺性的影响及零件结构对失效的影响。如把零件受力大的部位设计成尖角或厚薄悬殊等，这样导致应力集中、应变集中和复杂应力等，从而容易产生不同形式的失效。（2）选材与热处理1）选材错误料牌号选择不当、错料、混料，均会造成零件的热处理缺陷或力学性能得不到保证和使用寿命下降。2）热处理工艺不当材料选择合理，但是热处理工艺或是热处理操作上出现了毛病，即使零件装配前没有报废，也容易早期失效。3）治金缺陷夹杂物、偏析、微裂纹、不良组织等超标，均会产生废品和零件失效。（3）加工缺陷冷加工和热加工工艺不合理会引起加工的

14、缺陷，缺陷部位可能成为失效的起源。如切削加工缺陷主要指敏感部位的粗糙度值太高，存在较深的刀痕；由于热处理或磨削工艺不当造成的磨削回火软化或磨削裂纹；应力集中部位的圆角太小，或圆角过渡不好；零件受力大的关键部位精度偏低，运转不良，甚至引发振动等，均可能造成失效。（4）装配与使用装配时零件配合表面调整不好、过松或过紧、对中不好、违规操作、对某些零件在使用过程中未实行或未坚持定期检查、润滑不良以及过载使用等，均可能成为零件失效的原因。2、选材三原则是什么？零件选材时应注意什么问题？答案参考 P202205答：选材三原则是使用性能原则、工艺性原则、经济性原则。使用性能原则使用性能是选材的必要条件，是零

15、件乃至机器完成其功能的基本保证。使用性能可由力学性能、物理性能和化学性能表征。机械零件主要是力学性能。工艺性原则是指材料经济地适应各种加工工艺而获得规定使用性能或形状的能力。经济性原则选材要讲经济效益，要考虑多项成本。零件选材时应注意的几个问题：在多数情况下优先考虑使用性能，工艺性和经济性原则次之。有些力学性能指标（如b、0.2、-1、KIC）可直接用于设计计算；、k等不能直接用于计算，而是用于提高零件的抗过载能力，以保证零件工作安全性。设计时确定的主要力学性能指标是零件应该具备的性能，在查阅手册转化为相应钢材的性能指标时，要注意手册上给出的组织状态：如果零件的最终状态与手册上给出的相同，可直

16、接引用；否则，还要查阅其它手册、文献资料或进行针对性的材料力学性能试验。手册或标准给出的力学性能数据是在实验室条件下对小尺寸试样的试验结果，引用这些数据时要注意尺寸效应。由于材料的成分是一个范围，试样毛坯的供应状态可以有多种，因此即使是同一牌号的材料，性能也不完全相同。国际标准和原冶金部部颁标准给出的热轧或正火状态的力学性能范围或最低值，其数据可靠；而技术资料、论文中指出的数据一般是平均值，使用时要加以注意。同一材料的不同供应或加工状态（如铸造、锻造、冷变形等）对数据影响很大。选材时要同时考虑所选材料的成型加工方法。不同的成型方法会对零件设计、零件加工路线、零件热处理方法、零件使用性能及零件成

17、本等带来重要影响。7、如镗杆选用38CrMoAl制造，其工艺路线如下：下料锻造退火粗加工调质半精加工去应力退火粗磨氮化精磨研磨，试从力学性能和成分的角度说明选择38CrMoAl的原因及各热处理工序的作用。答：38CrMoAl为中碳调质钢，为氮化专用钢。从力学性能角度上，镗杆工作时承受较大冲击载荷，而表面要求具有高硬度、高耐磨性，且尺寸精度高，故选择氮化专用钢；成分上，38CrMoAl为中碳钢，Cr提高淬透性，使心部能获得韧性较好的低碳马氏体，还可产生固溶强化；Mo可形成稳定碳化物，阻止奥氏体晶粒长大，其细晶强韧化作用；Mo和Al促进渗氮，Mo还防止高温回火脆性。热处理工序的作用：退火：消除锻造应力，改善组织；调质：获得心部良好的综合力学性能；为氮化做组织准备；去应力退火：消除加工应力；氮化：提高表面硬度和耐磨性。8、指出下列工艺路线的错误：（1）高精度精密机床床身，选用灰铸铁：铸时效粗加工半精加工时效精加工；（2）高频表面感应加热淬火零件，使用退火圆料：下料粗加工高频淬火、回火半精加工精加工；（3）渗碳零件：锻调质精加工半精加工渗碳、淬火、回火。答：正确工艺如下：高精度精密机床床身，选用灰铸铁：铸粗加工时效半精加工时效精加工；高频表面感应加热淬火零件：下料调质或正火粗加工半精加工高频淬火、回火精加工渗碳零件：锻正火或退火粗加工半精加工渗碳、淬火、回火精加工专心-专注-专业