(完整版)材料性能學(xué)歷年真題及答案.doc

1、材料性能學(xué)一、名詞解釋低溫脆性 ：材料隨著溫度下降，脆性增加，當(dāng)其低于某一溫度時(shí)，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，這種現(xiàn)象為低溫脆性。疲勞條帶 ：每個(gè)應(yīng)力周期內(nèi)疲勞裂紋擴(kuò)展過(guò)程中在疲勞斷口上留下相互平行的溝槽狀花樣。韌性 ：材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力。缺口強(qiáng)化 ：缺口的存在使得其呈現(xiàn)屈服應(yīng)力比單向拉伸時(shí)高的現(xiàn)象。50%FATT：沖擊試驗(yàn)中采用結(jié)晶區(qū)面積占整個(gè)斷口面積50%時(shí)所應(yīng)的溫度表征的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。破損安全 ：構(gòu)件內(nèi)部即使存在裂紋也不導(dǎo)致斷裂的情況。應(yīng)力疲勞 ：疲勞壽命 N105 的高周疲勞稱(chēng)為低應(yīng)力疲勞，又稱(chēng)應(yīng)力疲勞。韌脆轉(zhuǎn)化溫度 ：在一定的加載方式下，當(dāng)溫度冷卻到某一溫度或溫度

2、范圍時(shí)，出現(xiàn)韌性斷裂向脆性斷裂的轉(zhuǎn)變，該溫度稱(chēng)為韌脆轉(zhuǎn)化溫度。應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)：在各種加載條件下最大切應(yīng)力與最大當(dāng)量正應(yīng)力的比值，通常用表示。疲勞強(qiáng)度 ：通常指規(guī)定的應(yīng)力循環(huán)周次下試件不發(fā)生疲勞破壞所承受的上限應(yīng)力值。內(nèi)耗 ：材料在彈性范圍內(nèi)加載時(shí)由于一部分變形功被材料吸收，則這部份能量稱(chēng)為內(nèi)耗。滯彈性 :在快速加載、卸載后，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象。缺口敏感度： 常用缺口試樣的抗拉強(qiáng)度與等截面尺寸的光滑試樣的抗拉強(qiáng)度的比值表征材料缺口敏感性的指標(biāo)，往往又稱(chēng)為缺口強(qiáng)度比。斷裂功 ：裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展所消耗的能量。比強(qiáng)度 ： : 按單位質(zhì)量計(jì)算的材料的強(qiáng)度，其值等于材料強(qiáng)度與其密度之比，

3、是衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)性能的重要指標(biāo)。 .缺口效應(yīng) ：構(gòu)件由于存在缺口（廣義缺口）引起外形突變處應(yīng)力急劇上升，應(yīng)力分布和塑性變形行為出現(xiàn)變化的現(xiàn)象。解理斷裂 ：材料在拉應(yīng)力的作用下原于間結(jié)合破壞，沿一定的結(jié)晶學(xué)平面( 即所謂“解理面”) 劈開(kāi)的斷裂過(guò)程。應(yīng)力集中系數(shù)：構(gòu)件中最大應(yīng)力與名義應(yīng)力（或者平均應(yīng)力）的比值，寫(xiě)為KT。高周疲勞：在較低的應(yīng)力水平下經(jīng)過(guò)很高的循環(huán)次數(shù)后（通常N105）試件發(fā)生的疲勞現(xiàn)象。彈性比功 ：又稱(chēng)彈性應(yīng)變能密度，指金屬吸收變形功不發(fā)生永久變形的能力，是開(kāi)始塑性變形前單位體積金屬所能吸收的最大彈性變形功。二、填空題1、 根據(jù)材料被磁化后對(duì)磁場(chǎng)產(chǎn)生的影響，可以把材料分為3類(lèi)：

