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习题集
机械工程学院
2013年9月
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机械工程材料
1-1 现有一碳钢制支架刚性不足，采用以下三种方法中的哪种方法可有效解决此问题？为什
么？①改用合金钢；②进行热处理改性强化；③改变该支架的截面与结构形状尺寸。 答：选③，改变该支架的截面与结构形状尺寸。因为金属材料的刚度决定于基体金属的性质，当基
体金属确定时，难于通过合金化、热处理、冷热加工等方法使之改变。
1-2 对自行车座位弹簧进行设计和选材，应涉及到材料的哪些主要性能指标？ 答：强度、弹性、疲劳极限。
1-3 在有关工件的图样中，出现了以下几种硬度技术条件的标注方法，用这种标注是否正确？
为什么？
（1）HBS250~300 （2）600~650HBS （3）5~10HRC （4）HRC70~75 （5）HV800~850 （6）800~850HV
HBS表示用淬火钢球去测试布氏硬度，由于淬火钢球很难达到很高的硬度值，因此在测试很高硬度时淬火钢球本身会变形，HBS的测量上限是450。HBW是硬质合金钢球，由于硬质合金钢球比淬火钢球硬度高很多，HBW国标上说明测量上限是650，而布氏硬度计用的是球压头，在不同施压力下压入工件时其压入角在不断的变化，因此各种压头和试验力下得到的硬度值严格是不能直接比较的； HRC：洛氏标尺HRC的测量范围是20－70HRC.
1-4 甲、乙、丙、丁四种材料的硬度分别为45HRC、90HRB、800HV、240HBS，试比较这四
种材料硬度的高低。
1-5 当某一材料的断裂韧度KIC=62MPa·m1/2，材料中裂纹的长度2a=5.7mm时，需加多大
的应力会使裂纹失稳扩展而导致断裂？ 1-6 选择题
1．拉伸试验时，试样拉断前能承受的最大拉应力称为材料的（B） A．屈服点 B．抗拉强度 C．弹性极限 2．测定淬火钢件的硬度，一般常选用（B）来测试。 A．布氏硬度计 B．洛氏硬度计 C．维氏硬度计 3．进行疲劳试验时，试样承受的载荷为（C） A．静载荷 B．冲击载荷 C．循环载荷 4．洛氏硬度C标尺所用的压头是（B）
A．淬火钢球 B．金刚石圆锥体 C硬质合金球 5．金属抵抗永久变形和断裂的能力，称为（C） A．硬度 B．塑性 C．强度
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6．金属的（B）越好，则其锻造性能越好。 A． 强度 B．塑性 C．硬度 1-7 判断题
1. 金属材料的塑性变形能随载荷的去除而消失。（ X ）
2．所有金属材料在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象。（ X ）
3．进行布氏硬度试验时，当试验条件相同时，压痕直径越小，则材料的硬度越低。（ X ）
4．洛氏硬度值是根据压头压人被测材料的残余压痕深度增量来确定的。（ √ ）
2-1 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、γ-Fe、
Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn各属何种结构？
答：常用的晶体结构有：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格。
体心立方晶格:立方体中心和立方体结点各占有一个原子，a=b=c，α＝β＝γ＝90°
面心立方晶格:立方体六个表面中心和立方体结点各占有一个原子。 a=b=c ，α＝β＝γ＝90° 密排六方晶格:六方晶格的上、下底面中心和六方柱体的结点各占有一个原子,六方柱体中心有三个原子构成等边三角形。 晶格常数a=b≠c ， α＝β＝120° ， γ＝90°。
α-Fe、Cr、V 属于体心立方晶体；γ-Fe、Al、Cu、Ni属于面心立方晶格；Mg、Zn属于密排六方晶格。
2-2 已知γ-Fe的晶格常数（α=0.363mm）要大于α-Fe的晶格常数（α=0.289mm），试问：
为什么γ-Fe冷却到912℃转变为α-Fe时，体积反而增大？
答：??Fe冷却到912℃转变为x－Fe时体积增大，是因为原来面心立方的??Fe转变为体心立方
的x－Fe时致密度变小。??Fe晶胞原子数4，x－Fe晶胞原子数2。
2-3 1g铁在室温和1000℃各含有多少个晶胞？ 答：（1）Fe在室温下为体心立方，晶胞原子数为2，
这时1gFe的晶胞数＝(1/56×6.02×10＾23)/2=5.38×10＾21个
（2）在1000℃时为面心立方，晶胞原子数为4，
这时1gFe的晶胞数＝(1/56×6.02×10＾23)/4＝2.69×10＾21个
2-4 已知铜的原子直径为0.256mm，求其晶格常数，并计算1mm3铜中的原子数。 2-5 试计算面心立方晶格的致密度。
2-6 已知铁原子直径d=2.54?，铜原子直径d=2.55 ?，试求铁和铜的晶格常数。 2-7 选择题 ．
1．工程上使用的金属材料一般都呈（ B ）。
A.各向异性 B.各向同性 C.伪各向异性 D．伪各向同性 2．当晶格常数相同时，体心立方晶格比面心立方晶格（ C）。 A.原子半径大，致密度也大 B.原子半径小，致密度也小
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C．原子半径大，但致密度小 D．原子半径小，但致密度大 2-8 判断题
1．因为单晶体是各向异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也是不同的。（ X ）
2．在立方晶系中，原子密度最小的，则晶面间距也最小。（ X ） 3．实际金属是由许多结晶位向都完全相同的小晶粒组成的。（ X） 4．在面心立方晶胞中所包含的原子数为2。（ X） 2-9填空题
（1）同非金属相比，金属的主要特性是（原子规则排列，具有固定的熔点和各向异性）。 （2）晶体与非晶体结构上最根本的区别是（ 内部原子排列的情况 ）。 （3）γ-Fe的二个晶胞内的原子数为（ 4 ）。
3-1 如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小： （1）金属型浇注与砂型浇注 < （2）高温浇注与低温浇注 < （3）铸成薄壁件与铸成厚壁件 < （4）浇注时采用震动与不采用震动 < （5）厚大铸件的表面部分与中心部分 <
3-2 为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金？为什么需进行压力加工的合金常选用单相
固溶体成分的合金？
答：共晶成分的合金熔点低，凝固温度区间最小，流动性好，适于铸造。单相固溶体成分的合金强
度均匀，塑性好，便于压力加工。
3-3 为什么钢锭希望减少柱状晶区，而钢锭、铝锭往往希望扩大柱状晶区？
答：在柱状晶区，柱状晶粒彼此间的界面比较平直，气泡缩孔很小，组织比较致密。但当沿不同方向生长的两组柱状晶相遇时，会形成柱晶间界。柱晶间界是杂质、气泡、缩孔较密集地区，是铸锭的脆弱结合面，故钢锭应减少柱状晶区，以避免在热轧时开裂。对塑性好的铜锭、铝锭不会因热轧而开裂，故往往希望扩大柱状晶区。
3-4 判断下列情况下是否有相变：
（1）液态金属结晶（2）晶粒粗细的变化（3）同素异晶转变（4）磁性转变
答：液态金属结晶、同素异构转变产生了相变；晶粒粗细的变化和磁性转变没有相变的产生。
3-5 一个二元共晶转变如下：L（ωB=75%）→α（ωB=15%）+β（ωB=95%） （1）求ωB=50%的合金刚结束时的各组织组分和各组组分的相对量； （2）若显微组织中出晶β与（α+β）各占50%，求该合金的成分。 3-6 什么是固溶强化?造成固溶强化的原因是什么?
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