工程材料-第二章-性能

第一章材料的结构与性能一、材料的性能（一）名词解释弹性变形：去掉外力后，变形立即恢复的变形为弹性变形。

塑性变形：当外力去除后不能够恢复的变形称为塑性变形。

冲击韧性：材料抵抗冲击载荷而不变形的能力称为冲击韧性。

疲劳强度：当应力低于一定值时，式样可经受无限次周期循环而不破坏，此应力值称为材料的疲劳强度。

σ为抗拉强度，材料发生应变后，应力应变曲线中应力达到的最大值。

bσ为屈服强度，材料发生塑性变形时的应力值。

sδ为塑性变形的伸长率，是材料塑性变形的指标之一。

HB：布氏硬度HRC：洛氏硬度，压头为120°金刚石圆锥体。

（二）填空题1 屈服强度、抗拉强度、疲劳强度2 伸长率和断面收缩率，断面收缩率3 摆锤式一次冲击试验和小能量多次冲击试验， U型缺口试样和V型缺口试样4 洛氏硬度，布氏硬度，维氏硬度。

5 铸造、锻造、切削加工、焊接、热处理性能。

（三）选择题1 b2 c3 b4 d f a （四）是非题 1 对 2 对 3错 4错（五）综合题 1 最大载荷为2805.021038.5πσ⨯=F b断面收缩率%10010810010⨯-=-=A A A ϕ 2 此题缺条件，应给出弹性模量为20500MP,并且在弹性变形范围内。

利用虎克定律 320℃时的电阻率为13.0130℃时的电阻率为18.01二、材料的结合方式 （一）名词解释结合键：组成物质的质点(原子、分子或离子)间的相互作用力称为结合键，主要有共价键、离子键、金属键、分子键。

晶体：是指原子在其内部沿三维空间呈周期性重复排列的一类物质。

非晶体：是指原子在其内部沿三维空间呈紊乱、无序排列的一类物质。

近程有序：在很小的范围内(一般为几个原子间距)存在着有序性。

（二）填空题1 四，共价键、离子键、金属键、分子键。

2 共价键和分子键，共价键，分子键。

3 强。

4 强。

（三）选择题1 a2 b3 a（四）是非题1 错2 错3 对4 错（五）综合题1晶体的主要特点：○1结构有序；○2物理性质表现为各向异性；○3有固定的熔点；○4在一定条件下有规则的几何外形。

第二章材料的性能、解释下列名词：⑴强度和刚度⑵塑性和韧性⑶屈强比⑷冷脆转变温度⑸断裂韧度⑹疲劳强度⑺蠕变⑻应力松弛⑼高周疲劳和低周疲劳⑽耐磨性2、拉伸试样的原标距为50mm，直径为10mm，拉伸试验后，将已断裂的试样对接起来测量，若断后的标距为79mm，缩颈区的最小直径为4.9mm，求该材料的伸长率和断面收缩率的值。

3、用45号钢制成直径为30mm的主轴，在使用过程中，发现该轴的弹性弯曲变形量过大，问是否可改用合金钢40Cr或通过热处理来减小变形量？为什么？4、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5、一根钢筋试样，其弹性模量E＝210GPa, 比例极限бP＝210 MPa, 在轴向力FP的作用下，测得轴向线应变ε＝0.001，试求此时钢筋横截面上的正应力。

如果继续增加拉力，使试样的轴向线应变达到0.08，然后再逐渐卸除载荷，测得残余线应变为0.075，试问未卸载时钢筋横截面上的正应力为多大？6、当某一材料的断裂韧度K Ic＝62MPa•m1/22a＝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＝）7、为什么疲劳裂纹对机械零件潜在着很大危险？8、有两位工程师讨论疲劳破坏。

