第3章工程材料的基本知识练习题及答案.doc

第3章 工程材料的基本知识
3-1 金属材料的力学性能包括哪几方面？
解：金属材料的力学性能包括强度、硬度、塑性、冲击韧性和疲劳强度等。
3-2 什么是强度？什么是硬度？硬度包括哪些内容？
解：强度是指金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。
硬度是指金属材料表面抵抗外部压力的能力。它包括布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
3-3 什么是结晶？
解：绝大多数金属制件都是经过熔化、冶炼和浇注而获得的，这种由液态转变为固态的过程，称为凝固。如果凝固的固态物质是晶体，则这种凝固又称为结晶。
3-4 什么是合金？
解：所谓合金是指由一种金属元素与一种或几种其他元素结合而形成的具有
金属特性的新物质。
3-5 试分析铁碳合金相图。
解：铁碳合金相图是表示在缓慢冷却（或缓慢加热）的条件下，不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形，如图3-14所示。

图3-14 铁碳合金相图
1）铁碳合金相图的特性点
铁碳合金相图中几个特性点的含义见表3-2。
表3-2 铁碳合金相图中几个特性点的含义
特 性 点
温度/℃
含碳量wC/（%）
含 义
A
1 538
0
纯铁的熔点
C
1 148
4.3
共晶点
D
1 227
6.69
渗碳体的熔点
E
1 148
2.11
碳在g-Fe中的最大溶解度点
F
1 148
6.69
共晶渗碳体成分点
G
912
0
纯铁的同素异构转变点
P
727
0.021 8
碳在a-Fe中的最大溶解度点
S
727
0.77
共析点
Q
室温
0.000 8
碳在a-Fe中的溶解度点
2）铁碳合金相图的特性线
铁碳合金相图中几条特性线的含义见表3-3。
表3-3 铁碳合金相图中几条特性线的含义
特 征 线
含碳量wC/（%）
含 义
ACD
0～6.69
液相线
AC
0～4.3
奥氏体结晶开始线
CD
4.3～6.69
一次渗碳体结晶开始线
AECF
0～6.69
固相线
AE
0～2.11
奥氏体结晶终了线
ECF
2.11～6.69
共晶线
GS
0～0.77
铁素体析出线
SE
0.77～2.11
二次渗碳体析出线
PSK
0.021 8～6.69
共析线
GP
0～0.021 8
铁素体转变终了线
PQ
0～0.021 8
三次渗碳体析出线
3）铁碳合金相图的特性相区
铁碳合金相图中几个特性相区的含义见表3-4。
表3-4 铁碳合金相图中几个特性相区的含义
特性相区
特性相组成
含 义
ACD线以上相区
L
液相区
ACEA相区
L+A
液体与奥氏体共存区
CDFC相区
L+Fe3CⅠ
液体与一次渗碳体共存区
AESGA相区
A
单一奥氏体区
EFKSE相区
A+Fe3CⅡ+Ld+ Fe3CⅠ
奥氏体、二次渗碳体、莱氏体和一次渗碳体共存区
GSPG相区
F+A
铁素体与奥氏体共存区
GPQG相区
F
单一铁素体区
QPSK线以下相区
F+P+Fe3CⅡ+Ld+ Fe3CⅠ
铁素体、珠光体、二次渗碳体、莱氏体和一次渗碳体共存区

3-6 简述常用低合金高强度结构钢的用途。
解：低合金高强度结构钢有较高的强度，可以大幅度减轻结构重量，节约钢材，在工程结构中推广使用。常用低合金高强度结构钢的牌号、化学成分、力学性能和用途见表3-8。
表3-8 常用低合金高强度结构钢的牌号、化学成分、力学性能和用途
牌
号
质量等级
化学成分/（%）
力学性能
用 途
wC
wSi
wMn
下屈服强度ReL/（N/ mm2）
抗拉强度Rm/（N/ mm2）
断后伸长率A/（%）
Q345
A
≤0.20
≤0.50
≤1.70
265～345
450～630
17～21
具有良好的综合力学性能，塑性和焊接性良好，冲击韧性较好，一般在热轧或正火状态下使用，用于制造桥梁、船舶、车辆、管道、锅炉、各种容器、油罐、电站、厂房结构、低温压力容器等结构件
B
C
D
≤0.18
E
Q390
A
≤0.20
≤0.50
≤1.70
310～390
470～650
18～20
具有良好的综合力学性能，焊接性及冲击韧性较好，一般在热轧状态下使用，用于制造锅炉汽包，中高压石油化工容器、桥梁、船舶、起重机、较高负荷的焊接件、连接构件等
B
C
D
E
Q420
A
≤0.20
≤0.50
≤1.70
340～420
500～680
18～19
具有良好的综全力学性能，优良的低温韧度，焊接性好，冷热加工性良好，一般在热轧或正火状态下使用，用于制造高压容器、重型机械、桥梁、船舶、机车车辆、锅炉及其他大型焊接结构件等
B
C
D
E
Q460
C
≤0.20
≤0.60
≤1.80
380～460
530～720
16～17
适用于制造中温高压容器（＜120 ℃）、锅炉、化工、石油高压厚壁容器（＜100 ℃），经过淬火、回火后可用于制造大型挖掘机、起重运输机械、钻井平台等

3-7 铸铁按石墨的形态可分为哪几类？
解：铸铁根据石墨的形态，铸铁可分为灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁
3-8 灰铸铁常用的热处理工艺有哪几种？
解：灰铸铁常用的热处理工艺有以下几种：
（1）消除内应力退火。消除内应力退火又称为人工时效。采用该热处理方法主要是为了消除铸件在铸造过程中产生的内应力，防止铸件变形或开裂。该热处理方法常用于形状复杂的铸件，如机床机身、柴油机汽缸等。其热处理工艺为加热—保温—炉冷—空冷。
（2）消除白口组织退火。铸件的表层和薄壁处由于铸造时冷却速度快，易产生白口组织，使灰铸铁硬度提高、加工困难，需进行退火以降低硬度。其热处理工艺也为加热—保温—炉冷—空冷。
（3）表面淬火。对于一些表面要求高硬度和高耐磨性的铸件，如机床导轨、缸体内壁等，可进行表面淬火处理。
3-9 铝合金有哪些优良性能？
解：纯铝的力学性能不高，不宜用作承受较大载荷的结构零件。为了提高纯铝的力学性能，有效地方法是在纯铝中加入适量的硅、铜、镁、锰等合金元素，以制成铝合金。像钢一样，铝合金可借助热处理进行强化，但与钢的热处理不同，固态铝无同素异构转变，只能通过热处理提高其力学性能，并且这些铝合金仍具有纯铝原有的密度小、耐蚀性好、导热性好等特点。
3-10 陶瓷从广义上讲包括什么？
解：广义上的陶瓷应包括陶器、瓷器、玻璃、搪瓷、耐火材料等。
3-11 判断零件选材是否合理的基本标志是什么？选择零件材料时应遵守哪些原则？
解：判断所选的材料是否合理的基本标志是：能否满足必需的使用性能；能否具有良好的工艺性能；能否实现最低成本（经济性能）。零件材料选择的任务是求得三者之间的统一。
选择零件材料时一般应遵循使用性能、工艺性能、经济性能这三个原则。