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1、工程材料习题参考答案工程材料习题参考答案13章四川大学材料科学与工程学院四川大学材料科学与工程学院曾光廷教授主讲曾光廷教授主讲20102010年年9 9月月第一章第一章. .习题参考答案习题参考答案1-11-1、名词解释名词解释bb抗拉强度抗拉强度-金属材料在拉断前的最大应金属材料在拉断前的最大应力,它表示材料对最大均匀塑性变形的抗力。力,它表示材料对最大均匀塑性变形的抗力。p3p32 2、ss屈服强度屈服强度-表示材料在外力作用下表示材料在外力作用下开始产生塑性变形的最低应力,表示材料抵开始产生塑性变形的最低应力,表示材料抵抗微量塑性变形的能力。抗微量塑性变形的能力。p4p40.20.2屈服

2、强度屈服强度-试样产生试样产生0.2%0.2%残余应变残余应变时的应力值为该材料的条件屈服。时的应力值为该材料的条件屈服。p4p4伸长率伸长率-塑性的大小用伸长率塑性的大小用伸长率表示。表示。p4p4HBSHBS布氏硬度布氏硬度-以以300Kg300Kg的压力的压力F F将直径将直径D D的的淬火钢球压入金属材料的表层,经过规定淬火钢球压入金属材料的表层,经过规定的保持载荷时间后,卸除载荷,即得到一的保持载荷时间后,卸除载荷,即得到一直径为直径为d d的压痕。的压痕。p5p5HRCHRC洛氏硬度洛氏硬度-是以是以120o 120o 的金刚石圆锥体的金刚石圆锥体压头加上一定的压力压入被测材料,根

3、据压头加上一定的压力压入被测材料,根据压痕的深度来度量材料的软硬,压痕愈深,压痕的深度来度量材料的软硬,压痕愈深,硬度愈低。硬度愈低。p5p5-1 -1 (对称弯曲疲劳强度对称弯曲疲劳强度)-表示当应表示当应力循环对称时,光滑试样对称弯曲疲劳强力循环对称时,光滑试样对称弯曲疲劳强度。度。p7p7K1C K1C (断裂韧性断裂韧性)-应力强度因子的临界应力强度因子的临界值。值。 p8p81-21-2、试分别讨论布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬、试分别讨论布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度适用及不适用于什么场合?度适用及不适用于什么场合?1 1、布氏硬度、布氏硬度适用于退火和正火态的黑色金属和有色金属工件,适

4、用于退火和正火态的黑色金属和有色金属工件,不适用于太薄、太硬(不适用于太薄、太硬(450HB450HB)的材料。)的材料。2 2、洛氏硬度、洛氏硬度适用于检测较薄工件或表面较薄的硬化层的硬度,适用于检测较薄工件或表面较薄的硬化层的硬度,不适用于表面处理和化学热处理的工件。不适用于表面处理和化学热处理的工件。3 3、维氏硬度、维氏硬度适用于零件表面薄硬化层、镀层及薄片材料的硬度,适用于零件表面薄硬化层、镀层及薄片材料的硬度,不适用于退火和正火及整体淬火工件。不适用于退火和正火及整体淬火工件。 1 1、布氏硬度、布氏硬度适用于退火和正火态的黑色金属和有色金适用于退火和正火态的黑色金属和有色金属工件

5、属工件不适用于淬火态的碳素钢和合金钢及铜合不适用于淬火态的碳素钢和合金钢及铜合金工件。金工件。2 2、洛氏硬度、洛氏硬度适用于淬火态的碳素钢和合金钢工件,适用于淬火态的碳素钢和合金钢工件,不适用于表面处理和化学热处理的工件。不适用于表面处理和化学热处理的工件。3 3、维氏硬度、维氏硬度适用于表面处理和化学热处理的工件,适用于表面处理和化学热处理的工件,不适用于退火和正火及整体淬火工件。不适用于退火和正火及整体淬火工件。 第二章第二章. .习题参考答案习题参考答案2-12-1、名词解释、名词解释1 1、晶体、晶体 p9p9晶体晶体-指原子(原子团或离子)按一定的指原子(原子团或离子)按一定的几何

