综合项目工程材料力学性能答案

111111111.7决定金属屈服强度因素有哪些？12内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚构造、溶质元素、第二相。外在因素：温度、应变速率和应力状态。1.9试举出几种能明显强化金属而又不减少其塑性办法。固溶强化、形变硬化、细晶强化1.10试述韧性断裂与脆性断裂区别。为什么脆性断裂最危险？21韧性断裂是金属材料断裂前产生明显宏观塑性变形断裂，这种断裂有一种缓慢撕裂过程，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。1.13何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态因素有哪些？

答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域构成，即所谓断口特性三要素。上述断口三区域形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料性能以及实验温度、加载速率和受力状态不同而变化？1.20断裂强度与抗拉强度有何区别？抗拉强度是试样断裂前所承受最大工程应力，记为σb；拉伸断裂时真应力称为断裂强度记为σf；两者之间有经验关系：σf=σb(1+ψ)；脆性材料抗拉强度就是断裂强度；对于塑性材料，由于浮现颈缩两者并不相等。1.22裂纹扩展受哪些因素支配？

答:裂纹形核前均需有塑性变形；位错运动受阻，在一定条件下便会形成裂纹。2.3试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转实验特点和应用范畴。答：单向拉伸实验特点及应用：

单向拉伸应力状态较硬，普通用于塑性变形抗力与切断强度较低得所谓塑性材料实验。压缩实验特点及应用：

（1）单向压缩应力状态软性系数a=2，因而，压缩实验重要用于脆性材料，以显示其在静拉伸时缩不能反映材料在韧性状态下力学行为。

（2）压缩与拉伸受力方向不但相反，且两种实验所得载荷变形曲线、塑性及断裂形态也存在较大差别，特别是压缩不能使塑性材料断裂，故塑性材料普通不采用压缩办法实验。

（3）多向不等压缩实验应力软性系数a＞2，故此办法合用于脆性更大材料，它可以反映此类材料微小塑性差别。此外接触表面处承受多向压缩机件，也可以采用多向压缩实验，使实验条件与实验服役条件更接近。弯曲实验特点及应用：

（1）

弯曲加载时受拉一侧应力状态基本上与静拉伸时相似，且不存在如拉伸时所谓试样偏斜对试样成果影响。因而弯曲实验惯用于测定那些由于太硬难于加工成拉伸试样脆性材料断裂强度，并能显示出它们塑性差别。（2）弯曲实验时，截面上应力分布也是表面上应力最大，故可敏捷反映材料表面缺陷，因而，惯用来比较和评估材料表面解决层质量。

（3）由弯曲图可以看出弯曲实验不能使这些材料断裂，在这种状况下虽可以测定非比例弯曲应力，但事实上很少使用。

扭转实验特点及应用：（1）扭转实验中扭转应力状态软性系数α=0.8，比拉伸时α大，易于显示金属塑性行为。圆柱形试件扭转时整个长度上塑性变形是均匀，没有紧缩现象，因此能实现大塑性变形量下实验。

（2）扭转实验时，试件截面上应力应变分布表白，该实验对金属表面缺陷及表面硬化层性能有很大敏感度。扭转时试件中最大正应力一最大切应力在数值上大体相等，而生产上所使用大某些金属材料正断强度不不大于切断强度，因此，扭转实验是测定这些材料切断强度最可靠办法。

（3）扭转实验时，试件受到较大切应力，并且还被广泛用于研究关于初始塑性变形非同步性问题，如弹性后效、弹性滞后以及内耗等。扭转实验可用于测定塑性材料和脆性材料剪切变形和断裂所有力学性能指标，并且尚有着其她力学性能实验办法所无法比拟长处，因而，在科研及生产检查中得到广泛运用。2.7七、试阐明布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度实验原理，并比较布氏、洛氏与维氏硬度实验办法优缺陷。P49p57原理；布氏硬度：用钢球或硬质合金球作为压头，计算单位面积所承受实验力。洛氏硬度：采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度。维氏硬度：以两相对面夹角为136。金刚石四棱锥作压头，计算单位面积所承受实验力。布氏硬度长处：实验时普通采用直径较大压头球，因而所得压痕面积比较大。压痕大一种长处是其硬度值能反映金属在较大范畴内各构成相得平均性能；另一种长处是实验数据稳定，重复性强。缺陷：对不同材料需更换不同直径压头球和变化实验力，压痕直径测量也较麻烦，因而用于自动检测时受到限制。

