《材料性能學(xué)》課后答案

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1、《工程材料力學(xué)性能》（第二版）課后答案 第一章材料單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能 一、解釋下列名詞 滯彈性：在外加載荷作用下，應(yīng)變落后于應(yīng)力現(xiàn)象。 靜力韌度：材料在靜拉伸時(shí)單位體積材科從變形到斷裂所消耗的功。 彈性極限：試樣加載后再卸裁，以不出現(xiàn)殘留的永久變形為標(biāo)準(zhǔn)，材料能夠完全彈性恢復(fù)的最高應(yīng)力。 比例極限：應(yīng)力一應(yīng)變曲線上符合線性關(guān)系的最高應(yīng)力。 包申格效應(yīng)：指原先經(jīng)過(guò)少量塑性變形，卸載后同向加載，彈性極限 （bp） 或屈服強(qiáng)度（《）增加；反向加載時(shí)彈性極限（a p）或屈服強(qiáng)度（a S） 降低的現(xiàn)象。 解理斷裂：沿一定的晶體學(xué)平面產(chǎn)生的快速穿晶斷裂。晶體學(xué)平面--解理面，一般

2、是低指數(shù)，表面能低的晶面。 解理面:在解理斷裂中具有低指數(shù)，表面能低的晶體學(xué)平面。 韌脆轉(zhuǎn)變：材料力學(xué)性能從韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變到脆性狀態(tài)的現(xiàn)象（沖擊吸收功明顯下降，斷裂機(jī)理由微孔聚集型轉(zhuǎn)變微穿晶斷裂， 斷口特征由纖維狀轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶狀）。 靜力韌度：材料在靜拉伸時(shí)單位體積材料從變形到斷裂所消耗的功叫做靜力韌度。是一個(gè)強(qiáng)度與塑性的綜合指標(biāo)，是表示靜載 下材料強(qiáng)度與塑性的最佳配合。 二、金屬的彈性模量主要取決于什么 ？為什么說(shuō)它是一個(gè)對(duì)結(jié)中^不敏感的力學(xué)姓能 ？ 答案：金屬的彈性模量主要取決于金屬鍵的本性和原子間的結(jié)合力，而材料的成分和組織對(duì)它的影響不大，所以說(shuō)它是一 個(gè)對(duì)組織不敏感的性能指標(biāo)，

3、這是彈性模量在性能上的主要特點(diǎn)。改變材料的成分和組織會(huì)對(duì)材料的強(qiáng)度 （如屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng) 度）有顯著影響，但對(duì)材料的剛度影響不大。 三、什么是包辛格效應(yīng)，如何解釋，它有什么實(shí)際意義 ？ 答案：包辛格效應(yīng)就是指原先經(jīng)過(guò)變形，然后在反向加載時(shí)彈性極限或屈服強(qiáng)度降低的現(xiàn)象。特別是彈性極限在反向加載 時(shí)幾乎下降到零，這說(shuō)明在反向加載時(shí)塑性變形立即開(kāi)始了。 包辛格效應(yīng)可以用位錯(cuò)理論解釋。第一，在原先加載變形時(shí)，位錯(cuò)源在滑移面上產(chǎn)生的位錯(cuò)遇到障礙，塞積后便產(chǎn)生了背 應(yīng)力，這背應(yīng)力反作用于位錯(cuò)源，當(dāng)背應(yīng)力 （取決于塞積時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力集中）足夠大時(shí)，可使位錯(cuò)源停止開(kāi)動(dòng)。背應(yīng)力是一種長(zhǎng)程 （晶?；蛭诲e(cuò)胞尺

4、寸范圍）內(nèi)應(yīng)力，是金屬基體平均內(nèi)應(yīng)力的度量。因?yàn)轭A(yù)變形時(shí)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方向和背應(yīng)力的方向相反，而當(dāng)反向 加載時(shí)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方向與原來(lái)的方向相反了，和背應(yīng)力方向一致，背應(yīng)力幫助位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，塑性變形容易了，于是，經(jīng)過(guò)預(yù)變形 再反向加載，其屈服強(qiáng)度就降低了。這一般被認(rèn)為是產(chǎn)生包辛格效應(yīng)的主要原因。其次，在反向加載時(shí)，在滑移面上產(chǎn)生的位 錯(cuò)與預(yù)變形的位錯(cuò)異號(hào)，要引起異號(hào)位錯(cuò)消毀，這也會(huì)引起材料的軟化，屈服強(qiáng)度的降低。 實(shí)際意義：在工程應(yīng)用上，首先是材料加工成型工藝需要考慮包辛格效應(yīng)。其次，包辛格效應(yīng)大的材料，內(nèi)應(yīng)力較大。另 外包辛格效應(yīng)和材料的疲勞強(qiáng)度也有密切關(guān)系，在高周疲勞中，包辛格效應(yīng)小的疲勞壽命高，而

5、包辛格效應(yīng)大的，由于疲勞軟 化也較嚴(yán)重，對(duì)高周疲勞壽命不利。 可以從河流花樣的反“河流”方向去尋找裂紋源。 解理斷裂是典型的脆性斷裂的代表，微孔聚集斷裂是典型的塑性斷裂。 5.影響屈服強(qiáng)度的因素 與以下三個(gè)方面相聯(lián)系的因素都會(huì)影響到屈服強(qiáng)度 1 .位錯(cuò)增值和運(yùn)動(dòng) 2 .晶粒、晶界、第二相等 3 .外界影響位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的因素 主要從內(nèi)因和外因兩個(gè)方面考慮 （一） 影響屈服強(qiáng)度的內(nèi)因素 1 .金屬本性和晶格類型（結(jié)合鍵、晶體結(jié)構(gòu)） 單晶的屈服強(qiáng)度從理論上說(shuō)是使位錯(cuò)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的臨界切應(yīng)力，其值與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所受到的阻力（晶格阻力--派拉力、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) 交互作用產(chǎn)生的阻力）決定。 派拉力:

6、 位錯(cuò)交互作用力 aGb (1-13) (1-14) （a是與晶體本性、位錯(cuò)結(jié)構(gòu)分布相關(guān)的比例系數(shù)， L是位錯(cuò)間距。） 2 .晶粒大小和亞結(jié)構(gòu) 晶粒小-晶界多（阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)）-位錯(cuò)塞積-提供應(yīng)力-位錯(cuò)開(kāi)動(dòng) -產(chǎn)生宏觀塑性變形 晶粒減小將增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻礙的數(shù)目，減小晶粒內(nèi)位錯(cuò)塞積群的長(zhǎng)度，使屈服強(qiáng)度降低（細(xì)晶強(qiáng)化） 屈服強(qiáng)度與晶粒大小的關(guān)系： 霍爾一派奇（Hall-Petch） <rs= （ri+kyd-1/2 3 .溶質(zhì)元素 加入溶質(zhì)原子-（間隙或置換型）固溶體-（溶質(zhì)原子與溶劑原子半徑不一樣）產(chǎn)生晶格畸變-產(chǎn)生畸變應(yīng)力場(chǎng)-與位錯(cuò)應(yīng)力 場(chǎng)交互運(yùn)動(dòng)-使位錯(cuò)受阻-

