第四章金属材料的性能金属的晶体结构.
第四章金属材料的性能
第一节金属的机械性能
下列金属材料中属于脆性材料的是________。
A．低碳钢
B．铸铁
C．锰钢
D．铜
应力集中对塑性材料和脆性材料强度的影响分别是________。
A．小和大
B．大和小
C．大和大
D．小和小
金属材料在常温下的机械性能包括刚度、强度、硬度、疲劳极限、冲击韧性和________。
A．塑性
B．弹性
C．脆性
D．热硬性
测定金属材料的力学性能，常用的试验有________。
A．拉伸试验、硬度试验、再结晶试验、冲击试验
B．拉伸试验、硬度试验、再结晶试验、疲劳试验
C．拉伸试验、硬度试验、冲击试验、疲劳试验
D．拉伸试验、疲劳试验、再结晶试验、冲击试验
关于金属材料的机械性能，下列说法不正确的是________。
A．衡量金属材料的塑性，断面收缩率较延伸率更好
B．弹性模量是衡量金属材料刚度的指标
C．硬度是金属表面抵抗局部塑性变形的能力
D．材料的屈服强度较小，则零件的储备强度小，工作可靠性差
关于金属材料的机械性能，下列说法不正确的是________。
A．衡量金属材料的塑性，延伸率较断面收缩率更好
B．弹性模量是衡量金属材料刚度的指标
C．硬度是金属表面抵抗局部塑性变形的能力
D．常用的硬度指标有HB，HR，HV及HM共4种
金属材料在常温下的机械性能包括________。
Ⅰ．塑性；Ⅱ．弹性；Ⅲ．脆性；Ⅳ．热硬性；Ⅴ．强度；Ⅵ．冲击韧性。A．Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ
B．Ⅰ+Ⅴ+Ⅵ
C．Ⅱ+Ⅴ+Ⅵ
D．Ⅱ++Ⅲ+Ⅴ+Ⅵ
不同金属材料相比，刚度越大，其________越大。
A．弹形变量
B．塑性变形量
C．弹性模量
D．变形量
零件在工作状态中承受载荷作用不会发生破坏，但不允许产生过量的弹性变形的衡量指标是________。
A．硬度
B．塑性
C．强度
D．刚度
材料的弹性模量E与________无关。
A．材料金属本性
B．晶格类型
C．原子间距
D．显微组织
在一定的应力作用下，金属材料的刚度越大，则其变形量________。
A．越大
B．越小
C．不变
D．不一定
材料的弹性模量E主要取决于材料________。
Ⅰ．金属本性；Ⅱ．晶格类型；Ⅲ．显微组织；Ⅳ．原子间距；Ⅴ．尺寸。A．Ⅰ+Ⅱ+Ⅳ+Ⅴ
B．Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ
C．Ⅰ+Ⅱ+Ⅳ
D．Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+V
金属材料的刚度与________有关。
Ⅰ．弹性模量E；Ⅱ．热处理；Ⅲ．零件截面积；Ⅳ．材料内分子间作用力；Ⅴ．强度；Ⅵ．塑性。
A．Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ
B．Ⅰ+Ⅲ
C．Ⅱ+V
D．Ⅱ+Ⅳ+Ⅵ
低碳钢拉伸试验中，经过________阶段后，材料开始产生塑性变形。
A．弹性
B．屈服
C．疲劳
D．颈缩
没有缩颈现象的金属材料是________。
A．中碳钢
B．低碳钢
C．合金钢
D．灰铸铁
使用脆性材料时应主要考虑________。
A．应力
B．屈服极限
C．冲击应力
D．强度极限
工程上规定将产生________残余变形的应力值作为钢的屈服强度。
A．0.02%
B．0.05%
C．0.2%
D．0.5%
一般制造弹性零件的材料应具有较高的屈强比，通常的σs/σb≥________。A．0.6%
B．0.7%
C．0.8%
D．0.9%
________是金属材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的能力。
A．强度
B．塑性
C．刚度
D．冲击韧性
________是金属材料在外力作用下抵抗产生塑性变形的能力。
A．强度
B．塑性
C．屈服强度
D．抗拉强度
________是金属材料在外力作用下抵抗断裂的能力。
A．强度
B．塑性
C．屈服强度
D．抗拉强度
屈强比是σs与σb之比，即σs/σb，是工程上常用的参数。材料的屈强比越________，表示零件的储备强度越________。
A．小/小
B．小/大
C．大/大
D．大/小
关于材料强度的描述，下列说法不正确的是________。
A．除退火或热轧的低碳钢和中碳钢等少数合金有屈服现象外，大多数金属合金都没有屈服点和屈服现象
B．材料的屈强比越小，表示材料的σs较小，零件的储备强度大，工作可靠性大，因而可避免由于超载而突然断裂的危险，然而材料潜力未能充分发挥
C．一般制造弹性零件的材料应具有较高的屈强比，通常的σs/σb≥0.8
D．抗拉强度是金属材料抵抗微量塑性变形的能力
室温下金属材料的强度指标可用________表示。
Ⅰ．σb；Ⅱ．σbb；Ⅲ．σs；Ⅳ．σ0.2；Ⅴ．σ-1；Ⅵ．
T
t 。
A．Ⅰ+Ⅱ+Ⅳ
B．Ⅰ+Ⅲ
C．Ⅰ+Ⅲ+Ⅴ
D．Ⅰ+Ⅴ+Ⅵ
脆性材料的延伸率________。
A．＞1%
B．＜1%
C．＞5%
D．＜5%
在工程上，塑性材料的延伸率大于________。A．5%
B．10%
C．15%
D．20%
下列塑性最好的材料是________。
A．铸铁
B．低碳钢
C．高碳钢
D．中碳钢
更为准确反映金属材料塑性的指标是________。
A．a k
B．ψ
C．E
D．δ
金属材料的塑性表示为________。
A．αk或s
B．δ或ψ
C．σs或σb
D．HB或HRC
金属材料的塑性常用δ表示，其中δ5表示________。
A．标距长度为其直径的10倍
B．标距长度为其直径的5倍
C．标距长度为其直径的100倍
D．标距长度为其直径的50倍
金属材料在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力称为________。A．强度
B．塑性
C．屈服强度
D．抗拉强度
关于材料塑性的描述，下列说法正确的是________。
A．断面收缩率与金属材料的尺寸有关
B．延伸率与材料的尺寸无关
C．更为准确反映金属材料塑性的指标是断面收缩率
D．塑性是金属材料在外力作用下抵抗塑性变形的能力
金属材料的塑性指标有________。
Ⅰ．σb；Ⅱ．δ；Ⅲ．σs；Ⅳ．HB；Ⅴ．ψ；Ⅵ．αk。
A．Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ
B．Ⅰ+Ⅱ+Ⅳ
C．Ⅱ+Ⅴ
D．Ⅱ+Ⅴ+Ⅵ
关于材料的硬度，下列叙述不正确的是________。
A．洛氏硬度用HRA，HRB，HRC表示
B．布氏硬度用HBS和HBW表示
C．维氏硬度用HV表示且压痕最小
D．布氏、洛氏、维氏硬度计均采用金刚石压头
下列数值中，硬度最大的是________。
A．HBS500
B．HBS20
C．HRC17
D．HRC58
布氏硬度中的HBS法适用于测定________材料。
Ⅰ．普通碳钢；Ⅱ．淬火钢；Ⅲ．铸铁；Ⅳ．工具钢；Ⅴ．有色金属；Ⅵ．渗碳钢。
A．Ⅱ+Ⅲ+Ⅴ
B．Ⅰ+Ⅱ+Ⅴ
C．Ⅱ+Ⅳ+Ⅵ
D．Ⅰ+Ⅲ+Ⅴ
洛氏硬度中的HRC法适用于测定________材料。
Ⅰ．普通碳钢；Ⅱ．淬火钢；Ⅲ．铸铁；Ⅳ．硬度合金；Ⅴ．有色金属；Ⅵ．工具钢。
A．Ⅱ+Ⅲ+Ⅴ
B．Ⅰ+Ⅱ+Ⅴ
C．Ⅱ+Ⅳ+Ⅵ
D．Ⅰ+Ⅲ+Ⅴ
布氏硬度中的HBS法适用测定以下________牌号的材料。
Ⅰ．20；Ⅱ．GCr9；Ⅲ．H68；Ⅳ．HT250；Ⅴ．W18Cr4V；Ⅵ．9SiCr。A．Ⅰ+Ⅲ+Ⅳ
B．Ⅰ+Ⅱ+Ⅴ
C．Ⅱ+Ⅳ+Ⅵ
D．Ⅰ+Ⅲ+V
布氏硬度中的HBW法适用于测定________材料。
Ⅰ．普通碳钢；Ⅱ．淬火钢；Ⅲ．铸铁；Ⅳ．工具钢；Ⅴ．有色金属；Ⅵ．渗碳钢。
A．Ⅱ+Ⅲ+Ⅴ
B．Ⅰ+Ⅱ+Ⅴ
C．Ⅱ+Ⅳ+Ⅵ
D．Ⅰ+Ⅲ+Ⅴ
