《材料力學(xué)性能》復(fù)習(xí)提綱-陳艷

1、材料力學(xué)性能復(fù)習(xí)提綱第一章 金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能1.拉伸變形過程；可分為彈性變形、不均勻屈服塑性變形、均勻塑性變形、不均勻集中塑性變形和斷裂幾個(gè)階段。 2.彈性不完整性（滯彈性，包申格效應(yīng) ），循環(huán)韌性；彈性不完整性：金屬的彈性變形與載荷方向和加載時(shí)間有關(guān)而表現(xiàn)出的非彈性性質(zhì)。金屬在彈性變形中存在滯彈性(彈性后效)和包申格效應(yīng)等彈性不完整現(xiàn)象。一、滯彈性(彈性后效)定義：在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時(shí)間的延長(zhǎng)而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變，即應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象。二包申格效應(yīng)定義：材料經(jīng)預(yù)先加載并產(chǎn)生少量塑性變形(殘余應(yīng)變?yōu)?%4%)，卸載后，再同向加載，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力增加，反向加載規(guī)

2、定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力降低的現(xiàn)象，稱為包申格效應(yīng)。循環(huán)韌性：金屬材料在交變載荷作用下吸收不可逆變形功的能力，叫做循環(huán)韌性，也稱為內(nèi)耗3.塑性變形方式，滑移，均勻屈服產(chǎn)生機(jī)制，影響屈服強(qiáng)度的因素；一·塑性變形的主要方式：滑移，孿生滑移：指的是金屬在切應(yīng)力作用下沿一定晶面(滑移面)和一定晶向(滑移方向)進(jìn)行的切變過程。二·均勻屈服 1、均勻屈服曲線的特點(diǎn) 有上、下屈服點(diǎn)，沒有屈服平臺(tái)。 2、均勻屈服的機(jī)制 低密度可動(dòng)位錯(cuò)理論，柯氏氣團(tuán)釘扎理論，位錯(cuò)塞積群理論三·影響屈服強(qiáng)度的因素阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)1、影響屈服強(qiáng)度的內(nèi)因 (1) 基體金屬的本性及晶格類型(P12)塑性變形主要沿基體相

3、進(jìn)行。 (2) 溶質(zhì)原子固溶強(qiáng)化：在純金屬中加入溶質(zhì)原子形成固溶體合金，將顯著提高屈服強(qiáng)度，稱為固溶強(qiáng)化。 (3) 晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)晶界(亞晶界)是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙。細(xì)晶強(qiáng)化：用細(xì)化晶粒提高金屬屈服強(qiáng)度(同時(shí)可以提高其塑性)的方法稱為細(xì)晶強(qiáng)化。(4) 第二相位錯(cuò)切過或繞過沉淀強(qiáng)化(時(shí)效強(qiáng)化)：依靠過飽和固溶體的脫溶產(chǎn)生的強(qiáng)化。 彌散強(qiáng)化：用粉末冶金的方法人為地加入第二相所造成的強(qiáng)化。沉淀強(qiáng)化與彌散強(qiáng)化的相同點(diǎn)：第二相以細(xì)小顆粒形式分布于基體中。沉淀強(qiáng)化與彌散強(qiáng)化之間的不同點(diǎn)如下表：強(qiáng)化類型強(qiáng)化機(jī)理熱穩(wěn)定性相圖要求高溫使用情況沉淀強(qiáng)化溶質(zhì)原子偏聚超過固溶度共格析出分散粒子阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。熱不穩(wěn)定。時(shí)

4、效有過程。欠時(shí)效時(shí)效過時(shí)效。有不能彌散強(qiáng)化外加分散粒子，無共格關(guān)系，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。熱穩(wěn)定的無能2、影響屈服強(qiáng)度的外因(1) 溫度：T，s。T，位錯(cuò)密度；同時(shí)晶界弱化(2) 應(yīng)變速率增大，s。(3) 應(yīng)力狀態(tài)切應(yīng)力分量越大(可促進(jìn)更多滑移系開動(dòng))，越有利于塑性變形，屈服強(qiáng)度則越低4. 應(yīng)變硬化（形變強(qiáng)化）及其產(chǎn)生原因和工程意義；應(yīng)變硬化：材料在應(yīng)力作用下進(jìn)入塑性變形階段后，隨著變形量的增大，形變應(yīng)力不斷提高的現(xiàn)象。機(jī)理：位錯(cuò)的增殖與交互作用導(dǎo)致的阻礙。2、 n 的意義(1) n較大，抗偶然過載能力較強(qiáng)；安全性相對(duì)較好；(2) 反映了金屬材料抵抗、阻止繼續(xù)塑性變形的能力，表征金屬材料應(yīng)變硬化的性能