4、鐵磁性材料，順磁性材料，抗磁性材料2、材料的抗磁性來(lái)源于電子偱軌運(yùn)動(dòng)時(shí)受外加磁場(chǎng)作用所產(chǎn)生的抗磁矩，材料的順磁性主要來(lái)源于原子（離子的固有磁矩）。3、超導(dǎo)電性的 3 個(gè)重要性能指標(biāo)為臨界溫度，臨界電流密度，臨界磁場(chǎng)。4、按照兩接觸面運(yùn)動(dòng)方式的不同，可以將摩擦分為滾動(dòng)摩擦和滑動(dòng)摩擦，按照摩擦表面的接觸狀態(tài)分為干摩擦、濕摩擦、邊界摩擦、混合摩擦、其中干摩擦通常嚴(yán)禁出現(xiàn)。5、材料的摩擦形式主要分為滑動(dòng)摩擦，滾動(dòng)摩擦。 環(huán)塊摩擦磨損實(shí)驗(yàn)測(cè)量滑動(dòng)摩擦條件下的磨損；M-2000型為滾子式磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)，可以測(cè)量滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦等多種摩擦形式下的磨損?；瑒?dòng)軸承的磨損形式以粘著磨損居多。6、材料的韌性溫度儲(chǔ)備通

5、常用符號(hào)。表示，取值在溫度范圍2060，對(duì)于相同的材料而言，韌性溫度儲(chǔ)備越大，材料的工作溫度就越高，材料就越安全。對(duì)于承受沖擊載荷作用的重要機(jī)件，韌性溫度儲(chǔ)備取上限。7、材料的缺口越深、越尖銳，材料的缺口敏感性就越（大），材料的缺口敏感度就越（小），材料的對(duì)缺口就越（敏感）。8、典型的疲勞斷口具有疲勞源，疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)，瞬斷區(qū)三個(gè)特征區(qū)組成，低碳鋼靜拉伸斷裂的宏觀斷- 1 -材料性能學(xué)口呈杯錐狀，由剪切唇，纖維區(qū)，結(jié)晶區(qū)三個(gè)區(qū)域組成。9 、金屬材料的沖擊斷口具有三個(gè)典型的區(qū)域：放射狀結(jié)晶區(qū)，腳跟形纖維區(qū)，剪切唇區(qū)。10、低碳鋼拉伸曲線上反映出其變形由彈性變形，屈服，均勻塑性變形，不均勻集中塑性

6、變形幾個(gè)部分組成，斷后斷口呈現(xiàn)出杯錐狀斷口特征，具剪切唇，纖維區(qū)，放射狀結(jié)晶區(qū)三個(gè)區(qū)域，屬于韌性（塑性，延性，剪切，穿晶，微孔聚合、長(zhǎng)大模式）斷裂。11、按照應(yīng)力高低和斷裂壽命對(duì)疲勞分類(lèi)，則N105,稱(chēng)為高周疲勞，又稱(chēng)為應(yīng)力疲勞；N 為102 105，稱(chēng)為低周疲勞，又稱(chēng)為應(yīng)變疲勞。我們通常所稱(chēng)的疲勞指高周（應(yīng)力）疲勞。12、溫度升高使鐵磁性的飽和磁化強(qiáng)度下降，使剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度減小，使矯頑力減小。13 、金屬的熱電現(xiàn)象的三個(gè)基本熱電效應(yīng)是帕爾帖效應(yīng)、湯姆遜效應(yīng)、賽貝克效應(yīng)。14、缺口靜彎曲實(shí)驗(yàn)得到的曲線包圍的面結(jié)分為三個(gè)部分，分別代表三種能量、彈性變形功，、塑性變形功，、斷裂功。若只有而沒(méi)有、，

7、則對(duì)缺口極為敏感，若只有、，表明對(duì)缺口敏感；越大，則對(duì)缺口越不敏感。15、構(gòu)件中的裂紋體的擴(kuò)展模式主要有I型（張開(kāi)型），II型（滑開(kāi)型），III型（撕開(kāi)型）三種類(lèi)型，其中以 I型（張開(kāi)型）最為危險(xiǎn)。16、典型的疲勞斷口具有三個(gè)特征區(qū)：疲勞源， 疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)，瞬斷區(qū)， 疲勞過(guò)程分為疲勞裂紋的萌生，疲勞裂紋的擴(kuò)展，瞬時(shí)斷裂三個(gè)階段。17、典型的彈性不完整性主要有滯彈性，粘彈性，偽彈性，包申格效應(yīng)等形式。18、按照裂紋的擴(kuò)展路徑來(lái)看斷裂主要分為穿晶斷裂，沿晶斷裂，其中沿晶斷裂一般是脆性斷裂。19、根據(jù)摩擦面損傷和破壞的形式，磨損主要有粘著磨損，磨粒磨損，腐蝕磨損，接觸疲勞，其中兩接觸材料做滾動(dòng)或滾

