金属与热处理试题及答案.docx

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金属与热处理试题及答案

一、填空题（每空1分，共20分）

1.机械设计时常用抗拉强度和屈服强度两种强度指标。

2.若退火亚共析钢试样中先共析铁素体占41.6％，珠光体58.4％，则此钢的含碳量为约0.46％。

3.屈强比是屈服强度与，抗拉强度之比。

4.一般工程结构用金属是多晶体，在各个方向上的性能相同，这就是实际金属的各向同性现象。

5.实际金属存在点缺陷、线缺陷和面缺陷三种缺陷。

实际晶体的强度比理想晶体的强度低（高，低）得多。

6.根据组成合金的各组元之间的相互作用不同，合金的结构可分为两大类：

固溶体和金属化合物。

固溶体的晶格结构同溶剂，其强度硬度比纯金属的高。

7.共析钢加热至Ac1时将发生珠光体向奥氏体的转变，其形成过程包括四个阶段。

8.把两个45钢的退火态小试样分别加热到Ac1～Ac3之间和Ac3以上温度水冷淬火，所得到的组织前者为马氏体+铁素体+残余奥氏体，后者为马氏体＋残余奥氏体。

二、判断改错题（对打√，错打“×”并改错，每小题1分，共10分）

（）1.随奥氏体中碳含量的增高，马氏体转变后，其中片状马氏体减少，板条状马氏体增多。

（×，片状马氏体增多，板条马氏体减少）

（）2.回火屈氏体、回火索氏体和过冷奥氏体分解时形成的屈氏体、索氏体，只是形成过程不同，但组织形态和性能则是相同的。

（×，组织形态和性能也不同）

（）3.退火工件常用HRC标出其硬度，淬火工件常用HBS标出其硬度。

（×，退火工件硬度用HBS标出，淬火工件硬度用HRC标出；）

（√）4.马氏体是碳在α－Fe中所形成的过饱和固溶体；当发生奥氏体向马氏体的转变时，体积发生膨胀。

；

（）5.表面淬火既能改变工件表面的化学成分，也能改善其心部组织与性能。

（5.×，表面淬火只能改变工件表面的组织与性能。

）

（√）6.化学热处理既能改变工件表面的化学成分，也能改善其心部组织与性能。

（√）7.高碳钢淬火时，将获得高硬度的马氏体，但由于奥氏体向马氏体转变的终止温度在0℃以下，故钢淬火后的组织中保留有少量的残余奥氏体。

（×）8.为了消除加工硬化便于进一步加工，常对冷加工后的金属进行完全退火。

（进行再结晶退火）

（）9.片状珠光体的机械性能主要决定于珠光体的含碳量。

×，取决于珠光体的片间距；

（）10.由于钢回火的加热温度在A1以下，所以淬火钢在回火时没有组织变化。

×，尽管钢回火的加热温度在A1以下，但是淬火钢在回火时仍有组织变化。

三、选择题（每小题1分，共10分）

1.钢在淬火后所得的组织是（A）

A.淬火马氏体B.回火索氏体C.回火屈氏体D.索氏体

2.在淬火钢中，当含碳量增加到0.6％以后，随含碳量的增加，硬度增加缓慢，这是因为（A）

A.随含碳量的增加，残余奥氏体的量增多B.随含碳量的增加，片状马氏体的量增多

C.随含碳量的增加，淬火内应力增大D.随含碳量的增加，非马氏体的量减少

3.若钢中加入的合金元素能使C曲线左移，则将使钢的淬透性（B）

A.提高B.降低C.不改变D.对小试样堤高，对大试样则降低

4.下列钢铁材料中切削性能较好的是（B）

A.工业纯铁B.45钢C.白口铸铁D.T12A钢

5.钢锭中的疏松可以能过下面哪种方法改善（B）

A.完全退火B.足够变形量的锻轧C.扩散退火D.正火

6.正火T8钢与完全退火T8钢相比（B）

A.前者珠光体更细密，故强度要低些B.前者珠光体更细密，故强度要高些

C.前者珠光体更粗大，故强度要低些D.前者珠光体更粗大，故强度要高些

