机械工程材料第3版答案

第一章第一章金属材料的力学性能金属材料的力学性能 1、在测定强度上 s 和 0.2 有什么不同 答 s 用于测定有明显屈服现象的材料， 0.2 用于测定无明显屈服现象的材料。 2、什么是应力什么是应变它们的符号和单位各是什么 答试样单位截面上的拉力称为应力，用符号σ 表示，单位是 MPa。 试样单位长度上的伸长量称为应变，用符号ε 表示，应变没有单位。 3、画出低碳钢拉伸曲线图，并指出缩颈现象发生在拉伸图上哪一点断裂发生在哪一点 若没有出现缩颈现象，是否表示试样没有发生塑性变形 答 b b 点发生缩颈现象，k 点发生断裂。 若没有出现缩颈现象， 试样并不是没有发生塑 k形性变，而是没有产生明显的塑性变形。 s 0ε 4、将钟表发条拉直是弹性变形还是塑性变形怎样判断它的变形性质 答 将钟表发条拉直是弹性变形， 因为当时钟停止时， 钟表发条恢复了原状， 故属弹性变形。 5、在机械设计时采用哪两种强度指标为什么 答 （1）屈服强度。因为大多数机械零件产生塑性变形时即告失效。 （2）抗拉强度。因为它的数据易准确测定，也容易在手册中查到， 用于一般对塑性变形 要求不严格的零件。 6、设计刚度好的零件，应根据何种指标选择材料采用何种材料为宜材料的E 值愈大， 其塑性愈差，这种说法是否正确为什么 答应根据弹性模量选择材料。要求刚度好的零件，应选用弹性模量大的金属材料。 金属材料弹性模量的大小，主要取决于原子间结合力（键力）的强弱，与其内部组织关 系不大，而材料的塑性是指其承受永久变形而不被破坏的能力，与其内部组织有密切关系。 两者无直接关系。故题中说法不对。 7、常用的硬度测定方法有几种其应用范围如何这些方法测出的硬度值能否进行比较 答工业上常用的硬度测定方法有布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏硬度法。 其应用范围布氏硬度法应用于硬度值HB 小于 450 的毛坯材料。 洛氏硬度法应用于一般淬火件、调质件。 维氏硬度法应用于薄板、淬硬表层。 采用不同方法测定出的硬度值不能直接比较，但可以通过经验公式换算成同一硬度后， 再进行比较。 1 8、布氏硬度法和洛氏硬度法各有什么优缺点各适用于何种场合。下列情况应采用哪种硬 度法测定其硬度 答布氏硬度法 （1）优点压痕面积大，硬度值比较稳定，故测试数据重复性好，准确度 较洛氏硬度法高。 （2）缺点测试费时，且压痕较大，不适于成品、小件检验。 （3）应用硬度值 HB 小于 450 的毛坯材料。 洛氏硬度法 （1）优点设备简单，测试简单、迅速，并不损坏被测零件。 （2）缺点测得的硬度值重复性较差，对组织偏析材料尤为明显。 （3）应用一般淬火件，调质件。 库存钢材布氏硬度 ；锻件布氏硬度 ；锉刀布氏硬度 台虎钳钳口洛氏硬度 ； 硬质合金刀头洛氏硬度黄铜轴套 布氏硬度 供应状态的各种碳钢钢材布氏硬度硬质合金刀片洛氏硬度 9、疲劳破坏是怎样形成的提高零件疲劳寿命的方法有哪些为什么表面粗糙和零件尺寸 增大能使材料的疲劳强度值减小为什么疲劳断裂对机械零件潜在着很大的危险性交变 应力和重复应力区别何在 答由于材料表面或内部有缺陷， 这些缺陷处的局部应力大于屈服强度， 从而产生局部塑性 变形而断裂。这些微裂纹随应力循环次数的增加而逐渐扩展， 使承载的有效面积减少， 以致 不能承受所加载荷而突然断裂。 提高疲劳寿命的方法， 就是消除或减少疲劳源及延缓疲劳裂纹的扩展。 