7、提高屈服強(qiáng)度 （固溶強(qiáng)化）。 4 .第二相（彌散強(qiáng)化，沉淀強(qiáng)化） 不可變形第二相 提高位錯(cuò)線張力-繞過(guò)第二相-留下位錯(cuò)環(huán) -兩質(zhì)點(diǎn)間距變小-流變應(yīng)力增大。 不可變形第二相 位錯(cuò)切過(guò)（產(chǎn)生界面能），使之與機(jī)體一起產(chǎn)生變形，提高了屈服強(qiáng)度。 彌散強(qiáng)化： 第二相質(zhì)點(diǎn)彌散分布在基體中起到的強(qiáng)化作用。 沉淀強(qiáng)化： 第二相質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)固溶后沉淀析出起到的強(qiáng)化作用。 （二）影響屈服強(qiáng)度的外因素 1 .溫度 一般的規(guī)律是溫度升高，屈服強(qiáng)度降低。 原因：派拉力屬于短程力，對(duì)溫度十分敏感。 2 .應(yīng)變速率 應(yīng)變速率大，強(qiáng)度增加。（t。,t= Ci（ e ）m 3 .應(yīng)力狀態(tài) 切應(yīng)力分

8、量越大，越有利于塑性變形，屈服強(qiáng)度越低。 缺口效應(yīng)：試樣中 缺口”的存在，使得試樣的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，從而影響材料的力學(xué)性能的現(xiàn)象。 9 .細(xì)晶強(qiáng)化能強(qiáng)化金屬又不降低塑性。 10 .韌性斷裂與脆性斷裂的區(qū)別。為什么脆性斷裂更加危險(xiǎn)？ 韌性斷裂：是斷裂前產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形的斷裂 特征： 斷裂面一般平行于最大切應(yīng)力與主應(yīng)力成 45度角。 斷口成纖維狀（塑變中微裂紋擴(kuò)展和連接），灰暗色（反光能力弱）。 斷口三要素： 纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇這三個(gè)區(qū)域的比例關(guān)系與材料韌斷性能有關(guān)。 塑性好，放射線粗大 塑性差，放射線變細(xì)乃至消失。 脆性斷裂：斷裂前基本不發(fā)生塑性變形的，突發(fā)的

9、斷裂。 特征： 斷裂面與正應(yīng)力垂直，斷口平齊而光滑，呈放射狀或結(jié)晶狀。 注意：脆性斷裂也產(chǎn)生微量塑性變形。 斷面收縮率小于5%為脆性斷裂，大于5%為韌性斷裂。 23.斷裂發(fā)生的必要和充分條件之間的聯(lián)系和區(qū)別。 格雷菲斯裂紋理論是根據(jù)熱力學(xué)原理，用能量平衡(彈性能的降低與表面能的增加相平衡)的方法推到出了裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展 的臨界條件。該條件是是斷裂發(fā)生的必要條件，但并不意味著一定會(huì)斷裂。 該斷裂判據(jù)為: 二c二(2E s)1/2 (是通過(guò)力學(xué)方法推到的斷裂判據(jù)) 裂紋擴(kuò)展的充分條件是其尖端應(yīng)力要大于等于理論斷裂強(qiáng)度。 該應(yīng)力斷裂判據(jù)為: 對(duì)比這兩個(gè)判據(jù)可知： ,

10、』 ' E\Pxi/2 當(dāng)P =3a0時(shí)，必要條件和充分條件相當(dāng) =(——s—)1/2 4aa p<3%時(shí)，滿足必要條件就可行(同時(shí)也滿足充分條件4aa0 P > 3a0時(shí)，滿足充分條件就可行(同時(shí)也滿足必要條件) 25. 1 .材料成分： %—有效表面能，主要是塑性變形功，與有效滑移系數(shù)目和可動(dòng)位錯(cuò)有關(guān) 具有fcc結(jié)構(gòu)的金屬有效滑移系和可動(dòng)位錯(cuò)的數(shù)目都比較多，易于塑性變形，不易脆斷。 凡加入合金元素引起滑移系減少、攣生、位錯(cuò)釘扎的都增加脆性；若合金中形成粗大第二相也使脆性增加。 2 .雜質(zhì)：聚集在晶界上的雜質(zhì)會(huì)降低材料的塑性，發(fā)生脆斷。 3 .溫度：

11、山一位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)摩擦阻力。其值高，材料易于脆斷。 bcc金屬具有低溫脆斷現(xiàn)象，因?yàn)?山隨著溫度的減低而急劇增加，同時(shí)在低溫下，塑性變形一攣生為主，也易于產(chǎn)生裂紋。故 低溫脆性大。 4 .晶粒大?。篸值小位錯(cuò)塞積的數(shù)目少，而且晶界多。故裂紋不易產(chǎn)生，也不易擴(kuò)展。所以細(xì)晶組織有抗脆斷性能。 5 .應(yīng)力狀態(tài)：減小切應(yīng)力與正應(yīng)力比值的應(yīng)力狀態(tài)都將增加金屬的脆性 6 .加載速度：加載速度大，金屬會(huì)發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變。 第二章金屬在其他靜載荷下的力學(xué)性能 一、解釋下列名詞： (1)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)一材料最大切應(yīng)力與最大正應(yīng)力的比值，記為 a。 (2)缺口效應(yīng)一一缺口材料在靜載荷作用下，缺口截面上的應(yīng)

12、力狀態(tài)發(fā)生的變化。 (3)缺口敏感度一一金屬材料的缺口敏感性指標(biāo)，用缺口試樣的抗拉強(qiáng)度與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強(qiáng)度的比值表示。 (4)布氏硬度一一用鋼球或硬質(zhì)合金球作為壓頭，采用單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算而得的硬度。 (5)洛氏硬度一一采用金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測(cè)量壓痕深度所表示的硬度。 (6)維氏硬度一一以兩相又t面夾角為136。的金剛石四棱錐作壓頭，采用單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算而得的硬度。 (7)努氏硬度一一采用兩個(gè)對(duì)面角不等的四棱錐金剛石壓頭，由試驗(yàn)力除以壓痕投影面積得到的硬度。 (8)肖氏硬度一一采動(dòng)載荷試驗(yàn)法，根據(jù)重錘回跳高度表證的金屬硬度。 (9)里氏

13、硬度一一采動(dòng)載荷試驗(yàn)法，根據(jù)重錘回跳速度表證的金屬硬度。 二、說(shuō)明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義 (1) (rbc一一材料的抗壓強(qiáng)度 (2) <T b b 材料的抗彎強(qiáng)度 (3) ts——材料的扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn) (4) r b 材料的抗扭強(qiáng)度 (5) <T b? 材料的抗拉強(qiáng)度 (6) NSR——材料的缺口敏感度 (7) HBS ——壓頭為淬火鋼球的材料的布氏硬度 (8) HBW ——壓頭為硬質(zhì)合金球的材料的布氏硬度 (9) HRA ——材料的洛氏硬度 (10) HRB——材料的洛氏硬度 (11) HRC——材料的洛氏硬度 (12) HV ——材料的維氏硬度 (13)

