金屬力學(xué)性能腳本——張學(xué)習(xí)2011.2.6

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)7詞匯表：（不少于50個）1 力學(xué)性能：2 拉伸曲線：3 強度：。4 硬度：金屬形的能力。5 塑性：金屬材料產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。6 彈性模量：彈性變形階段的斜率，表征材料抵抗彈性變形的能力。7 比例極限：材料保持正比例變形關(guān)系的最大應(yīng)力。8 彈性極限：材料發(fā)生彈性變形，而不產(chǎn)生塑性變形的最大應(yīng)力。9 屈服強度：材料產(chǎn)生塑性變形的最小應(yīng)力。10 抗拉強度：材料斷裂前承受的最大應(yīng)力，由斷裂前的最大載荷除以原始截面積得到。11 真實斷裂強度：材料斷裂處承受的應(yīng)力。12 頸縮：均勻塑性變形后，發(fā)生非均勻變形，而導(dǎo)致應(yīng)變集中的區(qū)域。13 工程應(yīng)力：載荷除以試樣的原始截面積。14 工

2、程延伸率：伸長量除以試樣的原始長度。15 真應(yīng)力：載荷除以試樣的真實面積。16 真應(yīng)變：伸長量與實時樣品長度的比值。17 工程斷面收縮率：斷面收縮量除以原始截面積。18 壓入硬度：采用高硬度的壓頭壓入待測物體表面表征材料硬度的方法。19 布氏硬度：采用金剛石球或淬火鋼球壓入待測物體表面，單位面積上的載荷。測量過程需要滿足幾何相似性。20 維氏硬度：采用對角136度的金剛石四棱錐壓入待測物體表面，單位面積上的載荷。21 顯微硬度：小載荷下的維氏硬度，載荷一般小于200g。22 洛氏硬度：采用120度的金剛石圓錐壓入待測物體表面，用深度表征材料的硬度。23 HRC：C級洛氏硬度。24 表面洛氏硬度

3、：小載荷洛氏硬度。25 壓痕：壓入法測量硬度過程后，留在待測物體表面的痕跡。26 彈性變形：可完全恢復(fù)的應(yīng)變。27 彈性后效：快速加卸載時應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象。28 循環(huán)韌性：周期性快速加卸載時材料內(nèi)吸收的彈性能。29 塑性變形：產(chǎn)生不可逆應(yīng)變的變形。30 位錯滑移：位錯沿著滑移面和滑移方向運動。31 孿晶：外形對稱，好象由兩個相同晶體對接起來的晶體；內(nèi)部原子排列呈鏡面對稱于結(jié)合面。孿晶可分為自然孿晶和形變孿晶。32 派納力：位錯在晶體內(nèi)運動的摩擦力。33 物理屈服：彈性變形結(jié)束后應(yīng)力突然上升，隨后發(fā)生應(yīng)力陡降，并在此低的應(yīng)力下發(fā)生持續(xù)應(yīng)變的現(xiàn)象，比如退火低碳鋼。34 應(yīng)變時效：發(fā)生物理屈服現(xiàn)

4、象的材料，應(yīng)變超過屈服平臺后，在低溫或高溫下保持一定時間后再次變形，發(fā)生屈服強度升高，而塑性韌性降低的現(xiàn)象。35 上屈服點：物理屈服曲線中，彈性變形后、屈服平臺形成前的應(yīng)力最高點。36 下屈服點：物理屈服曲線中屈服平臺對應(yīng)的應(yīng)力。37 柯氏氣團：材料中的間隙原子偏聚到位錯周圍形成的釘扎位錯狀態(tài)。38 應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)：最大剪切應(yīng)力與最大正應(yīng)力的比值。39 第1強度理論：斷裂的最大正應(yīng)力判據(jù)。金屬承受的最大正應(yīng)力大于單向拉伸時的斷裂強度f，由于第一主應(yīng)力就是最大正應(yīng)力，因此斷裂條件為： 1f。40 第2強度理論：斷裂的最大正應(yīng)變理論。認為材料斷裂的條件是材料的最大正應(yīng)變超過了材料單向拉伸斷裂時材料的

5、極限正應(yīng)變f。由于第一主應(yīng)變就是最大正應(yīng)變，因此斷裂條件為： 1f41 第3強度理論：復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的塑性變形條件。認為材料受到的最大切應(yīng)力達到單向拉伸時的剪切屈服強度時，材料就發(fā)生屈服。42 強化：提高位錯運動阻力，提高金屬屈服強度。43 細晶強化：晶粒尺寸減小導(dǎo)致屈服強度提高的現(xiàn)象。44 位錯塞積群：位錯運動受到阻礙后，后續(xù)同號位錯繼續(xù)運動，形成的同號位錯依次排列的現(xiàn)象。45 HallPetch公式：sikD-1/246 固溶強化：間隙或置換固溶原子與位錯交互作用，導(dǎo)致材料屈服強度提高的現(xiàn)象。47 叢聚區(qū)：原子局部偏聚區(qū)。48 第二相強化：基體中第二相物質(zhì)導(dǎo)致基體屈服強度提高現(xiàn)象。49 彌

