思考题。
1．为什么说力学性能是机械零件设计时首先要考虑的性能？
解：所谓力学性能是指金属在力或能的作用下，材料所表现出来的性能。力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳强度等，机械零件在加工过程或使用过程中，都要受到不同形式外力的作用，而力学性能反映了金属材料在各种外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力，是选用金属材料的重要依据，因此是机械零件设计时首先要考虑的性能。
2．塑性和强度都是金属材料的一种能力。金属材料的塑性对零件制造有什么特殊意义？金属材料的强度对零件使用有什么特殊意义？
解：金属材料的断后伸长率（a）和断面收缩率（z）数值越大，表示材料的塑性越好。塑性好的金属可以发生大量塑性变形而不破坏，易于通过塑性变形加工成复杂形状的零件。
当零件工作时所受的应力，低于材料的屈服强度或规定残余延伸强度，则不会产生过量的塑性变形。材料的屈服强度或规定残余延伸强度越高，允许的工作应力也越高，则零件的截面尺寸及自身质量就可以减小。零件在工作中所承受的应力，不允许超过抗拉强度，否则会产生断裂。
rm也是机械零件设计和选材的重要依据。
3．通过拉伸试验绘制的力—伸长曲线表达了金属材料在静拉伸力作用下的强度行为、塑性行为等。请就力-伸长曲线思考下列问题：
1)哪一段曲线表达了材料的弹性变形能力和抗弹性变形能力(刚度)?
2)哪一段曲线表达了材料的塑性变形能力和抗塑性变形能力？
3)哪一段曲线表达了材料的塑性变形后强度得到提高的能力(形变强化能力)?
解：(1)op ——弹性变形阶段。
2)p点后的水平或锯齿状线段——屈服阶段。
3)屈服后至m点——强化阶段。
4．强度判据rel、rm、rr0.2都是机械零件选材和设计的依据，应用场合有何不同？
解：rel——有明显屈服现象的金属材料。
rr0.2——无明显屈服现象的金属材料。
rm——承受的最大应力，零件在工作中所承受的应力，不允许超过rm，否则会产生断裂。
5．抗拉强度与硬度之间有没有一定的关系？为什么？
解：有。因为它们以不同形式反映了材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。
只是反映的材料体积不同，抗拉强度反映的是被测材料整个体积内，而hrc反映被压处。硬度是一项综合力学性能指标，从金属表面化局部压痕就可以反应出的强度和塑性。
习题。1．何谓金属的力学性能？金属的力学性能包括哪些？
解：所谓力学性能是指金属在力或能的作用下，材料所表现出来的性能。
力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧性及疲劳强度等。
2．根据作用性质的不同，载荷可分为哪几类？
解：载荷按其作用性质不同可分为以下三种：
静载荷是指大小不变或变化过程缓慢的载荷。
冲击载荷在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。
交变载荷是指大小、方向或大小和方向随时间作周期性变化的载荷。
3．何谓变形？变形有哪两类？
解：变形：金属材料受到载荷作用后，产生的几何形状和尺寸的变化。
变形按卸除载荷后能否完全消失，分为弹性变形和塑性变形两种：
材料在载荷作用下发生变形，而当载荷卸除后，变形也完全消失。这种随载荷的卸除而消失的变形称为弹性变形。
当作用在材料上的载荷超过某一限度，此时若卸除载荷，大部分变形随之消失（弹性变形部分），但还是留下了不能消失的部分变形。这种不随载荷的去除而消失的变形称为塑性变形，也称为永久变形。
4．何谓内力？何谓应力？应力的单位是什么？
解：内力：材料受外力作用时，为保持自身形状尺寸不变，在材料内部作用着与外力相对抗的力。
应力：单位面积上的内力。 单位：mpa
5．绘制低碳钢力－伸长曲线，并解释低碳钢伸长曲线上的几个变形阶段。
解： op ——弹性变形阶段当给材料施加载荷后，试样产生伸长变形。
p点后的水平或锯齿状线段——屈服阶段当载荷超过一定数值再卸载时，试样的伸长只能部分消失，而保留一部分残余变形(即塑性变形)。
