力学性能最终版

穿晶开裂：裂纹穿过品内沿晶开裂：裂纹沿晶界拓展Kc：平面应力状态下的断裂韧度Kic：平面应变状态下的断裂韧度解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂微孔聚合断裂：微孔成核、长大、聚合，直至断裂的断裂方式应力状态软性系数：金属所受的最大切应力与最大正应力的比值缺口敏感度：金属材料的缺口敏感性指标，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。强度：材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力塑性：材料在外力作用下发生不可逆的永久变形的能力韧性：材料在塑变和断裂过程中吸收能量大小的能力12.弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力低温脆性：温度低于某一温度时，材料会由韧性状态转为脆性状态，冲击功明显下降，断裂机理由微孔聚变型变为穿晶解理型，端口特征由纤维状变为结品状的现象静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。冲击韧度：材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。断裂韧度：在弹塑性条件下，当应力场强度因子增大到某一临界值，裂纹便失稳扩展而导致材料断裂，这个临界或失稳扩展的应力场强度因子即断裂韧度冲击吸收功：冲击弯曲试验中试样变形和断裂所消耗的功驻留滑移带：对试样重新循环加载时，循环滑移带又会在原处出现的循环的或再生的滑移带张开型裂纹：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。应力腐蚀断裂：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氢脆断裂：由于氢和应力共同作用而导致的金属材料产生脆性断裂等强温度：晶粒强度与晶界强度相等的温度持久强度（极限）：在高温长时载荷作用下的断裂强度热疲劳：由温度循环变化时产生的循环热应力及热应变作用下发生的疲劳热震断裂：陶瓷材料承受温度骤变产生瞬时断裂热震损伤：陶瓷材料在热冲击循环作用下，材料先出现开裂、剥落，然后碎裂和变质，终至整体破坏玻璃态：温度低于玻璃化温度时，聚合物所处于的状态材料的断裂按断裂机理分可分为微孔聚集型断裂，解理断裂和沿晶断裂；按断裂前塑性变形大小分可分为韧性断裂和脆性断裂在扭转实验中，塑性材料的断裂面与试样轴线垂直，断口平齐，这是由切应力造成的切断；脆性材料的断裂面与试样轴线45°角，这是由正应力造成的正断。与静拉伸试样的宏观断口特征相反。缺口试样静拉伸试验种类轴向拉伸、偏斜拉伸材料材料的三种主要失效方式磨损、腐蚀和断裂。单向拉伸条件下的应力状态系数为0.5；而扭转和单向压缩下的应力状态系数分别为0・8和2.0。应力状态系数越大，材料越容易产生塑性断裂。弹性滞后环是由于材料的加载线和卸载线不重合而产生的。对机床的底座等构件，为保证机器的平稳运转，材料的弹性滞后环越大越好；而对弹簧片、钟表等材料，要求材料的弹性滞后环越小越好。低温脆性常发生在具有体心立方或密排六方结构的金属及合金中，而在面心立方结构的金属及合金中很少发现。材料截面上缺口的存在，使得缺口根部产生应力集中和双（三）向应力，试样的屈服强度升高，塑性降低。9.0be材料的抗压强度bbb材料的抗弯强TS材料的扭转屈服点Tb材料的抗扭强度bbn材料的抗拉强度NSR材料的缺口敏感度HBW压头为硬质合金球的材料的布氏硬度HRA压头为金刚石圆锥的洛氏硬度HRB压头为①1.588mm球的洛氏硬度HRC压头为金刚石圆锥的洛氏硬度HV维氏硬度HK努氏硬度值HS肖氏硬度值HL里氏硬度值。冲击弯曲试验用途：控制原材料的冶金质量和热加工产品质量和测定材料的韧脆转变温度。断口的三要素是纤维区、放射区和剪切唇。微孔聚集型断裂的微观特征是韧窝；解理断裂的微观特征主要有解理台阶和河流和舌状花样；沿晶断裂的微观特征为石状断口和冰糖块状断口。据裂纹体所受载荷与裂纹间的关系，可将裂纹分为张开型裂纹、滑开型裂纹和撕开型裂纹等三种类型；其中张开型裂纹是实际工程构件中最危险的一种形式。裂纹在受力时只要满足Ki>Kic，就会发生脆性断裂对循环载荷，常用最大应力、最小应力、平均应力、应力半幅和应力比等五个参量进行描述。根据构件的受力状态，环境敏感断裂可分为应力腐蚀开裂，腐蚀疲劳断裂，腐蚀磨损和微动腐蚀等类型。应力腐蚀产生条件：应力、化学介质、金属材料。按断裂寿命和应力水平，疲劳可分为高周疲劳和低周疲劳；疲劳断口的典型特征是贝纹线。疲劳断口三大区域疲劳源、疲劳区、瞬断区对材料的磨损，按机理可分为粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、冲蚀磨损和微动磨损等形式。