付华-材料性能学-部分习题标准答案
材料性能学历年真题及答案整理版
一、名词解释低温脆性：材料随着温度下降，脆性增加，当其低于某一温度时，材料由韧性状态变为脆性状态，这种现象为低温脆性。
疲劳条带：每个应力周期内疲劳裂纹扩展过程中在疲劳断口上留下相互平行的沟槽状花样。
韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
缺口强化：缺口的存在使得其呈现屈服应力比单向拉伸时高的现象。
50%FATT：冲击试验中采用结晶区面积占整个断口面积 50%时所应的温度表征的韧脆转变温度。
破损安全：构件内部即使存在裂纹也不导致断裂的情况。
应力疲劳：疲劳寿命N>105 的高周疲劳称为低应力疲劳，又称应力疲劳。
韧脆转化温度：在一定的加载方式下，当温度冷却到某一温度或温度范围时，出现韧性断裂向脆性断裂的转变，该温度称为韧脆转化温度。
应力状态软性系数：在各种加载条件下最大切应力与最大当量正应力的比值，通常用α表示。
疲劳强度：通常指规定的应力循环周次下试件不发生疲劳破坏所承受的上限应力值。
内耗：材料在弹性范围内加载时由于一部分变形功被材料吸收，则这部份能量称为内耗。
赛贝克效应：当两种不同的金属或合金联成闭合回路，且两接点处温度不同，则回路中将产生电流，这种现象称为赛贝克效应。
滞弹性: 在快速加载、卸载后，随着时间的延长产生附加弹性应变的现象。
缺口敏感度：常用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸的光滑试样的抗拉强度的比值表征材料缺口敏感性的指标，往往又称为缺口强度比。
断裂功：裂纹产生、扩展所消耗的能量。
比强度：:按单位质量计算的材料的强度，其值等于材料强度与其密度之比，是衡量材料轻质高强性能的重要指标。
.缺口效应：构件由于存在缺口（广义缺口）引起外形突变处应力急剧上升，应力分布和塑性变形行为出现变化的现象。
解理断裂：材料在拉应力的作用下原于间结合破坏，沿一定的结晶学平面(即所谓“解理面”)劈开的断裂过程。
应力集中系数：构件中最大应力与名义应力（或者平均应力）的比值，写为KT。
高周疲劳：在较低的应力水平下经过很高的循环次数后（通常N>105）试件发生的疲劳现象。
材料性能学期末考试试卷标准答案
材料单向静拉伸 主要用于测定韧性材料的基本力学性能指标：比例极限与弹性极限、屈服
强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率等。如低碳钢的单向静拉伸
扭转试验
(1)测定那些在拉伸时呈现脆性的材料( ts / σc = 0.5 ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
《材料性能学》习题答案
（1）Al 为 fcc 结构，单晶体有三阶段：易滑移。线性硬化、抛物线硬化； （2）Mg 为 hcp 结构，只有三个基面滑移系，曲线上只有易滑移阶段； （3）工业纯铁：有明显的屈服现象，随后是应变硬化和颈缩。模量和强度比 Al、Mg 高， 但塑性略差于 Al； （4）T8 钢为高碳钢，无屈服，与工业纯铁相比， b 高，但 % 低； （5）过共晶白口铸铁，非常脆，几乎无宏观塑性，为低应力脆断， b 不高。 2.19 解：
（2）再根据经典强度设计条件来选取[ ]< 0.2 的状态，根据许用应力条件[ ]= 0.2 /1.4， 求出五种状态下的许用应力为： ①785.7；②857.1；③928.6；④1000；⑤1071.4 可见除状态①以外的其他状态，均能满足经典强度设计要求，综合两种设计准则，只 有热处理状态②同时满足。 3.16 解： 根据题意，可将裂纹简化为无限大平板穿透裂纹，则有： K I
P 2000 526.4MPa A (2.2 103 ) 2 4
l l0 258.3 0.256 ； 200
真应变： e ln( ) ln （3）工程应力：
P 2000 407.6MPa A0 (2.5 103 ) 2 4
l 258.3 200 0.292 l0 200
1.16 解： （1）40CrNiMo 调质钢：拉伸试验，该钢为中碳合金结构钢，且为调质处理状态，有一定强 度和塑性的配合，可由单向拉伸试验的 或 来表征塑性； （2）20Cr 渗碳淬火钢：拉伸、扭转、弯曲，该钢本身为低碳合金钢，有较好的塑性。经渗 碳后， 表面为高碳处于外硬内韧状态， 若需要确定整体塑性， 可采用拉伸试验的 或
da
3
a2
材料性能学复习题及答案
材料性能学复习题及答案一、单项选择题1. 材料的弹性模量是指材料在受到外力作用时，应力与应变的比值。
下列哪种材料通常具有较高的弹性模量？A. 橡胶B. 木材C. 钢铁D. 塑料答案：C2. 材料的屈服强度是指材料在受到外力作用时，开始发生永久变形的应力值。
下列哪种情况下材料的屈服强度会降低？A. 提高温度B. 降低温度C. 增加材料的纯度D. 进行热处理答案：A3. 疲劳强度是指材料在反复加载和卸载过程中，能够承受的最大应力而不发生断裂的能力。
下列哪种材料通常具有较好的疲劳强度？A. 纯金属B. 合金C. 复合材料D. 陶瓷材料答案：B二、多项选择题1. 影响材料硬度的因素包括哪些？A. 材料的微观结构B. 材料的化学成分C. 材料的加工工艺D. 材料的表面处理答案：ABCD2. 材料的断裂韧性是指材料在受到外力作用时，抵抗裂纹扩展的能力。
下列哪些因素可以提高材料的断裂韧性？A. 增加材料的韧性B. 减少材料的缺陷C. 提高材料的硬度D. 改善材料的微观结构答案：ABD三、判断题1. 材料的塑性是指材料在受到外力作用时，能够发生永久变形而不断裂的性质。
（对）2. 材料的导热系数越高，其导热性能越好。
