《機(jī)械工程材料與熱處理（第3版）》思考與練習(xí)參考答案

《機(jī)械工程材料與熱處理（第3版）》

課后思考與練習(xí)參考答案

模塊1

1.什么是彈性變形？什么又是塑性變形？

答：隨外力消除而消失的變形稱為彈性變形。當(dāng)外力去除時(shí)，不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。

2.隙0.2的含義是什么？為什么低碳鋼不用此指標(biāo)？

答：俏02為名義屈服強(qiáng)度，適用于沒有明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料,低碳鋼有明顯的屈服現(xiàn)象，用幾

表示。

3.什么是抗拉強(qiáng)度？

答：金屬材料的極限承載能力稱為抗拉強(qiáng)度，用拉伸試樣斷裂前的最大載荷除以試樣的原始截面枳

所得的應(yīng)力值表示。

4.什么是疲勞強(qiáng)度，如何避免疲勞破壞？

答：金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不破壞的最大應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度或疲勞極限。

避免疲勞破壞措施：合理選材，改善材料的結(jié)構(gòu)形狀，減少開孔、挖槽、切口等，避免應(yīng)力集中，

減小材料和零件的缺陷；提高零件表面光潔度；對(duì)表面進(jìn)行強(qiáng)化，噴丸處理，避免表面劃傷、腐蝕等。

另外要在可能發(fā)生疲勞破壞前采取相應(yīng)保護(hù)措施，如更換或加固零部件等。

5.布氏硬度測(cè)量法適用于測(cè)量什么類型的材料硬度？

答：布氏硬度測(cè)量法適用于鑄鐵、非鐵合金、各種退火及調(diào)質(zhì)的鋼材，不宜測(cè)定太硬、太小、太薄

和表面不允許有較大壓痕的試樣或工件。

6.下列硬度要求或?qū)懛ㄊ欠裾_？為什么？

（1）80?85HRC（2）HBW350?400

答：（1）不正確，硬度值不在HRC范圍內(nèi)。（2）不正確，數(shù)值應(yīng)在HBW前。

7.下列幾種工件應(yīng)該采用何種硬度試驗(yàn)法測(cè)定其硬度？

（1）鏗刀（2）黃銅軸套（3）供應(yīng)狀態(tài)的各種碳鋼鋼材（4）硬質(zhì)合金刀片

答：（1）洛氏或維氏硬度（2）布氏硬度（3）布氏硬度（4）洛氏或維氏硬度

8.略.

9.略。

模塊2

1.常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？

答：室溫下有85%~90%金屬的晶體結(jié)構(gòu)都屬于比較簡單三種類型：體心立方晶格、面心立方晶格

和密排六方晶格。

2.實(shí)際金屬晶體中存在那些晶體缺陷，對(duì)性能有什么影響？

答：實(shí)際金屬晶體中存在點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷。三種晶體缺陷都會(huì)造成晶格畸變，使變形抗力

增大，從而提高材料的強(qiáng)度、硬度。

3.固溶體可分為幾種類型?形成固溶對(duì)合金有何影響？

答：根據(jù)固溶體晶格中溶質(zhì)原子在溶劑晶格中占據(jù)的位置不同，分為置換固溶體和間隙固溶體兩種。

無論是間隙固溶體還是置換固溶體，由于溶質(zhì)原子的溶入，都使晶體的晶格發(fā)生畸變。晶格畸變使位錯(cuò)

運(yùn)動(dòng)阻力增大，從而提高了合金的強(qiáng)度和硬度，而塑性下降。

4.金屬化合物有什么特點(diǎn)?它們?cè)阡撝衅鹗裁醋饔茫?/p>

答：性能特點(diǎn)是熔點(diǎn)高、硬度高、脆性大。金屬化合物能提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但會(huì)降低

其塑性和韌性。

5.金屬的彈性變形與塑性變形有何區(qū)別？

答：當(dāng)外力消除后，發(fā)生彈性變形的金屬能恢復(fù)到原來形狀，組織和性能不發(fā)生變化。塑性變形后

金屬的組織和性能發(fā)生變化，不能完全恢復(fù)原狀，較彈性變形復(fù)雜得多。

6.什么是金屬的加工硬化現(xiàn)象？

答：金屬經(jīng)冷塑性變形后，會(huì)使其強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性下降，此現(xiàn)象稱為加工硬化（形