一位说疲劳破坏是脆性的，而另外一位说疲劳破坏是韧性的，试讨论这两种观点的是与非。

第四章二元合金1．比较固溶体、金属间化合物和机械混合物的晶格特征与性能特征。

2．现有A、B两组元，其熔点B>A，组成二元匀晶相图，试分析以下说法是否正确：（1）A、B两组元的晶格类型可以不同，但原子大小一定要相等；（2）其中任一合金K，在结晶过程中由于固相成分沿固相线变化，故结晶出来的固溶体中的含B量始终高于原液相中的含B量；（3）固溶体合金按匀晶相图平衡结晶时,由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分都不相同,3．一个二元共晶反应如下：Lα0.15%B+β0.95B，求：（1）含0.50B的合金凝固后，α初和（α+β）共晶的相对量；α相与β相的相对量；（2）共晶反应后若β初和（α+β）共晶各占一半，问该合金成分如何？4．已知A（熔点600℃）与B（熔点500℃）在液态下无限互溶；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B40%的液态合金发生共晶反应。

工程材料力学性能课后题答案第三版（束德林）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：指材料在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的变形即断裂破坏的性质。

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：（1）E（G）分别为拉伸杨氏模量和切边模量，统称为弹性模量表示产生100％弹性变所需的应力。

σ规定残余伸长应力，试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。

（2）rσ名义屈服强度（点），对没有明显屈服阶段的塑性材料通常以产生0.2％的塑性形变对应的应力作为屈2.0服强度或屈服极限。

⼯程材料⼒学性能各章节复习知识点⼯程材料⼒学性能各个章节主要复习知识点第⼀章弹性⽐功：⼜称弹性⽐能，应变⽐能，表⽰⾦属材料吸收弹性变形功的能⼒。

滞弹性：对材料在弹性范围内快速加载或卸载后随时间延长附加弹性应变的现象。

包申格效应：⾦属材料经预先加载产⽣少量塑性变形（残余应变为1%~4%），卸载后再同向加载，规定残余伸长应⼒（弹性极限或屈服极限）增加，反向加载，规定残余伸长应⼒降低的现象。

塑性：指⾦属材料断裂前发⽣塑性变形的能⼒。

脆性：材料在外⼒作⽤下（如拉伸，冲击等）仅产⽣很⼩的变形及断裂破坏的性质。

韧性：是⾦属材料断裂前洗⼿塑性变形功和断裂功的能⼒，也指材料抵抗裂纹扩展的能⼒。

应⼒、应变；真应⼒，真应变概念。

穿晶断裂和沿晶断裂：多晶体材料断裂时，裂纹扩展的路径可能不同，穿晶断裂穿过晶内；沿晶断裂沿晶界扩展。

拉伸断⼝形貌特征？①韧性断裂：断裂⾯⼀般平⾏于最⼤切应⼒并与主应⼒成45度⾓。

⽤⾁眼或放⼤镜观察时，断⼝呈纤维状，灰暗⾊。

纤维状是塑性变形过程中微裂纹不断扩展和相互连接造成的，⽽灰暗⾊则是纤维断⼝便⾯对光反射能⼒很弱所致。

其断⼝宏观呈杯锥形，由纤维区、放射区、和剪切唇区三个区域组成。

②脆性断裂：断裂⾯⼀般与正应⼒垂直，断⼝平齐⽽光亮，常呈放射状或结晶状。

板状矩形拉伸试样断⼝呈⼈字形花样。

⼈字形花样的放射⽅向也与裂纹扩展⽅向平⾏，但其尖端指向裂纹源。

韧、脆性断裂区别？韧性断裂产⽣前会有明显的塑性变形，过程⽐较缓慢；脆性断裂则不会有明显的塑性变形产⽣，突然发⽣，难以发现征兆拉伸断⼝三要素？纤维区，放射区和剪切唇。

缺⼝试样静拉伸试验种类？轴向拉伸、偏斜拉伸材料失效有哪⼏种形式？磨损、腐蚀和断裂是材料的三种主要失效⽅式。

材料的形变强化规律是什么？层错能越低，n越⼤，形变强化增强效果越⼤退⽕态⾦属增强效果⽐冷加⼯态是好，且随⾦属强度等级降低⽽增加。

在某些合⾦中，增强效果随合⾦元素含量的增加⽽下降。

材料的晶粒变粗，增强效果提⾼。

《工程材料力学性能》期末复习笔记弹性滞后环：实际金属材料在弹性区内单向快速加载、；6、包申格效应：包申格效应：金属材料经预先加载产；消除包申格效应的方法是预先进行较大的塑性变形，或；包辛格效应可以用位错理论解释；实际意义：在工程应用上，首先是材料加工成型工艺需；可以从河流花样的反“河流”方向去寻找裂纹源；解理断裂是典型的脆性断裂的代表，微孔聚集断裂是典；7、弹性极限：试样加载后再卸裁，以不弹性滞后环：实际金属材料在弹性区内单向快速加载、卸载时，加载线和卸载线不重合形成的一封闭回线。

