西安工業(yè)大學(xué)2016材料力學(xué)性能復(fù)習(xí)重點(diǎn)資料

1、彈性模量：產(chǎn)生100%彈性變形所需要的應(yīng)力彈性比功（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滯彈性：在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時(shí)間延長產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象循環(huán)韌性：金屬材料在交變載荷下吸收不可逆變形功的能力塑性：金屬材料斷裂前發(fā)生不可逆永久 (塑性) 變形的能力.包申格效應(yīng)：金屬材料經(jīng)過預(yù)先加載產(chǎn)生少量的彈性形變，卸載后，再同向加載（拉伸）時(shí)， 屈服強(qiáng)度或彈性極限增加；反向加載（壓縮）時(shí)，屈服強(qiáng)度或彈性極限降低的 現(xiàn)象。*消除包申格效應(yīng)的方法：預(yù)先進(jìn)行較大的塑形變形；在第二次反向受力前先使金屬材料于 回復(fù)或再結(jié)晶溫度下退火金屬韌性：金屬材料斷裂前吸收塑形變形功和斷裂功的能

2、力;或材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力縮頸：韌性金屬在拉伸試驗(yàn)時(shí)變形集中于局部區(qū)域的特殊現(xiàn)象韌性斷裂：斷裂前發(fā)生明顯塑性變形的斷裂脆性斷裂：突然發(fā)生的斷裂，且斷裂前基本不產(chǎn)生塑性變形。穿晶斷裂：裂紋擴(kuò)展的路徑穿過晶內(nèi)沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴(kuò)展，大多為脆性斷裂。斷口形貌：冰糖狀剪切斷裂：金屬材料在切應(yīng)力作用下沿滑面分離造成的滑移面分離的斷裂解理斷裂：金屬材料在一定條件下，外加正應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值后，以極快速率沿一定晶體平 面產(chǎn)生的穿晶斷裂。.解理面：由于與大理石的斷裂相似，所以稱這種晶體學(xué)平面為解理面解理刻面：以晶粒大小為單位的解理面解理臺(tái)階：解理裂紋與螺型位錯(cuò)相遇，形成具有一定高度的臺(tái)階河流花樣：解理臺(tái)階沿

3、裂紋前端滑動(dòng)，同號(hào)臺(tái)階匯合并長大，足夠大時(shí)匯集成河流花樣。微孔聚集斷裂：由于雜質(zhì)與基體界面脫離形成微孔形核并長大形成微孔，在外力作用下產(chǎn)生 縮頸而斷裂，導(dǎo)致各個(gè)微孔連接形成微裂紋，微裂紋在三向拉應(yīng)力區(qū)和集中 塑形變形區(qū)，在該區(qū)形成新微孔。新微孔連通使裂紋向前推進(jìn)，不斷如此下 去產(chǎn)生斷裂。應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)：max和max的比值，用表示各種加載狀態(tài)下的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)：三向不等拉伸：=0.1 單向靜拉伸=0.5 扭轉(zhuǎn)：=0.8 單向壓縮：=2 三向不等壓縮：=4缺口效應(yīng)：由于缺口的存在，缺口截面上的應(yīng)力狀態(tài)將發(fā)生變化缺口，缺口根部應(yīng)力集中缺口敏感度（NSR）：缺口試樣的抗拉強(qiáng)度bn與截面尺寸光滑試

4、樣的抗拉強(qiáng)度b的比值沖擊韌性：是指材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力，用Ak表示沖擊吸收功：試樣變形和斷裂所消耗的功低溫脆性：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)理由微孔聚集型變?yōu)榇┚Ы饫硇?，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，。tk稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度，也稱冷脆轉(zhuǎn)變溫度低應(yīng)力脆斷：在應(yīng)力水平低于材料屈服極限的情況下所發(fā)生的突然斷裂現(xiàn)象。張開型（型）裂紋：拉應(yīng)力垂直作用于裂紋擴(kuò)展面，沿作用力方向張開，沿裂紋面擴(kuò)展的 裂紋應(yīng)力場(chǎng)：物件受力時(shí)，其內(nèi)部所受到的有方向有大小且連續(xù)的應(yīng)力所構(gòu)成的場(chǎng)塑性區(qū)：金屬材料裂紋擴(kuò)展前，尖端附近出現(xiàn)的塑性變形區(qū)有效屈服

