山东省（春季高考）机电技术类 《机械基础》项目十八任务一 45分钟专题训练卷

山东省（春季高考）机电技术类《机械基础》45分钟专题训练卷专辑，共208份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固机电技术类理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加机电技术类高考的学生。 与本专辑配套的还有山东省春季高考考试《机械制图》《液压与气压传动》《金属加工基础》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 山东省（春季高考）机电技术类 《机械基础》 项目十八：材料的力学性能 任务一：铸铁拉伸 时间：45分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题2分，共40分） 1. 对灰铸铁试样进行拉伸试验时，在断裂前通常表现出的变形特征是（ ） A. 发生明显塑性伸长 B. 发生较小弹性伸长 C. 出现稳定屈服平台 D. 形成显著缩颈区域 2. 灰铸铁牌号HT250中的数字250表示该材料的（ ） A. 最低抗拉强度为250 MPa B. 最低屈服强度为250 MPa C. 最低抗压强度为250 MPa D. 最低冲击韧度为250 J/cm2 3. 两种灰铸铁试样的原始标距均为100 mm。拉断后，甲试样标距为100.4 mm，乙试样标距为101.2 mm。在其他条件相同的情况下，下列判断正确的是（ ） A. 甲试样的塑性高于乙试样 B. 乙试样的塑性高于甲试样 C. 甲乙试样的强度必然相同 D. 甲乙试样的韧性必然相同 4. 铸铁材料拉伸和低碳钢材料拉伸时，它们都会出现（ ） A. 屈服阶段 B. 弹性变形阶段 C. 强化阶段 D. 以上均不是 5. 下列哪种材料在拉伸试验中无明显屈服现象（ ） A. 铸铁 B. 合金钢 C. 低碳钢 D. 铜 6. 铸铁拉伸试验中，试样承受的拉力达到最大值时所对应的工程应力称为（ ） A. 比例极限 B. 弹性极限 C. 抗拉强度 D. 屈服强度 7. 对灰铸铁试样施加轴向拉力直至断裂，其断口通常接近于（ ） A. 垂直于试样轴线 B. 平行于试样轴线 C. 倾斜于试样轴线 D. 环绕于试样轴线 8. 某机床床身采用灰铸铁制造。为比较不同批次材料承受拉伸载荷的能力，最适宜查验的性能指标是（ ） A. 抗拉强度数值 B. 布氏硬度数值 C. 冲击吸收功数值 D. 压缩变形数值 9. 铸铁拉伸试验中，若试样原始横截面积为50 mm2，断裂前最大拉力为12 kN，则该材料的抗拉强度约为（ ） A. 120 MPa B. 200 MPa C. 240 MPa D. 600 MPa 10. 下列材料中，弹性模量最大的是（ ） A. 木材 B. 铸铁 C. 铝合金 D. 钢材 11. 与低碳钢相比，灰铸铁在常温拉伸试验中的典型特点是（ ） A. 断裂前塑性变形较小 B. 断裂前缩颈现象明显 C. 屈服阶段特征清晰 D. 断后伸长率数值较大 12. 检验一批灰铸铁材料是否达到HT200的拉伸性能要求时，试验结果应满足（ ） A. 抗拉强度不低于200 MPa B. 屈服强度不低于200 MPa C. 抗压强度不低于200 MPa D. 弹性模量不低于200 GPa 13. 在铸铁拉伸试验记录中，计算抗拉强度时应采用的截面积是（ ） A. 试样断裂后的最小面积 B. 试样原始的横截面积 C. 试样夹持端的接触面积 D. 