材料力學(xué)性能重點(diǎn)總結(jié)

1、名詞解釋：1加工硬化：試樣發(fā)生均勻塑性變形，欲繼續(xù)變形則必須不斷增加載荷，這種隨著隨性變形的增大形變抗力不斷增大的現(xiàn)象叫加工硬化。2彈性比功：表示金屬材料吸收彈性變形功的能力。3滯彈性：在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨著時(shí)間延長(zhǎng)產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象。4包申格效應(yīng)：金屬材料通過預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形（殘余應(yīng)變小于1%-4%），而后再同向加載，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力增加；反向加載，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力降低的現(xiàn)象。5塑性：金屬材料斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。常見塑性變形方式：滑移和孿生6彈性極限：以規(guī)定某一少量的殘留變形為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)此殘留變形的應(yīng)力。7比例極限：應(yīng)力與應(yīng)變保持正比關(guān)系的應(yīng)力最高限。8屈服強(qiáng)度

2、：以規(guī)定發(fā)生一定的殘留變形為標(biāo)準(zhǔn)，如通常以0.2%的殘留變形的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度。9韌性斷裂是材料斷裂前發(fā)生產(chǎn)生明顯的宏觀塑性變形的斷裂，這種斷裂有一個(gè)緩慢的斷裂過程，在裂紋擴(kuò)展過程中不斷的消耗能量。韌性斷裂的斷裂面一般平行于最大切應(yīng)力并于主應(yīng)力成45度角。10脆性斷裂是突然發(fā)生的斷裂，斷裂前基本上不發(fā)生塑形變形，沒有明顯征兆，危害性很大。斷裂面一般與主應(yīng)力垂直，端口平齊而光亮，常呈放射狀或結(jié)晶狀。11剪切斷裂是金屬材料在切應(yīng)力作用下，沿著滑移面分離而造成的斷裂，又分滑斷和微孔聚集性斷裂。12解理斷裂：是金屬材料在一定條件下，當(dāng)外加正應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值后，以極快速率沿一定晶體學(xué)平面產(chǎn)生的穿晶斷裂，

3、總是脆性斷裂。13缺口效應(yīng)：由于缺口的存在，在靜載荷作用下，缺口截面上的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)生所謂“缺口效應(yīng)“缺口引起應(yīng)力集中，并改變了缺口應(yīng)力狀態(tài)，使得缺口試樣或機(jī)件中所受的應(yīng)力由原來(lái)的單向應(yīng)力狀態(tài)改變?yōu)閮上蚧蛘呷驊?yīng)力狀態(tài)。 缺口使得材料的強(qiáng)度提高，塑性降低，增大材料產(chǎn)生脆斷的傾向。8缺口敏感度：有缺口強(qiáng)度的抗拉強(qiáng)度bm與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強(qiáng)度b的比值. NSR=bn / s NSR越大 缺口敏感度越小9沖擊韌性：Ak除以沖擊式樣缺口底部截面積所得之商10沖擊吸收功：式樣變形和斷裂所消耗的功，稱為沖擊吸收功以Ak表示，單位J11低溫脆性：一些具有體心立方晶格或某些秘排立方晶格的金屬，

4、當(dāng)溫度降低到、某一溫度時(shí)，會(huì)由韌性狀態(tài)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，這種現(xiàn)象稱為低溫脆性12 脆性轉(zhuǎn)變溫度：當(dāng)溫度降低時(shí)，材料屈服強(qiáng)度急劇增加，而塑形和沖擊吸收功急劇減小。材料屈服強(qiáng)度急劇升高的溫度，或斷后延伸率，斷后收縮率，沖擊吸收功急劇減小的溫度就是韌脆轉(zhuǎn)變溫度tk，tk是一個(gè)溫度區(qū)間16應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子KI ：表示應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度，對(duì)于某一確定的點(diǎn)的大小直接影響應(yīng)力場(chǎng)的大小，KI 越大，則應(yīng)力場(chǎng)各應(yīng)力分量也越大17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)過一段時(shí)間后產(chǎn)生的低應(yīng)力脆斷現(xiàn)象第一章3.金屬的彈性模量主要取