7.退火亚共析钢，随含碳量的增加（B）

A.HBS、σb值减小，δ、aK值增加B.HBS、σb值增加，δ、aK值减小

C.HBS、σb值增加，δ、aK值增加D.HBS、σb值减小，δ、aK值减小

8.碳含量为Wc＝4.3％的铁碳合金具有良好的（D）

A.可锻性B.切削加工性能C.可焊性D.铸造性能

9.建筑用钢筋宜选用（C）

A.高碳钢B.中碳钢C.低碳钢D.工具钢

10.下述退火态钢中强度最高的是（D）

A.T13钢B.45钢C.65钢D.T8钢

四、简答题（30分）

1.某厂仓库有20钢、45钢、T12钢和白口铸铁，大小和形状都一样，根据所学知识，可用哪些简单方法把它们迅速区分开？

请说明理由。

（5分）

答：

方法一：

硬度测试。

硬度值大小顺序是：

白口铸铁>T12钢>45钢>20钢。

因为铁碳合金的硬度随含碳量的增加而升高；四种铁碳合金的含碳量是：

白口铸铁（大于2.11%C）>T12钢（1.2%C）>45钢（0.45%）>20钢（0.2%C）。

方法二：

分别制备四种材料的金相试样，在金相显微镜上进行显微组织观察。

亚共析钢组织为（F＋P），且亚共析钢中随含碳量增加铁素体减少，珠光体增多；过共析钢组织为（P＋Fe3CⅡ），且当Wc>0.9％时，Fe3CⅡ沿晶界呈网状分布；白口铸铁的组织中有莱氏体。

所以，组织为（F＋P）而铁素体少的为20钢、珠光体多的为45钢；组织中有Fe3CⅡ沿晶界呈网状分布的T12钢，有莱氏体组织存在的是白口铸铁。

2．60钢经正常淬火后得到什么组织？

经退火后得到什么组织？

60钢淬火后分别在200℃、400℃、600℃回火又得到什么组织？

（5分）

答：

60钢淬火后组织为马氏体；（1分）退火组织为珠光体＋铁素体；（1分）

200℃回火后组织为回火马氏体；（1分）400℃回火后为回火屈氏体；（1分）

600℃回火后为回火索氏体。

（1分）

3.简述铸铁不同阶段石墨化程度与其最终组织的关系。

（10分）

4.指出下列牌号材料的类别和成分（或数字含义）（10分）

牌号

类别

成分或数字含义

Q235A

Q345

20Cr

HT200

T10A

W6Mo5Cr4V2

GCr15SiMn

5CrMnMo

Cr12MoV

1Cr18Ni9Ti

牌号

类别

成分或数字含义

Q235A

A级碳素结构钢

235表示钢的屈服点值为235MPa

Q345

低合金高强度结构钢

345表示钢的屈服点值为345MPa

20Cr

渗碳钢

Wc＝0.2％，Cr<1.5%

HT200

灰铸铁

200表示灰铸铁抗拉强度为200MPa

T10A

高级优质碳素工具钢

Wc＝0.1％

W6Mo5Cr4V2

高速钢

W=6%,Mo＝5％,Cr=4%,V=2%

GCr15SiMn

滚动轴承钢

Cr=1.5%,Si、Mn<1.5％,

5CrMnMo

热作模具钢

Wc=0.5%,Cr、Mn、Mo<1.5%

Cr12MoV

冷作模具钢

Wc>1.0%,Cr=12%,Mo、V<1.5%

1Cr18Ni9Ti

奥氏体不锈钢

Wc=0.1%,Cr=18%,Ni=8%,Ti<1.5%

五、综合分析题（10分）

用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件进入热处理炉，并随工件一起加热到1000℃保温，当出炉后再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，试分析其原因。

