第一篇：工程材料与成型技术基础 庞国星主编 考试参考答案

1、判断下列说法是否正确：

（1）钢在奥氏体化后，冷却时形成的组织主要取决于钢的加热温度。错误，取决于钢的冷却速度。

（2）低碳钢与高碳钢工件为了便于切削加工，可预先进行球化退火。错误

（3）钢的实际晶粒度主要取决于钢在加热后的冷却速度。错误，取决于钢的加热温度。（4）过冷奥氏体冷却速度快，钢冷却后的硬度越高。错误，钢的硬度主要取决于含碳量。（5）钢中合金元素越多，钢淬火后的硬度越高。错误，钢的硬度主要取决于含碳量。

（6）同一钢种在相同加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。正确。（7）钢经过淬火后是处于硬脆状态。正确

（8）冷却速度越快，马氏体的转变点Ms和Mf越低。正确。

（9）淬火钢回火后的性能主要取决于回火后的冷却速度。错误，取决于回火温度。（10）钢中的含碳量就等于马氏体的含碳量。错误

2、将含碳量为1.2%的两个试件，分别加热到760℃和900℃，保温时间相同，达到平衡状态后以大于临界冷速的速度快速冷却至室温。问：

（1）哪个温度的试件淬火后晶粒粗大。900℃粗大，处于完全奥氏体化区，对于过共析钢易造成晶粒粗大。

（2）哪个温度的试件淬火后未溶碳化物较少。900℃，处于完全奥氏体化区。

（3）哪个温度的试件淬火后马氏体的含碳量较多。900℃，处于完全奥氏体化区，奥氏体的含碳量即为马氏体含碳量。

（4）哪个温度的试件淬火后残余奥氏体量多。900℃，奥氏体的含碳量越高，Ms和Mf就越低，残余奥氏体量就越多。

（5）哪个试件的淬火温度较为合理，为什么？760℃，处于部分奥氏体化区，加热组织为奥氏体+未溶碳化物（阻碍晶粒长大），晶粒细小。同时控制了奥氏体含碳量，也就控制了马氏体含碳量，降低了马氏体脆性。淬火组织：马氏体+未溶碳化物+残余奥氏体，保证了强度、硬度。

3、将20钢和60钢同时加热到860℃,并保温相同的时间,问那种钢奥氏体晶粒粗大些? 20钢和60钢都属于亚共析钢，一般加热时要求完全奥氏体化，加热温度应在A3以上。依据铁碳相图，20钢含碳量低，A3点高，60钢，含碳量高，A3点低，因此，同样加热到860℃,并保温相同的时间,60钢过热度大，晶粒容易粗大。

5、指出下列钢件正火的主要目的： 20钢齿轮，45钢小轴，T12钢锉刀

20钢齿轮：20钢，含碳量低，硬度低，通过正火（空冷）使得珠光体片间距减小即形成索氏体或屈氏体，以提高硬度（HB200左右），满足切削加工的要求。

45钢小轴：45钢，含碳量适中，综合机械性能好，因此利用正火，即可作为最终热处理，满足小轴的使用要求。

T12钢锉刀：含碳量1.2%，若采用退火会产生网状渗碳体，一般采用正火，利用快冷（空冷），使得渗碳体网析出不完整，再配合球化退火，以彻底消除网状渗碳体。8、45钢调质后的硬度为240HBS，若再进行200℃回火，硬度能否提高? 为什么? 该钢经淬火和低温回火后硬度57HRC，若再进行高温回火，其硬度可否降低，为什么? 45钢调质后的硬度为240HBS，若再进行200℃回火，不能提高硬度。因为，回火温度越高，硬度下降越多，而调质工艺就是淬火+高温回火，碳化物已经析出，铁素体回复，硬度已经下降了，不能再升高。

该钢经淬火和低温回火后硬度57HRC，若再进行高温回火，硬度可以。因为，回火温度越高，硬度下降越多。该钢经低温回火，组织是回火马氏体，碳化物还未析出，存在过饱和，因此，可继续提高回火温度，使得硬度降低。这也是为何经低温回火处理的碳素工具钢，不能使用很高的切削速度的原因。高速切削，摩擦生热，切削温度高于低于回火温度后，就相当于继续回火。

9、T12钢经760℃加热后，按照图3-26所示的冷却方式进行冷却。问它们各获得何种组织？并比较它们的硬度。（图3-26：庞国星教材P70）

冷速1：相当于水冷，组织：马氏体+未溶碳化物+残余奥氏体，硬度：HRC60 冷速2：相当于油冷，组织：索氏体+未溶碳化物+马氏体+残余奥氏体，硬度：不均匀。冷速3：相当于炉冷，组织：索氏体+未溶碳化物（二次渗碳体）硬度：HRC20-30 冷速4：同冷速3。已经通过转变完成线，保温时间的延长，不影响组织，但可能晶粒粗大。

11、解释T12和20CrMnTi钢的淬硬性和淬透性之区别。

钢的淬硬性取决于钢的含碳量（马氏体含碳量），T12：含碳量1.2%,20CrMnTi钢含碳量0.2%，所以，T12钢的淬硬性高，即淬火后获得马氏体的最高硬度高。

钢的淬透性取决于C曲线的位置，20CrMnTi是合金钢，合金元素使得C曲线显著右移，因此易于淬成马氏体，淬透性好。

12、选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，且钢材具有足够淬透性）

（1）某汽车变速齿轮，要求齿面耐磨，心部强韧，材料选用20钢。锻造→正火→机加工→渗碳，淬火，低温回火→精加工

（2）某机床变速齿轮，要求齿面耐磨，心部强韧要求不高，选用45钢

锻造→完全退火→机加工→整体调质（淬火+高温回火）→齿面高频表面淬火，低温回火→精加工（磨齿）

（3）某车床主轴，要求良好的综合机械性能，轴颈部分要求耐磨其硬度HRC50—55，其余部分硬度为HRC20—25，请选材，并选择热处理方法，简明的工艺路线。选择45钢，锻造→完全退火→机加工→轴整体调质→轴颈局部高频表面淬火，低温回火→精加工（磨削）正火目的：提高含碳量，利于切削加工 调质目的：获得良好的综合力学性能 淬火目的：获得马氏体，使表面达到硬度要求 回火目的：消除应力，稳定组织

13、用T12钢制造锉刀和用45钢制造较重要的螺栓，工艺路线均为： 锻造——热处理——机加工——热处理——精加工。对两工件：（1）

说明预备的工艺方法和作用

（2）

制订最终热处理的工艺规范（加热温度、冷却介质），并指出最终热处理的显微组织和大致硬度。T12钢制造锉刀：

锻造——球化退火——机加工——淬火+低温回火——精加工。球化退火：消除网状渗碳体，细化晶粒，便于切削加工。

淬火（760℃）+低温回火（200℃），水冷，回火马氏体，HRC60。45钢制造较重要的螺栓:

锻造——完全退火——机加工——淬火+高温回火——精加工。完全退火：细化晶粒、均匀组织，便于切削加工。

淬火（860℃）+低温回火（600℃），水冷，回火索氏体，HRC20-25。

*现象：Wc=0.4，Wcr=12的铬钢为共析钢，Wc=1.5，Wcr=12的铬钢为莱式体钢？

因为合金元素可以改变共析点S和E点的位置，如Cr使S和E点左移，这样，含碳量为亚共析钢成分的合金钢得到共析钢的组织，成为过，含碳量为过共析钢成分的合金钢得到莱氏体组织，成为莱式体钢。

