機械工程材料課后習題及答案
1-1、可否通過增加零件尺寸來提高其彈性模量。
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，其他強化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小。所以不能通過增大尺寸來提高彈性模量。
1-2、工程上的伸長率與選取的樣品長度有關，為什么？
解：伸長率等于，當試樣(d)不變時，增加，則伸長率δ下降，只有當/為常數時，不同材料的伸長率才有可比性。所以伸長率與樣品長度有關。
1-3、和兩者有什么關系？在什么情況下兩者相等？
解：為應力強度因子，為平面應變斷裂韌度，為的一個臨界值，當增加到一定值時，裂紋便失穩擴展，材料發生斷裂，此時，兩者相等。
1-4、如何用材料的應力-應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過程所吸收的能量，即拉伸曲線（應力-應變曲線）與橫坐標所包圍的面積。
2-1、從原子結構上說明晶體與非晶體的區別。
解：原子在三維空間呈現規則排列的固體稱為晶體，而原子在空間呈無序排列的固體稱為非晶體。晶體長程有序，非晶體短程有序。
2-2、立方晶系中指數相同的晶面和晶向有什么關系？
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、說明在液體結晶的過程中晶胚和晶核的關系。
解：在業態經書中存在許多有序排列飛小原子團，這些小原子團或大或小，時聚時散，稱為晶胚。在以上，由于液相自由能低，晶胚不會長大，而當液態金屬冷卻到以下后，經過孕育期，達到一定尺寸的晶胚將開始長大，這些能夠連續長大的晶胚稱為晶核。
3-2、固態非晶合金的晶化過程是否屬于同素異構轉變？為什么？
解：不屬于。同素異構是物質在固態下的晶格類型隨溫度變化而發生變化，而不是晶化過程。
3-3、根據勻晶轉變相圖分析產生枝晶偏析的原因。
解：①枝晶偏析：在一個枝晶范圍內或一個晶粒范圍內，成分不均勻的現象叫做枝晶偏析。
②結合二元勻晶轉變相圖可知，枝晶偏析產生的原因是固溶體合金的結晶只有在“充分緩慢冷卻”的條件下才能得到成分均勻的固溶體組織。然而在實際生產中，由于冷速較快，合金在結晶過程中，固相和液相中的原子來不及擴散，使得先結晶出的枝晶軸含有較多的高熔點元素，而后結晶的枝晶中含有較多低熔點元素。
③冷速越快，液固相間距越大，枝晶偏析越嚴重。
3-4、結合相圖分析含0.45% C、1.2% C和3.0% C的Fe-C合金在緩慢冷卻過程中的轉變及室溫下的組織。
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、說明Fe-C合金中5種類型滲碳體的形成和形態特點。
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0.77%的鐵碳合金自1148℃冷卻至727℃時，會從奧氏體中析出二次滲碳體。沿奧氏體晶界呈網狀排列。
三次滲碳體：鐵碳合金自727℃向室溫冷卻的過程中，從鐵素體析出的為三次滲碳體。不連續網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冷卻到1148℃是發生共晶反應，產生共晶奧氏體和共晶滲碳體。為白色基體。
共析滲碳體：共析鋼液體在發生共析轉變時，由奧氏體相析出鐵素體和共析滲碳體。為黑色的片層。
3-7、說明金屬實際凝固時，鑄錠的.3中宏觀組織的形成機制。
解：鑄錠的宏觀組織由表層細晶區、柱狀晶區和中心等軸晶區3個晶區組成。
①表層細晶區：當高溫的液體金屬被澆注到鑄型中時，液體金屬首先與鑄型的模壁接觸，一般來說，鑄型的溫度較低，產生很大的過冷度，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、晶粒很細的等軸晶區。
②柱狀晶區：表層細晶區形成以后，由于液態金屬的加熱及凝固時結晶潛熱的放出，使得模壁的溫度逐漸升高，冷卻速度下降，結晶前沿過冷度減小，難以形成新的結晶核心，結晶只能通過已有晶體的繼續生長來進行。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生長而形成柱狀晶區。
③中心等軸晶區：當柱狀晶區長大到一定程度，由于冷卻速度進一步下降及結晶潛熱的不斷放出，使結晶前沿的溫度梯度消失，導致柱狀晶的長大停止。當心部液體全部冷卻至實際結晶溫度一下時，以雜志和被沖下的晶枝碎片為結晶核心均勻長大，形成粗大的等軸晶區。
4-1、為什么室溫下金屬的晶粒越細，強度、硬度越高，塑型、韌性也越好？
解：因為金屬的晶粒越細，晶界總面積越大，位錯障礙越多，需要協調的具有不同位向的晶粒越多，金屬塑性變形的抗力越高。從而導致金屬強度和硬度越高；金屬的晶粒越細，單位體積內晶粒數目越多，同時參與變形的晶粒數目也越多，變形越均勻，推遲了裂紋的形成于擴展使得在斷裂前發生了較大的塑性變形，在強度和塑型同時增加的情況下，其塑型和韌性越好。
4-2、黃銅鑄件上的數碼不慎搓掉如何識別數碼？
解：用加熱使它再結晶的方法可以使原來的數碼再呈現。因為打字時會使鑄件打字處產生塑性變形，有預變形存在，通過加熱再結晶可使晶粒恢復到預變形之前的狀態，使之顯現出數碼。
4-3、金屬鑄件的晶粒往往粗大，能否通過再結晶退火來細化其晶粒？為什么？
解：不能，因為鑄件沒有產生預變形，故不能采用再結晶的方法。 4-4、銅只是通過冷加工及隨后加熱來細化晶粒，而鐵則不需要冷加工，只需加熱到一定溫度便可使晶粒細化，為什么？
解：因為銅不存在同素異構的現象，加熱時晶體的結構不發生變形，所以采用冷加工破碎晶粒，產生預變形，從而來消除應力，而鐵存在同素異構的現象，固態變相組織要比晶粒組織細，因此只需加熱到一定溫度便能使晶粒細化。
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，因為這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（承受能力遠超過工件質量）吊送剛出爐熱處理工件去淬火，但在此工程中，銅絲發生斷裂。為什么？
解：原因是：冷拉鋼絲繩經冷塑加工強度提高，強度大于載荷，但吊運熱工件時其溫度升高，使原子擴散能力升高，從而使其產生回復再結晶，晶粒恢復到以前的狀態，強度降低，最終發生斷裂。
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：再結晶溫度=熔化溫度×0.4，鎢的熔點為3380℃，其再結晶溫度為(3380+273)×0.4273=1187℃，加工溫度小于再結晶溫度，所以屬于冷加工；錫的熔點為232℃，其再結晶溫度為(232+237) ×0.4273=71℃，室溫(25℃)大于再結晶溫度，所以屬于熱加工。
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