5、指標(biāo)； (3) 應(yīng)變硬化是強(qiáng)化金屬材料的重要手段之一，特別是對(duì)不能熱處理強(qiáng)化的材料；(4) 提高強(qiáng)度，降低塑性，改善低碳鋼的切削加工性能。5.縮頸，抗拉強(qiáng)度；抗拉強(qiáng)度：定義：材料在靜拉伸條件下的最大位伸應(yīng)力。縮頸現(xiàn)象： 韌性材料，變形集中于局部區(qū)域 應(yīng)變硬化與截面減小共同作用的結(jié)果6. 塑性、脆性及韌性，塑性指標(biāo)；塑性：金屬材料斷裂前發(fā)生不可逆永久（塑性）變形的能力。 均勻塑性變形 + 集中塑性變形塑性指標(biāo) 斷后伸長(zhǎng)率 斷面收縮率d5> d10最大應(yīng)力下總伸長(zhǎng)率gt脆性：指材料收到外力時(shí)，其內(nèi)部容易產(chǎn)生裂紋并破壞的性質(zhì)韌性：指材料在斷裂前吸收塑性變形功和斷裂的能力靜力韌度：金屬材料在靜拉

6、伸時(shí)單位體積材料斷裂前所吸收的功。7.機(jī)件的失效形式：磨損、腐蝕和斷裂；8.斷裂的分類及各類斷口特征，韌性斷裂和脆性斷裂的區(qū)別，哪種斷裂更危險(xiǎn)及其原因；一、斷裂的分類（P24看） (一) 韌性斷裂和脆性斷裂 根據(jù)斷裂前塑性變形的大小進(jìn)行的分類。(1) 韌性斷裂：指的是在斷裂前發(fā)生明顯宏觀塑性變形的斷裂。斷口特征三要素：纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇。纖維區(qū)：灰暗色，裂紋擴(kuò)展速度慢； 放射區(qū)：裂紋擴(kuò)散速度快，低能量撕裂，有放射線花樣。 剪切唇：切斷。杯狀或錐狀，表面光滑，與拉伸軸成45°角。（2）脆性斷裂：指的是突然發(fā)生的斷裂，斷裂前基本不發(fā)生塑性變形。斷裂前不發(fā)生明顯塑性變形<5%，斷

7、裂面一般與正應(yīng)力垂直，斷口平齊而光亮，常呈放射狀或結(jié)晶狀；韌性與脆性斷裂比較斷裂類型塑性變形擴(kuò)展速度斷口特征材料韌性斷裂明顯慢灰黑色、纖維狀金屬及高分子脆性斷裂無突然、快速平齊光亮、放射狀、結(jié)晶狀淬火鋼,鑄鐵,陶瓷脆性斷裂是突然發(fā)生的斷裂，斷裂前基本上不發(fā)生塑性變形，沒有明顯征兆，因而危害性很大9拉伸斷口的三要素以及強(qiáng)度和塑性對(duì)斷口三個(gè)區(qū)域組成的影響；斷口特征三要素：纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇。材料強(qiáng)度提高，塑性降低，則放射區(qū)比例增大，試樣尺寸加大，放射區(qū)增大明顯，而纖維區(qū)變化不大10. 微孔聚集斷裂過程；微孔聚集型韌性斷裂包括微孔形核、長(zhǎng)大、聚合、斷裂等過程。11. 格雷菲斯裂紋理論（原理（熱力

8、學(xué)），出發(fā)點(diǎn)，必要條件）；格雷菲斯裂紋理論。 1、格雷菲斯裂紋理論的出發(fā)點(diǎn) (1) 材料中已存在裂紋； (2) 局部應(yīng)力集中超過理論斷裂強(qiáng)度； (3) 裂紋快速擴(kuò)展； (4) 彈性能降低足以滿足裂紋表面能的增加從而導(dǎo)致材料脆性斷裂。 格雷菲斯公式是必要條件，能量判據(jù)。12. 為什么理論斷裂強(qiáng)度與實(shí)際斷裂強(qiáng)度在數(shù)值上有數(shù)量級(jí)的差別；13.機(jī)械設(shè)計(jì)中最常用的兩個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)為：屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度；14.碳含量對(duì)鋼拉伸曲線的影響。第二章 金屬在其他靜載荷下的力學(xué)性能1. 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)及其代表的意義；應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)：表示最大切應(yīng)力與最大正應(yīng)力的相對(duì)大小。表示塑性變形難易程度。(1) 越大就越易塑性變

9、形，反之越易產(chǎn)生脆性斷裂。(2) 把值較大的稱做軟的應(yīng)力狀態(tài)，值較小的稱做硬的應(yīng)力狀態(tài)。2. 壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)；1、 壓縮試驗(yàn)的特點(diǎn)(1) 單向壓縮的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)2。(2) 拉伸時(shí)塑性很好的材料在壓縮時(shí)只發(fā)生壓縮變形而不會(huì)斷裂2彎曲試驗(yàn)的特點(diǎn)(1) 上表面為壓應(yīng)力，下表面為拉應(yīng)力；(2) 彎曲試驗(yàn)試樣形狀簡(jiǎn)單，造作方便(3) 表面上應(yīng)力最大可靈敏反映材料表面缺陷；3扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)(1) 扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)為0.8，易于顯示塑性行為；(2) 圓柱試樣扭轉(zhuǎn)時(shí)，整個(gè)長(zhǎng)度上塑性變形是均勻的，沒有頸縮現(xiàn)象；(3) 可敏感反映表面缺陷及硬化層性能；(4) 根據(jù)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)可明確區(qū)分材料最終斷

