清华大学—工程材料综合题答案
工程材料习题
第一章概论习题（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成分、组织和性能之间的相互关系及其变化规律。
2．材料的性能主要包括使用性能和工艺性能两个方面。
3．晶体物质的基本特征是4．固体中的结合键可分为四种，他们是金属键、离子键、分子键、共价键。
5．结合键是指在固体状态下，当原子聚集为晶体时，原子之间产生较强的相互作用力。
6．共价键比分子键具有更大的结合力。
7．简单金属的结合键是金属键，过渡金属的结合键是金属键和共价键。
8．金属晶体比离子晶体具有较好的导电能力。
（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，比重较小的金属为有色金属。
（四）选择正确答案1．在原子的聚合体中，若原子间距为平衡距离，作规则排列，并处于稳定状态，则其对应的能量分布为：a．最高；b．最底；c．居中。
2．决定晶体结构和性能最基本的因素是：a．原子间的结合能；b．原子间的距离；c．原子的大小。
3．金属键的特征是：a．具有饱和性；b．没有饱和性；c．具有各向同性。
4．共价晶体具有：a．高强度；b．低熔点；c．不稳定结构。
5．稀有金属属于：a．黑色金属；b．有色金属；c．易熔金属。
（五）综合分析题1．试比较离子晶体与分子晶体的结构特征及性能特点。
2．试比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料在结合键上的差别。
3．石墨（大部分为金属键）和金刚石（全为共价键）都是纯碳，但前者是电的良导体而后者是电的不良导体。
试根据金属键和共价键的特点解释这一现象。
第二章金属结构习题（一）解释名词致密度、晶格、晶胞、单晶体、多晶体、晶粒、亚晶粒、晶界、晶体的各向异性、刃型位错、空位、间隙原子。
（二）填空题1．同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。
清华大学工程材料习题1
答： 1、 ________________ 3、 ________________ 5、 ________________ 7、 ________________ Ⅰ、_______________ Ⅲ、_______________
； ； ； ； ； ；
2、 ________________ 4、 ________________ 6、 ________________ 8、 ________________ Ⅱ、 _______________ Ⅳ、 _______________
三、填空题(本大题共 15 分, 每空 0.5 分) 填空题(
得分： 得分：
1、实际金属中的晶体缺陷有 、 和 。 2、对低碳钢进行的静拉伸试验，可获得的力学性能指标有刚度、 、 等。 3、按化学成分来分，工程材料可分为 、 、 和 四类。 4、按用途可将合金钢分为 、 、 三类。 5、奥氏体是碳在 。 6、铸铁是指含碳量大于_____________%的铁碳合金。 ，在 200℃时晶体结构为 。 7、纯铁在 1150℃时晶体结构为 8、金属在电解质溶液中形成微电池，其中的__________极被腐蚀。 9、每个面心立方晶胞实际含有__________原子，致密度为____________。 10、固溶体一般分为 固溶体和 固溶体。 11、相图的基本类型有 、 、 、和 等。 12、过冷度是 和 之差。 13、油适用于过冷奥氏体稳定性较 的各类合金钢的淬火冷却。 14、结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个过程是 和 。
专业: 专业
班级: 班级
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二、单选题：以下各题请将正确的备选答案的序号填入括号内。不选、错选或多 单选题：以下各题请将正确的备选答案的序号填入括号内。不选、 括号内 选答案者，该小题不得分。 选答案者，该小题不得分。(本大题 16 分，每小题 1 分) 1、25 钢的平均含碳量为： （ ） 得分： 得分：
清华大学 工程材料历年试题
2004年试题一、名词解释1）结构材料2）功能材料3）钢的合金化4）钢的应变时效5）高速钢（风钢）6）钢结硬质合金7）钢的热稳定性8）麻口铸铁9）HT200和QT450-1010）特殊黄铜二、填空题1）材料的使用性能是指材料在使用过程中能够安全可靠地工作所必须具备的性能，它包括材料的_________性能、_________性能和___________性能2）材料的组织状态包括：_________、_________、_________3）材料用钢以_________性能为主，_________性能为辅；机器零件用钢以_________性能为主、_________性能为辅。
4）钢中合金元素的强化作用主要有以下四种方式：_________、_________、_________、以及_________5）钢中合金元素的存在形式主要有：______、______、______和______。
6）机器零件用钢的力学性能要求为：______、______、______和______。
7）热作模具包括：______、______和______三类。
8）塑料模具用钢应满足：______、______、______、______ 9）莱氏体是指______和______两相共存的共晶反应产物，主要表现在______铸铁中。
