材料力學(xué)性能習(xí)題及解答庫(kù).

1、第一章 習(xí) 一、解釋以下名詞1、彈性比功：又稱(chēng)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(shí)間延長(zhǎng)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(chēng)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(shí)，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(chēng)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(kuò)展的能力7、解理臺(tái)階：高度不同的相互平行的解理平面之間

2、岀現(xiàn)的臺(tái)階叫解理臺(tái)階；8、河流把戲：當(dāng)一些小的臺(tái)階會(huì)聚為在的臺(tái)階時(shí)，其表現(xiàn)為河流狀把戲。9、解理面：晶體在外力作用下嚴(yán)格沿著一定晶體學(xué)平面破裂，這些平面稱(chēng)為解理面。10、穿晶斷裂和沿晶斷裂：沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴(kuò)展，一定是脆斷，且較為嚴(yán)重，為最低級(jí)。穿晶斷 裂裂紋穿過(guò)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(chēng)為韌脆轉(zhuǎn)變。二、說(shuō)明以下力學(xué)指標(biāo)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(chēng)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(zhǎng)應(yīng)力，試樣卸除拉伸力后，其標(biāo)距局部的剩余伸長(zhǎng)到達(dá)規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力。b：表示規(guī)定剩余伸長(zhǎng)率為時(shí)的應(yīng)力。T S :表征材料的屈服點(diǎn)。3、t b：韌性金屬試樣在拉斷過(guò)程中最大試驗(yàn)力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱(chēng)為抗拉強(qiáng)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(biāo)。5、S、S gt :S是斷后伸長(zhǎng)率，它表征試樣拉斷后標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的百分比。gt是最大試驗(yàn)力的總伸長(zhǎng)率，指試樣拉伸至最大試驗(yàn)力時(shí)標(biāo)距的總伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的百分比，也就是金屬材料拉伸時(shí)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(shuō)它是一個(gè)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)？金屬的彈性模量主要取決于金屬原子本性和晶格類(lèi)型。合金化、熱處理顯微組織、冷塑性變形 對(duì)彈性模量的影響較小，溫度、加載速率等外在因素對(duì)其影響也不大，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)。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(jī)床床身？為什么？選擇灰鑄鐵，因?yàn)樽鳛闄C(jī)床床身材料必須要求循環(huán)韌性高，以保證機(jī)器的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)?；诣T鐵中含 有不易傳送彈性機(jī)械振動(dòng)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(zhǎng)曲線(xiàn)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(zhǎng)曲線(xiàn)圖上可以明顯看出，三種不同鋼種的拉伸力 伸長(zhǎng)曲線(xiàn)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(qiáng)度可以判斷出隨著碳含量的增加，屈服強(qiáng)度在提高。這主要是因?yàn)殡S著碳 含量的增加，碳原子對(duì)基體的強(qiáng)化作用越來(lái)越強(qiáng)，阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。7、決定金屬屈服強(qiáng)度的因素有哪些？ 答：影響金屬屈服強(qiáng)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(lèi)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(biāo)評(píng)定金屬材料塑性的優(yōu)缺點(diǎn)？答：對(duì)于在單一拉伸條件下工作的長(zhǎng)形零件，無(wú)論其是否產(chǎn)生縮頸，用S來(lái)評(píng)定材料的塑性，因?yàn)楫a(chǎn)生縮頸時(shí)局部區(qū)域的塑性變形量對(duì)總伸長(zhǎng)實(shí)際上沒(méi)有什么影響。如果金屬材料機(jī)件是非長(zhǎng)形件，在拉伸時(shí) 形成縮頸，那么用 $作為塑性指標(biāo)。因?yàn)?$反映了材料斷開(kāi)前的最大塑性變形量，而此時(shí)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(duì)材料的塑性的影響在$上更為突岀,所以$比$對(duì)組織變化更為敏感。9、試舉岀幾種能顯著強(qiáng)化金屬而又不降低塑性的方法？答：細(xì)晶強(qiáng)化，通過(guò)細(xì)化