（对）3. 材料的抗拉强度和屈服强度是相同的概念。
（错）四、简答题1. 简述材料的疲劳破坏过程。
答：材料的疲劳破坏过程通常包括裂纹的萌生、扩展和最终断裂三个阶段。
在反复加载和卸载的过程中，材料内部的微裂纹逐渐扩展，当裂纹扩展到一定程度时，材料的承载能力下降，最终导致断裂。
2. 描述材料的蠕变现象及其影响因素。
答：材料的蠕变现象是指在恒定应力作用下，材料发生持续的塑性变形。
影响蠕变的因素包括应力水平、温度、材料的微观结构和化学成分等。
高应力、高温和材料内部的缺陷都可能加速蠕变过程。
五、计算题1. 已知某材料的弹性模量为200 GPa，当受到100 MPa的应力时，计算其应变值。
答：根据弹性模量的定义，应变值可以通过应力除以弹性模量来计算。
付华_材料性能学_部分习题答案解析
付华_材料性能学_部分习题答案解析第⼀章材料的弹性变形⼀、填空题：1.⾦属材料的⼒学性能是指在载荷作⽤下其抵抗变形或断裂的能⼒。
2. 低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。
3. 线性⽆定形⾼聚物的三种⼒学状态是玻璃态、⾼弹态、粘流态，它们的基本运动单元相应是链节或侧基、链段、⼤分⼦链，它们相应是塑料、橡胶、流动树脂（胶粘剂的使⽤状态。
⼆、名词解释1.弹性变形：去除外⼒，物体恢复原形状。
弹性变形是可逆的2.弹性模量：拉伸时σ=EεE：弹性模量（杨⽒模数）切变时τ=GγG：切变模量3.虎克定律：在弹性变形阶段，应⼒和应变间的关系为线性关系。
4.弹性⽐功定义：材料在弹性变形过程中吸收变形功的能⼒，⼜称为弹性⽐能或应变⽐能，表⽰材料的弹性好坏。
三、简答：1．⾦属材料、陶瓷、⾼分⼦弹性变形的本质。
答：⾦属和陶瓷材料的弹性变形主要是指其中的原⼦偏离平衡位置所作的微⼩的位移，这部分位移在撤除外⼒后可以恢复为0。
对⾼分⼦材料弹性变形在玻璃态时主要是指键⾓键长的微⼩变化，⽽在⾼弹态则是由于分⼦链的构型发⽣变化，由链段移动引起，这时弹性变形可以很⼤。
2．⾮理想弹性的概念及种类。
答：⾮理想弹性是应⼒、应变不同时响应的弹性变形，是与时间有关的弹性变形。
表现为应⼒应变不同步，应⼒和应变的关系不是单值关系。
种类主要包括滞弹性，粘弹性，伪弹性和包申格效应。
3．什么是⾼分⼦材料强度和模数的时-温等效原理?答：⾼分⼦材料的强度和模数强烈的依赖于温度和加载速率。
加载速率⼀定时，随温度的升⾼，⾼分⼦材料的会从玻璃态到⾼弹态再到粘流态变化，其强度和模数降低；⽽在温度⼀定时，玻璃态的⾼聚物⼜会随着加载速率的降低，加载时间的加长，同样出现从玻璃态到⾼弹态再到粘流态的变化，其强度和模数降低。
时间和温度对材料的强度和模数起着相同作⽤称为时=温等效原理。
四、计算题：⽓孔率对陶瓷弹性模量的影响⽤下式表⽰：E=E0(1—1.9P+0.9P2) E0为⽆⽓孔时的弹性模量；P为⽓孔率，适⽤于P≤50 %。
付华-材料性能学-部分习题答案1
第一章材料的弹性变形一、填空题：1.金属材料的力学性能是指在载荷作用下其抵抗变形或断裂的能力。
2. 低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。
3. 线性无定形高聚物的三种力学状态是玻璃态、高弹态、粘流态，它们的基本运动单元相应是链节或侧基、链段、大分子链，它们相应是塑料、橡胶、流动树脂（胶粘剂的使用状态。
二、名词解释1.弹性变形：去除外力，物体恢复原形状。
弹性变形是可逆的2.弹性模量：拉伸时σ=EεE：弹性模量（杨氏模数）切变时τ=GγG：切变模量3.虎克定律：在弹性变形阶段，应力和应变间的关系为线性关系。
4.弹性比功定义：材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，又称为弹性比能或应变比能，表示材料的弹性好坏。
三、简答：1．金属材料、陶瓷、高分子弹性变形的本质。
答：金属和陶瓷材料的弹性变形主要是指其中的原子偏离平衡位置所作的微小的位移，这部分位移在撤除外力后可以恢复为0。
对高分子材料弹性变形在玻璃态时主要是指键角键长的微小变化，而在高弹态则是由于分子链的构型发生变化，由链段移动引起，这时弹性变形可以很大。
2．非理想弹性的概念及种类。
答：非理想弹性是应力、应变不同时响应的弹性变形，是与时间有关的弹性变形。
表现为应力应变不同步，应力和应变的关系不是单值关系。
种类主要包括滞弹性，粘弹性，伪弹性和包申格效应。
3．什么是高分子材料强度和模数的时-温等效原理?答：高分子材料的强度和模数强烈的依赖于温度和加载速率。
加载速率一定时，随温度的升高，高分子材料的会从玻璃态到高弹态再到粘流态变化，其强度和模数降低；而在温度一定时，玻璃态的高聚物又会随着加载速率的降低，加载时间的加长，同样出现从玻璃态到高弹态再到粘流态的变化，其强度和模数降低。
时间和温度对材料的强度和模数起着相同作用称为时=温等效原理。
四、计算题：气孔率对陶瓷弹性模量的影响用下式表示：E=E0 (1—1.9P+0.9P2)E0为无气孔时的弹性模量；P为气孔率，适用于P≤50 %。
材料性能学考卷及答案
材料性能学考卷一、选择题（每题2分，共20分）1. 下列哪种材料的弹性模量最大？A. 钢铁B. 塑料C. 木材D. 橡胶2. 下列哪种材料的抗拉强度最高？A. 铝合金B. 玻璃纤维C. 碳钢D. 陶瓷3. 下列哪种材料的硬度最大？A. 黄铜B. 不锈钢C. 钨D. 铅4. 下列哪种材料的导热系数最高？A. 铜B. 铝C. 铁D. 硅胶5. 下列哪种材料的比热容最大？A. 水泥B. 橡胶C. 石墨D. 空气6. 下列哪种材料的密度最小？A. 聚乙烯B. 聚氨酯C. 聚氯乙烯D. 聚丙烯7. 下列哪种材料的断裂韧性最高？A. 玛瑙B. 玉石C. 钨钢D. 玻璃8. 下列哪种材料的耐磨性最好？A. 高铬铸铁B. 轴承钢C. 铸铝D. 粉末冶金9. 下列哪种材料的抗腐蚀性最好？A. 镍基合金B. 铜镍合金C. 铬镍合金D. 钛合金10. 下列哪种材料的磁导率最高？A. 铁B. 钴C. 镍D. 铅二、填空题（每题2分，共20分）1. 材料的弹性极限是指材料在受力后，去掉外力仍能恢复原状的______应力。