10）石墨晶体在空间上呈______结构，因而石墨在铁液中生长如不受外界影响时具有______特性。
11）石墨铸铁中石墨呈球状分布，因而这种工程结构材料的______高同时______好。
12）根据二元Al-Si相图，当含Si量超过共晶点（12.5%Si）后，获得的结晶组织为______，其中Si晶体有两种结晶形态，分别为______和______。
三、问答题1）以汽车发动机曲轴为例，说明工程金属材料选材的一般原则。
2）汽车发动机缸体、减速机齿轮和耐酸泵泵体三个零件选用何种工程结构金属材料制造为好？为什么？3）何为调质处理？调质钢的性能特点是什么？某材料成型模具要求用调质钢制造，请推荐一种钢材，简要介绍该模具的制造过程。
工程材料第二版习题解答
第一章材料的结构与性能一、材料的性能（一）名词解释弹性变形：去掉外力后，变形立即恢复的变形为弹性变形。
塑性变形：当外力去除后不能够恢复的变形称为塑性变形。
冲击韧性：材料抵抗冲击载荷而不变形的能力称为冲击韧性。
疲劳强度：当应力低于一定值时，式样可经受无限次周期循环而不破坏，此应力值称为材料的疲劳强度。
σ为抗拉强度，材料发生应变后，应力应变曲线中应力达到的最大值。
bσ为屈服强度，材料发生塑性变形时的应力值。
sδ为塑性变形的伸长率，是材料塑性变形的指标之一。
HB：布氏硬度HRC：洛氏硬度，压头为120°金刚石圆锥体。
（二）填空题1 屈服强度、抗拉强度、疲劳强度2 伸长率和断面收缩率，断面收缩率3 摆锤式一次冲击试验和小能量多次冲击试验， U型缺口试样和V型缺口试样4 洛氏硬度，布氏硬度，维氏硬度。
5 铸造、锻造、切削加工、焊接、热处理性能。
（三）选择题1 b2 c3 b4 d f a （四）是非题 1 对 2 对 3错 4错（五）综合题 1 最大载荷为2805.021038.5πσ⨯=F b断面收缩率%10010810010⨯-=-=A A A ϕ 2 此题缺条件，应给出弹性模量为20500MP,并且在弹性变形范围内。
利用虎克定律 320℃时的电阻率为13.0130℃时的电阻率为18.01二、材料的结合方式 （一）名词解释结合键：组成物质的质点(原子、分子或离子)间的相互作用力称为结合键，主要有共价键、离子键、金属键、分子键。
晶体：是指原子在其内部沿三维空间呈周期性重复排列的一类物质。
非晶体：是指原子在其内部沿三维空间呈紊乱、无序排列的一类物质。
近程有序：在很小的范围内(一般为几个原子间距)存在着有序性。
（二）填空题1 四，共价键、离子键、金属键、分子键。
2 共价键和分子键，共价键，分子键。
3 强。
4 强。
（三）选择题1 a2 b3 a（四）是非题1 错2 错3 对4 错（五）综合题1晶体的主要特点：○1结构有序；○2物理性质表现为各向异性；○3有固定的熔点；○4在一定条件下有规则的几何外形。
工程材料习题与辅导第四版答案(1)(1)
c. 10％
(8)铁素体的机械性能特点是
a．强度高、塑性好、硬度低 硬度低
b. 强度低、塑性差、
c．强度低、塑性好、硬度低
(9)面心立方晶格的晶体在受力变形时的滑移面是
a.﹛100﹜
b.﹛111﹜
c.﹛110﹜
(10)体心立方晶格的晶体在受力变形时的滑移方向是
a．〈100〉
b．〈111〉
c.〈110〉
(5) 典型铸锭结构的三个晶区分别为( 表面细晶区 )、( 柱 状晶区 )和（ 中心等轴晶 ）。
(6) 固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度( 高 )。
(7) 固溶体出现枝晶偏析后，可用(扩散退火)加以消除。
(8) 一合金发生共晶反应，液相 L 生成共晶体( )。共晶 反应式为( L—（α+β）)，共晶反应的特点是( 在恒温下进行， 三相共存 )。
(19) 用光学显微镜观察，上贝氏体呈( 氏体呈( 黑色针状 )状。
羽毛
)状，下贝
(20) 马氏体的显微组织形态主要有（ 板条状 ）、（ 针状 ） 两种。其中（ 板条马氏体 ） 的
韧性较好。
.6
一、填空
(21)钢的淬透性越高，则其 C 曲线的位置越（ 靠右 ）, 说明临界冷却速度越（ 小 ）
(22)马氏体是一种( 铁 )磁相，在磁场中呈现磁性；而奥 氏体是一种( 顺 )磁相，在磁
(12) 用显微镜观察某亚共析钢，若估算其中的珠光体体积分 数为 80%，则此钢的碳的质量 分数为( 0.62%C )。
(13) 钢在常温下的变形加工称为( 冷 )加工，而铅在常 温下的变形加工称为( 热 )加工
(14) 造成加工硬化的根本原因是( 性变形抗力增加 )。
位错运动受阻,引起塑
清华材料科学基础习题与答案
清华材料科学基础习题与答案《晶体结构与缺陷》第⼀章习题及答案1-1.布拉维点阵的基本特点是什么？答：具有周期性和对称性，⽽且每个结点都是等同点。
1-2.论证为什么有且仅有14种Bravais点阵。
答：第⼀，不少于14种点阵。
对于14种点阵中的任⼀种，不可能找到⼀种连接结点的⽅法，形成新的晶胞⽽对称性不变。
第⼆，不多于14种。
如果每种晶系都包含简单、⾯⼼、体⼼、底⼼四种点阵，七种晶系共28种Bravais点阵。
但这28种中有些可以连成14种点阵中的某⼀种⽽对称性不变。
例如体⼼单斜可以连成底⼼单斜点阵，所以并不是新点阵类型。
1-3.以BCC、FCC和六⽅点阵为例说明晶胞和原胞的异同。
答：晶胞和原胞都能反映点阵的周期性，即将晶胞和原胞⽆限堆积都可以得到完整的整个点阵。
但晶胞要求反映点阵的对称性，在此前提下的最⼩体积单元就是晶胞；⽽原胞只要求体积最⼩，布拉维点阵的原胞都只含⼀个结点。
例如：BCC晶胞中结点数为2，原胞为1；FCC晶胞中结点数为4，原胞为1；六⽅点阵晶胞中结点数为3，原胞为1。