5、決于什么因素？為什么說(shuō)它是一個(gè)對(duì)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)？答：由于彈性變形時(shí)原子間距在外力作用下可逆變化的結(jié)果，應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系實(shí)際上是原子間作用力與原子間距的關(guān)系，所以彈性模量與原子間作用力有關(guān)，與原子間距也有一定關(guān)系，原子間作用力決定于金屬原子本性和晶格類型，故彈性模量也主要決定于金屬原子本性和晶格類型。 合金化，熱處理，冷塑性變形對(duì)彈性模量的影響較小，所以金屬材料的彈性模量是一個(gè)對(duì)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)，溫度加載速率等外在因素對(duì)其影響也不大7決定金屬屈服強(qiáng)度的因素有哪些？1）影響屈服強(qiáng)度的內(nèi)在因素：1、結(jié)合鍵2、組織結(jié)構(gòu)：固溶強(qiáng)化、形變強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化及彌散強(qiáng)化、晶界和亞晶強(qiáng)化，前3個(gè)提高

6、強(qiáng)度的同時(shí)降低了塑性，最后一個(gè)既可以提高強(qiáng)度又可以提高塑性3原子本性2）影響屈服強(qiáng)度的外因：溫度，應(yīng)變速率、應(yīng)力狀態(tài)。一般的，升高溫度，強(qiáng)度降低；應(yīng)變速率增大，強(qiáng)度增加；應(yīng)力狀態(tài)也影響屈服強(qiáng)度，切應(yīng)力分量越大，強(qiáng)度越低。13.何謂拉伸斷口三要素？影響宏觀拉伸斷口形態(tài)的因素有哪些？答：拉伸斷口三要素是纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇宏觀拉伸斷口性態(tài)因試樣形狀、尺寸金屬材料的性能以及試樣溫度、加載速度和受力狀態(tài)不同而變化，一般來(lái)說(shuō)，材料強(qiáng)度提高，塑性降低，則放射區(qū)比例增大，試樣尺寸加大，放射區(qū)增大明顯而纖維區(qū)變化不大試述韌性斷裂與脆性斷裂的區(qū)別，為什么脆斷更危險(xiǎn)？金屬材料的脆性和韌性是金屬材料在不同條件下表

7、現(xiàn)的力學(xué)行為或力學(xué)狀態(tài)，兩者是相對(duì)的并可以相互轉(zhuǎn)化，在一定條件下，金屬材料為脆性還是韌性取決于裂紋擴(kuò)展過程，如果裂紋擴(kuò)展時(shí)，其前沿地區(qū)能產(chǎn)生顯著塑性變形或受某種障礙所阻，使斷裂判據(jù)中表面能最大，則裂紋擴(kuò)展便會(huì)停止下來(lái)，材料遂顯示為韌性，反之。若在裂紋擴(kuò)展中始終能滿足脆性斷裂判據(jù)的要求，則材料便顯示為脆性。第四章 金屬的斷裂韌度2說(shuō)明下列斷裂韌度指標(biāo)的意義及相互關(guān)系 KI C和KIKI C為平面應(yīng)變下的斷裂韌度，表示在平面應(yīng)變條件下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。KI 為平面應(yīng)力斷裂韌度，表示在平面應(yīng)力條件下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。KI C和KI都是I型裂紋的材料斷裂韌度指標(biāo)，但KI 值與試樣厚

8、度有關(guān)。當(dāng)試樣厚度增加，使裂紋尖端達(dá)到平面應(yīng)變狀態(tài)時(shí)，斷裂韌度趨于一穩(wěn)定的最低值，即為KI C。它與試樣厚度無(wú)關(guān)，而是真正的材料常數(shù)。6、試述K判據(jù)的意義及用途 KIKI C YaKI C 裂紋體在受力時(shí)，只要滿足上述條件，就會(huì)發(fā)生脆性斷裂，反之，即使存在裂紋，若KIKI C 或YaKI C 也不會(huì)斷裂，這種情況成為破損安全。K判據(jù)將材料斷裂韌度同機(jī)件的工作應(yīng)力及裂紋尺寸的關(guān)系定量的聯(lián)系起來(lái)了，因此可以直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算，如用以估算裂紋體的最大承載能力的，語(yǔ)序裂紋尺寸a。以及用于正確選擇機(jī)件材料，優(yōu)化工藝等。 第五章2.解釋下列疲勞性能指標(biāo)的意義2)疲勞缺口敏感度qf=(kf-1)/(kt-1)