答：

冷拉钢丝绳是利用加工硬化效应提高其强度的，在这种状态下的钢丝中晶体缺陷密度增大，强度增加，处于加工硬化状态。

在1000℃时保温，钢丝将发生回复、再结晶和晶粒长大过程，组织和结构恢复到软化状态。

在这一系列变化中，冷拉钢丝的加工硬化效果将消失，强度下降，在再次起吊时，钢丝将被拉长，发生塑性变形，横截面积减小，强度将比保温前低，所以发生断裂。

六、铁碳相图（20分）

1．默画出铁碳相图，并标注出共晶和共析成分点，以及A1、A3线和Acm线的位置；

2．40钢、60钢、T12钢的室温平衡组织是什么？

它们从高温液态平衡冷却到室温要经过哪些转变？

3．画出纯铁、40钢、T12钢的室温平衡组织，并标注其中的组织。

工程材料试题及答案

一、判断题

1、合金渗碳钢经最终热处理后的组织全部是回火马氏体。

（×）

2、热加工与冷加工的主要区别在于是否有加工强化现象产生。

（×）

3、铸铁是含碳量小于2.11%的铁碳合金。

（×）

4、二元共晶相图是指合金两组元在液态和固态均能无限互溶所构成的相图。

（×）

5、感应加热表面淬火一般只改变钢件表面层的组织，而不改变心部组织。

（√）

6、一个合金的室温组织为α+β11+（α+β），则它由三相组成。

（×）

7、将金属加热到再结晶温度以上时，金属将发生回复、再结晶及晶粒长大等变化。

（√）

8、金属在塑性变形后产生的纤维组织能使金属具有各向异性。

（√）

9、碳钢的塑性和强度都随着含碳量的增加而降低。

（×）

10、金属的再结晶转变，也要经历形核与晶核长大的过程。

（√）

二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法（30分）

名称

候选材料

选用材料

热处理方法

最终组织

机床床身

T10A,KTZ450-06,HT200

HT200

时效

P＋F＋G片

汽车后桥齿轮

40Cr,20CrMnTi,60Si2Mn

20CrMnTi

渗碳＋淬火＋低温回火

表面Cm＋M＋A’

心部F＋M

滚动轴承

GCr15,Cr12,QT600-2

GCr15

球化退火＋淬火＋低温回火

Cm＋M＋A’

锉刀

9SiCr,T12,W18Cr4V

T12

球化退火＋淬火＋低温回火

Cm＋M＋A’

汽车板簧

45,60Si2Mn,T10

60Si2Mn

淬火＋中温回火

T回

钻头

W18Cr4V，65Mn,20

W18Cr4V

淬火＋低温回火

Cm＋M＋A’

桥梁

1Cr13,16Mn,Q195

16Mn,

不热处理

F＋P

滑动轴承

H70,ZSnSb11Cu6,T8

ZSnSb11Cu6

不热处理

a+SnSb

耐酸容器

Q235,1Cr18Ni9Ti,ZGMn13

1Cr18Ni9Ti

固溶处理

A

发动机曲轴

QT600-3,45,ZL101

QT600-3

等温淬火＋高温回火

S回＋G球

三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，其加工路线为：

下料锻造正火机加工调质机加工（精）

轴颈表面淬火低温回火磨加工

指出：

1、主轴应用的材料：

45钢

2、正火的目的和大致热处理工艺细化晶粒，消除应力；加热到Ac3＋50℃保温一段时间空冷

3、调质目的和大致热处理工艺强度硬度塑性韧性达到良好配合淬火＋高温回火

4、表面淬火目的提高轴颈表面硬度

5．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。

去除表面淬火热应力，表面M＋A’心部S回

四、选择填空（20分）

1、合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（d）

（a）均强烈阻止奥氏体晶粒长大（b）均强烈促进奥氏体晶粒长大

（c）无影响（d）上述说法都不全面

2、适合制造渗碳零件的钢有（c）。

（a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A（b）45、40Cr、65Mn、T12

（c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi

3、要制造直径16mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c）

（a）45钢经正火处理（b）60Si2Mn经淬火和中温回火（c）40Cr钢经调质处理

4、制造手用锯条应当选用（a）

（a）T12钢经淬火和低温回火（b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火（c）65钢淬火后中温回火

