工程材料习题集参考答案(第一章)

习题集部分参考答案

吴超华老师提供

1工程材料的分类与性能

思考题

1.写出下列力学性能符号所代表的力学性能指标的名称和含义。

答：σe: 弹性极限，试样发生最大弹性变形时对应的应力值。

σs: 屈服强度（屈服点），试样拉伸中载荷达到S点后，发生屈服现象，S点对应的应力值称为屈服强度。

σ0.2: 试验产生0.2%的残余塑性变形时对应的屈服强度

σb: 抗拉强度，试样在断裂前所能承受的最大应力。

σ-1: 疲劳强度，材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。

δ: 伸长率，试样拉断后的标距伸长量与原始标距之比。

φ: 收缩率，试样拉断处横截面积的收缩量与原始横截面积之比。

α

冲击韧性，材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。

KV：

HRC: 洛氏硬度，在洛氏硬度计上，将顶角为1200的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬硬钢球压头在一定载荷F的作用下压入被测材料的表面，然后根据压痕的深度

来测量所得的硬度值。

HV: 维氏硬度，将顶角为1360的正四棱锥金刚石压头以一定的载荷压入试样表面并保持一定的时间后卸除试验力，所使用的载荷与试样表面上形成的压痕的面积之比。

HBS: 布氏硬度，用一直径为D的标准钢球,以一定压力P将球在被测金属表面上经T 秒后，撤去压力，由于塑性变形,在材料表面形成一个凹印，用这个凹印的球形面

积去除压力P，由所得值表示材料硬度。

2.低碳钢试验在受到静拉力作用直至拉断时经过怎样的变形过程？

答：先是弹性变形阶段（Oe段）；然后是屈服阶段（es段）；再是强化阶段（sb段）；最后是缩颈阶段（bk段）。如图1所示。

3.3. 通常把工程材料分为哪几类？各举二个例子。

答：工程材料一般分为金属材料、非金属材料和复合材料。金属材料如汽车发动机的缸体、连杆、活塞和气门等。非金属材料如各种塑料（公交车上的塑料座椅、汽车驾驶台的塑料面板和各种塑料玩具等）、橡胶（汽车轮胎、密封条等）、陶瓷（花瓶、唐三彩、瓷碗等）。复合材料如碳纤维、玻璃钢和风力机叶片等。

4.是比较布氏、洛氏、维氏硬度的特点，指出各自最适用的范围。

答：布氏硬度测量所得的硬度值比较准确、稳定。适用于测量退火、正火、调质钢，铸铁及有色金属的硬度（软材料）。洛氏硬度测试过程简单、迅速，适用范围广，压痕小，但精确度不如布氏硬度的测量结果。适用于硬质合金、表面硬化层钢、淬火钢等。维氏硬度压痕轮廓较清晰，具有较高的对线精确度，测量精确度较高。适应于精密仪表中的薄件、小件以及镀层、渗碳、渗氮层等的硬度测定。

4.下列几种工件的硬度适宜哪种硬度法测量？淬硬的钢件；灰口铸铁毛坯件；硬质合金刀片，渗氮处理后钢件表面渗氮层的硬度。

答：淬硬的钢件适合用洛氏硬度计测量；灰口铸铁毛坯件适合用布氏硬度计测量；硬质合金刀片适合用洛氏硬度计测量；渗氮处理后钢件表面渗氮层的硬度适合用维氏硬度计测量。

习题

1.名词解释

强度；硬度；塑性，韧性，刚度。

答：强度：金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力。

硬度：材料抵抗另一硬物体压入其内的能力。

塑性：材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。

韧性：金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力。

刚度：机械零件或构件抵抗变形的能力。

2.举例说明在日常用品中，哪些是钢铁制造的，哪些是用有色金属及合金制造的。

答：用钢铁制造的日常用品有金属水龙头和金属水管，自行车上的车身、龙头、链条、轴承，站架，汽车的车身、车桥、发动机等大部分零部件，铁门，防盗网等等。用有色金属制造的日常用品有铜线、铅字、焊锡、铝壶等等。用有色金属制造的日常用品有飞机发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架；人造骨骼；铝合金门框；硬币等等。

3.判断下列说法是否正确，并说明理由。

（1）材料塑性、韧性愈差则脆性愈大。

(2) 屈强比大的材料作零件安全可靠性高。

(3) 材料愈易产生弹性变形其刚度愈小。

(4) 伸长率的测值与试样长短有关，δ5>δ10

(5) 冲击韧度与试验温度无关。

(6) 同一材料的σ-1，一般都小于σs。

(7) 较低表面粗糙度值，会使材料的σ-1值降低。

(8) 材料综合性能好，是指各力学性能指标都是最大的。

(9) 材料的强度与塑性只要化学成分一定，就不变了。

（10）机器中的零件在工作时，材料强度高的不会变形，材料强度低的一定会产生变形。

（11）屈服点是表征材料抵抗断裂能力的力学性能指标。

（12）所有的金属材料均有明显的屈服现象。

答：1对。脆性是指材料在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的变形即断裂破坏的性质。塑性和韧性愈差，脆性就愈大。

2错。安全可靠性是个综合指标，它与材料的物理性能、化学成分、测试环境等有关，并不能笼统地说屈强比大的材料作零件安全可靠性高

3对。刚度是材料力学中的名词，定义为施力与所产生变形量的比值，表示材料或结构抵抗弹性变形的能力。越容易产生弹性变形，则刚度愈小。

4错。伸长率的测值与试样的长径比有关。

5错。冲击韧性与试验温度有一定的关系，因为试样在某种组织状态下（BCC），冲击韧性将随温度的变化而变化。

6对。σs是屈服极限，是材料发生屈服现象时对应的应力值；σ-1是指材料在可经受无数次应力循环而不被破快的应力值，σ-1一般都在弹性变形阶段。

7对。表面粗糙度对承受交变载荷的零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下，表面粗糙度波谷处容易形成疲劳源，产生疲劳裂纹。并且表面粗糙度越大，

表面划痕越深，其抗疲劳破坏能力越差。

8错。材料综合性能好是指零件的常规力学性能指标具有良好的配合（搭配），并不是指所有的力学性能指标都是最高的。

9错。材料的强度与塑性均属于“组织敏感量”，在化学成分一定的情况下，将随材料的组织变化而变化。

10错。零件在工作时，材料变形不仅与自身的强度有关，还与设备使用环境、设备使用程度、操作者熟练程度等工况有很大的关系。

11错。屈服点是表示材料抵抗微量塑性变形的能力，表征材料抵抗断裂能力的力学性能指标是抗拉强度。

12错。塑性材料有明显的屈服现象，而脆性材料（铸铁）就没有，所以常用发生形变为0.2%时所对应的应力值作为它们的屈服强度。

4.金属材料的力学性能包括哪些方面？

答：金属材料的力学性能是材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能。常见的性能指标有弹性（弹性极限）、塑性（伸长率和收缩率）、冲击韧性、强度（屈服强度和抗拉强度）、硬度和疲劳强度。