材料力學(xué)性能習(xí)題及解答庫(kù)

1、習(xí)題答案一. 解釋下列名詞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：在彈性范囤內(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，稱為金屬的循環(huán)韌性。4、包申格效應(yīng)：先加載致少疑塑變，卸載，然后在再次加載時(shí)，出現(xiàn)oe升髙或降低的現(xiàn) 象。5、解理刻而：大致以晶粒大小為單位的解理而稱為解理刻而。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而之間岀現(xiàn)的

2、臺(tái)階叫解理臺(tái)階；8、河流花樣：當(dāng)一些小的臺(tái)階匯聚為在的臺(tái)階時(shí)，英表現(xiàn)為河流狀花樣。I9、解理而：晶體在外力作用下嚴(yán)格沿著一泄晶體學(xué)平而破裂，這些平而稱為解理而。10、穿晶斷裂和沿晶斷裂：沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴(kuò)展，一左是脆斷，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)化稱為韌脆轉(zhuǎn)變。二、說(shuō)明下列力學(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呈:，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、。、

3、os:(兒：表示規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力，試樣卸除拉伸力后，其標(biāo)距部分的殘余 伸長(zhǎng)達(dá)到規(guī)左的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力。o :表示規(guī)立殘余伸長(zhǎng)率為時(shí)的應(yīng)力。os： 表征材料的屈服點(diǎn)。3、ob：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、figt.巾：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。 A 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。巾是斷面收縮率，縮頸處橫截而積 的最大縮減

4、量與原始橫截而積的百分比。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)英影響也不大，所以，金 屬材料的彈性模呈:是一個(gè)對(duì)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)。四、今有45、40Cr、35CrM。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)韌性髙，以保證機(jī)器的穩(wěn)泄運(yùn)轉(zhuǎn)?；诣T鐵中含有不易傳送禪性機(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，并解釋bcc金屬及其合金與

5、fee金屬及苴合金屈 服行為不同的原因。6、試述退火低碳鋼、中碳鋼及髙碳鋼的屈服現(xiàn)象在拉伸力一伸長(zhǎng)曲線圖上的區(qū)別為什么 答：從退火低碳鋼、中碳鋼及髙碳鋼的拉伸力一伸長(zhǎng)曲線圖上可以明顯看出，三種不同鋼種 的拉伸力一伸長(zhǎng)曲線圖有區(qū)別，可以看岀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) 度在提髙。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、決左金屬屈服強(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型、 晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)、溶質(zhì)元素

6、、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)泄金屬材料塑性的優(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)論苴是否產(chǎn)生縮頸，用8來(lái)評(píng)泄材料的塑性, 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，則用4作為塑性指標(biāo)。因?yàn)?反映了材料斷開(kāi)前的最大塑 性變形呈:，而此時(shí)則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4）上更為突出，所以4）比8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)化晶粒提髙金屬?gòu)?qiáng)度的方法，它既可以

7、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，沿滑移而分離而造成的滑移而分離斷裂，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，英 斷口呈鋒利的楔形或刀尖型。而解理斷裂是金屬材料在一左條件下，當(dāng)

8、外加正應(yīng)力達(dá)到一眾 數(shù)值后，以極快速率沿一建晶體學(xué)平而產(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，則要求防止應(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)和剪切曆；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試驗(yàn)溫度、加載速率和腕力狀態(tài)不同而變化。1

9、4、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花樣。根據(jù)人字紋花樣的放射方向，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)fee金屬而言在能量上是不利的。16、通常純鐵的Y S = 2J / m1/E=2*lO5MPa,ao=XlO 10m,試求其理論斷裂強(qiáng)度。m。解：由題意可得:E冷、1/22x105x2、 6/0 )(2.5x10。丿=4.0 x 104 Mpa17、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，并指岀理論的局限性。18、若一薄板物體內(nèi)部存在一條長(zhǎng)3 mm的裂紋，且a0 = 3X10 8cm,試求脆性

10、斷裂時(shí)的斷裂 應(yīng)力。（設(shè) o m=2X105MPa ）19、有一材料E=2X10uN/m ys=8N/m,試計(jì)算在7X107N/ nV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)度與抗拉強(qiáng)度Qb有何區(qū)別答：抗拉強(qiáng)度ob指材料在拉伸過(guò)程中，從開(kāi)始到發(fā)生斷裂時(shí)所達(dá)到的最大應(yīng)力值。它表示 鋼材抵抗斷裂的能力大小。斷裂強(qiáng)度oc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。21、鐵素體的斷裂強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度均與晶粒尺寸d咗成正比，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、有哪些因素決左韌性斷口的宏觀形貌答：韌性斷口的宏觀形貌決左于第二

