机械工程材料习题集.docx

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机械工程材料习题集

机械工程材料习题集

曾美琴梁耀能罗堪昌李伯林编

华南理工大学

2011年

第一章金属的晶体结构

'、名词概念解释

1、金属键、晶体、非晶体

2、晶格、晶胞、晶格常数、致密度、配位数

3、晶面、晶向、晶面指数、晶向指数

4、晶体的各向异性、伪各向同性

5、晶体缺陷、空位、位错、柏氏矢量

6、单晶体、多晶体、晶粒、亚晶粒

7、晶界、亚晶界、相界

1、常见的金属晶体结构有哪几种？

试画出晶胞简图，说明其晶格常数特点。

2、:

-Fe、-Fe、Cu的晶格常数分别是2.066A、3.64A、3.6074A,求

（1）:

-Fe与-Fe的原子半径及致密度；

3

⑵1mmCu的原子数。

3、画出下列立方晶系的晶面及晶向

（1）（100）、（110）、（111）及［100］、［110］、［111］

（2）（101）、（123）及［101］、［123］

1

4、在立方晶体结构中，一平面通过y、Z=3并平行于x轴，它的晶面指数是多少？

2

试绘图表示。

5、体心立方晶格中的｛110｝晶面族，包括几个原子排列相同而空间位向不同的晶面？

试

绘图表示。

6、已知立方晶胞中三点AB、C如图所示，A、B是晶胞角顶，C是棱边中点，求:

（1）ABC面晶面指数；

（2）ABC面的法向指数；

（3）晶向AB.BC.CA的晶向指数。

7、何为晶向及晶面的原子密度？

体心立方晶格中，哪个晶面及晶向的原子密度最大？

8、为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？

9、何为晶体缺陷？

金属中存在哪些晶体缺陷？

10、实际晶体与理想晶体有何区别？

11、位错的定义是什么？

了解三种基本位错的模型及其特点。

12、怎样确定位错的柏氏矢量？

柏氏矢量的物理意义是什么？

.、填空题

1、常见的金属晶格类型有、、三种,a-Fe、Cr、

WMo属于,YFe、Al、CuNi属于,而BeMgZnCd

属于。

2、晶胞中原子排列的紧密程度，可以用和两个参数来衡

量。

3、面心立方晶格｛100｝、｛110｝、｛111｝晶面的原子密度分别是、、

;＜100＞、＜110＞、＜111＞晶向的原子密度分别是、、。

可见，晶面和晶向的原子密度最大。

4、与理想晶体比较，实际金属的晶体结构是晶体，而且存在。

5、三种典型金属晶格中，、晶格的原子排列是最

紧密的。

6、晶格常数为a的面心立方晶胞，其原子数为,原子半径为

—丄配位数为，致密度为。

7、实际金属中最常见的点缺陷是和;线缺陷是;面

缺陷是。

&如图立方晶胞中OA的晶向指数为,与此晶向垂直的晶面

的晶面指数是

9、凡金属晶格缺陷都会引起晶格

，一般都会使金属的强度、硬度，塑性、韧性。

10、位错是与

的边界线。

11、刃型位错的柏氏矢量与位错线互相,螺型位错的柏氏矢量与位错线

互相。

12、位错的滑移面是和所构成的平面。

刃型位错的滑移

面有个；螺型位错的滑移面有个。

四、选择题

1、

在金属中能够完整地反映出晶格特征的最小几何单元叫

（）。

A

、晶胞；

B、晶格；C、晶体

2、

单晶体的性能特点是（

）°

A

、各向同性;

