材料力學性能復習備考終極版

1、1彈性變形：材料受載后產(chǎn)生變形，卸載后這部分變形消逝，材料恢復到原來的狀態(tài)的性質(zhì)。2塑性變形：微觀結(jié)構(gòu)的相鄰部分產(chǎn)生永久性位移，并不引起材料破裂的現(xiàn)象。3彈性極限：彈性變形過度到彈-塑性變形(屈服變形)時的應力。4彈性模量：工程上被稱為材料的剛度，表征材料對彈性變形的抗力。實質(zhì)是產(chǎn)生100%彈性變形所需的應力。5滯彈性：快速加載或卸載后，材料隨時間的延長而產(chǎn)生的附加彈性應變的性能。6內(nèi)耗：加載時材料吸收的變形功大于卸載是材料釋放的變形功，即有部分變形功倍材料吸收，這部分被吸收的功稱為材料的內(nèi)耗。7韌性：材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力。8超塑性：在一定條件下，呈現(xiàn)非常大的伸長率（約100

2、0%）而不發(fā)生縮頸和斷裂的現(xiàn)象。9韌窩：微孔聚集形斷裂后的微觀斷口。10應力狀態(tài)軟性系數(shù)：不同加載條件下材料中最大切應力與正應力的比值。11剪切彈性模量：材料在扭轉(zhuǎn)過程中，扭矩與切應變的比值。12缺口敏感度：常用試樣的抗拉強度與缺口試樣的抗拉強度的比值。NSR13硬度：表征材料軟硬程度的一種性能。一般認為一定體積內(nèi)材料表面抵抗變形或破裂的能力。14應力場強度因子：反映裂紋尖端應力場強度的參量。15斷裂韌度：當應力場強度因子增大到一臨界值，帶裂紋的材料發(fā)生斷裂，該臨界值稱為斷裂韌性。16低應力脆斷：在材料存在宏觀裂紋時，在應力水平不高，甚至低于屈服極限時材料發(fā)生脆性斷裂的現(xiàn)象。17蠕變:金屬在恒

3、溫、恒載荷下緩慢產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。18蠕變極限：金屬材料在高溫長期載荷作用下對塑性變形抗力指標。19持久強度：在規(guī)定溫度下，達到規(guī)定實驗時間而不發(fā)生斷裂的應力值。20應力松弛：在規(guī)定溫度和初始應力條件下，金屬材料中的應力隨時間增加而減少的現(xiàn)象。21接觸疲勞：兩材料作滾動或滾動加滑動摩擦時，交變接觸壓應力長期作用使得材料表面疲勞磨損，局部區(qū)域出現(xiàn)小片或者小塊材料剝落而產(chǎn)生的疲勞。1彈性比功：金屬材料吸收彈性變形功的能力，一般用金屬開始塑性變形前單位體積吸收的最大彈性變形功表示。2滯彈性：金屬材料在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時間延長產(chǎn)生附加應變的現(xiàn)象稱為滯彈性，也就是應變落后于應力的現(xiàn)象。3

4、循環(huán)韌性：材料吸收不可逆變形功的能力稱為循環(huán)韌性。4包申格效應：金屬材料經(jīng)過預先加載產(chǎn)生少量塑性變形，卸載后在同向加載，規(guī)定殘余應力增加；反向加載，規(guī)定殘余應力降低的現(xiàn)象。5解理刻面：這種大致以晶粒大小為單位的解理面稱為解理刻面。6塑性：金屬材料斷裂前發(fā)生不可逆永久（塑性）變形的能力。韌性：指金屬材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂的能力。7.解理臺階：當解理裂紋與螺型位錯相遇時，便形成一個高度為b的臺階。8.河流花樣：是解理臺階的一種標志。9.解理面：是金屬材料在一定條件下，當外加正應力達到一定數(shù)值后，以極快速率沿一定晶體學平面產(chǎn)生的穿晶斷裂，因與大理石斷裂類似，故稱此種晶體學平面為解決理面。10

