材料性能学考卷及答案

题号题号 分数分数 一一二二三三四四五五总分总分总分人总分人 一、名词解释（每题 4 分，共 12 分） 低温脆性：材料随着温度下降，脆性增加，当其低于某一温度时，材料由韧性状态变为脆性状态，这种现象为低温脆性。 疲劳条带：每个应力周期内疲劳裂纹扩展过程中在疲劳断口上留下的相互平行的沟槽状花样。 韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 二、填空题(每空 1 分，共 30 分) 1、按照两接触面运动方式的不同，可以将摩擦分为 滚动摩擦 和 滑动摩擦 ，按照摩擦表面的接触状态 分为干摩擦、 湿（流体） 摩擦、 边界 摩擦、 混合 摩擦、其中 干摩擦通常严禁出现。 2、 材料的韧性温度储备通常用 △ 符号表示， 取值在 20～60℃ 温度范围， 对于相同的材料而言， 韧性温度储备越大，材料的工作温度就越 高 （高、低） ，材料就越安全（安全，不安全） 。对于承 受冲击载荷作用的重要机件，韧性温度储备取上限（上限，下限） 。 3、 材料的缺口越深、 越尖锐， 材料的缺口敏感性就越大 （大、 小） ， 材料的缺口敏感度就越小（大、 小） ，材料的对缺口就越敏感（敏感、不敏感） 。 低碳钢的拉伸断口由 剪切唇 、 纤维区 、 放射区 三个区域组成，该宏观断口通常被称为 杯锥 状断口。 5、按照应力高低和断裂寿命对疲劳分类，则 N105,称为 高周疲劳，又称为应力疲劳；N 为 102～105， 称 低周疲劳，又称为应变疲劳。我们通常所称的疲劳指高周（应力）疲劳。 6、温度升高使铁磁性的饱和磁化强度下降，使剩余磁感应强度减小，使矫顽力减小。 7、根据材料被磁化后对磁场所产生的影响，可将材料分为 抗磁性 、 顺磁性 、 铁磁性 3 类。 三、问答题（共 20 分） 1、衡量弹性的高低用什么指标，为什么提高材料的弹性极限能够改善弹性。 （4 分） 衡量弹性高低用弹性比功 ae=σ e2/E。由于弹性比功取决于弹性极限和弹性模量，而材质一定，弹性模量保持不变，因此依 据公式可知提高弹性极限可以提高材料的弹性比功，改善材料的弹性。 2、某种断裂的微观断口上观察到河流装花样，能否认定该断裂一定属于脆性断裂，为什么？如何根据河 流状花样寻找裂纹的源头。 （4 分） 不能判定断裂一定为脆性断裂。 （1 分）韧性和脆性断了依据断口的宏观形貌和变形特征来判定，单纯从微观断口上的某些 特征不能确定断裂一定属于脆断。 （2 分）逆着河流的方向可以找到裂纹源。 - 1 - 3、说明 K I 和 K IC 的异同。对比 K IC 和 K C 的区别，说明 K I 和 K IC 中的 I 的含义。 （6 分） KIc代表的是材料的断裂力学性能指标，是临界应力场强度因子，取决于材料的成分、组织结构等内在因素。K I 是力学参量， 表示裂纹尖端应力场强度的大小，取决于外加应力、尺寸和裂纹类型，与材料无关。 （3 分） KIc称为平面应变的断裂韧性，Kc为平面应力的断裂韧性。对于同一材料而言，KIcKc，平面应变状态更危险，通常以前者衡 量材料的断裂韧性。K IC 中的 I 代表平面应变，K I 的 I 表示 I 型裂纹。 4、简述影响金属导电性的因素。（6 分） （1）温度的影响：金属电阻随温度的升高而增大； （2 分） （2）冷塑性变形和应力的影响：冷塑性变形使金属的电子率增大，拉应力使电阻率上升，压应力使电阻率下降； （2 分） （3）合金化对导电性的影响：一般情况下，形成固溶体和金属化合物时电阻率增高，多相合金的电阻率与组成相的导电性、相 对量及形貌有关。 （2 分） 四、分析题（共 30 分） 1、比较布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度测试原理及压痕特征。并在以上方法中选择适合测量下列材料硬 度的方法和标尺：渗碳层的硬度分布，淬火钢，灰口铸铁，氮化层的硬度，高速钢刀具，退火的 20 钢。 （12 分） 布氏硬度、维氏硬度测试原理基本上一致，以压头在试件表面留下的压痕上承受的平均应力表示材料的硬度。洛氏硬度则是 以压痕的深浅表示材料的硬度。 （3 分） 压痕特点：布氏硬度为球冠；洛氏硬度 HRC 为圆锥坑，HRB 为球冠；维氏硬度为四棱锥坑。 （3 分） 渗碳层的硬度梯度：显微维氏硬度 Hv。 （1 分） 淬火钢：洛氏硬度 HRC。 （1 分） 灰口铸铁：布氏硬度 HBS。 （1 分） 高速钢刀具：洛氏硬度 HRC。 （1 分） 氮化层硬度： （显微）维氏硬度 Hv。 （1 分） 退火态 20 钢：布氏硬度 HBS。 （1 分） 2、什么是金属材料的塑性？对于下列材材料的塑性： (1)40CrNiMo 调质钢试样，(2)20Cr 渗碳淬火钢试 样，(3)W18Cr4v 钢淬火回火试样，(4)灰铸铁试样，分别选用哪种试险机（液压万能材料试验机、扭转 试验机） ，采用何种试验方法测量。 （10 分） 塑性：材料受到外力作用产生塑性变形而不破坏的能力。 （2 分） 塑性衡量：(1)40CrNiMo 调质钢：液压万能材料试验机，单向拉伸实验。 （2 分） (2)20Cr 渗碳淬火钢：扭转试验机，扭转实验。 （2 分） (3)淬火、回火 W18Cr4V 钢：液压万能材料试验机，弯曲实验。 （2 分） (4)灰铸铁：液压万能材料试验机，压缩实验。 （2 分） 3、奥氏体不锈钢从 1000℃急冷淬火是顺磁性的，但缓冷则表现出铁磁性，试解释之。 （8 分） 呈现不同的磁性能是因为热处理前后其组织发生了变化（2 分） 。钢的所有组织中，除奥氏体为顺磁性外，其他组织均为强铁磁 性组织（2 分） 。急冷淬火时其组织主要为奥氏体，因此呈现顺磁性（2 分） ，缓冷时，则出现了其他的组织，因此呈现铁磁性（2 - 2 - 分） 五、证明题（共 8 分） 一入射光以较小的入射角内 i 和折射角 r 穿过一透明玻璃板。证明透过后的光强系数为（1-R）2。设玻璃对 光的衰减不变。 设空气为介质 1，透明玻璃为介质 2，光进入到玻璃之前的能量为 W1,进入到玻璃之后光的能量为 W2，再次进入到空气中后的能 量为 W3，则透过后的光强系数应为 w3/w1（2 分） 。则有 w2n211 21() 1 R （1 分）w1n211 w3 1( n121) 2 w2n121 n12  1 n21 ( n121 2 n211 2 n121)  (n211) w3 1 R w2 w3 1  w2 w1  w3 w2  (1 R)2 w 1 分） （1 分） （1 分） （1 分） （1 分） - 3 - （