5、應(yīng)力：在某個(gè)方向上發(fā)生屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力變動(dòng)載荷：載荷大小，方向均隨時(shí)間變化的載荷疲勞：金屬構(gòu)件在變動(dòng)應(yīng)力和應(yīng)變長期作用下，由于累積損傷而引起的斷裂疲勞極限：試樣可以經(jīng)無限次應(yīng)力循環(huán)也不會(huì)發(fā)生疲勞斷裂時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。記為-1疲勞源：疲勞裂紋萌生的策源地過載損傷界/過載損傷區(qū)：金屬材料抵抗疲勞過載損傷的能力疲勞缺口敏感度：金屬材料在交變載荷作用下的缺口敏感性。用qf表示疲勞裂紋核：0.05mm至0，1mm的裂紋，且定義為疲勞裂紋萌生期高周疲勞：金屬在循環(huán)載荷作用下疲勞壽命大于105次的疲勞斷裂低周疲勞：金屬在循環(huán)載荷作用下疲勞壽命為102到105次的疲勞斷裂沖擊疲勞：機(jī)件在重復(fù)沖擊載荷作用下斷裂的

6、疲勞斷裂應(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(shí)間后所產(chǎn)生的低應(yīng) 力脆斷現(xiàn)象氫脆：由于氫和應(yīng)力的共同作用而導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生脆性斷裂的現(xiàn)象氫致延滯斷裂：由于氫的作用而產(chǎn)生的延滯斷裂現(xiàn)象磨損：機(jī)件表面接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，表面逐漸有微小顆粒分離出來形成磨屑，使表面材料 逐漸流失，造成表面損傷的現(xiàn)象。粘著磨損：粘著磨損是接觸表面相互運(yùn)動(dòng)時(shí)，因固相焊合作用使材料從一個(gè)表面脫落 或轉(zhuǎn)移到另一表面而形成的磨損，又稱咬合磨損。磨粒磨損 ：摩擦副的一方表面存在堅(jiān)硬的細(xì)微凸起或在接觸面向存在硬質(zhì)粒子時(shí)產(chǎn) 生的磨損。接觸疲勞：機(jī)件兩接觸面作滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)摩擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力長期作用下，材料

7、 表面因疲勞損傷，導(dǎo)致局部區(qū)域產(chǎn)生小片或小塊狀金屬剝落而材料流失的現(xiàn)象蠕變：金屬在長時(shí)間的恒溫，恒載荷作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象蠕變斷裂：由于蠕變現(xiàn)象最后導(dǎo)致金屬材料的斷裂蠕變極限：金屬材料在一定溫度和應(yīng)力下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)蠕變形量或蠕變速度不超過規(guī)定值 時(shí)所承受的最大應(yīng)力擴(kuò)散蠕變：金屬兩端在拉應(yīng)力的作用下，晶體內(nèi)空位從收拉晶界向受壓晶界遷移，原子則朝 相反方向流動(dòng)，致使晶體逐漸產(chǎn)生伸長的蠕變松弛穩(wěn)定性：金屬材料抵抗應(yīng)力松弛的性能填空簡答1.影響彈性后效（滯彈性）的因素：切應(yīng)力、溫度升高、晶體中的缺陷2.彈性變形和塑性變形的特點(diǎn)？ 彈性：1.彈性形變可恢復(fù)性2.彈性形變量很小 塑性：1.各晶

8、粒變形的不同時(shí)性和不均勻性 2.各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性3影響屈服強(qiáng)度的因素（1） 內(nèi)在因素 1. 金屬本性及晶格類型.主滑移面位錯(cuò)密度大，屈服強(qiáng)度大。 2.晶粒大小和亞結(jié)構(gòu). 晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)具有阻礙作用。晶粒小可以 產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化。都會(huì)使強(qiáng)度增加。 3.溶質(zhì)原子:溶質(zhì)元素溶入金屬晶格形成固溶體,產(chǎn)生固溶強(qiáng)化。 4第二相. a.不可變形的第二相繞過機(jī)制. 留下一個(gè)位錯(cuò)環(huán)對(duì)后續(xù) 位錯(cuò)產(chǎn)生斥力.b.可以變形的第二相切過機(jī)制.由于質(zhì)點(diǎn)與基體間晶 格錯(cuò)排及位錯(cuò)切過第二相質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生新界面需要做功，使強(qiáng)度增加。（二）外在因素.1.溫度溫度越高原子間作用越小位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力越低 2應(yīng)變速率。應(yīng)變速率越高強(qiáng)度越高。 3