洛氏硬度长处：操作简便，迅捷，硬度值可直接读出；压痕较小，可在工件上进行实验；采用不同标尺可测量各种软硬不同金属和厚薄不一试样硬度，因而广泛用于热解决质量检测。缺陷：压痕较小，代表性差；若材料中有偏析及组织不均匀等缺陷，则所测硬度值重复性差，分散度大；此外用不同标尺测得硬度值彼此没有联系，不能直接比较。维氏硬度长处：不存在布氏硬度实验时规定实验力F与压头直径D之间所规定条件约束，也不存在洛氏硬度实验时不同标尺硬度值无法统一弊端；维氏硬度实验时不但实验力可以任意取，并且压痕测量精度较高，硬度值较为精确。缺陷是硬度值需要通过测量压痕对角线长度后才干进行计算或查表，因而，工作效率比洛氏硬度法低多。2.8今有如下零件和材料需要测定硬度，试阐明选取何种硬度实验办法为宜。1渗碳层硬度分布；2淬火钢；3灰铸铁；4鉴别钢中隐晶马氏体和残存奥氏体；5仪表小黄铜齿轮；6龙门刨床导轨；7渗氮层；8高速钢刀具；9退火态低碳钢；10硬质合金。1渗碳层硬度分布----

HK或-显微HV

2淬火钢-----HRC

3灰铸铁-----HB

4鉴别钢中隐晶马氏体和残存奥氏体----显微HV或者HK

5仪表小黄铜齿轮-----HV

6龙门刨床导轨----HS（肖氏硬度）或HL(里氏硬度)

7渗氮层----HV

8高速钢刀具----HRC

9退火态低碳钢-----HB

10硬质合金----

HRA3.4试阐明低温脆性物理本质及其影响因素

低温脆性物理本质：宏观上对于那些有低温脆性现象材料，它们屈服强度会随温度减少急剧增长，而断裂强度随温度减少而变化不大。当温度减少到某一温度时，屈服强度增大到高于断裂强度时，在这个温度如下材料屈服强度比断裂强度大，因而材料在受力时尚未发生屈服便断裂了，材料显示脆性。

从微观机制来看低温脆性与位错在晶体点阵中运动阻力关于，当温度减少时，位错运动阻力增大，原子热激活能力下降，因而材料屈服强度增长。

影响材料低温脆性因素有（P63，P73）：

1．晶体构造：对称性低体心立方以及密排六方金属、合金转变温度高，材料脆性断裂趋势明显，塑性差。

2．化学成分：可以使材料硬度，强度提高杂质或者合金元素都会引起材料塑性和韧性变差，材料脆性提高。

3．显微组织：①晶粒大小，细化晶粒可以同步提高材料强度和塑韧性。由于晶界是裂纹扩展阻力，晶粒细小，晶界总面积增长，晶界处塞积位错数减少，有助于减少应力集中；同步晶界上杂质浓度减少，避免产生沿晶脆性断裂。

②金相组织：较低强度水平时强度等而组织不同钢，冲击吸取功和韧脆转变温度以马氏体高温回火最佳，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脆性有重要影响，当其尺寸增大时均使材料韧性下降，韧脆转变温度升高。3.8简述依照韧脆转变温度分析机件脆断失效优缺陷。

缺陷：脆性断裂普通断裂时间较短，突发性断裂，因而在使用时一旦超过屈服强度就会不久断裂长处：脆性断裂在常温下体现为脆性，因而材料变形随温度减少时变化不大，这样在交变温度使用环境下，就不需要考虑材料冷脆温度33333334.1（1）低应力脆断：高强度、超高强度钢机件，中低强度钢大型、重型机件在屈服应力如下发生断裂。（4）应力场强度因子K：在裂纹尖端区域各点应力分量除了决定于位置外，尚与强度因子K关于，对于某一拟定点，其应力分量由K拟定，K越大，则应力场各点应力分量也越大，这样K就可以表达应力场强弱限度，称K为应力场强度因子。“I”表达I型裂纹。P68（9）裂纹扩展K判据：裂纹在受力时只要满足K1>=KIC，就会发生脆性断裂反之，虽然存在裂纹，若K1<KIC也不会断裂。新P71：旧８３4.2阐明下列断裂韧度指标意义及其互有关系Klc和Kc答：临界或失稳状态K记作KIC或Kc，Kic为平面应变下断裂韧度，表达在平面应变条件下材料抵抗裂纹失稳扩展能力。Kc为平面应力断裂韧度，表达在平面应力条件下材料抵抗裂纹失稳扩展能力。它们都是型裂纹材料裂纹韧性指标，但Kc值与试样厚度关于。当试样厚度增长，使裂纹尖端达到平面应变状态时，断裂韧度趋于一稳定低值，即为KIC，它与试样厚度无关，而是真正材料常数。P71/P82

