《材料性能学》总复习题部分答案.docx

1、材料性能学总复习题部分答案绪论二、单项选择题1、下列不是材料力学性能的是（ ）A、强度 B、硬度 C、韧性 D、压力加工性能2、属于材料物理性能的是（ ） A、强度 B、硬度 C、热膨胀性 D、耐腐蚀性三、填空题1、材料的性能可分为两大类：一类叫_ _，反映材料在使用过程中表现出来的特性，另一类叫_ _，反映材料在加工过程中表现出来的特性。2、材料在外加载荷（外力）作用下或载荷与环境因素（温度、介质和加载速率）联合作用下所表现的行为，叫做材料_ 。四、简答题1、材料的性能包括哪些方面？ 2、什么叫材料的力学性能？常用的金属力学性能有哪些？第一章 材料单向静拉伸的力学性能一、名词解释 弹性极限：

2、是材料由弹性变形过渡到弹塑性变形时的应力（或达到最大弹性变形所需要的应力）。强度:是材料对塑性变形和断裂的抗力。屈服强度：材料发生屈服或发生微量塑性变形时的应力。抗拉强度：拉伸实验时，试样拉断过程中最大实验力所对应的应力。塑性变形：是材料在外力作用下发生的不可逆永久变形但不破坏的能力。韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。二、单项选择题1、根据拉伸实验过程中拉伸实验力和伸长量关系，画出的力伸长曲线（拉伸图）可以确定出金属的（ ）A、强度和硬度 B、强度和塑性 C、强度和韧性 D、塑性和韧性2、试样拉断前所承受的最大标称拉应力为（ ） A、抗压强度 B、屈服强度 C、疲劳强度 D、抗拉强

3、度3、拉伸实验中，试样所受的力为（ ）A、冲击 B、多次冲击 C、交变载荷 D、静态力4、常用的塑性判断依据是（ ）A、断后伸长率和断面收缩率 B、塑性和韧性 C、断面收缩率和塑性 D、断后伸长率和塑性5、工程上所用的材料，一般要求其屈强比（ C ）A、越大越好 B、越小越好 C、大些，但不可过大 D、小些，但不可过小6、工程上一般规定，塑性材料的为（ ）A、1% B、5% C、10% D、15%7、形变强化是材料的一种特性，是下列（ C ）阶段产生的现象。A、弹性变形； B、冲击变形； C、均匀塑性变形； D、屈服变形。8、在拉伸过程中，在工程应用中非常重要的曲线是（ ）。A、力伸长曲线；

4、B、工程应力应变曲线； C、真应力真应变曲线。9、空间飞行器用的材料，既要保证结构的刚度，又要求有较轻的质量，一般情况下使用（ ）的概念来作为衡量材料弹性性能的指标。A、杨氏模数； B、切变模数； C、弹性比功； D、比弹性模数。10、韧性是材料的力学性能，是指材料断裂前吸收（ ）的能力。A、塑性变形功和断裂功； B、弹性变形功和断裂功； C、弹性变形功和塑性变形功； D、塑性变形功。11、拉伸试样的直径一定，标距越长则测出的断面收缩率会（ ）。a) 越高；b) 越低；c) 不变；d) 无规律可循。 12、拉伸试样的直径一定，标距越长则测出的抗拉强度会（ ）。a) 越高；b) 越低；c) 不变

5、；d) 无规律可循13、拉伸时的比例试样的尺寸越短，其断后伸长率会（ ）a) 越高；b）越低；c）不变；d）无规律14、材料的弹性比功，可通过（ ）来得到提高。 a) 提高抗拉强度、降低弹性模量；b) 提高弹性极限、降低弹性模量； c) 降低弹性极限、降低弹性模量；d) 降低弹性极限、提高弹性模量。15、从化学键的角度看，一价键材料的硬度变化规律是（ A ）。 a) 离子键金属键氢键；b) 离子键氢键金属键； c) 氢键金属键离子键；d) 金属键离子键氢键 16、双原子模型计算出的材料理论断裂强度比实际值高出13个数量级，是因为（ ）。a) 模型不正确；b) 近似计算太粗太多；c) 实际材料有

