工程材料与机械制造基础答案

'第一章 金属材料的力学性能

1、在测定强度上6 s 和6 0.2有什么不同？ 答：6 s 用于测定有明显屈服现象的材料，6

0.2用于测定无明显屈服现象的材料。

2、什么是应力？什么是应变？它们的符号和单位各是什么？ 答：试样单位截面上的拉力称为应力，用符号 6表示，单位是 MPa 。

试样单位长度上的伸长量称为应变，用符号

£表示，应变没有单位。

3、画出低碳钢拉伸曲线图， 并指出缩颈现象发生在拉伸图上哪一点？断裂发生在哪一点？若没

有出现缩颈现象，是否表示试样没有发生塑性变形？ 答：

b 点发生缩颈现象， k 点发生断裂。

若没有出现缩颈现象，试样并不是没有发生塑 形性变，而是没有产生明显的塑性变形。

4、将钟表发条拉直是弹性变形还是塑性变形？怎样判断它的变形性质？

答：将钟表发条拉直是弹性变形，因为当时钟停止时，钟表发条恢复了原状，故属弹性变形。

5、在机械设计时采用哪两种强度指标？为什么？ 答：（1）屈服强度。因为大多数机械零件产生塑性变形时

即告失效。

（2）抗拉强度。因为它的数据易准确测定，也容易在手册中查到，用于一般对塑性变形要 求不严格的

零件。

6、设计刚度好的零件， 应根据何种指标选择材料？采用何种材料为宜？材料的 性愈差，这种说法是否正确？为什么？

答： 应根据弹性模量选择材料。要求刚度好的零件，应选用弹性模量大的金属材料。

金属材料弹性模量的大小，主要取决于原子间结合力（键力）的强弱，与其内部组织关系不 大，而材料的塑性是指其承受永久变形而不被破坏的能力，与其内部组织有密切关系。两者无 直接关系。故题中说法不对。