5、.穿晶斷裂：穿晶斷裂的裂紋穿過晶內(nèi)，可以是韌性斷裂，也可以是脆性斷裂。沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴展，多數(shù)是脆必斷裂。11.韌脆轉(zhuǎn)變：具有一定韌性的金屬材料當?shù)陀谀骋粶囟赛c時，沖擊吸收功明顯下降，斷裂方式由原來的韌性斷裂變?yōu)榇嘈詳嗔?，這種現(xiàn)象稱為韌脆轉(zhuǎn)變12低應力脆斷：高強度、超高強度鋼的機件 ，中低強度鋼的大型、重型機件在屈服應力以下發(fā)生的斷裂。13張開型（型）裂紋： 拉應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。14應力場強度因子 ： 在裂紋尖端區(qū)域各點的應力分量除了決定于位置外，尚與強度因子有關(guān)，對于某一確定的點，其應力分量由確定， 越大，則應力場各點應力分量也越大，這

6、樣就可以表示應力場的強弱程度，稱為應力場強度因子。 “I”表示I型裂紋。15裂紋擴展K判據(jù)：裂紋在受力時只要滿足 ，就會發(fā)生脆性斷裂.反之，即使存在裂紋，若 也不會斷裂。16裂紋擴展G判據(jù)： ，當滿足上述條件時裂紋失穩(wěn)擴展斷裂。17裂紋擴展能量釋放率GI：I型裂紋擴展單位面積時系統(tǒng)釋放勢能的數(shù)值。18沖擊韌度:U形缺口沖擊吸收功 除以沖擊試樣缺口底部截面積所得之商，稱為沖擊韌度，也是度量材料沖擊韌性的一種力學性能指標,用表示。 19沖擊吸收功: 缺口試樣沖擊彎曲試驗中，擺錘沖斷試樣失去的位能為mgH1-mgH2。此即為試樣變形和斷裂所消耗的功，稱為沖擊吸收功，以表示，單位為J。20低溫脆性：

7、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、低強度結(jié)構(gòu)鋼（鐵素體-珠光體鋼），在試驗溫度低于某一溫度時，會由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機理由微孔聚集型變?yōu)榇┚Ы饫硇停瑪嗫谔卣饔衫w維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性。21沖擊試樣斷口分為纖維區(qū)、放射區(qū)（結(jié)晶區(qū)）與剪切唇三部分，在不同試驗溫度下，三個區(qū)之間的相對面積不同。溫度下降，纖維區(qū)面積突然減少，結(jié)晶區(qū)面積突然增大，材料由韌變脆。通常取結(jié)晶區(qū)面積占整個斷口面積50%時的溫度為，并記為50%FATT，或FATT50%，t50。22應力幅a:a=1/2(max-min)23疲勞源：是疲勞裂紋萌生的策源

8、地，一般在機件表面常和缺口，裂紋，刀痕，蝕坑相連。（2）缺口效應：絕大多數(shù)機件的橫截面都不是均勻而無變化的光滑體，往往存在截面的急劇變化，如鍵槽、油孔、軸肩、螺紋、退刀槽及焊縫等，這種截面變化的部分可視為“缺口”，由于缺口的存在，在載荷作用下缺口截面上的應力狀態(tài)將發(fā)生變化，產(chǎn)生所謂的缺口效應。【P44 P53】（3）缺口敏感度：缺口試樣的抗拉強度bn的與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強度b 的比值，稱為缺口敏感度24K:材料的疲勞裂紋擴展速率不僅與應力水平有關(guān)，而且與當時的裂紋尺寸有關(guān)。K是由應力范圍和a復合為應力強度因子范圍，K=Kmax-Kmin=Ymaxa-Ymina=Ya. p105/p12