7、晶粒提高金屬?gòu)?qiáng)度的方法，它既可以顯著強(qiáng)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(xiǎn)？答：韌性斷裂是金屬材料斷裂前產(chǎn)生明顯宏觀(guān)塑性變形的斷裂，這種斷裂有一個(gè)緩慢的撕裂過(guò)程，在裂紋擴(kuò)展過(guò)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(méi)有明顯 征兆，因此脆性斷裂在生產(chǎn)中是很危險(xiǎn)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(dāng)外加正應(yīng)力到達(dá)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(dāng)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(guān)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(guān)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(yàn)溫度、加載速率和腕力狀態(tài)不同而變化。14、板材宏觀(guān)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(jī)理對(duì)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(qiáng)度m。解：由題意可得：17、試述格雷菲斯裂紋理論分析問(wèn)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(zhǎng)3 mm的裂紋，且 a0= 3X 10_8cm,試求脆性斷裂時(shí)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(jì)算在7 X 10?N/ rf的拉應(yīng)力作用下，該材料中能擴(kuò)展 的裂紋之最小長(zhǎng)度？20、斷裂強(qiáng)度b c與抗拉強(qiáng)度b b有何區(qū)別？答：抗拉強(qiáng)度b b指材料在拉伸過(guò)程中，從開(kāi)始到發(fā)生斷裂時(shí)所到達(dá)的最大應(yīng)力值。它表示鋼材抵抗斷 裂的能力大小。斷裂強(qiáng)度bc是指在拉伸過(guò)程中，材料斷裂時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值。1/221、 鐵素體的斷裂強(qiáng)度與屈服強(qiáng)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(kuò)展擴(kuò)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(guān)形貌?答

11、：韌性斷口的宏觀(guān)形貌決定于第二相質(zhì)點(diǎn)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(duì)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(chēng)為“缺口效 應(yīng)。(3) 缺口敏感度：表征缺口試樣的抗拉強(qiáng)度bn與光滑試樣的抗拉強(qiáng)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(yàn)力(F)壓入式樣外表，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣外表的壓痕直徑(L)。布氏硬度值是以試驗(yàn)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(jì)算公式為：AD(D . D2 d2)式中：F-壓入金屬試樣外表的試驗(yàn)力，N;D-試驗(yàn)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(cè)試壓痕深度，利用洛氏硬度計(jì)算公式HR=( K-H)/C便可計(jì)算岀洛氏硬度。簡(jiǎn)單說(shuō)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(yàn)力計(jì)算硬度值。所采用的壓頭是兩相對(duì)面間夾角為136 的金剛石四棱錐體，壓頭的試驗(yàn)力作用下將試樣外表壓岀一個(gè)四方錐形的壓痕，經(jīng)一定保持時(shí)間 后擔(dān)卸除試驗(yàn)力，測(cè)量壓痕對(duì)角線(xiàn)平均長(zhǎng)度d，用以計(jì)算壓痕外表積。維氏硬度的值為試驗(yàn)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(yàn)方法。與顯微維氏硬度相比有兩點(diǎn)不同：一是壓頭形狀不同；二是 硬度值不是試驗(yàn)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(lái)表征金屬硬度值大小，因而也稱(chēng)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(shuō)明以下力學(xué)性能指標(biāo)的意義(1) b be ；指抗壓強(qiáng)度；(2) b bb:指抗彎強(qiáng)度；(3) T :指材料的扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)；(4) T ;指抗扭強(qiáng)度；(5 )b bn:指有缺口試樣的抗拉強(qiáng)度；(6) NSR:指缺口敏感度；(7) HBS:用壓頭為淬火鋼球時(shí)的布氏硬度值；(8) HBW用壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)的布氏硬度值；(9) HRA:指用金剛石圓錐壓頭，主試驗(yàn)力為測(cè)岀的洛氏硬度值；(10) HRB:指用鋼球壓頭測(cè)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(yàn)；(13) H

15、K :指努氏硬度試驗(yàn)；(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(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。答：?jiǎn)蜗蚶斓膽?yīng)力狀態(tài)系數(shù)a=，說(shuō)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(qiáng)度較低的塑性材料試驗(yàn)；單向壓縮試驗(yàn)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(shí)呈脆性的金屬材料力學(xué)性能測(cè)定，以顯示這類(lèi)材料在塑性狀態(tài)下的力學(xué)行為；彎曲 試驗(yàn)試樣形狀簡(jiǎn)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(yàn)主要用于 測(cè)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(qiáng)度和顯示塑性的差異，還用來(lái)比擬和 鑒別滲

