工程材料第11章
《机械工程材料》复习习题及答案
第一章材料的性能1．1 名词解释δb δb δsδ0.2 δ-1 a k HB HRC1．2 填空题1．材料常用的塑性指标有(延伸率)和(断面收缩率)两种，其中用(延伸率)表示塑性更接近材料的真实变形。
2．检验淬火钢成品件的硬度一般用( 洛氏)硬度，检测退火件、正火件和调质件的硬度常用(布氏)硬度，检验氮化件和渗金属件的硬度采用(维氏)硬度试验。
3．材料的工艺性能是指( 铸造)性能、(锻造)性能、(焊接)性能、(切削加工)性能和(热处理)性能。
4．工程上常用金属材料的物理性能有( 熔点)、(密度)、（导电性）、(磁性)和(热膨胀性)等。
5．表征材料抵抗冲击载荷能力的性能指标是(冲击韧性ak )，其单位是( J/cm2 )。
1．3 简答题2．设计刚性好的零件，应根据何种指标选择材料?采用何种材料为宜?3．常用的硬度方法有哪几种?其应用范围如何?这些方法测出的硬度值能否进行比较?1．4 判断1．金属的熔点及凝固点是同一温度。
( 错)2．导热性差的金属，加热和冷却时会产生内外温度差。
导致内外不同的膨胀或收缩，使金属变形或开裂。
( 对)3．材料的强度高，其硬度就高，所以刚度大。
( 错)4．所有的金属都具有磁性，能被磁铁所吸引。
( 错)5．钢的铸造性比铸铁好，故常用来铸造形状复杂的工件。
( 错)1．5 选择填空1．在有关零件图图纸上，出现了几种硬度技术条件的标注方法，正确的标注是( D )。
(a)HBS650—700 (b)HBS＝250—300Kgf/mm2(c)HRCl5—20 (d) HRC 45—702．在设计拖拉机缸盖螺钉时应选用的强度指标是( a )。
(a) δb (b) δs(c) δ0.2(d) δp3．在作疲劳试验时，试样承受的载荷为( c )。
(a)静载荷(b)冲击载荷(c)交变载荷4．洛氏硬度C标尺使用的压头是( b )。
(a)淬硬钢球(b)金刚石圆锥体(c)硬质合金球5．表示金属密度、导热系数、导磁率的符号依次为( d )、( f )、( c )。
机械工程材料第二版课后答案
1－3 现有一碳钢制支架刚性不足，采用以下三种方法中的哪种方法可有效解决此问题？为什么？①改用合金钢；②进行热处理改性强化；③改变该支架的截面与结构形状尺寸。
答：选③，改变该支架的截面与结构形状尺寸。
因为金属材料的刚度决定于基体金属的性质，当基体金属确定时，难于通过合金化、热处理、冷热加工等方法使之改变。
1－4 对自行车座位弹簧进行设计和选材，应涉及到材料的哪些主要性能指标？答：强度、弹性、疲劳极限。
1－9 传统的强度设计采用许用应力[σ]= σ0.2/n,为什么不能一定保证零件的安全性？有人说：“安全系数n越大，零件工作时便越安全可靠。
”，你怎样认识这句话？答：传统的强度设计采用[σ]= σ0.2/n ，都是假设材料是均匀无缺陷的，而实际上材料中存在着既存或后生的微小宏观裂纹，因此在实际的强度设计中还应考虑材料抵抗脆性断裂的力学性能指标—断裂韧度（KI），只考虑许用应力[σ]= σ0.2/n 是不能保证零件的安全性的。
“n越大，零件越安全”也是不对的，因为[σ]= σ0.2/n,n增大就会使[σ]降低而牺牲材料的强度，将塑性和韧性取大一些，导致[σ]偏低而零件的尺寸与重量增加，浪费了原材料。
1－11 一般认为铝、铜合金的耐蚀性优于普通钢铁材料，试分析在潮湿性环境下铝与铜的接触面上发生腐蚀现象的原因。
答：潮湿环境下铝与铜的接触面上会发生电化学腐蚀，因为这时铝与铜的接触面因电极电位不同存在着电极电位差而发生电化学腐蚀。
2－1常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点？－Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn各属何种结构？答：常见晶体结构有3种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni⑶密排六方：Mg、Zn2-2 已知－Fe的晶格常数（a=3.6 ）要大于－Fe的晶格常数（a=2.89 ）,但为什么－Fe冷却到912℃转变为－Fe时体积反而增大？答：－Fe冷却到912℃转变为－Fe时体积增大，是因为转变之后面心立方的－Fe转变为体心立方的－Fe时致密度变小。
第11章保温隔热和吸声材料
2. 影响多孔性材料吸声性能的因素
（1）材料的表观密度。对同一种多孔材料（例如超细玻 璃纤维）而言，当其表观密度增大时（即空隙率减小 时），对低频的吸声效果有所提高，而对高频的吸声效 果则有所降低。 （2）材料的厚度。增加多孔材料的厚度，可提高对低频 的吸声效果，而对高频则没有多大的影响。 （3）材料的孔隙特征。孔隙愈多愈细小，吸声效果愈好。 如果孔隙太大，则效果就差。如果材料中的孔隙大部分 为单独的封闭的气泡（如聚氯乙烯泡沫塑料），则因声 波不能进入，从吸声机理上来讲，就不属多孔性吸声材 料。当多孔材料表面涂刷油漆或材料吸湿时，则因材料 的孔隙被水分或涂料所堵塞，其吸声效果亦将大大降低。