6、缺陷；d) 实际材料无缺陷17、生产上为了降低机械噪声，对有些机件应选用（ ）高的材料制造，以保证机器稳定运转。A、循环韧性； B、冲击韧性； C、弹性比功；D、比弹性模数。18、拉伸断口一般呈杯锥状，由纤维区、放射区和（ ）三个区域组成。A、剪切唇； B、瞬断区； C、韧断区； D、脆断区。19、金属具有应变硬化能力，表述应变硬化行为的Hollomon公式，目前得到比较广泛的应用，它是针对真实应力-应变曲线上的（ ）阶段。A、弹性； B、屈服； C、均匀塑性变形； D、断裂。三、判断题（）1、工程设计和材料选用中一般以工程应力、工程应变为依据；但在材料科学研究中，真应力与真应变具有更重要的意

7、义。（）2、构件的刚度Q与材料的弹性模量E成正比，而与构件的横截面积A成反比。（ ）3、对机床的底座等构件，为保证机器的平稳运转，材料的弹性滞后环越大越好；而对弹簧片、钟表等材料，要求材料的弹性滞后环越小越好。（ ）4、包申格效应是指经过预先加载变形，然后再反向加载变形时材料的弹性极限升高的现象。四、填空题1、对于材料的静拉伸实验，在整个拉伸过程中的变形分为弹性变形、弹塑性变形和_ _三个阶段，塑性变形又可分为 、均匀塑性变形和_ 三个阶段。2、典型的弹性不完整性主要有 、 、 、 等形式。3、随着温度的增加，金属的弹性模量下降；通常加载速率增加，金属的弹性模量不变，陶瓷的弹性模量不变，高分子

8、材料的弹性模量随着负载时间的增加而下降。4、弹性滞后环是由于材料的加载线和卸载线不重合而产生的。对机床的底座等构件，为保证机器的平稳运转，材料的弹性滞后环越 （大、小）越好；而对弹簧片、钟表等材料，要求材料的弹性滞后环越 （大、小）越好。5、金属抵抗永久变形和断裂的能力称为强度，常用的强度性能指标是_ _、_ 等。6、断裂前金属发生不可逆永久变形的能力称为塑性，常用的塑性性能指标是 和_ _。7、低碳钢拉伸的过程中，其屈服齿上往往存在 和 ，通常把 作为屈服强度，因为其 。铸铁在拉伸过程中测得的屈服强度用 表示。8、一般情况下，温度升高金属材料的屈服强度 ；在应变速率较高的情况下，金属材料的屈

9、服应力将显著 ；切应力分量越大，越有利于塑性变形，屈服强度就越 。9、e表示材料的 ，p表示材料的 ，s表示材料的 ，b表示材料的 。10、材料三种主要的失效形式为 、 、 。11、低碳钢静拉伸断裂的宏观断口呈 ，由 、 、 三个区域组成。微孔聚集型断裂的微观特征是 ；解理断裂的微观特征主要有 、 和 ；沿晶断裂的微观特征为 断口。12、按照裂纹的扩展路径来看断裂主要分为 、 ，其中 一般是脆性断裂。13、材料的断裂按断裂机理分可分为 断裂， 断裂和 断裂；按断裂前塑性变形大小分可分为 断裂和 断裂。五、简答题1、简述韧性断裂和脆性断裂的宏观断口特征。典型宏观韧性断口由哪些区域组成？2、衡量弹

