机械工业出版社《机械工程材料》习题解答。
第一章金属材料的力学性能p20—21
1.拉伸试样的原始标距为50mm，直径为10mm，拉伸试验后，将已断裂的试样对接起来测量，若断后的标距为79mm，缩颈区的最小直径为4.9mm，求该材料伸长率a和断面收缩率z的值（计算结果保留两位小数）。
已知：l0=50mm ；lu= 79mm；d0=10mm ；d1 =4.9mm
求：a=？和z=？
解：1）、a=（lu- l0）/l0×100%=（79-50）/50×100%=58%
2）、a0=（π4）d02=(3.14/4)×102=78.5mm2
au =(4)d12=(3.14/4)×4.92=18.8mm2
z=（a0- au）/ a0×100%=（78.5-18.8）/78.5×100%=76%
答：该材料伸长率为58%、断面收缩率为76%。
2．现有原始直径为10mm圆形长、短试样各一根，经拉伸试验测得伸长率a11.3、a均为25%。求两试样拉断后的标距长度，两试样中哪一根的塑性好？
已知：d0=10mm、a11.3=a=25%，l10=10d0=10×10=100mm、l5=5 d0=5×10=50mm
求lu10、lu5
解：依据a=（lu- l0）/ l0×100%，推导出lu =（1+a）l0
则lu10=（1+a）l10=（1+25%）×100=125mm
lu5=（1+a）l5= (1+25%)×50=62.5mm
短试样拉伸时应该比长试样大20%，所以长试样塑性好。
答：长、短两试样拉断后的标距长度分别为.5mm，长试样塑性好。
3.一根直径2.5mm，长度3m的钢丝，承受4900n载荷后有多大的弹性变形？
已知：d0=2.5mm,l0=3m=3000mm,f=4900n,e=210000mpa
求△l解：s0=（π4）d02=（3.14/4）×2.52=4.9mm2
=f/ s0=4900/4.9=1000mpa, =e=1000/210000=4.8×10-3。
l=εl0=4.8×10-3×3000=14.3mm。
答：弹性变形为14.3mm。
6.青铜的屈服强度r p 0.2=330mpa，弹性模量e=1.11×105mpa,问：
1）长度为1.5m的青铜棒伸长0.2cm时所需的应力多大？
已知：△l=0.2cm=2mm，l0=1.5m=1500mm，e=1.11×105mpa
求σ解：ε=l/ l0=0.2/1500=13.33×10-5，=εe=（13.33×10-5）×（1.11×105）=148mpa
答：所需应力为148mpa。
2）当承受28×103n载荷而不发生塑性变形时，其横截面应多大？
已知：f=28×103n，r p 0.2=330 mpa
求：s0解：不发生塑性变形，即可σ< r p0.2（330 mpa），则s0=f/ r p 0.2=（28×103）/330=0.085×10-3=85mm2
答：横截面积为85mm2。
7.现有一串钻探钢管材料悬挂在一被钻探的油井中，设钢管的横截面积为25cm2，钢的密度为7.8g/cm3，由于钢管的自重而产生的应变为0.
00083，求该油井的深度。e=210000mpa
已知：s0=25cm2=25×10-4m2,重力加速度g=9.81m/s2,钢管密度ρ=7.
8t/m3=7.8×103kg/m3,e=210000mpa=210000×106pa, ε0.00083。
求：井深l解：设钢管自重f=ρgs0l 0,则σ=f /s 0=(ρg s0l 0)/ s 0=ρg l 0
=σ/e=(ρg l 0)/e,因此l 0=（εe）/(g)
l=εl 0=ε〔e）/（g）〕
l= l 0+△l=(1+ε)l 0=(1+ε)e）/（g）〕=1+0.00083) ×0.00083×210000×106)
(7.8×103×9.81) 〕2280m。
答：井深2280m。
8．设上题中钢管材料的屈服强度为400mpa，在要求安全系数的情况下，该规格的钻管能钻到多大的井深？
已知σ=r p 0.2/2=400/2=200mpa=200×106pa,重力加速度g=9.81m/s2,钢管密度ρ=7.
8t/m3=7.8×103kg/m3,e=210000mpa=210000×106pa。
求：可钻井深l
解：设钢管自重f=ρg s0 l 0，则σ=f/ s0 =（g s0 l 0）/ s0 =ρg l 0
求得l 0 =σg）
因为△l=εl 0，ε=e=200×106/210000×106=9.52×10-4,所以l=l 0+△l=(1+ε)l 0=(1+ε)g）=（1+9.52×10-4）×200×106/（7.
