材料性能學(xué)課后習(xí)題與解答

1、緒論1、簡(jiǎn)答題什么是材料的性能？包括哪些方面？提示材料的性能定量地反映了材料在給定外界條件下的行為； 解：材料的性能是指材料在給定外界條件下所表現(xiàn)出的可定量測(cè)量的行為表現(xiàn)。包 括力學(xué)性能（拉、壓、扭、彎、硬、磨、韌、疲）物理性能（熱、光、電、磁）化 學(xué)性能（老化、腐蝕）。第一章單向靜載下力學(xué)性能1、名詞解釋：彈性變形塑性變形彈性極限彈性比功包申格效應(yīng)彈性模量滯 彈性內(nèi)耗韌性超塑性韌窩解：彈性變形：材料受載后產(chǎn)生變形，卸載后這部分變形消逝，材料恢復(fù)到原來的狀態(tài)的性質(zhì)。I I j I j1 /' f塑性變形：微觀結(jié)構(gòu)的相鄰部分產(chǎn)生永久性位移，并不引起材料破裂的現(xiàn)象。 3. J/ |彈性極限

2、：彈性變形過度到彈-塑性變形（屈服變形）時(shí)的應(yīng)力。彈性比功：彈性變形過程中吸收變形功的能力。包申格效應(yīng)：材料預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形，卸載后再同向加載，規(guī)定殘余應(yīng)力（彈性極限或屈服強(qiáng)度）增加；反向加載，規(guī)定殘余應(yīng)力降低的現(xiàn)象。彈性模量：工程上被稱為材料的剛度，表征材料對(duì)彈性變形的抗力。實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生100懈性變形所需的應(yīng)力。滯彈性：快速加載或卸載后，材料隨時(shí)間的延長(zhǎng)而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變的性能。內(nèi)耗：加載時(shí)材料吸收的變形功大于卸載是材料釋放的變形功，即有部分變形功倍材料吸收，這部分被吸收的功稱為材料的內(nèi)耗。韌性：材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力。超塑性：在一定條件下，呈現(xiàn)非常大的伸長(zhǎng)率（約 1

3、000%而不發(fā)生縮頸和斷裂的現(xiàn)象。韌窩：微孔聚集形斷裂后的微觀斷口。2、簡(jiǎn)答(1時(shí)料的彈性模量有那些影響因素？為什么說它是結(jié)構(gòu)不敏感 指標(biāo)？解：鍵合方式和原子結(jié)構(gòu)，共價(jià)鍵、金屬鍵、離子鍵 E高，分子鍵E低原子半徑 大，E小，反之亦然。晶體結(jié)構(gòu)，單晶材料在彈性模量在不同取向上呈各向異 性，沿密排面E大，多晶材料為各晶粒的統(tǒng)計(jì)平均值；非晶材料各向 E同性。 化學(xué)成分，微觀組織溫度，溫度升高，E下降加載條件、負(fù)載時(shí)間。對(duì)金屬、 陶瓷類材料的E沒有影響。高聚物的E隨負(fù)載時(shí)間延長(zhǎng)而降低，發(fā)生松弛。(2介屬材料應(yīng)變硬化的概念和實(shí)際意義。解：材料進(jìn)入塑性變形階段后，隨著變形量增大，形變應(yīng)力不斷提高的現(xiàn)象稱為

4、應(yīng) 變硬化。意義加工方面，是金屬進(jìn)行均勻的塑性變形，保證冷變形工藝的順利 實(shí)施。應(yīng)用方面，是金屬機(jī)件具有一定的抗偶然過載能力，保證機(jī)件使用安全。 對(duì)不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化的金屬材料進(jìn)行強(qiáng)化的重要手段。(3高分子材料的塑性變形機(jī)理。解：結(jié)晶高分子的塑性變形是由薄晶轉(zhuǎn)變?yōu)檠貞?yīng)力方向排列的微纖維束的過程；非晶高分子材料則是在正應(yīng)力下形成銀紋或在切應(yīng)力下無取向的分子鏈局部轉(zhuǎn)變 為排列的纖維束的過程。(4瓶伸斷裂包括幾種類型？什么是拉伸斷口三要素？如何具體 分析實(shí)際構(gòu)件的斷裂提示：參考課件的具體分析實(shí)例簡(jiǎn)單作答?解：按宏觀塑性變形分為脆性斷裂和韌性斷裂。按裂紋擴(kuò)展可分為穿晶斷裂和沿 晶斷裂。按微觀斷裂機(jī)理分