11.2 常用的绝热材料
按照化学组成可以分为无机绝热材料和有机绝热材料。 1.常用无机绝热材料 (1) 多孔轻质类无机绝热材料 (2) 纤维状无机绝热材料 1) 矿物棉 2) 玻璃纤维 (3) 泡沫状无机绝热材料 1) 泡沫玻璃 2) 多孔混凝土 2.常用有机绝热材料 (1) 泡沫塑料 (2) 硬质泡沫橡胶
（３）湿度。材料吸湿受潮后，其导热系数就会增大。这是由 于当材料的孔隙中有了水分（包括水蒸气）后，则孔隙中蒸汽 的扩散和水分子的热传导将起主要传热作用，水的λ 为0.58Ｗ ／(ｍ· Ｋ)，比空气的λ=0.029Ｗ／（ｍ· Ｋ）大20倍左右。如果孔 隙中的水结成了冰，则冰的λ=2.33 Ｗ／（ｍ· Ｋ），使材料的导 热系数更加增大。故绝热材料在应用时必须注意防水避潮。 （４）温度。材料的导热系数随温度的升高而增大，温度升高 时，材料固体分子的热运动增强，同时材料孔隙中空气的导热 和孔壁间的辐射作用也有所增加。但这种影响，当温度在０～ 50℃范围内时并不显著，只有对处于高温或负温下的材料，才 要考虑温度的影响。 （５）热流方向。对于各向异性的材料，如木材等纤维质的材 料，当热流平行于纤维方向时，热流受到阻力小，而热流垂直 于纤维方向时，受到的阻力就大。
第十一章机械工程材料的选择及应用
92第十一章 机械工程材料的选择及应用掌握各种工程材料的特性，正确地选择和使用材料，并能初步分析机器及零件使用过程中出现的各种材料问题，是对从事机械设计与制造的工程技术人员的基本要求，因为机器零件的设计不单是结构设计，还应该包括材料与工艺的设计。
为机器零件的设计不单是结构设计，还应该包括材料与工艺的设计。
许多机械工程师把选材看成一种简单而不太重要的任务。
当碰到零件的选材问题时，他们一般都是参考相同零件或类似零件的用材方案，选择一种传统上使用的材料（这种方法称为经验选材法）；当无先例可循，同时对材料的性能（如耐腐蚀性能等）又无特殊要求时，他们仅仅根据简单的计算和手册提供的数据，信手选定一种较万能的材料，例如45钢。
这种简单化的处理方法已日益暴露出种种缺点，并证明是许多重大质量事故的根源。
所以，选材正在逐渐变成一种严格地建立在试验与分析基础上的科学方法。
掌握这种选材方法的要领，了解正确选材的过程，显然具有很大的实际价值。
方法。
掌握这种选材方法的要领，了解正确选材的过程，显然具有很大的实际价值。
在机械制造业中，新设计的机械产品中的每一个机械零件或工程构件、工艺装备和非标准设备，机械产品的改型，机械产品中某些零件需要更换材料，进口设备中某些零配件需用国产零配件代用等，都会遇到材料的选用。
一般机械零件，在设计和选材时，大多以使用性能指标作为主要依据。
而对机械零件起主导作用的机械性能指标，时，大多以使用性能指标作为主要依据。
而对机械零件起主导作用的机械性能指标， 则是根据零件的工作条件和失效形式提出的。
则是根据零件的工作条件和失效形式提出的。
§11.1 零件的失效形式与提高材料性能的途径一、零件的失效与失效分析零件在工作过程中最终都要发生失效。
所谓失效是指：（1）零件完全破坏，不能继续工作；（2）严重损伤，继续工作很不安全；（3）虽能安全工作，但已不能满意地起到预定的作用。
只要发生上述三种情况中的任何一种，都认为零件已经失效。
第11章--天棚工程
第十一章天棚工程第一节基础知识天棚工程包括抹灰面层和天棚吊顶工程等。
一、天棚抹灰工程天棚抹灰多为一般抹灰，材料及组成同墙柱面的一般抹灰，包括石灰砂浆、水泥砂浆、混合砂浆、石灰膏等。
项目做法由石灰砂浆面、水泥砂浆面、水泥石灰砂浆面和水泥膏面等分项确定。
天棚一般抹灰抹灰部位分混凝土天棚、亭顶棚、飘窗等。
主要工作内容为清理基层、调运砂浆、扫浆、抹灰找平、罩面及压光、小圆角抹光。
二、天棚吊顶装饰天棚吊顶由天棚龙骨、天棚基层、天棚面层组成，其基本构成综述如下。
(一) 龙骨材料1. 木龙骨。
木龙骨以方木为支承骨架，由上槛、下槛、主柱和斜撑组成。
按构成分为单层和双层二种。
2. 轻钢龙骨分为上人和不上人两种类型，龙骨型材分为Q50(50系列)、Q75(75系列)和Q100(100系列)，装配式U型轻钢和T型铝合金天棚龙骨面层安装规格有300×300、450×450、600×600及600×600以上。
3. 铝合金龙骨材料由纯铝加入锰、镁等合金元素而成，具有质轻、耐蚀、耐磨、韧度大等特点。
经氧化着色表面处理，可得银白色、金色、青铜色和古铜色等颜色，外表色泽雅致美观，经久耐用。
按主龙骨断面分为U形、T形等几种形式。
(二) 基层、面层材料1. 普通胶合板、硬质纤维板、装饰石膏板等材料性质详见第二编第二章的墙柱面工程。
2. 石棉板、矿棉装饰吸声板石棉水泥平板以石棉纤维与水泥为原料，经机器抄取、加压加工而成。
石棉水泥平板加压制成湿坯后，经液压冲孔机冲孔或压波机轧压、养护而制成穿孔吸声水泥板或石棉水泥半波板。
矿渣棉又称矿棉，是利用平炉、高炉的工业废矿渣为主要原料，经熔化、高速离心法或喷吹法等工序制成的一种棉丝状并具有保温、隔热、吸声、防震功能的无机纤维材料。
