工程材料及其应用课后答案(西交)

第一章材料的性能

1-1什么是金属材料的力学性能？金属材料的力学性能包含哪些面?

所谓力学性能，是指材料抵抗外力作用所显示的性能。力学性能包括强度刚度硬度塑性韧性和疲劳强度等

1-2什么是强度？在拉伸试验中衡量金属强度的主要指标有哪些？他们在工程应用上有什么意义？

强度是指材料在外力作用下，抵抗变形或断裂的能力。在拉伸试验中衡量金属强度的主要指标有屈服强度和抗拉强度。

屈服强度的意义在于：在一般机械零件在发生少量塑性变形后，零件精度降低或其它零件的相对配合受到影响而造成失效，所以屈服强度就成为零件设计时的主要依据之一。

抗拉强度的意义在于：抗拉强度是表示材料抵抗大量均匀塑性变形的能力。脆性材料在拉伸过程中，一般不产生颈缩现象，因此，抗拉强度就是材料的断裂强度，它表示材料抵抗断裂的能力。抗拉强度是零件设计时的重要依据之一。1-3什么是塑性？在拉伸试验中衡量塑性的指标有哪些？

塑性是指材料在载荷作用下发生永久变形而又不破坏其完整性的能力。拉伸试验中衡量塑性的指标有延伸率和断面收缩率。

1-4什么是硬度？指出测定金属硬度的常用法和各自的优缺点。

硬度是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力。生产中测定硬度最常用的法有是压入法，应用较多的布氏硬度洛氏硬度和维氏硬度等试验法。

布氏硬度试验法的优点：因压痕面积较大，能反映出较大围被测试材料的平

均硬度，故实验结果较精确，特别适用于测定灰铸铁轴承合金等具有粗大经理或组成相得金属材料的硬度；压痕较大的另一个优点是试验数据稳定，重复性强。其缺点是对不同材料需要换不同直径的压头和改变试验力，压痕直径的测量也比较麻烦；因压痕大，不以测试成品和薄片金属的硬度。

洛氏硬度试验法的优点是：操作循序简便，硬度值可直接读出；压痕和较小，可在工件上进行试验；采用不同标尺可测定各种软硬不同的金属厚薄不一的式样的硬度，因而广泛用于热处理质量检验。其缺点是：因压痕较小，对组织比较粗大且不均匀的材料，测得的结果不够准确；此外，用不同标尺测得的硬度值彼此没有联系，不能直接进行比较。

维氏硬度试验法的优点是：不存在布氏硬度试验时要求试验力与压头直径之间满足所规定条件的约束，也不洛氏硬度试验是不同标尺的硬度无法统一的弊端，硬度值较为精确。唯一缺点是硬度值需要通过测量压痕对角线长度后才能进行计算或查表，因此工作效率比洛氏硬度低得多。

1-5在下面几种情况下，该用什么法来测试硬度？写出硬度符号。

（1）检查锉刀、钻头成品硬度；（2）检查材料库中钢材硬度；（3）检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层；（4）黄铜轴套；（5）硬质合金刀片；

（1）检查锉刀、钻头成品硬度采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。

（2）检查材料库中钢材硬度采用布氏硬度试验来测定，硬度值符号HBW。

（3）检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层硬度采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。

（4）黄铜轴套硬度采用布氏硬度试验来测定，硬度值符号HBW。

（5）硬质合金刀片采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。

1-6什么是冲击韧性？a K 指标有什么应用意义？

冲击韧性是指金属材料在冲击力作用下，抵抗破坏的能力。

冲击韧性a K 代表了在指定温度下，材料在缺口和冲击载荷共同作用下脆化的趋势及其程度，是一个对成分、组织、结构极敏感的参数。一般把冲击韧性值a K 低的材料称为脆性材料，把冲击韧性值a K 高的称为韧性材料。

1-7为什么疲劳断裂对机械零件有很大的潜在危险？交变应力与重复应力有什么区别？试举出一些零件在工作中分别存在着两种应力的例子。

疲劳断裂与静载荷作用下得断裂不同，无论是脆性材料还是塑性材料，疲劳断裂都是突然发生的脆性断裂，而且往往工作应力低于其屈服强度，固有很大的危险性。

随时间做期性变化的应力称为交变应力，应力每重复变化一次的过程成为一个应力循环。常见的循环应力有以下几种：(1)对称交变应力，如火车轴的弯曲对称交变应力，曲轴的扭转交变应力。(2)脉动应力，如齿轮齿根的循环弯曲应力；轴承应力则为循环脉动压应力。(3)波动应力，如发动机缸盖螺栓的循环应力。

(4)不对称交变应力，如汽车，拖拉机和飞机零件在运行工作时因道路或云层的变化，其变动应力呈随机变化。

第二章 材料的结构

2-1：1g 铁在室温和1000℃时各含有多少个晶胞？（Fe 的相对原子质量56）

在室温：铁为体心立结构，每个晶胞中的原子数为2个，所以1g 铁含有的晶胞数为N=5612

1 A N =A N 1121 1000℃时: 铁为面心立结构，每个晶胞中的原子数为4个，所以1g 铁含有的晶

胞数为N=5614

1 A N =A N 2241 2-2在立晶格中，画出下列晶向和晶面指数：（111），（110），（211）（-111），[111]，

[110]，[112]，[-111]。

2-3求面心立晶体中[112]晶向上的原子间距。

d=√(a 2+(√2/2a)2= √(3/2) a

2-4单晶体和多晶体有差别？为什么单晶体具有各向异性，多晶体具有各项同性？

单晶体是由原子排列位向或式完全一致的晶格组成的；多晶体是由很多个小的单晶体所组成的，每个晶粒的原子位向是不同的。√

因为单晶体各个向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。

2-5简述实际金属晶体和理想晶体在结构与性能上的主要差异。

理想晶体中原子完全为规则排列，实际金属晶体由于多因素的影响，使

这些原子排列受到干扰和破坏，部总是存在大量缺陷。

如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中

缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。

2-6简述间隙固溶体和间隙化合物的异同点。