機(jī)械工程材料課后習(xí)題及答案
1-1、可否通過(guò)增加零件尺寸來(lái)提高其彈性模量。
解：不能，彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升高而逐漸降低外，其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對(duì)彈性模量的影響很小。所以不能通過(guò)增大尺寸來(lái)提高彈性模量。
1-2、工程上的伸長(zhǎng)率與選取的樣品長(zhǎng)度有關(guān)，為什么？
解：伸長(zhǎng)率等于，當(dāng)試樣(d)不變時(shí)，增加，則伸長(zhǎng)率δ下降，只有當(dāng)/為常數(shù)時(shí)，不同材料的伸長(zhǎng)率才有可比性。所以伸長(zhǎng)率與樣品長(zhǎng)度有關(guān)。
1-3、和兩者有什么關(guān)系？在什么情況下兩者相等？
解：為應(yīng)力強(qiáng)度因子，為平面應(yīng)變斷裂韌度，為的一個(gè)臨界值，當(dāng)增加到一定值時(shí)，裂紋便失穩(wěn)擴(kuò)展，材料發(fā)生斷裂，此時(shí)，兩者相等。
1-4、如何用材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線判斷材料的韌性？
解：所謂材料的韌性是指材料從變形到斷裂整個(gè)過(guò)程所吸收的能量，即拉伸曲線（應(yīng)力-應(yīng)變曲線）與橫坐標(biāo)所包圍的面積。
2-1、從原子結(jié)構(gòu)上說(shuō)明晶體與非晶體的區(qū)別。
解：原子在三維空間呈現(xiàn)規(guī)則排列的固體稱為晶體，而原子在空間呈無(wú)序排列的固體稱為非晶體。晶體長(zhǎng)程有序，非晶體短程有序。
2-2、立方晶系中指數(shù)相同的晶面和晶向有什么關(guān)系？
解：相互垂直。
2-4、合金一定是單相的嗎？固溶體一定是單相的嗎？
解：合金不一定是單相的，也可以由多相組成，固溶體一定是單相的。
3-1、說(shuō)明在液體結(jié)晶的過(guò)程中晶胚和晶核的關(guān)系。
解：在業(yè)態(tài)經(jīng)書中存在許多有序排列飛小原子團(tuán)，這些小原子團(tuán)或大或小，時(shí)聚時(shí)散，稱為晶胚。在以上，由于液相自由能低，晶胚不會(huì)長(zhǎng)大，而當(dāng)液態(tài)金屬冷卻到以下后，經(jīng)過(guò)孕育期，達(dá)到一定尺寸的晶胚將開始長(zhǎng)大，這些能夠連續(xù)長(zhǎng)大的晶胚稱為晶核。
3-2、固態(tài)非晶合金的晶化過(guò)程是否屬于同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變？為什么？
解：不屬于。同素異構(gòu)是物質(zhì)在固態(tài)下的晶格類型隨溫度變化而發(fā)生變化，而不是晶化過(guò)程。
3-3、根據(jù)勻晶轉(zhuǎn)變相圖分析產(chǎn)生枝晶偏析的原因。
解：①枝晶偏析：在一個(gè)枝晶范圍內(nèi)或一個(gè)晶粒范圍內(nèi)，成分不均勻的現(xiàn)象叫做枝晶偏析。
�、诮Y(jié)合二元?jiǎng)蚓мD(zhuǎn)變相圖可知，枝晶偏析產(chǎn)生的原因是固溶體合金的結(jié)晶只有在“充分緩慢冷卻”的條件下才能得到成分均勻的固溶體組織。然而在實(shí)際生產(chǎn)中，由于冷速較快，合金在結(jié)晶過(guò)程中，固相和液相中的原子來(lái)不及擴(kuò)散，使得先結(jié)晶出的枝晶軸含有較多的高熔點(diǎn)元素，而后結(jié)晶的枝晶中含有較多低熔點(diǎn)元素。
�、劾渌僭娇�，液固相間距越大，枝晶偏析越嚴(yán)重。
3-4、結(jié)合相圖分析含0.45% C、1.2% C和3.0% C的Fe-C合金在緩慢冷卻過(guò)程中的轉(zhuǎn)變及室溫下的組織。
解：①0.45% C: L→L+δ→L+δ+γ→L+γ→γ→γ+e→P+γ+α。室溫組織：P+α
②1.2%C：L→L+γ→γ+二次滲碳體→二次滲碳體。
室溫組織：P+二次滲碳體。③3.0%C：L→L+γ→L+γ+Le→γ+ Le+二次滲碳體→P+γ+二次滲碳體+一次滲碳體→Le’+二次滲碳體+P。室溫組織：Le’+二次滲碳體+P。
3-6、說(shuō)明Fe-C合金中5種類型滲碳體的形成和形態(tài)特點(diǎn)。
解：一次滲碳體：由液相直接析出，黑色的片層。
二次滲碳體：含碳量超過(guò)0.77%的鐵碳合金自1148℃冷卻至727℃時(shí)，會(huì)從奧氏體中析出二次滲碳體。沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀排列。
三次滲碳體：鐵碳合金自727℃向室溫冷卻的過(guò)程中，從鐵素體析出的為三次滲碳體。不連續(xù)網(wǎng)狀成片狀分布于鐵素體晶界。
共晶滲碳體：共晶白口鑄鐵由液態(tài)冷卻到1148℃是發(fā)生共晶反應(yīng)，產(chǎn)生共晶奧氏體和共晶滲碳體。為白色基體。
共析滲碳體：共析鋼液體在發(fā)生共析轉(zhuǎn)變時(shí)，由奧氏體相析出鐵素體和共析滲碳體。為黑色的片層。
