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工程材料习题习题一1、抗拉强度：是材料在破断前所能承受的最大应力。屈服强度：是材料开始产生明显塑性变形时的最低应力。刚度：材料抵抗弹性变形的能力。疲劳强度：经无限次循环而不发生疲劳破坏的最大应力。冲击韧性：材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。断裂韧性：材料抵抗裂纹扩展的能力。2、材料的弹性模量与塑性无关。3、由大到小的顺序，抗拉强度：2、1、3、4。屈服强度：1、3、2、4。刚度：1、3、2、4。塑性：3、2、4、1。4、布氏、洛氏、维氏和显微硬度。由于各种硬度测试方法的原理不同，所以测出的硬度值不能直接进行比较。5、（1）洛氏或维氏硬度（2）布氏硬度（3）布氏硬度（4）洛氏或维氏硬度（5）显微硬度6、冲击功或冲击韧性。由于冲击功或冲击韧性代表了在指定温度下，材料在缺口和冲击载荷共同作用下脆化的趋势及其程度，所以不同条件下测得的这种指标不能进行比较。冲击韧性是一个对成分、组织、结构极敏感的参数，在冲击试验中很容易揭示出材料中的某些物理现象，如晶粒粗化、冷脆、热脆和回火脆性等，故目前常用冲击试验来检验冶炼、热处理以及各种加工工艺的质量。此外，不同温度下的冲击试验可以测定材料的冷脆转变温度。同时，冲击韧性对某些零件（如装甲板等）抵抗少数几次大能量冲击的设计有一定的参考意义。7、产生疲劳断裂的原因一般认为是由于在零件应力集中的部位或材料本身强度较低的部位，如原有裂纹、软点、脱碳、夹杂、刀痕等缺陷，在交变应力的作用下产生了疲劳裂纹，随着应力循环周次的增加，疲劳裂纹不断扩展，使零件承受载荷的有效面积不断减小，当减小到不能承受外加载荷的作用时，零件即发生突然断裂。可以通过以下途径来提高其疲劳抗力。改善零件的结构形状以避免应力集中；提高零件表面加工光洁度；尽可能减少各种热处理缺陷(如脱碳、氧化、淬火裂纹等)；采用表面强化处理，如化学热处理、表面淬火、表面喷丸和表面滚压等强化处理，使零件表面产生残余压应力，从而能显著提高零件的疲劳抗力。8、断裂韧性表示材料抵抗裂纹扩展的能力。断裂韧性的实用意义在于：只要测出材料的断裂韧性，用无损探伤法确定零件中实际存在的缺陷尺寸，就可以判断零件在工作过程中有无脆性开裂的危险；测得断裂韧性和半裂纹长度后,就可以确定材料的实际承载能力。所以，断裂韧性为设计、无损伤探伤提供了定量的依据。习题二1、略2、金属键，大量自由电子，良好导电导热性，又因金属键的饱和性无方向性，结构高度对，故有良好的延展性。离子键，正负离子的较强电吸引，导致高硬度，高熔点，高脆性，因无自由电子，固态导电性差。共价键，通过共用电子对实现搭桥联系，键能高，高硬度，高熔点，高介电性。分子键，因其结合键能低，低熔点，低强度，高柔顺性。3、有体心立方，面心立方，密排六方三种，其排列特点见表2-1α-Fe，δ-Fe，Cr，V属体心，γ-Fe，Cu，Ni，Pb属面心，Mg，Zn属密排六方。4、由有（m）故α-Fe的晶格常数为。1mm3中α-Fe的原子数个。5、（111）、（011）、（001）,[111]、[011]、（001）。6、7、这是因为单晶体在各个晶面和晶向上原子排列密度是有差异的，所以表示出晶体的各向异性。而多晶体是由众多细小的晶粒所构成的集合体，各个晶粒的晶轴取向是随机分布的。这样，多晶体的性能在各个方向上表示出的是统计平均值的大小，所以是各向同性的。8、α-Fe的原子排列密度为0.68，γ-Fe的原子排列密度为0.74，由于γ-Fe的晶格间隙较大，所以，γ-Fe的渗碳能力大于α-Fe。9、体积会膨胀，这是因为α-Fe的密度小于γ-Fe。10、有点缺陷（空位、间隙原子），线缺陷（位错）和面缺陷（晶界面、相界面）三种。一般来说，缺陷密度越高，位错滑移阻力越大，材料强度、硬度越高，塑性、韧性越低。11、固溶体是以溶剂元素的晶格类型为基础，再溶入一些溶质原子。因为是对称性高的晶格结构，往往具有较好的塑性。