机械工程材料习题集

习题与思考题

绪论

(—)填空题

1.机械设计常用 和 两种强度指标。 2．设计刚度好的零件，应根据 指标来选择材料。 3 TK是材料从 状态转变为 状态时的温度。

4 冲击韧性的单位是 ；延伸率的单位是 ；屈服强度的单位是 。 5 屈强比是 与 之比。

6．材料主要的工艺性能有 、 、 、和 。

(二)判断题

1 抗氧化性就是指材料在高温下完全不被氧化的性能。 （ ） 2．材料硬度越低，其切削加工性能就越好。 （ ） 3．金属材料的导电导热性能远高于非金属材料。 （ ） 4．σs和σ0.2都是材料的屈服强度。 （ ） 5 材料的E值越大，其塑性越差。 （ ） 6．同一材料的延伸率δ5>δ10。 （ ）

7．材料的抗拉强度与布氏硬度之间，近似地成一直线关系。 （ ） 8．各种硬度值之间可以互换。 （ ）

9．用断面收缩率ψ表示塑性更接近材料的真实应变。 （ ） 10．延伸率是试样拉断后的相对伸长量。 （ ）

11．硬度是材料对局部变形的抗力，所以硬度是材料的塑性指标。 （ ）

(三)选择题

1 低碳钢拉伸试验时，其变形过程可简单分为 几个阶段。 A．弹性变形、塑性变形、断裂 B．弹性变形、断裂

C 塑性变形、断裂 D．弹性变形、条件变形、断裂

2．低碳钢拉伸应力一应变图中，σ-E曲线上对应的最大应力值称为 A．弹性极限 B．屈服强度 C 抗拉强度 D．断裂强度 3．材料开始发生塑性变形的应力值叫做材料的

A．弹性极限 B．屈服强度 C 抗拉强度 D．条件屈服强度 4．测量淬火钢件及某些表面硬化件的硬度时，一般应用 5．有利于切削加工性能的材料硬度范围为

A．<160HB B．>230HB C．(160～230)HB D．(60～70)HRC

6．材料的 值主要取决于其晶体结构特性，一般处理方法对它影响很小。 A σ0.2 Bσb C E (四) 改错题

1 屈服就是材料开始塑变失效，所以屈服强度就是材料的断裂强度。 2 材料的断裂强度一定大于其抗拉强度。

3 强度是材料抵抗变形和破坏的能力，塑性是在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力所以两者的单位是一样的。

4因为σb≈kHB，所以一切材料的硬度越高，其强度也越高。 5．材料的电阻随温度升高而升高。

(五) 问答题

1 零件设计时，选取σ0.2 (σs)还是选取σb，应以什么情况为依据? 2．在测定强度指标时，σs和σ0.2有什么不同? 3．常用的测量硬度方法有几种?其应用范围如何?

4．δ与ψ这两个指标，那个更准确地表达材料的塑性?为什么?

5．有一碳钢制支架刚性不足，有人要用热处理强化方法；有人要另选合金钢；有人要改变零件的截面形状来解决。哪种方法合理?为什么? 6．疲劳破坏是怎样形成的?提高零件疲劳寿命的方法有哪些?为什么表面粗糙和零件尺寸增大能使材料的疲劳强度值减小?

7．如图1—1所以，为五种材料的应力一应变曲线：①45钢；②铝青铜；③35钢；④硬铝；⑤纯铜。试问，当外加应力为30MPa时，各材料处于什么状态?

1

（六) 思考题

1．根据上图，试计算出各种材料的σ0.2 (σs)、σb、E。并讨论：① 是否材料高强度就不会变形，低强度材料一定会变形? ② 是否材料强度高时，其刚度就大? ③ 是否材料强度高时，其塑性都低？