试样标距段的表面积 14. 对灰铸铁标准试样进行拉伸试验时，试样达到最大拉力后通常表现为（ ） A. 产生明显颈缩后逐渐断裂 B. 出现较长屈服阶段后断裂 C. 塑性变形很小而突然断裂 D. 发生较大均匀伸长后断裂 15. 某灰铸铁拉伸试样的原始直径为10 mm，拉断前承受的最大拉力为18.84 kN。该材料的抗拉强度约为（ ） A. 180 MPa B. 240 MPa C. 300 MPa D. 360 MPa 16. 灰铸铁试样受拉至断裂时，通常表现为（ ） A. 断裂前颈缩现象十分明显 B. 断裂前延伸变形较为显著 C. 断裂前塑性变形很小 D. 断裂前屈服阶段较为明显 17. 灰铸铁拉伸试验中，试样原始横截面积为 ，断裂前承受的最大力为 ，其抗拉强度应按（ ）计算。 A. B. C. D. 18. 与灰铸铁的拉伸性能相比，其受压时通常具有的特点是（ ） A. 抗压强度远大于抗拉强度 B. 抗压强度略低于抗拉强度 C. 抗压强度等于抗拉强度 D. 抗压强度仅由拉伸速度决定 19. 对一件灰铸铁试样进行拉伸试验，试样直径为 10 mm，断裂前最大拉力为 18.84 kN。若该材料牌号为 HT200，按抗拉强度判断，正确的是（ ） A. 抗拉强度为 120 MPa，不符合牌号要求 B. 抗拉强度为 240 MPa，符合牌号要求 C. 抗拉强度为 300 MPa，符合牌号要求 D. 抗拉强度为 480 MPa，符合牌号要求 20. 灰铸铁拉伸断口的典型外观特征是（ ） A. 纤维状且有明显缩颈 B. 杯锥状且有明显剪切唇 C. 晶粒状且断面较为平齐 D. 层状且有明显塑性拉长 二、计算题（本大题共5小题，每题4分，共20分） 21. 某灰铸铁圆试样进行拉伸试验，试样直径为 12.5 mm，拉断前测得的最大拉力为 32.0 kN。（1）计算试样的原始横截面积。（2）计算该灰铸铁的抗拉强度。（3）若该材料要求抗拉强度不低于 250 MPa，判断该试样是否合格。 22. 某灰铸铁圆柱拉伸试样的原始直径为12 mm，拉断前的最大拉力为22.62 kN，标距由50.00 mm变为50.15 mm。计算该材料的抗拉强度和断后伸长率。 23. 某铸铁板状试样进行拉伸试验，其截面宽度为 20 mm、厚度为 10 mm，最大拉力为 42 kN。试样标距原长为 100 mm，断裂后标距长度为 100.25 mm。（1）计算该试样的抗拉强度。（2）计算断后伸长率。（3）根据计算结果，说明该铸铁在拉伸时表现出的塑性特点。 24. 某铸铁拉杆的危险截面积为 450 mm2，材料抗拉强度为 240 MPa。设计时取安全系数为 4，实际工作拉力为 24 kN。（1）计算该拉杆的许用拉应力。（2）计算该拉杆允许承受的最大拉力。（3）计算实际工作时的安全系数，并判断是否满足设计要求。 25. 某灰铸铁拉杆的危险截面为18 mm×12 mm，材料抗拉强度为216 MPa，设计安全系数取3。拉杆承受12 kN轴向拉力时，计算拉伸许用应力、实际拉应力和实际安全系数，并判断其是否满足强度要求。 三、综合应用题（本大题共6小题，共40分） 26.（5分）某铸造厂生产灰铸铁机床床身，为检验材料抗拉性能，从同炉浇注的圆形试样上截取拉伸试样。试样原始直径为20 mm，拉断前测得最大拉力为58 kN。该床身材料要求抗拉强度不低于200 MPa。（1）计算该试样的原始横截面积和抗拉强度。（2）判断该批材料是否满足床身材料的抗拉强度要求。（3）若不满足要求，分析铸造过程中可采取的两项改进措施。 27.