8、滑摩擦?xí)r極易出現(xiàn)接觸疲勞，是齒輪、軸承常見(jiàn)的磨損失效形式。20、機(jī)件運(yùn)行時(shí)的磨損過(guò)程分為三個(gè)階段：跑合，正常磨損，劇烈磨損。磨損類(lèi)型按照磨損機(jī)制分為粘著磨損，磨粒磨損，接觸疲勞 ( 答腐蝕磨損，微動(dòng)磨損也可 ) 等。軟齒面齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)中容易出現(xiàn)粘著磨損磨損，硬齒面齒輪容易出現(xiàn)接觸疲勞。21、本征半導(dǎo)體的電子- 空穴對(duì)是熱激活由產(chǎn)生的，其濃度與溫度成指數(shù)關(guān)系。22、介質(zhì)的擊穿形式主要有電擊穿，熱擊穿，化學(xué)擊穿。23、磨損過(guò)程分為跑合，穩(wěn)定磨損階段，劇烈磨損階段三個(gè)階段，減少穩(wěn)定磨損階段的磨損率，避免出現(xiàn)劇烈磨損。24、金屬材料按照斷裂前的宏觀塑性變形程度，分為韌性（塑性，延性）斷裂，脆性（彈性）斷裂

9、。按照裂紋擴(kuò)展路徑分為穿晶斷裂和沿晶斷裂，按照微觀斷裂機(jī)理分為解理斷裂和剪切斷裂，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)后斷口與試樣軸線垂直，應(yīng)為切斷斷口。25、缺口的存在會(huì)誘發(fā)材料出現(xiàn)三個(gè)效應(yīng)：出現(xiàn)應(yīng)力集中，誘發(fā)多向應(yīng)力狀態(tài)，缺口強(qiáng)化效應(yīng)，不能把缺口強(qiáng)化效應(yīng)看做強(qiáng)化材料的手段。26、典型的疲勞斷口存在三個(gè)特征區(qū)：疲勞源，疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)，瞬斷區(qū)。宏觀特征為貝紋線的是疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)。27 、金屬要具有鐵磁性， 必須具備的兩個(gè)條件是原子內(nèi)部要有末填滿的電子殼層（磁矩不為零）；及 Rab/r 之比大于 3使交換積分 A為正（一定的晶體結(jié)構(gòu)）。28、低碳鋼拉伸的過(guò)程中，其屈服平臺(tái)上往往存在上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)，通常把下屈服點(diǎn)作為屈服

10、強(qiáng)度，因?yàn)槠渲貜?fù)性好。鑄鐵在拉伸過(guò)程中測(cè)得的屈服強(qiáng)度用0.2 表示。29、隨著溫度的增加，金屬的彈性模量下降；通常加載速率增加，金屬的彈性模量不變，陶瓷的彈性模量不變，高分子材料的彈性模量隨著負(fù)載時(shí)間的增加而下降。30、 NDT 是無(wú)延性轉(zhuǎn)變溫度， FTP 是延性斷裂轉(zhuǎn)變溫度， FTE 是彈性斷裂轉(zhuǎn)變溫度，其相互關(guān)系 FTP=FTE+33 =NDT+66。31、極化的基本形式有位移極化、松弛極化、轉(zhuǎn)向極化。32、低碳鋼拉伸過(guò)程主要由彈性變形，塑性變形，斷裂三個(gè)階段組成。33、面心立方金屬的韌脆轉(zhuǎn)變溫度比體心立方金屬低 ，面心立方金屬的塑性比體心立方金屬好（高）。- 2 -材料性能學(xué)34、介質(zhì)損