9、 kf理論應(yīng)力集中系數(shù)，kt疲勞缺口系數(shù)3.試敘述金屬疲勞斷裂的特點(diǎn)（1）疲勞是低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂，即具有壽命的斷裂（2）.疲勞是脆性斷裂。（3） 疲勞對(duì)缺陷（缺口，裂紋及組織缺陷）十分敏感（4）疲勞斷裂也是裂紋萌生與擴(kuò)展的過程。7.試述疲勞裂紋的形成機(jī)理及阻止疲勞裂紋萌生的一般方法形成機(jī)理：疲勞微觀裂紋都是有不均勻的局部滑移和顯微開裂引起的。主要方式有表面滑移帶開裂，第二相，夾雜物或其界面開裂，晶界或亞晶界開裂等。措施 （1）提高材料的滑移抗力（采用固溶強(qiáng)化，細(xì)晶強(qiáng)化）（2）降低第二相或夾雜物的脆性（3）凡使晶界強(qiáng)化，凈化和細(xì)化晶粒的因素，均能抑制晶界裂紋形成，提高疲勞強(qiáng)度。金屬材料的失效形

10、式：變形、斷裂(含疲勞斷裂)、磨損、腐蝕，以及加工失誤第一章：金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能單向應(yīng)力、靜拉伸1-1 應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線的幾個(gè)階段：彈性變形、均勻塑變(彈塑性變形)、集中塑變(縮頸)、斷裂1-2 彈性變形 彈性變形的力學(xué)性能指標(biāo)材料的彈性模量又稱為剛度，但與工程構(gòu)件的剛度不同, 工程上：構(gòu)件剛度 = 材料剛度E構(gòu)件截面積彈性模量是組織不敏感因素指標(biāo)，僅與原子間作用力有關(guān)四、彈性比功：應(yīng)力-應(yīng)變曲線下彈性范圍內(nèi)所吸收的變形功表征材料吸收彈性變形能的能力，可作儲(chǔ)能減震材料的力學(xué)指標(biāo)。因彈性模量E是對(duì)組織不敏感的常數(shù)指標(biāo)，故需提高材料的彈性極限e才能提高彈性比功Ae五、彈性不完

11、整性：1）包申格效應(yīng)：先加載致少量塑變，卸載，然后在再次加載時(shí)，出現(xiàn)e（殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力）升高或降低的現(xiàn)象。一般認(rèn)為與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻有關(guān)。2）彈性后效-滯彈性、彈性蠕變指加卸載速度相對(duì)較快時(shí)，應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象。彈性后效可有兩種表現(xiàn)：快速加載后保持應(yīng)力不變，應(yīng)變滯后并逐漸增加快速加載后保持應(yīng)變不變，應(yīng)力逐漸松馳1-3 塑性變形一、塑性變形的定義和機(jī)理：1）定義：指撤去外力后仍不能回復(fù)的變形部份2）機(jī)理：滑移 孿生 高溫蠕變 晶界滑移（動(dòng)）二、塑性變形的兩個(gè)階段：均勻變形階段：材料抗力的增加跟得上應(yīng)變的增加，也稱為形變強(qiáng)化階段集中變形階段：材料抗力的增加跟不上應(yīng)變的增加，也稱為頸縮階段三、屈服現(xiàn)象：

12、泛指：金屬材料開始發(fā)生明顯塑性變形四、四大強(qiáng)化機(jī)理：形變、固溶、細(xì)化晶粒(組織)、彌散強(qiáng)化。九、頸縮現(xiàn)象及判據(jù)：當(dāng)材料的加工硬化率等于該處的真應(yīng)力S時(shí)，材料發(fā)生頸縮。1-4金屬的斷裂一、分類：1、按斷裂時(shí)的塑性變形量：1、脆性及韌性：塑性變形量是否達(dá)到5%2、按裂紋擴(kuò)展途徑：穿晶或沿晶：裂紋擴(kuò)展途徑是否沿晶界進(jìn)行；3、按斷裂機(jī)理：解理斷裂及微孔聚集型斷裂、純剪切斷裂。 韌性斷裂：斷裂前有明顯塑性變形，斷口呈纖維狀，呈暗灰色，危害相對(duì)較輕。脆斷斷裂：斷裂前無(wú)明顯塑性變形，斷口平整光亮，有放射狀花樣，危害相對(duì)較重。穿晶斷裂：裂紋穿過晶內(nèi)的斷裂沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴(kuò)展的斷裂二、斷口的宏觀特征1光滑圓

