机械工程材料习题集机械工程学院2013年9月1-1现有一碳钢制支架刚性不足，采用以下三种方法中的哪种方法可有效解决此问题？为什么？①改用合金钢；②进行热处理改性强化；③改变该支架的截面与结构形状尺寸。
答：选③，改变该支架的截面与结构形状尺寸。
因为金属材料的刚度决定于基体金属的性质，当基体金属确定时，难于通过合金化、热处理、冷热加工等方法使之改变。
1-2对自行车座位弹簧进行设计和选材，应涉及到材料的哪些主要性能指标？答：强度、弹性、疲劳极限。
1-3在有关工件的图样中，出现了以下几种硬度技术条件的标注方法，用这种标注是否正确？为什么？（1）HBS250~300 （2）600~650HBS （3）5~10HRC （4）HRC70~75（5）HV800~850 （6）800~850H VHBS表示用淬火钢球去测试布氏硬度，由于淬火钢球很难达到很高的硬度值，因此在测试很高硬度时淬火钢球本身会变形，HBS的测量上限是450。
HBW是硬质合金钢球，由于硬质合金钢球比淬火钢球硬度高很多，HBW国标上说明测量上限是650，而布氏硬度计用的是球压头，在不同施压力下压入工件时其压入角在不断的变化，因此各种压头和试验力下得到的硬度值严格是不能直接比较的； HRC：洛氏标尺HRC的测量范围是20－70HRC.1-4 甲、乙、丙、丁四种材料的硬度分别为45HRC、90HRB、800HV、240HBS，试比较这四种材料硬度的高低。
1-5当某一材料的断裂韧度KIC=62MPa·m1/2，材料中裂纹的长度2a=5.7mm时，需加多大的应力会使裂纹失稳扩展而导致断裂？1-6 选择题1．拉伸试验时，试样拉断前能承受的最大拉应力称为材料的（B）A．屈服点B．抗拉强度C．弹性极限2．测定淬火钢件的硬度，一般常选用（B）来测试。
A．布氏硬度计B．洛氏硬度计C．维氏硬度计3．进行疲劳试验时，试样承受的载荷为（C）A．静载荷B．冲击载荷C．循环载荷4．洛氏硬度C标尺所用的压头是（B）A．淬火钢球B．金刚石圆锥体C硬质合金球5．金属抵抗永久变形和断裂的能力，称为（C）A．硬度B．塑性C．强度6．金属的（B ）越好，则其锻造性能越好。
A ． 强度B ．塑性C ．硬度1-7 判断题1. 金属材料的塑性变形能随载荷的去除而消失。
（ X ）2．所有金属材料在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象。
（ X ）3．进行布氏硬度试验时，当试验条件相同时，压痕直径越小，则材料的硬度越低。
（ X ）4．洛氏硬度值是根据压头压人被测材料的残余压痕深度增量来确定的。
（ √ ）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？α-Fe 、γ-Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Cr 、V 、Mg 、Zn 各属何种结构？答：常用的晶体结构有：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。
体心立方晶格:立方体中心和立方体结点各占有一个原子，a=b=c ，α＝β＝γ＝90°面心立方晶格:立方体六个表面中心和立方体结点各占有一个原子。
a=b=c ，α＝β＝γ＝90° 密排六方晶格:六方晶格的上、下底面中心和六方柱体的结点各占有一个原子,六方柱体中心有三个原子构成等边三角形。
晶格常数a=b ≠c ， α＝β＝120° ， γ＝90°。
α-Fe 、Cr 、V 属于体心立方晶体；γ-Fe 、Al 、Cu 、Ni 属于面心立方晶格；Mg 、Zn 属于密排六方晶格。
2-2 已知γ-Fe 的晶格常数（α=0.363mm ）要大于α-Fe 的晶格常数（α=0.289mm ），试问：为什么γ-Fe 冷却到912℃转变为α-Fe 时，体积反而增大？答：Fe -γ冷却到912℃转变为x －Fe 时体积增大，是因为原来面心立方的Fe -γ转变为体心立方的x －Fe 时致密度变小。
Fe -γ晶胞原子数4，x －Fe 晶胞原子数2。
2-3 1g 铁在室温和1000℃各含有多少个晶胞？答：（1）Fe 在室温下为体心立方，晶胞原子数为2，这时1gFe 的晶胞数＝(1/56×6.02×10＾23)/2=5.38×10＾21个（2）在1000℃时为面心立方，晶胞原子数为4，这时1gFe 的晶胞数＝(1/56×6.02×10＾23)/4＝2.69×10＾21个2-4 已知铜的原子直径为0.256mm ，求其晶格常数，并计算1mm 3铜中的原子数。
2-5 试计算面心立方晶格的致密度。
2-6 已知铁原子直径d=2.54Å，铜原子直径d=2.55 Å，试求铁和铜的晶格常数。
2-7 选择题 ．1．工程上使用的金属材料一般都呈（ B ）。
A.各向异性B.各向同性C.伪各向异性 D ．伪各向同性2．当晶格常数相同时，体心立方晶格比面心立方晶格（ C ）。
A.原子半径大，致密度也大B.原子半径小，致密度也小C．原子半径大，但致密度小D．原子半径小，但致密度大2-8 判断题1．因为单晶体是各向异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也是不同的。
（X ）2．在立方晶系中，原子密度最小的，则晶面间距也最小。
（X ）3．实际金属是由许多结晶位向都完全相同的小晶粒组成的。
（X）4．在面心立方晶胞中所包含的原子数为2。
