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1、. 《汽車機械基礎》習題參考答案 第4章 金屬材料的性能 1．什么是金屬的力學性能？根據(jù)載荷形式的不同，力學性能主要包括哪些指標？ 答：在外力作用下，材料所表現(xiàn)出來的一系列特性和抵抗破壞的能力稱力學性能。材料的力學性能指標分為強度、塑性、硬度，沖擊韌性和疲勞強度等。 2．什么是彈性變形？什么是塑性變形？ 答：隨著載荷的存在而產(chǎn)生、隨著載荷的去除而消失的變形稱為彈性變形。載荷卸掉后形變不能恢復的變形稱為塑性變形。 3．什么是強度？什么是塑性？衡量這兩種性能的指標有哪些？各用什么符號表示？ 答：金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力稱為強度。根據(jù)載荷的不同，可分為抗拉強度，抗壓強度、抗

2、彎強度、抗剪強度和抗扭強度等幾種。 斷裂前金屬材料產(chǎn)生永久變形的能力稱為塑性，用延伸率和斷面收縮率來表示。 4．什么是硬度？HBS、HBW、HRA、HRB、HRC各代表什么方法測出的硬度？ 答：材料抵抗另一硬物壓入其內(nèi)的能力叫硬度，即受壓時抵抗局部塑性變形的能力。HBS布氏硬度（當用淬火鋼球壓頭時）、HBW布氏硬度（當用硬質(zhì)合金球時）；HRA、HRB、HRC都是洛氏硬度，只是壓頭以及總載荷不同：壓頭分別是金剛石圓錐、1/16”鋼球、金剛石圓；總載荷分別為60 kgf、100 kgf、150 kgf。 5．下列硬度的寫法是否正確？ HBS150、HRC140、HRC70、HRB10、H

3、RA79、474HBW HBS150錯，改為150HBS HRC140錯，HRC硬度范圍為20～67 HRB10錯，HRB硬度范圍為25～100 HRA79錯，改為79HRA 474HBW對 6．下列各種工件一般應采用何種硬度試驗方法來測定其硬度值？ （1）銼刀； （2）黃銅軸套； （3）硬質(zhì)合金刀片； （4）滲碳合金鋼； （5）供應狀態(tài)的各種碳鋼鋼材。 答：（1）銼刀：用HRC試驗測定；（2）黃銅軸套：用HRB試驗測定； （3）硬質(zhì)合金刀片：用HRA試驗測定；（4）滲碳合金鋼；用HRA試驗測定； （5）供應狀態(tài)的各種碳鋼鋼材：用HB試驗測定； 7．什么是沖

4、擊韌性？用什么符號表示？ 答：材料抵抗沖擊載荷作用的能力稱為沖擊韌性。用沖擊韌度ak（J/m2）表示。 8．什么是疲勞現(xiàn)象？什么是疲勞強度？ 答：在交變應力作用下，雖然零件工作中所承受到的應力值遠低于材料的抗拉強度sb，甚至小于屈服點ss，但經(jīng)過應力較長時間的作用也會使工件產(chǎn)生裂紋或發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為金屬的疲勞現(xiàn)象。 材料承受的交變應力s與材料斷裂前承受交變應力的循環(huán)次數(shù)N之間的關系：金屬承受的交變應力越大，則斷裂時應力循環(huán)次數(shù)N越少。當應力低于一定值時，試樣可以經(jīng)受無限周期循環(huán)而不破壞，此應力值稱為材料的疲勞極限（亦叫疲勞強度） 精品 . ，用s-1表示。 9．為什么

5、金屬的疲勞破壞具有很大的危險性？如何提高金屬的疲勞強度？ 答：各種材料發(fā)生疲勞斷裂時，都不會產(chǎn)生明顯的塑性變形，斷裂是突然發(fā)生的，所以具有很大的危險性。據(jù)統(tǒng)計，損壞的機械零件中，有80%以上是由于金屬的疲勞造成的。 金屬的疲勞極限受到很多因素的影響，主要有工作條件、表面狀態(tài)、材質(zhì)、殘余內(nèi)應力等。改善零件的結(jié)構(gòu)形狀、降低零件表面粗糙度以及采取各種表面強化的方法，都能提高零件的疲勞極限。 10．長期工作的彈簧突然斷裂，屬于哪類問題？與材料的哪些性能有關？ 答：屬于疲勞斷裂。主要與材料的疲勞強度有關。 11．大能量沖擊和小能量多次沖擊的沖擊韌性各取決于金屬材料的哪些力學性能指標？ 答：大