8×103×9.81）=2616m。
答：可钻井深2616m。
9.现将4454n的载荷分别悬挂在直径均为6.4mm的钢线材和铝线材上，问在这两种线材中产生的轴向应变各多大？
（硬铝的密度为2.7g/cm3,e钢=210000mpa,e铝=72400mpa）
已知：f0 =4454n，d0 =6.4mm,e钢=210000mpa,e铝=72400mpa，线材自重忽略不计。
求：ε钢、ε铝
解：将s 0=（π4）d0 2，σ=f/ s 0,代入ε=σe=/e
则ε钢=σ/e=/e 钢
铝=σ/e=/e铝
答：钢、铝线材应变分别为.00191。
10.现用屈服强度为358.8mpa的铸铝公路防护栏来代替屈服强度为690mpa的钢制公路防护栏（钢的密度为7.8g/cm3、铝的密度为2.7g/cm3）问：
1)新防护栏的横截面积应较原来的大多少倍？
已知：rp0.2铝=358.8mpa, rp0.2钢=690mpa
求：s0铝/s0钢。
解：依据rp0.2铝=f0.2/s0, rp0.2铝/ rp0.2钢=（f0.2铝/s0铝）/（f0.2钢/s0钢）
由此可得s0铝/s0钢=（f0.2铝/rp0.2钢）/（f0.2钢/ rp0.2铝）
当载荷f达到f0.2铝时铝开始出现屈服产生塑性变形，即f=f0.2铝=f0.
2钢，所以s0铝/s0钢= rp0.2钢/ rp0.2铝=690/358.
8=1.92
答：铝比钢护栏横截面积增大了1.92倍。
（2）新防护栏的相对重量百分比降低了多少？
已知：s0铝/s0钢=1.92， 钢ρ钢=7.8g/cm3, 铝ρ铝=2.7g/cm3
求：w铝/w钢。
解：依据重量w=ρgs0l0,则w铝/w钢=（ρ铝gs0铝l0）/(钢gs0钢l0)=(s0铝/s0钢)（ρ铝/ρ钢）=1.92×（2.7/7.8）=0.67%
答：铝比钢护栏相对重量降低了67%
3）你能否预见采用这种新防护栏后会产生哪些问题？
答：横截面积增大了1.92倍，增大了占地面积，减少公路有效宽度。
11．下列硬度标注的方法是否正确？为什么？
1）hbs250—300（错）
2）600—650hbs（对）
3)5—10hrc（对）
4)hrc70—75（错）
5)hv800—850；（错）
6）800—850hv。（错）
因为标记方法不正确，应该硬度符号大写，数值在字母前面。
12.采用何硬度试验方法？
1）锉刀洛氏硬度hra；
2）黄铜轴套洛氏硬度hrb或布氏硬度hbs；
3）**状态的各种碳钢钢材布氏硬度hbs；
4）硬质合金刀片洛氏硬度hra；
5）耐磨工件的表面硬化层维氏硬度hv；
13.甲、乙、丙、丁四种材料的硬度分别为45hrc、90hrb、800hv、240hbw，比较四种材料的硬度高低？
答：查表计算得甲 45hrc=436hv；乙90hrb=183hv；丙800hv；丁240hbw=240hv。则：丙＞甲＞丁＞乙。
15．为什么疲劳断裂对机械零件潜在着很大的危险性？交变应力与重复应力区别何在？举例出一些零件在工作中分别存在这两种应力的例子。
答：疲劳断裂的危险性：疲劳断裂都是突然发生的，很难事先觉察到，故具有很大的危险性。
交变应力与重复应力的区别：交变应力是载荷由大到小与方向作交替变化（如齿轮），重复应力只有一种不断重复的载荷（如弹簧）。
16.现有两端固定（不能自由伸缩）的钢索一根，设钢索的热膨胀系数为α=12.1×102m/(m·℃)问该钢索从40℃冷却到室温25℃后所产生的应力σ多大？
（弹性模量e=210000mpa）
已知：e=210000 mpa，α=12.1×10-6m/(m·℃)t=40℃-25℃=15℃
求：σ？解：σ=e α△t=210000×12.1×10-6×15=38.115mpa
答：该钢索从40℃冷却到室温25℃后所产生的应力为38.115mpa。
第三章金属与合金相图 p50
4、为什么铸件的加工余量过大，会使加工后的铸件强度降低？
答；因为铸件表面冷却速度快，可获得一层晶粒较细的组织，如果铸件的加工余量过大，就会漏出粗大的晶粒，所以会使加工后的铸件强度降低。
10.现有形状、尺寸完全相同的四块c=0.2%。c=0.40%、c =1.2%、c =3.5%平衡状态的铁碳合金，根据所学知识，可有哪些方法区别？
答；一是用切削加工方法，c =0.2%铁碳合金粘刀、c= 0.4%铁碳合金切削加工性能好、c =1.
2%铁碳合金切削刀具易磨损、c =3.5%铁碳合金切削不动。二是用硬度测量方法，c =0.
2%铁碳合金硬度最低、c =0.40%铁碳合金硬度适中、c =1.2%铁碳合金硬度高、c =3.
5%铁碳合金硬度最高。三是用金相检验方法，c =0.2%铁碳合金的金相组织为f（量最多）和p（层状、量最少）、c =0.
40%铁碳合金的金相组织为f（量较多）和p（层状、量较少）、c =1.2%铁碳合金的金相组织为p（层状）fe3c (网状、量最少)、c =3.5%铁碳合金的金相组织为p、fe3cⅱ和l′d。
四是用化学分析方法测定含碳量直接进行区分。
机械工程材料习题
第一章金属的晶体结构与结晶。1 解释下列名词。点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。答 点缺陷 原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子 置换原子等。线缺陷 原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸...
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