5、為解理斷裂和剪切斷裂。按作用力分為正斷和切斷。拉 升斷口的三要素：纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇。對(duì)實(shí)際構(gòu)件進(jìn)行斷裂分析首先進(jìn)行宏 觀檢測(cè)：目測(cè)構(gòu)件表面外觀；低倍酸洗觀察；宏觀斷面分析。掃描電鏡分析 X射線能 譜分析金相分析硬度及有效硬化層測(cè)定。31)已知鋼的楊氏模量為210GPa問直徑2.5mnte度120mm勺線材 承受450N載荷時(shí)變形量是多少 塔采用同樣長(zhǎng)度的鋁材來承受同 樣的載荷，并且變形量要求也相同，問鋁絲直徑應(yīng)為多少？ (EAi=70GPa若用 W(E=388GPa)鋼化玻璃(E=345MPa和尼龍線 (E=2.83GP?解：已知：E=210GPa,d=2.5mmLTi=120mm,F=

6、450N：二二f/S=E ； 一 L/L0. ： L =164.5dAl = . E/Eai *d = .210/70 *2.5mm =4.33mmcW = JE /Ew *d = .210/388 *2.5mm - 1.83mm二 d鋼化=，E /E鋼化 *d =也10/345 *2.5mm = 1.95mm二 d尼龍二犯/E尼龍d = j210/2.83-2.5mm = 21.5mm2尸個(gè)拉伸試樣，標(biāo)距50mm直徑13mm實(shí)驗(yàn)后將試樣對(duì)接起 來后測(cè)量標(biāo)距81mm伸長(zhǎng)率多少？若縮頸處最力、直徑 6.9mm,f面 收縮率是多少？解：已知： L0 =50mmd0 =13mm LK =81mmdK

7、 = 6.9mm斷后伸長(zhǎng)率斷面收縮率第二章其它靜載下力學(xué)性能1、名詞解釋：應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)剪切彈性模量抗彎強(qiáng)度缺口敏感度硬度解：應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)：不同加載條件下材料中最大切應(yīng)力與正應(yīng)力的比值。剪切彈性模量：材料在扭轉(zhuǎn)過程中，扭矩與切應(yīng)變的比值。-I rI 缺口敏感度：常用試樣的抗拉強(qiáng)度與缺口試樣的抗拉強(qiáng)度的比值。NSR硬度：表征材料軟硬程度的一種性能。一般認(rèn)為一定體積內(nèi)材料表面抵抗變形或破裂的能力。1藺述硬度測(cè)試的類型、原理和優(yōu)缺點(diǎn)？至少回答三種解：布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、肖氏硬度。布氏硬度：原理是用一定大小的載荷，把直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球壓入試 樣表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸載載荷，

8、測(cè)量試樣表面的殘留壓痕直徑d,求壓痕的表面積。將單位壓痕面積承受的平均壓力規(guī)定為布氏硬度。 優(yōu)點(diǎn)是壓痕 面積大反映較大區(qū)域內(nèi)各組成相的平均性能，適合灰鑄鐵、軸承合金測(cè)量， 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性高。缺點(diǎn)是不宜在成品上直接檢驗(yàn)，硬度不同要更換 壓頭直徑D和載荷F,壓痕直徑測(cè)量較麻煩。洛氏硬度：原理是通過測(cè)量壓痕深度值來表示硬度。優(yōu)點(diǎn)是采用不同的標(biāo)尺，可以 測(cè)量各種軟硬不同和厚薄不一樣的材料的硬度，壓痕小，可對(duì)工件直接進(jìn)行檢驗(yàn)，操作簡(jiǎn)便迅速。缺點(diǎn)是壓痕小，代表性差，重復(fù)性差、分散度大，不 同標(biāo)尺的硬度值不能直接進(jìn)行比較， 不能互換。不宜在極薄的工件上直接進(jìn) 行檢驗(yàn)。肖氏硬度：原理是將具有一定質(zhì)量的帶

9、有金剛石或合金鋼球的重錘從一定高度落向 試樣表面，用重錘的回落高度來表征材料的硬度。優(yōu)點(diǎn)是使用方便，便于攜 帶，可測(cè)現(xiàn)場(chǎng)大型工件的硬度。缺點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)結(jié)果受人為因素影響較大，測(cè)量 精度低。2藺述扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)、彎曲實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)？滲碳淬火鋼、陶瓷玻璃試樣 研究其力學(xué)性能常用的方法是什么？解：扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)較拉伸的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù) 高?？蓪?duì)表面強(qiáng)化處理工藝進(jìn)行研究和對(duì)機(jī)件的熱處理表面質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。 扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)試樣截面的應(yīng)力分布為表面最大。圓柱試樣在扭轉(zhuǎn)時(shí)，不產(chǎn)生 縮頸現(xiàn)象，塑性變形始終均勻?？捎脕砭_評(píng)定拉伸時(shí)出現(xiàn)縮頸的高塑性 材料的形變能力和變形抗力。扭轉(zhuǎn)時(shí)正應(yīng)力與切應(yīng)力大致相等

