工程材料第二版习题解答

第一章材料的结构与性能一、材料的性能（一）名词解释弹性变形：去掉外力后，变形立即恢复的变形为弹性变形。塑性变形：当外力去除后不能够恢复的变形称为塑性变形。冲击韧性：材料抵抗冲击载荷而不变形的能力称为冲击韧性。疲劳强度：当应力低于一定值时，式样可经受无限次周期循环而不破坏，此应力值称为材料的疲劳强度。σb为抗拉强度，材料发生应变后，应力应变曲线中应力达到的最大值。σs为屈服强度，材料发生塑性变形时的应力值。δ为塑性变形的伸长率，是材料塑性变形的指标之一。HB：布氏硬度HRC：洛氏硬度，压头为120°金刚石圆锥体。（二）填空题1屈服强度、抗拉强度、疲劳强度2伸长率和断面收缩率，断面收缩率3摆锤式一次冲击试验和小能量多次冲击试验，U型缺口试样和V型缺口试样4洛氏硬度，布氏硬度，维氏硬度。5铸造、锻造、切削加工、焊接、热处理性能。（三）选择题1b2c3b4dfa（四）是非题1对2对3错4错（五）综合题1最大载荷为2805.021038.5Fb断面收缩率%10010810010AAA2此题缺条件，应给出弹性模量为20500MP,并且在弹性变形范围内。利用虎克定律320℃时的电阻率为13.0130℃时的电阻率为18.01二、材料的结合方式（一）名词解释结合键：组成物质的质点(原子、分子或离子)间的相互作用力称为结合键，主要有共价键、离子键、金属键、分子键。晶体：是指原子在其内部沿三维空间呈周期性重复排列的一类物质。非晶体：是指原子在其内部沿三维空间呈紊乱、无序排列的一类物质。近程有序：在很小的范围内(一般为几个原子间距)存在着有序性。（二）填空题1四，共价键、离子键、金属键、分子键。2共价键和分子键，共价键，分子键。3强。4强。（三）选择题1a2b3a（四）是非题1错2错3对4错（五）综合题1晶体的主要特点：○1结构有序；○2物理性质表现为各向异性；○3有固定的熔点；○4在一定条件下有规则的几何外形。非晶体的特点：○1结构无序；○2物理性质表现为各向同性；○3没有固定的熔点；○4热导率(导热系数)和热膨胀性小；○5塑性形变大；○6化学组成的变化范围大。2离子键：正离子和负离子由静电引力相互吸引，无方向性和饱和性。共价键：由共用价电子对产生的结合键，具有方向性和饱和性。共价键的结合力很大，所以共价晶体强度高、硬度高、脆性大、熔点高、沸点高和挥发性低。金属键：正离子和电子气之间产生强烈的静电吸引力，使全部离子结合起来，金属键无方向性和饱和性。金属键具有良好的导电性和导热性、正的电阻温度系数、良好的塑性变形能力、不透明并呈现特有的金属光泽。分子键：原子或分子之间是靠范特瓦尔斯力结合起来，这种结合键叫分子键。范特瓦尔斯力很弱，因此由分子键结合的固体材料熔点低、硬度也很低，因无自由电子，因此材料有良好的绝缘性。四、高分子材料的结构和性能（一）名词解释高分子材料：高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。常称聚合物或高聚物。单体：组成聚合物的低分子化合物。聚合度：链节的重复次数。链节：大分子链中重复结构单元分子链：聚合物的分子为很长的链条，称为分子链加聚：由一种或多种单体相互加成，或由环状化合物开环相互结合成聚合物的反应。缩聚：由一种或多种单体相互缩合生成聚合物，同时析出其它低分子化合物。均缩聚：由一种单体进行的缩聚反应。共缩聚：有两种或两种以上的单体进行的缩聚反应。构型：高分子链中原子或原子团在空间的排列方式。构象：由于链内旋转所引起的原子在空间占据不同位置所构成的分子链的各种现象。柔顺性：内旋转使大分子链卷曲成各种不同形状，对外力有很大的适应性，这种特性称为大分子链的柔顺性。玻璃态：低温下，链段不能运动。在外力作用下，只发生大分子原子的微量位移，产生少量弹性变形。高弹态：温度高于Tg，分子活动能力增加，受力时产生很大弹性变形。粘流态：由于温度高，分子活动能力很大，在外力作用下，大分子链可以相对滑动。老化：高分子材料在长期使用过程中，由于受氧、光、热、机械力、水蒸气及微生物等外因的作用，使性能逐渐退化，直至丧失使用价值的现象。