11、耗的形式有電導(dǎo)（漏導(dǎo)）損耗，極化損耗，電離損耗，結(jié)構(gòu)損耗，宏觀結(jié)構(gòu)不均勻的介質(zhì)損耗。35、光澤主要由折射率，表面粗糙度決定。三、問(wèn)答題1、衡量彈性的高低用什么指標(biāo)，為什么提高材料的彈性極限能夠改善彈性。（4 分）答：衡量彈性高低用彈性比功 ae= e2/E 。由于彈性比功取決于彈性極限和彈性模量，而材質(zhì)一定，彈性模量保持不變，因此依據(jù)公式可知提高彈性極限可以提高材料的彈性比功，改善材料的彈性。2、某種斷裂的微觀斷口上觀察到河流裝花樣，能否認(rèn)定該斷裂一定屬于脆性斷裂，為什么？如何根據(jù)河流狀花樣尋找裂紋的源頭。（4分）答：不能判定斷裂一定為脆性斷裂。（1 分）韌性和脆性斷了依據(jù)斷口的宏觀形貌和變形

12、特征來(lái)判定，單純從微觀斷口上的某些特征不能確定斷裂一定屬于脆斷。（2分）逆著河流的方向可以找到裂紋源。（1 分）3、說(shuō)明 KI 和 KIC的異同。對(duì)比 KIC和 KC 的區(qū)別，說(shuō)明 KI和 KIC中的 I的含義。答： KIc 代表的是材料的斷裂力學(xué)性能指標(biāo)，是臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子，取決于材料的成分、組織結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素。 KI 是力學(xué)參量，表示裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的大小，取決于外加應(yīng)力、尺寸和裂紋類(lèi)型，與材料無(wú)關(guān)。（ 3 分） KIc稱(chēng)為平面應(yīng)變的斷裂韌性，Kc 為平面應(yīng)力的斷裂韌性。對(duì)于同一材料而言，KIcKc ，平面應(yīng)變狀態(tài)更危險(xiǎn)，通常以前者衡量材料的斷裂韌性。KIC 中的 I 代表平面應(yīng)變，

13、KI 的 I 表示 I型裂紋。（3 分）4、簡(jiǎn)述影響金屬導(dǎo)電性的因素。（6 分）答：（ 1）溫度的影響：金屬電阻隨溫度的升高而增大；（2 分）（ 2）冷塑性變形和應(yīng)力的影響：冷塑性變形使金屬的電子率增大，拉應(yīng)力使電阻率上升，壓應(yīng)力使電阻率下降；（ 2 分）（ 3）合金化對(duì)導(dǎo)電性的影響：一般情況下，形成固溶體和金屬化合物時(shí)電阻率增高，多相合金的電阻率與組成相的導(dǎo)電性、相對(duì)量及形貌有關(guān)。（2 分）5、簡(jiǎn)述韌性斷裂的微觀過(guò)程及韌性斷口的微觀形貌特征。（4 分）答：在三向應(yīng)力的作用下，使得試樣心部因夾雜物或第二相質(zhì)點(diǎn)破裂等原因而形成微孔（微孔形核），微孔不斷長(zhǎng)大形成微裂紋，微裂紋聚合在一起形成裂紋。微

14、觀形貌特征：韌窩。6、格里菲斯理論的基本假設(shè)是什么，寫(xiě)出其方程的基本形式并說(shuō)明適用條件。答：格里菲斯理論的基本假設(shè)：實(shí)際結(jié)構(gòu)中往往存在微裂紋而不是理想的狀態(tài)。（1 分）a 為裂紋半長(zhǎng)， E- 楊氏模量， - 表面能密度；（寫(xiě)出上面任意一個(gè)都可以）（ 2 分）適用條件：玻璃等脆性材料。（1 分）7、某碳鋼經(jīng)不同的熱處理后在相同條件下拉伸，拉伸曲線的彈性變形階段有什么相同點(diǎn)，為什么。 (4 分 )答：二者的彈性變形階段往往存在線性階段，應(yīng)力與應(yīng)變呈正比關(guān)系，并且斜率基本相同。因?yàn)橄嗤煞值匿撈鋸椥阅Ａ縀 基本保持不變，根據(jù)工程應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可知，E 為斜率則相同。8、疲勞按照壽命如何分類(lèi)。疲勞過(guò)程由