2. 材料的屈服强度是指材料在受力过程中，产生______变形时的应力。
3. 材料的断裂韧性是指材料抵抗______裂纹扩展的能力。
4. 材料的疲劳极限是指材料在______循环应力作用下，不发生疲劳破坏的最大应力。
5. 材料的导热系数是指在稳态热传导条件下，单位时间内通过单位面积、单位厚度的材料，温度梯度为1K时传递的______。
6. 材料的比热容是指单位质量的材料温度升高1K所需吸收的______。
7. 材料的密度是指单位体积的______。
8. 材料的硬度是指材料抵抗______变形的能力。
9. 材料的耐磨性是指材料在______过程中抵抗磨损的能力。
10. 材料的抗腐蚀性是指材料在______环境中抵抗腐蚀的能力。
三、简答题（每题10分，共30分）1. 请简要介绍材料性能学的研究内容。
2. 请解释弹性模量、屈服强度和断裂韧性三个力学性能指标的区别。
《材料性能学》课后答案
《工程材料力学性能》（第二版）课后答案第一章材料单向静拉伸载荷下的力学性能一、解释下列名词滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。
静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。
弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。
比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。
包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)增加；反向加载时弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)降低的现象。
解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。
晶体学平面－－解理面，一般是低指数，表面能低的晶面。
解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。
韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状）。
静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。
是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。
二、金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学姓能?答案：金属的弹性模量主要取决于金属键的本性和原子间的结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，所以说它是一个对组织不敏感的性能指标，这是弹性模量在性能上的主要特点。
改变材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响，但对材料的刚度影响不大。
三、什么是包辛格效应，如何解释，它有什么实际意义?答案：包辛格效应就是指原先经过变形，然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。
特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零，这说明在反向加载时塑性变形立即开始了。
包辛格效应可以用位错理论解释。
第一，在原先加载变形时，位错源在滑移面上产生的位错遇到障碍，塞积后便产生了背应力，这背应力反作用于位错源，当背应力(取决于塞积时产生的应力集中)足够大时，可使位错源停止开动。
塑变机理
2.1材料的塑性变形机理
小结：晶体（金属）的塑变机理
单晶体：滑移，孪生 多晶体：非同时性、非均匀性； 晶界阻碍滑移 纤维组织、位错胞、织构
2.1材料的塑性变形机理
2.1.2 陶瓷材料的塑性变形 一、单晶陶瓷的塑性 一、结合键对位错运动的影响 二、多晶陶瓷的塑性
三、非晶陶瓷的塑性
＋ ＋
17:39
＋ ＋ ＋ ＋
9
2. 滑移系
2.1材料的塑性变形机理
一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。 滑移系个数=滑移面数×每个面上的滑移方向数 滑移面 ：密排面 滑移方向：密排方向
fcc滑移系： 滑移面一般为 {111} ， 滑移方向<110>； 4×3=12个滑移系 Cu,Al,Ni,Au 滑移面 滑移方向
1） 单滑移 只有一个特定的滑移系处于最有利的位置而优先 开动时，形成单滑移。 一个晶粒内只有一组平行的滑 移线(带)。 变形量很小的情况下发生。 位错在滑移过程中不与其它位 错交互作用，因此对材料的强 化作用很弱。
17:39 24
2.1材料的塑性变形机理
2） 交滑移：（《材料科学基础》螺位错） 螺位错的交滑移和双交滑移。晶体在两个或多个不 同滑移面上沿同一滑移方向进行的滑移。
所以，滑移系(111) [011] 上的分切应力为40.8MPa。
5. 滑移时晶体的转动
位向和晶面的变化：
2.1材料的塑性变形机理
（动画）
17:39