B、

各向异性；

C、无规律

3、

体心立方晶胞原子数、

原子半径、

致密度分别是（

）。

o.3

巧

2

A

、2,a,

0.68；

B、4,

a,0.74；C、

2,a,0.68

4

4

4

4、

符号{hkl}

表示（

）。

A

、晶面族；

B、

晶向族；C

、晶面

5、立方晶系中，晶格常数是指（）。

A、最近邻原子间距；B、最近邻原子间距的一半；C、晶胞棱边长度

6、体心立方晶格原子密度最大的晶面和晶向分别是（）。

A、｛111｝、＜110＞；B、｛110｝、＜111＞；C、｛100｝、＜111＞

7、在立方晶格中，晶向指数［UVW］与晶面指数（hkl）满足hU+kV+IW=0时，则

此晶面与晶向（）。

A、平行；B、垂直；C、成45夹角

8、实际金属结晶后往往形成（）,使性能呈无向性。

A、单晶体；B、多晶体；C、非晶体

9、实际金属中存在许多缺陷，其中晶界属于（）。

A、点缺陷；B、线缺陷；C、面缺陷

五、判断题

（）1、凡是原子具有规则排列的物质都叫晶体。

（）2、密排六方晶胞共有17个原子。

（）3、空间点阵相同的晶体,它们的晶体结构不一定相同。

（）4、体心立方晶胞体心位置上的原子的配位数比角上原子的配位数大。

（）5、在立方晶系中，改变晶向指数的数字顺序,所表示的晶向上的原子排列

情况是完全相同的。

（）6、立方晶系中指数相同的晶面及晶向互相垂直。

（）7、晶格中每个结点都具有完全相同的周围邻点。

（）8、工业上使用的实际金属材料都表现出鲜明的各向异性特征。

（）9、金属晶格中的空位和间隙原子会引起晶格畸变，从而导致金属塑性提高。

（）10、晶体结构的配位数愈大,其晶格致密度也愈大。

（）11、刃位错线运动方向垂直于位错线。

（）12、位错引起的晶格畸变的大小可用柏氏矢量表示出来。

第二章纯金属的结晶

一、名词概念解释

1、过冷、过冷度

2、均匀形核、非均匀形核

3、形核率、长大线速度

4、正温度梯度、负温度梯度

5、平面长大、枝晶长大

6、变质处理

二、思考题

1、金属结晶的基本规律是什么?

2、结晶的热力学条件是什么?

3、金属晶核的形成率和长大线速度受哪些因素影响?

4、晶粒大小对金属力学性能有何影响?

怎样控制铸件晶粒大小?

实际生产中常用什么有效方法获得细晶粒?

5、简述铸锭的典型组织与缺陷。

6、钢锭、铜锭、铝锭在一般情况下各希望减少或扩大柱状晶区?

为什么?

三、填空题

1、称为金属结晶的过冷现象称为过冷度。

2、金属结晶过程是与的过程,这是结晶的基本规律。

3、金属结晶时的冷却速度越快，则过冷度越,结晶后的晶粒越

其强度越,塑性和韧性。

4、对晶核的形成和长大来说,是驱动力,是必须条

件。

5、纯金属结晶时,如果结晶前沿液相存在正的温度梯度,晶体只能按

方式长大，最后晶体生长成主要以作为外表面的规则形状。

6、典型的金属铸锭组织由三层组成,即、、

7、在金属铸锭中,除组织不均匀外,还经常存在等各种铸造缺陷。

8、其它条件相同时,在下列铸造条件下,就铸件晶粒大小来说：

（1）金属模浇注的比砂模浇注的;

（2）铸成薄件的比铸成厚件的;

