材料性能学期末考试历年真题及答案
第一套
一、名词解释（每题4分，共12分）
低温脆性疲劳条带韧性
二、填空题(每空1分，共30分)
1、按照两接触面运动方式的不同，可以将摩擦分为和，按照摩擦表面的接触状态分为摩擦、摩擦、摩擦、摩擦、其中摩擦通常严禁出现。
2、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（高、低），材料就越（安全，不安全）。对于承受冲击载荷作用的重要机件，韧性温度储备取（上限，下限）。
3、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）。
低碳钢的拉伸断口由、、三个区域组成，该宏观断口通常被称为状断口。
5、按照应力高低和断裂寿命对疲劳分类，则N>105,称为周疲劳，又称为疲劳；N 为102～105，称为周疲劳，又称为疲劳。我们通常所称的疲劳指疲劳。
6、温度升高使铁磁性的饱和磁化强度，使剩余磁感应强度，使矫顽力。
7、根据材料被磁化后对磁场所产生的影响，可将材料分为、、3类。
三、问答题（共20分）
1、衡量弹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。
2、某种断裂的微观断口上观察到河流装花样，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分）
3、说明K
I 和K
IC
的异同。对比K
IC
和K
C
的区别，说明K
I
和K
IC
中的I的含义。
4、简述影响金属导电性的因素。（6分）
四、分析题（共30分）
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。（12分）
2、什么是金属材料的塑性？对于下列材材料的塑性： (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），采用何种试验方法测量。
3、奥氏体不锈钢从1000℃急冷淬火是顺磁性的，但缓冷则表现出铁磁性，试解释之。（8分）
五、证明题（共8分）
一入射光以较小的入射角内i和折射角r穿过一透明玻璃板。证明透过后的光强系数为（1-R）2。设玻璃对光的衰减不变。
第二套
一、名词解释（每题3分，共12分）
缺口强化50%FATT破损安全应力疲劳
二、填空题(每空1分，共28分)
1.材料的摩擦形式主要分为、。环块摩擦磨损实验测量条件下的磨损；M-2000型为磨损实验机，可以测量、等多种摩擦形式下的磨损。滑动轴承的磨损形式以居多。
2.低碳钢拉伸曲线上反映出其变形由、、和几个部分组成，断后断口呈现出断口特征，具有、和三个区域，属于断裂。
3.缺口静弯曲实验得到的曲线包围的面结分为三个部分，分别代表三种能量Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。若只有Ⅰ而没有Ⅱ、Ⅲ，则对缺口，若只有Ⅰ、Ⅱ，表明对缺口哪；Ⅲ越大，则对缺口越。
4.根据材料被磁化后对磁场产生的影响，可以把材料分为3类：、、。
5.超导电性的3个重要性能指标为、、。
三、简答题（共25分）
1.简述韧性断裂的微观过程及韧性断口的微观形貌特征。（4分）
2.格里菲斯理论的基本假设是什么，写出其方程的基本形式并说明适用条件。
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。(4分)
4.疲劳按照寿命如何分类。疲劳过程由哪些阶段组成，裂纹产生的机制有哪些形式。（6分）
5.影响折射率的因素有哪些。（7分）
四、分析题（共20分）
1．已知几种材料的性能如下表所示，指出表头符号的含义。写出计算公式并计算出表中空白区的数值。对比表中各种材料弹性的好坏（由差到好排序）。（8分）
2.选择合适的常用的静载实验方法及设备测定材料性能。（8分）
(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；
3.写出以下材料硬度测试所用的方法、标尺。（4分）
(1)调质后的40Cr主轴；(2)灰口铸铁；(3)淬火钢中马氏体和残余奥氏体的鉴别与分布；(4)高速钢钻头；
五、计算（共15分）
1.某大型钢板，材料的条件屈服强度为1200MPa,K
=115Mpa.m1/2,探伤发现板内有
IC
20mm的横向穿透裂纹，若受到平均应力600Mpa的作用，通过计算判定板料是否安全。（要求计算过程和公式）（8分）
2一透明三氧化二铝陶瓷的厚度为0.8mm,当可见光透过后，其强度降低了10%，试计算其吸收系数及散射系数的总和。已知三氧化二铝的反射系数为0.08.
第三套
一、填空
1、构件中的裂纹体的扩展模式主要有三种类型，其中以最为危险。
2、典型的疲劳断口具有三个特征区：、、，疲劳过程分为、、三个阶段。
3、典型的弹性不完整性主要有、、和等形式。
4、按照裂纹的扩展路径来看断裂主要分为和，其中
一般是脆性断裂。
5、根据摩擦面损伤和破坏的形式，磨损主要有、、和，其中两接触材料做滚动或滚滑摩擦时极易出现，是、轴承常见的磨损失效形式。
6、材料的抗磁性来源于，材料的顺磁性主要来源于。
7、本征半导体的电子-空穴对是由产生的，其浓度与成指数关系。
8、介质的击穿形式主要有、、。
二、名词解释
韧脆转化温度应力状态软性系数疲劳强度内耗赛贝克效应
三、问答题
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、疲劳和脆性断裂有何异同点？
3、写出下列符号的含义：V15TT，FATT50，δ10，σp, σ0,σ0.05(6分)
4、机械正常的磨损过程有何特征，应当如何控制各个阶段。
5、简述影响折射率的因素。
四、分析题
1、根据所学的硬度测试方法，下列工件采用什么硬度试验方法为宜：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，退火态下的软钢。
2、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。
3、写出以下疲劳图的坐标符号及其单位（量纲），指出A、B、C三点的疲劳载荷类型及其对应的疲劳强度。
第四套
一、名词解释（每题4分，共12分）
滞弹性低温脆性缺口敏感度
二、填空题(每空1分，共31分)
1、磨损过程分为、、三个阶段，减少阶段的磨损率，避免出现。
2、金属材料按照断裂前的宏观塑性变形程度，分为断裂和断裂，按照裂纹扩展路径分为断裂和断裂，按照微观断裂机理分为断裂和断裂，扭转试验后断口与试样轴线垂直，应为断口。
3、缺口的存在会诱发材料出现三个效应：、和，不能把效应看做强化材料的手段。
4、金属材料的冲击断口具有三个典型的区域：、、。
5、典型的疲劳断口存在三个特征区：、、。宏观特征为贝纹线的是区。
6、超导材料的三个重要性能指标是、、。
7、金属的热电现象的三个基本热电效应是、、。
8、金属要具有铁磁性，必须具备的两个条件是、。
三、问答题（共29分）
，V15TT，50%FATT，NDT，FTE，FTP。（6分）
1、说明下列符号的意义：σ
0.2
2、单晶体纯金属的弹性模量与多晶体纯金属相比具有什么特点，纯铁和纯铝什么方向的弹性模量最大。（4分）
3、写出K判据、G判据、J判据和裂纹尖端张开位移判据。分析G和J的异同。
4、某拉伸断口如图，标出图中各个区域的组成，并由断口确定断裂的类型（4分）。
5、简述影响铁磁性参数的因素（9分）
四、分析题（共20分）
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。（6分）
2、检验以下材料的冲击韧性，哪些材料要开缺口?哪些材料不要开缺口?（6分）W18Cr14V；Crl2MoV；硬质合金；40CrNiMo；20CrMnTi；铸铁。
3、下图为哪种类型的疲劳图，图中A、B、C分别为何种载荷，对应的疲劳强度符号如何表示。（8分）
五、计算题（共8分）
一透明氧化铝板厚度为1mm，用于测定光的吸收系数。如果光通过板厚之后，其强度降低了20%，计算吸收及散射系数的总和。
第五套
一、名词解释（每题3分，共12分）
断裂功比强度缺口效应解理断裂
二、填空题(每空1分，共30分)
1.机件运行时的磨损过程分为三个阶段：、、。磨损类型按照磨损机制分为、、等。软齿面齿轮运转中容易出现磨损，硬齿面齿轮容易出现。
2.低碳钢拉伸的过程中，其屈服平台上往往存在屈服点和屈服点，通常把屈服点作为屈服强度，因为其。铸铁在拉伸过程中测得的屈服强度用表示。
3.随着温度的增加，金属的弹性模量；通常加载速率增加，金属的弹性模量，陶瓷的弹性模量，高分子材料的弹性模量随着负载时间的增加而。
4.NDT是，FTP是，FTE是，写出其相互关系。
