机械基础复习题答案

《机械工程基础》复习题及参考答案

简答题

1、金属材料的使用性能包括哪些？

力学性能、物理性能、化学性能等。

2、什么是金属的力学性能？它包括那些主要力学指标？

金属材料的力学性能：金属材料在外力作用下所表现出来的与弹性和非弹性反应相关或涉及力与应变关系的性能。主要包括：弹性、塑性、强度、硬度、冲击韧性等。

3、一根直径10mm的钢棒，在拉伸断裂时直径变为8.5mm，此钢的抗拉强度为 450Mpa，问此棒能承受的最大载荷为多少？断面收缩率是多少？

F=35325N ψ=27.75% 4、简述洛氏硬度的测试原理。

以压头压入金属材料的压痕深度来表征材料的硬度。 5、简述金属三种典型结构的特点。

体心立方晶格：晶格属于立方晶系，在晶胞的中心和每个顶角各有一个原子。每个体心立方晶格的原子数为：2个。塑性较好。

面心立方晶格：晶格属于立方晶系，在晶胞的8个顶角和6个面的中心各有一个原子。每个面心立方晶格的原子数为：4个。塑性优于体心立方晶格的金属。

密排六方晶格：晶格属于六方棱柱体，在六棱柱晶胞的12个项角上各有一个原子，两个端面的中心各有一个原子，晶胞内部有三个原子。每个密排六方晶胞原子数为：6个 ，较脆

6、合金元素在金属中存在的形式有哪几种？各具备什么特性？

存在的形式有固溶体和金属化合物两种。合金固溶在金属中引起固溶强化，使合金强度、硬度提高，塑性、韧性下降。金属化合物提高合金的强度和硬度。 7、什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？

固溶强化：因溶质原子的溶入引起合金强度、硬度升高的现象。 原因：固溶体中溶质原子的溶入引起晶格畸变，使晶体处于高能状态。 8、简述聚合物大分子链的结构与形态。它们对高聚物的性能有何影响？

聚合物大分子链的结构分为线性结构和体型结构。线性结构具有良好的塑性和弹性，加热可软化，冷却后变硬，易于成形，可反复使用。体型结构有较好的 耐热性、尺寸稳定和机械强度，但弹性、塑性低，脆性大，不能塑性加工，不能

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反复使用。

9、金属结晶的基本规律是什么？

金属结晶由形核和长大两部分组成，并存在过冷度。

10、如果其他条件相同，试比较在下列铸造条件下，铸件晶粒的大小。

（1）金属型浇注与砂型浇注。金属型浇注晶粒小。 （2）铸成薄件与铸成厚件。铸成薄件晶粒小。

（3）浇注时采用振动与不采用振动。采用振动晶粒小。

11、过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大有 何影响？

冷却速度越快过冷度越大，使晶核生长速度大于晶粒长大速度，铸件晶粒得到细化。冷却速度小时，实际结晶温度与平衡温度趋于一致。

12、何谓α、γ、Fe3C、C、P、A、Ld、（Ld `）？它们的结构、组织形态、力学性能有何特点？

α为铁素体，Fe3C为渗碳体，C为碳元素，P为珠光体，γ、A为奥氏体，Ld为高莱氏体，（Ld `）为低温莱氏体。

α为体心立方结构，溶碳量低，强度、硬度低，塑性、韧性好。γ、A是碳在γ—Fe中形成的间隙固溶体，为面心立方结构，溶碳量较大，是高温组织，硬度较低，塑性较高，易于成形。Fe3C是铁和碳的金属化合物，含碳量6.69%，硬度很高，脆性很大，塑性和韧性几乎为零。P是铁素体与渗碳体的机械混合物，碳的分数为0.77%，具有良好的力学性能。Ld是奥氏体与渗碳体的机械混合物，（Ld `）是珠光体与渗碳体的机械混合物，含碳量4.3%，力学性能与渗碳体接近。 13、碳钢与铸铁两者的成分、组织和性能有何差别？并说明原因。

碳含量小于2.11%是碳钢，大于2.11%是铸铁；碳钢中的碳与铁以金属化合物的形式存在，而铸铁中的碳以游离石墨的形式存在；碳钢的力学性能较好，其硬度、强度随含碳量的增加而增加，塑性、韧性随含碳量的增加而下降，铸铁的力学性能取决于石墨的形状、大小及分布；铸铁的铸造性能优于碳钢；铸铁不能进行压力加工，其焊接性能远不及碳钢。

14、分析碳的质量分数分别为0.20%、0.60%、0.80%、1.0%的铁碳合金从液态缓慢冷至室温时的结晶过程和室温组织。指出这四种成分组织与性能的区别。

碳的质量分数为0.20%、0.60%的铁碳合金均属于亚共析钢，从液态缓慢冷至室温时的结晶过程为：经过AC线时从液态中结晶出A，经过AE线时全部结晶为A，经过GS线时由于贫碳有F析出，经过PSK线时剩余的A转变为P，室温组

