材料性能學(xué)歷年真題_答案

1、-金屬熱處理專業(yè)序第一套答案一、名詞解釋（每題4分，共12分）低溫脆性：材料隨著溫度下降，脆性增加，當(dāng)其低于某一溫度時(shí)，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，這種現(xiàn)象為低溫脆性。疲勞條帶：每個(gè)應(yīng)力周期內(nèi)疲勞裂紋擴(kuò)展過程中在疲勞斷口上留下的相互平行的溝槽狀花樣。韌性：材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力。二、填空題(每空1分，共30分)1、滾動摩擦，滑動摩擦。干、濕（流體），邊界，混合，干。2、，2060，高，安全，上限。3、大，低，敏感。4、剪切唇，纖維區(qū)，放射區(qū)，杯錐。5、高，應(yīng)力，低，應(yīng)變，高周（應(yīng)力）6、下降，減小，減小7、抗磁性，順磁性，鐵磁性三、問答題（共20分）1、答：（4分）衡量彈性高低

2、用彈性比功 ae=e /E。由于彈性比功取決于彈性極限和彈性模2量，而材質(zhì)一定，彈性模量保持不變，因此依據(jù)公式可知提高彈性極限可以提高材料的彈性比功，改善材料的彈性。（4分）2、答：（4分）不能判定斷裂一定為脆性斷裂。（1分）韌性和脆性斷了依據(jù)斷口的宏觀形貌和變形特征來判定，單純從微觀斷口上的某些特征不能確定斷裂一定屬于脆斷。（2分）逆著河流的方向可以找到裂紋源。（1分）3、答：（6分）KIc代表的是材料的斷裂力學(xué)性能指標(biāo)，是臨界應(yīng)力場強(qiáng)度因子，取決于材料的成分、組織結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素。KI是力學(xué)參量，表示裂紋尖端應(yīng)力場強(qiáng)度的大小，取決于外加應(yīng)力、尺寸和裂紋類型，與材料無關(guān)。（3分）KIc稱為平面

3、應(yīng)變的斷裂韌性，Kc為平面應(yīng)力的斷裂韌性。對于同一材料而1-金屬熱處理專業(yè)序言，KIc10的高周疲勞稱為低應(yīng)力疲勞，又稱應(yīng)力疲勞。53-金屬熱處理專業(yè)序二、填空題(每空1分，共28分)1.滑動摩擦，滾動摩擦，滑動摩擦，滾子式，滑動摩擦、滾動摩擦，粘著磨損。2.彈性變形，屈服，均勻塑性變形，不均勻集中塑性變形，杯錐狀，剪切唇，纖維區(qū)，放射狀結(jié)晶區(qū)，韌性（塑性，延性，剪切，穿晶，微孔聚合、長大模式）3.彈性變形功，塑性變形功，斷裂功，極為敏感，敏感，不敏感。4.鐵磁性材料，順磁性材料，抗磁性材料。5.臨界溫度，臨界電流密度，臨界磁場。三、簡答題（共25分）1.答：（本小題 4分）在三向應(yīng)力的作用下

4、，使得試樣心部因夾雜物或第二相質(zhì)點(diǎn)破裂等原因而形成微孔（微孔形核），微孔不斷長大形成微裂紋，微裂紋聚合在一起形成裂紋。微觀形貌特征：韌窩。（4分）2.答：（本小題 4分）格里菲斯理論的基本假設(shè)：實(shí)際結(jié)構(gòu)中往往存在微裂紋而不是理想的狀態(tài)。（1分）2E Ec=aaa為裂紋半長，E-楊氏模量，-表面能密度；（寫出上面任意一個(gè)都可以）（2分）適用條件：玻璃等脆性材料。（1分）3.答：（本小題 4分）二者的彈性變形階段往往存在線性階段，應(yīng)力與應(yīng)變呈正比關(guān)系，并且斜率基本相同。因?yàn)橄嗤煞值匿撈鋸椥阅Ａ?E基本保持不變，根據(jù)工程應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可知，E為斜率則相同。4.答：（本小題 6分）按照壽命分為高周疲勞