矿棉装饰吸声板以矿渣棉为主要原料，加入适量的胶粘剂、防潮剂、防腐剂，加压、烘干而成，再经表面处理与其他材料复合，可控制纤维飞扬，是一种高级吊顶装饰材料。
《工程材料学》习题新2
《工程材料》习题第一章金属机械性能一、解释名词疲劳强度屈服强度抗拉强度冲击韧性延伸率断面收缩率二、判断正误1、材料在均匀塑性变形阶段承受的最大拉应力称为屈服强度。
（）2、所有金属材料在拉伸时均有明显的屈服现象。
（）3、相同材料和相同尺寸的试样，表面光滑者比表面有微裂纹者的疲劳强度高。
（）4、金属材料的弹性模量E愈大，则其塑性愈差。
（）5、同种材料不同尺寸试样所测得的延伸率相同。
（）第二章金属的晶体结构一、解释名词晶格晶体结构晶体空位组织二、判断正误1、金属的晶界是面缺陷。
晶粒愈细，晶界愈多，金属的性能愈差。
（）2、因为单晶体是各向异性的，所以实际金属材料在各个方向上的性能也是不相同的。
（）3、体心立方晶格中原子排列最密集的晶面是(111)面。
（）4、实际金属在不同方向上的性能是不一样的。
（）5、细晶粒金属的强度高但塑性较差。
（）三、选择题1、晶体中的晶界属于 ca.点缺陷b.线缺陷c.面缺陷d.体缺陷2、工程上使用的金属材料一般都具有 da. 各向异性b. 各向同性c. 伪各向异性d. 伪各向同性四、填空1、实际金属中存在有_____、______、______缺陷。
其中，位错是____缺陷，晶界是____缺陷。
2、位错的基本类型有两种，它们是_______位错和______位错，有多余半个原子面是________位错所特有的。
3、常见的金属晶体结构有_________、__________、__________三种。
在这三种金属晶体结构中，原子排列最密集的晶面分别是_________、__________、__________。
第三章金属的结晶一、解释名词过冷度二、判断正误1、金属结晶的必要条件是快冷。
（）2、凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
（）3、纯金属的实际结晶温度与其冷却速度有关。
（）4、纯金属的实际晶粒度与其冷却速度有关。
（）三、选择题1、同素异构转变伴随着体积的变化，其主要原因是a. 晶粒尺寸发生变化b. 过冷度发生变化c. 致密度发生变化d. 晶粒长大速度发生变化2、金属在结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度a. 越高b. 越低c. 越接近理论结晶温度d. 不能确定四、填空1、纯铁的同素异构体有_____________、_______________和_______________。
《工程材料学》习题
《工程材料学》习题《工程材料学》习题第一章概论一、解释名词晶体、金属键、离子键、分子键、共价键二、填空题 1、材料科学的任务是揭示材料的之间的相互关系及变化规律。
2、材料的性能主要包括两个方面。
3、晶体物质的基本特征是。
4、固体中的结合键可分为种，它们是、、、。
三、是非题1、晶体是较复杂的聚合体。
2、结构材料是指工程上要求机械性能的材料。
3、物质的状态反映了原子或分子之间的相互作用和它们的热运动。
4、比重较大的金属是黑色金属，比重较小的金属是有色金属。
四、综合分析题1、比较离子晶体与分子晶体的结构特征及性能特点。
2、比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料在结合键上的差别。
第二章金属的结构一、名词解释固溶强化弥散强化相金属化合物固溶体二、是非题1、金属化合物相与固溶体相的本质区别在于前者的硬度高、脆性大。
2、于溶质原子对位错运动具有阻碍作用，因此造成固溶体合金的强度、硬度提高。
3、固溶体的强度、硬度一定比溶剂金属的强度、硬度高。
三、选择题1、固溶体合金在结晶时a)不发生共晶转变b)要发生共晶转变c)必然有二次相析出 d)多数要发生共析转变 2、二元合金中，铸造性能最好的合金是：a)固溶体合金b)共晶合金c)共析合金d)包晶成分合金 3、同素异构转变伴随着体积的变化，其主要原因是： a)晶粒尺寸发生变化b)过冷度发生变化c)致密度发生变化d)晶粒长大速度发生变化 4、二元合金中，压力加工性能最好的合金是a)固溶体合金b)共晶合金c)共析合金d)包晶成分合金四、填空题1、强化金属材料的基本方法：、和。
合金的两大基本相是和，其本质区别是。
第三章金属的结晶一、解释名词疲劳强度、组织、过冷度、晶格、变质处理、晶体结构、晶体二、是非题1、金属结晶的必要条件是快冷。
2、细晶粒金属的强度高但塑性差。
3、凡是液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
4、金属的晶界是面缺陷。
晶粒越细，晶界越多，金属的性能越差。
5、纯金属的实际结晶温度与其冷却速度有关。
工程材料与热加工复习资料-学生(含部分答案)
工程材料与热加工复习资料第1章材料的力学性能疲劳断口的三个区域。
疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和最后断裂区三部分组成5．金属塑性的2个主要指标。