第一章 金属的晶体结构

(一)填空题

1．同非金属相比，金属的主要特性是 2．晶体与非晶体的最根本区别是

3．金属晶体中常见的点缺陷是 ，最主要的面缺陷是 。 4．位错密度是指 ，其数学表达式为 。

5．表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做 ，而晶胞是指 。

6．在常见金属晶格中，原子排列最密的晶向，体心立方晶格是 ，而面心立方晶格是 。

7 晶体在不同晶向上的性能是 ，这就是单晶体的 现象。一般结构用金属为

晶体，在各个方向上性能 ，这就是实际金属的 现象。

8 实际金属存在有 、 和 三种缺陷。位错是 缺陷。实际晶体的强度比理

想晶体的强度 得多。。

9．常温下使用的金属材料以 晶粒为好。而高温下使用的金属材料在一定范围内以

晶粒为好。 ‘

10．金属常见的晶格类型是 、 、 。

11．在立方晶格中，各点坐标为：A (1，0，1)，B (0，1，1)，C (1，1，1/2)，D(1/2，1，1/2)，那么

AB晶向指数为 ，OC晶向指数为 ，OD晶向指数为 。

12．铜是 结构的金属，它的最密排面是 ，若铜的晶格常数a=0.36nm,那么最密排面上原

子间距为 。

13 α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn中属于体心立方晶格的有 ，属于面心立方

晶格的有 ，属于密排六方晶格的有 。

3

14．已知Cu的原子直径为0．256nm，那么铜的晶格常数为 。1mmCu中的原子数为 。 15．晶面通过(0，0，0)、(1/2、1/4、0)和(1/2，0，1/2)三点，这个晶面的晶面指数为 .

16．在立方晶系中，某晶面在x轴上的截距为2，在y轴上的截距为1/2；与z轴平行，则该晶面指数

为 .

17．金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽主要是因为金属原子具有 的结合方式。 18．同素异构转变是指 。纯铁在 温度发生 和 多晶型转变。 19．在常温下铁的原子直径为0．256nm，那么铁的晶格常数为 。 20．金属原子结构的特点是 。

21．物质的原子间结合键主要包括 、 和 三种。 22．大部分陶瓷材料的结合键为 。 23．高分子材料的结合键是 。

(二)判断题

2

1．因为单晶体具有各向异性的特征，所以实际应用的金属晶体在各个方向上的性能也是不相同的。 ( ) 2．金属多晶体是由许多结晶位向相同的单晶体所构成。 ( )

3．因为面心立方晶体与密排六方晶体的配位数相同，所以它们的原子排列密集程度也相同 4．体心立方晶格中最密原子面是｛111｝。

5．金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高得多。

6．金属面心立方晶格的致密度比体心立方晶格的致密度高。 7．实际金属在不同方向上的性能是不一样的。

8．纯铁加热到912℃时将发生α-Fe向γ-Fe的转变，体积会发生膨胀。 ( ) 9．面心立方晶格中最密的原子面是<111}，原子排列最密的方向也是<111>。 ( ) 10．在室温下，金属的晶粒越细，则其强度愈高和塑性愈低。 ( ) 11．纯铁只可能是体心立方结构，而铜只可能是面心立方结构。 ( )

12．实际金属中存在着点、线和面缺陷，从而使得金属的强度和硬度均下降。 ( ) 13．金属具有美丽的金属光泽，而非金属则无此光泽，这是金属与非金属的根本区别。 14．正的电阻温度系数就是指电阻随温度的升高而增大。 15．多晶体是由多个取向不同的单晶体拼凑而成的。 16．晶胞是从晶格中任意截取的一个小单元。