16、碳層和外表淬火層等外表熱處理機(jī)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(shí)的a大，易于顯示金屬的塑性行為；能實(shí)現(xiàn)大塑性變形量下的試驗(yàn)；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(cè)定這些材料切斷強(qiáng)度；主要適用于熱扭轉(zhuǎn)來(lái)研究金屬在熱加工條件下的流變性能與斷裂性能，評(píng)定材料的熱壓力加工性，并確定適當(dāng)?shù)墓に嚕€可用來(lái)研究工作熱處理的外表質(zhì)量和 各種外表強(qiáng)化訓(xùn)練工藝的效果。可以根據(jù)扭轉(zhuǎn)斷口宏觀(guān)特征來(lái)判斷承受扭矩而斷裂的機(jī)件的性能。4試述脆性材料彎曲實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)及其應(yīng)用。答：彎曲試驗(yàn)試樣形狀簡(jiǎn)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(yàn)主要用于測(cè)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(qiáng)度和顯示塑性的差異， 還用來(lái)比擬和鑒別滲碳層和外表淬火層等外表熱處理機(jī)件的質(zhì)量和性能。5缺口試樣拉伸時(shí)應(yīng)力分布有何特點(diǎn)？答：當(dāng)缺口試樣拉伸，處于彈性狀態(tài)下時(shí)，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(kāi)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?jī)?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(kāi)展，收縮變形阻力增大，因此 x逐漸增加。當(dāng)增大到一定數(shù)值后，隨著y的不斷減小，x也隨之下降?；嚇犹幱谒苄誀顟B(tài)下時(shí)，在存在缺口的條件下會(huì)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(shí)

18、高，產(chǎn)生所謂“缺口強(qiáng)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(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)。答：光滑試樣在受到軸向拉伸時(shí)，在截面上受到均勻的拉應(yīng)力。缺口試樣軸向拉伸時(shí)，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(qiáng)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(yàn)時(shí)，試樣同時(shí)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(duì)缺口的 敏感性。這種試驗(yàn)方法很適合高強(qiáng)度螺栓之類(lèi)零件的選材和熱處理工藝的優(yōu)化，因?yàn)槁菟◣в腥笨?，?且在工作時(shí)難免有偏斜。7 試說(shuō)明布氏硬度、洛氏硬度與維氏

19、硬度的實(shí)驗(yàn)原理，并比擬這三者實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。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(yàn)力F壓入式樣外表，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣外表的壓痕直徑L。布氏硬度值是以試驗(yàn)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(jì)算公式為：AdD . D2 d式中：F-壓入金屬試樣外表的試驗(yàn)力，N;D-試驗(yàn)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(gè)別組成相及微小不均勻性的影響。而缺點(diǎn)是對(duì)不同材料需更換壓頭直徑和改變?cè)囼?yàn) 力，壓痕直徑的測(cè)量也較麻煩，因

20、而用于自動(dòng)檢測(cè)時(shí)受到限制；且不能用在成品上測(cè)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(cè)試壓痕深 度，利用洛氏硬度計(jì)算公式 HR=K-H/C 便可計(jì)算出洛氏硬度。洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便、迅 速，硬度可直接讀出；壓痕較小，可在工件上進(jìn)行試驗(yàn)；采用不同標(biāo)尺可測(cè)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(yàn)。其缺點(diǎn)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(cè)硬度值重復(fù)性差，分散度大；此外用不同標(biāo)尺測(cè)得的硬度值彼此沒(méi)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(yàn)力計(jì)算硬度值。所采用的壓頭是兩

