工程材料课后习题答案(2)

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P20

1.3、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 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。 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。 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。 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。 金属材料 金属键 高分子材料 共价键和分子键 离子键或共价键 陶瓷材料 复合材料 — 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 布氏硬度 选用 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。 可测量较高硬度的材料（如一般淬火处理的钢或工具钢），也可测量硬度不太洛氏硬度 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。 用于薄工件或薄表面硬化层的硬度测试。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。 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。 维氏硬度 其他

硬度试验有以下优点：

? 试验设备简单，操作迅速方便； ? ? ? ? ?

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；

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）；

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；

硬度能较敏感地反映材料的成分与组织结构的变化，故可用来检验原材料和控制冷、热加工质量。

（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P55

2.7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δ、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Fe—C相图可将铁碳合金分为以下几类：

①工业纯铁：wC≤0.0218%， 组织为F+Fe3CIII

亚共析钢：0.0218%

亚共晶（白口）铸铁：2.11%

由F和Fe3C两相构成的铁碳合金的室温平衡组织，随着含碳量的增加其变化规律为： F（+少量Fe3CIII）→F+P→P→P+ Fe3CII（网状）→P+ Fe3CII+Ld’ →Ld’ →Ld’+Fe3CI

随着含碳量的增加，组织组成发生相应的变化，硬度增加，塑韧性降低；强度的变化是先增加后降低，大约在含碳量为0.9%时为最大值。合金中组织的不同引起的性能差异很大，这与Fe3C的存在形式密切相关，当他与F（基体）构成片层状的P组织时，合金的强度和硬度均随含碳量增加而增加，而当Fe3C以网状分布在晶界上时，不仅使塑韧性降低，也使强度降低；当Fe3C以粗大形态存在时（Ld’或Fe3CI），塑韧性和强度会大大降低。 2.11 从铁一碳相图的分析中回答：

（1）随碳质量百分数的增加，硬度、塑性是增加还是减小？

答：随着含碳量的增加，硬度增加，塑韧性降低；因为随含碳量增加Fe3C数量越来越多。 （2）过共析钢中网状渗碳体对强度、塑性的影响怎样？

答：对基体产生严重的脆化，使强度和塑性下降。 （3）钢有塑性而白口铁几乎无塑性？

答：钢是以塑韧的F为基体，而白口铁是以硬脆的Fe3C为基体，所以钢有塑性，而白口铁几乎无塑性。

（4）哪个区域熔点最低？哪个区域塑性最好？

答：共晶白口铸铁熔点最低。A区塑性最好。 2.13 根据Fe-Fe3C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0.5%的钢硬度高；

答：因为钢的硬度随含碳量的增加而增加。

（2）在室温下含碳量0.8%的钢其强度比含碳量1.2%的钢强度高；

答：含碳量超过0.9%后，Fe3C以网状分布在晶界上，从 …… 此处隐藏：3404字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……