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工程材料习题习题一1、抗拉强度：是材料在破断前所能承受的最大应力。屈服强度：是材料开始产生明显塑性变形时的最低应力。塑性：是指材料在载荷作用下，产生永久变形而不破坏的能力韧性：材料变形时吸收变形力的能力硬度：硬度是衡量材料软硬程度的指标，材料表面抵抗更硬物体压入的能力。刚度：材料抵抗弹性变形的能力。疲劳强度：经无限次循环而不发生疲劳破坏的最大应力。冲击韧性：材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。断裂韧性：材料抵抗裂纹扩展的能力。2、材料的弹性模量与塑性无关。3、四种不同材料的应力应变曲线，试比较抗拉强度，屈服强度，刚度和塑性。由大到小的顺序，抗拉强度：2、1、3、4。屈服强度：1、3、2、4。刚度：1、3、2、4。塑性：3、2、4、1。4、常用的硬度测试方法有几种？这些方法测出的硬度值能否进行比较？布氏、洛氏、维氏和显微硬度。由于各种硬度测试方法的原理不同，所以测出的硬度值不能直接进行比较。5、以下工件应该采用何种硬度试验法测定其硬度？（1）锉刀：洛氏或维氏硬度（2）黄铜轴套：布氏硬度（3）供应状态的各种碳钢钢材：布氏硬度（4）硬质合金刀片：洛氏或维氏硬度（5）耐磨工件的表面硬化层：显微硬度6、反映材料承受冲击载荷的性能指标是什么？不同条件下测得的这些指标能否进行比较？怎样应用这些性能指标？冲击功或冲击韧性。由于冲击功或冲击韧性代表了在指定温度下，材料在缺口和冲击载荷共同作用下脆化的趋势及其程度，所以不同条件下测得的这种指标不能进行比较。冲击韧性是一个对成分、组织、结构极敏感的参数，在冲击试验中很容易揭示出材料中的某些物理现象，如晶粒粗化、冷脆、热脆和回火脆性等，故目前常用冲击试验来检验冶炼、热处理以及各种加工工艺的质量。此外，不同温度下的冲击试验可以测定材料的冷脆转变温度。同时，冲击韧性对某些零件（如装甲板等）抵抗少数几次大能量冲击的设计有一定的参考意义。7、疲劳破坏时怎样形成的？提高零件疲劳寿命的方法有哪些？产生疲劳断裂的原因一般认为是由于在零件应力集中的部位或材料本身强度较低的部位，如原有裂纹、软点、脱碳、夹杂、刀痕等缺陷，在交变应力的作用下产生了疲劳裂纹，随着应力循环周次的增加，疲劳裂纹不断扩展，使零件承受载荷的有效面积不断减小，当减小到不能承受外加载荷的作用时，零件即发生突然断裂。可以通过以下途径来提高其疲劳抗力。改善零件的结构形状以避免应力集中；提高零件表面加工光洁度；尽可能减少各种热处理缺陷(如脱碳、氧化、淬火裂纹等)；采用表面强化处理，如化学热处理、表面淬火、表面喷丸和表面滚压等强化处理，使零件表面产生残余压应力，从而能显著提高零件的疲劳抗力。8、断裂韧性是表示材料何种性能的指标？为什么要在设计中要考虑这些指标？断裂韧性表示材料抵抗裂纹扩展的能力。断裂韧性的实用意义在于：只要测出材料的断裂韧性，用无损探伤法确定零件中实际存在的缺陷尺寸，就可以判断零件在工作过程中有无脆性开裂的危险；测得断裂韧性和半裂纹长度后,就可以确定材料的实际承载能力。所以，断裂韧性为设计、无损伤探伤提供了定量的依据。习题二1、晶体：物质的质点（分子，原子或离子）在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质的晶体非晶体：是指组成物质的质点不呈空间有规则周期性排列的的固体。晶格：表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做晶格晶胞：从晶格中确定一个最基本的几何单元来表达其排列形式的特征，组成晶格的这种最基本的几何单元。叫做晶胞晶格常数：晶胞的各边尺寸a，b，c叫做晶格常数致密度：致密度是指晶胞中原子所占体积与该晶胞体积之比。晶面指数：表示晶面的符号叫做晶面指数晶向指数：表示晶向的符号叫做晶向指数晶体的各向异性：由于晶体中不同晶面和晶向上原子的密度不同，因此在晶体上不同晶面和晶向上原子结合力就不同，从而在不同晶面和晶向上显示出不同的性能。点缺陷:是指在晶体中形成的空位和间隙原子面缺陷:其特征是在一个方向尺寸上很小，另外两个方向上扩展很大，也称二维缺陷，晶界、相界、孪晶界和堆垛层错都属于面缺陷。