6、能量沖擊的沖擊韌性主要取決于金屬材料的塑性，小能量多次沖擊的沖擊韌性主要取決于金屬材料的強度。 12．什么是材料的工藝性能？常指哪些項目？ 答：所謂材料的工藝性能就是指材料被加工的便利程度，工藝性能實際上是材料的力學性能、物理性能和化學性能的綜合表現(xiàn)，它是材料能否大量工業(yè)應用的一個重要因素。 工藝性能直接影響零件加工后的工藝質(zhì)量，是選材和制定零件加工工藝路線時必須考慮的因素之一。它包括鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理性能等。 13．有一直徑為110-2m的碳鋼短試樣（試樣長徑比為1:5），在拉伸試驗時，當載荷增加到21980N時出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，載荷達到36110N時

7、產(chǎn)生縮頸，隨后試樣被拉斷。其斷后標距是6.1510-3m。求此鋼的屈服點、抗拉強度、伸長率及斷面收縮率。 解： （1）求屈服點 （2）求抗拉強度 （3）求伸長率 短試樣： （4）求斷面收縮率 答：此碳鋼的屈服點為280MPa；抗拉強度為460MPa；伸長率為23%；斷面收縮率為50%。 第5章 鐵 碳 合 金 1．解釋下列名詞：晶體、晶格、晶粒、晶界。 晶體：微粒呈規(guī)則排列的固態(tài)物質(zhì)稱為晶體。晶格：晶體中原子或離子按一定規(guī)則排列而成的空間幾何圖形，稱為晶格。晶粒：外形、大小、晶格方位都不一致的小單晶體稱為晶粒。晶界：

8、晶粒之間的分界面稱為晶界。 精品 . 2．純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變有何實際意義？ 答：純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是可逆的，它是材料進行熱處理的重要依據(jù)之一。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變屬于固態(tài)相變，具有其本身的特點，例如：新晶格的晶核優(yōu)先在原來晶粒的晶界處形核；轉(zhuǎn)變需要較大的過冷度；晶格的變化伴隨著金屬體積的變化，轉(zhuǎn)變時會產(chǎn)生較大的內(nèi)應力。例如γ—Fe轉(zhuǎn)變成α—Fe時，鐵的體積會膨脹約1%，這是鋼熱處理時引起應力、導致工件變形和開裂的重要原因。 3．默繪鐵碳合金相圖，簡述它的作用。 鐵碳合金相圖略。由鐵碳合金相圖可以明顯看出，純鐵、鋼和鑄鐵之所以性能不同，是因為含碳量不同，從而冷卻后的組織不同。因此，如需要塑性

9、、韌性高的材料，則可選用含碳量較低的鋼種；需要強度、塑性及韌性都較好的材料，可選用含碳量適中的鋼種；如需要硬度高、耐磨性好的材料，則應選用含碳量高的鋼種。純鐵的強度低，不適于制作機器零件，但它的磁導率高，可作為軟磁材料使用。白口鑄鐵硬而脆，但經(jīng)石墨化后可轉(zhuǎn)變?yōu)榛诣T鐵，灰鑄鐵的流動性好，可用于制造鑄件。 4．按用途分，碳鋼可分為哪幾類？主要作用是什么？ 答：按用途分：① 碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用做各種工程構(gòu)件、橋梁、建筑構(gòu)件和機器零部件等，一般為中低碳鋼。② 碳素工具鋼：主要用于制作各種刃具、量具、模具，一般為高碳鋼 5．隨著鋼中含碳量的增加，鋼的力學性能有何變化？為什么？ 答：隨著鐵碳合金的

