汽车机械基础
第⼀章
1.1 什么是⾦属⼒学的性能？根据载荷形式的不同，⼒学性能的指标主要有哪些？答：指⾦属材料在各种不同载荷的作⽤下所表现出来的特性是⾦属⼒学的性能。
⼒学性能的指标有强度、疲劳强度、硬度、塑性和韧性等。
1.2什么是强度？什么是塑性，衡量这两种性能指标有哪些，各⽤什么符号表⽰？
答：强度指⾦属材料在静载荷作⽤下抵抗变形和断裂的能⼒。强度指标是弹性
极限，屈服强度，抗拉强度。分别⽤σ
e 、σ
s
、σ
b
表⽰。
塑性是指⾦属材料在静载荷作⽤下发⽣塑性变形⽽不断裂破坏的能⼒。评定指标是断后伸长率和断⾯收缩率。分别⽤⽤δ、ψ表⽰。
1.3 低碳钢做成的d
=10mm的圆形短试样经拉伸试验，得到如下数据：Fs=21100N、
F b =34500N、l
1
=65mm、d
1
=6mm。试求低碳钢的σs 、σ
b
、δ
5
、ψ。
答：
σs=F S/S0=21100/（0.5X10）2X3.14=268.8MPa
σ
b = F
b
/S
=34500/（0.5X10）2X3.14=439.5MPa
δ5 =（65-50）÷50X100%=30%
ψ= （S0- S1）S0X100%=（25-9）÷25X100%=64%
1.6 什么是冲击韧性？⽤什么符号表⽰？
答；材料抵抗冲击载荷⽽不破坏的能⼒。⽤a
k
表⽰。
1.7 什么是疲劳强度？
答：零件在交变载荷作⽤下，经过⽆数次循环⽽不发⽣破坏，所对应的最⼤应⼒值是疲劳强度。
1.8 长期⼯作的弹簧突然断裂，属于哪类问题？与材料的哪些性能有关？
答：长期⼯作的弹簧突然断裂，属于疲劳破坏。与材料的化学成分、显微组织、使⽤温度、表⾯质量、残余应⼒有关。
1.9⼤能量冲击和⼩能量多次冲击的冲击韧性，各取决于⾦属材料的哪些⼒学性能指标？
答：当材料承受的载荷是⼩能量多次冲击时，则材料的冲击韧性主要取决于材料强度；当材料承受的载荷是⼤能量较少次数的冲击时，则材料的冲击韧性主要取决于材料塑性。
第⼆章
2.1 解释下列名词：晶格、晶胞、晶粒|、、组元、相、变质处理？
答：晶格：将原⼦看成⼀个点,⽤假想的直线将这些点连接起来，形成的空间⼏格⼦，称为晶格。
晶胞：晶格中能完全代表晶格特征的最⼩⼏何单元。
晶粒：晶体内部的晶格位向完全⼀致的外形呈多⾯体颗粒状的⼩单晶体
组元：组成合⾦独⽴的最基本的单元称为组元。
相：合⾦中凡是结构、成分、性能相同，并与其他部分有界⾯分开的均匀组成部分称为相。
2.2变质处理：在液态⾦属结晶以前加⼀些称为变质剂的物质，以增加形核率，抑制长⼤速率从⽽细化晶粒的⽅法。
2.4常见的⾦属⾦格有那⼏种？
答：体⼼⽴⽅晶格，⾯⼼⽴⽅晶格，密排六⽅晶格。
2.5实际⾦属中存在那些晶体缺陷，它对⼒学性能有哪些影响？
实际⾦属中存在点缺陷、线缺陷、⾯缺陷。晶体缺陷使晶格发⽣畸变，⾦属的强度、硬度上升，塑性、韧性下降。
2.7过冷度、过冷度与冷却速度的关系。
理论结晶温度与实际结晶温度的差值叫过冷度；冷却速度越快过冷度越⼤。
2.8⾦属的结晶基本规律是什么？晶核的形核率与长⼤速度受哪些因素的影响？答：在恒定温度下进⾏，结晶时要放出潜热，需要过冷度，结晶的过程是晶核产⽣和晶核不断长⼤的过程。长⼤速度影响因素有增加过冷度、变质处理。