21、相對(duì)面間夾角為 136的金剛石四棱錐體，壓頭的試驗(yàn)力作用下將試樣外表壓出一個(gè)四方錐形的壓痕，經(jīng)一定保持時(shí)間 后擔(dān)卸除試驗(yàn)力，測(cè)量壓痕對(duì)角線(xiàn)平均長(zhǎng)度d,用以計(jì)算壓痕外表積。維氏硬度的值為試驗(yàn)力除以壓痕外表積A所得的商。維氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是不存在布氏硬度試驗(yàn)時(shí)要求試驗(yàn)力F與壓頭不同標(biāo)尺的硬度值無(wú)法統(tǒng)一的弊端。維氏硬度試難時(shí)不僅試驗(yàn)力可任意選取，而且壓痕測(cè)量的精度較高，硬度值較為精 確。唯一的缺點(diǎn)是硬度值需要通過(guò)測(cè)量壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度后才能進(jìn)行計(jì)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(cè)定硬度，試說(shuō)明選用何種硬度實(shí)驗(yàn)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(mén)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(chēng)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(qiáng)度結(jié)構(gòu) (鐵素體珠光體鋼) ，在試驗(yàn)溫度低于某一溫度 tk 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(chēng)為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。( 5)韌性溫度儲(chǔ)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(shuō)明以下力學(xué)性能指標(biāo)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(shí)，取結(jié)晶區(qū)面積占整個(gè)斷口面積50%j時(shí)的溫

24、度；(3) NDT:表征以低階能開(kāi)始上升的溫度；(4) FTE:表征以低階能和高階能平均值對(duì)應(yīng)的溫度；(5) FTP:表征高階能對(duì)應(yīng)的溫度。 3現(xiàn)需檢驗(yàn)以下材料的沖擊韌性，問(wèn)哪種材料要開(kāi)缺口？哪種材料不要開(kāi)缺口？W18Cr4V， Cr12MoV， 3Cr2W8V， 40CrNiMo， 30CrMnSi ， 20CrMnTi ，鑄鐵。 4試說(shuō)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(qiáng)度隨溫度降低急劇增加(對(duì)體心立方金屬，是派拉力起主要作用所致 (詳細(xì)見(jiàn)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(shí)驗(yàn)方

25、法中，請(qǐng)舉岀每一組中哪種實(shí)驗(yàn)方法測(cè)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(guān)上和微觀(guān)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(méi)有呢？8 簡(jiǎn)述根據(jù)韌脆轉(zhuǎn)變溫度分析機(jī)件脆斷失效的優(yōu)缺點(diǎn)。第四章 習(xí)題與答案1 解釋以下名詞：1)低應(yīng)力脆斷：當(dāng)容器或構(gòu)件采用強(qiáng)度高而韌性差的材料時(shí)，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(chēng)為低應(yīng)力脆斷。(2) 張開(kāi)型( 1 型)裂紋：拉應(yīng)力垂直作用于裂紋擴(kuò)展面，裂紋沿作用力方向張開(kāi)，沿裂紋面擴(kuò)展的裂 紋稱(chēng)為張開(kāi)型( 1 型)裂紋。(3) 應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)

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(qiáng)度因子 Ki：表征應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)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(zhǎng)度：( 9 )裂紋擴(kuò)展 K 判斷：( 10)裂紋擴(kuò)展能量釋放率 G1 ：把裂紋單位面積時(shí)系統(tǒng)釋放勢(shì)能的數(shù)值稱(chēng)為裂紋擴(kuò)展能量釋放率G1。( 11)裂紋擴(kuò)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(xiàn)彈性條件下的G延伸到彈塑性斷裂時(shí)的 J， J 的表達(dá)式或定義類(lèi)似于 G。( 13)裂紋擴(kuò)展 J 判斷；( 14) C

27、OD：(15)COD判據(jù)：( 16 )韌帶：2說(shuō)明以下斷裂韌度指標(biāo)的意義及相互關(guān)系：(1) Kic和Kc：表征KI增大到達(dá)臨界值時(shí)，也就是在裂紋尖端足夠大的范圍內(nèi)應(yīng)力到達(dá)了材料的斷裂強(qiáng) 度，裂紋便失穩(wěn)擴(kuò)展而導(dǎo)致材料斷裂。(2) Gc；表示材料阻止裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)單位面積所消耗的能量。(3) J ic；表示材料抵抗裂紋開(kāi)始擴(kuò)展的能力。(4) S c：表示材料阻止裂紋開(kāi)始擴(kuò)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(kuò)展的力學(xué)條件時(shí)不用應(yīng)力判據(jù)而用其它判據(jù)？5試述應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的意義及典型裂紋Ki的表達(dá)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(jī)器影響因素。

