工程材料与机械制造基础答案word版本

`第一章金属材料的力学性能

1、在测定强度上σs和σ0.2有什么不同？

答：σs用于测定有明显屈服现象的材料，σ0.2用于测定无明显屈服现象的材料。

2、什么是应力？什么是应变？它们的符号和单位各是什么？

答：试样单位截面上的拉力称为应力，用符号σ表示，单位是MPa。

试样单位长度上的伸长量称为应变，用符号ε表示，应变没有单位。

3、画出低碳钢拉伸曲线图，并指出缩颈现象发生在拉伸图上哪一点？断裂发生在哪一点？若没

有出现缩颈现象，是否表示试样没有发生塑性变形？

答：

b点发生缩颈现象，k点发生断裂。

若没有出现缩颈现象，试样并不是没有发生塑

形性变，而是没有产生明显的塑性变形。

4、将钟表发条拉直是弹性变形还是塑性变形？怎样判断它的变形性质？

答：将钟表发条拉直是弹性变形，因为当时钟停止时，钟表发条恢复了原状，故属弹性变形。

5、在机械设计时采用哪两种强度指标？为什么？

答：（1）屈服强度。因为大多数机械零件产生塑性变形时即告失效。

（2）抗拉强度。因为它的数据易准确测定，也容易在手册中查到，用于一般对塑性变形要求不严格的零件。

6、设计刚度好的零件，应根据何种指标选择材料？采用何种材料为宜？材料的E值愈大，其塑

性愈差，这种说法是否正确？为什么？

答：应根据弹性模量选择材料。要求刚度好的零件，应选用弹性模量大的金属材料。

金属材料弹性模量的大小，主要取决于原子间结合力（键力）的强弱，与其内部组织关系不大，而材料的塑性是指其承受永久变形而不被破坏的能力，与其内部组织有密切关系。两者无直接关系。故题中说法不对。

7、常用的硬度测定方法有几种？其应用范围如何？这些方法测出的硬度值能否进行比较？答：工业上常用的硬度测定方法有：布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏硬度法。

其应用范围：布氏硬度法应用于硬度值HB小于450的毛坯材料。

洛氏硬度法应用于一般淬火件、调质件。

维氏硬度法应用于薄板、淬硬表层。

采用不同方法测定出的硬度值不能直接比较，但可以通过经验公式换算成同一硬度后，再进行比较。

8、布氏硬度法和洛氏硬度法各有什么优缺点？各适用于何种场合。下列情况应采用哪种硬度法

测定其硬度？

答：布氏硬度法：（1）优点：压痕面积大，硬度值比较稳定，故测试数据重复性好，准确度较洛氏硬度法高。

（2）缺点：测试费时，且压痕较大，不适于成品、小件检验。

（3）应用：硬度值HB 小于450的毛坯材料。

洛氏硬度法：（1）优点：设备简单，测试简单、迅速，并不损坏被测零件。

（2）缺点：测得的硬度值重复性较差，对组织偏析材料尤为明显。

（3）应用：一般淬火件，调质件。

库存钢材—布氏硬度 ； 锻件—布氏硬度 ； 锉刀—布氏硬度

台虎钳钳口—洛氏硬度 ； 硬质合金刀头—洛氏硬度 黄铜轴套 ——布氏硬度 供应状态的各种碳钢钢材——布氏硬度 硬质合金刀片——洛氏硬度

9、疲劳破坏是怎样形成的？提高零件疲劳寿命的方法有哪些？为什么表面粗糙和零件尺寸 增大能使材料的疲劳强度值减小？为什么疲劳断裂对机械零件潜在着很大的危险性？交变应力和重复应力区别何在？

答：由于材料表面或内部有缺陷，这些缺陷处的局部应力大于屈服强度，从而产生局部塑性变形而断裂。这些微裂纹随应力循环次数的增加而逐渐扩展，使承载的有效面积减少，以致不能承受所加载荷而突然断裂。

