工程材料复习参考（一）

工程材料复习参考 一 工程材料复习参考 一 工程材料复习参考题 一 机电工程系11级数控 模具专业 xx 11 19 一 填空 1 金属材料主要包括以铁为基体的合金 如 等 俗称黑色金属 钢 铸铁和铁合金 2 有色金属材料包括 镁合金 钛合金等 铜合金 铝合金 3 地壳中含量占前四位的金属元素为它们分别约占地壳总质量的 铝 铁 钙 钠 铝 7 73 铁 4 75 钙 3 45 钠 2 74 4 中国是钢铁生产的大国 目前年产粗钢达到点多亿吨 6 5 金属材料的性能一般分为 和两类 工艺性能 使用性能 6 所谓使用性能是指机械零件在使用条件下 金属材料表现出来的 性能 它包括 等 机械性能 物理性能 化学性能 7 金属材料的力学性能可以理解为金属材料抵抗外加载荷引起的的 能力 也称为金属材料的 变形和断裂 机械性能 8 常用的机械性能包括 多次冲击抗力和疲劳极限等 强度 塑性 硬度 冲击韧性 9 强度是指金属材料在静荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力 由于载荷的作用方式有等形式 所以强度也分为抗拉强度 抗压强 度 等 拉伸 压缩 弯曲 剪切 抗弯强度 抗剪强度 10 衡量金属材料塑性能力的指标是和断面 延伸率 收缩率 11 金属材料的强度与塑性指标一般是在材料试验机上通过测得 拉伸试验 12 金属材料的强度是用应力来表示的 即材料承受载荷后内部产 生一个与 我们将单位面积上的内力称应力 用表示 载荷相平衡的内力 13 金属材料的强度指标 通常是指金属材料的 等 弹性极限 屈服点和抗拉强度 14 伸长率即试样拉断后标距的伸长与的百分比 原始标距 15 硬度是材料抵抗硬的物体压入其内的能力 是材料性能的一个物 理量 综合 16 在产品设计图样的中 硬度是一顶主要技术指标 技术条件 17 金属材料的硬度可用硬度仪来测试 常用的硬指标有 等 布氏硬度 洛氏硬度 维氏硬度 18 布氏硬度试验常用来测定原材料 半成品和性能不均匀材料如 铸铁 有色金属等的硬度 19 洛氏硬度试验方法广泛应用于生产制造 科学研究的各个领域 20 洛氏硬度试验时 硬度值可以从硬度计上的刻度盘直接读出 21 洛氏硬度值为一无名数 根据国家标准规定 硬度数值写在符 号HR的前面 HR后面为使用的标尺 如50HRC 22 维氏硬度值用符号 HV 表示 HV前面为硬度值 23 金属材料抵抗冲击载荷的能力 称冲击韧性 24 机械零件在循环应力作用下工作时 经过一定周期工作 发生 突然断裂的现象 称为金属的疲劳现象 25 工程上规定 材料经受相当循环周次不发生断裂的最大应力称 为疲劳极限 以符号 1表示 26 零件结构设计时 尽可能避免出现尖角 沟槽 圆角过小和截 面突变等 以减少应力集中 27 研究材料的内部结构及其对金属材料性能的影响 对于在工程 上选用和加工金属材料 具有非常重要的意义 28 根据原子在物质内部聚集状态不同 可将物质分为晶体和非晶 体两大类 29 晶体是指其原子 离子或分子 在空间按一定几何形状 呈周 期性规则排列的物体 30 金属中常见的晶格有三种体心立方晶格 面心立方晶格 密排 六方晶格 31 体心立方晶格晶胞是一个立方体 在中间有一个原子 在立方 体的八个角上分别有一个与其它晶胞共存的原子 32 面心立方晶格晶胞也是一个立方体 在立方体的六个面和八个 角上 均分别有一个与其它相邻晶胞共有的原子 33 由许多晶粒组成的晶体称为多晶体 一般金属材料都是多晶体 结构 34 晶体缺陷按几何特点可分为点缺陷 线缺陷 面缺陷 35 点缺陷的产生使其产生了晶格畸变 晶格畸变将使晶体性能发 生改变 如强度 硬度和电阻增加 36 位错在晶体内的运动及位错密度的变化对金属的性能 塑性变 形及相变有着极为重要的影响 37 纯金属具有良好的导电导热性 但强度 硬度等机械性能差 工业上广泛应用的是合金材料 38 组元是组成合金最基本的独立单元 纯元素或化合物 合金可分二元 三元和多元合金等 40 相是指合金中具有同一化学成分且结构相同的均匀部分叫相 50 组成合金各相的成份 结构 形态 性能和各相的组合情况构 