13、柱形試樣的靜拉伸斷口： 分三區(qū)：纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇區(qū)；2板狀試樣：也分為三區(qū)，只是其放射區(qū)的花紋為人字紋，裂紋源區(qū)為橢圓形纖維狀花樣。3沿晶斷口：斷口顯現(xiàn)冰糖狀晶體特征，有閃爍狀光澤；為極脆的脆性斷裂斷口。一般認(rèn)為與第二類回火脆有關(guān)。三、解理斷裂：1、 定義：金屬材料在一定條件下，當(dāng)外加正應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值后，沿解理平面快速分離的穿晶斷裂。3、宏觀形貌：嚴(yán)格地沿一定平面(解理面)分離，斷口即為這些多個(gè)小解理平面的組合，為脆性斷裂，與大理石斷裂時(shí)的機(jī)理相似，故叫解理斷裂；4、微觀形貌： 解理臺(tái)階：河流花樣，舌狀花樣四、微孔聚集斷裂：塑性斷裂1、機(jī)理：成核長(zhǎng)大聚合斷裂 由晶內(nèi)的微孔長(zhǎng)大聚合所致，

14、又叫韌窩斷裂3、微觀形貌：斷口表現(xiàn)為韌窩 五、斷裂強(qiáng)度1、理想斷裂強(qiáng)度：m = (Es)1/2 ms o1/2 o: 晶格常數(shù)或原子間距 E：彈性模量 s：表面能2.格理菲斯理論： 1) 前提： 脆性材料；材料內(nèi)部有微裂紋存在 2) 格理菲斯公式：格理菲斯公式只適用于如玻璃、超高強(qiáng)度鋼等脆性材料，對(duì)于大多數(shù)材料尤其是金屬，裂紋尖端會(huì)產(chǎn)生較大的塑性變形，會(huì)消耗大量的塑性功，遠(yuǎn)大于材料的表面能，此時(shí)需對(duì)之進(jìn)行修正： 3) 格理菲斯奧羅萬(wàn)歐文公式： 奧羅萬(wàn)與歐文認(rèn)為：格理菲斯公式中的表面能2s項(xiàng)此時(shí)應(yīng)由（2s+p）構(gòu)成：即： c E（s + p)1/2 ()1/2p為形成單位面積裂紋表面所需消耗的塑

15、性功，（s+p）稱為有效表面能第三章 金屬缺口試樣的力學(xué)性能3-1缺口效應(yīng)一、缺口及缺口效應(yīng)：缺口： 一般指試樣或工件的截面急劇變化處；缺口效應(yīng)：在缺口處由于缺口的存在，影響了應(yīng)力的分布狀態(tài)，使之：應(yīng)力狀態(tài)變硬(由單向拉應(yīng)力變?yōu)槿蚶瓚?yīng)力)；產(chǎn)生應(yīng)力集中；促發(fā)裂紋的生成與擴(kuò)展，不利于材料的塑變(位錯(cuò)運(yùn)動(dòng))，使材料在該處處于脆性狀態(tài)(即使該材料為塑性材料)，易于發(fā)生脆性斷裂；此應(yīng)力分布狀態(tài)的改變，即缺口效應(yīng)。二、彈性狀態(tài)下的缺口應(yīng)力分布：圓柱型缺口試樣，單向拉伸：1、在遠(yuǎn)離缺口處，僅有軸向應(yīng)力L，且其應(yīng)力線分布均勻；切向應(yīng)力t和法向應(yīng)力r 均為零；tr2、在缺口附近，軸向應(yīng)力的應(yīng)力線在缺口根部發(fā)

16、生彎曲，變成非均勻分布(于近根部處分布較密），形成應(yīng)力集中，并產(chǎn)生三向拉應(yīng)力：軸向應(yīng)力L、法向應(yīng)力r、切向應(yīng)力t；在缺口根部：L分布不均勻，且由于缺口上下出現(xiàn)無(wú)應(yīng)力區(qū)，將阻止缺口附近截面的正常收縮，因而出現(xiàn)了r、t，其分布見上圖左半部，圖的右半部為應(yīng)力狀態(tài)柔性系數(shù)的分布曲線（s =s/2，即L-rs (表面r=0)時(shí)，材料發(fā)生屈服并使表面的應(yīng)力發(fā)生松馳，L應(yīng)力峰值向內(nèi)移動(dòng)；由于max= (L-r)/2，而在表面r=0，并在一定深度r達(dá)到最大值，即開始時(shí)r是增加的，故L也須增加才能使屈服和塑性變形繼續(xù)向內(nèi)移，即需提高P。但提高P也會(huì)使得r增加，且塑性變形時(shí)變形量遠(yuǎn)較彈性變形的變形量大，為維持整體