5、，低周疲勞（或者長壽命疲勞，短壽命疲勞）。（1分）。疲勞過程：疲勞裂紋的形成，疲勞裂紋的擴(kuò)展，（瞬時(shí)）斷裂。（2分）裂紋產(chǎn)生機(jī)制：表面滑移帶開裂；夾雜物與基體相界面分離或夾雜物本身斷裂；晶界或亞晶界開裂。（3分）5.答：（本小題 7分）4-金屬熱處理專業(yè)序（1）離子極化率。離子極化率越大，折射率越大。（1分）（2）原子的密堆積方向。沿原子的密堆積方向，折射率大。（1分）（3）同質(zhì)異構(gòu)體。高溫晶型的堆積密度較低，折射率較小，低溫晶型的堆積密度大，折射率較大。（2分）（4）相同化學(xué)組成的材料你，玻璃的折射率比晶體的折射率小。（1分）（5）應(yīng)力的影響。施加拉應(yīng)力時(shí)，在垂直應(yīng)力的方向上折射率增加，而沿

6、拉應(yīng)力的方向折射率減小。壓應(yīng)力則相反。（2分）四、分析題（共20分）1.答：（本小題 8分）E彈性模量（彈性系數(shù)，彈性模數(shù)，楊氏模量）；（1分）e彈性極限；（1分）ae彈性比功；（1分）根據(jù)公式：ae = e，將表中數(shù)據(jù)帶入計(jì)算可得：0.011。（3分）22E彈性排序：銅鋁低碳鋼彈簧鋼。（2分）2.答：（本小題 8分）(1)20CrMnTi滲碳表面質(zhì)量檢驗(yàn)了扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)(2)調(diào)質(zhì)鋼的塑性萬能材料試驗(yàn)機(jī)（拉伸試驗(yàn)機(jī)），拉伸試驗(yàn)；(3)車刀的塑性萬能材料試驗(yàn)機(jī)，彎曲試驗(yàn)；(4)鑄鐵基座的承載能力萬能材料試驗(yàn)機(jī)，壓縮試驗(yàn)；3.答：（本小題 4分）常用硬度及其標(biāo)尺：(1)調(diào)質(zhì)后的 40Cr主軸

7、洛氏硬度，HRC；(2)灰口鑄鐵布氏硬度，HBS；(3)淬火鋼中馬氏體和殘余奧氏體的鑒別與分布顯微維氏硬度，Hv；(4)高速鋼鉆頭洛氏硬度，HRC五、計(jì)算（共15分）1.答：（本小題 8分）已知件屈服強(qiáng)度為 1200MPa，平均應(yīng)力 600Mpa。5-金屬熱處理專業(yè)序=；無須進(jìn)行塑性區(qū)修正。（2分） S構(gòu)件受到橫向中心穿透裂紋作用，則應(yīng)力強(qiáng)度因子為：K I = Y a = = aY為形狀因子，本模型取值為 ,a=0.01m。將各個(gè)數(shù)值代入可得 106.3 Mpa.m1/2KIKIC，構(gòu)件安全。（6分）2.答：（本小題 7分）設(shè)入射光的強(qiáng)度為 I0,透射光的強(qiáng)度為 I，則I=I

8、0(1-R)2e-(+S)x(4分)其中，R為反射系數(shù)，為吸收系數(shù)，S為散射系數(shù)，x為厚度。代入已知參數(shù)，可得+S=-76.75mm-1第三套答案一、填空（每個(gè) 1分，共 30分）1、I型（張開型），II型（滑開型），III型（撕開型），I型（張開型）。2、疲勞源，疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)，瞬斷區(qū)。疲勞裂紋的萌生，疲勞裂紋的擴(kuò)展，瞬時(shí)斷裂。3、滯彈性，粘彈性，偽彈性，包申格效應(yīng)。4、穿晶斷裂，沿晶斷裂，沿晶斷裂。5、粘著磨損，磨粒磨損，腐蝕磨損，接觸疲勞，接觸疲勞，齒輪。6、電子偱軌運(yùn)動時(shí)受外加磁場作用所產(chǎn)生的抗磁矩，原子（離子的固有磁矩）7、熱激活，溫度8、電擊穿，熱擊穿，化學(xué)擊穿二、名詞解釋（每個(gè)