GIc答：P77/P89

当GI增长到某一临界值时，GI能克服裂纹失稳扩展阻力，则裂纹失稳扩展断裂。将GI临界值记作GIc，称断裂韧度，表达材料制止裂纹失稳扩展时单位面积所消耗能量，其单位与GI相似，MPa·m

JIC：是材料断裂韧度，表达材料抵抗裂纹开始扩展能力，其单位与GIC相似。P90/P102

c：是材料断裂韧度，表达材料制止裂纹开始扩展能力.P91/P104

Ｊ判据和判据同样都是裂纹开始扩展裂纹判据，而不是裂纹失稳扩展裂纹判据。P91/P1044.5试述应力场强度因子意义及典型裂纹K表达式

答：新书P69旧书P80参看书中图（应力场强度因子意义见上）

几种裂纹K表达式，无限大板穿透裂纹；有限宽板穿透裂纹：有限宽板单边直裂纹：受弯单边裂纹梁：无限大物体内部有椭圆片裂纹，远处受均匀拉伸：4无限大物体表面有半椭圆裂纹，远处均受拉伸：A点4.6试述K判据意义及用途。

答：

K判据解决了典型强度理论不能解决存在宏观裂纹为什么会产生低应力脆断因素。K判据将材料断裂韧度同机件工作应力及裂纹尺寸关系定量地联系起来，可直接用于设计计算，估算裂纹体最大承载能力、容许裂纹最大尺寸，以及用于对的选取机件材料、优化工艺等。P71/P83

4.13试述KIC与材料强度塑形之间关系总来说，断裂韧度随韧度随强度升高而减少4.16有一大型板件，材料σ0.2=1200MPa，KIc=115MPa*m1/2，探伤发既有20mm长横向穿透裂纹，若在平均轴向拉应力900MPa下工作，试计算KI及塑性区宽度R0，并判断该件与否安全4.17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，断口分析表白有25mm深度表面半椭圆疲劳区，依照裂纹a/c可以拟定υ=1，测试材料σ0.2=720MPa

，试估算材料断裂韧度KIC为多少？4.18有一构件制造时,浮现表面半椭圆裂纹,若a=1mm,在工作应力σ=1000MPa下工作,应当选什么材料σ0.2与KIC配合比较适当?构件材料经不同热解决后,其σ0.2和KIC变化列于下表.

σ0.2/MPa11001200130014001500

KIC/MPa·m1/211095756055444445.1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循环次数过载损伤：金属在高于疲劳极限应力水平下运转一定周次后，其疲劳极限或疲劳寿命减小，就导致了过载损伤。5.2揭示下列疲劳性能指标意义

疲劳强度σ-1，σ-p,τ-1,σ-1N,

P99,100,103/p114

σ-1:

对称应力循环作用下弯曲疲劳极限；σ-p:对称拉压疲劳极限；τ-1:对称扭转疲劳极限；σ-1N:缺口试样在对称应力循环作用下疲劳极限。

疲劳缺口敏感度qf

P103/p118

金属材料在交变载荷作用下缺口敏感性，惯用疲劳缺口敏感度来评估。Qf=(Kf-1)/（kt-1）其中Kt为理论应力集中系数且不不大于一，Kf为疲劳缺口系数。

Kf=(σ-1)/(σ-1N)