9、.應(yīng)力狀態(tài).切應(yīng)力分量越大強(qiáng)度越低4.應(yīng)變硬化（應(yīng)變硬化指數(shù)）的工程意義：反映金屬材料抵抗均勻塑性變形的能力；反映機(jī)件服役時(shí)偶然過載的能力；提高材料力學(xué)性能；提高低碳鋼切削加工性能5.塑性的意義？1以防機(jī)件偶然過載時(shí)產(chǎn)生突然破壞2.有利于阻止裂紋擴(kuò)展3.金屬的塑性有利于各種加工工序4.可以反映合金的質(zhì)量優(yōu)劣6.韌性斷裂宏觀斷口及特征三要素？杯錐形，斷口粗糙、呈纖維狀，灰暗色。三要素： 纖維區(qū)，放射區(qū)，剪切唇7.磨損，腐蝕，斷裂是機(jī)件的三種失效形式。8.影響斷口三要素的因素：材料脆性越大，放射區(qū)越大，纖維區(qū)越小，剪切唇越小。材料尺寸越大，放射區(qū)越大，纖維區(qū)基本不變。9.脆性斷裂宏觀斷口：脆性斷裂

10、的斷裂面一般與正應(yīng)力垂直，斷口平齊而光亮，常呈放射狀或結(jié)晶狀。10.沿晶斷裂：當(dāng)晶界的強(qiáng)度小于屈服強(qiáng)度時(shí)，晶界無塑性變形，斷裂呈宏觀脆性 產(chǎn)生冰糖狀斷口。當(dāng)晶界的強(qiáng)度大于屈服強(qiáng)度時(shí)，晶界有塑性變形，產(chǎn)生石狀斷口 11. 微孔聚集型斷裂斷口微觀特征及過程？特征：韌窩。塑變過程中，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)遇到第二相顆粒形成位錯(cuò)環(huán)。切應(yīng)力作用下位錯(cuò)環(huán)堆積.位錯(cuò)環(huán)移向界面，界面沿滑移面分離形成微孔。位錯(cuò)源重新開動(dòng)，釋放出新位錯(cuò)，不斷進(jìn)入微孔，使微孔長大。在外力的作用下產(chǎn)生縮頸（內(nèi)縮頸）而斷裂（纖維區(qū)），使微孔聚合，形成裂紋；裂紋尖端應(yīng)力集中，產(chǎn)生極窄的與徑向大致呈45度的剪切變形帶，新的微孔就在變形帶內(nèi)成核、長大和聚

11、合 ，與裂紋連接時(shí)，裂紋擴(kuò)展。12. 解理斷裂過程分為三個(gè)階段：a)塑性變形形成裂紋b)裂紋在同一晶粒內(nèi)初期長大c)裂紋越過晶界向相鄰晶粒擴(kuò)展13. 解理斷裂的微觀斷口特征：1)解理臺(tái)階及河流狀花樣。2)舌狀花樣14. 缺口效應(yīng)的應(yīng)用1：缺口引起應(yīng)力集中，改變了缺口前方應(yīng)力狀態(tài)。由單向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)閮上蚧蛉驊?yīng)力狀態(tài)。2:缺口使塑性材料產(chǎn)生缺口附加強(qiáng)化，使強(qiáng)度增加，塑性降低。15.布氏硬度：HB 洛氏硬度：HR 維氏硬度：HV 努氏硬度：HK 肖氏硬度：HS滲碳層硬度分布：顯微維氏，HK 淬火鋼：HRC,HS 灰鑄鐵：HB,HS鑒別鋼中隱晶馬氏體與殘留奧氏體：顯微維氏儀表小黃銅齒輪：HV HK龍