晶核的形核率影响因素有增加过冷度、变质处理、附加振动、降低浇注速度；2.9晶粒的⼤⼩对⾦属的⼒学性能有哪些影响？⽣产中有哪些细化晶粒的⽅法？答：⼀般情况下，晶粒越细⼩，⾦属的强度、硬度、塑性和韧性越好。⽣产中细化晶粒的⽅法有：增加过冷度、变质处理、附加振动、降低浇注速度。
2.12，固溶体有哪些类型？
答：置换固溶体，间隙固溶体
2.14 什么是铁素体、奥⽒体、珠光体和莱⽒体？写出它们的符号？
答：铁素体（F）：碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体。
奥⽒体（A）：碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体。
珠光体（ P ）：F与Fe
3
C组成的机械混合物。
莱⽒体：
⾼温莱⽒体：（ Ld ）A与Fe
3
C组成的共晶体。
低温莱⽒体：（ L’d ）P与Fe
3
C组成的共晶体。
2.17据Fe-Fe3C相图分析Wc=0.45%和Wc=1%的碳素钢从液态黄缓冷⾄室温的组织答：Wc=0.45%亚共析钢在结晶时，当温度降⾄结晶开始的温度时，开始结晶出奥⽒体，随着温度的不断降低液相不断减少，奥⽒体不断增多，当温度降⾄结晶结束温度时，液相全部结晶为奥⽒体；当温度降⾄奥⽒体向铁素体转变开始的温度时，从奥⽒体中开始析出铁素体，随着温度的不断降低奥⽒体不断减少，铁素体不断增多，当温度下降低到共析温度时，剩余的奥⽒体成分正好为共析成分，因此，剩余奥⽒体全部共析为珠光体。所以室温时，其组织为铁素体和珠光体。
Wc=1%过共析钢
当温度降⾄结晶开始的温度时，开始结晶出奥⽒体，随着温度的不断降低液相不断减少，奥⽒体不断增多，当温度降⾄结晶结束温度时，液相全部结晶为奥⽒体；当温度降⾄奥⽒体达到饱和状态的温度时，奥⽒体达到饱和，温度继续下降，从奥⽒体中开始析出渗碳体，随着温度的不断降低奥⽒体不断减少，渗碳体不断增多，当温度下降低到共析温度时，剩余的奥⽒体成分正好为共析成分，因此，剩余奥⽒体全部共析为珠光体。所以室温时，其组织为渗碳体和珠光体。
2.18分析碳钢的组织、⼒学性能随含碳量增加的变化规律
答：随含碳量增加，钢的室温组织分别为F+P、P、P+Fe
3C
Ⅱ
，随着含碳量的增加，组
织中作为强化相的渗碳体在增多，钢的硬度、强度上升，塑性、韧性下降。⽽且渗碳体分布越均匀，钢的强度越⼤。当钢的含碳量⼤于0.9%以后，由于渗碳体呈明显⽹状分布于晶界处或以粗⼤⽚状存在于基体中，降低了钢的强度，既随着含碳量的增加强度明显下降。
2.22 热处理有哪⼏个阶段组成？
答：热处理有加热、保温和冷却三个阶段。
2.23解释下列名词：过冷奥⽒体、马⽒体、调质处理、屈⽒体、下贝⽒体？
答：过冷奥⽒体：温度在A
1
以下暂时存在的不稳定奥⽒体称为过冷奥⽒体
马⽒体：过冷奥⽒体在M
S 到M
f
温度内的转变产物称为马⽒体，是碳在α
-Fe中的过饱和固溶体。
调质处理：将淬⽕与⾼温回⽕相结合的热处理称为调质处理，得到回⽕索⽒体。
屈⽒体：铁素体基体中弥散分布着极细粒状渗碳体的复合组织。
下贝⽒体（B
）：在350 ～M S温度范围内转变出的⿊⾊针状的贝⽒体，
下
综合⼒学性能好