1Cr13和Cr12钢中Cr的质量分数均大于11.7%，但1Cr13属于不锈钢，Cr12不属于不锈钢？

主要是含碳量和组织决定的，1Cr13含碳量很低，组织中碳化物含量很少，不锈耐腐蚀作用强，而Cr12含碳量很高，组织中含有大量的碳化物，不锈耐腐蚀作用弱

7、解释索氏体和回火索氏体,马氏体和回火马氏体的主要区别。正火组织：索氏体S:属于细珠光体，其中渗碳体呈片状。

回火组织：淬火后高温回火,碳化物从过饱和F中析出,称为回火索氏体S回，呈粒状渗碳体，塑、韧性更好

淬火组织:马氏体:过饱和F 回火组织:淬火后低温回火，碳化物开始从M中析出，成为M回。保持高硬度，消除内应力，改善脆性。

三次高温回火的目的：可析出大量弥散部分分布的碳化物，产生二次硬化现象，使硬度和强度进一步提高

T10碳素钢：

1、预先热处理：退火或正火+球化退火

2、最终热处理：淬火+低温回火

3、热处理后的组织M回或M回+颗粒碳化物

4、性能：高硬度、高强度、高耐磨性 其中正火目的：消除网状渗碳体Fe3CⅡ，为球化退火做准备 球化退火目的：球化Fe3CⅡ，降低硬度利于切削 淬火低温回火目的：得到所需要组织和性能，消除应力，稳定组织