伸长率和断面收缩率6．金属的性能包括力学性能、_物理___性能、_化学_性能和__工艺_性能。
7．材料的工艺性能包括哪些？包括铸造性、焊接性、锻压性、切削性以及热处理性。
第2章金属的晶体结构与结晶二、问答题1．金属中常见的晶体结构有哪几种？(α-Fe、γ-Fe是分别是什么晶体结构)。
体心立方体晶格、面心立方体晶格、密排六方晶格。
α-Fe 是体心立方体晶格结构γ-Fe是面心立方体晶格结构晶体和非晶体的特点和区别。
2．实际晶体的晶体缺陷有哪几种类型？点缺陷、线缺陷、面缺陷。
3点缺陷分为：空位、间隙原子、置换原子4．固溶体的类型有哪几种?置换固溶体、间隙固溶体5．纯金属的结晶是由哪两个基本过程组成的?晶体的形成、晶体的长大6．何谓结晶温度、过冷现象和过冷度?纯金属液体在无限缓慢的冷却条件下的结晶温度，称为理论结晶温度金属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象理论结晶温度与实际结晶温度的差叫做过冷度过冷度与冷却速度有何关系？结晶时冷却的速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度就越低。
7．晶粒大小对金属的力学性能有何影响?在一般情况下，晶粒越细，金属的强度、塑性和韧性就越好。
细化晶粒的常用方法有哪几种?增加过冷度、变质处理、振动或搅拌8．什么是共析转变？在恒定温度下，有一特定成分的固相同时分解成两种成分和结构均不同的新固相的转变成为共析转变二、填空题1．珠光体是由___铁素体_____和____渗碳体_____组成的机械混合物(共析组织)。
2．莱氏体是由_____奥氏体___和____渗碳体_____组成的机械混合物(共晶组织)。
3．奥氏体在1148℃时碳的质量分数可达____2.11%______，在727℃时碳的质量分数为____0.77%___。
4. 根据室温组织的不同，钢可分为___共_____钢、____亚共____钢和____过共___钢。
《工程材料学》习题
《工程材料》习题第一章金属机械性能一、解释名词疲劳强度屈服强度抗拉强度冲击韧性延伸率断面收缩率二、判断正误1、材料在均匀塑性变形阶段承受的最大拉应力称为屈服强度。
（）2、所有金属材料在拉伸时均有明显的屈服现象。
（）3、相同材料和相同尺寸的试样，表面光滑者比表面有微裂纹者的疲劳强度高。
（）4、金属材料的弹性模量E愈大，则其塑性愈差。
（）5、同种材料不同尺寸试样所测得的延伸率相同。
（）第二章金属的晶体结构一、解释名词晶格晶体结构晶体空位组织二、判断正误1、金属的晶界是面缺陷。
晶粒愈细，晶界愈多，金属的性能愈差。
（）2、因为单晶体是各向异性的，所以实际金属材料在各个方向上的性能也是不相同的。
（）3、体心立方晶格中原子排列最密集的晶面是(111)面。
（）4、实际金属在不同方向上的性能是不一样的。
（）5、细晶粒金属的强度高但塑性较差。
（）三、选择题1、晶体中的晶界属于 ca.点缺陷b.线缺陷c.面缺陷d.体缺陷2、工程上使用的金属材料一般都具有 da. 各向异性b. 各向同性c. 伪各向异性d. 伪各向同性四、填空1、实际金属中存在有_____、______、______缺陷。
其中，位错是____缺陷，晶界是____缺陷。
2、位错的基本类型有两种，它们是_______位错和______位错，有多余半个原子面是________位错所特有的。
3、常见的金属晶体结构有_________、__________、__________三种。
在这三种金属晶体结构中，原子排列最密集的晶面分别是_________、__________、__________。
第三章金属的结晶一、解释名词过冷度二、判断正误1、金属结晶的必要条件是快冷。
（）2、凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
（）3、纯金属的实际结晶温度与其冷却速度有关。
（）4、纯金属的实际晶粒度与其冷却速度有关。
（）三、选择题1、同素异构转变伴随着体积的变化，其主要原因是a. 晶粒尺寸发生变化b. 过冷度发生变化c. 致密度发生变化d. 晶粒长大速度发生变化2、金属在结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度a. 越高b. 越低c. 越接近理论结晶温度d. 不能确定四、填空1、纯铁的同素异构体有_____________、_______________和_______________。
新编材料力学教学配套课件张少实主编第11章
第11章 材料失效及强度理论
11-3 关于屈服的强度理论
1）最大切应力强度理论（第三强度理论）
讨论：
1 3 s
在 — 应力平面内
1） 0 ； s 2） 0 ； s 3） 0 ； s 4） 0 ； s 5） 0 ， 0 ； s 6） 0 ， 0 ； s
在复杂应力状态下，材料发生哪种失效，还将取决于应力状 态。 例如，在三向压应力状态，即使是非常好的脆性材料，也 不会发生断裂失效。