而金属间化合物的晶格结构不同于组成元素的晶格，且因为离子键或共价键特质，键能较高。故硬度、强度高，脆性大。12、两种。置换型和间隙型。形成固溶体后，由于溶质原子造成的晶格畸变，固溶体会产生所谓固溶强化现象，即强度、硬度上升，塑性、韧性下降。13、有正常价化合物（离子化合物、共价化合物），电子浓度化合物和间隙相等。它们在合金中一般可作为强化相。14、一般高分子化合物的分子量都十分巨大，且具有键状结构，键节之间属共价键联接，键与键之间属分子键联接。15、主要键型有离子键，共价键，构成陶瓷的晶体相主要是氧化物和含氧酸盐。习题三1、略。2、形核与长大。晶核的形核率与生长率的影响因素有：过冷度、熔点、熔化潜热、铸型冷却能力和外力形核质点的类型和数量等。3、铸造生产中，控制晶粒大小的措施有：1）、增加过冷度，2）、孕育处理（变质处理），3）、附加振动等。（1）中金属模铸件晶粒小，（2）低温浇注的晶粒小，（3）采用振动的晶粒小。4、共晶：L→α+β包晶：L+α→β共析：α→β+γ。5、（1）错（2）对（3）错6、（！）见下图。不会有纯Mg相，从相图看Mg会溶解一部分Cu形成α固溶体。7、8、接近共晶成分的合金流动性好，铸造性能好。而固溶体合金的塑性好，适合压力加工。习题四6、可以金相法区分。一是看有无莱氏体或石墨组织，有即为3.5%C的铁碳合金。二是看有无二次渗碳体，有即为1.2%C的过共析钢。剩下的两种合金只要比较珠光体的数量即可，多者为0.4%C少者为0.2%C的合金。7（1）因为渗碳体的体积分数大，材料就硬；（2）低温莱氏体中有大量共晶渗碳体，故材料的差；（3）0.4%C的钢在1100℃时为单相奥氏体，塑性好，故可锻造。而4.0%C的生铁在1100℃时为高温莱氏体，有共晶渗碳体，故不可锻造。（4）这是因为有时因冶金质量不高，钢中留有低熔点的三元硫共晶在晶界上分布。在950～1100℃时，硫共晶会熔化，形成所谓“热脆”现象。（5）对低碳钢而言，确是如此。这样可以保证是在单相奥氏体相区内进行压力加工。（6）塑性好。（7）钢丝中碳量越高，钢丝的强度就越大（在共析成分以下）。（8）T8，T10，T12是工具钢，材料中有大量二次渗碳体，故难锯。（9）铸铁因其成分接近共晶点，有良好的流动性，故适合铸造；而钢因其基体相为α.Fe（铁素体），塑性好，且高温下可转变为奥氏体，塑性更好，故适合压力加工。8主要有Si，Mn，P，S等.Si是有益于提高钢的铁素体的强度，主要是固溶强化。Mn也是有益于提高钢的铁素体的强度，主要是固溶强化和形成合金渗碳体。P提高钢的冷脆转变温度范围，不利于钢的韧性。S主要是引起钢的热脆性，这是因为S会在钢中形成低熔点三元硫共晶。9强度：T8T1245#，碳素钢中以珠光体的综合机械性能为最好，强度最好，T8钢中珠光体的体积分数最大，其次为T12和45#钢；硬度：T12T845#，碳素钢中以渗碳体相的硬度为最高，T12钢中渗碳体的体积分数最大，其次为T8和45#钢。塑性：45#T8T12，碳素钢中以铁素体相的塑性最好，45#钢中铁素体的体积分数最大，其次为T8钢和T12钢。10（1）普通碳素结构钢对杂质元素控制不严，用于各种热轧型材和要求不高的机械结构。（2）优质碳素结构钢对杂质元素控制严格，用于制造一般的机械零件。（3）高级优质碳素工具钢对杂质元素控制非常严格，用于制造一般形状简单且速度不高的工具和刃具。11见表4—5。习题五1、（1）滑移：所谓滑移是晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面发生相对的滑动。孪生：晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面(孪生面)产生一定角度的切变(即转动)，这种变形方式叫做“孪生”。（2）再结晶：变形金属加热到较高温度时，原子具有较强的活动能力，有可能在破碎的亚晶界处重新形核和长大，使原来破碎拉长的晶粒变成新的、内部缺陷较少的等轴晶粒。这一过程，使晶粒的外形发生了变化，而晶格的类型无任何改变，故称为“再结晶”。