9、4分，共 20分）韌脆轉(zhuǎn)化溫度：在一定的加載方式下，當(dāng)溫度冷卻到某一溫度或溫度范圍時(shí)，出現(xiàn)韌性斷裂向脆性斷裂的轉(zhuǎn)變，該溫度稱為韌脆轉(zhuǎn)化溫度。應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)：在各種加載條件下最大切應(yīng)力與最大當(dāng)量正應(yīng)力的比值，通6-金屬熱處理專業(yè)序常用表示。疲勞強(qiáng)度：通常指規(guī)定的應(yīng)力循環(huán)周次下試件不發(fā)生疲勞破壞所承受的上限應(yīng)力值。內(nèi)耗：材料在彈性范圍內(nèi)加載時(shí)由于一部分變形功被材料吸收，則這部份能量稱為內(nèi)耗。賽貝克效應(yīng)：當(dāng)兩種不同的金屬或合金聯(lián)成閉合回路，且兩接點(diǎn)處溫度不同，則回路中將產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象稱為賽貝克效應(yīng)。三、問答題（共 32分）1、答：（本題 6分）隨著溫度下降，材料由韌性狀態(tài)逐漸變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的現(xiàn)象

10、稱為低溫脆性。（2分）通常體心立方金屬容易發(fā)生低溫脆性。（2分）衡量材料的低溫脆性通常采用韌脆轉(zhuǎn)變溫度。（2分）2、答：（本題8分）脆性斷裂和疲勞斷裂在斷裂前都沒有明顯的塑性變形，屬于低應(yīng)力的破壞。（2分）但是這兩種斷裂還是有明顯的區(qū)別：在斷裂完成時(shí)間上，脆性斷裂一般不需要多次加載而瞬時(shí)完成，疲勞斷裂需要多次加載；（2分）溫度對疲勞斷裂影響不大，溫度下降，脆性斷裂的危險(xiǎn)增加，溫度對脆斷影響大；（2分）斷口形貌上，疲勞斷裂的斷口一般呈現(xiàn)細(xì)齒狀的光亮花紋，疲勞斷口是光亮、平直的結(jié)晶狀斷口。（2分）3、答：(本題 6分)V15TT：以 V型切口沖擊試件的沖擊功 AK20.35J對應(yīng)的溫度為韌脆轉(zhuǎn)化溫

11、度。（1分）FATT50：結(jié)晶狀斷口區(qū)所占面積為 50的溫度作為的韌脆轉(zhuǎn)化溫度。（1分）:10：標(biāo)距等于 10d0的長試樣的伸長率。e：拉伸實(shí)驗(yàn)得到的比例極限。（1分）0：脈動載荷的疲勞強(qiáng)度。（1分）0.05：拉伸實(shí)驗(yàn)中得到的規(guī)定非比例伸長為 0.05%對應(yīng)的應(yīng)力，通常用來表示彈性指標(biāo)。（1分）4、答：（本題4分）7-金屬熱處理專業(yè)序機(jī)械正常磨損過程由三個(gè)階段組成：跑合階段，穩(wěn)定磨損階段，劇烈磨損階段。（2分）在三個(gè)階段中，要盡量減少跑合階段，降低穩(wěn)定磨損階段的磨損率，延長穩(wěn)定磨損階段?？刂苿×夷p造成的危害。（2分）5、（1）離子極化率：離子極化率越大，折射率越大（2分）（2）晶體中沿密堆積

