《材料性能學(xué)》北工大出版(共10頁)

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 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(shí)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(cuò)運(yùn)動所受阻力的變化。可通過熱處理（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(shí)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)

2、生塑性變形，而裂紋的擴(kuò)展速度往往很快。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

3、材料的彈性模數(shù)主要取決于什么因素？ 答：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(shí)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(cuò)運(yùn)動，因此單晶體理論屈服強(qiáng)度＝臨界切應(yīng)力 2、晶界和亞結(jié)構(gòu)：晶界是位錯(cuò)運(yùn)動的重要障礙，晶界越多，常溫時(shí)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(cuò)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(cuò)應(yīng)力場相互作用，使位錯(cuò)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(shí)效強(qiáng)化、彌

4、散強(qiáng)化 4、第二相：彌散分布的均勻細(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(shí)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(shí)易產(chǎn)生粘刀，表面質(zhì)量差，可進(jìn)行冷變

5、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載能力。保證機(jī)件使用安全。 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(shí)驗(yàn)溫度，加載速度和受力狀態(tài)。 1-14、純鐵γS=2J/m2,E=2*105MPa ,α0=2.5*10-10m,求理論斷裂強(qiáng)度σm 答：由公式σm=(E*γS/α0)1/2得： σm=(2*105*106*2/2.5*10-10)1

6、/2=4.0*1010Pa=4.0*104MPa 1-15、一薄板內(nèi)有一條長3mm的裂紋，且α0=3*10-8mm.求脆性斷裂應(yīng)力σC（設(shè)σm=E/10=2*105MPa） 答：由σm/σc=(α/α0)1/2 解得：σC=28.29MPa 1-16、一材料E=2*1011 N/m2, γS =8N/m試計(jì)算在7*107N/m2的拉應(yīng)力下材料的臨界裂紋長度。 答：當(dāng)σC=7*107N/m2時(shí)，因?yàn)閍C=E*γS/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

7、于脆性固體如玻璃、無機(jī)晶體材料、超高強(qiáng)鋼。 對于許多工程結(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(jì)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(shí)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(jì)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

8、限作為選擇材料的依據(jù)，對于服役條件不允許產(chǎn)生微量塑性變形的機(jī)件，設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)，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(cuò)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(shí)，運(yùn)動位錯(cuò)遇林位錯(cuò)而彎曲受阻，并形成位錯(cuò)纏結(jié)或胞狀組織，如果此時(shí)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

9、錯(cuò)不能做顯著運(yùn)動，宏觀上表現(xiàn)為規(guī)定殘余伸長應(yīng)力增加。如果卸載后施加反向應(yīng)力，位錯(cuò)反向運(yùn)動時(shí)前方林位錯(cuò)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(diǎn)？ 答：（1）各晶粒變形的不同時(shí)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(cuò)運(yùn)動速度應(yīng)力敏感指數(shù)m’值越低，使位錯(cuò)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(gè)特點(diǎn) 答：金屬材料的n值的大小，與層錯(cuò)能的高低有關(guān)。層錯(cuò)能低的，

10、n值越大。層錯(cuò)能高的，n值越小。n值大的其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(diǎn)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σmax的比值e=τmax/σmax,σ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，e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)

11、變狀態(tài)，三，缺口強(qiáng)化現(xiàn)象。 3）缺口敏感度。 在缺口試樣拉伸試驗(yàn)中，用試樣的抗拉強(qiáng)度σbn與等截面尺寸的光滑試樣抗拉強(qiáng)度σb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(shí)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)?)。 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α=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

12、載荷F2，保持后卸載F2，測出實(shí)際壓入深度h，則HR=（R-H）/0.002(壓頭為金剛石時(shí)k=0.2，為淬火剛球是k=0.26) 6)維氏硬度:實(shí)驗(yàn)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(jì)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(gè)四方錐行壓痕，測量壓痕對角線長度分別為d1，d2。取其平均值為d，用以計(jì)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(gè)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HK表示，HK=1.