二次再结晶：通常再结晶后获得细而均匀的等轴状晶粒。如果温度继续升高或保温较长时间后，少数晶粒会吞并周围许多晶粒而急剧长大，形成极粗的晶粒，为了与通常晶粒的正常长大相区别，把这种现象称为“二次再结晶”。再结晶温度：变形金属开始进行再结晶的最低温度称为金属的再结晶温度。（3）热加工：凡在再结晶温度以上的加工过程称为热加工。冷加工：凡在再结晶温度以下的加工过程称为冷加工。（4）加工硬化：晶粒破碎和位错密度增加，使金属的强度和硬度提高，塑性和韧性下降，产生了所谓加工硬化(或冷作硬化)现象。（5）回复：加热温度较低时，变形金属中的一些点缺陷和位错，在某些晶内发生迁移变化的过程，称为回复。（6）再结晶：变形金属加热到较高温度时，原子具有较强的活动能力，有可能在破碎的亚晶界处重新形核和长大，使原来破碎拉长的晶粒变成新的、内部缺陷较少的等轴晶粒。这一过程，使晶粒的外形发生了变化，而晶格的类型无任何改变，故称为“再结晶”。（7）织构：当金属变形量达到一定值(70～90％以上)时，金属中的每个晶粒的位向都趋于大体一致，这种现象称为“织构”现象，或称“择优取向”。2、因为锌、镁属于密排六方晶格，纯铜属于面心立方晶格。孪生变形仅在滑移系较少而不易产生滑移的密排六方金属(如Mg、Zn、Cd等)中易于发生，而面心立方晶格金属（如Al、Cu等）中由于滑移系较多，故易产生滑移。3、弯折一根铁丝时，开始感觉省劲，后来逐渐感到有些费劲，是由于在外力的作用下，铁丝随着外形的变化，其内部组织也要发生变化，晶粒破碎和位错密度增加，使金属的强度和硬度提高，塑性和韧性下降，产生了所谓加工硬化(或冷作硬化)现象，金属的加工硬化，给进一步加工带来困难，所以后来逐渐感到有些费劲。再进一步变形时，由于金属的强度和硬度提高，塑性和韧性下降，很快铁丝就因为疲劳而发生断裂。4、金属的晶粒粗细，对其机械性能的影响是很大的。晶粒愈细，晶界总面积愈大，每个晶粒周围不同位向的晶粒数愈多。因此，塑性变形抗力也愈大。另外，晶粒的愈细，不仅使强度增高，而且也增加其塑性和韧性。因为晶粒愈细，金属单位体积中的晶粒数愈多，变形可以分散在更多的晶粒内进行，各晶粒滑移量的总和增大，故塑性好。同时，由于变形分散在更多的晶粒内进行，引起裂纹过早产生和发展的应力集中得到缓和，从而具有较高的冲击载荷抗力。所以，工业上常用细化晶粒的方法来使金属材料强韧化。5、在外力的作用下，金属随着外形的变化，其内部组织也要发生如下的变化：(一)晶粒形状的变化。塑性变形后晶粒的外形沿着变形方向被压扁或拉长，形成细条状或纤维状，晶界变得模糊不清，且随变形量增大而加剧。这种组织通常叫做“纤维组织”。(二)亚结构的形成。在未变形的晶粒内部存在着大量的位错壁(亚晶界)和位错网，随着塑性变形的发生，即位错运动，在位错之间产生一系列复杂的交互作用，使大量的位错在位错壁和位错网旁边造成堆积和相互纠缠，产生了位错缠结现象。随着变形的增加，位错缠结现象的进一步发展，便会把各晶粒破碎成为细碎的亚晶粒。变形愈大，晶粒的碎细程度便愈大，亚晶界也愈多，位错密度显著增加。同时，细碎的亚晶粒也随着变形的方向被拉长。(三)形变织构的产生。在定向变形情况下，金属中的晶粒不仅被破碎拉长，而且各晶粒的位向也会朝着变形的方向逐步发生转动。当变形量达到一定值(70～90％以上)时，金属中的每个晶粒的位向都趋于大体一致，这种现象称为“织构”现象，或称“择优取向”。塑性变形对金属性能的影响：组织上的变化，必然引起性能上的变化。如纤维组织的形成，使金属的性能具有方向性，纵向的强度和塑性高于横向。晶粒破碎和位错密度增加，使金属的强度和硬度提高，塑性和韧性下降，产生了所谓加工硬化(或冷作硬化)现象。6、影响再结晶温度的因素是：（1）预先的变形程度。变形程度愈大，金属畸变能愈高，向低能量状态变化的倾向也愈大，因此再结晶温度愈低。(2)原始晶粒大小。金属原始晶粒越小，则变形的抗力越大，变形后储存的能量较高，再结晶温度则较低。(3)金属的纯度及成分。金属的化学成分对再结晶温度的影响比较复杂。当金属中含有少量元素，特别是高熔点元