材料力學(xué)性能習(xí)題及解答庫.

1、第一章 習(xí) 一、解釋以下名詞1、彈性比功：又稱為彈性比能、應(yīng)變比能，表示金屬材料吸收彈性變形功的能力。2、滯彈性：在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時間延長產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象。3、循環(huán)韌性：金屬材料在交變載荷下吸收不可逆變形功的能力，稱為金屬的循環(huán)韌性。4、 包申格效應(yīng)：先加載致少量塑變，卸載，然后在再次加載時，岀現(xiàn)be升高或降低的現(xiàn)象。5、解理刻面：大致以晶粒大小為單位的解理面稱為解理刻面。6、 塑性、脆性和韌性：塑性是指材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久(塑性) 變形的能力。韌性：指材料斷裂 前吸收塑性變形功和斷裂功的能力，或指材料抵抗裂紋擴展的能力7、解理臺階：高度不同的相互平行的解理平面之間

2、岀現(xiàn)的臺階叫解理臺階；8、河流把戲：當一些小的臺階會聚為在的臺階時，其表現(xiàn)為河流狀把戲。9、解理面：晶體在外力作用下嚴格沿著一定晶體學(xué)平面破裂，這些平面稱為解理面。10、穿晶斷裂和沿晶斷裂：沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴展，一定是脆斷，且較為嚴重，為最低級。穿晶斷 裂裂紋穿過晶內(nèi)，可以是韌性斷裂，也可能是脆性斷裂。11、韌脆轉(zhuǎn)變：指金屬材料的脆性和韌性是金屬材料在不同條件下表現(xiàn)的力學(xué)行為或力學(xué)狀態(tài)，在一定 條件下，它們是可以互相轉(zhuǎn)化的，這樣的轉(zhuǎn)化稱為韌脆轉(zhuǎn)變。二、說明以下力學(xué)指標的意義1、E(G):E(G)分別為拉伸楊氏模量和切變模量，統(tǒng)稱為彈性模量，表示產(chǎn)生100%彈性變形所需的應(yīng)力。2、b r 、

3、b、b S： (T r :表示規(guī)定剩余伸長應(yīng)力，試樣卸除拉伸力后，其標距局部的剩余伸長到達規(guī)定的原始標距百分比時的應(yīng)力。b：表示規(guī)定剩余伸長率為時的應(yīng)力。T S :表征材料的屈服點。3、t b：韌性金屬試樣在拉斷過程中最大試驗力所對應(yīng)的應(yīng)力稱為抗拉強度。4、n:應(yīng)變硬化指數(shù)，它反映了金屬材料抵抗繼續(xù)塑性變形的能力，是表征金屬材料應(yīng)變硬化行為的性能指標。5、S、S gt :S是斷后伸長率，它表征試樣拉斷后標距的伸長與原始標距的百分比。gt是最大試驗力的總伸長率，指試樣拉伸至最大試驗力時標距的總伸長與原始標距的百分比，也就是金屬材料拉伸時產(chǎn)生的最大均勻塑性變形量。山是斷面收縮率，縮頸處橫截面積的最

4、大縮減量與原始橫截面積的 百分比。 三、金屬的彈性模量主要取決于什么因素？為什么說它是一個組織不敏感的力學(xué)性能指標？金屬的彈性模量主要取決于金屬原子本性和晶格類型。合金化、熱處理顯微組織、冷塑性變形 對彈性模量的影響較小，溫度、加載速率等外在因素對其影響也不大，所以，金屬材料的彈性模量是一 個對組織不敏感的力學(xué)性能指標。四、今有45、40 C r、35 C r M o鋼和灰鑄鐵幾種材料，你選擇哪種材料作機床床身？為什么？選擇灰鑄鐵，因為作為機床床身材料必須要求循環(huán)韌性高，以保證機器的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)?；诣T鐵中含 有不易傳送彈性機械振動的石墨，具有很高的循環(huán)韌性。五、試述多晶體金屬產(chǎn)生明顯屈服的條件，并

5、解釋bcc 金屬及其合金與 fcc 金屬及其合金屈服行為不同的原因。6、 試述退火低碳鋼、中碳鋼及高碳鋼的屈服現(xiàn)象在拉伸力伸長曲線圖上的區(qū)別？為什么? 答：從退火低碳鋼、中碳鋼及高碳鋼的拉伸力伸長曲線圖上可以明顯看出，三種不同鋼種的拉伸力 伸長曲線圖有區(qū)別，可以看出退火低碳鋼的屈服現(xiàn)象最明顯，其次是退火中碳鋼，而高碳鋼幾乎看不到 屈服現(xiàn)象。但根據(jù)條件屈服強度可以判斷出隨著碳含量的增加，屈服強度在提高。這主要是因為隨著碳 含量的增加，碳原子對基體的強化作用越來越強，阻礙了位錯的運動。7、決定金屬屈服強度的因素有哪些？ 答：影響金屬屈服強度的因素分為內(nèi)在因素和外在因素。內(nèi)在因素有金屬本性及晶格類型

6、、晶粒大小和 亞結(jié)構(gòu)、溶質(zhì)元素、第二相粒子；外在因素有溫度、應(yīng)變速率和應(yīng)力狀態(tài)。8、 試述兩種塑性指標評定金屬材料塑性的優(yōu)缺點？答：對于在單一拉伸條件下工作的長形零件，無論其是否產(chǎn)生縮頸，用S來評定材料的塑性，因為產(chǎn)生縮頸時局部區(qū)域的塑性變形量對總伸長實際上沒有什么影響。如果金屬材料機件是非長形件，在拉伸時 形成縮頸，那么用 $作為塑性指標。因為 $反映了材料斷開前的最大塑性變形量，而此時S那么不能顯示材 料的最大塑性。是在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下形成的，冶金因素的變化對材料的塑性的影響在$上更為突岀,所以$比$對組織變化更為敏感。9、試舉岀幾種能顯著強化金屬而又不降低塑性的方法？答：細晶強化，通過細化

7、晶粒提高金屬強度的方法，它既可以顯著強化金屬，又不降低塑性的方法。10、試述韌性斷裂與脆性斷裂的區(qū)別。為什么脆性斷裂最危險？答：韌性斷裂是金屬材料斷裂前產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形的斷裂，這種斷裂有一個緩慢的撕裂過程，在裂紋擴展過程中不斷地消耗能量；而脆性斷裂是突然發(fā)生的斷裂，斷裂前期丁不發(fā)生塑性變形，沒有明顯 征兆，因此脆性斷裂在生產(chǎn)中是很危險的11、剪切斷裂與解理斷裂都是穿晶斷裂？為什么斷裂的性質(zhì)完全不同？答：剪切斷裂是金屬材料在切應(yīng)力作用下，沿滑移面別離而造成的滑移面別離斷裂，其中又分滑斷(純剪切斷裂)和微孔聚集型斷裂。純金屬尤其是單晶體金屬常產(chǎn)生純剪切斷裂，其斷口呈鋒利的楔形或刀 尖型。而解理