线缺陷:晶格中一部分晶体相对另一部分晶体局部滑移，已滑移部分的交界线为位错线，即线缺陷。亚晶界:相邻亚晶粒之间的界面称为亚晶界。位错:晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移。已滑移部分和未滑移部分的交界线成为位错亚晶粒：是实际金属晶体中，一个晶粒的内部，其晶格位向并不是像理想晶体那样完全一致，而是存在许多尺寸更小，位向差也很小的小晶块，它们相互镶嵌成一颗晶粒，这些小晶块称为亚晶粒。单晶体:当一块晶体内部位向完全一致时。我们称这块晶体为单晶体多晶体:由许多彼此位向不同的晶粒组成的晶体结构成为多晶体固溶体:当合金由液态结晶为固态时，组成元素间会像合金溶液那样相互溶解。形成一种在某种元素的晶格结构中包含有其他元素原子的新相，成为固溶体金属间化合物:凡是由相当程度的金属键结合，并具有明显金属特性的化合物，成为金属化合物固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度，硬度升高的现象叫做固溶强化结合键:是指由原子结合成分子或固体的方式和结合力的大小，结合键分为化学键和物理键两大类，化学键包括金属键、离子键和共价键；物理键即范德华力。2、金属键，离子键，共价键及分子键结合的材料其性能有何特点？金属键，大量自由电子，良好导电导热性，又因金属键的饱和性无方向性，结构高度对，故有良好的延展性。离子键，正负离子的较强电吸引，导致高硬度，高熔点，高脆性，因无自由电子，固态导电性差。共价键，通过共用电子对实现搭桥联系，键能高，高硬度，高熔点，高介电性。分子键，因其结合键能低，低熔点，低强度，高柔顺性。3、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？α-Fe，δ-Fe，Cr，V，γ-Fe，Cu，Ni，Pb，Mg，Zn各属何种晶体结构？有体心立方，面心立方，密排六方三种，体心立方晶格的晶胞通常只用一个晶格常数a表示，它的每个角上和晶胞中心都排列一个原子，面心立方晶格也只用一个晶格常数表示，它的每个角上和晶胞的六个面的中心都排列一个原子。密排六方晶格有两个晶格常数，一个是柱体的高度c，另一个是六边形的边长a，它的每个角上和下，下底面的中心都排列一个原子，另外在晶胞中心还有三个原子。α-Fe，δ-Fe，Cr，V属体心，γ-Fe，Cu，Ni，Pb属面心，Mg，Zn属密排六方。4、已知Fe的原子直径为2.54*10-10m，求Fe的晶格常数。并计算1mm3Fe中的原子数。由√3/4a=r有a=（2.54*10-10/2）/√3/4=2.933*10-10（m）故α-Fe的晶格常数为2.933*10-10m。1mm3中α-Fe的原子数（1*10-3）3*2/（2.933*10-10）3=7.927*1019个。5、注意晶面指数与晶向指数的求法：晶面对各轴的截距，倒数，比例晶向在原点引出，随意一点坐标，比例6、画出立方晶格中（110）晶面与（111）晶面。并画出在晶格中和（110）（111）晶面上原子排列情况完全相同而空间位向不同的几个晶面。7、为什么单晶体具有各向异性？而多晶体在一般情况下不显示各向异性？这是因为单晶体在各个晶面和晶向上原子排列密度是有差异的，所以在晶体中不同晶面和晶向上原子结合力不同，从而在不同晶面和晶向上显示出晶体的各向异性。而多晶体是由众多细小的晶粒所构成的集合体，各个晶粒的晶轴取向是随机分布的。这样，通常测出多晶体的性能在各个方向上表示是不同晶粒的平均性能，所以不显示各向异性的。8、试比较α-Fe与γ-Fe晶格的原子排列紧密程度和容碳能力。α-Fe的原子排列密度为0.68，γ-Fe的原子排列密度为0.74，由于γ-Fe的晶格间隙较大，所以，γ-Fe的渗碳能力大于α-Fe。9、金属的晶体结构由面心立方转变为体心立方时，其体积变化如何？为什么？体积会膨胀，这是因为α-Fe的体心致密度小于γ-Fe。10、实际金属晶体中存在那些晶体缺陷，对性能有什么影响？有点缺陷（空位、间隙原子），是金属中原子扩散的主要方式之一，对热处理过程很重要线缺陷（位错）金属晶体中的位错线往往大量存在，相互连接呈网状分布面缺陷（晶界、亚晶界）会引起晶格能量的提高，并使金属的物理化学和机械性能发生显著地变化。