《材料性能學(xué)》北工大出版

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1、材料性能學(xué)復(fù)習(xí) 在《中原工學(xué)院材料性能學(xué)》*的基礎(chǔ)上增減而成。 *來源:百度文庫；貢獻(xiàn)者：沙漠之狐蒼狼 第一章材料在單向拉伸時的力學(xué)性能 1- 1名詞解釋 1. 彈性比功：材料在彈性變形過程中吸收變形功的能力。 2?包申格效應(yīng)：金屬材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形，而后再同向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng) 力增加，反向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力降低的現(xiàn)象。其來源于金屬材料中的位錯運(yùn)動所受阻 力的變化?？赏ㄟ^熱處理（再結(jié)晶退火）消除。 3. 塑性：材料斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力 4. 韌性：材料變形時吸收變形力的能力 5?脆性斷裂（彈性斷裂）：材料斷裂前不發(fā)生塑性變形，而裂紋的擴(kuò)展速度往往很快。

2、斷口呈 現(xiàn)與正應(yīng)力垂直，宏觀上比較齊平光亮，為放射狀或結(jié)晶狀。 6?韌性斷裂（延性斷裂或者塑性斷裂）：材料斷裂前及斷裂過程中產(chǎn)生明顯塑性變形的斷裂 過程。斷口呈現(xiàn)暗灰色、纖維狀。 7?剪切斷裂：材料在切應(yīng)力作用下沿滑移面分離而造成斷裂。斷口呈現(xiàn)鋒利的楔形或微孔聚 集型，即出現(xiàn)大量韌窩。 8?河流花樣：解理裂縫相交處會形成臺階，呈現(xiàn)出形似地球上的河流狀形貌 9?解理臺階：解理裂紋的擴(kuò)展往往是沿晶面指數(shù)相同的一族相互平行，但位于“不同高度”的 晶面進(jìn)行的。不同高度的解理面存在臺階。 10.韌窩：通過孔洞形核、長大和連接而導(dǎo)致韌性斷裂的斷口 1-3材料的彈性模數(shù)主要取決于什么因素？ 答

3、：影響彈性模數(shù)的因素：鍵合方式和原子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、微觀組織、溫度、 加載條件和負(fù)荷持續(xù)時間 1-4決定金屬材料屈服強(qiáng)度的主要因素有哪些？ 答：1、晶體結(jié)構(gòu)：屈服是位錯運(yùn)動，因此單晶體理論屈服強(qiáng)度二臨界切應(yīng)力 2、 晶界和亞結(jié)構(gòu)：晶界是位錯運(yùn)動的重要障礙，晶界越多，常溫時材料的屈服強(qiáng)度增 加。晶粒越細(xì)小，亞結(jié)構(gòu)越多，位錯運(yùn)動受阻越多，屈服強(qiáng)度越大。 3、 溶質(zhì)元素：由于溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑不同，在溶質(zhì)原子周圍形成晶格畸變應(yīng)力 場，其與位錯應(yīng)力場相互作用，使位錯運(yùn)動受阻，增大屈服強(qiáng)度。固溶強(qiáng)化、柯氏氣團(tuán)強(qiáng)化、 沉淀強(qiáng)化、時效強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化 4、 第二相：彌散分布的均勻

4、細(xì)小的第二相有利于提高屈服強(qiáng)度 5、 環(huán)境因素對屈服強(qiáng)度的影響 1 ）溫度的影響:溫度升高，屈服強(qiáng)度降低，但變化趨勢因不同晶格類型而異。 2)加載速度(變形速度)的影響:加載速度增大，金屬的強(qiáng)度增高，但屈服強(qiáng)度的增高 比抗拉強(qiáng)度的增高更為明顯 3 )應(yīng)力狀態(tài)的影響:不同加載方式下，屈服強(qiáng)度不同 1-8、金屬材料的應(yīng)變硬化有何實際意義？ 答：1、在加工是合理配合應(yīng)變硬化和塑性變形，可使金屬進(jìn)行均勻的塑性變形，保證冷 變形工藝的順利進(jìn)行 2、 低碳鋼切削時易產(chǎn)生粘刀，表面質(zhì)量差，可進(jìn)行冷變形降低塑性，改善切削加工性 能。 3、 在材料應(yīng)用方面，應(yīng)變硬化可使金屬機(jī)件具有一定的抗偶然過

5、載能力。保證機(jī)件使 m 人 用女全。 4、應(yīng)變硬化也是強(qiáng)化金屬的重要手段，尤其是對那些不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化的材料。 1-13、何謂拉伸端口三要素？影響宏觀拉伸斷口的性態(tài)因素? 答：纖維區(qū)放射區(qū)剪切唇 影響因素：試樣形狀、尺寸和金屬材料的性能以及實驗溫度，加載速度和受力狀態(tài)。 1-14、純鐵Y =2J/m2,E=2*105MPa , a =2.5*10-啦,求理論斷裂強(qiáng)度O S 0 m 答：由公式 om=(E*Ys/a0)i/2 得： om=(2*105*106*2/2.5*10-io)i/2=4.0*10ioPa=4.0*104MPa 1-15、一薄板內(nèi)有一條長3mm的裂紋，且

