工程材料与热处理期末考查

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1、工程材料与热处理课程期末考查授课学期2011学年至2012学年第二学期学院专业学号姓名任课教师交稿日期成绩阅读教师签名日期2011-2012学年第二学期工程材料与热处理课程期末考查题目解答一、基础知识（40分）1.机械工程材料的应用，主要根据材料的力学性能进行选材，以符合工程应用的条件。请叙述材料力学性能中：答：（1）强度指标：弹性极限、屈服强度、抗拉强度的定义和原理，并配必要的图表和计算公式进行说明；（2）塑性指标：延伸率和断面收缩率的定义，并配备必要的公式进行说明；（3）硬度指标：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度的测试方法，以及三者之间的近似换算方法（公式），并简

2、述各种硬度测试的应用范围。解：（1）强度指标：强度时指金属在静载荷作用下抵抗塑形变形和断裂的能力。金属材料的强度指标是用内应力来表示的，即材料受载荷作用后内部产生一个与载荷相平衡的内力，单位面积上内力称为应力，一般用σ表示。常用的强度指标有弹性极限、屈服点、抗力强度。①弹性极限：弹性极限是指式样产生完全弹性变形时所承受的最大应力，用σe表示，工程上常用单位为MPa。弹性极限的值可按下式计算。σe=Fe/Ao式中，Fe—式样产生完全弹性变形时的最大载荷，N；Ao—式样原始横截面面积，mm2②屈服极限：屈服极限是指式样在拉伸试验过程中，力不断增加(保持恒定)仍然能继续

3、伸长（变形）时的应力。屈服极限是工程上极为重要的力学性能指标之一。也是大多数机械零件选材和设计的依据。屈服极限用符号σs表示，单位为MPa。屈服点σs的值可用下式计算式中，Fs—试样屈服时的载荷。N;A0—试样原始横截面积，mm2。③抗拉强度。抗拉强度是指试样拉断前所能承受的最大拉应力，用符号σb表示，单位为MPa.可用下式计算式中，Fb—试样承受的最大拉伸力，N;A0—试样原始横截面面积，mm2。(2)塑性指标：塑性是指金属在静载荷作用下发生不可逆变形的能力。金属材料的塑性指标也是可以通过拉伸试验测得的。材料的塑性指标可以用试样拉断时的最大相对变形量来表示，常用

4、的有断后伸长率和断面收缩率，它们是工程上广泛使用的表征材料塑性好坏的主要力学性能指标。(1)断后伸长率。断后伸长率是试样拉断后的标距增长量与原始标距之比，用符号δ表示，可用下式计算（1-4）式中，L1—拉断后试样的标距长度，mm;L0—试样原始标距，mm.式中，A0—试样原始横截面面积，mm;A1—试样断口处的横截面面积，mm.(2)断面收缩率。断面收缩率是指试样拉断后缩颈处横截面面积的缩减量与原始横截面面积之比，用符号表示，可用下式计算（1-5）式中，A0—试样原始横截面面积，mm;A1—试样断口处的横截面面积，mm.（3）硬度指标：材料局部抵抗硬物压入其表面(

5、抵抗塑性变形和破裂)的能力称为硬度。它是衡量金属软硬程度的一种性能指标。材料的硬度可通过硬度试验测得，根据其测试方法的不同，硬度试验可分为静压法(如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等)、划痕法(如莫氏硬度)、回跳法(如肖氏硬度)及显微硬度、高温硬度等多种方法。对于金属材料的测量目前生产中应用较多的是布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等试验方法。①布氏硬度:布氏硬度的试验原理是用一定直径D的淬火钢球或硬质合金球，在规定的试验载荷F的作用下压入被测金属表面(如图1-4所示)，停留一定的时间后卸除载荷，在被测金属表面上得到一直径为d的压痕，测量压痕直径d，并由此计算压痕的球缺面积

6、S，然后再求出压痕的单位面积上所承受的平均压力，以此作为被测金属的布氏硬度值。当选择淬火钢球为压头时，硬度的符号为HBS，适用于布氏硬度值低于450的金属材料;当选择硬质合金球为压头时，硬度的符号为HBW表示，适用于布氏硬度值为450-650的金属材料。图1-5为HB-3000布氏硬度试验机。布氏硬度值可用下式计算(1-6)式中，F—载荷，N(kgf);D—压头的直径，mm;d—被测金属的压痕直径，mm.由于金属有硬有软，工件有厚有薄，在进行布氏硬度试验时，压头直径D、载荷和载荷的保持时间应根据被测金属种类和厚度正确地进行选择。可根据金属材料的种类和布氏硬度范围，

7、按表1-1选定F/D2的值;黑色金属的载荷保持时间为10-15s，有色金属的为30s，布氏硬度值小于35时载荷保持时间为60s.布氏硬度的标注方法是所测得的硬度值写在硬度符号的前面。除了采用钢球直径D为10mm,试验力为3000kgf(注:1kgf=9.806N，保持时间为10s的试验条件外，在其他试验条件下测得的硬度值，均应在硬度符号的后面用相应的数字注明压头直径、载荷大小和载荷保持时间。②洛氏硬度:洛氏硬度试验法是用一个锥角为120o。的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球，在规定载荷作用下压入被测金属表面，由压头在金属表面所形成的压痕的深度来确定其硬

8、度值。③布