力偶σ1及σ2使滑移面 向拉伸轴向转动
20
拉伸时，滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向; 压缩时，晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。
压缩转动
17:39
《材料科学基础》作业答案
•每个CsCl分子的质量A为：
168.358/(6.0238×1023)
CsCl结构：z=1
• CsCl的密度ρ
Z M a /3 N A 1 1 6 (0 8 ..4 3 0 5 1 8 8 /( 6 1 .0 0 2 7 )3 1 0 2 3 ) 4 .3 1 (g /c m 3 )
下的扩散规律；菲克第二定律描述的是 非 稳态扩散 状态下的扩散规律。
• 2、稳态扩散是指单位时间内通过垂直于给定 方向的单位面积的净原子数（扩散通量/浓度） 不随时间变化 ；非稳态扩散是指 单位时 间内通过垂直于给定方向的单位面积的净原 子数（扩散通量/浓度）随时间变化。
精品课件
• 3、Fick扩散第二方程的高斯解适合求解总量为M 的扩散元素沉积为一薄层扩散问题 ；Fick扩散 第二方程的误差函数解适合求解 无限长棒（扩 散偶）或半无限长棒的扩散问题。
六节环；
• 第五种： 硅灰石Ca3[Si3O9]三节环，组群状；
•
第六种：鱼眼石 ，
KCa4[S精i品4课O件10]2F·8H2O,
Si:O=4：10
第三章 晶体结构缺陷
• 一、填空题
P116
• 1、按几何组态，晶体中的缺陷分为 点缺陷 、 线缺陷 、面缺陷 和体缺陷。
• 2、点缺陷主要包括 空位、 间隙原子、置换原 子 ；线缺陷有 位错 ；面缺陷包括 晶界、相 界、表面 等。
a 2 ( r r ) 2 ( 0 . 0 7 2 0 . 1 4 0 ) 0 . 4 2 4 n m
堆 积 系 数 K = 4 4 3（ a 3 r+ 3 + r-3 ） = 4 4 3（ 0 0 ..1 4 4 2 0 4 3 3 + 0 .0 7 2 3 ） = 0 .6 8 5
(完整版)材料性能学考卷及答案
3、说明K I和K IC的异同。
对比K IC和K C的区别，说明K I和K IC中的I的含义。
（6分）
K Ic代表的是材料的断裂力学性能指标，是临界应力场强度因子，取决于材料的成分、组织结构等内在因素。
K I是力学参量，表示裂纹尖端应力场强度的大小，取决于外加应力、尺寸和裂纹类型，与材料无关。
（3分）
K Ic称为平面应变的断裂韧性，K c为平面应力的断裂韧性。
对于同一材料而言，K Ic<K c，平面应变状态更危险，通常以前者衡
量材料的断裂韧性。
K
IC 中的I代表平面应变，K
I
的I表示I型裂纹。
2
2
22
2)1(23
12
13
12
3)
121121()112112(21
1
12)1
12112(1231)1
21121(112R w w w w w
w R
w w n n n n n n n n w w R n n w w -=⨯=-=+-=+-=+--=-=+--=分）
五、证明题（共8分）
一入射光以较小的入射角内i 和折射角r 穿过一透明玻璃板。
证明透过后的光强系数为（1-R ）2。
设玻璃对光的衰减不变。
设空气为介质1，透明玻璃为介质2，光进入到玻璃之前的能量为W1,进入到玻璃之后光的能量为W2，再次进入到空气中后的能量为W3，则透过后的光强系数应为w3/w1（2分）。
则有
（1分） （1分） （1分） （1分） （1分） （1分）。
华福材料性能科学部分习题答案分析.doc
华福材料性能科学部分习题答案分析第一章材料的弹性变形一、填空:1.金属材料的机械性能是指它们在负载下抵抗变形或断裂的能力。
2.低碳钢的拉伸试验可分为三个阶段:弹性变形、塑性变形和断裂。
3.线性无定形聚合物的三种力学状态是玻璃态、高弹性态和粘性流动态。
它们的基本运动单元分别是链节或侧基、链段和大分子链。
它们是塑料、橡胶和流动树脂(粘合剂)的使用状态。
第二，名词解释1。
弹性变形:去掉外力，物体就会恢复到原来的形状。
弹性变形是可逆的。
弹性模量:拉伸时σ=Eε E:τ=弹性模量剪切时的Gγ G(杨氏模量):剪切模量3。
胡克定律:在弹性变形阶段，应力和应变的关系是线性的。
4.弹性功的定义: 材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，也称为弹性比能或应变比能，表示材料的弹性。
三、简短的回答:1.金属材料、陶瓷和聚合物弹性变形的本质。
回答:金属和陶瓷材料的弹性变形主要是指原子从其平衡位置的微小位移，在外力消除后可以恢复到零。
聚合物材料的弹性变形主要是指玻璃态下键角和键长的微小变化，而在高弹性状态下是由分子链构型的变化和链段的运动引起的，弹性变形可能非常大。
2.非理想弹性的概念和类型。
回答:非理想弹性是一种具有不同应力和应变响应的弹性变形，是一种与时间相关的弹性变形。
结果表明，应力和应变不是同步的，应力和应变的关系不是单一的数值关系。
这些类别主要包括滞弹性、粘弹性、假弹性和包辛格效应。
3.聚合物材料的强度和模量是多少一、填空:1.金属材料的机械性能是指它们在负载下抵抗变形或断裂的能力。
2.低碳钢的拉伸试验可分为三个阶段:弹性变形、塑性变形和断裂。
3.线性无定形聚合物的三种力学状态是玻璃态、高弹性态和粘性流动态。
它们的基本运动单元分别是链节或侧基、链段和大分子链。
它们是塑料、橡胶和流动树脂(粘合剂)的使用状态。
第二，名词解释1。
弹性变形:去掉外力，物体就会恢复到原来的形状。
弹性变形是可逆的。
弹性模量:拉伸时σ=Eε E:τ=弹性模量剪切时的Gγ G(杨氏模量):剪切模量3。
材料性能学作业及答案