變強(qiáng)化）。

模塊3

1.簡述純鐵的特性與用途。

答：純鐵的塑性、韌性較好，強(qiáng)度、硬度很低，因此很少作為結(jié)構(gòu)材料使用。純鐵的主要用途是利

用它的鐵磁性，其具有很高的磁導(dǎo)率，可用于儀器儀表的鐵磁芯等要求軟磁性的場合。

2.敘述什么是鐵碳合金相圖。

答：鐵碳合金相圖表示在緩慢冷卻（或緩慢加熱）的條件下，不同成分的鐵碳合金的狀態(tài)或組織隨

溫度變化的圖形。

3.隨著含碳量的增加，碳鋼的強(qiáng)度有何變化規(guī)律，原因是什么？

答：隨著含碳量的增加，碳鋼的強(qiáng)度先是增加，達(dá)到某最高值后下降（對(duì)應(yīng)含碳量約為1.0%）,原

因是當(dāng)含碳量超過此值后，鋼中會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)狀的二次滲碳體，使基體強(qiáng)度下降。

4.為何要在碳鋼中嚴(yán)格控制硫、磷含量？而在易切削鋼中磷含量又要適當(dāng)提高？

答：（I）硫在鋼中是一種有害的元素。硫在鋼中不溶于鐵，而與鐵化合形成化合物FeS,FeS與Fe

能形成低熔點(diǎn)共晶體，當(dāng)鋼材在1000?1200C進(jìn)行壓力加工時(shí)，共晶體已經(jīng)熔化，并使晶粒脫開，鋼材

變脆，這種現(xiàn)象稱為熱脆性，為此，鋼中硫的含量必須嚴(yán)格控制。磷有強(qiáng)烈的固溶強(qiáng)化作用，使鋼的強(qiáng)

度、硬度增加，但塑性、韌性則顯著降低。這種脆化現(xiàn)象在低溫時(shí)更為嚴(yán)重，故稱為冷脆。冷脆對(duì)在高

寒地帶和其他低溫條件卜.工作的結(jié)構(gòu)件具有嚴(yán)重的危害性，此外，磷的偏析還使鋼材在熱軋后形成帶狀

絹織.通常情況下,磷也是有害的雜質(zhì).在鋼中也要嚴(yán)格控制磷的含量.

（2）但含磷量較多時(shí)，由于脆性較大，在制造炮彈鋼以及改善鋼的切削加工性方面則是有利的。

5.同樣外觀和大小的兩塊鐵碳合金，其中一塊是低碳鋼，一塊是白口鑄鐵。試問用什么簡便方法可

迅速將它們區(qū)分開來？

答：由于它們含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，使它們具有不同的特性。最顯著的是硬度不同，前者硬低，韌性