9、025da/dN:疲勞裂紋擴展速率，即每循環(huán)一次裂紋擴展的距離。 P10526疲勞壽命：試樣在交變循環(huán)應力或應變作用下直至發(fā)生破壞前所經(jīng)受應力或應變的循環(huán)次數(shù) 1、 金屬的彈性模量主要取決于什么因素？為什么說它是一個對組織不敏感的力學性能指標？答：主要決定于原子本性和晶格類型。合金化、熱處理、冷塑性變形等能夠改變金屬材料的組織形態(tài)和晶粒大小，但是不改變金屬原子的本性和晶格類型。組織雖然改變了，原子的本性和晶格類型為發(fā)生改變，故彈性模量對組織不敏感。2、 決定金屬屈服強度的因素有哪些？答：內(nèi)在因素：金屬本性及晶格類型、晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)、溶質(zhì)元素、第二相。外在因素：溫度、應變速率和應力狀態(tài)。3、

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)生明顯的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，斷裂前基本上不發(fā)生塑性變形，沒有明顯征兆，因而危害性很大。4、 剪切斷裂與解理斷裂都是穿晶斷裂，為什么斷裂性質(zhì)完全不同？答：剪切斷裂是在切應力作用下沿滑移面分離而造成的滑移面分離，一般是韌性斷裂，而解理斷裂是在正應力作用以極快的速率沿一定晶體學平面產(chǎn)生的穿晶斷裂，解理斷裂通常是脆性斷裂。5、 何謂拉伸斷口三要素？影響宏觀拉伸斷口性態(tài)的因素有哪些？答：宏觀斷口呈杯錐形，由纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇三個區(qū)

11、域組成，即所謂的斷口特征三要素。上述斷口三區(qū)域的形態(tài)、大小和相對位置，因試樣形狀、尺寸和金屬材料的性能以及試驗溫度、加載速率和受力狀態(tài)不同而變化。七、試說明布氏硬度、洛氏硬度與維氏硬度的實驗原理，并比較布氏、洛氏與維氏硬度試驗方法的優(yōu)缺點。原理布氏硬度：用鋼球或硬質(zhì)合金球作為壓頭，計算單位面積所承受的試驗力。洛氏硬度：采用金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測量壓痕深度。維氏硬度：以兩相對面夾角為136。的金剛石四棱錐作壓頭，計算單位面積所承受的試驗力。布氏硬度優(yōu)點：實驗時一般采用直徑較大的壓頭球，因而所得的壓痕面積比較大。壓痕大的一個優(yōu)點是其硬度值能反映金屬在較大范圍內(nèi)各組成相得平均性能；另一

12、個優(yōu)點是實驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復性強。缺點：對不同材料需更換不同直徑的壓頭球和改變試驗力，壓痕直徑的測量也較麻煩，因而用于自動檢測時受到限制。洛氏硬度優(yōu)點：操作簡便，迅捷，硬度值可直接讀出；壓痕較小，可在工件上進行試驗；采用不同標尺可測量各種軟硬不同的金屬和厚薄不一的試樣的硬度，因而廣泛用于熱處理質(zhì)量檢測。缺點：壓痕較小，代表性差；若材料中有偏析及組織不均勻等缺陷，則所測硬度值重復性差，分散度大；此外用不同標尺測得的硬度值彼此沒有聯(lián)系，不能直接比較。維氏硬度優(yōu)點：不存在布氏硬度試驗時要求試驗力F與壓頭直徑D之間所規(guī)定條件的約束，也不存在洛氏硬度試驗時不同標尺的硬度值無法統(tǒng)一的弊端；維氏硬度試驗時不僅

13、試驗力可以任意取，而且壓痕測量的精度較高，硬度值較為準確。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法低的多。4. 試說明低溫脆性的物理本質(zhì)及其影響因素 低溫脆性的物理本質(zhì)：宏觀上對于那些有低溫脆性現(xiàn)象的材料，它們的屈服強度會隨溫度的降低急劇增加，而斷裂強度隨溫度的降低而變化不大。當溫度降低到某一溫度時，屈服強度增大到高于斷裂強度時，在這個溫度以下材料的屈服強度比斷裂強度大，因此材料在受力時還未發(fā)生屈服便斷裂了，材料顯示脆性。 從微觀機制來看低溫脆性與位錯在晶體點陣中運動的阻力有關(guān)，當溫度降低時，位錯運動阻力增大，原子熱激活能力下降，因此材料屈服強度增

