材料力學性能9

1、（一）名詞解釋：第一章：滯彈性：在外加載荷作用下，應變落后于應力現(xiàn)象。穿晶斷裂：裂紋穿過晶界。從宏觀看，穿晶斷裂可以是韌性斷裂或脆性斷裂；兩者有時可混合發(fā)生。沿晶斷裂：裂紋沿晶擴展。從宏觀看，沿晶斷裂多數(shù)是脆性。韌脆轉(zhuǎn)變：材料力學性能從韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變到脆性狀態(tài)的現(xiàn)象。第二章應力狀態(tài)軟性系數(shù)：材料最大切應力與最大正應力的比值， 記為。越大max越大，應力狀態(tài)越軟，金屬易變性，韌性斷裂；反之越小max越大，應力狀態(tài)越硬，不易變形，脆性斷裂。缺口敏感度：金屬材料的缺口敏感性指標，用缺口試樣的抗拉強度與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強度的比值表示。第三章沖擊韌度：材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能

2、力。 低溫脆性：體心立方晶體金屬及其合金或某些密派六方晶體金屬 及其合金在試驗溫度低于某一溫度時，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的現(xiàn)象。 韌脆轉(zhuǎn)變溫度：材料呈現(xiàn)低溫脆性的臨界轉(zhuǎn)變溫度。第四章低應力脆斷：當機件（包括構件）存在宏觀裂紋時，在應力水平不高，甚至低于材料屈服極限的情況下所發(fā)生的突然斷裂現(xiàn)象稱為低應力脆斷。應力場強度因子KI：對于給定材料，裂紋尖端附近確定點P(r，)，KI決定了裂紋尖端應力場的大小或強弱程度；即：表示I型裂紋的應力場強弱程度。有效裂紋長度：有塑性區(qū)存在時，引入有效裂紋長度：a*=a+ry；即把塑性區(qū)松弛彈性應力場的作用等效地看成是裂紋長度增加ry的松弛彈性應力場的作用。

3、裂紋擴展K判據(jù)：應力場強度因子KIKIc(只適用于彈性狀態(tài)下的斷裂分析)。第六章：應力腐蝕：金屬在拉應力和特定的化學介質(zhì)共同作用下，經(jīng)過一段時間后所產(chǎn)生的低應力脆性斷裂現(xiàn)象應力腐蝕斷裂（SCC）。第7章 ：接觸疲勞：接觸材料作滾動或滾動加滑動摩擦時，工件表面在交變接觸壓應力長期作用后所引起的一種局部區(qū)域發(fā)生小片(塊)狀剝落的表面疲勞損傷現(xiàn)象，稱接觸疲勞(表面疲勞磨損、疲勞磨損)第8章 ：蠕變：金屬在長時間的恒溫、恒載荷作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象，稱為蠕變。約比溫度T/Tm 0.3時須考慮。（2） 判斷、選擇題：1. 影響韌脆變轉(zhuǎn)變溫度的冶金因素：晶體結構（體心立方金屬及其合金存在低溫脆性）

4、化學成分（提高韌脆變轉(zhuǎn)變溫度：間隙溶質(zhì)元素溶入鐵素體基體中、鋼中加入置換型溶質(zhì)元素；降低韌脆變轉(zhuǎn)變溫度:鋼中加入Ni和一定量的Mn、雜質(zhì)元素S、P、As、Sn、Sb等）顯微組織（晶粒大?。毦ыg性好）、金相組織（回火索氏體最好回火貝氏體片狀珠光體）第四章2. 影響斷裂韌度KIC的因素:材料成分、組織的影響（化學成分、基體相結構和晶粒大小、雜質(zhì)及第二相、顯微組織）和外界影響因素（溫度、應變速率）第五章.3. 疲勞宏觀斷口特征：疲勞源；疲勞區(qū)；瞬斷區(qū)。4. 影響疲勞強度的主要因素: 1)應力集中:缺口導致應力集中，高于平均應力，微裂紋產(chǎn)生，-1。2)表面狀態(tài): 表面粗糙程度增加、劃痕、表面氧化、脫

