工程材料力学性能

1、.：.；第二版课后答案第一章资料单向静拉伸载荷下的力学性能一、 解释以下名词滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力景象。静力韧度：资料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所耗费的功。弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为规范，资料可以完全弹性恢复的最高应力。比例极限：应力应变曲线上符合线性关系的最高应力。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)添加；反向加载时弹性极限(P)或屈服强度(S)降低的景象。解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。晶体学平面解理面，普通是低指数，外表能低的晶面。解理面：在解理断裂中具有低指数，外表能低的晶

2、体学平面。韧脆转变：资料力学性能从韧性形状转变到脆性形状的景象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。静力韧度：资料在静拉伸时单位体积资料从变形到断裂所耗费的功叫做静力韧度。是一个强度与塑性的综合目的，是表示静载下资料强度与塑性的最正确配合。 二、金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对构造不敏感的力学性能目的?答案：金属的弹性模量主要取决于金属键的本性和原子间的结合力，而资料的成分和组织对它的影响不大，所以说它是一个对组织不敏感的性能目的，这是弹性模量在性能上的主要特点。改动资料的成分和组织会对资料的强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响

3、，但对资料的刚度影响不大。三、什么是包辛格效应，如何解释，它有什么实践意义?答案：包辛格效应就是指原先经过变形，然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降低的景象。特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零，这阐明在反向加载时塑性变形立刻开场了。 包辛格效应可以用位错实际解释。第一，在原先加载变形时，位错源在滑移面上产生的位错遇到妨碍，塞积后便产生了背应力，这背应力反作用于位错源，当背应力(取决于塞积时产生的应力集中)足够大时，可使位错源停顿开动。背应力是一种长程(晶粒或位错胞尺寸范围)内应力，是金属基体平均内应力的度量。由于预变形时位错运动的方向和背应力的方向相反，而当反向加载时位错运动的方向与原来的

4、方向相反了，和背应力方向一致，背应力协助 位错运动，塑性变描画易了，于是，经过预变形再反向加载，其屈服强度就降低了。这普通被以为是产生包辛格效应的主要缘由。其次，在反向加载时，在滑移面上产生的位错与预变形的位错异号，要引起异号位错消毁，这也会引起资料的软化，屈服强度的降低。 实践意义：在工程运用上，首先是资料加工成型工艺需求思索包辛格效应。其次，包辛格效应大的资料，内应力较大。另外包辛格效应和资料的疲劳强度也有亲密关系，在高周疲劳中，包辛格效应小的疲劳寿命高，而包辛格效应大的，由于疲劳软化也较严重，对高周疲劳寿命不利。可以从河流花样的反“河流方向去寻觅裂纹源。解理断裂是典型的脆性断裂的代表，微

5、孔聚集断裂是典型的塑性断裂。5.影响屈服强度的要素与以下三个方面相联络的要素都会影响到屈服强度位错增值和运动晶粒、晶界、第二相等外界影响位错运动的要素主要从内因和外因两个方面思索一 影响屈服强度的内要素1金属本性和晶格类型结合键、晶体构造单晶的屈服强度从实际上说是使位错开场运动的临界切应力，其值与位错运动所遭到的阻力晶格阻力派拉力、位错运动交互作用产生的阻力决议。派拉力：位错交互作用力a是与晶体本性、位错构造分布相关的比例系数，L是位错间距。2晶粒大小和亚构造晶粒小晶界多妨碍位错运动位错塞积提供应力位错开动 产生宏观塑性变形 。晶粒减小将添加位错运动妨碍的数目，减小晶粒内位错塞积群的长度，使屈

6、服强度降低细晶强化。屈服强度与晶粒大小的关系： 霍尔派奇Hall-Petch) s= i+kyd-1/23溶质元素参与溶质原子间隙或置换型固溶体溶质原子与溶剂原子半径不一样产生晶格畸变产生畸变应力场与位错应力场交互运动 使位错受阻提高屈服强度 固溶强化 。4第二相弥散强化，沉淀强化 不可变形第二相提高位错线张力绕过第二相留下位错环 两质点间距变小 流变应力增大。不可变形第二相位错切过产生界面能，使之与机体一同产生变形，提高了屈服强度。弥散强化：第二相质点弥散分布在基体中起到的强化作用。沉淀强化：第二相质点经过固溶后沉淀析出起到的强化作用。二 影响屈服强度的外要素1.温度普通的规律是温度升高，屈

7、服强度降低。缘由：派拉力属于短程力，对温度非常敏感。2.应变速率应变速率大，强度添加。,t= C1()m3应力形状切应力分量越大，越有利于塑性变形，屈服强度越低。缺口效应：试样中“缺口的存在，使得试样的应力形状发生变化，从而影响资料的力学性能的景象。9.试列举细晶强化能强化金属又不降低塑性的方法。10.韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂更加危险？韧性断裂：是断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂特征：断裂面普通平行于最大切应力与主应力成45度角。断口成纤维状塑变中微裂纹扩展和衔接，灰暗色反光才干弱。断口三要素：纤维区、放射区、剪切唇这三个区域的比例关系与资料韧断性能有关。塑性好，放射线粗大塑性