14、 HK ——材料的努氏硬度 (14) HS——材料的肖氏硬度 (15) HL ——材料的里氏硬度 三、缺口沖擊韌性試驗(yàn)?zāi)茉u(píng)定那些材料的低溫脆性 ？那些材料不能用此方法檢驗(yàn)和評(píng)定？ 答案：缺口沖擊韌性試驗(yàn)?zāi)茉u(píng)定的材料是低、 中強(qiáng)度的體心立方金屬以及 Bb, Zn,這些材料的沖擊韌性對(duì)溫度是很敏感的。 對(duì)高強(qiáng)度鋼、鋁合金和鈦合金以及面心立方金屬、陶瓷材料等不能用此方法檢驗(yàn)和評(píng)定。 四、在評(píng)定材料的缺口敏感應(yīng)時(shí)，什么情況下宜選用缺口靜拉伸試驗(yàn) ？什么情況下宜選用缺口偏斜拉伸 ？什么情況下則選用缺口 靜彎t劃僉？ 答案：缺口靜拉伸試驗(yàn)主要用于比較淬火低中溫回火的各種高強(qiáng)度鋼，各種高強(qiáng)度

15、鋼在屈服強(qiáng)度小于 1200MPa時(shí)，其缺口 強(qiáng)度均隨著材料屈服強(qiáng)度的提高而升高；但在屈服強(qiáng)度超過(guò) 1200MPa以上時(shí)，則表現(xiàn)出不同的特性，有的開(kāi)始降低，有的還呈 上升趨勢(shì)。 缺口偏斜拉伸試驗(yàn)就是在更苛刻的應(yīng)力狀態(tài)和試驗(yàn)條件下，來(lái)檢驗(yàn)與對(duì)比不同材料或不同工藝所表現(xiàn)出的性能差異。 缺口試樣的靜彎試驗(yàn)則用來(lái)評(píng)定或比較結(jié)構(gòu)鋼的缺口敏感度和裂紋敏感度。 7.說(shuō)明布氏硬度、洛氏硬度與維氏硬度的實(shí)驗(yàn)原理和優(yōu)缺點(diǎn)。 1、氏硬度試驗(yàn)的基本原理 在直徑D的鋼珠(淬火鋼或硬質(zhì)合金球)上，加一定負(fù)荷 F,壓入被試金屬的表面，保持規(guī)定時(shí)間卸除壓力，根據(jù)金屬表 面壓痕的陷凹面積計(jì)算出應(yīng)力值，以此值作為硬

16、度值大小的計(jì)量指標(biāo)。 優(yōu)點(diǎn)： 代表性全面，因?yàn)槠鋲汉勖娣e較大，能反映金屬表面較大體積范圍內(nèi)各組成相綜合平均的性能數(shù)據(jù)，故特別適宜于測(cè)定灰 鑄鐵、軸承合金等具有粗大晶?；虼执蠼M成相 的金屬材料。 試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定。試驗(yàn)數(shù)據(jù)從小到大都可以統(tǒng)一起來(lái)。 缺點(diǎn)： 鋼球本身變形問(wèn)題。對(duì) HB>450以上的太硬材料，因鋼球變形已很顯著，影響所測(cè)數(shù)據(jù)的正確性，因此不能使用。 由于壓痕較大，不宜于某些表面不允許有較大壓痕的成品檢驗(yàn)，也不宜于薄件試驗(yàn)。 不同材料需更換壓頭直徑和改變?cè)囼?yàn)力，壓痕直徑的測(cè)量也較麻煩。 2、洛氏硬度的測(cè)量原理 洛氏硬度是以壓痕陷凹深度作為計(jì)量硬度值的指標(biāo)。 洛氏硬度

17、試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn) 洛氏硬度試驗(yàn)避免了布氏硬度試驗(yàn)所存在的缺點(diǎn)。它的優(yōu)點(diǎn)是： 1)因有硬質(zhì)、軟質(zhì)兩種壓頭，故適于各種不同硬質(zhì)材料的檢驗(yàn)，不存在壓頭變形問(wèn)題； 2)壓痕小，不傷工件，適用于成品檢驗(yàn) ； 3)操作迅速，立即得出數(shù)據(jù)，測(cè)試效率高。 缺點(diǎn)是：代表性差，用不同硬度級(jí)測(cè)得的硬度值無(wú)法統(tǒng)一起來(lái)，無(wú)法進(jìn)行比較。 3、維氏硬度的測(cè)定原理 維氏硬度的測(cè)定原理和布氏硬度相同，也是根據(jù)單位壓痕陷凹面積上承受的負(fù)荷，即應(yīng)力值作為硬度值的計(jì)量指標(biāo)。 維氏硬度的優(yōu)缺點(diǎn) 1)、不存在布氏那種負(fù)荷 F和壓頭直徑D的規(guī)定條件的約束，以及壓頭變形問(wèn)題； 2)、也不存在洛氏那種硬度值無(wú)法統(tǒng)一的問(wèn)題；

18、3)、它和洛氏一樣可以試驗(yàn)任何軟硬的材料，并且比洛氏能更好地測(cè)試極薄件 (或薄層)的硬度，壓痕測(cè)量的精確度高，硬 度值較為精確。 4)、負(fù)荷大小可任意選擇。(維氏顯微硬度) 唯一缺點(diǎn)是硬度值需通過(guò)測(cè)量對(duì)角線后才能計(jì)算(或查表)出來(lái)，因此生產(chǎn)效率沒(méi)有洛氏硬度高。 8.今有如下零件和材料需要測(cè)定硬度，試說(shuō)明選擇何種硬度實(shí)驗(yàn)方法為宜。 (1)滲碳層的硬度分布；(2)淬火鋼；(3)灰鑄鐵；(4)鑒別鋼中的隱晶馬氏體和殘余奧氏體；(5)儀表小黃銅齒 輪；(6)龍門(mén)刨床導(dǎo)軌；(7)滲氮層；(8)高速鋼刀具；(9)退火態(tài)低碳鋼；(10)硬質(zhì)合金。 (1)滲碳層的硬度分布 一-HK或-顯微HV

19、(2)淬火鋼 一--HRC (3)灰鑄鐵 一--HB (4)鑒別鋼中的隱晶馬氏體和殘余奧氏體 -一顯微HV或者HK (5)儀表小黃銅齒輪一--HV (6)龍門(mén)刨床導(dǎo)軌--HS (肖氏硬度)或HL(里氏硬度) (7)滲氮層一--HV (8)高速鋼刀具---HRC (9)退火態(tài)低碳鋼一-HB (10)硬質(zhì)合金―― HRA 第三章材料在沖擊載荷下的力學(xué)性能 一、解釋下列名詞 (1) 沖擊韌度一材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力。 (2) 沖擊吸收功一一沖擊彎曲試驗(yàn)中試樣變形和斷裂所消耗的功 (3) 低溫脆性一一體心立方晶體金屬及其合金或某些密派六方晶體金屬及其