一般在结构上避 免应力集中；制定合理的工艺；使材料得到韧性组织，减少内部缺陷；降低表面粗糙度，避 免表面不划伤、腐蚀；强化表面，在材料表面形成压应力。 表面粗糙易形成疲劳源。 零件尺寸增大，其内部组织不易均匀， 也易存在夹杂物等各种 缺陷，这些易形成疲劳源，并加快疲劳裂纹的扩展。 因为材料在受到远低于屈服应力的外力作用下， 在没有明显塑性变形的条件下， 产生的 突然断裂，属低应力脆断。 0 重复应力曲线图 交变应力曲线图 12、试画出疲劳曲线，并说明疲劳曲线所表示的含义。 答 ζ O N 疲劳曲线表明， 金属材料承受的交变应力越大， 则材料断裂时应力循环次数越少。 反之， 应力循环次数越大。 2 13、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。 答 ＝ 7950 100％ 58％ 50 522.452  76％ 25 第二章第二章 材料凝固与结晶材料凝固与结晶 1、求出体心和面心立方晶格的致密度。 面心立方晶格的致密度  3 原子数单个原子的体积 单个晶胞的体积  2  4 43.14a   34    0.74 a3 2、什么是过冷度它对结晶过程和晶粒度的影响规律如何 答过冷度就是理论结晶温度和实际结晶温度相差的度数。 在一般冷却条件下，过冷度愈大，结晶过程进行的愈快。 过冷度增加，形核率和长大速 度同时增加，但形核率增加的更快，所以随着过冷度的增加，晶粒细化。 3、什么是同素异晶转变试画出纯铁的冷却曲线，并指出室温和1100℃时的纯铁晶格有什 么不同分析曲线中出现“平台”的原因。 答随温度的改变，固态金属晶格也随之改变的现象，称为同素异晶转变。 纯铁的冷却曲线 T（℃） 1394 δ -Fe 1538 γ -Fe 室温纯铁晶格体心立方体晶格 912 1100℃纯铁晶格面心立方晶格 α -Fe 0 t 1538℃铁发生了结晶，1394℃和 912℃铁发生了重结晶，结晶放出的热量与冷却散失的 热量相等，使冷却曲线上出现了水平线。 4、简述实际金属晶体和理想晶体在结构和性能上的主要差异。 答结构上实际金属晶体为多晶体，理想晶体为单晶体。 性能上实际金属晶体表现为各向同性，理想晶体表现为各向异性。 3 5、常见的金属晶体结构有哪些它们的原子排列和晶格常数各有什么特点α -Fe、γ -Fe Al、Cu、Ni、Cr、V、Zn 各属于何种晶体结构 答常用的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。 体心立方晶格立方体中心和立方体结点各占有一个原子，abc，α＝β＝γ＝90 面心立方晶格立方体六个表面中心和立方体结点各占有一个原子。 abc ，α＝β＝γ＝90 密排六方晶格六方晶格的上、下底面中心和六方柱体的结点各占有一个原子,六方柱体中 心有三个原子构成等边三角形。晶格常数 ab≠c ， α＝β＝120 ， γ＝90。 α-Fe、Cr、V 属于体心立方晶体；γ-Fe、Al、Cu、Ni 属于面心立方晶格；Mg、Zn 属于密排 六方晶格。 6、液态金属结晶时，细化晶粒的方法有哪些晶粒大小对材料的力学性能有何影响 答液态金属结晶时，细化晶粒的方法有 （1）加快冷却速度，增加过冷度； （2）变质处理； （3）附加振动。 晶粒愈细小，材料的强度、硬度、塑性、韧性愈高；反之愈低。 7、实际金属晶体中存在哪些缺陷对性能有什么影响 答实际金属晶体中有点、线、面三类缺陷。