材料性能学作业及答案本学期材料性能学作业及答案第一次作业P36-37第一章1名词解释4、打算金属屈服强度的因素有哪些？答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。
外在因素：温度、应变速率和应力状态。
10、将某材料制成长50mm，直径5mm的圆柱形拉伸试样，当进行拉伸试验时塑性变形阶段的外力F与长度增量ΔL的关系为：F/N 6000 8000 10000 12000 14000ΔL 1 2.5 4.5 7.5 11.5求该材料的硬化系数K及应变硬化指数n。
解：已知：L0=50mm，r=2.5mm，F与ΔL如上表所示，由公式（工程应力）σ=F/A0,（工程应变）ε=ΔL/L0,A0=πr2,可计算得：A0=19.6350mm2σ1= 305.5768，ε1=0.0200，σ2=407.4357 ，ε2=0.0500，σ3= 509.2946，ε3=0.0900，σ4= 611.1536，ε4=0.1500，σ5= 713.0125，ε5=0.2300，又由公式（真应变）e=ln(L/L0)=ln(1+ε)，（真应力）S=σ（1+ε），计算得：e1=0.0199，S1=311.6883，e2=0.0489，S2=427.8075，e3=0.0864，S3=555.1311，e4=0.1402，S4=702.8266，e5=0.2076，S5=877.0053，又由公式S=Ke n，即lgS=lgK+nlge，可计算出K=1.2379×103，n=0.3521。
11、试述韧性断裂与脆性断裂的区分。
为什么脆性断裂最危急？答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。
韧性断裂：是断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂特征：断裂面一般平行于最大切应力与主应力成45度角。
《材料科学基础》作业答案
D＝D0e－Q’/RT
T1=900℃=1173K, t1=4h, x1=0.068mm T2=960 ℃=1233K, t2=4h, x2=0.14mm Q?
作业题答案
任课教师：付华
Fundamentals of Material Science
材料科学基础
绪论
材料科学主要研究的核心问题是 结构 和 性能 的关系。
材料的结构是理解和控制性能的中心环节，结构的最微细水平是 原子结构 ，第二个水平是 原子排列方式 ，第三个水平是 显微组织 。
1
2
第一章 材料的原子结构
填空题
晶体是 基元（原子团）以周期性重复方式在三维空间作有规则的排列的固体 。
晶体与非晶体的最根本区别是 晶体原子排布长程有序，而非晶体是长程无序短程有序 。
晶胞是 晶体结构中的最小单位 。
根据晶体的对称性，晶系有 3 大晶族， 7 大晶系， 14 种布拉菲Bravais点阵， 32 种点群， 230 种空间群。
4-3
0.4=1.4-(1.4-0.2)erf(β) erf(β)=0.83 β=0.97
解：可以用半无限长棒的扩散来解 ：
x ,t?? Cs=1.4%, C0=0.2%, C=0.4%, D=3.6×10-2mm2/h
(t: s)
（4-7）870℃渗碳与927℃渗碳相比较，优点是热处理产品晶粒细小，淬火后变形小。若已知D0=2.0×10 -5 m2/s，Q=140 KJ/mol，
（3-11）试分析在fcc中，下列位错反应能否进行?并指出其中三个位错的性质类型？反应后生成的新位错能否在滑移面上运动？
3-11 几何条件： 能量条件： shockley不全位错 Franker不全位错 全位错
FH付华-《材料科学基础》作业答案
• 3、（3-11）试分析在fcc中，下列位错反应能否 进行?并指出其中三个位错的性质类型？反应后 生成的新位错能否在滑移面上运动？
1 1 1 a 101 a 121 a 111 2 6 3
3-11
全位错 • 几何条件：
shockley不全位错
Franker不全位错
（引力或斥力？） 。
• 11、全位错是柏氏矢量等于点阵矢量的位错 ； 不全位错是柏氏矢量不等于点阵矢量的位错 。 • 12、面心立方晶体的不全位错类型主要有Shockley 不全位错 和 Franker不全位错 ，柏氏矢量分别为 b=a/6<112> ， b=a/3 <111> 。只能发生攀移运动 的位错是 Franker不全位错。 • 13、位错间转化（位错反应）要满足的条件有几 何条件：柏氏矢量守恒 和能量条件：反应后位错 的总能量降低 。 • 14、两个不全位错夹一片层错的位错称为 扩展 位 错。
作业题答案
任课教师：付华
绪论
• 1、材料科学主要研究的核心问题是 结构 和 性能 的关系。 • 材料的结构是理解和控制性能的中心环节，结构 的最微细水平是 原子结构 ，第二个水平是 原子 排列方式 ，第三个水平是 显微组织 。 • 2. 根据材料的性能特点和用途，材料分为 结构材料 和 功能材料 两大类。 • 根据原子之间的键合特点，材料分为 金属 、 陶瓷(无机非金属） 、 高分子 和复合材料四大类。
正离子 配位数 2 3 4 6 8
负离子 多面体 直线形 三角形 四面体 八面体 立方体
实例 干冰CO2 B2O3 SiO2, NaCl,MgO,TiO2 ZrO2,CaF2,CsCl
• 解：MgO结构为面心立方，晶胞 中有四个正离子和四个负离子， 沿棱边方向正负离子相切:
材料性能学课后复习及标准答案解析
本学期材料性能学作业及答案第一次作业 P36-37第一章1名词解释4、决定金属屈服强度的因素有哪些？答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。