20、合金在試驗(yàn)溫度低于某一溫度時(shí)，材料 由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的現(xiàn)象。 (4) 韌脆轉(zhuǎn)變溫度一一材料呈現(xiàn)低溫脆性的臨界轉(zhuǎn)變溫度。 (5) 韌性溫度儲(chǔ)備一一材料使用溫度和韌脆轉(zhuǎn)變溫度的差值，保證材料的低溫服役行為。 二、說(shuō)明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義 (6) AK ——材料的沖擊吸收功 AKV (CVN)和AKU——V型缺口和U型缺口試樣測(cè)得的沖擊吸收功 (7) FATT50 ——結(jié)晶區(qū)占整個(gè)端口面積 50%是的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度 (8) NDT ——以低階能開(kāi)始上升的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度 (9) FTE——以低階能和高階能平均值對(duì)應(yīng)的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度 (10) FTP——

21、高階能對(duì)應(yīng)的溫度 三、J積分的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？為什么用這種方法測(cè)定低中強(qiáng)度材料的斷裂韌性要比一般的 KIC測(cè)定方法其試樣尺寸要小很 多？ 答案：J積分有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是可以用來(lái)測(cè)定低中強(qiáng)度材料的 KIC o 對(duì)平面應(yīng)變的斷裂韌性 KIC ,測(cè)定時(shí)要求裂紋一開(kāi)始起裂，立即達(dá)到全而失穩(wěn)擴(kuò)展，并要求沿裂紋全長(zhǎng)，除試樣兩侗 表面極小地帶外，全部達(dá)到平面應(yīng)變狀態(tài)。而 JIC的測(cè)定，不一定要求試樣完全滿足平面應(yīng)變條件，試驗(yàn)時(shí)，只在裂紋前 沿中間地段首先起裂，然后有較長(zhǎng)的亞臨界穩(wěn)定擴(kuò)展的過(guò)程，這樣只需很小的試驗(yàn)厚度，即只在中心起裂的部分滿足平面 應(yīng)變要求，而韌帶尺寸范圍可以大而積的屈服，甚至全

22、面屈服。因此.作為試樣的起裂點(diǎn).仍然是平面應(yīng)變的斷裂韌度， 這時(shí)JIC的是材料的性質(zhì)。當(dāng)試樣裂紋繼續(xù)擴(kuò)展時(shí)，進(jìn)入平面應(yīng)力的穩(wěn)定擴(kuò)展階段，此時(shí)的 J不再單獨(dú)是材料的性質(zhì)，還 與試樣尺寸有關(guān)。 四、如何提高陶瓷材料的熱沖擊抗力 ？ 答案：在工程應(yīng)用中，陶瓷構(gòu)件的失效分析是十分重要的，如果材料的失效，主要是熱震斷裂，例如對(duì)高強(qiáng)、微密的 精細(xì)陶寵，則裂紋的萌生起主導(dǎo)作用，為了防止熱震失效提高熱震斷裂抗力，應(yīng)當(dāng)致力于提高材料的強(qiáng)度，并降低它的彈 性模量和膨脹系數(shù)。若導(dǎo)致熱震失效的主要因素是熱震損壞，這時(shí)裂紋的擴(kuò)展起主要作用，這時(shí)應(yīng)當(dāng)設(shè)法提高它的斷裂韌 性，降低它的強(qiáng)度。 什么是低溫脆性、韌脆轉(zhuǎn)變

23、溫度 tk?產(chǎn)生低溫脆性的原因是什么？體心立方和面心立方金屬的低溫脆性有和差異？為什 么？ 答：在試驗(yàn)溫度低于某一溫度tk時(shí)，會(huì)由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變未脆性狀態(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機(jī)理由微孔聚集型轉(zhuǎn)變微 穿晶斷裂，斷口特征由纖維狀轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性。 tk稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。 低溫脆性的原因： 低溫脆性是材料屈服強(qiáng)度隨溫度降低而急劇增加，而解理斷裂強(qiáng)度隨溫度變化很小的結(jié)果。如圖所示：當(dāng)溫度高于韌脆轉(zhuǎn) 變溫度時(shí)，斷裂強(qiáng)度大于屈服強(qiáng)度，材料先屈服再斷裂(表現(xiàn)為塑韌性)；當(dāng)溫度低于韌脆轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，斷裂強(qiáng)度小于屈 服強(qiáng)度，材料無(wú)屈服直接斷裂(表現(xiàn)為脆性)。 心立方和面心立方金屬低溫脆

24、性的差異： 體心立方金屬的低溫脆性比面心立方金屬的低溫脆性顯著。 原因： 這是因?yàn)榕衫?duì)其屈服強(qiáng)度的影響占有很大比重，而派拉力是短程力，對(duì)溫度很敏感，溫度降低時(shí)，派拉力大幅增加， 則其強(qiáng)度急劇增加而變脆。 6. 拉伸 沖擊彎曲 缺口試樣拉伸 第四章金屬的斷裂韌度 一、解釋下列名詞 (1)低應(yīng)力脆斷：在屈服應(yīng)力以下發(fā)生的斷裂。 (2)張開(kāi)型裂紋：拉應(yīng)力垂直作用于裂紋擴(kuò)展面，裂紋沿作用力方向張開(kāi)，沿裂紋面擴(kuò)展 (3)應(yīng)力強(qiáng)度因子：表示應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度。 (4)小范圍屈服：塑性尺寸較裂紋尺寸及凈截面尺寸為小，小一個(gè)數(shù)量級(jí)以上的屈服。 (5)有效屈服應(yīng)力：發(fā)生屈服時(shí)的應(yīng)力

25、(6)有效裂紋長(zhǎng)度：將原有的裂紋長(zhǎng)度與松弛后的塑性區(qū)相合并得到的裂紋長(zhǎng)度 (7)裂紋擴(kuò)展能量釋放率：裂紋擴(kuò)展單位面積時(shí)系統(tǒng)釋放勢(shì)能的數(shù)值。 (8) J積分：裂紋尖端區(qū)的應(yīng)變能，即應(yīng)力應(yīng)變集中程度 (9) COD:裂紋尖端沿應(yīng)力方向張開(kāi)所得到的位移。 二、疲勞斷口有什么特點(diǎn)？ 答案：有疲勞源。在形成疲勞裂紋之后，裂紋慢速擴(kuò)展，形成貝殼狀或海灘狀條紋。這種條紋開(kāi)始時(shí)比較密集，以后 間距逐漸增大。由于載荷的間斷或載荷大小的改變，裂紋經(jīng)過(guò)多次張開(kāi)閉合并由于裂紋表面的相互摩擦，形成一條條光亮 的弧線，叫做疲勞裂紋前沿線，這個(gè)區(qū)域通常稱為疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)， 而最后斷裂區(qū)則和靜載下帶尖銳缺口試樣