11、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。25、試根據(jù)下述方程（Sd+kyky=2G Y 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?。唬?）應(yīng)力狀態(tài)：（6）加載速率。第二承習(xí)題及答案1解釋下列名詞：（1）應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)：表征最大切應(yīng)力fax與的比值。（2）缺口效應(yīng)：由于缺口的存在，在靜載作用下，缺口截而上的應(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(qiáng)度0,”與光滑試樣的抗拉強(qiáng)度6,的比值。（4）布氏硬度：用一立直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，以規(guī)圧的試驗(yàn)力（F）

12、壓入式樣表而，經(jīng) 規(guī)泄保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面的壓痕直徑（L）。布氏硬度值是以試驗(yàn)力除以壓 痕球形表而積所得的商。以HBS （鋼球）表示，單位為N/mm2（MPa）oHB = 002F =0.204F其計(jì)算公式為：A D（D-ylD-d）式中：F-壓入金屬試樣表而的試驗(yàn)力，N；D-試驗(yàn)用鋼球直徑，mm：d-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圧入試件表而，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，材料硬度越髙。$（6）維氏硬度：是根據(jù)圧痕單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算

13、硬度值。所采用的壓頭是兩相對(duì) 而間夾角為136的金剛石四棱錐體，壓頭的試驗(yàn)力作用下將試樣表而壓出一個(gè)四方錐形的 壓痕，經(jīng)一立保持時(shí)間后擔(dān)卸除試驗(yàn)力，測(cè)量壓痕對(duì)角線平均長(zhǎng)度d,用以汁算壓痕表面積。 維氏硬度的值為試驗(yàn)力除以壓痕表而積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)力除以壓痕表面積之商值，而是除以壓痕投影而積之商值。（8）肖氏硬度：是將一泄質(zhì)疑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 表而，根據(jù)重錘回跳的高度來(lái)表征金屬硬度值大小，因而也稱為回跳硬度。（9）里氏硬度：是用規(guī)泄質(zhì)呈:的沖擊體在彈力作用下

14、以一左速度沖擊試樣表面，用沖頭的 回彈速度表征金屬的硬度值。2. 說(shuō)明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義（1）bc：指抗壓強(qiáng)度;（2）obb:指抗彎強(qiáng)度：（3）Ts：指材料的扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)：（4）xb :指抗扭強(qiáng)度；（5）obn：指有缺口試樣的抗拉強(qiáng)度；I（6JNSR：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)出的洛氏硬度值；（10）HRB：指用鋼球壓頭測(cè)出的洛氏硬度：（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）HK:指努氏硬度試驗(yàn);（14）HS：指肖氏硬度：

15、（15）HL:指里氏硬度;2_2)式中：F-壓入金屬試樣表而的試驗(yàn)力，N；D-試驗(yàn)用鋼球直徑，mm：d-壓痕平均直徑，mm。因布氏硬度壓頭較大，因而所得圧痕而積較大。這樣硬度值能反映金屬在較大范囤內(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)泄的外加載荷下，將鋼球或金剛石壓頭垂直壓入試件表而，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。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，

16、可在工件上進(jìn)行試驗(yàn)：采用不同標(biāo)尺 可測(cè)左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；若材料中有偏析及組織不均勻等缺陷，則所測(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，不能直接比較。維氏硬度：是根據(jù)壓痕單位而枳所承受的試驗(yàn)力汁算硬度值。所采用的壓頭是兩相對(duì)而 間夾角為136的金剛石四棱錐體，壓頭的試驗(yàn)力作用下將試樣表而壓岀一個(gè)四方錐形的壓 痕，經(jīng)一立保持時(shí)間后擔(dān)卸除試驗(yàn)力，測(cè)量壓痕對(duì)角線平均長(zhǎng)度d,用以汁算壓痕表而積。 維氏硬度的值為試驗(yàn)力除以壓痕表而積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)

17、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)角線長(zhǎng)度后才能進(jìn)行計(jì)算或査表，因此，工作效率比洛氏硬度低得多。&今有如下零件和材料等需測(cè)左硬度，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：用洛氏硬度；（3）灰鑄鋼：用布氏硬度；（4）鑒別鋼中的隱晶馬氏體與殘余奧氏體：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）髙速鋼刀具：用維氏硬度：（9）硬質(zhì)合金：用洛氏硬度；第三

