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材料科学
题目

某厂购进一批45钢,按国家标准规定,力学性能应符合如下要求:R_(e) geq 355 mathrm(MPa),R_(m) geq 600 mathrm(MPa),A geq 16%,Z geq 40%。入厂检验时采用试样原始直径为 10 mathrm(~mm)、原始长度为 50 mathrm(~mm) 的短试样进行拉伸试验,测得屈服力为 28260 mathrm(~N),最大力为 47530 mathrm(~N),断后长度为 60.5 mathrm(~mm),断口处直径为 7.5 mathrm(~mm),试列式计算并回答这批钢材的力学性能是否符合国家标准。

某厂购进一批45钢,按国家标准规定,力学性能应符合如下要求:$R_{e} \geq 355 \mathrm{MPa}$,$R_{m} \geq 600 \mathrm{MPa}$,$A \geq 16\%$,$Z \geq 40\%$。入厂检验时采用试样原始直径为 $10 \mathrm{~mm}$、原始长度为 $50 \mathrm{~mm}$ 的短试样进行拉伸试验,测得屈服力为 $28260 \mathrm{~N}$,最大力为 $47530 \mathrm{~N}$,断后长度为 $60.5 \mathrm{~mm}$,断口处直径为 $7.5 \mathrm{~mm}$,试列式计算并回答这批钢材的力学性能是否符合国家标准。

题目解答

答案

1. 屈服强度: \[ R_e = \frac{28260}{78.54} \approx 360 \, \text{MPa} \geq 355 \, \text{MPa}, \, \text{合格。} \] 2. 抗拉强度: \[ R_m = \frac{47530}{78.54} \approx 605 \, \text{MPa} \geq 600 \, \text{MPa}, \, \text{合格。} \] 3. 伸长率: \[ A = \frac{60.5 - 50}{50} \times 100\% = 21\% \geq 16\%, \, \text{合格。} \] 4. 断面收缩率: \[ Z = \frac{78.54 - 44.18}{78.54} \times 100\% \approx 43.75\% \geq 40\%, \, \text{合格。} \] 综上,这批钢材的力学性能均符合国家标准要求。 答案:合格。

解析

本题主要考察材料力学性能指标的计算以及与国家标准的对比判断。解题思路是先根据已知条件,利用相应的公式分别计算出屈服强度、抗拉强度、伸长率和断面收缩率,再将计算结果与国家标准规定的数值进行比较,从而判断这批钢材的力学性能是否符合要求。

1. 计算屈服强度 $R_{e}$

屈服强度的计算公式为 $R_{e}=\frac{F_{e}}{S_{0}}$,其中 $F_{e}$ 是屈服力,$S_{0}$ 是试样原始横截面积。
已知试样原始直径 $d_{0} = 10\mathrm{mm}$,根据圆的面积公式 $S=\pi(\frac{d}{2})^2$,可得原始横截面积 $S_{0}=\pi(\frac{10}{2})^2 = 25\pi\approx 78.54\mathrm{mm}^2$,屈服力 $F_{e}=28260\mathrm{N}$。
将数值代入屈服强度公式可得:
$R_{e}=\frac{F_{e}}{S_{0}}=\frac{28260}{78.54}\approx 360\mathrm{MPa}$
因为 $360\mathrm{MPa}\geq 355\mathrm{MPa}$,所以屈服强度符合国家标准。

2. 计算抗拉强度 $R_{m}$

抗拉强度的计算公式为 $R_{m}=\frac{F_{m}}{S_{0}}$,其中 $F_{m}$ 是最大力,$S_{0}$ 是试样原始横截面积。
已知最大力 $F_{m}=47530\mathrm{N}$,原始横截面积 $S_{0}\approx 78.54\mathrm{mm}^2$。
将数值代入抗拉强度公式可得:
$R_{m}=\frac{F_{m}}{S_{0}}=\frac{47530}{78.54}\approx 605\mathrm{MPa}$
因为 $605\mathrm{MPa}\geq 600\mathrm{MPa}$,所以抗拉强度符合国家标准。

3. 计算伸长率 $A$

伸长率的计算公式为 $A=\frac{l_{1}-l_{0}}{l_{0}}\times 100\%$,其中 $l_{0}$ 是试样原始长度,$l_{1}$ 是断后长度。
已知试样原始长度 $l_{0}=50\mathrm{mm}$,断后长度 $l_{1}=60.5\mathrm{mm}$。
将数值代入伸长率公式可得:
$A=\frac{l_{1}-l_{0}}{l_{0}}\times 100\%=\frac{60.5 - 50}{50}\times 100\% = 21\%$
因为 $21\%\geq 16\%$,所以伸长率符合国家标准。

4. 计算断面收缩率 $Z$

断面收缩率的计算公式为 $Z=\frac{S_{0}-S_{1}}{S_{0}}\times 100\%$,其中 $S_{0}$ 是试样原始横截面积,$S_{1}$ 是断口处横截面积。
已知断口处直径 $d_{1}=7.5\mathrm{mm}$,则断口处横截面积 $S_{1}=\pi(\frac{7.5}{2})^2=\frac{56.25\pi}{4}\approx 44.18\mathrm{mm}^2$,原始横截面积 $S_{0}\approx 78.54\mathrm{mm}^2$。
将数值代入断面收缩率公式可得:
$Z=\frac{S_{0}-S_{1}}{S_{0}}\times 100\%=\frac{78.54 - 44.18}{78.54}\times 100\%\approx 43.75\%$
因为 $43.75\%\geq 40\%$,所以断面收缩率符合国家标准。

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