6、形状作有规律的重复排列的物体。几何形状作有规律的重复排列的物体。2 2、非晶体、非晶体 p9p9非晶体非晶体-组成物质的原子是无规律、无次组成物质的原子是无规律、无次序地堆聚在一起的物体。序地堆聚在一起的物体。3 3、单晶体、单晶体 p11p11 单晶体单晶体-结晶方位完全一致的晶体。结晶方位完全一致的晶体。4 4、多晶体、多晶体 p11p11 多晶体多晶体-由多晶粒组成的晶体结构。由多晶粒组成的晶体结构。5 5、晶粒、晶粒 p11p11晶粒晶粒-每个小晶体具有不规则的颗粒状外形。每个小晶体具有不规则的颗粒状外形。2-22-2、何谓空间点阵、晶格、晶体结构和晶胞?、何谓空间点阵、晶格、晶体结构

7、和晶胞?常用金属的晶体结构是什么?划出其晶胞,常用金属的晶体结构是什么?划出其晶胞,并分别计算起原子半径、配位数和致密度?并分别计算起原子半径、配位数和致密度?1 1、空间点阵、空间点阵 p9p9空间点阵空间点阵-为了便于分析各种晶体中的原子为了便于分析各种晶体中的原子排列及几何形状排列及几何形状, ,通常把晶体中的原子假想为通常把晶体中的原子假想为几何结点几何结点, ,并用直线从其中心连接起来并用直线从其中心连接起来, ,使之使之构成一个空间格子。构成一个空间格子。2 2、晶格、晶格 p9p9晶格晶格-这种表示晶体中原子排列形式的空间这种表示晶体中原子排列形式的空间格子。格子。3 3、晶胞、

8、晶胞 p9p91010晶胞晶胞-构成晶格的最基本的几何单元。构成晶格的最基本的几何单元。4 4、常用金属的晶体结构有:、常用金属的晶体结构有: 体心立方晶格:体心立方晶格:1 1)、原子半径)、原子半径 2 2)、)、 配位数配位数8 83 3)、致密度)、致密度致密度致密度 面心立方晶格面心立方晶格: :1 1)、原子半径)、原子半径 2 2)、配位数)、配位数12123 3)、致密度)、致密度nu/vnu/v 0 07474vnu密排六方晶格密排六方晶格: :1 1)、原子半径)、原子半径 2 2)、配位数)、配位数12123 3)、致密度)、致密度nu/vnu/v 0 07474(a)(

9、a)體心立方晶格體心立方晶格 (b)(b)面心立方晶格面心立方晶格 密排六方晶格密排六方晶格 金屬三種典型晶格配位數示意圖金屬三種典型晶格配位數示意圖2-3. 2-3. 何谓理想晶体和实际晶体何谓理想晶体和实际晶体? ?为什么单晶为什么单晶体呈各向异性而多晶体在大多数情况下没有体呈各向异性而多晶体在大多数情况下没有各向异性现象各向异性现象? ?1 1、理想晶体、理想晶体理想晶体理想晶体-是原子按一定规则排列的单晶是原子按一定规则排列的单晶体,内部晶体方位完全一致,且完好无损的,体,内部晶体方位完全一致,且完好无损的,具有各向异性。具有各向异性。2 2实际晶体实际晶体 p12p12答:实际晶体则

