工程材料習(xí)題(1-3)章答案.

1、工程材料習(xí)題參考答案工程材料習(xí)題參考答案13章四川大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院四川大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院曾光廷教授主講曾光廷教授主講20102010年年9 9月月第一章第一章. .習(xí)題參考答案習(xí)題參考答案1-11-1、名詞解釋名詞解釋bb抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度-金屬材料在拉斷前的最大應(yīng)金屬材料在拉斷前的最大應(yīng)力，它表示材料對(duì)最大均勻塑性變形的抗力。力，它表示材料對(duì)最大均勻塑性變形的抗力。p3p32 2、ss屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度-表示材料在外力作用下表示材料在外力作用下開始產(chǎn)生塑性變形的最低應(yīng)力，表示材料抵開始產(chǎn)生塑性變形的最低應(yīng)力，表示材料抵抗微量塑性變形的能力。抗微量塑性變形的能力。p4p40.20.2屈服

2、強(qiáng)度屈服強(qiáng)度-試樣產(chǎn)生試樣產(chǎn)生0.2%0.2%殘余應(yīng)變殘余應(yīng)變時(shí)的應(yīng)力值為該材料的條件屈服。時(shí)的應(yīng)力值為該材料的條件屈服。p4p4伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率-塑性的大小用伸長(zhǎng)率塑性的大小用伸長(zhǎng)率表示。表示。p4p4HBSHBS布氏硬度布氏硬度-以以300Kg300Kg的壓力的壓力F F將直徑將直徑D D的的淬火鋼球壓入金屬材料的表層，經(jīng)過規(guī)定淬火鋼球壓入金屬材料的表層，經(jīng)過規(guī)定的保持載荷時(shí)間后，卸除載荷，即得到一的保持載荷時(shí)間后，卸除載荷，即得到一直徑為直徑為d d的壓痕。的壓痕。p5p5HRCHRC洛氏硬度洛氏硬度-是以是以120o 120o 的金剛石圓錐體的金剛石圓錐體壓頭加上一定的壓力壓入被測(cè)材料，根

3、據(jù)壓頭加上一定的壓力壓入被測(cè)材料，根據(jù)壓痕的深度來度量材料的軟硬，壓痕愈深，壓痕的深度來度量材料的軟硬，壓痕愈深，硬度愈低。硬度愈低。p5p5-1 -1 （對(duì)稱彎曲疲勞強(qiáng)度對(duì)稱彎曲疲勞強(qiáng)度）-表示當(dāng)應(yīng)表示當(dāng)應(yīng)力循環(huán)對(duì)稱時(shí)，光滑試樣對(duì)稱彎曲疲勞強(qiáng)力循環(huán)對(duì)稱時(shí)，光滑試樣對(duì)稱彎曲疲勞強(qiáng)度。度。p7p7K1C K1C （斷裂韌性斷裂韌性）-應(yīng)力強(qiáng)度因子的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子的臨界值。值。 p8p81-21-2、試分別討論布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬、試分別討論布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度適用及不適用于什么場(chǎng)合？度適用及不適用于什么場(chǎng)合？1 1、布氏硬度、布氏硬度適用于退火和正火態(tài)的黑色金屬和有色金屬工件，適

4、用于退火和正火態(tài)的黑色金屬和有色金屬工件，不適用于太薄、太硬（不適用于太薄、太硬（450HB450HB）的材料。）的材料。2 2、洛氏硬度、洛氏硬度適用于檢測(cè)較薄工件或表面較薄的硬化層的硬度，適用于檢測(cè)較薄工件或表面較薄的硬化層的硬度，不適用于表面處理和化學(xué)熱處理的工件。不適用于表面處理和化學(xué)熱處理的工件。3 3、維氏硬度、維氏硬度適用于零件表面薄硬化層、鍍層及薄片材料的硬度，適用于零件表面薄硬化層、鍍層及薄片材料的硬度，不適用于退火和正火及整體淬火工件。不適用于退火和正火及整體淬火工件。 1 1、布氏硬度、布氏硬度適用于退火和正火態(tài)的黑色金屬和有色金適用于退火和正火態(tài)的黑色金屬和有色金屬工件

