西华大学工程材料学习题答案新模板

第一章2.图1-79为五种材料的应力-应变曲线：①45钢，②铝青铜，③35钢，④硬铝，⑤纯铜。

试问：（1）当外加应力为300MPa时，各材料处于什么状态？（2）有一用35钢制作的杆，使用中发现弹性弯曲较大，如改用45钢制作该杆，能否减少弹性变形？（3）有一用35钢制作的杆，使用中发现塑性变形较大，如改用45钢制作该杆，能否减少塑性变形？答：（1）①45钢：弹性变形②铝青铜：塑性变形③35钢：屈服状态④硬铝：塑性变形⑤纯铜：断裂。

（2）不能，弹性变形与弹性模量E有关，由E=σ/ε可以看出在同样的条件下45钢的弹性模量要大，所以不能减少弹性变形。

（3）能，当35钢处于塑性变形阶段时，45钢可能处在弹性或塑性变形之间，且无论处于何种阶段，45钢变形长度明显低于35钢，所以能减少塑性变形。

4．下列符号表示的力学性能指标的名称和含义是什么？σb 、σs、σ0.2、σ-1、δ、αk、 HRC、HBS、HBW答：σb抗拉强度，是试样保持最大均匀塑性的极限应力。

σs屈服强度，表示材料在外力作用下开始产生塑性变形时的最低应力。

σ0.2条件屈服强度，作为屈服强度的指标。

σ-1疲劳强度，材料循环次数N次后达到无穷大时仍不发生疲劳断裂的交变应力值。

δ伸长率，材料拉断后增加的变形长度与原长的比率。

HRC洛氏硬度，表示用金刚石圆锥为压头测定的硬度值。

HBS布氏硬度，表示用淬硬钢球为压头测定的硬度值。

HBW布氏硬度，表示用硬质合金为压头测定的硬度值。

7.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；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，塑性和韧性略有下降的现象称为固溶强化。

绪论二、单项选择题1、下列不是材料力学性能的是（）A、强度B、硬度C、韧性D、压力加工性能2、属于材料物理性能的是（）A、强度B、硬度C、热膨胀性D、耐腐蚀性三、填空题1、材料的性能可分为两大类：一类叫 ___________________ , 反映材料在使用过程中表现岀來的特性，另一类叫__________________ , 反映材料在加工过程屮表现出来的特性。

2、材料在外加载荷（外力）作用下或载荷与环境因素（温度、介质和加载速率）联合作用下所表现的行为，叫做材料_____________________________四、简答题1、材料的性能包括哪些方面？2、什么叫材料的力学性能？常用的金属力学性能有哪些？第一章材料单向静拉伸的力学性能一、名词解释弹性极限：强度：屈服强度：抗拉强度：塑性变形：韧性：二、单项选择题1、根据拉伸实验过程中拉伸实验力和伸长量关系，画出的力一一伸长曲线（拉伸图）可以确定岀金属的（）A、强度和硬度B、强度和塑性C、强度和韧性D、塑性和韧性2、试样拉断前所承受的最大标称拉应力为（）A、抗压强度B、屈服强度C、疲劳强度D、抗拉强度3、拉伸实验中，试样所受的力为（）A、冲击B、多次冲击C、交变载荷D A静态力4、常用的塑性判断依据是（）A、断后仲长率和断面收缩率B、塑性和韧性C、断面收缩率和塑性D、断后伸长率和塑性5、工程上所用的材料，一般要求其屈强比（）A、越大越好B、越小越好C、大些，但不可过大D、小些，但不可过小6、工程上一般规定，塑性材料的§为（）A、21%B、25%C、210%D、215%7、形变强化是材料的一种特性，是下列（）阶段产牛的现象。

A、弹性变形；B、冲击变形；C、均匀塑性变形；D、屈服变形。

8、在拉伸过程中，在工程应用中非常重要的曲线是（）。

A、力一伸长曲线；B、工程应力一应变曲线；C、真应力一真应变曲线。

9、空间飞行器用的材料，既要保证结构的刚度，又要求有较轻的质量，一般情况下使用（）的概念來作为衡量材料弹性性能的指标。

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。

1、下列各种工件应该采用何种硬度实验方法来测定其硬度？锉刀、黄铜轴套、供应状态的各种非合金钢材、硬质合金刀片、耐磨工件的表面硬化层、调质态的机床主轴。

2、已知Cu（f.c.c）的原子直径为2.56A，求Cu的晶格常数a，并计算1mm3Cu中的原子数。

3、已知金属Ａ（熔点６００℃）与金属Ｂ（熔点５００℃）在液态无限互溶；在固态３００℃时Ａ溶于Ｂ的最大溶解度为３０％，室温时为１０％，但Ｂ不溶于Ａ；在３００℃时，含４０％Ｂ的液态合金发生共晶反应。