外在因素：温度、应变速率和应力状态。
10、将某材料制成长50mm，直径5mm的圆柱形拉伸试样，当进行拉伸试验时塑性变形阶段的外力F与长度增量ΔL的关系为：F/N 6000 8000 10000 12000 14000ΔL 1 2.5 4.5 7.5 11.5求该材料的硬化系数K及应变硬化指数n。
解：已知：L0=50mm，r=2.5mm，F与ΔL如上表所示，由公式（工程应力）σ=F/A0,（工程应变）ε=ΔL/L0,A0=πr2,可计算得：A0=19.6350mm2σ1= 305.5768，ε1=0.0200，σ2=407.4357 ，ε2=0.0500，σ3= 509.2946，ε3=0.0900，σ4= 611.1536，ε4=0.1500，σ5= 713.0125，ε5=0.2300，又由公式（真应变）e=ln(L/L0)=ln(1+ε)，（真应力）S=σ（1+ε），计算得：e1=0.0199，S1=311.6883，e2=0.0489，S2=427.8075，e3=0.0864，S3=555.1311，e4=0.1402，S4=702.8266，e5=0.2076，S5=877.0053，又由公式S=Ke n，即lgS=lgK+nlge，可计算出K=1.2379×103，n=0.3521。
11、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。
为什么脆性断裂最危险？答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。
韧性断裂：是断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂特征：断裂面一般平行于最大切应力与主应力成45度角。
精品 课后习题及参考答案-材料性能学课后习题与解答
材料性能学课后习题与解答绪论1、简答题什么是材料的性能？包括哪些方面？[提示] 材料的性能定量地反映了材料在给定外界条件下的行为；解：材料的性能是指材料在给定外界条件下所表现出的可定量测量的行为表现。
包括○1力学性能（拉、压、、扭、弯、硬、磨、韧、疲）○2物理性能（热、光、电、磁）○3化学性能（老化、腐蚀）。
第一章单向静载下力学性能1、名词解释：弹性变形塑性变形弹性极限弹性比功包申格效应弹性模量滞弹性内耗韧性超塑性韧窝解：弹性变形：材料受载后产生变形，卸载后这部分变形消逝，材料恢复到原来的状态的性质。
塑性变形：微观结构的相邻部分产生永久性位移，并不引起材料破裂的现象。
弹性极限：弹性变形过度到弹-塑性变形(屈服变形)时的应力。
弹性比功：弹性变形过程中吸收变形功的能力。
包申格效应：材料预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余应力（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余应力降低的现象。
弹性模量：工程上被称为材料的刚度，表征材料对弹性变形的抗力。
实质是产生100%弹性变形所需的应力。
滞弹性：快速加载或卸载后，材料随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。
内耗：加载时材料吸收的变形功大于卸载是材料释放的变形功，即有部分变形功倍材料吸收，这部分被吸收的功称为材料的内耗。
韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
超塑性：在一定条件下，呈现非常大的伸长率（约1000%）而不发生缩颈和断裂的现象。
韧窝：微孔聚集形断裂后的微观断口。
2、简答(1) 材料的弹性模量有那些影响因素？为什么说它是结构不敏感指标？解：○1键合方式和原子结构，共价键、金属键、离子键E高，分子键E低原子半径大，E小，反之亦然。
○2晶体结构，单晶材料在弹性模量在不同取向上呈各向异性，沿密排面E大，多晶材料为各晶粒的统计平均值；非晶材料各向E同性。
○3化学成分，○4微观组织○5温度，温度升高，E下降○6加载条件、负载时间。
对金属、陶瓷类材料的E没有影响。
完整版材料力学性能课后习题答案整理
材料力学性能课后习题答案第一章单向静拉伸力学性能1、解释下列名词。
1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。
3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。
4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。
6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。
脆性：指金属材料受力时没有发生塑性变形而直接断裂的能力韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b 的台阶。
8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。
是解理台阶的一种标志。
9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。
10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。
沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。
11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变2、 说明下列力学性能指标的意义。
