工程材料考试复习 试卷 (及答案)

工程材料考试复习试卷（及答案）-----------------------------------------------------第一章--------------------------------------------------------1：注释下列机械性能指标E、σb、σ-1、HB、HRC、HRT、δ、Ψ、αK、KIC。E:弹性模量（刚度），它的大小可衡量材料变形的难易程度；刚度大，不易变形，刚度小，容易变形。E=σp/ε。σb：抗拉强度：外力作用下，材料抵抗变形与断裂的能力（单位MPa）。σp=Pp/SMPa。σ-1：光滑对称弯曲疲劳强度，零件在交变载荷下，即使应力低于屈服极限强度，但经过一定循环周次后仍会发生断裂。在某一循环应力作用下，零件永远（长时间）不会断裂，该应力被称为疲劳强度。（单位MPa）。HB：布式硬度代号。如200HBW5/7500/10表示用直径为5mm硬质合金钢球作压头，载荷7500N，加载保持时间10s所测试的布式硬度值，即：HRC：洛式硬度代号。标尺符号压头种类初载N总载N表盘刻度应用范围HRA120°金刚石园锥100600黑色70～80HRBФ1.58mm钢球1001000红色25～100HRC120°金刚石园锥1001500黑色20～67HRT：表面硬度代号，主要用于极薄工件与表层测试测试，方法类似洛式硬度（初载与总载较小）。δ延伸率；δ=(LK-L0）/L0×100%L0—试样原始长度；LK—试样拉断时长度Ψ断面收缩率。Ψ=(F0-FK)/F0×100%F0—试样原始截面积；FK—试样拉断时截面积。δ与ψ都是塑性的指标，其值大塑性好，反之塑性差。αK冲击韧性：材料抵抗冲击载荷的能力，测试标准：夏式：αK（单位J）英、美、日等国家使用。梅式：αK（单位J/cm2）KIC断裂韧性：Y：系数。σ：加载应力。a：裂纹半长。即零件内部固有长为2a裂纹，载荷为σ时，零件应力强度因子为KI。当KI大到某值时，零件失稳而断裂此临界应力强度因子被称为断裂韧性KIC。5：零件设计时，为什么在图子上常标其硬度值来表示机械性能要求。解：硬度值具有代表性，它与强度值有一定对应关系，可以间接反映强度值；硬度值还与塑性有联系，一般硬度值大，塑性差，硬度值小，塑性好。硬度测试简单，一般可以做到无200222dDDDPPHBS0.02hKHRaYσKI损测试。--------------------------------------第二章金属的晶体结构与结晶-------------------------------------1：名词解释：⑴：晶体；非晶体；晶格；晶胞；晶格常数；致密度；晶面；晶向。⑵：单晶体；多晶体。⑶：点缺陷；面缺陷；线缺陷。晶体：原子（或分子）在三维空间中呈规则、周期性重复排列的物质。非晶体：原子（或分子）在三维空间中呈无规则排列的物质。晶格：在空间里，把原子或分子抽象成几何节点，再用直线将这些节点连接起来，构成的几何三维格架。晶胞：晶体中原子（或分子）在三维空间中呈规则、周期性重复排列的规律性，可以从中取出一个具有代表性的基本单元来代表排列形式的特征，这个最基本的几何单元称为晶胞。晶格常数：晶胞各边尺寸a、b、c（以埃Å为单位）。晶胞致密度：晶胞内原子所占体积与晶胞体积之比。晶面：在晶体中原子（或分子）在三维空间中排列构成许多方位的面。晶向：通过两个以上原子（分子）中心的直线，表示空间晶格的各种方向。单晶体：原子（或分子）在三维空间中呈规则、周期性重复排列而成，即晶体内部晶格位向完全一致。多晶体：由多个晶粒组成的晶体。点缺陷：晶格空位或间隙原子。线缺陷：某一些原子偏离平衡位置，这些原子团的一维空间尺寸较大，另外二维空间尺寸较小，这些原子便是金属内部线缺陷（位错线）。面缺陷：某一些原子偏离平衡位置，这些原子团的一维空间尺寸较小，另外二维空间尺寸较大，这些原子便是金属内部面缺陷（晶界）。2：常见金属晶体有那几种？每种举三个实例。