3-7、說(shuō)明金屬實(shí)際凝固時(shí)，鑄錠的.3中宏觀組織的形成機(jī)制。
解：鑄錠的宏觀組織由表層細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)和中心等軸晶區(qū)3個(gè)晶區(qū)組成。
①表層細(xì)晶區(qū)：當(dāng)高溫的液體金屬被澆注到鑄型中時(shí)，液體金屬首先與鑄型的模壁接觸，一般來(lái)說(shuō)，鑄型的溫度較低，產(chǎn)生很大的過(guò)冷度，形成大量晶核，再加上模壁的非均勻形核作用，在鑄錠表面形成一層厚度較薄、晶粒很細(xì)的等軸晶區(qū)。
�、谥鶢罹^(qū)：表層細(xì)晶區(qū)形成以后，由于液態(tài)金屬的加熱及凝固時(shí)結(jié)晶潛熱的放出，使得模壁的溫度逐漸升高，冷卻速度下降，結(jié)晶前沿過(guò)冷度減小，難以形成新的結(jié)晶核心，結(jié)晶只能通過(guò)已有晶體的繼續(xù)生長(zhǎng)來(lái)進(jìn)行。由于散熱方向垂直于模壁，因此晶體沿著與散熱方向相反的方向擇優(yōu)生長(zhǎng)而形成柱狀晶區(qū)。
③中心等軸晶區(qū)：當(dāng)柱狀晶區(qū)長(zhǎng)大到一定程度，由于冷卻速度進(jìn)一步下降及結(jié)晶潛熱的不斷放出，使結(jié)晶前沿的溫度梯度消失，導(dǎo)致柱狀晶的長(zhǎng)大停止。當(dāng)心部液體全部冷卻至實(shí)際結(jié)晶溫度一下時(shí)，以雜志和被沖下的晶枝碎片為結(jié)晶核心均勻長(zhǎng)大，形成粗大的等軸晶區(qū)。
4-1、為什么室溫下金屬的晶粒越細(xì)，強(qiáng)度、硬度越高，塑型、韌性也越好？
解：因?yàn)榻饘俚木ЯＴ郊?xì)，晶界總面積越大，位錯(cuò)障礙越多，需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多，金屬塑性變形的抗力越高。從而導(dǎo)致金屬?gòu)?qiáng)度和硬度越高；金屬的晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，同時(shí)參與變形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻，推遲了裂紋的形成于擴(kuò)展使得在斷裂前發(fā)生了較大的塑性變形，在強(qiáng)度和塑型同時(shí)增加的情況下，其塑型和韌性越好。
4-2、黃銅鑄件上的數(shù)碼不慎搓掉如何識(shí)別數(shù)碼？
解：用加熱使它再結(jié)晶的方法可以使原來(lái)的數(shù)碼再呈現(xiàn)。因?yàn)榇蜃謺r(shí)會(huì)使鑄件打字處產(chǎn)生塑性變形，有預(yù)變形存在，通過(guò)加熱再結(jié)晶可使晶�；謴�(fù)到預(yù)變形之前的狀態(tài)，使之顯現(xiàn)出數(shù)碼。
4-3、金屬鑄件的晶粒往往粗大，能否通過(guò)再結(jié)晶退火來(lái)細(xì)化其晶粒？為什么？
解：不能，因?yàn)殍T件沒(méi)有產(chǎn)生預(yù)變形，故不能采用再結(jié)晶的方法。 4-4、銅只是通過(guò)冷加工及隨后加熱來(lái)細(xì)化晶粒，而鐵則不需要冷加工，只需加熱到一定溫度便可使晶粒細(xì)化，為什么？
解：因?yàn)殂~不存在同素異構(gòu)的現(xiàn)象，加熱時(shí)晶體的結(jié)構(gòu)不發(fā)生變形，所以采用冷加工破碎晶粒，產(chǎn)生預(yù)變形，從而來(lái)消除應(yīng)力，而鐵存在同素異構(gòu)的現(xiàn)象，固態(tài)變相組織要比晶粒組織細(xì)，因此只需加熱到一定溫度便能使晶粒細(xì)化。
4-5、下列齒輪餅坯的加工方法中，哪種方法正確？為什么？
�。�1）從熱軋厚鋼板上切下圓餅；（2）從熱軋粗鋼棒上切下圓餅；（3）由熱軋鋼棒鐓成圓餅。
解：選擇由熱軋鋼棒鐓成圓餅，因?yàn)檫@樣可以控制銅的纖維素的走向與受力方向一致。
4-6、用冷拉銅絲繩（承受能力遠(yuǎn)超過(guò)工件質(zhì)量）吊送剛出爐熱處理工件去淬火，但在此工程中，銅絲發(fā)生斷裂。為什么？
解：原因是：冷拉鋼絲繩經(jīng)冷塑加工強(qiáng)度提高，強(qiáng)度大于載荷，但吊運(yùn)熱工件時(shí)其溫度升高，使原子擴(kuò)散能力升高，從而使其產(chǎn)生回復(fù)再結(jié)晶，晶�；謴�(fù)到以前的狀態(tài)，強(qiáng)度降低，最終發(fā)生斷裂。
4-7、鎢在1100℃下的變形加工和錫在室溫下的變形加工是冷加工還是熱加工？為什么？
解：再結(jié)晶溫度=熔化溫度×0.4，鎢的熔點(diǎn)為3380℃，其再結(jié)晶溫度為(3380+273)×0.4273=1187℃，加工溫度小于再結(jié)晶溫度，所以屬于冷加工；錫的熔點(diǎn)為232℃，其再結(jié)晶溫度為(232+237) ×0.4273=71℃，室溫(25℃)大于再結(jié)晶溫度，所以屬于熱加工。
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