见下图，直线为晶胞，虚线为原胞。
BCC FCC 六⽅点阵1-4.什么是点阵常数？各种晶系各有⼏个点阵常数？答：晶胞中相邻三条棱的长度a、b、c与这三条棱之间的夹⾓α、β、γ分别决定了晶胞的⼤⼩和形状，这六个参量就叫做点阵常数。
晶系a、b、c，α、β、γ之间的关系点阵常数的个数三斜a≠b≠c，α≠β≠γ≠90o 6 (a、b、c 、α、β、γ) 单斜a≠b≠c，α=β=90≠γ或α=γ=90≠β 4 (a、b、c、γ或a、b、c、β) 斜⽅a≠b≠c，α＝β＝γ＝90o 3 (a、b、c)正⽅a=b≠c，α=β=γ=90o 2 (a、c)⽴⽅a=b=c，α=β=γ=90o 1 (a)六⽅a=b≠c，α=β=90o,γ=120o 2 (a、c)菱⽅a=b=c，α=β=γ≠90o 2 (a、α)1-5.分别画出锌和⾦刚⽯的晶胞，并指出其点阵和结构的差别。
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清华大学材料科学基础习题答案第1章练习和答案1第2章练习和答案8第3章练习和答案11第4章练习和答案15 《晶体结构与缺陷》第1章练习和答案1-1。
勇敢格子的基本特征是什么？答:它具有周期性和对称性，每个节点都是一个等价点。
1-具有周期性和对称性，每个节点都是一个等价点。
1:首先，不少于14种点阵。
对于14种晶格中的任何一种，在不改变对称性的情况下，都不可能找到一种方法来连接节点以形成一个新的晶胞。
第二，不超过14种。
如果每个晶体系统包括四种晶格，即简单晶格、平面晶格、体晶格和底晶格，那么在七个晶体系统中有28种布拉瓦晶格。
然而，这28种晶格中的一些可以在不改变对称性的情况下连接成14种晶格中的一种。
例如，体心单斜可以连接成底部中心单斜晶格，所以它不是一种新的晶格类型。
1-但是这28种晶格中的一些可以连接成14种晶格中的一种，而不改变对称性。
例如，体心单斜可以连接成底部中心单斜晶格，所以它不是一种新的晶格类型。
1.单位胞元和原胞元都可以反映晶格的周期性，即单位胞元和原胞元的无限积累可以获得一个完整的完整晶格。
然而，晶胞需要反映晶格的对称性。
在这个前提下，最小体积单位是单位单元。
然而，原始单元只需要最小的体积，而勇敢晶格的原始单元只包含一个节点。
例如:BCC单元中的节点数为2，原始单元为1。
催化裂化装置单元中的节点数为4，原单元为1。
六边形网格单元中的节点数为3，原始单元为1。
如下图所示，直线是单位单元格，虚线是原始单元格。
虽然原始细胞只需要最小的体积，雅鲁藏布江晶格的原始细胞只包含一个节点。
例如: BCC单元中的节点数为2，原始单元为1。
催化裂化装置单元中的节点数为4，原单元为1。
六边形网格单元中的节点数为3，原始单元为1。
如下图所示，直线是单位单元格，虚线是原始单元格。
立方立方立方立方六边形晶格1:晶胞中相邻三条边的长度A、B和C以及三条边之间的夹角α、β和γ分别决定晶胞的大小和形状。
这六个参数被称为晶格常数。
清华大学工程材料综合题答案
第一章6、实际金属晶体中存在哪些缺陷？它们对性能有什么影响？答：点缺陷：空位、间隙原子、异类原子。
点缺陷造成局部晶格畸变，使金属的电阻率、屈服强度增加，密度发生变化。
线缺陷：位错。
位错的存在极大地影响金属的机械性能。
当金属为理想晶体或仅含极少量位错时，金属的屈服强度σs很高，当含有一定量的位错时，强度降低。
当进行形变加工时，为错密度增加，σs将会增高。
面缺陷：晶界、亚晶界。
亚晶界由位错垂直排列成位错墙而构成。
亚晶界是晶粒内的一种面缺陷。
在晶界、亚晶界或金属内部的其他界面上，原子的排列偏离平衡位臵，晶格畸变较大，位错密度较大（可达1016m-2以上）。
原子处于较高的能量状态，原子的活性较大，所以对金属中的许多过程的进行，具有极为重要的作用。
晶界和亚晶界均可提高金属的强度。
晶界越多，晶粒越细，金属的塑性变形能力越大，塑性越好。
8、什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？答：形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。
固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。
晶格畸变随溶质原子浓度的提高而增大。
晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。
9、间隔固溶体和间隔相有什么不同？答：合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。
间隙固溶体中溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。
间隙固溶体的晶体结构与溶剂相同。
第二章1、金属结晶的条件和动力是什么?答：液态金属结晶的条件是金属必须过冷，要有一定的过冷度。
液体金属结晶的动力是金属在液态和固态之间存在的自由能差(ΔF)。
2、金属结晶的基本规律是什么?答：液态金属结晶是由生核和长大两个密切联系的基本过程来实现的。
液态金属结晶时，首先在液体中形成一些极微小的晶体(称为晶核)，然后再以它们为核心不断地长大。
清华大学 材料科学基础——作业习题第六章