洛氏硬度中的HRB法适用于测定________材料。
Ⅰ．普通碳钢；Ⅱ．淬火钢；Ⅲ．铸铁；Ⅳ．硬度合金；Ⅴ．有色金属；Ⅵ．工具钢。
A．Ⅱ+Ⅲ+Ⅴ
B．Ⅰ+Ⅱ+Ⅴ
C．Ⅱ+Ⅳ+Ⅵ
D．Ⅰ+Ⅲ+Ⅴ
布氏硬度中的HBW法适用测定以下________牌号的材料。
Ⅰ．20；Ⅱ．GCr9；Ⅲ．H68；Ⅳ．HT250；Ⅴ．W18Cr4V；Ⅵ．9SiCr。A．Ⅱ+Ⅲ+Ⅴ
B．Ⅱ+Ⅴ+Ⅵ
C．Ⅱ+Ⅳ+Ⅵ
D．Ⅰ+Ⅲ+Ⅴ
金属材料随温度的降低，αk随之下降的现象称为________。
A．脆性转变
B．共晶转变
C．共析转变
D．重结晶
影响钢低温脆性转变温度的元素是________。
A．S
B．P
C．N
D．O
在脆性转变温度以下材料由韧性状态转变为脆性状态，因此，材料的脆性转变温度越________，说明材料的低温冲击韧性越________。
A．低/好
B．低/差
C．高/好
D．不一定
实验证明，材料在小能量多次重复冲击时的多冲抗力主要取决于材料的________。
A．刚度
B．塑性
C．强度
D．冲击韧性
导致“泰坦尼克”号轮船沉没的最可能原因是________。
A．船体钢板硬度过低
B．船体钢板弹性模量过低
C．船体钢板硫磷含量过高
D．船体钢板屈服强度过低
疲劳极限是指金属材料经历无限次交变应力循环而不破坏的最大应力，其中钢材的应力循环次数为不低于________。
A．105
B．106
C．107
D．108
在其他条件相同时，金属材料的抗拉强度和屈服强度越高，其________也越高。A．疲劳强度
B．持久强度
C．蠕变极限
D．热硬度
影响金属材料疲劳极限的因素有________。
Ⅰ．成分；Ⅱ．组织状态；Ⅲ．强度；Ⅳ．表面粗糙度；Ⅴ．应力集中；Ⅵ．刚度。
A．Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ+Ⅴ
B．Ⅰ+Ⅱ+Ⅳ+Ⅵ
C．Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅴ
D．Ⅰ+Ⅱ+Ⅴ+Ⅵ
疲劳极限是指金属材料经历无限次交变应力循环而不破坏的最大应力，其中有色金属的应力循环次数为不低于________。
A．105
B．106
C．107
D．108
材料经受无限次应力循环的作用而不破坏的最大应力称为________。
A．强度极限
B．蠕变极限
C．疲劳极限
D．持久强度
表征零件材料抗疲劳性能的力学参数是________。
A．持久极限
B．疲劳极限
C．蠕变极限
D．强度极限
高温下金属材料抵抗塑性变形的能力称为________。
A．疲劳极限
B．蠕变极限
C．屈服极限
D．持久极限
高温下金属材料的热强度指标表示为________。
A．σb和σbb
B．
T
t
σ和t
T
δ
σ
C．σs和σ-1
D．σb和σs
高温下金属材料的热强度指标有________。
Ⅰ．σb；Ⅱ．σbb；Ⅲ．
T
t
σ；Ⅳ．σ
s
；Ⅴ．t
T
δ
σ；Ⅵ.σ
-1
。
A．Ⅱ+Ⅳ
B．Ⅲ+Ⅳ
C．Ⅲ+Ⅴ
D．Ⅱ+Ⅴ+Ⅵ
高温下金属材料的热强度指标有________。
Ⅰ．强度极限；Ⅱ．疲劳极限；Ⅲ．蠕变极限；Ⅳ．屈服极限；Ⅴ．抗弯强度；Ⅵ．持久强度。
A．Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ
B．Ⅰ+Ⅱ+Ⅳ
C．Ⅲ+Ⅵ
D．Ⅱ+Ⅴ+Ⅵ
金属材料长期在高温和应力作用下抵抗断裂的能力________。
A．持久强度
B．抗拉强度
C．疲劳强度
D．屈服强度
通常当材料温度超过________（以绝对温度表示熔点）时，蠕变才显著。A．0.6T m
B．0.5T m
C．0.4T m
D．0.3T m
________是高温下工作的零件，如高温轴承、高速切削刀具等材料的主要高温性能指标。
A．持久强度
B．蠕变极限
C．疲劳强度
D．热硬性
金属材料长时间在高温和一定应力作用下，即使应力小于σs，也会发生缓慢的塑性变形，此种现象称为________。
A．蠕变
B．塑性
C．高温疲劳
D．热硬性
金属材料的晶体结构
金属材料的晶体结构 一、晶体与非晶体 固态物质可分为晶体与非晶体两类。 ●晶体是指其组成微粒（原子、离子或分子）呈规则排列的物质。 晶体具有固定的熔点和凝固点、规则的几何外形和各向异性特点，如金刚石、石墨及一般固态金属材料等。 ●非晶体是指其组成微粒无规则地堆积在一起的物质，如玻璃、沥青、石蜡、松香等都是非晶体。非晶体没有固定的熔点，而且性能具有各向同性。 图1-18 简单立方晶格及其晶胞示意图 二、金属的晶体结构 (一)晶格 ●抽象地用于描述原子在晶体中排列形式的空间几何格子，称为晶格。 (二)晶胞 ●反映晶格特征、具有代表性的最小几何单元称为晶胞。 晶胞的几何特征可以用晶胞的三条棱边的边长（晶格常数）a、b、c和三条棱边之间的夹角α、β、γ等六个参数来描述。 (三)常见的金属晶格类型 常见的晶格类型是：体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格： 1．体心立方晶格 体心立方晶格的晶胞是立方体，立方体的8个顶角和中心各有一个原子，每个晶胞实有原子数是2个。具有这种晶格的金属有：α铁(α-Fe)、钨(W)、钼(Ｍo)、铬(Ｃr)、钒(Ｖ)、铌（Nb）等约30种金属。
图1-19 体心立方晶格示意图 2．面心立方晶格 面心立方晶格的晶胞也是立方体，立方体的八个顶角和六个面的中心各有一个原子，每个晶胞实有原子数是4个。具有这种晶格的金属有：γ铁(γ-Ｆe)、金(Ａu)、银(Ag)、铝(Ａl)、铜(Ｃu)、镍(Ni)、铅（Pb）等金属。 图1-20 面心立方晶格示意图 3．密排六方晶格 密排六方晶格的晶胞是六方柱体，在六方柱体的十二个顶角和上下底面中心各有一个原子，另外在上下面之间还有三个原子，每个晶胞实有原子数是6个。具有这种晶格的金属有：α钛(α-Ti)、镁( Mg)、锌(Zn)、铍(Be)、镉（Cd）等金属。 图1-21 密排六方晶格示意图 三、金属的实际晶体结构 ●原子从一个核心（或晶核）按同一方向进行排列生长而形成的晶体，称为单晶体。 自然界存在的单晶体有水晶、金刚石等，采用特殊方法也可获得单晶体，如单晶硅、单
金属材料性能
金属材料性能 金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。（注：金属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料） 性能 一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。 所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非常强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为力学性能（过去也称为机械性能）。金属材料的力学性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求的力学性能也将不同。常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。 种类 金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。 （1）黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。 （2）有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。 （3）特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及金属基复合材料等。 金属材料特质 1.塑性 塑性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形（塑性变形）而不被破坏的能力。金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用长度的伸长（延伸率）和断面的收缩（断面收缩率）两个指标来衡量。 金属材料的延伸率和断面收缩率愈大，表示该材料的塑性愈好，即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。塑性好的材料，它能在较大的宏观范围内产生塑性变形，并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化，从而提高材料的强度，保证了零件的安全使用。此外，塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。因此，选择金属材料作机械零件时，必须满足一定的塑性指标。 2.硬度 硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一
