工程材料问答题
习题1    材料的力学性能
问答题
请解释材料的工艺性能、使用性能和力学性能含义
答：材料的工艺性能是指将材料加工成零件的难易性，包括可切削性、铸造性、锻压性、焊接性等。材料的工艺性好坏与所采用的加工方法有关。使用性能是指材料加工成零件后，是否好用、耐用，使用性能包括力学性能、物理性能、化学性能。力学性能是指材料受载荷作用时表现出的与变形、断裂相关的一系列性能，主要有强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等。
什么叫强度？常用的强度指标是哪两个？分别代表什么？
答：强度——材料受静载荷作用时，抵抗塑性变形和断裂的能力。常用的强度指标是：
屈服强度σs  ——材料受静载荷作用时，抵抗塑性变形的能力。
抗拉强度（强度极限）σb  ——材料受静载荷作用时，抵抗断裂的能力。
什么叫塑性？常用的塑性指标是哪两个？材料的塑性在工程上有何实用意义？
答：塑性——材料在受载荷作用时，发生永久性变形的能力。常用的塑性指标是：延伸率δ、断面收缩率ψ。塑性在工程上的实用意义：
塑性是变形加工（锻压）的条件。塑性较好的材料才可以进行变形加工。
塑性好的材料，不易脆断，应用时安全性比较好。
比较布氏硬度、洛氏硬度的测量方法、压头形状和硬度值有效范围。并指出各自的应用范围。
洛氏硬度在测试时可以直接在读数表上读出硬度值。
标尺
标注符号
压头类型
数值有效范围
适用对象
A
HRA
金刚石圆锥
20-88HRA
很硬的材料，如钢的表面硬化层、硬质合金等。
B
HRB
钢球
20-100HRB
较软的材料，如退火的钢、铜合金、铝合金等。
C
HRC
金刚石圆锥
20-70HRC
较硬的材料，如淬火的钢件
布氏硬度需根据测试条件和压痕直径查表才能得到硬度值。
标注符号
压头类型
数值有效范围
适用对象
HBS
钢球
＜450HBS
硬度较低、厚度较大的原材料或毛坯。
HBW
硬质合金球
＜650HBS
金属材料的硬度与抗拉强度之间存在什么关系？这种关系有什么实用意义？
答：金属材料的硬度与强度有一定正比关系。在实际工作中，在不方便测试零件的强度时，常常通过测试其硬度来换算出强度，既简便，成本又低。但需要注意这样换算的数据是比较粗略的
材料的力学性能指标有很多（如强度、塑性、硬度、冲击韧度等），但是在零件图上，常常只标注硬度值要求，这是为什么？
答：测试强度、塑性需采用拉伸试验、测试韧性要用冲击试验，这些试验都是破坏性的，显然不适合于成品零件。硬度试验很简便，对试验对象的损伤非常小，故适合于测试零件。硬
度与其它性能指标之间有一定的对应关系，只要测得零件的硬度值，就可以估算其他性能的数值。
用洛氏硬度HRC标尺测得某钢件的硬度为15HRC，这个硬度值说明了什么？遇到这种情况应当怎样处理？
答：这个测试值低于HRC标尺的有效范围，说明被测材料的硬度很低，用HRC来测量不合适。可以改用洛氏HRB标尺或布氏标尺HBS来测试
下列材料需要测试硬度，各选用什么硬度试验方法？
（1）退火的钢    （2）淬火的钢  （3）铝合金、铜合金      （4）硬质合金
答：（1）退火的钢：用HBS或HRB    （2）淬火的钢：用HRC 
（3）铝合金、铜合金：用HBS或HRB      （4）硬质合金：用HRA
什么叫冲击韧性？材料冲击韧性的好坏有什么意义？
答：冲击韧性 ak——材料受冲击载荷时，抵抗断裂的能力。冲击韧性高的材料，使用安全性好。