10、，可測(cè)定材料的切斷強(qiáng)度。彎曲試驗(yàn)的特點(diǎn)是：彎曲加載時(shí)受拉的一側(cè)的應(yīng)力狀態(tài)基本與靜拉伸相同，且不存在試樣拉伸時(shí)試樣偏斜造成對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響?？梢杂脕碛捎谔捕缓眉?工拉伸試樣的脆性材料的斷裂強(qiáng)度。 彎曲試驗(yàn)時(shí)，截面上應(yīng)力分布表面最大。 可以比較和評(píng)定材料表面處理的質(zhì)量。 塑性材料的F fmax曲線最后部分可任 意伸長(zhǎng)。滲碳淬火鋼、陶瓷玻璃試樣研究其力學(xué)性能常用的方法是扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。3府下述材料需要測(cè)量硬度，試說明選用何種硬度實(shí)驗(yàn)方法？為a滲碳層的硬度分布，b淬火鋼，c.灰口鑄鐵，d.硬質(zhì)合金，e. 儀表小黃銅齒輪，f.高速工具鋼，g雙相鋼中的鐵素體和馬氏體， h.Ni基高溫合金，i.Al合金中的析

11、出強(qiáng)化相，j.5噸重的大型鑄件， k.解：a、8g、i使用維氏硬度。b、c、d、f、h可使用洛氏硬度。b、c可使用布氏硬度。j使用肖氏硬度。k使用莫氏硬度。第三章沖擊韌性和低溫脆性；1、名詞解釋：沖擊韌度沖擊吸收功低溫脆性韌脆轉(zhuǎn)變溫度遲屈服解：沖擊韌度：一次沖斷時(shí)，沖擊功與缺口處截面積的比值。沖擊吸收功：沖擊彎曲試驗(yàn)中，試樣變形和斷裂所吸收的功?？?1|1低溫脆性：當(dāng)試驗(yàn)溫度低于某一溫度時(shí)，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。韌脆轉(zhuǎn)變溫度：材料在某一溫度t下由韌變脆，沖擊功明顯下降。該溫度即韌 脆轉(zhuǎn)變溫度。遲屈服：用高于材料屈服極限的載荷以高加載速度作用于體心立方結(jié)構(gòu)材料 11 i時(shí)，瞬間并不屈服，

12、需在該應(yīng)力下保持一段時(shí)間后才屈服的現(xiàn)象。2、簡(jiǎn)答1）缺口沖擊韌性實(shí)驗(yàn)?zāi)茉u(píng)定哪些材料的低溫脆性？哪些材料不能用此方法檢驗(yàn)和評(píng)定？提示：低中強(qiáng)度的體心立方金屬、Zn等 對(duì)溫度敏感的材料，高強(qiáng)度鋼、鋁合金以及面心立方金屬、陶瓷 材料*不能解：缺口沖擊韌性實(shí)驗(yàn)?zāi)茉u(píng)定中、 低強(qiáng)度機(jī)構(gòu)鋼的低溫脆性。面心立方金屬及合金 如氏體鋼和鋁合金不能用此方法檢驗(yàn)和評(píng)定。2澎響材料低溫脆性的因素有哪些？解：晶體結(jié)構(gòu)，體心立方存在低溫脆性，面心立方及其合金一般不存在低溫脆性。化學(xué)成分，間隙溶質(zhì)原子含量增加，韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。顯微組織，細(xì)化晶 粒課是材料韌性增加。金相組織也有影響，低強(qiáng)度水平時(shí)，組織不同的剛， 索氏體最佳。

13、溫度，在某一范圍內(nèi)碳鋼和某些合金可能出現(xiàn)藍(lán)脆。 加載速率， 提高加載速率韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。 試樣形狀和尺寸，缺口曲率半徑越小，韌 脆轉(zhuǎn)變溫度越高。3、計(jì)算：某低碳鋼的擺錘系列沖擊實(shí)驗(yàn)列于下表，溫度 (C)沖擊功(J)溫度(C)沖擊功(J)6017510404017502035170-20525 160-501試計(jì)算：a.繪制沖擊功一溫度關(guān)系曲線；b.試確定韌脆轉(zhuǎn)變溫度；解：有 Ak -t 圖知，NDT = -20 C FTP=40Cc.要為汽車減震器選擇一種鋼，它在-10c時(shí)所需的最小沖擊功為10J,問此種鋼適合此項(xiàng)應(yīng)用么？解：c:此種鋼不適合。第四章斷裂韌性1、名詞解釋：應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子斷裂韌

