材料力学性能

1、一、 填空题1. 应力应变曲线分为：弹性变形、不均匀屈服塑性变形、均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形、断裂 五部分；也可分为 弹性阶段、屈服变形阶段、塑性变形阶段、断裂阶段。2. 氢脆类型：氢蚀、白点、氢化物致脆、氢致延滞断裂。3. 断裂类型：韧性断裂与脆性断裂、穿晶断裂与沿晶断裂、纯剪切断裂与微孔聚集型断裂、解理断裂。4. 断口三要素：纤维区、放射区、剪切唇。5. 典型疲劳断口具有三个形貌不同的区域：疲劳源、疲劳区、瞬断区。6. 疲劳过程是由：断裂萌生、亚稳扩展、及最后的失稳扩展组成的。7. 疲劳条带 是疲劳断口最典型的微观特征。8. 磨损过程：跑合阶段（磨合阶段）、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段

2、。9. 磨损模型：粘着磨损、磨粒磨损、冲蚀磨损、腐蚀磨损 和微力磨损。10. 影响屈服强度的外在因素：温度、应变速率、应力状态。11. 低周期疲劳寿命取决于 应变幅；高低周期疲劳寿命取决于 应力幅。二、 判断题1. 氧化磨损不一定有害。（对）2. 脆性断裂不发生塑性变形。（错）3. 缺口机制可以作为一种强化手段。（错）三、 名词解释1. 包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限（P）或屈服强度（S）增加；反向加载时弹性极限（P）或屈服强度（S）降低的现象。2. 静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材

3、料强度与塑性的最佳配合。3. 低温脆性：在试验温度低于某一温度tk时，会由韧性状态转变未脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状，这就是低温脆性。4. 热疲劳： 机件在由温度循环变化时产生的循环热应力及热应力变形作用下发生的疲劳就叫热疲劳。由于温度周期变化引起零件或构件的自由膨胀和收缩，而又因这种膨胀和收缩受到约束，产生了交变热应力，由这种交变热应力引起的破坏就叫热疲劳。5. 金属的疲劳：金属在变动应力和应变长期作用下，由于积累损伤而引起的断裂现象 （即使所受的应力低于屈服强度，也会发生断裂）。6. 应力腐蚀：金属在拉应力和化学介质的共同作

4、用下引起的脆性断裂叫应力腐蚀。7. 磨损：机件表面相互接触并产生相对运动，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使表面材料逐渐损失、造成表面损伤的现象叫磨损。8. 蠕变：在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。9. 弹性模量：描述材料在弹性范围内应力和应变之比，用符号E表示，工程上E被称为材料的刚度，其值越大，则在相同应力下产生的弹性变形就越小。10. 硬度：表征金属材料软硬程度的一种性能。四、 符号解释1. ：表示温度为600的条件下，稳态蠕变速率为的蠕变极限为60MPa。 ：表示材料在500温度下，100000h后总伸长率为1%的蠕变极限为100MPa。：表示才合金在700 1

5、000h的持久强度极限为30MPa。2. 冲击载荷中的力学性能指标：冲击韧度 指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的大小，也即冲击吸收功Ak。韧脆转变温度：材料在低于某一温度tk时，会由韧性状态转变未脆性状态，tk称为韧脆转变温度。3. KI：称为I型裂纹的应力场强度因子，它是衡量裂纹顶端应力场强烈程度的函数，决定于应力水平、裂纹尺寸和形状。4. KIscc：不发生应力腐蚀断裂的最大应力场强度因子称为应力腐蚀临界应力场强度因子KIscc。KIscc表示含有宏观裂纹的材料，在应力腐蚀条件下的断裂韧度。5. ：呈现屈服现象的金属材料拉伸时，试样在外力不增加仍能继续伸长时的应力称为屈服点，记

6、为。6. ：一般称为屈服强度，表示规定残余伸长率为0.2%时的应力。7. ：是疲劳裂纹不扩展的 K（应力强度因子范围）临界值，称为疲劳裂纹扩展门槛值。表示材料阻止疲劳裂纹开始扩展的性能。五、 简答题1. 试述低周疲劳的规律及曼森-柯芬关系低周疲劳的应变-寿命曲线如图，曼森-柯芬等分析了低周疲劳的实验结果，提出了低周疲劳寿命的公式：请结合该公式，分析图5-34的变化规律，指出低周疲劳和高周疲劳的什么起主导作用，选材时应分别以什么性能为主？答：低周疲劳寿命的公式由弹性应变和塑性应变两部分对应的寿命公式组成，其对应的公式分别为：将以上两公式两边分别取对数，在对数坐标上，上两公式就变成了两条直线，分别

7、代表弹性应变幅-寿命线和塑性应变幅-寿命线。两条直线斜率不同，其交点对应的寿命称为过渡寿命。在交点左侧，即低周疲劳范围内，塑性应变幅起主导作用，材料的疲劳寿命由塑性控制；在高周疲劳区，弹性应变幅起主导作用，材料的疲劳寿命由强度控制。选材时，高周疲劳主要考虑强度，低周疲劳考虑塑性。2.决定金属屈服强度的因素有？答：（一）  影响屈服强度的内因素金属本性和晶格类型（结合键、晶体结构）、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相（弥散强化，沉淀强化）（二） 影响屈服强度的外因素温度、应变速率、应力状态3.何谓氢致延滞断裂？为什么高强度钢的氢致延滞断裂是在一定的应变速率下和一定的温度范围内出现？答：

8、高强度钢中固溶一定量的氢，在低于屈服强度的应力持续作用下，经过一段孕育期后，金属内部形成裂纹，发生断裂。-氢致延滞断裂。因为氢致延滞断裂的机理主要是氢固溶于金属晶格中，产生晶格膨胀畸变，与刃位错交互作用，氢易迁移到位错拉应力处，形成氢气团。当应变速率较低而温度较高时，氢气团能跟得上位错运动，但滞后位错一定距离。因此，气团对位错起“钉扎”作用，产生局部硬化。当位错运动受阻，产生位错塞积，氢气团易于在塞积处聚集，产生应力集中，导致微裂纹。若应变速率过高以及温度低的情况下，氢气团不能跟上位错运动，便不能产生“钉扎”作用，也不可能在位错塞积处聚集，产生应力集中，导致微裂纹。所以，氢致延滞断裂是在一定的

9、应变速率下和一定的温度范围内出现的。六、 计算题1. 有一大型板件，材料的0.2=1200MPa，KIc=115MPa*m1/2，探伤发现有20mm长的横向穿透裂纹，若在平均轴向拉应力900MPa下工作，试计算KI及塑性区宽度R0，并判断该件是否安全？解：由题意知穿透裂纹受到的应力为=900MPa根据/0.2的值，确定裂纹断裂韧度KIC是否休要修正 因为/0.2=900/1200=0.75>0.7，所以裂纹断裂韧度KIC需要修正对于无限板的中心穿透裂纹，修正后的KI为： =（MPa*m1/2） 塑性区宽度为： =0.004417937(m)= 2.21(mm)比较K1与KIc：因为K1=168.13（MPa*m1/2）KIc=115（MPa*m1/2）所以：K1>KIc ，裂纹会失稳扩展 , 所以该件不安全。2. 有一轴件平行轴向工作应力150MPa，使用中发现横向疲劳脆性正断，断口分析表明有25mm深度的表面半椭圆疲劳区，根据裂纹a/c可以确定=1，测试材料的0.2=720MPa ，试