26、的斷口相似。 對(duì)于塑性材料，斷口為纖維狀，對(duì)于脆性材料，則為結(jié)晶狀斷口?？傊?，一個(gè)典型的疲勞斷口總是由疲勞源，疲勞裂紋擴(kuò) 展區(qū)和最終斷裂區(qū)三部份構(gòu)成。 三、什么是疲勞裂紋門(mén)檻值，哪些因素影響其值的大小 ？ 答案：把裂紋擴(kuò)展的每一微小過(guò)程看成是裂紋體小區(qū)域的斷裂過(guò)程，則設(shè)想應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度△ K=Kmax-Kmin是疲 勞裂紋擴(kuò)展的控制因子，當(dāng)^ K小于某臨界值△ Kth時(shí)，疲勞裂紋不擴(kuò)展，所以△ Kth叫疲勞裂紋擴(kuò)展的門(mén)檻值。 應(yīng)力比、顯微組織、環(huán)境及試樣的尺寸等因素對(duì)△ Kth的影響很大。 KI稱為I型裂紋的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子，它是衡量裂紋頂端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)烈程度的函數(shù)，決定于應(yīng)力水平、

27、裂紋尺寸和形狀。 塑性區(qū)尺寸較裂紋尺寸a及靜截面尺寸為小時(shí)（小一個(gè)數(shù)量級(jí)以上），即在所謂的小范圍屈服 裂紋的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子與其斷裂韌度相比較，若裂紋要失穩(wěn)擴(kuò)展脆斷，則應(yīng)有： 這就是斷裂K判據(jù)。 Ki - Kic 應(yīng)力強(qiáng)度因子K1是描寫(xiě)裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)弱程度的復(fù)合力學(xué)參量， 可將它看作推動(dòng)裂紋擴(kuò)展的動(dòng)力。對(duì)于受載的裂紋體, 當(dāng)K1增大到某一臨界值時(shí)，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)致斷裂。這一臨 界值便稱為斷裂韌度Kc或K1co 意義： Kc平面應(yīng)力斷裂韌度（薄板受力狀態(tài)） Kic平面應(yīng)變斷裂韌度（厚板受力狀態(tài)） 16.有一大型板件，材料的

28、 m=1200MPa, Kic=115MPa*m1/2 ,探傷發(fā)現(xiàn)有20mm長(zhǎng)的橫向穿透裂紋，若在平均軸向拉應(yīng)力 900MPa下工作，試計(jì)算KI及塑性區(qū)寬度Ro,并判斷該件是否安全？ 解：由題意知穿透裂紋受到的應(yīng)力為 <r=900MPa 根據(jù)“。改的值，確定裂紋斷裂韌度 Kic是否休要修正 因?yàn)椋╰/o.2=900/1200=0.75>0.7,所以裂紋斷裂韌度 Kic需要修正 對(duì)于無(wú)限板的中心穿透裂紋，修正后的 Ki為： _900;0.01 二 1 -0.177( 0.75)2 =168.13 二二 a =0.004417937^)=22 2gl 產(chǎn)s j .

29、21(mm) KI = l c「，=,人 (MPa*m1勺1 -0.177(a/ffs) 塑性區(qū)寬度為： 比較K1與Ku R0 因?yàn)槠?168.13 （MPa*m 1/2） Kic=115 (MPa*m1/2) 所以：K>Kic ,裂紋會(huì)失穩(wěn)擴(kuò)展 所以該件不安全 17.有一軸件平行軸向工作應(yīng)力150MPa,使用中發(fā)現(xiàn)橫向疲勞脆性正斷，斷口分析表明有25mm深度的表面半橢圓疲勞區(qū), 根據(jù)裂紋a/c可以確定（j）=1,測(cè)試材料的<o.2=720MPa ,試估算材料的斷裂韌度 Kic為多少？ 解： 因?yàn)?“0.2=150/720=0.208<0.7,所以裂

30、紋斷裂韌度 K©不需要修正 對(duì)于無(wú)限板的中心穿透裂紋，修正后的 Ki為： Kic=Y 氏&"2 對(duì)于表面半橢圓裂紋，Y=1.1 ,二/<j>=1.1、，二 所以，Kic=Y 否a1/2=1.1 n 父150 MM25 M 104=46.229 (MPa*m1/2) 第五章材料的疲勞 一、解釋下列名詞 腐蝕疲勞：材料或零件在交變應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下造成的失效。 應(yīng)力腐蝕：材料或零件在應(yīng)力和腐蝕環(huán)境的共同作用下引起的破壞。 氫脆：就是材料在使用前內(nèi)部已含有足夠的氫并導(dǎo)致了脆性破壞。 二.意義 （7-1：疲勞強(qiáng)度。對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力作用下

31、的彎曲疲勞極限（強(qiáng)度）。（是在循環(huán)應(yīng)力周次增加到一定臨界值后，材料應(yīng)力基 本不再降低時(shí)的應(yīng)力值；或是應(yīng)力循環(huán) 107周次材料不斷裂所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值。） （r-1p：對(duì)稱拉壓疲勞極限。 T -1：對(duì)稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限。 b -1N;缺口試樣在對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)作用下的疲勞極限。 三、如何判斷某一零件的破壞是由應(yīng)力腐蝕引起的 ？ 答案：應(yīng)力腐蝕引起的破壞，常有以下特點(diǎn)： 1、造成應(yīng)力腐蝕破壞的是靜應(yīng)力，遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度，而且一舶是拉伸應(yīng)力。 2、應(yīng)力腐蝕造成的破壞，是腕性斷裂，沒(méi)有明顯的塑性變形。 3、只有在特定的合金成分與特定的介質(zhì)相組合時(shí)才會(huì)造成應(yīng)力腐蝕。 4、應(yīng)力腐蝕的裂紋擴(kuò)展速

32、率一般在 10-9 - 10-6m/s,有點(diǎn)象疲勞，是漸進(jìn)緩慢的，這種亞臨界的擴(kuò)展?fàn)顩r一直達(dá)到某 一臨界尺寸，使剩余下的斷面不能承受外載時(shí)，就突然發(fā)生斷裂。 5、應(yīng)力腐蝕的裂紋多起源于表面蝕坑處，而裂紋的傳播途徑常垂直于拉力軸。 6、應(yīng)力腐蝕破壞的斷口，其顏色灰暗，表面常有腐蝕產(chǎn)物，而疲勞斷口的表面，如果是新鮮斷口常常較光滑，有光 澤。 7、應(yīng)力腐蝕的主裂紋擴(kuò)展時(shí)常有分枝。但不要形成絕對(duì)化的概念，應(yīng)力腐蝕裂紋并不總是分技的。 8、應(yīng)力腐蝕引起的斷裂可以是穿晶斷裂，也可以是晶間斷裂。如果是穿晶斷裂，其斷口是解理或準(zhǔn)解理的，其裂紋 有似人字形或羽毛狀的標(biāo)記。 四、如何識(shí)別氫脆與應(yīng)力腐蝕