14、加。影響材料低溫脆性的因素有:1晶體結(jié)構(gòu)：對稱性低的體心立方以及密排六方金屬、合金轉(zhuǎn)變溫度高，材料脆性斷裂趨勢明顯，塑性差。2化學成分：能夠使材料硬度，強度提高的雜質(zhì)或者合金元素都會引起材料塑性和韌性變差，材料脆性提高。3顯微組織：晶粒大小，細化晶?？梢酝瑫r提高材料的強度和塑韌性。因為晶界是裂紋擴展的阻力，晶粒細小，晶界總面積增加，晶界處塞積的位錯數(shù)減 少，有利于降低應力集中；同時晶界上雜質(zhì)濃度減少，避免產(chǎn)生沿晶脆性斷裂。 金相組織：較低強度水平時強度相等而組織不同的鋼，沖擊吸收功和韌脆轉(zhuǎn)變溫度以馬氏體高溫回火最佳，貝氏體回火組織次之，片狀珠光體組織最差。鋼中夾雜物、碳化物等第二相質(zhì)點對鋼的脆

15、性有重要影響，當其尺寸增大時均使材料韌性下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高。2、說明下列斷裂韌度指標的意義及其相互關(guān)系和 答： 臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的記作或，為平面應變下的斷裂韌度，表示在平面應變條件下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展的能力。為平面應力斷裂韌度，表示在平面應力條件下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展的能力。 它們都是型裂紋的材料裂紋韌性指標，但值與試樣厚度有關(guān)。當試樣厚度增加，使裂紋尖端達到平面應變狀態(tài)時，斷裂韌度趨于一穩(wěn)定的最低值，即為，它與試樣厚度無關(guān)，而是真正的材料常數(shù)。P71/P82 答：當增加到某一臨界值時，能克服裂紋失穩(wěn)擴展的阻力，則裂紋失穩(wěn)擴展斷裂。將的臨界值記作，稱斷裂韌度，表示材料阻止裂紋失穩(wěn)擴展時單位

16、面積所消耗的能量，其單位與相同。判據(jù)和判據(jù)一樣都是裂紋開始擴展的裂紋判據(jù)，而不是裂紋失穩(wěn)擴展的裂紋判據(jù)。P91/P1043、試述低應力脆斷的原因及防止方法。答： 低應力脆斷的原因：在材料的生產(chǎn)、機件的加工和使用過程中產(chǎn)生不可避免的宏觀裂紋，從而使機件在低于屈服應力的情況發(fā)生斷裂。 預防措施：將斷裂判據(jù)用于機件的設(shè)計上，在給定裂紋尺寸的情況下，確定機件允許的最大工作應力，或者當機件的工作應力確定后，根據(jù)斷裂判據(jù)確定機件不發(fā)生脆性斷裂時所允許的最大裂紋尺寸。5、 試述應力場強度因子的意義及典型裂紋的表達式答：無限大板穿透裂紋：；有限寬板穿透裂紋：；有限寬板單邊直裂紋：當ba時，；受彎單邊裂紋梁：；

17、無限大物體內(nèi)部有橢圓片裂紋，遠處受均勻拉伸：；無限大物體表面有半橢圓裂紋，遠處均受拉伸：A點的。 6、 試述K判據(jù)的意義及用途。答： K判據(jù)解決了經(jīng)典的強度理論不能解決存在宏觀裂紋為什么會產(chǎn)生低應力脆斷的原因。K判據(jù)將材料斷裂韌度同機件的工作應力及裂紋尺寸的關(guān)系定量地聯(lián)系起來，可直接用于設(shè)計計算，估算裂紋體的最大承受能力、允許的裂紋最大尺寸，以及用于正確選擇機件材料、優(yōu)化工藝等。斷裂韌度與強度、塑性之間的關(guān)系：總的來說，斷裂韌度隨強度的升高而降低。詳見新P80/P937影響的因素：內(nèi)因：、化學成分的影響；、集體相結(jié)構(gòu)和晶粒大小的影響；1. 雜質(zhì)及第二相的影響；、顯微組織的影響。外因：、溫度；、