第六章目录6.1 要点扫描 (1)6.1.1 金属的弹性变形 (1)6.1.2 单晶体的塑性变形 (2)6.1.3 多晶体的塑性变形与细晶强化 (8)6.1.4 纯金属的塑性变形与形变强化 (10)6.1.5 合金的塑性变形与固溶强化和第二相强化 (14)6.1.6 冷变形金属的纤维强化和变形织构 (16)6.1.7 冷变形金属的回复与再结晶 (17)6.1.8 热变形、蠕变和超塑性 (20)6.1.9 断裂 (22)6.2 难点释疑 (25)6.2.1 从原子间结合力的角度了解弹性变形。
(25)6.2.2 从分子链结构的角度分析粘弹性。
(25)6.2.3 FCC、BCC和HCP晶体中滑移线的区别。
(25)6.2.4 Schmid定律与取向规则的应用。
(26)6.2.5 孪生时原子的运动特点。
(27)6.2.6 Zn单晶任意的晶向[uvtw]方向在孪生后长度的变化情况 (29)6.3 解题示范 (30)3.4 习题训练 (33)参考答案 (38)第六章 金属与合金的形变6.1 要点扫描6.1.1 金属的弹性变形1. 弹性和粘弹性所谓弹性变形就是指外力去除后能够完全恢复的那部分变形。
从对材料的力学分析中可以知道，材料受力后要发生变形，外力较小时发生弹性变形，外力较大时产生塑性变形，外力过大就会使材料发生断裂。
对于非晶体，甚至某些多晶体，在较小的应力时，可能会出现粘弹性现象。
粘弹性变形即与时间有关，又具有可恢复的弹性变形，即具有弹性和粘性变形两方面的特性。
2. 应力状态金属的弹性变形服从虎克定律，应力与应变呈线性关系：γτεσG E == 其中： yx G E εενν-==+,)1(2 E 、G 分别为杨氏模量和剪切模量，v 为泊松比。
工程上，弹性模量是材料刚度的度量。
在外力相同的情况下，E 越大，材料的刚度越大，发生弹性形变的形变量就越小。
3. 弹性滞后由于应变落后于应力，使得εσ-曲线上的加载线和卸载线不重合而形成一个闭合回路，这种现象称为弹性滞后。
工程材料全面答案清华大学出版
工程材料思考题参考答案第一章金属的晶体结构与结晶1．解释下列名词点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。
答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。
线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。
如位错。
面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。
如晶界和亚晶界。
亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。
亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。
刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。
滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。
如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。
单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。
多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。
过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。
非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。
变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。
变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格；γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格；Mg、Zn属于密排六方晶格；3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。
工程材料复习题
答：
Q235A是A级碳素结构钢，碳的质量分数是
0.14%～
0.22%，可轧制成钢板。
15、45、65均为优质碳素结构钢，碳的质量分数分别是
0.12%～
0.18%、
0.42%～
0.50%、
0.62%～
0.70%，可用于制造各种机器零件，如轴、销、套筒等。
答：
碳的质量分数为
4.3%；液体的质量约为
8.1Kg。
4.比较退火状态下的45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性的高低，简述原因。
答：45钢为亚共析钢，退火后组织为F+P；T8钢为共析钢，退火后组织为P；T12钢为过共析钢，退火后组织为F+渗碳体。而F强度低、硬度低、塑性好；渗碳体硬而脆；P强度较高，塑性、韧性和硬度介于F和渗碳体之间。因而
4.试分析合金元素Cr在40Cr、GCr
15、CrWMn、1Cr
13、1Cr18Ni9Ti、4Cr9Si2等钢中的作用。
答：40Cr、GCr15：提高淬透性。CrWMn：
提高耐磨性。1Cr
13、1Cr18Ni9Ti、4Cr9Si2：提高耐蚀性。
5.试述石墨形态对铸铁性能的影响。
答：
因石墨的存在，造成脆性切削，铸铁的切削加工性能优异；铸造性能良好，铸件凝固时形成石墨产生的膨胀减少了铸件体积的收缩，降低了铸件中的内应力；石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油，使铸件有很好的耐磨性能；石墨对振动的传递起削弱作用，使铸铁有很好的抗振性能；大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感。
