2-1工程材料第2章分析

工程材料徐自立主编课后习题答案第一章材料的性能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方面?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方法和各自的优缺点。

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方法有是压入法，应用较多的布氏硬度洛氏硬度和维氏硬度等试验方法。

布氏硬度试验法的优点：因压痕面积较大，能反映出较大范围内被测试材料的平均硬度，股实验结果较精确，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，不宜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。

工程材料第一章一、名词解释晶体晶格晶胞晶面晶向晶体结构各向异性各向同性合金组元二元合金相固溶体金属化合物组织工艺性能使用性能单体晶体：原子（分子或者离子）在三维空间有规则地周期性重复排列的物体晶格：通过金属原子（原子）的中心画出的许多直线构成的空间格架晶胞：能反应该晶格特征的最小组成单元晶面：通过晶体中原子中心的平面晶向：通过原子中心的直线所代表的方向晶体结构：晶体中原子（离子或分子）规则排列的方式各向异性：金属晶体不同方向的性能不同各项同性：金属晶体各个方向的性能一样合金：一种金属元素和另一种或几种金属元素，通过熔化或其他方式结合在一起所形成的具有金属特征的物质组元：组成合金的独立的、最基本的单元二元合金：由两个组元组成的合金相：在金属或合金中，具有一定化学成分和一定金属结构的均匀组成部分固溶体：合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀、且结构与组元之一相同的固相金属化合物：合金组元相互作用形成晶格类型和特征完全不同于任一组元的新相组织：材料内部所有的微观组成工艺性能：制造工艺过程中材料适应加工的性能使用性能：金属材料在使用条件下所表现出来的性能单体：构成高分子化合物的低分子化合物二、填空题1、三种常见金属的晶体结构为体心立方、面心立方和密排六方。

2、体心立方晶胞中原子个数为2；面心立方晶胞中原子个数为4；密排六方晶体胞中原子个数为 6 。

3、同非金属相比，金属的主要特性是具有确定的熔点、各向异性。

4、晶体与非晶体结构上的最根本的区别是原子在三维空间的排列是否规则。

5、一般可把材料的结合键分为离子键、分子键、共价键和金属键四种。

6、一般将工程材料分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料等四大类。

7、高分子材料种类很多，工程上通常根据机械性能和使用状态将其分为四大类工程塑料、合成纤维、合成橡胶和胶黏剂。

8、固态物质按其原子（离子或分子）的聚集状态可分为两大类：晶体和非晶体；固态金属一般情况下均是晶体。

第一章金属材料的力学性能1.基本概念强度：金属材料在静力作用下，抵抗永久变形和断裂的性能。

1）：屈服强度：材料开始发生明显塑性变形时的最低应力值。

2）：抗拉强度：材料在破断前所承受的最大应力值。

硬度：衡量金属材料软硬程度的指标1）：布氏硬度HBW 2）：洛氏硬度HR 3）：维氏硬度HV刚度：工程上将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度区别：刚度是抵抗弹性变形的能力，硬度是抵抗局部塑性变形的能力。

塑性：金属材料在静力作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。

屈服的基本特征：应力几乎不变，应变却不断增加，从而产生明显的塑性变形断裂的基本形式：脆性断裂、韧性断裂韧性断裂：在断裂前有明显的塑性变形的断裂。

脆性断裂：在尚未发生明显的塑性变形时已断裂的断裂。

第二章．金属与合金的结构1.基本概念晶体：原子（或分子）按一定的几何规律作周期性地排列。

非晶体：原子（或分子）无规则的堆积在一起。

空间点阵：原子或分子按一定的几何规律作周期性的排列固溶体：合金在固态下，组元间仍能互相溶解而形成均匀相，称为固溶体。

中间相：两种元素形成的新相合金：由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。

组元：组成合金的最基本的、独立的物质。

相（基本相）：合金中，具有同一化学成分且结构相同的均匀部分叫做相。

组织（P）：组织是观察到的在金属及合金内部组成相的大小、方向、形状、分布及相互结合状态。

2.基本理论（2）了解典型晶胞密排面和密排晶向的画法。

（3）固溶体的分类按溶质原子在溶剂晶格中分布情况的不同可分为：间隙固溶体和置换固溶体。

按溶质在溶剂的溶解度不同可分为：有限固溶体和无限固溶体。

（4）缺陷的分类和代表类型1）：点缺陷-----空位和间隙原子2）：线缺陷-----位错3）：面缺陷-----晶界和亚晶界第三章．金属与合金的结晶（1）基本概念结晶：金属与合金自液态冷却转变为固态的过程，是原子由不规则排列的液体状态逐步过渡到原子作规则排列的晶体状态的过程，这一过程称为结晶过程。

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---7为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？答：因为单晶体内各个方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，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。

第三章作业3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注；⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。

答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好？试用多晶体塑性变形的特点予以解释。

答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。

原因是：（1）强度高：Hall-Petch公式。

晶界越多，越难滑移。

（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。

（3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。

4－6 生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂7~15天，然后再精加工。

试解释这样做的目的及其原因？答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。

4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）？答：W、Sn的最低再结晶温度分别为:TR(W) =（0.4～0.5)×(3410+273)－273 =（1200～1568）(℃)＞1000℃TR(Sn) =（0.4～0.5)×(232+273)－273 =（-71～-20）(℃) ＜25℃所以W在1000℃时为冷加工，Sn在室温下为热加工4－9 用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想？为什么？（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。