（5分）某铸造车间对一批灰铸铁试样进行拉伸试验。试样原始直径为 ，拉断前测得最大拉力为 ；拉断后标距由 变为 。（1）计算该试样的抗拉强度和断后伸长率。（2）根据计算结果，判断该灰铸铁的拉伸塑性特点。（3）说明灰铸铁零件在承受拉伸载荷时应采取的一项结构改进措施。 28.（5分）某铸造企业对一批灰铸铁零件取样进行拉伸复验。圆柱试样原始直径为14 mm，拉断前最大拉力为30.8 kN，原始标距为70.00 mm，断后标距为70.21 mm。该批材料的验收要求为抗拉强度不低于190 MPa、断后伸长率不低于0.25%。 （1）计算试样的原始横截面积、抗拉强度和断后伸长率。 （2）依据验收要求判断该试样是否合格。 （3）说明在灰铸铁受拉零件的结构设计中，应采取的两项降低拉应力集中的措施。 29.（5分）某机床制造企业对灰铸铁拉伸性能进行抽检。试样原始直径为16 mm，原始标距为80.00 mm，拉断前最大拉力为36.18 kN，断后标距为80.12 mm。技术条件规定抗拉强度不低于170 MPa，断后伸长率不低于0.20%。 （1）计算该试样的抗拉强度和断后伸长率。 （2）依据技术条件判断该批材料是否可以按拉伸性能验收合格。 （3）若抗拉强度达到要求而断后伸长率偏低，说明该材料在承受拉伸载荷时可能存在的风险。 30.（10分）某设备的灰铸铁连接耳承受轴向拉力，危险截面的宽度为28 mm、厚度为12 mm。材料复验抗拉强度为210 MPa，设计安全系数取3，设备工作时最大拉力为17 kN。 （1）计算连接耳危险截面的面积、许用拉应力和实际拉应力。 （2）计算该连接耳在拉伸工况下允许承受的最大拉力，并判断实际工况是否满足强度要求。 （3）针对连接耳孔边和截面过渡处，提出两项提高其受拉可靠性的结构措施。 31.（10分）某传动装置的灰铸铁拉杆需进行材料复验和工作校核。拉伸试样原始直径为10 mm，原始标距为50.00 mm，拉断前最大拉力为15.70 kN，断后标距为50.10 mm。拉杆危险截面为16 mm×10 mm，工作时最大轴向拉力为8.0 kN，设计安全系数取3。 （1）计算试样的抗拉强度和断后伸长率。 （2）按实测抗拉强度计算拉杆的实际拉应力、许用拉应力和实际安全系数，判断其是否满足强度要求。 （3）若该拉杆还可能承受间歇性冲击拉力，说明两项可采用的改进措施。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $ 山东省（春季高考）机电技术类《机械基础》45分钟专题训练卷专辑，共208份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固机电技术类理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加机电技术类高考的学生。 与本专辑配套的还有山东省春季高考考试《机械制图》《液压与气压传动》《金属加工基础》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 山东省（春季高考）机电技术类 《机械基础》 项目十八：材料的力学性能 任务一：铸铁拉伸 时间：45分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题2分，共40分） 1. 对灰铸铁试样进行拉伸试验时，在断裂前通常表现出的变形特征是（ ） A. 发生明显塑性伸长 B. 发生较小弹性伸长 C. 出现稳定屈服平台 D. 