8、差，放射线变细乃至消逝。脆性断裂：断裂前根本不发生塑性变形的，突发的断裂。特征：断裂面与正应力垂直，断口平齐而光滑，呈放射状或结晶状。留意：脆性断裂也产生微量塑性变形。断面收缩率小于5为脆性断裂，大于5为韧性断裂。23.断裂发生的必要和充分条件之间的联络和区别。格雷菲斯裂纹实际是根据热力学原理，用能量平衡弹性能的降低与外表能的添加相平衡的方法推到出了裂纹失稳扩展的临界条件。该条件是是断裂发生的必要条件，但并不意味着一定会断裂。该断裂判据为：裂纹扩展的充分条件是其尖端应力要大于等于理结论裂强度。是经过力学方法推到的断裂判据该应力断裂判据为：对比这两个判据可知：当3a0时，必要条件和充分条件相当

9、3a0时，满足充分条件就可行同时也满足必要条件25.试根据方程讨论下述要素对金属资料韧脆转变的影响？资料成分：rs有效外表能，主要是塑性变形功，与有效滑移系数目和可动位错有关具有fcc构造的金属有效滑移系和可动位错的数目都比较多，易于塑性变形，不易脆断。凡参与合金元素引起滑移系减少、孪生、位错钉扎的都添加脆性；假设合金中构成粗大第二相也使脆性添加。杂质：聚集在晶界上的杂质会降低资料的塑性，发生脆断。温度：i-位错运动摩擦阻力。其值高，资料易于脆断。bcc金属具有低温脆断景象，由于i随着温度的减低而急剧添加，同时在低温下，塑性变形一孪生为主，也易于产生裂纹。故低温脆性大。晶粒大小：d值小位错塞积

10、的数目少，而且晶界多。故裂纹不易产生，也不易扩展。所以细晶组织有抗脆断性能。应力形状：减小切应力与正应力比值的应力形状都将添加金属的脆性加载速度加载速度大，金属会发生韧脆转变。解释以下名词。 1 弹性比功：金属资料吸收弹性变形功的才干，普通用金属开场塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形 功表示。 2滞弹性：金属资料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延伸产生附加弹性应变的景象称为滞弹性， 滞弹性也就是应变落后于应力的景象。 3循环韧性：金属资料在交变载荷下吸收不可逆变形功的才干称为循环韧性。4包申格效应：金属资料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定剩余伸长应力添加； 反向加载，

11、规定剩余伸长应力降低的景象。 5解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。6塑性：金属资料断裂前发生不可逆永久塑性变形的才干。韧性：指金属资料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的才干。 7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便构成一个高度为 b 的台阶。 8.河流花样： 河流花样 解理台阶沿裂纹前端滑动而相互集合,同号台阶相互集合长大,当集合台阶高度足够大时,便成 为河流花样。是解理台阶的一种标志。 9.解理面：是金属资料在一定条件下，当外加正应力到达一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生 解理面 的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。 10.穿晶断裂：穿

12、晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。 11.韧脆转变：具有一定韧性的金属资料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧 韧脆转变 性断裂变为脆性断裂，这种景象称为韧脆转变1何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的要素有哪些？ 答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述 断口三区域的形状、大小和相对位置，因试样外形、尺寸和金属资料的性能以及实验温度、加载速率 和受力形状不同而变化。第二章金属在其他静载荷下的力学性能1、解释以下名词： 1应力形状软性系数资料最大切应力与最大

13、正应力的比值，记为。 2缺口效应缺口资料在静载荷作用下，缺口截面上的应力形状发生的变化。 3缺口敏感度金属资料的缺口敏感性目的，用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度的比值表示。 4布氏硬度用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所接受的实验力计算而得的硬度。 5洛氏硬度采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以丈量压痕深度所表示的硬度。 6维氏硬度以两相对面夹角为。的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所接受的实验力计算而得的硬度。 7努氏硬度采用两个对面角不等的四棱锥金刚石压头，由实验力除以压痕投影面积得到的硬度。 8肖氏硬度采动载荷实验法，根据重锤回跳高度表证的金属硬度。 9里氏硬度

14、采动载荷实验法，根据重锤回跳速度表证的金属硬度。2、阐明以下力学性能目的的意义 1资料的抗压强度 2资料的抗弯强度 3资料的改动屈服点 4资料的抗扭强度 5资料的抗拉强度 6NSR资料的缺口敏感度 7HBS压头为淬火钢球的资料的布氏硬度 8HBW压头为硬质合金球的资料的布氏硬度 9HRA资料的洛氏硬度 HRB资料的洛氏硬度 HRC资料的洛氏硬度 HV资料的维氏硬度 HK资料的努氏硬度 HS资料的肖氏硬度 HL资料的里氏硬度三、缺口冲击韧性实验能评定那些资料的低温脆性?那些资料不能用此方法检验和评定？ 答案：缺口冲击韧性实验能评定的资料是低、中强度的体心立方金属以及Bb，Zn，这些资料的冲击韧性

15、对温度是很敏感的。对高强度钢、铝合金和钛合金以及面心立方金属、陶瓷资料等不能用此方法检验和评定。四、在评定资料的缺口敏感应时，什么情况下宜选用缺口静拉伸实验?什么情况下宜选用缺口偏斜拉伸?什么情况下那么选用缺口静弯实验? 答案：缺口静拉伸实验主要用于比较淬火低中温回火的各种高强度钢，各种高强度钢在屈服强度小于1200MPa时，其缺口强度均随着资料屈服强度的提高而升高；但在屈服强度超越1200MPa以上时，那么表现出不同的特性，有的开场降低，有的还呈上升趋势。 缺口偏斜拉伸实验就是在更苛刻的应力形状和实验条件下，来检验与对比不同资料或不同工艺所表现出的性能差别。 缺口试样的静弯实验那么用来评定或