答：
增大金属的过冷度、变质处理、振动、电磁搅拌。
2.如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下铸造晶粒的大小：
清华大学-—工程材料综合题答案
清华⼤学-—⼯程材料综合题答案第⼀章6、实际⾦属晶体中存在哪些缺陷？它们对性能有什么影响？答：点缺陷：空位、间隙原⼦、异类原⼦。
点缺陷造成局部晶格畸变，使⾦属的电阻率、屈服强度增加，密度发⽣变化。
线缺陷：位错。
位错的存在极⼤地影响⾦属的机械性能。
当⾦属为理想晶体或仅含极少量位错时，⾦属的屈服强度σs很⾼，当含有⼀定量的位错时，强度降低。
当进⾏形变加⼯时，为错密度增加，σs将会增⾼。
⾯缺陷：晶界、亚晶界。
亚晶界由位错垂直排列成位错墙⽽构成。
亚晶界是晶粒内的⼀种⾯缺陷。
在晶界、亚晶界或⾦属内部的其他界⾯上，原⼦的排列偏离平衡位置，晶格畸变较⼤，位错密度较⼤（可达1016m-2以上）。
原⼦处于较⾼的能量状态，原⼦的活性较⼤，所以对⾦属中的许多过程的进⾏，具有极为重要的作⽤。
晶界和亚晶界均可提⾼⾦属的强度。
晶界越多，晶粒越细，⾦属的塑性变形能⼒越⼤，塑性越好。
8、什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？答：形成固溶体使⾦属强度和硬度提⾼的现象称为固溶强化。
固溶体随着溶质原⼦的溶⼊晶格发⽣畸变。
晶格畸变随溶质原⼦浓度的提⾼⽽增⼤。
晶格畸变增⼤位错运动的阻⼒，使⾦属的滑移变形变得更加困难，从⽽提⾼合⾦的强度和硬度。
9、间隔固溶体和间隔相有什么不同？答：合⾦组元通过溶解形成⼀种成分和性能均匀的，且结构与组元之⼀相同的固相称为固溶体。
间隙固溶体中溶质原⼦进⼊溶剂晶格的间隙之中。
间隙固溶体的晶体结构与溶剂相同。
第⼆章1、⾦属结晶的条件和动⼒是什么?答：液态⾦属结晶的条件是⾦属必须过冷，要有⼀定的过冷度。
液体⾦属结晶的动⼒是⾦属在液态和固态之间存在的⾃由能差(ΔF)。
2、⾦属结晶的基本规律是什么?答：液态⾦属结晶是由⽣核和长⼤两个密切联系的基本过程来实现的。
液态⾦属结晶时，⾸先在液体中形成⼀些极微⼩的晶体(称为晶核)，然后再以它们为核⼼不断地长⼤。
在这些晶体长⼤的同时，⼜出现新的品核并逐渐长⼤，直⾄液体⾦属消失。
清华大学_材料力学课后习题与解答 (1)
3、4 杆的横截面面积 A3＝A4＝800 mm2；1、2 杆的许用应力 120 MPa。试求结构的许用载荷 FP 。
[σ W ] ＝20 MPa， 3、4 杆的许用应力 [σ s ]＝
F3
F1
[ ]
θ
B
FP
(a)
F4
C
F2
F3
习题 2－8 图
(b)
解：由图（a） ： ∑ F y = 0 ， F3 =
－A 在杆变形后的位置（对于左端，由 A—A′；对于右端，由 A—A″） ，有四种答案，试判断哪一种答案
是正确的。 正确答案是 C 。 解：根据变形协调的要求，杆件各部分变形协调一致，既不能断开，也不能互相重叠。答案（A）和 （ D ）中同一处左右两侧横截面 A′ − A′ 和 A′′ − A′′ 断开，答案（ A ）和（ D ）中同一处左右两侧横截面 A′ − A′ 和 A′′ − A′′ 断开；答案（B）中同一处左右两侧横截面 A′ − A′ 和 A′′ − A′′ 发生重叠。因而答案（A） （B）和（D）都是不正确的。答案（C）中同一处左右两侧横截面既不断开也没有发生重叠，所以是正确 的。
FNa Ea FP =− Aa b0 hEs + 2b1hEa
− 200 × 109 × 385 × 103 = −175 MPa（压）
σa =
2． σ s =
0.03 × 0.05 × 200 × 109 + 2 × 0.02 × 0.05 × 70 × 109
σa =
−175E a 70 = −175 = −61.25 MPa（压） Es 200
[FP] = min（57.6 kN，60 kN）＝57.6 kN
*2－9 由铝板和钢板组成的复合柱，通过刚性板承受纵向载荷 FP＝38 kN，其作用线沿着复合柱的轴线方 向。试确定：铝板和钢板横截面上的正应力。
工程材料习题解答.doc
1-2假设塑性变形时材料体积不变，那么在什么情况下塑性指标δ、ψ之间能建立何种数学关系。
解：无颈缩情况下，L0S0＝L1S1 ……①δ＝（L1- L0）/ L0，ψ＝（S0- S1）/ S0 ……②②代入①化简得（δ+1）(1-ψ)=11-3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改变改支架的截面与结构形状尺寸。
答：选用第三种。
因为工件的刚性首先取决于其材料的弹性模量E，又与该工件的形状和尺寸有关。
而材料的弹性模量E难于通过合金化、热处理、冷热加工等方法改变，所以选第三种。
l-5在零件设计与选材时，如何合理选择材料的σp、σe、σs、σb性能指标?各举一例说明。
答：σp：当要求弹性应力和弹性变形之间保持严格的正比关系时。
σ工‹σpσe：工程上，对于弹性元件，要求σ工‹σeσs：对于不允许有明显塑性变形的工程零件，要求σ工‹σsσb：对塑性较差的材料，要求σ工‹σb例如：σp-炮管、σe-弹性元件、σs-紧固螺栓、σb-钢丝绳1-6现有两种低强度钢在室温下测定冲击韧性，其中材料A的A K=80J，材料B的A K =60J，能否得出在任何情况下材料A的韧性高于材料B，为什么？答：不能。
因为影响冲击韧性的因素很多。