第11章 材料失效及强度理论
11-1 常用工程材料的失效模式及强度理论概念 2）强度理论的概念 材料发生什么形式的失效？何时发生失效？失效时的应力， 即极限应力是多大？怎样建立失效判据？要解决这些问题，对于 单向应力状态情况是很容易的。那就是可以模拟实际的单向应力
第11章 材料失效及强度理论
11-1 常用工程材料的失效模式及强度理论概念 2）强度理论的概念 但是，材料失效是存在原因和规律的，在有限实验的基础 上，可以对材料失效的现象加以归纳、整理，对失效原因作一些 假说，即无论何种应力状态，也无论何种材料，只要失效模式相 同，便具有同一个失效原因。这样，就可以通过轴向拉伸这一简 单实验的结果，去预测材料在不同应力状态下的失效和建立材料 在一般应力状态下的失效判据。
关于材料失效原因与规律的假说或学说，称为强度理论。
强度理论必须经受实验与实践的检验。实际上，也正是在反 复实验与实践基础上，强度理论才得到发展并日趋完善。目前， 有许多种强度理论，本课只介绍工程中常用的几种强度理论。
第11章 材料失效及强度理论
11-2 关于断裂的强度理论
1）最大拉应力强度理论（第一强度理论）
第11章 材料失效及强度理论
11-1 常用工程材料的失效模式及强度理论概念 1）常用工程材料的失效模式
第11章压杆稳定
压杆截面如图所示。两端为柱形铰链约束，
若绕 y 轴失稳可视为两端固定，若绕 z 轴失稳可视为 两端铰支。已知，杆长l=1m ,材料的弹性模量
E=200GPa，sp=200MPa。求压杆的临界应力。
解：
iy 1 3 ( 0 . 03 0 . 02 ) Iy 12 0.0058m A 0.03 0.02
3.压杆失稳：
弹性杆件 稳定直线平衡
F Fcr
F Fcr
F Fcr
F Fcr
微小扰动 恢复直线平衡 不稳定直线平衡
F Fcr
弯曲 除去扰动
v
弯曲
微小扰动
新的弯曲平衡 随遇平衡
除去扰动
F Fcr 除直线平衡形式外，无穷小邻域内，可能微弯平衡
压杆从直线平衡形式到弯曲平衡形式的转变，称为失稳
一、两端铰支的细长压杆：
x
Fcr
F M(x)=Fw
l m w B m
m
x
m
B y F
x
y
Fcr
压杆任一 x 截面沿 y 方向的位移 w f ( x ) 该截面的弯矩
M ( x ) Fw
杆的挠曲线近似微分方程
EIw '' M ( x ) Fw
2
（ a）
m
F 令k 得 w '' k 2 w 0 (b) EI
16
4.压杆的临界压力： 稳 定 平 衡 临界状态
过 渡
临界压力：Fcr
不 即：使压杆保持在微 稳 弯状态下平衡的最小 定 轴向力。 平 衡
F Fcr —稳定平衡状态 F Fcr —临界平衡状态 F Fcr —不稳定平衡状态
第十一章 机械工程常用材料
§11-1 常用金属材料 一 钢 1. 非合金钢（碳素钢） 碳素钢：含碳量<2.11%的铁碳合金。 按质量分数分类： 低碳钢、中碳钢、高碳钢 按质量等级分类： 普通质量、优质和特殊质量 按用途分类： 碳素结构钢、碳素工具钢
2. 合金钢 合金钢：在碳素钢的基础上，有目的的加入一些合金元 素, (如铬Cr、钒V、镍Ni、钨W)性能显著提高。
常用的黄铜 金奖黄铜 - H90
弹壳黄铜 -H70 ( H68 )
日用黄铜 -H62 ( H59 )
冷凝器管
法兰阀
闸阀
§11-1 常用金属材料
4) 青铜
1)定义 在黄铜中加入Al、Fe、Si、Cr、Ni、Sn、Mn 等元 素所形成的合金。
2)牌号
QSn4-3、ZCuSn5Pb5Zn5 3 轴承合金 用来制造轴承的特定材料。
用
途
举
例
铁素体 灰铸铁
低载荷和不重要零件，如盖、外罩、手轮、支 架等 承受中等应力的零件，如底座、床身、工作台、 阀体、管路附件及一般工作条件要求的零件
承受较大应力和较重要的零件，如汽缸体、齿 轮、机座、床身、活塞、齿轮箱、油缸等 床身导轨，车床、冲床等受力较大的床身、机 座、主轴箱、卡盘、齿轮等，高压油缸、泵体、 阀体、衬套、凸轮，大型发动机的曲轴、汽缸 体、汽缸盖等
Q235、Q275——拉杆、连杆、轴、齿轮、螺栓、螺母等
§11-1 常用金属材料
3) 优质碳素结构钢的编号及用途 两位阿拉伯数字，表示含碳量 * 45 --- Wc = 45%%的优质碳素结构钢 * 较高锰质量分数的优质碳素结构钢 45Mn --- Wc = 45%， WMn = 0.7%～1.0%
第十一章
机械工程常用材料
土木工程材料答案
1.为什么土木工程材料大多数为复合材料？2.材料的孔隙率、孔隙状态、孔隙尺寸对材料的性质有什么影响？3.材料的密度、表观密度、体积密度、堆积密度有何区别？材料含水时对四者有什么影响？4.称取堆积密度为1500kg/m3的干砂200g，将此砂装入容量瓶内，加满水并排尽气泡（砂已吸水饱和），称得总质量为510g。
将此瓶内砂倒出，向瓶内重新注满水，此时称得总质量为386g，试计算砂的表观密度。
5.材料的脆性和弹性、韧性和塑性有什么不同?6.脆性材料和韧性材料各有什么特点?7.影响材料强度和断裂韧性的因素有哪些？8.经测定，质量3.4kg，容积为10.0L的容量筒装满绝干石子后的总质量为18.4kg。