磨损几阶段剧烈磨损阶段、稳定磨损阶段、磨合阶段在典型金属与陶瓷材料的蠕变曲线上，蠕变过程常由减速蠕变，恒速蠕变和加速蠕变三个阶段组成。构件的刚度Q与材料的弹性模量E成正比，而与构件的横截面积A成反比。（X）对机床的底座等构件，为保证机器的平稳运转，材料的弹性滞后环越大越好；而对弹簧片、钟表等材料，要求材料的弹性滞后环越小越好。（”）Bauschinger效应是指经过预先加载变形，然后再反向加载变形时材料的弹性极限升高的现象。（X）鉴于弯曲试验的特点，弯曲试验常用于铸铁、硬质合金等韧性材料的性能测试。（X）在韧性材料的冲击试样断口上，裂纹会在距缺口一定距离的试样内部萌生，而不是在缺口根部。（”）利用双原子模型计算出的材料理论断裂强度比实际值高出1〜3个数量级，这是因为该计算模型不正确。（X）。材料的低周疲劳行为，常通过S-N曲线来表示。（X）奥氏体不锈钢在硝酸盐溶液溶液中容易发生应力腐蚀开裂。（X）晶粒与晶界两者强度相等的温度，称为等强温度。（”）应力松弛是指高温服役的零件或材料在应力保持不变的条件下，其中的应变自行降低的现象。（X）金属的弹性模量主要取决于什么？为什么说它是一个对结构不敏感的力学性能？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，而材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指标，这是弹性模量在性能上的主要特点。改变材料的成分和组织会对材料的强度（如屈服强度、抗拉强度）有显著影响，但对材料的刚度影响不大。影响屈服强度的因素？内因：1）金属本性和晶格类型（结合键、品体结构）单品的屈服强度从理论上说是使位错开始运动的临界切应力，其值与位错运动所受到的阻力决定。2）晶粒大小和亚结构品粒减小将增加位错运动阻碍的数目，减小晶粒内位错塞积群的长度，使屈服强度降低（细品强化）。3）溶质元素加入溶质原子可以提高屈服强度（固溶强化）。4）第二相（弥散强化，沉淀强化）不可变形第二相，位错切过（产生界面能），使之与机体一起产生变形，提高了屈服强度。外因：1）温度一般的规律是温度升高，屈服强度降低。2）应变速率应变速率大，强度增加。3）应力状态切应力分量越大，越有利于塑性变形，屈服强度越低。试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大绘出断裂分析图（FAD），说明FAD图的技术意义和用途，解释图中NDT、FTE和FTP的含义。Hp一门2VV-Hp一门2VV-V-v・Douo3T1214/w--.塑性C<JuQmmC<JOOmmc<6UUmm0f\m.\DTI3：H：-MHIH7V温度/t对低强度钢板进行落锤试验求得NDT温度，可建立断裂分析图。如图所示（FAD）技术意义：温度降低，抗断裂强度下降；裂纹尺寸增大，抗断裂强度下降。它明确提供了低强度钢构件在温度、应力和缺陷（裂纹）联合作用下脆性断裂开始和终止的条件。用途：该图是表示许用应力、缺陷（裂纹）和温度之间关系的综合图，对低强度钢构件防止脆断设计和选材提供了一个有效方法；可分析断裂事故，帮助积累防止脆性断裂的经验。NDT：零塑性、或无塑性断裂温度；FTE:弹性断裂转变（/折）温度（数值上=NDT+33°C）；FTP：出现100%纤维断口的断裂温度（数值上=NDT+67C），可理解为“塑性断裂转变温度”。缺口静拉伸、偏斜拉伸、静弯拉伸。。。？缺口静拉伸试验主要用于比较淬火低中温回火的各种高强度钢缺口偏斜拉伸试验就是在更苛刻的应力状态和试验条件下，来检验与对比不同材料或不同工艺所表现出的性能差异。缺口试样的静弯试验则用来评定或比较结构钢的缺口敏感度和裂纹敏感度。试说明低温脆性的物理本质及其影响因素低温脆性的物理本质：宏观上对于那些有低温脆性现象的材料，它们的屈服强度会随温度的降低急剧增加，而断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，在这个温度以下材料的屈服强度比断裂强度大，因此材料在受力时还未发生屈服便断裂了，材料显示脆性。影响因素：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，原子热激活能力下降，因此材料屈服强度增加。试述低应力脆断的原因及防止方法？低应力脆断是由宏观裂纹扩展引起的。由于裂纹破坏了材料的均匀连续性，改变了材料内部应力状态和应力分布。防止方法：控制构件的使用应力状态和避免或尽量减少裂纹尺寸如何判断某一零件的破坏是由应力腐蚀引起的？1）造成应力腐蚀破坏的是静应力，远低于材料的屈服强度，而且一舶是拉伸应力。2）应力腐蚀造成的破坏，是腕性断裂，没有明显的塑性变形。3）只有在特定的合金成分与特定的介质相组合时才会造成应力腐蚀。4）应力腐蚀的裂纹扩展速率一般在10-9一10-6m/s，有点象疲劳，是渐进缓慢的，这种亚临界的扩展状况一直达到某一临界尺寸，使剩余下的断面不能承受外载时，就突然发生断裂。