6、a 0=3*10-8mm.求脆性斷裂應(yīng)力O C (設(shè)O =E/10=2*105MPa) ° ° m 答：由o /o =(a /a )1/2 解得：o =28.29MPa m c 0 C 1-16、一材料E=2*10n N/mz y =8N/m試計算在7*10?N/m2的拉應(yīng)力下材料的臨界裂紋長 度。 $ 答：當(dāng)oC=7*107N/m2 時，因為 aC=E*YS/ac2，解得 aC=0.33mm 臨界裂紋長度 a=2*aC=0.33*2=0.66mm 1-18、格里菲斯公式適用哪些范圍及在什么情況下需要修正？ 答：格里菲斯只適用于脆性固體如玻璃、無機(jī)晶體材料、超高強(qiáng)鋼。 對于許

7、多工程結(jié)構(gòu)材料如結(jié)構(gòu)鋼、高分子材料、裂紋尖端產(chǎn)生較大的塑性變形，要消耗大量 塑性變形功，必須對格里菲斯進(jìn)行修正。 1-19 .屈服強(qiáng)度的工程意義？ 答(1 )作為防止因材料過量塑性變形而導(dǎo)致機(jī)件失效的設(shè)計和選材依據(jù) (2)根據(jù)屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比的大小，衡量材料進(jìn)一步產(chǎn)生塑性變形的傾向，作 為金屬材料冷塑性變形加工和確定機(jī)件緩解應(yīng)力集中防止脆斷的參考依據(jù)。 1-20.彈性極限，比例極限的工程意義 答：對于要求服役時其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系嚴(yán)格遵守線性關(guān)系的機(jī)件，如測力計彈簧，是依靠彈性 變形的應(yīng)力正比于應(yīng)變的關(guān)系顯示載荷大小的，則應(yīng)以比例極限作為選擇材料的依據(jù)，對于 服役條件不允許產(chǎn)生微量塑

8、性變形的機(jī)件，設(shè)計時應(yīng)按彈性極限來選擇材料。 1-21.金屬塑性的工程意義 答：(1 )材料具有一定的塑性，當(dāng)其偶然過載時，通過塑性變形和應(yīng)變硬化的配合可避免 機(jī)件發(fā)生突然破壞 （2） 材料具有一定的塑性還有利于塑性加工和修復(fù)工藝的順利進(jìn)行 （3） 對于金屬材料，其塑性的好壞是評定材料冶金質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)。 1-22.包申格效應(yīng)的產(chǎn)生原理？ 答:包申格效應(yīng)與金屬材料中位錯運(yùn)動所受的阻力變化有關(guān)。金屬受載產(chǎn)生少量塑性變形時， 運(yùn)動位錯遇林位錯而彎曲受阻并形成位錯纏結(jié)或胞狀組織如果此時卸載并隨即同向加載， 在原先加載的應(yīng)力水平下，被纏結(jié)的位錯不能做顯著運(yùn)動，宏觀上表現(xiàn)為規(guī)定殘余伸長應(yīng)力

9、增加。如果卸載后施加反向應(yīng)力，位錯反向運(yùn)動時前方林位錯一類的障礙較少，因此在較低 應(yīng)力下滑移較大距離，宏觀上表現(xiàn)為規(guī)定殘余伸長應(yīng)力較低的現(xiàn)象。 1-23.多晶體材料塑性變形的特點？ 答:（1）各晶粒變形的不同時性和不均勻性 （2 ）各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性 1-24.金屬材料產(chǎn)生明顯屈服的條件？ 答：位錯運(yùn)動速度應(yīng)力敏感指數(shù)m'值越低，使位錯運(yùn)動速率變化所需應(yīng)力變化越大，屈服 現(xiàn)象就越明顯，m'小于20，具有明顯的屈服現(xiàn)象 1- 25.加工硬化（應(yīng)變硬化/形變強(qiáng)化）指數(shù)的幾個特點 答：金屬材料的n值的大小，與層錯能的高低有關(guān)。層錯能低的，n值越大。層錯能高的， n值越小。n值大的其

10、滑移變形的特征為平坦的滑移帶，n值小的材料表現(xiàn)為波紋狀的滑移 帶。退火態(tài)金屬n值比較大，冷加工狀態(tài)下n值比較小。n與材料的屈服點大致呈反比關(guān)系。 n值也隨溶質(zhì)原子數(shù)增加而降低。晶粒變粗n值增加。 第二章材料在其他靜載下的力學(xué)性能 2- 1.名詞解釋 1 ）應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)。 最大切應(yīng)力Tmax與最大正應(yīng)力omax的比值d=Tmax/omax,o越大，最大切應(yīng)力分量越大， 表示應(yīng)力狀態(tài)越軟，材料易于產(chǎn)生塑性變形，反之，6越小，表示應(yīng)力狀態(tài)越硬，材料易于 產(chǎn)生脆斷。 2 ）缺口效應(yīng)。 即缺口三效應(yīng)，一，缺口造成應(yīng)力應(yīng)變集中，二，缺口改變了前方的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，三，缺 口強(qiáng)化現(xiàn)象。 3

11、）缺口敏感度。 在缺口試樣拉伸試驗中，用試樣的抗拉強(qiáng)度obn與等截面尺寸的光滑試樣抗拉強(qiáng)度ob的比 值作為材料的缺口敏感性指標(biāo)。稱為缺口敏感度qe. 4 ）布氏硬度。 用一定大小的載荷F，把直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球壓入試樣表面保持一定時間后 卸載測定試樣表面殘留壓痕直徑D求壓痕表面積，將單位壓痕表面承受的平均壓力（F/s ） 定義為布氏硬度。Hb=F/s=2F/FD（D-（D2 - d2）^）o 5）洛氏硬度:是一種壓入硬度式樣的方法，以測量壓痕深度值大小，表示材料的硬度值，所 用壓頭為圓錐角a=120°金剛石圓錐或淬火剛球，其載荷分兩次施加，先加初 載荷F，再加主載荷F2，保持