常见的金属晶体结构
第二章作业 2－1 常见的金属晶体结构有哪几种它们的原子排列和晶格常数有什么特点 V、Mg、Zn 各属何种结构答：常见晶体结构有 3 种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V ⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni ⑶密排六方：Mg、Zn －Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、 2---7 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答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。第三章作业3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注；⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业 4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好试用多晶体塑性变形的特点予以解释。答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。原因是：（1）强度高：Hall-Petch 公式。晶界越多，越难滑移。（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。（3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。 4－6 生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂 7~15 天，然后再精加工。试解释这样做的目的及其原因答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7 天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。 4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）答：W、Sn 的最低再结晶温度分别为: TR(W) =（～×(3410+273)－273 =（1200～1568）(℃)＞1000℃ TR(Sn) =（～×(232+273)－273 =（-71～-20）(℃) ＜25℃ 所以 W 在1000℃时为冷加工，Sn 在室温下为热加工 4－9 用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想为什么（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。答：齿轮的材料、加工与加工工艺有一定的原则，同时也要根据实际情况具体而定，总的原则是满足使用要求；加工便当；性价比最佳。对齿轮而言，要看是干什么用的齿轮，对于精度要求不高的，使用频率不高，强度也没什么要求的，方法 1、2 都可以，用方法 3 反倒是画蛇添足了。对于精密传动齿轮和高速运转齿轮及对强度和可靠性要求高的齿轮，方法 3 就是合理的。经过锻造的齿坯，金属内部晶粒更加细化，内应力均匀，材料的杂质更少，相对材料的强度也有所提高，经过锻造的毛坯加工的齿轮精度稳定，强度更好。 4－10 用一冷拔钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到1000℃，保温后再次吊装工件时钢丝绳发生断裂，试分析原因答：由于冷拔钢丝在生产过程中受到挤压作用产生了加工硬化使钢丝本身具有一定的强度和硬度，那么再吊重物时才有足够的强度，当将钢丝绳和工件放置在1000℃炉内进行加热和保温后，等于对钢丝绳进行了回复和再结晶处理，所以使钢丝绳的性能大大下降，所以再吊重物时发生断裂。 4－11 在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而稍隔一段时间再行弯折，铅板又像最初一样柔软这是什么原因答：铅板在室温下的加工属于热加工，加工硬化的同时伴随回复和再结晶过程。越弯越硬是由于位错大量增加而引起的加工硬化造成，而过一段时间又会变软是因为室温对于铅已经是再结晶温度以上，所以伴随着回复和再结晶过程，等轴的没有变形晶粒取代了变形晶粒，硬度和塑性又恢复到了未变形之前。第五章作业 5－3 一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体异同答：一次渗碳体：由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。二次渗碳体：从 A 中析出的渗碳体称为二次渗碳体。三次渗碳体：从 F 中析出的渗碳体称为三次渗碳体共晶渗碳体：经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体共析渗碳体：经共析反应生成的渗碳体即珠光体中的渗
中职金工实训第一章金属材料的力学性能剖析
【教学组织】 1．提问5分钟 2．讲解75分钟 3．小结5分钟 4．布置作业5分钟 【教学内容】 第一章 教案二 金属材料的力学性能 金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。 ●使用性能是指金属材料为保证机械零件或工具正常工作应具备的性能，即在使用过程中所表现出的特性。 使用性能包括力学性能（或机械性能）、物理性能和化学性能等。 ●工艺性能是指金属材料在制造机械零件或工具的过程中，适应各种冷、热加工的性能，也就是金属材料采用某种成形加工方法制成成品的难易程度。 工艺性能包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、热处理性能及切削加工性能等。 第一节 一、力学性能的概念 金属材料的强度与塑性 ●金属材料的力学性能是指金属材料在力作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力—应变关系的性能，又称机械性能，主要包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等。 ●物体受外力作用后导致物体内部之间相互作用的力称为内力。 ●单位面积上的内力称为应力σ(N/mm或M pa）。 ●应变?是指由外力所引起的物体原始尺寸或形状的相对变化(%)。 二、拉伸试验过程分析 ●拉伸试验是指用静（缓慢）拉伸力对试样进行轴向拉伸，通过测量拉伸力和伸长量，测定试样强度、塑性等力学性能的试验。 圆柱形拉伸试样分为短圆柱形试样和长圆柱形试样两种。 长圆柱形拉伸试样L 0 =10d0；短圆柱形拉伸试样L0=5d0。 ●在进行拉伸试验时，拉伸力F和试样伸长量△L之间的关系曲线，称为力-伸长曲线。 2