2.25正⽕与退⽕的主要区别是什么？应如何选择正⽕与退⽕？
答：正⽕是在空⽓中冷却。退⽕是随炉缓慢冷却；正⽕的硬度和强度⽐退⽕⾼。
从切削加⼯性能考虑：切削加⼯要有适当的硬度，当含碳量⼩于0.5%采⽤正⽕，含碳量⼤于0.5%采⽤退⽕。
从使⽤性能考虑：作为最终热处理采⽤正⽕，但零件形状复杂采⽤退⽕，消除内应⼒采⽤去内应⼒退⽕
从经济性能考虑：正⽕⽐退⽕⽣产周期短、⽣产成本低、效率⾼，易操作因此优先采⽤正⽕
2.27 化学热处理包括哪⼏个基本过程？常⽤的化学热处理⽅法有哪⼏种？
答：化学热处理⼀般有渗⼊元素的分解、吸收、扩散三个基本过程组成。
化学热处理的种类很多，按渗⼊元素不同可分为渗碳、渗氮，渗硼、渗⾦属、碳氮共渗、碳氮硼三元共渗等。
2.28马⽒体的本质是什么？其组织形态分哪两种？
马⽒体的本质是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。马⽒体分⾼碳马⽒体和低碳马⽒体。
低碳马⽒体形成显微组织呈板条状，⾼碳马⽒体形成显微组织呈⽚状。
2.30淬⽕有哪⼏种⽅法
单介质淬⽕、双介质淬⽕、分级淬⽕、等温淬⽕
2.34有⼀凸轮轴，要求表⾯有⾼的硬度(⼤于50HRC)，内部具有良好的韧性原⽤45钢
制造，经调质处理后，⾼频淬⽕、低温回⽕可满⾜要求。现因⼯⼚库存的45钢以⽤完，拟改⽤15钢代替，试问：
1）改⽤15钢后，若仍按原热处理⽅法进⾏处理，能否达到性能要求？为什么？
答：改⽤15钢后，若仍按原热处理⽅法进⾏处理不能达到性能要求，因为15钢含碳量太低，若仍按原热处理⽅法进⾏处理强度和硬度达不到要求。
2）若⽤原热处理不能达到性能要求，应采⽤哪些热处理⽅法才能达到性能要求？答：改⽤15钢后，进⾏渗碳，淬⽕，低温回⽕就能达到性能要求。
2.35根据下列零件的性能要求及技术条件，选择热处理⼯艺的⽅法：
1)⽤45碳钢制作直径为18mm的传动轴，要求有良好的综合⼒学性能，22~25HRC，回
⽕索⽒体组织；
答：⽤45碳钢制作直径为18mm的传动轴，要求有良好的综合⼒学性能，22~25HRC，回⽕索⽒体组，织要采⽤调质处理。
2）⽤20CrMnTi制作的汽车传动轴齿轮，要求表⾯有⾼硬度、⾼耐磨性、58~63HRC，硬化层深0.8mm；
答：⽤20CrMnTi制作的汽车传动轴齿轮，要求表⾯有⾼硬度、⾼耐磨性、58~63HRC，硬化层深0.8mm，则先进⾏渗碳，然后⾼频感应加热表⾯淬⽕，最后低温回⽕。3）⽤65Mn制作的直径5mm弹簧，要求⾼弹性，硬度为38~40HRC，回⽕屈⽒体；
答：⽤65Mn制作的直径5mm弹簧，要求⾼弹性，硬度为38~40HRC，回⽕屈⽒体，可先进⾏淬⽕然后再中温回⽕。
4）⽤45钢制作的某机床主轴，其轴颈部分和轴承接触要求耐磨，52~56HRC，硬化层深1mm。
答：⽤45钢制作的某机床主轴，其轴颈部分和轴承接触要求耐磨，52~56HRC，硬化层深1mm。则先进⾏调质处理，然后⾼频感应加热表⾯淬⽕，最后低温回⽕。
第3章
3.2 按含碳量分，碳素钢主要有哪⼏种类型？含碳量各是多少？
答：按含碳量分，碳素钢可分为：
低碳钢：含碳量是Wc≤0.25%。
中碳钢：含碳量是Wc=0.25～0.6%。
⾼碳钢：含碳量是Wc>0.6%.