（二）填空题1共价键，分子键；大于，共价键2玻璃态、高弹态、粘流态，链段变形、链段旋转、链段运动，塑料、橡胶、人造理石3玻璃态、皮革态、高弹态、粘流态，硬塑料、软塑料、橡胶、流动树脂。4硬而脆型、酚醛树脂；硬而强型、硬质聚氯乙烯；硬而韧型、聚酰胺；软而韧型、橡胶制品；软而弱型、聚合物软凝胶。5交联反应、裂解反应（三）选择题1c2c3a4bc5cd6d7c（四）是非题1错2错3对4错5对（五）综合题1聚合度是指链节的重复次数。分别乘上各自的单分子分子量。2柔顺性是指内旋转使大分子链卷曲成各种不同形状，对外力有很大的适应性。柔顺性与单键内旋转的难易程度有关。3高聚物呈玻璃态的最高温度称玻璃化温度，用Tg表示。与聚合物的力学性能主要是弹性能有关。用于这种状态的材料有塑料和纤维。4优点：高比强度，高弹性，高耐磨性，高绝缘性，高化学稳定性，还有良好的可加工性。缺点：低耐热性，低导热性这些会导致高分子材料的老化现象，另外高热膨胀性也会在实际应用中造成开裂、脱落和疏松。五、陶瓷材料的结构与性能（一）名词解释陶瓷材料：是除金属和高聚物以外的无机非金属材料通称。软化温度：加热时玻璃熔体的粘度降低，在大约某个粘度所对应的温度是显著软化，此温度为软化温度。玻璃相：作用是充填晶粒间隙、粘结晶粒、提高材料致密度、降低烧结温度和抑制晶粒长大。气相：是在工艺过程中形成并保留下来的。热稳定性：为陶瓷在不同温度范围波动时的寿命，一般用急冷到水中不破裂所能承受的最高温度来表达。（二）填空题1无机玻璃、微晶玻璃、陶瓷2将晶体粘连，填充空隙提高致密度；降低烧结温度，加快烧结过程；阻止晶体转变，抑制晶体长大；获得一定程度的玻璃特性3粘土；石英；长石4刚度；硬度；强度；塑性；韧性或脆性（三）选择题1dbb2bca（四）是非题1对2对3对4对（五）综合题1玻璃相的作用有将晶体粘连，填充空隙提高致密度；降低烧结温度，加快烧结过程；阻止晶体转变，抑制晶体长大；获得一定程度的玻璃特性。2陶瓷材料具有高熔点、高硬度、高化学稳定性，耐高温、耐氧化、耐腐蚀等特性。陶瓷材料还具有密度小、弹性模量大、耐磨损、强度高等特点。功能陶瓷还具有电、光、磁等特殊性能。脆性大是陶瓷材料的最大缺点，是其作为结构材料的主要障碍。第二章金属材料组织与性能的控制一、名词解释过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差T称过冷度非自发形核：依附于杂质而生成晶核的过程。晶粒度：表示晶粒大小的尺度叫晶粒度。变质处理：又称孕育处理。即有意向液态金属内加入非均匀形核物质从而细化晶粒的方法。滑移：是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。再结晶：冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶。滑移系：一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。相组织：在系统中化学组成均匀，且物理、化学性质相同的部分称为相，不同相之间存在明显的相界面。组织：指用肉眼或显微镜观察到的不同组成相的形状、尺寸、分布及各相之间的组合状态。固溶体：合金中其结构与组成元素之一的晶体结构相同的固相称固溶体。正常价化合物：组元间电负性相差较大，且形成的化合物严格遵守化合价规律。电子化合物：组元间形成的化合物不遵守化合价规律，但符合一定电子浓度。间隙相：r非/r金0.59时形成的具有简单晶格结构的间隙化合物。间隙化合物：由过渡族元素与碳、氮、氢、硼等原子半径较小的非金属元素形成的化合物。固溶强化：随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称固溶强化。铁素体：碳在α-Fe中的间隙固溶体。珠光体：铁素体与渗碳体的机械混合物。本质晶粒度：表明晶粒长大倾向的晶粒度。马氏体：碳在γ-Fe中的过饱合固溶体。淬透性：是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。淬硬性：是指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能力.调质处理：淬火加高温回火的热处理称作调质处理，简称调质.