《工程材料》课程练习题

绪论

0.1 解释概念：晶体、金属键、离子键、分子键、共价键。

0.2 试比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料在结合键上的差别。 0.3 石墨(大部分为金属键)和金刚石(全为共价键)都是纯碳,但前者是电的良导体而 后者是电的不良导体。试根据金属键和共价键的特性解释这一现象。

第1章 材料的结构与性能特点

1.1 解释概念：致密度、晶格、晶胞、单晶体、多晶体、晶粒、亚晶粒、晶界、晶体的各向异性、刃型位错、空位、间隙原子。

1.2 画出体心立方、面心立方和密排六方晶体中原子最密排的晶面和晶向。 1.3 间隙固溶体和间隙相有什么不同？

1.4 实际金属晶体中有哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？ 1.5 金属的理化性能有哪些？

1.6 作图表示立方晶系中的(110)、（120）晶面和[211]、120晶向。 1.7 画出线型非晶态高聚物的变形随温度变化的曲线。

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第2章 金属材料组织与性能的控制

2.1 解释概念：过冷度、晶粒度、变质处理、加工硬化、再结晶、热加工、滑移、相、组织、固溶体、金属间化合物、枝晶偏析、同素异构转变、铁素体、珠光体、本质晶粒度、临界冷却速度、马氏体、淬透性、淬硬性、调质处理、回火脆性、二次硬化、回火稳定性。

2.2. 在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，细化晶粒提高金属材料使用性能的措施有哪些？

2.3 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下铸造晶粒的大小：

（1）金属模浇铸与砂模浇铸；（2）变质处理与不变质处理；（3）铸成薄件与铸成厚件；（4）浇铸时采用震动与不采用振动。

2.4 比较退火状态下的45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性的高低，简述原因。 2.5 为什么细晶粒钢强度高，塑性、韧性好？ 2.6 金属塑性变形后组织和性能会有什么变化?

2.7 用冷却曲线表示E点成分的铁碳合金的平衡结晶过程,画出室温组织示意图,标上组织组成物，计算室温平衡组织中组成相和组织组成物的相对重量。

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2.8 比较退火状态下的45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性的高低，简述原因。 2.9 指出A1、 A3、 Acm、Ac1、 Ac3,、Accm、Ar、Ar3、Arcm各临界点的意义。

2.10说明共析钢C曲线各个区、各条线的物理意义,并指出影响C曲线形状和位置的主要因素。 2.11何谓钢的临界冷却速度? 它的大小受哪些因素影响? 它与钢的淬透性有何关系?

2.12 试比较索氏体、屈氏体、马氏体和回火索氏体、回火屈氏体、回火马氏体之间在形成条件、金相形态与性能上的主要区别。

2.13 试说明表面淬火、渗碳、氮化处理工艺在选用钢种、性能、应用范围等方面的差别。 2.14 直径为10㎜的共析钢的小试样加热到相变点A1以上30℃，用如下图所示的冷却曲线进行冷却，分析其所得到的组织，说明各属于什么热处理方法。

2.15 确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织：

（1）经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度；（2）ZG35的铸造齿轮；（3）锻造过热的60钢钢坯；（4）改善T12钢的切削加工性能。

第3章 金属材料

3.1 解释概念：合金元素、固溶处理、红硬性、石墨化、孕育(变质)处理、球化处理、石墨化退火、固溶处理、时效硬化、黄铜、锡青铜。

3.2 试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别。

3.3 什么是钢的回火脆性? 下列几种钢中，哪类钢的回火脆性严重,如何避免：45、40Cr、35SiMn、40CrNiMo?

3.4 W18Cr4V钢的Ac1约为820℃，若以一般工具钢AC1+ 30~50℃的常规方法来确定其淬火加热

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温度，最终热处理后能否达到高速切削刀具所要求的性能? 为什么?其实际淬火温度是多少? W18Cr4V 钢刀具在正常淬火后都要进行560℃三次回火，这又是为什么?

3.5 试就下列四个钢号：20CrMnTi、65。T8，40Cr讨论如下问题：(a)在加热温度相同的情况下，比较其淬透性和淬硬性，并说明理由；(b)各种钢的用途,热处理工艺，最终的组织。 3.6 试述渗碳钢和调质钢的合金化及热处理特点。 3.7 不锈钢的固溶处理和稳定化处理的目的各是什么？ 3.8 指出下表中的各类钢中的合金元素的主要作用。

钢 号 20CrMnTi GCr15 60Si2Mn W18Cr4V 40CrNiMo ZGMn13 1Cr18Ni9 40MnB 3.9 试述石墨形态对铸铁性能的影响。

3.10 白口铸铁、灰口铸铁和碳钢这三者的成分、组织和性能有何主要区别?

