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习题一 工程材料的性能

1、由拉伸试验可得出哪些力学性能指标?在工程上这些指标是如何定义的？ 2、说明σs，σb，δ，ψ，E、G、σ-1，αk符号的意义和单位？ 3、在测定强度上σs和σ0.2有什么不同?

4、在设计机械零件时常用哪两种强度指标？为什么?

5、在何种服役条件下，屈服强度、抗拉强度、疲劳强度是设计中最有用的数据？

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E越大，其塑性越差，这种说法是否正确? 为什么？

7、 材料的弹性模量E的工程含义是什么？它和零件的刚度有何关系？ 8、 什么是弹性模量E？金属弹性模量的大小主要取决什么因素？ 9、 金属材料刚度与金属机件刚度两者含义有何不同？

10、试区别材料刚度与弹性的概念，一个弹簧由于刚度不足或弹性差产生的失效现象有何不同？如何防治二者造成的失效？

11、有一低碳钢拉伸试件，d0=10.0mm，L0=50mm，拉伸实验时测得Fs=20.5kN，Fb=31.5kN，d1=6.25mm，L1=66mm，试确定此钢材的σs，σb，δ，ψ。

12、拉伸试件的原标距长度为50mm，直径为10.0mm，拉断后对接试样的标距长度为79mm，缩颈区的最小直径为4.9mm，求其δ，ψ。这两个指标，哪个表征材料的塑性更准确？塑性指标在工程上有哪些实际意义？

13、一根直径为2.5mm的3m长钢丝受载荷4900N后，有多大变形？（钢丝的弹性模量为 205000MN/m2）

14、标距不同的伸长率能否进行比较？为什么？

15、现有标准圆形长、短试件各一根，原始直径d0=10mm，经拉伸试验，测得其延伸率δ5 和δ

10

均为25%，求两试件拉断时的标距长度？这两个试件中那一个塑性较好？为什么？

16、常用的硬度试验方法有几种？其应用范围如何?这些方法测出的硬度值能否进行比较？ 17、甲乙丙丁四种材料的硬度分别是45HRC，90HRB，800HV，240HBS，试比较这四种材料硬 度的高低。

18、下列各种工件应采取何种硬度试验方法来测定其硬度？（写出硬度符号）

锉刀、黄铜轴套、供应状态的各种非合金钢钢材、硬质合金刀片、耐磨工件的表面硬化层、

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调质态的机床主轴、铸铁机床床身、铝合金半成品

19、在什么条件下应用布氏硬度比洛氏硬度试验好？布氏硬度试验有何局限？

20、当某一材料的断裂韧度KIC=62Mpa.m1/2，材料中裂纹的长度2a=5.7mm时，要使裂纹失稳扩展而导致断裂，需要多大的应力？（设Y=√π）

21、反映材料受冲击载荷的性能指标是什么?不同条件下测得的这种指标能否进行比较？怎 样应用这种性能指标？

22、Αk与KIC的概念有何不同？

23、疲劳破坏是怎样形成的？提高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？

24、同样材料同样大小的试样，一个表面光滑，一个表面有裂纹，那个疲劳强度高？为何？ 25、零件使用中所承受的交变应力是否一定要低于疲劳极限？有无零件的交变应力高于疲 劳极限的情况？

26、工程材料有哪些物理性能和化学性能？ 27、什么是材料的工艺性能？

习题二 金属与合金晶体结构和相图

1、 计算面心立方晶格的致密度。

2、 铁的原子半径为0.124nm，试计算体心立方和面心立方的晶格常数。

3、 已知Ｃｕ的原子直径为2.56Ａ，求Ｃｕ的晶格常数，并计算1mm３Ｃｕ中的原子数。 4、 填空题：

（1）晶体与非晶体结构上的最根本的区别是（ ）。 （2）γ-Fe的一个晶胞内的原子数为（ ）。

（3）结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，它们是（ ）和（ ）。 5、选择题

（1）晶体中的位错属于 a. 体缺陷 b.面缺陷 c.线缺陷

（2）金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将 a. 越高 b.越低 c.越接近理论结晶温度 （3）为了细化晶粒，可采取的措施是

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a. 快速浇注 b.加变质剂 c.以砂型代替金属型

6、 什么是过冷度？过冷度与冷速有何关系？过冷度对金属结晶后晶粒大小有何影响？ 7、 液态金属发生结晶的必要条件是什么？

8、 晶粒大小对力学性能有何影响？为什么？简述在凝固阶段细化晶粒的途径？ 9、 为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？ 10、如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下，铸件晶粒大小： （1）金属模浇注与砂模浇注 （2）铸成薄件与铸成厚件

（3）浇注时采用震动和不采用震动

11、什么是固溶体？固溶体有何晶格特性和性能特点？何谓固溶强化？ 12、试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别。 13、什么是金属化合物？金属化合物有何晶格特征和性能特点？何谓弥散强化？ 14、判断下列情况是否有相变：液态金属结晶，同素异晶转变

15、已知Ａ熔点600℃与Ｂ熔点500℃在液态无限互溶；在固态300℃时Ａ溶于Ｂ的最大溶解度为30%，室温时为10%，但Ｂ不溶于Ａ，在300℃时，含40%Ｂ的液态合金发生共晶反应，求：