解：常见金属晶体有体心立方、面心立方、密排六方三种。bcc：α-Fe；Cr；V。Fcc：γ-Fe；Cu；Al。Hcp：Mg；Zn；Be。3：为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性。解：由于单晶体内部原子（分子）在三维空间的规则排列，造成不同晶面和晶向原子排列方式与紧密程度不同，从而影响不同晶面和晶向原子之间的结合力大小，导致单晶体性能的各向异性。多晶体由若干晶粒构成，每个晶粒性能表现出各向异性，这若干晶粒的各向异性互相抵消，因而表现出各向同性。4：晶粒粗细对金属的机械性能有何影响？解：晶界即面缺陷，原子畸变程度大，该处原子结合性能有大幅度强化。单位体积中，细晶粒金属晶界面积大，变形或裂纹在金属中运动会遇到更多晶界的阻隔，是此运动变得更不容易了，因而细晶粒金属强度更高。在细晶粒金属一定变形会被更多晶粒分担，是单个晶粒分担变形会被更小，金属能承受更大变形而不致产生裂纹，因而细晶粒金属塑性更好。强度与塑性的提高，裂纹和缺陷不易产生与扩展，使金属在断裂前吸收更多的能量，因而细晶粒金属韧性更好。综上所述，细晶粒金属强度、塑性、韧性均得到提高，细晶强韧化。5：如果其它条件相同，试比较下列铸造条件下，铸件晶粒大小。⑴：砂型铸造与金属型铸造。⑵：铸成厚件与铸成薄件。⑶：加变质剂与不加变质剂。⑷：浇铸时附加震动与不附加震动。解：⑴：金属型铸造晶粒更细小。⑵：铸成薄件晶粒更细小。⑶：加变质剂晶粒更细小。⑷：浇铸时附加震动晶粒更细小。----------------------------------------第三章二元合金相图------------------------------------------1：名词解释：合金、组元、合金系、相、固溶体、金属化合物。合金：两种或以上金属或金属与非金属组成的具有金属特性的物质。组元：组成金属最基本的独立物质。合金系：由相同的几个元素以不同比例配制的一系列成分不同的合金，所构成的合金系统。相：成份相同，结构相同，并与其他部分有明显界面分开的均匀组成部分。固溶体：固态下合金中组元如能互相溶解而形成均匀的固相。金属化合物：由具有相当程度的金属键结合，并具有明显金属特性的化合物。2：为什么合金比纯金属使用得广泛？解：纯金属种类有限，性能较差且单一，而合金通过调节合金元素种类、比例，可以得到各种所需材料，满足各种性能要求。3：试述固溶体强化的原理与应用。解：固溶体溶质原子以置换、间隙两种方式溶入，间隙原子不论大小，都会引起原有溶剂原子点阵发生畸变；置换原子在性能、尺寸上都不可能与溶剂原子完全一致，当溶质原子取代溶剂原子（置换）时，必然引起周围溶剂原子点阵发生畸变，这必然产生强化作用。如：钢铁材料中，C间隙固溶于纯Fe所得铁素体（F）性能比纯铁高；Ni固溶于Cu所得α固溶体性能比纯Ni高。--------------------------------------第四章（1）金属的塑性变形与再结晶---------------------------------1：名词解释：滑移；加工硬化；织构；纤维组织。滑移：晶体的一部分沿着一定晶面和晶向相对于另一部分发生滑动的现象。加工硬化：对金属进行塑性变形，随着变形程度增加，金属的强度、硬度增加与塑性、韧性下降的现象。纤维组织：对金属进行塑性变形，随着变形程度增加（50%～70%，使金属两向受力，单向延伸），金属内部晶粒被压成纤维状组织。2：名词比较：⑴：再结晶、重结晶与结晶。⑵：再结晶晶核长大与再结晶晶粒长大。⑶：冷加工与热加工。解：⑴：结晶：是液态金属冷却到一定温度时，原子从无序状态转变为有序状态，金属从液态转变为晶体的过程。再结晶：金属加热到再结晶温度以上，由畸变晶粒通过形核与长大而形成新的无畸变的等轴小晶粒的过程（均为固态，发生于形变金属，没有相变）。重结晶：固态金属（合金）加热或冷却通过相变点（相变温度）时，从一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程（均为固态，不限于形变金属，有相变）。