18、章習(xí)題與答案1. 解釋下列名詞:（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:然后將具有一泄質(zhì)量m的擺錘興到一立髙度H1,使其獲得一泄位能mgHl. 釋放擺錘沖斷試樣，擺錘的剩余能量為mgH2,則擺錘沖斷試樣失去的位能mgHl -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)（鐵素體一珠光體鋼），在試驗(yàn)溫度低于某一溫度M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?由纖

19、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(chǔ)備：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)明下列力學(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）FATT5o：在用能量法左義tk時(shí)，取結(jié)晶區(qū)而枳占整個(gè)斷口而積50洵時(shí)的溫度：（3）NDT：表征以低階能開(kāi)始上升的溫度：（4）FTE：表征以低階能和髙階能平均值對(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, Crl2MoV. 3Cr2

20、W8V, 40CrNiMo, 30CrMnSi, 20CrMnTi,鑄鐵。4. 試說(shuō)明低溫脆性的物理本質(zhì)及英影響因素。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. 試述焊接船舶比鉀接船舶容易發(fā)生脆性破壞的原因。6. 下列三組實(shí)驗(yàn)方法中，請(qǐng)舉出每一組中哪種實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得的tk較高為什么拉伸和扭轉(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(méi)有 呢&簡(jiǎn)述根拯韌脆轉(zhuǎn)變溫度分析機(jī)件脆斷失

21、效的優(yōu)缺點(diǎn)。第四章習(xí)題與答案1.解釋下列名詞:（1）低應(yīng)力脆斷：當(dāng)容器或構(gòu)件采用強(qiáng)度髙而韌性差的材料時(shí)，在應(yīng)力水平不髙，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(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)展的裂紋稱為張開(kāi)型（1型）裂紋。（3）應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)：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K】：表征應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度。（5）小范I科屈服：指在裂紋尖端一圧范|1：1內(nèi)發(fā)生的屈服的現(xiàn)象。（6）塑性區(qū)：指在裂紋尖端一泄范圍內(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

22、紋擴(kuò)展能量釋放率G1：把裂紋單位而積時(shí)系統(tǒng)釋放勢(shì)能的數(shù)值稱為裂紋擴(kuò)展能疑 釋放率G】（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)式或左義類似于G。（13）裂紋擴(kuò)展J判斷;（14）COD：（15）COD 判據(jù):（16）韌帶：2說(shuō)明下列斷裂韌度指標(biāo)的意義及相互關(guān)系：（1）Klci Kc：表征KI增大達(dá)到臨界值時(shí)，也就是在裂紋尖端足夠大的范吊I內(nèi)應(yīng)力達(dá)到了 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）G1C:表示材料阻止裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)單位而積所消耗的能量。（3）J1C：表示材料抵抗裂紋開(kāi)始擴(kuò)展的能

23、力。（4）6C：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a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。&試述塑性區(qū)對(duì)Ki的影響及Kt的修正方法和結(jié)果。9. 試用Griffith模型推導(dǎo)6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)單敘述COD的意義及苴表達(dá)式。12. 試述Kg的測(cè)試原理及其對(duì)試樣的基本要求。13. 試述Kg與材料強(qiáng)度、塑性之間的關(guān)系。14. 試述K】c和Akv的異同及其相互之間的關(guān)系。15. 試

24、述影響Kg的冶金因素。答：影響Kg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=1200MPa. K1C=2探傷發(fā)現(xiàn)有20mm長(zhǎng)的橫向穿透裂紋，若在平均軸向拉應(yīng)力900MPa下工作，試算心及塑性區(qū)的寬度R。.，并判斷該件是否安全解：由題意可知：J =1200MPa, Kic=2. 2a=20mm, tr = 900MPa由r/70.2 = 900/1200 = 0.75,必須考慮塑性區(qū)修正問(wèn)題。由于裂紋叮以看成是無(wú)限大板穿透裂紋，故裂紋的形狀系數(shù)Y二石。便得到Ki修Ycyfa/1一0056廠（07

