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《机械工程材料》复习思考题答案 一

赵亚忠主编 西安电子科技大学出版社

第1章 工程材料的性能及使用性能要求

1、名词解释:强度，硬度，弹性，塑性，韧性，韧脆转变温度。

答：强度是反映材料承力能力的力学指标，一般指材料不发生塑性变形时的承力能力，或是不发生断裂破坏时的承力能力；

硬度是衡量材料软硬程度的性能指标，反映了材料表面抵抗局部塑形变形的能力；

弹性是材料受外力作用时产生变形，当外力去除时，变形随之消失，材料恢复到原来形状尺寸的性能；

塑性是表征材料在静载荷作用下，断裂前发生永久变形能力的指标；

韧性反映材料抵抗冲击载荷破坏或是交变载荷破坏的能力。冲击韧性反映材料对冲击负荷的抵抗能力，用材料冲击断裂时所能吸收的能量与截面积的比值表示；断裂韧性反映材料阻止微裂纹失稳扩展的能力。

韧脆转变温度是指对某些合金当温度低于某一温度时，材料由韧性状态转变为脆性状态，此时的温度为韧脆转变温度。

2、说明以下符号的含义及其单位。

①Rm；②Rel (R0．2)；③R-1；④A；⑤Z；⑥aK；⑦K I；⑧K I c；⑨??t

答：①Rm为抗拉强度，表示材料在拉断前所能承受的最大应力，单位为MPa； ②Rel 表示屈服强度，是指材料在外力作用下开始产生塑性变形的最低应力值。对于在σ－ε曲线上没有屈服平台的材料，把使试样产生0.2%的残余塑性变形量的应力值规定为该材料的条件屈服强度，用R0．2表示，单位为MPa；

③R-1表示疲劳强度，是指材料在无限次交变应力作用下而不发生疲劳断裂的最大应力，单位为MPa；

④A表示断后伸长率，是指试样拉断后标距的伸长量与原始标距长度的百分比，无量纲，%； ⑤Z表示指断面收缩率，是指试样拉断后缩颈处截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，无量纲，%；

⑥aK表示冲击韧度，是指材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力，单位为J/cm2； ⑦K I表示应力场强度因子，它反映裂纹尖端应力场的强弱，单位为MPa?ｍ1/2；

⑧K I c表示断裂韧性，是指应力场强度因子KI的临界值，是反映材料抵抗裂纹失稳扩展能力的力学性能指标，单位为MPa?ｍ1/2；

⑨??t表示持久强度，反映材料长期在高温应力作用下抵抗断裂的能力。持久强度用在一定温度下，达到规定的使用时间而不断裂的最大应力来表示，单位为MPa 。

3、材料的弹性模量E的工程含义是什么？它和零件的刚度有什么关系？

答: 材料在弹性范围内变形，其应力与应变的比值称为弹性模量，即E??/?。E表示材料抵抗弹性变形的能力，表征材料的刚度，单位MPa。E值愈大，即材料刚度愈大，材料愈不容易产生弹性变形。E值的大小主要取决于各种材料的本性，反映了材料内部原子结合键的强弱。

材料的刚度E不等于零件的刚度，因为零件的刚度除了取决于材料的刚度外，它还与受力形式及零件形状尺寸有关，可以通过增加零件截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。

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4、现有标准圆柱形的长、短拉伸试样各一根，原始直径d0=10mm，经拉伸试验测得其断后伸长率均为25%，求两试样拉断后的标距长度。

答: 对短试样，L0＝5d0＝5×10=50mm；对长试样，L0＝10d0=10×10＝100mm, 由断后伸长率公式A=（L1-L0）/L0×100%可知，

对短试样：L1?A?L0?L0?25%?50?50?62.5mm对长试样：L1?A?L0?L0?25%?100?100?125mm

5.强度、塑性、冲击韧性指标在工程上各有哪些实际意义？

答:强度是反映材料承力能力的力学指标，一般指材料不发生塑性变形时的承力能力，或是不发生断裂破坏时的承力能力；在工程上，零件所受的应力在屈服强度之下，零件在使用过程中不会发生塑性变形；零件所受的抗拉强度之下，零件在使用过程中不会断裂破坏。

塑性表征材料断裂前发生永久变形的能力。较好的材料才可以进行变形加工。塑性好的材料，不易脆断，应用时安全性比较好；

冲击韧性反映金属材料对外来冲击负荷的抵抗能力。 6.比较布氏、洛氏、维氏硬度的测量原理及应用范围。

答：①布氏硬度的测量原理：用一定大小的试验力F，把直径为D的淬火钢球或硬质合金球压入被测金属的表面，保持规定的时间后卸除试验力，用读数显微镜测出压痕平均直径d，然后按公式求出布氏硬度HB值，或者根据d从已备好的布氏硬度表中查出HB值。