10、裂方式是正斷還是切斷。3. 缺口效應(yīng)（定義及由于缺口引起的兩個(gè)效應(yīng)），理論應(yīng)力集中系數(shù)，缺口敏感度及其代表的意義；缺口效應(yīng)：缺口的存在，使得材料在靜載荷作用下，缺口截面上的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變?nèi)笨诘牡谝粋€(gè)效應(yīng)：缺口造成應(yīng)力集中。并改變了缺口前方的應(yīng)力狀態(tài)缺口的第二個(gè)效應(yīng)：缺口使塑性材料的強(qiáng)度增高，塑性降低。理論應(yīng)力集中系數(shù)Kt：表示缺口引起的應(yīng)力集中程度。 缺口敏感度（NSR）：缺口試樣的抗拉強(qiáng)度與等截面光滑試樣抗拉強(qiáng)度的比值。 - 缺口試樣拉伸強(qiáng)度 -光滑試樣拉伸強(qiáng)度NSR越大缺口敏感性越小(1) 脆性材料，NSR遠(yuǎn)小于1，形變強(qiáng)化非常小，對(duì)缺口非常敏感(2) 高強(qiáng)度材料，NSR1，形變強(qiáng)化小，

11、敏感(3) 塑性材料，NSR1，形變強(qiáng)化大，不敏感4. 硬度的分類、符號(hào)表示方法、測(cè)試（布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度）原理方法；一、布氏硬度（HB）1、測(cè)定方法及原理壓頭有淬火鋼球或硬質(zhì)合金球。壓力將壓頭壓入試樣表面，保持規(guī)定的時(shí)間后卸除壓力，試件表面留下壓痕。單位壓痕表面積上所承受的平均壓力即定義為布氏硬度值。符號(hào)表示：壓頭為淬火鋼球，HBS(布氏硬度小于450)；壓頭為硬質(zhì)合金球(布氏硬度450650)，HBW。表示方法：150HBSl0/3000/30；500HBW5/750 。2、 洛氏硬度（HR）1、 測(cè)定方法及原理 壓頭有=120°的金剛石圓錐體(HRA、HRC)；淬火鋼

12、球或硬質(zhì)合金球(HRB)。 預(yù)加10kgf壓力，再加主壓力，然后卸載。以壓頭留下的壓痕深度表示材料的硬度值。規(guī)定每0.002mm為一個(gè)洛氏硬度單位HRB淬火鋼球，中等載荷，測(cè)輕金屬，未淬火鋼HRC金剛石圓錐，大載荷，測(cè)較硬，淬硬鋼制品HRA金剛石圓錐，小載荷，測(cè)硬、薄試件表示方法：60HRC；70HR30N。三、維氏硬度1、原理及種類 壓頭為=136o的金剛石四棱錐體。試驗(yàn)原理與布氏硬度相同。宏觀維氏硬度：F=49.03980.7N。顯微維氏硬度：F=0.098N1.961N。通過測(cè)量對(duì)角線長(zhǎng)度d計(jì)算出HV表示方法：640HV30。四、努氏硬度五肖氏硬度和里氏硬度5. 課后作業(yè)P55頁的8題。

13、（選用硬度試驗(yàn)）（1） 滲碳層的硬度分布：顯微維氏或努氏硬度試驗(yàn)-試驗(yàn)力小，顯微放大裝置使檢測(cè)精度更高（3） 灰鑄鐵：布氏硬度-灰鑄鐵含有粗大晶粒和組成相，布氏硬度不受個(gè)別組成相和微小不均勻性影響（4） 鑒別鋼中的隱晶馬氏體與殘余奧氏體：顯微維氏硬度-試驗(yàn)力小，顯微放大裝置使檢測(cè)精度更高，可測(cè)定合金中具體相硬度（6）龍門刨床導(dǎo)軌;肖氏硬度或里氏硬度-手提式裝置，使用方便，可在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量大型工件第三章 金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能1. 沖擊韌性；沖擊韌性指的是材料在沖擊載荷作用下，吸收塑性變形功和斷裂功的大小。常用標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊吸收功Ak來表示。2. 低溫脆性、韌脆轉(zhuǎn)變溫度及其確定方法、韌性溫度儲(chǔ)備

14、；一低溫脆性;金屬或合金，當(dāng)溫度低于某一溫度tk時(shí)，Ak明顯，轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，該現(xiàn)象稱為低溫脆性(冷脆)。多為bcc、hcp結(jié)構(gòu)。韌脆轉(zhuǎn)變溫度tk：沖擊韌性顯著下降的溫度，是衡量材料冷脆轉(zhuǎn)化傾向的重要指標(biāo)。二、韌脆轉(zhuǎn)變溫度的確定1、按能量定義tk(1) 以低階能定義tk，NDT (nil ductility temperature)無塑性或零塑性轉(zhuǎn)變溫度。低于NDT，斷口由100%結(jié)晶區(qū)組成。(2) 以高階能定義tk，F(xiàn)TP(fracture transition plastic)高于FTP ，斷口由100%纖維區(qū)組成。(3) 以低階能和高階能平均值來定義tk：FTE (fracture tr