25、刊2）2900xvx0.0171-0.056 x0.752= 167.92 2 yzi /?0 =0.056x2 一 :0丿= 0.056x2xr 167,92 V=0.0022/? = 2.2mm由于Ki K1C,所以該件不安全。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，斷口分析表明有25mm深的表面半橢圓疲勞區(qū)，根據(jù)裂紋a/c可以確泄中=1,測(cè)試材料的 =720MPa,試估算 材料的斷裂韌度Ki c是多少解：由題意可得：O =720MPa. =l O =150MPa/a=25mm/那么有：b/b0.2 = 150/720 = 0.21,不須考慮塑性區(qū)的修正問(wèn)

26、題=150 xV0025 =81.96 2 1由于軸件發(fā)生了斷裂，則有KI K1C/所以材料的斷裂創(chuàng)度Kg小于18、有一構(gòu)件制造時(shí)，出現(xiàn)表而半橢圓裂紋，若a=lmm,在工作應(yīng)力o= 1000 MPa I ll作, 應(yīng)該選什么材料的o與Qc配合比較合適構(gòu)件材料經(jīng)不同熱處理后，英。與Re的變化列于 下表。011001200130014001500Kic.11095756055解：由題意和表格可得:a=lmmt o =1000 MPa,那么有:對(duì)于第一種工藝：由于b/b02 = 1000/1100 = 0.91,必須考慮塑性區(qū)修正問(wèn)題。由于裂 紋町以看成半橢圓裂紋，設(shè)a/c=，査表可知=,故裂紋的形

27、:蘭 便得到K； 修正值:K1 =_=根據(jù)此式，可求得斷裂應(yīng)力 c的計(jì)算式為:1.28x110J，-0212(b/b02)2orl = j八j . = 1828 MPaj38a + 0.212(klc/b02)23.8 x 0.001 + 0.212(110/1100)2ocl匕工藝滿足要求。同理:其它幾種工藝可用同樣方法分別求出o c2, o c3, o c4zo c5對(duì)第二種工藝來(lái)說(shuō): 由于7/匕工藝滿足要求。對(duì)于第三種工藝:由于 b/ a0.2 = 1000/1300 = 0.77,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=，査表可知，故裂紋的形狀系數(shù)丫=四魚(yú)。便得到

28、Ki修正值:Kl = jLib厲根據(jù)此式，可求得斷裂應(yīng)力o c的訃算式為:klc1.28x752 -O212(b/bO2)2or 3 =j= 1433 MPaJ3& + 0.212(/clc/a0.2)23.8 x 0.001 + 0.212(75 /13OO)2oc3 o匕工藝滿足要求。對(duì)于第四種工藝: 由于er/匕工藝滿足要求。對(duì)于第五種工藝：由于ct/oO.2 = 1000/1500 = 0.67,不必考慮塑性區(qū)修正問(wèn)題。由于裂紋町以看成丫赴罔 裂紋，設(shè)a/c=，査表可知 A故裂紋的形狀系數(shù)丫=丄巫。便得到斷裂應(yīng)力的計(jì)算式 為:1.28x55GCS =1X yjm.1=-1135 MPa

29、1.1x7x0.0010 c5 o，此工藝滿足要求。第五章習(xí)題與答案1、解釋下列名詞（1）應(yīng)力范囤: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)變范用：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Q 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)件表而，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)

30、疲勞裂紋。（8）疲勞貝紋線：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花樣。（10）駐留滑移帶：在疲勞多次循環(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, 將成為嵌入材料表而的微小裂紋源，該滑移帶被稱為“駐留滑移帶”。（11）擠出脊和侵入溝：（12）AK：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，稱為疲勞裂紋擴(kuò)展速率。（24）疲勞壽命：（15）過(guò)渡壽命；（16）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

31、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、解釋下列疲勞性能指標(biāo)的意義（1）疲勞強(qiáng)度 0-1， -ip, T .lfO -lp；0-i：表征對(duì)稱彎曲疲勞極限：0-lp：表征對(duì)稱拉壓疲勞極限；T-1:表征對(duì)稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限：-lN：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)力下工作一泄周次后，會(huì)造成過(guò)載疲勞損傷，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)

32、檻值A(chǔ)Kth：疲勞裂紋不擴(kuò)展的!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、試述疲勞宏觀斷口的特征及英形成過(guò)程。答：從疲勞的宏觀斷口的來(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)。e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)件表面，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拯。瞬斷區(qū)是裂紋最后失穩(wěn)快速擴(kuò)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(cè)試方法。答：疲勞曲線（S-N）通常是用旋轉(zhuǎn)