(3) 屈服后至m点——强化阶段在屈服阶段以后，欲使试样继续伸长，必须不断增加载荷。
(4) mk——缩颈阶段（局部塑性变形阶段) 当载荷达到最大值fm后，试样截面发生局部收缩，称为“缩颈”。
6．何谓强度？衡量强度的常用指标有哪些？各用什么符号表示？
解：金属材料在静载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。
常见的强度指标包括以下几项：
上屈服强度——reh
下屈服强度——rel
抗拉强度——rm
7．何谓塑性？衡量塑性的指标有哪些？各用什么符号表示？
解：断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。
衡量塑性的指标有：
断后伸长率——a
断面收缩率——ｚ
8．某厂购进一批40#钢材，按国家标准规定，其力学性能指标应不低于下列数值：rel =340 mpa，rm=540 mpa，a=19%，z=45%。验收时，用该材料制成d0＝1×10-2 m的短试样（原始标距为5×10-2 m）作拉伸试验：
当载荷达到28260 n时，试样产生屈服现象；载荷加至45530 n时，试样发生缩颈现象，然后被拉断。拉断后标距长为6.05×10-2 m，断裂处直径为7.
3×10-3 m。试计算这批钢材是否合格。
解：求此试样的rel、rm、a、z。
（1）计算so，su：
mm2mm2
（2）计算rel、rm：
mpampa
（3）计算a，z：
根据计算可知，该钢材力学性能指标均不低于下列数值：rel =340 mpa，rm=540 mpa，a=19%，z=45%，故这批钢材合格。
9．何谓硬度？常用的硬度试验法有哪三种？各用什么符号表示？
解：材料抵抗局部变形特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度。
最常用的有布氏硬度试验法、洛氏硬度试验法和维氏硬度试验法三种。各用符号hb、hr、hv表示。
10．布氏硬度试验法有哪些优缺点？说明其应用范围。
解：优点：采用的试验力大，球体直径也大，因而压痕直径也大，因此能较准确地反映出金属材料的平均性能。另外，由于布氏硬度与其他力学性能（如抗拉强度）之间存在着一定的近似关系。
缺点：操作时间较长，对不同材料需要不同压头和试验力，压痕测量较费时；在进行高硬度材料试验时，由于球体本身的变形会使测量结果不准确。布氏硬度试验法又因其压痕较大，不宜用于测量成品及薄件。
应用：用钢球压头测量时，材料硬度值必须小于450；用硬质合金球压头时，材料硬度值必须小于650。
11．常用的洛氏硬度标尺有哪三种？各适于测定哪些材料的硬度？
解：见下表：
12．何谓冲击韧性？
解：金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性。
13．何谓冲击韧度？其值用什么符号表示？大能量一次冲击和小能量多次冲击的冲击抗力各取决于什么？
解：冲击韧度是冲击试样缺口处单位横截面积上的冲击吸收功。其值用αk表示。
金属材料受大能量的冲击载荷作用时，其冲击抗力主要取决于冲击韧度αk的大小，而在小能量多次冲击条件下，其冲击抗力主要取决于材料的强度和塑性。当冲击能量高时，材料的塑性起主导作用；在冲击能量低时，则强度起主导作用。
14．何谓金属的疲劳现象？
解：在交变应力作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象。
15．何谓疲劳极限？当应力为对称循环应力时，疲劳极限用什么符号表示？
解：疲劳极限是金属材料在无限多次交变应力作用下而不破坏的最大应力。
当应力为对称循环时，疲劳极限用符号σ－1表示。
16．何谓金属的工艺性能？主要包括哪些内容？
解：工艺性能是指金属材料在加工过程中是否易于加工成形的能力，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。
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