工程材料习题答案

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，所以测岀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岀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：只要测岀材料的断裂韧性，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2-1

a -Fe，3 -Fe，Cr，V 属体心，

Y -Fe, Cu, Ni, Pb 属面心,

Mg, Zn属密排六方。

（m ）故％-Fe的晶格常数

2.933xlO_10^

1mm3中a -Fe的原子数

(lxlO^)3

(2 933xl0^°y

X2=7.927X10L9

个。

5、（111）、（011）、

（001）［111］、

［011］、（001 ）。

4、由…有

2.54x10

= 2 933xlO Ha

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。

& a -Fe的原子排列密度为0.68,

丫-Fe的原子排列密度为0.74,

由于丫-Fe的晶格间隙较大，所以，丫-Fe的渗碳能力大于a -Fe。

9、体积会膨胀，这是因为a -Fe的密度小于丫-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^a + 3

包晶：L+ a^3

共析：a^B + 丫。

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a固溶体。

7、

< 2)结晶过程：

15%k ：

L-^p+-

Ir+p+C 甸他：L-* P +-L-* P + (

60KA,: L-+L+n-?-a-^a + pu 欄a 既

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＜习题四

＞