什么叫材料的疲劳现象？疲劳的危害是怎样体现的？
答：疲劳现象是零件（材料）在交变载荷长时间作用下，产生裂纹并逐渐扩展，最终导致突然断裂的现象。在裂纹萌生和扩展的较长一段时间中，是不易被发现的，而最终的断裂却是在瞬间发生的。因此，疲劳现象对于运行中的机器，尤其对飞行中的飞机，是危害性极大的事故隐患。飞机要进行定期检修，其中一个目的就是要检查一些关键零件是否产生了疲劳裂纹。
提高零件疲劳寿命的方法有哪些？
答：疲劳裂纹通常在零件薄弱部位的表面萌生。下列方法能提高零件抗疲劳性：
提高零件表面光洁度（降低表面粗糙度）。
零件截面和形状变化之处，设计为圆弧过渡，以减轻应力集中现象。
采用表面热处理、喷丸等方法对零件表面进行强化。
防止零件表面被划伤、腐蚀。
此外，采用无损检测技术定期对重要零件进行检测，争取在早期发现零件上的疲劳裂纹，也是预防疲劳断裂恶性事故的有效手段。
习题韧性有什么用2  金属材料的基础知识
问答题：
什么需要了解金属的内部组织结构？
答：因为金属内部组织结构决定金属的性能，所以，要了解金属的性能及其变化规律，就有必要认识了解金属的内部组织结构。
金属的常见晶体结构有哪几种类型？下面几种金属的晶体结构各属于哪种类型？
α铁、γ铁、铜、铝、铬、镁、锌
答：体心立方晶格：α铁、铬；        面心立方晶格：γ铁、铜、铝；       
密排六方晶格：镁、锌
在常温下，比较铁、铜、镁的塑性，哪一个的最好？哪一个最差？（提示：金属的塑性好坏与其晶体结构类型有关。）
答：铜是面心立方晶格，塑性最好；镁是密排六方晶格，塑性最差；铁在常温时体心立方晶格，塑性介于二者之间。
为什么单晶体是各向异性的，而多晶体却是各向同性的？
答：在单晶体晶格的不同方向上，原子间距不同，相互间的作用力不同，因此在不同方向上的性能存在差异，即“各向异性”。多晶体是由许多晶粒组成的，每颗晶粒都是各向异性的小单晶，但大量晶粒的各向异性相互抵消，因此多晶体是各向同性的。
请在下面的框图中填入影响金属材料性能的因素：
为什么多晶体的金属在塑性变形以后也会出现各向异性？
答：多晶体的金属在塑性变形以后，晶粒沿变形方向被拉长或压扁，形成纤维组织，致使多晶体金属出现各向异性——在平行于纤维的方向上性能较好，在垂直于纤维的方向上性能较差
什么叫金属的加工硬化？加工硬化在生产中会带来哪些利弊？试举例说明。
答：当金属在发生塑性变形的时候，随着塑性变形程度的增大，金属的强度和硬度逐渐升高，塑性和韧性则逐渐降低，这种现象称为加工硬化。
除了加工硬化以外，塑性变形对金属还带来哪些影响？
答：塑性变形除了影响金属的力学性能外，还会使物理性能和化学性能发生变化，例如使金
属的电阻率增大，抗腐蚀性降低等。
经过塑性变形的金属在加热时，随着温度的升高，会发生哪些变化过程？
答：经过塑性变形的金属处于一种不稳定的状态，如果其加热，就会使其组织和性能发生一系列变化，最终达到稳定的状态。这个变化过程可分为三个阶段，即：回复、再结晶和晶粒长大。
什么叫回复？回复原理在生产中有何应用？
答：将经过塑性变形的金属在低于再结晶温度的条件加热，其组织没有变化，仍然保持先前塑性变形时形成的纤维组织．加工硬化效应也保持下来，但内应力显著降低了，这种现象称为恢复。
生产中，一些在常温下经塑性变形制造的成品零件，为了使其保持加工硬化带来的高强度，而又基本消除有害的内应力，可将零件在回复的温度范围内加热保温，达到上述目的。这种热处理工艺叫做去应力退火。例如用冷拉钢丝制造的弹簧，绕成后在250～300℃去应力退火，使得弹簧既有较高的强度和弹性，外形和尺寸又很稳定。