15、哪些階段組成，裂紋產(chǎn)生的機(jī)制有哪些形式。（ 6 分）答：按照壽命分為高周疲勞，低周疲勞（或者長(zhǎng)壽命疲勞，短壽命疲勞）。（1 分）。疲勞過(guò)程：疲勞裂紋的形成，疲勞裂紋的擴(kuò)展，（瞬時(shí)）斷裂。（2 分）裂紋產(chǎn)生機(jī)制： 表面滑移帶開(kāi)裂； 夾雜物與基體相界面分離或夾雜物本身斷裂；晶界或亞晶界開(kāi)裂。 （ 3 分）9、何謂低溫脆性？在哪些材料中發(fā)生低溫脆性？采用什么衡量材料的低溫脆性。答：隨著溫度下降，材料由韌性狀態(tài)逐漸變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的現(xiàn)象稱(chēng)為低溫脆性。（2分）通常體心立方金屬容易發(fā)生低溫脆性。（2 分）衡量材料的低溫脆性通常采用韌脆轉(zhuǎn)變溫度。（2 分）10、疲勞和脆性斷裂有何異同點(diǎn)？答：脆性斷裂和疲勞斷裂在

16、斷裂前都沒(méi)有明顯的塑性變形，屬于低應(yīng)力的破壞。（2分）但是這兩種斷裂- 3 -材料性能學(xué)還是有明顯的區(qū)別：在斷裂完成時(shí)間上，脆性斷裂一般不需要多次加載而瞬時(shí)完成，疲勞斷裂需要多次加載；（ 2 分）溫度對(duì)疲勞斷裂影響不大，溫度下降，脆性斷裂的危險(xiǎn)增加，溫度對(duì)脆斷影響大；（2 分）斷口形貌上， 疲勞斷裂的斷口一般呈現(xiàn)細(xì)齒狀的光亮花紋，疲勞斷口是光亮、平直的結(jié)晶狀斷口。（2 分）11、寫(xiě)出下列符號(hào)的含義：V15TT， FATT50， 10， p, 0, 0.05 ， 0.2 ， 50%FATT， 1，答： V15TT：以 V 型切口沖擊試件的沖擊功AK20.35J對(duì)應(yīng)的溫度為韌脆轉(zhuǎn)化溫度。FATT5

17、0：結(jié)晶狀斷口區(qū)所占面積為50的溫度作為的韌脆轉(zhuǎn)化溫度。 10：標(biāo)距等于 10d0 的長(zhǎng)試樣的伸長(zhǎng)率。 e：拉伸實(shí)驗(yàn)得到的比例極限。 0：脈動(dòng)載荷的疲勞強(qiáng)度。 0.05 ：拉伸實(shí)驗(yàn)中得到的規(guī)定非比例伸長(zhǎng)為0.05%對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，通常用來(lái)表示彈性指標(biāo)。 0.2/ s表示金屬材料屈服強(qiáng)度。50%FATT沖擊實(shí)驗(yàn)中結(jié)晶區(qū)面積占整個(gè)斷口面接50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度表示的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。 1：對(duì)稱(chēng)交變載荷的疲勞強(qiáng)度。12、機(jī)械正常的磨損過(guò)程有何特征，應(yīng)當(dāng)如何控制各個(gè)階段。答：機(jī)械正常磨損過(guò)程由三個(gè)階段組成：跑合階段，穩(wěn)定磨損階段，劇烈磨損階段。（2 分）在三個(gè)階段中，要盡量減少跑合階段，降低穩(wěn)定磨損階段的磨損率

18、，延長(zhǎng)穩(wěn)定磨損階段?？刂苿×夷p造成的危害。（ 2 分）13、單晶體純金屬的彈性模量與多晶體純金屬相比具有什么特點(diǎn)，純鐵和純鋁什么方向的彈性模量最大。（ 4 分）答：?jiǎn)尉w的彈性模量呈現(xiàn)出明顯的各向異性，多晶體盡管其中單個(gè)晶粒的彈性模量為各向異性，但整體上呈現(xiàn)各向同性，即偽等向性。（ 2 分）單晶體中彈性模量最大的方向是晶體中的密排晶向。純鐵為體心立方晶格，其最大彈性模量方向?yàn)?11 ，純鋁為面心立方晶格，最大彈性模量方向?yàn)?10 。14、某拉伸斷口如圖，標(biāo)出圖中各個(gè)區(qū)域的組成，并由斷口確定斷裂的類(lèi)型（4分）。答：斷口為韌性斷裂，杯錐狀斷口。（1 分）根據(jù)圖示從左向右依次標(biāo)注：剪切唇，纖維區(qū)，