33、？ 答案：氫脆和應(yīng)力腐蝕相比，其特點(diǎn)表現(xiàn)在： 1、實(shí)驗(yàn)室中識(shí)別氫脆與應(yīng)力腐蝕的一種辦法是，當(dāng)施加一小的陽(yáng)極電流，如使開(kāi)裂加速，則為應(yīng)力腐蝕；而當(dāng)施加 一小的陰極電流，使開(kāi)裂加速者則為氫脆。 2、在強(qiáng)度較低的材料中，或者雖為高強(qiáng)度材料但受力不大，存在的殘余拉應(yīng)力也較小這時(shí)其斷裂源都不在表面，而 是在表面以下的某一深度，此處三向拉應(yīng)力最大，氫濃集在這里造成斷裂。 3、斷裂的主裂紋沒(méi)有分枝的悄況.這和應(yīng)力腐蝕的裂紋是截然不同的。 4、氨脆斷口上一般沒(méi)有腐蝕產(chǎn)物或者其量極微。 5、大多數(shù)的氫脆斷裂（氫化物的氫脆除外），都表現(xiàn)出對(duì)溫度和形變速率有強(qiáng)烈的依賴關(guān)系。氫脆只在一定的溫度范圍 內(nèi)出現(xiàn)

34、，出現(xiàn)氫脆的溫度區(qū)間決定于合金的化學(xué)成分和形變速率。 疲勞缺口敏感度： 金屬材料在交變載荷作用下的缺口敏感性用疲勞缺口敏感度 qf來(lái)評(píng)定 qf= (K「1)/(k「1) Kt為理論應(yīng)力集中系數(shù)，kf為疲勞缺口系數(shù)。 kf為光滑試樣與缺口試樣疲勞極限之比 kf =(t-1/<t-1N 過(guò)載損傷界；抗疲勞過(guò)載損傷的能力用過(guò)載損傷界表示。 疲勞門(mén)檻值： △ Kth是疲勞裂紋不擴(kuò)展的△ K (應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍)臨界值，稱為疲勞裂紋擴(kuò)展門(mén)檻值。表示材料阻止疲勞裂紋開(kāi)始擴(kuò) 展的性能。 9.試述疲勞微觀斷口的特征及其形成過(guò)程。 微觀形貌有疲勞條帶。 滑移系多的面心立方金屬，其疲

35、勞條帶明顯 滑移系少或組織復(fù)雜的金屬，其疲勞條帶短窄而紊亂。 疲勞裂紋擴(kuò)展的塑性鈍化模型(Laird模型): 圖中(a),在交變應(yīng)力為零時(shí)裂紋閉合。 圖(b),裂紋張開(kāi)，在裂紋尖端沿最大切應(yīng)力方向產(chǎn)生滑移。 圖(c),裂紋張開(kāi)至最大，塑性變形區(qū)擴(kuò)大，裂紋尖端張開(kāi)呈半圓形，裂紋停止擴(kuò)展。由于塑性變形裂紋尖端的應(yīng)力集中減小, 裂紋停止擴(kuò)展的過(guò)程稱為塑性鈍化 圖(d),當(dāng)應(yīng)力變?yōu)閴嚎s應(yīng)力時(shí)，滑移方向也改變了，裂紋尖端被壓彎成 耳狀”切口。 圖(e),到壓縮應(yīng)力為最大值時(shí)，裂紋完全閉合，裂紋尖端又由鈍便銳。 13 .試述金屬的硬化與軟化現(xiàn)象及產(chǎn)生條件。 金屬材料在恒定應(yīng)變范圍循環(huán)作用

36、下，隨循環(huán)周次增加其應(yīng)力不斷增加，即為循環(huán)硬化。 金屬材料在恒定應(yīng)變范圍循環(huán)作用下，隨循環(huán)周次增加其應(yīng)力逐漸減小，即為循環(huán)軟化。 金屬材料產(chǎn)生循環(huán)硬化與軟化取決于材料的初始狀態(tài)、結(jié)構(gòu)特性以及應(yīng)變幅和溫度等。 循環(huán)硬化和軟化與(rb / <rs有關(guān)： (r b / <rs>1.4,表現(xiàn)為循環(huán)硬化； (rb / bs<1.2,表現(xiàn)為循環(huán)軟化； 1.2<<rb / bs<14材料比較穩(wěn)定，無(wú)明顯循環(huán)硬化和軟化現(xiàn)象。 也可用應(yīng)變硬化指數(shù)n來(lái)判斷循環(huán)應(yīng)變對(duì)材料的影響， n<1軟化，n>1硬化。 退火狀態(tài)的塑性材料往往表現(xiàn)為循環(huán)硬化，加

37、工硬化的材料表現(xiàn)為循環(huán)軟化。 循環(huán)硬化和軟化與位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)有關(guān)： 退火軟金屬中，位錯(cuò)產(chǎn)生交互作用，運(yùn)動(dòng)阻力增大而硬化。 冷加工后的金屬中，有位錯(cuò)纏結(jié)，在循環(huán)應(yīng)力下破壞，阻力變小而軟化。 14 .試述低周疲勞的規(guī)律及曼森-柯芬關(guān)系。 低周疲勞的應(yīng)變-壽命曲線如圖5-34,曼森-柯芬等分析了低周疲勞的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了低周疲勞壽命的公式： . _ ' —L = -e —p =」(2Nf )b f(2Nf)c 請(qǐng)空2該公式，分2 5-34的啜規(guī)律，指出E周威勞和高周疲雋的什么起主享作用，選材舒應(yīng)分別以什么性能為主? 答：低周疲勞壽命的公式由彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變兩部分對(duì)應(yīng)的壽命公式

38、組成，其對(duì)應(yīng)的公式分別為: ”(2Nf)b ”」(2Nf)c e 2 將以上兩公式兩邊分別取對(duì)數(shù)，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上，上兩公式就變成了兩條直線，分別代表彈性應(yīng)變幅 -壽命線和塑性應(yīng)變幅- 壽命線。兩條直線斜率不同，其交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壽命稱為過(guò)渡壽命。在交點(diǎn)左側(cè)，即低周疲勞范圍內(nèi)，塑性應(yīng)變幅起主導(dǎo)作用， 材料的疲勞壽命由塑性控制；在高周疲勞區(qū)，彈性應(yīng)變幅起主導(dǎo)作用，材料的疲勞壽命由強(qiáng)度控制。選材時(shí)，高周疲勞主 要考慮強(qiáng)度，低周疲勞考慮塑性。 第六章金屬的應(yīng)力腐蝕和氫脆斷裂 一、名詞解釋 1、應(yīng)力腐蝕：金屬在拉應(yīng)力和特定的化學(xué)介質(zhì)共同作用下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后所產(chǎn)生的低應(yīng)力脆斷現(xiàn)象。 2、氫脆