12、門刨床導(dǎo)軌：HS 滲氮層：HV HR15N HK 高速鋼刀具：HV,HRC退火態(tài)低碳鋼：HRB HV HS 硬質(zhì)合金：HRA HV 16. 低溫脆性產(chǎn)生的原因：材料屈服強(qiáng)度隨溫度降低急劇增加的結(jié)果17. tk的表示方法 NDT:低階能開始上升的上升的溫度 FTP：高階能對(duì)應(yīng)的溫度 FTE:低階能和高階能 平均值對(duì)應(yīng)的溫度 FATT50：取結(jié)晶區(qū)面積占整個(gè)斷口面積50%時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度18. 影響沖擊韌性和韌脆轉(zhuǎn)變溫度的因素：1.材料因素：a）晶體結(jié)構(gòu)的影響。低、中強(qiáng)度的bcc金屬及其合金有冷脆現(xiàn)象。高強(qiáng)度的bcc金屬，冷脆轉(zhuǎn)變不明顯。 fcc金屬一般情況下可認(rèn)為無冷脆現(xiàn)象。 2）化學(xué)成分： a)

13、加入能形成間隙固溶體的元素，使沖擊韌性減小，冷脆轉(zhuǎn)變溫度提高 b)-Fe中加入能形成置換固溶體的元素。c)雜質(zhì)元素S、P、Pb、Sn、As等，會(huì)降低鋼的韌性。3）晶粒尺寸：細(xì)化晶粒能使材料的韌性增加，韌脆轉(zhuǎn)變溫度降低。4) 金相組織：強(qiáng)度相同時(shí)S>B>P片>P球。2.外在因素：1）缺口越尖銳，三向應(yīng)力狀態(tài)越嚴(yán)重脆性轉(zhuǎn)變溫度的升高。2）尺寸因素.試樣尺寸增大，材料的韌性下降，斷口中纖維區(qū)減少，脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。3）加載速度.外加沖擊速度增加，使缺口處塑性變形的應(yīng)變率提高，促進(jìn)材料的脆化。19. 裂紋擴(kuò)展的基本形式：1）張開型裂紋2）滑開型裂紋3）撕開型裂紋20. 應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子

14、K表示裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱21. Kc、KIC及GIC和JIC的區(qū)別和物理意義。臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的KI值就記作KIC或KC稱為斷裂韌度。其中KIC是平面應(yīng)變下的斷裂韌度。Kc是平面應(yīng)力下的斷裂韌度。意義是材料對(duì)宏觀裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的抗力。GIC是GI在臨界或失穩(wěn)狀態(tài)下的臨界值。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。JIC是J積分的臨界值，也稱斷裂韌度。表示材料抵抗裂紋開始擴(kuò)展的能力。22. 疲勞斷裂有如下的特點(diǎn)：1）低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂，即有壽命的斷裂。2）是脆性斷裂。3）對(duì)缺陷(缺口、裂紋及組織缺陷)，尤其是表面缺陷十分敏感。23. 典型疲勞斷口具有的三個(gè)形貌不同的區(qū)域：疲勞源疲勞區(qū)瞬斷區(qū)

15、。24. 疲勞裂紋擴(kuò)展的門檻值， 記為Kth，表示阻止裂紋開始擴(kuò)展的能力25. 疲勞裂紋擴(kuò)展及斷口微觀特征：第一階段：從表面?zhèn)€別侵入溝（或擠出脊）先形成微裂紋，然后裂紋主要沿主滑移系方向，以純剪切方式沿45°向內(nèi)擴(kuò)展。斷口上無明顯的特征，只有一些擦傷的痕跡。在一些強(qiáng)化材料中,有時(shí)存在周期性解理或者準(zhǔn)解理花樣第二階段：裂紋拉應(yīng)力。第二階段的斷口特征是具有略呈彎曲并相互平行的溝槽花樣，稱為疲勞條帶（條紋、輝紋）26. 影響疲勞強(qiáng)度的主要因素：一、加載規(guī)范及環(huán)境的影響 1載荷頻率次2溫度 溫度升高，疲勞極限下降5.介質(zhì)：腐蝕介質(zhì)表面蝕坑，疲勞極限下降 二、表面狀態(tài)與尺寸因素：1. 表面狀態(tài)