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织为P+F。并随碳的质量分数的增加P增加，F减少。

碳的质量成分分别为0.80%、1.0%的铁碳合金均属于过共析钢，从液态缓慢冷至室温时的结晶过程为：经过AC线时从液态中结晶出A，经过AE线时全部结晶为A，经过ES线时由于富碳有Fe3CⅡ析出，经过PSK线时剩余的A转变为P，室温组织为P+ Fe3CⅡ。并随碳的质量分数的增加Fe3CⅡ增加，P减少。

由于F、P、Fe3CⅡ，的力学性能上的差异，随碳的质量分数的增加铁碳合金的强度和硬度增加，而塑性和韧性下降。

15、钢的热处理的基本原理是什么？其目的和作用是什么？

钢的热处理是将钢在固态下、在一定的介质中施以不同的加热、保温和冷却来改变钢的组织，从而获得所需性能的一种工艺。原理：同素异构转变；其目的和作用：充分发挥材料的潜力，提高零件使用性能，延长使用寿命。改善材料的加工性能。。

16、退火的主要目的是什么？常用的退火方法有哪些？

退火的主要目的（1）降低钢的硬度，使其易于切削加工；（2）提高钢的塑性和韧性，以易于切削和冷变形加工；（3）消除钢中的组织缺陷，为热锻、热轧或热处理作好组织准备；（4）消除前一工序中所产生的内应力，以防变形或开裂。 常用的退火方法：完全退火、等温退火、球化退火（不完全退火）、均匀化退火（扩散退火）、去应力退火和再结晶退火等。

17、完全退火与不完全退火在加热规范、组织转变和运用上有何不同？为什么亚共析钢一般不采用不完全退火，共析钢不采用完全退火？

完全退火：将钢加热至Ac3以上30℃—50℃，保温一定时间，缓慢冷却的工艺。奥氏体转变为珠光体和铁素体。适用于亚共折成分的中碳钢和中碳合金钢的铸、锻件及热轧型材。目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬度和改善切削加工性能。

不完全退火：将钢加热到Ac1以上20℃—30℃ ，保温后，缓慢冷却的工艺。适用于。共析或过共析钢。使P中的片状Fe3C和网状二次Fe3C球化，转变成球状Fe3C目的：降低钢的硬度，改善切削加工性，并减少随后淬火时的形变、开裂倾向，为淬火作组织准备。

18、正火与退火的主要区别是什么？如何选用？

正火的冷却速度比退火稍快，过冷度稍大。组织较细，强度、硬度较高。 选用：（1） 从切削加工性方面考虑，低碳钢用正火提高硬度，而高碳钢用退火降低硬度，以便于切削加工。（2）从使用性能上考虑，对零件性能要求不高，可用正火作为最终热处理；当零件形状复杂、厚薄不均时，采用退火；对中、低碳

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钢，正火比退火力学性能好。（3）从经济上考虑，正火冷却不占用设备，操作简便，生产周期短，能耗少，故在可能条件下，应优先考虑正火处理。 19、淬火的目的是什么？常用的淬火方法有哪几种？

淬火目的：提高钢的强度、硬度和耐磨性。方法有：单液淬火 、双液淬火 、分级淬火 、等温淬火 等。

20、为什么要进行表面淬火？常用的淬火方法有哪些？各用在什么场合？

为使零件表面具有高的硬度和耐磨性。分为感应加热淬火和火焰淬火。感应加热淬火适宜大批量生产，火焰淬火适宜单件或小批量生产的大型零件和需要局部表面淬火的零件。

21、回火的目的是什么？常用的回火操作有哪些？试指出各种回火操作得到的组 织、性能及运用范围？

回火的目的：（1）降低脆性；（2）消除或减少内应力，防止变形和开裂；（3）获得工件所要求的使用性能 ；（4）稳定组织；

低温回火：150 ～ 250 ℃。回火马氏体。高硬耐磨。刃具，轴承，冷作磨具等。

中温回火：350 ～ 500 ℃。回火屈氏体。高的屈服极限，弹性极限和韧性。弹簧，热作磨具。

高温回火 （调质处理） ：500 ～ 650 ℃。回火索氏体。较好的综合机械性能。连杆，轴，齿轮等。

22、什么是调质？调质的主要目的是什么？钢在调质后是什么组织？

调质：淬火后高温回火。目的：使钢得到综合的力学性能。调质后的组织为索氏体。

23、渗碳、渗氮的目的是什么？试述其应用范围。

渗碳的目的：提高工件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度等。多用于低碳钢和低碳合金钢制成的齿轮、活塞销、轴类零件等重要零件。

渗氮的目的：提高工件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性和疲劳强度等。常用于在交变应力下工作的各种结构件。

24、碳钢按质量和用途可分为几类？试举例说明。

按钢中含碳量分为：低碳钢、中碳钢和高碳钢，低碳钢Wc≤0.25％，中碳钢Wc在0.25％～0.6％之间，高碳钢Wc≥0.6％。

按钢的质量分为：普通碳素钢，Ws≤0.055％ ，Wp≤0.045％；优质碳素钢，Ws≤0.040％ Wp≤0.040％；高级优质碳素钢，Ws≤0.030％，Wp≤0.035％。

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