1-7实际生产中，为什么零件设计图或工艺卡上一般是提出硬度技术要求而不是强度或塑性值？答：这是由它们的定义、性质和测量方法决定的。
硬度是一个表征材料性能的综合性指标，表示材料表面局部区域内抵抗变形和破坏的能力，同时硬度的测量操作简单，不破坏零件，而强度和塑性的测量操作复杂且破坏零件，所以实际生产中，在零件设计图或工艺卡上一般提出硬度技术要求而不提强度或塑性值。
2-1常见的金属晶体结构有哪几种：它们的原于排列和晶格常数有什么特点?。
α—Fe、γ—Fe、Al、Cu、Ni、Pb、C r、V、Mg、Zn各属何种结构?答：体心：α—Fe、C r、V面心：γ—Fe、Al、Cu、Ni、Pb、密排六方：Mg、Zn2-2已知γ-Fe的晶格常数要大于α-Fe的晶格常数，但为什么γ-Fe冷却到9120C转变为α-Fe时，体积反而增大？答：这是因为这两种晶格的致密度不同，γ-Fe的致密度是74%，α-Fe的致密度是68%，当γ-Fe冷却到9120C转变为α-Fe时，由于致密度变小，导致了体积反而增大。
工程材料作业答案_
工程材料作业答案作业1 材料结构基础1.实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷?它们对性能有什么影响?实际金属晶体存在点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。
（1）点缺陷使周围晶格发生畸变，提高晶体内能量，降低电导率，提高强度；（2）线缺陷越多，其运动越艰难，材料的强度、硬度越高，脆性越大，塑性越差；（3）面缺陷越多，晶粒越细，强度越高，塑性也越好；（4）体缺陷：孔洞影响材料的力学、光学、热学性能；裂纹影响材料的力学性能；夹杂影响材料的力学、光学、电学性能。
2.金属常见的3种晶体结构是什么？画出结构暗示图。
（1）体心立方（bcc）（2）面心立方（fcc）（3）密排六方（hcp）3.按价键结构对材料举行分类，简述各类材料的性能特点。
第1 页/共13 页4.简述构成材料的5种化学键及其对普通性能的影响。
离子键，共价键，金属键，范德华力，氢键。
（1）离子键组成的离子晶体硬度高，强度高，脆性大，绝缘，塑性差；（2）由共价键组成的晶体熔点高，强度高，脆性大；（3）由金属键组成的金属有：a.良好的导电、导热性；b.良好的塑性变形能力；c.不透明、展示金属光泽；d.电阻随温度升高而增大；（4）由分子键组成的材料熔点低、硬度低、绝缘；（5）有氢键的材料熔点沸点比分子晶体高。
5.简述钢的3种热力学平衡相。
（1）铁素体：碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体。
铁素体因为溶碳量小，力学性能与纯铁相似。
塑性、冲击韧性较好，强度、硬度较低；（2）奥氏体：碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体。
奥氏体的强度、硬度较低，但有良好的塑性；（3）渗碳体：铁碳组成的具有复杂斜方结构的间隙化合物。
渗碳体硬度高，塑性和韧性很低。
6.什么是钢的珠光体、屈氏体、索氏体、贝氏体、马氏体、残余奥氏体？珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物。
性能介于铁素体和渗碳体之间，综合性能好；屈氏体：铁素体与渗碳体组成的片层更薄的珠光体；索氏体：片层铁素体与渗碳体的双相混合组织，其片层间距较小，碳在铁素体中无过度饱和；贝氏体：渗碳体与铁素体的机械混合物，高温改变及低温改变相异的组织，具有较高的强韧性配合；马氏体：将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经疾驰冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织；残余奥氏体：淬火未能改变成马氏体而保留到室温的奥氏体。
工程材料题库(答案版)
一．名词解释1．断裂韧性(度)K2. 过冷度 3变质处理4.同素异构转变IC5．调质处理6．屈服现象7．相8．枝晶偏析9．形变（加工）硬化10．热处理11. 组织 12. 扩散13.工程材料 14. 晶体 15. 合金 16. 固溶体17固溶强化 18. 淬火 19．热变形 20．冷变形21．再结晶22、残余奥氏体 23、临界（淬火）冷却速度 24、间隙固溶体25．马氏体 26、细晶强化 27、回火稳定性 28、淬透性29、强度 30、硬度 31刚度 32、弹性模量33、塑性 34、冲击韧性 35、屈服极限 36、条件屈服强度37、疲劳极限 38、晶体结构 39、晶格 40、晶胞答案：：材料有裂纹存在时抵抗脆性断裂的能力。
1．断裂韧性(度)KIC2. 过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差。
3．变质处理：在液态金属中加入高熔点或难熔的孕育剂或变质剂作为非自发晶核的形核核心，以细化晶粒和改善组织的方法。
4．同素异构转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象。
5．调质处理：淬火后高温回火称为调质。
6．屈服现象：金属发生明显塑性变形的现象。
7．相：凡是化学成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分分开的均匀组成部分。
元素不一定单一。
8．枝晶偏析：当冷却速度较快时，原子扩散速度不均匀而造成的结晶后的成分不均匀的现象。
9．形变（加工）硬化：金属在冷态下进行塑性变形时，随着变形度的增加，其强度、硬度提高，塑性、韧性下降。