12、后卸載F2，測出實際壓入深度h，則HR=（ R-H ） /0.002（壓頭為金剛石時k=0.2，為淬火剛球是k=0.26） 6） 維氏硬度:實驗原理與布氏硬度基本相似，也是根據(jù)壓痕單位面積所受載荷來計算硬度值， 但所用的壓頭是兩相對面夾角為136°的金剛石四棱椎體，試樣在載荷F作用 下試樣表面被壓出一個四方錐行壓痕，測量壓痕對角線長度分別為di , d2。 取其平均值為d，用以計算壓痕表面積s，F(xiàn)/S即為試樣硬度值 7） 努氏硬度:一種顯微硬度試樣方法，使用兩個對角線面不等的四棱錐金剛石壓頭，在試樣 上得到長短對角線長度之比為7 : 1的棱形壓痕，硬度值為試樣力除以壓痕投 影面積，用H

13、K表示，HK=1.451F/L2, L單位（mm ） 8） 肖氏硬度:是一種動載實驗法，將具有一定質(zhì)量帶有金剛石或金剛球的重錘從一定高度向 式樣表面砸落，根據(jù)重錘回足兆高度來表征材料硬度值大小，用KS表示。 1-3.缺口對材料的拉伸力學(xué)性能有什么影響？ 答：當(dāng)缺口受到單向拉力時，缺口界面上應(yīng)力分布為軸向oy，在缺口根部最大，隨離根部 距離的增加，oy不斷下降，即在根部產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)這種集中應(yīng)力達(dá)到材料屈服強(qiáng)度ob 時，使引起缺口根部附近的塑性變形，既缺口造成應(yīng)力應(yīng)變集中，缺口改變了缺口的前方應(yīng) 力狀態(tài)，使平板中材料所受應(yīng)力由原來的單向應(yīng)力拉伸變?yōu)閮苫蛉蚶?，在有缺口的條件 下，由于

14、出現(xiàn)了三向應(yīng)力，試樣的屈服應(yīng)力比單向拉伸時要高，既產(chǎn)生了所謂缺口“強(qiáng)化”現(xiàn) 象。 1-6、是綜合比較單向拉伸、壓縮、彎曲及扭轉(zhuǎn)試驗的特點和應(yīng)用范圍。 單向拉伸：特點溫度、應(yīng)力狀態(tài)、加載速度確定，常用標(biāo)準(zhǔn)光滑試樣進(jìn)行試驗。 范圍：用于塑性變形抗力與切斷抗力較低的塑性材料試驗。 扭轉(zhuǎn)：1、扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)較拉伸時的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù) 2、 試樣截面的應(yīng)力分布為表面最大，愈往心部愈小，故對材 料表 面硬化及表面缺陷十分敏感。 3、 圓柱形試樣在扭轉(zhuǎn)實驗時，整個試樣長度上基本保持原尺寸不變。 4、 扭轉(zhuǎn)試驗正應(yīng)力與切應(yīng)力大致相等。 范圍：測定在拉伸時呈脆性材料的強(qiáng)度和塑性；對各種表

15、面強(qiáng)化進(jìn)行研究和對機(jī)件 的熱處理表面質(zhì)量進(jìn)行檢測評定拉伸時出現(xiàn)頸縮的高塑性材料的形變能力和形變抗 力；測定切斷強(qiáng)度。 彎曲：特點：試樣形狀簡單，操作方便，彎曲應(yīng)力分布不均勻，表面最大，中心為零，可較 靈敏的反應(yīng)材料的表面缺陷。 范圍：對于承受彎曲載荷的機(jī)件測定其力學(xué)性能。 壓縮：特點：單向壓縮試驗應(yīng)力軟性系數(shù)為2，比拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀態(tài)都軟，拉伸 時塑性很好的材料在壓縮時只發(fā)生壓縮變形而不會斷裂。 范圍：拉伸時呈脆性的金屬材料的力學(xué)性能測定，如果產(chǎn)生明顯屈服，還可以測定壓 縮屈服點。 1-8、試比較布氏硬度與維氏硬度原理的異同，并比較布氏、洛氏和維氏硬度優(yōu)缺點和應(yīng)用 范圍。

16、 答：維氏硬度的實驗原理與貝氏硬度基本相似，也是根據(jù)壓痕單位面積所承受的載荷來計 算硬度值。所不同的是維氏硬度實驗所用的壓頭是兩相對面夾角為136。的金剛石四棱錐， 布氏硬度壓頭為淬火鋼球或硬質(zhì)合金球。 布氏試驗：優(yōu)點1、壓痕面積較大，其硬度值能反映材料在較大區(qū)域內(nèi)各組成相的平均性 能； 2、實驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性高 缺點1、壓痕直徑比較大，一般不宜在成品上直接進(jìn)行檢驗 2、對不同的硬度材料需要更換壓頭直徑和載荷，壓痕直徑測量也比較麻 煩；3、淬火鋼球的硬度范圍為450HBS，當(dāng)大于450時需要更換為 硬質(zhì)合金球。 范圍測定灰鑄鐵、軸承、合金等材料的硬度。 洛氏試驗：優(yōu)點1、操作簡單