第二篇：工程材料与成型技术基础复习总结

工程材料与成型技术基础 1.材料强度是指材料在达到允许的变形程度或断裂前所能承受的最大应力。2.工程上常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。3.弹性模量即引起单位弹性变形所需的应力。4.载荷超过弹性极限后，若卸载，试样的变形不能全部消失，将保留一部分残余成形，这种不恢复的参与变形，成为塑性变形。5.产生塑性变形而不断裂的性能称为塑性。6.抗拉强度是试样保持最大均匀塑性变形的极限应力，即材料被拉断前的最大承载能力。7.发生塑性变形而力不增加时的应力称为屈服强度。8.硬度是指金属材料表面抵抗其他硬物体压入的能力，是衡量金属材料软硬程度的指标。9.硬度是检验材料性能是否合格的基本依据之一。10.应用范围 具有粗大晶粒或组成相得金属材料的硬度 用于淬火钢、退火钢、铝合金等硬度稍软的金属 维氏硬度 测试原理 测量表面压痕，即测量面积，损害较大 测试件深度，即压痕深度增量 硬度分类 布氏硬度 洛氏硬度 测试小件，检验氧化、氮化、单个晶粒微粒 渗碳、镀层等工艺处理效果 11.12.13.14.布氏硬度最硬，洛氏硬度小于布氏硬度，维氏硬度小于前面两种硬度。冲击韧性：在冲击试验中，试样上单位面积所吸收的能量。当交变载荷的值远远低于其屈服强度是发生断裂，这种现象称为疲劳断裂。疲劳度是指材料在无限多次的交变载荷作用而不会产生破坏的最大应力。15.16.原子在空间呈规则排列的固体物质称为晶体，晶体具有固定的熔点。晶格：表示金属内部原子排列规律的抽象的空间格子。晶面：晶格中各种方位的原子面。晶胞：构成晶格的最基本几何单元。17.体心立方晶格:α-Fe、鉻（Cr）、钼（Mo）、钨（W）。面心立方晶格：铝（Al）、铜（Cu）、银（Ag）、镍(Ni)、金（Au）。密排六方晶格：镁（Mg）、锌（Zn）、铍（Be）、镉（Cd）。18.点缺陷是指长、宽、高三个方向上尺寸都很小的缺陷，如：间隙原子、置换原子、空位。19.线缺陷是指在一个方向上尺寸较大，而在另外两个方向上尺寸很小的缺陷，呈线状分布，其具体形式是各种类型的位错。20.面缺陷是指在两个方向上尺寸较大，而在另一个方向上尺寸很小的缺陷，如晶界和亚晶界。21.原子从一种聚集状态转变成另一种规则排列的过程，称为结晶。结晶过程由形成晶核和晶核长大两个阶段组成。22.纯结晶是在恒温下进行的。23.实际结晶温度Tn低于理论结晶温度Tm的现象，称为过冷，其差值称为过冷度ΔT,即ΔT=Tm﹣Tn。24.同一液态金属，冷却速度愈大，过冷度也愈大。25.浇注时，向液态金属中加入一些高熔点、溶解度的金属或合金，当其结构与液态金属的晶体结构相似时使形核率大大提高，获得均匀细小的晶粒。这种方法称为变质处理。26.液态金属结晶后获得具有一定晶格结构的晶体，高温状态下的晶体，在冷却过程中晶格结构法发生改变的现象，称为同素异构转变，又称重结晶。27.一种金属具有两种或两种以上的晶体结构，称为同素异构性。28.当溶质原子溶入溶剂晶格，使溶剂晶格发生畸变，导致固溶体强度、硬度提高，塑性和韧性略有下降的下降，称为固溶强化。29.金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，使合金的强度、硬度、耐热性和耐磨性明显提高，这一现象称为弥散强化。30.杠杆定律→大题(P26)。31.相图分析→大题(P32)。32.铁碳合金的分类 合金的种类 碳的质量分数 室温组织 碳钢 工业纯铁 亚共析钢 钢 共析过共析钢 亚共晶铸铁 铸铁 白口铸铁 亚共晶晶铸铁 0.0218-﹤0.77 0.0218 0.77 0.77-2.11 2.11-4.3 4.3 4,3-6.69 P 综合F P+F P+FeCⅡ P+FeCⅡ+Ld’ Ld FeCⅠ+Ld’ 力学性能 软 塑性、韧性好 力学性能好 硬度大 硬而脆 33.碳钢是指碳的质量分数小于2.11%的铁碳合金。34.碳钢的分类 分类方法 钢种 低碳钢 质量分数 wc≦0.25% 特点 强度低、塑性和焊接性好 强度较高、但塑性和焊接性差 塑性和焊接性差，强度和硬度高 按碳的质量分数 中碳钢 wc=0.025%-0.6% 高碳钢 wc﹥0.6% 35.铸铁是应用广泛的一种铁碳合金，其wc﹥2.11%.36.按照石墨形貌的不同，这一类铸铁可以分为灰铸铁（片状石墨）、可锻铸铁（团絮状石墨）、球墨铸铁（球状石墨）和蠕墨铸铁（蠕虫状石墨）四种。37.钢的热处理是将固态钢采用适当的方式进行加热、保温、和冷却，以获得所需组织结构与性能的一种工艺。38.热处理的特点是改变零件内部组织，不改变其形状与尺寸，消除毛坯缺陷，改善毛坯切削性能，改善零件的力学性能。即改善工艺性能和力学性能。39.热处理分为普通热处理（退火、正火、淬火和回火）、表面热处理（表面淬火、渗碳、渗氮、碳氮共渗）及特殊热处理（形变热处理）。40.不是所有材料都能进行热处理强化，满足条件：①有固态相变②经冷加工使组织结构处于热力学不稳定状态③表面能被活性介质的原子渗入从而改变化学成分。41.退火作用是为了降低硬度，提高塑性改善切削性能。42.淬火的作用：获得高硬度的马氏体。43.奥氏体化：将钢加热至临界点以上使形成奥氏体的金属热处理过程，珠光体向奥氏体转变。44.奥氏体化是钢组织转变的基本条件。45.应用等温转变曲线分析奥氏体化在连续冷却中的转变（P53)46.球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。热处理后的组织为珠状珠光体，应用于共析钢、过共析钢和合金工具钢。目的：降低硬度、改善切削加工性，改善热处理工艺性能，为淬火做组织准备。47.正火，又称常化，是将工件加热至727到912摄氏度之间以上40~60min，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。应用于亚共析钢，铁素体和索氏体、亚共析钢，索氏体、过共析钢，索氏体和二次渗碳体。目的：对于低碳钢、低碳低合金钢，细化晶粒，提高硬度，改善切削加工性，对于共析钢，消除二次网状渗碳体，有利于球化退火的进行。48.钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，再以大于临界冷却速度快速冷却，从而发生马氏体转变的热处理工艺。淬火钢得到的组织主要是马氏体（或下贝氏体），此外还有少残余奥氏体及未溶的第二相。目的：提高钢的硬度和耐磨性。49.回火是将淬火钢重新加热到A1以下某一温度，保温，然后冷却的热处理工艺。50.低温回火的组织为回火马氏体，它有饱和的α相和与其共格的ε-Fe2.4C组成，低温回火的目的是保持淬火马氏体的高硬度和高耐磨性，降低淬火应力和脆性，用于各种高碳钢的道具、量具、冷冲模具、滚动轴承和渗碳工件。51.中温回火后的组织为回火托氏体，它有尚未发生的再结晶的针状铁素体和弥散分布的极细小的片状或粒状渗碳体组成，目的是为了获得高的屈强比、高的弹性极限、高的韧性，用于各种弹簧、锻模。52.高温回火的组织为回火索氏体，它有已再结晶的铁素体和均匀分布的细粒状渗碳体组成，失去了原来淬火马氏体的片状或板条状形态，呈现多边形颗粒状，同时渗碳体聚集长大。目的：获得综合力学力学性能，在保持较高强度的同时，具有较好的塑性和韧性，适用于处理传递运动和力的重要零件，如：传动轴、齿轮。53.淬火后高温回火的热处理称为调质。54.产生回火脆性：淬火合金钢在某一温度范围内回火时，出现冲击韧性剧烈下降的现象，称为回火脆性。在350℃附近回火，碳钢的和合金钢都会出现冲击韧性下降，产生脆化现象，这种回火脆性称为第Ⅰ类回火脆性。它与回火的冷却方式无关，且无法消除，因此一般不在250-400℃温度范围内回火。淬火合金钢在450-650℃回火时出现的回火脆性，称为第Ⅱ类回火脆性。它与杂质在奥氏体晶界上的偏析有关，消除第Ⅱ类回火脆性的方法：回火后快速冷却，使杂质来不及在晶界上偏析。（简答题）55.液态金属充型铸造，获得尺寸精确，轮廓清晰的铸件，取决于充型能力。在液态金属充型过程中，一般伴随结晶现象，若充型能力不足，在型腔被填满之前形成晶粒将充型的通道堵塞，金属液态迫使停止流动，于是铸件将产生不足或冷隔等缺陷。56.充型能力取决于金属液本身的流动能力。57.影响充型能力的因素和原因 序号 影响因素 定义 液态金属本身的流动能力 1 合金的流动性 影响原因 流动性好，易于浇出轮廓清晰、薄而复杂的铸件，有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除；易于对铸件的收缩进行补缩。2 浇注温度 浇注时金属液的温度 金属液体在流动方向上所受的压力 3 充型压力 浇注温度愈高，充型能力俞强。压力愈大，充型能力俞强，但压力过大或充型速度过高会发生喷射、飞溅和冷隔现象。4 铸型中的气体 浇注时因铸型发气而形成在铸型内能在金属液与铸型间产生气的气体 膜，减小摩擦阻力，但发气太大，铸型的排气能力又小时，铸型中的压力增大，阻碍金属液的流动 铸型从其中的金属吸取并向外传输5 铸型的传热 热量的能力 传热系数愈大，铸型的激冷能力就俞强，金属液于其中保持液态的时间就愈短，充型能力下降。6 铸型系数温度 铸型在浇注时的温度 温度愈高，液态金属与铸型的温差就愈小，充型能力愈强。7 浇注系统结构 各浇道的结构复杂情况 结构愈复杂，流动阻力愈大，充型能力愈差。8 铸件的折算厚度 铸件体积与表面积之比 折算厚度大，散热慢，充型能力好。9 铸件的复杂程度 铸件结构复杂程度 结构复杂，流动阻力大，铸型充填困难。58.铸件的凝固方式分为三种类型：逐层凝固方式、体积凝固（糊状凝固）方式和中间凝固方式。59.铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象称为收缩。收缩是铸件许多缺陷产生的基本原因。60.金属从浇注温度冷却到室温经过三个收缩阶段：⑴液态收缩：金属在液体状态时的收缩，其原因是由于气体排出，空穴减少，原子间间距减小。⑵凝固收缩：金属在凝固过程中的收缩，其原因是由于空穴减少，原子间间距减小。液态收缩和凝固收缩又称为体积收缩，是缩孔或缩松形成的基本原因。⑶固态收缩：金属在固态过程中的收缩，其原因在于空穴减少，原子间间距减少。固态收缩还引起铸件外部尺寸的变化，古称尺寸收缩线收缩。线收缩对铸件形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。61.在常用合金中，钢的收缩率最大，灰铸铁收缩率最小。62.铸件凝固结束后常常在某些部位出现孔洞，大而集中的称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。结晶间隔大的合金，易产生缩松，纯金属共晶成分的合金，易形成集中的缩孔。63.金属材料经冷塑性变形后，随变形度的增加，其强度、硬度提高，塑性和韧性下降，这种现象称为加工硬化。64.晶体只有在切应力的作用下才会发生塑性变形。65.金属在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形加工，此时产生加工硬化。金属在再结晶温度以上进行的塑性变形称为热变形加工。66.热变形加工可使金属中的气孔和疏松焊合，并改善夹杂物，碳化物的形态、大小和分布，提高钢的强度、塑性及冲击韧度。67.热变形时铸锭中的非金属夹杂物沿变形方向被拉长为纤维组织（热加工流线）。68.自由锻用于单件、小批量锻件的生产以及大型锻件的产生。69.自由锻相比模锻具有以下特点：模锻件形状和尺寸精度高，表面质量好，加工余量小，节省金属材料;生产率高;操作简单，易于实现自动化;模锻设备要求较高，吨位要求大，锻模结构复杂，成本高，生产准备周期较长。70.模锻适用于中、小型锻件的成批及大量生产。71.板料冲压是利用冲模在压力机上对材料施加压力，使材料产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的加工方法。板料冲压通常在室温下进行，故又称冷冲压。72.弯曲件在弯曲变形后，会伴随一些弹性恢复从而造成工件弯曲角度、弯曲半径与模具的形状、尺寸不一致的现象称为弯曲件的回弹现象。73.焊接方法：熔化焊、压力焊和钎焊。74.电阻焊是利用接触电阻热将接头加热到塑性或熔化状态，再通过电极施加压力，形成原子间结合的焊接方法。75.钎焊分为两类：硬钎焊和软钎焊。硬钎焊的特点是所用钎料的熔化温度高于450℃，接头的强度大，用于受力较大、温度较高的场合。所用的钎料多为铜基、银基。钎料熔化温度低于450℃的钎焊是软钎焊。软钎焊常用锡铅钎料，适用于受力不大，工作温度低的场合。76.焊接残余应力变形产生的原因：结构件在焊接以后2产生变形，内部易产生残余应力。焊接残余应力会增加结构工作的应力，降低结构的承载能力。焊接时，焊缝被加热，焊缝区应膨胀，但由于焊缝区域周围的金属未被加热和膨胀，所以该部分的金属制约了焊缝区受热的自由膨胀，焊缝产生塑性变形并缩短。焊缝冷却后，焊缝区域比周围区域短，但是焊缝周围区域并没有缩短，从而阻碍焊缝区域的自由收缩，产生焊接以后工件的变形与应力。77.低碳钢的焊接：焊接性良好，焊接时没有淬硬、冷裂倾向。78.铸铁的焊接：铸铁碳含量高，塑性低，焊接性差。铸铁焊接容易产生裂纹。79.焊接时，为什么对焊接区进行保护？有哪些保护措施？ 答：防止空气进入熔池，减少焊缝金属中的氧、氮含量、氧含量增加，焊缝的强度、硬度、塑性、韧性下降。氮含量增加，会使焊缝中产生气孔。保护措施：⑴造气保护：焊条药皮或焊剂在高温下回产生气体，在焊接区周围形成一层保护气体，隔绝空气，使弧柱和熔池受到保护。如氩弧焊。⑵造渣保护，焊条药皮或焊剂熔化后产生熔渣，在熔池表面形成一层熔渣，与空气隔绝。如埋弧焊。⑶气-渣联合保护，在焊接区周围同时形成保护气体和熔渣，对焊接区进行保护。如焊条电弧焊。⑷渗合金，通过药皮、焊剂或焊条、焊丝向金属池渗合金，添加硅、锰等有益元素，以弥补其烧损，并进行脱氧、脱硫、脱磷，从而保证和调整焊缝的化学成分。80.热塑性塑料:其分子结构主要为线型或支链线型分子结构，工艺特点是受热软化、熔融、具有可塑性，冷却后坚硬；再受热又可软化，可重复使用而其基本性能不变；可溶解在一定的溶剂中。成形工艺简便、形式多种多样，生产效率高，可直接注射、挤压、吹塑成型，如聚乙烯、聚丙烯。81.热固性材料：具有体型分子结构，热固性塑料一次成形后，质地坚硬、性质稳定，不再溶于溶剂中，受热不变形，不软化，不能回收。成形工艺复杂，大多只能采用模压或层压法，生产效率低，如酚醛塑料、环氧塑料。82.陶瓷材料具有高强度、高模量、高硬度以及高耐温、耐腐蚀等优良性能。但特有的脆性、抗热振性能差等缺陷。83.碳/碳复合材料具有碳和石墨材料特有的优点如低密度，优异热性能如耐烧蚀性、抗热震性、高导热性和低膨胀系数。同时还具有复合材料的高强度、高弹性模量。84.纳米材料的特性：量子尺寸效应、表面效应、纳米材料的体积效应、量子隧道效应。85.毛坯选择的原则：⑴工艺性原则⑵适应性原则⑶生产条件兼顾原则⑷经济性原则⑸可持续性发展原则。制作人：罗爽 绝无雷同 翻者必究

