第2章習(xí)題與答案

1、思考題1為什么說力學(xué)性能是機(jī)械零件設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮的性能?解：所謂力學(xué)性能是指金屬在力或能的作用下，材料所表現(xiàn)出來的性能。力學(xué)性能包括強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性及疲勞強(qiáng)度等，機(jī)械零件在加工過程或使用過程中，都要受到不同形式外力的作用，而力學(xué)性能反映了金屬材料在各種外力作用下抵抗變形或破壞的某些能力，是選用金屬材料的重要依據(jù)，因此是機(jī)械零件設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮的性能。2塑性和強(qiáng)度都是金屬材料的一種能力。金屬材料的塑性對零件制造有什么特殊意義?金屬材料的強(qiáng)度對零件使用有什么特殊意義?解：金屬材料的斷后伸長率（A）和斷面收縮率（Z）數(shù)值越大，表示材料的塑性越好。塑性好的金屬可以發(fā)生大量塑性變形而不破壞，

2、易于通過塑性變形加工成復(fù)雜形狀的零件。當(dāng)零件工作時(shí)所受的應(yīng)力，低于材料的屈服強(qiáng)度或規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度，則不會產(chǎn)生過量的塑性變形。材料的屈服強(qiáng)度或規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度越高，允許的工作應(yīng)力也越高，則零件的截面尺寸及自身質(zhì)量就可以減小。零件在工作中所承受的應(yīng)力，不允許超過抗拉強(qiáng)度，否則會產(chǎn)生斷裂。Rm也是機(jī)械零件設(shè)計(jì)和選材的重要依據(jù)。3通過拉伸試驗(yàn)繪制的力伸長曲線表達(dá)了金屬材料在靜拉伸力作用下的強(qiáng)度行為、塑性行為等。請就力-伸長曲線思考下列問題：(1)哪一段曲線表達(dá)了材料的彈性變形能力和抗彈性變形能力(剛度)?(2)哪一段曲線表達(dá)了材料的塑性變形能力和抗塑性變形能力?(3)哪一段曲線表達(dá)了材料的塑性變形后

3、強(qiáng)度得到提高的能力(形變強(qiáng)化能力)?解：(1)op 彈性變形階段(2)p點(diǎn)后的水平或鋸齒狀線段屈服階段(3)屈服后至m點(diǎn)強(qiáng)化階段4強(qiáng)度判據(jù)ReL、Rm、Rr0.2都是機(jī)械零件選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)，應(yīng)用場合有何不同?解：ReL有明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料。Rr0.2無明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料。Rm承受的最大應(yīng)力，零件在工作中所承受的應(yīng)力，不允許超過Rm，否則會產(chǎn)生斷裂。5抗拉強(qiáng)度與硬度之間有沒有一定的關(guān)系？為什么？解：有。因?yàn)樗鼈円圆煌问椒从沉瞬牧显谕饬ψ饔孟碌挚棺冃魏蛿嗔训哪芰?。只是反映的材料體積不同，抗拉強(qiáng)度反映的是被測材料整個(gè)體積內(nèi)，而HRC反映被壓處。硬度是一項(xiàng)綜合力學(xué)性能指標(biāo)，從金屬表面化局部

4、壓痕就可以反應(yīng)出的強(qiáng)度和塑性。習(xí) 題1何謂金屬的力學(xué)性能？金屬的力學(xué)性能包括哪些？解：所謂力學(xué)性能是指金屬在力或能的作用下，材料所表現(xiàn)出來的性能。力學(xué)性能包括強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性及疲勞強(qiáng)度等。2根據(jù)作用性質(zhì)的不同，載荷可分為哪幾類？解：載荷按其作用性質(zhì)不同可分為以下三種： 靜 載 荷 是指大小不變或變化過程緩慢的載荷。 沖擊載荷 在短時(shí)間內(nèi)以較高速度作用于零件上的載荷。 交變載荷 是指大小、方向或大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的載荷。3何謂變形？變形有哪兩類？解：變形：金屬材料受到載荷作用后，產(chǎn)生的幾何形狀和尺寸的變化。變形按卸除載荷后能否完全消失，分為彈性變形和塑性變形兩種：材料在載荷作

5、用下發(fā)生變形，而當(dāng)載荷卸除后，變形也完全消失。這種隨載荷的卸除而消失的變形稱為彈性變形。當(dāng)作用在材料上的載荷超過某一限度，此時(shí)若卸除載荷，大部分變形隨之消失（彈性變形部分），但還是留下了不能消失的部分變形。這種不隨載荷的去除而消失的變形稱為塑性變形，也稱為永久變形。4何謂內(nèi)力？何謂應(yīng)力？應(yīng)力的單位是什么？解：內(nèi)力：材料受外力作用時(shí)，為保持自身形狀尺寸不變，在材料內(nèi)部作用著與外力相對抗的力。應(yīng)力：單位面積上的內(nèi)力。 單位：MPa5繪制低碳鋼力伸長曲線，并解釋低碳鋼伸長曲線上的幾個(gè)變形階段。解： op 彈性變形階段 當(dāng)給材料施加載荷后，試樣產(chǎn)生伸長變形。 p點(diǎn)后的水平或鋸齒狀線段屈服階段 當(dāng)載荷超

