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，a=b=c，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。 a=b=c ，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 a=b≠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。