PDF《《 材料性能学 》试卷答案及评分标准》

2、 何谓铁磁性的自发磁化?产生的条件是什么? 在没有外磁场的作用下,金属内部的自旋磁矩自发地取向一致的行为. (3 分) 产生条件: (1) 原子存在未被抵消的自旋磁矩 , (2) a/r>3, 交换能积分常数 A>0. (3 分)

3、 表面强化为何能提高机件的疲劳强度? 表面强化(1)可提高机件表面的强度和硬度,即提高表面塑变抗力;

(2)可在表层产 生残余压应力,从而降低表面的有效拉应力.这两方面的作用均可抑制材料表面疲劳裂 纹的萌生和扩展,因此可提高材料的疲劳强度. (6 分)

4、 材料的一级相变和二级相变对热容和热焓各有什么影响? 在一级相变的转变点处,热焓出现跃变,热容曲线发生不连续变化. (3 分) 在二级相变的转变温度范围内, 热焓发生明显变化, 但无跃变, 热容急剧变化, 出现极值. (3 分)

5、裂纹扩展有哪三种基本方式?写出产生失稳扩展脆断的断裂 K 判据,并解释判据中各 参量的物理意义. 张开型(或Ⅰ型)裂纹扩展,滑开型(或Ⅱ型) ,撕开型(或Ⅲ型) . (3 分) 失稳扩展脆断的断裂K判据:KⅠ≥KⅠc . (1 分) KⅠ:应力场强度因子,表裂纹尖端区域的应力场强度,为力学参量. (1 分) KⅠc:平面应变断裂韧性(度) ,表征材料平面应变条件下抵抗裂纹失稳扩展的能力,为 力性指标. (1 分) 五. 指出下列力学性能指标的名称及含义(5 分) σ-1:对称弯曲疲劳强度,表示材料在对称弯曲循环载荷下,经无限次应力循环不发生断 A 卷共(

4 )页,第(

4 )页 裂的最大应力. (1 分) σ0.2:屈服强度,表材料抵抗起始塑性变形产生微量塑变(0.2%残余应变)的能力. (1 分) AKV V型缺口试样的冲击功,表试样变形和断裂所吸收的功. (1 分) ΔKth 疲劳裂纹扩展门槛值,疲劳裂纹不扩展KⅠ的最大值.表阻止疲劳裂纹开始扩展的能 力. (1 分) σt T 持久强度, 表材料在一定的温度和规定的时间内, 不发生蠕变断裂的最大应力. (1 分)

六、论述题(二选一) (10 分)

1、论述细化晶粒可提高材料强韧性的机理.

2、利用能带理论解释材料导电性的差异. 1.答案要点:提高强度的机理:凡是阻碍位错运动和位错增殖的因素均可使材料的强度提 高. (1)细化晶粒,使晶粒尺寸减小,晶粒内位错塞积的长度将缩短,其应力集中程度不 足以推动相邻晶粒内的位错滑移,需加更大的外加切应力,表现为材料的强度增高. (2) 细化晶粒,晶界增多,对位错的阻碍加强,强度增高. (5 分) 细化晶粒提高韧性的的机理: (1)晶界是裂纹扩展的阻力, (2)晶界前塞积的位错数减少, 有利于降低应力集中;

(3)晶界总面积增加,使晶界杂质浓度减少,避免产生沿晶脆性断 裂. (5 分) 2.答案要点:材料的导电性与其能带结构和能级的填充情况有关. (1)如允带中的能级未填 满,允带之间无禁带或允带重叠,在外电场的作用下电子很容易从一个能级转到另一个能 级上去而产生电流.具有这种能带结构的材料为导体. (4 分) (2)如允带为满带,即所有 能级都被电子填满,满带上方相邻一个很宽的禁带,满带上的电子无活动余地,在外电场 作用下电子很难跳过禁带,故不能产生电流.具有这种能带结构的材料为绝缘体. (3 分) (3)半导体的能带结构与绝缘体相似,只不过它的禁带较窄,电子可在外界作用下跳过 禁带,跃迁到导带上去,产生电流. (3 分)