a）拉伸前b）拉断后 图1-1圆柱形拉伸试样图1-2退火低碳钢的力—伸长曲线完整的拉伸试验和力一伸长曲线包括弹性变形阶段、屈服阶段、变形强化阶段、颈缩与断裂四个阶段。 三、强度 ●强度是金属材料抵抗永久变形和断裂的能力。 金属材料的强度指标主要有屈服强度（或规定残余伸长强度）、抗拉强度等。 1.屈服强度和规定残余伸长应力 ●屈服强度是指拉伸试样在拉伸试验过程中拉力（或载荷）不增加(保持恒定)仍然能继续伸长(变形)时的应力。 屈服强度分为上屈服强度（R e ）和下屈服强度（R eL）。一般情况下，屈服强度指下屈 H 服强度（R eL）。屈服强度是大多数机械零件选材和设计的依据。 R eL=F s/S o ●规定残余伸长应力是指拉伸试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长与原始标距 表示规定残余伸长率为0.2%时的比值达到规定的百分比时的应力，用符号R r表示，如R r0. 2 应力。 2．抗拉强度。 ●抗拉强度是指拉伸试样拉断前承受的最大标称拉应力，用符号R m表示。 R m=F b/S o R m是表征金属材料由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是表征金属材料在静拉伸条件下的最大承载能力。 四、塑性 ●塑性是金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。 金属材料的塑性可以用断后伸长率和断面收缩率评价。 1．断后伸长率
常见金属材料特性
45—优质碳素结构钢{最常用中碳调质钢} 主要特性最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。 应用举例 主要用于制造强度高的运动件，如透平机叶轮、压缩机活塞。轴、齿轮、齿条、蜗杆等。（焊接件注意焊前预热，焊后消除应力退火）。 Q235A(A3钢){最常用中碳素结构钢} 主要特性具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷却性能，以及一定的强度，好的冷弯性能。 应用举例广泛用于一般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构。 40Cr{合金结构钢} 主要特性经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯塑性中等，回火或调质后切削加工性好，但焊接性不好，易产生裂纹，焊接前应预热100～150℃，一般在调质状态下室使用，还可以进行碳氮共参和高频表面淬火处理。
应用举例调质处理后用于制造中速，中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等。调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等。经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等。经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等，碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件，如轴、齿轮 等。 HT150{灰铸铁} 应用举例 齿轮箱体，机床床身，箱体，液压缸，泵体，阀体，飞轮，气缸盖，带轮，轴承盖等。 35{各种标准件、紧固件的常用材料} 主要特性强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊接性尚可。冷态下可局部镦粗和拉丝。淬透性低，正火或调 质后使用。 应用举例适于制造小截面零件，可承受较大载荷的零件:如曲轴、杠杆、连杆、钩环等，各种标准件、紧固 件。
常用金属材料中各种化学成分对性能的影响
常用金属材料中各种化学成分对性能的影响 ．生铁： 生铁中除铁外，还含有碳、硅、锰、磷和硫等元素。这些元素对生铁的性能均有一定的影响。 碳（C）：在生铁中以两种形态存在，一种是游离碳（石墨），主要存在于铸造生铁中，另一种是化合碳（碳化铁），主要存在于炼钢生铁中，碳化铁硬而脆，塑性低，含量适当可提高生铁的强度和硬度，含量过多，则使生铁难于削切加工，这就是炼钢生铁切削性能差的原因。石墨很软，强度低，它的存在能增加生铁的铸造性能。 硅（Si）：能促使生铁中所含的碳分离为石墨状，能去氧，还能减少铸件的气眼，能提高熔化生铁的流动性，降低铸件的收缩量，但含硅过多，也会使生铁变硬变脆。 锰（Mn）：能溶于铁素体和渗碳体。在高炉炼制生铁时，含锰量适当，可提高生铁的铸造性能和削切性能，在高炉里锰还可以和有害杂质硫形成硫化锰，进入炉渣。 磷（P）：属于有害元素，但磷可使铁水的流动性增加，这是因为硫减低了生铁熔点，所以在有的制品内往往含磷量较高。然而磷的存在又使铁增加硬脆性，优良的生铁含磷量应少，有时为了要增加流动性，含磷量可达1.2%。硫（S）：在生铁中是有害元素，它促使铁与碳的结合，使铁硬脆，并与铁化合成低熔点的硫化铁，使生铁产生热脆性和减低铁液的流动性，顾含硫高的生铁不适于铸造细件。铸造生铁中硫的含量规定最多不得超过0.06%（车轮生铁除外）。 2．钢： 2．1元素在钢中的作用 2．1．1 常存杂质元素对钢材性能的影响 钢除含碳以外，还含有少量锰(Mn)、硅(Si)、硫(S)、磷(P)、氧（O）、氮（N）和氢（H）等元素。这些元素并非为改善钢材质量有意加入的，而是由矿石及冶炼过程中带入的，故称为杂质元素。这些杂质对钢性能是有一定影响，为了保证钢材的质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都作了严格的规定。 1）硫 硫来源于炼钢的矿石与燃料焦炭。它是钢中的一种有害元素。硫以硫化铁(FeS)的形态存在于钢中，FeS和Fe形成低熔点(985℃)化合物。而钢材的热加工温度一般在1150～1200℃以上，所以当钢材热加工时，由于FeS化合物的过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为“热脆”。含硫量愈高，热脆现象愈严重，故必须对钢中含硫量进行控制。高级优质钢：S＜0.02%～0.03%；优质钢：S＜0.03%～0.045%；普通钢：S＜0.055%～0.7%以下。 部分常用钢的牌号、性能和用途1 《信息来源：无缝钢管》
第二章 金属材料力学性能基本知识及钢材的脆化
金属材料力学性能基本知识 及钢材的脆化 金属材料是现代工业、农业、国防以及科学技术各个领域应用最广泛的工程材料，这不仅是由于其来源丰富,生产工艺简单、成熟,而且还因为它具有优良的性能。 通常所指的金属材料性能包括以下两个方面: 1．使用性能即为了保证机械零件、设备、结构件等能正常工作，材料所应具备的性能,主要有力学性能(强度、硬度、刚度、塑性、韧性等）,物理性能（密度、熔点、导热性、热膨胀性等),化学性能(耐蚀性、热稳定性等)。使用性能决定了材料的应用范围,使用安全可靠性和使用寿命。 2 工艺性能即材料在被制成机械零件、设备、结构件的过程中适应各种冷、热加工的性能,例如锻造,焊接，热处理，压力加工,切削加工等方面的性能。工艺性能对制造成本、生成效率、产品质量有重要影响。 1．1材料力学基本知识 金属材料在加工和使用过程中都要承受不同形式外力的作用，当外力达到或超过某一限度时,材料就会发生变形以至断裂。材料在外力作用下所表现的一些性能称为材料的力学性能。锅炉压力容器材料的力学性能指标主要有强度、硬度、塑性、韧性等这些性能指标可以通过力学性能试验测定。 1．1．１强度 金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。材料强度指标可以通过拉伸试验测 出。把一定尺寸和形状的金属试样（图1~２)装夹在试验机上，然后对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。根据试样在拉伸过程中承受的载荷和产生的变形量之间的关系，可绘出该金属的拉伸曲线(图１—3)。在拉伸曲线上可以得到该材料强度性能的一些数据。图1—３所示的曲线，其纵坐标是载荷P(也可换算为应力d),横坐标是伸长量ＡL(也可换算为应变ｅ)。所以曲线称为P—AL曲线或一一s曲线。图中曲线A是低碳钢的拉伸曲线,分析曲线A,可以将拉伸过程分为四个阶段:
金属材料基础知识汇总
《金属材料基础知识》 第一部分金属材料及热处理基本知识 一，材料性能：通常所指的金属材料性能包括两个方面： 1，使用性能即为了保证机械零件、设备、结构件等能够正常工作，材料所应具备的性能，主要有力学性能（强度、硬度、刚度、塑性、韧性等），物理性能（密度、熔点、导热性、热膨胀性等）。使用性能决定了材料的应用范围，使用安全可靠性和寿命。 2，工艺性能即材料被制造成为零件、设备、结构件的过程中适应的各种冷、热加工的性能，如铸造、焊接、热处理、压力加工、切削加工等方面的性能。 工艺性能对制造成本、生产效率、产品质量有重要影响。 二，材料力学基本知识 金属材料在加工和使用过程中都要承受不同形式外力的作用，当达到或超过某一限度时，材料就会发生变形以至于断裂。材料在外力作用下所表现的一些性能称为材料的力学性能。 承压类特种设备材料的力学性能指标主要有强度、硬度、塑性、韧性等。这些指标可以通过力学性能试验测定。 1，强度金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。材料强度指标可以通过拉伸试验测出。抗拉强度σb和屈服强度σs是评价材料强度性能的两个主要指标。一般金属材料构件都是在弹性状态下工作的。是不允许发生塑性变形，所以机械设计中一般采用屈服强度σs作为强度指标，并加安全系数。2，塑性材料在载荷作用下断裂前发生不可逆永久变形的能力。评定材料塑性的指标通常用伸长率和断面收缩率。 伸长率δ=[（L1—L0）/L0]100% L0---试件原来的长度L1---试件拉断后的长度 断面收缩率φ=[（A1—A0）/A0]100% A0----试件原来的截面积A1---试件拉断后颈缩处的截面积 断面收缩率不受试件标距长度的影响，因此能够更可靠的反映材料的塑性。 对必须承受 强烈变形的材料，塑性优良的材料冷压成型的性能好。 3，硬度金属的硬度是材料抵抗局部塑性变形或表面损伤的能力。硬度与强度有一定的关系，一般情况下，硬度较高的材料其强度也较高，所以可以通过测试硬度来估算材料强度。另外，硬度较高的材料耐磨性也较好。 工程中常用的硬度测试方法有以下四种 （1）布氏硬度HB （2）洛氏硬度HRc（3）维氏硬度HV （4）里氏硬度HL 4，冲击韧性指材料在外加冲击载荷作用下断裂时消耗的能量大小的特性。 材料的冲击韧性通常是在摆锤式冲击试验机是测定的，摆锤冲断试样所作的功称为冲击吸收功。以Ak表示，Sn为断口处的截面积，则冲击韧性ak=Ak/Sn。 在承压类特种设备材料的冲击试验中应用较多。 三金属学与热处理的基本知识 1，金属的晶体结构--物质是由原子构成的。根据原子在物质内部的排列方式不同，可将物质分为晶体和非晶体两大类。凡内部原子呈现规则排列的物质称为晶体，凡内部原子呈现不规则排列的物质称为非晶体，所有固态金属都是晶体。 晶体内部原子的排列方式称为晶体结构。常见的晶体结构有：
金属材料的力学性能教案
复习旧课 1、材料的发展历史 2、工程材料的分类 讲授新课 第一章金属材料的力学性能 材料的性能有使用性能和工艺性能两类 使用性能是保证工件的正常工作应具备的性能，主要包括力学性能、物理性能、化学性能等。 工艺性能是材料在被加工过程中适应各种冷热加工的性能，包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、热处理性能、切削加工性能等。 力学性能是指金属在外力作用下所显示的性能能。 金属力学性能指标有：强度、刚度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。 第一节刚度、强度与塑性 一、拉伸试验及力—伸长曲线 L 0——原始标距长度；L 1 ——拉断后试样标距长度 d 0——原始直径。d 1 ——拉断后试样断口直径 国际上常用的是L0=5 d0（短试样），L0=10 d0（长试样） [拉伸曲线]：拉伸试验中记录的拉伸力F与伸长量ΔL（某一拉伸力时试样的长度与原始长度的差ΔL=Lu-L0）的F—ΔL曲线称为拉伸曲线图。 Oe段：为纯弹性变形阶段，卸去载荷时，试样能恢复原状
Es段：屈服阶段 Sb段：强化阶段，试样产生均匀的塑性变形，并出现了强化 Bk段：局部塑性变形阶段 二、刚度 刚度:金属材料抵抗弹变的能力 指标：弹性模量 E E= σ / ε (Gpa ) 弹性范围内. 应力与应变的比值（或线形关系，正比） E↑刚度↑一定应力作用下弹性变形↓ 三、强度指标σ= F/S o 强度：强度是指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。 强度表示：强度一般用拉伸曲线上所对应某点的应力来表示。单位采用N/mm2(或MPa 兆帕）σ= F/A o σ——应力（MPa）；F——拉力（N）；S o——截面积（mm2）。 常用的强度判据主要有屈服点、条件屈服强度（也称为规定残余伸长应力）和抗拉强度等。 1、屈服点与条件屈服强度 [屈服强度]σs 产生屈服时的应力（屈服点），亦表示材料发生明显塑性变形时的最低应力值。 [ 规定残余伸长应力]：σ r0.2产生0.2%残余伸长率时的应力。σ r0.2 = F r0.2/A o 2、抗拉强度 [抗拉强度]：σ b 断裂前最大载荷时的应力（强度极限） σγ0.2常常难以测出，所以，脆性材料没有屈服强度指标，只有抗拉强度指标用于零件的设计计算。 强度意义：一般机械零件或工具使用时，不允许发生塑性变形，故屈服点σ s 是机械设计强度计算的主要依据；抗拉强度代表材料抵抗拉断的能力，若应力大于抗拉强度，则会发生断裂而造成事故。 三、塑性指标 材料产生塑性变形而不破坏的能力称为塑性。常用的塑性指标是断后伸长率δ和断面收缩率。一般通过拉伸实验测定。 1、断后伸长率 断后伸长率是指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。用符号δ表示。 δ =（L1-L0 /L0)×100%
第二章 材料的力学行为课后习题答案
第二章 材料的力学行为 1.说明下列力学性能指标的名称、单位及其含义：σb 、σs 、σ0.2、σ-1、δ、αk 答：σb 抗拉强度：单位为MPa ，指材料在拉伸断裂前所能够承受的最大拉应力。 σs 屈服强度：单位MPa ，指材料开始产生宏观塑性变形时的应力。 σ0.2国标GB228-87规定发生0.2%残余伸长的应力作为屈服点。 δ：可测力学性能指标中的塑性指标 αk 冲击韧性，指用一定尺寸和形状的金属试样，在规定类型的冲击试验上受冲击负荷折断时，试样刻槽处单位横截面上所消耗的冲击功 2.试绘出低碳钢的σ-ε曲线，指出在曲线上哪些出现颈缩现象；如果拉断后试棒上没有颈缩，是否表示它未发生塑性变形？ 答：低碳钢的σ-ε曲线如下图，试样将在曲线B 点处出现颈缩现象。如果拉断后试棒上没有颈缩，并不表示它未发生塑性变形，只是塑性变形量很小。 3.在什么条件下，应用布氏硬度试验比洛氏硬度试验好？ 在测试低硬度零件的时候，布氏硬度比洛氏硬度要更准确些，当然零件厚度及相关尺寸必须满足布氏硬度测试的条件。洛式硬度压痕很小，测量值有局部性，须测数点求平均值，适用成品和薄片，归于无损检测一类。布式硬度压痕较大，测量值准，不适用成品和薄片，一般不归于无损检测一类。 4. K σ与1c K 的概念有什么不同？ 答：K σ是工程材料中的材料的屈服点。只要裂纹很尖锐，顶端附近各点应力K σ的大小取决与一比例系数1K 。由于1K 反映了裂纹尖端附近各点的强弱，故称为应力强度因子。当1K 增大到某一临界值时，就会使裂纹尖端附近各点的应力大到足以是裂纹失稳扩展，从而引起脆断。这个应力强度因子的临界值，称为材料的断裂韧性，用1c K 表示。 5.在什么情况下应考虑材料的高低温性能？它们的主要性能指标是什么？