5.金属材料典型非理想弹性有、、等。
6.超导材料的三个重要性能指标是、、。
7.极化的基本形式有、、。
三、问答题（共28分）
1.20钢扭转和拉伸，哪种没有颈缩，为什么。（4分）
2.比较K
IC 和K
I
区别。（4分）
3.比较20钢、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破口，为什么（6分）
4.二氧化钛广泛地应用于不透明搪瓷秞，其中的光散射颗粒是什么？颗粒的什么特性使这些秞获得高度不透明的品质？（6分）
5.图为哪种类型的疲劳图，横纵坐标分别表示什么；图中A、B、C分别为何种载
荷，对应的疲劳强度如何表示。（8分）
四、分析题（共22分）
1.由某材料手册知两种钢材的力学主要力学性能如下表所示。写出下表中力学性能符号对应的含义，并根据表中所给数据，对比这两种材料的主要力学性能的差异。若二者做承重钢架，用哪一种更节省材料，为什么。（10分）
材料σb σs δ
5
/% φ
/% Ak
/J
HBS
20 450 275 23 50 71 170
45 570 335 19 45 47 217
………
2.写出以下材料硬度测试所用的方法、标尺。（12分）
①调质后的40Cr主轴；②灰口铸铁；③淬火钢中马氏体和残余奥氏体的鉴别与分布；④38CrMoAl渗氮层的硬度分布；⑤高速钢钻头；⑥铝合金铸锭；
五、计算题（共8分）
某高碳薄钢板内有3mm长的裂纹，已知a
=3×10-10m，求构件安全使用的上限应力。（σm=2×105Mpa）（8分）
第六套
一、填空（每个1分，共30分）
1、机件正常运行时的磨损过程分为三个阶段：、、。典型的磨损类型主要有、、、。
2、典型的疲劳断口具有、、三个特征区组成，低碳钢静拉伸断裂的宏观断口呈，由、、三个区域组成。
3、低碳钢拉伸过程主要由、、三个阶段组成。
4、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。
5、典型的弹性不完整性主要有、、和等形式。
6、介质损耗的形式有、、、
、。
7、光泽主要由和决定。
二、名词解释（每个4分，共20分）
低温脆性应力集中系数高周疲劳弹性比功光轴
三、问答题（共32分）
1、什么是NDT、FTP、FTE，它们的关系如何。（4分）
2、讨论G Ic和K Ic的关系及特点、K I和K IC的区别以及G c和G Ic的区别。（8分）
3、写出下列符号的意义：σ0.2，σ－1，FATT50，δ10，σp。（10分）
4、宏观脆性断口的主要特征是什么？如何寻找裂纹源。（4分）
5、简述影响材料铁磁性参数的因素。（6分）
四、分析题（共18分）
1、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。（8分）
2、写出以下疲劳图的横、纵坐标符号及其单位（量纲），指出A、B、C三点分别对应何种应力状态及该应力状态下疲劳强度。E点的数值是什么。（10分）
第一套答案
一、名词解释（每题4分，共12分）
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，这种现象为低温脆性。
疲劳条带：每个应力周期内疲劳裂纹扩展过程中在疲劳断口上留下的相互平行的沟槽状花样。
韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
二、填空题(每空1分，共30分)
1、滚动摩擦，滑动摩擦。干、湿（流体），边界，混合，干。
2、△，20～60℃，高，安全，上限。
3、大，低，敏感。
4、剪切唇，纤维区，放射区，杯锥。
5、高，应力，低，应变，高周（应力）
6、下降，减小，减小
7、抗磁性，顺磁性，铁磁性
三、问答题（共20分）
1、答：（4分）
衡量弹性高低用弹性比功a e=σe2/E。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。（4分）
2、答：（4分）
不能判定断裂一定为脆性断裂。（1分）韧性和脆性断了依据断口的宏观形貌和变形特征来判定，单纯从微观断口上的某些特征不能确定断裂一定属于脆断。（2分）逆着河流的方向可以找到裂纹源。（1分）
3、答：（6分）
K Ic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
是力学参量，表示裂纹尖端应力场强度的大料的成分、组织结构等内在因素。K
I
小，取决于外加应力、尺寸和裂纹类型，与材料无关。（3分）
K Ic称为平面应变的断裂韧性，K c为平面应力的断裂韧性。对于同一材料而言，K Ic 代表平面应变，K I 4、答（6分）： （1）温度的影响：金属电阻随温度的升高而增大；（2分） （2）冷塑性变形和应力的影响：冷塑性变形使金属的电子率增大，拉应力使电阻率上升，压应力使电阻率下降；（2分） （3）合金化对导电性的影响：一般情况下，形成固溶体和金属化合物时电阻率增高，多相合金的电阻率与组成相的导电性、相对量及形貌有关。（2分） 四、分析题（共30分） 1、答：（12分） 布氏硬度、维氏硬度测试原理基本上一致，以压头在试件表面留下的压痕上承受的平均应力表示材料的硬度。洛氏硬度则是以压痕的深浅表示材料的硬度。（3分） 压痕特点：布氏硬度为球冠；洛氏硬度HRC为圆锥坑，HRB为球冠；维氏硬度为四棱锥坑。（3分） 渗碳层的硬度梯度：显微维氏硬度Hv。（1分） 淬火钢：洛氏硬度HRC。（1分） 灰口铸铁：布氏硬度HBS。（1分） 高速钢刀具：洛氏硬度HRC。（1分） 氮化层硬度：（显微）维氏硬度Hv。（1分） 退火态20钢：布氏硬度HBS。（1分） 2、答：（10分） 塑性：材料受到外力作用产生塑性变形而不破坏的能力。（2分） 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分） (2)20Cr渗碳淬火钢：扭转试验机，扭转实验。（2分） (3)淬火、回火W18Cr4V钢：液压万能材料试验机，弯曲实验。（2分） (4)灰铸铁：液压万能材料试验机，压缩实验。（2分） 3、答：（8分） 呈现不同的磁性能是因为热处理前后其组织发生了变化（2分）。钢的所有组织中，除奥氏体为顺磁性外，其他组织均为强铁磁性组织（2分）。急冷淬火时 2 2222)1(231213123)1 21121()112112(21112)112112(1231)1 21121(112R w w w w w w R w w n n n n n n n n w w R n n w w -=⨯=-=+-=+-=+--=-=+--=其组织主要为奥氏体，因此呈现顺磁性（2分），缓冷时，则出现了其他的组织，因此呈现铁磁性（2分）。 五、证明题（8分） 设空气为介质1，透明玻璃为介质2，光进入到玻璃之前的能量为W1,进入到玻璃之后光的能量为W2，再次进入到空气中后的能量为W3，则透过后的光强系数应为w3/w1（2分）。则有 （1分） （1分） （1分） （1分） （1分） （1分） 证毕 第二套答案 一、名词解释（每题3分，共12分） 缺口强化：缺口的存在使得其呈现屈服应力比单向拉伸时高的现象。 50%FATT ：冲击试验中采用结晶区面积占整个断口面积50%时所对应的温度表征的韧脆转变温度。 破损安全：构件内部即使存在裂纹也不导致断裂的情况。 应力疲劳：疲劳寿命N>105的高周疲劳称为低应力疲劳，又称应力疲劳。 二、填空题(每空1分，共28分) 1.滑动摩擦，滚动摩擦，滑动摩擦，滚子式，滑动摩擦、滚动摩擦，粘着磨损。 2.弹性变形，屈服，均匀塑性变形，不均匀集中塑性变形，杯锥状，剪切唇，纤 维区，放射状结晶区，韧性（塑性，延性，剪切，穿晶，微孔聚合、长大模式） 3.弹性变形功，塑性变形功，断裂功，极为敏感，敏感，不敏感。 4.铁磁性材料，顺磁性材料，抗磁性材料。 5.临界温度，临界电流密度，临界磁场。 三、简答题（共25分） 1.答：（本小题4分） 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。（4分） 2.答：（本小题4分） 格里菲斯理论的基本假设：实际结构中往往存在微裂纹而不是理想的状态。（1分） σc=a E a 2E γπγ≈ a 为裂纹半长，E-杨氏模量，γ-表面能密度；（写出上面任意一个都可以）（2分） 适用条件：玻璃等脆性材料。（1分） 3.答：（本小题4分） 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.答：（本小题6分） 按照寿命分为高周疲劳，低周疲劳（或者长寿命疲劳，短寿命疲劳）。（1分）。疲劳过程：疲劳裂纹的形成，疲劳裂纹的扩展，（瞬时）断裂。