3.4 按⽤途分，碳素钢主要有哪⼏种类型？合⾦钢主要有⼏种类型？
答：碳素钢可以分为：碳素结构钢、碳素⼯具钢。
合⾦钢可以分为：合⾦结构钢、合⾦⼯具钢、特殊⽤途钢。
3.6 合⾦元素能否增加过冷奥⽒体稳定性及提⾼回⽕稳定性？
答：合⾦元素能增加过冷奥⽒体稳定性及提⾼回⽕稳定性能。因为合⾦元素溶⼊奥
⽒体之后，能降低原⼦的扩散速度，从⽽增加过冷奥⽒体的稳定性；由于合⾦元素溶⼊马⽒体，使原⼦扩散速度减慢，因⽽在回⽕过程中，马⽒体不易分解，使钢材回⽕时强度、硬度下降缓慢，提⾼了钢的回⽕稳定性。
3.7为什么低合⾦⾼强度结构钢的强韧性⽐含碳量相同的碳钢好？
答：因为合⾦元素溶⼊铁素体后，年引起铁素体的晶格畸变，强化了铁素体，⾦属的强度、硬度上升，由于合⾦元素的溶⼊，形成了渗碳体和特殊碳化物，渗碳体和特殊碳化物加热时不易分解，能形成⾃发晶核，且阻碍奥⽒体晶粒的长细化了晶粒，使钢的强度和韧性提⾼，所以低合⾦⾼强度结构钢的强韧性⽐含碳量相同的碳钢好。
3.10 为什么调质钢的含碳量为0.3%-0.5%？合⾦元素再合⾦调质中作⽤如何？
答：（1）因为含碳量过低，强度和硬度低，含碳量过⾼，塑性、韧性差，所以调质钢的含碳量为0.3%-0.5%。
（2）合⾦元素的加⼊可以提⾼钢的淬透性和回⽕稳定性，并可以强化铁素体。
3.11 弹簧钢的最终热处理为何采⽤淬⽕+中温回⽕？
答：为了获得回⽕屈⽒体。
汽车传动轴3.13 轴承钢中含碳量为何较⾼？合⾦元素在钢中的主要作⽤是什么？
答：1. 轴承钢中含碳量较⾼，是为了保证轴承钢有⾜够的强度，硬度，并形成⾜够的碳化物，增加钢的耐磨性。
2. 合⾦元素的加⼊可以提⾼钢的淬透性和回⽕稳定性，并可以强化铁素体。
3.15 ZGMn13在哪种⼯作条件下耐磨？为什么?常⽤何种热处理？
答：ZGMn13在强烈冲击和摩擦条件下耐磨。因为当ZGMn13在强烈冲击和摩擦时，表⾯产⽣塑性变形引起加⼯硬化，硬度、耐磨性⼤⼤提⾼。⽽即使表⾯磨损，其内部由于继续加⼯硬化⽽使硬度、耐磨性增加。常⽤的热处理是⽔韧处理。
3.20 铸铁根据什么来分类？分为哪⼏类？各有何特点？
答、根据碳在铸铁中存在形式和形态分。可分为：⽩⼝铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁；
⽩⼝铸铁中碳少量溶于铁素体，其余碳均以渗碳体的形式存在于铸铁中，其断⾯呈银⽩⾊，硬⽽脆，很难进⾏切削加⼯。
灰铸铁中的碳主要以⽚状⽯墨形态存在于⾦属基体中，断⼝呈灰⽩⾊，它的⼒学性能较⾼，切削加⼯性能好，产⽣⼯艺简单，价格低廉，具有良好的减振性、减磨性
和耐磨性。
球墨铸铁的碳主要以球状⽯墨的形态存在于⾦属基体中，其⼒学性能⾼于灰铸铁，⽽且还可通过热处理⽅法进⾏强化，⽣产中常⽤制作受⼒⼤且重要的铸件。
蠕墨铸铁的碳以蠕⾍状⽯墨的形态存在于⾦属基体中，其⼒学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间。
可锻铸铁的碳以团絮状⽯墨的形态存在于⾦属基体中，韧性和塑性⾼于灰铸铁，接近于球墨铸铁。
3.25 灰铸铁为什么通过热处理强化效果不明显？它常⽤的热处理⼯艺有哪⼏种？⽬的是为什么？
答：灰铸铁的热处理只能改变基体组织，不能改变⽯墨的形状、⼤⼩、数量和分布情况，所以热处理对灰铸铁的⼒学性能影响