（X）2-9填空题（1）同非金属相比，金属的主要特性是（原子规则排列，具有固定的熔点和各向异性）。
（2）晶体与非晶体结构上最根本的区别是（内部原子排列的情况）。
（3）γ-Fe的二个晶胞内的原子数为（ 4 ）。
3-1如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小：（1）金属型浇注与砂型浇注<（2）高温浇注与低温浇注<（3）铸成薄壁件与铸成厚壁件<（4）浇注时采用震动与不采用震动<（5）厚大铸件的表面部分与中心部分<3-2 为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金？为什么需进行压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金？答：共晶成分的合金熔点低，凝固温度区间最小，流动性好，适于铸造。
单相固溶体成分的合金强度均匀，塑性好，便于压力加工。
3-3为什么钢锭希望减少柱状晶区，而钢锭、铝锭往往希望扩大柱状晶区？答：在柱状晶区，柱状晶粒彼此间的界面比较平直，气泡缩孔很小，组织比较致密。
但当沿不同方向生长的两组柱状晶相遇时，会形成柱晶间界。
柱晶间界是杂质、气泡、缩孔较密集地区，是铸锭的脆弱结合面，故钢锭应减少柱状晶区，以避免在热轧时开裂。
对塑性好的铜锭、铝锭不会因热轧而开裂，故往往希望扩大柱状晶区。
3-4判断下列情况下是否有相变：（1）液态金属结晶（2）晶粒粗细的变化（3）同素异晶转变（4）磁性转变答：液态金属结晶、同素异构转变产生了相变；晶粒粗细的变化和磁性转变没有相变的产生。
3-5 一个二元共晶转变如下：L（ωB=75%）→α（ωB=15%）+β（ωB=95%）（1）求ωB=50%的合金刚结束时的各组织组分和各组组分的相对量；（2）若显微组织中出晶β与（α+β）各占50%，求该合金的成分。
3-6 什么是固溶强化?造成固溶强化的原因是什么?3-7 选择题1．结晶实质上是原子由（A ）。
A.近程有序转变为长程有序的过程B．长程有序转变为近程有序的过程C．长程有序状态的过程D．近程有序状态的过程2．同一物质在固态时发生晶格类型的转变，称为（A ）。
A.同素异构转变B.同素异构C．同分异构D．同分异构转变3-8 判断题1．一般来说，液态物质的冷却速度越大，过冷度也越大，实际结晶温度就越低。
（√）2．相对晶态而言，非晶态是一种短程无序、长程有序的混合结构。
（X ）3．通常金属是由许多外形不规则、位向不同、大小不同的晶粒组成的多晶体。
（√）4．在实际金属合金中，白发形核比非自发形核更重要，往往起优先和主导的作用。
（X ）5．金属的结晶过程是晶核不断形成、长大的过程。
（√）4-1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。
4-2金属铸件能否通过再结晶退火来细化晶粒？为什么？答：不可以，因为再结晶退火必须用于经冷塑性变形加工的材料，其目的是改善冷变形后材料的组织和性能。
再结晶退火的温度较低，一般都在临界点以下。
若对铸件采用再结晶退火，其组织不会发生相变，也没有形成新晶核的驱动力(如冷变形储存能等)，所以不会形成新晶粒，也就不能细化晶粒。
4-3 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，说明它们是热加工还是冷加工？（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）。
4-4简要比较液态结晶、重结晶、再结晶的异同处。
答：重结晶是将晶体溶于溶剂或熔融以后，又重新从溶液或熔体中结晶的过程。
重结晶可以使不纯净的物质获得纯化，或使混合在一起的盐类彼此分离。
结晶=已融化的晶体(液态)→固态晶体，即【液态→固态】。
重结晶=晶体→溶化为液态→结晶，即【固态→液态→固态】。
4-5用一冷拉钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到700℃，加热完毕，再次吊装该工件时，钢丝绳发生断裂。
试分析其原因。
答：冷拉钢丝属于冷塑性变形，而这种材料在加热到700℃时，发生再结晶，导致强度极速下降，综合力学性能也降低。
4-6用低碳钢钢板冷冲压成形的零件，冲压后发现各部位的硬度不同，为什么?4-7选择题1．再结晶和重结晶都有形核和长大两个过程，主要区别在于有没有（B ）改变。
A.温度B．晶体结构C应力状态2．实际生产中，碳钢的再结晶温度应选择（）。
A．50～800℃B．600～700℃C．360～450℃3．冷、热加工的区别在于加工后是否留下（B ）。
A.加工硬化B．晶格改变C．纤维组织4．钢在热加工后形成的纤维组织，使钢性能相应变化，即沿着纤维的方向上，具有较高的（），在垂直纤维的方向上，具有较高的（）。
A、抗拉强度B．抗弯强度C．抗剪强度4-8 判断题1.一般来说，晶体内滑移面和滑移方向越多，则金属的塑性越好。
（）2．实际上滑移是借助于位错的移动来实现的，故晶界处滑移阻力最小。
（）3．回复时，金属的显微组织没有变化。
（）4．再结晶与液体金属结晶一样，有一个固定的结晶温度。
（X ）5．金属铸件可以用再结晶退火来细化晶粒。
（X ）6．为保持冷变形金属的强度和硬度，应采取再结晶退火。
（X）7．在高温状态下进行变形加工，称为热加工。
（X ）5-1根据Fe-Fe3C相图计算，室温下，w c分别为0.2%和1.2%的钢中组织组成物的相对量。