（2分）裂纹产生机制：表面滑移带开裂；夹杂物与基体相界面分离或夹杂物本身断裂；晶界或亚晶界开裂。（3分） 5.答：（本小题7分） （1）离子极化率。离子极化率越大，折射率越大。（1分） （2）原子的密堆积方向。沿原子的密堆积方向，折射率大。（1分） （3）同质异构体。高温晶型的堆积密度较低，折射率较小，低温晶型的堆积密 度大，折射率较大。（2分） （4）相同化学组成的材料你，玻璃的折射率比晶体的折射率小。（1分） （5）应力的影响。施加拉应力时，在垂直应力的方向上折射率增加，而沿拉应力的方向折射率减小。压应力则相反。（2分） 四、分析题（共20分） 1.答：（本小题8分） E —弹性模量（弹性系数，弹性模数，杨氏模量）；（1分） σe —弹性极限；（1分） a e —弹性比功；（1分） 根据公式：a e =2E 2e σ，将表中数据带入计算可得：0.011。（3分） 弹性排序：铜<铝<低碳钢<弹簧钢。（2分） 2.答：（本小题8分） (1)20CrMnTi 渗碳表面质量检验了——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； 3.答：（本小题4分） 常用硬度及其标尺： (1)调质后的40Cr 主轴——洛氏硬度，HRC ； (2)灰口铸铁——布氏硬度，HBS ； (3)淬火钢中马氏体和残余奥氏体的鉴别与分布——显微维氏硬度，Hv ； (4)高速钢钻头——洛氏硬度，HRC 五、计算（共15分） 1.答：（本小题8分） 已知件屈服强度为1200MPa ，平均应力600Mpa 。 S σσ=0.5<0.6～0.7；无须进行塑性区修正。（2分） 构件受到横向中心穿透裂纹作用，则应力强度因子为： a K I ••=Y σ=a πσ= Y 为形状因子，本模型取值为π,a=0.01m 。 将各个数值代入可得106.3 Mpa.m 1/2 K I 2.答：（本小题7分） 设入射光的强度为I0,透射光的强度为I ，则 I=I0(1-R)2e-(β+S)x (4分) 其中，R 为反射系数，β为吸收系数，S 为散射系数，x 为厚度。 代入已知参数，可得 β+S=-76.75mm-1 第三套答案 一、填空（每个1分，共30分） 1、I 型（张开型），II 型（滑开型），III 型（撕开型），I 型（张开型）。 2、疲劳源，疲劳裂纹扩展区，瞬断区。疲劳裂纹的萌生，疲劳裂纹的扩展，瞬时断裂。 3、滞弹性，粘弹性，伪弹性，包申格效应。 4、穿晶断裂，沿晶断裂，沿晶断裂。 5、粘着磨损，磨粒磨损，腐蚀磨损，接触疲劳，接触疲劳，齿轮。 6、电子偱轨运动时受外加磁场作用所产生的抗磁矩，原子（离子的固有磁矩） 7、热激活，温度 8、电击穿，热击穿，化学击穿 二、名词解释（每个4分，共20分） 韧脆转化温度：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，该温度称为韧脆转化温度。 应力状态软性系数：在各种加载条件下最大切应力与最大当量正应力的比值，通常用α表示。 疲劳强度：通常指规定的应力循环周次下试件不发生疲劳破坏所承受的上限应力值。 内耗：材料在弹性范围内加载时由于一部分变形功被材料吸收，则这部份能量称 为内耗。 赛贝克效应：当两种不同的金属或合金联成闭合回路，且两接点处温度不同，则 回路中将产生电流，这种现象称为赛贝克效应。 三、问答题（共32分） 1、答：（本题6分） 随着温度下降，材料由韧性状态逐渐变为脆性状态的现象称为低温脆性。（2分） 通常体心立方金属容易发生低温脆性。（2分） 衡量材料的低温脆性通常采用韧脆转变温度。（2分） 2、答：（本题8分） 脆性断裂和疲劳断裂在断裂前都没有明显的塑性变形，属于低应力的破坏。（2分） 但是这两种断裂还是有明显的区别：在断裂完成时间上，脆性断裂一般不需要多次加载而瞬时完成，疲劳断裂需要多次加载；（2分） 温度对疲劳断裂影响不大，温度下降，脆性断裂的危险增加，温度对脆断影响大；（2分） 断口形貌上，疲劳断裂的断口一般呈现细齿状的光亮花纹，疲劳断口是光亮、平直的结晶状断口。（2分） 3、答：(本题6分) V15TT：以V型切口冲击试件的冲击功A K＝20.35J对应的温度为韧脆转化温度。（1分） FATT50：结晶状断口区所占面积为50％的温度作为的韧脆转化温度。（1分）:δ10：标距等于10d0的长试样的伸长率。 σe：拉伸实验得到的比例极限。（1分） σ0：脉动载荷的疲劳强度。（1分） σ0.05：拉伸实验中得到的规定非比例伸长为0.05%对应的应力，通常用来表示弹性指标。（1分） 4、答：（本题4分） 机械正常磨损过程由三个阶段组成：跑合阶段，稳定磨损阶段，剧烈磨损阶段。（2分） 在三个阶段中，要尽量减少跑合阶段，降低稳定磨损阶段的磨损率，延长稳 定磨损阶段。控制剧烈磨损造成的危害。（2分） 5、（1）离子极化率：离子极化率越大，折射率越大（2分） （2）晶体中沿密堆积方向具有最高的折射率（1分） （3）同质异构体：一般情况下，同质异构材料的高温晶型原子的密堆积程度低，因此高温晶型的折射率较低，低温晶型原子的密堆积程度高，因此其折射率较高。（4）相同化学组成的玻璃比晶体的折射率低（1分） （5）应力的影响：对各向同性的材料施加拉应力时，在垂直于应力的方向折射率增加，而沿着应力的方向折射率变小，压应力则相反（2分） 四、分析题（共18分） 1、答：（本题6分） 渗碳层的硬度分布采用维氏显微硬度测量，指标为HV0.1；淬火钢采用洛氏硬度 测量，具体指标为HRC；灰口铸铁采用布氏硬度测量，指标用HBS；氮化层可 以采用表面洛氏硬度来测量，高速钢刀具可以采用洛氏硬度HRC测量；退火态 下的软钢用布氏硬度HBS测量。 2、答：（本题4分） 检验材料的冲击韧性时，陶瓷、铸铁、W18Cr4V冲击试验不用开缺口，20钢冲 击韧性试验需要开缺口。 3、答：（本题8分） 横坐标r,无量纲；纵坐标σ，单位MPa。（2分） A：对称交变载荷，σ-1=40MPa. （2分） B：脉动载荷，σ0=60MPa. （2分） C：静载荷，无疲劳强度。（2分） 第四套答案 一、名词解释（每题4分，共12分） 滞弹性:在快速加载、卸载后，随着时间的延长产生附加弹性应变的现象。 低温脆性:某些材料当其低于某一温度时，材料由韧性状态变为脆性状态，这种现象为低 温脆性。 缺口敏感度:常用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸的光滑试样的抗拉强度的比 值表征材料缺口敏感性的指标，往往又称为缺口强度比。 二、填空题(每空1分，共31分) 1、跑合，稳定磨损阶段，剧烈磨损阶段。稳定磨损，剧烈磨损。 2、韧性（塑性，延性）断裂，脆性（弹性）断裂。穿晶，沿晶，解理，剪切，切断。 3、出现应力集中，诱发多向应力状态，缺口强化效应，缺口强化。 4、放射状结晶区，脚跟形纤维区，剪切唇区。 5、疲劳源，疲劳裂纹扩展区，瞬断区。疲劳裂纹扩展区。 三、问答题（共29分） 1、说明下列符号的意义：（本小题6分） σ 0.2 —条件屈服强度。 V15TT—冲击功为20.3N•m对应的温度表征的韧脆转变温度。 50%FATT—冲击实验中结晶区面积占整个断口面接50%时所对应的温度表示的韧脆转变温度。 NDT—无延性转变温度；FTE—弹性断裂转变温度；FTP—延性断裂转变温度。2、答：（本小题4分） 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。（2分） 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}。 3、答：（本小题6分） J积分准则：J≥Jc时，构件产生开裂，反之裂纹不足以导致开裂。 能量释放率准则：G≥Gc时，构件产生断裂，反之裂纹不足以导致断裂。 裂纹尖端张开位移判据：δ≥δ C 构件开裂，反之裂纹不导致开裂。 临界应力强度因子盘踞：K I ≥K IC 时，裂纹体处于临界状态，即将断裂；反之 即使存在裂纹体也不会扩展。（4分） G为裂纹扩扩展的能量释放率， J为裂纹扩展的形变功差率。前者可以处理连续断裂的问题，后者只能处理开裂的问题不能处理是否失稳断裂。二者都称为断裂韧性。线弹性条件下，二者等价。（2分） 4、答：（本小题4分） 断口为韧性断裂，杯锥状断口。（1分） 根据图示从左向右依次标注：剪切唇，纤维区，放社区。（3分） 四、分析题（共20分） 1、（本小题6分） 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。（3分） 2：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。（3分） 2、（本小题6分） 答：开缺口：40CrNiMo，20CrMnTi。 不开缺口：W18Cr14V，Crl2MoV，硬质合金，铸铁。 3、(本小题8分) 答：该图为σr-r的疲劳图，前者表示疲劳强度，后者表示应力循环特征系数。（2分） A为对称交变疲劳载荷，疲劳强度为40MPa，记为σ－1。（2分） B为脉动载荷，疲劳强度为55MPa，记为σ0。（2分） C为静载荷，不用考虑疲劳问题，强度记为σb。（2分） 第五套答案 一、名词解释（每题3分，共12分） 断裂功：裂纹产生、扩展所消耗的能量。 比强度：:按单位质量计算的材料的强度，其值等于材料强度与其密度之比，是衡量材料轻质高强性能的重要指标。. 缺口效应：构件由于存在缺口（广义缺口）引起外形突变处应力急剧上升，应力 分布和塑性变形行为出现变化的现象。 解理断裂：材料在拉应力的作用下原于间结合破坏，沿一定的结晶学平面(即所 谓“解理面”)劈开的断裂过程。 二、填空题(每空1分，共30分) 1.跑合，正常磨损，剧烈磨损，粘着磨损，磨粒磨损，接触疲劳(答腐蚀磨损，微动磨损也可)，粘着磨损，接触疲劳。 2.上，下，下，重复性好，σ0.2。 3.下降，不变，不变，下降。 4.无延性转变温度，延性断裂转变温度，弹性断裂转变温度，FTP=FTE+33℃=NDT+℃。 5.滞弹性，伪弹性，包申格效应。 6.临界转变温度，临界电流密度，临界磁场强度。 7. 位移极化、松弛极化、转向极化 三、问答题（共28分） 1.答：（本小题4分） 20钢扭转时没有颈缩，因为在该实验条件下，整个塑性变形在长度上均匀，故没有颈缩。 2.答：（本小题4分） K I是受外界条件影响的反映裂纹尖端应力场强弱程度的力学度量，与外加应力和裂纹长度、裂纹的形状以及加载方式有关，和材料本身的固有性能无关。K IC平面应变的断裂韧性，反映材料阻止裂纹扩展的能力，是材料本身的特性，即材料常数。 3.答：(本小题6分） 20钢的缺口强度大于光滑试样强度，铸铁则反之，因q e<1,铸铁对缺口敏感。（4分）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钢需要开坡口。（2分） 4.答：(本小题6分） 光散射颗粒为二氧化钛。（2分）颗粒的如下特性使釉获得高度不透明的品质：二氧化钛和玻璃的折射率相差大，（2分）当二氧化钛颗粒的直径约等于光波长时，散射系数最大。（2分） 5.答：（本小题8分） 该图为σmax(σmin)—σm的疲劳图，纵坐标为σmax(σmin)，横坐标为σm。（2分）A、B、C分别代表对称循环载荷、静载荷、脉动载荷，相应的疲劳强度表示为σ-1、 σb (B 无疲劳的问题，强度为静载强度)、σ0。 四、分析题（共22分） 1.答：（本小题10分） （6分） 两种钢材：20钢强度、硬度低，但是塑性韧性更好；45钢的强度、硬度相应较高，但塑性、韧性较差一些；（2分）选择承重钢架时，因为45钢的强度更高，因此在相同的载荷下，需要的截面尺寸更小，即需要的材料也就更少，更省料。（2分） 2.答：（本小题12分） ①洛氏硬度HRC ；②布氏硬度HBS ；③显微硬度Hv 0.2；④显微硬度Hv 0.2；⑤洛氏硬度HRC ；⑥布氏硬度HBS ； 五、计算题（共8分） 答：根据条件，该材料可以采用格里菲斯公式进行计算： σc=a E a 2E γπγ≈，σm=0a E γ， 则有：0 c m a a =σσ， a 为裂纹半长，a 0—原子平衡间距，σm —理论断裂强度； a=1.5mm ； 计算得到： σc=89.4 Mpa 。 σ<σc ，安全，则上限应力89.4 Mpa 。（8分） 第六套答案 一、填空（每个1分，共30分） 1、跑合磨损，正常磨损，剧烈磨损，粘着磨损，磨粒磨损，腐蚀磨损，接触疲劳。 2、疲劳源，疲劳裂纹扩展区，瞬断区。杯锥状，剪切唇，纤维区，结晶区。 3、弹性变形，塑性变形，断裂。 （注：参加重修考试者请在重修标识框内打钩） 班级 姓名 学号 ………………………………………装……………………………订……………………………线……………………………………… 班级 姓名 学号 ………………………………………装……………………………订……………………………线……………………………………… 班级 姓名 学号 ………………………………………装……………………………订……………………………线……………………………………… 中原工学院 2015～2016学年第1学期 材科13卓越班专业材料性能学课程期末试卷标准答案（即评分标准） 一、填空（每空1分，共10分） 1、应力场、裂纹位置、长度。 2、减速（过渡）蠕变阶段，恒速（稳态）蠕变阶段，加速蠕变阶段。 3、应力应变，能量，J积分法，COD法。 二、判断题：（在正确的前面划“ ”，错误的前面划“×”；每题1分，共10分） 1、（×）； 2、（×）； 3、（×）； 4、（×）； 5、（×） 6、（×）； 7、（×）； 8、（×）； 9、（×）；10、（×） 三、选择题：（每题1分，共10分） 1、A； 2、A ； 3、A ； 4、A ； 5、A ； 6、A ； 7、C ；8、C；9、C ；10、C 。 四、名词解释：（每题5分，共20分） 1、低温脆性与脆性断裂 答：某些金属，当低于某一温度是，由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状称为低温脆性。（2.5分） 脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不产生塑性变形。（2.5分） 2、弹性比功与静力韧度 弹性比功弹性变形过程中吸收变形功的能力，用达到弹性极限时，单位体积吸收的弹性变形功表示，即用应力—应变曲线下的影线面积表示。（2.5分）通常将静拉伸的σ-ε曲线下包围的面积减去试样断裂前吸收的弹性能定义为静力韧度，它是派生的力学性能指标。（2.5分） 3、裂纹尖端张开位移与疲劳裂纹扩展门槛值 裂纹体受载后，在裂纹尖端沿垂直裂纹方向所产生的位移，称为裂纹尖端张开位移。（2.5分） 疲劳裂纹扩展门槛值是疲劳裂纹不扩展的应力强度因子范围ΔK临界值，它表示材料阻止疲劳裂纹开始扩展的性能。（2.5分） 4、蠕变与持久强度极限 答：蠕变材料在长时间,恒温（高温）、恒载荷作用下，缓慢地产生塑性变形的现象。（2.5分） 持久强度极限是材料在一定的温度下和规定的时间内，不发生蠕变断裂的最大应力。（2.5分）五、简答题：（每题10分，共30分） 1、简述韧性断口的形成过程，画出相应断口形成示意图，以及断口三个区域的示意图，并进行标注。 答：拉伸力最大→缩颈→单向正应力变为三向应力(a)→中心夹杂物或硬质点破裂或与基体脱离→形成微孔(b)→形成显微裂纹(c)、端部产生更大的塑性变形→新的微孔形成→裂纹向前扩展(d)→形成纤维区(e)→纤维区裂纹达到临界尺寸→更大的应力集中→裂纹快速扩展→形成放射区→更大的应力→形成剪切唇。（4分） a缩颈导致三向应力, b 微孔形成, c微孔长大, d 微孔连接形成锯齿状, e边缘剪切断裂. （画图及标注4分） （画图1分，标注1分） 2、画出典型疲劳断口示意图，并标注各区名称,详细描述疲劳区的特征。 典型疲劳断口具有3个特征区：疲劳源、疲劳区、瞬断区（2分）。。 （3分） 疲劳区的特征： (1)断口较光滑并分布有贝纹线(或海滩花样)，有时还有裂纹扩展台阶。(2)断口光滑是疲劳源区的延续，其程度随裂纹向前扩展逐渐减弱； (3)贝纹线是疲劳区的最典型特征，一般认为是因载荷变动引起的。每组贝纹线好像一簇以疲劳源为圆心的平行弧线，凹侧指向疲劳源，凸侧指向裂纹扩展方向。（5分） A卷 疲劳源 疲劳区 瞬断区 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：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δ为（） A、≥1% B、≥5% C、≥10% D、≥15% 第一套 一、名词解释（每题4分，共12分） 低温脆性疲劳条带韧性 二、填空题(每空1分，共30分) 1、按照两接触面运动方式的不同，可以将摩擦分为和，按照摩擦表面的接触状态分为摩擦、摩擦、摩擦、摩擦、其中摩擦通常严禁出现。 2、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（高、低），材料就越（安全，不安全）。对于承受冲击载荷作用的重要机件，韧性温度储备取（上限，下限）。 3、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）。 低碳钢的拉伸断口由、、三个区域组成，该宏观断口通常被称为状断口。 5、按照应力高低和断裂寿命对疲劳分类，则N>105,称为周疲劳，又称为疲劳；N 为102～105，称为周疲劳，又称为疲劳。我们通常所称的疲劳指疲劳。 6、温度升高使铁磁性的饱和磁化强度，使剩余磁感应强度，使矫顽力。 7、根据材料被磁化后对磁场所产生的影响，可将材料分为、、3类。 三、问答题（共20分） 1、衡量弹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。 2、某种断裂的微观断口上观察到河流装花样，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分） 3、说明K I 和K IC 的异同。对比K IC 和K C 的区别，说明K I 和K IC 中的I的含义。 4、简述影响金属导电性的因素。（6分） 四、分析题（共30分） 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。（12分） 2、什么是金属材料的塑性？对于下列材材料的塑性： (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），采用何种试验方法测量。 3、奥氏体不锈钢从1000℃急冷淬火是顺磁性的，但缓冷则表现出铁磁性，试解释之。（8分） 五、证明题（共8分） 材料学学科2011年硕士研究生招生复试指导 根据教育部关于加强硕士研究生招生复试工作的指导意见及学校有关要求，材料学学科（报考航天学院复合材料与结构研究所）2011年硕士研究生招生复试指导确定如下。 一、复试比例及主要内容 1、复试由笔试和面试两部分组成，外国语听力考试在面试中进行。复试的总成绩为280分，其中笔试200分，面试80分。 2、复试笔试科目 （1）材料科学基础部分，占80分。 主要内容： ①材料的结构，化学键，晶体学，晶体结构，晶体缺陷 ②纯金属的凝固，纯金属的结晶，形核，二元与三元相图 ③固体材料的变形与断裂，弹性变形，塑性变形，位错与强化，断裂 ④回复，再结晶，晶粒长大，金属的热变形 ⑤扩散定律，扩散机制，影响扩散的因素，反应扩散 参考书目： 潘金生，仝建民，田民波主编，材料科学基础，清华大学出版社，1998； 冯端，师昌绪，刘治国主编，材料科学导论，化学工业出版社，2002。 （2）材料性能学部分，占70分。 主要内容： ①材料的力学性能，硬度，韧性，疲劳，磨损 ②材料的热学性能：热容、热膨胀、热传导 ③材料的磁性能：抗磁性与顺磁性，铁磁性与反铁磁性 ④材料的电学性能：导电与热电性能，半导体，绝缘体 ⑤材料的光学性能：线性光学与非线性光学性能 参考书目： 冯端，师昌绪，刘治国主编，材料科学导论，化学工业出版社，2002； 王从曾主编，材料性能学（前11章），北京工业大学出版社，2001。 （3）材料分析方法部分，占50分。 主要内容： ①材料X射线衍射分析 ②材料电子显微分析 参考书目： 周玉主编，材料分析方法，机械工业出版社，2004。 3、面试，占80分。 学科将组成专家组对考生进行面试。主要是了解考生的特长与兴趣、身心健康状况；考察考生的综合素质、能力以及外语水平，主要内容包括： 1）大学学习情况及学习成绩； 一、名词解释 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，这种现象为低温脆性。 疲劳条带：每个应力周期内疲劳裂纹扩展过程中在疲劳断口上留下相互平行的沟槽状花样。 韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 缺口强化：缺口的存在使得其呈现屈服应力比单向拉伸时高的现象。 50%FATT：冲击试验中采用结晶区面积占整个断口面积 50%时所应的温度表征的韧脆转变温度。 破损安全：构件内部即使存在裂纹也不导致断裂的情况。 应力疲劳：疲劳寿命N>105 的高周疲劳称为低应力疲劳，又称应力疲劳。 韧脆转化温度：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，该温度称为韧脆转化温度。 应力状态软性系数：在各种加载条件下最大切应力与最大当量正应力的比值，通常用α表示。 疲劳强度：通常指规定的应力循环周次下试件不发生疲劳破坏所承受的上限应力值。 内耗：材料在弹性范围内加载时由于一部分变形功被材料吸收，则这部份能量称为内耗。 滞弹性: 在快速加载、卸载后，随着时间的延长产生附加弹性应变的现象。 缺口敏感度：常用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸的光滑试样的抗拉强度的比值表征材料缺口敏感性的指标，往往又称为缺口强度比。 断裂功：裂纹产生、扩展所消耗的能量。 比强度：:按单位质量计算的材料的强度，其值等于材料强度与其密度之比，是衡量材料轻质高强性能的重要指标。. 缺口效应：构件由于存在缺口（广义缺口）引起外形突变处应力急剧上升，应力分布和塑性变形行为出现变化的现象。 解理断裂：材料在拉应力的作用下原于间结合破坏，沿一定的结晶学平面(即所谓“解理面”)劈开的断裂过程。 应力集中系数：构件中最大应力与名义应力（或者平均应力）的比值，写为KT。 高周疲劳：在较低的应力水平下经过很高的循环次数后（通常N>105）试件发生的疲劳现象。 弹性比功：又称弹性应变能密度，指金属吸收变形功不发生永久变形的能力，是开始塑性变形前单位体积金属所能吸收的最大弹性变形功。 二、填空题 第一章材料的弹性变形 一、填空题： 1.金属材料的力学性能是指在载荷作用下其抵抗变形或断裂 的能力。 2. 低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。 3. 线性无定形高聚物的三种力学状态是玻璃态、高弹态、粘流 态，它们的基本运动单元相应是链节或侧基、链段、大分子链，它们相应是塑料、橡胶、流动树脂（胶粘剂的使用状态。 二、名词解释 1.弹性变形：去除外力，物体恢复原形状。弹性变形是可逆的 2.弹性模量： 拉伸时σ=EεE：弹性模量（杨氏模数） 切变时τ=GγG：切变模量 3.虎克定律：在弹性变形阶段，应力和应变间的关系为线性关系。 4.弹性比功 定义：材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，又称为弹性比能或应变比能，表示材料的弹性好坏。 。 三、简答： 1．金属材料、陶瓷、高分子弹性变形的本质。 答：金属和陶瓷材料的弹性变形主要是指其中的原子偏离平衡位置所作的微小的位移，这部分位移在撤除外力后可以恢复为0。对高分子材料弹性变形在玻璃态时主要是指键角键长的微小变化，而在高弹态则是由于分子链的构型发生变化，由链段移动引起，这时弹性变形可以很大。 2．非理想弹性的概念及种类。 答：非理想弹性是应力、应变不同时响应的弹性变形，是与时间有关的弹性变形。表现为应力应变不同步，应力和应变的关系不是单值关系。种类主要包括滞弹性，粘弹性，伪弹性和包申格效应。 3．什么是高分子材料强度和模数的时-温等效原理? 答：高分子材料的强度和模数强烈的依赖于温度和加载速率。加载速率一定时， 随温度的升高，高分子材料的会从玻璃态到高弹态再到粘流态变化，其强度和 模数降低；而在温度一定时，玻璃态的高聚物又会随着加载速率的降低，加载 时间的加长，同样出现从玻璃态到高弹态再到粘流态的变化，其强度和模数降低。时间和温度对材料的强度和模数起着相同作用称为时=温等效原理。 四、计算题： 气孔率对陶瓷弹性模量的影响用下式表示：E=E0(1—1.9P+0.9P2) E0为无气孔时的弹性模量；P为气孔率，适用于P≤50 %。 370= E0 (1—1.9×0.05+0.9×0.052) 则E0=407.8 Gpa 260= 407.8 (1—1.9×P+0.9×P2) P=0.207 其孔隙度为20.7%。 五、综合问答 1.不同材料（金属材料、陶瓷材料、高分子材料）的弹性模量主要受什么因素 影响? 答：金属材料的弹性模量主要受键合方式、原子结构以及温度影响，也就是原 子之间的相互作用力。化学成分、微观组织和加载速率对其影响不大。 陶瓷材料的弹性模量受强的离子键和共价键影响，弹性模量很大，另外， 其弹性模量还和构成相的种类、粒度、分布、比例及气孔率有关，即与成型工 艺密切相关。 高分子聚合物的弹性模量除了和其键和方式有关外，还与温度和时间有密切 的关系（时-温等效原理）。 （综合分析的话，每一条需展开）。 第二章材料的塑性变形 一、填空题 1．金属塑性的指标主要有伸长率和断面收缩率两种。 2．单晶体的塑性变形方式有滑移和孪生 2种。 3．非晶态高分子材料的塑变过程主要是银纹的形成。 二、简答题 中原工学院材料与化工学院 材 料 性 能 学 《材控专业课后习 题》 第一章材料在单向拉伸时的力学性能１-1名词解释 1.弹性比功:材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力. 2.包申格效应:金属材料经预先加载产生少量塑性变形，而后再同向加载,规定残余伸长应力增加,反向加载,规定残余伸长应力降低的现象.其来源于金属材料中的位错运动所受阻力的变化。可通过热处理(再结晶退火）消除。 3.塑性:材料断裂前产生塑性变形的能力 4.韧性：材料变形时吸收变形力的能力 5.脆性断裂(弹性断裂)：材料断裂前不发生塑性变形，而裂纹的扩展速度往往很快。断口呈现与正应力垂直，宏观上比较齐平光亮,为放射状或结晶状。 6.韧性断裂（延性断裂或者塑性断裂)：材料断裂前及断裂过程中产生明显塑性变形的断裂过程。断口呈现暗灰色、纤维状。 7.剪切断裂：材料在切应力作用下沿滑移面分离而造成断裂.断口呈现锋利的楔形或微孔聚集型,即出现大量韧窝。 8.河流花样：解理裂缝相交处会形成台阶,呈现出形似地球上的河流状形貌 9.解理台阶：解理裂纹的扩展往往是沿晶面指数相同的一族相互平行,但位于“不同高度”的晶面进行的。不同高度的解理面存在台阶。10.韧窝：通过孔洞形核、长大和连接而导致韧性断裂的断口 1—3材料的弹性模数主要取决于什么因素? 答:影响弹性模数的因素:键合方式和原子结构、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载条件和负荷持续时间 1—4决定金属材料屈服强度的主要因素有哪些？ 答：１、晶体结构：屈服是位错运动，因此单晶体理论屈服强度=临界切应力 2、晶界和亚结构:晶界是位错运动的重要障碍,晶界越多,常温时材料的屈服强度增加。晶粒越细小，亚结构越多,位错运动受阻越多,屈服强度越大。 ３、溶质元素：由于溶质原子与溶剂原子直径不同,在溶质原子周围形成晶格畸变应力场，其与位错应力场相互作用，使位错运动受阻，增大屈服强度.固溶强化、柯氏气团强化、沉淀强化、时效强 本学期材料性能学作业及答案 第一次作业 P36-37 第一章 1名词解释 4、决定金属屈服强度的因素有哪些？ 答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。外在因素：温度、应变速率和应力状态。 10、将某材料制成长50mm，直径5mm的圆柱形拉伸试样，当进行拉伸试验时塑性变形阶段的外力F与长度增量ΔL的关系为： F/N 6000 8000 10000 12000 14000 ΔL 1 2.5 4.5 7.5 11.5 求该材料的硬化系数K及应变硬化指数n。 解：已知：L0=50mm，r=2.5mm，F与ΔL如上表所示，由公式（工程应力）σ=F/A0,（工程应变）ε=ΔL/L0,A0=πr2,可计算得：A0=19.6350mm2 σ1= 305.5768，ε1=0.0200， σ2=407.4357 ，ε2=0.0500， σ3= 509.2946，ε3=0.0900， σ4= 611.1536，ε4=0.1500， σ5= 713.0125，ε5=0.2300， 又由公式（真应变）e=ln(L/L0)=ln(1+ε)，（真应力）S=σ（1+ε），计算得： e1=0.0199，S1=311.6883， e2=0.0489，S2=427.8075， e3=0.0864，S3=555.1311， e4=0.1402，S4=702.8266， e5=0.2076，S5=877.0053， 又由公式S=Ke n，即lgS=lgK+nlge，可计算出K=1.2379×103，n=0.3521。 11、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆 南昌大学材料性能学复习题 测试试卷 1.关于固体材料的热容，爱因斯坦模型认为：晶体中每一个原子都是一个独立的振子，原子之间彼此无关，原子以( )的频率振动；德拜模型考虑到晶体中原子的相互作用，认为晶体中对热容的主要贡献是( )，把晶体近似视为连续介质，声频支的振动也近似看作是( )。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。 [参考答案]体心立方或密排六方面心立方 2.Griffith微裂纹理论从能量的角度来研究裂纹扩展的条件,这个条件是()。 [参考答案]物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能 3.滑移是在 __________作用下，在一定滑移系统上进行的。 [参考答案]切应力 4.裂纹扩展的基本方式有三种，分别为（）、（）和（），其中以（)裂纹扩展最危险，最容易引起脆性断裂。 [参考答案]张开型滑开型撕开型张开型 5.描述材料的蠕变性能的力学性能指标有：（）、（）、（）等。 [参考答案]蠕变极限持久强度松弛稳定性 6.屈服是材料由（）向（）过渡的明显标志。答案：弹性变形弹-塑性变形材料 7.磁性的本源是材料内部电子的__________和__________。晶体中热阻的主要来源是__________间碰撞引起的散射。 8.对介质损耗的主要影响因素是__________和__________。 9.在垂直入射的情况下，光在界面上的反射的多少取决于两种介质的__________。 10.电场周期破坏的来源是： __________、 __________ 、 __________ 、 __________ 等。 11.由于恒压加热物体除温度升高外，还要对外界做功，所以等压热容__________等容热容。12.BaTiO3电介质在居里点以下存在__________、__________、__________和__________四种极化机制。 13..断口特征三要素是指、和。金属材料中的塑性变形有两种基本方式____和____。 14.解理断裂断口的基本微观特征是__________、__________、__________。 15.一25cm长的圆杆，直径2.5mm，承受4500N的轴向拉力。如直径拉伸成2.4mm，问：设拉伸变形后，圆杆的体积维持不变，拉伸后的长度为_________；在此拉力下的真应力为_________、真应变为_________；在此拉力下的名义应力为_________、名义应变为_________。 15.介质的极化有两种基本形式____________和_____________。超导体的两个基本特性是__________和__________。 16.当一根金属导线两端温度不同时，若通以电流，则在导线中除产生焦耳热外，还要产生额外的吸放热现象，这种热电现象称为__________效应。 17.无机材料的热冲击损坏有两种类型：__________和__________。 18.决定乳浊度的主要因素是__________、__________和。 热量是依晶格振动的格波来传递的，格波分为_______和_______两类。 从对材料的形变及断裂的分析可知，在晶体结构稳定的情况下，控制强度的主要参数有三个：_________，_________和_________。 金属材料电导的载流子是_________，而无机非金属材料电导的载流子可以是_________、_________或_________、_________。 在低碳钢的单向静拉伸试验中，整个拉伸过程中的变形可分为______、______、______以及______四个阶段。 电介质的击穿形式有_______，________和________三种形式。 二名词解释试题1满分值：3.0分状态：未答实际得分：分试题:铁磁体:主要特点:在较弱的磁场内,铁磁体也 材料性能学 课后习题与解答 绪论 1、简答题 什么是材料的性能？包括哪些方面？ [提示] 材料的性能定量地反映了材料在给定外界条件下的行为； 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○1力学性能（拉、压、、扭、弯、硬、磨、韧、 疲）○2物理性能（热、光、电、磁）○3化学性能（老化、腐蚀）。 第一章单向静载下力学性能 1、名词解释： 弹性变形塑性变形弹性极限弹性比功包申格效应弹性模量滞弹性内耗韧性超塑性韧窝 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？ 解：○1键合方式和原子结构，共价键、金属键、离子键E高， 材料性能学王从曾答案 【篇一：材料性能学】 00236 2 、课程名称（中、英文） 材料性能学 an introduction to materials properties 3 、授课对象 材料科学与技术试验班、材料物理专业本科生 4 、学分 3 学分，54学时 5 、修读期 第六学期或第七学期 6 、课程组负责人（姓名、所在学院、职称、学位）潘春旭，物理科学与技术学院，教授，博士 7 、课程简介 该课程涉及知识面宽，信息量大，基础性强。主要讲授材料各种性能的基本概念、物理（化学）本质、影响材料性能的因素及性能指标的测试原理与工程应用等。 主要内容包括：1）材料的力学性能：材料在静载条件下的力学性能、冲击韧性、断裂韧性、疲劳性能、磨损性能，以及高温力学性能等；2）材料的物理性能：材料的热学性能、磁学性能、电学性能、光学性能、压电及铁电性能等。 8、实践环节学时与内容或辅助学习活动 实验课4学时“断口形貌的电镜观察”；看专题录像 2 学时；课堂讨论课6 学时，要求学生就材料的光学效应、材料的疲劳性能、材料的磨损性能、材料的高温力学性能、材料的腐蚀效应，等内容，写出课堂论文，并做成ppt 文件在班上演讲。 9 、成绩考评 期末考试笔试：50% ；平时成绩15％；撰写小论文：35％ 10 、指定教材 《材料性能学》王从曾主编，刘会亭主审，北京工业大学出版社，2001 年。 11 、参考书目 《材料物理性能》田莳编著，北京航空航天大学出版社，2001 年。 《工程材料力学性能》刘瑞堂、刘文博、刘锦云编，哈尔滨工业大学出版社，2001 年。 【篇二：材料性能学复习总结（王从曾版）l 力学部分】=txt> 第一章 1. 熟悉力——拉伸曲线和应力——应变曲线的测试方法。（书本p1）常用的拉伸试件:为了比较不同尺寸试样所测得的延性,要求试样的几何相似，l0 ／a01/2 要为一常数．其中a0 为试件的初始横截面积。光滑圆柱试件:试件的标距长度l0 比直径d0 要大得多；通常，l0=5d0 或l0=10d0 板状试件: 试件的标距长度l0 应满足下列关系式：l0=5.65a01/2 或11.3a0 1/2 。 a. 拉伸加载速率较低,俗称静拉伸试验。严格按照国家标准进行拉伸试验，其结果方为有效，由不同的实验室和工作人员测定的拉伸性能数据才可以互相比较。 2. 掌握弹性变形的实质（书本第三页）构成材料的原子或分子自平衡位置产生可逆位移的反应。 3. 掌握弹性变形的性能指标 e = 2 （1+n ）g e：正弹性模量（杨氏摸量） n ：柏松比 g ：切弹性模量 物理意义：产生100 ％弹性变形所需的应力。工程意义：工程上把弹性模量 e、g 称做材料的刚度，它表示材料在外载荷下抵抗弹性变形的能力。 4. 熟悉弹性比功、弹性极限、比例极限的物理意义和工程意义弹性比功 we ：材料开始塑性变形前单位体积所能吸收的弹性变形功，又称弹性比能或应变比能。 比例极限是保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力，其表达式为弹性极限是材料由弹性变形过渡到弹-塑性变形时的应力，其表达式为sp、s e 的工程意义：对于要求服役时其应力应变关系严格遵守线性关系的机件，应以比例极限作为选择材料的依据；对于服役条件不允许产生微量塑性变形的机件，设计时应按弹性极限来选择材料。 5. 熟悉影响弹性模量的主要因素 l 键合方式和原子结构 共价键、离子键和金属键都有较高的弹性模数；对于金属元素： e = k / r 材料性能学考试试题 一、选择题 1.下列哪个不属于材料性能的基本分类？ – A. 机械性能 – B. 热性能 – C. 化学性能 – D. 形态性能 2.材料的硬度是指材料抵抗塑性变形的能力。下列哪个硬度测试方法是通过使用金刚石锥尖对材料进行压痕测试的？ – A. 佩氏硬度 – B. 洛氏硬度 – C. 布氏硬度 – D. 维氏硬度 3.建筑材料的抗压强度是指材料在受到压缩作用下能够承受的最大应力。下列哪个单位用于表示抗压强度？ – A. N/mm^2 – B. kg/m – C. J/m^3 – D. m/s^2 4.下列哪个材料是具有良好导电性能的金属？ – A. 钼 – B. 铝 – C. 铅 – D. 锌 5.温度是影响材料性能的重要因素之一。下列哪个材料的耐高温性能最好？ – A. 聚乙烯 – B. 尼龙 – C. 涤纶 – D. 聚苯乙烯 二、填空题 1.弹性模量是材料的______________。 2.___________是材料在固态下由热胀造成的体积膨胀。 3.冶金学中，___________是指固态金属晶粒间的界面。 4.断口形貌是材料断裂过程中形成的_____________。 5.碳化钨是一种_____________。 三、简答题 1.请简要介绍一下材料的弹性变形和塑性变形的主要差异。 2.请解释一下什么是材料的韧性。 3.请举例说明材料的热膨胀性。 4.解释一下材料的导热性和导电性的区别。 5.什么是材料的耐腐蚀性？ 四、论述题 1.简述材料性能对于材料选择的重要性，并以两个实际材料 为例进行论述。 2.请论述材料的机械性能对于工程项目的影响以及如何优化 材料的机械性能。 以上就是材料性能学考试试题的内容。希望这些题目能够对您的学习和考试有所帮助！如需进一步了解每个问题的答案，请参考专业课程或教材。 共 4 页 第 页 1. 通过静载拉伸实验可以测定材料的 弹性极限、屈服极限、 抗拉强度、断裂强度、比例极限等（答对3个即可）强度指标，及 延伸率 、 断面收缩率 等塑性指标。 2.按照断裂中材料的宏观塑性变形程度，断裂可分为脆性断裂和韧性断裂；按照晶体材料断裂时裂纹扩展的途径（断裂方式），可分为穿晶断裂和沿晶断裂；按照微观断裂机理，可分为解理断裂和剪切断裂 3. 单向拉伸条件下的应力状态系数为 0.5 ；而扭转和单向压缩下的应力状态系数分别为 0.8 和 2.0 。应力状态系数越大，材料越容易产生 (塑性) 断裂。 为测量脆性材料的塑性，长采用压缩的试验方法 4.在扭转试验中，塑性材料的断裂面与试样轴线 垂直 ；脆性材料的断裂面与试样轴线 成450角。 5. 低温脆性常发生在具有 体心立方或密排六方 结构的金属及合金中，而在 面心立方 结构的金属及合金中很少发现。 6. 材料截面上缺口的存在，使得缺口根部产生 应力集中 和 双（三）向应力或应力状态改变 ，试样的屈服强度 不变，塑性 降低 。 7.根据磨损面损伤和破坏形式（磨损机理），磨损可分为4类：粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损和麻点疲劳磨损（接触疲劳） 8.典型的疲劳断口有3个特征区：疲劳源、疲劳裂纹扩展区和瞬断区。疲劳裂纹扩展区最典型的特征是贝纹线 9. 在典型金属与陶瓷材料的蠕变曲线上，蠕变过程常由 减速蠕变 ，恒速蠕变 和 加速蠕变 三个阶段组成。 10.根据材料磁化后对磁场所产生的影响，可以把材料分为3类：抗磁性材料、顺磁性材料和铁磁性材料 11.一般情况下，温度升高，金属材料的屈服强度下降；应变速率越大，金属材料的屈服应力越高。 12.温度对金属材料的力学性能影响很大，在高温下材料易发生沿晶断裂。 13. 拉伸试样的直径一定，标距越长则测出的断后伸长率会越小 14.宏观断口一般呈杯锥装，由纤维区、放射区和剪切唇3个区域组成。材料强度越高，塑性降低，则放射区比例增大。 1. 通常情况下，金属材料经过热处理后其弹性模量 不变 。 2.金属材料常见的塑性变形机理为晶体的 滑移 和 孪生 两种 3.同种材料的断后伸长率δ5 > δ10 4.应力状态系数越大，材料越容易产生 塑性 断裂。 5.在扭转试验中塑性材料的断裂面与轴线成 900 角；脆性材料的断裂面与轴线成 450 角。 7. 按照微观断裂机理，断裂可以分为 解理断裂 和 剪切断裂 10. 用拉伸和扭转试验测试材料的tk （韧脆转化温度）时， 拉伸 测试的tk 值较高。 11. 根据材料磁化后对磁场所产生的影响，可以把材料分为3类：抗磁性材料、顺磁性材料和铁磁性材料 1. 脆性断裂：断裂前，材料未发生明显的宏观塑性变形的断裂，或指断裂应力低于材料屈服强度的断裂 2. 包申格效应：是指金属材料经预先加载产生少量塑性变形（残余应力小于4％），而后 再同向加载，规定残余伸长应力（屈服强度、弹性极限）增加，反向加载，规定残余伸长（屈服强度、弹性极限）应力降低的现象。 3. 应力状态软性系数：应力状态中最大切应力和最大正应力的比值 4. 刚 度：在弹性变形范围内，构件抵抗变形的能力。 5.热疲劳：由周期变化的热应力或热应变引起的材料破坏称为热疲劳。 6.蠕变：材料在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。 7.疲劳强度：在指定疲劳寿命下，材料能承受的上限循环应力。 8.断裂韧度：裂纹失稳扩展的临界状态所对应的应力场强度因子称为材料的断裂韧度 9.技术磁化：铁磁材料在外加磁场的作用下所产生的磁化称为技术磁化。 10.允带：电子可以具有的能级所组成的能带称为允带。 1. 韧 性：是指材料在断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 4. 松弛稳定性：材料抵抗应力松弛的能力称为松弛稳定性。 7. 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，这种现象为低温脆性。 8. 解理断裂：材料在拉应力的作用下原于间结合破坏，沿一定的结晶学平面(即所谓“解理面”)劈开的断裂过程。 6. 破损安全：构件内部即使存在裂纹也不导致断裂的情况。 7.平面应力：只在一个平面内存在应力的现象。 10. △K th ：疲劳裂纹扩展的门槛值，表征材料阻止疲劳裂纹开始扩展的能力 1. 解释形变强化的概念，并阐述其工程意义。 答：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形变强化。（2分） 形变强化是金属材料最重要的性质之一，其工程意义在于：1）形变强化可使材料或零件具有 抵抗偶然过载的能力，阻止塑性变形的继续发展，保证材料安全。2）形变强化是工程上强化材料的重要手段，尤其对于不能进行热处理强化的材料，形变强化成为提高其强度的非常重要的手段。3）形变 强化性能可以保证某些冷成形如冷拔线材和深冲成形等工艺的顺利进行。 2. 阐述低温脆性的物理本质。 低温脆性 是材料屈服强度随温度的下降而急剧增加、但材料的断裂强度却随温度变化较小的结果。（3分） 1. 解释平面应力和平面应变状态，并用应力应变参数表述这两种状态 答：对薄板，由于板材较薄，在厚度方向上可以自由变形，即σz=0。这种只在两个方向上存在应力的状态称为平面应力。（2分） 对厚板，由于厚度方向变形的约束作用，使得ｚ方向不产生应变，即εz=0。这种只在两个方向上存在 应变的状态称为平面应变。（2分） 3. 材料具有铁磁性的充要条件是什么? 答：原子中必须有未被填满的电子壳层，即存在未被抵消的电子自旋磁矩； 相邻原子磁矩同向平行排列，即A>0 5. 分析晶粒大小对金属材料高温力学性能的影响。 答：当使用温度低于等强温度TE 时，晶界强度>晶粒强度，晶界越多材料能承受的外力越大，因此细晶粒钢有较高的强度； 当使用温度高于TE ，晶粒强度>晶界强度，晶粒尺寸越大能承受的外力越大，因此粗晶粒钢及合金有较高的蠕变抗力及持久强度。但晶粒太大会使持久塑性和冲击韧性降低，应选择一最佳的晶粒尺寸 1. 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。（2分）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。（3分） 2. 某种断裂的微观断口上观察到河流装花样，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。 答：不能判定断裂一定为脆性断裂。（1 分）韧性和脆性断了依据断口的宏观形貌和变形特征来判定，单纯从微观断口上的某些特征不能确定断裂一定属于脆断。（2分）逆着河流的方向可以找到裂纹源。（2分） 3.奥氏体不锈钢从1000℃急冷淬火是顺磁性的，但缓冷则表现出铁磁性，试解释。 答：呈现不同的磁性能是因为热处理前后其组织发生了变化（1 分）。钢的所有组织中，除奥氏体为顺磁性外，其他组织均为强铁磁性组织（2 分）。急冷淬火时其组织主要为奥氏体，因此呈现顺磁性（1分），缓冷时，则出现了其他的组织，因此呈现铁磁性（1 分）。 4. 采用磨料磨损的方法比较35钢原材和35淬火低温回火工件耐磨性大小，试安排其测试步骤。 （所需仪器及材料：ML-100磨料磨损试验机，400号水砂纸，仪器所需35钢原材和35钢淬火低温回火标准件） 答：1.预磨钢原材标准件后清洗称重，在一定压力下，转速下对预磨件进行磨损试验，计算出磨损前后的重量差（2 分） 2.预磨35钢淬火低温回火标准件后清洗称重，在一定压力下，转速下对预磨件进行磨损试验，计算出磨损前后的重量差（2 分） 3.比较两者磨损量大小即可比较两个工件的相对耐磨性。（1 分） 5. 高温对材料力学性能有何影响？高温下，细化晶粒是否一定能提高材料的强度和塑性？ 答：1.材料在高温下将发生蠕变现象（材料在恒定应力的持续作用下不断地发生变形）。 2.材料在高温下的强度与载荷作用的时间有关。载荷作用时间越长，引起变形的抗力越小。 3.材料在高温下不仅强度降低，而且塑性也降低。应变速率越低，作用时间越长，塑性降低越显著，甚至出现脆性断裂。 4.与蠕变现象相伴随的还有高温应力松弛（恒定应变下，材料内部的应力随时间降低的现象）。 5.不一定。 每个答题点1分 2. 宏观脆性断口的主要特征是什么？微观特征为河流花样的裂纹如何寻找裂纹源。 答：通常脆性断裂的断口一般与正应力垂直，宏观上比较齐平光亮，常呈放射状或结晶状。（3 分） 逆着河流的方向可以找到裂纹（2 分） 3、试分析气体、金属、陶瓷材料的导热机理有何区别？ 答：气体导热——质点间直接碰撞；（1分）金属导热——自由电子间碰撞；（2分）陶瓷导热——晶格振动（格波）＝声子碰撞（2分） 1、衡量弹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=σe2/E 。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。 2、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：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。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、尺寸和裂纹类型，与材料无关。（3 分）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 第一章 一、解：1.滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象, 称为滞弹性。 2. 塑性：在给定载荷下，材料产生永久变形的特性。 3•解理台阶：解理裂纹与螺型位错相交形成解理台阶。 4. 河流状花样：解理裂纹与螺型位错相遇后，沿裂纹前端滑动二相互汇合，同号台阶相互汇合长大，当汇合台阶足够大时，便成为河流状花样。 5. 强度：材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。 二、解：1.E :弹性模量。 2. d 0.2 :屈服强度 3. b b :抗拉强度 4. £ :条件应变或条件伸长率。 三、解：由d m= ( E Y s/ao)? 得：丫s= d m2 • ao/E ① 将代入d c= (2E • 丫s/ JI a)?=d m- ( 2*ao/刃*a)=504MPA. 四、解： 由题中所给式子知：⑴：材料的成分增多，会引起滑移系减少、孪生、位错钉插等，材料越容易断裂； ⑵：杂质：聚集在晶界上的杂质越多，材料越容易断裂； ⑶：温度：温度降低，位错摩擦阻力越大，所以材料越容易断裂； ⑷、晶粒大小：晶粒越小，位错堆积越少，晶界面积越大，材料韧性越好，所以不容易断裂； ⑸、应力状态：减小切应力与正应力比值的应力状态都会使材料越容易断裂； ⑹、加载速率：加载速率越大，材料越容易断裂 五、解：两者相比较，前者为短比例式样，后者为长比例式样，而对于韧性金属材料，比例 试样尺寸越短，其断后伸长率越大，所以 d 5大于d 10. 第二章作业题 1应力状态软性系数：按“最大切应力理论”计算的最大切应力与按“相当最大正应力理论”计算的最大正应力的比值。 2缺口效应：截面的急剧变化产生缺口，在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态将发生变化，产生缺口效应，影响金属材料的力学性能。 3布氏硬度：用一定直径的硬质合金球做压头，施以一定的试验力，将其压入试样表面，经规定保持时间后卸除，试样表面残留压痕。HBW通 过压痕平均直径求得。 4洛氏硬度：洛氏硬度以测量压痕深度标识材料的硬度。HR= (k-h)/0.002. 二、脆性材料的抗压强度 扭转屈服点 缺口试样的抗拉强度 NSR缺口敏感度，为缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度的比值。 HBS用钢球材料的球压头表示洛氏硬度。 HRC用金刚石圆锥压头表示的洛氏硬度。 三、试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转试验的特点和应用范围中原工学院材料性能学考试题
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