10．热处理：将固态金属或合金在一定的介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺。
11．组织：用肉眼或显微镜观察到的材料的微观形貌，它可以是单相的，也可以是由一定数量、形态、大小和分布方式的多种相组成。
12．扩散：原子在晶体中移动距离超过其平均原子间距的迁移现象。
13．工程材料：以强度、韧性、塑性等机械性能为主要要求，用于制作工程结构和零件、工具及模具的材料。
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第一章6、实际金属晶体中存在哪些缺陷？它们对性能有什么影响？答：点缺陷：空位、间隙原子、异类原子。
点缺陷造成局部晶格畸变，使金属的电阻率、屈服强度增加，密度发生变化。
线缺陷：位错。
位错的存在极大地影响金属的机械性能。
当金属为理想晶体或仅含极少量位错时，金属的屈服强度σs很高，当含有一定量的位错时，强度降低。
当进行形变加工时，为错密度增加，σs将会增高。
面缺陷：晶界、亚晶界。
亚晶界由位错垂直排列成位错墙而构成。
亚晶界是晶粒内的一种面缺陷。
在晶界、亚晶界或金属内部的其他界面上，原子的排列偏离平衡位置，晶格畸变较大，位错密度较大（可达1016m-2以上）。
原子处于较高的能量状态，原子的活性较大，所以对金属中的许多过程的进行，具有极为重要的作用。
晶界和亚晶界均可提高金属的强度。
晶界越多，晶粒越细，金属的塑性变形能力越大，塑性越好。
8、什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？答：形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。
固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。
晶格畸变随溶质原子浓度的提高而增大。
晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。
9、间隔固溶体和间隔相有什么不同？答：合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。
间隙固溶体中溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。
间隙固溶体的晶体结构与溶剂相同。
第二章1、金属结晶的条件和动力是什么?答：液态金属结晶的条件是金属必须过冷，要有一定的过冷度。
液体金属结晶的动力是金属在液态和固态之间存在的自由能差(ΔF)。
2、金属结晶的基本规律是什么?答：液态金属结晶是由生核和长大两个密切联系的基本过程来实现的。
液态金属结晶时，首先在液体中形成一些极微小的晶体(称为晶核)，然后再以它们为核心不断地长大。
在这些晶体长大的同时，又出现新的品核并逐渐长大，直至液体金属消失。
3、在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，细化晶粒、提高金属材料使用性能的措施有哪些？答：（1）提高液态金属的冷却速度，增大金属的过冷度。
（2）进行变质处理。
在液态金属中加入孕育剂或变质剂，增加晶核的数量或者阻碍晶核的长大，以细化晶粒和改善组织。
（3）在金属结晶的过程中采用机械振动、超声波振动等方法。
（4）电磁搅拌。
将正在结晶的金属置于一个交变的电磁场中，由于电磁感应现象，液态金属会翻滚起来，冲断正在结晶的树枝状晶体的晶枝，增加了结晶的核心，从而可细化晶粒。
4、如果其他条件相同，试比较在下列铸造条件下铸件晶粒的大小。
（1）金属模浇注与砂模浇注；（2）变质处理与不变质处理；（3）铸成薄件与铸成厚件；（4）浇注时采用震动与不采用震动。
答：（1）金属模浇注比砂模浇注，铸件晶粒小；（2）变质处理比不变质处理，铸件晶粒小；（3）铸成薄件比铸成厚件，铸件晶粒小；（4）浇注时采用震动比不采用震动，铸件晶粒小。
5、为什么钢锭希望尽量减少柱状晶区?答：柱状是由外往里顺序结晶的，品质较致密。
但柱状品的接触面由于常有非金属夹杂或低熔点杂质而为弱面，在热轧、锻造时容易开裂，所以对于熔点高和杂质多的金届，例如铁、镍及其合金，不希望生成柱状晶。
6、将20kg纯铜与30 kg纯镍熔化后慢冷至如图l—6温度T1，求此时：①两相的化学成分；②两相的质量比；③各相的质量分数；④各相的质量。
解：①两相的化学成分L相成分：ω(Ni)；50％ω(Cu)＝50％②两相质量比：合金成分：ω(Ni)=80% ω(Cu)=20%二相的质量比：Qα/Qβ=(60-50)/(80-60)=0.5③各相的质量分数二相的质量分数：ω（α）=（60-50）/（80-50）=33.3%ω（L）=1-33.3%=66.7%④各相的质量。
二相质量：Qα＝(20十30)×33.3％＝16.65(kg)Q L＝50一16.65＝33.35(kg)7、求碳质量分数为3.5％的质量为10kg的铁碳合金从液态缓慢冷却到共晶温度(但尚未发生共晶反应)时所剩下的液体的碳质量分数及液体的质量。
解：L中的碳质量分数：w(C)＝4.3％L中的质量分数: w (L)=(3.5-2.11)/(4.3-2.11)=63.5％L的质量：Q L＝10×63.5％＝6.35(kg)8、比较退火状态下的45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性的高低，简述原因。
答：硬度：45钢最低，T8钢较高，T12钢最高。