(完整word版)金属材料力学性能练习题
第二章第一节金属材料的力学性能 一、选择题 1.表示金属材料屈服强度的符号是（）。 A.σ e B.σ s C.σ b D.σ -1 2.表示金属材料弹性极限的符号是（）。 A.σ e B.σ s C.σ b D.σ -1 3.在测量薄片工件的硬度时，常用的硬度测试方法的表示符号是（）。 A.HB B.HR C.HV D.HS 4.金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫（）。 A.强度 B.硬度 C.塑性 D.弹性 二、填空 1.金属材料的机械性能是指在载荷作用下其抵抗（）或（）的能力。 2.金属塑性的指标主要有（）和（）两种。 3.低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、（）和（）三个阶段。 4.常用测定硬度的方法有（）、（）和维氏硬度测试法。 5.疲劳强度是表示材料经（）作用而（）的最大应力值。 三、是非题 1.用布氏硬度测量硬度时，压头为钢球，用符号HBS表示。（） 2.用布氏硬度测量硬度时，压头为硬质合金球，用符号HBW表示。（） 四、改正题 1. 疲劳强度是表示在冲击载荷作用下而不致引起断裂的最大应力。 2. 渗碳件经淬火处理后用HB硬度计测量表层硬度。 3. 受冲击载荷作用的工件，考虑机械性能的指标主要是疲劳强度。 4. 衡量材料的塑性的指标主要有伸长率和冲击韧性。
5. 冲击韧性是指金属材料在载荷作用下抵抗破坏的能力。 五、简答题 1.说明下列机械性能指标符合所表示的意思：σ S 、σ 0.2 、HRC、σ -1 。 2.说明下列机械性能指标符合所表示的意思：σ b 、δ 5 、HBS、a kv 。 2.2金属材料的物理性能、化学性能和工艺性能 一、判断题 1.金属材料的密度越大其质量也越大。（） 2.金属材料的热导率越大，导热性越好。（） 3.金属的电阻率越小，其导电性越好。（） 二、简答题： 1.什么是金属材料的工艺性能？它包括哪些？ 2.什么是金属材料的物理性能？它包括哪些？ 3.什么是金属材料的化学性能？它包括哪些？
金属材料性能及国家标准
金属材料性能 为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能（使用性能）及其在冷热加工过程中材料应具备的性能（工艺性能）。 材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性），力学性能也叫机械性能。 材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。 （一）、机械性能 机械性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的特性。 1 、强度：材料在外力（载荷）作用下，抵抗变形和断裂的能力。材料单位面积受载荷称应力。 2 、屈服点（бs ）：称屈服强度，指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加变形却继续增加或产生 0.2%L 。时应力值，单位用牛顿 / 毫米 2 （ N/mm2 ）表示。 3 、抗拉强度（бb ）也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。单位用牛顿 / 毫米 2 （ N/mm2 ）表示。 4 、延伸率（δ）：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。 5 、断面收缩率（Ψ）材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。 6 、硬度：指材料抵抗其它更硬物压力其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度（ HBS 、 HBW ）和洛氏硬度（ HKA 、 HKB 、 HRC ） 7 、冲击韧性（ Ak ）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳 / 厘米 2 （ J/cm2 ） . （二）、工艺性能 指材料承受各种加工、处理的能力的那些性能。 8 、铸造性能：指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，主要包括流性能、充满铸模能力；收缩性、铸件凝固时体积收缩的能力；偏析指化学成分不均性。 9 、焊接性能：指金属材料通过加热或加热和加压焊接方法，把两个或两个以上金属材料焊接到一起，接口处能满足使用目的的特性。 10 、顶气段性能：指金属材料能承授予顶锻而不破裂的性能。 11 、冷弯性能：指金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂性能。弯曲程度一般用弯曲角度α（外角）或弯心直径 d 对材料厚度 a 的比值表示， a 愈大或 d/a 愈小，则材料的冷弯性愈好。 12 、冲压性能：金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。在常温进行冲压叫冷冲压。检验方法用杯突试验进行检验。 13 、锻造性能：金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力。（三）、化学性能 指金属材料与周围介质扫触时抵抗发生化学或电化学反应的性能。 14 、耐腐蚀性：指金属材料抵抗各种介质侵蚀的能力。 15 、抗氧化性：指金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮能力。 >> 返回
第一章金属材料的力学性能
第一章金属材料的性能测试题 一，填空题（每空2分，共38分） １，金属材料的性能一般分为和。 ２，金属材料的使用性能包括，，。 ３，影响疲劳强度的因素有:钢的心部硬度越高,产生疲劳裂纹的危险性越。 ４，金属材料的导热系数λ越大导热性越 5，金属材料的力学性能主要有、、、和等 6，在生产上最常用的硬度有、、。 7，金属材料的工艺性能是指在各种加工条件下表现出来的适应能力，包括、、和等。 二，判断题（每小题1分，共22分） （）1，强度极限σb表示材料在拉伸条件下所能承受的最大应力。 （）2，δ、ψ值越大、表示材料的塑性越好。 （）3，塑性好的材料制成的零件在使用时也较安全。 （）4，布氏硬度常用于测定工件的表面硬度。 （）5，在测量钢的疲劳强度的试验中，钢须经受无数次交变载荷作用而不产生断裂。 （）6，铸造性能主要决定于金属材料熔化后金属液体的流动性、冷却时的收缩率等。 （）7，在一般情况下，材料塑性好锻压性也好。 （）8，低碳钢的锻压性比高碳钢的锻压性好。 （）9，焊接性能好的材料易于用一般的方法焊接。 （）10，硬度越低的金属材料越易于切削加工。 （）11，强度是衡量金属材料软硬的一个指标。 （）12，金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力，叫做韧性。 （）13、硬度是金属材料在静载荷作用下，抵抗变形和破坏的能力。 （）14、弹性变形能随着载荷的去除而消失。 （）15、用于制造在高温下工作的零件的金属材料应有良好的热稳定性。 （）16、金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。 （）17，金属材料的温度越高氧化速度越快。 （）18，金属从液体状态向固体状态转变的温度叫做熔点。 （）19，热导率大的金属材料导热性好。 （）20，电炉丝一般用高电阻金属制成。 （）21，具有导磁能力的金属材料都能被磁铁吸引。 （）22，钢铁生锈属于腐蚀现象。 三，选择题（每小题2分，共40分） 1，对于经过淬火热处理的刀具，如锯条，其硬度应当采用（）指标表示。 A，HB B，HRC C，HV 2，金属材料在静载荷作用下抵抗破坏的能力称为（） A，塑性B，硬度C，强度D，刚度3，硬度是衡量金属材料软硬的一个指标，它常用三种方法，其中（）应用最广。 A，HB B，HRC C，HV 4，金属材料在静载荷作用下产生永久变形而不破坏的能力称为（） A，塑性B，硬度C，强度D，刚度 5，金属材料抵抗其他更硬的物体压入其表面的能力称为（） A，塑性B，硬度C，强度D，刚度 6，在测量疲劳强度的试验中，钢须经受（）次交变载荷作用而不产生断裂。 A，无数B，106C，107D，108 7，金属材料的力学性能不包括：（） A 热膨胀性 B 强度 C 塑性 D 硬度 8，塑性的主要判断标准是( ) A强度 B 延伸率 C 硬度 D 断面收缩率 9，金属材料的抗拉强度是( )值. A 金属开始出现塑性变形时的应力 B 金属出现塑性变形时的应力 C 金属材料在拉断前所能承受的最大应力 D 金属材料保持在弹性变形内的最大应力 10，为了保证飞机的安全，当飞机达到设计允许的使用时间(如10 000h)后．必须强行退役，这是考虑到材料的（）。A强度 B 塑性 C 硬度 D 韧性 E 疲劳强度 11、材料的（）越好，则可锻性越好。 A. 强度 B. 塑性 C. 硬度 12、现需测定某灰铸铁的硬度，一般应选用（）来测试。 A. 布氏硬度计 B. 洛氏硬度计 C. 维氏硬度计 13、作疲劳试验时，试样承受的载荷为（）。 A. 静载荷 B. 冲击载荷 C. 交变载荷 14，辅设钢轨时，两条钢轨接头处一定要留有间隙，这是考虑到钢的（）对金属材料的影响。 A，密度B，导热性C，热膨胀性D，导电性E，磁性 15，关于铁磁性材料的用途下列说法中错误的是（） A，制作变压器铁心B，制作电机铁心C，制作测量仪表零件D，屏蔽电磁波 16，金属材料在常温下抵抗氧,水蒸气及其它化学介质腐蚀作用的能力,称为( ) A 化学稳定性 B 耐腐蚀性 C 抗氧化性 D 热稳定性 17，轻金属的密度界限: A <4.5g/m3 B =4.5g/cm3 C >4.5g/cm3 D < 4.5g/cm3 18，熔点高于( )度的金属称为高熔点金属; A 1000 B 1500 C 2000 D 1575 19，铜.铝.银金属的导电强弱顺序正确的是: ( ). A 铝>铜>银 B 铝<铜<银 C 银>铜>铝 D 银<铜<铝 20，金属材料在加热时抵抗氧化作用的能力,称为( ). A 化学稳定性 B 耐腐蚀性 C 抗氧化性 D 热稳定性
(完整版)第一、二章工程材料的性能作业
第一章概述（一） 1、阐述材料与工业设计的关系。 2、产品设计选材及成型原则有哪些？ 3、产品的美学型原则包括哪些？ 4、简述工程材料的分类及主要用途。 第二章工程材料的性能作业 1、金属材料的性能包括和。 2、金属材料的使用性能是指材料在使用过程中表现出来的性能，它包括、和。 3、金属材料的工艺性能是指材料对各种加工工艺适应的能力，它包括、、、和等。 4、材料的力学性能（机械性能）是指：。 5、常用的力学性能主要有：、、、、和等。 6、根据载荷作用性质不同，载荷可分为、、等三种。 7、(1) 静载荷： (2) 冲击载荷： (3) 疲劳载荷： 8、强度： 9、按照载荷作用方式不同，强度分为、、和 等。工程上以和作为强度指标。 10、强度： 11、比强度： 12、塑性 13、硬度 14、常用测量硬度的方法有：
、、、。 15、韧性 16、疲劳强度是指 17、金属材料的物理性能。 18、金属材料的化学性能是指。 19、金属和以金属为基的合金可分为两大部分： 、。 20、金属材料的特性有：、、、、 等。 21、常用的无机非金属材料包括、和等。 22、有机高分子材料包括、、等。 23、复合材料是将 。 24、钢的含碳量小于的铁碳合金； 25、铸铁的含碳量大于的铁碳合金。 26、纯铁的熔点为℃，密度：约克/cm3。 27、碳钢按碳含量又可分为： 、、。 28、钢按质量等级分为：、和。 29、钢按主要用途分为：；；； 等。 30、钢按化学成分，分为和。 31、Q235一A·F表示 。 32、Q420表示。 33、45表示碳的质量分数平均优质碳素结构钢。 34、ZG200—400表示200 MPa、400 MPa 的铸钢。 35、T10表示碳的平均质量分数为的优质碳素工具钢。
金属的组织结构
第二章金属的组织结构 为什么不同材料具有不同性能，而且同一金属也有可能具有不同性能呢？大量研究证明：金属的性能除与金属的原子结构以及原子间的结合键有关外，还与金属原子的排列方式即组织结构有关。为此，本章将阐述金属组织结构的相关知识。 第一节金属的结晶 一、金属结晶的有关概念 金属能够以气态、液态和固态形式存在，并且在一定条件下这三种状态能够互相转变。金属由液态转变变为固态的过程叫凝固，又由于固态金属都是晶体，所以这一过程也称为结晶。 (一)晶体的概念 晶体是指原子（离子﹑分子）在三维空间呈有规则的周期性重复排列的物质。在自然界中，除了少数物质（如普通玻璃、松香等）以外，包括金属在内的绝大多数固体都是晶体。晶体的各项性能指标在不同方向上具有不同的数值，即各向异性，而非晶体则是各向同性的。自然界有些晶体的还具有规则的外形。晶体都具有固定的熔点，而非晶体则没有固定的熔点，凝固总是在某一温度范围逐渐完成。 (二)金属结晶时的过冷现象 1. 理论结晶温度 从热力学角度来看，物质状态的稳定性是由该状态的自由能高低来决定的，总是自发地从自由能较高的不稳定状态向自由能较低的稳定状态转变。那么，物质中能够自动向外界释放出其多余的或能够对外界做功的这一部分能量就叫做“自由能（F）”。 图2-1所示的是同一金属在液态和固态时自由能随温度变化的曲线。由图可见，液态自由能F L和固态自由能F S都随温度升高而降低，但是结构不同，自由能随温度的变化是不同的，液态自由能降低得更快些，因此两条曲线交于T0温度。在T0温度，液态和固态的自由能恰好相等，两种状态具有同样的稳定性，固相和液相处于动态平衡，既不熔化，也不结晶。液态和固态自由能相等时所对应的温度T0，就是理论结晶温度或理论熔点。 2. 过冷现象 如果将液态纯金属缓慢冷却，每隔一定时间测量一次温度，最后把实验数据绘在“温度－时间”坐标中，便可得到图2-2所示的冷却曲线，图中T0表示理论结晶温度。由图可见，在结晶之前，冷却曲线连续下降。当液态金属冷却到结晶温度T0时，并不开始结晶。一直冷却到T0以下的某个温度T n时，液态金属才开始结晶，这种实际结晶过程只有在理论结晶温度以下才能进行的现象叫过冷现象。这是因为，要使液态金属进行结晶，就要使温度低于理论结晶温度，造成液相与固相间的自由能差（△F=F L-F S），即具有一定的结晶驱动力才可以。结晶发生时，由于“结晶潜热”（结晶时释放的能量）释放，补偿了冷却散失的热量，所以冷却曲线上出现“平台”，对应的温度T n称为实际结晶温度，平
机械制造基础第一章 金属材料的力学性能习题解答
