材料性能学练习题1

《材料性能学》习题1 一．选择题（本题包括15小题，每小题只有一个合适选项，每小题2分，共30分） 1. 断裂力学主要用来处理（ d ）方面的问题。 a) 低塑性材料抗断裂 b) 高塑性材料抗断裂 c) 含缺口材料抗断裂 d) 含缺陷材料抗断裂 2. 多晶体金属塑性变形的特点是（ c ）。 a) 同时性 b) 不协调性 c) 非同时性 d) 独立性 3. 细晶强化是非常好的强化方法，但不适用于（ a ）。 a) 高温 b) 中温 c) 常温 d) 低温 4. 表征脆性材料的力学性能的参量是（ d ）。 a) E, σ0.2 b)σb , δ c) ν, ψ d) E, σb 5. 应力状态柔度系数最大的是（ a ）。 a) 压 b) 拉 c) 扭 d) 弯 6. 与抗拉强度之间存在相互关系的是（ a ）。 a) 布氏硬度 b) 洛氏硬度 c) 显微硬度 d) 肖氏硬度 7. 下述断口哪一种是延性断口（ d ）。 a) 穿晶断口 b) 沿晶断口 c) 河流花样 d) 韧窝断口 8. 通常键强度高的材料，热膨胀系数 ；结构紧密的晶体，热膨胀系数 （d ） a)高 小 b)低 小 c)高 大 d)低 大 9. 疲劳裂纹最易在材料的什么部位产生（ a ）。 a) 表面 b) 次表面 c) 内部 d) 不一定 10. 韧性材料在什么样的条件下可能变成脆性材料（ b ）。 a) 增大缺口半径 b) 增大加载速度 c) 升高温度 d) 减小晶粒尺寸 11.在实用温度范围内，随温度的升高，热导率，对多晶氧化物材料 ，含有气孔的不密实材料 （ a ）。 a) 减小 增大 b) 增大 增大 c) 减小 减小 d) 增大 减小 12. T为试验温度，Tm为材料熔点，一般T/Tm大于多少就属高温，就要考虑材料的高温力学性能（ c ）。 a) 0.2~0.3 b) 0.3~0.4 c) 0.4~0.5 d) 0.5~0.6 13. 下列不属于电介质的击穿形式有（ c ）。 a) 电击穿 b) 热击穿 c) 磁击穿 d) 化学击穿 14. 下列不属于铁磁性材料的是（ b ）。 a) Fe b) Cu c) Ni d) Co 15. 陶瓷坯体的热膨胀系数和釉层的热膨胀系数满足下列哪种关系有利于提高其机械强度（ a ）。 a) 坯体的热膨胀系数大于釉层的热膨胀系数 b) 坯体的热膨胀系数小于釉层的热膨胀系数 c) 坯体的热膨胀系数等于釉层的热膨胀系数 d) 不能确定 16.下列物质不可用作乳浊剂的是（ d ）。 a) TiO2 b) SnO2 c) ZrSiO4 d) Na2SiO3 17. 下列不属于压电材料的是（ b ）。 a) BaTiO3陶瓷 b) ZrO2陶瓷 c) PbZrO3陶瓷 d) PbTiO3陶瓷 二．填空题（本题包括7小题，每空1分，共15分） 1 表征超导体的三个性能指标是临界转变温度、临界磁场Hc、临界电流密度Jc。 2 纤维区、放射区、剪切唇构成了断口特征的三要素。 3 疲劳断口的三个特征区是疲劳源、疲劳裂纹扩展区、瞬断区。 4 介质损耗的形式有电导损耗、极化损耗、电离损耗、结构损耗以及宏观结构不均匀的介质损耗。 5机件正常运行的磨损过程一般分3个阶段，跑合阶段、正常磨损阶段及剧烈磨损阶段。 6 Ⅰ型或张开型裂纹扩展最危险，最容易引起脆性断裂。 7缺口造成应力应变集中、缺口改变了前方的应力状态、缺口使塑性材料强化这是缺口的三个效应。 8. 解理台阶 、 河流花样、 舌状花样 是解理断口的基本微观特征。 9. 贝纹线 是疲劳断口的微观特征， 疲劳条带与裂纹线 是疲劳断口的宏观特征。 10.由机械应力的作用而使电介质晶体产生极化并形成晶体表面电荷的现象也称为 压电效应 。 三 名词解释（本题包括4小题，每小题3分，共12分） 1. 超塑性 2. 低温脆性 3. 矫顽力 4. 缺口敏感性 5. 腐蚀 6.内耗 1. 材料在一定条件下呈现非常大的伸长率(约1000％)而不发生缩颈和断裂的现象，称为超塑性。 2. 当试验温度低于某一温度tk时，材料由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。 3. Hc为去掉剩磁的临界外磁场，称为矫顽力? 4. 材料因存在缺口造成三向应力状态和应力应变集中而变脆的倾向。 5．腐蚀是物质表面发生化学或电化学反应而受破坏的现象。 6．加载时材料变形过程中所吸收的功成为内耗。 四 说明下列力学性能指标的意义（本题包括5小题，每小题3分，共15分） 1.280HBW10/3000/30 2 .△Kth 3. 10050010000/1Mpa 4. σs 5. KⅠc 1. 当用10mm硬质合金球，在3000kgf载荷作用下保持30s时测得的硬度值为280 2 △Kth代表疲劳裂纹不扩展的△KⅠ临界值，称为疲劳裂纹扩展门槛值，表征材料阻止疲劳裂纹开始扩展的能力。