形成显著缩颈区域 【答案】B 【解析】灰铸铁属于脆性材料，拉伸时塑性变形很小，通常在较小的弹性伸长后即发生断裂，不会出现明显屈服平台和缩颈。 2. 灰铸铁牌号HT250中的数字250表示该材料的（ ） A. 最低抗拉强度为250 MPa B. 最低屈服强度为250 MPa C. 最低抗压强度为250 MPa D. 最低冲击韧度为250 J/cm2 【答案】A 【解析】灰铸铁牌号中HT后的数字表示最低抗拉强度，HT250表示其抗拉强度不低于250 MPa。 3. 两种灰铸铁试样的原始标距均为100 mm。拉断后，甲试样标距为100.4 mm，乙试样标距为101.2 mm。在其他条件相同的情况下，下列判断正确的是（ ） A. 甲试样的塑性高于乙试样 B. 乙试样的塑性高于甲试样 C. 甲乙试样的强度必然相同 D. 甲乙试样的韧性必然相同 【答案】B 【解析】断后伸长量反映材料拉伸后的塑性变形能力。乙试样的标距增加1.2 mm，大于甲试样增加的0.4 mm，因此乙试样的塑性较好；伸长量不能直接确定强度和韧性。 4. 铸铁材料拉伸和低碳钢材料拉伸时，它们都会出现（ ） A. 屈服阶段 B. 弹性变形阶段 C. 强化阶段 D. 以上均不是 【答案】B 【解析】低碳钢和铸铁在拉伸过程中均先发生弹性变形。低碳钢有明显的屈服阶段和强化阶段，而铸铁为脆性材料，通常无明显屈服和强化阶段。故选B。 5. 下列哪种材料在拉伸试验中无明显屈服现象（ ） A. 铸铁 B. 合金钢 C. 低碳钢 D. 铜 【答案】A 【解析】铸铁属于脆性材料，拉伸时塑性变形很小，通常无明显屈服现象，达到最大拉力后即发生断裂。低碳钢拉伸时有明显屈服现象，故选A。 6. 铸铁拉伸试验中，试样承受的拉力达到最大值时所对应的工程应力称为（ ） A. 比例极限 B. 弹性极限 C. 抗拉强度 D. 屈服强度 【答案】C 【解析】抗拉强度是拉伸试验中试样断裂前所承受最大拉力与原始横截面积的比值，是评价铸铁抗拉能力的重要指标。 7. 对灰铸铁试样施加轴向拉力直至断裂，其断口通常接近于（ ） A. 垂直于试样轴线 B. 平行于试样轴线 C. 倾斜于试样轴线 D. 环绕于试样轴线 【答案】A 【解析】灰铸铁拉伸时主要受最大正应力作用而发生脆性断裂，断口通常接近垂直于试样轴线，且断裂前塑性变形不明显。 8. 某机床床身采用灰铸铁制造。为比较不同批次材料承受拉伸载荷的能力，最适宜查验的性能指标是（ ） A. 抗拉强度数值 B. 布氏硬度数值 C. 冲击吸收功数值 D. 压缩变形数值 【答案】A 【解析】材料承受拉伸载荷直至断裂的能力主要用抗拉强度评价。硬度、冲击吸收功和压缩变形分别反映其他力学性能，不能替代抗拉强度。 9. 铸铁拉伸试验中，若试样原始横截面积为50 mm2，断裂前最大拉力为12 kN，则该材料的抗拉强度约为（ ） A. 120 MPa B. 200 MPa C. 240 MPa D. 600 MPa 【答案】C 【解析】抗拉强度等于最大拉力除以原始横截面积。12 kN换算为12000 N，12000除以50 mm2等于240 N/mm2，即240 MPa。 10. 下列材料中，弹性模量最大的是（ ） A. 木材 B. 铸铁 C. 铝合金 D. 钢材 【答案】D 【解析】钢材的弹性模量约为200GPa，铸铁约为110-160GPa，铝合金约为70GPa，木材约为10GPa，故钢材弹性模量最大。 11. 与低碳钢相比，灰铸铁在常温拉伸试验中的典型特点是（ ） A. 断裂前塑性变形较小 B. 断裂前缩颈现象明显 C. 屈服阶段特征清晰 D. 