17、的連續(xù)變形，r須增加較多。也必然使L的峰值大大增加。隨著外力P的繼續(xù)增加，屈服也由表及里地進(jìn)行著，L分布則出現(xiàn)最大值，并且該最大值隨著應(yīng)力的增加而也由表及里地移動(dòng)著，并標(biāo)志著屈服區(qū)與純彈性變形區(qū)的分界，并最終可能使得缺口試樣總的s(記為sN)大幅提高并超過光滑位伸試樣的s，且b也可有同樣現(xiàn)象出現(xiàn)：即：sNs；bNb；又叫“缺口強(qiáng)化”，此即為缺口效應(yīng)的第三種表現(xiàn)。3-4低溫脆性一、冷脆轉(zhuǎn)變：現(xiàn)象：當(dāng)試驗(yàn)溫度T低于某一溫度TK時(shí)，材料將由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，斷口機(jī)理由微孔聚集型轉(zhuǎn)變?yōu)榇┚Ы怆x型，斷口形狀也由纖維狀轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶狀。該現(xiàn)象稱為冷脆轉(zhuǎn)變或低溫脆性，TK為冷(韌)脆轉(zhuǎn)變溫度。物理本質(zhì)：s

18、和b與溫度T的關(guān)系曲線：s和b均是T的減函數(shù)，隨著T的增加而降低，但s受T影響變化更大一些，故二者將會(huì)有一個(gè)交叉點(diǎn)K：其溫度T= TK，當(dāng)TTK時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)：bK，且TK 工件缺口半徑=K和TK尺寸效應(yīng)：尺寸的增加，將會(huì)使得構(gòu)件的力學(xué)性能下降。尺寸的增加：將使得缺陷出現(xiàn)的機(jī)率增加；使應(yīng)力集中程度增加；使構(gòu)件易于出現(xiàn)平面應(yīng)變狀態(tài)，使其應(yīng)力狀態(tài)變硬(約束作用加大)。4取樣部位 第四章：金屬的斷裂韌性4-1線彈性條件下斷裂韌性KIC1、裂紋擴(kuò)展的三種基本方式裂紋沿裂紋面擴(kuò)展方式： 張開型(型) 滑(移)推開型(型) 撕開型(型)引起裂紋擴(kuò)展的應(yīng)力： 拉應(yīng)力 切應(yīng)力 剪切應(yīng)力其中：型擴(kuò)展方式最為危險(xiǎn)，

19、最易引起低應(yīng)力脆斷，材料對(duì)該型裂紋擴(kuò)展的抗力最低，故其它型式或混合型式的裂紋擴(kuò)展也常按型裂紋處理，會(huì)更安全。2、裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子K1 ：對(duì)于裂紋尖端區(qū)某一確定的點(diǎn)，其應(yīng)力分量就由Ki決定，這樣，Ki就可以表示應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度，所以稱為應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子。KI的量綱為：kgf/mm3/2或kgf.mm-3/2對(duì)應(yīng)地，對(duì)于、型擴(kuò)展裂紋，其對(duì)應(yīng)的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子為K、K 對(duì)于一般情況： K1=Y， 其中：=1/2裂紋長(zhǎng)度；而Y為常數(shù)，與裂紋形狀，加載方式、含裂紋的構(gòu)件的幾何因素等有關(guān)，無(wú)量綱；對(duì)于中心有穿透裂紋的無(wú)限寬板：Y=3、平面應(yīng)力及平面應(yīng)變：平面應(yīng)力：是兩向拉應(yīng)力狀態(tài)，一般為薄板的應(yīng)力表現(xiàn)狀

20、態(tài)；平面應(yīng)變：為三向拉應(yīng)力狀態(tài)，為厚板的應(yīng)力表現(xiàn)狀態(tài)。4、臨界裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子斷裂韌性KIC K1=Y對(duì)于帶有裂紋的構(gòu)件在受力時(shí)，當(dāng)應(yīng)力增大， KI也隨之增大，當(dāng)KI達(dá)到一個(gè)臨界值KIC時(shí)，構(gòu)件會(huì)突然斷裂。該臨界值KIC則被稱之為臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子KIC，即斷裂韌性KIC斷裂韌性KIC綜合了應(yīng)力及裂紋尺寸兩方面的因素，是僅與材料的內(nèi)部品質(zhì)如成分、相結(jié)構(gòu)與組織結(jié)構(gòu)、壓力加工狀態(tài)與熱處理狀態(tài)等相關(guān)的常數(shù)，與構(gòu)件的尺寸、構(gòu)件所受到的應(yīng)力，構(gòu)件內(nèi)部所含的裂紋尺寸無(wú)關(guān)；表征材料抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的最大能力，也可認(rèn)為是裂紋擴(kuò)展的阻力（裂紋擴(kuò)展的動(dòng)力即是外加應(yīng)力或裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子KI）平面應(yīng)變條件下