14、度低應(yīng)力脆斷解：應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子：反映裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的參量。斷裂韌度：當(dāng)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子增大到一臨界值， 帶裂紋的材料發(fā)生斷裂，該臨界 值稱為斷裂韌性。低應(yīng)力脆斷：在材料存在宏觀裂紋時(shí)，在應(yīng)力水平不高，甚至低于屈服極限時(shí)材料發(fā)生脆性斷裂的現(xiàn)象。2、簡(jiǎn)答a格里菲斯公式計(jì)算的斷裂強(qiáng)度和理論斷裂強(qiáng)度差異？奧羅萬修正計(jì)算適用范圍2_解：理論強(qiáng)度=尼匚荷格里菲斯斷裂強(qiáng)度3 =，2E：1/na奧羅萬修正計(jì)算適用平面應(yīng)力狀態(tài)和平面應(yīng)變狀態(tài)。b.Kl和KlC的異同？解：Ki是力學(xué)度量，它不僅隨外加應(yīng)力和裂紋長(zhǎng)度的變化而變化，也和裂紋的形狀類型，以及加載方式有關(guān)，但它和材料本身的固有性能無關(guān)。而斷裂韌性Kic則

15、 是反映材料阻止裂紋擴(kuò)展的能力，因此是材料本身的特性。c斷裂韌性的影響因素有哪些？如何提高材料的斷裂韌性？解：外因，材料的厚度不同，厚度增大斷裂韌性增大，當(dāng)厚度增大到一定程度后斷 裂韌性穩(wěn)定。溫度下降斷裂韌性下降，應(yīng)變速率上升，斷裂韌性下降。內(nèi)因。 金屬材料，能細(xì)化晶粒的元素提高斷裂韌性； 形成金屬化合物和析出第二相 降低斷裂韌性。晶粒尺寸和相結(jié)構(gòu)，面心立方斷裂韌性高，奧氏體大于鐵素 體和馬氏體鋼。細(xì)化晶粒，斷裂韌性提高。夾雜和第二相，脆性夾雜和第二 相降低斷裂韌性，韌性第二相提高斷裂韌性。提高材料的斷裂韌性可以通過亞溫淬火超高溫淬火形變熱處理等方法實(shí)現(xiàn)。3a有一材料，模量E = 200GP曲

16、位面積的表面能丫 s= 8J/m2,試計(jì) 算在70MPa的拉應(yīng)力作用下，該裂紋的臨界裂紋長(zhǎng)度？若該材料 裂紋尖端的變形塑性功丫 p= 400J/n2,該裂紋的臨界裂紋長(zhǎng)度又為 多少？利用格里菲斯公式和奧羅萬修正公式計(jì)算解：由格里菲斯公式得由奧羅萬修正公式得b.已知a -Fe的(100囑面是解理面，其表面能是 2J/m2,楊氏模量 E = 200GPa晶格帶數(shù)ao=0.25nm試計(jì)算其理論斷裂強(qiáng)度?解：Cm= Es/ao= 200 10A9 2/(0.125 10A9=56.57GPac馬氏體時(shí)效鋼白屈服強(qiáng)度是 2100MPa斷裂韌度66MPa m1/2, 用這種材料制造飛機(jī)起落架，最大設(shè)計(jì)應(yīng)力

17、為屈服強(qiáng)度的70% ,若可檢測(cè)到的裂紋長(zhǎng)度為2.5mm試計(jì)算其應(yīng)力強(qiáng)度因子，判斷材 料的使用安全性。提示：假設(shè)存在的是小的邊緣裂紋，采用有限 寬板單邊直裂紋模型，2b>>a若存在的是穿透裂紋，則應(yīng)用無限大 板穿透裂紋模型計(jì)算解：KI =1.12。二a =1.12 0.7 2100 10A6 二 2.5 10A4 =145.9MPa m1/2第五章疲勞性能1、名詞解釋：循環(huán)應(yīng)力貝紋線疲勞條帶疲勞強(qiáng)度過載持久值熱疲勞解：循環(huán)應(yīng)力：周期性變化的應(yīng)力。貝文線：疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)留下的海灘狀條紋。疲勞條帶：略呈彎曲并相互平行的溝梢狀花樣， 與裂紋擴(kuò)展方向垂直，疲勞斷裂時(shí)留下的微觀痕跡疲勞強(qiáng)度：指

