材料性能學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)(王從曾版)

1、材料性能學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)版）（王從曾第一章1、名詞解釋彈性比功We :材料開始塑性變形前單位體積 所能吸收的彈性變形功，又稱彈性比能或應(yīng)變比 能。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（1-4%），然后再同向加載，彈性極限（屈服極限）增加，反向加載，oe降低的現(xiàn)象。滯彈性：材料在快速加載或則卸載后，隨時間 的延長而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變得性能。粘彈性：材料在外力作用下，彈性和粘性兩種 變形機(jī)制同時存在的力學(xué)行為。表現(xiàn)為應(yīng)變對應(yīng) 力的響應(yīng)（或反之）不是瞬時完成，而需要通過 一個馳豫過程，但卸載后應(yīng)變逐漸恢復(fù)，不留殘 余變形。表現(xiàn)形式：應(yīng)力松馳：恒定溫度和形變作用下， 材料內(nèi)部的應(yīng)力隨時間增加而

2、逐漸衰減的現(xiàn)象。 蠕變：恒定應(yīng)力作用下，試樣應(yīng)變隨時間變化的現(xiàn)象。高分子材料當(dāng)外力去除后，這部分蠕變可 緩慢恢復(fù)。偽彈性：在一定溫度條件下，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定 水平后，金屬或合金將由應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變， 伴隨應(yīng)力誘發(fā)相變產(chǎn)生大幅度彈性變形的現(xiàn)象。 偽彈性變形量60%左右。工程應(yīng)用：形狀記憶合 金內(nèi)耗：在非理想彈性條件下，由于應(yīng)力-應(yīng)變 不同步，使加載線與卸載線不重合而形成一封閉 回線，這個封閉回線稱為彈性滯后環(huán)。存在彈性 滯后環(huán)的現(xiàn)象說明加載材料時吸收的變形功大 于卸載時材料釋放的變形功，有一部分加載變形 功被材料所吸收。這部分在變形過程中被吸收的 功稱為材料的內(nèi)耗，其大小可用回線面積度量。塑性：

3、指金屬材料斷裂前發(fā)生塑性變形的能 力。脆性：指金屬材料受力時沒有發(fā)生塑性變形 而直接斷裂的能力。韌性：指金屬材料斷裂前吸收塑性變形功和 斷裂功的能力，或指材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。銀紋：高分子材料在變形過程中產(chǎn)生的一種缺 陷，其密度低對光線的反射能力很高， 看起來呈 銀色，故稱銀紋。其內(nèi)部為有取向的纖維和空洞 交織分布。超塑性：是指材料在一定的內(nèi)部條件和外部條 件下，呈現(xiàn)非常大的伸長率而不發(fā)生頸縮和斷裂 的現(xiàn)象。脆性斷裂：材料未經(jīng)明顯的宏觀塑性變形而發(fā) 生的斷裂。斷口平齊而光亮，且與正應(yīng)力垂直， 斷口呈人字或放射花樣。韌性斷裂：材料斷裂前即斷裂過程中產(chǎn)生明顯 宏觀塑性變形的過程。韌性斷裂時一般裂

4、紋擴(kuò)展 過程較慢，且要消耗大量塑性變形能。其斷口用 肉眼或放大鏡觀察時往往呈暗灰色纖維狀。纖維 狀是塑性變形過程中，眾多微細(xì)裂紋的不斷擴(kuò)展 和相互連接造成的，而暗灰色則是纖維斷口對光 的反射能力很弱所致。剪切斷裂：材料在切應(yīng)力作用下沿滑移面滑移 分離而造成的斷裂。解理斷裂：解理斷裂是在正應(yīng)力作用下由于原 子間結(jié)合鍵的破壞引起的沿特定晶面發(fā)生的脆 性穿晶斷裂。解理臺階：解理斷裂的裂紋要跨越若干相互平 行的而且位于不同高度的解理面，從而在同一刻 面內(nèi)部出現(xiàn)了解理臺階與和河流花樣。河流花樣：解理臺階沿裂紋前端滑動兒相互匯 合，同號臺階相互匯合長大，當(dāng)匯合臺階高度足 夠大時，便成為河流花樣。韌窩：微孔