19、放射區(qū)。（3 分）15、簡(jiǎn)述影響鐵磁性參數(shù)的因素（9 分）答：（ 1）溫度：溫度升高使鐵磁性的飽和磁化強(qiáng)度Ms 下降 , 當(dāng)溫度達(dá)到居里點(diǎn)時(shí)Ms 將為零 , 使鐵磁材料的鐵磁性消失而變?yōu)轫槾判?；T 增高， Bs、 Br 、 Hc 減小。（ 2 分）（ 2）形變和晶粒度的影響。（2 分）（要求展開(kāi)回答，只答要點(diǎn)者得1 分）（ 3）形成固溶體及多相合金。（2 分）（要求展開(kāi)回答，只答要點(diǎn)者得1 分）16、 20 鋼扭轉(zhuǎn)和拉伸，哪種沒(méi)有頸縮，為什么。（4 分）答： 20鋼扭轉(zhuǎn)時(shí)沒(méi)有頸縮，因?yàn)樵谠搶?shí)驗(yàn)條件下，整個(gè)塑性變形在長(zhǎng)度上均勻，故沒(méi)有頸縮。17、比較 20 鋼、鑄鐵的缺口強(qiáng)度和光滑試樣強(qiáng)度的大小

20、，哪種材料對(duì)缺口敏感。沖擊試驗(yàn)中哪種需要開(kāi)破口，為什么（6 分）答： 20鋼的缺口強(qiáng)度大于光滑試樣強(qiáng)度，鑄鐵則反之，因qe1, 鑄鐵對(duì)缺口敏感。（4 分）為了保證沖擊試驗(yàn)中能夠沖斷試樣從而測(cè)得沖擊功，塑性材料20 鋼需要開(kāi)坡口。（2 分）18、圖為哪種類(lèi)型的疲勞圖，橫縱坐標(biāo)分別表示什么；圖中A、 B、C 分別為何種載荷，對(duì)應(yīng)的疲勞強(qiáng)度如何表示。（ 8 分）答：該圖為max( min) m 的疲勞圖，縱坐標(biāo)為max( min) ，橫坐標(biāo)為 m。（ 2 分） A、 B、 C 分別代表對(duì)稱(chēng)循環(huán)載荷、靜載荷、脈動(dòng)載荷， 相應(yīng)的疲勞強(qiáng)度表示為 -1 、b(B 無(wú)疲勞的問(wèn)題， 強(qiáng)度為靜載強(qiáng)度 ) 、 0。

21、19、什么是 NDT、 FTP、 FTE，它們的關(guān)系如何。（4 分）- 4 -材料性能學(xué)答： NDT：無(wú)延性轉(zhuǎn)變溫度；FTP：延性斷裂轉(zhuǎn)變溫度；FTE：彈性斷裂轉(zhuǎn)變溫度。（3 分）FTP=FTE+33 =NDT+66 (1 分 )20、討論 GIc和KIc的關(guān)系及特點(diǎn)、KI和 KIC 的區(qū)別以及 Gc 和 GIc 的區(qū)別。（ 8 分）答： KIc代表的是材料的斷裂力學(xué)性能指標(biāo)，KIc是臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子，又稱(chēng)為平面應(yīng)變的斷裂韌性，是常數(shù)。GIc 稱(chēng)為斷裂韌性，也是臨界裂紋擴(kuò)展力, 也是材料的性能常數(shù)；二者之間存在一定的關(guān)系：KIc稱(chēng)為平面應(yīng)變的斷裂韌性，GIc稱(chēng)為斷裂韌性，二者都是材料的性能常