17、迅速 2、 壓痕小，可對工件直接進(jìn)行檢驗 3、 采用不同的標(biāo)尺，可測量軟硬不同、厚薄不一試樣的硬度。 缺點1、壓痕小，代表性差。尤其是偏析及組織不均勻情況 2、 所測硬度值重復(fù)性差、分散度大 3、 用不同標(biāo)尺測得的硬度值既不能直接比較，又不能彼此互換。 范圍：淬火、調(diào)質(zhì)等熱處理后的材料，測量表面很薄的材料硬度，測定各種材料。 維氏試驗：優(yōu)點1、角錐壓痕清晰，采用對角線長度計算，精確可靠 2、壓頭為四棱錐， 當(dāng)載荷改變時，壓入角恒定不變，可任意選擇載荷； 3、不存在洛氏硬度不同標(biāo)尺無法統(tǒng)一，而且比洛氏硬度所測的試件厚度更薄。 缺點1、測定方法比較麻煩，工作效率低 2、 壓痕面

18、積小，代表性差 3、 不適宜成批生產(chǎn)的常規(guī)檢測 范圍 測定小型精密零件的硬度，表面硬化和有效硬化層的深度，鍍層表面硬度，薄片材料 和西線材的硬度，刀刃附近的硬度。 1-9.今有如下工件需測定硬度，試說明選用何種硬度試驗為宜。 1）滲碳層的硬度分布顯微；2 ）淬火鋼洛或維或布；3 ）灰鑄鐵布；4 ）硬質(zhì)合金洛 或維；5）鑒別鋼中的隱晶馬氏體與殘余奧氏體顯微；6）儀表小黃銅齒輪顯微；7） 龍門刨床導(dǎo)軌肖氏（便攜）；8）氮化層顯微；9）火車圓彈簧布氏；10）高速鋼刀具 布氏 1-11.在用壓入法硬度計測量硬度時，試討論如下情況的誤差：⑴過于接近試樣的端面； ⑵過于接近其他測量點；⑶試樣太薄

19、。 ⑴過于接近端面，加壓時有可能使試樣壓偏，無法測量其硬度，而且試樣邊界在加壓時 的應(yīng)力場與中心的應(yīng)力場有很大差別，所測硬度值不具代表性。⑵過于接近其它測量點， 由于其它測量點周圍會因加壓而產(chǎn)生加工硬化，使其周圍區(qū)域硬度提高，測量這些區(qū)域時會 使測量值偏高，造成很大誤差，使試驗結(jié)果不準(zhǔn)。 ⑶試樣太薄，在載荷施加過大時容易壓 穿試樣，或為保證不壓穿試樣施加載荷過小，都無法準(zhǔn)確測定試樣的硬度。 第三章材料的沖擊韌性及低溫脆性 3- 1.解釋下列名詞： (1) 低溫脆性：體心立方金屬及合金或某些密排六方晶體金屬及合金，尤其是工程上常 用的中低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，當(dāng)實驗溫度低于某一溫度tk時，材料由

20、韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖 擊吸收功明顯下降，斷裂機(jī)理由微孔聚集變?yōu)榇┚Ы饫恚瑪嗫谔卣饔衫w維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀。 (2) 藍(lán)脆：碳鋼和某些合金鋼在沖擊載荷或靜載荷作用下，在一定溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)脆性； 在該溫度范圍內(nèi)加熱鋼時，表面氧化色為藍(lán)色，稱此現(xiàn)象為藍(lán)脆。 (3 )遲屈服：對體心立方金屬材料施加一大于屈服強(qiáng)度os的高速載荷時材料并不立即產(chǎn) 生屈服，而需要經(jīng)過一段孕育期才開始塑性變形的現(xiàn)象。 (4 )韌脆轉(zhuǎn)變溫度：使材料表現(xiàn)出低溫脆性的臨界溫度tk。 (5 )韌脆溫度儲備：材料使用溫度t0與韌脆轉(zhuǎn)變溫度tk的差值，用符號△表示，△值常取 20—60 oCo 3- 6 .是從宏觀和微觀上解釋為

21、什么有些材料有明顯的韌脆轉(zhuǎn)變溫度而另外一些材料則沒 有。 答：從宏觀角度分析：材料低溫脆性的產(chǎn)生與其屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度隨著溫度的變化有關(guān)。 斷裂強(qiáng)度隨溫度的變化很小，屈服強(qiáng)度隨溫度的變化與材料的本性有關(guān)。具有體心立方或密 排六方結(jié)構(gòu)的金屬或合金的屈服強(qiáng)度對溫度十分敏感，溫度降低，屈服強(qiáng)度急劇提高，當(dāng)屈 服強(qiáng)度與斷裂強(qiáng)度相等時溫度即為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。高于此溫度時材料受載后先屈服后斷裂， 為韌性斷裂；低于此溫度時，為脆性斷裂。而面心立方結(jié)構(gòu)材料的屈服強(qiáng)度隨溫度的變化不 大，即使在低溫時也不與斷裂強(qiáng)度相等，此種材料的脆性斷裂現(xiàn)象不明顯。 從微觀角度：體心立方的金屬低溫脆性與位錯在晶體中運(yùn)動的阻力對