求：①作出Ａ－Ｂ合金相图（请用尺子等工具，标出横纵座标系，相图各区域名称，规范作图）②写出共晶反应式。

③分析２０％Ａ，４５％Ａ，８０％Ａ等合金的结晶过程，用结晶表达式表达。

４．一个二元共晶反应如下：Ｌ（７５％）←→α（１５％Ｂ）＋β（９５％Ｂ）（１）计算含５０％Ｂ的合金完全凝固时①初晶α与共晶（α＋β）的重量百分数。

②α相和β相的重量百分数。

③共晶体中的α相和β相的重量百分数。

（２）若显微组织中，测出初晶β相与（α＋β）共晶各占一半，求该合金的成分。

５．有形状，尺寸相同的两个Ｃｕ－Ｎｉ合金铸件，一个含Ｎｉ９０％，另一个含Ｎｉ５０％，铸件自然冷却，问哪个铸件的偏析严重，为什么？1.何谓铁素体，奥氏体，渗碳体，珠光体和莱氏体，它们的结构，组织形态，性能等各有何特点？2.分析含碳量为0.3%，1.3%，3.0%和5.0%的铁碳合金的结晶过程和室温组织。

3.指出下列名词的主要区别：一次渗碳体，二次渗碳体，三次渗碳体，共晶渗碳体和共析渗碳体。

4.写出铁碳合金的共晶反应式和共析反应式。

5.根据铁碳相图：①分析0.6%C的钢室温下的组织，并计算其相对量。

②分析1.2%C的钢室温下的相组成，并计算其相对量。

③计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体的最大含量。

6．对某退火碳素钢进行金相分析，其组织为珠光体+网状渗碳体，其中珠光体占93%，问此钢的含碳量大约为多少？7．依据铁碳相图说明产生下列现象的原因：①含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.4%的钢硬度高。

第一章工程材料基础知识参考答案1.金属材料的力学性能指标有哪些？各用什么符号表示？它们的物理意义是什么？答：常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等。

强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。

强度常用材料单位面积所能承受载荷的最大能力（即应力。

，单位为Mpa）表示。

塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不被破坏的能力。

金属塑性常用伸长率5和断面收缩率出来表示：硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是衡量材料软硬程度的指标，是一个综合的物理量。

常用的硬度指标有布氏硬度（HBS、HBW）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和维氏硬度（HV）。

以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷,金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。

冲击韧性的常用指标为冲击韧度，用符号a k表示。

疲劳强度是指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。

疲劳强度用。

-1表示，单位为MPa。

2.对某零件有力学性能要求时，一般可在其设计图上提出硬度技术要求而不是强度或塑性要求，这是为什么？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。

3.比较布氏、洛氏、维氏硬度的测量原理及应用范围。

答：（1）布氏硬度测量原理：采用直径为D的球形压头，以相应的试验力F压入材料的表面，经规定保持时间后卸除试验力，用读数显微镜测量残余压痕平均直径d,用球冠形压痕单位表面积上所受的压力表示硬度值。

实际测量可通过测出d值后查表获得硬度值。

布氏硬度测量范围：用于原材料与半成品硬度测量，可用于测量铸铁；非铁金属（有色金属）、硬度较低的钢（如退火、正火、调质处理的钢）（2）洛氏硬度测量原理：用金刚石圆锥或淬火钢球压头，在试验压力F的作用下，将压头压入材料表面，保持规定时间后，去除主试验力，保持初始试验力，用残余压痕深度增量计算硬度值，实际测量时，可通过试验机的表盘直接读出洛氏硬度的数值。

第1章 材料的基本性质1、烧结普通砖的尺寸为240mm×115mm×53mm ，已知其孔隙率为37%，干燥质量为 2487g ，浸水饱和后质量为 2984g 。

求该砖的密度、干表观密度、 吸水率、开口孔隙率及闭口孔隙率。

解：砖自然状态下的体积：3300.2400.1150.053 1.462810m V -=⨯⨯=⨯ 干表观密度：3030 2.4871700kg/m 1.462810m V ρ-===⨯ 由孔隙率0001700100%1100%1100%37%V V P V ρρρ-⎛⎫⎛⎫=⨯=-⨯=-⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭得砖的密度：ρ＝2698 kg/m 3 吸水率：29842487100%100%20%2487m m W m =⨯=⨯=干吸吸干－－ 开口孔隙率：3029842487()/100%/1.462810100%34%1000m m P V ρ-⎡⎤-⎡⎤=⨯=⨯⨯=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦干吸开水－ 闭口孔隙率：37%34%%P P P==开闭--＝32、已知碎石的表观密度为2.65g/cm 3，堆积密度为1.50g/cm 3，求 2.5m 3 松散状态的碎石，需要多少松散体积的砂子填充碎石的空隙 ? 若已知砂子的堆积密度为1.55g /cm 3，求砂子的重量为多少？ 解：0000002.5 1.5100%1100%1100%43%2.5 2.65V V V P V ρρ⎛⎫''-⎛⎫'=⨯=-⨯=-⨯= ⎪ ⎪'⎝⎭⎝⎭－＝ V 0＝1.425m 3所以，填充碎石空隙所需砂子的体积为：300 2.5 1.425 1.075m V V '-=-=或30 2.543% 1.075m V P '⨯=⨯= 沙子的重量：1.075×1.55×103＝1666.25kg3．某地红砂岩，已按规定将其磨细，过筛。