5、碳等缺陷，均使-1。(表面粗糙度是重點考查點.)3)表面層殘余應力及表面強化的影響: (1) 表面殘余拉應力導致疲勞強度降低。 (2) 表面殘余壓應力可以提高疲勞強度。 (3) 表面強化處理可在表面產(chǎn)生有利的殘余壓應力，并能提高表面的強度和硬度，可提高疲勞強度。(表面強化對帶缺口的試樣更顯著：殘余壓應力也可在缺口處集中，有效地降低拉應力集中。)4)材料成分及組織的影響:(1)合金成分:提高結構鋼C含量，可以提高疲勞強度。但過高時，由于太脆，又會使疲勞極限降低。 合金元素主要通過提高鋼的淬透性和改善鋼的強韌性來影響疲勞強度的。固溶于奧氏體的合金元素能提高鋼的淬透性，使疲勞強度上升。(2)晶粒尺寸

6、:細化晶?？梢蕴岣卟牧系钠趶姸取?3)第二相性質(zhì):正火組織因碳化物為片狀，疲勞強度最低，淬火回火組織因碳化物為粒狀，疲勞強度比正火高，淬火和低溫回火疲勞強度好于調(diào)質(zhì)處理。對于45鋼而言，在不同的熱處理條件下，疲勞極限呈現(xiàn)如下變化：正火，回火索氏體，回火屈氏體，回火馬氏體，等溫淬火的疲勞強度依次升高。（這也是考查重點熱處理方式的影響。詳見119頁表530） 5）非金屬夾雜物及冶金缺陷： 非金屬夾雜物及冶金缺陷一般使疲勞強度下降。提高疲勞強度的途徑： (1) 減少夾雜物數(shù)量、減小尺寸； (2) 夾雜物表面改性：添加稀土；用塑性較好的硫化物夾雜包裹脆性氧化物夾雜。第7章 ：5. 機件正常運行的磨損

7、過程：跑合階段、穩(wěn)定磨損階段、劇烈磨損階段。（應清楚每個階段的涵義詳見課本140頁）。6. 影響粘著磨損的因素P142 材料特性、法向力、滑動速度及溫度。7. 影響磨粒磨損的因素：1）材料硬度；一般硬度越高，其抗 磨粒磨損能力越好。2） 鋼的碳含量：硬度相同時，鋼的含碳量越高，碳化物形成元素越多，則耐磨性越好。3） 細化晶粒：能提高屈服強度，硬度及靜載塑性，所以也能提高耐磨性第8章 ：8. 影響金屬高溫力學性能的主要因素1、 合金化學成分的影響： (1) 熔點高，自擴散激活能大，層錯能低的金屬或合金，蠕變極限 ，蠕變速率。(2) 加入Cr，Mo，W，Nb，使固溶強化，層錯能，擴散激活能，蠕變極

8、限。(3) 加入合金元素，生成彌散相，阻礙滑移和攀移，高溫強度。(4) 加入B，Re等，晶界擴散激活能，阻礙晶界滑動，晶界裂紋表面能，高溫強度2、 冶煉工藝的影響：(1) 雜質(zhì)元素和氣體含量，晶界偏聚，晶界弱化作用， 材料持久強度極限。(2) 定向凝固，橫向晶界，材料持久壽命。高溫合金易在垂直于應力方向的橫向晶界產(chǎn)生裂紋。3、 熱處理工藝的影響： (1) 珠光體耐熱鋼：正火溫度，使碳化物充分均勻溶解于A；回火應高于使用溫度100-150 ，組織穩(wěn)定性。(2) A耐熱鋼：固溶和時效處理，得到適當晶粒度，改善強化相分布。 (3) 形變熱處理改變晶界形狀(形成鋸齒狀)，在晶內(nèi)造成多邊化的亞晶，使合金

9、進一步強化。4.晶粒度的影響（可能考簡答）（1）TTE，粗晶粒鋼強度高。（2)采用適當?shù)木Я６龋驗榫ЯＬ?，Ak例如：奧氏體（A）耐熱鋼取24級，且晶粒度要均勻。（3） 符號解釋：第一章b抗拉強度s屈服點r規(guī)定殘余伸長應力0.2屈服強度第二章bc抗壓強度NSR靜拉伸缺口敏感度HBW布氏硬度 HRA洛氏硬度壓頭為金剛石圓錐HV維氏硬度 第三章AK材料的沖擊吸收功AKV (CVN) V型缺口試樣測得的沖擊吸收功AKUU 型缺口試樣測得的沖擊吸收功FATT50脆性斷面率溫度曲線的上平臺與下平臺之差規(guī)定百分數(shù)50%所對應的韌脆轉(zhuǎn)變溫度第四章KIC臨界應力場強度因子，線彈性條件下以應力場強度因子表示的