7、常用的硬度测定方法有几种？其应用范围如何？这些方法测出的硬度值能否进行比较？ 答：工业上常用

的硬度测定方法有：布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏硬度法。

其应用范围：布氏硬度法应用于硬度值 HB 小于 450 的毛坯材料。 洛氏硬度法应用于一般淬火件、

调质件。 维氏硬度法应用于薄板、淬硬表层。

采用不同方法测定出的硬度值不能直接比较，但可以通过经验公式换算成同一硬度后，再 进行比较。

8、布氏硬度法和洛氏硬度法各有什么优缺点？各适用于何种场合。

测定其硬度？

答：布氏硬度法： （ 1）优点：压痕面积大，硬度值比较稳定，故测试数据重复性好，准确度较 洛氏硬度

法高。

（2）缺点：测试费时，且压痕较大，不适于成品、小件检验。

E 值愈大， 其塑

下列情况应采用哪种硬度法

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52

5

2

（3） 洛氏硬度法：（1） （2）

（3）

应用：硬度值 HB 小于450的毛坯材料。

优点：设备简单，测试简单、迅速，并不损坏被测零件。 缺点：

测得的硬度值重复性较差，对组织偏析材料尤为明显。 应用：一般淬火件，调质件。 库存钢材一布氏硬度；锻件一布氏硬度；锉刀一布氏硬度 台虎钳钳口一洛氏硬度 ；硬质合金刀头一洛氏硬度 黄铜轴套 供应状态的各种碳钢钢材一一布氏硬度 硬质合金刀片一一洛氏硬度 布氏硬度 9、疲劳破坏是怎样形成的？提高零件疲劳寿命的方法有哪些？ 为什么表面粗糙和零件尺寸 增大能使材料的疲劳强度值减小？为什么疲劳断裂对机械零件潜在着很大的危险性？交变应力 和重复应力区别何在？ 答：由于材料表面或内部有缺陷，这些缺陷处的局部应力大于屈服强度，从而产生局部塑性变 形而断裂。这些微裂纹随应力循环次数的增加而逐渐扩展，使承载的有效面积减少，以致不能 承受所加载荷而突然断裂。 提高疲劳寿命的方法，就是消除或减少疲劳源及延缓疲劳裂纹的扩展。一般在结构上避免 应力集中；制定合理的工艺；使材料得到韧性组织，减少内部缺陷；降低表面粗糙度，避免表 面不划伤、腐蚀；强化表面，在材料表面形成压应力。 表面粗糙易形成疲劳源。零件尺寸增大，其内部组织不易均匀，也易存在夹杂物等各种缺 陷，这些易形成疲劳源，并加快疲劳裂纹的扩展。 因为材料在受到远低于屈服应力的外力作用下，在没有明显塑性变形的条件下，产生的突 然断裂，属低应力脆断。 12、试画出疲劳曲线，并说明疲劳曲线所表示的含义。 答： 疲劳曲线表明，金属材料承受的交变应力越大，则材料断裂时应力循环次数越少。反之, 应力循环次数越大。 13、拉伸试样的原标距为 50mm ，直径为10mm ，拉伸试验后，将已断裂的试样对接起来测量， 若断后的标距为 79mm ，缩颈区的最小直径为 4.9mm ,求该材料的伸长率和断面收缩率的值。 型旦

100% 58%

50 答: * 76%

第二章 材料凝固与结晶

1、求出体心和面心立方晶格的致密度。

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3

面心立方晶格的致密度 原子数单个原子的体积

单个晶胞的体积

2、什么是过冷度？它对结晶过程和晶粒度的影响规律如何？ 答：过冷度就是理论结晶温度和实际结晶温度相差

的度数。

在一般冷却条件下，过冷度愈大，结晶过程进行的愈快。过冷度增加，形核率和长大速度 同时增加，但形核率增加的更快，所以随着过冷度的增加，晶粒细化。

3、什么是同素异晶转变？试画出纯铁的冷却曲线，并指出室温和 不同？分析

曲线中出现“平台”的原因。

答：随温度的改变，固态金属晶格也随之改变的现象，称为同素异晶转变。 纯铁的冷却曲线：

室温纯铁晶格：体心立方体晶格

1100C 纯铁晶格：面心立方晶格

1538 C 铁发生了结晶，1394 C 和912 C 铁发生了重结晶，结晶放出的热量与冷却散失的热 量相等，使

冷却曲线上出现了水平线。

4、简述实际金属晶体和理想晶体在结构和性能上的主要差异。 答：结构上：实际金属晶体为多晶体，理想晶体

为单晶体。

性能上：实际金属晶体表现为各向同性，理想晶体表现为各向异性。

5、常见的金属晶体结构有哪些？它们的原子排列和晶格常数各有什么特点？ a Cu Ni 、Cr 、V 、Zn 各属于何种晶体结构？

答：常用的晶体结构有：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。 体心立方晶格：立方体中心和立方体结点各占有一个原子，

a=b=c , a= 3= Y= 90°

面心立方晶格：立方体六个表面中心和立方体结点各占有一个原子。 a=b=c , a= 3= Y= 90°

密排六方晶格：六方晶格的上、下底面中心和六方柱体的结点各占有一个原子 ，六方柱体中心有

三个原子构成等边三角形。

晶格常数a=bM c , a= 3= 120° , Y= 90° a-Fe 、Cr 、V 属于体心立方晶体；

丫Fe 、Al 、Cu 、Ni 属于面心立方晶格；

Mg 、Zn 属于密排六

方晶格。

6、液态金属结晶时，细化晶粒的方法有哪些?

答：液态金属结晶时，细化晶粒的方法有：

晶粒愈细小，材料的强度、硬度、塑性、 7、实际金属晶体中存在哪些缺陷？对性能有什么影响? 答：实际金属晶体中有点、线、面三类缺陷。

4 - 3.14 p a

3 V 4

0.7

4

1100C 时的纯铁晶格有什么

-Fe 、丫 -Fe Al 、

晶粒大小对材料的力学性能有何影响? (1) 加快冷却速度，增加过冷度；

(2) 变质处理； 韧性愈高；反之愈

低。

(3)附加振动。