材料力学性能复习重点

期末复习资料一名词解释弹性比功：又称弹性比能、应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的能力。金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。循环韧性：金属材料在交变载荷〔振动〕下吸收不可逆变形功的能力。也叫金属的内耗。包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形〔剩余应变为1%~4%〕，卸载后再同向加载，规定剩余伸长应力〔弹性极限或屈服强度〕增加；反向加载，规定剩余伸长应力降低〔特别是弹性极限在反向加载时几乎降低到零〕的现象。应力状态软性系数：金属所受的最大切应力τ与最大正应力σ的比值大小。即：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、螺纹、退刀槽及焊缝等，这种截面变化的局部可视为“缺口”，由于缺口的存在，在载荷作用下缺口截面上的应力状态将发生变化，产生所谓的缺口效应。缺口第一效应：引起应力集中，改变了缺口前方的应力状态，使缺口试样所受的应力由原来的单向应力状态改变为两向或三向应力状态。缺口第二效应：缺口使塑性材料强度增高，塑性降低。缺口敏感度：缺口试样的抗拉强度σbn的与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb的比值，称为缺口敏感度，即：缺口试样静拉伸试验：轴向拉伸、偏斜拉伸两种。布氏硬度——用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度维氏硬度——以两相对面夹角为136°的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。说明以下力学指标的意义：〔1〕σbc抗压强度〔2〕σbb抗弯强度〔3〕τs扭转屈服点〔4〕τb抗扭强度〔5〕σbn缺口试样的抗拉强度〔6〕NSR缺口敏感度〔7〕HBW压头为硬质合金球的材料的布氏硬度〔8〕HRA压头为金刚石圆锥的洛氏硬度〔9〕HRB压头为Φ1.588mm球的洛氏硬度〔10〕HRC压头为金刚石圆锥的洛氏硬度〔11〕HV维氏硬度〔12〕HK努氏硬度值〔13〕HS肖氏硬度值〔14〕HL里氏硬度值。附：布氏硬度压痕大，试验数据稳定、重复性强。对不同材料需要更换不同直径的压头球及改变试验力。洛氏硬度：以测量压痕深度表示材料的硬度值，h越大，硬度值越低。冲击弯曲试验用途：1〕控制原材料的冶金质量和热加工产品质量。2〕测定材料的韧脆转变温度。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、低强度结构钢〔铁素体-珠光体钢〕，在试验温度低于某一温度时，会由韧性状态变为脆性状态，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。按能量法定义tk〔韧脆临界转变温度〕的方法：以低阶能和高阶能平均值对应的温度定义tk。当低于某一温度材料吸收的冲击能量根本不随温度而变化，形成一平台，该能量称为“低阶能”以低阶能开始上升的温度定义tk，并记为NDT，称为无塑性或零塑性转变温度。这是无预先塑性变形断裂对应的温度，是最易确定tk的判据。在NDT以下，断口由100％结晶区(解理区)组成。高于某一温度材料吸收的能量也根本不变，形成一个上平台，称为“高阶能”。以高阶能对应的温度为tk，记为FTP。高于FTP的断裂，将得到100％的纤维状断口。显然，这是一种最保守定义tk的方法。裂纹扩展的根本形式：1〕张开型〔Ⅰ型〕裂纹扩展；2〕滑开型〔Ⅱ型〕裂纹扩展；3〕撕开型〔Ⅲ型〕裂纹扩展。应力场强度因子KI：在裂纹尖端区域各点的应力分量除了决定于位置外，尚与强度因子KI有关，对于某一确定的点，其应力分量由KI确定，KI

越大，那么应力场各点应力分量也越大，这样KI就可以表示应力场的强弱程度，称KI为应力场强度因子。“I”表示I型裂纹。断裂韧度KIC：临界或失稳状态的KI值。循环应力的种类：1〕对称交变应力2〕脉动应力3〕波动应力4〕不对称应力。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把戏，称为疲劳条带〔疲劳辉纹，疲劳条纹〕。它是疲劳断口最典型的微观特征，在失效分析中，常利用疲劳条带间宽与△K的关系来分析疲劳破坏。应力腐蚀产生条件：应力、化学介质、金属材料。氢脆：由于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象。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。如果过饱和的氢未能扩散逸出，便聚集在某些缺陷处而形成氢分子。此时，氢的体积发生急剧膨胀，内压力很大足以将金属局部撕裂，而形成微裂纹。这种微裂纹的断面呈圆形或椭圆形，颜色为银白色，故称白点。约比温度：试验温度值与金属温度值的比值金属的蠕变：金属在长时间的恒温、恒压载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。