二次硬化：如果钢中含有大量的碳化物形成元素，当回火温度足够高时会析出高弥散度的碳化物，使钢的强度、硬度升高。回火脆性：在某些温度范围内回火时，会出现冲击韧性下降的现象，称回火脆性。回火稳定性：钢件经回火可以消除或减小淬火应力，稳定组织，提高钢的塑性和韧性。固溶处理：将合金加热至高温单相区恒温保持,使过剩相充分溶速冷却,以得到过饱和固溶体。热硬性：是指钢在较高温度下，仍能保持较高硬度的性能。电刷镀：利用电化学沉积原理在金属表面快速沉积金属镀层的工艺。热喷涂：将热喷涂材料加热至熔化或半熔化状态，用高压气流使其雾化并喷射于工件表面形成涂层的工艺。CVD：化学气相沉，是指在一定温度下，混合气体与基体表面相互作用而在基表面形成金属或化合物薄膜的方法。PCVD：等离子化学气相沉积。激光相变硬化：即激光淬火，高能密度的激光束照射工作，使加热区与基体区之间形成自冷淬火，获得超细的隐晶马氏体组织。（二）填空题1形核和长大2作为非均匀形核物3体积自由能差，表面能4理论结晶温度与实际结晶温度的差，T5细等轴晶区，柱状晶区，粗等轴晶区6冷，热7位错密度增加8位错运动9T再=(0.35~0.40)T熔10加热温度和时间，预先变形程度11高12退火13L液恒温(固+固)；一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应。14铁素体与渗碳体的机械混合物15变小16含碳量0.77%，含碳量4.3%178.00218.077.00218.0x18都是铁素体与渗碳体的机械混合物，片层厚度不同19羽毛，针20板条、针，板条21右移，低22球化渗碳体，共析、过共析23Ac3+30-50℃，Ac1+30-50℃24消除残余内应力，低25低合金、中合金、高合金，Wc5%、5%Wc10%、10%Wc26Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe27Ni、Mn、Co、C、N、Cu28Mn、P29Co、Al，少，提高30Mn、Cr、Ni，W，Mo31负极，正极32等离子三、是非题1错2错3错4错5对6对7错8错9错10错11错12错13错14错15对16错17错18错19对20对21错22错23对24对25错26错27对28错29错30错31错32错四、选择题1b2b3b4c5d6a7c8b9b10a11b12a13b14c15c16c17b18c19b20a21bc’22a23c24c25c26a五、综合题1过冷度大于0，动力为自由能差2形核、长大3增大过冷度；变质处理；振动；电磁搅拌4（1）前者晶粒小（2）前者晶粒小（3）前者晶粒小（4）前者晶粒小5两个生长方向不同的柱状晶层相遇处存在低熔点杂质，形成弱面，在热轧、锻造时容易开裂。6晶粒小晶界多，一方面是位错运动的障碍，另一方面又是位错聚集的地点。7多晶体变形比单晶体复杂，一方面由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调，使得多晶体金属的塑性变形抗力提高。另一方面当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起来,要使变形继续进行,则必须增加外力,从而使金属的变形抗力提高。8组织影响：纤维组织形成；亚结构形成；形变织构的产生。性能影响：产生加工硬化现象；使金属的性能产生各向异性；影响金属的物理、化学性能；产生残余内应力。9产生了加工硬化10T钨=0.35×3380=1183℃T铅=0.35×327=114.45℃均为冷加工11使金属获得粗大的再结晶晶粒的变形度称作临界变形度。12齿轮表面产生极为强烈的塑性形变，进而产生一定厚度的冷作硬化层，称为表面强化层，此强化层会显著地提高齿轮的疲劳强度。13固溶强化是指由于晶格内溶入异类原子而使材料强化的现象。强化机理为：溶质原子引起晶格畸变，增加位错密度；溶质原子与位错的交互作用，使位错处于稳定状态。14间隙固溶体是固溶体的一类，所以间隙固溶体的晶格结构与溶剂原子的晶格结构一致；而间隙相是指溶质原子与溶剂原子半径差在0.59以内的间隙化合物，间隙相的结构不同于