过载损伤界

P102,103/p117

由实验测定，测出不同过载应力水平和相应开始减少疲劳寿命应力循环周次，得到不同实验点，连接各点便得到过载损伤界。

疲劳门槛值ΔKth

P105/p120

在疲劳裂纹扩展速率曲线Ⅰ区，当ΔK≤ΔKth时，da/aN=0,表达裂纹不扩展;只有当ΔK>ΔKth时，da/dN>0,疲劳裂纹才开始扩展。因而，ΔKth是疲劳裂纹不扩展ΔK临界值，称为疲劳裂纹扩展门槛值。5.4试述疲劳宏观断口特性及其形成过程（新书P96~98及PPT，旧书P109~111）答：典型疲劳断口具备三个形貌不同区域—疲劳源、疲劳区及瞬断区。

（1）疲劳源是疲劳裂纹萌生策源地，疲劳源区光亮度最大，由于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，另疲劳源贝纹线细小。

（2）疲劳区疲劳裂纹亚稳扩展所形成断口区域，是判断疲劳断裂重要特性证据。特性是：断口比较光滑并分布有贝纹线。断口光滑是疲劳源区域延续，但其限度随裂纹向前扩展逐渐削弱。贝纹线是由载荷变动引起，如机器运转时开动与停歇，偶尔过载引起载荷变动，使裂纹前沿线留下了弧状台阶痕迹。

（3）瞬断区是裂纹最后失稳迅速扩展所形成断口区域。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。4.5试述疲劳曲线（SN）及疲劳极限测试办法升降法测试疲劳极限；取略高于疲劳极限5级应力水平，从最高应力水平测试，当试样通过时，增长一级应力水平，不通过时减少一级应力水平，浮现至少13个有效试样时求材料疲劳极限成组法测试高应力某些；去4级较高应力水平，在每级应力水平下测试5个试样，得到每个应力水平N值两种构造整顿并拟合成S-N曲线5.6试述疲劳图意义，建立及用途意义；疲劳图是各种应力比循环疲劳极限集合图。诸多机件或构件是在不对称循环载荷下工作，因而，还需要懂得材料不对称循环疲劳极限。以适应此类机件设计和选材需要。建立；普通是用工程作图法，由疲劳图群求得各种不对称循环疲劳极限。1；σa-σm疲劳图；将不同应力比r条件下疲劳极限σmax分解为σa和σm，并在该坐标系中作ABC曲线，即为疲劳图。2；σmax（σmin）--σm疲劳图：将不同应力比r下疲劳极限。分别以σmax和σm表达坐标系中得到疲劳图。用途：咱们只要懂得应力比r，就可以求得疲劳极限。5.7试述疲劳裂纹形成机理及制止疲劳裂纹萌生普通办法。答:宏观疲劳裂纹是由微观裂纹形成、长大及连接而成。疲劳微观裂纹都是由不均匀局部滑移和显微开裂引起，重要有表面滑移开裂，第二相、夹夹杂物或其界面开裂；晶界或亚晶界开裂等。制止疲劳裂纹萌生办法有：细晶强化、固溶强化，减少第二相和夹杂物脆性，提高相界面强度，控制第二相或夹杂物数量、形态、大小和分布，使晶界强化，净化均能抑制晶界裂纹形成，提高疲劳强度5.10试述疲劳裂纹扩展寿命和剩余寿命估算办法及环节。答：通过疲劳裂纹扩展速率表达式，用积分办法算出疲劳裂纹扩展寿命和疲劳剩余寿命；详细环节如下：计算KI，再计算裂纹临界尺寸ac，最后依照关于公式估算疲劳寿命5.12试述金属硬化与软化现象及产生条件。金属材料在恒定应变范畴循环作用下，随循环周次增长其应力不断增长，即为循环硬化。金属材料在恒定应变范畴循环作用下，随循环周次增长其应力逐渐减小，即为循环软化。金属材料产生循环硬化与软化取决于材料初始状态、构造特性以及应变幅和温度等。

循环硬化和软化与σb

/

σs关于：

σb

/

σs>1.4，体现为循环硬化；

σb

/

σs<1.2，体现为循环软化；1.2<σb

/

σs<1.4，材料比较稳定，无明显循环硬化和软化现象。也可用应变硬化指数n来判断循环应变对材料影响，n<1软化，n>1硬化。

退火状态塑性材料往往体现为循环硬化，加工硬化材料体现为循环软化。

循环硬化和软化与位错运动关于：

退火软金属中，位错产生交互作用，运动阻力增大而硬化。

冷加工后金属中，有位错缠结，在循环应力下破坏，阻力变小而软化。556.1、名词解释1、应力腐蚀：金属在拉应力和特定化学介质共同作用下，通过一段时间后所产生低应力脆断现象。2、氢脆：由于氢和应力共同作用而导致金属材料产生脆性断裂现象