15、ansition elastic)2、按斷口形貌定義tk的方法沖擊試樣斷口一般也存在三個(gè)區(qū)：纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇。注 ：50% FATT （P61）三 機(jī)件的最低使用溫度必須高于tk，兩者之差越大越安全。 t0-tk稱為韌性溫度儲(chǔ)備。通常tk為負(fù)值，t0應(yīng)高于tk，所以為正值。一般取4060。3. 產(chǎn)生低溫脆性的物理本質(zhì)和機(jī)理；物理本質(zhì)：材料的屈服強(qiáng)度隨溫度降低急劇增加，而材料的解理斷裂強(qiáng)度卻隨溫度的變化很小，兩者相交于tk。當(dāng)t>tk時(shí)，c>s，隨外力，先屈服，后斷裂韌性斷裂。當(dāng)t<tk時(shí)，c<s，外加應(yīng)力先達(dá)到c，(屈服的同時(shí)發(fā)生斷裂)為脆性斷裂。機(jī)理：派納力（P

16、14）遲屈服（P60）柯氏氣團(tuán)：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻4. 影響韌脆轉(zhuǎn)變溫度的因素。一、晶體結(jié)構(gòu)的影響 1、bcc、hcp金屬及合金存在低溫脆性。 2、fcc金屬及合金在常規(guī)使用溫度下一般不存在低溫脆性。 3、普通中、低強(qiáng)度鋼的基體為bcc的F，所以均具有明顯的低溫脆性。 二、化學(xué)成分 (1) 間隙原子，使韌性降低，提高其韌脆轉(zhuǎn)變溫度。 (2) 鋼中的置換原子，一般提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度，降低韌性。但Ni和Mn例外。 (3) 雜質(zhì)元素S、P、As、Sn、Sb 使韌性，提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度。3、 顯微組織的影響1、晶粒大小的影響 晶粒尺寸，亞晶尺寸，胞狀結(jié)構(gòu)尺寸，使Ak，ak，tk。 細(xì)化晶粒提高韌性的原因： (1

17、) 晶界是裂紋擴(kuò)展的阻力。d，阻力，脆性。 (2) d，位錯(cuò)塞積群長(zhǎng)度，應(yīng)力集中，不易產(chǎn)生解理裂紋，脆性。 (3) d，晶粒中心與邊緣變形的不均勻性，不易產(chǎn)生裂紋，脆性。 (4) 晶界總面積增加，雜質(zhì)濃度減少，避免產(chǎn)生沿晶脆斷。2、金相組織的影響 (1) 單相的Ak高于復(fù)相合金。 特殊：高碳回火馬氏體中分布少量殘余奧氏體沖擊性能較高，韌脆轉(zhuǎn)變溫度低。 (2) 第二相越細(xì)小，均勻分布，Ak，韌脆轉(zhuǎn)變溫度低。 (3) 球狀第二相Ak>片狀或網(wǎng)狀第二相的Ak。 (4) 第二相與基體性能越接近，Ak，韌脆轉(zhuǎn)變溫度低。3、內(nèi)部缺陷的影響 內(nèi)部缺陷使Ak。4、表面狀態(tài)的影響 同一材料，Akv <

18、;Aku<光滑試樣的Ak4、 強(qiáng)度等級(jí)的影響1、中、低強(qiáng)度鋼冷脆轉(zhuǎn)變明顯。2、高強(qiáng)度鋼沒有明顯的冷脆轉(zhuǎn)變：其本身Ak就較低。第四章 金屬的斷裂韌度1. 低應(yīng)力脆斷；在低于屈服應(yīng)力以下發(fā)生的脆性斷裂2. 裂紋的擴(kuò)展形式；1、張開型(I型)2、滑開型(II型)3、撕開型(III型)裂紋的擴(kuò)展常常是組合形式，I型裂紋最危險(xiǎn)。3. 應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子K定義及其表達(dá)式；應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子KI：對(duì)于給定材料，裂紋尖端附近確定點(diǎn)P(r，)，KI決定了裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的大小或強(qiáng)弱程度，稱為應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子。 應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子通式（1）無限大板穿透裂紋裂紋形狀參數(shù)：應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子：（2）無限大物體表面半橢圓裂紋裂紋形狀