33、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)稱循環(huán)和恒應(yīng)力幅的要求，因此比較廣泛。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)定髙應(yīng)力部分，然后將上述兩試驗(yàn)數(shù)拯整理，并 擬合成疲勞曲線，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，也是疲勞曲線的另一種表達(dá)形式。根據(jù)平均應(yīng)力 對(duì)疲勞極限or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)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(zhǎng)大及連接而成的。疲勞微觀裂紋都是

34、由不均 勻的局部滑移和顯微開(kāi)裂引起的，主要有表而滑移開(kāi)裂，第二相、夾夾雜物或其界而開(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，提髙相界面強(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)行對(duì)比分析。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om）、過(guò)載峰、材料的組 織：而影響疲勞裂紋萌生因素有：表而滑移開(kāi)裂，第二相、夾夾雜物或其界而開(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

35、材料內(nèi)部缺陷所引起的, 而與外載幾乎沒(méi)有關(guān)系。9、試述疲勞微觀斷口的主要特征及英形成模型。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，比較公認(rèn)是塑 性鈍化模型，也稱為L(zhǎng)aird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，塑性變形的范用也隨之?dāng)U大，即表示裂紋 尖端的塑性變形范用。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：理 想狀態(tài)是假泄裂紋尖端張開(kāi)呈半圓形，這時(shí)裂紋便停I匕擴(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，

36、裂紋表面漸被壓縮，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、試述與AKth的異同及各種強(qiáng)化方法影響的異同。答：-i：指當(dāng)循環(huán)應(yīng)力水平降低到以下時(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，它是光滑試樣的無(wú)限壽命疲勞強(qiáng)度；AKth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)，英值越大，阻

37、I上疲勞裂紋開(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、試述金屬表面強(qiáng)化對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。答：金屬表而強(qiáng)化處理可在機(jī)件表面產(chǎn)生有利的殘余應(yīng)力，同時(shí)還以提髙機(jī)件表而的強(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)變范囤循環(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)變范鬧循環(huán)作用下，隨循環(huán)周次增加英 應(yīng)力（形變抗力）不斷減?。阂a(chǎn)生循環(huán)硬化和循環(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)

38、。14、試述低周疲勞的規(guī)律及曼森一柯芬關(guān)系。（15、試述多沖疲勞規(guī)律及提髙多沖疲勞強(qiáng)度的方法。答：多沖疲勞規(guī)律是：與低周疲勞相似，在沖擊能量髙時(shí)，材料的沖擊疲勞斥力主要取 決于塑性：沖擊能量低時(shí)，沖擊疲勞斥力則主要取決于強(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，該烽值隨沖擊能量增加向髙溫方向移動(dòng)。沖擊韌度的影響，因材料強(qiáng) 度不同而異。對(duì)于提髙多沖疲勞強(qiáng)度的方法要根據(jù)具體材料而左。16、試述熱疲勞和熱機(jī)械疲勞的特征及規(guī)律：欲提髙熱鍛模具的使用壽命，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

39、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 o b=610MPa/。-l=300MPat 試用 Goodman 公式繪制。max o min）- om 疲勞圖，并確左。、和。等疲勞極限。18 有一板件在脈動(dòng)載荷下工作,o max=200MPa/ o min=0,其材料的。b=670MPa. o =600MPa. KicParis

40、公式中c=X1012t n=3o 0,使用中發(fā)現(xiàn)有0.1mm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、解釋下列名詞（1）應(yīng)力腐蝕：金屬在拉應(yīng)力和特左的化學(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，則稱為應(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(diǎn)：當(dāng)鋼中含有過(guò)呈: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。這種微裂紋的斷而呈圓形和橢圓形，顏色

41、呈銀白 色，故稱為白點(diǎn)。（4）氫化物致脆：對(duì)于【VB或VB族金屬（如純鈦、a-鈦合金、銳、錯(cuò)、規(guī)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：髙強(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)象稱為氫致延滯斷裂。2、說(shuō)明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義（1）0SSC：表征材料不發(fā)生應(yīng)力腐蝕的臨界應(yīng)力。（2）Klssc:應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力場(chǎng)