12、方向具有最高的折射率（1分）（3）同質(zhì)異構(gòu)體：一般情況下，同質(zhì)異構(gòu)材料的高溫晶型原子的密堆積程度低，因此高溫晶型的折射率較低，低溫晶型原子的密堆積程度高，因此其折射率較高。（4）相同化學(xué)組成的玻璃比晶體的折射率低（1分）（5）應(yīng)力的影響：對各向同性的材料施加拉應(yīng)力時(shí)，在垂直于應(yīng)力的方向折射率增加，而沿著應(yīng)力的方向折射率變小，壓應(yīng)力則相反（2分）四、分析題（共 18分）1、答：（本題 6分）滲碳層的硬度分布采用維氏顯微硬度測量，指標(biāo)為 HV0.1；淬火鋼采用洛氏硬度測量，具體指標(biāo)為 HRC；灰口鑄鐵采用布氏硬度測量，指標(biāo)用 HBS；氮化層可以采用表面洛氏硬度來測量，高速鋼刀具可以采用洛氏硬度 H

13、RC測量；退火態(tài)下的軟鋼用布氏硬度 HBS測量。2、答：（本題4分）檢驗(yàn)材料的沖擊韌性時(shí)，陶瓷、鑄鐵、W18Cr4V沖擊試驗(yàn)不用開缺口，20鋼沖擊韌性試驗(yàn)需要開缺口。3、答：（本題 8分）橫坐標(biāo) r,無量綱；縱坐標(biāo)，單位 MPa。（2分）A：對稱交變載荷，-1=40MPa.（2分）B：脈動載荷，0=60MPa.（2分）C：靜載荷，無疲勞強(qiáng)度。（2分）第四套答案一、名詞解釋（每題4分，共12分）滯彈性:在快速加載、卸載后，隨著時(shí)間的延長產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象。低溫脆性:某些材料當(dāng)其低于某一溫度時(shí)，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，這種現(xiàn)象為低溫脆性。8-金屬熱處理專業(yè)序缺口敏感度:常用缺口試樣的抗拉強(qiáng)

14、度與等截面尺寸的光滑試樣的抗拉強(qiáng)度的比值表征材料缺口敏感性的指標(biāo)，往往又稱為缺口強(qiáng)度比。二、填空題(每空1分，共31分)1、跑合，穩(wěn)定磨損階段，劇烈磨損階段。穩(wěn)定磨損，劇烈磨損。2、韌性（塑性，延性）斷裂，脆性（彈性）斷裂。穿晶，沿晶，解理，剪切，切斷。3、出現(xiàn)應(yīng)力集中，誘發(fā)多向應(yīng)力狀態(tài)，缺口強(qiáng)化效應(yīng)，缺口強(qiáng)化。4、放射狀結(jié)晶區(qū)，腳跟形纖維區(qū)，剪切唇區(qū)。5、疲勞源，疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)，瞬斷區(qū)。疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)。三、問答題（共29分）1、說明下列符號的意義：（本小題6分）0.2條件屈服強(qiáng)度。V15TT沖擊功為 20.3Nm對應(yīng)的溫度表征的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。50%FATT沖擊實(shí)驗(yàn)中結(jié)晶區(qū)面積占整個(gè)斷口面接

15、50%時(shí)所對應(yīng)的溫度表示的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。NDT無延性轉(zhuǎn)變溫度；FTE彈性斷裂轉(zhuǎn)變溫度；FTP延性斷裂轉(zhuǎn)變溫度。2、答：（本小題4分）單晶體的彈性模量呈現(xiàn)出明顯的各向異性，多晶體盡管其中單個(gè)晶粒的彈性模量為各向異性，但整體上呈現(xiàn)各向同性，即偽等向性。（2分）單晶體中彈性模量最大的方向是晶體中的密排晶向。純鐵為體心立方晶格，其最大彈性模量方向?yàn)?11，純鋁為面心立方晶格，最大彈性模量方向?yàn)?10。3、答：（本小題6分）J積分準(zhǔn)則：JJc時(shí)，構(gòu)件產(chǎn)生開裂，反之裂紋不足以導(dǎo)致開裂。能量釋放率準(zhǔn)則：GGc時(shí)，構(gòu)件產(chǎn)生斷裂，反之裂紋不足以導(dǎo)致斷裂。裂紋尖端張開位移判據(jù)：C構(gòu)件開裂，反之裂紋不導(dǎo)致開裂。臨界