若向筒内注入水，待石子吸水饱和后，为注满此筒共注入水 4.27 kg。
将上述吸水饱和的石子擦干表面后称得总质量为18.6 kg （含筒的质量）。
求该石子的表观密度、绝干体积密度、质量吸水率、体积吸水率、绝干堆积密度、开口孔隙率？9.含水率为10%的l00g湿砂，其中干砂的质量为多少克?10.材料含水时对材料的性质有何影响?11.某岩石在气于、绝于、吸水饱和情况下测得的抗压强度分别为172、178、168MPa。
求该岩石的软化系数，并指出该岩石可否用于水下工程?12.现有一块气干质量为2590g的红砖，其吸水饱和后的质量为2900g，将其烘干后的质量为2550g。
将此砖磨细烘干后取50g，其排开水的体积由李氏瓶测得为18.62cm3。
求此砖的体积吸水率、质量吸水率、含水率、体积密度、孔隙率及开口孔隙率，并估计其抗冻性如何？13.现有甲、乙两相同组成的材料，密度为2.7g/cm3。
甲材料的绝干体积密度为1400kg/m3，质量吸水率为17%；乙材料吸水饱和后的体积密度为1862kg／m3，体积吸水率为46.2%。
试求：（1）甲材料的孔隙率和体积吸水率?（2）乙材料的绝干体积密度和孔隙率?（3）评价甲、乙两材料。
工程材料习题与思考题-学生用
第一部分习题与考虑题1、名词解释：抗拉强度、屈服强度、刚度、疲劳强度、冲击韧性、断裂韧性。
2、设计刚度好的零件，应根据何种指标选择材料？材料的弹性模量E愈大，那么材料的塑性愈差。
这种说法是否正确？为什么？3、如下列图的四种不同材料的应力—应变曲线，试比较这四种材料的抗拉强度、屈服强度〔或屈服点〕、刚度和塑性。
并指出屈服强度确实定方法。
4、常用的硬度测试方法有几种？这些方法测出的硬度值能否进展比较？5、以下几种工件应该采用何种硬度试验法测定其硬度？〔 1〕锉刀〔2〕黄铜轴套〔3〕供应状态的各种碳钢钢材〔 4〕硬质合金刀片〔5〕耐磨工件的外表硬化层6、断裂韧性是表示材料何种性能的指标？为什么在设计中考虑这种指标？第二部分习题与考虑题1. 解释以下名词的函义：晶体，非晶体；晶格，晶胞；晶格常数，致密度；晶面指数，晶向指数；晶体的各向异性；点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，：亚晶界，位错；单晶体，多晶体；固溶体、金属间化合物、固溶强化；结合键。
2. 金属键、离子键、共价键及分子键结合的材料其性能有何特点。
3. 常见的金属晶体构造有哪几种 ? 它们的原子排列和晶格常数有什么特点? α-Fe 、δ-Fe 、γ-Fe 、 Cu 、 Ni 、 Pb 、 Cr 、 V 、 Mg 、 Zn 各属何种晶体构造 ?4. Fe 的原子直径为 2.54埃，求 Fe 的晶格常数 ? 并计算 1立方毫米 Fe 中的原子数。
5. 标出图中影线所示晶面的晶面指数及 a 、 b 、 c 三晶向的晶向指数。
在立方晶格中，假设晶面指数和晶向指数的数值一样时，那么该晶面和晶向间存在着什么关系 ?6. 画出立方晶格中 (110) 晶面与 (111) 晶面。
并画出在晶格中和 (110) 、 (111) ；晶面上原子排列情况完全一样而空间位向不同的几个晶面。
7. 为什幺单晶体具有各向异性 ? 而多晶体在一般情况下不显示各向异性 ?8. 试比较α-Fe 与γ-Fe 晶格的原子排列严密程度与溶碳才能。
机械工程材料 第2版 第11章 非金属材料
2、金属基复合材料
纤维增强铝基复合材料（硼纤维＋铝） 颗粒增强铝基复合材料（SiC颗粒＋铝）
高强度、高比强度。 飞机和航天器的蒙皮、长梁和航空发动机叶片、 卫星支架、汽车的驱动轴、刹车盘、 发动机缸套、活塞和连杆
聚四氟乙烯（PTFE）： 较高温度耐磨件、耐蚀件
3、橡胶 弹性、耐磨性、耐热、耐寒性、绝缘性 轮胎、运输带、胶带、减震器、胶管、电绝缘制品等
顺丁橡胶：丁二烯单体聚合而成 轮胎、耐寒运输带、胶带、减震器
氯丁橡胶：氯丁二烯聚合而成，“万能橡胶” 矿井的运输带，电缆包皮，耐蚀管道，耐热运输带
§2、陶瓷材料 一、陶瓷材料的组成、性能 定义 无机高分子材料，天然或合成粉状物烧结而成 制备工艺： 制粉 → 压坯 → 烧结 → 成品 组成 晶相、玻璃相、气相组成
晶相主要为氧化物、硅酸盐
性能 高硬耐磨、高抗压强度、耐蚀绝缘、低塑韧性
二、常用陶瓷材料
1、普通陶瓷
由粘土、长石、石英为原料烧结而成
硬度、耐蚀性、耐高温性、 绝缘性较好，强度较低。
日用瓷、建筑瓷、绝缘瓷、耐蚀瓷（耐酸、碱容器及管道）
2、特种陶瓷
由氧化物、氮化物、碳化物等人工原料烧结而成
Al2O3、 Si3N4 、 SiC、 BN
强度、硬度大，耐温高，用于高温结构件
高温件：高温坩埚、炉衬、
耐蚀耐磨件：球阀、泵体、密封环、发动机叶片
高温耐磨件：切削刀具、砂轮、磨具、高速刀具、 高温拉丝模具、高温轴承、高温绝缘件、
§3、复合材料 一、复合材料的组成、性能及分类
定义 将两种或以上材料用人工方法合成的多相材料
基体＋增强相
分类
高分子基复合材料
2、工程塑料