5、屬工件不適用于淬火態(tài)的碳素鋼和合金鋼及銅合不適用于淬火態(tài)的碳素鋼和合金鋼及銅合金工件。金工件。2 2、洛氏硬度、洛氏硬度適用于淬火態(tài)的碳素鋼和合金鋼工件，適用于淬火態(tài)的碳素鋼和合金鋼工件，不適用于表面處理和化學(xué)熱處理的工件。不適用于表面處理和化學(xué)熱處理的工件。3 3、維氏硬度、維氏硬度適用于表面處理和化學(xué)熱處理的工件，適用于表面處理和化學(xué)熱處理的工件，不適用于退火和正火及整體淬火工件。不適用于退火和正火及整體淬火工件。 第二章第二章. .習(xí)題參考答案習(xí)題參考答案2-12-1、名詞解釋、名詞解釋1 1、晶體、晶體 p9p9晶體晶體-指原子（原子團(tuán)或離子）按一定的指原子（原子團(tuán)或離子）按一定的幾何

6、形狀作有規(guī)律的重復(fù)排列的物體。幾何形狀作有規(guī)律的重復(fù)排列的物體。2 2、非晶體、非晶體 p9p9非晶體非晶體-組成物質(zhì)的原子是無規(guī)律、無次組成物質(zhì)的原子是無規(guī)律、無次序地堆聚在一起的物體。序地堆聚在一起的物體。3 3、單晶體、單晶體 p11p11 單晶體單晶體-結(jié)晶方位完全一致的晶體。結(jié)晶方位完全一致的晶體。4 4、多晶體、多晶體 p11p11 多晶體多晶體-由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)。由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)。5 5、晶粒、晶粒 p11p11晶粒晶粒-每個(gè)小晶體具有不規(guī)則的顆粒狀外形。每個(gè)小晶體具有不規(guī)則的顆粒狀外形。2-22-2、何謂空間點(diǎn)陣、晶格、晶體結(jié)構(gòu)和晶胞？、何謂空間點(diǎn)陣、晶格、晶體結(jié)構(gòu)

7、和晶胞？常用金屬的晶體結(jié)構(gòu)是什么？劃出其晶胞，常用金屬的晶體結(jié)構(gòu)是什么？劃出其晶胞，并分別計(jì)算起原子半徑、配位數(shù)和致密度？并分別計(jì)算起原子半徑、配位數(shù)和致密度？1 1、空間點(diǎn)陣、空間點(diǎn)陣 p9p9空間點(diǎn)陣空間點(diǎn)陣-為了便于分析各種晶體中的原子為了便于分析各種晶體中的原子排列及幾何形狀排列及幾何形狀, ,通常把晶體中的原子假想為通常把晶體中的原子假想為幾何結(jié)點(diǎn)幾何結(jié)點(diǎn), ,并用直線從其中心連接起來并用直線從其中心連接起來, ,使之使之構(gòu)成一個(gè)空間格子。構(gòu)成一個(gè)空間格子。2 2、晶格、晶格 p9p9晶格晶格-這種表示晶體中原子排列形式的空間這種表示晶體中原子排列形式的空間格子。格子。3 3、晶胞、

8、晶胞 p9p91010晶胞晶胞-構(gòu)成晶格的最基本的幾何單元。構(gòu)成晶格的最基本的幾何單元。4 4、常用金屬的晶體結(jié)構(gòu)有：、常用金屬的晶體結(jié)構(gòu)有： 體心立方晶格：體心立方晶格：1 1）、原子半徑）、原子半徑 2 2）、）、 配位數(shù)配位數(shù)8 83 3）、致密度）、致密度致密度致密度 面心立方晶格面心立方晶格: :1 1）、原子半徑）、原子半徑 2 2）、配位數(shù)）、配位數(shù)12123 3）、致密度）、致密度nunu/v/v 0 07474vnu密排六方晶格密排六方晶格: :1 1）、原子半徑）、原子半徑 2 2）、配位數(shù)）、配位數(shù)12123 3）、致密度）、致密度nunu/v/v 0 07474(a)(

