工程材料力學性能(縮印版)

1、1屈服現(xiàn)象三個因素：1材料變形前可動位錯密度很小。2隨塑性變形發(fā)生，位錯能快速增殖。3位錯運動速率與外加應力有猛烈依存關系。2屈服現(xiàn)象：金屬材料在拉伸試驗時產(chǎn)生的屈服現(xiàn)象是其開頭產(chǎn)生宏觀塑性變形的一種標志。外力不增加試樣仍能連續(xù)伸長；或外力增加到肯定數(shù)值時突然下降，隨后，在外力不增加或上下波動狀況下，試樣連續(xù)伸長變形。3消退包申格效應的方法：預先進行較大的塑性變形，或在其次次反向受力前先使金屬材料于回復或再結晶溫度下退火。4變形過程分為彈性變形、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。5金屬彈性變形是一種可逆性變形。6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

2、再同向加載，規(guī)定殘余伸長應力增加：反向加載，規(guī)定殘余伸長應力降低的現(xiàn)象。7屈服強度：用應力表示的屈服點或下屈服點就是表征材料對微涼塑性變形的抗力。8細化晶粒是怎樣影響屈服強度的：晶粒大小的影響是晶界影響的反映，由于晶界是位錯運動的障礙，在一個晶粒內(nèi)部，必需塞積足夠數(shù)量的位錯才能供應必要的應力，使相鄰晶粒中的位錯才能供應必要的應力，使相鄰晶粒中的位錯源開動并產(chǎn)生宏觀可見的塑性變形。因而，減小晶粒尺寸將增加位錯運動障礙的數(shù)目，減小晶粒內(nèi)位錯塞積群的長度，使屈服強度提高。9影響屈服強度的內(nèi)在因素：1金屬本性及晶格類型。2晶粒大小和亞結構。3溶質(zhì)元素。4其次相。10影響屈服強度的外在因素：1上升溫度，

3、金屬材料的屈服強度降低；金屬晶體結構不同，變化趨勢不一樣。2應變速率增大，金屬材料的強度增加，且屈服強度隨應變速率的變化較抗拉強度的變化要明顯的多。這種因應變速率增加而產(chǎn)生的強度提高效應，稱為應變速率硬化現(xiàn)象。3應力狀態(tài)也影響屈服強度，切應力重量越大，越有利于塑性變形，屈服強度則越低，所以扭轉比拉伸的屈服強度低，拉伸要比彎曲的屈服強度低，但三向不等拉伸下的屈服強度為最高。11縮頸是韌性金屬材料在拉伸試驗時變形集中于局部區(qū)域的特殊現(xiàn)象，他是應變硬化（物理因素）與截面減?。◣缀我蛩兀┕餐饔玫慕Y果。12縮頸產(chǎn)生的依據(jù);當真實應力-應變曲線上某店的斜率等于該點的真實應力時，縮頸產(chǎn)生。 當金屬材料的應

4、變硬化指數(shù)等于最大真實均勻塑性應變量時，縮頸便會產(chǎn)生。13塑性：金屬材料斷裂前發(fā)生塑性變形的力量。14塑性指標；金屬材料常用的塑性指標為斷后伸長率和斷面收縮率。15韌性：金屬材料斷裂前吸取塑性變形功和斷裂功的力量，或指材料抵制裂紋擴展的力量。16韌性斷裂：金屬材料斷裂前產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形的斷裂，17韌性斷裂斷口特征三要素：纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇三個區(qū)域組成。18規(guī)定光滑拉伸式樣的斷面收縮率小于5%為脆性斷裂，大于5%為韌性斷裂19杯錐狀斷口的形成過程；光滑試樣-拉伸-縮頸-三向應力-中心最大-塑變困難-微孔-長大和聚合-裂紋20兩種解理裂紋形成模型的共同之處：裂紋形核前均需有塑性變形；位錯運

5、動受阻，在肯定條件下便會形成裂紋。試驗證明，裂紋往往在晶界、亞晶界、孿晶交叉處消滅。1韌窩是微孔聚集斷裂的基本特征。 韌窩外形三種：等軸韌窩、拉長韌窩、撕裂韌窩。 微孔聚集斷裂肯定有韌窩存在，但在微觀形態(tài)上消滅韌窩，其宏觀上不肯定就是韌性斷裂。2解理斷裂的基本微觀特征：解理臺階、河流花樣、舌狀花樣。3微孔成核長大：a位錯線運動遇到其次相質(zhì)點時，往往按繞過機制在其四周形成位錯環(huán)。b這些位錯環(huán)在外加應力作用下于其次相質(zhì)點處積累起來。c當位錯環(huán)移向質(zhì)點與集體界面時，界面馬上沿滑移面分別而形成微孔。d由于微孔成核，后面的位錯所受排斥力大大下降而被快速推向微孔，并使位錯源重新被激活起來，不斷放出新位錯。