16、比较构造钢的缺口敏感度和裂纹敏感度。7.阐明布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度的实验原理和优缺陷。1、氏硬度实验的根本原理 在直径D的钢珠淬火钢或硬质合金球上，加一定负荷F，压入被试金属的外表，坚持规定时间卸除压力，根据金属外表压痕的陷凹面积计算出应力值，以此值作为硬度值大小的计量目的。优点： 代表性全面，由于其压痕面积较大，能反映金属外表较大体积范围内各组成相综合平均的性能数据，故特别适宜于测定灰铸铁、轴承合金等具有粗大晶粒或粗大组成相 的金属资料。 实验数据稳定。实验数据从小到大都可以一致同来。缺陷： 钢球本身变形问题。对HB450以上的太硬资料，因钢球变形已很显著，影响所测数据的正确性，因此不

17、能运用。 由于压痕较大，不宜于某些外表不允许有较大压痕的废品检验，也不宜于薄件实验。 不同资料需改换压头直径和改动实验力，压痕直径的丈量也较费事。2、洛氏硬度的丈量原理洛氏硬度是以压痕陷凹深度作为计量硬度值的目的。洛氏硬度实验的优缺陷洛氏硬度实验防止了布氏硬度实验所存在的缺陷。它的优点是： 1)因有硬质、软质两种压头，故适于各种不同硬质资料的检验，不存在压头变形问题； 2)压痕小，不伤工件，适用于废品检验 ； 3)操作迅速，立刻得出数据，测试效率高。 缺陷是：代表性差，用不同硬度级测得的硬度值无法一致同来，无法进展比较。3、维氏硬度的测定原理维氏硬度的测定原理和布氏硬度一样,也是根据单位压痕陷

18、凹面积上接受的负荷，即应力值作为硬度值的计量目的。维氏硬度的优缺陷1、不存在布氏那种负荷F和压头直径D的规定条件的约束，以及压头变形问题；2、也不存在洛氏那种硬度值无法一致的问题；3、它和洛氏一样可以实验任何软硬的资料，并且比洛氏能更好地测试极薄件(或薄层)的硬度，压痕丈量的准确度高，硬度值较为准确。4、负荷大小可恣意选择。维氏显微硬度独一缺陷是硬度值需经过丈量对角线后才干计算(或查表)出来，因此消费效率没有洛氏硬度高。8.今有如下零件和资料需求测定硬度，试阐明选择何种硬度实验方法为宜。1渗碳层的硬度分布；2淬火钢；3灰铸铁；4鉴别钢中的隐晶马氏体和剩余奥氏体；5仪表小黄铜齿轮；6龙门刨床导轨

19、；7渗氮层；8高速钢刀具；9退火态低碳钢；10硬质合金。1渗碳层的硬度分布- HK或-显微HV2淬火钢-HRC3灰铸铁-HB4鉴别钢中的隐晶马氏体和剩余奥氏体-显微HV或者HK5仪表小黄铜齿轮-HV6龙门刨床导轨-HS肖氏硬度或HL(里氏硬度)7渗氮层-HV8高速钢刀具-HRC9退火态低碳钢-HB10硬质合金- HRA解释以下名词： 1应力形状软性系数 资料或工件所接受的最大切应力 max 和最大正应力 max 比值，即：1= max 1 3 = max 2 1 0.5( 2 + 3 )2缺口效应 绝大多数机件的横截面都不是均匀而无变化的光滑体，往往存在截面的急剧变化，如 键槽、油孔、轴肩、螺

20、纹、退刀槽及焊缝等，这种截面变化的部分可视为“缺口，由于缺口的存在，在 载荷作用下缺口截面上的应力形状将发生变化，产生所谓的缺口效应。 3缺口敏感度缺口试样的抗拉强度 bn 与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度 b 的比值，称为缺口敏 感度，即： 4布氏硬度用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所接受的实验力计算而得的硬度。5洛氏硬度采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以丈量压痕深度所表示的硬度。 6维氏硬度以两相对面夹角为 。的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所接受的实验力计算 而得的硬度。 7努氏硬度采用两个对面角不等的四棱锥金刚石压头，由实验力除以压痕投影面积得到的硬度。 8肖氏硬度采动载荷

21、实验法，根据重锤回跳高度表征的金属硬度。 9里氏硬度采动载荷实验法，根据重锤回跳速度表征的金属硬度。 二、阐明以下力学性能目的的意义 1资料的抗压强度2资料的抗弯强度3资料的改动屈服点4资料的抗扭强度5资料的抗拉强度6NSR资料的缺口敏感度7HBW压头为硬质合金球的资料的布氏硬度8HRA资料的洛氏硬度9HRB资料的洛氏硬度10HRC资料的洛氏硬度11HV资料的维氏硬度三、试阐明布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度的实验原理，并比较布氏、洛氏与维氏硬度实验方法的优缺陷。原理 布氏硬度：用钢球或硬质合金球作为压头，计算单位面积所接受的实验力。 洛氏硬度：采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以丈量压痕深度。

22、 维氏硬度：以两相对面夹角为 。的金刚石四棱锥作压头，计算单位面积所接受的实验力。 布氏硬度优点：实验时普通采用直径较大的压头球，因此所得的压痕面积比较大。压痕大的一个优点是其硬度值能反映金属在较大范围内各组成相得平均性能；另一个优点是实验数据稳定，反复性强。缺陷：对 不同资料需改换不同直径的压头球和改动实验力，压痕直径的丈量也较费事，因此用于自动检测时遭到限 制。 洛氏硬度优点：操作简便，迅捷，硬度值可直接读出；压痕较小，可在工件上进展实验；采用不同标尺可 丈量各种软硬不同的金属和厚薄不一的试样的硬度，因此广泛用于热处置质量检测。缺陷：压痕较小，代 表性差；假设资料中有偏析及组织不均匀等缺陷