断后伸长率数值较大 【答案】A 【解析】灰铸铁塑性较差，拉伸过程中断后伸长率小，通常不出现明显缩颈和清晰的屈服阶段，表现为较典型的脆性断裂特征。 12. 检验一批灰铸铁材料是否达到HT200的拉伸性能要求时，试验结果应满足（ ） A. 抗拉强度不低于200 MPa B. 屈服强度不低于200 MPa C. 抗压强度不低于200 MPa D. 弹性模量不低于200 GPa 【答案】A 【解析】HT200中的200表示灰铸铁的最低抗拉强度为200 MPa。灰铸铁拉伸时通常没有明确的屈服阶段，牌号数字也不表示抗压强度或弹性模量。 13. 在铸铁拉伸试验记录中，计算抗拉强度时应采用的截面积是（ ） A. 试样断裂后的最小面积 B. 试样原始的横截面积 C. 试样夹持端的接触面积 D. 试样标距段的表面积 【答案】B 【解析】工程抗拉强度按试样断裂前最大拉力除以原始横截面积计算。断裂后的最小面积用于研究断面收缩等塑性指标，不作为抗拉强度的计算面积。 14. 对灰铸铁标准试样进行拉伸试验时，试样达到最大拉力后通常表现为（ ） A. 产生明显颈缩后逐渐断裂 B. 出现较长屈服阶段后断裂 C. 塑性变形很小而突然断裂 D. 发生较大均匀伸长后断裂 【答案】C 【解析】灰铸铁中石墨易形成应力集中，材料塑性较低。拉伸时一般没有明显的塑性变形和颈缩现象，常呈脆性断裂特征。 15. 某灰铸铁拉伸试样的原始直径为10 mm，拉断前承受的最大拉力为18.84 kN。该材料的抗拉强度约为（ ） A. 180 MPa B. 240 MPa C. 300 MPa D. 360 MPa 【答案】B 【解析】试样原始横截面积为78.5 mm2。抗拉强度为最大拉力除以原始横截面积，即18840除以78.5，约为240 MPa。 16. 灰铸铁试样受拉至断裂时，通常表现为（ ） A. 断裂前颈缩现象十分明显 B. 断裂前延伸变形较为显著 C. 断裂前塑性变形很小 D. 断裂前屈服阶段较为明显 【答案】C 【解析】灰铸铁属于脆性材料，受拉时塑性变形很小，通常在未出现明显屈服前断裂。 17. 灰铸铁拉伸试验中，试样原始横截面积为 ，断裂前承受的最大力为 ，其抗拉强度应按（ ）计算。 A. B. C. D. 【答案】C 【解析】抗拉强度是试样断裂前承受的最大力与原始横截面积之比，即 。因此应选C。 18. 与灰铸铁的拉伸性能相比，其受压时通常具有的特点是（ ） A. 抗压强度远大于抗拉强度 B. 抗压强度略低于抗拉强度 C. 抗压强度等于抗拉强度 D. 抗压强度仅由拉伸速度决定 【答案】A 【解析】灰铸铁内部石墨片在受拉时易形成应力集中，而受压时承载能力较高。 19. 对一件灰铸铁试样进行拉伸试验，试样直径为 10 mm，断裂前最大拉力为 18.84 kN。若该材料牌号为 HT200，按抗拉强度判断，正确的是（ ） A. 抗拉强度为 120 MPa，不符合牌号要求 B. 抗拉强度为 240 MPa，符合牌号要求 C. 抗拉强度为 300 MPa，符合牌号要求 D. 抗拉强度为 480 MPa，符合牌号要求 【答案】B 【解析】试样横截面积约为 78.5 mm2，抗拉强度约为 240 MPa，高于 HT200 的最低要求。 20. 灰铸铁拉伸断口的典型外观特征是（ ） A. 纤维状且有明显缩颈 B. 杯锥状且有明显剪切唇 C. 晶粒状且断面较为平齐 D. 层状且有明显塑性拉长 【答案】C 【解析】灰铸铁塑性较差，拉伸断裂多为脆性断裂。其断口通常较平齐，呈灰暗的晶粒状外观。 二、计算题（本大题共5小题，每题4分，共20分） 21. 