材料科学基础习题及答案

23. 已知平均晶粒直径为1mm和0.0625mm的?-Fe的屈服强度分别为112.7MPa和196MPa,问平均晶粒直

径为0.0196mm的纯铁的屈服强度为多少?

24. 已知工业纯铜的屈服强度??S =70MPa,其晶粒大小为NA=18个/mm,当NA=4025个/mm时,??S =95MPa。

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试计算NA=260个/mm时的 ?

25. 简述陶瓷材料(晶态)塑性变形的特点。

26. 脆性材料的抗拉强度可用下式来表示:

式中??为名义上所施加的拉应力,l为表面裂纹的长度或者为内部裂纹长度的二分之一,r为裂纹尖端的曲率半径,??m实际上为裂纹尖端处应力集中导致最大应力。现假定Al2O3陶瓷的表面裂纹的临界长度为l=2×10mm,其理论的断裂强度为E/10,E为材料的弹性模量等于393GPa,试计算当Al2O3陶瓷试样施加上275MPa拉应力产生断裂的裂纹尖端临界曲率半径rC。

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27. 三点弯曲试验常用来检测陶瓷材料的力学行为。有一圆形截面Al2O3试样,其截面半径r=3.5mm,两支

点间距为50mm,当负荷达到950N,试样断裂。试问当支点间距为40mm时,具有边长为12mm正方形截面的另一同样材料试样在多大负荷会发生断裂?

28. 对许多高分子材料,其抗拉强度??b是数均相对分子质量 的函数:

式中??0为无限大分子量时的抗拉强度,A为常数。已知二种聚甲基丙烯酸甲酯的数均相对分子质量分别为4×10和6×10,所对应的抗拉强度则分别为107MPa和170MPa,试确定数均相对分子质量为3×10时的抗拉强度??b。

4

4

4

29. 解释高聚物在单向拉伸过程中细颈截面积保持基本不变现象。

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30. 现有一?6mm铝丝需最终加工至?0.5mm铝材,但为保证产品质量,此丝材冷加工量不能超过85%,如何

制定其合理加工工艺?

31. 铁的回复激活能为88.9 kJ/mol,如果经冷变形的铁在400℃进行回复处理,使其残留加工硬化为60%

需160分钟,问在450℃回复处理至同样效果需要多少时间?

32. Ag冷加工后位错密度为10/cm,设再结晶晶核自大角度晶界向变形基体移动,求晶界弓出的最小曲率

半径(Ag: G=30GPa,b=0.3nm,??=0.4J/m)。

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33. 已知纯铁经冷轧后在527℃加热发生50%的再结晶所需的时间为10s,而在727℃加热产生50%再结晶

所需时间仅为0.1s,试计算要在10s时间内产生50%的再结晶的最低温度为多少度?

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4

34. 假定将再结晶温度定义为退火1小时内完成转变量达95%的温度,已知获得95%转变量所需要的时间

t0.95:

式中 、G分别为在结晶的形核率和长大线速度: ,

a)根据上述方程导出再结晶温度TR与G0、N0、Qg及Qn的函数关系;

b)说明下列因素是怎样影响G0、N0、Qg及Qn 的:1)预变形度;2)原始晶粒度;3)金属纯度。

c)说明上述三因素是怎样影响再结晶温度的。

35. 已知Fe的Tm=1538℃,Cu的Tm=1083℃,试估算Fe和Cu的最低再结晶温度。

36. 工业纯铝在室温下经大变形量轧制成带材后,测得室温力学性能为冷加工态的性能。查表得知工业

纯铝的T再=150℃,但若将上述工业纯铝薄带加热至100℃,保温16天后冷至室温再测其强度,发现明显降低,请解释其原因。

37. 某工厂用一冷拉钢丝绳将一大型钢件吊入热处理炉内,由于一时疏忽,未将钢绳取出,而是随同工

件一起加热至860℃,保温时间到了,打开炉门,欲吊出工件时,钢丝绳发生断裂,试分析原因。

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38. 已知H70黄铜(30%Zn)在400℃的恒温下完成再结晶需要1小时,而在390℃完成再结晶需要2小时,

试计算在420℃恒温下完成再结晶需要多少时间?

39. 设有1cm黄铜,在700℃退火,原始晶粒直径为2.16?10cm,黄铜的界面能为0.5J/m,由量热计测得

保温2小时共放出热量0.035J,求保温2小时后的晶粒尺寸。

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40. 设冷变形后位错密度为10/cm的金属中存在着加热时不发生聚集长大的第二相微粒,其体积分数

f=1%,半径为1?m,问这种第二相微粒的存在能否完全阻止此金属加热时再结晶(已知G=10MPa,

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b=0.3nm,比界面能?=0.5J/m2)。

41. W具有很高的熔点(Tm=3410℃),常被选为白炽灯泡的发热体。但当灯丝存在横跨灯丝的大晶粒,就会

变得很脆,并在频繁开关的热冲击下产生破断。试介绍一种能延长灯丝寿命的方法。

42. Fe-3%Si合金含有MnS粒子时,若其半径为0.05?m,体积分数为0.01,在850℃以下退火过程中,当

基体晶粒平均直径为6??m时,其正常长大即行停止,试分析其原因。

43. 工程上常常认为钢加热至760℃晶粒并不长大,而在870℃时将明显长大。若钢的原始晶粒直径为

0.05mm,晶粒长大经验公式为 为比例常数,t为保温时间。

,其中D为长大后的晶粒直径,D0为原始晶粒直径,c 已知760℃时,n=0.1,c=6?10;870℃时,n=0.2,c=2?10,求含0.8% C的钢在上述两温度下保温1小时晶粒直径。

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44. 简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力,并如何区分冷、热加工?动态再结晶与静态再结晶后的组织

结构的主要区别是什么?

1.

2.a)F=3600(N)

b)

3.

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4. 总变形度=55%

5.

6.a)L=24.3 (m)

b)

11. ε

12.

(MPa)

13.

14.

32.

34. a)

材料在外力作用下发生变形。当外力较小时,产生弹性变形。弹性变形是可逆变形,卸载时,变形消失并恢复原状。在弹性变形范围内,其应力与应变之间保持线性函数关系,即服从虎克(Hooke)定律:

式中E为正弹性模量,G为切变模量。它们之间存在如下关系:

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