16、應(yīng)力強(qiáng)度因子盤踞：KIKIC時(shí)，裂紋體處于臨界狀態(tài)，即將斷裂；反之即使存在裂紋體也不會擴(kuò)展。（4分）G為裂紋擴(kuò)擴(kuò)展的能量釋放率，J為裂紋擴(kuò)展的形變功差率。前者可以處理連續(xù)斷裂的問題，后者只能處理開裂的問題不能處理是否失穩(wěn)斷裂。二者都稱為9-金屬熱處理專業(yè)序斷裂韌性。線彈性條件下，二者等價(jià)。（2分）4、答：（本小題4分）斷口為韌性斷裂，杯錐狀斷口。（1分）根據(jù)圖示從左向右依次標(biāo)注：剪切唇，纖維區(qū)，放社區(qū)。（3分）四、分析題（共20分）1、（本小題6分）答：1：彈性變形、塑性變形、斷裂；無頸縮和屈服。由于塑性變形明顯但沒有頸縮，屬于低塑性材料，韌性斷口，杯錐狀不明顯。（3分）2：彈性變形、屈服、均

17、勻塑性變形、頸縮、斷裂。因其出現(xiàn)頸縮為高塑性材料。杯錐狀韌性斷口。（3分）2、（本小題6分）答：開缺口：40CrNiMo，20CrMnTi。不開缺口：W18Cr14V，Crl2MoV，硬質(zhì)合金，鑄鐵。3、 (本小題 8分)答：該圖為r-r的疲勞圖，前者表示疲勞強(qiáng)度，后者表示應(yīng)力循環(huán)特征系數(shù)。（2分）A為對稱交變疲勞載荷，疲勞強(qiáng)度為 40MPa，記為1。（2分）B為脈動載荷，疲勞強(qiáng)度為 55MPa，記為0。（2分）C為靜載荷，不用考慮疲勞問題，強(qiáng)度記為b。（2分）第五套答案一、名詞解釋（每題 3分，共 12分）斷裂功：裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展所消耗的能量。比強(qiáng)度：:按單位質(zhì)量計(jì)算的材料的強(qiáng)度，其值等于材料

18、強(qiáng)度與其密度之比，是衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)性能的重要指標(biāo)。.缺口效應(yīng)：構(gòu)件由于存在缺口（廣義缺口）引起外形突變處應(yīng)力急劇上升，應(yīng)力分布和塑性變形行為出現(xiàn)變化的現(xiàn)象。解理斷裂：材料在拉應(yīng)力的作用下原于間結(jié)合破壞，沿一定的結(jié)晶學(xué)平面 (即所謂“解理面”)劈開的斷裂過程。10-金屬熱處理專業(yè)序二、填空題(每空 1分，共 30分)1.跑合，正常磨損，劇烈磨損，粘著磨損，磨粒磨損，接觸疲勞(答腐蝕磨損，微動磨損也可)，粘著磨損，接觸疲勞。2.上，下，下，重復(fù)性好，0.2。3.下降，不變，不變，下降。4.無延性轉(zhuǎn)變溫度，延性斷裂轉(zhuǎn)變溫度，彈性斷裂轉(zhuǎn)變溫度， FTP=FTE+33=NDT+。5.滯彈性，偽彈性，包