10、为多晶体,由许多不同位向答:实际晶体则为多晶体,由许多不同位向的小晶粒组成,且有许多晶体缺陷,如点缺的小晶粒组成,且有许多晶体缺陷,如点缺陷(空位、溶质原子),线缺陷(位错),陷(空位、溶质原子),线缺陷(位错),面缺陷(晶界等),具有伪各向同性。面缺陷(晶界等),具有伪各向同性。3 3、单晶体呈各向异性是由于单晶体在不同、单晶体呈各向异性是由于单晶体在不同晶向上的原子密度不同,在不同方向上的原晶向上的原子密度不同,在不同方向上的原子结合力不同,因而其弹性模量也不同,显子结合力不同,因而其弹性模量也不同,显示出各向异性。示出各向异性。p10p10p11p114 4、多晶体多晶体在大多数情况下没

11、有各向异性现在大多数情况下没有各向异性现象象, ,因为多晶体是由大量彼此位向不同的晶因为多晶体是由大量彼此位向不同的晶粒组成,多晶体中各个晶粒的位向紊乱,其粒组成,多晶体中各个晶粒的位向紊乱,其各向异性显示不出来,结果使多晶体呈现各各向异性显示不出来,结果使多晶体呈现各向同性或称伪无向性。向同性或称伪无向性。p11p112-42-4、何谓、何谓同素异晶转变同素异晶转变?试以铁为例说明之?试以铁为例说明之?答:同素异晶转变答:同素异晶转变是一种金属具有两种或两是一种金属具有两种或两种以上的晶体结构,把这种金属的不同晶体种以上的晶体结构,把这种金属的不同晶体结构改变的现象。结构改变的现象。p18p

12、18如铁在结晶之后继续冷却时,会发生结构的如铁在结晶之后继续冷却时,会发生结构的变化,从一种晶格转变为另一种晶格变化,从一种晶格转变为另一种晶格 -Fe -Fe 1394 -Fe 921 -Fe 1394 -Fe 921 -Fe 。2-52-5、在实际晶体中存在着哪几类缺陷?、在实际晶体中存在着哪几类缺陷?答:答:在实际晶体中存在着:在实际晶体中存在着:点缺陷(空位、溶质原子)点缺陷(空位、溶质原子)2 2、线缺陷(位错:刃型位错和螺型位错)、线缺陷(位错:刃型位错和螺型位错)3 3、面缺陷(晶界、亚晶界等)、面缺陷(晶界、亚晶界等)2-102-10、为什么金属结晶时一定要有过冷度?、为什么金

13、属结晶时一定要有过冷度?冷却速度与过冷度的关系是什么?冷却速度与过冷度的关系是什么? p15p15答:答:在平衡温度处,液体与晶体处于动平衡在平衡温度处,液体与晶体处于动平衡状态,此时,液体的结晶速度与晶体的熔化状态,此时,液体的结晶速度与晶体的熔化速度相等。也就是当金属处于平衡温度时,速度相等。也就是当金属处于平衡温度时,金属不能进行有效的结晶过程。要使结晶进金属不能进行有效的结晶过程。要使结晶进行,则必须将液体冷至低于平衡温度。晶体行,则必须将液体冷至低于平衡温度。晶体总是在过冷的情况下结晶的,因此过冷是金总是在过冷的情况下结晶的,因此过冷是金属结晶的必要条件,所以,金属结晶时一定属结晶的

14、必要条件,所以,金属结晶时一定要有过冷度。要有过冷度。冷却速度与过冷度的关系是冷却速度愈大,冷却速度与过冷度的关系是冷却速度愈大,过冷度也愈大。过冷度也愈大。 2-132-13、晶粒大小对金属性能有何影响?细化、晶粒大小对金属性能有何影响?细化晶粒方法有哪些?晶粒方法有哪些? p17p17答:答:在一般情况下在一般情况下, ,晶粒愈小晶粒愈小, ,则金属的强度则金属的强度. .塑塑性和韧性愈好性和韧性愈好. .细化晶粒是提高金属性能的重要途径之一,细化晶粒是提高金属性能的重要途径之一,晶粒愈细,强度和硬度愈高,同时塑性韧性晶粒愈细,强度和硬度愈高,同时塑性韧性愈好。愈好。细化晶粒方法有:细化晶