5）应力腐蚀的裂纹多起源于表面蚀坑处，而裂纹的传播途径常垂直于拉力轴。6）应力腐蚀破坏的断口，其颜色灰暗，表面常有腐蚀产物，而疲劳断口的表面，如果是新鲜断口常常较光滑，有光泽。7）应力腐蚀的主裂纹扩展时常有分枝。但不要形成绝对化的概念，应力腐蚀裂纹并不总是分技的。8）应力腐蚀引起的断裂可以是穿晶断裂，也可以是晶间断裂。如果是穿晶断裂，其断口是解理或准解理的，其裂纹有似人字形或羽毛状的标记。如何识别氢脆与应力腐蚀？氢脆和应力腐蚀相比，其特点表现在：1）、实验室中识别氢脆与应力腐蚀的一种办法是，当施加一小的阳极电流，如使开裂加速，则为应力腐蚀；而当施加一小的阴极电流，使开裂加速者则为氢脆。2）、在强度较低的材料中，或者虽为高强度材料但受力不大，存在的残余拉应力也较小这时其断裂源都不在表面，而是在表面以下的某一深度，此处三向拉应力最大，氢浓集在这里造成断裂。3）、断裂的主裂纹没有分枝的悄况.这和应力腐蚀的裂纹是截然不同的。4）、氦脆断口上一般没有腐蚀产物或者其量极微。5）、大多数的氢脆断裂，都表现出对温度和形变速率有强烈的依赖关系。氢脆只在一定的温度范围内出现，出现氢脆的温度区间决定于合金的化学成分和形变速率。如何提高材料或零件的抗粘着磨损能力？1）注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，品体结构不同，原子尺寸差别较大，形成化合物倾向较大的金属，构成摩擦副时粘着磨损就较轻微。3）通过表面化学热处理，如渗硫、硫氮共镕、磷化、软氮化等热处理工艺，使表面生成一化合物薄膜，或为硫化物，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）改善润滑条件。在什么条件下发生微动磨损?如何减少微动磨损？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，粘着物脱落。在大气环境下这些脱落物被氧化成氧化物磨屑，由于两摩擦表面的紧密配合，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、喷九和表面化学热处理都可因为表层产生压应力，能有效地减少微动磨损。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％2=720MPa，试估算材料的断裂韧度KIC为多少？解：因为。/。02=150/720=0.208<0.7，所以裂纹断裂韧度KIC不需要修正对于无限板的中心穿透'裂纹，修正后的％为：KIC=Yocac1/2对于表面半椭圆裂纹，Y=1.1寸7/?=1.1所以，KIC=Yocac1/2=1.1<7x150xq2x10-3=46.229（MPa*m〃2）答：该材料的断裂韧度KIC为46.23MPa*m〃2

13.有一大型圆筒式容器由高强度钢焊接而成，如图所示。钢板厚度t=5mm,圆筒内径D=1500mm；所用材料的O0.2=1800MPa,KIC=62MPa•m1/2。焊接后发现焊缝中有纵向半椭圆裂纹，尺寸为2c=6mm,a=0.9mm，试问该容器能否在p=6MPa的压力下正常工作？解：O=pD/2t=6*1.5/(2*0.005)MPa=900MPa由于。/O0.2=900/1800=0.5,所以不需要对KI进行修正Oc=(1/Y)*KIC/(aA0.5)Y=1.1(nA0.5)/?，当a/c=0.9/3=0.3时，查附录得：0=1.10，所以Y=nA0.5Oc=[1/(nA0.5)]*[62/(0.0009A0.5)]=1166MPa显然，Oc>o，不会发生爆炸，可以正常工作有一筒式容器由高强钢45CrNiMoV制成，厚度t=2.6mm，筒径D=300mm。材料经调质热处理后，力学性能O0.2=1510MPa，Ob=1720MPa,6=8.2%，KIC=68MPa•m1/2。在水压p=22.5MPa试验时发生爆破，断口如图，左图a为爆破断裂全貌，右图b是断口裂源的电镜放大断口形貌。试用断口分析和断裂力学分析该容器的水爆断裂。解：O=(pD/2t)=(22.5*0.3)/(2*0.0026)MPa=1298MPaO/Os=0.86，须修正。当a/c=0.74/2.7=.274时，0人2=1.165Oc=1289MPa容器水压应力O略高于脆断应力Oc，会发生脆性爆炸。有一大型板件，材料的o02=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？=K二。加=900/0.01冗二16813，\.'1一0・177(。/b=K二。加=900/0.01冗二16813，\.'1一0・177(。/b)2V1-0.177(0.75)2*s(MPa*m1/2)z、2塑性区宽度为尸瑚嗣痴9.37(m)=2.21(mm)比较K1与KIc:因为K1=168.132MPa・m洞)KI=115(MPa*m1/2)°所以：K1>KIc，裂纹会失稳扩