工程材料及成型技术习题及答案 下载本文

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习题一 工程材料的性能

1、由拉伸试验可得出哪些力学性能指标?在工程上这些指标是如何定义的? 2、说明σs,σb,δ,ψ,E、G、σ-1,αk符号的意义和单位? 3、在测定强度上σs和σ0.2有什么不同?

4、在设计机械零件时常用哪两种强度指标?为什么?

5、在何种服役条件下,屈服强度、抗拉强度、疲劳强度是设计中最有用的数据?

6、设计刚度好的零件,应根据何种指标选择材料?采用何种材料为宜?材料的E越大,其塑性越差,这种说法是否正确? 为什么?

7、 材料的弹性模量E的工程含义是什么?它和零件的刚度有何关系? 8、 什么是弹性模量E?金属弹性模量的大小主要取决什么因素? 9、 金属材料刚度与金属机件刚度两者含义有何不同?

10、试区别材料刚度与弹性的概念,一个弹簧由于刚度不足或弹性差产生的失效现象有何不同?如何防治二者造成的失效?

11、有一低碳钢拉伸试件,d0=10.0mm,L0=50mm,拉伸实验时测得Fs=20.5kN,Fb=31.5kN,d1=6.25mm,L1=66mm,试确定此钢材的σs,σb,δ,ψ。

12、拉伸试件的原标距长度为50mm,直径为10.0mm,拉断后对接试样的标距长度为79mm,缩颈区的最小直径为4.9mm,求其δ,ψ。这两个指标,哪个表征材料的塑性更准确?塑性指标在工程上有哪些实际意义?

13、一根直径为2.5mm的3m长钢丝受载荷4900N后,有多大变形?(钢丝的弹性模量为 205000MN/m2)

14、标距不同的伸长率能否进行比较?为什么?

15、现有标准圆形长、短试件各一根,原始直径d0=10mm,经拉伸试验,测得其延伸率δ5 和δ

10

均为25%,求两试件拉断时的标距长度?这两个试件中那一个塑性较好?为什么?

16、常用的硬度试验方法有几种?其应用范围如何?这些方法测出的硬度值能否进行比较? 17、甲乙丙丁四种材料的硬度分别是45HRC,90HRB,800HV,240HBS,试比较这四种材料硬 度的高低。

18、下列各种工件应采取何种硬度试验方法来测定其硬度?(写出硬度符号)

锉刀、黄铜轴套、供应状态的各种非合金钢钢材、硬质合金刀片、耐磨工件的表面硬化层、

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调质态的机床主轴、铸铁机床床身、铝合金半成品

19、在什么条件下应用布氏硬度比洛氏硬度试验好?布氏硬度试验有何局限?

20、当某一材料的断裂韧度KIC=62Mpa.m1/2,材料中裂纹的长度2a=5.7mm时,要使裂纹失稳扩展而导致断裂,需要多大的应力?(设Y=√π)

21、反映材料受冲击载荷的性能指标是什么?不同条件下测得的这种指标能否进行比较?怎 样应用这种性能指标?

22、Αk与KIC的概念有何不同?

23、疲劳破坏是怎样形成的?提高疲劳寿命的方法有哪些?为什么表面粗糙和零件尺寸增大 能使材料的疲劳强度值减小?

24、同样材料同样大小的试样,一个表面光滑,一个表面有裂纹,那个疲劳强度高?为何? 25、零件使用中所承受的交变应力是否一定要低于疲劳极限?有无零件的交变应力高于疲 劳极限的情况?

26、工程材料有哪些物理性能和化学性能? 27、什么是材料的工艺性能?

习题二 金属与合金晶体结构和相图

1、 计算面心立方晶格的致密度。

2、 铁的原子半径为0.124nm,试计算体心立方和面心立方的晶格常数。

3、 已知Cu的原子直径为2.56A,求Cu的晶格常数,并计算1mm3Cu中的原子数。 4、 填空题:

(1)晶体与非晶体结构上的最根本的区别是( )。 (2)γ-Fe的一个晶胞内的原子数为( )。

(3)结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的,它们是( )和( )。 5、选择题

(1)晶体中的位错属于 a. 体缺陷 b.面缺陷 c.线缺陷

(2)金属结晶时,冷却速度越快,其实际结晶温度将 a. 越高 b.越低 c.越接近理论结晶温度 (3)为了细化晶粒,可采取的措施是

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a. 快速浇注 b.加变质剂 c.以砂型代替金属型

6、 什么是过冷度?过冷度与冷速有何关系?过冷度对金属结晶后晶粒大小有何影响? 7、 液态金属发生结晶的必要条件是什么?