23、，那么所测硬度值反复性差，分散度大；此外用不同标尺测得 的硬度值彼此没有联络，不能直接比较。 维氏硬度优点：不存在布氏硬度实验时要求实验力 F 与压头直径 D 之间所规定条件的约束，也不存在 洛氏硬度实验时不同标尺的硬度值无法一致的弊端；维氏硬度实验时不仅实验力可以恣意取，而且压 痕丈量的精度较高，硬度值较为准确。缺陷是硬度值需求经过丈量压痕对角线长度后才干进展计算或 查表，因此，任务效率比洛氏硬度法低的多。第三章资料在冲击载荷下的力学性能一、解释以下名词 1冲击韧度资料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的才干。 2冲击吸收功冲击弯曲实验中试样变形和断裂所耗费的功 3低温脆性体心立方晶体金

24、属及其合金或某些密派六方晶体金属及其合金在实验温度低于某一温度时，资料由韧性形状转变为脆性形状的景象。 4韧脆转变温度资料呈现低温脆性的临界转变温度。 5韧性温度贮藏资料运用温度和韧脆转变温度的差值，保证资料的低温服役行为。二、阐明以下力学性能目的的意义 1AK资料的冲击吸收功 AKV (CVN) 和AKUV型缺口和U型缺口试样测得的冲击吸收功 2FATT50结晶区占整个端口面积50%是的温度定义的韧脆转变温度 3NDT以低阶能开场上升的温度定义的韧脆转变温度 4FTE以低阶能和高阶能平均值对应的温度定义的韧脆转变温度 5FTP高阶能对应的温度四、如何提高陶瓷资料的热冲击抗力? 答案：在工程运

25、用中，陶瓷构件的失效分析是非常重要的，假设资料的失效，主要是热震断裂，例如对高强、微密的精细陶宠，那么裂纹的萌生起主导作用，为了防止热震失效提高热震断裂抗力，该当努力于提高资料的强度，并降低它的弹性模量和膨胀系数。假设导致热震失效的主要要素是热震损坏，这时裂纹的扩展起主要作用，这时该当设法提高它的断裂韧性，降低它的强度。什么是低温脆性、韧脆转变温度tk？产生低温脆性的缘由是什么？体心立方和面心立方金属的低温脆性有和差别？为什么？答：在实验温度低于某一温度tk时，会由韧性形状转变未脆性形状，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。 t

26、k称为韧脆转变温度。低温脆性的缘由：低温脆性是资料屈服强度随温度降低而急剧添加，而解理断裂强度随温度变化很小的结果。如下图：当温度高于韧脆转变温度时，断裂强度大于屈服强度，资料先屈服再断裂表现为塑韧性；当温度低于韧脆转变温度时，断裂强度小于屈服强度，资料无屈服直接断裂表现为脆性。心立方和面心立方金属低温脆性的差别：体心立方金属的低温脆性比面心立方金属的低温脆性显著。缘由：这是由于派拉力对其屈服强度的影响占有很大比重，而派拉力是短程力，对温度很敏感，温度降低时，派拉力大幅添加，那么其强度急剧添加而变脆。6.拉伸 冲击弯曲 缺口试样拉伸第三章 金属在冲击载荷下的力学性能冲击韧性:资料在冲击载荷作用

27、下吸收塑性变形功和断裂功的才干。 【P57】 冲击韧性 冲击韧度: :U 形缺口冲击吸收功 冲击韧度: ku=Aku/SAKU 除以冲击试样缺口底部截面积所得之商，称为冲击韧度，J/cm2, 反响了资料抵抗冲击载荷的才干,用 a KU 表示。P57 注释/P67冲击吸收功: 冲击吸收功 缺口试样冲击弯曲实验中，摆锤冲断试样失去的位能为 mgH1-mgH2。此即为试样变形和 断裂所耗费的功，称为冲击吸收功，以AK 表示，单位为 J。P57/P67低温脆性： 体心立方晶体金属及合金或某些密排六方晶体金属及其合金，特别是工程上常用的中、 低温脆性 低强度构造钢铁素体-珠光体钢 ，在实验温度低于某一温

28、度 t k 时，会由韧性形状变为脆性形状，冲击吸 收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理型，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。 韧性温度贮藏: 韧性温度贮藏:资料运用温度和韧脆转变温度的差值，保证资料的低温服役行为。 二、1AK：冲击吸收功。含义见上面。冲击吸收功不能真正代表资料的韧脆程度，但由于它们对资料内部组织变化非常敏感，而且冲击弯曲实验方法简便易行，被广泛采用。AKV (CVN)：V 型缺口试样冲击吸收功. AKU：U 型缺口冲击吸收功.2FATT50：冲击试样断口分为纤维区、放射区结晶区与剪切唇三部分，在不同实验温度下，三个 区之间的相对面积不同。温度下降，纤维区面

29、积忽然减少，结晶区面积忽然增大，资料由韧变脆。通常取 结晶区面积占整个断口面积 50%时的温度为 t k ，并记为 50%FATT，或 FATT50%，t50。 新书 P61，旧书 P71 或:结晶区占整个断口面积 50%是的温度定义的韧脆转变温度.3NDT: 以低阶能开场上升的温度定义的韧脆转变温度,称为无塑性或零塑性转变温度。 4FTE: 以低阶能和高阶能平均值对应的温度定义 tk，记为 FTE 5FTP: 以高阶能对应的温度为 tk，记为 FTP 四、试阐明低温脆性的物理本质及其影响要素 低温脆性的物理本质：宏观上对于那些有低温脆性景象的资料，它们的屈服强度会随温度的降低急剧 添加，而断