什么叫再结晶？再结晶原理在生产中有何应用？
答：经过塑性变形的金属，被加热到高于再结晶温度时，将逐渐生成颗粒状的晶粒，取代变形的品粒，这个过程称为再结晶。当再结晶过程完成时，先前塑性变形造成的加工硬化也就消失，同时内应力也彻底消除了。
根据再结晶的原理，在生产中常常把经过冷变形加工的金属半成品加热到再结晶温度之上保温，使之发生再结晶，消除加工硬化，以利于继续变形加工。这种热处理工艺称为再结晶退火
冷变形与热变形有哪些区别？
答：在再结晶温度以上进行的塑性变形称为热变形，在再结晶温度以下进行的称为冷变形。在冷变形的时候，金属要发生加工硬化，使变形越来越困难；在热变形的时候，金属既要发生加工硬化，同时又要发生再结晶软化。如果再结晶过程足够快，能够抵消加工硬化，则金属在热变形时就能保持低强度、高塑性的状态，使塑性变形加工得以持续顺利进行。在锻压生产中，要预先把金属加热到一定温度再锻压，就是利用了热变形的原理。
将铜管弯曲成一定形状，随着弯曲程度增加，感觉越弯越费劲，而且铜管还容易破裂，这是什么原因？如何消除这种现象？
答：是因为铜管逐渐发生了加工硬化，使强度升高，继续变形需要更大的变形力；使塑性降低，继续变形就容易开裂。采用再结晶退火，能够消除加工硬化，使铜管的可变形性得到恢复。
用冷变形的方法将冷轧黄铜片做成弹簧，此弹簧有较高弹性和强度，但尺寸不稳定，而且耐腐蚀性不好。用什么方法可以保持其高弹性、高强度，同时又改善其尺寸稳定性和耐腐蚀性？
答：用低温去应力的方法，在再结晶温度之下加热保温，可达上述目的。
习题3  铁碳合金
问答：
铁碳合金的平衡组织有哪些？哪一种强度硬度低而塑性好？哪些硬而脆？哪一种具有较好的综合力学性能？
答：有铁素体(F)、珠光体（P）、渗碳体（Fe3C）、奥氏体（A）、莱氏体（Ld）。其中铁素体、奥氏体的强度硬度低而塑性好；渗碳体、莱氏体硬而脆；珠光体具有较好的综合力学性能。
铁碳合金状态图表达的内容是什么？
答：铁碳状态图反映了铁碳合金在平衡条件下，合金的组织与成分(含碳量)、温度之间的关系；以及组织变化的规律。
根据铁碳状态图填写下表：
铁碳合金的含碳量
（%）
在下列温度的组织
（可填组织的名称或代号）
0～720℃
800℃
1000℃
0.2
F+P
F+A
A
0.77
P
A
A
1.5
P+Fe3C
A+Fe3C
A
3.0
P+Fe3C+Ld
A+Fe3C+Ld
A+Fe3C+Ld
根据所具有的平衡组织，铁碳合金可以分为哪三大类？各类的组织有何特点？含碳量在什么范围？
类别
组织特点
含碳量/%
工业纯铁
室温组织是铁素体。
＜0.0218
钢
室温组织都有珠光体，如果加热到足够高的温度，都可以得到单一的奥氏体。
0.0218～2.11
白口铸铁
（生铁）
组织中都有莱氏体，加热时不能得到单一的奥氏体组织。
2.11～6.69
根据所具有的平衡组织，钢可以分为哪三类？各类的组织有何特点？含碳量在什么范围？
类别
组织特点
含碳量/%
亚共析钢
室温组织是铁素体和珠光体。
0.0218＜WC＜0.77
共析钢
室温组织是珠光体。
0.77
过共析钢
室温组织是珠光体和渗碳体。
0.77＜WC＜2.11
一般所说的低碳钢、中碳钢、高碳钢的含碳量各在什么范围？要制造下列产品，各选用哪一类钢？为什么？

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