28、8 試述塑性區(qū)對(duì) 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(jiǎn)述J積分的意義及其表達(dá)式。11 簡(jiǎn)單表達(dá)COD的意義及其表達(dá)式。12試述Kic的測(cè)試原理及其對(duì)試樣的根本要求。13. 試述Kw與材料強(qiáng)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(jiàn)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(zhǎng)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(wèn)題。由于裂紋可以看成是無(wú)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(shuō)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(cè)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(wèn)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(shí)，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(duì)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(wèn)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(jì)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(mǎn)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(duì)第二種工藝來(lái)說(shuō):由于 / 0.21000/1200，必須考慮塑性區(qū)修正問(wèn)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(jì)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(mǎn)足要求。由于 / 0.21000/1300 ，對(duì)于第三種工藝: 必須考慮塑性區(qū)修正問(wèn)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(jì)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(mǎn)足要求。對(duì)

33、于第四種工藝:由于 / 0.21000/1400 ,必須考慮塑性區(qū)修正問(wèn)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(jì)算式為:k1cc43.8a0.212 k1c/ 0.2 2601180 MPa23.8 0.0010.212 60/1400(T c4 b，此工藝滿(mǎn)足要求。對(duì)于第五種工藝:由于 / 0.21000/1500,不必考慮塑性區(qū)修正問(wèn)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(jì)算式為:c5k1c1.1 a1.28 5

34、51.1 、 1135 MPab c5 b，此工藝滿(mǎn)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(jī)件外表，常和缺口、裂紋、刀痕、蝕坑等缺陷相

35、連，因?yàn)檫@里的應(yīng)力集中會(huì)引發(fā)疲勞裂紋。(8) 疲勞貝紋線(xiàn)：由載荷變動(dòng)引起的，如機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的開(kāi)動(dòng)和停歇，偶然過(guò)載引起的載荷變動(dòng)，使裂紋 前沿線(xiàn)留下了弧狀臺(tái)階痕跡。(9) 疲勞條帶；是疲勞亞穩(wěn)擴(kuò)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(huì)因已經(jīng)相當(dāng)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(chēng)為“駐留滑移帶。(11) 擠出脊和侵入溝；(12) 4 K:疲勞的應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍。( 13 ) da/dN ：每循環(huán)一次擴(kuò)展的距離，稱(chēng)為疲勞裂紋擴(kuò)展速率。( 14)疲勞壽命:( 15 )過(guò)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(guò)載損傷 : 由金屬機(jī)件偶然經(jīng)受短期過(guò)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(biāo)的意義(1 )疲勞強(qiáng)度 b -1 , (X -1p , T-1, (T -1p ；(T -1：表征對(duì)稱(chēng)彎曲疲勞極限；T -1p :表征對(duì)稱(chēng)拉壓疲勞極限；T-1 :表征對(duì)稱(chēng)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(guò)載損傷界：材料在過(guò)載應(yīng)力下工作一定周次后，會(huì)造成過(guò)載疲勞

37、損傷，而低于某一周次的預(yù)先過(guò) 載對(duì)其后進(jìn)行的疲勞壽命沒(méi)有影響，該最低循環(huán)周次的軌跡叫過(guò)載損傷界。(4)疲勞門(mén)檻值 Kth :疲勞裂紋不擴(kuò)展的 K臨界值。3、試述金屬疲勞斷裂的特點(diǎn)答:疲勞斷裂是低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂；疲勞斷裂是脆性斷裂；疲勞斷裂對(duì)缺陷十分敏感；4、試述疲勞宏觀(guān)斷口的特征及其形成過(guò)程。答：從疲勞的宏觀(guān)斷口的來(lái)看，有三個(gè)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(jī)件外表，常和缺口、裂紋、刀痕、蝕坑 等缺陷相連，因?yàn)檫@里的應(yīng)力集中會(huì)引發(fā)疲勞裂紋。疲勞區(qū)是疲勞裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)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(kuò)展所形成的斷口區(qū)域。5、試述疲勞曲線(xiàn)S-N及疲勞極限的測(cè)試方法。答：疲勞曲線(xiàn)S-N通常是用旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)測(cè)定的，用四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)機(jī)，這種試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，操作方面，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)稱(chēng)循環(huán)和恒應(yīng)力幅的要求，因此比擬廣泛。試驗(yàn)時(shí)，用升降法測(cè)定條件疲勞 極限，用成組試驗(yàn)測(cè)定高應(yīng)力局部，然后將上述兩試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理，并擬合成疲勞曲線(xiàn)，再測(cè)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(xiàn)的另一種表達(dá)形式。根據(jù)平均應(yīng)力對(duì)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(jī)