10、性的高低用什么指标，为什么提高材料的弹性极限能够改善弹性。答：衡量弹性高低用弹性比功ae=e2/2E。由于弹性比功取决于弹性极限和弹性模量，而材质一定，弹性模量保持不变，因此依据公式可知提高弹性极限可以提高材料的弹性比功，改善材料的弹性。3、某种断裂的微观断口上观察到河流状花样，能否认定该断裂一定属于脆性断裂？为什么？如何根据河流状花样寻找裂纹的源头。4、简述韧性断裂的微观过程及韧性断口的微观形貌特征。答：在三向应力的作用下，使得试样心部因夹杂物或第二相质点破裂等原因而形成微孔（微孔形核），微孔不断长大形成微裂纹，微裂纹聚合在一起形成裂纹。微观形貌特征：韧窝。5、单晶体纯金属的弹性模量与多晶体

11、纯金属相比具有什么特点?纯铁（体心立方）和纯铝（面心立方）什么方向的弹性模量最大?答：单晶体的弹性模量呈现出明显的各向异性，多晶体尽管其中单个晶粒的弹性模量为各向异性，但整体上呈现各向同性，即伪等向性。单晶体中弹性模量最大的方向是晶体中的密排晶向。纯铁为体心立方晶格，其最大弹性模量方向为111，纯铝为面心立方晶格，最大弹性模量方向为110。六、分析题1、分析拉伸曲线图中1、2两种材料的变形规律，并指出属于何种材料（脆性材料、低塑性材料、高塑性材料）及其原因，并分析宏观断口。答：（1）弹性变形、塑性变形、断裂；无颈缩和屈服。由于塑性变形明显但没有颈缩，属于低塑性材料，韧性断口，杯锥状不明显。（2

12、）弹性变形、屈服、均匀塑性变形、颈缩、断裂。因其出现颈缩为高塑性材料。杯锥状韧性断口。2、某汽车弹簧，在未装满载时已变形到最大位置，卸载后可完全恢复到原来状态；另一汽车弹簧，使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，而且塑性变形量越来越大。试分析这两种故障的本质及改变措施。（提示：前者刚度不足，后者弹性不足）3、某碳钢经不同的热处理后在相同条件下拉伸，拉伸曲线的弹性变形阶段有什么相同点？为什么？答：二者的弹性变形阶段往往存在线性阶段，应力与应变呈正比关系，并且斜率基本相同。因为相同成分的钢其弹性模量E基本保持不变，根据工程应力应变关系可知，E为斜率则相同。4、现有do=10mm的

13、圆棒长试样（L0=100mm）和短试样（L0=50mm）各一根，测得其延伸率10与5均为25%，问长试件和短试件的塑性是否一样？哪个塑性好？为什么？七、计算题1、测定某种钢的力学性能时，已知试棒的直径是10mm，其标距长度是直径的五倍，Fb=33.81KN，Fs=20.68KN，拉断后的标距长度是65mm。试求此钢的 s，b及值是多少？2、一个拉伸试样，标距50mm，直径13mm，实验后将试样对接起来后测量标距81mm，伸长率多少？若缩颈处最小直径6.9mm, 断面收缩率是多少？3、一直径为2.5mm，长为200mm的杆，在载荷2000牛顿（N）作用下，直径缩小为2.2mm（无颈缩），试计算：

14、杆的最终长度l；在该载荷作用下的条件应力与条件应变。4、将某材料制成长50mm，直径为5mm的圆柱形拉伸试样，进行拉伸试验，试验力为8000牛顿（N）时，试样伸长量（l）为2.5mm（无颈缩），试计算试样此时的直径R；在该载荷作用下的条件应力和条件应变。第二章 材料在其他静载下的力学性能二、单项选择题1、适于测试硬质合金、表面淬火钢及薄片金属的硬度的测试方法是（ B ） A、布氏硬度 B、洛氏硬度 C、维氏硬度 D、以上方法都可以2、不宜用于成品与表面薄层硬度测试方法（ ） A、布氏硬度 B、洛氏硬度 C、维氏硬度 D、以上方法都不宜3、用金刚石圆锥体作为压头可以用来测试（ ）A、布氏硬度 B