第三篇：工程材料与材料成型基础讲稿

工程材料与材料成型基础讲稿

机械制造工艺过程

铸锻焊 机械加工 装配

金属材料 → 毛坯 → 零件 → 机器

热处理 热处理

本课程分为两部分：

1、工程材料（40学时）

2、热加工工艺基础（铸造、锻压和焊接——30学时）

工程材料

绪论

材料是一切事物的物质基础，一种新技术的实现，往往需要新材料的支持。材料、能源、信息、生物工程是现代文明的四大支柱

一、工程材料的分类

按组成特点分：金属材料，有机高分子材料，无机非金属材料，复合材料； 按使用性能分：结构材料，功能材料；

按使用领域分：信息材料，能源材料，建筑材料，机械工程材料，生物材料。

二、材料技术的发展趋势

第一，从均质材料向复合材料发展。

第二，由结构材料为方往向功能材料、多功能材料并重的方向发展。第三，材料结构的尺度向越来越小的方向发展。

第四，由被动性材料向具有主动性的智能材料方向发展。第五，通过仿生途径来发展新材料。

三、金属材料在近代工业中的地位

金属材料在工农业生产中占极其重要的地位（90%以上）。在日常生活中得到广泛应用。其原因： 1．来源广泛；

2．优良的使用性能和工艺性能；

3．通过热处理可使金属的性能显著提高。

四、本课程的任务

1、熟悉成分、组织、性能之间的基本规律；

2、合理选用常用工程材料；

3、确定热处理方法及其工序位置；

4、了解新材料、新技术、新工艺。

五、材料应用举例（螺纹钢、标准件、刀具、摩托车发动机零件、冷冲压件等）

第 一 章

金属的力学性能

工程材料的性能可分为：

1.使用性能 —— 力学性能，物理性能，化学性能

（在正常工作条件下，材料应具备的性能）

2.工艺性能 ——铸造性，锻造性，焊接性，切削加工性，热处理性

（材料在加工制造中表现出的制造难易程度）

常用的力学性能有：强度，塑性，硬度，冲击韧度，疲劳极限，弹性，刚度

第一节 强度与塑性

一、静拉伸试验

应力-应变曲线（ζ-ε曲线）ζ= F/A0(MPa)ε=△L/ L0（%）A0——试样原始截面积(mm2)L0——试样标距长度

从ζ-ε曲线中可以得到两个重要的力学性能指标：强度，塑性。

二、强度

比例极限：外力与变形成正比时的最大应力

ζp = Fp/So 弹性极限：保持纯弹性变形的最大应力

ζe = Fe/So 屈服强度：产生屈服时的应力（屈服点）

ζs = Fs/So 用于有明显屈服现象的材料 条件屈服强度： 产生0.2%残余伸长率时的应力

ζr0.2 抗拉强度：断裂前最大载荷时的应力（强度极限）

ζb = Fb/So 强度—— 材料抵抗变形和破坏的能力

三、塑性

断后伸长率（延伸率）δ = [(LkAk)/A0 ] ╳100% δ和ψ越大，材料的塑性越好 塑性—— 产生塑性变形而不断裂的能力 塑性对材料的意义：

1、提高安全性

2、便于压力加工成型

第二节 硬 度

硬度是材料抵抗局部变形的能力。硬度是综合性能指标，硬度测量简便迅速，不破坏零件。

一、布氏硬度

原理： HBS（HBW）= F/A = 2F/πD[D-(D2-d2)1/2]（不写单位：kgf/mm2）

•采用淬火钢球时，记为 HBS •采用硬质合金钢球时，记为 HBW •当F的单位取N时，加系数0.102

布氏硬度特点：

优点：测量数值稳定，准确

缺点：操作慢，不适用批量生产和薄形件

应用：铸铁，有色金属；退火、正火、调质处理钢

当HBS<450时有效（HBW450-650）

二、洛氏硬度

原理： HR =(k-h)/ 0.002（不写单位）

•对金刚石圆锥压头 k = 0.2 mm •对钢球压头 k = 0.26 mm 洛氏硬度特点：

优点：操作简便，压痕小，用于成品和薄形件 缺点：测量数值分散

应用：淬火钢，调质钢批生产零件

当HRC20-67时有效

洛氏硬度分类：

第三节

韧性与疲劳强度

一、韧性

冲击韧度：反应了材料抵抗冲击载荷的能力 αk = Ak/A（J/cm2）Ak —— 冲击功 A —— 试样缺口处截面积

冲击韧度对材料的意义：

1.αk 对材料内部缺陷很敏感（可用来鉴定材料的

冶金质量、热加工质量）

2.αk 随温度降低而下降，可用来评定材料的冷脆现象

二、疲劳强度

交变应力：大小、方向随时间周期性变化的应力。重复应力：方向不随时间变化。

疲劳现象：材料在交变载荷长期作用下，无明显塑性变形就断裂。

疲劳曲线

疲劳极限 —— 材料经无限多次应力循环而不断裂的最大应力。它表 示材料抵抗疲劳断裂的能力。（纯弯曲疲劳极限用ζ-1表示）

第四篇：材料工程基础答案,考试必备

材料工程基础

1.材料科学与材料工程研究的对象有何异同？

材料科学侧重于发现和揭示组成与结构、性能、使用效能，合成与加工等四要素之间的关系，提出新概念、新理论。而材料工程指研究材料在制备过程中的工艺和工程技术问题，侧重于寻求新手段实现新材料的设计思想并使之投入使用，两者相辅相成。2.材料的制备技术或方法主要有哪些？

金属：铸造（砂型铸造、特种铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、连续铸造、消失模铸造），塑性加工（锻造、板料冲压、轧制和挤压、拉拔），热处理，焊接（熔化焊、压力焊、钎焊）

橡胶：塑炼、混炼、压延、压出、硫化五部分

高分子：挤制成型、干压成型、热压铸成型、注浆成型、轧膜成型、等静压成型、热压成型和流延成型 3.如何区分传统材料与先进材料？

传统材料指已经成熟且已经在工业批量生产的材料，如水泥、钢铁，这些材料量大，产值高，涉及面广，是很多支柱产业的基础，先进材料是正在发展，具有优异性能和应用前景的一类材料。二者没有明显界限，传统材料采用新技术，提高技术含量、性能，大幅度增加附加值成为先进材料；先进材料长期生产应用后成为传统材料，传统材料是发展先进材料和高技术基础，先进材料推动传统材料进一步发展。4.纳米材料与纳米技术的异同？它们对科技发展的作用？ 纳米材料指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。纳米技术：能操作细小到1-100nm物件的一类新发展的高技术。作用：对于高端的技术，如在超导的应用方面，集成电路的发展方面纳米技术有重要作用。5.简述芯片的主要制备工艺步骤？