21、該臨界值稱為KIC；平面應(yīng)力條件下臨界值則稱為KC； 且有：KCKIC對(duì)于、型擴(kuò)展裂紋，其對(duì)應(yīng)的臨界裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子為KC、KC，且有：KIC KC KC一般地，只討論KIC，其狀態(tài)較為危險(xiǎn)。當(dāng)K1KIC時(shí)，裂紋將失穩(wěn)快速擴(kuò)展，材料將發(fā)生斷裂；裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展判據(jù)該判據(jù)成為描述脆性材料斷裂的力學(xué)條件5、裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的判據(jù)成為：K1KIC；C；C三者均是一個(gè)判據(jù)的三個(gè)表現(xiàn)方面，具有同等的效應(yīng)。C與C是相互對(duì)應(yīng)的，在一定條件下： KIC =YC = YC由此可見，KIC越高，則材料斷裂的臨界應(yīng)力和臨界裂紋尺寸越大，裂紋擴(kuò)展時(shí)所需要的外力或其內(nèi)部所允許含有裂紋尺寸就越大，該材料抵抗斷裂的能力就越強(qiáng)

22、。4-2裂紋擴(kuò)展能量釋放率GI及斷裂韌性GIC一、裂紋擴(kuò)展能量釋放率GI1裂紋擴(kuò)展的能量分析線彈性斷裂力學(xué)處理帶裂紋體構(gòu)件的裂紋擴(kuò)展判據(jù)問題，有兩種方式：應(yīng)力場(chǎng)的應(yīng)力應(yīng)變分析；能量分析。格里菲斯公式：c = （2E/）1/2 =c = 常數(shù) ：表面能就是在能量平衡的基礎(chǔ)上建立的，它將材料斷裂后新增加的表面能作為裂紋擴(kuò)展的阻力，與通過裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)的應(yīng)力分析而得出的結(jié)論：c = KIC =常數(shù)完全吻合2裂紋擴(kuò)展能量釋放率GI根據(jù)彈性理論結(jié)論，單位厚度的無(wú)限寬板，在受單向拉應(yīng)力時(shí)，如出現(xiàn)長(zhǎng)度為2的裂紋，則其釋放出來(lái)的彈性應(yīng)變能為：平面應(yīng)力：U = - / E平面應(yīng)變：U= -(1-) / E二、

23、臨界裂紋擴(kuò)展能量釋放率斷裂韌性GIC2裂紋的失穩(wěn)擴(kuò)展判據(jù)：裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展的條件為：GIGIC同樣也有相應(yīng)的臨界應(yīng)力c和臨界裂紋尺寸c:其c或c也對(duì)應(yīng)地有裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展判據(jù)：c；c三、G1與K1，GIC與KIC關(guān)系平面應(yīng)力：GI = /E = KI /E GIC = KIC/E平面應(yīng)變：GI= (1-) /E =(1-)KI /E GIC= (1-)KIC/E4-5斷裂韌性的測(cè)試 斷裂韌性KIC GB4161-84 （平面應(yīng)變）一、試樣：分三點(diǎn)彎曲試樣，緊湊拉伸試樣 （圖）試樣要求：1)加工：對(duì)四個(gè)加工面有平行度及垂直度的要求；開缺口：一般為線切割(1/4W)2)預(yù)制疲勞裂紋：在高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)上

24、進(jìn)行，產(chǎn)生于線切割缺口的根部，裂紋尺寸= （W 0.10mm）；3)為滿足小范圍屈服及平面應(yīng)變，須要求：B2.5(KIC /s)；2.5(KIC /s)；W-2.5(KIC /s)； B：試樣厚度，W：試樣寬度或高度，：預(yù)制疲勞裂紋長(zhǎng)度 二、測(cè)試：萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)試樣長(zhǎng)：S=4W2mm并在裂紋兩端貼上刃口，以便于安放引伸儀，測(cè)量裂紋張開位移V及壓力P（或拉力P）之間的的關(guān)系曲線（由動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀及x-y函數(shù)記錄儀記錄繪制)。第五章 金屬的疲勞過載持久值：材料在高于-1的工作應(yīng)力下工作，其工作的極限循環(huán)周次（至斷裂時(shí)為止）即為其過載持久值。它表示了材料在超過疲勞極限的應(yīng)力下工作直到斷裂所能承受的循環(huán)周