18、定疲勞壽命下，材料能夠承受的上限循環(huán)應(yīng)力。過載持久值：材料在高于疲勞強(qiáng)度的一定應(yīng)力下工作， 發(fā)生疲勞斷裂的應(yīng)力循環(huán)周次。熱疲勞：機(jī)件在由溫度循環(huán)變化產(chǎn)生的循環(huán)熱應(yīng)力及熱應(yīng)變作用下， 發(fā)生的疲勞。2、簡(jiǎn)答a.比較金屬材料、陶瓷材料、高分子材料和復(fù)合材料疲勞斷裂的 特點(diǎn)？解：金屬材料的裂紋擴(kuò)展分兩個(gè)階段沿切應(yīng)力最大方向向內(nèi)擴(kuò)展沿垂直拉應(yīng)力方向 向前擴(kuò)展。疲勞斷口一般由疲勞源、疲勞區(qū)、瞬斷區(qū)組成。有貝文線（宏觀） 和疲勞條帶（微觀）。陶瓷材料裂紋尖端不存在循環(huán)應(yīng)力的疲勞效應(yīng)， 裂紋同樣經(jīng)歷萌生、擴(kuò)展和瞬斷過 程。對(duì)材料的表面缺陷十分敏感，強(qiáng)烈依賴于 Ki、環(huán)境、成分、組織結(jié)構(gòu)， 不易觀察到疲勞貝文線

19、和條帶，沒有明顯的疲勞區(qū)和瞬斷區(qū)。高分子材料在高循環(huán)應(yīng)力作用下出現(xiàn)銀紋，銀紋轉(zhuǎn)變?yōu)榱鸭y并擴(kuò)展，導(dǎo)致疲勞 破壞。低應(yīng)力條件下，疲勞應(yīng)變軟化。分子鏈間剪切滑移產(chǎn)生微孔洞，隨后 產(chǎn)生宏觀裂紋。循環(huán)應(yīng)力作用下溫度升高，產(chǎn)生熱疲勞失效。復(fù)合材料有多種損傷形式，如界面脫落、分層、纖維斷裂等，不會(huì)發(fā)生瞬時(shí)的疲勞 破壞，較大應(yīng)變會(huì)使纖維基體變形不協(xié)調(diào)引起開裂，形成疲勞源。疲勞性能 和纖維取向有關(guān)。b.疲勞斷口宏觀斷口和微觀斷口分別有什么特征？解：宏觀斷口有三個(gè)特征區(qū)：疲勞源、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)、瞬斷區(qū)。疲勞源是疲勞裂 紋萌生的策源地，多在機(jī)件表面常和缺口、裂紋等缺陷及內(nèi)部冶金缺陷有關(guān)， 比較光亮，表面硬度有所提高

20、，可以是一個(gè)也可以是多個(gè)。疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū) 斷口較光滑并分布有貝文線，有時(shí)還有裂紋擴(kuò)展臺(tái)階，斷口光滑是疲勞源區(qū) 的連續(xù)，程度隨裂紋向前擴(kuò)展而逐漸減弱，貝文線是最典型的特征。瞬斷區(qū) 斷口粗糙，脆性斷口呈結(jié)晶狀，韌性斷裂在心部平面應(yīng)變區(qū)呈放射狀或人字 紋，邊緣應(yīng)力區(qū)有剪切唇存在。一般在疲勞源對(duì)側(cè)。c列出至少四條提高金屬疲勞性能的措施解：噴丸處理表面熱處理復(fù)合強(qiáng)化次載鍛煉3、計(jì)算：a某材料的應(yīng)力幅和失效循環(huán)周次如下：應(yīng)力幅（MPa）失效循環(huán)周 次（M500i400735010275100250>1000225>1000試?yán)L制S- N曲線，并確定疲勞極限；如設(shè)計(jì)要求最少疲勞壽 命105次，則

21、許用的最大循環(huán)應(yīng)力是多少？解：由圖知，疲勞極限=250MPa設(shè)計(jì)壽命最少10A5時(shí)，最大需用循環(huán)應(yīng)力為275MPab.某壓力容器受到升壓降壓交變應(yīng)力 a = 120MPa作用,計(jì)算得 知該容器允許的臨界裂紋長(zhǎng)度2au 125mm檢查發(fā)現(xiàn)該容器有一長(zhǎng)度2a= 42mm勺周向穿透裂紋，假設(shè)疲勞裂紋擴(kuò)展符合Pari亦式, 假設(shè)疲勞擴(kuò)展系數(shù) C= 2X 1CT10, n=3,試計(jì)算該容器的疲勞壽命 和循環(huán)10萬次后的疲勞裂紋長(zhǎng)度是多少？解：設(shè)裂紋為無線大板穿透裂紋，則由Paris公式也咫冰/得 dN解得N=3016當(dāng)N=10萬次時(shí)2a=第六章磨損性能1、名詞解釋：磨損接觸疲勞解：磨損：物體表面相互摩擦