30、裂强度随温度的降低而变化不大。当温度降低到某一温度时，屈服强度增大到高于断裂强度时， 在这个温度以下资料的屈服强度比断裂强度大，因此资料在受力时还未发生屈服便断裂了，资料显示脆性。 从微观机制来看低温脆性与位错在晶体点阵中运动的阻力有关，当温度降低时，位错运动阻力增大， 原子热激活才干下降，因此资料屈服强度添加。 影响资料低温脆性的要素有： 1晶体构造：对称性低的体心立方以及密排六方金属、合金转变温度高，资料脆性断裂趋势明显，塑性差。 2化学成分：可以使资料硬度，强度提高的杂质或者合金元素都会引起资料塑性和韧性变差，资料脆性提 高。 3显微组织：晶粒大小，细化晶粒可以同时提高资料的强度和塑韧性

31、。由于 晶界是裂纹扩展的阻力，晶粒细小，晶界总面积添加，晶界处塞积的位错数减 力集中；同时晶界上杂质浓度减少，防止产生沿晶脆性断裂。 少，有利于降低应 金相组织：较低强度程度时强度相等而组织不同的钢，冲击吸收功和韧脆转变温度以马氏体高温回火最正确，贝氏体回火组织次之，片状珠光体 组织最差。钢中夹杂物、碳化物等第二相质点对钢的脆性有重要影响，当其尺寸增大时均使资料韧性下降， 韧脆转变温度升高。第四章金属的断裂韧度一、解释以下名词 1低应力脆断：在屈服应力以下发生的断裂。 2张开型裂纹：拉应力垂直作用于裂纹扩展面，裂纹沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展。 3应力强度因子：表示应力场的强弱程度。 4小范

32、围屈服：塑性尺寸较裂纹尺寸及净截面尺寸为小，小一个数量级以上的屈服。 5有效屈服应力：发生屈服时的应力 6有效裂纹长度：将原有的裂纹长度与松弛后的塑性区相合并得到的裂纹长度 7裂纹扩展能量释放率：裂纹扩展单位面积时系统释放势能的数值。 8J积分：裂纹尖端区的应变能，即应力应变集中程度 9COD：裂纹尖端沿应力方向张开所得到的位移。二、疲劳断口有什么特点? 答案：有疲劳源。在构成疲劳裂纹之后，裂纹慢速扩展，构成贝壳状或海滩状条纹。这种条纹开场时比较密集，以后间距逐渐增大。由于载荷的延续或载荷大小的改动，裂纹经过多次张开闭合并由于裂纹外表的相互摩擦，构成一条条光亮的弧线，叫做疲劳裂纹前沿线，这个区

33、域通常称为疲劳裂纹扩展区，而最后断裂区那么和静载下带锋利缺口试样的断口类似。对于塑性资料，断口为纤维状，对于脆性资料，那么为结晶状断口。总之，一个典型的疲劳断口总是由疲劳源，疲劳裂纹扩展区和最终断裂区三部份构成。三、什么是疲劳裂纹门槛值，哪些要素影响其值的大小? 答案：把裂纹扩展的每一微小过程看成是裂纹体小区域的断裂过程，那么想象应力强度因子幅度K=Kmax-Kmin是疲劳裂纹扩展的控制因子，当K小于某临界值Kth时，疲劳裂纹不扩展，所以Kth叫疲劳裂纹扩展的门槛值。 应力比、显微组织、环境及试样的尺寸等要素对Kth的影响很大。 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剧烈程度

34、的函数，决议于应力程度、裂纹尺寸和外形。塑性区尺寸较裂纹尺寸a及静截面尺寸为小时小一个数量级以上，即在所谓的小范围屈服裂纹的应力场强度因子与其断裂韧度相比较，假设裂纹要失稳扩展脆断，那么应有：这就是断裂K判据。应力强度因子K1是描写裂纹尖端应力场强弱程度的复合力学参量，可将它看作推进裂纹扩展的动力。对于受载的裂纹体，当K1增大到某一临界值时，裂纹尖端足够大的范围内应力到达了资料的断裂强度，裂纹便失稳扩展而导致断裂。这一临界值便称为断裂韧度Kc或K1c。意义：KC平面应力断裂韧度薄板受力形状KIC平面应变断裂韧度厚板受力形状三、J积分的主要优点是什么?为什么用这种方法测定低中强度资料的断裂韧性要

35、比普通的KIC测定方法其试样尺寸要小很多？ 答案：J积分有一个突出的优点就是可以用来测定低中强度资料的KIC。 对平面应变的断裂韧性KIC，测定时要求裂纹一开场起裂，立刻到达全而失稳扩展，并要求沿裂纹全长，除试样两侗外表极小地带外，全部到达平面应变形状。而JIC的测定，不一定要求试样完全满足平面应变条件，实验时，只在裂纹前沿中间地段首先起裂，然后有较长的亚临界稳定扩展的过程，这样只需很小的实验厚度，即只在中心起裂的部分满足平面应变要求，而韧带尺寸范围可以大而积的屈服，甚至全面屈服。因此作为试样的起裂点依然是平面应变的断裂韧度，这时JIC的是资料的性质。当试样裂纹继续扩展时，进入平面应力的稳定扩