10、碳含量增大，其室溫組織按F→F+P→P→P+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ+ Ld′→Ld′→Ld′+Fe3CⅡ→Fe3C的順序變化。而P和Ld′都是F和Fe3C的機械混合物。所以，可以認為鐵碳合金組織是隨著碳含量增大從F→F+Fe3C→Fe3C變化，并且兩者相對量的變化規(guī)律亦呈直線關系。 圖5.13 碳鋼的力學性能與碳含量的關系 鐵素體強度、硬度低，但塑性、韌性好，起基體相作用；滲碳體則很硬脆，是強化相。因此，隨著碳含量的增加，鐵碳合金的硬度越來越高，而塑性、韌性越來越低。圖5.13為實驗測得的碳含量wC與力學性能之間的關系曲線，可見韌性曲線ak值下降的幅度比塑性指標和要快，這說明韌性指標對

11、滲碳體量的增加更敏感。硬度的變化基本上是隨碳含量的增加呈直線上升。而強度是一個對組織形態(tài)很敏感的力學性能，在亞共析區(qū)，因為只有鐵素體和滲碳體兩種組織的相對量變化，強度基本上是隨碳含量增加而直線上升；當碳含量超過0.77%而進入過共析區(qū)時，其組織為珠光體和滲碳體，由于有游離滲碳體的存在，使強度的增加趨緩；另外，二次滲碳體是在原先奧氏體的晶界處析出的，當wC超過0.9%后，隨著碳含量增加，滲碳體含量增多，逐漸形成網(wǎng)狀，大大削弱了晶粒間的結(jié)合力，使強度急劇降低。因此在wC為0.9%處出現(xiàn)強度最大值，隨后強度則不斷下降。 6．指出Q235、45、T12的類型、含義、用途。 Q235：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼

12、，屈服強度為235Mpa。碳含量較低，而硫、磷等有害雜質(zhì)的含量較高，故強度不高，但塑性、韌性較好，焊接性能好，價格低廉，可用于制造焊、鉚、螺栓連接的一般工程構(gòu)件和不重要的一般機械零件，如貨車車架、發(fā)動機支架、后視鏡支桿等。 45：碳質(zhì)量分數(shù)wC為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，有害雜質(zhì)含量很少，通常經(jīng)過熱處理后可提高力學性能。常 精品 . 用于制造各種較重要的機械零件，比如汽車底盤中的大部分零件。 T12：碳質(zhì)量分數(shù)wC為1.2%的優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。常用于制造刃具、量具、模具等。 7．試比較碳鋼與合金鋼的優(yōu)缺點。 碳鋼成本低、應用廣，碳鋼的缺點主要表現(xiàn)在：淬透性差，不宜做成大截面或形狀

13、復雜的工件；回火穩(wěn)定性差；綜合力學性能較低，如提高強度、硬度則韌性下降，反之則強度、硬度下降；高溫下強度、硬度低，不適用于工作在高溫下的工件；不具備某些場合所要求的特殊物理、化學性能，如耐腐蝕、無磁性等。 而合金鋼正是為了彌補碳鋼的缺點而發(fā)展起來的。目前，合金鋼在鋼的總產(chǎn)量約占20%左右，鋼中加入合金元素后不僅改善了鋼的熱處理性能，而且提高了鋼的強度和韌性。但是，合金鋼并不是一切性能都優(yōu)于碳鋼，還有很多工藝性能不如碳鋼，如鑄造、焊接以及某些鋼的熱處理、切削加工性能比碳鋼要差，成本也較高。 8．說明下列材料的牌號、含義。 GCr15、40Cr、9SiCr、W18Cr4V、65Mn、20Cr

14、MnTi、60Si2Mn GCr15：滾動軸承鋼；高而均勻的硬度和耐磨性、高的彈性極限和耐壓性；一般用于制造滾動軸承中的滾柱、滾珠、滾針、套圈以及柴油機的精密偶件等。 40Cr：合金調(diào)質(zhì)鋼；具有較好的綜合力學性能；一般用于制作重要的齒輪、軸等零件。 9SiCr：低合金刃具鋼；具有高硬度、高耐磨性、一定的強度和韌性；一般用于制造板牙、絲錐等低速切削用刀具。 W18Cr4V：高速鋼，熱硬性可達600℃，具有很高的強度、硬度、耐磨性及淬透性；用于制造車刀、刨刀、鉆頭等切削刀具。 65Mn：優(yōu)質(zhì)碳素鋼，高的抗拉強度、屈強比（ss/sb）、疲勞強度，用于制造汽車彈簧、板簧和螺旋彈簧等彈性元件及