烘干后称取50g ，用李氏瓶测得其体积为18.9cm 3。

一、名词解释4、位错：晶体中某处一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。

6、位错密度：单位体积中所含位错线的总长度。

=穿过单位截面积的位错线的数目。

8、滑移的临界分切应力：滑移开始时，在滑移面上沿滑移方向的分切应力。

11、柏氏矢量：用来揭示位错本质，描述位错行为的矢量。

13、堆垛层错：晶体中某一区域堆垛顺序差错而产生的晶面错排的面缺陷。

（简称层错）14、位错的应变能：晶体中因位错周围弹性应力场的存在而导致的能量增量。

16、全位错：柏氏矢量为单位点阵矢量或其倍数的位错。

单位位错是全位错的一种。

单位位错：柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错。

17、弗兰克尔空位：离位原子跳入晶体点阵间隙中，形成一个空位的同时，还形成了一个间隙原子。

18、层错能：产生单位面积层错所需要的能量。

2、交滑移：两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移的现象。

3、冷拉：聚合物拉伸时出现的细颈伸展过程。

5、柯氏气团：溶质原子与位错发生交互作用，集聚在位错线附近，以降低体系的畸变能所形成的溶质原子气团。

9、加工硬化：金属冷变形时，随变形量增加，其强度、硬度上升，而塑性、韧性下降的现象。

12、多滑移：滑移在两组或多组滑移系上同时或交替进行的滑移。

1、再结晶：冷变形金属在足够高的温度下加热时，通过新晶粒的形核及长大，以无畸变的等轴晶粒取代变形晶粒的过程。

7、二次再结晶（异常长大）：少数晶粒突发性的、不均匀的长大。

10、热加工：金属在再结晶温度以上的加工变形。

冷加工：形变时只发生加工硬化的加工变形。

15、回复：冷变形金属加热时，在光学显微组织发生变化之前，所产生的某些亚结构及性能的变化过程。

19、表面热蚀沟：金属在高温下长时间加热时，晶界与金属表面相交处，为了达到表面张力间的平衡，通过表面扩散产生的沟状形态。

20、动态再结晶：金属在较高温度下变形时，也能发生回复和再结晶。

二、填空题1、两个平行的同号螺位错之间的作用力为（排斥力），而两个平行的异号螺位错之间的作用力为（吸引力）。

第一章材料的性能一、说明名词疲劳强度屈服强度抗拉强度冲击韧性延伸率断面收缩率疲劳强度：当材料经受的交变应力低于某一值时，虽经无数次循环，材料都可不能产生疲劳断裂，那个应力值，即材料的疲劳强度(疲劳极限)。

屈服强度：表示材料抗击起始塑性变形或产生微量塑性变形的能力。

二、判定正误一、×二、× 3、√ 4、× 5、×第二章金属的晶体结构一、说明名词组织晶格晶体结构晶体空位组织：在显微镜下观看到的金属内部的微观形貌，如组成相及晶粒的种类、大小、形态和散布。

晶格：为了便于研究，常把原子抽象为几何点，并用许多假象的直线连接起来，形成的三维空间的几何格架。

晶体：原子或分子在三维空间依照必然的规那么作周期性重复排列的物质。

二、判定正误一、×二、× 3、× 4、×五、×三、选择题一、ｃ二、d四、填空一、__点___、__线____、___面___， __线_ 、 __面_2、刃（型）位错和螺（型）位错， __刃（型）___3、体心立方、面心立方、密排六方。

｛１１０｝、｛１１１｝、｛０００１｝第三章金属的结晶一、说明名词过冷度过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差。

二、判定正误1、×2、×3、√4、√三、选择题1、c 4、ｂ四、填空1、____α－Ｆｅ_____、___γ－Ｆｅ_____和δ－Ｆｅ2、_大__，细（小）， __高__， __好__。

3、晶核的形成（形核）和晶体的长大（长大）4、增大过冷度、变质（孕育）处置和振动或搅拌第四章合金结构与相图一、说明名词固溶强化弥散强化合金金属化合物固溶体间隙相相枝晶偏析固溶强化：通过溶入某种溶质元素来形成固熔体而使金属强度、硬度升高的现象。

弥散强化：金属化合物硬而脆，当其以极小的粒子均匀散布在固溶体基体上时，能提高合金的强度、硬度和耐磨性，而其塑性和韧性下降不多的现象。