8、 晶粒大小对力学性能有何影响?为什么?简述在凝固阶段细化晶粒的途径? 9、 为何单晶体具有各向异性,而多晶体在一般情况下不显示出各向异性? 10、如果其他条件相同,试比较下列铸造条件下,铸件晶粒大小: (1)金属模浇注与砂模浇注 (2)铸成薄件与铸成厚件

(3)浇注时采用震动和不采用震动

11、什么是固溶体?固溶体有何晶格特性和性能特点?何谓固溶强化? 12、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。 13、什么是金属化合物?金属化合物有何晶格特征和性能特点?何谓弥散强化? 14、判断下列情况是否有相变:液态金属结晶,同素异晶转变

15、已知A熔点600℃与B熔点500℃在液态无限互溶;在固态300℃时A溶于B的最大溶解度为30%,室温时为10%,但B不溶于A,在300℃时,含40%B的液态合金发生共晶反应,求:

(1)作出A-B合金相图

(2)分析20%A,45%A和80%A等合金的结晶过程,并确定室温下的组织组成物和相组成物的相对量。

16、一个二元共晶反应如下:L(75%)=α(15%)+β(95%) (1)含50%B的合金完全凝固时:

(a)初晶α与共晶(α+β)的重量百分数 (b)α相和β相的重量百分数

(c)共晶体中α相和β相的重量百分数

(2)若显微组织中测出β初晶与(α+β)共晶各占一半,求该合金成分

17、有形状、尺寸相同的两个Cu-Ni合金铸件,一个含90%Ni,一个含50%Ni,铸造后自然冷却,问哪个铸件的偏析比较严重。

18、现有A、B两组元,其熔点B>A,组成二元匀晶相图,试分析以下说法是否正确?

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(1)A、B两组元的晶格类型可以不同,但原子大小一定要相等

(2)其中任一合金K,在结晶过程中由于固相成分沿固相线变化,故结晶出来的固溶体中的含B量始终高于原液相中的含B量。

(3)固溶体合金按匀晶相图平衡结晶时,由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分都不相同,所以固溶体的成分是不均匀的。

19、何谓同素异晶转变?试画出纯铁的结晶冷却曲线和晶体结构变化图?

20、默画铁碳相图,并标注其关键点、线的成分和温度,标注各相区的相组成和组织组成物。写出共晶和共析反应式,并指出共晶和共析的异同点。

21、何谓碳素钢?何谓白口铁?两者的成分、组织和性能有何差别?

22、为何铸造合金常选用接近共晶成分的合金?为何要进行压力加工的合金常选用单相固溶体合金?

23、比较下列名词的异同:

(1)α-Fe,α相与铁素体,γ-Fe,γ相与奥氏体; (2)Fe3CⅠ,Fe3CⅡ,Fe3CⅢ,Fe3C共晶,Fe3C共析 (3)相成分与组织组分,高温萊氏体和变态萊氏体

24、默画出铁碳相图。填出各区域的相组分和组织组分。分析碳的质量分数分别为0.4%,0.77%,1.2%的结晶过程。指出这三种钢在1400℃、1100℃和800℃时奥氏体中的碳的质量分数。

25、说明含碳量分别为3.2%,4.3%和4.7%的铁碳合金的结晶过程和室温组织。

26、设珠光体的硬度为200HBS,伸张率δ=20%,铁素体硬度80HBS,伸张率δ=50%,计算Wc=0.45%碳钢的延伸率与硬度。 27、依据铁碳相图,解释下列现象:

(1)在室温下,Wc=0.8%的碳钢比Wc=0.4%的碳钢硬度高,比Wc=1.2%的碳钢强度高。 (2)钢铆钉一般用低碳钢制造

(3)绑扎物件一般用铁丝(镀锌低碳钢丝),而起重机吊重物时都用钢丝绳(用60,65钢制造)

(4)在1000℃时,Wc=0.4%的钢能进行锻造,而Wc=4.0%的铸铁不能锻造。 (5)钳工锯削T8,T10,T12等退火钢料比锯削10,20钢费力,且锯条易磨钝。

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(6)钢适合压力加工成形,而铸铁适合铸造成形。 (7)变态莱氏体的塑性比珠光体差 28、依据铁碳相图计算,

(1)室温下,含碳0.6%的钢中珠光体和铁素体各占多少? (2)室温下,含碳1.2%的钢中珠光体和二次渗碳体各占多少? (3)铁碳合金中,二次渗碳体和三次渗碳体的最大百分含量?

(4)用杠杆定理计算珠光体、莱氏体在其共析温度、共晶温度时相组成物的相对量。 29、某工厂仓库有许多碳钢钢材(退火态),由于钢材混杂,不知道化学成分,现将其中一根,经金相分析,发现其组织为珠光体+铁素体,其中铁素体占80%,问此钢含碳量大约为多少?

30、对某退火碳素钢进行金相分析,其组织的相组成物为铁素体+渗碳体(粒状),其中渗碳体占18%,问此钢含碳量大约是多少?

31、对某退火碳素钢进行金相分析,其组织的相组成物为铁素体+渗碳体(网状),其中珠光体占93%,问此钢含碳量大约是多少?

32、现有两种铁碳合金,其中一种合金的显微组织中珠光体量占75%,铁素体量占25%,另一种合金显微组织中珠光体占92%,二次渗碳体量占8%,求出两类合金中碳的含量。 33、同样形状和大小的两块铁碳合金,其中一块是低碳钢,一块是白口铸铁,用什么简单的方法可迅速将它们区分开来?

34、在平衡条件下,45、T8、T12钢的硬度、塑性和强度孰大孰小? 35、铸钢和铸铁的含碳量一般在什么范围?它们在应用上有何区别? 36、判断题

(1)铁素体的本质是碳在α-Fe中的间隙相。( ) (2)20钢比T12钢的碳质量分数高。( )

(3)发生共析反应的铁碳合金,其含碳量必须是0.77%。 37、填空题

(1)珠光体的本质是( )。

(2)在铁碳合金室温平衡组织中,含Fe3CⅡ最多的合金成分点为( ),含低温莱氏体最多的合金成分点( )。

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