15、耐磨件。 20CrMnTi：合金滲碳鋼；經(jīng)滲碳熱處理后其表層硬度和耐磨性高，而心部具有高的韌性；一般用于制作汽車上各種變速齒輪等零件。 60Si2Mn：合金彈簧鋼；具有高的屈服強度和高的屈強比，足夠的韌性、塑性和彈性極限。一般用于制作彈簧零件。 9．若將30鋼用來制造銼刀，或?qū)?0鋼當做60鋼制成彈簧，則使用過程中將會出現(xiàn)什么問題？ 若將30鋼用來制造銼刀，很快就磨鈍了；將20鋼當做60鋼制成彈簧，屈強比、屈服強度都不夠，彈簧將很快“壓塌”不能回彈。 10．什么叫滲碳鋼？為什么一般滲碳用鋼的含碳量都比較低？合金滲碳鋼常含有哪些元素？它們對鋼的組織與性能有何影響？ 答：低碳鋼采用滲碳

16、熱處理工藝提高其表層硬度和耐磨性，而心部具有高的韌性，這些低碳鋼稱為滲碳鋼。碳鋼作滲碳鋼時，要求心部具有高韌性，所以采用含碳量較低的碳鋼。 在合金滲碳鋼中，常加入鉻、錳、鈦、釩等元素；這些合金元素加入后能使合金滲碳鋼的晶粒得到了細化并提高了淬透性。 11．生產(chǎn)中應用最多的是哪幾類鑄鐵？各有哪些特點？ 答：生產(chǎn)中應用最多的是： ①灰鑄鐵：灰鑄鐵中碳全部或大部分以片狀石墨形態(tài)存在，其斷口呈暗灰色。它的力學性能雖不如鋼，但因有石墨存在而帶來一些優(yōu)點如吸振性、耐磨性和可切削性；良好的鑄造性能，收縮小，不易產(chǎn)生鑄造缺陷等，是應用最廣的鑄造金屬。 ②球墨鑄鐵：球墨鑄鐵具有較高的力學性能，與鋼相接

17、近。同時球墨鑄鐵又基本具有灰鑄鐵的一系列優(yōu)良性能，使得“以鑄代鍛，以鐵代鋼”成為現(xiàn)實。 精品 . 12．什么是熱處理？什么樣的材料才能進行熱處理？ 答：金屬材料的熱處理是指金屬材料在固態(tài)下，采用適當?shù)姆绞竭M行加熱、保溫和冷卻，以改變其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需性能的一種工藝方法。 適合熱處理的材料，必然是加熱，冷卻過程中內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)能夠發(fā)生變化的材料，這通常是指： ①有固態(tài)相變的材料； ②無論有無固態(tài)相變，但由于經(jīng)受冷加工使組織結(jié)構(gòu)處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)的材料； ③在活性介質(zhì)中加熱時，表面能被活性介質(zhì)的原子滲入，從而能改變表面化學成分的材料。 13．常用退火方法有哪些？分別適用

18、于處理哪一類零件？ 答：退火是將工件加熱到一定溫度并保溫，然后再隨爐緩慢冷卻的一種熱處理工藝。常用的退火方法有完全退火、球化退火、去應力退火等。 完全退火主要適用于亞共析鋼的鑄、鍛、焊接件的毛坯或半成品零件的預先熱處理。球化退火主要用于共析、過共析鋼。去應力退火目的是消除鑄、鍛、焊、冷成形件以及切削加工件中的殘余應力。 14．淬火的目的是什么？淬火加熱溫度如何選擇？常用冷卻介質(zhì)和淬火方式各有哪些？ 答：淬火的目的是獲得馬氏體組織，使鋼具有高硬度和高耐磨性。淬火是強化鋼材的重要方法。鋼的成分不同其淬火加熱溫度不同。亞共析鋼的淬火加熱溫度在Ac3以上30～50℃；共析鋼及過共析鋼淬火加熱溫