应力松弛：在规定温度和初始应力条件下，金属材料中的应力随时间增加而减小的现象。论述、解答P9-10缩颈判据弯曲试验的特点及范围：特点：弯曲试样形状简单，操作方便；不存在拉伸试验时试样轴线与力偏斜问题，没有附加应力影响试验结果，可用试样弯曲挠度显示材料的塑性；弯曲试样外表应力最大，可灵敏地反映材料外表缺陷。范围：测定铸铁、铸造合金、工具钢及硬质合金等脆性与低塑性材料的强度和显示塑性的差异。也常用于比拟和鉴别渗碳和外表淬火等化学热处理机件的质量和性能。扭转试验的特点：应力状态软性系数为0.8，比拉伸时大，易于显示金属的塑性行为；试样在整个长度上的塑性变形时均匀，没有紧缩现象，能实现大塑性变形量下的试验；较能敏感地反映出金属外表缺陷和及外表硬化层的性能；试样所承受的最大正应力与最大切应力大体相等。范围：用来研究金属在热加工条件下的流变性能和断裂性能，评定材料的热压力加工型，并未确定生产条件下的热加工工艺参数提供依据；研究或检验热处理工件的外表质量和各种外表强化工艺的效果。冲击韧性在实际中有什么价值？控制原材料的冶金质量和热加工后的产品质量，即将值作为质量控制指标使用。根据系列冲击试验〔低温冲击试验〕可得值与温度的关系曲线，测定材料的韧脆转变温度。据此可以评定材料的低温脆性倾向，供选材时参考或用于抗脆断设计。试述低应力脆断的原因及防止方法。答：低应力脆断的原因：在材料的生产、机件的加工和使用过程中产生不可防止的宏观裂纹，从而使机件在低于屈服应力的情况发生断裂。预防措施：将断裂判据用于机件的设计上，在给定裂纹尺寸的情况下，确定机件允许的最大工作应力，或者当机件的工作应力确定后，根据断裂判据确定机件不发生脆性断裂时所允许的最大裂纹尺寸。试述疲劳宏观断口的特征及其形成过程。答：典型疲劳断口具有三个形貌不同的区域—疲劳源、疲劳区及瞬断区。疲劳源是疲劳裂纹萌生的策源地，疲劳源区的光亮度最大，因为这里在整个裂纹亚稳扩展过程中断面不断摩擦挤压，故显示光亮平滑，另疲劳源的贝纹线细小。疲劳区的疲劳裂纹亚稳扩展所形成的断口区域，是判断疲劳断裂的重要特征证据。特征是：断口比拟光滑并分布有贝纹线。断口光滑是疲劳源区域的延续，但其程度随裂纹向前扩展逐渐减弱。贝纹线是由载荷变动引起的，如机器运转时的开动与停歇，偶然过载引起的载荷变动，使裂纹前沿线留下了弧状台阶痕迹。瞬断区是裂纹最后失稳快速扩展所形成的断口区域。其断口比疲劳区粗糙，脆性材料为结晶状断口，韧性材料为纤维状断口。疲劳过程及机理：疲劳过程包括疲劳裂纹萌生〔由不均匀的局部滑移和显微开裂引起〕、裂纹亚稳扩展〔第一阶段：沿主滑移系，以纯剪切方式向内扩散。第二阶段：扩散方向逐渐垂直于主应力方向，可以穿晶扩散〕及失稳扩展〔材料内部发生了裂纹〕。高周与低周疲劳的区别：高周疲劳是指小型试样在变动载荷〔应力〕试验时，疲劳断裂寿命高于10^5周次的疲劳过程。高周疲劳试验是在低载荷、高寿命和控制应力下进行的疲劳。而低周疲劳是在高应力、短寿命、控制应变下进行的疲劳过程。改善粘着磨损耐磨性的措施：1〕注意摩擦副配对材料的选择2〕采用外表化学热处理改变材料外表状态3)控制摩擦滑动速度和接触压应力。试分析晶粒大小对金属材料高温力学性能的影响：影响很大，当使用温度低于等强温度时，细晶粒钢有较高的强度；当使用温度高于等强温度时，粗晶粒钢及合金有较高的蠕变极限和持久强度极限。但是晶粒太大会降低高温下的塑性和韧性。对于耐热钢及合金来说，随合金成分及工作条件不同有一最正确晶粒度范围。金属材料力学性能在高温和低温下各有什么特点、区别？高温：1、首先，材料在高温将发生蠕变现象。材料在高温下不仅强度降低，而且塑性也降低。应变速率越低，载荷作用时间越长，塑性降低得越显著。2、高温应力松弛。3、产生疲劳损伤，使高温疲劳强度下降。低温：计算P9P9-10缩颈判据P17P84高压容器承载能力的计算1\有一大型板件，材料的σ0.2=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下工作，试计算KI及塑性区宽度R0，并判断该件是否平安。解：由题意知穿透裂纹受到的应力为σ=900MPa根据σ/σ0.2的值，确定裂纹断裂韧度KIC是否休要修正。因为σ/σ0.2=900/1200=0.75>0.7，所以裂纹断裂韧度需要修正。对于无限板的中心穿透裂纹，修正后的为：塑性区宽度为：比拟与，因为，所以：，裂纹会失稳扩展,所以该件不平安。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，断口分析说明有25mm深度的外表半椭圆疲劳区，根据裂纹a/c可以确定φ=1，测试材料的σ0.2=720MPa，试估算材料的断裂韧度KIC为多少？解：因为σ/σ0.2=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KI为：KIC=Yσcac1/2对于外表半椭圆裂纹，Y=1.1/φ=1.1所以，KIC=Yσcac1/2=1.1=46.229〔MPa*m1/2〕3\一构件的工作应力，裂纹长度，应力场强度因子，钢材随增加而下降，其变化如下表所