金属的内耗：又称金属的循环韧性，指金属材料在交变载荷（振动）下吸收不可逆变形功的能力。

循环韧性越高，材料的消震性越好。

6、包申格效应：包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形（残余应变为1%~4%），卸载后再同向加载，规定残余伸长应力（弹性极限或屈服极限）增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。

消除包申格效应的方法是预先进行较大的塑性变形，或在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶温度下退火。

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。

背应力是一种长程(晶粒或位错胞尺寸范围)内应力，是金属基体平均内应力的度量。

因为预变形时位错运动的方向和背应力的方向相反，而当反向加载时位错运动的方向与原来的方向相反了，和背应力方向一致，背应力帮助位错运动，塑性变形容易了，于是，经过预变形再反向加载，其屈服强度就降低了。

这一般被认为是产生包辛格效应的主要原因。

其次，在反向加载时，在滑移面上产生的位错与预变形的位错异号，要引起异号位错消毁，这也会引起材料的软化，屈服强度的降低。

实际意义：在工程应用上，首先是材料加工成型工艺需要考虑包辛格效应。

其次，包辛格效应大的材料，内应力较大。

工程材料及成型技术复习要点第二章材料的性能1、材料静态、动态力学性能有哪些？静态力学性能有弹性、刚性、强度、塑性、硬度等；动态力学性能有冲击韧性、疲劳强度、耐磨性等。

2、材料的工艺性能有哪些？工艺性能有铸造性能、压力加工性能、焊接性能、热处理性能、切削加工性能等。

3、钢制成直径为30mm的主轴，在使用过程中发现轴的弹性弯曲变形过大用45钢，试问是否可改用40Cr或通过热处理来减少变形量？为什么？答：不可以；因为轴的弹性弯曲变形过大是轴的刚度低即材料的弹性模量过低和轴的抗弯模量低引起的。

金属材料的弹性模量E主要取决与基体金属的性质，与合金化、热处理、冷热加工等关系不大（45钢和40Cr弹性模量差异不大）。

4、为什么疲劳裂纹对机械零件存在着很大的潜在危险？第三章金属的结构与结晶1、金属常见的晶体结构有哪些？体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。

2、实际金属的晶体缺陷有哪些？它们对金属的性能有何影响？有点缺陷、线缺陷、面缺陷；点缺陷的存在（使周围原子间的作用失去平衡，原子需要重新调整位置，造成晶格畸变，从而）使材料的强度和硬度提高，塑性和韧性略有降低，金属的电阻率增加，密度也发生变化，此外也会加快金属中的扩散进程。

线缺陷也就是位错，位错的增多，会导致材料的强度显著增加；但是，塑性变形主要位错运动引起的，因此阻碍位错运动是金属强化重要途径。

面缺陷存在，会产生晶界和亚晶界，其原子排列不规则，晶格畸变大，晶界强度和硬度较高、熔点较低、耐腐蚀性较差、扩散系数大、电阻率较大、易产生內吸附、相变时优先形核等。

3、铸锭的缺陷有哪些？有缩孔和疏松、气孔、偏析。

4、如何控制晶粒大小？增大过冷度、变质处理、振动和搅拌。

5、影响扩散的因素有哪些？温度、晶体结构、表面及晶体缺陷（外比内快）。

间隙、空位、填隙、换位四种扩散机制6、为什么钢锭希望尽量减少柱状晶区？柱状晶区是由外往内顺序结晶的，组织较致密，有明显的各向异性，进行塑性变形时柱状晶区易出现晶间开裂。