39、：由于氫和應(yīng)力共同作用而導(dǎo)致的金屬材料產(chǎn)生脆性斷裂的現(xiàn)象。 3、白點(diǎn)：當(dāng)鋼中含有過(guò)量的氫時(shí)，隨著溫度降低氫在鋼中的溶解度減小。如果過(guò)飽和的氫未能擴(kuò)散逸出，便聚集在 某些缺陷處而形成氫分子。此時(shí)，氫的體積發(fā)生急劇膨脹，內(nèi)壓力很大足以將金屬局部撕裂，而形成微裂紋。 4、氫化物致脆：對(duì)于IV B或V B族金屬，由于它們與氫有較大的親和力，極易生成脆性氫化物，是金屬脆化，這種現(xiàn) 象稱氫化物致脆。 5、氫致延滯斷裂：這種由于氫的作用而產(chǎn)生的延滯斷裂現(xiàn)象稱為氫致延滯斷裂。 二、說(shuō)明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義 1、 Wscc：材料不發(fā)生應(yīng)力腐蝕的臨界應(yīng)力。 2、 K1scc：應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因

40、子。 3、 da/dt：盈利腐蝕列紋擴(kuò)展速率。 三、如何提高材料或零件的抗粘著磨損能力 ？ 答案： 4、 注意一對(duì)摩擦副的配對(duì)。不要用淬硬鋼與軟鋼配對(duì)；不要用軟金屬與軟金屬配對(duì)。 5、 金屬間互溶程度越小，晶體結(jié)構(gòu)不同，原子尺寸差別較大，形成化合物傾向較大的金屬，構(gòu)成摩擦副時(shí)粘著磨損 就較輕微。 6、 通過(guò)表面化學(xué)熱處理，如滲硫、硫氮共鑄、磷化、軟氮化等熱處理工藝，使表面生成一化合物薄膜，或?yàn)榱蚧铮?磷化物，含氮的化合物，使摩擦系數(shù)減小，起到減磨作用也減小粘著磨損。 7、 改善潤(rùn)滑條件。 四、在什么條件下發(fā)生微動(dòng)磨損觸口何減少微動(dòng)磨損？ 答案：微動(dòng)磨損通常發(fā)生在一對(duì)緊配合的

41、零件，在載荷和一定的振動(dòng)頻率作用下，較長(zhǎng)時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)，這種松動(dòng) 只是微米級(jí)的相對(duì)滑動(dòng)，而微小的相對(duì)滑動(dòng)導(dǎo)致了接觸金屬間的粘著，隨后是粘看點(diǎn)的剪切，粘著物脫落。在大氣環(huán)境下 這些脫落物被氧化成氧化物磨屑，由于兩摩擦表面的緊密配合，磨屑不易排出，這些磨屑起著磨料的作用，加速了微動(dòng)磨 損的過(guò)程。滾壓、噴九和表面化學(xué)熱處理都可因?yàn)楸韺赢a(chǎn)生壓應(yīng)力，能有效地減少微動(dòng)磨損。 6.何謂氫致延滯斷裂？為什么高強(qiáng)度鋼的氫致延滯斷裂是在一定的應(yīng)變速率下和一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)？ 答：高強(qiáng)度鋼中固溶一定量的氫，在低于屈服強(qiáng)度的應(yīng)力持續(xù)作用下， 經(jīng)過(guò)一段孕育期后，金屬內(nèi)部形成裂紋，發(fā)生斷裂。 --氫致延滯斷裂。

42、 因?yàn)闅渲卵訙嗔训臋C(jī)理主要是氫固溶于金屬晶格中， 產(chǎn)生晶格膨脹畸變，與刃位錯(cuò)交互作用，氫易遷移到位錯(cuò)拉應(yīng)力處, 形成氫氣團(tuán)。 當(dāng)應(yīng)變速率較低而溫度較高時(shí)，氫氣團(tuán)能跟得上位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，但滯后位錯(cuò)一定距離。因此，氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)起 釘扎”作用，產(chǎn)生 局部硬化。當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，產(chǎn)生位錯(cuò)塞積，氫氣團(tuán)易于在塞積處聚集，產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致微裂紋。 若應(yīng)變速率過(guò)高以及溫度低的情況下，氫氣團(tuán)不能跟上位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，便不能產(chǎn)生 釘扎”作用，也不可能在位錯(cuò)塞積處聚集， 產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致微裂紋。 所以氫致延滯斷裂是在一定的應(yīng)變速率下和一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的。 第七章 磨損：機(jī)件表面相互接觸并產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，表面逐

43、漸有微小顆粒分離出來(lái)形成磨屑，使表面材料逐漸損失、造成表面損傷 的現(xiàn)象。 接觸疲勞：兩接觸面做滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)摩擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力長(zhǎng)期作用下，材料表面因疲勞損傷，導(dǎo)致局部區(qū)域產(chǎn) 生小片金屬剝落而使材料損失的現(xiàn)象。 3.粘著磨損產(chǎn)生的條件、機(jī)理及其防止措施 ---又稱為咬合磨損，在滑動(dòng)摩擦條件下，摩擦副相對(duì)滑動(dòng)速度較小，因缺乏潤(rùn)滑油，摩擦副表面無(wú)氧化膜，且單位 法向載荷很大，以致接觸應(yīng)力超過(guò)實(shí)際接觸點(diǎn)處屈服強(qiáng)度而產(chǎn)生的一種磨損。 磨損機(jī)理： 實(shí)際接觸點(diǎn)局部應(yīng)力引起塑性變形，使兩接觸面的原子產(chǎn)生粘著。 粘著點(diǎn)從軟的一方被剪斷轉(zhuǎn)移到硬的一方金屬表面，隨后脫落形成磨屑 舊的粘著

44、點(diǎn)剪斷后，新的粘著點(diǎn)產(chǎn)生，隨后也被剪斷、轉(zhuǎn)移。如此重復(fù)，形成磨損過(guò)程。 改善粘著磨損耐磨性的措施 1 .選擇合適的摩擦副配對(duì)材料 選擇原則：配對(duì)材料的粘著傾向小 互溶性小 表面易形成化合物的材料 金屬與非金屬配對(duì) 2 .采用表面化學(xué)熱處理改變材料表面狀態(tài) 進(jìn)行滲硫、磷化、碳氮共滲等在表面形成一層化合物或非金屬層，即避免摩擦副直接接觸又減小摩擦因素。 3 .控制摩擦滑動(dòng)速度和接觸壓力 減小滑動(dòng)速度和接觸壓力能有效降低粘著磨損。 4 .其他途徑 改善潤(rùn)滑條件，降低表面粗糙度，提高氧化膜與機(jī)體結(jié)合力都能降低粘著磨損。 影響接觸疲勞壽命的因素？ 內(nèi)因 1 .非金屬夾雜物