42、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)極溶解為基礎(chǔ)的鈍化膜破壞理論。對(duì)應(yīng) 力腐蝕敏感的合金在特左的化學(xué)介質(zhì)中，首先在表而形成一層鈍化膜，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。若有拉應(yīng) 力作用，則可使局部地區(qū)的鈍化膜破裂，顯需出新鮮的表而。這個(gè)新鮮的表而在電解質(zhì)溶液 中成為陽(yáng)極，其余具有鈍化膜的金屬表面成為陰極，從而形成腐蝕微電池。陽(yáng)極金屬變成正 離子進(jìn)入

43、電解質(zhì)中而產(chǎn)生陽(yáng)極溶解，于是在金屬表而形成蝕坑。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K I關(guān)系曲線，并與疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線進(jìn)行比較。5、某髙強(qiáng)度鋼的。=1400MPa,在水的介質(zhì)中的K I ssc= - 裂紋擴(kuò)展到第二階段的 da/dt=2X10-6mm/s,第二階段結(jié)朿時(shí)的K I =62MPa該材料制成的機(jī)件在水介質(zhì)中 工作，工作拉應(yīng)力 =400MPao探傷發(fā)現(xiàn)該機(jī)件表而有半徑

44、a0=4mm的半圓形裂紋。試粗略 估算英剩余壽命。6、何為氫致延滯性斷裂為什么髙強(qiáng)度鋼的氫致延滯斷裂是在一立的應(yīng)變速率下和一泄的溫 度范用內(nèi)岀現(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)一段孕療期后，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)象稱為氫致延滯斷裂。因?yàn)楫?dāng)應(yīng)變率較低時(shí)，若試驗(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)岀現(xiàn)氫脆，當(dāng)溫度變大一些，氫的擴(kuò)散速率與位

45、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)，一方而形成氫氣團(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。所以髙強(qiáng)度鋼的氫致延滯斷裂是在一立的應(yīng)變速率下和一泄的溫度范用內(nèi)岀現(xiàn)。7、試述區(qū)別高強(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)

46、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）O8、有一 M24栓焊橋梁用髙強(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650MPao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(kāi)始，有明顯的沿?cái)嗔烟卣?，隨后是快速脆斷部分。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、解釋下列名詞:（1）磨損：機(jī)械表而相接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，表而逐漸有微小顆粒分

47、離出來(lái)形成磨眉，使 表而材料逐漸損失、造成表而損傷的現(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)左磨損階段前，摩擦副雙方表而逐漸被磨平，實(shí)際接觸而積增大的過(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，英碎片則轉(zhuǎn)較硬一方的 表而上，軟方金屬在硬方表而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，表而較粗糙，發(fā)生卡死的現(xiàn)象。（6）犁皺：韌性金屬材料在磨粒磨損后表面的形貌。（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

48、表而因疲勞損傷，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 表而疲勞磨損或疲勞磨損。2、試比較三類磨粒磨損的異同，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)是磨料作用于零件表面的應(yīng)力不超過(guò)磨料的壓 潰強(qiáng)度，材料表而被輕微劃傷。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 是屑于這種類型。（2）髙應(yīng)力輾碎式的磨料磨損，苴特點(diǎn)是磨料與零件表面接觸處的最大壓 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種類型。（3）鑿削式磨料磨損，其特點(diǎn)是磨料對(duì)材料表而有大的沖擊力，從材料表面鑿下較大顆料的 磨屑,如挖掘機(jī)斗齒及領(lǐng)式

49、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?；蛴驳耐箤绮糠智邢鹘饘贂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)，加工硬化能顯著提髙耐磨性，因?yàn)榇藭r(shí)磨損過(guò)程不同于低應(yīng)力下的情況，表面金屬材料 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)滑汕，摩擦副表面無(wú)氧化膜，且單位法向載荷很大，以

50、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)際表面上總存在局部凸起，當(dāng)摩擦副雙方接觸時(shí), 即使施加較小載荷，在真實(shí)接觸而上的局部應(yīng)力就足以引起塑性變形。倘若接觸而上潔凈而 未受到腐蝕，則局部塑性變形會(huì)使兩個(gè)接觸而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)移到一方金屬表而，然后脫落下來(lái)便形成磨酬。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、滑動(dòng)速度和接觸壓力對(duì)磨損量有什么影響答：滑動(dòng)速度和接觸壓力越大，磨損量會(huì)越大（具體見(jiàn)有關(guān)書(shū)籍）。（5、比較粘著磨損、磨粒磨損和微動(dòng)磨損摩擦而的形貌特征。答：三者相比，磨粒磨損的特征最明顯：磨粒磨損而