某灰铸铁圆试样进行拉伸试验，试样直径为 12.5 mm，拉断前测得的最大拉力为 32.0 kN。（1）计算试样的原始横截面积。（2）计算该灰铸铁的抗拉强度。（3）若该材料要求抗拉强度不低于 250 MPa，判断该试样是否合格。 【答案】（1）原始横截面积为 。（2）抗拉强度为 。（3）该试样合格，因为其抗拉强度大于 250 MPa。 【解析】（1）圆试样横截面积按圆面积公式计算。（2）抗拉强度等于最大拉力除以原始横截面积。（3）计算值为 260.90 MPa，满足强度要求。 22. 某灰铸铁圆柱拉伸试样的原始直径为12 mm，拉断前的最大拉力为22.62 kN，标距由50.00 mm变为50.15 mm。计算该材料的抗拉强度和断后伸长率。 【答案】（1）原始横截面积为 A0=π/4=3.14×122/4=113.04 mm2。 （2）抗拉强度为 Rm=Fmax/A0=22620/113.04=200 MPa。 （3）断后伸长率为 A=(50.15-50.00)/50.00×100%=0.30%。 【解析】抗拉强度按拉断前最大拉力与试样原始横截面积的比值计算。断后伸长率反映试样拉断后的塑性变形程度，灰铸铁的该数值通常较小。 23. 某铸铁板状试样进行拉伸试验，其截面宽度为 20 mm、厚度为 10 mm，最大拉力为 42 kN。试样标距原长为 100 mm，断裂后标距长度为 100.25 mm。（1）计算该试样的抗拉强度。（2）计算断后伸长率。（3）根据计算结果，说明该铸铁在拉伸时表现出的塑性特点。 【答案】（1）原始横截面积为 ，抗拉强度为 。（2）断后伸长率为 。（3）该铸铁断后伸长率很小，拉伸时塑性变形不明显，属于脆性材料。 【解析】（1）板状试样面积等于宽度乘以厚度。（2）伸长率由标距长度变化量与原标距长度的比值求得。（3）铸铁拉伸时通常伸长率较小，断裂前不易产生明显塑性变形。 24. 某铸铁拉杆的危险截面积为 450 mm2，材料抗拉强度为 240 MPa。设计时取安全系数为 4，实际工作拉力为 24 kN。（1）计算该拉杆的许用拉应力。（2）计算该拉杆允许承受的最大拉力。（3）计算实际工作时的安全系数，并判断是否满足设计要求。 【答案】（1）许用拉应力为 。（2）允许最大拉力为 。（3）实际拉应力为 ，实际安全系数为 ，满足设计要求。 【解析】（1）许用应力由抗拉强度除以设计安全系数确定。（2）许用载荷等于许用应力乘以危险截面积。（3）实际安全系数大于设计安全系数，拉杆满足强度要求。 25. 某灰铸铁拉杆的危险截面为18 mm×12 mm，材料抗拉强度为216 MPa，设计安全系数取3。拉杆承受12 kN轴向拉力时，计算拉伸许用应力、实际拉应力和实际安全系数，并判断其是否满足强度要求。 【答案】（1）危险截面面积为 A=18×12=216 mm2。 （2）拉伸许用应力为 [σ]=216/3=72 MPa。 （3）实际拉应力为 σ=12000/216=55.56 MPa。 （4）实际安全系数为 n=216/55.56=3.89。 （5）实际拉应力小于许用应力，且实际安全系数大于设计安全系数，拉杆满足拉伸强度要求。 【解析】先根据抗拉强度和设计安全系数确定许用拉应力，再用轴向拉力除以危险截面面积求实际拉应力。实际安全系数大于设计值，说明该截面的拉伸强度满足要求。 三、综合应用题（本大题共6小题，共40分） 26.（5分）某铸造厂生产灰铸铁机床床身，为检验材料抗拉性能，从同炉浇注的圆形试样上截取拉伸试样。试样原始直径为20 mm，拉断前测得最大拉力为58 kN。