9、a)體心立方晶格體心立方晶格 (b)(b)面心立方晶格面心立方晶格 密排六方晶格密排六方晶格 金屬三種典型晶格配位數(shù)示意圖金屬三種典型晶格配位數(shù)示意圖2-3. 2-3. 何謂理想晶體和實(shí)際晶體何謂理想晶體和實(shí)際晶體? ?為什么單晶為什么單晶體呈各向異性而多晶體在大多數(shù)情況下沒有體呈各向異性而多晶體在大多數(shù)情況下沒有各向異性現(xiàn)象各向異性現(xiàn)象? ?1 1、理想晶體、理想晶體理想晶體理想晶體-是原子按一定規(guī)則排列的單晶是原子按一定規(guī)則排列的單晶體，內(nèi)部晶體方位完全一致，且完好無損的，體，內(nèi)部晶體方位完全一致，且完好無損的，具有各向異性。具有各向異性。2 2實(shí)際晶體實(shí)際晶體 p12p12答：實(shí)際晶體則

10、為多晶體，由許多不同位向答：實(shí)際晶體則為多晶體，由許多不同位向的小晶粒組成，且有許多晶體缺陷，如點(diǎn)缺的小晶粒組成，且有許多晶體缺陷，如點(diǎn)缺陷（空位、溶質(zhì)原子），線缺陷（位錯(cuò)），陷（空位、溶質(zhì)原子），線缺陷（位錯(cuò)），面缺陷（晶界等），具有偽各向同性。面缺陷（晶界等），具有偽各向同性。3 3、單晶體呈各向異性是由于單晶體在不同、單晶體呈各向異性是由于單晶體在不同晶向上的原子密度不同，在不同方向上的原晶向上的原子密度不同，在不同方向上的原子結(jié)合力不同，因而其彈性模量也不同，顯子結(jié)合力不同，因而其彈性模量也不同，顯示出各向異性。示出各向異性。p10p10p11p114 4、多晶體多晶體在大多數(shù)情況下沒

11、有各向異性現(xiàn)在大多數(shù)情況下沒有各向異性現(xiàn)象象, ,因?yàn)槎嗑w是由大量彼此位向不同的晶因?yàn)槎嗑w是由大量彼此位向不同的晶粒組成，多晶體中各個(gè)晶粒的位向紊亂，其粒組成，多晶體中各個(gè)晶粒的位向紊亂，其各向異性顯示不出來，結(jié)果使多晶體呈現(xiàn)各各向異性顯示不出來，結(jié)果使多晶體呈現(xiàn)各向同性或稱偽無向性。向同性或稱偽無向性。p11p112-42-4、何謂、何謂同素異晶轉(zhuǎn)變同素異晶轉(zhuǎn)變？試以鐵為例說明之？試以鐵為例說明之？答：同素異晶轉(zhuǎn)變答：同素異晶轉(zhuǎn)變是一種金屬具有兩種或兩是一種金屬具有兩種或兩種以上的晶體結(jié)構(gòu)，把這種金屬的不同晶體種以上的晶體結(jié)構(gòu)，把這種金屬的不同晶體結(jié)構(gòu)改變的現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)改變的現(xiàn)象。p18p

12、18如鐵在結(jié)晶之后繼續(xù)冷卻時(shí)，會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)的如鐵在結(jié)晶之后繼續(xù)冷卻時(shí)，會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)的變化，從一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格變化，從一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格 -Fe -Fe 1394 -Fe 921 -Fe 1394 -Fe 921 -Fe 。2-52-5、在實(shí)際晶體中存在著哪幾類缺陷？、在實(shí)際晶體中存在著哪幾類缺陷？答：答：在實(shí)際晶體中存在著：在實(shí)際晶體中存在著：點(diǎn)缺陷（空位、溶質(zhì)原子）點(diǎn)缺陷（空位、溶質(zhì)原子）2 2、線缺陷（位錯(cuò)：刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)）、線缺陷（位錯(cuò)：刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)）3 3、面缺陷（晶界、亞晶界等）、面缺陷（晶界、亞晶界等）2-102-10、為什么金屬結(jié)晶時(shí)一定要有過冷度？、為什么金