好，后者硬度高，脆性大。若從這方面考慮，可以有多種方法，如：

（1）用鋼挫試挫，硬者為鑄鐵，易挫者應(yīng)為低碳鋼；

（2）用榔頭敲砸，易破斷者為鑄鐵，砸不斷者為低碳鋼，等等。

6.Q235A.F鋼牌號(hào)的含義是什么？

答：Q235A.F即表示屈服強(qiáng)度值為235MPa的A級(jí)沸騰鋼。

7.簡述碳素工具鋼的特性與應(yīng)用。

答：碳素工具鋼是用于制造刃具、模具、量具及其他工具的鋼，特點(diǎn)是生產(chǎn)成本低，加工性能優(yōu)良、

強(qiáng)度、硬度較高，耐磨性好，但塑韌性較差，適用于各種手用工具。

模塊4

I.觀察與思考鋼在加熱和冷卻時(shí)相圖上的各相變點(diǎn)。

答：略。

2.為何過共析鋼不宜采用完全退火？

答：因?yàn)楫?dāng)完全退火加熱到Acm以上慢冷時(shí)，過共析鋼的二次滲碳體會(huì)以網(wǎng)狀形式沿奧氏體晶界析

出，使鋼的韌性大大下降，并可能在以后的熱處理中引起裂紋。

3.回火的目的是什么?為什么淬火工件務(wù)必要及時(shí)回火？

答：回火的目的主要如下：

（1）降低脆性，減少或消除內(nèi)應(yīng)力，防止工件的變形和開裂。

（2）穩(wěn)定組織，調(diào)整硬度，獲得工藝所要求的力學(xué)性能。

機(jī)械零件等。

（2）合金工具鋼可分為刃具鋼、模具鋼、量具鋼3類，主要用于制造刃具、模具、量具等。

（3）特殊性能鋼可分為抗氧化用鋼、不銹鋼、耐磨鋼、易切削鋼等。

3.列舉5個(gè)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)。

答：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。

4.什么是低合金耐候鋼？

答：低合金耐候鋼具有良好的耐大氣腐蝕的能力，是近年來我國發(fā)展起來的新鋼種。此類鋼主要加

入的合金元素有少量的銅、格、磷、鋁、鈦、銀、帆等，使鋼的表面生成致密的氯化膜，提高耐候性。

5.列舉兩個(gè)常用低合金刃具鋼牌號(hào)。

答：9SiCr、CrWMiu

6.說明20CrMnTi屬于什么類型鋼的牌號(hào)，含義是什么。

答：表示平均含碳量為0.20%,主要合金元素Cr、Mn含量均低于1.5%,并含有微量元素Ti的合

金結(jié)構(gòu)鋼。

7.說明熱作模具鋼的應(yīng)用特點(diǎn)。

答：熱作模具用于熱態(tài)金屬的成形式加工，如熱鍛模、壓鑄模、熱擠壓模等。熱作模具工作時(shí)受到

比較高的沖擊載荷，同時(shí)模腔表面要與熾熱金屬接觸并發(fā)生摩擦，局部溫度可達(dá)500℃以匕并且還要

不斷反更受熱與冷卻，常因熱疲勞而使模腔表面龜裂，故要求熱作模具鋼在高溫卜.具有較高的綜合力學(xué)

怛能及良好的耐熱疲勞性.此外，必須具有足夠的淬透性。

8.不銹鋼是絕對(duì)不受腐蝕的鋼種嗎？為什么？

答：通常所說的不銹鋼是不銹鋼和耐酸鋼的總稱。不銹鋼是指能抵抗大氣腐蝕的鋼；耐酸鋼是指能

抵抗化學(xué)介質(zhì)腐蝕的鋼?！安讳P”只是說腐蝕的速度相對(duì)較慢，沒有絕對(duì)不受腐蝕的鋼種。所以，“不銹”

是相對(duì)的，“腐蝕”才是絕對(duì)的。

9.說明耐磨鋼的應(yīng)用特點(diǎn)。

答；耐磨鋼具有?表面硬度高、耐磨，心部切性好、強(qiáng)度高的特點(diǎn)。當(dāng)工作中受到強(qiáng)烈的擠壓、撞擊、

摩擦?xí)r，耐磨鋼工件表面迅速產(chǎn)生劇烈的加工硬化，表層硬度、強(qiáng)度急劇上升，而內(nèi)部仍為保持高的塑、

韌性的奧氏體組織。

10.說明硬質(zhì)合金的應(yīng)用領(lǐng)域。

答：硬質(zhì)合金雖不是合金工具鋼，卻是一種常用的、主要的刃具材料，主要用來制造高速切削刃具

和切削硬而韌的材料的刃具。一般硬質(zhì)合金做成刀片，鑲在刀體上使用。此外，也用來制造某些冷作模

具、量具及不受沖擊、振動(dòng)的高耐磨零件（如磨床頂尖等）。

模塊6

1.簡述工業(yè)上常用鑄鐵的成分含量。

答：工業(yè)上常用鑄鐵的成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）一般為含碳2.5%40%、含硅1.0%~3.0%、含鐳0.5%~1.4%、

含磷0.01%~（）.5%、含硫0.02%?0.2%。

2.簡述鑄鐵的性能特點(diǎn)。

答：鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性比碳鋼低。另外，由于石墨的存在，使鑄鐵具有了一些碳鋼所沒

有的性能，如良好的耐磨性、消振性、低的缺口敏感性以及優(yōu)良的切削加工性能。鑄造收縮率低，其鑄

造性能優(yōu)于鋼。

3.鑄鐵可以分為哪些類別？

答：根據(jù)灰口鑄鐵中碳（石墨）存在的形態(tài)不同，可將鑄鐵分為以下幾種：白口鑄鐵、灰鑄鐵、可

鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵。

4.為什么說球墨鑄鐵是“以鐵代鋼”的好材料？

5.說明可鍛鑄鐵的應(yīng)用范圍。

答：黑心可鍛鑄鐵的強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性好，用于載荷不大、承受較高沖擊、振動(dòng)的零件。

珠光體基體可鍛鑄鐵因具有高的強(qiáng)度、硬度，用于載荷較高、耐磨損并有一定韌性要求的重要零件。如

石油管道、煉油廠管道和商用及民用建筑的供氣和供水系統(tǒng)的管件。

模塊7

1.什么是有色金屬？

答：黑色金屬主要指鋼和鑄鐵，而其余金屬，如鋁、銅、鋅、鎂、鉛、鈦、錫等及其合金統(tǒng)稱為有

色金屬。

2.簡述工業(yè)純銅的應(yīng)用領(lǐng)域。

答：純銅主要用于制造電線、電纜、電子元件和配制合金。純銅和銅合金的低溫力學(xué)性能很好，所

以是制造冷凍設(shè)備的主:要材料

3.說明黃銅和青銅在成分是的區(qū)別。

答：黃銅是以鋅為主要合金元素的銅合金，因呈金黃色故稱黃銅。青銅原指銅錫合金，但是，工業(yè)