22、溫度變化很敏感有關(guān)， 在低溫下增加，故該類材料在低溫下處于脆性狀態(tài)。面心立方金屬因位錯寬度比較大，對溫 度變化不敏感，故一般不顯示低溫脆性。體心立方金屬的低溫脆性還與遲屈服現(xiàn)象有關(guān)，而 具有面心立方金屬的遲屈服現(xiàn)象不明顯，故其低溫脆性不明顯。 補(bǔ)-1.化學(xué)成分是如何影響材料低溫脆性的？ 答：1、間隙溶質(zhì)元素含量增加，高階能下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。這是由于間隙溶質(zhì)元素 溶入基體金屬晶格中，通過與位錯的交互作用偏聚于位錯線附近形成柯氏氣團(tuán)，既 增加oi，又使ky增加，致使os升高，所以剛的脆性增大。 2、 鋼中加入置換型溶質(zhì)元素一般也降低高階能，提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度。 3、 雜質(zhì)元素S、P、P

23、b、Sn、As等使鋼的韌性下降，這是由于他們偏聚于晶界，降低 晶界的表面能，產(chǎn)生沿晶脆性斷裂，同時降低脆斷應(yīng)力所致。 補(bǔ)-2.顯微組織是如何影響材料低溫脆性的？ 答;a晶粒大小 細(xì)化晶?？墒共牧享g性增加，原因是晶界是裂紋擴(kuò)展的阻力；晶界前塞集的位錯數(shù)減少，有 利于降低應(yīng)力集中；晶界總面積增加，使晶界上雜質(zhì)濃度減少，避免產(chǎn)生沿晶脆性斷裂。 b金相組織 在較低強(qiáng)度水平，強(qiáng)度相同而組織不同的鋼，其沖擊吸收功和韌脆轉(zhuǎn)變溫度以回火索氏體最 佳，貝氏體回火組織次之，片狀珠光體組織最差；在相同的強(qiáng)度水平時，典型上貝氏體組織 的韌脆轉(zhuǎn)變溫度高于下貝氏體的韌脆轉(zhuǎn)變溫度；在低碳合金中，經(jīng)不完全等溫處理獲

24、得的貝 氏體和馬氏體的混合組織，其韌性比單一馬氏體或單一貝氏體組織要好；在馬氏體中存在殘 余奧氏體時，可以抑制解理斷裂，從而顯著改善鋼的韌性；鋼中碳化物及夾雜物等第二相對 鋼的脆性影響：第二相尺寸增加，材料的韌性下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高，球狀第二相材料的 韌性較好。 第四章材料的斷裂韌度 4- 1名詞解釋 ① ?低應(yīng)力脆性：高強(qiáng)度鋼、高超強(qiáng)度鋼的機(jī)件，中低強(qiáng)度鋼的大型機(jī)件常常在工作應(yīng)力并 不高，甚至遠(yuǎn)低于屈服極限的情況下，發(fā)生脆性斷裂的現(xiàn)象 ② 應(yīng)力場強(qiáng)度因子：Kl = &兀a反應(yīng)了裂紋尖端區(qū)域應(yīng)力場的強(qiáng)度 ③ 斷裂韌度：當(dāng)應(yīng)力b或裂紋尺寸a增大到臨界值時，也就是在裂紋尖端足夠大的范

25、圍內(nèi)， 應(yīng)力達(dá)到了材料的斷裂強(qiáng)度，裂紋便失穩(wěn)擴(kuò)展而導(dǎo)致材料的斷裂，這時KI也達(dá)到了一個極 限值，這個臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的KI記為KIC或Kc稱為斷裂韌度。 b 2na (1 —v 2)Ka& 2 ④ 能量釋放率：Gl= 廠 是平面應(yīng)力的能量釋放率，Gl= ' ； 是平面應(yīng) E E 變的能量釋放率。 Qu ⑤ J積分：J ?dy — Tds 反映了裂紋尖端區(qū)的應(yīng)變能，即應(yīng)力應(yīng)變集中程度。 t Qx ⑥ 裂紋尖端張開位移：裂紋體受載后，在裂紋尖端沿垂直裂紋方向所產(chǎn)生的位移用&表示。 4- 3.說明KI和KIC的異同。 答：KI和KIC是兩個不同的概念，KI是一個力學(xué)參量，表示裂紋體

26、中裂紋尖端的應(yīng)力應(yīng)變 場強(qiáng)度的大小，它決定于外加應(yīng)力、試樣尺寸和裂紋類型，而和材料無關(guān)；但KIC是材料 的力學(xué)性能指標(biāo)，它決定于材料的成分、組織結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素，而與外加應(yīng)力及試樣尺寸等 外在因素?zé)o關(guān)。 4-10.有一大型板件材料的g =1200Mpa, K =115Mpa.m 2 ,探傷發(fā)現(xiàn)有20皿大的橫向 0.2 IC 穿透裂紋，若在平均軸向應(yīng)力900Mpa下工作，試計算K /和塑性區(qū)寬度，并判斷該件是否 安全 解：os=o°2 =1200Mpa 2a=20 mm=0.02m o=900Mpa Y=、口 則 o/os=900/1200=0.75>0.6~ 0.7 需考慮修正問題 K

27、 =丫b^a M.1 - 0.56 Y2(a /c )2 / “ S 即 K = \3了4 *900* €0.02/2 /\1 — 0.56*3.14*0.752 =l68Mpa>K 不安全 I IC 塑性區(qū)寬度 1 S)2 = 2 邁*3.14 *(168/1200) 2 =2.2 mm K,為168Mpa，塑性區(qū)寬度為2.2 mm,該件不安全。 材料 A B C D E a /MPa 0.2 1100 1200 1300 1400 1500 K /(MPa*m “2) 1c 110 95 75 60 55 11.有一構(gòu)件加工時，出

28、現(xiàn)表面半橢圓裂紋。若a=1mm, a/c=0.3，在lOOOMPa的應(yīng)力下工 作，對下列材料應(yīng)選用哪一種？ 解：1.對于材料A : 由于b / b 0.2 =1000/1100=0-909所以必須使用塑性區(qū)的修正公式來計算K1 即: K = 1 訓(xùn) 2 - 0.212 1 1c - /^a a ，其中第二類橢圓積分當(dāng) 二0.3時，得0 2 = 1.21 "0.2 丿 -H4- 帶 1.1 x 1000 x\：3.14x 10 -3 .1.21 — 0.212 x(L000 -1100^2 ( 1 ) =59.6 MP a ? m 2 I I 丿 1 K =110

29、( MPa? m2) 1c 說明使用材料A后不會發(fā)生脆性斷裂，可以選用。 \對于BCDE材料類推。 補(bǔ)-1.試述化學(xué)成分對斷裂韌度的影響？ 答：對于金屬材料，細(xì)化晶粒的合金元素因提高強(qiáng)度和韌性，可使斷裂韌度提高；強(qiáng)烈固溶 強(qiáng)化的合金元素因大大降低塑性而是斷裂韌度降低，并且隨合金元素濃度的提高，降低的作 用更加明顯；形成金屬間化合物并呈第二相析出的合金元素，因降低塑性有利于裂紋擴(kuò)展而 使斷裂韌度降低；對于陶瓷，提高材料強(qiáng)度組元，提高斷裂韌度；對于高分子材料，增強(qiáng)結(jié) 合鍵的元素將提高斷裂韌度。 補(bǔ)-2.夾雜物和第二相對斷裂韌度的影響？ 答：1?非金屬夾雜物往往使斷裂韌度降

30、低 2?脆性第二相隨著體積分?jǐn)?shù)的增加，使得斷裂韌度降低 3?韌性第二相當(dāng)其形態(tài)和數(shù)量是適當(dāng)時，可以提高材料的斷裂韌度。 補(bǔ)-3.焊接船舶比鉚接船舶容易發(fā)生脆性破壞的原因：焊接容易在焊縫處形成粗大金相組織 氣孔、夾渣、未熔合、未焊透、錯邊、咬邊等缺陷，增加裂紋敏感度，增加材料的脆性，容 易發(fā)生脆性斷裂 第五章材料的疲勞性能 5- 1.名詞解釋 （1 ）疲勞貝紋線：貝紋線是疲勞區(qū)的最典型特征，一般認(rèn)為是因載荷變動引起的，因為機(jī) 器運(yùn)轉(zhuǎn)時不可避免的常有啟動?停歇?偶然過載等，均要在裂紋擴(kuò)展前沿線留下弧狀貝紋線痕 跡。 （2）疲勞壽命：機(jī)件疲勞失效前的工作時間 （3 ）次載鍛煉：材料特

31、別是金屬在低于疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力先運(yùn)轉(zhuǎn)一定周次，即經(jīng)過次載鍛煉， 可以提高材料的疲勞強(qiáng)度 （4 ）高周疲勞和低周疲勞：高周疲勞的斷裂壽命（N ）較長，N>105，斷裂應(yīng)力水平較低， G

32、顯的塑性變形，呈脆性斷裂，易引起事故造成經(jīng)濟(jì)損失。 （2）疲勞破壞屬低應(yīng)力循環(huán)延時斷裂，對于疲勞壽命的預(yù)測就顯得十分重要和必要 （3 ）疲勞對缺陷（缺口?裂紋及組織）十分敏感，及對缺陷具有高度的選擇性。因為缺 口和裂紋會引起應(yīng)力集中，加大對材料的損傷作用；組織缺陷（夾雜?疏松?白點?脫碳等）， 將降低材料的局部強(qiáng)度，二者綜合更加速疲勞破壞的起始和發(fā)展。 （4）可按不同方法對疲勞強(qiáng)度分類，按應(yīng)力狀態(tài)分，有彎曲疲勞，扭轉(zhuǎn)疲勞，拉壓疲 勞，接觸疲勞及復(fù)合疲勞；按應(yīng)力高低和斷裂壽命分，有高周疲勞和低周疲勞。高周疲勞的 斷裂壽命（N ）較長，N>105，斷裂應(yīng)力水平較低，G

33、疲勞；低周疲勞 s 的斷裂壽命較短，N=102 ~ 10 5，斷裂應(yīng)力水平較高，G >G ，往往伴有塑性應(yīng)變發(fā)生， s 常稱為高應(yīng)力疲勞或應(yīng)力疲勞。 最終的斷裂。 1-9 ?如何延長疲勞裂紋的形成壽命，有哪些技術(shù)措施既能推遲裂紋形成又能延長裂紋擴(kuò)展壽 命? 答：1.a合適的工作條件； b. 光滑的表面狀態(tài)和適當(dāng)?shù)某叽纾? c. 表面處理及殘余內(nèi)應(yīng)力的消除。 2?次載鍛煉；間歇效應(yīng)； 3?固溶強(qiáng)化，彌散強(qiáng)化，細(xì)化晶粒。（參考） 1-11.有板件在脈動載荷下工作，omax=200MPa ,omin=0，該材料的ob=670MPa ,o 0.2=600MPa ,Klc=10

34、4 MPa?m1/2 Paris 公式中 C=6.9X10-12 ,n=3.0 使用中發(fā)現(xiàn)有 0.1mm 和1mm的單邊橫向穿透裂紋，請估算它們的疲勞剩余壽命。 第六章 1耐磨性：材料抵抗磨損的性能。 接觸疲勞：兩接觸材料在滾動加滑動摩擦?xí)r，交變接觸壓應(yīng)力長期使用使材料 表面疲勞損傷，局部區(qū)域出現(xiàn)小片或小塊狀材料剝落而使材料磨損的現(xiàn)象。 2磨損有幾種類型？舉例說明它們產(chǎn)生的條件，磨損過程及表面損傷形貌。 答：磨損有：粘著磨損，磨粒磨損，腐蝕磨損，麻點疲勞磨損 粘著磨損：條件：摩擦副相對滑動速度小，接觸面氧化膜脆弱，潤滑條件 差，以及接觸應(yīng)力大的滑動摩擦條件下，過程：粘著點不斷形成又

35、不斷破壞又 脫落，表面磨損情況：機(jī)件表面有大小不等的結(jié)疤。 磨粒磨損：條件：摩擦副的一方表面存在堅硬的細(xì)微凸起或在接觸面間存 在硬質(zhì)粒子時發(fā)生，過程：磨粒使材料表面產(chǎn)生應(yīng)力集中，韌性材料反復(fù)塑性變 形，導(dǎo)致疲勞破壞以及脆性材料產(chǎn)生脆斷， 表面磨損情況：摩擦表面上 有擦傷或因明顯梨皺形成的溝槽。 腐蝕磨損：條件：磨損的表面受到化學(xué)腐蝕的作用，過程：腐蝕的機(jī)械 磨損， 表面損傷：磨損的部位不滿了腐蝕坑。 麻點疲勞磨損：條件：循環(huán)接觸應(yīng)力周期性的作用在摩擦表面上，使表面 材料疲勞而引起材料微粒脫落，過程：接觸應(yīng)力的反復(fù)作用，材料發(fā)生塑性變 形，使其發(fā)生表面硬化，最終導(dǎo)致裂紋，表面損傷：出現(xiàn)深

36、淺不同的針狀痘， 斑狀凹坑或較大面積的剝落。 3舉實例說明3類磨粒磨損的異同并指出如何才能提高材料的耐磨粒磨損抗力。 答：（1 ）低應(yīng)力劃傷的磨粒磨損，它的特點是磨料作用于零件表面的應(yīng)力不超過 磨料的壓潰強(qiáng)度，材料表面被輕微劃傷，（2 ）高應(yīng)力碾碎式的磨料磨損，其特 點是磨料與零件表面接觸處地最大應(yīng)力大于磨料的壓潰強(qiáng)度。（3 ）鑿削式磨料磨 損，其特點是磨料對材料表面又打的沖擊力，從材料表面鑿下較大顆粒的磨屑。 4.哪些因素影響材料的粘著磨損？可采取哪些措施提高抗粘著磨損能力？ 答：接觸壓力P ；滑動距離L;材料硬度。 措施： 1） 合理選擇摩擦副材料； 2） 避免或阻止兩摩擦副間

37、直接接觸； 3） 為使摩屑多沿接觸面剝落，以降低磨損量，可采用表面滲硫，滲磷，滲氮 第七章 1. 蠕變：材料在長時間的恒溫，恒載荷作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。 持久強(qiáng)度：材料在一定的溫度下和規(guī)定的時間內(nèi)，不發(fā)生蠕變斷裂的最大應(yīng)力。 蠕變極限：它表示材料對高溫蠕變變形的抗力。 松弛穩(wěn)定性：材料抵抗應(yīng)力松弛的能力。 2. 說明下列力學(xué)性能指標(biāo)的名稱和物理意義。 6「￡ :蠕變極限 表示在給定溫度下，使試樣在蠕變第二階段產(chǎn)生規(guī)定穩(wěn)態(tài)蠕 變速率的最大應(yīng)力。 6T.6/n :蠕變極限 表示在給定溫度和時間的條件下，使試樣產(chǎn)生規(guī)定的蠕變 應(yīng)變的最大應(yīng)力。 ash :剩余應(yīng)力 表示在應(yīng)力

38、松弛試驗中任一時間試驗上所保持的應(yīng)力。 6Tt :持久強(qiáng)度是材料在一定溫度下和規(guī)定時間內(nèi)不發(fā)生蠕變斷裂的最大應(yīng)力。 3?總結(jié)各種因素對蠕變變形的影響。 答：主要有內(nèi)在因素和外部因素的影響。 內(nèi)在因素：①化學(xué)成分材料的成分不同，蠕變的熱激活能不同； ② 組織結(jié)構(gòu)改變組織結(jié)構(gòu)，從而改變熱激活運(yùn)動的難易 ③ 晶粒尺寸晶粒尺寸是影響材料力學(xué)性能的主要因素之一 外部因素：①應(yīng)力 材料的蠕變性能和蠕變速率主要取決于應(yīng)力水平 ②溫度 溫度改變，使得蠕變的機(jī)理發(fā)生改變 第九章 1磁化：物質(zhì)在磁場中由于受磁場的作用都呈現(xiàn)出一定的磁性，這種現(xiàn)象稱為 磁化。 磁感應(yīng)強(qiáng)度：通過磁場中某點，垂直于