（１）作出Ａ－Ｂ合金相图

（２）分析20%Ａ，45%Ａ和80%Ａ等合金的结晶过程，并确定室温下的组织组成物和相组成物的相对量。

16、一个二元共晶反应如下：Ｌ（75%）＝α（15%）＋β（95%） （１）含50%Ｂ的合金完全凝固时：

（ａ）初晶α与共晶（α＋β）的重量百分数 （ｂ）α相和β相的重量百分数

（ｃ）共晶体中α相和β相的重量百分数

（２）若显微组织中测出β初晶与（α＋β）共晶各占一半，求该合金成分

17、有形状、尺寸相同的两个Ｃｕ－Ｎｉ合金铸件，一个含９０％Ｎｉ，一个含５０％Ｎｉ，铸造后自然冷却，问哪个铸件的偏析比较严重。

18、现有A、B两组元，其熔点B＞A，组成二元匀晶相图，试分析以下说法是否正确？

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（1）A、B两组元的晶格类型可以不同，但原子大小一定要相等

（2）其中任一合金K，在结晶过程中由于固相成分沿固相线变化，故结晶出来的固溶体中的含B量始终高于原液相中的含B量。

（3）固溶体合金按匀晶相图平衡结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分都不相同，所以固溶体的成分是不均匀的。

19、何谓同素异晶转变？试画出纯铁的结晶冷却曲线和晶体结构变化图？

20、默画铁碳相图，并标注其关键点、线的成分和温度，标注各相区的相组成和组织组成物。写出共晶和共析反应式，并指出共晶和共析的异同点。

21、何谓碳素钢？何谓白口铁？两者的成分、组织和性能有何差别？

22、为何铸造合金常选用接近共晶成分的合金？为何要进行压力加工的合金常选用单相固溶体合金？

23、比较下列名词的异同：

（１）α-Fe，α相与铁素体，γ-Fe，γ相与奥氏体； （２）Fe３CⅠ，Fe３CⅡ，Fe３CⅢ，Fe３C共晶，Fe３C共析 （3）相成分与组织组分，高温萊氏体和变态萊氏体

24、默画出铁碳相图。填出各区域的相组分和组织组分。分析碳的质量分数分别为0.4%，0.77%，1.2%的结晶过程。指出这三种钢在1400℃、1100℃和800℃时奥氏体中的碳的质量分数。

25、说明含碳量分别为3.2%，4.3%和4.7%的铁碳合金的结晶过程和室温组织。

26、设珠光体的硬度为200HBS，伸张率δ＝20%，铁素体硬度80HBS，伸张率δ＝50%，计算Ｗc＝0.45%碳钢的延伸率与硬度。 27、依据铁碳相图，解释下列现象：

（1）在室温下，Ｗc＝0.8%的碳钢比Ｗc＝0.4%的碳钢硬度高，比Ｗc＝1.2%的碳钢强度高。 （2）钢铆钉一般用低碳钢制造

（3）绑扎物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物时都用钢丝绳（用60，65钢制造）

（4）在1000℃时，Ｗc＝0.4%的钢能进行锻造，而Ｗc＝4.0%的铸铁不能锻造。 （5）钳工锯削T8，T10，T12等退火钢料比锯削10，20钢费力，且锯条易磨钝。

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（6）钢适合压力加工成形，而铸铁适合铸造成形。 （7）变态莱氏体的塑性比珠光体差 28、依据铁碳相图计算，

（1）室温下，含碳0.6%的钢中珠光体和铁素体各占多少？ （2）室温下，含碳1.2%的钢中珠光体和二次渗碳体各占多少？ （3）铁碳合金中，二次渗碳体和三次渗碳体的最大百分含量？

（4）用杠杆定理计算珠光体、莱氏体在其共析温度、共晶温度时相组成物的相对量。 29、某工厂仓库有许多碳钢钢材（退火态），由于钢材混杂，不知道化学成分，现将其中一根，经金相分析，发现其组织为珠光体+铁素体，其中铁素体占80%，问此钢含碳量大约为多少？

30、对某退火碳素钢进行金相分析，其组织的相组成物为铁素体+渗碳体（粒状），其中渗碳体占18%，问此钢含碳量大约是多少？

31、对某退火碳素钢进行金相分析，其组织的相组成物为铁素体+渗碳体（网状），其中珠光体占93%，问此钢含碳量大约是多少？

32、现有两种铁碳合金，其中一种合金的显微组织中珠光体量占75%，铁素体量占25%，另一种合金显微组织中珠光体占92%，二次渗碳体量占8%，求出两类合金中碳的含量。 33、同样形状和大小的两块铁碳合金，其中一块是低碳钢，一块是白口铸铁，用什么简单的方法可迅速将它们区分开来？

34、在平衡条件下，45、T8、T12钢的硬度、塑性和强度孰大孰小？ 35、铸钢和铸铁的含碳量一般在什么范围？它们在应用上有何区别？ 36、判断题

（1）铁素体的本质是碳在α-Fe中的间隙相。（ ） （2）20钢比T12钢的碳质量分数高。（ ）

（3）发生共析反应的铁碳合金，其含碳量必须是0.77%。 37、填空题

（1）珠光体的本质是（ ）。

（2）在铁碳合金室温平衡组织中，含Ｆｅ３ＣⅡ最多的合金成分点为（ ），含低温莱氏体最多的合金成分点（ ）。

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