13、451F/L2，L單位（mm）。 8)肖氏硬度:是一種動載實(shí)驗(yàn)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(shí)，缺口界面上應(yīng)力分布為軸向σy，在缺口根部最大，隨離根部距離的增加，σy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σb時(shí)，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欤谟腥笨诘臈l件下，由于出現(xiàn)了三向應(yīng)力，試樣的屈服應(yīng)

14、力比單向拉伸時(shí)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(yàn)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。 單向拉伸: 特點(diǎn) 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(yàn)。 范圍：用于塑性變形抗力與切斷抗力較低的塑性材料試驗(yàn)。 扭轉(zhuǎn)： 1、扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)較拉伸時(shí)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(shí)驗(yàn)時(shí)，整個(gè)試樣長度上基本保持原尺寸不變。 4、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)正應(yīng)力與切應(yīng)力大致相等。

15、 范圍：測定在拉伸時(shí)呈脆性材料的強(qiáng)度和塑性；對各種表面強(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(shí)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(diǎn)：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(diǎn)：單向壓縮試驗(yàn)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(shí)塑性很好的材料在壓縮時(shí)只發(fā)生壓縮變形而不會斷裂。 范圍：拉伸時(shí)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(diǎn)。 1-8、試比較布氏硬度

16、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(diǎn)和應(yīng)用范圍。 答：維氏硬度的實(shí)驗(yàn)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(jì)算硬度值。所不同的是維氏硬度實(shí)驗(yàn)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(yàn)：優(yōu)點(diǎn) 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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性高 缺點(diǎn) 1、壓痕直徑比較大，一般不宜在成品上直接進(jìn)行檢驗(yàn) 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、

17、淬火鋼球的硬度范圍為450HBS，當(dāng)大于450時(shí)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(yàn)：優(yōu)點(diǎn) 1、操作簡單迅速 2、壓痕小，可對工件直接進(jìn)行檢驗(yàn) 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(diǎn) 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

18、材料硬度，測定各種材料。 維氏試驗(yàn)：優(yōu)點(diǎn) 1、角錐壓痕清晰，采用對角線長度計(jì)算，精確可靠 2、壓頭為四棱錐，當(dāng)載荷改變時(shí)，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(diǎn) 1、測定方法比較麻煩，工作效率低 2、壓痕面積小，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(yàn)為宜。 1) 滲碳層的硬度分布 顯微; 2）淬火鋼 洛或維

19、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(jì)測量硬度時(shí)，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(diǎn)； ⑶試樣太薄。 ⑴過于接近端面，加壓時(shí)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(shí)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(diǎn)，由于其它測量點(diǎn)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

20、，測量這些區(qū)域時(shí)會使測量值偏高，造成很大誤差，使試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)。 ⑶試樣太薄，在載荷施加過大時(shí)容易壓穿試樣，或?yàn)楸ＷC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(shí)驗(yàn)溫度低于某一溫度tk時(shí)，材料由韌性狀態(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?，斷口特征由纖維狀變?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(shí)，表面氧化色為藍(lán)

21、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σs的高速載荷時(shí)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Δ表示，Δ值常取20—60 0c。 3-6．是從宏觀和微觀上解釋為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

22、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(shí)溫度即為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。高于此溫度時(shí)，材料受載后先屈服后斷裂，為韌性斷裂；低于此溫度時(shí)，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(shí)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(cuò)在晶體中運(yùn)動的阻力對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(cuò)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.

23、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(cuò)的交互作用偏聚于位錯(cuò)線附近形成柯氏氣團(tuán)，既增加σi，又使ky增加，致使σs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、Pb、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(shí)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

24、前塞集的位錯(cuò)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(shí)，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(shí)，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

25、材料的韌性較好。 第4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 ?應(yīng)力場強(qiáng)度因子：KI= 反應(yīng)了裂紋尖端區(qū)域應(yīng)力場的強(qiáng)度 ?斷裂韌度：當(dāng)應(yīng)力或裂紋尺寸a增大到臨界值時(shí)，也就是在裂紋尖端足夠大的范圍內(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(shí)KI也達(dá)到了一個(gè)極限值，這個(gè)臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的KI記為KIC或Kc稱為斷裂韌度。 ④能量釋放率：GI= 是平面應(yīng)力的能量釋放率，GI= 是平面應(yīng)變的能量釋放率。 ⑤J積分： 反映了裂紋尖

26、端區(qū)的應(yīng)變能，即應(yīng)力應(yīng)變集中程度。 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δ表示。 4-3．說明KI和KIC的異同。 答：KI和KIC是兩個(gè)不同的概念，KI是一個(gè)力學(xué)參量，表示裂紋體中裂紋尖端的應(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σ=1200Mpa，K=115Mpa.m,探傷發(fā)現(xiàn)有20㎜大的橫向穿透裂紋，若在平均軸向應(yīng)力900Mpa下工作，試計(jì)算K和塑性區(qū)寬度，并判斷該件是否安全