步骤如下：

1、氧化；

2、光刻；

3、浸蚀；

4、扩散；

5、离子注入；

6、互连；

7、封装；

8、装配。

6.简述熔体法生长单晶的特点以及主要方法？

答：特点：液相是均匀的单相熔体，熔点以下不发生相变。方法：提拉法，坩埚下降法，水平区熔法，浮区法，尖端形核法。7.为什么纤维通常具备高强度、高模量且韧性好的特点？ 当纤维材料制成时，拉伸强度变大是因为物体愈小，表面和内部包含一个能导致其脆性断裂的危险裂纹的可能性越小。对高聚物材料，在成纤过程中高分子链沿纤维轴向高度取向，而强度大大减少。

8.简述纤维的主要制备方法？

抽丝：使高聚物熔体或是高聚物溶液通过一个多孔的喷丝头并使之冷却或通过凝固浴凝固形成细丝。牵挂：将丝轴向拉伸形成纤维。

定型：使合成纤维在某一温度下作极短时间的处理，使纤维具有良好的柔软性和弹性。9.什么是复合材料？如何设计和制备复合材料？

复合材料：两种或两种以上在物理和化学上不同的物质组合起来而得到的一种多相固体。

如何设计制备：根据组分的性能、形状、分布与取向、组成对比等比复合材料的性能影响规律，设计所需性能充分考虑任意程度及后续加工的可能性，在此基础上进行制备与加工工艺的选择设计。10.简述复合材料的强韧化机理？

主要有三种：

1、弥散增强复合材料：基体-受外来载荷的主要相；颗粒-体位错成分子链运动，阻碍裂纹的扩展。

2、颗粒增强复合材料：基体和颗粒共同承受外来载荷；颗粒-限制颗粒邻近基体运动，阻碍裂纹扩展。

3、纤维增强复合材料：基体-传递载荷到增强、保护纤维，组织裂纹扩展，纤维-承受由基体传递来的有效载荷。

材料的液态成形技术

1、影响液态金属充型能力的因素有哪些？如何提高充型能力？

A、金属的流动性、铸型的性质、浇注条件、铸件结构 B、正确选择合金的成分和采用合理的熔炼工艺

调整铸型的性质

改善浇注条件

合理设计铸件结构

2、铸件的凝固方式有哪些？其主要的影响因素？

A、依据凝固区的宽窄分为逐层凝固、糊状凝固、中间凝固。

B、合金的凝固温度范围铸件凝固期间固液相界面前沿的温度梯度

3、什么是缩松和缩孔？其形成的基本条件和原因是什么？

A、液态金属在凝固过程中，由于液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现大而集中的孔洞，称为缩孔；细小而分散的孔洞则称为缩松。

B、缩孔：

形成的基本条件是金属在恒温或很窄的温度范围内

结晶，铸件由表及里逐层凝固。产生的基本原因是金属的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值，且得不到补偿。缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域。

缩松：

形成的基本原因是金属的液态收缩和凝固收缩大于

固态收缩。

形成的基本条件是金属的结晶温度范围较宽，呈糊状凝固。

4、常见的特种铸造方法有哪些？各有何特点？

A、金属型铸造：

1、可重复使用，生产效率高，劳动条件好；

2、铸件精度高，表面粗糙度较低；

3、金属散热性能好，晶粒细化，力学性能好；

4、不透气且无退让性，易造成浇不足或开裂。

5、适于生产大批量有色金属铸件。B、熔模铸造/失蜡铸造：

1、铸件尺寸精度高，表面光洁；

2、可铸造形状复杂零件；

3、工艺过程复杂，生产周期长，成本高；

4、适于铸造小尺寸的各类合金铸件，特别是少切削或无切削精密铸件。

C、压力铸造（卧式压铸、立式压铸、热室压铸）

1、浇注时间短，易于机械化、自动化作业；

2、铸型散热快，晶粒细化，耐磨、耐蚀性好；

3、铸件尺寸精度高，表面光洁；

4、凝固速度快，排气困难，易形成缩松和缩孔；

5、模具成本高，铸件尺寸受限； D、低压铸造

1、充型压力和速度易于控制，气孔、夹渣较少，组织致密，力学性能好；

2、无需冒口设置，金属利用率高；

3、适应性强，金属型、砂型和熔模型均可使用；

4、铸件尺寸精度高，表面光洁；

5、适用于质量要求高的铝、镁等有色金属铸件。

6、适于有色金属薄壁复杂铸件的大批量生产。E、离心铸造

1、离心力改善金属的流动性，提高了充型能力，改

善了补缩条件，缩孔等缺陷减少；

2、简化了中空圆柱形铸件的生产过程；

3、成分偏析严重，尺寸难以控制；

4、内表面质量较差、内孔不准确、加工余量较大；

5、特别适于横截面呈圆柱的铸件生产，如套、环、管、筒、辊和叶轮等，多用于黑色金属及铜合金

F、消失模铸造

1、不分型，不起模，工艺简化，精度提高；

2、能制造形状复杂的铸件和工艺品；

3、冒口可自由设置，不易产生缩孔、缩松等；

4、易产生有害气体，铸件易增碳，表面质量降低；

5、适于生产起模困难，形状复杂的铸件，例如汽车发动机进排气歧管、缸体等。

5、试述铸件产生变形、开裂的原因及其防止措施。

变形：当铸件中存在应力时，会使其处于不稳定状态，如铸造应力超过合金的屈服强度时，则会产生塑性变形，使铸件发生弯曲或扭曲。

裂纹：当铸造应力进一步增大、超过合金的塑性变形极限（抗拉强度）时，铸件便会开裂。

防止铸件变形、开裂的措施：合理选择合金成分，合理设计铸件结构，调整铸型的性质，改善浇注条件人工方法

6、陶瓷的液态成形方法有哪些？各有何特点？

粉浆浇注:设备简单，不需压力机，石膏模具费用低。但生产周期长，生产率低，且尺寸控制只有中等水平。所以粉浆浇注技术只是粉末成形技术的一种扩充，并不能取代普通的压制成形技术

流延成形：：一种陶瓷基片的专用成型方法，特别适合成型0.2MM--3MM厚度的片状陶瓷制品，生产此类产品具有速度快、自动化程度高、效率高、组织结构均匀、产品质量好等诸多优势。

压模成形：将粉状、片状或颗粒状原料，放在一定温度的模具中闭模加压，使之熔化，充满整个型腔而成形硬化。

注射成形： 主要用于热塑性塑料。周期短，生产率高。能生产形状复杂、薄壁、嵌有金属或非金属的塑料制品。

7、聚合物的液态成形方法有哪些？各有何特点？

压模成形：将粉状、片状或颗粒状原料，放在一定温度的模具中闭模加压，使之熔化，充满整个型腔而成形硬化。缺点：周期长，效率低，模具成本高。

传递模成形：优点：(1)原料在转移过程中接收到相当一部分能量，从而可缩短成形时间；(2)能确保制品中的金属嵌件位置正确。

注射成形： 主要用于热塑性塑料。周期短，生产率高。能生产形状复杂、薄壁、嵌有金属或非金属的塑料制品。

吹塑成形:又称为中空注模，熔融态的塑料坯通过挤出机或注射机挤出后，置于模具内，用压缩空气将此坯料吹胀，使其紧贴模内壁成型而获得中空制品。

材料的固态成形技术

1、金属为什么容易塑性变形？生产塑性变形的本质？

答：金属零件在外力作用下产生不可恢复的永久变形为金属塑性变形。原因：①单晶体：原子的滑移错位。②多晶体（实际使用的金属大多是多晶体）：晶内变形和晶间变形。本质：多晶体的塑性变形是晶内变形和晶间变形的总和。金属塑性变形的实质是晶体内部产生位错滑移的结果。