成了合金的组织 51 按合金组元间相互作用不同 合金在固态下的相结构分为固溶 体 金属化合物 机械混合物三类 52 按溶质原子在溶剂晶格中存在的位置不同 固溶体可分为置换 固溶体和间隙固溶体两类 二 是非题1 置换固溶体可能形成无限固溶体 间隙固溶体只可能 是有限固溶体 2 合金中的固溶体一般说塑性较好 而金属化合物的硬度较 高 3 合金中凡成分相同 晶体结构相同 并有界面与其他部分 分开的均匀组成部分叫做相 4 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程 5 金属结晶时 冷却速度愈大 则其结晶后的晶粒愈细 6 在其它条件相同时 金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的 铸件晶粒更细 7 在其它条件相同时 铸成薄件的晶粒比铸成厚件的晶粒更 细 8 在实际生产条件下 金属凝固时的过冷度都很小 30 其主要原因是由于非均匀形核的结果 9 因单晶体具有各向异性 所以实际金属的晶体在各个方向 上的性能是不相同的 10 金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高得多 11 金属面心立方晶格的致密度比体心立方晶格的致密度高 12 在室温下 金属的晶粒越细 则其强度愈高和塑性愈低 13 实际金属中存在着点 线和面缺陷 从而使得金属的强 度和硬度均下降 14 二元合金相图中 合金中含组元A的量由左向右逐渐增加 15 二元合金相图中 合金中含组元B的量则由左向右逐渐减 少 16 对于单相区 由于相的成分及质量分数就是合金的的成 分及质量 有必要应用杠杆定律 17 在三相共存区杠杆定律不适用 18 由一个液相同时结晶出两个不同固相的过程称为共晶转 变或共晶反应 19 由共晶转变得到的金属化合物为共晶组织或共晶体 20 比密度偏析会降低合材料的力学性能和工艺性能 比密 度偏析能用热处理的方法来减轻或消除 三 问答题第1章金属材料的性能1 机械零件损坏的形式有哪些 答机械零件在使用中常见的损坏形式有变形 断裂及磨损等 2 什么是载荷 根据性质不同分为哪几种 答材料在加工及使用过 程中所受的外力称为载荷 根据载荷作用性质的不同 载荷可分为静载荷 冲击载荷及交变载 荷三种 3 什么是金属的力学性能 金属的力学性能包括哪些 答金属材料 所具有的承受机械荷而不超过许可变形或不破坏的能力 称为材料 的力学性能 金属的力学性能包括强度 塑性 硬度 冲击韧性 疲劳强度指标 4 什么是强度 强度有哪些衡量指标 这些指标用什么符号表示 如何测量 答金属在静载荷作用下 抵抗塑性变形或断裂的能力称 为强度 材料常用的强度指标有屈服强度ReL s 规定非比例延伸强度R p0 2 0 2 抗拉强度Rm b 等 这些指标都是通过拉伸试 验测量的 5 什么是塑性 塑性有哪些衡量指标 这些指标用什么符号表示 如何测得 答材料受力后断裂前产生塑性变形的能力称为塑性 塑性的衡量指标有断后伸长率A 和断面收缩率Z 这些指标 也是通过拉伸试验测量的 6 什么是硬度 常用的硬度试验法有哪三种 各用什么符号表示 答材料抵抗局部变形特别是塑性变形 压痕或划痕的能力称为硬度 它是衡量材料软硬程度的指标 常用的硬度试验法有布氏硬度试验法 HB 洛氏硬度试验法 HR 和维氏硬度试验法 HV 7 布氏硬度试验法有哪些优缺点 它主要适用于什么样材料的测试 答布氏硬度试验法 压痕直径较大 能较准确地反映材料的平均性 能 且由于强度和硬度间有一定的近似比例关系 因而在生产中较为常 用 但由于测压痕直径费时费力 操作时间长 而且不适于测高硬度材 料 压痕较大 只适合毛坯和半成品的测试 而不宜对成品及薄壁 零件测试 所以生产中布氏硬度主要用于测定铸铁 有色金属及退火 正火 调质处理后的各种软钢等硬度较低的材料 8 常用的洛氏硬度标尺有哪三种 各用什么符号表示 最常用的是 哪一种 答常用的洛氏硬度标尺有A B C三种 分别用符号HRA H RB和HRC表示 其中C标尺应用最广 9 什么是冲击韧性 什么是冲击韧度 其值用什么符号表示 答金 