HB?F2F ?22S?D(D?D?d)布氏硬度的应用范围：布氏硬度测量方法适用于铸铁、非铁合金、各种退火及调质钢材，不宜

测太硬、太小、太薄和表面不允许有较大压痕的试样或工件。

②洛氏硬度通过直接测量压痕深度来确定硬度值。洛氏硬度是用顶角为120°金刚石圆锥体或直径为1/16英寸（1.588mm）的淬火钢球作压头。在主载荷F作用下将压头压入材料，测量压痕深度h。用公式计算硬度：HR?(K?h)。压痕深度越大，材料越软；压痕深度越小，材料越硬。

0.002洛氏硬度应用范围：洛氏硬度大多用做硬度较高的材料的测定，如淬火钢等。洛氏硬度测量范围广，操作简便，压痕小；可测量成品，较薄的工件。

③维氏硬度用顶角为136°的金刚石四棱锥体作为压头，在一定的载荷F作用下压入试样表面，保持一定时间后卸除载荷，在试样表面形成一底面为正方形的四方形锥形压痕，测量压痕二对角线的平均长度d，根据d算出压痕的表面积S，以F/S作为维氏硬度值，并以HV表示。其计算公式为：

HV?FFF?2?1.85442 Sd/2sin68d维氏硬度应用范围：用来测量表面硬化层的硬度、电镀层的硬度、小件和薄片等的硬度，还广泛用于材料研究中测量合金相的硬度。

7.在下列材料或者零件上测量硬度，用何种硬度测试方法最适宜？ ?锉刀 ?黄铜 ?弹簧 ?硬质合金刀片 ⑤淬火钢

答：①锉刀：洛氏硬度，维氏硬度；②黄铜：布氏硬度，维氏硬度；③弹簧: 洛氏硬度； ④硬质合金刀片：维氏硬度，洛氏硬度 ⑤淬火钢：布氏硬度、洛氏硬度。

8.在零件设计时必须考虑的力学性能指标有哪些？为什么？

答：在零件设计时必须考虑的力学性能指标有：抗拉强度、屈服强度、硬度、冲击韧性、疲劳

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强度、弹性模量等。

因为这些都是零件力学性能的体现，反映了材料在受力后表现出来的能力,比如抗拉强度反映材料抵抗破坏的能力；屈服强度反映零件受力时不产生塑性变形的应力水平。工程材料的力学性能很重要，除特殊性能要求以外，在材料选用时主要考虑其力学性能。

9、工程材料有哪些物理性能和化学性能？

答：工程材料的物理性能有：密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性和磁性等性能，它们都是材料固有的属性； 材料的化学性能是指材料与使用的介质发生化学反应的能力，常见的化学性能包括：耐腐蚀性、抗氧化性、热稳定性等。

10、什么是材料的热膨胀性？

答：热膨胀性是指材料受热时体积发生胀大的现象。热膨胀系数α是衡量热膨胀性的指标。α表示固体在温度每升高1K时长度或体积发生的相对变化量。

11、材料的使用性能要求有哪些？谈谈怎样确定材料的使用性能要求？

答：材料的使用性能要求有：①力学性能要求；②使用温度要求；③耐腐蚀性能要求；④耐磨损性能要求等。

在确定材料所需要具有的性能及其指标时，主要从两个方面给以考虑：①零件的负载情况；②材料的使用环境。根据零件使用时的受力种类和受力大小、工作温度、介质情况等来确定对材料的性能要求。大多数零件正常工作时所需要的性能都有先例可循，能从相关《机械产品设计手册》中查到相关数据，少数零件的性能要求及性能指标需要专门的试验来测量。

12、怎样评定材料的高温性能要求？

答：在高温下，材料的强度、硬度严重降低，加之高温氧化或高温腐蚀等因素，使材料性能急剧下降。因此在高温下使用的零件，可根据材料的高温持久强度、蠕变强度、或高温韧性，结合零件的承力要求来选材。

13、工程材料为什么有耐腐蚀性能要求？

答：腐蚀的危害极大，不仅浪费材料，还往往会带来停产、人身安全、和环境污染等事故；因此对工程材料有耐腐蚀性要求，并对零件进行腐蚀防护。

14、什么是工艺性能？材料的工艺性能有哪些？

答：材料的工艺性能是指材料应具备适应某种加工工艺方法的能力。工艺性能的好坏，决定了材料能否进行加工和如何进行加工，还会影响零件性能和零件制造成本。金属材料的工艺性能包括五大方面：

铸造性能：材料铸造成形时获得优良铸件的能力。 压力加工性能：材料对压力加工成形的适应能力。 焊接性能：材料对焊接加工的适应性称为焊接性能，其体现了在确定的焊接方法和焊接工艺下，获得优质焊接接头的难易程度。

切削性能：是指材料被刀具切削加工后成为合格零件的难易程度。 热处理工艺性：反映材料热处理的难易程度和产生热处理缺陷的倾向大小。主要包括：淬透性、回火稳定性、回火脆性、氧化脱碳倾向性和淬火变形开裂倾向性等。

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