19、系數(shù)：應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子：4. 材料的斷裂韌度， 斷裂K判據(jù)，斷裂G判據(jù)；斷裂韌度：臨界或失穩(wěn)狀態(tài)下的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的大小。表示在平面應(yīng)力或平面應(yīng)變條件下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。(三) 斷裂韌度Kc和斷裂K判據(jù) 1、斷裂韌度KIc 臨界裂紋尺寸斷裂應(yīng)力 2、Kc與K之間的區(qū)別 (1) KIc是材料的力學(xué)性能指標(biāo)之一，反映了材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展即抵抗脆性斷裂的能力。它決定于材料的成分、組織結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素，而與外加應(yīng)力及試樣尺寸等外在因素?zé)o關(guān)。(2) KIc是KI的臨界值，與KI有相同的量綱，但KIc與KI的意義截然不同。KI描述裂紋前端內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)弱的力學(xué)參量，決定于外加應(yīng)力、試樣尺寸和裂紋類型，

20、而與材料無關(guān)。3·斷裂判據(jù)KI < KIC 有裂紋，但不會(huì)擴(kuò)展（破損安全）KI = KIC 臨界狀態(tài)KI > KIC 發(fā)生裂紋擴(kuò)展，直至斷裂 根據(jù)KI和KIC的相對(duì)大小，斷裂K判據(jù)，平面應(yīng)變最危險(xiǎn)，常用KIC4、脆性斷裂K判據(jù) 設(shè)：裂紋長(zhǎng)2a(或a)，外加引起裂紋前端應(yīng)力場(chǎng)，而抵抗失穩(wěn)擴(kuò)展的能力為KIc。 脆性斷裂判據(jù)：應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子KIKIc。如果KI < KIc：即使有裂紋也不會(huì)斷裂，稱為破損安全。5斷裂的能量G判據(jù)裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的條件： GIGIc 平面應(yīng)變條件下 GIGc 平面應(yīng)力條件下5. K和KIC ，GIC與KIC的關(guān)系；上GIc與KIc的關(guān)系 設(shè)無限寬

21、板上有2a長(zhǎng)的中心穿透裂紋，受遠(yuǎn)處均勻正應(yīng)力的作用。 由 KI 和 GI 的關(guān)系式 得到 6. K的修正條件，考慮應(yīng)力松弛時(shí)塑性區(qū)寬度（平面應(yīng)力，平面應(yīng)變），修正后K計(jì)算公式； 7. 斷裂韌度測(cè)試時(shí)試樣的制備（滿足條件）；保證：平面應(yīng)變、小范圍屈服8. 張開位移（COD），斷裂判據(jù)；1、COD的概念設(shè)：一無限大板中有I型穿透裂紋，在平均應(yīng)力下，裂紋兩端出現(xiàn)塑性區(qū)，其尖端因塑性鈍化，在不增加裂紋長(zhǎng)度2a的情況下，將沿方向產(chǎn)生張開位移，這個(gè)稱COD 。2、斷裂韌度c及斷裂判據(jù) 在平均應(yīng)力下，當(dāng)裂紋尖端張開達(dá)到臨界值c時(shí)，裂紋就開始擴(kuò)展(開裂點(diǎn))，且對(duì)于一定材料和厚度的板材，c為定值，所以可將看作是

22、一種推動(dòng)裂紋擴(kuò)展的動(dòng)力。 c稱為材料的斷裂韌度，表示材料抵抗裂紋開始擴(kuò)展的能力，也是裂紋開始擴(kuò)展的斷裂判據(jù)，而不是裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的判據(jù)。9. 平面應(yīng)力和平面應(yīng)變；10. 有關(guān)斷裂韌度的計(jì)算。例1：有一大型薄板構(gòu)件，承受工作應(yīng)力為400MN/m2，板的中心有一長(zhǎng)為3mm的裂紋，裂紋面垂直于工作應(yīng)力，鋼材的s500 MN/m2，試確定：裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子KI及裂紋尖端的塑性區(qū)尺寸R 。解題步驟：(1) 判斷是否需修正：/ s0.7時(shí)需修正。(2) 判斷裂紋類型以及應(yīng)力狀態(tài)。(3) 確定計(jì)算公式平面應(yīng)力、平面應(yīng)變下的KI表達(dá)式； -平面應(yīng)力、平面應(yīng)變下塑性區(qū)的寬度公式。解題：/s 400/500

23、=0.8 0.7需修正。薄板，為平面應(yīng)力狀態(tài)。例2：某合金鋼調(diào)質(zhì)后的性能0.21500MPa, KIc=100MN/m3/2，設(shè)此種材料厚板中存在垂直于外界應(yīng)力的裂紋，所受應(yīng)力1000MPa， 問此時(shí)的臨界裂紋長(zhǎng)度是多少？解：因?yàn)? s 1000/1500=0.67 <0.7，不需修正，厚板，為平面應(yīng)變狀態(tài)。臨界裂紋長(zhǎng)度為2ac= 6.36mm第五章 金屬的疲勞1. 疲勞：金屬機(jī)件或構(gòu)件在變動(dòng)載荷和應(yīng)變長(zhǎng)期作用下，因累積損傷而引起的斷裂現(xiàn)象。2. 疲勞斷裂的特點(diǎn)，疲勞斷口的宏觀（貝紋線）與微觀特征（存在疲勞條帶）；1疲勞斷裂特點(diǎn)(1) 低應(yīng)力、延時(shí)、有壽命的斷裂。(2) 脆性斷裂 (3)

24、 疲勞對(duì)缺陷十分敏感2疲勞宏觀斷口的宏觀特征（1） 、疲勞源：裂紋的萌生地。一般在表面，也可在內(nèi)部。光亮度最大。表面產(chǎn)生加工硬化（2） 、疲勞區(qū)(貝紋區(qū))：斷面比較光滑，并分布有貝紋線。貝紋線指疲勞裂紋擴(kuò)展過程中留下的一條條以裂紋源為中心的同心弧線。（3） 、瞬斷區(qū)：一般在疲勞源的對(duì)側(cè)，脆性材料為結(jié)晶狀斷口；韌性材料有放射狀紋理；邊緣為剪切唇。3微觀斷口特征：具有略呈彎曲并相互平行的溝槽花樣，稱為疲勞條帶。3. 疲勞曲線（S-N曲線），疲勞極限-1；疲勞曲線是所加應(yīng)力max(或應(yīng)力幅a)與斷裂周次N的關(guān)系曲線，即S-N曲線。P98看材料能經(jīng)受無限次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂的最大應(yīng)力，稱疲勞極限

25、，也稱疲勞強(qiáng)度4. 過載損傷，過載損傷界，過載持久值，過載損傷區(qū)；過載損傷：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，稱為過載損傷。過載持久值：金屬材料在高于疲勞極限的應(yīng)力下運(yùn)行時(shí)，發(fā)生疲勞斷裂的應(yīng)力循環(huán)周次，稱為材料的過載持久值，單位：周次。金屬材料抵抗疲勞過載的能力，用過載損傷界或過載損傷區(qū)表示。不同過載應(yīng)力水平和相應(yīng)的開始降低疲勞壽命的應(yīng)力循環(huán)周次，這些點(diǎn)的連線-過載損傷界在過載應(yīng)力作用下，經(jīng)歷一定的循環(huán)周次發(fā)生斷裂，這些點(diǎn)連線-過載持久值線過載損傷區(qū)：過載損傷界與過載持久值線間的影線區(qū)。5. 疲勞缺口敏感度及其代表的意義；金屬材料在交變載荷作用下的缺口敏感性，

26、稱疲勞缺口敏感度。6. 疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值Kth，Kth和-1區(qū)別；1.疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值Kth（P105）(1) 定義：疲勞裂紋不擴(kuò)展的應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍K的臨界值稱為疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值。(2) 意義：表示材料阻止疲勞裂紋開始擴(kuò)展的性能，是材料的力學(xué)性能指標(biāo)，單位與K相同。2.Kth與-1的異同Kth與-1都是表示無限壽命的疲勞性能，都受材料成分和組織、載荷條件及環(huán)境因素等影響；-1：光滑試樣的無限壽命疲勞強(qiáng)度，用于傳統(tǒng)的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)；Kth ：裂紋試樣的無限壽命疲勞性能，適于裂紋體的設(shè)計(jì)。7. 材料的疲勞過程，疲勞裂紋的形成機(jī)理、阻止其產(chǎn)生的措施；1.疲勞過程：裂紋萌生、亞穩(wěn)擴(kuò)展、失穩(wěn)擴(kuò)展、

27、斷裂。2機(jī)理：主要方式有表面滑移帶開裂；第二相、夾雜物或其界面開裂；晶界或亞晶界開裂P111-1138. 疲勞裂紋的擴(kuò)展過程，擴(kuò)展第二階段的斷口特征，貝紋線和疲勞條帶的區(qū)別；1、疲勞裂紋擴(kuò)展第一階段 沿主滑移系（與主應(yīng)力成45°），以純剪切方式向內(nèi)擴(kuò)展；擴(kuò)展距離僅為23個(gè)晶粒范圍。2、疲勞裂紋擴(kuò)展第二階段由于晶粒位向的不同和晶界的阻礙，裂紋方向轉(zhuǎn)向與外力軸垂直，進(jìn)入第二階段疲勞裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展的主要部分。斷口特征：具有略呈彎曲并相互平行的溝槽花樣，稱為疲勞條帶。 3貝紋線和疲勞條帶的區(qū)別(1) 疲勞條帶是電子顯微鏡觀察到的疲勞斷口微觀特征，一次應(yīng)力循環(huán)產(chǎn)生一條疲勞條帶；貝紋線是疲勞斷口宏

28、觀特征，由啟動(dòng)、停歇、偶然過載等大的載荷變動(dòng)引起；(2) 相鄰貝紋線間可能有成千上萬條疲勞條帶；(3)循環(huán)應(yīng)力下疲勞條帶是相互平行、等間距的；貝紋線在疲勞源附近較密，偏離疲勞源時(shí)則較稀疏；判斷裂紋擴(kuò)展方向通常利用貝紋線；9. 疲勞的分類（P96低周、高周、熱疲勞、熱機(jī)械疲勞）1、分類：根據(jù)斷裂周次高低(1) 高周疲勞(斷裂周次Nf >105) 斷裂應(yīng)力水平較低，<s，也稱低應(yīng)力疲勞，即通常所說的疲勞機(jī)械疲勞； 高周疲勞定義：材料在低于屈服極限的交變應(yīng)力作用下，超過105循環(huán)周次而產(chǎn)生的疲勞斷裂。(2) 低周疲勞(Nf102105) 斷裂應(yīng)力水平較高，s，也稱高應(yīng)力疲勞或應(yīng)變疲勞。