5、聚集型斷裂的微觀斷口特征。10、應(yīng)變系數(shù)K及應(yīng)變硬化指數(shù)n的計算：F/KN 68101214(71(1125 n ) 2432404856 L 12.54.57.511.5&0.20.5 0.9 1.52.3由真應(yīng)力及真應(yīng)變公式計算得IgS4.65.86.06.26.4Ige-0.74-0.39-0.19-0.040.08作圖可得 n=1.48K=181000018、格里菲斯公式的適用范圍及其修正：格里菲斯公式只適用于脆性固體，如玻璃，無 機(jī)晶體材料，超高強(qiáng)鋼等。對于許多工程結(jié)構(gòu)材料，如結(jié)構(gòu)鋼，高分子材料等，裂紋尖端會產(chǎn)生 較大塑性變形，要消耗大量塑性變形功，因此必 須對其進(jìn)行修正。第二章1.

6、名詞解釋應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)：最大切應(yīng)力與最大正應(yīng)力的 比值。（書本38頁）缺口效應(yīng)：缺口材料在靜載荷作用下，缺口截面 上的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生的變化第一效應(yīng)：缺口造成應(yīng)力應(yīng)變集中第一效應(yīng)：缺口改變了缺口前方的 應(yīng)力狀態(tài)，使平板材料所受的應(yīng)力由原 來的單項(xiàng)拉伸改變?yōu)閮上蚧蛉蚶?。第一效?yīng)：在有缺口條件下，由于 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，即產(chǎn)生了所謂缺口強(qiáng)化”現(xiàn)象.缺口使塑性材料得到 強(qiáng)化”缺口敏感性：材料因存在缺口造成三向應(yīng)力狀態(tài) 和應(yīng)力應(yīng)變集中而變脆的傾向。缺口敏感度：缺口式樣抗拉強(qiáng)度b bn與等截面 尺寸光滑試樣的抗拉強(qiáng)度b b的比值，記NSR。 布氏硬度：此試驗(yàn)的原理是用一

7、定直徑 D的硬 質(zhì)合金球?yàn)閴侯^，施以一定的試驗(yàn)力 F,將其壓 入試樣表面，經(jīng)規(guī)定時間t后卸除試驗(yàn)力，試樣 表面將殘留壓痕，布氏硬度值就是試驗(yàn)力F除以 壓痕球形表面積A。洛氏硬度：試驗(yàn)測量壓痕深度h表示材料的硬度 值，壓頭有兩種：圓錐角120的金剛石圓錐體； 一定直徑的小淬火鋼球或硬質(zhì)合金球。維氏硬度：試驗(yàn)原理與布氏硬度相同，也是根據(jù) 壓痕單位面積所承受的試驗(yàn)力計算硬度值。壓 頭：兩相對面間夾角為136的金剛石四棱錐體。 努氏硬度：試驗(yàn)也是一種顯微硬度試驗(yàn)方法， 與 顯微維氏硬度相比有兩點(diǎn)不同：1壓頭形狀不同，使用的是兩個對面角不等的四角棱錐金剛 石。2硬度值不是試驗(yàn)力除以壓痕表面積之值， 而是

8、除以壓痕投影面積只商值。肖氏硬度：試驗(yàn)是一種動載荷試驗(yàn)法，其原理是 將一定質(zhì)量的帶有金剛石圓頭或鋼球的重錘，從 一定高度落于金屬試樣表面，根據(jù)重錘回跳的高 度來表征金屬硬度值大小第三章1.名詞解釋低溫脆性：在試驗(yàn)溫度低于某一溫度 tk時，會 有韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功明顯下 降，斷裂機(jī)理由微孔聚集型變?yōu)榇┚Ы饫硇?，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀。指鋼筋的力學(xué)性能中由于溫度變化而產(chǎn)生的一 種規(guī)律。藍(lán)脆：不同種類的鋼筋，其強(qiáng)度隨溫度的變化規(guī) 律有所不同。對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)常用的普通低 碳鋼，隨著溫度的升高，屈服臺階逐漸減小，到 300 C時屈服臺階消失。400 C以下時，隨溫度 升高，鋼筋的抗