8、斷裂是金屬材料在一定條件下，當外加正應(yīng)力到達一定數(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。12、在什么情況下易出現(xiàn)沿晶斷裂？怎樣才能減小沿晶斷裂的傾向？ 答：當晶界上有一薄層連續(xù)或不連續(xù)脆性第二相、夾雜物，破壞了晶界的連續(xù)所造成，也可能是雜質(zhì)元 素向晶界偏聚引起的，如應(yīng)力腐蝕、氫脆、回火脆性、淬火裂紋、磨削裂紋等都是沿晶斷裂。要減小沿 晶斷裂的傾向，那么要求防止應(yīng)力腐蝕、氫脆、回火脆性、淬火裂紋、磨削裂紋等出現(xiàn)。13、何為拉伸斷口三要素？影響宏觀拉伸斷口性態(tài)的因素有哪些？ 答：拉伸斷口的三要素：纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇；影響宏觀拉伸斷口性態(tài)的因素有試樣的形狀、尺寸 和金屬材料的性能以及

9、試驗溫度、加載速率和腕力狀態(tài)不同而變化。14、板材宏觀斷口的主要特征是什么？如何尋找斷裂源？ 答：板狀矩形拉伸試樣斷口中呈人字紋把戲。根據(jù)人字紋把戲的放射方向，順著尖頂指向可以找到裂紋 源。15、試證明，滑移相交產(chǎn)生微裂紋的柯垂耳機理對fcc 金屬而言在能量上是不利的。5 1016、 通常純鐵的丫 s = 2J/rf ,E=2*10 MPa,ao= x 10 m 試求其理論斷裂強度m。解：由題意可得：17、試述格雷菲斯裂紋理論分析問題的思路，推導(dǎo)格雷菲斯方程，并指出理論的局限性。18、 假設(shè)一薄板物體內(nèi)部存在一條長3 mm的裂紋，且 a0= 3X 10_8cm,試求脆性斷裂時的斷裂應(yīng)力。(設(shè)5

10、m= 2 x 10 MPa )19、有一材料E= 2X 1011N/rf，丫 s = 8N/ m試計算在7 X 10?N/ rf的拉應(yīng)力作用下，該材料中能擴展 的裂紋之最小長度？20、斷裂強度b c與抗拉強度b b有何區(qū)別？答：抗拉強度b b指材料在拉伸過程中，從開始到發(fā)生斷裂時所到達的最大應(yīng)力值。它表示鋼材抵抗斷 裂的能力大小。斷裂強度bc是指在拉伸過程中，材料斷裂時所對應(yīng)的應(yīng)力值。1/221、 鐵素體的斷裂強度與屈服強度均與晶粒尺寸d1/2 成正比，怎樣解釋這一現(xiàn)象？22、裂紋擴展擴展受哪些因素支配？23、試分析能量斷裂判據(jù)與應(yīng)力斷裂判據(jù)之間的關(guān)系24、有哪些因素決定韌性斷口的宏觀形貌?答

11、：韌性斷口的宏觀形貌決定于第二相質(zhì)點的大小和密度、基體材料的塑性變形能力和應(yīng)變硬化指數(shù)， 以及外加應(yīng)力的大小和狀態(tài)等。1/225、試根據(jù)下述方程 (cd +ky) ky=2GY sq,討論下述因素對金屬材料韌脆轉(zhuǎn)變的影響：(1)材料成分；(2) 雜質(zhì)；(3)溫度；(4)晶粒大??；(5)應(yīng)力狀態(tài)；(6)加載速率。第二章 習(xí)題及答案1. 解釋以下名詞：(1) 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)：表征最大切應(yīng)力max與 max的比值。(2) 缺口效應(yīng)：由于缺口的存在，在靜載作用下，缺口截面上的應(yīng)力狀態(tài)將發(fā)生變化，這稱為“缺口效 應(yīng)。(3) 缺口敏感度：表征缺口試樣的抗拉強度bn與光滑試樣的抗拉強度b的比值。(4) 布

12、氏硬度：用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，以規(guī)定的試驗力(F)壓入式樣外表，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗力，測量試樣外表的壓痕直徑(L)。布氏硬度值是以試驗力除以壓痕球形外表積所得的商。以HBS(鋼球)表示，單位為N/mm2(MPa)oHB 其計算公式為：AD(D . D2 d2)式中：F-壓入金屬試樣外表的試驗力，N;D-試驗用鋼球直徑，mmd-壓痕平均直徑，mm(5) 洛氏硬度：在規(guī)定的外加載荷下，將鋼球或金剛石壓頭垂直壓入試件外表，產(chǎn)生壓痕，測試壓痕深度，利用洛氏硬度計算公式HR=( K-H)/C便可計算岀洛氏硬度。簡單說就是壓痕越淺，HR值越大，材料硬度越高。(6) 維氏硬度：是根據(jù)壓痕單位面

13、積所承受的試驗力計算硬度值。所采用的壓頭是兩相對面間夾角為136 的金剛石四棱錐體，壓頭的試驗力作用下將試樣外表壓岀一個四方錐形的壓痕，經(jīng)一定保持時間 后擔(dān)卸除試驗力，測量壓痕對角線平均長度d，用以計算壓痕外表積。維氏硬度的值為試驗力除以壓痕外表積A所得的商。(7) 努氏硬度：也一種顯微硬度試驗方法。與顯微維氏硬度相比有兩點不同：一是壓頭形狀不同；二是 硬度值不是試驗力除以壓痕外表積之商值，而是除以壓痕投影面積之商值。8)肖氏硬度：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外表，根據(jù)重錘回跳的高度來表征金屬硬度值大小，因而也稱為回跳硬度。 (9)里氏硬度：是用規(guī)定質(zhì)量的沖

14、擊體在彈力作用下以一定速度沖擊試樣外表，用沖頭的回彈速度表征 金屬的硬度值。2. 說明以下力學(xué)性能指標的意義(1) b be ；指抗壓強度；(2) b bb:指抗彎強度；(3) T :指材料的扭轉(zhuǎn)屈服點；(4) T ;指抗扭強度；(5 )b bn:指有缺口試樣的抗拉強度；(6) NSR:指缺口敏感度；(7) HBS:用壓頭為淬火鋼球時的布氏硬度值；(8) HBW用壓頭為硬質(zhì)合金球時的布氏硬度值；(9) HRA:指用金剛石圓錐壓頭，主試驗力為測岀的洛氏硬度值；(10) HRB:指用鋼球壓頭測岀的洛氏硬度；(11) HRC:指用金剛石圓錐壓頭的洛氏硬度；(12) HV:指維氏硬度試驗；(13) H

