内容发布更新时间 : 2024/6/29 19:45:24星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

第一章 力学性能及工艺性能 习题答案

1．何谓金属的力学性能？金属的力学性能包括那些？

答：力学性能又称机械性能，是指金属材料在外力（载荷）作用下所表现出的抵抗变形和破坏的能力。常用的力学性能有强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度等。

2．何谓强度？衡量强度的常用指标有那些？各用什么符号表示？

答：金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力，称为强度。工程上常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。屈服强度σs和抗拉强度σb

3．何谓塑性？衡量塑性的指标有哪些？各用什么符号表示？

答：塑性是指断裂前材料产生永久变形的能力。常用的塑性指标是断后伸长率δ和断面收缩率Ψ。

4．某厂购进出一批40钢材，按国家标准规定，其力学性能指标应不低于下列数值：σ

S

=340MPa,σb=540MPa，δ=19%，ψ=45%。验收时，用该材料制成d0=1×10m的短试样（原

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始标距为5×10m）作拉伸试验：当载荷达到28260N时，试样产生屈服现象；载荷加至45530N时，试样发生缩颈现象，然后被拉断。拉断后标距长为6.05×10m，断裂处直径为7.3×10m。试计算这批钢材是否合格。

答; 实际σs = 360MPa >国家标准规定σS=340MPa

实际σb = 580MPa>国家标准规定σb=540MPa 实际δ＝21％ >国家标准规定δ=19% 实际ψ = 46.8％ >国家标准规定ψ=45% 因此，这批40钢材合格

5．何谓硬度？常用的硬度指标有哪三种？各用什么符号表示？HB与HRB有什么区别？ 答：硬度是指材料表面上抵抗局部变形或破坏的能力。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

布氏硬度HB，洛氏硬度HR，维氏硬度HV。HB是布氏硬度指标HRB洛氏硬度。 6．何谓疲劳破坏？其产生的原因是什么？

答：材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程称为疲劳破坏。一般认为是：由于材料内部有气孔、疏松、夹杂等组织缺陷，表面有划痕、缺口等引起应力集中的缺陷，导致产生微裂纹，随着循环次数的增加微裂纹逐渐扩展，最后造成工件突然断裂破坏

7．何谓金属的工艺性能？主要包括哪些内容？

答：工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的适应能力，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能等。

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8. 常用的金属晶格类型有哪几种？其晶胞特征怎样？。

答：常见的晶格类型有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格三种。体心立方晶格的晶胞是一个立方体，立方体8个顶角和立方体中心各有1个原子，如图1.6所示。面心立方晶格的晶胞也是立方体，8个顶角和6个面的中心都各有1个原子，如图1.7所示。密排六方晶格的晶胞是一个正六方柱体，12个顶角和上、下面中心各有1个原子，晶胞内部还有3个原子，如图1.8所示。

9. 金属的实际晶体结构有何特点？

答：1）金属的实际晶体结构多晶体结构。实际使用的金属材料，绝大部分并非理想的单晶体，而是由许多小晶体（晶粒）组成的多晶体。2）金属的实际晶体结构存在晶体缺陷。存在点缺陷、线缺陷与面缺陷。

10．何谓结晶？结晶过程的基本规律是什么？

答：金属的结晶是金属原子的聚集状态由无规则的液态，转变为规则排列的固态晶体的过程。液态金属的结晶过程由晶核的形成和晶核长大两个环节组成。液态金属冷却到一定温度时，液体中有部分原子开始按一定规则排列，形成细小的晶胚，部分尺寸较大的晶胚形成继续结晶的核心，称之为晶核。晶核在冷却过程中不断集结液体中的原子而逐渐长大，同时新的晶核也不断形成和长大，直至由晶核长大形成的晶粒彼此接近，液态金属逐渐消失而完成结晶。

11. 结晶过程中如何控制晶粒大小？它有何作用？

答：金属晶粒的大小产要取决于结晶过程中的形核率N（单位体积中单位时间形成的晶核数）和晶核长大速率G（单位时间内晶核长大的线速度）。形核率N大，则结晶后晶粒多、细；而长大速率G大，则晶核长大快，晶粒就粗大。

在一般冷却条件下，冷却速度提高，则过冷度大，而形核率和长大率均随过冷度增大而增大。由于 随过冷度增大形核率比长大率增加得快，因此最后结果是晶粒细化。

除了控制过冷度可以控制晶粒大小外，在结晶过程中进行变质处理，也是常用的控制手段。变质处理是在液态金属浇注前专门加入可成为非自发晶核的固态变质剂，增加晶核数，提高形核率，达到细化晶粒的目的。

此外，还有采用机械振动、超声振动和电磁振动等方法，使结晶过程中形成的枝晶折裂碎断，增加晶核数，达到细化晶粒的目的。

实际金属结晶后形成多晶体，晶粒的大小对力学性能影响很大。一般情况下，晶粒细小则金属强度、塑性、韧性好，且晶粒愈细小，性能愈好。

12. 金属铸锭组织有哪几个晶粒区？说明它们的形成过程？

答：（1）表层细晶区 液态金属注入低温铸锭模时，接触金属模壁的液态金属层被激冷，很大的过冷度使形核率很大，同时金属模壁还能促进非自发晶核的产生，因此在铸锭表层形成等轴细晶粒区。

（2）柱状晶粒区 在表层细晶粒区形成的同时，模壁温度逐渐升高，使金属液的冷却速度逐渐降低，过冷度减小，形核率降低而长大率变化不大。由于垂直模壁方向散热较快，有利于散热反向的结晶，晶粒没此方向长大较快，因此形成垂直于模壁向内部金属液生长的柱状晶粒区。

（3）中心等轴晶粒区 随着柱状晶粒的形成，铸锭模内心部剩余金属液的散热冷却已无明显的方向性，趋于均匀冷却并处于相近的过冷状态，同进液态金属中的杂质和枝晶碎片也集聚到为这最后结晶的中心部分，在不大的过冷度下最后形成晶粒较为粗大的等轴晶粒区。

13. 什么叫同素异晶转变？试用纯铁为例作说明。

答：金属这种在固态时随温度变化而晶格类型发生变化的现象，称为同素异晶转变，也称同素异构转变。

15380C液态铁Feδ

?-Fe?γ-Fe?α-Fe 。

13940C9120C14. 什么叫合金相图？有什么应用意义？

答：合金相图又称合金状态或合金平衡图，是表示平衡条件下合金成分、温度和组织状态之间关系的图形。根据相图可以知道不同成分的合金，在不同温度下的相组织状态，温度变化时可能发生的转变，还可根据组织状态估测合金的性能，作为制订铸造、锻压、焊接和热处理等热加工工艺的主要依据。

15. 什么叫固溶强化？

答：通过溶入溶质原子形成固溶体使晶格畸变，从而使固溶体的强度、硬度比溶剂要高的强化手段称固溶强化。

16. 铁碳合金中有哪些基本组织？其有何性能特点？分析含碳量为0.45%及1.2%的碳钢由液态缓冷至室温时的组织转变。

答：铁和碳相互作用而形成的基本组织有：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。 17. 默画Fe-Fe3C相图（简化），说明图中特性点、线的意义，产并填写各区域组织组成物。 答：见图1.14

18. 铁碳合金根据碳含量和室温组织不同，分为哪三种，其碳含量和组织有何不同？