5、高速钢的红硬性取决于（b）

（a）马氏体的多少（b）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量（c）钢中的碳含量

6、汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c）

（a）60钢渗碳淬火后低温回火（b）40Cr淬火后高温回火（c）20CrMnTi渗碳淬火后低温回火

7、65、65Mn、50CrV等属于哪类钢，其热处理特点是（c）

（a）工具钢，淬火+低温回火（b）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火（c）弹簧钢，淬火+中温回火

8、二次硬化属于（d）

（a）固溶强化（b）细晶强化（c）位错强化（d）第二相强化

9、1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（b）

（a）获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性

（b）获得单一的奥氏体组织，提高抗腐蚀性，防止晶间腐蚀

（c）（c）降低硬度，便于切削加工

10、推土机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击，应选择用（b）

（a）20Cr渗碳淬火后低温回火（b）ZGMn13—3经水韧处理（c）W18Cr4V淬火后低温回火

11、位错是一种。

（①）

①线缺陷②点缺陷③面缺陷

12、纯铁在850℃时为晶格。

（①）

①体心立方②面心立方③密排六方

13、有些金属在固态下会发生晶体结构的变化，这种变化可以称为。

（③）

①等温转变②变温转变③同素异构转变

14、共析钢过冷奥氏体在连续冷却时，有如下转变。

（②）

①只有贝氏体和马氏体转变，而没有珠光体型转变

②只有珠光体型和马氏体转变，而没有贝氏体转变

③只有珠光体型和贝氏体转变，而没有马氏体转变

15、当晶格常数相同时，面心立方晶格比体心立方晶格的致密度。

（②）

①小②大③相等

16、具有匀晶相图的合金在固态时的相结构属于。

（②）

①化合物②固溶体③以上都不是

17、密排六方晶胞的原子数为。

（②）

①2②6③4

18、弹簧及一些要求具有较高屈服极限的热作模具等，常采用热处理工艺是。

（②）

①淬火+低温回火  ②淬火+中温回火  ③表面淬火

19、亚共析钢中，随着含碳量的增加，C曲线的位置：

（①）

①右移②左移③不变。

20、在室温平衡状态下，当钢的含碳量超过0.9%后，钢中渗碳体的形态主要是。

（③）①粒状②片状③网状

21、属于体心立方晶格的金属有。

（②）

①α-Fe,铝  ②α-Fe,铬  ③γ-Fe,铝

22、工程结构件中应用最多的钢种是。

（①）

①碳素结构钢②不锈钢③碳素工具钢

23、奥氏体是碳溶解在中所形成的间隙固溶体。

（②）

 ①α-Fe  ②γ-Fe  ③δ-Fe 

24、可逆回火脆性的温度范围是。

（④）

①150℃～200℃②250℃～400℃③400℃～550℃

25、完全退火主要用于。

（①）

①亚共析钢②共析钢③过共析钢

26、退火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是。

（①）

 ①随炉冷却②在油中冷却③在空气中冷却

27、马氏体转变是在以下进行的。

（②）

①A1②Ms③Mf

28、珠光体是一种。

（③）

 ①固溶体②金属化合物③机械混合物

29、在测量工件的表面层硬度时，常用的硬度测试方法的表示符号是。

（③）

①HB②HR③HV

30、表示金属材料弹性极限的符号是。

（①）

 ①σe②σs③σb

31、在晶体缺陷中，属于面缺陷的有。

（ ③）

  ①间隙原子  ②位错  ③晶界     

32、建立相图时采用的冷却速应为。

（③）

①快速②中速③极缓慢

33、在发生共晶转变L→α+β时，L、α、β三相的成分为。