3、白点：当钢中具有过量氢时，随着温度减少氢在钢中溶解度减小。如果过饱和氢未能扩散逸出，便汇集在某些缺陷处而形成氢分子。此时，氢体积发生急剧膨胀，内压力很大足以将金属局部扯破，而形成微裂纹。4、氢化物致脆：对于ⅣB

或ⅤB

族金属，由于它们与氢有较大亲和力，极易生成脆性氢化物，是金属脆化，这种现象称氢化物致脆。5、氢致延滞断裂：这种由于氢作用而产生延滞断裂现象称为氢致延滞断裂。二、阐明下列力学性能指标意义1、σscc：材料不发生应力腐蚀临界应力。

2、KIscc：应力腐蚀临界应力场强度因子。

3、da/dt：赚钱腐蚀列纹扩展速率。6.4分析应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt与K1关系曲线，并与疲劳裂纹扩展速率曲线进行比较前者第一和第三阶段速率随K变化非常快，后者相对较慢。第二阶段前者几乎是平行，后者比较平稳但是速率还是会随着k变法而变化6.6何谓氢致延滞断裂？为什么高强度钢氢致延滞断裂是在一定应变速率下和一定温度范畴内浮现？

答：高强度钢中固溶一定量氢，在低于屈服强度应力持续作用下，通过一段孕育期后，金属内部形成裂纹，发生断裂。----氢致延滞断裂。

由于氢致延滞断裂机理重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。因而，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汇集，产生应力集中，导致微裂纹。

若应变速率过高以及温度低状况下，氢气团不能跟上位错运动，便不能产生“钉扎”作用，也不也许在位错塞积处汇集，产生应力集中，导致微裂纹。

因此氢致延滞断裂是在一定应变速率下和一定温度范畴内浮现。6.7试述区别高强度钢应力腐蚀与氢致延滞断裂办法应力腐蚀断裂具备腐蚀产物和氧化现象，故常呈黑色和灰黑色。并且常有分叉现象，呈枯树枝状。氢致延滞断裂没有这些现象。6667.1磨损：机件表面互相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、导致表面损伤现象粘着：事实上就是原子间键合伙用犁皱：相对运动两表面较软表面因塑形变形而形成犁痕式破坏。

耐磨性：耐磨性是材料抵抗磨损性能。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，材料表面因疲劳损伤，导致局部区域产生小片金属剥落而使材料损失现象。【P153】7777蠕变：在长时间恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形现象。.应力松弛：在规定温度和处事应力条件下，金属材料中应力随时间增长而减小现象。稳态蠕变：稳态蠕变：蠕变速率几乎保持不变蠕变。扩散蠕变：在高温条件下，晶体内空位将从受拉晶界向受压晶界迁移，原子则朝相反方向流动，致使晶体逐渐产生伸长蠕变。持久伸长率；在高温持久实验后，试样断裂后伸长率8.3试阐明高温下金属蠕变变形机理与常温下金属塑性变形机理有何不同？答：常温下金属塑性变形重要是通过位错滑移和孪晶进行，以位错滑移为重要机制。当滑移面上位错运动受阻产生塞积时，必要在更大切应力作用下才干使位错重新运动和增值，宏观变现为加工硬化现象，或对于螺型位错，采用交滑移变化滑移面来实现位错继续运动。而当高温下金属蠕变变形重要通过位错滑移，原子扩散等机理进行。1，当滑移面上位错运动受阻产生塞积时，位错可借助于外界提供热激活能和空位扩散来克服短程阻碍。重要是通过刃型位错攀移来实现。2，此外，在高温下大量原子和空位定向移动，即在两端拉应力作用下，晶体内空位将从受拉晶界向受压晶界迁移，原子则朝相反方向流动致使晶体伸长产生蠕变，即扩散蠕变。总之，在高温条件下，金属塑性变形仍得以继续进行，即高温蠕动变形。------------------------------------------------------------------------------------------------------弹性模量E物理意义？E是一种特殊力学性能，体当前