19、度為Ac1以上30～50℃；合金鋼的淬火加熱溫度應在有關手冊中查閱。常用冷卻介質(zhì)有水、鹽水或堿水、油等。常用淬火方式有單介質(zhì)淬火法、雙介質(zhì)淬火法、分級淬火法及等溫淬火法。 15．什么叫回火？回火目的是什么？常用回火方法有哪些？分別適于處理哪類零件？ 答：將淬火鋼重新加熱到Ac1以下某一溫度，保溫后以一定的冷卻速度冷至室溫的工藝稱為回火?；鼗鸬哪康氖窍驕p少淬火應力，降低脆性，防止零件變形開裂；穩(wěn)定組織，從而穩(wěn)定零件尺寸；調(diào)整力學性能，滿足零件的性能要求。常用回火方法有：低溫回火，常用于刀具、模具、量具、滾動軸承、滲碳體、表面淬火件等；中溫回火，常用于彈性零件及熱鍛模等；高溫回火，常用于受

20、力復雜的重要結(jié)構(gòu)件，如曲軸、連桿、半軸、齒輪、螺栓等。 16．什么叫淬透性、淬硬性？影響因素有哪些？有何現(xiàn)實意義？ 答：淬透性指鋼在一定的淬火條件下，獲得淬硬層深度的能力。淬透性主要由鋼的臨界冷卻速度vc決定。vc越小，則鋼的淬透性就越好，就越容易淬火。碳和合金元素的含量是影響淬透性的主要因素之一。淬透性是鋼重要的熱處理工藝性能。淬透性好的鋼，經(jīng)淬火回火后，組織均勻一致，具有良好的綜合力學性能，有利于鋼材潛力的發(fā)揮。同時，淬透性好的鋼淬火時可采用較低的冷卻速度緩冷，以減少變形與開裂。所以，受力復雜及截面尺寸較大的重要零件都必須采用淬透性好的合金鋼制造。 淬硬性指鋼在理想條件下淬火所能達到

21、最高硬度的能力。它取決于馬氏體中碳的百分含量，即wc越高，淬硬性越好。 17．甲、乙兩齒輪，甲為低碳鋼，乙為中碳鋼，各應采用什么熱處理才能滿足使用性能要求？ 答：低碳鋼齒輪：可以用正火作為預備熱處理，表面滲碳（氮）淬火作為最終熱處理。 中碳鋼齒輪：可用正火或調(diào)質(zhì)預備熱處理，齒面高頻淬火作為最終熱處理。 第6章 非鐵金屬與非金屬材料 1．非鐵合金與鐵碳合金相比較，具有哪些優(yōu)良的性能？ 答：非鐵合金與鐵碳合金相比較，產(chǎn)量低、價格高。但非鐵合金具有某些特殊的優(yōu)越性能，如密度小、比強度高、耐腐蝕性好等，成為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的材料，在汽車中的應用也日益廣泛。 2．汽車常用的非鐵合金有

22、哪幾種？ 精品 . 答：鋁合金、銅合金、滑動軸承合金、鈦合金、鎂合金。 3．鋁合金分為幾類？各類鋁合金各自有何強化方法？ 根據(jù)鋁合金的成分及生產(chǎn)工藝特點，可將鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。 變形鋁合金分為：① 防銹鋁：是鋁—錳系或鋁—鎂系合金；不能進行時效強化，只能用冷變形來提高強度；② 硬鋁：是鋁—銅—鎂系合金；可通過固溶—時效強化處理顯著提高強度；③ 超硬鋁：是鋁—銅—鎂—鋅系合金。這類鋁合金時效強化處理效果最好，強度最高，其比強度相當于超高強度鋼；④ 鍛鋁：多數(shù)為鋁—銅—鎂—硅系合金。其熱塑性及耐蝕性較高，更適合于鍛造。鍛鋁的其他力學性能與硬鋁接近，可通過固溶處理及人工時