2、金属常见的塑性成形方法有哪些？

锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔

3、金属的冷变形和热变形是如何区分的？各有何特征？

冷变形：塑性变形温度低于该金属的再结晶温度

特征：晶粒沿变形最大的方向伸长，产生纤维组织；晶粒间产生碎晶。金属产生加工硬化现象。热变形：塑性变形温度高于该金属的再结晶温度 特征：经过再结晶组织均匀化，塑性好，消除内部缺陷，形成流线组织。

4、什么是金属的可煅性？其影响因素有哪些？

A、金属的可锻性是表示金属在热状态下经受压力加工时塑性变形的难易程度。

B、(1)金属的成分：纯金属好于合金，低碳钢优于高碳钢，低碳低合金钢优于高碳高合金钢；有害杂质元素一般使可锻性变坏(2)金属的组织：单相组织好于多相组织；铸态下的柱状组织、粗晶粒组织、晶界上存在偏析、或有共晶组织都会使可锻性变差(3)加工条件 1)变形温度：一般随变形温度的升高，可提高金属的可锻性；当温度接近熔点时，会引起过烧，使可锻性急剧降低2)变形速度：一方面随着变形速度的增加，回复与再结晶过程来不及进行，不能及时消除加工硬化现象，故使塑性降低，变形抗力增大，可锻性变坏。另一方面随着变形速度的增高，产生热效应，使金属的塑性升高，变形力降低，又有利于改善可锻性。3)应力状态：拉应力成分数量愈多，要求材料塑性愈好；压应力成分数量愈多，可降低对材料塑性的要求。

5、挤压成形方法的分类、工艺特点以及主要的工艺参数？

A、正挤压、反挤压、复合挤压和径向挤压

B、1、挤压时金属坯料在三向受压状态变形，因此可提高金属坯料的塑性变形能力；

2、生产灵活性大，可挤各种形状复杂、深孔、薄壁、异型断面的零件；

3、零件精度高、表面粗糙度低；

4、挤压件内部的纤维组织提高了力学性能；

5、制品在断面上和长度上组织性能不够均一；

6、工具消耗较大。

C、挤压温度、挤压速度、变形程度

6、聚合物的塑性成形方法有哪些？各有何特点？

答：热固性聚合物：压模、浇注、注射；热塑性聚合物：挤压、真空成形、吹塑成形。

7、陶瓷的塑性成形方法有哪些？与金属和聚合物比的特点？

答：挤制成形，轧膜成形。陶瓷硬而脆，不适合塑性成，而金属和聚合物可以。

材料的粉末成形技术

1、粉末冶金工艺有何特点？其主要的工艺过程包括？

A、1、粉末冶金能够制备普通熔铸法无法生产的具有特殊性能的材料

2、采用粉末冶金制备的材料，其性能较熔铸产品优越

3、粉末冶金制品表面光洁度高，尺寸精确，是一种少切削、无切削的新工艺，可节约大量的人力和物力。

4、不足之处：粉末本身的成本较高，制品的大小和形状受到一定的限制；零件的力学性能较锻件或铸件要低。

B、粉末的制备、粉末的成形、烧结、烧结后的处理

2、粉体物理制备方法主要有哪些？

雾化法：双流雾化法、离心雾化法、真空雾化法、机械作用力雾化法、特殊雾化法：多级雾化、固体雾化

物理蒸发冷凝/物理气相沉积(PVD)法

3、雾化制粉的方法有哪些？

雾化法：双流雾化法、离心雾化法、真空雾化法、机械作用力雾化法、特殊雾化法：多级雾化、固体雾化

4、粉末的化学制备方法有哪些？

液相沉淀法、化学气相沉积法（CVD）、还原反应法、电化学法

5、粉末的成形工艺性能取决于粉末的哪些特性？

松装密度、流动性、压制性

6、粉末的成形方法主要有哪些？如何获得结构均匀致密的成形坯体？

A、压力成形：模压成形、等静压成形

增塑成形：挤压成形、注射成形

料浆成形：注浆成形、热压铸成、形流延成形

B、措施：适当加压。

7、粉体为什么能烧结？烧结的推动力是什么？

A、通常是在高温作用下粉末成形体（坯体）表面积减小、气孔率降低、颗粒间接触面积增大、致密度和强度提高的致密化过程。

B、粉体的表面能降低和系统自由能降低

8、烧结方法主要有哪些？如何促进致密化烧结？

A、常压烧结、热压/热等静压烧结、活化烧结、真空烧结、反应烧结，方法：固、液、气相烧结。

B、促进措施：①提高烧结温度越高；延长保温时间，但长时保温易出现晶粒长大现象。③采用更小颗粒的粉末；④对粉末进行改性，提高其活化能等。

9、陶瓷烧结与金属的烧结有何异同？

① 原理不同；②压制区别：金属粉末压制得到的坏块的密度普遍比无机密度大；③陶瓷只能液相烧结，烧结时粘接剂挥发，留下孔洞，一般采用加压烧结；金属可以固相，液相或固液烧结。④烧结气氛：金属需要真空或氢气气氛，陶瓷不需要⑤金属烧结后需要抛光，陶瓷烧结后需要施釉。

材料的连接工艺

1、简述金属的可焊性及其影响因素。

A、指金属材料在一定的工艺条件下形成具有一定使用性能的焊接接头的能力。

B、1、母材和焊接材料

2、焊接工艺

3、焊接接头的结构

4、服役条件

2、简述焊接接头的组织和性能。

1——焊缝区（熔化区）

2——熔合区（半熔化区）

3——热影响区

4——母材

3、焊接缺陷主要有哪些？其形成的原因？

答：①焊瘤。焊条熔化太快；电弧过长；电流过大；焊速过慢；运条不当②夹渣。施焊中焊条未搅拌熔池，焊件不洁，电流过小，分层焊时，各层渣未除去③裂纹。焊件中含氮硫磷高，焊接结构设计不合理；焊接程序不当；焊缝冷却太快，应力过在；存在咬边气泡夹渣；未焊透④气孔。焊件不洁，焊条潮湿电弧过长；电流过大；焊速过快，焊件含碳高⑤咬边。电流过大，焊接角度不对，运条不当，电弧过长⑥未焊透。装配间隙过大，坡口开的太小，钝边太大，电流过大，焊速过快，焊条为对准焊缝；焊件不洁。

4、简述钎焊的工艺特点及常用的钎焊材料

A、⑴钎焊加热温度较低，接头光滑平整，组织和机械性能变化小，变形小，工件尺寸精确。⑵可焊异种金属，也可焊异种材料，且对工件厚度差无严格限制。

⑶有些钎焊方法可同时焊多焊件、多接头，生产率很高。⑷钎焊设备简单，生产投资费用少。

⑸接头强度低，耐热性差，且焊前清整要求严格，钎料价格较贵。

B、软钎焊（锡、铅基钎料）、硬钎焊（铜、银基钎料）

材料的表面处理工艺

1、热喷涂的方法主要有哪些？各有何特点？

火焰喷涂：：①一般金属、非金属基体均可喷涂，对基体的形状和尺寸通常也不受限制，但小孔目前尚不能喷涂；②涂层材料广泛，金属、合金、陶瓷、复合材料均可为涂层材料，可使表面具有各种性能，如耐腐蚀、耐磨；耐高温、隔热等：③涂层的多孔性组织有储油润滑和减摩性能，含有硬质相的喷涂层宏观硬度可达450HB，喷焊层可达65HRC；④火焰喷涂对基体影响小，基体表面受热温度为200～250℃，整体温度约70℃～80℃，故基体变形小，材料组织不发生变化。

电弧喷涂：长效防腐复合涂层对钢铁基体的防腐原理是物理屏蔽和阴极保护联合作用，封闭涂层的主要作用是物理隔离各种腐蚀介质对金属喷涂层和钢铁基体的侵蚀，电弧喷涂金属涂层对钢铁基体提供牺牲自己保护钢铁的阴极保护作用。喷锌或铝后封闭处理所形成的复合涂层，其耐蚀性比喷锌或铝涂层和封闭涂层两者单独耐蚀寿命值之和要高出50~130%。这种效应被称为最佳协同效应