答：E 弹性模量 G 切变模量 r σ规定残余伸长应力 2.0σ屈服强度 gtδ金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应变硬化指数 P15 3、 金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？答：主要决定于原子本性和晶格类型。
合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小，但是不改变金属原子的本性和晶格类型。
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付华-材料性能学-部分习题答案————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第一章材料的弹性变形一、填空题：1.金属材料的力学性能是指在载荷作用下其抵抗变形或断裂的能力。
2. 低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。
3. 线性无定形高聚物的三种力学状态是玻璃态、高弹态、粘流态，它们的基本运动单元相应是链节或侧基、链段、大分子链，它们相应是塑料、橡胶、流动树脂（胶粘剂的使用状态。
二、名词解释1.弹性变形：去除外力，物体恢复原形状。
弹性变形是可逆的2.弹性模量：拉伸时σ=EεE：弹性模量（杨氏模数）切变时τ=GγG：切变模量3.虎克定律：在弹性变形阶段，应力和应变间的关系为线性关系。
4.弹性比功定义：材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，又称为弹性比能或应变比能，表示材料的弹性好坏。
三、简答：1．金属材料、陶瓷、高分子弹性变形的本质。
答：金属和陶瓷材料的弹性变形主要是指其中的原子偏离平衡位置所作的微小的位移，这部分位移在撤除外力后可以恢复为0。
对高分子材料弹性变形在玻璃态时主要是指键角键长的微小变化，而在高弹态则是由于分子链的构型发生变化，由链段移动引起，这时弹性变形可以很大。
2．非理想弹性的概念及种类。
答：非理想弹性是应力、应变不同时响应的弹性变形，是与时间有关的弹性变形。
表现为应力应变不同步，应力和应变的关系不是单值关系。
种类主要包括滞弹性，粘弹性，伪弹性和包申格效应。
3．什么是高分子材料强度和模数的时-温等效原理?答：高分子材料的强度和模数强烈的依赖于温度和加载速率。
加载速率一定时，随温度的升高，高分子材料的会从玻璃态到高弹态再到粘流态变化，其强度和模数降低；而在温度一定时，玻璃态的高聚物又会随着加载速率的降低，加载时间的加长，同样出现从玻璃态到高弹态再到粘流态的变化，其强度和模数降低。
时间和温度对材料的强度和模数起着相同作用称为时=温等效原理。
四、计算题：气孔率对陶瓷弹性模量的影响用下式表示：E=E0 (1—1.9P+0.9P2)E0为无气孔时的弹性模量；P为气孔率，适用于P≤50 %。
370= E0 (1—1.9×0.05+0.9×0.052) 则E0=407.8 Gpa260= 407.8 (1—1.9×P+0.9×P2) P=0.207 其孔隙度为20.7%。
五、综合问答1.不同材料（金属材料、陶瓷材料、高分子材料）的弹性模量主要受什么因素影响?答：金属材料的弹性模量主要受键合方式、原子结构以及温度影响，也就是原子之间的相互作用力。
化学成分、微观组织和加载速率对其影响不大。
陶瓷材料的弹性模量受强的离子键和共价键影响，弹性模量很大，另外，其弹性模量还和构成相的种类、粒度、分布、比例及气孔率有关，即与成型工艺密切相关。
高分子聚合物的弹性模量除了和其键和方式有关外，还与温度和时间有密切的关系（时-温等效原理）。
（综合分析的话，每一条需展开）。
第二章材料的塑性变形一、填空题1．金属塑性的指标主要有伸长率和断面收缩率两种。
2．单晶体的塑性变形方式有滑移和孪生2种。
3．非晶态高分子材料的塑变过程主要是银纹的形成。
二、简答题1. (1)弹性变形与塑性变形去除外力，恢复原形状。
弹性变形是可逆的。
塑性变形：微观结构的相邻部分产生永久性位移。
屈服强度σs 抗拉强度σb 。
答:1）塑性变形是指微观结构的相邻部分产生永久性位移在外力撤除后不可恢复，即变形不可逆。
2）屈服强度σs：材料发生起始塑性变形所对应的应力。
表征材料抵抗起始（或微量）塑变的能力。
是材料由弹性变形向弹-塑性变形过渡的明显标志。
3）抗拉强度σb材料在拉伸到断裂的过程中所经历的最大应力。
是韧性金属单向拉伸光滑试样的实际最大承载能力。
σb易于测定，重复性好，选材设计的重要依据。
2.一次再结晶二次再结晶一次再结晶是指冷变形金属在再结晶温度以上退火时，变形伸长晶粒被无变形的等轴晶粒取代的过程。
二次再结晶是指在再结晶晶粒长大过程中出现的晶粒异常长大的现象。
（3）热加工与冷加工热加工是指金属在再结晶温度以上进行的塑性加工，冷加工是在再结晶温度以下进行的塑性加工。
（4）丝织构与板织构答：丝织构是指晶体在某一晶向趋于某一特定方向，或有优势取向。
板织构是指某一晶面和某一晶向有优势取向。
4.银纹答：高分子材料在塑性变形过程中，某些缺陷处会有局部塑变产生，取向纤维和空洞交织分布，该区域密度减小50%，对光线的反射能力很高，呈银色，称为银纹。
简答1．金属单晶体的塑性变形方式。
答滑移和孪生2．什么是滑移系？产生晶面滑移的条件是什么？写出面心立方金属在室温下所有可能的滑移系。
答：滑移系是一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。
产生晶面滑移的条件是在这个面上的滑移方向的分切应力大于其临界分切应力。