（3）浇注时采用震动的比不采用震动的。

四、选择题

1、在具有一定过冷度的金属液体结晶时,液体与固相晶体的自由能差（△G=G固-G液）（）。

A、>0；B、=0；C、<0

2、纯金属结晶时冷却曲线上的水平台阶,表示（）。

A、结晶时放出结晶潜热；B、由外界补偿一定热量使其结晶；

C、结晶时的孕育期

3、金属结晶后晶粒大小取决于结晶时的形核率N和核长大速度G,要细化晶粒必须（）。

A、增大N和GB、增大N降低G;C、降低N增大G

4、较大型铸件一般是通过（）来细化晶粒的。

A、增大过冷度;B、降低冷却速度;C、变质处理

5、纯金属材料凝固后的晶粒大小主要取决于（）

A、过冷度的大小;B、温度梯度的正负;C、晶体长大方式

五、判断题

（）1、物质从液态到固态的转变过程称为“结晶”。

（）2、液态金属冷却速度越快,其实际结晶温度越接近理论结晶温度。

（）3、结晶时非均匀形核总比均匀形核容易。

（）4、在铁水中加入硅铁颗粒,使铸铁晶粒细化,这种方法称为变质处理。

（）5、液态金属结晶时,过冷度越大,晶体越呈树枝状长大,且分枝越细密。

第三章金属的塑性变形与再结晶

一、名词概念解释

1、弹性变形、塑性变形

2、滑移、滑移线、滑移带、孪生

3、滑移面、滑移方向、滑移系

4、软位向、硬位向

5、纤维组织、织构、丝织构、板织构

6、加工硬化

7、回复、多边化

8、再结晶、再结晶温度、临界变形度

9、热加工、冷加工

10、流线、带状组织

二、思考题

1、在晶胞中画出体心立方、面心立方、密排六方的滑移系。

2、什么叫临界分切应力?

其表达式是什么?

3、为什么实际测定的晶体滑移所需的临界切应力远小于理论计算值?

4、多晶体塑性变形与单晶体相比,有何特点?

5、为什么金属晶粒愈细,强度愈高,塑性与韧性也愈好?

6、金属经塑性变形后,组织和性能发生什么变化?

如接着加热,随加热温度提高组织和性能又发生什么变化?

7、什么叫加工硬化?

它的重要意义是什么?

8、说明回复与再结晶在工业上的应用。

9、金属铸件能否通过再结晶退火来细化晶粒,为什么?

10、金属经塑性变形后会造成哪几种残余内应力?

对金属制品有何影响?

如何消除?

11、影响再结晶温度的因素有哪些?

12、再结晶后的晶粒大小主要取决于什么因素?

13、为什么生产中一般应尽量避免在临界变形度这一范围内加工变形?

