《工程材料》课程练习题 下载本文

《工程材料》课程练习题

绪论

0.1 解释概念:晶体、金属键、离子键、分子键、共价键。

0.2 试比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料在结合键上的差别。 0.3 石墨(大部分为金属键)和金刚石(全为共价键)都是纯碳,但前者是电的良导体而 后者是电的不良导体。试根据金属键和共价键的特性解释这一现象。

第1章 材料的结构与性能特点

1.1 解释概念:致密度、晶格、晶胞、单晶体、多晶体、晶粒、亚晶粒、晶界、晶体的各向异性、刃型位错、空位、间隙原子。

1.2 画出体心立方、面心立方和密排六方晶体中原子最密排的晶面和晶向。 1.3 间隙固溶体和间隙相有什么不同?

1.4 实际金属晶体中有哪些晶体缺陷?它们对性能有什么影响? 1.5 金属的理化性能有哪些?

1.6 作图表示立方晶系中的(110)、(120)晶面和[211]、120晶向。 1.7 画出线型非晶态高聚物的变形随温度变化的曲线。

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第2章 金属材料组织与性能的控制

2.1 解释概念:过冷度、晶粒度、变质处理、加工硬化、再结晶、热加工、滑移、相、组织、固溶体、金属间化合物、枝晶偏析、同素异构转变、铁素体、珠光体、本质晶粒度、临界冷却速度、马氏体、淬透性、淬硬性、调质处理、回火脆性、二次硬化、回火稳定性。

2.2. 在实际应用中,细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能,细化晶粒提高金属材料使用性能的措施有哪些?

2.3 如果其它条件相同,试比较在下列铸造条件下铸造晶粒的大小:

(1)金属模浇铸与砂模浇铸;(2)变质处理与不变质处理;(3)铸成薄件与铸成厚件;(4)浇铸时采用震动与不采用振动。

2.4 比较退火状态下的45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性的高低,简述原因。 2.5 为什么细晶粒钢强度高,塑性、韧性好? 2.6 金属塑性变形后组织和性能会有什么变化?

2.7 用冷却曲线表示E点成分的铁碳合金的平衡结晶过程,画出室温组织示意图,标上组织组成物,计算室温平衡组织中组成相和组织组成物的相对重量。

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2.8 比较退火状态下的45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性的高低,简述原因。 2.9 指出A1、 A3、 Acm、Ac1、 Ac3,、Accm、Ar、Ar3、Arcm各临界点的意义。

2.10说明共析钢C曲线各个区、各条线的物理意义,并指出影响C曲线形状和位置的主要因素。 2.11何谓钢的临界冷却速度? 它的大小受哪些因素影响? 它与钢的淬透性有何关系?

2.12 试比较索氏体、屈氏体、马氏体和回火索氏体、回火屈氏体、回火马氏体之间在形成条件、金相形态与性能上的主要区别。

2.13 试说明表面淬火、渗碳、氮化处理工艺在选用钢种、性能、应用范围等方面的差别。 2.14 直径为10㎜的共析钢的小试样加热到相变点A1以上30℃,用如下图所示的冷却曲线进行冷却,分析其所得到的组织,说明各属于什么热处理方法。

2.15 确定下列钢件的退火方法,并指出退火目的及退火后的组织:

(1)经冷轧后的15钢钢板,要求降低硬度;(2)ZG35的铸造齿轮;(3)锻造过热的60钢钢坯;(4)改善T12钢的切削加工性能。

第3章 金属材料

3.1 解释概念:合金元素、固溶处理、红硬性、石墨化、孕育(变质)处理、球化处理、石墨化退火、固溶处理、时效硬化、黄铜、锡青铜。

3.2 试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理,并说明三者的区别。

3.3 什么是钢的回火脆性? 下列几种钢中,哪类钢的回火脆性严重,如何避免:45、40Cr、35SiMn、40CrNiMo?

3.4 W18Cr4V钢的Ac1约为820℃,若以一般工具钢AC1+ 30~50℃的常规方法来确定其淬火加热

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温度,最终热处理后能否达到高速切削刀具所要求的性能? 为什么?其实际淬火温度是多少? W18Cr4V 钢刀具在正常淬火后都要进行560℃三次回火,这又是为什么?

3.5 试就下列四个钢号:20CrMnTi、65。T8,40Cr讨论如下问题:(a)在加热温度相同的情况下,比较其淬透性和淬硬性,并说明理由;(b)各种钢的用途,热处理工艺,最终的组织。 3.6 试述渗碳钢和调质钢的合金化及热处理特点。 3.7 不锈钢的固溶处理和稳定化处理的目的各是什么? 3.8 指出下表中的各类钢中的合金元素的主要作用。

钢 号 20CrMnTi GCr15 60Si2Mn W18Cr4V 40CrNiMo ZGMn13 1Cr18Ni9 40MnB 3.9 试述石墨形态对铸铁性能的影响。

3.10 白口铸铁、灰口铸铁和碳钢这三者的成分、组织和性能有何主要区别?