15、、洛氏硬度 C、维氏硬度 D、以上都可以4、缺口试样中的缺口包括的范围非常广泛，下列（ ）可以称为缺口。A、材料均匀组织；B、光滑试样；C、内部裂纹；D、化学成分不均匀。5、单向压缩条件下的应力状态系数为（ ）。 a) 0.5；b) 1.0；c) 0.8；d) 2.0 6、HRC是（ ）的一种表示方法。 a) 维氏硬度；b) 努氏硬度；c) 肖氏硬度；d) 洛氏硬度 7、缺口引起的应力集中程度通常用应力集中系数Kt表示，应力集中系数定义为缺口净截面上的（ ）与平均应力之比。A、最大应力； B、最小应力； C、屈服强度； D、抗拉强度。8、扭转加载的应力状态系数（ ）单向拉伸的应力状态系数。a)

16、 大于；b) 小于；c) 等于；d) 无关系9、在单向拉伸、扭转与单向压缩实验中，应力状态系数的变化规律是（ ）a) 单向拉伸扭转单向压缩； b）单向拉伸单向压缩扭转；c）单向压缩扭转单向拉伸；d）扭转单向拉伸单向压缩；三、判断题（ ）1、应力状态软性系数越大，最大切应力分量越大，表示应力状态越软，材料越易于产生塑性变形；反之，应力状态软性系数越小，表示应力状态越硬，则材料越容易产生脆性断裂。（ ）2、同一材料用不同的硬度测定方法所测得的硬度值是不相同的，且完全不可以互相转换。（ ）3、同一金属材料用不同的硬度测定方法所测得的硬度值是相同的。（ ）4、缺口使塑性材料得到“强化”，因此，可以把“

17、缺口强化”看作是强化材料的一种手段，提高材料的屈服强度。（ ）5、缺口强化与形变强化不一样，不是强化材料的重要手段，但对于那些不能进行热处理强化的材料，可以作为强化的手段。（ ）6、鉴于弯曲试验的特点，弯曲试验常用于铸铁、硬质合金等韧性材料的性能测试。（）7、在韧性材料的冲击试样断口上，裂纹会在距缺口一定距离的试样内部萌生，而不是在缺口根部。四、填空题1、常用的硬度表示方法有_ _、_ _和维氏硬度。2、材料的缺口越深、越尖锐，材料的缺口敏感性就越 （大、小），材料的缺口敏感度就越 （大、小），材料的对缺口就越 （敏感、不敏感）。3、缺口静弯曲实验得到的曲线包围的面积分为三个部分，分别代表三种

18、能量、弹性变形功， ， 。若只有而没有、，则对缺口 ，若只有、，表明对缺口 ；越大，则对缺口越 。4、应力状态系数值越大，表示应力状态越 ，材料越容易产生 塑性变形和延性断裂 。为测量脆性材料的塑性，常选用应力状态系数值 的实验方法，如 等。 5、在扭转实验中，塑性材料的断裂面与试样轴线 ，断口 ，这是由 应力造成的 断；脆性材料的断裂面与试样轴线 ，这是由 应力造成的 断。与静拉伸试样的宏观断口特征 。 6、材料截面上缺口的存在，使得缺口根部产生 和缺口前方 ，试样的屈服强度 ，塑性 。 7、单向拉伸、扭转和压缩试验方法中，应力状态最软的加载方式是 ，该方法易于显示材料的 （塑性/脆性）行为

