材料性能学习题与解答

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1、绪论1、简答题什么是材料的性能？包括哪些方面？[提示]材料的性能定量地反映了材料在给定外界条件下的行为；解：材料的性能是指材料在给定外界条件下所表现出的可定量测量的行为表现。包括力学性能（拉、压、、扭、弯、硬、磨、韧、疲）物理性能（热、光、电、磁）化学性能（老化、腐蚀）。第一章单向静载下力学性能1、名词解释：弹性变形塑性变形弹性极限弹性比功包申格效应弹性模量滞弹性内耗韧性超塑性韧窝解：弹性变形：材料受载后产生变形，卸载后这部分变形消逝，材料恢复到原来的状态的性质。塑性变形：微观结构的相邻部分产生永久性位移，并不引起材料破裂的现象。弹性极限：弹性变形过度到弹-塑性变形(屈服变形)时的应力

2、。弹性比功：弹性变形过程中吸收变形功的能力。包申格效应：材料预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余应力（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余应力降低的现象。弹性模量：工程上被称为材料的刚度，表征材料对弹性变形的抗力。实质是产生100%弹性变形所需的应力。滞弹性：快速加载或卸载后，材料随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。内耗：加载时材料吸收的变形功大于卸载是材料释放的变形功，即有部分变形功倍材料吸收，这部分被吸收的功称为材料的内耗。韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。超塑性：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。韧窝

3、：微孔聚集形断裂后的微观断口。2、简答1)材料的弹性模量有那些影响因素？为什么说它是结构不敏感指标？解：键合方式和原子结构，共价键、金属键、离子键E高，分子键E低原子半径大，E小，反之亦然。晶体结构，单晶材料在弹性模量在不同取向上呈各向异性，沿密排面E大，多晶材料为各晶粒的统计平均值；非晶材料各向E同性。化学成分，微观组织温度，温度升高，E下降加载条件、负载时间。对金属、陶瓷类材料的E没有影响。高聚物的E随负载时间延长而降低，发生松弛。2)金属材料应变硬化的概念和实际意义。解：材料进入塑性变形阶段后，随着变形量增大，形变应力不断提高的现象称为应变硬化。意义加工方面，是金属进行均匀的塑性

4、变形，保证冷变形工艺的顺利实施。应用方面，是金属机件具有一定的抗偶然过载能力，保证机件使用安全。对不能进行热处理强化的金属材料进行强化的重要手段。3)高分子材料的塑性变形机理。解：结晶高分子的塑性变形是由薄晶转变为沿应力方向排列的微纤维束的过程；非晶高分子材料则是在正应力下形成银纹或在切应力下无取向的分子链局部转变为排列的纤维束的过程。4)拉伸断裂包括几种类型？什么是拉伸断口三要素？如何具体分析实际构件的断裂[提示：参考课件的具体分析实例简单作答]？解：按宏观塑性变形分为脆性断裂和韧性断裂。按裂纹扩展可分为穿晶断裂和沿晶断裂。按微观断裂机理分为解理断裂和剪切断裂。按作用力分为正断和切断

5、。拉升断口的三要素：纤维区、放射区和剪切唇。对实际构件进行断裂分析首先进行宏观检测：目测构件表面外观；低倍酸洗观察；宏观断面分析。扫描电镜分析X射线能谱分析金相分析硬度及有效硬化层测定。3、计算：1)已知钢的杨氏模量为210GPa，问直径2.5mm,长度120mm的线材承受450N载荷时变形量是多少?若采用同样长度的铝材来承受同样的载荷，并且变形量要求也相同，问铝丝直径应为多少？(EAl=70GPa)若用W(E=388GPa)、钢化玻璃(E=345MPa)和尼龙线(E=2.83GPa)呢？解：已知：E=210GPa,d=2.5mm,=120mm,F=450N。=E4.33mm1.83m

6、m1.95mm21.5mm2)一个拉伸试样，标距50mm，直径13mm，实验后将试样对接起来后测量标距81mm，伸长率多少？若缩颈处最小直径6.9mm,断面收缩率是多少？解：已知：∴断后伸长率∴断面收缩率第二章其它静载下力学性能1、名词解释：应力状态软性系数剪切弹性模量抗弯强度缺口敏感度硬度解：应力状态软性系数：不同加载条件下材料中最大切应力与正应力的比值。剪切弹性模量：材料在扭转过程中，扭矩与切应变的比值。缺口敏感度：常用试样的抗拉强度与缺口试样的抗拉强度的比值。NSR硬度：表征材料软硬程度的一种性能。一般认为一定体积内材料表面抵抗变形或破裂的能力。2、简答1)简述硬度测试的类型、原

7、理和优缺点？[至少回答三种]解：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度。布氏硬度：原理是用一定大小的载荷，把直径为D的淬火钢球或硬质合金球压入试样表面，保持规定时间后卸载载荷，测量试样表面的残留压痕直径d，求压痕的表面积。将单位压痕面积承受的平均压力规定为布氏硬度。优点是压痕面积大反映较大区域内各组成相的平均性能，适合灰铸铁、轴承合金测量，实验数据稳定，重复性高。缺点是不宜在成品上直接检验，硬度不同要更换压头直径D和载荷F，压痕直径测量较麻烦。