39、理及阻止疲勞裂紋萌生的一般方法。答: 宏觀(guān)疲勞裂紋是由微觀(guān)裂紋的形成、長(zhǎng)大及連接而成的。疲勞微觀(guān)裂紋都是由不均勻的局部滑 移和顯微開(kāi)裂引起的，主要有外表滑移開(kāi)裂，第二相、夾夾雜物或其界面開(kāi)裂；晶界或亞晶界開(kāi)裂等。 阻止疲勞裂紋萌生方法有：細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化，降低第二相和夾雜物的脆性，提高相界面強(qiáng)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(qiáng)化，凈化均能抑制晶界裂紋形成，提高疲勞強(qiáng) 度。8、試述影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的主要因素，并和疲勞裂紋萌生的影響因素進(jìn)行比照分析。答：影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的因素有：應(yīng)力比 r 或平均應(yīng)力b m、過(guò)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(kāi)裂，第二相、夾夾雜物或其界面開(kāi)裂；晶界或亞晶界開(kāi)裂等。從兩者 來(lái)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(méi)有關(guān)系。9、試述疲勞微觀(guān)斷口的主要特征及其形成模型。答：疲勞微觀(guān)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(rèn)是塑性鈍化模 型，也稱(chēng)為 Laird 疲勞裂紋擴(kuò)展模型，在交變應(yīng)力為零時(shí)裂紋閉合，這是在開(kāi)始一循環(huán)周次時(shí)的原始狀 態(tài)。當(dāng)拉應(yīng)力增加，裂紋張開(kāi)，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(shí)裂紋張開(kāi)至最大，塑性變形的范圍也隨之?dāng)U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(kāi)呈半圓形，這時(shí)裂紋便停止擴(kuò)展。當(dāng)應(yīng)力變?yōu)閴嚎s應(yīng)力時(shí)，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(shí)，裂紋 便完全閉合，又恢復(fù)到原始狀態(tài)，具體見(jiàn)有關(guān)書(shū)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(kuò)展壽命和剩余壽命的估算方法及步驟。答：通過(guò)疲勞裂紋擴(kuò)展速率表達(dá)式，用積分方法算出疲勞裂紋擴(kuò)展壽命和疲勞剩余壽命；具體步驟如 下：計(jì)算k，再計(jì)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(jiàn)書(shū)本上例題11、試述b -i與厶Kth的異同及各種強(qiáng)化方法影響的異同。答-1：指當(dāng)循環(huán)應(yīng)力水平降低到b-i以下時(shí)，試樣可以經(jīng)無(wú)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(wú)限壽命疲勞強(qiáng)度；Kth表示材料阻止裂紋開(kāi)始擴(kuò)展的性能，是材料的力學(xué)性能指標(biāo)，其值越大，阻止疲勞裂紋開(kāi)始擴(kuò)展的能力就越大，材料就越好，是裂紋試樣的無(wú)限壽命疲勞性能，適于 裂紋件的設(shè)計(jì)和校核。12、試述金屬外表強(qiáng)化對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。答：金屬外表強(qiáng)化處理可在機(jī)件外表產(chǎn)生有利的剩余應(yīng)力，同時(shí)還以提高機(jī)件外表的強(qiáng)度和硬度，這兩種作用都能提高疲勞強(qiáng)度具體見(jiàn)有關(guān)書(shū)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(chēng)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(cuò)的運(yùn) 動(dòng)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(qiáng)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(shí)，材料的沖擊疲勞斥力主要取決于塑性；沖擊能量低時(shí)，沖擊疲勞斥力那么主要取決于強(qiáng)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(biāo)之間也不存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，而是在某一溫度下有一個(gè)峰值，該峰值隨沖擊能量增加向高溫方向移動(dòng)。沖擊韌度的影響，因材料強(qiáng)度不同而異。對(duì)于提高多沖疲勞強(qiáng)度的方法要 根據(jù)具體材料而定。16、試述熱疲勞和熱機(jī)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(jī)械疲勞是溫度循環(huán)和機(jī)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(qiáng)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(dòng)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(guò)一段時(shí)間后所產(chǎn)生的低應(yīng)力脆斷現(xiàn) 象，那么稱(chēng)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(diǎn)：當(dāng)鋼中含有過(guò)量的氫時(shí)，隨溫度的降低，氫在鋼中的溶解度逐漸減小，如果過(guò)飽和的未擴(kuò)散 逸出，便聚集在某些缺陷處形成氫分子。此時(shí)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(chēng)為白點(diǎn)。(4) 氫化物致脆：對(duì)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(chēng)為氫化物致脆。(5) 氫致延滯斷裂：高強(qiáng)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(lái)存在的或從環(huán)境 介質(zhì)中吸收的)，在低于屈服強(qiáng)度的應(yīng)力持續(xù)作用下，經(jīng)過(guò)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(kuò)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(chēng)為氫致延滯斷裂。2、說(shuō)明以下力