（②）

①相同②确定不变③不断变化

34、对板料进行多次拉伸时，为了消除形变强化，中途应进行。

（②）

①完全退火②再结晶退火③正火

35、正火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是。

（③）

 ①随炉冷却② 在油中冷却③在空气中冷却

36、合金固溶强化的基本原因是。

（②）

①晶粒变细②晶格发生畸变③晶格类型发生了改变

37、大多数合金元素均在不同程度上有细化晶粒的作用，其中细化晶粒作用最为显著的有。

（③）①Mn,P②Mn,Ti③Ti,V

38、分级淬火的目的是。

（②）

①使工件在介质停留期间完成组织转变

②使工件内外温差较为均匀并减小工件与介质间的温差

③使奥氏体成分趋于均匀

39、一个合金的室温组织为α+二次β+（α+β），它由组成。

（①）

①二相②三相③四相 

40、制造普通螺母的钢应选用。

（①）

①Q235②65Mn③T12

41、渗碳体的性能特点是。

（②）

①强度和硬度不高，塑性良好

②硬度高，极脆，塑性几乎等于零

③强度较高，硬度适中，有一定的塑性

42、一个理想的淬火冷却介质应具有的冷却特性是。

（②）

①在约550℃以上高温区冷速应尽可能缓慢，在低于约250℃的低温区应具有足够快的冷速

②在约550℃以上高温区冷速应具有足够快的冷速，在低于约250℃的低温区应尽可能缓慢

③从高温至低温一直保持足够快的冷却速度

43、将变形金属加热发生再结晶转变时。

（②）

①只有晶格类型发生变化

②只有晶粒大小、形状发生变化

③晶格类型、晶粒大小、形状都发生变化

44、挖掘机铲齿、坦克和拖拉机履带宜采用。

（ ③）

①可锻铸铁②球墨铸铁③高锰钢ZGMn13

45、除元素外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。

（①）

①Co  ②Cr ③Mn 

46、属于体心立方晶格的金属有。

（②）

①α-Fe、铝  ②α-Fe、铬  ③γ-Fe、铝

47、每个体心立方晶胞中包含有个原子。

（②）

①1②2③3

48、在以下晶体中，滑移系数目最多的晶格类型是。

（②）

①密排六方②体心立方③简单立方

49、欲要提高18－8型铬镍不锈钢的强度，主要是通过。

（③）

①时效强化方法②固溶强化方法③冷加工硬化方法

50、在Fe-Fe3C相图中，共析线也称为。

（①）

①A1线  ②ECF线  ③Acm线  

五、简答题（共20分）

1、晶体有那些特性？

（4分）

答：

1）一般具有规则的外形；2）有固定的熔点；3）有各向异性；4）解理性。

2、陶瓷材料的主要性能特点是什么？

（5分）

答：

陶瓷材料性能特点：

具有不可燃烧性；（1分）、高耐热性、高化学稳定性；（1分）不老化性；（1分）、高的硬度和良好的抗压能力；（1分），但脆性很高，温度急变抗力很低。

3、简述珠光体、索氏体、屈氏体三者的异同点。

（5分）

答：

珠光体、索氏体、屈氏体都是铁素体与渗碳体片层交替的机械混合物。

（2分）

不同的是片层间距由宽到细，强度、硬度由低变高。

（3分）

4、铁碳合金中基本相是那些？

其机械性能如何？

（6分）

答：

基本相有：

铁素体、奥氏体、渗碳体。

铁素体强度和硬度不高，但具有良好的塑性和韧性；奥氏体的硬度较低而塑性较高，易于锻压成型；渗碳体硬度很高而塑性和韧性几乎为零，脆性大。

5、金属结晶的基本规律是什么？

晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？

《P16》

答：

结晶的基本过程——晶核形成与晶核长大

结晶时的冷却速度（即过冷度）随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快，同时液体金属中难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率