27、 解：σs=σ=1200Mpa 2a=20㎜=0.02m σ=900Mpa Y= 則σ/σs=900/1200=0.75>0.6～0.7 需考慮修正問題 K=Y/ 即K=*900*/=168Mpa>K 不安全 塑性區(qū)寬度 R=(K/)=*(168/1200)=2.2㎜ K為168Mpa，塑性區(qū)寬度為2.2㎜，該件不安全。 11.有一構(gòu)件加工時(shí)，出現(xiàn)表面半橢圓裂紋。若a=1mm，a/c=0.3，在1000MPa的應(yīng)力下工作，對下列材料應(yīng)選用哪一種？ 材料 A B C D E ／MPa 1100 1200

28、 1300 1400 1500 /(MPa*m) 110 95 75 60 55 解：1.對于材料A： 由于/=1000/1100=0.909 所以必須使用塑性區(qū)的修正公式來計(jì)算即： =，其中第二類橢圓積分 當(dāng) 時(shí)，得 將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入得：<=110（MPa） 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

29、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(shí)，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(cuò)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

30、-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?yàn)闄C(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(shí)間 （3）次載鍛煉：材料特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>10，斷裂應(yīng)力水平較低，，又稱低應(yīng)力疲勞；低周疲勞的斷裂壽命較短，N=10～，斷裂應(yīng)力水平較高，，往往伴有塑性應(yīng)變發(fā)生，常稱為高應(yīng)力疲勞或應(yīng)力疲勞。 5-5.疲勞失效過程可分為哪幾個(gè)階段？ 答：疲

31、勞裂紋形成，裂紋擴(kuò)展，當(dāng)裂紋擴(kuò)展達(dá)到臨界尺寸時(shí)發(fā)生瞬時(shí)斷裂 補(bǔ)5-1疲勞破壞的特點(diǎn)： 答：（1）該破壞是一種潛在的突發(fā)性破壞，在靜載下顯示韌性或脆性破壞的材料，在疲勞破壞前均不會發(fā)生明顯的塑性變形，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(shí)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?yàn)槿笨诤土鸭y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(diǎn).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)

32、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>10，斷裂應(yīng)力水平較低，，又稱低力應(yīng)疲勞；低周疲勞的斷裂壽命較短，N=10～，斷裂應(yīng)力水平較高，，往往伴有塑性應(yīng)變發(fā)生，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

33、粒。（參考） 1-11.有板件在脈動載荷下工作，σmax=200MPa，σmin=0，該材料的σb=670MPa，σ0.2=600MPa，KⅠc=104 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

34、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(diǎn)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(diǎn)不斷形成又不斷破壞又脫落， 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(jiān)硬的細(xì)微凸起或在接觸面間存在硬質(zhì)粒子時(shí)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

35、機(jī)械磨損， 表面損傷：磨損的部位不滿了腐蝕坑。 麻點(diǎn)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)深淺不同的針狀痘，斑狀凹坑或較大面積的剝落。 3舉實(shí)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(diǎn)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(diǎn)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

36、點(diǎn)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，滲氮等表面工藝。 第七章 1. 蠕變：材料在長時(shí)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(shí)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

37、列力學(xué)性能指標(biāo)的名稱和物理意義。 бT.ε：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。 δT.б/η：蠕變極限 表示在給定溫度和時(shí)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。 αsh：剩余應(yīng)力 表示在應(yīng)力松弛試驗(yàn)中任一時(shí)間試驗(yàn)上所保持的應(yīng)力。 δTt：持久強(qiáng)度 是材料在一定溫度下和規(guī)定時(shí)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；

38、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(diǎn)，垂直于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

39、表示。 抗磁性：電子循軌運(yùn)動時(shí)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(diǎn)或零點(diǎn)，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(shí)，沿磁化方向發(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)

40、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(gè)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。

41、 硬磁材料：具有高的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br和矯頑力Hc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(shí)，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(shí)，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(diǎn)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(shí)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(gè)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Hc，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

43、導(dǎo)體時(shí)，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(shí)的電容與無介質(zhì)的電容相比較時(shí)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(gè)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 專心---專注---專業(yè)