⑵：再结晶晶核长大一般指金属加热到再结晶温度以上，由畸变晶粒通过形核与长大而形成新的无畸变的等轴小晶粒的过程，形成等轴细小晶粒。再结晶晶粒长大一般指金属再结晶过程完成后继续保温（或升温），晶粒晶界自发移动，使晶粒继续长大，使力学性能下降的过程。⑶：热加工：再结晶温度以上的变形加工。冷加工：再结晶温度以下的变形加工。3：为什么细晶粒金属不但强度高，而且塑性韧性也好？试用多晶体塑性变形特点加以说明。解：细晶粒金属不但强度高，而且塑性韧性也好的缘由：⑴：塑性提高晶粒小细小,单位体积内晶粒数目多,同样变形量下,变形分散在更多的晶粒内进行；变形更均匀变形，降低裂纹的形成与发展可能性，使塑性提高。⑵：提高强度晶粒细小,单位体积内晶粒数目多,单位体积内晶界面积增加，阻碍变形与裂纹扩展，提高强度。⑶：提高韧性晶粒细小,阻碍裂纹的产生与扩展，使金属在断裂前能吸收更多的能量提高强度，提高韧性。4：将一根熔点Tm=660℃经形变为70%的冷拔铝长棒插入盛装冰水的水槽中，并维持水温不变，另一端加热至500℃，保温一个小时后，停止加热，待试样完全冷却后，试分析铝棒长度方向上的组织和硬度分布情况。铝再结晶温度T再=0.4×660=264℃如组织分布情况组织：形变为70%的冷拔铝长棒按题示装置加热，铝棒长度方向上温度分布如组织分布情况图所示，D区域与C附近区域温度远低于回复温度，保持原始纤维组织不变，B区域温度已达到再结晶温度，组织为细小等轴晶粒，B到A之间区域，随温度增高，呈愈来愈大的等轴晶粒。性能：再结晶温度（D—B区域，回复与回复温度以前区域）之前，铝长棒机械性能（硬度）没有明显变化（仅有极少数偏离平衡位置原子回到平衡位置或向平衡位置靠近，畸变程度基本未得到缓减，形变强化作用依然存在）。B区域温度达再结晶区域机械性能（硬度）明显下降（畸变程度得到缓减，形变强化消除）。B到A之间区域，随温度增高，晶粒长大机械性能（硬度）下降（细晶强韧化，粗晶粒强度韧性下降）。5：用以下三种方法制成齿轮，那种方法较为理想？⑴：用厚钢板切成圆饼，再加工成齿轮。⑵：由粗棒料切下圆饼，再加工成齿轮。⑶：用圆棒热镦成圆饼，再加工成齿轮。解：第⑶种方法较为理想，经热镦（形变），齿坯内部组织流线与轮廓匹配良好如齿坯内部组织流线图，流线方向与切应力（冲击力）方向垂直，并与正应力方向一致如齿轮破坏示意图；⑴、⑵方法内部组织流线被切断（不连续），且流线方向与切应力（冲击力）方向一致，并与正应力方向垂直。--------------------------------------------第四章（2）铁碳合金-------------------------------------1：画出Fe-Fe3C相图，并标出各区域组织，写出相图中三个恒温转变式。指出三个恒温转变产物中，哪一个产物是固溶体，哪些产物是两相混合物。Fe-Fe3C二元合金相图（组织、相区）1、共析转变：转变产物为两相混合物A0.77%←→（727℃）F0.0218%+Fe3C（珠光体P）2、共晶转变：转变产物为两相混合物L4.3%←→（1148℃）A2.11%+Fe3C（莱氏体Le）3、包晶转变：转变产物为固溶体L0.53%+δ0.09%←→（1495℃）A0.17%2：分析WC=0.55%铁碳合金结晶过程画出冷却曲线示意图，并标出各温度阶段的转变式。计算室温平衡组织中各组织组成物的相对量。画出室温显微组织示意图，标出其中组织组成物名称。⑴：分析WC=0.55%铁碳合金结晶过程，并写出各温度阶段的转变式：分析：从Fe-Fe3C相图可看出A：1-2点，液态冷却，没有相变。L0.55%→Lˊ0.55%B：2-3点，从液体中析出奥氏体A，L0.55%→A≤0.55%+Lˊ≥0.55%C：至3点，全部液体转化为奥氏体A。L0.55%→A0.55%D：3-4点，含碳量为0.55%的奥氏体冷却。E：4-5点，从奥氏体A中析出先铁素体F先。A0.55