22、時(shí)，材料自表面逐漸減少時(shí)的過程。接觸疲勞：兩材料作滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)摩擦?xí)r，交變接觸壓應(yīng)力長(zhǎng)期作用使得材料表面疲勞磨損，局部區(qū)域出現(xiàn)小片或者小塊材料剝落而產(chǎn)生的疲勞。2、簡(jiǎn)答a簡(jiǎn)述常見的磨損類型和特點(diǎn)？如何提高材料的耐磨粒磨損抗 力？解：常見的磨損類型和特點(diǎn)有粘著磨損，特點(diǎn)是機(jī)件表面有大小不等的結(jié)疤。磨粒 磨損，摩擦面上有擦傷或明顯犁皺紋。腐蝕磨損，氧化磨損，磨損產(chǎn)物為氧 化物如紅褐色的三氧化二鐵。接觸疲勞磨損，出現(xiàn)許多豆?fàn)睢⒇悮罨虿灰?guī) 則形狀的凹坑。提高磨粒磨損的抗力可以選用高硬度韌性好的材料或使用表面硬化的材料。b試從提高材料疲勞強(qiáng)度、接觸疲勞、耐磨性觀點(diǎn)出發(fā)，分析化 學(xué)熱處理時(shí)應(yīng)注意的事

23、項(xiàng)。解：化學(xué)熱處理過程中采用球化退火處理和高溫回火， 減小碳化物粒度并使之分 布均勻。采取適當(dāng)?shù)娜?yīng)力退火工藝使材料在一定范圍內(nèi)保持殘余應(yīng)力，提高疲勞 強(qiáng)度和耐磨性。c述非金屬材料陶瓷、高分子材料的磨損特點(diǎn)？解：陶瓷材料對(duì)表面狀態(tài)極為敏感，當(dāng)氣氛壓力下降時(shí)，磨損率 加大。高分子材料硬度雖然較低，但具有較大柔順性，在不少場(chǎng) 合下顯示較高的抗劃傷能力。對(duì)磨粒磨損具有良好的適應(yīng)性、 就 范性和埋嵌性。第七章高溫性能1、名詞解釋：蠕變?nèi)渥儤O限持久強(qiáng)度應(yīng)力松弛解：蠕變:金屬在恒溫、恒載荷下緩慢產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。 I 1蠕變極限：金屬材料在高溫長(zhǎng)期載荷作用下對(duì)塑性變形抗力指標(biāo)。持久強(qiáng)度：在規(guī)定溫度下，達(dá)

24、到規(guī)定實(shí)驗(yàn)時(shí)間而不發(fā)生斷裂的應(yīng)力值。一» »應(yīng)力松弛：在規(guī)定溫度和初始應(yīng)力條件下，金屬材料中的應(yīng)力隨時(shí)間增加而減少 的現(xiàn)象。2、簡(jiǎn)答a.列出至少四個(gè)提高金屬蠕變性能的措施解：加入合金元素，形成固溶強(qiáng)化采用正火加高溫回火工藝進(jìn)行熱處理?？刂凭Я?尺寸控制應(yīng)力水平b高溫蠕變變形的機(jī)理有哪幾種？解：主要有位錯(cuò)滑移蠕變機(jī)理、擴(kuò)散蠕變機(jī)理、晶界滑動(dòng)蠕變機(jī)理、粘彈性機(jī)理。3穩(wěn)態(tài)蠕變(即蠕變第二階段)的本構(gòu)方程£ = A b n exp(-Q/RT) 某耐熱鋼538c下的蠕變系數(shù) A=1.16X 10-24, n=8,飾S能Q= 100kcal/mql R為摩爾氣體常數(shù) 8.3

25、1J/mo卜K,試計(jì)算該鋼在50OC 時(shí)應(yīng)力150MPa下的蠕變速率；解：由 £ = A / exp(-Q/RT)第八章耐腐蝕性能1、名詞解釋：電化學(xué)府蝕縫隙腐蝕電偶腐蝕鈍化解：電化學(xué)腐蝕：金屬表面與電解質(zhì)溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的破壞?？p隙腐蝕：金屬部件在腐蝕介質(zhì)中，結(jié)合部位的縫隙內(nèi)腐蝕加劇的現(xiàn)象。電偶腐蝕：異種金屬在同一種介質(zhì)中，由于腐蝕電位不同而產(chǎn)生電偶電流的流動(dòng)使電極電位較低的金屬溶解增加造成的局部腐蝕鈍化：電化學(xué)腐蝕的陽極過程在某些情況下受到強(qiáng)烈阻滯，使腐蝕速率急劇下降的現(xiàn)象。2、簡(jiǎn)答a為什么說材料的腐蝕是一個(gè)自發(fā)過程？解：因?yàn)楦g是物質(zhì)由高能態(tài)向低能態(tài)轉(zhuǎn)變的過程， 所以腐