36、展阶段，此时的J不再单独是资料的性质，还与试样尺寸有关。16.有一大型板件，资料的0.2=1200MPa，KIc=115MPa*m1/2，探伤发现有20mm长的横向穿透裂纹，假设在平均轴向拉应力900MPa下任务，试计算KI及塑性区宽度R0，并判别该件能否平安？解：由题意知穿透裂纹遭到的应力为=900MPa根据/0.2的值，确定裂纹断裂韧度KIC能否休要修正 由于/0.2=900/1200=0.750.7，所以裂纹断裂韧度KIC需求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：由于K1=16

37、8.13MPa*m1/2KIc=115MPa*m1/2所以：K1KIc ，裂纹会失稳扩展 , 所以该件不平安。17.有一轴件平行轴向任务应力150MPa，运用中发现横向疲劳脆性正断，断口分析阐明有25mm深度的外表半椭圆疲劳区，根据裂纹a/c可以确定=1，测试资料的0.2=720MPa ，试估算资料的断裂韧度KIC为多少？解： 由于/0.2=150/720=0.2081.4，表现为循环硬化；b / s1.2，表现为循环软化；1.2b / s1.4，资料比较稳定，无明显循环硬化和软化景象。也可用应变硬化指数n来判别循环应变对资料的影响，n1硬化。退火形状的塑性资料往往表现为循环硬化，加工硬化的资

38、料表现为循环软化。循环硬化和软化与位错的运动有关：退火软金属中，位错产生交互作用，运动阻力增大而硬化。冷加工后的金属中，有位错缠结，在循环应力下破坏，阻力变小而软化。14.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5-34，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，分别代表弹性应变幅-寿命线

39、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，资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，资料的疲劳寿命由强度控制。选材时，高周疲劳主要思索强度，低周疲劳思索塑性。名词解释; a:a=1/2(max-min) 应力幅 a: 应力比 r:r=min/max p95/p108 平均应力 m：m=1/2(max+min) p95/p108疲劳源：是疲劳裂纹萌生的策源地，普通在机件外表常和缺口，裂纹，刀痕，蚀坑相连。疲劳贝纹线：是疲劳区的最大特征，普通以为它是由载荷变动引起的，是裂纹前沿线留下的弧状台阶痕迹。

40、 疲劳条带： 称为疲劳条带 疲 疲劳条带 疲劳裂纹扩展的第二阶段的断口特征是具有略程弯曲并相互平行的沟槽花样， 劳辉纹，疲劳条纹 驻留滑移带：用电解抛光的方法很难将已产生的外表循环滑移带去除，当对式样重新循环加载时，那么循环 驻留滑移带 滑移带又会在原处再现，这种永留或再现的循环滑移带称为驻留滑移带。 K:资料的疲劳裂纹扩展速率不仅与应力程度有关，而且与当时的裂纹尺寸有关。K 是由应力范围 K 和 a 复合为应力强度因子范围，K=Kmax-Kmin=Ymaxa-Ymina=Ya. da/dN:疲劳裂纹扩展速率，即每循环一次裂纹扩展的间隔 。 da/dN p102/p117 过载损伤： 过载损伤

41、：金属在高于疲劳极限的应力程度下运转一定周次后，其疲劳极限或疲劳寿命减小，就呵斥了过 载损伤。 P102/p117 P99,100,103/p114 2.提示以下疲劳性能目的的意义 疲劳强度 -1，-p,-1,-1N, -1: 对称应力循环作用下的弯曲疲劳极限；-p:对称拉压疲劳极限；-1:对称改动疲劳极限；-1N: 缺口试样在对称应力循环作用下的疲劳极限。 疲劳缺口敏感度金属资料在交变载荷作用下的缺口敏感性，常用疲劳缺口敏感度来评定。Qf=(Kf-1)/kt-1.其中 Kt 为 实际应力集中系数且大于一，Kf 为疲劳缺口系数。 Kf=(-1)/(-1N) 过载损伤界 P102,103/p11

42、7 P105 p105/p120疲劳寿命：试 样 在 交 变 循 环 应 力 或 应 变 作 用 下 直 至 发 生 破 坏 前 所 经 受 应 力 或 应 变 的 循 环 次 数 疲劳寿命由实验测定，测出不同过载应力程度和相应的开场降低疲劳寿命的应力循环周次，得到不同实验点，衔接 各点便得到过载损伤界。 疲劳门槛值 Kth P105/p120 在疲劳裂纹扩展速率曲线的区，当 KKth 时，da/aN=0,表示裂纹不扩展;只需当 KKth 时， da/dN0,疲劳裂纹才开场扩展。因此，Kth 是疲劳裂纹不扩展的 K 临界值，称为疲劳裂纹扩展门槛值。6试述疲劳图的意义、建立及用途。答：定义：疲劳

43、图是各种循环疲劳极限的集合图，也是疲劳曲线的另一种表达方式。意义：很多机件或构件是在不对称循环载荷下任务的，因此还需知道资料的不对称循环疲劳极限，以顺应 这类机件的设计和选材的需求。通常是用工程作图法，由疲劳图求得各种不对称循环的疲劳极限。 p 1疲劳是低应力循环延时断裂，机具有寿命的断裂1、 a m 疲劳图： 建立：这种图的纵坐标以 a 表示，横坐标以 m 表示。然后，以不同应力比 r 条件下将 max 表示的疲劳 极限 r 分解为 a 和 m ，并在该坐标系中作 ABC 曲线，即为 a m 疲劳图。其几何关系为：我们知道应力比 r，将其代入试中，即可求得 tan 和 ，而后从坐标原点 O