15、K :指努氏硬度試驗；(14) HS:指肖氏硬度；(15) HL :指里氏硬度； 3試綜合比擬單向拉伸、壓縮、彎曲及扭轉(zhuǎn)實驗的特點和應(yīng)用范圍。答：單向拉伸的應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)a=，說明應(yīng)力狀態(tài)較硬，故一般適用于那些塑性變形抗力與切斷強度較低的塑性材料試驗；單向壓縮試驗的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)a=2,比拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲的應(yīng)力狀態(tài)都軟，主要用于拉伸時呈脆性的金屬材料力學(xué)性能測定，以顯示這類材料在塑性狀態(tài)下的力學(xué)行為；彎曲 試驗試樣形狀簡單、操作方便，試樣外表應(yīng)力最大，可較靈敏地反映材料外表缺陷，彎曲試驗主要用于 測試鑄鐵、鑄造合金、工具鋼及硬質(zhì)合金等脆性與低塑性材料的強度和顯示塑性的差異，還用來比擬和 鑒別滲

16、碳層和外表淬火層等外表熱處理機件的質(zhì)量和性能。扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)a=，比拉伸時的a大，易于顯示金屬的塑性行為；能實現(xiàn)大塑性變形量下的試驗；能較敏感地反映岀金屬外表缺陷及表面硬化層的性能；可以測定這些材料切斷強度；主要適用于熱扭轉(zhuǎn)來研究金屬在熱加工條件下的流變性能與斷裂性能，評定材料的熱壓力加工性，并確定適當?shù)墓に嚕€可用來研究工作熱處理的外表質(zhì)量和 各種外表強化訓(xùn)練工藝的效果?？梢愿鶕?jù)扭轉(zhuǎn)斷口宏觀特征來判斷承受扭矩而斷裂的機件的性能。4試述脆性材料彎曲實驗的特點及其應(yīng)用。答：彎曲試驗試樣形狀簡單、操作方便，試樣外表應(yīng)力最大，可較靈敏地反映材料外表缺陷，彎曲 試驗主要用于測試鑄鐵、鑄造合金、

17、工具鋼及硬質(zhì)合金等脆性與低塑性材料的強度和顯示塑性的差異， 還用來比擬和鑒別滲碳層和外表淬火層等外表熱處理機件的質(zhì)量和性能。5缺口試樣拉伸時應(yīng)力分布有何特點？答：當缺口試樣拉伸，處于彈性狀態(tài)下時，缺口截面上的應(yīng)力分布是不均勻的，軸向應(yīng)力y在缺口根部最大。隨著離開根部距離的增大，y不斷下降，即在缺口根部產(chǎn)生應(yīng)力集中。并且在缺口根部內(nèi)側(cè)還岀現(xiàn)了橫向拉應(yīng)力x，它是由于材料橫向收縮引起的，自缺口根部向內(nèi)部開展，收縮變形阻力增大，因此 x逐漸增加。當增大到一定數(shù)值后，隨著y的不斷減小，x也隨之下降。基試樣處于塑性狀態(tài)下時，在存在缺口的條件下會岀現(xiàn)三向應(yīng)力狀態(tài)，并產(chǎn)生應(yīng)力集中，試樣的屈服應(yīng)力比單向拉伸 時

18、高，產(chǎn)生所謂“缺口強化現(xiàn)象。6.綜合比擬光滑試樣軸向拉伸、缺口試樣軸向拉伸和偏斜拉伸實驗的特點。答：光滑試樣在受到軸向拉伸時，在截面上受到均勻的拉應(yīng)力。缺口試樣軸向拉伸時，由于缺口 的存在引起了應(yīng)力的重新分布，且不均勻，它廣泛用于研究高強度鋼淬火低溫回火的力學(xué)性能、鋼 和鈦的氫脆以及用于研究高溫合金的缺口敏感性等。缺口試樣偏斜拉伸試驗時，試樣同時承受拉伸和彎 曲載荷復(fù)合作用，故應(yīng)力狀態(tài)更“硬，缺口截面上的應(yīng)力分布更不均勻，因而更能顯示材料對缺口的 敏感性。這種試驗方法很適合高強度螺栓之類零件的選材和熱處理工藝的優(yōu)化，因為螺栓帶有缺口，并 且在工作時難免有偏斜。7 試說明布氏硬度、洛氏硬度與維氏

19、硬度的實驗原理，并比擬這三者實驗方法的優(yōu)缺點。答：布氏硬度是用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，以規(guī)定的試驗力F壓入式樣外表，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗力，測量試樣外表的壓痕直徑L。布氏硬度值是以試驗力除以壓痕球形外表積所得的商。以HBS鋼球表示，單位為N/mm2MPaoHB -其計算公式為：AdD . D2 d式中：F-壓入金屬試樣外表的試驗力，N;D-試驗用鋼球直徑，mmd-壓痕平均直徑,mm因布氏硬度壓頭較大，因而所得壓痕面積較大。這樣硬度值能反映金屬在較大范圍內(nèi)各組成相的平 均性能，而不受個別組成相及微小不均勻性的影響。而缺點是對不同材料需更換壓頭直徑和改變試驗 力，壓痕直徑的測量也較麻煩，因

20、而用于自動檢測時受到限制；且不能用在成品上測量。洛氏硬度：在規(guī)定的外加載荷下，將鋼球或金剛石壓頭垂直壓入試件外表，產(chǎn)生壓痕，測試壓痕深 度，利用洛氏硬度計算公式 HR=K-H/C 便可計算出洛氏硬度。洛氏硬度試驗的優(yōu)點：操作簡便、迅 速，硬度可直接讀出；壓痕較小，可在工件上進行試驗；采用不同標尺可測定各種軟硬不同的金屬和厚 薄不一的試樣的硬度，因而廣泛于熱處理質(zhì)量檢驗。其缺點是：壓痕較小，代表性差；假設(shè)材料中有偏析 及組織不均勻等缺陷，那么所測硬度值重復(fù)性差，分散度大；此外用不同標尺測得的硬度值彼此沒有聯(lián) 系，不能直接比擬。維氏硬度：是根據(jù)壓痕單位面積所承受的試驗力計算硬度值。所采用的壓頭是兩

21、相對面間夾角為 136的金剛石四棱錐體，壓頭的試驗力作用下將試樣外表壓出一個四方錐形的壓痕，經(jīng)一定保持時間 后擔(dān)卸除試驗力，測量壓痕對角線平均長度d,用以計算壓痕外表積。維氏硬度的值為試驗力除以壓痕外表積A所得的商。維氏硬度試驗的優(yōu)點是不存在布氏硬度試驗時要求試驗力F與壓頭不同標尺的硬度值無法統(tǒng)一的弊端。維氏硬度試難時不僅試驗力可任意選取，而且壓痕測量的精度較高，硬度值較為精 確。唯一的缺點是硬度值需要通過測量壓痕對角線長度后才能進行計算或查表，因此，工作效率比洛氏 硬度低得多。8今有如下零件和材料等需測定硬度，試說明選用何種硬度實驗方法為宜。1滲碳層的硬度分布：用維氏硬度；2淬火鋼：用洛氏硬

22、度；3灰鑄鋼：用布氏硬度；4鑒別鋼中的隱晶馬氏體與剩余奧氏體：用維氏硬度；5儀表小黃銅齒輪：用維氏硬度；6龍門刨床導(dǎo)軌：用肖氏硬度和里氏硬度；7滲氮層：用維氏硬度和努氏硬度；8高速鋼刀具：用維氏硬度；9硬質(zhì)合金：用洛氏硬度；第三章 習(xí)題與答案 1解釋以下名詞：1沖擊韌度：批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) 沖擊吸引功：然后將具有一定質(zhì)量m的擺錘興到一定高度 H1，使其獲得一定位能 mgH1釋放擺錘沖斷試樣，擺錘的剩余能量為mgH2那么擺錘沖斷試樣失去的位能mgH1- mgH2即為試樣變形和斷裂所消耗的功，稱為沖擊吸收功，以Ak表示，單位為J。( 3)低溫脆性：體心立方晶

23、體金屬及合金或某些密排六方晶體金屬及其合金，特別是工程上常用的中、 低強度結(jié)構(gòu) (鐵素體珠光體鋼) ，在試驗溫度低于某一溫度 tk 時，會由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊 吸收功明顯下降，斷裂機理由微孔聚焦型變?yōu)榇┚Ы饫?，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆 性。( 4)韌脆轉(zhuǎn)變溫度：上述低溫脆性中的tk 稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。( 5)韌性溫度儲藏：指材料的使用溫度和材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度之間的差值。2說明以下力學(xué)性能指標的意義：(1) Ak：沖擊功；AKV( CVN)： V 型缺口沖擊功；AKU： U 型缺口沖擊功；(2) FATT5。：在用能量法定義 tk時，取結(jié)晶區(qū)面積占整個斷口面積50%j時的溫

24、度；(3) NDT:表征以低階能開始上升的溫度；(4) FTE:表征以低階能和高階能平均值對應(yīng)的溫度；(5) FTP:表征高階能對應(yīng)的溫度。 3現(xiàn)需檢驗以下材料的沖擊韌性，問哪種材料要開缺口？哪種材料不要開缺口？W18Cr4V， Cr12MoV， 3Cr2W8V， 40CrNiMo， 30CrMnSi ， 20CrMnTi ，鑄鐵。 4試說明低溫脆性的物理本質(zhì)及其影響因素。答：低溫度脆性是材料屈服強度隨溫度降低急劇增加(對體心立方金屬，是派拉力起主要作用所致 (詳細見第一章有關(guān)內(nèi)容)。其影響因素有：晶體結(jié)構(gòu)；化學(xué)成分；顯微組織；5試述焊接船舶比鉚接船舶容易發(fā)生脆性破壞的原因。6 以下三組實驗方

25、法中，請舉岀每一組中哪種實驗方法測得的tk較高？為什么？(1) 拉伸和扭轉(zhuǎn)；( 2)缺口靜彎曲和缺口沖擊彎曲；(3)光滑試樣拉伸和缺口試樣拉伸。7試從宏觀上和微觀上解釋為什么有些材料有明顯的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，而另外一些材料沒有呢？8 簡述根據(jù)韌脆轉(zhuǎn)變溫度分析機件脆斷失效的優(yōu)缺點。第四章 習(xí)題與答案1 解釋以下名詞：1)低應(yīng)力脆斷：當容器或構(gòu)件采用強度高而韌性差的材料時，在應(yīng)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(yīng)力脆斷。(2) 張開型( 1 型)裂紋：拉應(yīng)力垂直作用于裂紋擴展面，裂紋沿作用力方向張開，沿裂紋面擴展的裂 紋稱為張開型( 1 型)裂紋。(3) 應(yīng)力場和應(yīng)變場

26、：指在工件上應(yīng)力分布或應(yīng)變分布的情況。(4) 應(yīng)力強度因子 Ki：表征應(yīng)力場的強弱程度。( 5 )小范圍屈服：指在裂紋尖端一定范圍內(nèi)發(fā)生的屈服的現(xiàn)象。( 6 )塑性區(qū)：指在裂紋尖端一定范圍內(nèi)發(fā)生塑性變形區(qū)域。( 7)有效屈服應(yīng)力：( 8)有效裂紋長度：( 9 )裂紋擴展 K 判斷：( 10)裂紋擴展能量釋放率 G1 ：把裂紋單位面積時系統(tǒng)釋放勢能的數(shù)值稱為裂紋擴展能量釋放率G1。( 11)裂紋擴展 G 判斷；(12) J積分：J積分的斷裂判據(jù)就是 G判據(jù)的延伸，或者是更廣義地將線彈性條件下的G延伸到彈塑性斷裂時的 J， J 的表達式或定義類似于 G。( 13)裂紋擴展 J 判斷；( 14) C

27、OD：(15)COD判據(jù)：( 16 )韌帶：2說明以下斷裂韌度指標的意義及相互關(guān)系：(1) Kic和Kc：表征KI增大到達臨界值時，也就是在裂紋尖端足夠大的范圍內(nèi)應(yīng)力到達了材料的斷裂強 度，裂紋便失穩(wěn)擴展而導(dǎo)致材料斷裂。(2) Gc；表示材料阻止裂紋失穩(wěn)擴展時單位面積所消耗的能量。(3) J ic；表示材料抵抗裂紋開始擴展的能力。(4) S c：表示材料阻止裂紋開始擴展的能力。3試述低應(yīng)力脆斷的原因及其防止方法。 4為什么研究裂紋擴展的力學(xué)條件時不用應(yīng)力判據(jù)而用其它判據(jù)？5試述應(yīng)力場強度因子的意義及典型裂紋Ki的表達式。6 試述K判據(jù)的意義及用途。7 試述裂紋尖端塑性區(qū)產(chǎn)生的原因機器影響因素。

28、8 試述塑性區(qū)對 Ki的影響及Ki的修正方法和結(jié)果。9 試用Griffith模型推導(dǎo)G和G的判據(jù)。10 .簡述J積分的意義及其表達式。11 簡單表達COD的意義及其表達式。12試述Kic的測試原理及其對試樣的根本要求。13. 試述Kw與材料強度、塑性之間的關(guān)系。14. 試述K1C和Akv的異同及其相互之間的關(guān)系。15 試述影響K1C的冶金因素。答：影響K1C的冶金因素有：化學(xué)成分的影響；基體相結(jié)構(gòu)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。具體見有關(guān)資料16有一大型板件，材料的b=1200MPa K1C=2,探傷發(fā)現(xiàn)有 20mm長的橫向穿透裂紋，假設(shè)在平均軸向拉應(yīng)力900MPa下工作

29、，試算 Ki及塑性區(qū)的寬度 R。，并判斷該件是否平安？解：由題意可知：2b =1200MPa Kw.=， 2a=20mm900MPa由 / ，必須考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成是無限大板穿透裂紋，故裂紋的形狀系數(shù)丫=、.。便得到Ki修正值:K1丫 va2( / 0.2)2900、1 0.0562由于Ki Kc,所以該件不平安17、有一軸件平均軸向工作應(yīng)力150MPa使用中發(fā)生橫向疲勞脆性正斷，斷口分析說明有25mm深的表面半橢圓疲勞區(qū)，根據(jù)裂紋a/c可以確定 二1,測試材料的b =720MPa,試估算材料的斷裂韌度Ki c是多少？解：由題意可得:b =720MPa, 0= 1， b =1

30、50MPa,a=25m m 那么有：/ 0.2 150/720,不須考慮塑性區(qū)的修正問題。k1 Y af111 a150. 0.02581.96 21由于軸件發(fā)生了斷裂，那么有K1 Kc,所以材料的斷裂韌度Ki c小于18、有一構(gòu)件制造時，岀現(xiàn)外表半橢圓裂紋，假設(shè) a=1mm在工作應(yīng)力(t= 1000 MPa下工作，應(yīng)該選什么 材料的b與Ki c配合比擬適宜？構(gòu)件材料經(jīng)不同熱處理后，其b與Ki c的變化列于下表。b11001200130014001500K1c.11095756055解：由題意和表格可得：a=1mm， b= 1000 MPa，那么有:對于第一種工藝：由于/ 0.2 1000/1

31、100 ，必須考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設(shè) a/c =,查表可知$=,故裂紋的形狀系數(shù) 丫=匕。便得到Ki修正值：K11 1 a根據(jù)此式，可求得斷裂應(yīng)力b c的計算式為:2 20.212( / 0.2)2c1k1c1.28 110(T c1,3.8a0.212 k1c/ 0.2 2一 1828 MPa.3.8 0.0010.212 110/1100 2b，此工藝滿足要求。同理：其它幾種工藝可用同樣方法分別求岀(Tc2, b c3, b c4, b c5對第二種工藝來說:由于 / 0.21000/1200，必須考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設(shè)a/c =,查

32、表可知$=,故裂紋的形狀系數(shù)Ki修正值:K11 1 %: a根據(jù)此式，可求得斷裂應(yīng)力b2 20.212( / 0.2)c的計算式為:k1cc2 3.8a0.212 k1c/ 0.2 2951689 MPa3.8 0.0010.212 95/1200 2b c2 b，此工藝滿足要求。由于 / 0.21000/1300 ，對于第三種工藝: 必須考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設(shè)K1一 a根據(jù)此式，可求得斷裂應(yīng)力bc的計算式為:2 20.212( / 0.2)c3k1c1.28 75 21433 MPa3.8 0.0010.212 75/1300 2(T c3 b，此工藝滿足要求。對

33、于第四種工藝:由于 / 0.21000/1400 ,必須考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設(shè)a/c =,查表可知,故裂紋的形狀系數(shù)Ki修正值:K1 a根據(jù)此式，可求得斷裂應(yīng)力b2 0.212( / 0.2)2C的計算式為:k1cc43.8a0.212 k1c/ 0.2 2601180 MPa23.8 0.0010.212 60/1400(T c4 b，此工藝滿足要求。對于第五種工藝:由于 / 0.21000/1500,不必考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設(shè)a/c =,查表可知,故裂紋的形狀系數(shù)丫=J。便得到斷裂應(yīng)力b c的計算式為:c5k1c1.1 a1.28 5

34、51.1 、 1135 MPab c5 b，此工藝滿足要求。第五章習(xí)題與答案1、解釋以下名詞(1) 應(yīng)力范圍Ab：在循環(huán)應(yīng)力作用下，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之間的差值。(2) 應(yīng)變范圍在循環(huán)應(yīng)力作用下，最大應(yīng)變與最小應(yīng)變之間的差值。(3) 應(yīng)力幅b a:在循環(huán)應(yīng)力作用下，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之間的差值的一半。(4) 應(yīng)力幅(&t/2，& e/2,& p/2 ):(5) 平均應(yīng)力b m在循環(huán)應(yīng)力作用下，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之間的和的一半。(6) 應(yīng)力比r :在循環(huán)應(yīng)力作用下，最小應(yīng)力與最大應(yīng)力之間的比值。7)疲勞源：是疲勞裂紋萌生的策源地，在斷口上，疲勞源一般在機件外表，常和缺口、裂紋、刀痕、蝕坑等缺陷相

35、連，因為這里的應(yīng)力集中會引發(fā)疲勞裂紋。(8) 疲勞貝紋線：由載荷變動引起的，如機器運轉(zhuǎn)時的開動和停歇，偶然過載引起的載荷變動，使裂紋 前沿線留下了弧狀臺階痕跡。(9) 疲勞條帶；是疲勞亞穩(wěn)擴展的斷口特征, 它是具有略呈彎曲并相互平行的溝槽把戲。(10) 駐留滑移帶：在疲勞屢次循環(huán)后拋光，可發(fā)現(xiàn)該滑移帶會因已經(jīng)相當深入而未被拋掉，將成為嵌 入材料外表的微小裂紋源，該滑移帶被稱為“駐留滑移帶。(11) 擠出脊和侵入溝；(12) 4 K:疲勞的應(yīng)力強度因子范圍。( 13 ) da/dN ：每循環(huán)一次擴展的距離，稱為疲勞裂紋擴展速率。( 14)疲勞壽命:( 15 )過渡壽命；( 1 6 )熱疲勞:是由

36、于溫度周期變化引起零件或構(gòu)件的自由膨脹和收縮，而又因這種膨脹和收縮受到約 束，產(chǎn)生了交變熱應(yīng)力，由這種交變熱應(yīng)力引起的破壞。( 17)過載損傷 : 由金屬機件偶然經(jīng)受短期過載，造成疲勞壽命或疲勞極限減小的現(xiàn)象。2、解釋以下疲勞性能指標的意義(1 )疲勞強度 b -1 , (X -1p , T-1, (T -1p ；(T -1：表征對稱彎曲疲勞極限；T -1p :表征對稱拉壓疲勞極限；T-1 :表征對稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限；t -1N ;表征缺口試樣的疲勞極限；(2) 疲勞疲勞缺口敏感度 qf ：表征金屬材料在交變載荷作用下的缺口敏感性；( 3)過載損傷界：材料在過載應(yīng)力下工作一定周次后，會造成過載疲勞

37、損傷，而低于某一周次的預(yù)先過 載對其后進行的疲勞壽命沒有影響，該最低循環(huán)周次的軌跡叫過載損傷界。(4)疲勞門檻值 Kth :疲勞裂紋不擴展的 K臨界值。3、試述金屬疲勞斷裂的特點答:疲勞斷裂是低應(yīng)力循環(huán)延時斷裂；疲勞斷裂是脆性斷裂；疲勞斷裂對缺陷十分敏感；4、試述疲勞宏觀斷口的特征及其形成過程。答：從疲勞的宏觀斷口的來看，有三個形貌不同的區(qū)域：疲勞源、疲勞區(qū)及瞬斷區(qū)。 疲勞源是疲勞裂紋萌生的策源地，在斷口上，疲勞源一般在機件外表，常和缺口、裂紋、刀痕、蝕坑 等缺陷相連，因為這里的應(yīng)力集中會引發(fā)疲勞裂紋。疲勞區(qū)是疲勞裂紋亞穩(wěn)擴展所形成的斷口區(qū)域，該 區(qū)是判斷疲勞斷裂的重要證據(jù)。瞬斷區(qū)是裂紋最后失

38、穩(wěn)快速擴展所形成的斷口區(qū)域。5、試述疲勞曲線S-N及疲勞極限的測試方法。答：疲勞曲線S-N通常是用旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗測定的，用四點彎曲試驗機，這種試驗機結(jié)構(gòu)簡 單，操作方面，能夠?qū)崿F(xiàn)對稱循環(huán)和恒應(yīng)力幅的要求，因此比擬廣泛。試驗時，用升降法測定條件疲勞 極限，用成組試驗測定高應(yīng)力局部，然后將上述兩試驗數(shù)據(jù)整理，并擬合成疲勞曲線，再測得疲勞極 限。6、試述疲勞圖的意義、建立及用途。 答：疲勞圖是各種循環(huán)疲勞極限的集合圖，也是疲勞曲線的另一種表達形式。根據(jù)平均應(yīng)力對疲勞極限T r的影響規(guī)律建立疲勞圖。建立好疲勞圖后，只要我們知道應(yīng)力比r之后，可以根據(jù)疲勞圖，得到相應(yīng)的疲勞極限。7、試述疲勞裂紋的形成機

39、理及阻止疲勞裂紋萌生的一般方法。答: 宏觀疲勞裂紋是由微觀裂紋的形成、長大及連接而成的。疲勞微觀裂紋都是由不均勻的局部滑 移和顯微開裂引起的，主要有外表滑移開裂，第二相、夾夾雜物或其界面開裂；晶界或亞晶界開裂等。 阻止疲勞裂紋萌生方法有：細晶強化、固溶強化，降低第二相和夾雜物的脆性，提高相界面強度，控制 第二相或夾雜物的數(shù)量、形態(tài)、大小和分布，使晶界強化，凈化均能抑制晶界裂紋形成，提高疲勞強 度。8、試述影響疲勞裂紋擴展速率的主要因素，并和疲勞裂紋萌生的影響因素進行比照分析。答：影響疲勞裂紋擴展速率的因素有：應(yīng)力比 r 或平均應(yīng)力b m、過載峰、材料的組織；而影響 疲勞裂紋萌生因素有：外表滑移

40、開裂，第二相、夾夾雜物或其界面開裂；晶界或亞晶界開裂等。從兩者 來看，疲勞裂紋的產(chǎn)生的主要影響因素是由于材料內(nèi)部缺陷所引起的，而與外載幾乎沒有關(guān)系。9、試述疲勞微觀斷口的主要特征及其形成模型。答：疲勞微觀斷口的主要特征是具有疲勞條帶；疲勞條帶形成的原因中，比擬公認是塑性鈍化模 型，也稱為 Laird 疲勞裂紋擴展模型，在交變應(yīng)力為零時裂紋閉合，這是在開始一循環(huán)周次時的原始狀 態(tài)。當拉應(yīng)力增加，裂紋張開，在裂紋尖端沿最大切應(yīng)力方向產(chǎn)生滑移。隨著拉應(yīng)力繼續(xù)增加到最大值時裂紋張開至最大，塑性變形的范圍也隨之擴大，即表示裂紋尖端的塑性變形范圍。由于塑性變形的結(jié) 果裂紋尖端的應(yīng)力集中減小，裂紋尖端鈍化：

41、理想狀態(tài)是假定裂紋尖端張開呈半圓形，這時裂紋便停止擴展。當應(yīng)力變?yōu)閴嚎s應(yīng)力時，滑移方向也改變了，裂紋外表漸被壓縮，到壓應(yīng)力為最大值時，裂紋 便完全閉合，又恢復(fù)到原始狀態(tài)，具體見有關(guān)書籍。這樣反復(fù)循環(huán)，便留下了疲勞條帶。10、試述疲勞裂紋擴展壽命和剩余壽命的估算方法及步驟。答：通過疲勞裂紋擴展速率表達式，用積分方法算出疲勞裂紋擴展壽命和疲勞剩余壽命；具體步驟如 下：計算k，再計算裂紋臨界尺寸 ac,最后根據(jù)有關(guān)公式估算疲勞壽命詳見書本上例題11、試述b -i與厶Kth的異同及各種強化方法影響的異同。答-1：指當循環(huán)應(yīng)力水平降低到b-i以下時，試樣可以經(jīng)無限次應(yīng)力循環(huán)也不發(fā)生疲勞斷裂，它是光滑試樣

42、的無限壽命疲勞強度；Kth表示材料阻止裂紋開始擴展的性能，是材料的力學(xué)性能指標，其值越大，阻止疲勞裂紋開始擴展的能力就越大，材料就越好，是裂紋試樣的無限壽命疲勞性能，適于 裂紋件的設(shè)計和校核。12、試述金屬外表強化對疲勞強度的影響。答：金屬外表強化處理可在機件外表產(chǎn)生有利的剩余應(yīng)力，同時還以提高機件外表的強度和硬度，這兩種作用都能提高疲勞強度具體見有關(guān)書籍。13、試述金屬循環(huán)硬化和循環(huán)軟化現(xiàn)象及產(chǎn)生條件。答：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)力形變抗力不斷增加，即稱為循環(huán)硬化；循環(huán)軟化指金屬材料在恒定應(yīng)變范圍循環(huán)作用下，隨循環(huán)周次增加其應(yīng)力形變抗力不斷減??；要產(chǎn)生循環(huán)硬化和循

43、環(huán)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，還與位錯的運 動有關(guān)。14、試述低周疲勞的規(guī)律及曼森柯芬關(guān)系。15、試述多沖疲勞規(guī)律及提高多沖疲勞強度的方法。 答：多沖疲勞規(guī)律是：與低周疲勞相似，在沖擊能量高時，材料的沖擊疲勞斥力主要取決于塑性；沖擊能量低時，沖擊疲勞斥力那么主要取決于強度。淬火回火鋼的沖擊疲勞抗力隨回火溫度不同不是單調(diào)變化的，與常規(guī)單一力學(xué)性能指標之間也不存在對應(yīng)關(guān)系，而是在某一溫度下有一個峰值，該峰值隨沖擊能量增加向高溫方向移動。沖擊韌度的影響，因材料強度不同而異。對于提高多沖疲勞強度的方法要 根據(jù)具體材料而定。16、試述熱疲勞和熱機械疲勞的特征及規(guī)律；欲提高熱鍛模具

44、的使用壽命，應(yīng)該如何處理熱疲勞與其它 性能的相互關(guān)系？答：熱疲勞是由于溫度周期變化引起零件或構(gòu)件的自由膨脹和收縮，而又因這種膨脹和收縮受到約 束，產(chǎn)生了交變熱應(yīng)力，由這種交變熱應(yīng)力引起的破壞。而熱機械疲勞是溫度循環(huán)和機械應(yīng)力循環(huán)疊加 所引起的疲勞。欲提高熱鍛模具的使用壽命，應(yīng)注意材料的熱傳導(dǎo)、比熱容等熱學(xué)性質(zhì)，還要注意材料 的彈性和屈服強度等力學(xué)性能。17、 正火上澆油 45 鋼的 b b=610MPa, (T -1=300MPa，試用 Goodman公式繪制 b max( r min)- r m 疲勞 圖，并確定b、b 0和b等疲勞極限。18、 有一板件在脈動載荷下工作，bmax=200MP

45、a,b min=0,其材料的b b=670MPa b =600MPaKic=2,Paris 公式中c= x 10-12, n=3。0,使用中發(fā)現(xiàn)有 和1mm的單邊橫向穿透裂紋，試估算它們的 疲勞剩余壽命。第六章 習(xí)題與答案1 、解釋以下名詞(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)過一段時間后所產(chǎn)生的低應(yīng)力脆斷現(xiàn) 象，那么稱為應(yīng)力腐蝕。(2) 氫蝕：由于氫與金屬中的第二相作用生成高壓氣體，使基體金屬晶界結(jié)合力減弱而導(dǎo)致金屬脆化的 現(xiàn)象。(3) 白點：當鋼中含有過量的氫時，隨溫度的降低，氫在鋼中的溶解度逐漸減小，如果過飽和的未擴散 逸出，便聚集在某些缺陷處形成氫分子。此時氫的體

46、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。這種微裂紋的斷面呈圓形和橢圓形，顏色呈銀白色，故稱為白點。(4) 氫化物致脆：對于W B或V B族金屬(如純鈦、a鈦合金、釩、鋯、鈮及合金)，由于它們與氫有 較大的親和力，極易生成氫化物，使金屬脆化。這種脆化稱為氫化物致脆。(5) 氫致延滯斷裂：高強度鋼或a+ B鈦合金中，含有適量的處于固溶狀態(tài)的氫(原來存在的或從環(huán)境 介質(zhì)中吸收的)，在低于屈服強度的應(yīng)力持續(xù)作用下，經(jīng)過一段孕育期后，在金屬內(nèi)部，特別是在三向 拉應(yīng)力區(qū)形成裂紋，裂紋逐步擴展，最后突然發(fā)生脆性斷裂。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。2、說明以下力

47、學(xué) 性能指標的意義(1) b ssc :表征材料不發(fā)生應(yīng)力腐蝕的臨界應(yīng)力。(2) KI ssc :應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力場強度因子。(3) K I HEC ;氫脆臨界應(yīng)力場強度因子。4) da/dt ：應(yīng)力腐蝕裂紋擴展速率。3、試述金屬產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的條件及機理。 答：金屬產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的條件是應(yīng)力、化學(xué)介質(zhì)和金屬材料。金屬產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生的機理：主要介紹以陽極溶解為根底的鈍化膜破壞理論。對應(yīng)力腐蝕敏感的 合金在特定的化學(xué)介質(zhì)中，首先在外表形成一層鈍化膜，使金屬不致進一步受到腐蝕，即處于鈍化狀 態(tài)，因此，在沒有應(yīng)力的作用下，金屬不會發(fā)生腐蝕破壞。假設(shè)有拉應(yīng)力作用，那么可使局部地區(qū)的鈍化膜 破裂，顯露出新

48、鮮的外表。這個新鮮的外表在電解質(zhì)溶液中成為陽極，其余具有鈍化膜的金屬外表成為 陰極，從而形成腐蝕微電池。陽極金屬變成正離子進入電解質(zhì)中而產(chǎn)生陽極溶解，于是在金屬外表形成 蝕坑。拉應(yīng)力除促使局部地區(qū)鈍化膜破壞外，更主要的是在蝕坑或原有裂紋的尖端形成應(yīng)力集中，使陽 極電位降低，加速陽極金屬的溶解。如果裂紋尖端的應(yīng)力集中始終存在，那么微電池便不斷進行，鈍化 膜不能恢復(fù)，裂紋將逐步縱深擴展。4、分析應(yīng)力腐蝕裂紋擴展速率da/dt與KI關(guān)系曲線，并與疲勞裂紋擴展速率曲線進行比擬。5、某高強度鋼的b = 1400MPa，在水的介質(zhì)中的 KI ssc= ni2,裂紋擴展到第二階段的 da/dt=210-6m