属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性 通过一次摆锤冲击弯曲试验测定出的试样缺口处单位横截面积上所 吸收的功来反映金属材料冲击韧性好坏的指标称为冲击韧度 k 10 什么是金属的疲劳断裂 什么是疲劳强度 答零件长期在交变 载荷作用下 承受的应力虽低于材料的屈服强度 但经过长时间的 工作后 仍会产生裂纹或突然发生断裂 金属这样的断裂现象称为疲劳断裂 金属材料抵抗交变载荷作用而不产生破坏的能力称为疲劳强度 11 生产中如何提高零件的抗疲劳能力 答在生产中为了提高零件 的抗疲劳能力 除合理选材外 细化晶粒 均匀组织 减少材料内 部缺陷 改善零件的结构形式 减少零件表面粗糙度数值及采取各 种表面强化的方法 如对工件表面淬火 喷丸 渗 镀等 都能 取得一定的抗疲劳效果 12 什么是金属的工艺性能 它包括哪些内容 答金属材料的工艺 性能是指金属材料对不同加工工艺方法的适应能力 它包括铸造性能 锻造性能 切削加工性能和焊接性能 热处理性 能等 第2章金属学的基本知识1 什么是晶体和非晶体 它们在性能上有 什么不同 想一想 除了金属 你在生活中还见过哪些晶体 答原 子呈有序 有规则排列的物质称为晶体 而原子呈无序 无规则堆 积状态的物质称为非晶体 晶体一般具有规则的几何形状 有一定的熔点 性能呈各向异性 而非晶体一般没有规则的几何形状和一定的熔点 性能呈各向同性 生活中常见的食盐 冰糖 明矾等都有是典型的晶体 2 什么是晶格和晶胞 金属中主要有哪三种晶格类型 它们的晶胞 各有何特点 答假想的能反映原子排列规律的空间格架 称为晶格 晶格是由许多形状 大小相同的小几何单元重复堆积而成的 我们把其中能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元称为晶胞 金属中主要有体心立方晶格 面心立方晶格和密排六方晶格等三种 晶格类型 体心立方晶格的晶胞是一个立方体 原子位于立方体的八个顶点和 立方体的中心 面心立方晶格的晶胞也是一个立方体 原子位于立 方体的八个顶点和立方体六个面的中心 密排六方晶格的晶胞是一 个正六棱柱 原子除排列于柱体的每个顶点和上 下两个底面的中 心外 正六棱柱的中心还有三个原子 3 晶体在结构上有哪些缺陷 答常见的晶体结构缺陷有晶界 亚晶 界 位错 刃位错 螺旋位错 以及间隙 空位 和置代原子等 4 什么是结晶 结晶由哪两个基本过程组成 答生产上将液态金属 凝固的过程称为结晶 金属的结晶过程由晶核的产生和长大两个基本过程所组成 并且这 两过程是同时进行的 5 晶粒大小对金属材料性能有什么影响 铸件在浇注过程中是如何 细化晶粒的 答金属结晶后 一般是晶粒愈细 强度 硬度愈高 塑性 韧性也愈好 所以控制材料的晶粒大小具有重要的实际意义 铸件在浇注过程中为了得到细晶粒的铸件 常采取以下几种方法增 加过冷度 进行变质处理 采用振动处理等 6 什么是同素异构转变 具有同素异构转变的金属有哪些 答在固 态下 金属随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为 金属的同素异构转变 具有同素异构转变的金属有铁 锰 锡 钛等 7 金属的同素异构转变与结晶相比有哪些异同点 答金属的同素异 构转变与液态金属的结晶过程有许多相似之处有一定的转变温度 转变时都有过冷现象 放出和吸收潜热 转变过程也是一个形核和 晶核长大的过程 但同素异构转变属于固态相变 所以具有其本身 的特点 例如同素异构转变时 由于晶界处具有较高的能量 新晶 格的晶核总是在原来晶粒的晶界处形核 另外固态时原子的迁移扩 散较困难 所以转变时需要较大的过冷度 晶格的变化伴随着金属 体积的变化 转变时会产生较大的内应力 四 计算题某厂购进一批15钢 按照国家标准规定 力学性能应符 合如下要求 b 375MPa s 225MPa 27 55 入厂检验时采用d0 10mm标准短试样进行拉伸试验 测得Fb 33 70KN Fs 20 50KN L1 64 0mm d1 6 5mm 试列式计算并回答这批钢材 的力学性能是否合格 解已知试样d0 10mm 短试