13、屬結(jié)晶時(shí)一定要有過冷度？冷卻速度與過冷度的關(guān)系是什么？冷卻速度與過冷度的關(guān)系是什么？ p15p15答：答：在平衡溫度處，液體與晶體處于動(dòng)平衡在平衡溫度處，液體與晶體處于動(dòng)平衡狀態(tài)，此時(shí)，液體的結(jié)晶速度與晶體的熔化狀態(tài)，此時(shí)，液體的結(jié)晶速度與晶體的熔化速度相等。也就是當(dāng)金屬處于平衡溫度時(shí)，速度相等。也就是當(dāng)金屬處于平衡溫度時(shí)，金屬不能進(jìn)行有效的結(jié)晶過程。要使結(jié)晶進(jìn)金屬不能進(jìn)行有效的結(jié)晶過程。要使結(jié)晶進(jìn)行，則必須將液體冷至低于平衡溫度。晶體行，則必須將液體冷至低于平衡溫度。晶體總是在過冷的情況下結(jié)晶的，因此過冷是金總是在過冷的情況下結(jié)晶的，因此過冷是金屬結(jié)晶的必要條件，所以，金屬結(jié)晶時(shí)一定屬結(jié)晶的

14、必要條件，所以，金屬結(jié)晶時(shí)一定要有過冷度。要有過冷度。冷卻速度與過冷度的關(guān)系是冷卻速度愈大，冷卻速度與過冷度的關(guān)系是冷卻速度愈大，過冷度也愈大。過冷度也愈大。 2-132-13、晶粒大小對(duì)金屬性能有何影響？細(xì)化、晶粒大小對(duì)金屬性能有何影響？細(xì)化晶粒方法有哪些？晶粒方法有哪些？ p17p17答：答：在一般情況下在一般情況下, ,晶粒愈小晶粒愈小, ,則金屬的強(qiáng)度則金屬的強(qiáng)度. .塑塑性和韌性愈好性和韌性愈好. .細(xì)化晶粒是提高金屬性能的重要途徑之一，細(xì)化晶粒是提高金屬性能的重要途徑之一，晶粒愈細(xì)，強(qiáng)度和硬度愈高，同時(shí)塑性韌性晶粒愈細(xì)，強(qiáng)度和硬度愈高，同時(shí)塑性韌性愈好。愈好。細(xì)化晶粒方法有：細(xì)化晶

15、粒方法有：增大過冷度；增大過冷度； 2.2.變質(zhì)處理；變質(zhì)處理； 3.3.附加振附加振動(dòng)或攪動(dòng)等方法；動(dòng)或攪動(dòng)等方法；第三章第三章. .習(xí)題參考答案習(xí)題參考答案3-13-1、塑性變形的基本方式有幾種？塑性變形、塑性變形的基本方式有幾種？塑性變形的的物理本質(zhì)是什么？的的物理本質(zhì)是什么？ p22p222424答：答：塑性變形的基本方式有：塑性變形的基本方式有：滑移和孿生?；坪蛯\生。塑性變形的的物理本質(zhì)：塑性變形的的物理本質(zhì)： 是在較大應(yīng)力作用下迫使組成金屬的晶粒是在較大應(yīng)力作用下迫使組成金屬的晶粒內(nèi)部產(chǎn)生滑移，同時(shí)使晶粒間也產(chǎn)生滑移與內(nèi)部產(chǎn)生滑移，同時(shí)使晶粒間也產(chǎn)生滑移與轉(zhuǎn)動(dòng)，或者使金屬內(nèi)部產(chǎn)生