10、斷裂韌度。KC平面應力條件下斷裂韌度GIC臨界能量釋放率或臨界裂紋擴展力，線彈性條件下以能量形式表示的斷裂韌度。qf缺口敏感度，金屬材料在交變載荷作用下的缺口敏感性，kt理論應力集中系數(shù)Kf疲勞缺口系數(shù)Kth疲勞裂紋擴展門檻值。m 平均應力或理論斷裂強度 r 應力比a 應力幅scc 不發(fā)生應力腐蝕的臨界應力TE 等強溫度T/Tm 約比溫度 在規(guī)定溫度和規(guī)定的時間內(nèi)，以規(guī)定蠕變總伸長率為表示的蠕變極限 在規(guī)定溫度下，以規(guī)定穩(wěn)態(tài)蠕變速率表示的蠕變極限t 在規(guī)定溫度下，達到規(guī)定持續(xù)時間而不發(fā)生斷裂的持久強度極限。(四）問答題：第一章一 、影響屈服強度的因素有哪些？ 答：（一） 影響屈服強度的內(nèi)因素

11、1. 金屬本性和晶格類型；晶粒大小和亞結構；溶質(zhì)元素；第二相（二） 影響屈服強度的外因素1.溫度；應變速率；應力狀態(tài)：二、韌性斷裂與脆性斷裂的區(qū)別。為什么脆性斷裂更加危險？ 答：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力與主應力成45度角。斷口成纖維狀（塑變中微裂紋擴展和連接），灰暗色（反光能力弱）。 斷口三要素：纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇這三個區(qū)域的比例關系與材料韌斷性能有關。 塑性好，放射線粗大，塑性差，放射線變細乃至消失。脆性斷裂：斷裂前基本不發(fā)生塑性變形的，突發(fā)的斷裂，沒有明顯征兆，因而危害性比較大。 特征：斷裂面與正應力垂直，斷口平齊而光滑，呈放射狀或結

12、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。第三章3 什么是低溫脆性？并闡述低溫脆性的物理本質(zhì)。 體心立方晶體金屬及其合金或某些密排六方晶體金屬及其合金在試驗溫度低于某一溫度時，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的現(xiàn)象。物理本質(zhì)： 材料的屈服強度隨溫度降低急劇增加，而材料的解理斷裂強度卻隨溫度的變化很小，兩者相交于tk。第四章影響斷裂韌度KIC的因素有哪些？（提示：從內(nèi)因和外因兩個方面回答）此題可能出選擇判斷和簡答。內(nèi)因：1.化學成分的影響；基體組織結構和晶粒大小的影響;雜質(zhì)及第二相的影響;顯微組織的影響; 外因:1、溫度2、加載速率 3、板厚5. 解釋

13、平面應力和平面應變狀態(tài)，并用應力應變參數(shù)表述這兩種狀態(tài)。 對薄板，由于板材較薄，在厚度方向上可以自由變形，即z=0。這種只在兩個方向上存在應力的狀態(tài)稱為平面應力。 對厚板，由于厚度方向變形的約束作用，使得方向不產(chǎn)生應變，即0。這種狀態(tài)稱為平面應變。第五章四缺口會引起哪些力學響應？如何評定材料的缺口敏感性？ 答：材料截面上缺口的存在，使得在缺口的根部產(chǎn)生應力集中、雙向或三向應力、應力集中和應變集中，并試樣的屈服強度升高，塑性降低。 材料的缺口敏感性，可通過缺口靜拉伸、偏斜拉伸、靜彎曲、沖擊等方法加以評定。五解釋形變強化的概念，規(guī)律，并闡述其工程意義。形變強化：金屬材料有一種阻止屬性變形的能力稱為