15、粒方法有:增大过冷度;增大过冷度; 2.2.变质处理;变质处理; 3.3.附加振附加振动或搅动等方法;动或搅动等方法;第三章第三章. .习题参考答案习题参考答案3-13-1、塑性变形的基本方式有几种?塑性变形、塑性变形的基本方式有几种?塑性变形的的物理本质是什么?的的物理本质是什么? p22p222424答:答:塑性变形的基本方式有:塑性变形的基本方式有:滑移和孪生。滑移和孪生。塑性变形的的物理本质:塑性变形的的物理本质: 是在较大应力作用下迫使组成金属的晶粒是在较大应力作用下迫使组成金属的晶粒内部产生滑移,同时使晶粒间也产生滑移与内部产生滑移,同时使晶粒间也产生滑移与转动,或者使金属内部产生

16、孪晶,使金属内转动,或者使金属内部产生孪晶,使金属内部发生不可恢复的变形。部发生不可恢复的变形。塑性变形的的物理本质塑性变形的的物理本质:滑移和孪生共同产生的塑性变形。滑移和孪生共同产生的塑性变形。P24 P24 滑移是晶体的一部分相对另一部分做整滑移是晶体的一部分相对另一部分做整体刚性移动。孪生是在切应力的作用下,晶体刚性移动。孪生是在切应力的作用下,晶体的一部分相对另一部分沿着一定的晶面体的一部分相对另一部分沿着一定的晶面(孪生面)产生一定角度的切变(孪生面)产生一定角度的切变3-23-2、为什么金属的实际强度要比理论强度低、为什么金属的实际强度要比理论强度低得多?详细说明之。得多?详细说

17、明之。答:答:这是因为实际金属晶体存在着各种晶体这是因为实际金属晶体存在着各种晶体缺陷,如点缺陷、线缺陷和面缺陷。缺陷,如点缺陷、线缺陷和面缺陷。3-43-4、加热对冷变形金属的组织和性能有何影、加热对冷变形金属的组织和性能有何影响?响?答:答:当对变形金属进行加热时,其组织和性当对变形金属进行加热时,其组织和性能将发生回复、再结晶和晶粒长大的变化过能将发生回复、再结晶和晶粒长大的变化过程。程。回复阶段回复阶段: :变形金属的强度变形金属的强度. .硬度与塑性等变硬度与塑性等变化不大化不大, ,但内应力但内应力. .电阻等明显降低电阻等明显降低. . 3-7.3-7.怎样区分冷加工和热加工?为

18、什么锻件比怎样区分冷加工和热加工?为什么锻件比铸件的力学性能好?热加工会造成哪些组织缺铸件的力学性能好?热加工会造成哪些组织缺陷?陷? 答:金属的冷加工和热加工的界限是以金属的答:金属的冷加工和热加工的界限是以金属的再结晶温度来区分的。再结晶温度来区分的。 锻件:锻件:经过热塑性变形把粗大的柱状晶和枝晶经过热塑性变形把粗大的柱状晶和枝晶击碎并形成等柱细晶组织,改善力学性能。还击碎并形成等柱细晶组织,改善力学性能。还可将铸态金属中的疏松、气孔、微裂纹,经热可将铸态金属中的疏松、气孔、微裂纹,经热塑性变形被压实或焊合,从而使组织致密,性塑性变形被压实或焊合,从而使组织致密,性能提高。所以,锻件比铸件的力学性能好。能提高。所以,锻件比铸件的力学性能好。 热加工会造成纤维组织缺陷:热加工会造成纤维组织缺陷: 经热塑性变形后,金属中的非金属夹杂物沿经热塑性变形后,金属中的非金属夹杂物沿着变形的流动方向破碎和拉长,并沿着被拉着变形的流动方向破碎和拉长,并沿着被拉长的金属晶粒的界面分布,形成纤维组织长的金属晶粒的界面分布,形成纤维组织(流线),使金属的性能具有明显

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