17 从热力学上讲，所有的晶体缺陷都使畸变能升高，即都是非平衡态。

18 从热力学上讲，理想晶体没有晶体缺陷，即没有晶格畸变能，即为平衡状态。 19．晶体中原子偏离平衡位置，就会使晶体的能量升高，因此能增加晶体的强度。

(三)选择题

1．正的电阻温度系数是指

A．随温度增高导电性增大的现象 B．随温度降低电阻下降的现象 C 随温度升高电阻减少的现象 D．随温度降低电阻升高的现象 2．金属键的一个基本特征是

A．没有方向性 B．具有饱和性 C 具有择优取向性 D. 没有传导性 3．晶体中的位错属于

A．体缺陷 B 点缺陷 C 面缺陷 D．线缺陷 4．亚晶界的结构是

A．由点缺陷堆集而成 B 由位错垂直排列成位错墙面构成 C 由晶界间的相互作用构成 D 由杂质和空位混合组成 5．多晶体具有

A．各向同性 B 各向异性 C 伪各向同性 D 伪各向异性 6．在面心立方晶格中，原子线密度最大的晶向是

A．<100> B <110> C．<111> D．<112> 7．在体心立方晶格中，原子面密度最小的晶面是

A．<100} B {110} C {111} D {112} 8．金属原子的结合方式是

A．离子键 B 共价键 C 金属键 D 分子键 9．晶态金属的结构特征是

A．近程有序排列 B 远程有序排 C 完全无序排列 D 部分有序排列

(四) 改错题

1．面心立方晶格的致密度为0．68。

2．γ-Fe在912℃转变为a-Fe时体积收缩约1％。这是因为γ-Fe的晶格常数大于a-Fe的晶格常数。 3．实际金属缺陷越多，则其强度硬度越低。

4．常温下，金属材料的晶粒越细小时，其强度硬度越高，塑性韧性越低。 5．体心立方晶格的最密排面是<100}面。

(五) 问答题

1．试用金属键的结合方式，解释金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽等基本特性. 2．实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷，它们对金属的性能有什么影响? 3．实际晶体与理想晶体有何不同? 5．简述晶界的结构及特性？

7 非晶体的结构有何特点?性能怎样?

8 何谓同素异构现象?试以Fe为例阐述之。试分析γ-Fe向α-Fe的体积变化情况。

(六) 作图题

1．分别画出面心立方和体心立方晶格中的(110)晶面的原子平面排列图，并由图中找出原子半径与晶格

3

常数之间的关系。

2．画出体心立方、面心立方晶格中原子最密的晶面和晶向，写出它们的晶面指数和晶向指数，并求出其

单位面积和单位长度上的原子数。

3．标出图2—1中给定的晶面指数与晶向指数：

晶面OO′A′A、OO′B′B、OO′C′C、OABC、AA′C′C、AA′D′D； 晶向OA、OB、OC、OD、OC′、OD′。

(七) 计算题

3

1．已知铜原子直径为0．256nm，试计算lmm铜中的原子数。

2．已知铁的原子量为55.85，1g铁有多少个原子?计算它们在室温和1000℃时各有多少个晶胞?

(八) 思考题

1．在立方晶胞内，绘出<111}晶面族所包括的晶面。

3

2．已知钛在20℃时，具有密排六方晶胞的体积是0．16nm，其轴比c／a＝1．59。求a与c的值和钛在

晶胞底面中的原子半径是多少?

第二章 纯金属的结晶

(一) 填空题

1．金属结晶两个密切联系的基本过程是 和

2 在金属学中，通常把金属从液态向固态的转变称为 ，通常把金属从一种结构的固态向另一种结构的固态的转变称为 。

3．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是 4．铸锭和铸件的区别是 。

5．液态金属结晶时，获得细晶粒组织的主要方法是 6．金属冷却时的结晶过程是一个 热过程。 7．液态金属的结构特点为 。

8．如果其他条件相同，则金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的 ，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注

的 ，采用振动浇注的铸件晶粒比不采用振动的 ，薄铸件的晶粒比厚铸件 。 9．过冷度是 。一般金属结晶时，过冷度越大，则晶粒越 。 10．影响非晶体凝固的主要因素是 和 。

(二) 判断题

1 凡是由液态金属冷却结晶的过程都可分为两个阶段。即先形核，形核停止以后，便发生长大，使晶粒充满整个容积。

2．凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。

3．近代研究表明：液态金属的结构与固态金属比较接近，而与气态相差较远。 ( ) 4．金属由液态转变成固态的过程，是由近程有序排列向远程有序排列转变的过程。( ) 5．当纯金属结晶时，形核率随过冷度的增加而不断增加。 ( )

6．在结晶过程中，当晶核成长时，晶核的长大速度随过冷度的增大而增大，但当过冷度很大时，晶核的长大速度则很快减小。

7．金属结晶时，冷却速度愈大，则其结晶后的晶粒愈细。 8．所有相变的基本过程都是形核和核长大的过程。

9．在其它条件相同时，金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的铸件晶粒更细 10．在其它条件相同时，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的铸件晶粒更细。

4