6、手锯锯条、普通螺钉、车床主轴分别用何种碳钢制造？

答：

手锯锯条：

它要求有较高的硬度和耐磨性，因此用碳素工具钢制造。

如T9,T9A,T10,T10A,T11,T11A

普通螺钉：

它要保证有一定的机械性能，用普通碳素结构钢制造，如Q195,Q215,Q235

车床主轴：

它要求有较高的综合机械性能，用优质碳素结构钢，如30，35，40，45，50

7、金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？

答：

《1》晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性，如纵向的强度和塑性远大于横向等。

《2》晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化，即随着变形量的增加，强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降，《3》织构现象的产生，即随着变形的发生不仅金属中晶粒会被破碎拉长，而且各晶粒的晶格位向也会沿着变形的方向同时发生转动，转动结果金属中每个晶粒的晶格位向趋于大体一致，产生织构现象，《4》冷压力加工过程中由于材料各部分的变形不均匀或晶粒内各部分和各晶粒间的变形不均匀，金属内部会形成残余的内应力，这在一般情况下都是不利的，会引起零件尺寸不稳定。

8、固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？

答：

在结构上：

固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而金属间化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成。

在性能上：

形成固溶体和金属件化合物都能强化合金，但固溶体的强度，硬度比金属间化合物低，塑性，韧性比金属间化合物好，也就是固溶体有更好的综合机械性能。

9、实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？

答：

如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。

因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格畸变，从而使晶体强度增加。

同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。

10、简述铸造过程中缩孔形成的原因。

答：

金属液在铸模中冷却和凝固时，由于液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则会在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成尺寸较大而集中分布的孔洞。

11、简述消除冲压制品表面出现吕德斯带的措施。

答：

利用应变时效理论解决这一问题。

将薄板在冲压之前进行一道微量冷轧工序（1～2％的压下量），或向钢中加入少量的Ti或Al，C，N等间隙原子形成化合物，以消除屈服点，随后再进行冷压成形，便可保证工件表面平滑光洁。

12、说明本体聚合与悬浮聚合的异同？

答：

相同点：

聚合都在单体相中进行

不同点：

悬浮聚合的单体分散为无数个小液滴，易散热

13、陶瓷表面施釉的作用有那些？

烧铀后釉面出现裂纹或陶瓷表面发生翘曲时，应如何解决？

答：

作用：

在陶瓷上形成玻璃状物质使其表面具有光亮、美观、致密绝缘、不吸水、不透水及化学稳定性好等优良性能

改变铀料成分，降低其热膨胀系数

14、奥氏体形成的四个步骤是什么？

（4分）

答：

（1）奥氏体晶核的形成；（1分）

（2）奥氏体晶核的长大；（1分）

（3）残余渗碳体的溶解；（1分）

（4）奥氏体成分的均匀化。

（1分）

15、高分子材料的主要性能特点是什么？

（6分）

答：

高分子材料性能特点：

具有高弹性和粘弹性；（1分）

强度低，比强度高；（1分）

耐磨、减磨性能好；（1分）

绝缘、绝热、绝声；（1分）

耐热性不高，耐蚀性能好；（1分）

存在老化问题。

（1分）

16、提高金属耐蚀性的途径是什么？

不锈钢中最主要的合金元素是哪一个元素？

（4分）

答：

（1）提高金属的电极电位；（1分）

（2）使金属易于钝化，形成致密、完整、稳定的与钢基体结合牢固的钝化膜；（1分）

（3）形成单相组织。

（1分）

不锈钢中最主要的合金元素是Cr。

（1分）

17、说明下列符号各是什么指标？

各代表什么意思？

（5分）

（1）E

（2）σs（3）ψ（4）αk（5）HRC

答：

（1）E：

弹性模量；刚度指标（1分）

（2）σs：

屈服点（强度）；强度指标（1分）

（3）ψ：

断面收缩率；