14、冷热加工的本质区别何在？

讨论室温下反复弯折细铁丝和铅丝的过程及引起的结果。

15、热加工对金属组织和性能有何影响？

钢材在热变形加工（如锻造时）,为什么不出现硬化现象？

16、在室温下对铅板快速进行弯折，愈弯愈硬，而稍隔一段时间再行弯折，铅板又象最初一样柔软，这是什么原因？

17、你认为室内用的花线与户外架空铜导线在冷拔加工后的热处理是否相同？

为什么？

三、填空题

1、塑性变形的方式主要有和,而大多数情况下是。

2、滑移常沿晶体中的晶面及晶向发生。

3、在体心立方晶格中,原子密度最大的晶面是{},有个,原子密度最

大的晶向是<>,有个,因此其滑移系数目为;在面心立方晶格

中,原子密度最大的晶面是{},有个,原子密度最大的晶向是<>,有

个,因此其滑移系数目为。

两者比较,具有晶格的金属塑性较好,其原因是。

4、承与cfs的关系式为,由此式可知,当外力与滑移面和

滑移方向的夹角都接近于45时,os最,滑移面处于此位向时称为位向。

5、多晶体金属的塑性变形由于受到和的影响，与单晶体金属

相比，塑性变形抗力。

6、金属在塑性变形时，随变形量的增加，变形抗力迅速,即强度、硬度

塑性、韧性,产生所谓加工硬化现象。

这种现象可通过加以消除。

7、冷深冲件出现“制耳”现象，是由于原板材在轧制时组织出现了。

8、变形金属在加热时，会发生、和三个阶段的变化。

9、冷绕成形的钢质弹簧，成形后应进行退火，温度约为C。

10、回复退火也称。

11、冷拉拔钢丝，如变形量大，拉拔工序间应穿插退火，目的是。

12、热加工与冷加工的划分应以为界线。

的塑性变形称为冷加工；的塑性变形称为热加工。

13、热加工后钢中的沿加工方向延伸，形成彼此平行的宏

观条纹组织，称为。

14、热加工“纤维组织（流线）”使金属力学性能具有明显各向异性，纵向的强度、塑

性、韧性于横向。

四、选择题

1、晶体在滑移的同时向（）方向发生转动。

A、切应力；B、正应力；C、外力

2、根据滑移系的数目，三种典型金属晶格的塑性好坏顺序是（）。

A、体心立方>面心立方>密排六方

B、面心立方>体心立方>密排六方

C、密排六方>体心立方>面心立方

3、滑移是由于滑移面上的（）而造成的。

A、位错运动；B、晶格畸变；C、晶格位向差

4、滑移面及滑移方向与外力（）时，最易滑移。

A、平行；B、成45夹角；C、垂直

5、滑移过程中晶体转动的结果，使原来有利于滑移的晶面滑移到一定程度后变成不利于

滑移的晶面，此现象称（）。

A、物理硬化；B、几何硬化；C、加工硬化

6、金属多晶体比单晶体滑移抗力高，原因之一是多晶体（）。

A、位错密度非常高；B、滑移系比单晶体少；C、存在大量晶界

7、金属的晶粒愈细，（）。

A、塑性变形抗力愈高，塑性变形能力愈差；

B、塑性变形抗力愈高，塑性变形能力愈好；

C、塑性变形抗力愈低，塑性变形能力愈好；

8、（）内应力是使金属强化的主要原因，也是变形金属的主要内应力。

A、宏观；B、微观；C、晶格畸变

9、冷变形金属经回复后，（）。

A

、消除了加工硬化；

B、显著降低了内应力；C、细化了晶粒

10

、冷变形金属经再结晶退火后，力学性能的变化是（）。

A

、强度、硬度降低，

塑性、韧性升高；

B

、强度、硬度升高，

塑性、韧性降低；

C

、强度、硬度、塑性、

韧性都升高；

D

、强度、硬度、塑性、

韧性都降低

11

、当金属塑性变形量较大

:

（70^90%）时，由于（）而产生“织构”现象。

A、晶粒被拉长；B、晶粒被破碎；C、晶粒转动

12、所谓再结晶温度，是指（）。

A、再结晶开始温度；B、最高再结晶温度；

C、大变形量时的再结晶最高温度

13、生产上，冷变形金属的再结晶退火温度（）。

A、就是再结晶温度；B、比再结晶温度高100、200C;

C、比再结晶温度低100200C

14、为了合理利用热加工纤维组织，零件在使用时应使（）平行于纤维组织,

（）垂直于纤维组织。

A、拉应力；B、切应力；C、冲击应力

五、判断题

（）1、滑移只能在切应力的作用下发生。

（）2、单晶体的塑性变形方式是滑移，而多晶体的塑性变形方式只能是孪生。

（）3、加工硬化是由于位错密度增加以致于缠结，使金属强度提高。

所以当金属

中无位错存在时，强度最低。

（）4、:

-Fe与-Fe的滑移系都是12，故塑性是一样的。

（）5、原子密度最大的晶面之间的面间距最大。

（）6、滑移面对塑性变形的作用比滑移方向大。

（）7、一般来说，多晶体的变形抗力比单晶体低。

（）8、再结晶后，晶粒外形与晶格型式都发生了改变。

（）9、对经塑性变形的金属进行回复处理，可使金属的强度和塑性恢复到变形前的水平。

（）10、金属的预先变形程度愈大，其再结晶温度愈低。

（）11、一般来说，高纯金属比工业纯金属更易发生再结晶。

（）12、纯铜的熔点是1083C，所以它的最低再结晶温度为433.2C。

（）13、生产中为使再结晶后晶粒细小，应选择在临界变形度范围内进行冷变形加

工。

（）14、对于截面尺寸较大，变形量较大，材料在常温下硬脆性较大的金属制品，

应采用热加工方法成型。

（）15、冷轧钢板的尺寸精度与表面光洁度都比热轧钢板好。

（）16、金属在热加工时形成“带状组织”是改善力学性能的方法之一。

—11—

第四章合金的相结构与二元合金相图

一、名词概念解释

1、合金、组元、相、组织

2、固溶体、金属化合物

3、置换固溶体、间隙固溶体、有限固溶体、无限固溶体、有序固溶体、无序固溶体

4、固溶强化

5、相图、晶内偏析、比重偏析

6、相组成物、组织组成物

7、伪共晶、离异共晶

二、思考题

1、影响固溶体结构形式和溶解度的因素有哪些?