等离子喷涂：：①超高温特性，便于进行高熔点材料的喷涂。②喷射粒子的速度高，涂层致密，粘结强度高。③由于使用惰性气体作为工作气体，所以喷涂材料不易氧化。

2、简述电镀和化学镀的异同。

1）化学镀与电镀从原理上的区别就是电镀需要外加的电流和阳极，而化学镀是依靠在金属表面所发生的自催化反应。

2）化学镀镍层是极为均匀的，只要镀液能浸泡得到，溶质交换充分，镀层就会非常均匀，几乎可以达到仿形的效果。电镀无法对一些形状复杂的工件进行全表面施镀，但化学镀过以对任何形状工件施镀。

3）高磷的化学镀镍层为非晶态，镀层表面没有任何晶体间隙，而电镀层为典型的晶态镀层。

4）电镀因为有外加的电流，所以镀速要比化学镀快得我，同等厚度的镀层电镀要比化学镀提前完成。

5）化学镀层的结合力要普遍高于电镀层。

6）化学镀由于大部分使用食品级的添加剂，不使用诸如氰化物等有害物质，所以化学镀比电镀要环保一些。

7）化学镀目前市场上只有纯镍磷合金的一种颜色，而电镀可以实现很多色彩。

3、简述对金属表面进行渗碳或渗氮的作用。

提高表面的硬度、耐磨性及疲劳强度，心部仍保持良好的韧性及塑性。

4、三束表面改性技术的定义，特点和局限性

A、将具有高能量密度的能源(一般大于103W/cm2)，施加到材料表面，使之发生物理、化学变化，获得特殊表面性能。高能量密度能源通常指离子束、激光束、电子束。

B、① 激光束能量密度大，极高的加热和冷却速度，可在材料表面制得微晶、非晶及一些奇特的、热平衡相图上不存在的亚稳合金（非平衡相），赋予材料表面以特殊性能。

② 利用离子束注入技术，可把异类原子直接引入表面层进行表面合金化，引入原子种类和数量不受任何常规合金化热力学条件的限制。

③ 三束表面处理，由于加热速度极快，基材的整体温度在加热过程中可以不受影响。

C、局限性：处理效果与材料表面的反射率、密度和导热系数等密切相关，对表面反射率高的材料，激光能量不能充分被吸收 ；激光本身是转换效率低的能源；设备费用较贵，成本高；处理效率低，不适宜大面积处理等等。

材料的热处理工艺

1、金属材料的主要强化方式有哪些？

固溶强化、细晶强化、加工硬化、时效强化、第二相强化、复合强化

2、对钢进行退火的方法有哪些？

完全退火、不完全退火(球化退火)、扩散退火、再结晶退火去、应力退火

3、什么是钢的淬硬性和淬透性？

淬硬性：表示钢能够淬硬的程度，用钢在正常淬火条件下能达到的最高硬度表示。淬硬性主要取决于碳含量。

淬透性：指钢在淬火时获得马氏体层深度的能力。淬透层的深度是从表面至半马氏体层（50%马氏体+50%屈氏体）的深度。钢的淬透性取决于其化学成分和临界冷却速度Vk。

4、合金产生时效强化的条件是什么？如何进行时效强化？ 答：条件：固溶体的固溶度随温度降低而减少，还与强化相的结构与特性有关。方法：①固溶处理;②淬火;③时效,时效温度：固溶温度的15%-25%。

第五篇：工程材料与机械制造基础答案

`第一章

金属材料的力学性能

1、在测定强度上σs和σ0.2有什么不同？

答：σs用于测定有明显屈服现象的材料，σ0.2用于测定无明显屈服现象的材料。

2、什么是应力？什么是应变？它们的符号和单位各是什么？

答：试样单位截面上的拉力称为应力，用符号σ表示，单位是MPa。

试样单位长度上的伸长量称为应变，用符号ε表示，应变没有单位。

3、画出低碳钢拉伸曲线图，并指出缩颈现象发生在拉伸图上哪一点？断裂发生在哪一点？若没有出现缩颈现象，是否表示试样没有发生塑性变形？ 答：

b点发生缩颈现象，k点发生断裂。

若没有出现缩颈现象，试样并不是没有发生塑

形性变，而是没有产生明显的塑性变形。

4、将钟表发条拉直是弹性变形还是塑性变形？怎样判断它的变形性质？

答：将钟表发条拉直是弹性变形，因为当时钟停止时，钟表发条恢复了原状，故属弹性变形。

5、在机械设计时采用哪两种强度指标？为什么？ 答：（1）屈服强度。因为大多数机械零件产生塑性变形时即告失效。

（2）抗拉强度。因为它的数据易准确测定，也容易在手册中查到，用于一般对塑性变形要求不严格的零件。

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值愈大，其塑性愈差，这种说法是否正确？为什么？

答：应根据弹性模量选择材料。要求刚度好的零件，应选用弹性模量大的金属材料。

金属材料弹性模量的大小，主要取决于原子间结合力（键力）的强弱，与其内部组织关系不大，而材料的塑性是指其承受永久变形而不被破坏的能力，与其内部组织有密切关系。两者无直接关系。故题中说法不对。

7、常用的硬度测定方法有几种？其应用范围如何？这些方法测出的硬度值能否进行比较？ 答：工业上常用的硬度测定方法有：布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏硬度法。

其应用范围：布氏硬度法应用于硬度值HB小于450的毛坯材料。

洛氏硬度法应用于一般淬火件、调质件。维氏硬度法应用于薄板、淬硬表层。

采用不同方法测定出的硬度值不能直接比较，但可以通过经验公式换算成同一硬度后，再进行比较。

8、布氏硬度法和洛氏硬度法各有什么优缺点？各适用于何种场合。下列情况应采用哪种硬度法测定其硬度？ 答：布氏硬度法：（1）优点：压痕面积大，硬度值比较稳定，故测试数据重复性好，准确度较洛氏硬度法高。

（2）缺点：测试费时，且压痕较大，不适于成品、小件检验。

（3）应用：硬度值HB小于450的毛坯材料。

洛氏硬度法：（1）优点：设备简单，测试简单、迅速，并不损坏被测零件。

（2）缺点：测得的硬度值重复性较差，对组织偏析材料尤为明显。（3）应用：一般淬火件，调质件。

库存钢材—布氏硬度 ；

锻件—布氏硬度 ；

锉刀—布氏硬度

台虎钳钳口—洛氏硬度 ； 硬质合金刀头—洛氏硬度

黄铜轴套 ——布氏硬度

供应状态的各种碳钢钢材——布氏硬度

硬质合金刀片——洛氏硬度

9、疲劳破坏是怎样形成的？提高零件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？为什么疲劳断裂对机械零件潜在着很大的危险性？交变应力和重复应力区别何在？

答：由于材料表面或内部有缺陷，这些缺陷处的局部应力大于屈服强度，从而产生局部塑性变形而断裂。这些微裂纹随应力循环次数的增加而逐渐扩展，使承载的有效面积减少，以致不能承受所加载荷而突然断裂。

提高疲劳寿命的方法，就是消除或减少疲劳源及延缓疲劳裂纹的扩展。一般在结构上避免应力集中；制定合理的工艺；使材料得到韧性组织，减少内部缺陷；降低表面粗糙度，避免表面不划伤、腐蚀；强化表面，在材料表面形成压应力。

表面粗糙易形成疲劳源。零件尺寸增大，其内部组织不易均匀，也易存在夹杂物等各种缺陷，这些易形成疲劳源，并加快疲劳裂纹的扩展。

因为材料在受到远低于屈服应力的外力作用下，在没有明显塑性变形的条件下，产生的突然断裂，属低应力脆断。

12、试画出疲劳曲线，并说明疲劳曲线所表示的含义。答：

疲劳曲线表明，金属材料承受的交变应力越大，则材料断裂时应力循环次数越少。反之，应力循环次数越大。

13、拉伸试样的原标距为50mm，直径为10mm，拉伸试验后，将已断裂的试样对接起来测量，若断后的标距为79mm，缩颈区的最小直径为4.9mm，求该材料的伸长率和断面收缩率的值。