14、形變強化規(guī)律：材料從屈服到產(chǎn)生頸縮間的形變強化階段，遵從Hollomon公式S=Ken。形變強化的意義為：）可使金屬零件具有抵抗偶然超載的能力，保證安全；）可強化材料；）形變強化可以保證某些冷成形工藝的順利進行。6 常見的循環(huán)應力：1）對稱交變應力m=0，r=-1；2）脈動應力m=a0，r=0或m=aa，0r1；4）不對稱交變應力-1r0；7 疲勞斷裂特點(與靜載荷相比較) (1) 低應力、延時、有壽命的斷裂 (2) 脆性斷裂(3) 疲勞對缺陷十分敏感。十二疲勞過程經(jīng)歷哪幾個階段？各有什么特點？疲勞過程包括疲勞裂紋萌生、裂紋亞穩(wěn)擴展及最后失穩(wěn)擴展三個階段。疲勞裂紋萌生：滑移帶開裂相界面開裂晶界

15、開裂疲勞裂紋擴展：疲勞裂紋形成后沿與正應力軸45的滑移帶擴展的過程。裂紋沿與正應力相垂直的方向擴展。 第六章8 闡述應力腐蝕現(xiàn)象及其產(chǎn)生的條件？1、 應力腐蝕的含義：金屬在拉應力和特定的化學介質(zhì)共同作用下，經(jīng)過一段時間后所產(chǎn)生的低應力脆性斷裂現(xiàn)象應力腐蝕斷裂（SCC）。2、應力腐蝕產(chǎn)生的條件：應力、化學介質(zhì)和金屬材料。 (1) 必須有應力，特別是拉應力的作用, 遠低于材料的屈服強度，是脆性斷裂；（單因素作用相對安全）(2) 對一定成分的合金，只有在特定介質(zhì)中才發(fā)生應力腐蝕斷裂；（單因素作用相對安全） (3) 純金屬不應力腐蝕:合金成分易應力腐蝕。應力腐蝕斷裂速度約為10-810-6ms數(shù)量級的

16、范圍內(nèi)，遠大于沒有應力時的腐蝕速度，又遠小于單純力學因素引起的斷裂速度。9 材料的應力腐蝕開裂具有哪些主要特征（斷口特征）及應力腐蝕斷裂機理？1.滑移-溶解理論(鈍化膜破壞理論)+氫脆理論（后面） (1) 應力作用下，滑移臺階露頭，且鈍化膜破裂(在表面或裂紋面)，顯現(xiàn)新鮮金屬表面； (2) 電化學腐蝕(有鈍化膜的金屬為陰極，新鮮金屬為陽極)出現(xiàn)腐蝕坑；(3) 腐蝕坑和裂紋尖端應力集中，使陽極電極電位降低，加大腐蝕；(4) 若應力集中始終存在，則微電池反應不斷進行，鈍化膜不能恢復，裂紋逐步向縱深擴展。 2.斷口特征：宏觀：有亞穩(wěn)擴展區(qū)，最后瞬斷區(qū)(與疲勞裂紋相似)；斷口呈黑色或灰色（腐蝕和氧化產(chǎn)

17、物）。 微觀：有分叉現(xiàn)象，呈枯樹枝狀；顯微裂紋呈泥狀花樣；腐蝕坑；沿晶斷裂和穿晶斷裂。第七章10 粘著磨損產(chǎn)生機理：滑動摩擦條件下，摩擦副雙方接觸時，局部突起的表面在壓載荷下因應力較高引起塑性變形，使表面氧化膜、潤滑膜破裂暴露出新鮮、潔凈表面，接觸面間原子間距極小，產(chǎn)生原子間的鍵合作用，即冷焊(粘著)。繼續(xù)滑動中，粘著點受剪切應力被剪斷轉(zhuǎn)移脫落形成磨屑；該過程反復進行粘著磨損。（五）計算題：1. 已知由某種鋼材制作的大型厚板結構，承受的工作應力為=560MPa，板中心有一穿透裂紋（），裂紋的長度為2a=6mm，鋼料的性能指標如下表所示：溫度（） S（MPa） KIC（MPa*m1/2） -50 1000 30 -30 900 50 0 800 90 50 700 150 試求：a）該構件在哪個溫度點使用時是安全的？ b）該構件在0和50時的塑性區(qū)大小R。 其中已知：解：已知=560MPa，裂紋長度為2a=6mm，于是a=0.003m；構件為大型厚板結構，屬平面應變。（1）在-50下，56010000.560.7，于是有：因此在50下是安全的。（3）在50下，KI57.78 MPa*m1/2，S=700MPa，所以有：3.某單位擬設計一種大型的厚板構件，構件的工作應力為=800MPa，板中心有一穿透裂紋，裂紋長度為2a=4mm?，F(xiàn)有以下的