2、金属化合物有哪些基本类型?

它们对合金的性能有何影响?

3、置换原子与间隙原子的固溶强化效果哪个大些?

为什么?

4、在匀晶相图上证明杠杆定律,说明其适用条件。

5、什么叫相律?

并用相律解释二元相图中各个相区。

6、分析枝晶（晶内）偏析出现的原因、过程、对合金性能的影响及消除方法。

7、何为共晶、共析、包晶反应?

分别画出其图形特征、写出反应式,并比较其异同点。

8、有两个尺寸、形状均相同的铜镍合金铸件,一个含Ni90%,另一个含Ni50%,铸后自然冷却,问凝固后哪个铸件的偏析较严重?

为什么?

9、对比纯金属结晶与固溶体结晶过程的异同。

10、固溶体合金的铸造性能与成分的关系如何?

11、什么叫离异共晶？

说明产生离异共晶的条件。

三、填空题

1、合金中的基本相结构，有和两类。

2、固溶体中含量较多的元素称为,含量较少的元素称为,固

溶体的晶格与元素的晶格相同。

3、按原子在晶格中所处位置不同，可将固溶体分为

和两类。

4、当合金中出现金属化合物时,通常能使合金的强度、硬度,耐磨性—

塑性、韧性。

5、金属化合物根据其形成条件可分为三种类型,即、和

6、相图中的临界点是在的条件下测得的,相图也称为图或

图。

7、在二元相图的单相区中,相的成分即等于的成分,而在两相区中,相互

处于平衡状态的两个相的成分,分别沿着两相区的线改变。

8、固溶体的结晶温度变化范围及成分范围越大，铸造性能越,越有利于

状晶体的生成和长大，因而流动性越,分散缩孔越,集中缩孔越。

9、二组元完全相同是形成无限固溶体的必要条件。

10、二元合金相图中最多可有相平衡共存，在相图中表现为线。

11、由两相或多相构成的组织称为,其性能与各相的、、

和分布有关。

12、二元合金相图中的恒温转变包括反应、反应和反应。

13、合金的基本强化方式，包括、、等。

14、下图的三个合金，铸造性能最好的是合金,最差的是,压力加工

性能最好的是合金,最差的是,时效硬化效果最好的是合金,

不能时效硬化的是合金。

B%

四、选择题

1合金中成分、结构和性能相同的均匀组成部分称为（）。

A、组元；B、相；C、组织

2、若A、B两组元形成化合物相，则该相晶体结构（）。

A、与A相同；B、与B相同；C、与A、B不同

3、当非金属原子与金属原子直径比（）时，将形成间隙相。

A、:

:

;0.59；B、0.59；C、＞0.61

4、二元相图的杠杆定律用于确定两相区中两相的（）。

A、成份；B、相对重量；C、晶体结构

5、有一Cu-Ni合金的铸态组织为树枝状:

-固溶体，枝干富Ni、枝间富Cu,则其组织为（）。

A、单相；B、两相；C、多相

6、二元相图中的水平线是（）相平衡。

A、1；B、2；C、3；D4

7、两组元在液、固态都无限互溶所构成的相图是（）相图。

A、匀晶；B、共晶；C、包晶

8、共折转变的产物属于（）。

A、单相固溶体；B、机械混合物；C、金属化合物、

9、固溶体合金中产生晶内偏析是因为（）。

A、冷却较快，原子扩散来不及充分进行；

B、结晶时无限缓慢冷却，使高熔点组元过早结晶；

C、结晶过程的温度变化范围太大

五、判断题

（）1、间隙固溶体一定是无限固溶体。

（）2、固溶强化的本质是溶质原子的溶入使溶剂晶格发生了畸变所致。

（）3、间隙相的晶体结构与含量较多的组元相同。

（）4、合金中的相构成了组织，组织决定了合金的性能。

（）5、固溶体合金平衡结晶过程中，由于不同温度结晶出来的固溶体成份不同，因

而结晶后所得的固溶体成份也是不均匀的。

（）6、合金的结晶间隔越大，铸件的组织越疏松。

（）7、凡二元合金从液相结晶成固相后，晶体结构便不再改变。

（）8、固溶体中的置换原子的固溶强化效果一定比间隙原子好。

（）9、在二元相图的两相区中，两相的成分和相对重量都随温度而变化。

（）10、在共晶线成分范围内的合金室温组织都是共晶体。

（）11、共晶体和共析体是二元合金中非常重要的两个相。

（）12、Cu-Ni合金在室温下是单相固溶体，因单相固溶体的硬度随溶质原子的溶

入量的增加而提高，所以含Ni90%的合金的硬度比含Ni50%的高。

（）13、合金中的相、相的成分和相对量、组织形态、晶粒大小都可在相图上反映出来。

第五章铁碳合金

一、名词解释

1、铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体

2、FaCi、FaG、FaCb、FaC共析、FaC共晶

3、钢、白口铸铁

4、冷脆、热脆

二、思考题

1、何谓同素异构转变？

说明铁的同素异构转变，并简述纯铁的力学性能。

2、指出铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体的符号、定义及性能特点。

3、铁碳相图由哪几种基本类型的相图组成？

4、默画出Fe-F&C相图，标出各点温度及含碳量，并

（1）以相组成物及组织组成物填写相图。

（2）说明下列点、线的意义：

S、P、C、E、ES、GS、PQ、HJB、ECF、PSK

5、按含碳量和组织的不同，铁碳合金相图上的合金可分成哪几类？

其成分、组织及性能特征如何？

6、写出Fe-FeaC相图的三个基本反应的反应式，注明反应温度、各相含碳量及产物名称。

7、如何从成分、组织和性能上区分钢和铸铁？

8、以冷却曲线形式分析下列合金的结晶过程,画出室温组织示意图,计算室温组织相对量：

（1）0.6%C；

（2）0.77%C；（3）1.2%C；（4）3.0%C；（5）4.3%；（6）5.0%C

9、根据Fe-FeaC相图计算：

（1）二次渗碳体及三次渗碳体的最大含量；

（2）莱氏体中的共晶渗碳体及珠光体中的共析渗碳体的含量。

10、某批牌号不明的退火碳钢,经金相分析,结果如下,试计算含碳量,写出钢号。

（1）组织为P+F,其中P占60%；

（2）组织为P+FeC网状,其中P占90%

（3）组织为F+Fe>C粒状,其中FeaC粒状占18%

11、根据Fe-FesC相图，说明产生下列现象的原因：

（1）含碳0.5%的钢比含碳1.2%的钢硬度低；

⑵室温下,含碳0.8%的钢比含碳1.2%的钢强度高；

（3）变态莱氏体的塑性比珠光体的塑性差；

⑷在1100C,含碳0.4%的钢能进行锻造，含碳4.0%的生铁不能锻造。

⑸平衡状态下，>2.11%C的铁碳合金,切削加工性很差；

（6）钢铆钉宜用低碳钢制造；

（7）—般要把钢材加热到高温（约1000J250C）下进行热轧或锻造。

（8）钳工锯T8、T10、T12等钢料时比锯10、20钢费力，锯条容易磨钝。

12、随含碳量的增加，渗碳体的数量、分布、形态如何变化?

对钢的力学性能有何影响？

13、钢中常存杂质有哪些？

对钢的性能有何影响？

14、碳钢有哪几种分类方法？

如何编号？

15、指出下列各种钢的类别、含碳量及用途：

（1）

Q235；

（2）08F；（3）45；⑷40Mn;（5）T10；⑹T12A；

1、纯铁的同素异构转变为1394C912C，它