6、過一定數(shù)值再卸載時(shí)，試樣的伸長只能部分消失，而保留一部分殘余變形(即塑性變形)。 (3) 屈服后至m點(diǎn)強(qiáng)化階段 在屈服階段以后，欲使試樣繼續(xù)伸長，必須不斷增加載荷。 (4) mk縮頸階段（局部塑性變形階段) 當(dāng)載荷達(dá)到最大值Fm后，試樣截面發(fā)生局部收縮，稱為“縮頸”。6何謂強(qiáng)度？衡量強(qiáng)度的常用指標(biāo)有哪些？各用什么符號表示？解：金屬材料在靜載荷作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力稱為強(qiáng)度。常見的強(qiáng)度指標(biāo)包括以下幾項(xiàng)：上屈服強(qiáng)度ReH下屈服強(qiáng)度ReL抗拉強(qiáng)度Rm7何謂塑性？衡量塑性的指標(biāo)有哪些？各用什么符號表示？解：斷裂前金屬材料產(chǎn)生永久變形的能力稱為塑性。衡量塑性的指標(biāo)有：斷后伸長率A斷面收縮率8某廠

7、購進(jìn)一批40#鋼材，按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其力學(xué)性能指標(biāo)應(yīng)不低于下列數(shù)值：ReL =340 MPa，Rm=540 MPa，A=19%，Z=45%。驗(yàn)收時(shí)，用該材料制成d01×10-2 m的短試樣（原始標(biāo)距為5×10-2 m）作拉伸試驗(yàn)：當(dāng)載荷達(dá)到28260 N時(shí)，試樣產(chǎn)生屈服現(xiàn)象；載荷加至45530 N時(shí)，試樣發(fā)生縮頸現(xiàn)象，然后被拉斷。拉斷后標(biāo)距長為6.05×10-2 m，斷裂處直徑為7.3×10-3 m。試計(jì)算這批鋼材是否合格。解：求此試樣的ReL、Rm、A、Z。 （1）計(jì)算So，Su：mm2mm2 （2）計(jì)算ReL、Rm： MPaMPa （3）計(jì)算A，Z：

8、根據(jù)計(jì)算可知，該鋼材力學(xué)性能指標(biāo)均不低于下列數(shù)值：ReL =340 MPa，Rm=540 MPa，A=19%，Z=45%，故這批鋼材合格。9何謂硬度？常用的硬度試驗(yàn)法有哪三種？各用什么符號表示？解：材料抵抗局部變形特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力稱為硬度。最常用的有布氏硬度試驗(yàn)法、洛氏硬度試驗(yàn)法和維氏硬度試驗(yàn)法三種。各用符號HB、HR、HV表示。10布氏硬度試驗(yàn)法有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？說明其應(yīng)用范圍。解：優(yōu)點(diǎn)：采用的試驗(yàn)力大，球體直徑也大，因而壓痕直徑也大，因此能較準(zhǔn)確地反映出金屬材料的平均性能。另外，由于布氏硬度與其他力學(xué)性能（如抗拉強(qiáng)度）之間存在著一定的近似關(guān)系。缺點(diǎn)：操作時(shí)間較長，對不同材料需要

9、不同壓頭和試驗(yàn)力，壓痕測量較費(fèi)時(shí)；在進(jìn)行高硬度材料試驗(yàn)時(shí)，由于球體本身的變形會使測量結(jié)果不準(zhǔn)確。布氏硬度試驗(yàn)法又因其壓痕較大，不宜用于測量成品及薄件。應(yīng)用：用鋼球壓頭測量時(shí)，材料硬度值必須小于450；用硬質(zhì)合金球壓頭時(shí)，材料硬度值必須小于650。11常用的洛氏硬度標(biāo)尺有哪三種？各適于測定哪些材料的硬度？解：見下表：硬度標(biāo)尺壓 頭 類 型硬度值有效范圍應(yīng) 用 舉 例HRA120°金剛石圓錐體6085 HRA硬質(zhì)合金、表面淬火鋼等HRB1.5875 mm鋼球25100 HRB軟鋼、退火鋼、銅合金等HRC120°金剛石圓錐體2067 HRC一般淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼等12何謂沖擊韌性？解：金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱為沖擊韌性。13何謂沖擊韌度？其值用什么符號表示？大能量一次沖擊和小能量多次沖擊的沖擊抗力各取決于什么？ 解：沖擊韌度是沖擊試樣缺口處單位橫截面積上的沖擊吸收功。其值用K表示。金屬材料受大能量的沖擊載荷作用時(shí)，其沖擊抗力主要取決于沖擊韌度K的大小，而在小能量多次沖擊條件下，其沖擊抗力主要取決于材料的強(qiáng)度和塑性。當(dāng)沖擊能量高時(shí)，材料的塑性起主導(dǎo)作用；在沖擊能量低時(shí)，則強(qiáng)度起主導(dǎo)作用。14何謂金屬的疲勞現(xiàn)象？解：在交變應(yīng)力作用下，雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)，但經(jīng)過較長時(shí)間的工作后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的現(xiàn)象。15何謂疲勞極