29、低周疲勞定義：材料在接近或超過屈服極限的交變應(yīng)力作用下，由于塑性應(yīng)變反復(fù)循環(huán)，于超過102-105循環(huán)周次而產(chǎn)生的疲勞斷裂。熱（應(yīng)力）疲勞：由周期變化的熱應(yīng)力火熱應(yīng)變引起的材料破壞熱機(jī)械疲勞：熱引力與機(jī)械應(yīng)力疊加引起的疲勞10. 影響疲勞強(qiáng)度的因素；一、表面狀態(tài)的影響1、應(yīng)力集中 缺口導(dǎo)致應(yīng)力集中，高于平均應(yīng)力，微裂紋產(chǎn)生，-1。2、表面狀態(tài) 表面粗糙程度增加、劃痕、表面氧化、脫碳等缺陷，均使-1。二、表面層殘余應(yīng)力及表面強(qiáng)化的影響(1) 表面殘余拉應(yīng)力導(dǎo)致疲勞強(qiáng)度降低。(2) 表面殘余壓應(yīng)力可以提高疲勞強(qiáng)度。(3) 表面強(qiáng)化處理可在表面產(chǎn)生有利的殘余壓應(yīng)力，并能提高表面的強(qiáng)度和硬度，可提高疲

30、勞強(qiáng)度。11. 高周疲勞、低周疲勞定義，低周疲勞的特點(diǎn)（P120）；疲勞壽命為102-105次的疲勞斷裂，稱為低周疲勞。低周疲勞的特點(diǎn)(1) 局部產(chǎn)生宏觀變形，應(yīng)力與應(yīng)變之間呈非線性；(2) 裂紋成核期短，有多個(gè)裂紋源；(3) 斷口呈韌窩狀、輪胎花樣狀；(4) 疲勞壽命取決于塑性應(yīng)變幅。塑性應(yīng)變占主要地位。12. 循環(huán)軟化，循環(huán)硬化，過渡壽命。循環(huán)硬化與循環(huán)軟化：恒應(yīng)變幅(塑性應(yīng)變幅或總應(yīng)變幅)循環(huán)加載過程中，材料的形變抗力不斷增加，則稱為循環(huán)硬化；反之為循環(huán)軟化。過渡壽命（P122）第六章 金屬的應(yīng)力腐蝕和氫脆斷裂1. 應(yīng)力腐蝕斷裂定義及其產(chǎn)生條件；1、應(yīng)力腐蝕的含義 在拉應(yīng)力和特定的化學(xué)介

31、質(zhì)共同作用下，經(jīng)過一段時(shí)間后所產(chǎn)生的低應(yīng)力脆性斷裂現(xiàn)象。2. 產(chǎn)生條件應(yīng)力：拉應(yīng)力（不大），工作應(yīng)力+殘余應(yīng)力化學(xué)介質(zhì)：特定的化學(xué)介質(zhì)，弱腐蝕性金屬材料：合金，有敏感成分2. 應(yīng)力腐蝕斷口特征；宏觀：有亞穩(wěn)擴(kuò)展區(qū)，最后瞬斷區(qū)(與疲勞裂紋相似)；斷口呈黑色或灰色，呈枯樹枝狀。微觀：“泥狀花樣”腐蝕產(chǎn)物；腐蝕坑；沿晶斷裂和穿晶斷裂。3. 應(yīng)力腐蝕應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子（P131應(yīng)力腐蝕門檻值KISCC ）；應(yīng)力腐蝕門檻值KIscc ：將不發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂的最大應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子，稱為應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子 斷裂判據(jù)：KI初 KISCC4. 防止應(yīng)力腐蝕的措施；1合理選擇金屬材料2減少或消除機(jī)件中的殘余拉應(yīng)

32、力3改善化學(xué)介質(zhì)4改善化學(xué)介質(zhì)5. 氫脆類型及特征；氫致延滯斷裂；一、氫脆類型及其特征氫蝕，白點(diǎn)(發(fā)裂)， 氫化物致脆， 氫致延滯斷裂（1）氫蝕高壓氣體（CH4）晶界結(jié)合力減弱而導(dǎo)致金屬脆化。形成位置：機(jī)件與高溫、高壓氫氣相接觸的部位。碳鋼， 300 500斷口特征 宏觀：氧化色，顆粒狀 微觀：晶界明顯加寬，沿晶斷裂(2) 白點(diǎn)（發(fā)裂）聚集在缺陷處的H2發(fā)生急劇膨脹，內(nèi)壓力很大足以將金屬局部撕裂，形成微裂紋，微裂紋的斷面呈圓形或橢圓形，顏色為銀白色。（3） 氫化物致脆IVB或VB族金屬(Ti、Zr、V、Ni和Nb）與氫極易形成氫化物，使金屬脆化。對(duì)溫度及缺口尖銳敏感，界面是裂紋源，斷口可見氫化