22、數(shù)。KI和 GI 分別裂紋尖端的應(yīng)立場(chǎng)強(qiáng)度因子和裂紋擴(kuò)展力，不是性能指標(biāo)常數(shù)，因裂紋形態(tài)，加載狀況，材質(zhì)而異。（4 分）21、寫(xiě)出 K 判據(jù)、 G 判據(jù)、 J 判據(jù)和裂紋尖端張開(kāi)位移判據(jù)。分析G 和 J 的異同。答： J積分準(zhǔn)則： J Jc 時(shí)，構(gòu)件產(chǎn)生開(kāi)裂，反之裂紋不足以導(dǎo)致開(kāi)裂。能量釋放率準(zhǔn)則：G Gc 時(shí)，構(gòu)件產(chǎn)生斷裂，反之裂紋不足以導(dǎo)致斷裂。裂紋尖端張開(kāi)位移判據(jù)：C 構(gòu)件開(kāi)裂，反之裂紋不導(dǎo)致開(kāi)裂。臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子盤(pán)踞： KI KIC時(shí)，裂紋體處于臨界狀態(tài)，即將斷裂；反之即使存在裂紋體也不會(huì)擴(kuò)展。 G 為裂紋擴(kuò)擴(kuò)展的能量釋放率， J 為裂紋擴(kuò)展的形變功差率。前者可以處理連續(xù)斷裂的問(wèn)題，后

23、者只能處理開(kāi)裂的問(wèn)題不能處理是否失穩(wěn)斷裂。二者都稱(chēng)為斷裂韌性。線彈性條件下，二者等價(jià)。22、比較 KIC 和KI 區(qū)別。（ 4 分）答： KI是受外界條件影響的反映裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)弱程度的力學(xué)度量，與外加應(yīng)力和裂紋長(zhǎng)度、裂紋的形狀以及加載方式有關(guān)，和材料本身的固有性能無(wú)關(guān)。KIC平面應(yīng)變的斷裂韌性，反映材料阻止裂紋擴(kuò)展的能力，是材料本身的特性，即材料常數(shù)。23、宏觀脆性斷口的主要特征是什么？如何尋找裂紋源。（4 分）答：通常脆性斷裂的斷口一般與正應(yīng)力垂直，宏觀殺比較齊平光亮，常呈放射狀或結(jié)晶狀。（2 分）微觀上解理斷口中如果可以看見(jiàn)河流狀花樣，逆著河流的方向可以找到裂紋源。準(zhǔn)解理斷裂呈放射狀撕

24、裂楞，逆著放射的方向可以找到裂紋源。（2 分）四、分析題1、比較布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度測(cè)試原理及壓痕特征。并在以上方法中選擇適合測(cè)量下列材料硬度的方法和標(biāo)尺：滲碳層的硬度分布，淬火鋼，灰口鑄鐵，氮化層的硬度，高速鋼刀具，退火的20 鋼。（ 12 分）答：布氏硬度、維氏硬度測(cè)試原理基本上一致，以壓頭在試件表面留下的壓痕上承受的平均應(yīng)力表示材料的硬度。洛氏硬度則是以壓痕的深淺表示材料的硬度。壓痕特點(diǎn)：布氏硬度為球冠；洛氏硬度HRC 為圓錐坑， HRB 為球冠；維氏硬度為四棱錐坑。（3 分）滲碳層的硬度梯度：顯微維氏硬度Hv。（ 1 分）淬火鋼：洛氏硬度 HRC。（ 1 分）灰口鑄鐵：布氏硬度

25、HBS。（ 1分）高速鋼刀具：洛氏硬度HRC。（ 1 分）氮化層硬度：（顯微）維氏硬度Hv。（ 1 分）退火態(tài) 20 鋼：布氏硬度 HBS。（ 1分）2、什么是金屬材料的塑性？對(duì)于下列材材料的塑性：(1)40CrNiMo調(diào)質(zhì)鋼試樣， (2)20Cr滲碳淬火鋼試樣， (3)W18Cr4v 鋼淬火回火試樣，(4) 灰鑄鐵試樣，分別選用哪種試險(xiǎn)機(jī)（液壓萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)），采用何種試驗(yàn)方法測(cè)量。答：塑性：材料受到外力作用產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。（2分）塑性衡量： (1)40CrNiMo 調(diào)質(zhì)鋼：液壓萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，單向拉伸實(shí)驗(yàn)。（2分）(2)20Cr 滲碳淬火鋼：扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。（