6、新的位錯連續(xù)進入微孔，遂使微孔長大。圖4缺口效應：引起應力集中，并轉變了缺口前方的應力狀態(tài)，使缺口試樣或機件中所受的應力由原來的單向應力狀態(tài)轉變?yōu)閮上蚧蛉驊顟B(tài)，也就是消滅了平面應變狀態(tài)，這要視板厚或直徑而定。其次個效應是使材料強度增高，塑性降低5硬度表征金屬材料軟硬強度的一種性能 試驗方法；劃痕法、回跳法，壓入法6缺口試樣拉伸時應力分布有何特點？對于薄板；具有缺口的薄板受拉伸后，中心部分是兩向拉伸的平面應力狀態(tài)，但在缺口根部為單向拉伸應力狀態(tài)。對于厚板，厚板缺口拉伸時，在缺口根部為兩向拉伸應力狀態(tài)缺口內(nèi)側為三向拉伸的平面應變狀態(tài)7硬度表示方法350HBW5/750/5直徑為5mm的硬質(zhì)合

7、金球在7.355kN試驗力下保持10-15s測得布氏硬度值為3508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，特殊是工程上常用的中、低強度結構鋼，在試驗溫度低于某一溫度Tk時，會由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸取功明顯下降，斷裂機理由微孔聚集型變成穿晶解理型，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y晶狀，這就是低溫脆性。9沖擊韌性：材料在沖擊載荷作用下吸取塑性變形功和斷裂功的力量，常用標準試樣的沖擊吸取功Ak表示。Aku；u形缺口沖擊試樣的沖擊吸取功10低溫脆性的本質(zhì)：低溫脆性是材料屈服強度隨溫度降低急劇增加的的結果。屈服點s的變化即隨溫度下降而上升，但材料的解理斷裂強度c卻隨溫度變化很小，

8、由于熱激活對裂紋擴展的力學條件沒有顯著作用，于是兩條曲線相交于一點，交電對應的溫度即Tk。高于Tk時，cs，材料受載后屈服再斷裂，為韌性斷裂；低于Tk時，外加應力先達到c，材料表現(xiàn)為脆性斷裂。 體心立方金屬的低溫脆性還可能與遲屈服現(xiàn)象有關。遲屈服即對低碳鋼施加一高速載荷到高于s，材料并不馬上產(chǎn)生屈服，而需要經(jīng)過一段孕育期才開頭塑性變形。在孕育期中只產(chǎn)生彈性變形，由于沒有塑性變形消耗能量，故有利于裂紋的擴展，從而易表現(xiàn)為脆性破壞。11 NDT：無塑性或零塑性轉變溫度。FTP：以高階能對應的溫度為Tk。FTE：以低階能和高階能平均值對應的溫度定義Tk。12細化晶粒提高韌性緣由：1晶界是裂紋擴展的阻

9、力；2晶界前塞積的位錯數(shù)削減，有利于降低應力集中；3晶界總面積增加，使晶界上雜質(zhì)濃度削減，避開產(chǎn)生沿晶脆性斷裂。13裂紋擴展的3種形式 張開型I型裂紋擴展 滑開型 撕開型14K判據(jù)的含義：Ki=Kic或Ya=Kic 裂紋體在受力時，只要滿足上述條件，就會發(fā)生脆性斷裂。反之，即使存在裂紋，若KiKic或YaKic,也不會斷裂，這種狀況稱為破損平安。15影響Kic的外界因素：1溫度；一般大多數(shù)結構鋼的Kic都隨溫度降低而下降。2應變速率；應變速率具有與溫度相識的效應。增加應變速率相當于降低溫度的作用，也可使Kic下降。16疲憊；金屬機件或構件在變動應力和應變長期作用下，由于積累而引起的斷裂現(xiàn)象。疲

10、憊是脆性斷裂。17疲憊斷口三個區(qū)域：1疲憊源；源區(qū)光亮度越大，相鄰疲憊區(qū)越大，貝紋線越多越密者，其疲憊源就越先產(chǎn)生；反之，則疲憊源就越后產(chǎn)生。2疲憊區(qū)；是疲憊裂紋亞穩(wěn)擴展所形成的斷口區(qū)域，宏觀特征；斷口比較光滑并分布有貝紋線。斷口光滑是疲憊源區(qū)域的連續(xù)，單其程度隨裂紋向前擴展?jié)u漸減弱。3瞬斷區(qū)；當裂紋長大到臨界尺寸ac時，因裂紋尖端的應力場強度因子Ki達到材料斷裂韌度Kic時，則裂紋就失穩(wěn)快速擴展，導致機件最終瞬時斷裂。18疲憊過程：疲憊裂紋萌生、裂紋亞穩(wěn)擴展、最終失穩(wěn)擴展。19疲憊裂紋擴展門檻值：在1區(qū)，當KKth時，da/dN0，疲憊裂紋才開頭擴展。因此，Kth是疲憊裂紋不擴展的K臨界值。