上習(xí)慣把銅基合金中不含錫而含有鋁、銀、鋅、硅、被、鉛等特殊元素組成的合金也叫青銅。

4.簡述工業(yè)純鋁的應(yīng)用領(lǐng)域。

答：工業(yè)純鋁的強(qiáng)度很低，不能直接用于制作結(jié)構(gòu)材料。工業(yè)純鋁經(jīng)常代替貴重的銅合金，制作導(dǎo)

線，配制各種鋁合金以及制作要求質(zhì)輕、導(dǎo)熱或耐大氣腐蝕但強(qiáng)度要求不高的器具。

5.說明鈦合金的性能特點(diǎn)及應(yīng)用。

答：鈦合金除具有比鈦更優(yōu)良的力學(xué)性能，還具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，在硫酸、鹽酸、稍酸、氫氧

化鈉及海水中均有優(yōu)良的穩(wěn)定性，在85%醋酸條件下，耐蝕性優(yōu)于不銹鋼。鈦合金具有超塑性的功能特

點(diǎn)，采用超塑成形一擴(kuò)散連接技術(shù)，可以用很少的能量及材料消耗制成形狀復(fù)雜和尺寸精密的合金制品。

6.說明鎂合金的性能特點(diǎn)及應(yīng)用。

答：性能特點(diǎn)：（1）比強(qiáng)度、比剛度高；（2）重量輕；（3）減振性好；（4）抗蝕性差：（5）切削加

工性好；（6）電磁屏蔽性佳。此外鎂合金還有散熱性好，可回收性好、壓鑄成型性能好等優(yōu)點(diǎn)。

應(yīng)用：鑄造鎂合金主要用于汽車零件、機(jī)件殼罩和電氣構(gòu)件等；變形鎂合金主要用于薄板、擠壓件

和鍛件等。

模塊8

I.非金屬材料具有金屬材料以為的什么特性？

答：非金屬材料具有金屬材料所不及的一些特異性能，如塑料的質(zhì)輕、絕緣、耐磨、隔熱、美觀、

耐腐蝕、易成型；橡膠的高彈性、吸震、耐磨、絕緣等；陶瓷的高硬度、耐高溫、抗腐蝕等；加上它們

的原料來源廣泛，自然資源豐富，成型工藝簡便，故在生產(chǎn)中的應(yīng)用得到了迅速發(fā)展，在某些生產(chǎn)領(lǐng)域

中已成為不可取代的材料；而由幾種不同材料復(fù)合的復(fù)合材料，不僅保留了各自優(yōu)點(diǎn)，而且能得到單一

材料無法比擬的、優(yōu)越的綜合性能。

2.通用橡膠有哪些用途？主要品種是什么？

答：通用橡膠的用量一般較大，主要用于制作輪胎、輸送帶、膠管、膠板等，主要品種有丁苯橡膠、

氯丁橡膠、乙丙橡膠等；

3.列舉常見的涂料，說明各自的用途。

答：

酚醛樹脂涂料是應(yīng)用最早的合成涂料，有清漆、絕緣漆、耐酸漆、地板漆等。

氨基樹脂涂料的涂膜光亮、堅(jiān)硬，廣泛用于電風(fēng)扇、縫紉機(jī)、化工儀表、醫(yī)療器械、玩具等各種金

屬制品。

醇酸樹脂涂料涂膜光亮，保光性強(qiáng)，耐久性好，廣泛用于金屬、木材的表面涂飾。

環(huán)氧樹脂涂料的附著力強(qiáng)，耐久性好，適用于作金屬底漆，也是良好的絕緣涂料。

聚氨脂涂料的綜合性能好，特別是耐磨性和耐蝕性好，適用于列車、地板、艦船甲板、紡織用的紗

管以及飛機(jī)外殼等。

有機(jī)硅涂料耐高溫性能好，也耐大氣、耐老化、適于高溫環(huán)境下使用。

4.什么是復(fù)合材料？

答：復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同化學(xué)性質(zhì)或不同紐織結(jié)構(gòu)的材料經(jīng)人工組合而成的合成材

料。復(fù)合材料通常具有多相結(jié)構(gòu)，其中一類組成物（或相）為基體，起粘結(jié)作用；另一類組成物為增強(qiáng)

相，起提高強(qiáng)度和韌性的作用。

模塊9

1.零件失效的常見特征是什么？

答：零件失效的常見特征是：零件完全破壞已不能正常工作；零件已嚴(yán)重?fù)p傷繼續(xù)工作不安全；零

件工作不能達(dá)到設(shè)計(jì)的功效。

2.零件失效的常見類型有哪些？

答：斷裂失效、過量變形失效、表面損傷失效、裂紋失效

3.