18、應變速率。P81/P952.揭示下列疲勞性能指標的意義疲勞強度-1，-p,-1,-1N, -1:對稱彎曲疲勞極限；-p:對稱拉壓疲勞極限；-1:對稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限；-1N:缺口試樣疲勞極限。疲勞門檻值Kth 在疲勞裂紋擴展速率曲線的區(qū)，當KKth時，da/aN=0,表示裂紋不擴展;只有當K>Kth時，da/dN>0,疲勞裂紋才開始擴展。因此，Kth是疲勞裂紋不擴展的K臨界值，稱為疲勞裂紋擴展門檻值。 3.試述金屬疲勞斷裂的特點 （1）疲勞是低應力循環(huán)延時斷裂，機具有壽命的斷裂 （2）疲勞是脆性斷裂 （3）疲勞對缺陷（缺口，裂紋及組織缺陷）十分敏感4試述疲勞宏觀斷口的特征及其形成過程答

19、：典型疲勞斷口具有三個形貌不同的區(qū)域疲勞源、疲勞區(qū)及瞬斷區(qū)。（1） 疲勞源是疲勞裂紋萌生的策源地，疲勞源區(qū)的光亮度最大，因為這里在整個裂紋亞穩(wěn)擴展過程中斷面不斷摩擦擠壓，故顯示光亮平滑，另疲勞源的貝紋線細小。（2） 疲勞區(qū)的疲勞裂紋亞穩(wěn)擴展所形成的斷口區(qū)域，是判斷疲勞斷裂的重要特征證據(jù)。特征是：斷口比較光滑并分布有貝紋線。斷口光滑是疲勞源區(qū)域的延續(xù)，但其程度隨裂紋向前擴展逐漸減弱。貝紋線是由載荷變動引起的，如機器運轉(zhuǎn)時的開動與停歇，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。（3） 瞬斷區(qū)是裂紋最后失穩(wěn)快速擴展所形成的斷口區(qū)域。其斷口比疲勞區(qū)粗糙，脆性材料為結(jié)晶狀斷口，韌性材料為纖

20、維狀斷口。8試述影響疲勞裂紋擴展速率的主要因素。答：1、應力比r（或平均應力）的影響：Forman提出：殘余壓應力因會減小r,使降低和升高，對疲勞壽命有利；而殘余拉應力因會增大r，使升高和降低，對疲勞壽命不利。2、過載峰的影響：偶然過載進入過載損傷區(qū)內(nèi)，使材料受到損傷并降低疲勞壽命。但若過載適當，有時反而是有益的。3、材料組織的影響：晶粒大?。壕ЯＴ酱执?，其值越高，越低，對疲勞壽命越有利。組織：鋼的含碳量越低，鐵素體含量越多時，其值就越高。當鋼的淬火組織中存在一定量的殘余奧氏體和貝氏體等韌性組織時，可以提高鋼的，降低。噴丸處理：噴丸強化也能提高。9試述疲勞微觀斷口的主要特征。答：斷口特征是具有略呈彎曲并相互平行的溝槽花樣，稱疲勞條帶（疲勞條紋、疲勞輝紋）。疲勞條帶是疲勞斷口最典型的微觀特征。12試述金屬表面強化對疲勞強度的影響。答：表面強化處理可在機件表面產(chǎn)生有利的殘余壓應力，同時還能提高機件表面的強度和硬度。這兩方面的作用都能提高疲勞強度。1表面噴丸及滾壓 ：噴丸是用壓縮空氣將堅硬的小彈丸高速噴打向機件表面，使機件表面產(chǎn)生局部形變硬化；同時因塑變層周圍的彈性約束，又在塑變層內(nèi)產(chǎn)生殘余壓應力。表面滾壓和噴丸的作用相似，只是其壓應力層深度較大，很適于大工件；而且表面粗糙度低，強化效果更好。2表面熱處理及化學熱處理：他們除能使機件獲得表硬心韌的綜合力學性能外