该床身材料要求抗拉强度不低于200 MPa。（1）计算该试样的原始横截面积和抗拉强度。（2）判断该批材料是否满足床身材料的抗拉强度要求。（3）若不满足要求，分析铸造过程中可采取的两项改进措施。 【答案】（1）原始横截面积为 。抗拉强度为 。（2）不满足要求。试样抗拉强度为184.7 MPa，低于200 MPa。（3）控制化学成分，减少过量石墨化元素的影响；优化孕育处理和冷却条件，细化石墨及基体组织。 【解析】（1）先按圆形截面求面积，再用最大拉力除以原始横截面积求抗拉强度。（2）184.7 MPa低于规定值，材料抗拉性能不合格。（3）灰铸铁抗拉强度受石墨形态、基体组织和铸造缺陷影响较大。 27.（5分）某铸造车间对一批灰铸铁试样进行拉伸试验。试样原始直径为 ，拉断前测得最大拉力为 ；拉断后标距由 变为 。（1）计算该试样的抗拉强度和断后伸长率。（2）根据计算结果，判断该灰铸铁的拉伸塑性特点。（3）说明灰铸铁零件在承受拉伸载荷时应采取的一项结构改进措施。 【答案】（1）原始横截面积 。抗拉强度 。断后伸长率 。（2）断后伸长率很小，表明该灰铸铁拉伸时塑性较差，属于脆性材料。（3）应避免截面突变，并在过渡处采用较大的圆角，以减小应力集中。 【解析】（1）原始横截面积为 。最大拉力 。抗拉强度为 。断后伸长率为 。（2）断后伸长率仅为 ，说明该灰铸铁在拉伸时塑性很差，呈明显脆性。灰铸铁中的片状石墨易形成裂纹源，在拉伸载荷下容易引起裂纹扩展。（3）零件应避免截面突变，并在过渡处采用较大的圆角，以减小应力集中和裂纹扩展风险。 28.（5分）某铸造企业对一批灰铸铁零件取样进行拉伸复验。圆柱试样原始直径为14 mm，拉断前最大拉力为30.8 kN，原始标距为70.00 mm，断后标距为70.21 mm。该批材料的验收要求为抗拉强度不低于190 MPa、断后伸长率不低于0.25%。 （1）计算试样的原始横截面积、抗拉强度和断后伸长率。 （2）依据验收要求判断该试样是否合格。 （3）说明在灰铸铁受拉零件的结构设计中，应采取的两项降低拉应力集中的措施。 【答案】（1）原始横截面积为 A0=π/4=3.14×142/4=153.86 mm2。抗拉强度为 Rm=30800/153.86=200.18 MPa。断后伸长率为 A=(70.21-70.00)/70.00×100%=0.30%。 （2）抗拉强度为200.18 MPa，高于190 MPa；断后伸长率为0.30%，高于0.25%。该试样合格。 （3）在截面变化处采用圆角过渡，避免尖角和突变截面；合理增大受拉危险截面，避开孔、槽等部位的局部削弱。 【解析】（1）抗拉强度由最大拉力和原始横截面积计算，断后伸长率由标距增量与原始标距的比值计算。 （2）两项实测指标均达到规定下限，才能判定试样合格。 （3）灰铸铁抗拉塑性较低，结构设计应重点减少截面突变和局部应力集中。 29.（5分）某机床制造企业对灰铸铁拉伸性能进行抽检。试样原始直径为16 mm，原始标距为80.00 mm，拉断前最大拉力为36.18 kN，断后标距为80.12 mm。技术条件规定抗拉强度不低于170 MPa，断后伸长率不低于0.20%。 （1）计算该试样的抗拉强度和断后伸长率。 （2）依据技术条件判断该批材料是否可以按拉伸性能验收合格。 （3）若抗拉强度达到要求而断后伸长率偏低，说明该材料在承受拉伸载荷时可能存在的风险。 【答案】（1）原始横截面积为 A0=π/4=3.14×162/4=200.96 mm2。抗拉强度为 Rm=36180/200.96=180.04 MPa。