该值越大，材料的疲劳裂纹开始扩展所受的用力越大，材料抗疲劳裂纹扩展的能力就越强。△Kth的单位与KⅠ的相同，为 MN•m-3/2 或MPa•m-1/2 3.表示材料在500℃时，10000h产生1％的蠕变应变的蠕变极限为100MPa。 4.材料的屈服标志着材料在应力作用下由弹性变形转变为弹—塑性变形状态，因此材料屈服时所对应的应力值也就是材料抵抗起始塑性变形或产生微量塑性变形的能力称为材料的屈服强度或屈服点，用σs表示。 5.KⅠC为平面应变断裂韧度，表示材料在平面应变状态下抵抗裂纹失稳扩展的能力 五 简答题（本题包括3小题，每小题6分，共18分） 1. 请用能带理论解释导体、半导体以及绝缘体的导电机理。 如果允带内的能级未被填满，允带之间没有禁带或允带相互重叠，在外电场的作用下电子很容易从一个能级转到另一个能级上去而产生电流．有这种能带结构的材料就是导体． 一个允带所有的能级都被电子填满，这种能带称为满带．若一个满带上面相邻的是一个较宽的禁带，由于满带中的电子没有活动的余地，即使禁带上面的能带完全是空的，在外电场的作用下电子也很难跳过禁带．也就是说，电子不能趋向于一个择优方向运动，即不能产生电流．有这种能带结构的材料是绝缘体． 半导体的能带结构与绝缘体相同，所不同的是它的禁带比较窄．电子跳过禁带不像绝缘体那么困难．如果存在外界作用(加热、光辐射等)，则价带中的电子就有能量可能跃迁到导带中去．这样，不仅在导带中出现导电电子，而且在价带中出现了电子留下的空穴．在外电场作用下，价带中的电子可以逆电场方向运动到这些空穴中，而本身又留下新的空穴，电子的迁移等于空穴顺电场方向运动。 2. 金属具有铁磁性的条件是什么？铁磁性与反铁磁性有何异同？ 金属具有铁磁性的条件是：原子有未被抵消的自旋磁矩，自旋磁矩能自发地同相排列。 相同点是：都具有未被抵消的自旋磁矩。 不同点是：铁磁性，自旋磁矩能自发地同相排列；而反铁磁性，相邻原子间的自旋磁矩反向平行排列。 3. 如何提高材料抗粘着磨损能力？ （1）合理选择摩擦副材料。尽量选择互溶性少，粘着倾向小的材料配对，如非同种或晶格类型、电子密度、电化学性质相差甚远的多相或化合物材料；强度高不易塑变的材料。 （2）避免或阻止两摩擦副间直接接触。增强氧化膜的稳定性，提高氧化膜与基体的结合力，降低接触表面粗糙度，改善表面润滑条件等。 （3）为使磨屑多沿接触面剥落，以降低磨损量，可采用表面渗硫、渗磷、渗氮等表面工艺，在材料表面形成一层化合物层。既降低接触层原子间结合力，减少摩擦系数，又避免直接接触。 4. 什么是铁电畴？并解释铁电畴壁与磁畴壁的区别。 铁电晶体中的铁电相通常是由自发极化方向不同的区域按一定规律排列组成的，这些自发极化相同的小区域便称为电畴。 铁电畴壁与磁畴壁的区别 ①铁电畴壁的厚度很薄,大约是几个晶格常数的量级。 ②铁磁畴壁则很厚，可达到几百个晶格常数的量级而且在磁畴壁中自发磁化方向可逐步改变方向，而铁电体则不可能。 5. 应力腐蚀断裂的条件及特征是什么？ (1)应力 必须有拉应力存在才能引起应力腐蚀．压应力一般不发生应力腐蚀．拉应力愈大，则断裂所需时间愈短．应力腐蚀断裂所需应力，一般都低于材料的屈服强度． (2)介质 材料发生应力腐蚀需要形成一个应力腐蚀体系，一定的材料必须和一定的介质的相互组合，才会发生应力腐蚀断裂 (3)速度 应力腐蚀断裂速度约为10-8～l0-6 m/s数量级的范围内，远大于没有应力时的腐蚀速度，又远小于单纯力学因素引起的断裂速度． (4)腐蚀断裂形态 金属发生应力腐蚀时，仅在局部区域出现从表及里的裂纹．裂纹的共同特点是在主干裂纹延伸的同时，还有若干分支同时发展。裂纹的走向宏观上与拉应力方向垂直．微观断裂机理一般为沿晶断裂，也可能为穿晶解理断裂或二者的混合。断裂表面可见到“泥状花样”的腐蚀产物及腐蚀坑． 六．计算题（本题包括1小题，每小题10分，共10分） 1、有一构件加工时，出现表面半椭圆裂纹，若a=1.0mm，a/2c=0.3，在1000MPa的应力下工作。现有两种材料，其性能如下： A．σ0.2=1200MPa，KⅠc=95MPa·m1/2； B．σ0.2=2000MPa，KⅠc=47MPa·m1/2； 从断裂力学角度考虑，选用哪种材料较为合适？ （当a/c=0.6时，查表得Ф2=1.62。） 解：对于材料A： 由于σ/σ0.2=1000/1200=0.83，所以必须考虑塑性区的修正，用下式计算KI： 22.02)/(212.01.1aKI 2)1200/1000(212.062.1001.010001.1IK＝50.79(MPa·m1/2) KI对于材料B： 由于σ/σ0.2=1000/2000=0.5，不必考虑塑性区的修正，用下式计算KI：

aKI

1.1

62.1001.010001.1IK＝48.43(MPa·m1/2)

KI>KIc，说明使用材料B会发生脆性断裂，不可选用。