19、申格效應(yīng)。6.臨界轉(zhuǎn)變溫度，臨界電流密度，臨界磁場強(qiáng)度。7.位移極化、松弛極化、轉(zhuǎn)向極化三、問答題（共28分）1.答：（本小題 4分）20鋼扭轉(zhuǎn)時(shí)沒有頸縮，因?yàn)樵谠搶?shí)驗(yàn)條件下，整個(gè)塑性變形在長度上均勻，故沒有頸縮。2.答：（本小題 4分）KI是受外界條件影響的反映裂紋尖端應(yīng)力場強(qiáng)弱程度的力學(xué)度量，與外加應(yīng)力和裂紋長度、裂紋的形狀以及加載方式有關(guān)，和材料本身的固有性能無關(guān)。 KIC平面應(yīng)變的斷裂韌性，反映材料阻止裂紋擴(kuò)展的能力，是材料本身的特性，即材料常數(shù)。3.答：(本小題 6分）20鋼的缺口強(qiáng)度大于光滑試樣強(qiáng)度，鑄鐵則反之，因 qe1,鑄鐵對缺口敏感。（4分）為了保證沖擊試驗(yàn)中能夠沖斷試樣從而

20、測得沖擊功，塑性材料 20鋼需要開坡口。（2分）4.答：(本小題 6分）光散射顆粒為二氧化鈦。（2分）顆粒的如下特性使釉獲得高度不透明的品質(zhì)：二氧化鈦和玻璃的折射率相差大，（2分）當(dāng)二氧化鈦顆粒的直徑約等于光波長時(shí)，散射系數(shù)最大。（2分）5.答：（本小題 8分）該圖為max(min)m的疲勞圖，縱坐標(biāo)為max(min)，橫坐標(biāo)為m。（2分）A、11-金屬熱處理專業(yè)序B、C分別代表對稱循環(huán)載荷、靜載荷、脈動載荷，相應(yīng)的疲勞強(qiáng)度表示為-1、b(B無疲勞的問題，強(qiáng)度為靜載強(qiáng)度)、0。四、分析題（共22分）1.答：（本小題 10分）bs5 /% /%Ak /JHBS抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度L0=5d0試樣的延

21、伸率斷面收縮率沖擊功布氏硬度（6分）兩種鋼材：20鋼強(qiáng)度、硬度低，但是塑性韌性更好；45鋼的強(qiáng)度、硬度相應(yīng)較高，但塑性、韌性較差一些；（2分）選擇承重鋼架時(shí)，因?yàn)?45鋼的強(qiáng)度更高，因此在相同的載荷下，需要的截面尺寸更小，即需要的材料也就更少，更省料。（2分）2.答：（本小題 12分）洛氏硬度 HRC；布氏硬度 HBS；顯微硬度 Hv0.2；顯微硬度 Hv0.2；洛氏硬度 HRC；布氏硬度 HBS；五、計(jì)算題（共8分）答：根據(jù)條件，該材料可以采用格里菲斯公式進(jìn)行計(jì)算：2E E，m= E，c=aaa 0則有： c=a，ma0a為裂紋半長，a0原子平衡間距，m理論斷裂強(qiáng)度；a=1.5mm；計(jì)算得到

22、： c=89.4 Mpa。105）試件發(fā)生的疲勞現(xiàn)象。彈性比功：又稱彈性應(yīng)變能密度，指金屬吸收變形功不發(fā)生永久變形的能力，是開始塑性變形前單位體積金屬所能吸收的最大彈性變形功。光軸：晶體光學(xué)中，把不發(fā)生雙折射現(xiàn)象的特殊方向稱為光軸。三、問答題（共 32分）1、答：（本題 4分）NDT：無延性轉(zhuǎn)變溫度；FTP：延性斷裂轉(zhuǎn)變溫度；FTE：彈性斷裂轉(zhuǎn)變溫度。（3分）FTP=FTE+33=NDT+66(1分)2、答：（本題8分）KIc代表的是材料的斷裂力學(xué)性能指標(biāo)，KIc是臨界應(yīng)力場強(qiáng)度因子，又稱為平面應(yīng)變的斷裂韌性，是常數(shù)。GIc稱為斷裂韌性，也是臨界裂紋擴(kuò)展力,也是材料的EGIC性能常數(shù)；二者之間存