9、拉強(qiáng)度和硬度均比常溫略高，但 是塑性降低。這種現(xiàn)象稱為藍(lán)脆現(xiàn)象。產(chǎn)生藍(lán)脆的原因是碳和氮間隙原子的形變時效。 在150350 C溫度范圍內(nèi)形變時，已開動的位 錯迅速被可擴(kuò)散的碳、氮原子所錨定，形成柯垂 耳氣團(tuán)（柯氏氣團(tuán)）。為了使形變繼續(xù)進(jìn)行，必須 開動新的位錯，結(jié)果鋼中在給定的應(yīng)變下，位錯 密度增高，導(dǎo)致強(qiáng)度升高和韌性降低。韌脆轉(zhuǎn)變溫度：當(dāng)試驗(yàn)溫度低于某一溫度tk時, 發(fā)生低溫脆性，轉(zhuǎn)變溫度tk為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。 韌性溫度儲備：為韌性溫度儲備，to為材料 使用溫度，tk為韌脆轉(zhuǎn)變溫度， =to-tk。 遲屈服：指當(dāng)用高于材料屈服極限的載荷以高加 載速度作用于bcc結(jié)構(gòu)材料時，材料并不立即 產(chǎn)生屈服

10、，而需要經(jīng)過一段孕育期才開始塑性變 形。在孕育期中只產(chǎn)生彈性變形，由于沒有塑性 變形消耗能量故有利于裂紋的擴(kuò)展，從而易于表 現(xiàn)為脆性破壞。4、影響材料低溫脆性的因素的分析影響材料低溫脆性的因素：1晶體結(jié)構(gòu)的影響： 體心立法金屬及其合金存在低溫脆性，而面心立 方金屬及其合金一般不存在低溫脆性。2化學(xué)成 分的影響：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。 加入置換型溶質(zhì)元素（Ni、 Mn例外），一般也降低高階能，提高韌脆轉(zhuǎn)變 溫度，但是效果不明顯。雜質(zhì)元素 S、P、Pb等 使鋼的韌性下降。3.顯微組織的影響（1） 細(xì) 化晶粒提高韌性（2）金相組織有影響 4.溫度的影響：主要是 藍(lán)脆”

11、的影響。5.加載速率 的影響，提高加載速率如同降低溫度，使材料脆 性增大，韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。6 試樣形狀和尺 寸的影響，缺口曲率半徑越小，tk，因此，V型 缺口試樣的tk高于U型試樣的tk。當(dāng)不改變?nèi)?口尺寸而只增加試樣寬度（或厚度）時，tk升高.若 試樣各部分尺寸按比例增加時，tk也升高.這是 由于試樣尺寸增加時應(yīng)力狀態(tài)變硬，且缺陷幾率 增大，故脆性增大。三沖擊脆化效應(yīng)靜載荷作用時：塑性變形比較均勻的分布在各個晶粒 中；沖擊載荷作用時二塑性變形則比較集中于某一局部區(qū) 域，反映了塑性變形不均勻。這種不均勻限制了塑性變形的發(fā)展，導(dǎo)致了屈服強(qiáng)度、 抗拉強(qiáng)度的提高。材料在沖擊載荷作用下塑性變形難以充

12、分進(jìn)行，主要 有以下兩方面的原因：由于沖擊載荷下應(yīng)力水平比較高，使許多位錯源同時 起作用，結(jié)果抑制了單晶體中易滑移階段的產(chǎn)主與發(fā) 展。沖擊載荷增加了位錯密度和滑移系數(shù)冃，出現(xiàn)了李晶, 減小了位錯運(yùn)動自由行程平均長度，增加了點(diǎn)缺陷的 濃度口第四章1、名詞解釋低應(yīng)力脆斷：高強(qiáng)度鋼、超高強(qiáng)度鋼的機(jī)件, 中低強(qiáng)度鋼的大型機(jī)件往往在工作應(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：二樂再，反映了裂紋尖 端區(qū)域應(yīng)力場的強(qiáng)度。斷裂韌度：表征材料在平面應(yīng)變或應(yīng)力狀態(tài)下 抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展能力的力學(xué)性能指標(biāo)。能量釋放率：在裂紋擴(kuò)展的線彈性理論中，驅(qū) 使裂紋擴(kuò)展的動力是彈性能的釋放

13、率，5 E稱為裂紋擴(kuò)展的能量釋放率。J積分：J積分為I型裂紋的能量線積分，可 定量的描述裂紋體的應(yīng)力應(yīng)變場強(qiáng)度，即J積分 反映了裂紋尖端區(qū)的應(yīng)變能，即應(yīng)力應(yīng)變的集中 程度。裂紋尖端張開位移COD :裂紋尖端沿應(yīng)力方 向張開所得到的位移，用來間接表示應(yīng)變量的大 小。第五章1、名詞解釋疲勞源：是疲勞裂紋萌生的策源地疲勞貝紋線：由變動載荷引起的，使裂紋前沿 線留下弧狀臺階痕跡，疲勞區(qū)的最大特征（宏 觀）。疲勞條帶：疲勞裂紋擴(kuò)展第二階段的斷口特征 是具有略呈彎曲并相互平行的溝槽花樣。駐留滑移帶：用電解拋光的方法也很難將已產(chǎn) 生的表面循環(huán)滑移帶去除，即使去除，當(dāng)對試樣 重新循環(huán)加載時，則循環(huán)滑移帶又會在