断后伸长率为 A=(80.12-80.00)/80.00×100%=0.15%。 （2）抗拉强度达到170 MPa的要求，但断后伸长率低于0.20%的要求，因此该批材料不能按拉伸性能验收合格。 （3）断后伸长率偏低表明材料塑性更差，受拉时对缺口和应力集中的敏感性增大，可能在没有明显变形预兆的情况下发生脆性断裂。 【解析】（1）抗拉强度反映材料承受最大拉应力的能力，断后伸长率反映材料在拉断前的塑性变形能力。 （2）材料验收必须同时满足强度和塑性指标，不能只依据抗拉强度作出合格判断。 （3）灰铸铁本身塑性较低，伸长率进一步降低会增加受拉构件突然失效的风险。 30.（10分）某设备的灰铸铁连接耳承受轴向拉力，危险截面的宽度为28 mm、厚度为12 mm。材料复验抗拉强度为210 MPa，设计安全系数取3，设备工作时最大拉力为17 kN。 （1）计算连接耳危险截面的面积、许用拉应力和实际拉应力。 （2）计算该连接耳在拉伸工况下允许承受的最大拉力，并判断实际工况是否满足强度要求。 （3）针对连接耳孔边和截面过渡处，提出两项提高其受拉可靠性的结构措施。 【答案】（1）危险截面面积为 A=28×12=336 mm2。许用拉应力为 [σ]=210/3=70 MPa。实际拉应力为 σ=17000/336=50.60 MPa。 （2）允许承受的最大拉力为 F允=[σ]A=70×336=23520 N，即23.52 kN。实际拉力17 kN小于23.52 kN，连接耳满足拉伸强度要求。 （3）孔边应设置足够的边距并采用圆滑过渡；截面变化处应采用较大圆角，避免锐角和突然减薄。 【解析】（1）连接耳的拉伸强度校核应以危险截面为计算依据。 （2）将许用拉应力乘以危险截面面积可得到允许拉力，再与实际最大拉力比较。 （3）灰铸铁受拉时对缺口较敏感，孔边和截面突变处是需要重点控制的部位。 31.（10分）某传动装置的灰铸铁拉杆需进行材料复验和工作校核。拉伸试样原始直径为10 mm，原始标距为50.00 mm，拉断前最大拉力为15.70 kN，断后标距为50.10 mm。拉杆危险截面为16 mm×10 mm，工作时最大轴向拉力为8.0 kN，设计安全系数取3。 （1）计算试样的抗拉强度和断后伸长率。 （2）按实测抗拉强度计算拉杆的实际拉应力、许用拉应力和实际安全系数，判断其是否满足强度要求。 （3）若该拉杆还可能承受间歇性冲击拉力，说明两项可采用的改进措施。 【答案】（1）试样原始横截面积为 A0=π/4=3.14×102/4=78.50 mm2。抗拉强度为 Rm=15700/78.50=200 MPa。断后伸长率为 A=(50.10-50.00)/50.00×100%=0.20%。 （2）拉杆危险截面面积为 S=16×10=160 mm2。实际拉应力为 σ=8000/160=50 MPa。许用拉应力为 [σ]=200/3=66.67 MPa。实际安全系数为 n=200/50=4。实际拉应力小于许用拉应力，且实际安全系数大于3，满足强度要求。 （3）增大拉杆危险截面并在过渡处设置圆角，以降低局部拉应力；将灰铸铁改用球墨铸铁等抗拉性能和韧性较好的材料，以提高抗冲击拉伸能力。 【解析】（1）拉伸试验可获得抗拉强度和断后伸长率两项关键指标，分别反映强度和塑性。 （2）先由材料实测抗拉强度确定许用拉应力，再对拉杆危险截面进行工作应力和安全系数校核。 （3）间歇冲击会提高突然断裂的风险，应同时从降低应力集中和提高材料韧性两方面改进。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $