材料性能学历年真题_答案

1、-金属热处理专业序第一套答案一、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、，2060，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

2、用弹性比功 ae=e /E。由于弹性比功取决于弹性极限和弹性模2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）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

3、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1-金属热处理专业序言，KIc<Kc，平面应变状态更危险，通常以前者衡量材料的断裂韧性。KIC 中的I代表平面应变，KI的I表示I型裂纹。（3分）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，

4、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

5、)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）2-金属热处理专业序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

6、光强系数应为w3/w1（2分）。则有w2=1 (n211)2 =1 Rw1n21+1（1分）（1分）w3 =1 (w2n12 1)2n12 +11n12 =n21（1分）（1分）(n12 1)2 = (n12 +1n211)2n21+1w3 =1 Rw2（1分）（1分）w3 w2 w3 = (1 R)=×2w1 w1 w2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

7、劳寿命 N>10的高周疲劳称为低应力疲劳，又称应力疲劳。53-金属热处理专业序二、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），

8、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）2E Ec=aaa为裂纹半长，E-杨氏模量，-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

9、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）4-金属热处理专业序（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）

10、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）e弹性极限；（1分）ae弹性比功；（1分）根据公式：ae = e，将表中数据带入计算可得：0.011。（3分）22E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，H

11、BS；(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。5-金属热处理专业序=0.5<0.60.7；无须进行塑性区修正。（2分） S构件受到横向中心穿透裂纹作用，则应力强度因子为：K I = Y a = = aY为形状因子，本模型取值为 ,a=0.01m。将各个数值代入可得 106.3 Mpa.m1/2KI<KIC，构件安全。（6分）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-(+S)x

12、(4分)其中，R为反射系数，为吸收系数，S为散射系数，x为厚度。代入已知参数，可得+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

13、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6-金属热处理专业序常用表示。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

14、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 AK20.35J对应的温度为韧脆转化温度。（1分）FATT50：结

15、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）:10：标距等于 10d0的长试样的伸长率。e：拉伸实验得到的比例极限。（1分）0：脉动载荷的疲劳强度。（1分）0.05：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）7-金属热处理专业序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）

16、（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

17、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，单位 MPa。（2分）A：对称交变载荷，-1=40MPa.（2分）B：脉动载荷，0=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。8-金属热处理专业序缺口敏感度:常用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸的光滑试样的抗

18、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）0.2条件屈服强度。V15TT冲击功为 20.3Nm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

19、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：JJc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：GGc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：C构件开裂，反之裂纹不导致开裂。临界应力强度因子盘踞：KIKIC

20、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9-金属热处理专业序断裂韧性。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

21、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r-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1。（2分）B为脉动载荷，疲劳强度为 55MPa，记为0。（2分）C为静载荷，不用考虑疲劳问题，强度记为b。（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

22、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。10-金属热处理专业序二、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，0.2。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，

23、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）KI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。 KIC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 qe<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

24、 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max(min)m的疲劳图，纵坐标为max(min)，横坐标为m。（2分）A、11-金属热处理专业序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-1、b(B无疲劳的问题，强度为静载强度)、0。四、分析题（共22分）1.答：（本小题 10分）bs5 /% /%Ak /JHBS抗拉强度屈服强度L0=5d0试样的延伸率断面收缩率冲击功

25、布氏硬度（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）洛氏硬度 HRC；布氏硬度 HBS；显微硬度 Hv0.2；显微硬度 Hv0.2；洛氏硬度 HRC；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：2E E，m= E，c=aaa 0则有： c=a，ma0a为裂纹半长，a0原子平衡间距，m理论断裂强度；a=1.5mm；计算得到： c=89.4 M

26、pa。<c，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。12-金属热处理专业序3、弹性变形，塑性变形，断裂。4、低，好（高）。5、滞弹性，粘弹性，伪弹性，包申格效应。6、电导（漏导）损耗，极化损耗，电离损耗，结构损耗，宏观结构不均匀的介质损耗7、折射率，表面粗糙度二、名词解释（每个 4分，共 20分）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。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。光轴：晶体光学中，把不发生双折射现象的特殊方向称为光轴。三、问答题（共 32分）1、答：（本题 4分）NDT：无延性转