3.11 指出下列铸铁的类别、用途及性能的主要指标:(a)HT150,HT400;(b)KT350-10,KTZ700-2;(c)QT420-10,QT1200-1。 3.12 铝合金为什么要进行变质处理?

3.13 分析4%Cu 的Al-Cu合金固溶处理与45钢淬火两种工艺的不同点及相同点。 3.14 什么是硅铝明? 为什么硅铝明具有良好的铸造性能? 硅铝明采用变质处理的目的是什么? 3.15 铜合金性能有哪些特点?

元 素 Ti Cr Si V Mo Mn Ni B 合金元素的主要作用

第4章 高分子材料

4.1 解释概念:热塑性塑料、热固性塑料、合成纤维、高弹性、胶粘剂。 4.2 塑料的主要成分是什么?它们有什么作用?

4.3 说明聚合物的晶态结构,结晶度,主要影响因素,晶态聚合物的性能特点和应用。 4.4 总结提高工程材料的强度和耐热性的方法。 4.5 简要说明高分子材料的优缺点(与金属材料比较)。

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第5章 陶瓷材料

5.1 解释概念:工程陶瓷、特种陶瓷、金属陶瓷、烧成、烧结。 5.2. 特种陶瓷的主要种类有哪些? 5.3 陶瓷材料优越性能是哪些,简述原因。

5.4 简述作为高温结构材料使用的金属陶瓷的成分和组织。 5.5 特种陶瓷都有那些最新发展?

第6章 复合材料

6.1 解释概念:纤维复合材料、增强相、玻璃钢、增韧陶瓷、硬质合金。

6.2 纤维增强和细粒复合材料的复合机制有何不同?通常情况下,纤维和细粒的增强效果哪个更好?为什么?

6.3 纤维复合材料抗断裂性能好的原因是什么? 6.4 为什么复合材料的疲劳性能较好?

6.5 对比金属材料、陶瓷材料与复合材料的性能差别,指出提高陶瓷复合材料性能的主要途径。

第7章 功能材料及新材料

7.1 解释概念:超导、硬磁材料、形状记忆效应、智能材料、纳米材料。 7.2 什么是功能材料?按性能通常分为哪几类? 7.3 磁性材料分为几类?各有和应用? 7.4 光功能材料分为几类?各有和应用? 7.5 简述纳米材料的特性。

第8章 零件失效分析与选材原则

8.1 解释概念:失效分析、变形失效、断裂失效、表面损伤失效、磨粒磨损、表面疲劳磨损、晶间腐蚀、蠕变失效、应力腐蚀失效、韧脆转变温度。 8.2 试说明失效分析的一般步骤。 8.3 机械零件的选材三原则是什么?

8.4 某工厂用T10钢制造钻头,给一批铸铁件加工Φ10㎜的深孔,但打几个孔后钻头即很快磨损。据检验,钻头的材质、热处理、金相组织和硬度都合格,分析失效的原因,提出解决问题的方案。 8.5 一从动齿轮,用20CrMnTi钢制造,使用一段时间后轮齿严重磨损,如图1-6所示。从齿轮A、B、C三点取样进行化学成分、显微组织和硬度分析,结果如下:

A点碳的质量分数为1.0%,组织为S+碳化物,硬度为30HRC;B点碳的质量分数为0.8%,组织为S,硬度为26HRC;C点碳的质量分数为0.2%,组织为F+S,硬度为82HRB。

据查,该齿轮的制造工艺为:锻造——正火——机加工——渗碳——预冷淬火——低温回火——磨

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加工。并且与该齿轮同批加工的其它齿轮没有这种情况,试分析原因。

第9章 典型工件的选材及工艺路线设计

9.1 试比较性能要求不高、较高和精密零件三种类型机械零件的加工工艺路线。

9.2 机床变速箱齿轮常用中碳钢或中碳合金钢制造,它的工艺路线为:下料——锻造——正火——粗加工——调质——精加工——轮齿高频淬火及回火——精磨,试分析正火处理、调质处理和高频淬火及回火的目的。

9.3 用20CrMnTi钢制造汽车齿轮,加工工艺路线为:下料——锻造——正火——切削加工——渗碳、淬火及低温回火——喷丸——磨削加工,分析渗碳、淬火及低温回火处理及喷丸处理的目的。 9.4 高精度磨床主轴,要求变形小,表面硬度高(HV>900),心部强度好,并有一定的韧性。问应选用什么材料,采用什么工艺路线?

9.5机床车身可以用哪些材料制造?各有哪些优缺点?

第10章 工程材料的应用

10.1 试根据活塞、活塞销和活塞环的工况,分析对其用材的性能要求及目前的用材情况。 10.2 机床床身、滑动轴承常用哪些材料制造? 10.3 汽轮机叶片一般选用何种材料?为什么?

10.4 如何根据化工设备对耐蚀性能的不同要求,合理地选用不锈钢? 10.5 举例说明钛合金和复合材料在航空航天器中的应用。

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