14、原處再 現(xiàn)，這種永留或再現(xiàn)的循環(huán)滑移帶稱為駐留滑移 -H-P帶。擠出脊和侵入溝：在拉應(yīng)力作用下，位錯源被 激活，使其增殖的位錯滑移到表面，形成滑移臺 階，應(yīng)力不斷循環(huán)，多個位錯源引起交互滑移， 形成 擠出”和 侵入”的臺階。疲勞壽命：疲勞失效時材料所經(jīng)受的應(yīng)力或應(yīng) 變循環(huán)次數(shù)。過渡壽命：彈性應(yīng)變幅-壽命線和塑性應(yīng)變幅- 壽命線的交點(diǎn)對應(yīng)的壽命。熱疲勞：機(jī)件在由溫度循環(huán)變化時產(chǎn)生的循環(huán)熱應(yīng)力及熱應(yīng)變作用下的疲勞過載損傷：倘若金屬在高于疲勞極限的應(yīng)力水 平下運(yùn)轉(zhuǎn)一定周次后，其疲勞極限或疲勞壽命減 小，這就造成了過載損傷。疲勞缺口敏感度qf :金屬在交變載荷下的缺 口敏感性。過載損傷界：在不同過載應(yīng)

15、力下，損傷累積造 成的裂紋尺寸達(dá)到或超過討應(yīng)力的非擴(kuò)展裂 紋”尺寸的循環(huán)次數(shù)。疲勞門檻值 Kth :疲勞裂紋不擴(kuò)展的 K臨 界值，表示材料阻止疲勞裂紋開始擴(kuò)展的性能。第六章1、磨損：機(jī)件表面相接處并作相對運(yùn)動時，表 面逐漸有微小顆粒分離出來形成磨屑，使表面材 料逐漸流失、造成表面損傷的現(xiàn)象。2、粘著：摩擦副實(shí)際表面上總存在局部凸起，當(dāng)摩擦副雙方接觸時，即使施加較小載荷，在真 實(shí)接觸面上的局部應(yīng)力就足以引起塑性變形。 倘 若接觸面上潔凈而未受到腐蝕，則局部塑性變形 會使兩個接觸面的原子彼此十分接近而產(chǎn)生強(qiáng)烈粘著。（實(shí)際上就是原子間的鍵合作用）3、磨屑：松散的尺寸與形狀均不相同的碎屑？ ？4、跑合

16、：摩擦表面逐漸被磨平，實(shí)際接觸面積 增大，磨損速率迅速減小。5、咬死：當(dāng)接觸壓應(yīng)力超過材料硬度 H的1/3 時，粘著磨損量急劇增加，增加到一定程度就出 現(xiàn)咬死現(xiàn)象。6、犁皺：指表面材料沿硬粒子運(yùn)動方向被橫推 而形成溝槽。7、耐磨性：材料在一定摩擦條件下抵抗磨損的 能力&沖蝕：流體或固體以松散的小顆粒按一定的 速度和角度對材料表面進(jìn)行沖擊。9、接觸疲勞：機(jī)件兩接觸面作滾動或滾動加滑 動摩擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力長期作用下，材料 表面因疲勞損傷，導(dǎo)致局部區(qū)域產(chǎn)生小片或小塊 狀金屬剝落而是材料流失的現(xiàn)象。10、是比較三類磨粒磨損的異同，并討論加工硬 化對它們的影響？鑿削式磨粒磨損：從表面上鑿削下大顆粒