33、物，氫化物形狀與分布（4） 氫致延滯斷裂（HIC）定義：由于氫的作用而產(chǎn)生的延滯斷裂現(xiàn)象高強(qiáng)度鋼或鈦合金，固溶態(tài)氫，s，經(jīng)過孕育期，三向拉應(yīng)力區(qū)形成裂紋，逐步擴(kuò)展脆性斷裂 特點(diǎn)(1) 只在一定溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)。(2) 提高應(yīng)變速率，材料對(duì)氫脆的敏感性降低。(3) 可顯著降低和。(4) 高強(qiáng)度鋼的HIC具有可逆性。6. 應(yīng)力腐蝕與氫致延滯斷裂的關(guān)系。（P136）第七章 金屬磨損和接觸疲勞1. 磨損定義、類型 ，耐磨性的指標(biāo) （P140）；磨損：是在摩擦作用下物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，表面逐漸分離出磨屑從而不斷損傷的現(xiàn)象。類型：粘著磨損 磨粒磨損 沖蝕磨損 疲勞磨損 微動(dòng)磨損 腐蝕磨損耐磨性是材料抵抗磨損的性

34、能。通常用磨損量來表示材料的耐磨性，磨損量越小，耐磨性越高1、磨損量 (1) 線磨損：試樣摩擦表面法線方向的尺寸減小。 (2) 體積磨損：試樣體積減小。 (3) 質(zhì)量磨損：試樣的質(zhì)量損失。 (4) 比磨損量：磨損量(摩擦距離·壓力) 。2、 耐磨性：1磨損量。 3、相對(duì)耐磨性4、磨損系數(shù)：1/。 2. 機(jī)件的磨損過程：跑合階段、穩(wěn)定磨損階段、劇烈磨損階段 ；3. 粘著磨損及其特征；1、定義：相接觸的兩種材料由于表面某些接觸點(diǎn)局部正壓力超過該處的屈服強(qiáng)度以致發(fā)生粘合并拽開而產(chǎn)生的一種表面損傷磨損。2.重要特征：轉(zhuǎn)移膜、化學(xué)成分變化判斷粘著磨損的主要特征；機(jī)件表面有大小不等的結(jié)疤4. 材

35、料磨損的控制和防磨措施；5. 磨粒磨損及其主要特征；1、定義：當(dāng)摩擦副一方表面存在堅(jiān)硬的細(xì)微凸起，或在接觸面之間存在著硬粒子時(shí)所產(chǎn)生的一種磨損。前者稱兩體磨粒磨損，后者稱三體磨粒磨損。微觀斷裂。2.磨粒磨損的特征：明顯犁皺形成的溝槽，剪切、犁皺或切削， 韌性材料，連續(xù)屑；脆性材料，斷屑6. 接觸疲勞定義，分類。1、定義：接觸材料作滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)摩擦?xí)r，工件表面在交變接觸壓應(yīng)力長(zhǎng)期作用后所引起的一種局部區(qū)域發(fā)生小片(塊)狀剝落的表面疲勞損傷現(xiàn)象，稱接觸疲勞(表面疲勞磨損、疲勞磨損)2、接觸疲勞破壞的分類：麻點(diǎn)剝落(點(diǎn)蝕)，淺層剝落，深層剝落(表面壓碎） 第八章 金屬高溫力學(xué)性能1. 蠕變，等強(qiáng)

36、溫度，應(yīng)力松弛，約比溫度； 蠕變：金屬在長(zhǎng)時(shí)間的恒溫、恒載荷作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象，稱為蠕變。 等強(qiáng)溫度:晶粒與晶界兩者強(qiáng)度相等的溫度 T<TE時(shí)，穿晶斷裂，T>TE時(shí)，沿晶斷裂 (1) 當(dāng)約比溫度> 0.5時(shí)高溫狀態(tài)。 (2) 當(dāng)約比溫度< 0.5時(shí)低溫狀態(tài)應(yīng)力松弛：規(guī)定溫度和初始應(yīng)力條件下，金屬材料中的應(yīng)力隨著時(shí)間的延長(zhǎng)自行減低的現(xiàn)象，2. 蠕變變形機(jī)理及蠕變斷裂機(jī)理，斷口特征；1、 蠕變變形機(jī)理（1）位錯(cuò)滑移蠕變：常溫下，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與增殖產(chǎn)生塑性變形位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻變形停止。高溫下，借助熱激活能和空位擴(kuò)散克服某些短程障礙， 位錯(cuò)持續(xù)運(yùn)動(dòng)從而變形繼續(xù)。高溫下的熱激活過程主要是刃型位錯(cuò)