工程材料与成形技术基础课后部分习题及答案.doc

工程材料与成形技术基础是一门涵盖材料科学与工程成形技术的课程，涉及材料的性质、选择以及加工过程。课后习题涉及到材料的力学性能、固溶强化原理、相变理论以及热处理工艺等多个核心知识点。 1. **材料的应力-应变曲线**： 五种材料在不同应力下的行为表明了它们的机械性能差异。例如，45钢在300MPa应力下处于弹性变形状态，而铝青铜则显示塑性变形。35钢在相同应力下已进入屈服阶段，而硬铝和纯铜则分别表现出塑性变形和断裂。这些差异反映了材料的强度和韧性。 2. **力学性能指标**： σb代表抗拉强度，即材料的最大均匀塑性应力；σs是屈服强度，材料开始塑性变形的最低应力；σ0.2是条件屈服强度；σ-1表示疲劳强度，指材料在多次循环载荷下不发生断裂的应力值；δ是伸长率，衡量材料的塑性；αk是线膨胀系数；HRC、HBS和HBW分别是洛氏硬度、布氏硬度（使用淬硬钢球）和布氏硬度（使用硬质合金压头）。 3. **固溶强化**： 固溶强化是由于溶质原子溶入基体晶格导致的晶格畸变，增加了位错运动的阻力，从而提高了材料的强度和硬度，但可能导致塑性和韧性略微下降。 4. **相变和合金组成**： 在纯铜与纯镍的混合物中，随着温度变化，两者的相成分、重量比以及相对重量都会发生变化，这涉及到固态相变的知识，需要通过相图分析来确定具体数值。 5. **热处理工艺**： 淬火和回火是改善材料性能的关键步骤。45钢小轴为了获得良好的综合力学性能，需要在AC3以上温度淬火，然后进行高温回火得到回火索氏体。60钢弹簧要求中温回火以获得回火托氏体，而T12钢锉刀需要低温回火以保持其硬度，形成回火马氏体。 6. **高强度螺栓的选择**： 对于不同直径的螺栓，需要考虑材料和热处理工艺以满足特定的性能要求。10mm螺栓可选用45钢，经过850℃淬火和520℃水冷回火；而30mm螺栓则可能选择40Cr，进行盐浴淬火和540-650℃回火。 7. **灰铸铁的流动性**： 灰铸铁具有良好的流动性，主要归因于其石墨形态对铸造过程中的液态金属流动影响较小。提高金属流动性的主要工艺措施包括降低浇注温度、改善铸型砂的透气性和流动性，以及调整化学成分以降低熔点或增加液态金属的表面张力。 这些习题解答涵盖了材料科学的基础知识，包括材料的力学性能、相变、强化机制、热处理工艺及其对材料性能的影响，以及铸造成形中的一些工艺参数控制。通过学习和理解这些概念，学生可以更好地理解材料如何在工程应用中被选择和优化。