26、蝕是一個(gè)自發(fā)的過程b原電池和腐蝕原電池的區(qū)別是什么？解：原電池可以是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，有電流通過并能對(duì)外做功。腐蝕原電池是能 進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，但并不能對(duì)外做功的短路原電池。c應(yīng)力腐蝕斷裂的條件和特征是什么？解：應(yīng)力腐蝕具有以下特點(diǎn)：應(yīng)力。必須有拉應(yīng)力存在才能一起應(yīng)力腐蝕，壓應(yīng)力 一般不發(fā)生應(yīng)力腐蝕。介質(zhì)。一定的材料必須和一定的介質(zhì)的相互組合， 才會(huì)發(fā)生腐蝕斷裂。速度。應(yīng)力腐蝕斷裂的速度遠(yuǎn)大于沒有應(yīng)力時(shí)的腐蝕 速度。腐蝕斷裂形態(tài)。應(yīng)力腐蝕斷裂時(shí)僅在局部區(qū)域出現(xiàn)從表及里的裂紋。d簡(jiǎn)述材料氧化腐蝕的測(cè)量方法和儀器。解：測(cè)量方法有：質(zhì)量法容量法測(cè)量?jī)x器:質(zhì)量法采用熱重分析儀。容量法采用量氣管及及其他

27、裝置。e列出至少四種防止金屬材料腐蝕的措施。解：金屬電化學(xué)保護(hù)法介質(zhì)處理緩蝕劑保護(hù)法表面覆蓋法合理選材第九章電性能1、名詞解釋：電介質(zhì)、極化強(qiáng)度、鐵電體、壓電效應(yīng)、熱釋電效應(yīng)、熱電 效應(yīng)解：電介質(zhì)：電場(chǎng)下能極化的材料。極化強(qiáng)度：電介質(zhì)材料在電場(chǎng)作用下的極化程度，單位體積內(nèi)的感生電偶極矩鐵電體：就有鐵電性的晶體。熱釋電效應(yīng)：晶體因溫度均勻變化而發(fā)生極化強(qiáng)度改變的現(xiàn)象稱為晶體的熱釋電效應(yīng)。熱電效應(yīng)：溫度作用改變材料的電性能參數(shù)。（貝塞克效應(yīng)、帕爾帖效應(yīng)、湯姆遜效應(yīng)）。壓電效應(yīng)：沒有電場(chǎng)作用，有機(jī)械應(yīng)力作用而使電介質(zhì)晶體產(chǎn)生極化并形成晶體表面電荷的現(xiàn)象。2、填空題a從極化的質(zhì)點(diǎn)類型看，電介質(zhì)的總極化

28、一般包括三部分：位移極化_、_松弛極化_,、_轉(zhuǎn)向極化從是否消耗能量的 角度看，電介質(zhì)的極化分為 彈性極化 和 非彈性極化兩類，其中位移極化是彈性的、瞬時(shí)完成的極化，不 消耗能量；而 而弛極化 -W完成需要一定的時(shí)間，是非彈性 的，消耗一定的能量。一b.電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生損耗的形式主要有電導(dǎo)損耗和電離損耗兩種；當(dāng)外界條件一定時(shí)，介質(zhì)損耗只與一有關(guān)，而？tg?僅由 8決定，稱為介質(zhì)損耗晶。c電介質(zhì)材料在起環(huán)強(qiáng)度超過某一臨界值時(shí)會(huì)發(fā)生介質(zhì)的擊穿； 通常擊穿類型可分為電擊穿、化學(xué)擊穿、熱擊穿三類。一d.鐵電體具有電滯回線_、居里點(diǎn)禾口 臨界特性三大特征。 e測(cè)量由阻常用的方法有雙用橋法、審位於計(jì)

29、法、安培二伏特計(jì)法和百流四探針法。f.金屬的熱電現(xiàn)象包括貝塞克效應(yīng)、 帕帖效應(yīng)和湯姆遜效應(yīng)三個(gè) 基本熱電效應(yīng)。3、簡(jiǎn)答題：a.簡(jiǎn)述電介質(zhì)、壓電體、熱釋電體、鐵電體之間的關(guān)系。解：電解質(zhì)包括壓電體、熱釋電體、鐵電體。壓電體和熱釋電體都是不具有對(duì)稱中 心的晶體。熱釋電體和鐵電體都能在一定的溫度范圍內(nèi)自發(fā)極化 。b為什么金屬的電阻隨溫度升高而增大， 半導(dǎo)體的電阻隨溫度升 高減?。拷猓航饘賹儆陔娮拥诫姍C(jī)制，溫度升高，電子運(yùn)動(dòng)自由程減小，散射幾率增大導(dǎo)致電阻增大。半導(dǎo)體導(dǎo)電取決于電子-空穴對(duì)數(shù)量多少，溫度升高，電子-空穴對(duì) 數(shù)增多，導(dǎo)電阻減小。c表征超導(dǎo)體性能的三個(gè)主要指標(biāo)是什么？目前氧化物高溫超 導(dǎo)體