3.11 指出下列铸铁的类别、用途及性能的主要指标：（a）HT150，HT400；（b）KT350－10，KTZ700－2；（c）QT420－10，QT1200－1。 3.12 铝合金为什么要进行变质处理？

3.13 分析4%Cu 的Al－Cu合金固溶处理与45钢淬火两种工艺的不同点及相同点。 3.14 什么是硅铝明? 为什么硅铝明具有良好的铸造性能? 硅铝明采用变质处理的目的是什么? 3.15 铜合金性能有哪些特点?

元 素 Ti Cr Si V Mo Mn Ni B 合金元素的主要作用

第4章 高分子材料

4.1 解释概念：热塑性塑料、热固性塑料、合成纤维、高弹性、胶粘剂。 4.2 塑料的主要成分是什么？它们有什么作用？

4.3 说明聚合物的晶态结构,结晶度,主要影响因素,晶态聚合物的性能特点和应用。 4.4 总结提高工程材料的强度和耐热性的方法。 4.5 简要说明高分子材料的优缺点(与金属材料比较)。

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第5章 陶瓷材料

5.1 解释概念：工程陶瓷、特种陶瓷、金属陶瓷、烧成、烧结。 5.2. 特种陶瓷的主要种类有哪些？ 5.3 陶瓷材料优越性能是哪些,简述原因。

5.4 简述作为高温结构材料使用的金属陶瓷的成分和组织。 5.5 特种陶瓷都有那些最新发展？

第6章 复合材料

6.1 解释概念：纤维复合材料、增强相、玻璃钢、增韧陶瓷、硬质合金。

6.2 纤维增强和细粒复合材料的复合机制有何不同？通常情况下，纤维和细粒的增强效果哪个更好？为什么？

6.3 纤维复合材料抗断裂性能好的原因是什么？ 6.4 为什么复合材料的疲劳性能较好?

6.5 对比金属材料、陶瓷材料与复合材料的性能差别，指出提高陶瓷复合材料性能的主要途径。

第7章 功能材料及新材料

7.1 解释概念：超导、硬磁材料、形状记忆效应、智能材料、纳米材料。 7.2 什么是功能材料？按性能通常分为哪几类？ 7.3 磁性材料分为几类？各有和应用？ 7.4 光功能材料分为几类？各有和应用？ 7.5 简述纳米材料的特性。

第8章 零件失效分析与选材原则

8.1 解释概念：失效分析、变形失效、断裂失效、表面损伤失效、磨粒磨损、表面疲劳磨损、晶间腐蚀、蠕变失效、应力腐蚀失效、韧脆转变温度。 8.2 试说明失效分析的一般步骤。 8.3 机械零件的选材三原则是什么？

8.4 某工厂用T10钢制造钻头，给一批铸铁件加工Φ10㎜的深孔，但打几个孔后钻头即很快磨损。据检验，钻头的材质、热处理、金相组织和硬度都合格，分析失效的原因，提出解决问题的方案。 8.5 一从动齿轮，用20CrMnTi钢制造，使用一段时间后轮齿严重磨损，如图1-6所示。从齿轮A、B、C三点取样进行化学成分、显微组织和硬度分析，结果如下：

A点碳的质量分数为1.0％，组织为S＋碳化物，硬度为30HRC；B点碳的质量分数为0.8％，组织为S，硬度为26HRC；C点碳的质量分数为0.2％，组织为F＋S，硬度为82HRB。

据查，该齿轮的制造工艺为：锻造——正火——机加工——渗碳——预冷淬火——低温回火——磨

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加工。并且与该齿轮同批加工的其它齿轮没有这种情况，试分析原因。

第9章 典型工件的选材及工艺路线设计

9.1 试比较性能要求不高、较高和精密零件三种类型机械零件的加工工艺路线。

9.2 机床变速箱齿轮常用中碳钢或中碳合金钢制造，它的工艺路线为：下料——锻造——正火——粗加工——调质——精加工——轮齿高频淬火及回火——精磨，试分析正火处理、调质处理和高频淬火及回火的目的。

9.3 用20CrMnTi钢制造汽车齿轮，加工工艺路线为：下料——锻造——正火——切削加工——渗碳、淬火及低温回火——喷丸——磨削加工，分析渗碳、淬火及低温回火处理及喷丸处理的目的。 9.4 高精度磨床主轴,要求变形小,表面硬度高(HV>900),心部强度好,并有一定的韧性。问应选用什么材料,采用什么工艺路线?

9.5机床车身可以用哪些材料制造？各有哪些优缺点？

第10章 工程材料的应用

10.1 试根据活塞、活塞销和活塞环的工况，分析对其用材的性能要求及目前的用材情况。 10.2 机床床身、滑动轴承常用哪些材料制造？ 10.3 汽轮机叶片一般选用何种材料？为什么？

10.4 如何根据化工设备对耐蚀性能的不同要求，合理地选用不锈钢？ 10.5 举例说明钛合金和复合材料在航空航天器中的应用。

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