44、引直线，令其与 用途 用途 ： 的疲劳极限 rB ， rB1 ( max min ) 1 r tan = a = 2 = 1 m ( max + min ) 1 + r 2横坐标的夹角等于 值，该直线与曲线 ABC 相交的交点 B 便是所求的点，其纵、横坐标之和，即为相应 r= aB + mB 。2、 max ( min ) m 疲劳图 建立： 建立：这种图的纵坐标以 max 或 min 表示，横坐标以 m 表示。然后将不同应力比 r 下的疲劳极限，分 别以 max ( min )和m表示于上述坐标系中，就构成这种疲劳图。几何关系为：tan = max 2 max 2 = m max + mi

45、n 1 + r横坐标的夹角等于 ，该直线与曲线 AHC 相交的交点 H 的纵坐标即为疲劳极限第六章金属的应力腐蚀和氢脆断裂 一、名词解释 1、 应力腐蚀：金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断景象。 2、氢脆：由于氢和应力共同作用而导致的金属资料产生脆性断裂的景象。 3、白点：当钢中含有过量的氢时，随着温度降低氢在钢中的溶解度减小。假设过饱和的氢未能分散逸出，便聚集在某些缺陷处而构成氢分子。此时，氢的体积发生急剧膨胀，内压力很大足以将金属部分撕裂，而构成微裂纹。 4、氢化物致脆：对于B或B族金属，由于它们与氢有较大的亲和力，极易生成脆性氢化物，是金属脆化，这种

46、景象称氢化物致脆。 5、 氢致延滞断裂：这种由于氢的作用而产生的延滞断裂景象称为氢致延滞断裂。二、阐明以下力学性能目的的意义 1、 scc：资料不发生应力腐蚀的临界应力。 2、 K1scc：应力腐蚀临界应力场强度因子。 3、da/dt：盈利腐蚀列纹扩展速率。三、如何提高资料或零件的抗粘着磨损才干? 答案： 1、留意一对摩擦副的配对。不要用淬硬钢与软钢配对；不要用软金属与软金属配对。 2、金属间互溶程度越小，晶体构造不同，原子尺寸差别较大，构成化合物倾向较大的金属，构成摩擦副时粘着磨损就较细微。 3、经过外表化学热处置，如渗硫、硫氮共镕、磷化、软氮化等热处置工艺，使外表生成一化合物薄膜，或为硫化

47、物，磷化物，含氮的化合物，使摩擦系数减小，起到减磨作用也减小粘着磨损。 4、改善光滑条件。四、在什么条件下发生微动磨损?如何减少微动磨损? 答案：微动磨损通常发生在一对紧配合的零件，在载荷和一定的振动频率作用下，较长时间后会产生松动，这种松动只是微米级的相对滑动，而微小的相对滑动导致了接触金属间的粘着，随后是粘看点的剪切，粘着物零落。在大气环境下这些零落物被氧化成氧化物磨屑，由于两摩擦外表的严密配合，磨屑不易排出，这些磨屑起着磨料的作用，加速了微动磨损的过程。滚压、喷九和外表化学热处置都可由于表层产生压应力，能有效地减少微动磨损。6.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

48、速率下和一定的温度范围内出现？答：高强度钢中固溶一定量的氢，在低于屈服强度的应力继续作用下，经过一段孕育期后，金属内部构成裂纹，发生断裂。-氢致延滞断裂。由于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，构成氢气团。当应变速率较低而温度较高时，氢气团能跟得上位错运动，但滞后位错一定间隔 。因此，气团对位错起“钉扎作用，产生部分硬化。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。假设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，也不能够在位错塞积处聚集，产生应力集中，导致微

49、裂纹。所以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的。第六章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂一、名词解释 1、应力腐蚀：金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的 低应力脆断景象。 2、氢脆：由于氢和应力共同作用而导致的金属资料产生脆性断裂的景象。3、白点：当钢中含有过量的氢时，随着温度降低氢在钢中的溶解度减小。假设过饱和的氢未能分散逸出， 便聚集在某些缺陷处而构成氢分子。此时，氢的体积发生急剧膨胀，内压力很大足以将金属部分撕裂，而 构成微裂纹。 4、氢化物致脆：对于B 或B 族金属，由于它们与氢有较大的亲和力，极易生成脆性氢化物，是金属 脆化，这种景象称氢化物致脆

50、。 5、氢致延滞断裂：这种由于氢的作用而产生的延滞断裂景象称为氢致延滞断裂。 二、阐明以下力学性能目的的意义 1、scc：资料不发生应力腐蚀的临界应力。 2、KIscc：应力腐蚀临界应力场强度因子。 3、da/dt：盈利腐蚀列纹扩展速率6.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：高强度钢中固溶一定量的氢，在低于屈服强度的应力继续作用下，经过一段孕育期后，金属内部构成裂纹，发生断裂。-氢致延滞断裂。由于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，构成氢气团。当应变速率较低而温度较高时

51、，氢气团能跟得上位错运动，但滞后位错一定间隔 。因此，气团对位错起“钉扎作用，产生部分硬化。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。假设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，也不能够在位错塞积处聚集，产生应力集中，导致微裂纹。所以氢致延滞断裂是在一定的应变速率下和一定的温度范围内出现的。第七章磨损：机件外表相互接触并产生相对运动，外表逐渐有微小颗粒分别出来构成磨屑，使外表资料逐渐损失、呵斥外表损伤的景象。接触疲劳：两接触面做滚动或滚动加滑动摩擦时，在交变接触压应力长期作用下，资料外表因疲劳损伤，导致部分区域产生小片