提高疲劳寿命的方法，就是消除或减少疲劳源及延缓疲劳裂纹的扩展。一般在结构上避免应力集中；制定合理的工艺；使材料得到韧性组织，减少内部缺陷；降低表面粗糙度，避免表面不划伤、腐蚀；强化表面，在材料表面形成压应力。

表面粗糙易形成疲劳源。零件尺寸增大，其内部组织不易均匀，也易存在夹杂物等各种缺陷，这些易形成疲劳源，并加快疲劳裂纹的扩展。

因为材料在受到远低于屈服应力的外力作用下，在没有明显塑性变形的条件下，产生的突然断裂，属低应力脆断。

12、试画出疲劳曲线，并说明疲劳曲线所表示的含义。

答：

疲劳曲线表明，金属材料承受的交变应力越大，则材料断裂时应力循环次数越少。反之，应力循环次数越大。

13、拉伸试样的原标距为50mm ，直径为10mm ，拉伸试验后，将已断裂的试样对接起来测量，若断后的标距为79mm ，缩颈区的最小直径为4.9mm ，求该材料的伸长率和断面收缩率的值。

答： ％％＝

5810050

5079=⨯-δ ％76545.252

2

2=⨯⨯-⨯=πππψ 第二章 材料凝固与结晶

1、求出体心和面心立方晶格的致密度。

74.04214.334433=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⨯=

a a 单个晶胞的体积单个原子的体积原子数面心立方晶格的致密度

2、什么是过冷度？它对结晶过程和晶粒度的影响规律如何？

答：过冷度就是理论结晶温度和实际结晶温度相差的度数。

在一般冷却条件下，过冷度愈大，结晶过程进行的愈快。过冷度增加，形核率和长大速度同时增加，但形核率增加的更快，所以随着过冷度的增加，晶粒细化。

3、什么是同素异晶转变？试画出纯铁的冷却曲线，并指出室温和1100℃时的纯铁晶格有什么不同？分析曲线中出现“平台”的原因。

答：随温度的改变，固态金属晶格也随之改变的现象，称为同素异晶转变。

纯铁的冷却曲线：

室温纯铁晶格：体心立方体晶格

1100℃纯铁晶格：面心立方晶格

1538℃铁发生了结晶，1394℃和912℃铁发生了重结晶，结晶放出的热量与冷却散失的热量相等，使冷却曲线上出现了水平线。

4、简述实际金属晶体和理想晶体在结构和性能上的主要差异。

答：结构上：实际金属晶体为多晶体，理想晶体为单晶体。

性能上：实际金属晶体表现为各向同性，理想晶体表现为各向异性。

5、常见的金属晶体结构有哪些？它们的原子排列和晶格常数各有什么特点？α-Fe 、γ-Fe Al 、Cu 、Ni 、Cr 、V 、Zn 各属于何种晶体结构？

答：常用的晶体结构有：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。

体心立方晶格:立方体中心和立方体结点各占有一个原子，a=b=c ，α＝β＝γ＝90°

面心立方晶格:立方体六个表面中心和立方体结点各占有一个原子。 a=b=c ，α＝β＝γ＝90° 密排六方晶格:六方晶格的上、下底面中心和六方柱体的结点各占有一个原子,六方柱体中心有三个原子构成等边三角形。 晶格常数a=b ≠c ， α＝β＝120° ， γ＝90°。

α-Fe 、Cr 、V 属于体心立方晶体；γ-Fe 、Al 、Cu 、Ni 属于面心立方晶格；Mg 、Zn 属于密排六方晶格。

6、液态金属结晶时，细化晶粒的方法有哪些？晶粒大小对材料的力学性能有何影响？ 答：液态金属结晶时，细化晶粒的方法有：（1）加快冷却速度，增加过冷度；

（2）变质处理； （3）附加振动。

晶粒愈细小，材料的强度、硬度、塑性、韧性愈高；反之愈低。

7、实际金属晶体中存在哪些缺陷？对性能有什么影响？

答：实际金属晶体中有点、线、面三类缺陷。