材料性能学复习题

绪论

1、简答题

什么是材料的性能？包括哪些方面？

1力学解：材料的性能是指材料在给定外界条件下所表现出的可定量测量的行为表现。包括○2物理性能（热、光、电、磁）○3化学性能（老性能（拉、压、、扭、弯、硬、磨、韧、疲）○

化、腐蚀）。

第一章 单向静载下力学性能 1、名词解释：

解：

弹性变形：材料受载后产生变形，卸载后这部分变形消逝，材料恢复到原来的状态

的性质。

塑性变形：微观结构的相邻部分产生永久性位移，并不引起材料破裂的现象。 弹性极限：弹性变形过度到弹-塑性变形(屈服变形)时的应力。 弹性比功：弹性变形过程中吸收变形功的能力。

包申格效应：材料预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余应力

（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余应力降低的现象。

弹性模量：工程上被称为材料的刚度，表征材料对弹性变形的抗力。实质是产生100%

弹性变形所需的应力。

滞弹性：快速加载或卸载后，材料随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。 内耗：加载时材料吸收的变形功大于卸载是材料释放的变形功，即有部分变形功倍

材料吸收，这部分被吸收的功称为材料的内耗。

韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

超塑性：在一定条件下，呈现非常大的伸长率（约1000%）而不发生缩颈和断裂的

现象。

韧窝：微孔聚集形断裂后的微观断口。

2、简答

1) 材料的弹性模量有那些影响因素？为什么说它是结构不敏感指标？

1键合方式和原子结构，共价键、金属键、离子键E高，分子键E低原子半径大，E解：○

2晶体结构，单晶材料在弹性模量在不同取向上呈各向异性，沿密排小，反之亦然。○

3化学成分，○4微面E大，多晶材料为各晶粒的统计平均值；非晶材料各向E同性。○

5温度，温度升高，E下降○6加载条件、负载时间。对金属、陶瓷类材料的E观组织○

没有影响。高聚物的E随负载时间延长而降低，发生松弛。

2) 金属材料应变硬化的概念和实际意义。

解：材料进入塑性变形阶段后，随着变形量增大，形变应力不断提高的现象称为应变硬化。

1加工方面，是金属进行均匀的塑性变形，保证冷变形工艺的顺利实施。○2应用意义○

3对不能进行热方面，是金属机件具有一定的抗偶然过载能力，保证机件使用安全。○

处理强化的金属材料进行强化的重要手段。

3) 高分子材料的塑性变形机理。

解：结晶高分子的塑性变形是由薄晶转变为沿应力方向排列的微纤维束的过程；非晶高分子材料则是在正应力下形成银纹或在切应力下无取向的分子链局部转变为排列的纤维束的过程。

4) 拉伸断裂包括几种类型？什么是拉伸断口三要素？如何具体分析实际构件的断裂[提示：参考课件的具体分析实例简单作答]？

解：按宏观塑性变形分为脆性断裂和韧性断裂。按裂纹扩展可分为穿晶断裂和沿晶断裂。按微观断裂机理分为解理断裂和剪切断裂。按作用力分为正断和切断。拉升断口的三要素：

1宏观检测：纤维区、放射区和剪切唇。对实际构件进行断裂分析首先进行○目测构件表面外2扫描电镜分析○3X射线能谱分析○4金相分析○5硬度及观；低倍酸洗观察；宏观断面分析。○

有效硬化层测定。

3、计算：

1) 已知钢的杨氏模量为210GPa，问直径2.5mm,长度120mm的线材承受450N载荷时变形量是多少? 若采用同样长度的铝材来承受同样的载荷，并且变形量要求也相同，问铝丝直径应为多少？(EAl=70GPa) 若用W(E=388 GPa)、钢化玻璃(E=345MPa)和尼龙线(E=2.83GPa)呢？

L1=120mm , F=450N 。

???F/S=E?????L/L0 ??L?164.5 ?F?E1/S1?F?E2/S2

解：已知：E=210GPa , d=2.5mm ,

?d2?E1/E2?d ?dAl?E/EAl?d?210/70?2.5mm?4.33mm ?dW?E/EW?d?210/388?2.5mm?1.83mm ?d钢化?E/E钢化?d?210/345?2.5mm?1.95mm ?d尼龙?E/E尼龙?d?210/2.83?2.5mm?21.5mm

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？

解：已知：L0?50mm d0?13mm LK?81mm dK?6.9 mm∴断后伸长率

???LK/L0?100%?(81?50)/50?100%?62%

∴断面收缩率

??(A0?A1)/A0?100%?(132?6.92)/132?100%?71.8%

第二章 其它静载下力学性能 1、名词解释：

应力状态软性系数 剪切弹性模量 抗弯强度 缺口敏感度 硬度

解：

应力状态软性系数：不同加载条件下材料中最大切应力与正应力的比值。 剪切弹性模量：材料在扭转过程中，扭矩与切应变的比值。

缺口敏感度：常用试样的抗拉强度与缺口试样的抗拉强度的比值。NSR

硬度：表征材料软硬程度的一种性能。一般认为一定体积内材料表面抵抗变形或破

裂的能力。

2、简答

1) 简述硬度测试的类型、原理和优缺点？[至少回答三种]

解：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度。

布氏硬度：原理是用一定大小的载荷，把直径为D的淬火钢球或硬质合金球压入试

样表面，保持规定时间后卸载载荷，测量试样表面的残留压痕直径d，求压痕的表面积。将单位压痕面积承受的平均压力规定为布氏硬度。优点是压痕面积大反映较大区域内各组成相的平均性能，适合灰铸铁、轴承合金测量，实验数据稳定，重复性高。缺点是不宜在成品上直接检验，硬度不同要更换压头直径D和载荷F，压痕直径测量较麻烦。

洛氏硬度：原理是通过测量压痕深度值来表示硬度。优点是采用不同的标尺，可以测

量各种软硬不同和厚薄不一样的材料的硬度，压痕小，可对工件直接进行检验，操作简便迅速。缺点是压痕小，代表性差，重复性差、分散度大，不同标尺的硬度值不能直接进行比较，不能互换。不宜在极薄的工件上直接进行检验。

肖氏硬度：原理是将具有一定质量的带有金刚石或合金钢球的重锤从一定高度落向试

样表面，用重锤的回落高度来表征材料的硬度。优点是使用方便，便于携带，可测现场大型工件的硬度。缺点是实验结果受人为因素影响较大，测量精度低。

2) 简述扭转实验、弯曲实验的特点？渗碳淬火钢、陶瓷玻璃试样研究其力学

性能常用的方法是什么？

1扭转实验的应力状态软性系数较拉伸的应力状态软性系数高。可解：扭转实验的特点是○

2扭转实验对表面强化处理工艺进行研究和对机件的热处理表面质量进行检验。 ○3圆柱试样在扭转时，不产生缩颈现象，塑时试样截面的应力分布为表面最大。○

性变形始终均匀。可用来精确评定拉伸时出现缩颈的高塑性材料的形变能力和变

4扭转时正应力与切应力大致相等，可测定材料的切断强度。 形抗力。○

1弯曲加载时受拉的一侧的应力状态基本与静拉伸相同，且不存 弯曲试验的特点是：○

在试样拉伸时试样偏斜造成对实验结果的影响。可以用来由于太硬而不好加工拉伸

2弯曲试验时，截面上应力分布表面最大。可以比较试样的脆性材料的断裂强度。○

3塑性材料的F—f和评定材料表面处理的质量。○max曲线最后部分可任意伸长。

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