23、效來強化。 鑄造鋁合金中鋁硅合金可以用變質(zhì)處理來提高其強度；鋁銅合金具有較高的高溫強度，能通過熱處理來強化。 4．簡述銅合金的分類及應用。 答：銅合金常分為黃銅、青銅和白銅三類。 白銅是銅鎳合金，按其性能與用途分為結(jié)構(gòu)銅鎳合金和電工銅鎳合金。其中結(jié)構(gòu)銅鎳合金用于制造精密機械、化工機械、醫(yī)療衛(wèi)生器械及船用零件等；電工銅鎳合金用于制造電工機械等。 黃銅是銅和鋅的合金。黃銅可分為普通黃銅和特殊黃銅兩類。其中普通黃銅主要適宜于沖壓制造形狀復雜的零件；特殊黃銅通常用于制作各種結(jié)構(gòu)性零件。 青銅是除黃銅和白銅之外的銅合金的統(tǒng)稱。青銅按其成分分為普通青銅與特殊青銅兩類。其中錫青銅能澆注形狀復雜及

24、壁厚較大的零件；而無錫青銅常用于制作船舶零件。 5．滾動軸承合金有哪些？ 答：常用的軸承合金有錫基、鉛基、銅基和鋁基軸承合金等。 6．何謂高分子材料？有何特性？ 答：高分子化合物是相對分子量在5 000以上的有機化合物的總稱，也叫高聚物或聚合物。汽車中常用的有各種塑料及橡膠。塑料的密度小，價格低。采用塑料代替部分鋼鐵件，既可減輕車輛自重又可降低成本。橡膠是一種具有極高彈性的高分子材料，還有一定的耐磨、吸振、絕緣、隔音特性。它是常用的彈性、密封、減振防振和傳動材料。 7．什么是工程塑料？工程塑料具有哪些特性？ 答：可作為結(jié)構(gòu)材料的塑料稱為工程塑料。一般其力學性能較好，且耐高溫、耐輻射

25、、耐腐蝕，電絕緣性能好，因而有時可代替金屬在汽車、機械、化工等部門用來制造機械零件及工程結(jié)構(gòu)件。 8．什么是陶瓷？簡述它們的性能與應用。 答：陶瓷原指硅酸鹽材料。目前，陶瓷的概念已廣義化了，為所有無機非金屬材料的簡稱。陶瓷的共同特征是：耐熱性優(yōu)良；除絕緣性、半導體性之外，還具有磁性、介電性等多種功能；不易變形，斷裂時屬于脆性破壞；韌性低。 傳統(tǒng)陶瓷主要用作日常生活用品、耐酸池、電解電鍍槽、防酸地面以及作為輸送腐蝕性流體和含有固體顆粒的腐蝕性材料等；特種陶瓷主要用于化工、冶金、機械、電子等方面。 9．什么是復合材料？復合材料有何優(yōu)異的性能？ 答：復合材料是指由兩種或兩種以上物理和化學性

26、質(zhì)不同的物質(zhì)組合起來而得到的一種多相固體材料。 復合材料的比強度（sb/r）、比模量（E/r）比其他材料高得多，還具有良好的抗疲勞性能，熔點一般在2 000℃以上?？梢哉w成形，減少了零部件緊固和接頭數(shù)目，材料利用率也高得多。 10．什么是零件失效？失效分哪幾種形式？ 答：失效是指零件在使用過程中，由于尺寸、形狀或材料性能發(fā)生變化而喪失原設計功能。 精品 . 一般機械零件常見的失效形式有以下幾種。 （1）斷裂失效：是最危險的一種，它總是突然發(fā)生，包括靜載荷或沖擊載荷斷裂、疲勞破壞以及低應力脆性斷裂、蠕變斷裂失效等。 （2）表面損傷失效：包括過量的磨損、表面腐蝕、龜裂、麻點剝落等表面損傷失效。 （3）變形失效：包括過量的彈性變形或塑性變形（整體或局部的）、高溫蠕變等。 如有侵權請聯(lián)系告知刪除，感謝你們的配合！ 精品