因为退火状态下的45钢组织是铁素体+珠光体，T8钢组织是珠光体，T12钢组织是珠光体+二次渗碳体。
因为铁素体硬度低，因此45钢硬度最低。
因为二次渗碳体硬度高，因此T12钢硬度最高。
强度：因为铁素体强度低，因此45钢强度最低。
T8钢组织是珠光体，强度最高。
T12钢中含有脆性的网状二次渗碳体，隔断了珠光体之间的结合，所以T12钢的强度比T8钢要低。
但T12钢中网状二次渗碳体不多，强度降低不大，因此T12钢的强度比45钢强度要高。
塑性：因为铁素体塑性好，因此45钢塑性最好。
T12钢中含有脆性的网状二次渗碳体，因此T12钢塑性最差。
T8钢无二次渗碳体，所以T8钢塑性较高。
9、同样形状的两块铁碳合金，其中一块石退火状态的15钢，一块是白口铸铁，用什么简便方法可迅速区分它们？答：因为退火状态的15钢硬度很低，白口铸铁硬度很高。
因此可以用下列方法迅速区分：（1）两块材料互相敲打一下，有印痕的是退火状态的15钢，没有印痕的是白口铸铁。
（2）用锉刀锉两块材料，容易锉掉的是退火状态的15钢，不容易锉掉的是白口铸铁。
（3）用硬度计测试，硬度低的是退火状态的15钢，硬度高的是白口铸铁。
10、为什么碳钢进行热锻、热轧时都要加热到奥氏体区？答：因为奥氏体是面心立方晶格，其滑移变形能力大，钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较好，因此锻造或轧制选在单相奥氏体区内进行。
11、下列零件或工具用何种碳钢制造：手锯钢条、普通螺钉、车床主轴。
答：手锯锯条用T10钢制造。
普通螺钉用Q195钢、Q215钢制造。
车床主轴用45钢制造。
12、为什么细晶粒钢强度高，塑性、韧性也好？答：多晶体中，由于晶界上原子排列不很规则，阻碍位错的运动，使变形抗力增大。
金属晶粒越细，晶界越多，变形抗力越大，金属的强度就越大。
多晶体中每个晶粒位向不一致。
一些晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切应力方向（称晶粒处于软位向），另一些晶粒的滑移面和滑移方向与最大切应力方向相差较大（称晶粒处于硬位向）。
在发生滑移时，软位向晶粒先开始。
当位错在晶界受阻逐渐堆积时，其他晶粒发生滑移。
因此多晶体变形时晶粒分批地逐步地变形，变形分散在材料各处。
晶粒越细，金属的变形越分散，减少了应力集中，推迟裂纹的形成和发展，使金属在断裂之前可发生较大的塑性变形，从而使金属的塑性提高。
由于细晶粒金属的强度较高、塑性较好，所以断裂时需要消耗较大的功，因而韧性也较好。
因此细晶强化是金属的一种很重要的强韧化手段。
13、与单晶体的塑性变形相比较，说明多晶体塑性变形的特点。
答：①多晶体中，由于晶界上原子排列不很规则，阻碍位错的运动，使变形抗力增大。
金属晶粒越细，品界越多，变形抗力越大，金属的强度就越大。
②多晶体中每个晶粒位向不一致。
一些晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切应力方向(称晶粒处于软位向)，另一些晶粒的滑移面和滑移方向与最大切应力方向相差较大(称晶粒处于硬位向)。
在发生滑移时，软位向晶粒先开始。
当位错在晶界受阻逐渐堆积时，其他晶粒发生滑移。
因此多晶体变形时晶粒分批地逐步地变形，变形分散在材料各处。
晶粒越细，金属的变形越分散，减少了应力集中，推迟裂纹的形成和发展，使金属在断裂之前可发生较大的塑性变形，因此使金属的塑性提高。
14、金属塑性变形后组织和性能会有什么变化?答：金属发生塑性变形后，晶粒发生变形，沿形变方向被拉长或压扁。
当变形量很大时，晶粒变成细条状(拉伸时)，金属中的夹杂物也被拉长，形成纤维组织。
金属经大的塑性变形时，由于位错的密度增大和发生交互作用，大量位错堆积在局部地区，并相互缠结，形成不均匀的分布，使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块，而在晶粒内产生亚晶粒。
金属塑性变形到很大程度(70％以上)时，由于晶粒发生转动，使备品粒的位向趋近于一致，形成特殊的择优取向，这种有序化的结构叫做形变织构。
金属发生塑性变形，随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高。
塑性和韧性明显下降。
这种现象称为加工硬化，也叫形变强化。
另外，由于纤维组织和形变织构的形成，使金属的性能产生各向异性。
15、在图1—7所示的晶面、晶向中，哪些是滑移面?哪些是滑移方向?图中情况能否构成滑移系?答：(a)FCC：(101) 晶面不是滑移面，[110]晶向是滑移方向，但两者不能构成滑移系。
(b)FCC：(111)晶面是滑移面，其上的[110]晶向也是滑移方向，两者能构成滑移系。
(c)BCC：(111)晶面不是滑移面，其上的[101]晶向不是滑移方向，两者不能构成滑移系。
(d)BCC：(110)晶面是滑移面，晶向也是滑移方向，但不在(110)晶面上，故两者不能构成滑移系。
16、用低碳钢钢板冷冲压成形的零件，冲压后发现各部位的硬度不同，为什么?答：主要是由于冷冲压成形时，钢板形成零件的不同部位所需发生的塑性变形量不同，因而加工硬化程度不同所造成。
17、已知金属钨、铅的熔点分别为3380℃和327℃，试计算它们的最低再结晶温度，并分析钨在9000C加丁、铅在室温加丁时各为何种加工?答：金属的最低再结晶温度为：T再＝(0.35～0.4)T熔点对金属钨：T熔点＝273十3380＝3653KT再＝(0.35～0.4)T熔点＝l 279～146l K＝1006～l188℃在900℃对金属钨进行加工，略低于其最低再结晶温度，应属冷加工。