工程材料基础知识-课后习题及答案

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1、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σ，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δ和断面收缩率ψ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、H

2、RB、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αk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σ–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，

3、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

4、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。常用洛氏硬度的试验条件和应用范围硬度符号压头类型总试验力F/N（kgf）硬度范围应用举例HRA120o金刚石圆锥588.4(60)20~88硬质合金、碳化物、浅层表面硬化钢等HRBφ1.588mm淬火钢球980.7(100)20~100退火、正火钢，铝合金、铜合金、铸铁HRC120o金刚石圆锥1471(150)20~70淬火钢、调质钢、深层表面硬化钢（3）维氏硬度测量原理：与布氏硬度相似。采用相对面夹角为136o金刚石正四棱锥压头，以规定的试验力F压入材料的表面，保持

5、规定时间后卸除试验力，用正四棱锥压痕单位表面积上所受的平均压力表示硬度值。维氏硬度应用：可测量较薄的材料和渗碳、渗氮等表面硬化层。4．晶体和非晶体的本质区别是什么？单晶体为什么具有各向异性？答：原子呈规则排列的物质称为晶体，晶体具有固定的熔点，呈现规则的外形，并具有各向异性特征；原子呈不规则排列的物质称为非晶体，非晶体没有固定的熔点，具有各向同性的特征。因为单晶体的物体整个物体就是一个单一结构的巨大晶粒，所以具有各项异性。5．实际晶体存在哪些缺陷？对材料性能有何影响？答：按缺陷的几何形态，晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种。点缺陷是指长、宽、高方向尺寸都很小的缺陷。在晶体中由于点缺

6、陷的存在，使周围原子间的作用力失去平衡，其周围原子向缺陷处靠拢或被撑开，从而导致晶格发生歪扭，这种现象称为晶格畸变。晶格畸变会使金属的强度和硬度提高。线缺陷是指在一个方向上的尺寸很大，另两个方向上尺寸很小的一种缺陷，主要是指各种类型的位错。位错的存在对金属的力学性能有很大的影响，例如冷变形加工后的金属，由于位错密度的增加，强度明显提高。面缺陷是指在两个方向上的尺寸很大，第三个方向上的尺寸很小而呈面状的缺陷。面缺陷的主要形式是各种类型的晶界，它是多晶体中晶粒之间的界面。晶界的存在，使晶格处于畸变状态，在常温下对金属塑性变形起阻碍作用。所以，金属的晶粒愈细，则晶界愈多，对塑性变形的阻碍作用

7、愈大，金属的强度、硬度愈高。6．解释下列名词：固溶体、金属化合物、机械混合物、相、平衡相图。答：合金由液态转变为固态时，一组元的晶格中溶入另一种或多种其他组元而形成的均匀相称为固溶体。金属化合物是合金中各组元间发生相互作用而形成的具有金属特性的一种新相，其晶体结构一般比较复杂，而且不同于任一组成元素的晶体类型。两种或两种以上的相按一定质量百分数组合成的物质称为机械混合物。在合金中化学成分、晶体结构和物理性能相同的组分称为相。合金相图是用图解的方