《工程材料及成形工艺基础》习题集与答案（材料部分）.doc

PAGE PAGE 12 《工程材料及成形工艺基础》习题集 —北京科技大学机制及自动化系 班级 姓名 学号 北京科技大学机械工程学院 2012.10 习题一 班级 姓名 成绩 一、什么是应力？什么是应变？ 答: 应力——试样单位截面上的作用力。σ 应变——试样单位长度上的变形量。ε 二、填表回答： 符号 物 理 意 义 国际单位 工程单位 σs（σ0.2） 产生明显塑性变形的应力。 Pa N/mm2 σb 抵抗变形和断裂的能力。 Pa N/mm2 δ% 单位长度上的延伸量。 无量纲 Ψ% 单位面积上的缩减量。 无量纲 HB 抵抗更硬物体压入的能力。 无量纲 αk 单位面积上的冲击功。 J/m2 卡/ mm2 σ-1 抵抗疲劳破坏的能力。 Pa N/mm2 三、金属材料随所受外力的增加，其变形过程一般分为几个阶段？各阶段的特点是什么？ 弹性变形和塑性变形阶段。 弹性变形阶段：应力与应变成正比；去掉外力恢复原状。 塑性变形阶段：应力与应变不成正比；去掉外力不能恢复原状。 四、何谓金属的工艺性能？主要包括哪些内容？ 答：工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的适应能力，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能等。 五、何谓交变载荷？何谓疲劳破坏？其产生的原因是什么？ 答：交变载荷——大小和方向随时间呈周期性变化的作用载荷。 疲劳破坏——材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。 产生原因——由于材料内部有气孔、疏松、夹杂等组织缺陷，表面有划痕、缺口等引起应力集中的缺陷，导致产生微裂纹，随着循环次数的增加微裂纹逐渐扩展，最后造成工件突然断裂破坏。 六、常用的金属晶格类型有哪几种？其晶胞特征怎样？举例说明。 答：常见的晶格类型有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格三种。 α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格； γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格； Mg、Zn属于密排六方晶格； 七、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：形成固溶体和金属间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。 八、什么叫固溶强化？什么弥散强化？比较二者的异同。 答：固溶强化——通过溶入溶质原子形成固溶体使晶格畸变，从而使固溶体的强度、硬度比溶剂要高的强化手段称固溶强化。 弥散强化——合金中以固溶体为主再有适量的金属间化合物弥散分布，会提高合金的强度、硬度及耐磨性，这种强化方式为弥散强化。 九、什么叫同素异晶转变？纯铁的同素异晶体有几种？各在什么温度下存在？各具有什么晶体结构？并以冷却曲线表示同素异晶转变。 同素异晶转变：金属晶格类型随温度改变而重新排列的过程。 纯铁的同素异晶体： 十、何谓过冷？过冷度？过冷度与冷却速度有何关系？ 答：过冷——金属或合金的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象。 过冷度——实际结晶温度与理论结晶温度的差值。 冷却速度越大，过冷度也越大。 十一、在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用变质处理？ 答：①采用的方法：变质处理，钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速度的方法来控制晶粒大小。②变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒。③机械振动、搅拌。 习题二 班级 姓名 成绩 一、填表： 组织名称 代号符号 含碳量/% 组织类型 力学性能特征 铁素体 F 小 固溶体 塑性好 奥氏体 A 大 固溶体 塑性更好 渗碳体 Fe3 高 金属化合物 高硬度 珠光体 P 0.77 机械混合物 强度高 莱氏体 La 4.30 机械混合物 高硬度 二、下图为简化铁碳合金相图 用符号把相图上未填各相区的组织填上。 填空： ACD线是_液相 线，AECF线是__固相_线，ES线是_A溶解度_线，GS线是A转变线，ECF线是__共晶 线，冷却到此线上合金发生的组织变化是__共晶转变__线；PSK线是__共析_线，冷却到此线上合金发生的组织变化是__共析转变_。 分析0.5%的合金的结晶过程（在相图下侧）画出冷却曲线，分析各阶段的组织