3．试述Zn、α-Fe、Cu等几种金属塑性不同的原因。
答：Zn、α-Fe、Cu这三种晶体的晶体结构分别是密排六方、体心立方和面心立方结构。
密排六方结构的滑移系少，塑性变形困难，所以Zn的塑性差。
面心立方结构滑移系多，滑移系容易开动，所以对面心立方结构的金属Cu塑性好。
体心立方结构虽然滑移系多，但滑移面密排程度低于fcc，滑移方向个数少，较难开动，所以塑性低于面心立方结构材料，但优于密排六方结构晶体，所以α-Fe的塑性较Cu差，优于Zn。
4.孪晶和滑移的变形机制有何不同?答：主要的不同1）晶体位向在滑移前后不改变，而在孪生前后晶体位向改变，形成镜面对称关系。
2）滑移的变形量为滑移方向原子间距的整数倍，而孪生过程中的位移量为孪生方向的原子间距的分数倍。
3）滑移是全位错运动的结果而孪生是分位错运动的结果。
5.什么是应变硬化？有何实际意义？答：随着应变量的增加，让材料继续变形需要更大的应力，这种现象称为应变硬化。
随变形量的增加，材料的强度、硬度升高而塑性、韧性下降的现象，为加工（应变）硬化（形变强化、冷作强化）。
其意义是可以使得塑变均匀，可以防止突然过载断裂，强化金属的一种手段，通过形变硬化可以改善某些金属的切削性能。
6.在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，但如果稍隔一段时间再弯折，铅板又像最初一样柔软，这是什么原因?答：铅板在室温下的加工属于热加工，加工硬化的同时伴随回复和再结晶过程。
越弯越硬是由于位错大量增加而引起的加工硬化造成，而过一段时间又会变软是因为室温对于铅已经是再结晶温度以上，所以伴随着回复和再结晶过程，等轴的没有变形晶粒取代了变形晶粒，硬度和塑性又恢复到了未变形之前。
综合问答1．位错在金属晶体中运动可能受到哪些阻力? （对金属专业要求详细展开）答：晶格阻力，位错之间的相互作用力，固溶体中的溶质原子造成的晶格畸变引起的阻力，晶界对位错的阻力，弥散的第二相对位错运动造成的阻力。
三、计算：1. 沿铁单晶的[110]方向对其施加拉力，当力的大小为50MPa 时，在(101)面上的[111]方向的分切应力应为多少?若τc =31.1MPa ，外加拉应力应为多大?cos cos τσλφ=[110]方向与[111]滑移方向的夹角λ：121212222222111222cos μμυυωωλμυωμυω++=++++11110(1)263111116⨯+⨯+⨯-===+++[110]方向与(101)面法线方向夹角φ：121212222222111222cos h h k k l l h k l h k l φ++=++++111001121111⨯+⨯+⨯==++ cos cos τσλφ=215020.426MPa =⨯⨯= 在(101)面上的[111]方向的分切应力应为20.4Mpa 。
cos cos c s τσλφ= 31.176.221cos cos 26c s τσλφ===⨯Mpa 若τc =31.1MPa ，外加拉应力应为76.2Mpa 。
2．有一70MPa 应力作用在fcc 晶体的[001]方向上，求作用在（111）[101]和（111）[110]滑移系上的分切应力。
cos cos τσλφ=[001]方向与[101]滑移方向的夹角λ：121212222222111222cos μμυυωωλμυωμυω++=++++01001(1)11112⨯+⨯+⨯--==+[001]方向与(111)面法线方向夹角φ：121212222222111222cos h h k k l l h k l h k l φ++=++++010*********⨯+⨯+⨯==++ cos cos τσλφ=117028.623MPa =⨯⨯= 在(111)面上的[101]方向的分切应力应为28.6Mpa 。
[001]方向与[110]滑移方向的夹角λ：121212222222111222cos μμυυωωλμυωμυω++=++++0(1)01100111⨯-+⨯+⨯==+ cos cos τσλφ=0MPa =在(111)面上的[110]方向的分切应力应为0Mpa 。
3. 有一bcc 晶体的(110)[111]滑移系的临界分切力为60MPa ，试问在[001]和[010]方向必须施加多少的应力才会产生滑移？cos cos τσλφ=（1） [001]方向与[111]滑移方向的夹角λ：121212222222111222cos μμυυωωλμυωμυω++=++++010*********⨯+⨯+⨯==++ [001]方向与(110)面法线方向夹角φ：121212222222111222cos h h k k l l h k l h k l φ++=++++0(1)01100111⨯-+⨯+⨯==+ 由于[001]方向与滑移面(110)平行，因此，无论在[001]方向施加多大的应力不会使(110)[111]滑移系产生滑移。
（2） [010]方向与[111]滑移方向的夹角λ：121212222222111222cos μμυυωωλμυωμυω++=++++011101111113⨯+⨯+⨯==++ [010]方向与(110)面法线方向夹角φ：121212222222111222cos h h k k l l h k l h k l φ++=++++0(1)110011112⨯-+⨯+⨯==+ 6014711cos cos 23c s MPa τσλφ===⨯ 在[010]方向必须施加147Mpa 的应力才会产生滑移。
5．为什么晶粒大小影响屈服强度？经退火的纯铁当晶粒大小为16个/mm 2时，σs=100MPa ；而当晶粒大小为4096个／mm 2时，σs ＝250MPa ，试求晶粒大小为256个/mm 2时的σs 。