45、 脆性非金屬夾雜物對(duì)疲勞強(qiáng)度有害 適量的塑性非金屬夾雜物（硫化物）能提高接觸疲勞強(qiáng)度 塑性硫化物隨基體一起塑性變形，當(dāng)硫化物把脆性?shī)A雜物包住形成共生夾雜物時(shí)，可以降低脆性?shī)A雜物的不良影響。 生產(chǎn)上盡可能減少鋼中非金屬夾雜物。 2 .熱處理組織狀態(tài) 接觸疲勞強(qiáng)度主要取決于材料的抗剪切強(qiáng)度，并有一定的韌性相配合。 當(dāng)馬氏體含碳量在0.4~0.5w%時(shí)，接觸疲勞壽命最高。 馬氏體和殘余奧氏體的級(jí)別 殘余奧氏體越多，馬氏體針越粗大，越容易產(chǎn)生微裂紋，疲勞強(qiáng)度低。 未溶碳化物和帶狀碳化物越多，接觸疲勞壽命越低。 3 .表面硬度和心部硬度 在一定硬度范圍內(nèi)，接觸疲勞強(qiáng)度隨硬度的升高而

46、增加，但并不保持正比線性關(guān)系。 表面形成一層極薄的殘余奧氏體層，因表面產(chǎn)生微量塑性變形和磨損，增加了接觸面積，減小了應(yīng)力集中，反而增加了接 觸疲勞壽命。 滲碳件心部硬度太低，表層硬度梯度過(guò)大，易在過(guò)渡區(qū)內(nèi)形成裂紋而產(chǎn)生深層剝落。 表面硬化層深度和殘余內(nèi)應(yīng)力 硬化深度要適中，殘余壓應(yīng)力有利于提高疲勞壽命。 外因 1 .表面粗糙度 減少加工缺陷，降低表面粗糙度，提高接觸精度，可以有效增加接觸疲勞壽命。 接觸應(yīng)力低，表面粗糙度對(duì)疲勞壽命影響較大 接觸應(yīng)力高，表面粗糙度對(duì)疲勞壽命影響較小 2 .硬度匹配 兩個(gè)接觸滾動(dòng)體的硬度和裝配質(zhì)量等都應(yīng)匹配適當(dāng)。 第八章 蠕變：在長(zhǎng)時(shí)間的

47、恒溫、恒載荷作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。 等強(qiáng)溫度（TE）:晶粒強(qiáng)度與晶界強(qiáng)度相等的溫度。 蠕變極限：在高溫長(zhǎng)時(shí)間載荷作用下不致產(chǎn)生 過(guò)量塑性變形的抗力指標(biāo)。該指標(biāo)與常溫下的屈服強(qiáng)度相似。 持久強(qiáng)度極限：在高溫長(zhǎng)時(shí)載荷作用下的斷裂強(qiáng)度一持久強(qiáng)度極限。 蠕變極限的兩種表達(dá)方式： 1 .在規(guī)定溫度（t）下，使試樣在規(guī)定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)蠕變速率 （?）不超過(guò)規(guī)定值的最大應(yīng)力（J?）。 b 600ixio-5=60MPa表示溫度為600C ,穩(wěn)定蠕變速率為1X10-5%/h的蠕變極限為60MPa。 2 .在規(guī)定溫度（t）下和實(shí)驗(yàn)時(shí)間（p ）內(nèi)，是試樣產(chǎn)生的蠕變總伸長(zhǎng)率（8 ）不超過(guò)規(guī)

48、定的最大值 （T 500i/io5=100MPa,表示材料在500C, 105h后總的生產(chǎn)率位1%的蠕變極限為100MPa。 C 持久強(qiáng)度極限的表達(dá)式 在規(guī)定溫度（t）下，達(dá)到規(guī)定的持續(xù)時(shí)間（t）而不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力（ 匕）。 （T 7001X103= 30MPa表示溫度為700C、1000h的持續(xù)強(qiáng)度極限為30MPa。 四、影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素 由蠕變斷裂機(jī)理可知要降低蠕變速度提高蠕變極限，必須控制位錯(cuò)攀移的速度； 要提高斷裂抗力，即提高持久強(qiáng)度，必須抑制晶界的滑動(dòng)，也就是說(shuō)要控制晶內(nèi)和晶界的擴(kuò)散過(guò)程。 （一）合金化學(xué)成分的影響 耐熱鋼及合金的基體材料一般選用

49、熔點(diǎn)高、自擴(kuò)散激活能大或?qū)渝e(cuò)能低的金屬及合金。 熔點(diǎn)愈高的金屬自擴(kuò)散愈慢 層錯(cuò)能降低易形成擴(kuò)展位錯(cuò) 彌散相能強(qiáng)烈阻礙位錯(cuò)的滑移與攀移 在基體金屬中加入（高熔點(diǎn)、半徑差距大）的銘、鋁、鴇、鋁等元素形成固溶體 固溶強(qiáng)化 降低層錯(cuò)能，易形成擴(kuò)展位錯(cuò)。 加入能形成彌散相的合金元素 彌散強(qiáng)化阻礙位錯(cuò)的滑移 加入增加晶界擴(kuò)散激活能的元素（硼、稀土等） 阻礙晶界滑動(dòng) 增大晶界裂紋面的表面能 二）冶煉工藝的影響 減少鋼中的夾雜物和某些缺陷 合金定向生長(zhǎng)（減少橫向晶界） （三）熱處理工藝的影響 對(duì)于珠光體耐熱鋼，一般用正火加回火。 正火溫度較高，促使碳化物較充分而均勻地溶入奧氏

50、體 回火溫度應(yīng)高于使用溫度100~150提以上，以提高其在使用溫度下的組織穩(wěn)定性。 對(duì)于奧氏體耐熱鋼，一般進(jìn)行固溶處理和時(shí)效 獲得適當(dāng)?shù)木Я６? 改善強(qiáng)化相的分布狀態(tài) （四）晶粒度的影響 當(dāng)使用溫度低于等強(qiáng)溫度時(shí)，細(xì)晶鋼有較高的強(qiáng)度；當(dāng)使用溫度高于等強(qiáng)溫度時(shí)，粗晶鋼有較高的蠕變極限和持久強(qiáng)度極 限。 但晶粒太大會(huì)降低材料的塑性和韌度 晶粒度要均勻，否則在大小晶粒交界處易產(chǎn)生應(yīng)力集中而形成裂紋。 （高溫下金屬材料的韌脆變化有和特征？斷裂路徑變化有何變化？結(jié)合等強(qiáng)溫度分析晶粒大小對(duì)金屬材料高溫力學(xué)性能 的影響。） 結(jié)合等強(qiáng)溫度分析晶粒大小對(duì)金屬材料高溫力學(xué)性能（韌脆變化、斷裂路徑、蠕變極限和持久強(qiáng)度極限）的影響。 韌脆變化： 高溫短時(shí)加載時(shí)，金屬的塑性增加。 高溫長(zhǎng)時(shí)加載時(shí)，塑性降低，缺口敏感度增加，呈現(xiàn)脆斷現(xiàn)象。 斷裂路徑變化： 常溫下的穿晶斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)檠鼐嗔选? 原因：溫度升高時(shí)晶粒強(qiáng)度和晶界強(qiáng)度都降低，但晶界強(qiáng)度降低較快。 等強(qiáng)溫度（Te）:晶粒強(qiáng)度與晶界強(qiáng)度相等的溫度。