致读者： 为了方便教师教学，我们编写了由孙学强教授主编的《机械制造基础》（第3版）教材一书的习题解答，但由于水平有限，难免有不妥之处。我们诚恳地希望能与广大教师和工程技术人员共同探讨，寻求较为准确、合理的答案，以利于对提高教学质量有一个基本的保障。(本书的习题解答只供教师参考) 参与习题解答编写的教师及联系信息如下： 孙学强2549597745@https://www.360docs.net/doc/d716408154.html, 段维华dwh04026@163,com 李云霞535689547@https://www.360docs.net/doc/d716408154.html, 编者 第一章金属材料的力学性能 习题解答 1-1 什么是金属的力学性能? 根据载荷形式的不同，力学性能主要包括哪些指标? 答：金属在各种不同载荷作用下表现出来的特性就叫力学性能。根据载荷形式的不同，力学性能主要包括强度、硬度、塑性和冲击韧度等。 1-2 什么是强度? 什么是塑性? 衡量这两种性能的指标有哪些? 各用什么符号表示? 答：金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力就是强度；衡量强度的主要指标有弹性极限σe、抗拉强度σb和屈服强度σs(σ0.2)等。 金属发生塑性变形但不破坏的能力称为塑性；衡量塑性的主要指标有断面收缩率ψ和伸长率δ。 1-3 低碳钢做成的d0 = 10mm 的圆形短试样经拉伸试验，得到
如下数据：F s = 21100N ， F b = 34500N ， l 1 = 65mm ， d 1 = 6mm 。试求低碳钢的σs 、σb 、δ5、ψ。 答：原始试样截面积为)(5.781044A 22200mm d =?== ππ，试验后截面积为)(26.28644A 22211mm d =?==π π ；原始试样长度为 )(501055l 00mm d =?==，故 )(8.2685 .78211000s MPa A F s ===σ )(5.4395 .78345000b MPa A F b ===σ %30%10050 5065%1000015=-=?-=l l l δ %64%1005 .7826.285.78%100A A A 010=?-=?-=ψ 1-4 什么是硬度? HBW 、HRA 、HRB 、HRC 各代表什么方法测出的硬度? 答：硬度是衡量金属材料软硬程度的指标，是指金属抵抗局部弹性变形、塑性变形、压痕或划痕的能力。 HBW 代表用布氏硬度测定方法测出的硬度，HRA 、HRB 、HRC 各代表用洛氏硬度的A 、B 、C 三种不同的标尺测定出的硬度。 1-5 下列硬度要求和写法是否正确? HBW150 HRC40N HR00 HRB10 478HV HRA79 474HBW 答：HBW150不正确；HRC40N 不正确；HR00不正确； HRB10
常见的金属晶体结构
第二章作业2－1 常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点？V、Mg、Zn 各属何种结构？答：常见晶体结构有 3 种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V ⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni ⑶密排六方：Mg、Zn －Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、2---7 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？答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。第三章作业3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注；⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好？试用多晶体塑性变形的特点予以解释。答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。原因是：（1）强度高：Hall-Petch 公式。晶界越多，越难滑移。（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。（3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。4－6 生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂7~15 天，然后再精加工。试解释这样做的目的及其原因？答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7 天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）？答：W、Sn 的最低再结晶温度分别为: TR(W) =（0.4～0.5)×(3410+273)－273 =（1200～1568）(℃)＞1000℃ TR(Sn) =（0.4～0.5)×(232+273)－273 =（-71～-20）(℃) ＜25℃所以W 在1000℃时为冷加工，Sn 在室温下为热加工4－9 用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想？为什么？（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。答：齿轮的材料、加工与加工工艺有一定的原则，同时也要根据实际情况具体而定，总的原则是满足使用要求；加工便当；性价比最佳。对齿轮而言，要看是干什么用的齿轮，对于精度要求不高的，使用频率不高，强度也没什么要求的，方法1、2 都可以，用方法3 反倒是画蛇添足了。对于精密传动齿轮和高速运转齿轮及对强度和可靠性要求高的齿轮，方法3 就是合理的。经过锻造的齿坯，金属内部晶粒更加细化，内应力均匀，材料的杂质更少，相对材料的强度也有所提高，经过锻造的毛坯加工的齿轮精度稳定，强度更好。4－10 用一冷拔钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到1000℃，保温后再次吊装工件时钢丝绳发生断裂，试分析原因？答：由于冷拔钢丝在生产过程中受到挤压作用产生了加工硬化使钢丝本身具有一定的强度和硬度，那么再吊重物时才有足够的强度，当将钢丝绳和工件放置在1000℃炉内进行加热和保温后，等于对钢丝绳进行了回复和再结晶处理，所以使钢丝绳的性能大大下降，所以再吊重物时发生断裂。4－11 在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而稍隔一段时间再行弯折，铅板又像最初一样柔软这是什么原因？答：铅板在室温下的加工属于热加工，加工硬化的同时伴随回复和再结晶过程。越弯越硬是由于位错大量增加而引起的加工硬化造成，而过一段时间又会变软是因为室温对于铅已经是再结晶温度以上，所以伴随着回复和再结晶过程，等轴的没有变形晶粒取代了变形晶粒，硬度和塑性又恢复到了未变形之前。第五章作业5－3 一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体异同？答：一次渗碳体：由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。二次渗碳体：从 A 中析出的渗碳体称为二次渗碳体。三次渗碳体：从 F 中析出的渗碳体称为三次渗碳体共晶渗碳体：经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体共析渗碳体：经共