17、金 屬，摩擦面有較深溝槽。韌性材料 一一連續(xù)屑， 脆性材料 斷屑。高應(yīng)力碾碎性磨粒磨損：磨粒與摩擦面接觸處 的最大壓應(yīng)力超過磨粒的破壞強(qiáng)度，磨粒不斷被 碾碎，使材料被拉傷，韌性金屬產(chǎn)生塑性變形或 疲勞，脆性金屬則形成碎裂式剝落。低應(yīng)力擦傷性磨粒磨損：作用于磨粒上的應(yīng)力 不超過其破壞強(qiáng)度，摩擦表面僅產(chǎn)生輕微擦傷。11、試述粘著磨損產(chǎn)生的條件、機(jī)理及其防止措 施？條件：在滑動摩擦條件下，當(dāng)摩擦副相對滑 動速度較小時發(fā)生的。機(jī)理：摩擦副實(shí)際表面上總存在局部凸起， 當(dāng)摩擦副雙方接觸時，即使施加較小載荷，在真 實(shí)接觸面上的局部應(yīng)力就足以引起塑性變形。倘 若接觸面上潔凈而未受到腐蝕，則局部塑性變形 會使兩

18、個接觸面的原子彼此十分接近而產(chǎn)生強(qiáng) 烈粘著。（實(shí)際上就是原子間的鍵合作用）隨后 在繼續(xù)滑動時，粘著點(diǎn)被剪斷并轉(zhuǎn)移到一方金屬 表面，然后脫落下來便形成磨屑，一個粘著點(diǎn)剪 斷了，又在新的地方產(chǎn)生粘著，隨后也被剪斷、 轉(zhuǎn)移，如此粘著a剪斷a轉(zhuǎn)移a再粘著循環(huán)不已， 就構(gòu)成了粘著磨損過程。防止措施：(1)注意摩擦副配對材料的選擇(2) 采用表面化學(xué)熱處理改變材料表面狀態(tài)(3) 控制摩擦滑動速度和接觸壓應(yīng)力12、列表說明金屬接觸疲勞三種破壞形式的機(jī)理 和特征？1) 麻點(diǎn)剝落：在滾動接觸過程中，由于表面最 大綜合切應(yīng)力反復(fù)作用，在表層局部區(qū)域造成損 傷累積，最終形成表面裂紋，裂紋形成后，潤滑 油擠入，在連續(xù)

19、滾動接觸過程中，潤滑油反復(fù)壓 入裂紋并被封閉，封閉在裂紋內(nèi)的油已較高的壓 力作用于裂紋內(nèi)壁，使裂紋沿與滾動方向成小于 45度傾角向前擴(kuò)展，其方向與Ty方向一致，裂 紋擴(kuò)展到一定的程度后，因其尖端有應(yīng)力集中， 故在此處形成二次裂紋，與初始裂紋垂直，二次 裂紋向表面擴(kuò)展，剝落后形成凹坑。2) 淺層剝落：淺層剝落裂紋的位置0.5b處，與 Z軸的兩側(cè)作用的切應(yīng)力 T位置相當(dāng)，該處切應(yīng) 力最大，塑性變形劇烈，在接觸應(yīng)力反復(fù)作用下， 塑性變形反復(fù)進(jìn)行，局部材料弱化，形成裂紋。 裂紋常出現(xiàn)在非金屬夾雜物附近，故裂紋開始沿 非金屬夾雜物平行于表面擴(kuò)展，而后又產(chǎn)生與表 面成一傾角的二次裂紋，二次裂紋擴(kuò)展到表面，

20、 則該處金屬受彎曲發(fā)生彎斷，形成淺層剝落。3）深層剝落：表面硬化的機(jī)件，硬化層與基體 的過渡區(qū)是弱區(qū)，此處切應(yīng)力可能咼于材料強(qiáng)度 而在該處產(chǎn)生裂紋，裂紋形成后先平行于表面擴(kuò) 展，即沿過渡區(qū)擴(kuò)展，而后再垂直于表面擴(kuò)展， 最終形成較深的剝落坑。特征：麻點(diǎn)剝落：剝落深度在0.10.2mm以下, 呈針狀或痘狀凹坑，截面呈不對稱 V型淺層剝落：深度0.20.4mm,剝塊底部大致和表 面平行，裂紋走向與表面成銳角和垂直。深層剝落：深度和表面強(qiáng)化層深度相當(dāng)，裂紋走 向與表面垂直。13、磨損的類型有：粘著磨損、磨粒磨損、沖蝕 磨損、腐蝕磨損、微動磨損和表面疲勞磨損。14、粘著磨損：重要特征：摩擦副一方金屬表面常粘附一層很薄 的轉(zhuǎn)移膜，并伴有化學(xué)成分變化。主要影響因素：材料特性、法向力、滑動速度以 及