25、次，表現(xiàn)為- N曲線的傾斜部分，也稱之為有限疲勞壽命；當(dāng)=-1時(shí)，該持久值即為疲勞極限。該傾斜線的傾斜度越高、越陡，則其持久值越高，表示材料的抗過載能力越強(qiáng)。次負(fù)荷鍛煉：發(fā)現(xiàn)新制造的金屬構(gòu)件首先在低于-1的應(yīng)力下循環(huán)一定周次后，其疲勞極限將會(huì)提高，該現(xiàn)象稱為次負(fù)荷鍛煉。故新車空載飽合、新機(jī)器空載跑合均可使其齒輪系統(tǒng)嚙合得更好；影響疲勞強(qiáng)度的因素外部因素一、工作條件：1載荷特性：載荷頻率、次載鍛煉、間歇2環(huán)境溫度 4環(huán)境介質(zhì) 二、表面狀態(tài)及構(gòu)件尺寸：1表面狀態(tài)：表現(xiàn)粗糙度、缺口效應(yīng)2構(gòu)件尺寸：尺寸效應(yīng) 三、表面強(qiáng)化：提高表面組織強(qiáng)度水平或在表面形成一定的殘余壓應(yīng)力。 強(qiáng)化手段：表面熱處理、表面加

26、工硬化 、表面化學(xué)熱處理、表面涂層內(nèi)部因素化學(xué)成分、顯微組織、內(nèi)部缺陷等第七章 金屬的磨損一、磨擦與磨損磨損：分三個(gè)階段跑合階段；穩(wěn)定磨損階段；劇烈磨損階段。開始磨損時(shí)，因接觸表面剛接觸間凹凸不平，接觸面積較小，局部壓應(yīng)力較大，故磨損量較大；隨磨損時(shí)間的增加，接觸面之間相互嚙合，接觸面積增大，使磨損量（速率）降低，而進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段；穩(wěn)定磨損階段：該階段磨損速率決定了材料的耐磨性能（為機(jī)件正常服役階段)。其它的如測(cè)量潤(rùn)滑性能，改進(jìn)工藝求改善耐磨性的評(píng)估也要求在此階段進(jìn)行；隨機(jī)件工作時(shí)間的增加，磨擦面間距也增加，磨擦表面的嚙合性降低，磨擦表面質(zhì)量下降，機(jī)件傳動(dòng)工作質(zhì)量變壞，磨損速率大大增加，機(jī)件

27、很快失效；機(jī)件如：工作環(huán)境惡劣、跑合不良或質(zhì)量太差，在跑合階段就發(fā)生強(qiáng)烈粘著。此時(shí)只有激烈磨損階段（無(wú)合階段后期穩(wěn)定磨損階段)。二、磨損類型以及耐磨性：磨損類型：按磨損機(jī)理來(lái)分有：粘著磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損、表面疲勞磨損用磨損量來(lái)表示，只有相互比較意義：用相同材料作成摩擦副。相對(duì)耐磨性 標(biāo)準(zhǔn)試樣磨損量 被測(cè)試樣磨損量一般用耐磨性提高幾倍（即：相對(duì)耐磨性）來(lái)描述三、磨損機(jī)理：分粘著磨損及磨粒磨損二種，常同時(shí)發(fā)生1粘著磨損：定義：是通過接觸面局部發(fā)生粘著，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)粘著又分開，導(dǎo)致接觸面上有小顆粒被拉拽出來(lái)，如此反復(fù)多次而導(dǎo)致機(jī)件產(chǎn)生磨損失效。影響因素：材料特性的影響：互溶性大、塑性材料較脆性

