习题一
一、简答题
1. 机械零件在工作条件下可能承受哪些负荷？这些负荷对零件产生什么作用？
（1）力学负荷——零件受到的各种外力加载，在力学负荷作用条件下，零件将产生变形（如弹性变形、塑性变形等），甚至出现断裂。
（2）热负荷——在热负荷作用下，温度变化使零件产生尺寸和体积的改变，并产生热应力，同时随温度的升高，零件的承载能力下降。
2. 整机性能、机械零件的性能和制造该零件所用材料的力学性能间是什么关系？
机器是零件(或部件)间有确定的相对运动、用来转换或利用机械能的机械。机器一般是由零件、部件(为若干零件的组合，具备一定功能)组成一个整体，因此一部机器的整机性能除与机器构造、加工与制造等因素有关外，主要取决于零部件的结构与性能，尤其是关键件的材料性能。
零件的性能由许多因素确定，其中材料因素(如材料的成分、组织与性能等)、加工工艺因素(各加工工艺过程中对零件性能的所产生的影响)和结构因素(如零件的形状、尺寸、与连接件的关系等)起主要作用。此外,使用因素也起较大作用。在结构因素和加工工艺因素正确合理的条件下，大多数零件的功用、寿命、体积和重量主要由材料因素所决定。
材料的性能是指材料的使用性能和工艺性能。材料的使用性能是指材料在使用过程中所具有的功用，包括力学性能和理化性能。
3. σs、σb、σ0.2的含义是什么？什么叫比强度？什么叫比刚度？
σs屈服强度（屈服时承受的最小应力） σb拉伸强度（静拉伸条件下的最大承载能力）
屈服强度σ0.2：有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力。
比强度：强度与其表观密度的比值。 比刚度：弹性模量与其密度的比值
4.什么叫材料的冲击韧度？冲击韧度有何工程应用？其与断裂韧度有何异同点？
（1）脆性材料：冲击韧度值低；韧性材料：冲击韧度值高。
（2）冲击韧度随试验温度的降低而降低。基于材料的低温脆性，对于压力容器及寒冷地区的桥梁船舶、车辆等用材，必须做低温冲击试验。 （3）断裂韧度：材料抵抗裂纹失稳扩展而断裂的能力。 二、复习范围
1. 什么是材料的力学性能，主要的力学性能
材料在外力或能量以及环境因素(温度、介质等)作用下表现出的各种性能称为力学性能。
弹性、强度、塑性、硬度、断裂韧度、冲击韧度、疲劳特性、高温力学性能。
1
2. 用什么指标表达材料的塑性
此时若取消外加载荷，试样的变形不能完全消失，将保留一部分残余的变形，这种不能恢复的残余变形称为塑性变形。
屈服时承受的最小应力称为屈服强度，反映了材料对明显塑性变形的抗力。 3. 什么是材料的加工工艺性能？包括哪几类？
制造工艺过程中材料适应加工处理的性能，反映了材料加工的难易程度。 铸造性、可锻性、焊接性、切削加工性、热处理工艺性。 二、思考题
机械工程材料的力学性能有四大指标（强度、硬度、塑性和韧度），而在机械零件设计图样上对力学性能的技术要求为何往往只标注硬度值？硬度试验有多种方法，该如何选用？
硬度测试有以下优点：
①试验设备简单，操作迅速方便；
②试验时一般不破坏成品零件，因而无须加工专门的试样，测试对象可以是各类工程材料和各种尺寸的零件；
③硬度作为一种综合的性能参量,与其他力学性能如强度、塑性、耐磨性之间的关系密切，特别是对塑性材料可按硬度估算强度而免做复杂的拉伸实验（强韧性要求高时则例外）； ④材料的硬度还与工艺性能之间有联系，如塑性加工性能、切削加工性能和焊接性能等，因而可作为评定材料工艺性能的参考;
⑤硬度能较敏感地反映材料的成分与组织结构的变化,故可用来检验原材料和控制冷、热加工制品的质量要求。
故硬度测试在很多情况下，可以完成其他力学性能试验所不能完成的工作，故广泛应用。
习题二
2
1. 概念
晶体结构：晶体中原子在三维空间长程有序的具体排列方式。 晶格：一种抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架。 晶胞：组成晶格的最小几何单元（最小的平行六面体）。
晶格常数：取晶胞角上的某一结点作为原点，沿其三条棱边坐标轴，并以三棱边的长度a、b、c及各边间的夹角a、β、γ这六个参数来表示晶胞的形状与大小。 其中，三棱边的长度a、b、c称为晶格常数。
致密度（K）：描述晶格内部原子排列密集程度的参数，即晶胞中原子本身所占总体积与该晶胞的体积之比
晶胞原子数×原子的体积 K=晶胞的体积晶面：通过晶体中原子中心的平面。
晶向：本质上代表晶体中原子与邻近原子的相对位置关系。（沿某晶向最邻近原子间的距离）（沿某一晶向上单位长度的原子数）
单晶体：晶体内部晶格位向完全一致、仅由一个晶粒组成的晶体。 多晶体：由许多外形不规则的单晶体组成的。 晶粒：组成多晶体的外形不规则的微小晶体。 晶界：结构相同而取向不同晶粒之间的界面。
各向异性：由于密度的差异，引起相互间结合力大小的不同，从而导致金属在不同方向上表现出不同的性能。
同素异构：少数金属（如铁、锡、钛等）在晶态时，其晶格类型会随温度而改变。 2. 全属常见的晶格形式有哪几种？如何计算每种晶胞中的原子数？
（1）体心立方、面心立方、密排六方。 （2）晶胞体内的原子：1
1晶面上的原子：
21立方晶胞中结点处：
81六方晶胞中结点处：
6
1+1= 2 811 面心立方晶格 N= 8×+6×= 4
82体心立方晶格 N=8×
3
哈工大机械工程材料成形及技术基础习题及部分答案