强度较高，耐热性较高 结构件（代钢作仪表机械零件；
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(2) 接头质量好。与气焊及埋弧焊相比，焊接接头金相组
织细、热影响区小、接头性能好。 (3) 设备简单、操作方便。 (4) 易于通过工艺调整来控制焊接变形和改善应力。
第11章 焊 接 其缺点如下： (1) 对焊工要求高。焊工的操作技术和经验直接影响焊接
质量的好坏。
(2) 工人劳动条件差。由于是手工焊接，工人劳动强度大， 而且还要受到高温、烟尘等危害。 (3) 生产率低。由于手工电弧焊一般选择的工艺参数小， 焊接生产率较低。
位置等因素。
第11章 焊 接 表11-2 焊条直径与厚度的关系
焊件厚度/mm 焊条直径/mm ＞13 4～6
2 2
3 3.2
4～5 3.2～4
6～12 4～5
第11章 焊 接 (3) 焊接电流的选择。焊接电流是手工电弧焊最重要的工 艺参数，也是焊接过程中惟一需要焊工调节的参数。焊接电流 的选择主要由焊条直径、焊接位置和焊道层次来决定。 焊条直径越粗，选择的焊接电流应越大。每种直径都有一 个最合适的电流范围(见表11-3)。也可以根据经验公式来选择：
I=(35～55)d。式中，I为焊接电流(A)；d为焊条直径(mm)。
第11章 焊 接 表11-3 各种直径焊条使用电流参考值
焊条直径/mm 焊接电流/A 1.6 25～40 2.0 40～65 2.5 50～80 3.2 100～130 4.0 160～210 5.0 260～270 6.0 260～300
(1) 焊接电源种类和极性选择。手工电弧焊采用的电源有
交流和直流两类。通常，酸性焊条可采用交、直流两种电源。 碱性焊条由于电弧稳定性差，一般只能用直流焊机，对药皮中 含有较多稳弧剂的焊条，也可以使用交流焊机。
第11章 焊 接 (2) 焊条直径。焊条直径是指组成焊条的焊芯直径，焊条 直径的选择应综合考虑焊件厚度(见表11-2)、装配间隙、焊接
但习惯上我们也把它列为焊接范畴。
根据钎焊热源的不同，钎焊可以分为烙铁钎焊、火焰钎焊 (利用氧—乙炔燃烧火焰作热源)、真空或充气感应钎焊(以高频 感应电流产生的电阻热作热源)、电阻钎焊、盐浴钎焊(以高温 盐浴为热源)、电阻炉钎焊(以电阻炉的辐射热为热源)等若干种。
第11章 焊 接
11.2 焊 条 电 弧 焊
第11章 焊 接 2) 压力焊接 在焊接过程中，必须对焊件施加压力(加热或不加热)，以 完成连接的焊接方法称为压力焊。压力的性质可以是静压力、 冲击力或爆炸力等。在少数压力焊(如点焊、缝焊等)过程中， 焊接区域母材也发生熔化现象，然后在压力的作用下冷却、结
晶形成焊接接头，但由于突出了压力在焊接中的主导地位，通
虑其主要作用的同时，还要考虑兼顾其次要作用。
第11章 焊 接
2) 焊条的分类
按用途焊条可分为：① 结构钢焊条：主要用于焊接碳钢 和低合金高强钢；② 钼和铬钼耐热钢焊条：主要用于焊接珠 光体耐热钢和马氏体耐热钢；③ 不锈钢焊条：主要用于焊接 不锈钢和热强钢，可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢焊条两大类； ④ 堆焊焊条：主要用于堆焊，以获得具有诸如红硬性、耐磨 性、耐蚀性等性能的堆焊层；⑤ 低温钢焊条：主要焊接在低 温下工作的焊接结构，其熔敷金属具有不同的低温性能；⑥ 铸铁焊条：主要用于铸铁构件的焊补；⑦ 镍及镍合金焊条： 主要用于镍及镍合金的焊接，也可用于异种金属的焊接；⑧ 铜及铜合金焊：主要用于焊接铜及其合金，包括纯铜焊条和青 铜焊条两类；⑨ 铝及铝合金焊条：主要用于焊接铝及铝合金； ⑩ 特殊用途焊条。
1．焊接电弧
1) 电弧的本质
电弧并不是一般的燃烧现象，而是在一定条件下电荷通
过两电极间气体空间的一种导电过程，是一种气体导电现象
(如图11-1所示)。借助这种气体导电过程，电能转化为热能、 机械能和光能。焊接时主要利用热能和机械能达到焊接金属
的目的。
第11章 焊 接
图11-1 焊接电弧示意图
第11章 焊 接 表11-1 常见气体及元素的电离能El、逸出功Wy
扩散实现不可拆连接的一种工艺方法。被连接的两个物体可以
是各种同类或不同类的金属、非金属，也可以是金属与非金属。
目前，焊接技术已广泛应用于航空航天、石油化工、车辆、锅 炉、起重设备、原子能、船舶、电子等领域。可以这样说：没
有焊接技术的发展与应用，就不会有现代工业和科学技术的今
天。焊接技术之所以获得如此广泛的应用，是由于它具有许多 其它加工方法不具备的优点。