一般来说，缺陷密度越高，位错滑移阻力越大，材料强度、硬度越高，塑性、韧性越低。11、简述固溶体和金属间化合物在晶体结构与机械性能方面的区别。固溶体形成的是一种在某种元素的晶格结构中包含有其他元素原子的新相，金属间化合物是由相当程度的金属间结合，并具有明显金属特性的化合物。固溶体的强度韧性和塑性之间能有较好的配合，所以对综合机械性能要求较高的结构材料，金属化合物通常能提高合金的强度，硬度和耐磨性，会降低塑性和韧性。12、固溶体可分为几种类型？形成固溶体后对合金的性能有什么影响？为什么？两种。置换型和间隙型。形成固溶体后，由于溶质原子造成的晶格畸变，固溶体会产生所谓固溶强化现象，即强度、硬度上升，塑性、韧性下降。电阻率逐渐升高，导电性逐渐下降，磁矫顽力升高等等。固溶强化的产生是由于溶质原子融入后，要引起溶剂金属的晶格产生畸变，进而使位错移动时所收到的阻力增大的缘故。13、金属间化合物有几种类型？它们在钢中起什么作用？有正常价化合物（离子化合物、共价化合物），电子化合物和间隙化合物。正常价化合物和电子化合物在合金中一般可作为强化相。能提高钢的强度，硬度和耐磨性，但会降低塑性和韧性。间隙化合物起细化晶粒的作用14、高分子化合物在结构上有哪些特点？1.一般高分子化合物的分子量都十分巨大，2.。高分子化合物的分子是由许许多多结构相同的链节所组成。3组成高分子链的所有原子之间的结合键都属共价键15、陶瓷材料的主要键性有哪些？各有什么特点？主要键型有离子键与共价键的混合键，构成陶瓷的的是晶相，玻璃相，气相晶相：由某些固溶体或化合物组成，晶向常常不止一个，而是多相多晶体玻璃相：非晶态的低熔点固体相气相：陶瓷内孔隙中的气体晶相分类及特点：氧化物的特点是较大的氧离子紧密堆积（如六角紧密堆积和立方紧密堆积），较小的正离子则填充它们的孔隙内。数目相等的氧离子和金属离子组成的氧化物结构（如MgO，CaO等）属简单的面心立方晶格，当两种离子的数目不等时，则可形成其他类的晶体结构。常见的含氧酸盐为硅酸盐，特点是不论何种硅酸盐，硅总是在四个氧离子形成的四面体的中心，形成（SiO4）四面体。四面体之间又都以共有顶点氧离子相互连接起来。习题三1、解释下列名词的涵义：过冷度，晶核形核率N，生长速率G，凝固，结晶，自由能差△F；变质处理，变质剂；合金，组元，相，相图；机械混合物；枝晶偏析，比重偏析，相组成物，组织组成物；平衡状态，平衡相。答：过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之间的温度差叫过冷度；晶核形核率N：单位时间，单位体积液态金属中生成的晶核数目（晶核形核数目∕s·mm3）；生长速率G：表示晶核形成过程和晶体生长过程的快慢(单位时间内晶核长大的线长度mm∕s）；凝固：物质从液态到固态的转变过程统称为凝固；结晶：通过凝固形成晶体结构，可称为结晶；自由能：物质中能够自动向外界释放出其多余的或能够对外做功的这一部分能量叫做自由能；自由能差△F；液体结晶时，其温度低于理论结晶温度，造成液体与晶体间的自由能差（△F=F液-F晶）变质处理：在液态金属结晶前，加入一些细小的变质剂使金属结晶时的晶核形核率N增加或生长速率G降低，这种细化晶粒的方法，称为变质处理；变质剂：能够使物质变质的其它物质叫做变质剂合金：合金是指由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素经一定方法所组成的具有金属特性的物质；组元：通常把组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的物质称为组元；相：指在没有外力作用下，物理、化学性质完全相同，成分相同的均匀物质的聚焦态。相图：用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明图解称为相图，又称状态图或平衡图。机械混合物：通过共晶或共析反应形成的混合物叫机械混合物。枝晶偏析：固溶体的结晶一般是按树枝状方式成长的，这就使先结晶的枝干成分与后结晶的分枝成分不同，由于这种偏析呈树枝状分布，故又称枝晶偏析