11、20平均應力和應力比的影響具有等效性。隨r增加，曲線向左上方移動，使da/dN上升，而且在、區(qū)的影響比在區(qū)的大。在區(qū)，r還降低Kth。當機件內(nèi)部存在殘余應力時，因與外加循環(huán)應力疊加將轉變實際應力比，所以也會影響da/dN和K。殘余壓應力因會減小r，使da/dN降低和K上升，對疲憊壽命有利；而殘余拉應力因會增大r，使da/dN上升和K降低，對疲憊壽命不利。1疲憊裂紋萌生三個機理：1表面滑移帶開裂。2其次相、夾雜物或其界面開裂。3晶界或亞晶界開裂。2接受固溶強化，細晶強化，均可以阻擋疲憊裂紋萌生，提高疲憊強度。3疲憊裂紋擴展過程的其次階段的斷口特征：稱為疲憊條帶（疲憊條紋、疲憊輝紋）。4殘余應力對

12、疲憊強度的影響：1殘余應力可以與外加工應力疊加，構成合成總應力：疊加殘余壓應力，總應力減小；疊加殘余拉應力，總應力增加。因此，機件表面殘余應力狀態(tài)對疲憊強度有顯著影響：殘余壓應力提高疲憊強度；殘余拉應力則降低疲憊強度。2殘余壓應力的有利影響與外加應力與外加應力的應力狀態(tài)有關：機件承受彎曲疲憊時，殘余壓應力的效果比扭轉疲憊大；承受拉壓疲憊時，影響較小。這是不同應力狀態(tài)下，機件表面層的應力梯度不同所致。3殘余壓應力顯著提高缺口試樣或機件的疲憊強度，這是由于殘余壓應力也可在缺口處集中，能更有效的降低缺口根部的拉應力峰值。4殘余壓應力提高疲憊強度的有利效果，還和殘余壓應力值得大小、殘余壓應力區(qū)的深度及

13、分布，以及殘余壓應力在疲憊過程中是否發(fā)生松弛等因素有關。5細化晶粒既能阻擋疲憊裂紋在晶界處萌生，又因晶界阻擋疲憊裂紋的擴展故能提高疲憊強度6應力腐蝕產(chǎn)生條件：1應力；機件所承受的應力包括工作應力和殘余應力。2化學介質(zhì)；只有在特定的化學介質(zhì)中，某種金屬材料才能產(chǎn)生應力腐蝕。3金屬材料；一般來說，純金屬不會產(chǎn)生應力腐蝕，全部合金對應力腐蝕都有不同程度的敏感度。單在每一種合金系列中，都有對應力腐蝕不敏感的合金成分。7防止應力腐蝕的措施：1合理選擇金屬材料；針對機件所受的應力和接觸的化學介質(zhì)，選用耐應力腐蝕的金屬材料，這是一個基本原則。2削減或消退機件中的殘余拉應力；殘余拉應力是產(chǎn)生應力腐蝕的重要緣由

14、，應盡量削減機件上的應力集中效應。3改善化學介質(zhì)；一方面設法削減和消退促進應力腐蝕開裂的有害化學離子，另一方面，也可在化學介質(zhì)中添加緩蝕劑。4接受電化學愛護；一般接受陰極愛護法。8Kiscc應力腐蝕門檻值9氫脆：由于氫和應力的共同作用而導致金屬材料產(chǎn)生脆性斷裂的現(xiàn)象。10白點：當鋼中含有過量的氫時，隨著溫度降低氫在鋼中的溶解度減小。假如過飽和的氫未能集中逸出，便聚集在某些缺陷處而形成氫分子。此時，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。這種微裂紋的斷面呈圓形或橢圓形，顏色為銀白色，故稱為白點。11白點防止措施；精煉除氣，斷后緩冷，或等溫退火，以及在剛中加入稀土或其他微

15、量元素等方法12磨損；機件表面相接觸并作相對運動，表面漸漸由微小顆粒分別出來形成磨屑使表面材料漸漸消逝造成表面損傷。13蠕變就是指在長時間的恒溫，橫載荷作用下緩慢的產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象，由于這種變形是導致金屬材料的斷裂14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的增加而減小的現(xiàn)象15蠕變斷裂機理：1在三晶粒交會處形成楔形裂紋；即在高應力和較低溫度下，由于晶界滑動在三晶粒交會處受阻，造成應力集中而形成空洞。空洞相互連接便形成楔形裂紋。2在晶界上由空洞形成晶界裂紋；這是較低應力和高溫度下產(chǎn)生的裂紋，這種裂紋消滅在晶界上的突起部位和細小的其次相質(zhì)點四周，由于晶界滑動而產(chǎn)生空洞。 裂紋形成后，進一步依靠晶界滑動、空位集中和空洞連接