49、m/s,第二階段結(jié)束時的 KI = 62MPa- m1/2，該材料制成的機件在水介質(zhì)中工作，工作拉應(yīng)力b =400MPa探傷發(fā)現(xiàn)該機件外表有半徑a0=4mm的半圓形裂紋。試粗略估算其剩余壽命。6、何為氫致延滯性斷裂？為什么高強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：氫致延滯斷裂：高強度鋼或a+ B鈦合金中，含有適量的處于固溶狀態(tài)的氫原來存在的或從環(huán)境介質(zhì)中吸收的，在低于屈服強度的應(yīng)力持續(xù)作用下，經(jīng)過一段孕育期后，在金屬內(nèi)部，特別是在三向拉 應(yīng)力區(qū)形成裂紋，裂紋逐步擴展，最后突然發(fā)生脆性斷裂。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。因為當應(yīng)變率較低時，

50、假設(shè)試驗溫度過低，氫的擴散速率很慢，永遠跟不上位錯的運 動。因此不能形成氫氣團，氫也難以聚集，就不會出現(xiàn)氫脆，當溫度變大一些，氫的擴散速率與位錯運 動速率逐步適應(yīng)，于是塑性開始降低。當溫度升到更大的時候，兩者運動速率完全吻合，此時塑性最 差，對氫脆最敏感。溫度再升高時，一方面形成氫氣團，同時由于熱作用，又促進已聚集的氫原子離開 氣團向四周均勻擴散，降低了氣團對位錯的“釘扎作用，并減少氫偏聚的嘗試于是金屬的塑性開始上 升。當溫度更大時，氫氣團完全被擴散破壞，氫脆現(xiàn)象完全消除。應(yīng)變速率對氫脆敏感性的影響也是如 此。所以高強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)。7、試述區(qū)別高

51、強度鋼的應(yīng)力腐蝕與氫致延滯斷裂的認識方法。答：可采用極化試驗方法，即利用外加電流對靜載下產(chǎn)生裂紋時或裂紋擴展速率的影響來判斷。當外加 小的陽極電流而縮短產(chǎn)生裂紋時間的是應(yīng)力腐蝕；當外加小的陰極電流而縮短產(chǎn)生裂紋時間的是氫致延 滯斷裂。對于一個已斷裂的機件來說，還可從斷口形貌上來加以區(qū)分。具體見書P168。8、有一 M24栓焊橋梁用高強度螺栓，采用40B鋼調(diào)質(zhì)制成，抗拉強度為 1200MPa,承受拉應(yīng)力650MP&在使用中，由于潮濕空氣及雨淋的影響發(fā)生斷裂事故。觀察斷口發(fā)現(xiàn)，裂紋從螺紋根部開始，有明顯的 沿斷裂特征，隨后是快速脆斷局部。斷口上較多的腐蝕產(chǎn)物，且有較多的二次裂紋。試分析該螺栓產(chǎn)生

52、斷裂的原因，并考慮防止這種斷裂的措施。第七章 習(xí)題與答案1 、解釋以下名詞： 1 磨損：機械外表相接觸并作相對運動時，外表逐漸有微小顆粒別離出來形成磨屑，使外表材料逐漸 損失、造成外表損傷的現(xiàn)象。 2粘著：實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：在穩(wěn)定磨損階段前，摩擦副雙方外表逐漸被磨平，實際接觸面積增大的過程。 5咬死：在粘著磨損的過程中，常在較軟一方本體內(nèi)產(chǎn)生剪斷，其碎片那么轉(zhuǎn)較硬一方的外表上，軟方 金屬在硬方外表逐步積累最終使不同金屬的摩擦副滑動成為相同金屬間的滑動，故磨損量較大，外表較 粗糙，發(fā)生卡死的現(xiàn)象。6犁皺：韌性金屬材料在磨粒磨損后外表的形

53、貌。7耐磨性：材料抵抗磨損的性能。 8接觸疲勞：機件兩接觸而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，材料外表因 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使物質(zhì)損失的現(xiàn)象，又稱外表疲勞磨損或疲勞磨 損。2、試比擬三類磨粒磨損的異同，并討論加工硬化對它們的影響。答：1 低應(yīng)力劃傷式的磨料磨損，它的特點是磨料作用于零件外表的應(yīng)力不超過磨料的壓潰強度，材 料外表被輕微劃傷。生產(chǎn)中的犁伴，及煤礦機械中的刮板輸送機油楷磨損情況就是屑于這種類型。 2 高應(yīng)力輾碎式的磨料磨損，其特點是磨料與零件外表接觸處的最大壓應(yīng)力大于磨料的壓潰強度。生產(chǎn)中 球磨機村板與磨球，破碎式滾筒的磨損便是屬于這

54、種類型。 3 鑿削式磨料磨損，其特點是磨料對材料 外表有大的沖擊力，從材料外表鑿下較大顆料的磨屑，如挖掘機斗齒及領(lǐng)式破碎機的齒板。3、試述粘著磨損產(chǎn)生的條件、機理及其防止措施。加工硬化對金屬材料抗磨粒磨損能力的影響，因磨損類型不同而異。在低應(yīng)力擦傷性磨粒磨損時，加工硬化對材料的耐磨性沒有影響，這是由于磨?；蛴驳耐箤缇植壳邢鹘饘贂r，局部區(qū)域產(chǎn)生急劇 加工硬化，比預(yù)先加工硬化要劇烈得多所致。但在高應(yīng)力碾碎性磨粒磨損時，加工硬化能顯著提高耐磨 性，因為此時磨損過程不同于低應(yīng)力下的情況，外表金屬材料主要是通過疲勞破壞而不是切削作用去除 的。3、試述粘著磨損產(chǎn)生的條件、機理及其防止措施。答：粘著磨損是在滑動摩擦條件下，當摩擦副相對滑動速度較小時發(fā)生的，它是因缺乏潤滑油，摩 擦副外表無氧化膜，且單位法向載荷很大，以致接觸應(yīng)力超過實際接觸點處屈服強度而產(chǎn)生的一種磨 損；其機理是摩擦副實際外表上總存在局部凸起，當摩擦副雙方接觸時，即使施加較小載荷，在真實接 觸面上的局部應(yīng)力就足以引起塑性變形。倘假設(shè)接觸面上潔凈而未受到腐蝕，那么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)生強烈粘著。隨后在繼續(xù)滑動的過程中，粘著點被剪斷并轉(zhuǎn)移到一方金屬 外表，然后脫落下來便形成磨屑。一個粘著點剪斷了，又在新的地方粘著，隨后也被剪斷的過程，構(gòu)成 了磨損過程。4、