47、學(xué) 性能指標(biāo)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(chǎng)強(qiáng)度因子。(3) K I HEC ;氫脆臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子。4) da/dt ：應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率。3、試述金屬產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的條件及機(jī)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(jī)理：主要介紹以陽(yáng)極溶解為根底的鈍化膜破壞理論。對(duì)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(jìn)一步受到腐蝕，即處于鈍化狀 態(tài)，因此，在沒(méi)有應(yīng)力的作用下，金屬不會(huì)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(gè)新鮮的外表在電解質(zhì)溶液中成為陽(yáng)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(yáng)極金屬變成正離子進(jìn)入電解質(zhì)中而產(chǎn)生陽(yáng)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(yáng) 極電位降低，加速陽(yáng)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(jìn)行，鈍化 膜不能恢復(fù)，裂紋將逐步縱深擴(kuò)展。4、分析應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率da/dt與KI關(guān)系曲線(xiàn)，并與疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線(xiàn)進(jìn)行比擬。5、某高強(qiáng)度鋼的b = 1400MPa，在水的介質(zhì)中的 KI ssc= ni2,裂紋擴(kuò)展到第二階段的 da/dt=210-6m

49、m/s,第二階段結(jié)束時(shí)的 KI = 62MPa- m1/2，該材料制成的機(jī)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(jī)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(qiáng)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(qiáng)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(lái)存在的或從環(huán)境介質(zhì)中吸收的，在低于屈服強(qiáng)度的應(yīng)力持續(xù)作用下，經(jīng)過(guò)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(kuò)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(chēng) 為氫致延滯斷裂。因?yàn)楫?dāng)應(yīng)變率較低時(shí)，