26、2 分）(3) 淬火、回火 W18Cr4V 鋼：液壓萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，彎曲實(shí)驗(yàn)。（2分）(4) 灰鑄鐵：液壓萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，壓縮實(shí)驗(yàn)。（2 分）- 5 -材料性能學(xué)3、奧氏體不銹鋼從1000 急冷淬火是順磁性的，但緩冷則表現(xiàn)出鐵磁性，試解釋之。（8 分）答：呈現(xiàn)不同的磁性能是因?yàn)闊崽幚砬昂笃浣M織發(fā)生了變化（2 分）。鋼的所有組織中，除奧氏體為順磁性外，其他組織均為強(qiáng)鐵磁性組織（2 分）。急冷淬火時(shí)其組織主要為奧氏體，因此呈現(xiàn)順磁性（2 分），緩冷時(shí)，則出現(xiàn)了其他的組織，因此呈現(xiàn)鐵磁性（2 分）。4、已知幾種材料的性能如下表所示，指出表頭符號(hào)的含義。寫(xiě)出計(jì)算公式并計(jì)算出表中空白區(qū)的數(shù)值。對(duì)比表中各

27、種材料彈性的好壞（由差到好排序）。（8分）答： E 彈性模量（彈性系數(shù)，彈性模數(shù)，楊氏模量）；e彈性極限；（1 分）ae彈性比功；（1 分）根據(jù)公式：將表中數(shù)據(jù)帶入計(jì)算可得：0.011 。（ 3 分）彈性排序：銅 鋁 低碳鋼 彈簧鋼。（ 2 分）5、選擇合適的常用的靜載實(shí)驗(yàn)方法及設(shè)備測(cè)定材料性能。（8 分）(1)20CrMnTi 滲碳表面質(zhì)量檢驗(yàn)； (2) 調(diào)質(zhì)鋼的塑性； (3) 車(chē)刀的塑性； (4) 鑄鐵基座的承載能力；答： (1)20CrMnTi 滲碳表面質(zhì)量檢驗(yàn)了扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)(2) 調(diào)質(zhì)鋼的塑性萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)（拉伸試驗(yàn)機(jī)），拉伸試驗(yàn)；(3) 車(chē)刀的塑性萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，彎曲試驗(yàn)；(

28、4) 鑄鐵基座的承載能力萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，壓縮試驗(yàn)；6、寫(xiě)出以下材料硬度測(cè)試所用的方法、標(biāo)尺。（4 分）(1) 調(diào)質(zhì)后的 40Cr 主軸； (2) 灰口鑄鐵； (3) 淬火鋼中馬氏體和殘余奧氏體的鑒別與分布；(4) 高速鋼鉆頭；答：常用硬度及其標(biāo)尺：(1) 調(diào)質(zhì)后的 40Cr 主軸洛氏硬度， HRC；(2) 灰口鑄鐵布氏硬度， HBS；(3) 淬火鋼中馬氏體和殘余奧氏體的鑒別與分布顯微維氏硬度，Hv；(4) 高速鋼鉆頭洛氏硬度，HRC7、根據(jù)所學(xué)的硬度測(cè)試方法，下列工件采用什么硬度試驗(yàn)方法為宜：滲碳層的硬度分布，淬火鋼，灰口鑄鐵，氮化層的硬度，高速鋼刀具，退火態(tài)下的軟鋼。答：滲碳層的硬度分布采用維氏顯微硬度測(cè)量，指標(biāo)為 HV0.1；淬火鋼采用洛氏硬度測(cè)量，具體指標(biāo)為 HRC；灰口鑄鐵采用布氏硬度測(cè)量，指標(biāo)用HBS；氮化層可以采用表面洛氏硬度來(lái)測(cè)量，高速鋼刀具可以采用洛氏硬度 HRC 測(cè)量；退火態(tài)下的軟鋼用布氏硬度HBS 測(cè)量。8、檢驗(yàn)下列材料的沖擊韌性，哪些開(kāi)缺口，哪些不開(kāi)缺口：陶瓷，鑄鐵，W18Cr4V， 20 鋼。 40CrNiMo，20CrMnTi ， Crl2MoV，硬質(zhì)合金，答：陶瓷、鑄鐵、W18Cr4V 、 Crl2MoV沖擊試驗(yàn)不用開(kāi)缺口，20 鋼， 40CrNiMo， 20CrMnTi 沖擊韌性試驗(yàn)需要開(kāi)缺口。9、寫(xiě)