52、金属剥落而使资料损失的景象。3.粘着磨损产生的条件、机理及其防止措施 - 又称为咬合磨损，在滑动摩擦条件下，摩擦副相对滑动速度较小，因缺乏光滑油，摩擦副外表无氧化膜，且单位法向载荷很大，以致接触应力超越实践接触点处屈服强度而产生的一种磨损。磨损机理：实践接触点部分应力引起塑性变形，使两接触面的原子产生粘着。粘着点从软的一方被剪断转移到硬的一方金属外表，随后零落构成磨屑旧的粘着点剪断后，新的粘着点产生，随后也被剪断、转移。如此反复，构成磨损过程。改善粘着磨损耐磨性的措施1.选择适宜的摩擦副配对资料选择原那么：配对资料的粘着倾向小互溶性小外表易构成化合物的资料金属与非金属配对2.采用外表化学热处置

53、改动资料外表形状进展渗硫、磷化、碳氮共渗等在外表构成一层化合物或非金属层，即防止摩擦副直接接触又减小摩擦要素。3.控制摩擦滑动速度和接触压力减小滑动速度和接触压力能有效降低粘着磨损。4.其他途径改善光滑条件，降低外表粗糙度，提高氧化膜与机体结合力都能降低粘着磨损。影响接触疲劳寿命的要素？内因1.非金属夹杂物脆性非金属夹杂物对疲劳强度有害适量的塑性非金属夹杂物硫化物能提高接触疲劳强度塑性硫化物随基体一同塑性变形，当硫化物把脆性夹杂物包住构成共生夹杂物时，可以降低脆性夹杂物的不良影响。消费上尽能够减少钢中非金属夹杂物。2.热处置组织形状接触疲劳强度主要取决于资料的抗剪切强度，并有一定的韧性相配合。

54、当马氏体含碳量在0.40.5w%时，接触疲劳寿命最高。马氏体和剩余奥氏体的级别剩余奥氏体越多，马氏体针越粗大，越容易产生微裂纹，疲劳强度低。未溶碳化物和带状碳化物越多，接触疲劳寿命越低。3.外表硬度和心部硬度在一定硬度范围内，接触疲劳强度随硬度的升高而添加，但并不坚持正比线性关系。外表构成一层极薄的剩余奥氏体层，因外表产生微量塑性变形和磨损，添加了接触面积，减小了应力集中，反而添加了接触疲劳寿命。渗碳件心部硬度太低，表层硬度梯度过大，易在过渡区内构成裂纹而产生深层剥落。外表硬化层深度和剩余内应力硬化深度要适中，剩余压应力有利于提高疲劳寿命。外因1.外表粗糙度减少加工缺陷，降低外表粗糙度，提高接

55、触精度，可以有效添加接触疲劳寿命。接触应力低，外表粗糙度对疲劳寿命影响较大接触应力高，外表粗糙度对疲劳寿命影响较小2.硬度匹配两个接触滚动体的硬度和装配质量等都应匹配适当。第七章 金属的磨损与耐磨性1.名词解释 磨损： 磨损：机件外表相互接触并产生相对运动，外表逐渐有微小颗粒分别出来构成磨屑，使外表资料逐渐损失、 呵斥外表损伤的景象。2 接触疲劳： 接触疲劳：两接触面做滚动或滚动加滑动摩擦时，在交变接触压应力长期作用下，资料外表因疲劳损伤， 导致部分区域产生小片金属剥落而使资料损失的景象。3.粘着磨损产生的条件、机理及其防止措施 - 又称为咬合磨损，在滑动摩擦条件下，摩擦副相对滑动速度较小，因

56、缺乏光滑油，摩擦副外表无氧化膜，且单位法向载荷很大，以致接触应力超越实践接触点处屈服强度而产生的一种磨损。磨损机理：实践接触点部分应力引起塑性变形，使两接触面的原子产生粘着。粘着点从软的一方被剪断转移到硬的一方金属外表，随后零落构成磨屑旧的粘着点剪断后，新的粘着点产生，随后也被剪断、转移。如此反复，构成磨损过程。改善粘着磨损耐磨性的措施1.选择适宜的摩擦副配对资料选择原那么：配对资料的粘着倾向小互溶性小外表易构成化合物的资料金属与非金属配对2.采用外表化学热处置改动资料外表形状进展渗硫、磷化、碳氮共渗等在外表构成一层化合物或非金属层，即防止摩擦副直接接触又减小摩擦要素。3.控制摩擦滑动速度和接

57、触压力减小滑动速度和接触压力能有效降低粘着磨损。4.其他途径改善光滑条件，降低外表粗糙度，提高氧化膜与机体结合力都能降低粘着磨损。第八章蠕变：在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的景象。等强温度TE：晶粒强度与晶界强度相等的温度。蠕变极限：在高温长时间载荷作用下不致产生过量塑性变形的抗力目的。 该目的与常温下的屈服强度类似。耐久强度极限：在高温长时载荷作用下的断裂强度-耐久强度极限。蠕变极限的两种表达方式：1. 在规定温度(t)下，使试样在规定时间内产生的稳态蠕变速率()不超越规定值的最大应力t。6001X10-5=60MPa表示温度为600，稳定蠕变速率为1X10-5%/h的蠕变极限为60MPa2.在规定温度(t)下和实验时间()内，是试样产生的蠕变总伸长率()不超越规定的最大值 t/。5001/105=100MPa，表示资料在500，105h后总的消费率位1%的蠕变极限为100MPa耐久强度极限的表达式在规定温度(t)下，到达规定的继续时间()而不发生断裂的最大应力t 。7001