19、，可用于考查 （塑性/脆性）材料的 （塑性/脆性）指标。8、要测试灰铸铁和陶瓷材料的塑性指标，在常用的单向拉伸、扭转和压缩试验方法中，可选择 试验方法。9、要鉴别淬火钢中马氏体组织的硬度，可用 硬度实验方法。五、简答题1、简述缺口的三个效应是什么?2、缺口试样拉伸时的应力分布有何特点？ 3、20钢（塑性好）扭转和拉伸，哪种没有颈缩?为什么?4、比较20钢（塑性好）、铸铁的缺口强度和光滑试样强度的大小，哪种材料对缺口敏感?冲击试验中哪种需要开缺口?为什么?答：20钢的缺口强度大于光滑试样强度，铸铁则反之，因qe1,铸铁对缺口敏感。为了保证冲击试验中能够冲断试样从而测得冲击功，塑性材料20钢需要开

20、缺口。5、试比较布氏硬度与维氏硬度试验原理的异同。6、试说明布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度的压头材料及形状、实验原理。六、分析题1、比较布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度测试原理及压痕特征。并在以上方法中选择适合测量下列材料硬度的方法和标尺：渗碳层的硬度分布，淬火钢，灰口铸铁，氮化层的硬度，高速钢刀具，退火的20钢，调质后的40Cr主轴，淬火钢中马氏体和残余奥氏体的鉴别与分布，铝合金铸锭。2、什么是金属材料的塑性？对于下列材料的塑性：(1)40CrNiMo调质钢试样，(2)20Cr渗碳淬火钢试样，(3)W18Cr4V钢淬火回火试样，(4)灰铸铁试样，分别选用哪种试险机（液压万能材料试验机、扭转试验机）

21、，采用何种试验方法测量。答：塑性：材料受到外力作用产生塑性变形而不破坏的能力。塑性衡量：(1)40CrNiMo调质钢：液压万能材料试验机，单向拉伸实验。(2)20Cr渗碳淬火钢：扭转试验机，扭转实验。(3)淬火、回火W18Cr4V钢：液压万能材料试验机，弯曲实验。(4)灰铸铁：液压万能材料试验机，压缩实验。3、选择合适的常用的静载实验方法及设备测定材料性能。(1)20CrMnTi渗碳表面质量检验；(2)调质钢的塑性；(3)车刀的塑性；(4)铸铁基座的承载能力；答：(1)20CrMnTi渗碳表面质量检验扭转试验机，扭转试验；(2)调质钢的塑性万能材料试验机（拉伸试验机），拉伸试验；(3)车刀的塑

22、性万能材料试验机，弯曲试验；(4)铸铁基座的承载能力万能材料试验机，压缩试验。第三章 材料的冲击韧性及低温脆性一、名词解释 韧脆转变温度：在一定的加载方式下，当温度冷却到某一温度或温度范围时，出现韧性断裂向脆性断裂的转变，该温度称为韧脆转变温度。 低温脆性：材料随着温度下降，脆性增加，当其低于某一温度时，材料由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降的现象。二、单项选择题1、金属的韧性通常随加载速度提高、温度降低、应力集中程度加剧而（ ） A、变好 B、变差 C、无影响 D、难以判断2、判断韧性的依据是（ ）A、强度和塑性 B、冲击韧度和塑性 C、冲击韧度和多冲抗力 D、冲击韧度和强度3、材料

23、的冲击韧度越大，其韧性就（ ） A、越好 B、越差 C、无影响 D、难以确定4、在缺口试样的冲击实验中，缺口试样的厚度越大，试样的冲击韧度越（ ）、韧脆转变温度越（ ）。 a) 大、高；b) 小、低；c) 小、高；d) 大、低 5、在缺口试样的冲击实验中，缺口越尖锐，试样的冲击韧度（ ）a) 越大；b）越小；c）不变；d）无规律6、当应变速率在（ ）内，金属力学性能没有明显变化，可按静载荷处理。a) 10-410-2s-1；b）10-210-1s-1；c）10-6106s-1；d）无规律三、判断题（ ）1、测量陶瓷、铸铁的冲击吸收功时，一般采用夏比U型缺口试样，很少采用V型及无缺口冲击试样。四