气体 He Ar N2 N H2 H O2 O CO 2 CO HF El/eV 24.58 15.76 15.50 14.53 15.60 13.60 12.5 13.61 13.8 14.01 15.57 元素 Al Cr Ti Mo Mn Ni Mg Cu Fe W Si Cd C El/eV 5.98 6.76 6.82 7.10 7.43 7.63 7.64 7.72 7.87 7.98 8.15 8.99 11.26 Wy /eV 4.25 4.59 3.95 4.29 3.38 4.91 3.78 4.36 4.48 4.54 4.80 4.10 4.45 元素 Cs Pd K Na Ba Li La Ca B I Br Cl F El/eV 3.38 4.18 4.34 5.14 5.21 5.39 5.61 6.11 8.30 10.45 11.84 13.01 17.42 Wy /eV 1.81 2.16 2.02 2.33 2.4 2.38 3.3 2.12 4.30 — — — —
第11章 焊 接 4．电焊条 1) 焊条的组成 (1) 焊芯。手工电弧焊时，焊芯有两个作用，一是作为电极 传导电流和产生电弧，为焊接提供热量；二是受热熔化作为焊 缝的填充金属，与熔化的母材熔合形成焊缝。根据被焊材料，
应按照GB/T 14957—94《熔化焊用钢丝》等相应标准选择相应
牌号的焊丝作焊芯。通常所说的焊条直径即是指焊芯直径。我 国碳钢焊条直径有1.6、2.0、2.5、3.2、4.0、5.0、5.6、6.0、6.4、
第11章 焊 接 (1) 焊接可以非常方便地将两个工件连在一起，具有操作 简单、生产率高的特点。 (2) 焊接是一种原子(或分子)间的连接，具有整体性好、刚 度大等特点。 (3) 利用焊接方法制造的毛坯，与铸造、锻造相比，具有 节能、加工量少、生产率高等特点。 (4) 采用焊接方法，不仅可以连接金属与金属、非金属与
离能转化而来，约占电弧总热量的21%。阴极和阳极的温度和 材料的沸点有关，钢材Hale Waihona Puke 接时，阴极表面温度约2400 K，阳极
表面温度约2600 K，而弧柱中心温度可达6000 K以上。
第11章 焊 接 3) 焊接电弧的极性及其选用 采用直流焊接电源时，由于阳极区比阴极区的温度高，
热量大，实际焊接有正接法和反接法两种接极方法。正接法
指工件接正极，焊条接负极；反接法正好相反。一般情况下， 焊接薄板时适合用反接法，焊接厚板时适合用正接法。
但采用交流焊接电源时，不存在正接与反接的区分。
第11章 焊 接 2．手弧焊的焊接过程 焊条电弧焊又叫手工电弧焊(或简称手弧焊)，焊接过程如
图11-2所示。焊条加在焊钳上，当焊条与工件接触后，迅速将
熔化焊接的基本方法分为：气焊(以氧—乙炔火焰或其它可燃气
体燃烧火焰为热源)、铝热焊(以铝热剂放热反应热为焊接热源)、 电弧焊(以气体导电产生的电弧热为焊接热源)、电渣焊(以焊接
熔渣导电时产生的电阻热为焊接热源)、电子束焊(以高速运动
的电子束流为热源)、激光焊(以单色光子束流为热源)等若干种。
第11章 焊 接 其次，根据焊接过程对熔池的保护方式，可分为真空保护、 气相保护、熔渣保护三种。例如，电弧焊根据保护方式就可分 为埋弧焊、气体保护焊(CO2气体保护焊、氩弧焊等)等。 此外，电弧焊方法还按照电极特征分为熔化极和非熔化极 两大类，如钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊等。
(2) 冶金时间短、条件差。焊接熔池从形成到凝固一般为
10 s左右，各种反应不充分，难以大大平衡状态。同时，有害 气体的侵入，形成脆性的氧化物、氮化物和气孔，焊缝金属的 塑性、韧性显著下降。
第11章 焊 接 为了保证焊接质量，焊接过程中通常采取：① 清除工件 表面的铁锈、油污，烘干焊条等。② 造成保护气氛。利用药 皮、焊剂、气体等，使熔池和外界空气隔绝。③ 添加合金元 素。通过药皮、焊剂等除去有害杂质，添加合金元素，获得 良好的焊缝质量。
在平焊位置焊接时，可选择较大的焊接电流，而横、立、
仰位置焊接时，焊接电流应比平焊小10%～20%。通常打底焊
时，要使用较小的电流；为提高生产率，填充焊要使用较大的 焊接电流；盖面焊时，为防止咬边，能够获得成形美观的焊缝，
使用的电流要稍小些。
第11章 焊 接 3．电弧焊的冶金特点 在熔化焊过程中，焊接区域内的各种物质之间在高温下相 互作用的过程，称为焊接化学冶金过程。这是一个极为复杂的 物理化学变化过程，焊接化学冶金过程对焊缝金属的成分、性 能以及焊接接头的某些缺陷(如气孔、裂纹等)、焊接工艺性能
常也将其归为压力焊接。大多数压力焊情况下，母材并不熔化， 属于固相焊接。为了使固相焊接容易实现，大都在加压的同时
伴随加热措施，但加热温度都低于母材的熔点。
压力焊接的基本方法有：冷压焊(焊接过程中不采取加热措 施)、摩擦焊、超声波焊、爆炸焊、锻焊、扩散焊、电阻点焊、 电阻缝焊、电阻对焊、闪光对焊等。
第11章 焊 接 3) 钎焊 利用熔化的钎料作媒介，通过熔化钎料的润湿和毛细作用 吸入或保持在两被焊件的间隙中，然后冷却结晶形成结合的连 接方法称为钎焊。钎焊并没有达到原子(或分子)间的连接，所 以，如果严格从焊接概念上讲，钎焊不属于真正意义上的焊接，
第11章 焊 接 2) 电弧的构造 电弧由阳极区、阴极区和弧柱区组成，如图11-1所示。阴
极区是一薄层空间，其热量主要由正离子碰撞阴极和电子复合
释放的位能转化来，约占电弧总热量的36%。阳极区也是一薄 层空间，其热量主要由电子的动能和逸出功转化而来，约占电