16、：缺口：因應(yīng)力集中會(huì)降低材料的疲勞強(qiáng)度。 越粗糙，材料的疲勞強(qiáng)度越低 表面強(qiáng)度越高，疲勞強(qiáng)度越高。 2. 尺寸效應(yīng) 尺寸增加，疲勞強(qiáng)度降低。三、表面強(qiáng)化及殘余應(yīng)力的影響 1. 表面噴丸及滾壓 2. 表面熱處理及化學(xué)熱處理 提高疲勞強(qiáng)度； 3.殘余應(yīng)力，殘余壓應(yīng)力提高疲勞強(qiáng)度；殘余拉應(yīng)力降低疲勞強(qiáng)度。四、材料成分及組織.含碳形成抗力增加；1.合金元素；提高淬透性，改善韌性2.顯微組織.細(xì)化晶粒，可以提高材料強(qiáng)韌性，疲勞極限提高。 27. 判斷氫致延滯斷裂和應(yīng)力腐蝕：采用極化實(shí)驗(yàn)方法，即利用外加電流對(duì)靜載下產(chǎn)生裂紋時(shí)間或裂紋擴(kuò)展速率的影響來判斷。當(dāng)外加小的陽極電流而縮短產(chǎn)生裂紋時(shí)間的是應(yīng)力腐蝕。當(dāng)

17、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。28. 應(yīng)力腐蝕與氫致延滯斷裂斷口形貌比較.對(duì)于應(yīng)力腐蝕來說，斷裂源位置在表面，斷口宏觀特征呈脆性，顏色暗淡，斷口微觀一般為沿晶斷裂，有較多腐蝕產(chǎn)物，且有很多二次裂紋。對(duì)于氫致延滯斷裂，斷裂源在表皮下，斷口宏觀特征呈現(xiàn)脆性，但顏色光亮，其微觀形貌多為沿晶斷裂，無腐蝕產(chǎn)物，且沒有或極少有二次裂紋。29. 氫致延滯斷裂的特點(diǎn)及過程。特點(diǎn)；1 只在一定溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)2提高應(yīng)變速率會(huì)使得材料對(duì)這類氫脆的敏感性降低3此類氫脆具有可逆性。過程：孕育階段裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展階段失穩(wěn)擴(kuò)展階段30.防止氫脆的措施：1. 環(huán)境因素：設(shè)法切斷氫進(jìn)入金屬的途徑，如采用表面涂

18、層，使機(jī)件表面與環(huán)境介質(zhì)中的氫隔離。2. 力學(xué)因素：在機(jī)件設(shè)計(jì)和加工過程中，應(yīng)排除各種產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力的因素，相反，采用表面處理使表面獲得殘余壓應(yīng)力層，對(duì)防止氫致延滯斷裂有良好的作用。3. 材質(zhì)因素：含碳量較低且硫、磷含量較少的鋼，氫脆敏感性較低。鋼的強(qiáng)度越高，對(duì)氫脆越敏感。因此，對(duì)在含氫介質(zhì)中工作的高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度應(yīng)有所限制。31.金屬接觸疲勞分類：麻點(diǎn)剝落 淺層剝落 深層剝落32.金屬解除疲勞機(jī)理：（1）麻點(diǎn)磨損：表面接觸應(yīng)力較小，摩擦力較大、或表面質(zhì)量較差（如表面有脫碳、燒傷、淬火不足、夾雜物等）時(shí)，易產(chǎn)生麻點(diǎn)剝落。2）淺層剝落：裂紋常出現(xiàn)在非金屬夾雜物附近，裂紋開始沿非金屬夾雜物平行于表面擴(kuò)展。3）深層剝落（壓碎性剝落）：該處切應(yīng)力雖不是最大，但因過渡區(qū)是弱區(qū)，切應(yīng)力可能高于材料材料強(qiáng)度而在該處產(chǎn)生裂紋。33蠕變變形機(jī)理 ：主要有位錯(cuò)滑移、攀移、原子擴(kuò)散和晶界滑動(dòng)，對(duì)于高分子