7950100％58％ 50522.45276％

52 答：

＝第二章 材料凝固与结晶

1、求出体心和面心立方晶格的致密度。

面心立方晶格的致密度3原子数单个原子的体积单个晶胞的体积2443.14a430.74a3

2、什么是过冷度？它对结晶过程和晶粒度的影响规律如何？ 答：过冷度就是理论结晶温度和实际结晶温度相差的度数。

在一般冷却条件下，过冷度愈大，结晶过程进行的愈快。过冷度增加，形核率和长大速度同时增加，但形核率增加的更快，所以随着过冷度的增加，晶粒细化。

3、什么是同素异晶转变？试画出纯铁的冷却曲线，并指出室温和1100℃时的纯铁晶格有什么不同？分析曲线中出现“平台”的原因。

答：随温度的改变，固态金属晶格也随之改变的现象，称为同素异晶转变。

纯铁的冷却曲线：

室温纯铁晶格：体心立方体晶格 1100℃纯铁晶格：面心立方晶格

1538℃铁发生了结晶，1394℃和912℃铁发生了重结晶，结晶放出的热量与冷却散失的热量相等，使冷却曲线上出现了水平线。

4、简述实际金属晶体和理想晶体在结构和性能上的主要差异。答：结构上：实际金属晶体为多晶体，理想晶体为单晶体。

性能上：实际金属晶体表现为各向同性，理想晶体表现为各向异性。

5、常见的金属晶体结构有哪些？它们的原子排列和晶格常数各有什么特点？α-Fe、γ-Fe Al、Cu、Ni、Cr、V、Zn 各属于何种晶体结构？

答：常用的晶体结构有：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。

体心立方晶格:立方体中心和立方体结点各占有一个原子，a=b=c，α＝β＝γ＝90°

面心立方晶格:立方体六个表面中心和立方体结点各占有一个原子。a=b=c，α＝β＝γ＝90° 密排六方晶格:六方晶格的上、下底面中心和六方柱体的结点各占有一个原子,六方柱体中心有三个原子构成等边三角形。晶格常数a=b≠c，α＝β＝120°，γ＝90°。

α-Fe、Cr、V 属于体心立方晶体；γ-Fe、Al、Cu、Ni属于面心立方晶格；Mg、Zn属于密排六方晶格。

6、液态金属结晶时，细化晶粒的方法有哪些？晶粒大小对材料的力学性能有何影响？ 答：液态金属结晶时，细化晶粒的方法有：（1）加快冷却速度，增加过冷度；

（2）变质处理；（3）附加振动。

晶粒愈细小，材料的强度、硬度、塑性、韧性愈高；反之愈低。

7、实际金属晶体中存在哪些缺陷？对性能有什么影响？ 答：实际金属晶体中有点、线、面三类缺陷。

晶体缺陷使晶体的连续性受到破坏，所以实际晶体的强度仅是理想晶体计算强度的万分之几。但在实际晶体中存在缺陷是不可避免的，而且缺陷使晶格畸变，使材料强度提高，塑性有所下降，同时还使材料的电阻增加、耐蚀性降低。

8、形核有几种？何为变质处理？

答：形核有自发形核和非自发形核两种。

变质处理又称非自发形核，即在液态金属中加一定量的难熔金属或合金，以增加形核率，达到细化晶粒的目的。加入的物质称变质剂。

9、金属同素异构转变与液态金属结晶有何异同之处？

答：相同点：发生了结晶，产生了相变，晶格结构发生了改变。

不同点：液态金属结晶由液态转变成固态，金属同素异构转变由固态转变成固态。

10、判断下列情况下是否有相变：

（1）液态金属结晶

（2）晶粒粗细的变化

（3）同素异构转变

答：液态金属结晶、同素异构转变产生了相变；晶粒粗细的变化没有相变的产生。

第三章

铁碳合金

1、间隙固溶体和间隙相在晶体结构和性能上的差别是什么？

答：间隙固溶体的晶格与溶剂的晶格相同，溶质原子的含量可在一定范围内变化；间隙相晶格类型简单，与任一组元的晶格均不相同，组元的成分比例确定。

间隙固溶体是固溶体，具有综合力学性能；间隙相是金属间化合物，具有极高的硬度、熔点和脆性。

2、什么是共析转变和共晶转变？试以铁碳合金为例，说明这两种转变过程及其显微组织的特征。答：合金的共析转变是一定成分的固相，在一定温度下，同时析出两种或两种以上一定成分的新固相的转变。

对于铁碳合金，共析转变是碳含量为0.77％的奥氏体在727℃同时析出一定成分的铁素体和渗碳体的转变。

反应式为：

℃As727FpFe3C

显微组织的特征：由于铁素体和渗碳体在恒温下同时析出，两相互相制约生长，因此，形成铁素体和渗碳体层片交替排列的细密的机械混合物——珠光体。

合金的共晶转变是一定成分的液相在一定温度下同时析出两种或两种以上一定成分的不同固相的转变。

对于铁碳合金，共晶转变是碳含量为4.3％的液相在1148℃同时析出碳含量为2.11％的奥氏体和渗碳体的转变。

AEFe3C 反应式为：

LC1148℃

显微组织的特征：由于奥氏体和渗碳体在恒温下同时形成，因此，形成在渗碳体基体上弥散分布奥氏体的鱼骨状机械混合物——莱氏体。

3、合金中相组分与组织组分区别何在？指出亚共析钢与亚共晶白口铸铁中的相组分与组织组分。指出碳钢与白口铸铁在常温固态下相组分的异同之处。

答：合金中的相组分是指成分相同、结构相同，并与其他部分以界面分开的均匀组成部分；合金中的组织是指相的组合。

亚共析钢的相组分是：F和Fe3C ；

组织组分是：F和P。

′′

亚共晶白口铸铁中的相组分是：F和 Fe3C ；组织组分是：P、Fe3CⅡ和Le

相同点：在常温固态下，碳钢与白口铸铁的相组分都是F和Fe3C。

不同点：形成Fe3C的母相不同，形态不同。

4、画出简化的Fe-Fe3C相图中的钢部分相图，标出各特性点的符号，并进行以下分析：

（1）标注出相图中空白区域的组织组分和相组分；

（2）分析特性点P、S、E、C的含义；

（3）分析碳含量为0.4％的亚共析钢的结晶过程，并计算其在室温下的组织组分和相组分的相对量；

（4）指出碳含量为0.2％、0.6％、1.2％的钢在1400℃、1100℃、800℃时奥氏体中碳的质量分数。

答：（2）P点：727℃，碳含量为0.0218％，碳在铁素体中达到的最大溶解度点，也是共析转变时析出的铁素体成分点；

S点：727℃，碳含量为0.77％，共析转变点；

E点：1148℃，碳含量为2.11％，碳在奥氏体中达到的最大溶解度点，也是共晶转变时结晶的奥氏体成分点；

C点：1148℃，碳含量为4.34％，共晶转变点。

（3）碳含量为0.4％的亚共析钢的结晶过程为：L→L+A→A→F+A→P+F 碳含量为0.4％的亚共析钢在室温下的组织是P+F，其相对量为：

0.770.40100％48％

0.770.02180.400.0218

P100％52％

0.770.0218F或： P = 1-F = 1-48％ = 52％

碳含量为0.4％的亚共析钢在室温下的相是F+Fe3C，其相对量为：

F6.690.40100％94％

6.690.02180.400.0218Fe3C100％6％

6.690.0218或： Fe3C = 1-F = 1-94％ = 6％

6、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％，铁素体体量占25％； 另一种合金的显微组织中珠光体量占92％，二次渗碳体量占8％。问这两种合金各属于哪一类合金？其碳的质量分数各为多少？

答：第一种合金的组织组成物为P+F，属于亚共析钢。两种组织的含碳量分别为：CF ≈0，CP＝0.77％；合金的含碳量为：

＝CPPCFF0.77％75％025％0.58％

CⅠ由此可见，亚共析钢的含碳量主要取决于组织中珠光体的含量，可忽略铁素体中的含碳量。