30、應(yīng)用的主要弱點(diǎn)是什么？解：三個(gè)指標(biāo)是：臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc臨界磁場(chǎng)He臨界電流密度目前氧化物高溫超導(dǎo)體應(yīng)用的主要弱點(diǎn)是超導(dǎo)體材料的氧化物制備困難材料加工 困難臨界溫度難以維持e般來說金屬的電與率要高于陶瓷和聚合物，請(qǐng)舉例說明這個(gè)規(guī)律并不絕對(duì)正確。解：PAN、第十章磁性能1、名詞解釋：磁化強(qiáng)度矯頑力飽和磁化強(qiáng)度磁與率和磁化率剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度磁 疇趨膚效應(yīng)解:磁化強(qiáng)度：物質(zhì)在磁場(chǎng)中被磁化的程度，單位體積內(nèi)磁矩的大小矯頑力：去掉剩磁的臨界外磁場(chǎng)。飽和磁化強(qiáng)度：磁化強(qiáng)度的飽和值。磁導(dǎo)率：表征磁介質(zhì)磁性的物理量。磁化率：表征物質(zhì)本身的磁化特性的物理量。剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度：去掉外加磁場(chǎng)后的磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁疇：磁矩方向

31、相同的小區(qū)域。趨膚效應(yīng)：交變磁化時(shí)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，使得磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度沿樣品界面嚴(yán)重不均勻，好像材料內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度被排斥到表面的現(xiàn)象。2、簡(jiǎn)答：a物質(zhì)的磁性可分為幾類？各自的特點(diǎn)和區(qū)別？解：按磁化率分為三類：抗磁性材料順磁性材料鐵磁性材料抗磁體磁化率為10T量級(jí)負(fù)數(shù)，附加磁矩與方向相反，減弱磁場(chǎng)。順磁體磁化率為10 &山。量級(jí)正數(shù)，略微增強(qiáng)磁場(chǎng)。鐵磁體在較弱的磁場(chǎng)下就能產(chǎn)生很大的磁化強(qiáng)度， 磁化率為很大的正數(shù)，且與外磁 場(chǎng)非線性變化。|1b.說明沖擊法測(cè)量材料磁性能的原理.解：在測(cè)試線圈中通以電流，則線圈中產(chǎn)生磁場(chǎng)，試樣被磁化，磁感應(yīng)強(qiáng)度B。利用換向開關(guān)使得外磁場(chǎng)方向突然變化。試

32、樣中的磁通量變化，引起測(cè)量線圈中 有電流產(chǎn)生，檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)，利用公式計(jì)算出磁感應(yīng)強(qiáng)度B,不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下測(cè)出B,繪出磁滯回線。C簡(jiǎn)述常用的磁性材料分類及其主要特點(diǎn)。解：常用磁性材料分為軟磁材料和硬磁材料。軟磁材料矯頑力很小，磁滯回線窄，磁滯損耗小。硬磁材料矯頑力大，磁滯回線寬，磁滯損耗大。d.什么是自發(fā)磁化？鐵磁體形成的條件是什么？有人說“鐵磁性金屬?zèng)]有抗磁性”，對(duì)么？為什么？解：自發(fā)磁化是指在沒有外磁場(chǎng)的情況下，材料的子璇磁矩自發(fā)同向排列的現(xiàn)象。 鐵磁體的形成條件除了金屬原子具有未被抵消的自旋磁矩外，還必須使得自旋 磁矩自發(fā)的通向排列。說法錯(cuò)誤，鐵磁性金屬的附加磁矩并不是全部都與外場(chǎng)的方向相同，部分磁矩 的方向任然與外場(chǎng)相反。e哪些磁性能參數(shù)是組織敏感的？哪些是不敏感的？解：Ms、Tg K磁晶各向性，入磁致伸縮系數(shù)等組織不敏感。飽和磁化度、Hc、Br、叱、x等組織敏感。f.交變磁化下能量損耗包括哪些？解：渦流損耗磁滯損耗剩余磁損耗g.電子行業(yè)用的坡莫合金線圈一般是繞起來以后再退火，為什么不在繞之前退火？提示：加工對(duì)磁性的影響解：加工硬化使得原子間距增大而密度減小，使材料的抗磁性減弱。退火的作用與加工硬化正好相反，所以要繞起來后再退火。3、計(jì)算：a.鐵原子具有2.2波爾磁子，試求鐵的飽和磁化強(qiáng)度 Ms。(鐵的 相對(duì)原子質(zhì)量55