28、、單相較多相更一粘著； 接觸壓力的影響：在摩擦速度一定時(shí)，法向應(yīng)力越大，磨損越大； 滑動(dòng)速度：當(dāng)接觸壓力一定時(shí)，磨損先隨滑動(dòng)速度的增大而增加，后隨之而減小。 機(jī)件表面的光潔度、摩擦面的溫度以及潤(rùn)滑狀態(tài)也對(duì)粘著磨損有影響。2磨粒磨損：定義：由于硬顆?；蛴餐黄鹞锸共牧袭a(chǎn)生遷移而造成的一種磨損。特點(diǎn)：有明顯劃痕（溝槽）（與咬合不同），其磨損機(jī)理為切削為主。磨粒磨損的機(jī)制有：微觀切削、微觀犁溝、微觀剝落影響因素：材料性能的影響：如材料成分、顯微組織、力學(xué)性能等 磨粒性能：包括磨粒的形狀、大小、硬度、強(qiáng)度。 工作條件：荷載和滑動(dòng)距離，荷載越高，滑動(dòng)距離越遠(yuǎn)，磨損越嚴(yán)重。四、影響材料耐磨性的因素1強(qiáng)度（硬

29、度)：尤其指表面硬度；2碳化物（或硬的第二相質(zhì)點(diǎn)）的含量及其形態(tài)和分布；3潤(rùn)滑：其作用：降低磨擦系數(shù)分離磨擦面；4表面處理：化學(xué)熱處理，均大幅提高材料的耐磨性能，其中以滲N作用最佳；滲硼B(yǎng)，目的：a）提高表面強(qiáng)度；b）降低相互間粘接力；c）減磨擦系數(shù)、摩擦力；鍍金：增加潤(rùn)滑，提高表面硬度；滲S、滲P，增加潤(rùn)滑（特別是高溫下工作的工件，此時(shí)不能加潤(rùn)滑劑）；5表面光潔度；五、接觸疲勞兩機(jī)件間作相互滾動(dòng)（或作滑動(dòng)）時(shí)，因交變壓應(yīng)力循環(huán)長(zhǎng)期作用，而致接觸表面產(chǎn)生壓疲勞損傷，致使厚部區(qū)域產(chǎn)生小塊金屬剝落（形成蝕點(diǎn)，凹坑中見到微觀疲勞輝紋。常與咬合磨損、磨粒磨損共同出現(xiàn)）。第八章金屬高溫力學(xué)性能一節(jié)：蠕變

30、現(xiàn)象蠕變:蠕變變形機(jī)理 ：主要有位錯(cuò)滑移、攀移、原子擴(kuò)散和晶界滑動(dòng)，對(duì)于高分子材料還有分子鏈段沿外力的舒展。蠕變斷裂機(jī)理 ：蠕變斷裂主要是沿晶斷裂。金屬材料蠕變斷裂斷口特征：宏觀特征為：一是使斷裂機(jī)件表面出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象；另一個(gè)特征是由于高溫氧化，斷口表面往往被一層氧化膜所覆蓋。微觀特征主要是冰糖狀花樣的沿晶斷裂。 蠕變極限的意義表示材料在高溫下受到載荷長(zhǎng)時(shí)間作用時(shí)，對(duì)于蠕變變形的抗力。影響聚合物實(shí)際強(qiáng)度的因素總結(jié)1.高分子本身結(jié)構(gòu)的影響：極性基團(tuán)或氫鍵、主鏈上含有芳雜環(huán)、適度交聯(lián)、分子量增大，都會(huì)使拉伸強(qiáng)度增加；分子鏈支化，則會(huì)使拉伸強(qiáng)度降低。2.結(jié)晶和取向的影響：適當(dāng)增加結(jié)晶度和控制球晶大小，強(qiáng)度增加；取向可大幅度提高材料強(qiáng)度。3、應(yīng)力集中物的影響：銳口缺陷的應(yīng)力集中系數(shù)比鈍口的要大得多。4、增塑劑的影響：一方面增塑劑的加入使強(qiáng)度降低，另一方面隨著增塑劑含量的增加使得材料的沖擊強(qiáng)度提高。5、填料的影響：填料對(duì)聚合物的影響比較復(fù)雜既可以增加聚合物的強(qiáng)度也可以降低聚合物的強(qiáng)度。6、應(yīng)變速率的影響：隨著應(yīng)變速率的增加，材料的屈服強(qiáng)度有所提高；如果進(jìn)一步提高拉伸速度，材料終將發(fā)生脆性斷裂。7、溫度的影響溫度升高，聚合物沖擊強(qiáng)度逐漸增加，到接近玻璃化溫度時(shí)，沖擊強(qiáng)度將迅速增加。陶瓷增韌方法：顆粒增