16、孿晶，使金屬內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，或者使金屬內(nèi)部產(chǎn)生孿晶，使金屬內(nèi)部發(fā)生不可恢復(fù)的變形。部發(fā)生不可恢復(fù)的變形。塑性變形的的物理本質(zhì)塑性變形的的物理本質(zhì)：滑移和孿生共同產(chǎn)生的塑性變形?；坪蛯\生共同產(chǎn)生的塑性變形。P24 P24 滑移是晶體的一部分相對(duì)另一部分做整滑移是晶體的一部分相對(duì)另一部分做整體剛性移動(dòng)。孿生是在切應(yīng)力的作用下，晶體剛性移動(dòng)。孿生是在切應(yīng)力的作用下，晶體的一部分相對(duì)另一部分沿著一定的晶面體的一部分相對(duì)另一部分沿著一定的晶面（孿生面）產(chǎn)生一定角度的切變（孿生面）產(chǎn)生一定角度的切變3-23-2、為什么金屬的實(shí)際強(qiáng)度要比理論強(qiáng)度低、為什么金屬的實(shí)際強(qiáng)度要比理論強(qiáng)度低得多？詳細(xì)說明之。得多？詳細(xì)說

17、明之。答：答：這是因?yàn)閷?shí)際金屬晶體存在著各種晶體這是因?yàn)閷?shí)際金屬晶體存在著各種晶體缺陷，如點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷。缺陷，如點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷。3-43-4、加熱對(duì)冷變形金屬的組織和性能有何影、加熱對(duì)冷變形金屬的組織和性能有何影響？響？答：答：當(dāng)對(duì)變形金屬進(jìn)行加熱時(shí)，其組織和性當(dāng)對(duì)變形金屬進(jìn)行加熱時(shí)，其組織和性能將發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大的變化過能將發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大的變化過程。程?；貜?fù)階段回復(fù)階段: :變形金屬的強(qiáng)度變形金屬的強(qiáng)度. .硬度與塑性等變硬度與塑性等變化不大化不大, ,但內(nèi)應(yīng)力但內(nèi)應(yīng)力. .電阻等明顯降低電阻等明顯降低. .3-7.3-7.怎樣區(qū)分冷加工和熱加工？為什

18、么鍛件比怎樣區(qū)分冷加工和熱加工？為什么鍛件比鑄件的力學(xué)性能好？熱加工會(huì)造成哪些組織缺鑄件的力學(xué)性能好？熱加工會(huì)造成哪些組織缺陷？陷？答：金屬的冷加工和熱加工的界限是以金屬的答：金屬的冷加工和熱加工的界限是以金屬的再結(jié)晶溫度來區(qū)分的。再結(jié)晶溫度來區(qū)分的。鍛件：鍛件：經(jīng)過熱塑性變形把粗大的柱狀晶和枝晶經(jīng)過熱塑性變形把粗大的柱狀晶和枝晶擊碎并形成等柱細(xì)晶組織，改善力學(xué)性能。還擊碎并形成等柱細(xì)晶組織，改善力學(xué)性能。還可將鑄態(tài)金屬中的疏松、氣孔、微裂紋，經(jīng)熱可將鑄態(tài)金屬中的疏松、氣孔、微裂紋，經(jīng)熱塑性變形被壓實(shí)或焊合，從而使組織致密，性塑性變形被壓實(shí)或焊合，從而使組織致密，性能提高。所以，鍛件比鑄件的力學(xué)性能好。能提高。所以，鍛件比鑄件的力學(xué)性能好。熱加工會(huì)造成纖維組織缺陷：熱加工會(huì)造成纖維組織缺陷：經(jīng)熱塑性變形后，金屬中的非金屬夾雜物沿經(jīng)熱塑性變形后，金屬中的非金屬夾雜物沿著變形的流動(dòng)方向破碎和拉長(zhǎng)，并沿著被拉著變形的流動(dòng)方向破碎和拉長(zhǎng)，并沿著被拉長(zhǎng)的金屬晶粒的界面分布，形成纖維組織長(zhǎng)的金屬晶粒的界面分布，形成纖維組織（流線），使金屬的性能具有明顯