工程材料学庞国星课后习题答案

以下仅本人鄙见、收集整理，有错之出请斧正，仅作参考

宋井科2016年10月

1-1由拉伸试验可以得出哪些力学性能指标？在工程上这些指标是怎样定义的？

答：由拉伸试验可以得出弹性、强度、塑性等指标。

弹性极限：材料产生完全弹性变形时所能承受的最大应力值。

屈服强度：材料开始产生明显塑性变形时的最低应力值，

抗拉强度：试样拉断前所能承受的最大应力值。

塑性：材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。指标为断面伸长率和断面收缩率。

断后伸长率：指试样拉断后标距长度的残余伸长与原始标距之比的百分率。

断面收缩率：指断裂后试样横截面积的最大收缩量与原始横截面积之的百分率比。

1-2．有一d0=10mm，L0=50m m的低碳钢比例试样，拉伸试验时测得F s=20.5k N，F b=31.5k N，d1=6.25m m,L1=66mm,试确定此钢材的σs、σb、、ψ、δ。

1．解：σs=F s/A0，A0=π/4×d02=78.5mm2，

σs=20.5×1000／π/4×100

=261M p a；

σb=F b/A0，A0=π/4×d02，

σb=31.5×1000／π/4×100

=401M p a；

δ=(L1－L0)/L0×100%

=（66－50）／50×100%

=32%；

ψ=(A0－A1)/A0×100%，A1=π/4×d12=30.7m m2

=（78.5－30.7）／78.5×100%

=61%

1-3下列各种工件应该采用何种硬度试验方法来测定其硬度？

（1）锉刀（2）黄铜轴套（3）硬质合金刀片

（4）供应状态的各种碳钢钢材（5）耐磨工件的表面硬化层

锉刀：H R C，黄铜轴套：H B、供应状态的各种非合金钢材：H B、硬质合金刀片：H V：、耐磨工件的表面硬化层：H R C（H R A）、调质态的机床主轴：H B、H R C、H R B。

1-4有四种材料，它们的硬度分别为45H R C.95H R B.850H V.220H B W.比较这四种材料的硬度高低

解：800H V>45H R C>240H B S>90H R B

1-5当某一材料的断裂韧度K I c＝62M P a•m1/2，2a＝5.7mm时，要使裂纹失稳扩展而导致断裂，需要多大的应力？（设Y=√π）解：K I c=Yσ√a，所以σ=K l c/√π√a=？自己代入算，

1-6工程材料有哪些物理性能和化学性能

物理性能是指材料固有的属性，金属的物理性能包括密度、熔点、电性能、热性能、磁性能等。化学性能:耐蚀性、抗氧化性

1-7什么是材料的工艺性能

解:见书14面倒数第一投

2-1试计算面心立方晶格的致密度

解：4r=√2a，所以r=√2a/4，致密度=（4πr³/3*4）/a³=74%

2-2已知γ-F e的晶格常数大于α-F e的晶格常数，但为什么γ-F e冷却到9120C转变为α-F e时体积反而增加?

答：因为γ-F e为面心立方晶格，一个晶胞含4个原子；γ-F e冷却到912C后转变为α-F e后，变成体心立方晶格，一个晶胞含2个原子，尽管γ-F e的晶格常数大于α-F e的晶格常数，但多的体积部分抵不上因原子排列不同γ-F e变成α-F e体积增大的变化部分。故γ-F e冷却到0912C后转变为α-F e时体积反而增加。

2-3什么是过冷度？过冷度与冷速有何关系？过冷度对金属结晶后的晶粒大小有何影响？

答：（1）理论结晶温度与实际结晶温度之差称过冷度。（2）1、冷却速度越快，材料的过冷度也会相应的增加，可以通俗的理解为随着冷却速度的增加，材料的结晶形核过程会有相应的时间滞后性，就会造成过冷度增加。随着冷却速度的增大，则晶体内形核率和长大速度都加快，加速结晶过程的进行，但当冷速达到一定值以后则结晶过程将减慢，因为这时原子的扩散能力减弱。（3）过冷度增大，ΔF大，结晶驱动力大，形核率和长大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N与G的比值，晶粒变细，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。

2-4晶粒大小对金属材料的机械性能有何影响？结晶时哪些因素影响晶粒度的大小？如何影响？采取哪些方法可以细化晶粒？

答：一般情况下，晶粒愈小，其强度、塑形、韧性也愈高；晶体的长大速度、形核速度影响晶粒的大小。若结晶时有较大地过冷度、

形核率的增加比晶核的长大速度快则晶粒愈细；细化晶粒：(1)提高结晶时的冷却速度、增加过冷度。(2)进行变质处理。(3)在液态金属结晶时采用机械振动，超声波振动，电磁搞拌等。

2.5什么是固溶体？固溶体有何晶格特性和性能特点？何为固溶强化？

所谓固溶体是指溶质原子溶入金属溶剂的晶格中所组成的合金相。两组元在液态下互溶，固态也相互溶解，且形成均匀一致的物质。形成固溶体时，含量大者为溶剂，含量少者为溶质；溶剂的晶格即为固溶体的晶格。

按溶质原子在晶格中的位置不同可分为置换固溶体和间隙固溶体。

1、置换固溶体溶质原子占据溶剂晶格中的结点位置而形成的固溶体称置换固溶体。当溶剂和溶质原子直径相差不大，一般在15％以内时，易于形成置换固溶体。铜镍二元合金即形成置换固溶体，镍原子可在铜晶格的任意位置替代铜原子。

2、间隙固溶体溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称间隙固溶体。间隙固溶体的溶剂是直径较大的过渡族金属，而溶质是直径很小的碳、氢等非金属元素。其形成条件是溶质原子与溶剂原子直径之比必须小于0.59。如铁碳合金中，铁和碳所形成的固溶体――铁素体和奥氏体，皆为间隙固溶体。

另外，按溶质元素在固溶体中的溶解度，可分为有限固溶体和无限固溶体。但只有置换固溶体有可能成为无限固溶体。

当溶质元素含量很少时，固溶体性能与溶剂金属性能基本相同。但随溶质元素含量的增多，会使金属的强度和硬度升高，而塑性和韧性有所下降，这种现象称为固溶强化。置换固溶体和间隙固溶体都会产生固溶强化现象。

2.6什么是金属化合物？金属化合物有何晶格特征和性能特点？何为弥散强化？

合金组元件发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质称为金属化合物。金属化合物的组成一般可用化学式表示。金属化合物的晶格类型不同于任一组元，一般具有复杂的晶格结构。其性能特点是熔点高、硬度高、脆性大。

当合金中出现金属化合物时，通常能提高合金的硬度和耐磨性，但塑性和韧性会降低。金属化合物是许多合金的重要组成相。

若合金中的第二相依以细小弥散的微粒均匀分布在基体上，则可显著提高合金的强度，称为弥散强化。如果这种微粒是通过过饱和固溶体的时效处理而沉淀析出来的，则成为沉淀强化或时效强化。这种强化的主要原因是细小弥散的微粒与位错的相互作用，阻碍了位错的运动，从而提高了塑性变形抗力。

2.7判断下列情况是否有相变：

液态金属结晶；同素异晶转变

液态金属结晶：从液相变成固相