39、磁場方向單位面積的磁力線數(shù)稱為磁感 應(yīng)強(qiáng)度。磁化強(qiáng)度：單位體積的磁矩稱為磁化強(qiáng)度，用M表示。 抗磁性：電子循軌運(yùn)動時受外加磁場作用所產(chǎn)生的抗磁矩。 磁化曲線：表示物質(zhì)中的磁場強(qiáng)度H和所感應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B或磁化強(qiáng)度M之 間的關(guān)系 順磁性：主要來源于原子的固有磁矩，是一種弱磁性。 自發(fā)磁化：在沒有外磁場的情況下，磁力所發(fā)生的磁化稱自發(fā)磁化。 磁疇：是指磁性材料內(nèi)部存在許多微小自發(fā)磁化區(qū)域，稱為磁疇。 磁帶效應(yīng)：磁場可以把鐵塊變成磁鐵，此后即使磁場減弱或是消失，鐵塊地磁力 并不會回到原來的起點或零點，部分磁力將永久性地滯留在鐵塊中，這就是“磁 帶效應(yīng)" 磁致伸縮效應(yīng)：鐵磁物質(zhì)磁化時，沿

40、磁化方向發(fā)生長度的伸長或縮短的現(xiàn)象。 磁滯損耗：回線所包圍的面積相當(dāng)于磁物一周所產(chǎn)生的能量損耗。鐵磁材料在磁 化過程中由磁滯現(xiàn)象引起的能量損耗。 2試說明材料產(chǎn)生鐵磁性的條件。 答：鐵磁性產(chǎn)生的條件:（1 ）原子內(nèi)部要求未填滿的電子殼層（2）及Rab/r 之比大于3使 交換積分A為正，前者指的是原子本征磁矩部位零，后者指的是 要有一定的晶體結(jié)構(gòu)。 3鐵磁性材料中為什么會形成磁疇？ 答：根據(jù)交換能最低的原則，鐵磁性物質(zhì)相鄰原子為抵消的自旋磁矩應(yīng)同向排 列，形成了自發(fā)磁化，交換能使鐵磁物質(zhì)中的磁矩同向排列形成一個磁疇。 4試說明軟磁材料，硬磁材料的主要性能標(biāo)志？ 答：軟磁材料：具有高磁

41、導(dǎo)率，高飽和磁化強(qiáng)度和低剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，低矯頑 力等特性。 硬磁材料：具有高的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br和矯頑力He及較大的 最大磁能積（BH ） m，特別是高的（BH）m使材料在使用中可保持穩(wěn)定的磁 性。 第十章 帕爾貼效應(yīng)：電流 流過兩種不同道題的界面時，將從外界吸收熱量，或向外界放出熱量的現(xiàn) 象。 湯姆遜效應(yīng)：當(dāng)一根金屬導(dǎo)線兩端溫度不同時，若通以電流，則在導(dǎo)線中除產(chǎn)生 焦耳熱外，還要產(chǎn)生額外的吸放熱現(xiàn)象，這種熱電現(xiàn)象稱為湯姆遜效應(yīng)。、 塞貝克效應(yīng)：當(dāng)兩種不同的金屬或合金連成閉合回路且兩連接點處溫度不同則 回路中將產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。 電介質(zhì)的擊穿：在強(qiáng)電場中工作的絕緣材料，當(dāng)所承受的電壓超

42、過臨界擊穿電壓 時便失去了絕緣性能而擊穿，這種現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的擊穿。 介質(zhì)的極化：介質(zhì)在電場作用下產(chǎn)生感應(yīng)電荷的現(xiàn)象。 電介質(zhì)：指不導(dǎo)電的物質(zhì)，內(nèi)部沒有可移動的電荷。 1，表征超導(dǎo)體性能的3個主要指標(biāo)是什么？ 答:（1）臨界溫度Tc，即超導(dǎo)體保持其超導(dǎo)性的最高溫度。 （2）臨界磁場He，即超導(dǎo)體保持其超導(dǎo)性和完全抗磁性的最強(qiáng)磁場 3 ）臨界電流密度Jc，即超導(dǎo)體保持其超導(dǎo)性所能承受的最大電流。 2.半導(dǎo)體有哪些導(dǎo)電敏感效應(yīng)？ 答：（1 ）熱敏效應(yīng)，溫度增加使電子的動能增加，造成晶體中的自由電子和空 穴數(shù)目增加，因而使電導(dǎo)率升高（2 ）光敏效應(yīng)，具有一定能量的光子照射到半 導(dǎo)體時

43、，促使電阻率急劇下降（3 ）壓敏效應(yīng)，是由電壓或應(yīng)力的作用使電阻率 改變，包括電壓敏感或壓力敏感效應(yīng)（4 ）磁敏效應(yīng)，包括赫爾效應(yīng)和磁阻效應(yīng) （5）還存在氣敏效應(yīng)，光磁效應(yīng)，熱磁效應(yīng)，熱電效應(yīng) 3電介質(zhì)有哪些主要性能指標(biāo)？ 答：（1 ）介電常數(shù)，表示電容器在有介質(zhì)時的電容與無介質(zhì)的電容相比較時的增 長倍數(shù)（2）極化率，定量地表示出材料被電場極化的能力（3）介電常數(shù)溫度 系數(shù) 4絕緣材料有哪些主要損壞形式？ 答：電導(dǎo)損耗，極化損耗，電離損壞，宏觀 結(jié)構(gòu)不均勻的介質(zhì)損壞（1 ）電擊穿，是一個僅有電子參加的過程，在強(qiáng)電場作 用下，介質(zhì)中不斷形成了大量的電子，并貫穿介質(zhì)，產(chǎn)生電流，導(dǎo)致介質(zhì)的擊穿 （2 ）熱擊穿（3 ）化學(xué)擊穿