24、、填空题1、材料的韧性温度储备通常用符号 。表示，取值在温度范围 ，对于相同的材料而言，韧性温度储备越大，材料的工作温度就越 ，材料就越 。对于承受冲击载荷作用的重要机件，韧性温度储备取 。2、面心立方金属的韧脆转变温度比体心立方金属 ，面心立方金属的塑性比体心立方金属 。3、国家标准规定一次冲击弯曲试验用标准缺口试样分别为 、 。4、低温脆性常发生在具有 或 结构的金属及合金中，而在 结构的金属及合金中很少发现。五、简答题1、何谓低温脆性？在哪些材料中发生低温脆性？采用什么衡量材料的低温脆性？2、试从宏观上和微观上解释为什么有些材料有明显的韧脆转变温度，而另外一些材料则没有呢？六、分析题1、

25、检验下列材料的冲击韧性，哪些开缺口，哪些不开缺口：陶瓷，铸铁，W18Cr4V，20钢，40CrNiMo，20CrMnTi，Crl2MoV，硬质合金，答：陶瓷、铸铁、W18Cr4V、Crl2MoV冲击试验不用开缺口；20钢，40CrNiMo，20CrMnTi冲击韧性试验需要开缺口。第四章 材料的断裂韧性一、名词解释断裂韧度：当应力场强度因子增大到一临界值，带裂纹的材料发生断裂，该临界值称为断裂韧度。二、单项选择题1、最容易产生脆性断裂的裂纹是（ ）裂纹。A、张开； B、表面； C、内部不均匀； D、闭合。2、K的脚标表示I型裂纹，I型裂纹表示（ ）裂纹。A、张开型； B、滑开型； C、撕开型；

26、D、组合型。3、I型（张开型）裂纹的外加应力与裂纹面（ ）；而II型（滑开型）裂纹的外加应力与裂纹面（ ）。 a)平行、垂直；b)垂直、平行；c)成45角、垂直；d)平行、成45角 4、平面应变条件下裂纹尖端的塑性区尺寸（ ）平面应力下的塑性区。 a) 大于；b) 小于； c) 等于； d) 不一定 5、材料的断裂韧度KIC随板厚或构件截面尺寸的增加而（ ）。a) 减少；b）增加；c）无影响三、判断题（ ）1、冲击韧度、静力韧度、断裂韧度，都是衡量材料韧性大小的力学性能指标。而且，它们采用相同的计量单位。四、填空题1、应力强度因子反映了裂纹尖端区域应力场的强度，它综合反映了_ _和裂纹位置、_

27、 _对裂纹尖端应力场强度的影响。2、根据外加应力的类型及其与裂纹扩展面的取向关系，裂纹扩展的基本方式有 、滑开型(型)裂纹扩展和 三类，其中以 最为危险。3、低温脆性常发生在具有 结构的金属及合金中，而在 结构的金属及合金中很少发现。4、材料的韧性是表征材料在外力作用下，从变形到断裂全过程中 的能力。根据试样形状和加载速率，材料的韧性可分为 试样的静力韧性、 试样的冲击韧性和 试样的断裂韧性。5、线弹性断裂力学处理问题有两种方法： 、 。五、简答题1、说明KI和KIC的异同。对比KIC和KC的区别。说明KI和KIC中的I的含义。答：KI是力学参量，表示裂纹尖端应力场强度的大小，取决于外加应力、裂纹尺寸和裂纹类型，与材料无关。KIc代表的是材料的断裂力学性能指标，是临界应力场强度因子，取决于材料的成分、组织结构等内在因素。KIc称为平面应变的断裂韧性，Kc为平面应力的断裂韧性。对于同一材料而言，KIc-1-1（ ）6、材料的抗拉强度越大，其疲劳强度也越大。（ ）7、疲劳曲线倾斜段倾斜得愈陡直，持久值就愈高，材料对过载的抗力愈高。（ ）8