50、假設(shè)試驗(yàn)溫度過(guò)低，氫的擴(kuò)散速率很慢，永遠(yuǎn)跟不上位錯(cuò)的運(yùn) 動(dòng)。因此不能形成氫氣團(tuán)，氫也難以聚集，就不會(huì)出現(xiàn)氫脆，當(dāng)溫度變大一些，氫的擴(kuò)散速率與位錯(cuò)運(yùn) 動(dòng)速率逐步適應(yīng)，于是塑性開(kāi)始降低。當(dāng)溫度升到更大的時(shí)候，兩者運(yùn)動(dòng)速率完全吻合，此時(shí)塑性最 差，對(duì)氫脆最敏感。溫度再升高時(shí)，一方面形成氫氣團(tuán)，同時(shí)由于熱作用，又促進(jìn)已聚集的氫原子離開(kāi) 氣團(tuán)向四周均勻擴(kuò)散，降低了氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)的“釘扎作用，并減少氫偏聚的嘗試于是金屬的塑性開(kāi)始上 升。當(dāng)溫度更大時(shí)，氫氣團(tuán)完全被擴(kuò)散破壞，氫脆現(xiàn)象完全消除。應(yīng)變速率對(duì)氫脆敏感性的影響也是如 此。所以高強(qiáng)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(qiáng)度鋼的應(yīng)力腐蝕與氫致延滯斷裂的認(rèn)識(shí)方法。答：可采用極化試驗(yàn)方法，即利用外加電流對(duì)靜載下產(chǎn)生裂紋時(shí)或裂紋擴(kuò)展速率的影響來(lái)判斷。當(dāng)外加 小的陽(yáng)極電流而縮短產(chǎn)生裂紋時(shí)間的是應(yīng)力腐蝕；當(dāng)外加小的陰極電流而縮短產(chǎn)生裂紋時(shí)間的是氫致延 滯斷裂。對(duì)于一個(gè)已斷裂的機(jī)件來(lái)說(shuō)，還可從斷口形貌上來(lái)加以區(qū)分。具體見(jiàn)書(shū)P168。8、有一 M24栓焊橋梁用高強(qiáng)度螺栓，采用40B鋼調(diào)質(zhì)制成，抗拉強(qiáng)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(guān)察斷口發(fā)現(xiàn)，裂紋從螺紋根部開(kāi)始，有明顯的 沿?cái)嗔烟卣?，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(jī)械外表相接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，外表逐漸有微小顆粒別離出來(lái)形成磨屑，使外表材料逐漸 損失、造成外表?yè)p傷的現(xiàn)象。 2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：在穩(wěn)定磨損階段前，摩擦副雙方外表逐漸被磨平，實(shí)際接觸面積增大的過(guò)程。 5咬死：在粘著磨損的過(guò)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(dòng)成為相同金屬間的滑動(dòng)，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(jī)件兩接觸而作滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)摩擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力長(zhǎng)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(chēng)外表疲勞磨損或疲勞磨 損。2、試比擬三類(lèi)磨粒磨損的異同，并討論加工硬化對(duì)它們的影響。答：1 低應(yīng)力劃傷式的磨料磨損，它的特點(diǎn)是磨料作用于零件外表的應(yīng)力不超過(guò)磨料的壓潰強(qiáng)度，材 料外表被輕微劃傷。生產(chǎn)中的犁伴，及煤礦機(jī)械中的刮板輸送機(jī)油楷磨損情況就是屑于這種類(lèi)型。 2 高應(yīng)力輾碎式的磨料磨損，其特點(diǎn)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(qiáng)度。生產(chǎn)中 球磨機(jī)村板與磨球，破碎式滾筒的磨損便是屬于這

54、種類(lèi)型。 3 鑿削式磨料磨損，其特點(diǎn)是磨料對(duì)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(jī)斗齒及領(lǐng)式破碎機(jī)的齒板。3、試述粘著磨損產(chǎn)生的條件、機(jī)理及其防止措施。加工硬化對(duì)金屬材料抗磨粒磨損能力的影響，因磨損類(lèi)型不同而異。在低應(yīng)力擦傷性磨粒磨損時(shí)，加工硬化對(duì)材料的耐磨性沒(méi)有影響，這是由于磨?；蛴驳耐箤缇植壳邢鹘饘贂r(shí)，局部區(qū)域產(chǎn)生急劇 加工硬化，比預(yù)先加工硬化要?jiǎng)×业枚嗨?。但在高?yīng)力碾碎性磨粒磨損時(shí)，加工硬化能顯著提高耐磨 性，因?yàn)榇藭r(shí)磨損過(guò)程不同于低應(yīng)力下的情況，外表金屬材料主要是通過(guò)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(jī)理及其防止措施。答：粘著磨損是在滑動(dòng)摩擦條件下，當(dāng)摩擦副相對(duì)滑動(dòng)速度較小時(shí)發(fā)生的，它是因缺乏潤(rùn)滑油，摩 擦副外表無(wú)氧化膜，且單位法向載荷很大，以致接觸應(yīng)力超過(guò)實(shí)際接觸點(diǎn)處屈服強(qiáng)度而產(chǎn)生的一種磨 損；其機(jī)理是摩擦副實(shí)際外表上總存在局部凸起，當(dāng)摩擦副雙方接觸時(shí)，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。倘假設(shè)接觸面上潔凈而未受到腐蝕，那么局部塑性變形會(huì)使兩個(gè)接 觸面的原子彼此十分接近而產(chǎn)生強(qiáng)烈粘著。隨后在繼續(xù)滑動(dòng)的過(guò)程中，粘著點(diǎn)被剪斷并轉(zhuǎn)移到一方金屬 外表，然后脫落下來(lái)便形成磨屑。一個(gè)粘著點(diǎn)剪斷了，又在新的地方粘著，隨后也被剪斷的過(guò)程，構(gòu)成 了磨損過(guò)程。4、