6、散第二相：尺寸遠小于基體晶粒尺寸的第二相。50 大塊聚集型第二相：尺寸與基體晶粒尺寸可類比的第二相。51 加工硬化：通過應(yīng)變使金屬屈服強度提高的現(xiàn)象。52 變形協(xié)調(diào)位錯：基體和第二相變形不協(xié)調(diào)，在第二相附近產(chǎn)生的位錯。53 形變強化指數(shù)：真應(yīng)力與真應(yīng)變之間的關(guān)系：S=ken，n形變強化指數(shù)54 時效：固溶淬火后形成過飽和固溶態(tài)，在室溫或高溫下析出第二相的過程。55 欠時效：時效初期的狀態(tài)，材料硬度逐漸升高（Al-Cu中形成銅的叢聚區(qū)，共格，容易變形）。56 峰時效：材料硬度最高的時效狀態(tài)（Al-Cu 中CuAl2 彌散分布，細小，共格關(guān)系部分遭到破壞，部分可變形）。57 過時效：時效后期，析出

7、相尺寸長大，硬度逐漸降低（Al-Cu 中CuAl2 長大，共格關(guān)系破壞，難以變形，位錯只能繞過）。58 韌性斷裂：斷裂前產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形的斷裂方式。59 脆性斷裂：斷裂前不產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形的斷裂方式。60 正斷：斷裂的表面垂直于最大正應(yīng)力的斷裂方式。61 切斷：斷裂的表面平行于最大切應(yīng)力方向的斷裂方式。62 穿晶斷裂：裂紋沿晶粒內(nèi)部擴展導(dǎo)致的斷裂方向。63 沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴展導(dǎo)致的斷裂。64 切離：斷面收縮率達到100的斷裂方式。65 微孔聚集型斷裂：斷裂過程經(jīng)歷微孔的形成、微孔經(jīng)切離方式而連接的斷裂方式。66 韌窩：微孔聚集型斷裂方式中裂紋形成后經(jīng)歷外應(yīng)力方向的伸長和垂直于外應(yīng)

8、力方向的切離斷裂而形成的、凹形形貌。67 撕裂棱：微孔聚聚型斷裂方式中裂紋經(jīng)切離過程而形成的尖銳線狀形貌，構(gòu)成韌窩的邊界。68 解理斷裂：裂紋沿特定晶面形成并擴展而導(dǎo)致的斷裂，為脆性斷裂的一種。69 河流花樣：解理裂紋形成后沿不同高度的同一晶面族擴展、連接而形成的類似河流狀的斷口形貌。70 準解理斷裂：發(fā)生在含有高密度彌散分布的碳化物質(zhì)點的鋼中，裂紋在第二相質(zhì)點處形成、并向外放射狀擴展，形成河流花樣。71 應(yīng)力集中：局部的應(yīng)力升高現(xiàn)象。72 平面應(yīng)力：只有二向主應(yīng)力的應(yīng)力狀態(tài)，容易導(dǎo)致塑性變形。73 平面應(yīng)變：只有兩向主應(yīng)變的應(yīng)力狀態(tài)。74 缺口強化：發(fā)生在能夠發(fā)生全面屈服變形（或大部分區(qū)域發(fā)

9、生塑性變形）的缺口試樣中，由于塑性變形區(qū)的應(yīng)力高于材料的屈服強度，而導(dǎo)致缺口斷裂強度提高的現(xiàn)象，屬于幾何強化，不能作為強化手段使用。75 沖擊試驗：采用機械載荷沖擊試樣，測試材料沖擊韌性、缺口敏感性或低溫脆性的試驗方法。76 沖擊韌性：表征材料在斷裂過程中吸收沖擊能力的能力，常用Ak值表示。77 AK值：沖擊試樣沖擊過程單位面積吸收的能量。78 低溫脆性：溫度降低導(dǎo)致材料脆性斷裂傾向提高的現(xiàn)象，一般發(fā)生在bcc和hcp結(jié)構(gòu)的金屬中。79 韌脆轉(zhuǎn)變溫度：材料韌性斷裂和脆性斷裂轉(zhuǎn)變的溫度。80 Griffith理論：Griffith采用能量方式得到的含裂紋試樣的斷裂應(yīng)力理論。81 裂紋面：裂紋的延

10、長面。82 I型裂紋：裂紋面與應(yīng)力方向垂直的裂紋。83 II型裂紋：裂紋面與應(yīng)力方向平行，裂紋傾向于滑開的裂紋。84 III型裂紋：裂紋面與應(yīng)力方向平行，裂紋傾向于撕開的裂紋。85 應(yīng)力場強度因子：表征裂紋尖端應(yīng)力場強弱的參量。86 平面應(yīng)變斷裂韌性：樣品斷裂時處于平面應(yīng)變應(yīng)力條件下測量的斷裂韌性值。87 平面應(yīng)力斷裂韌性：樣品斷裂時處于平面應(yīng)力條件下測量的斷裂韌性值。88 疲勞：交變的載荷導(dǎo)致材料發(fā)生破壞的現(xiàn)象。89 應(yīng)力比：疲勞載荷的最小值與最大值的比值。90 貝紋線：疲勞裂紋擴展過程中由于突然停機、開機或環(huán)境條件的變化，使疲勞斷口上出現(xiàn)的條紋。91 疲勞條帶：疲勞裂紋擴展過程中對應(yīng)于一個

11、應(yīng)力循環(huán)、或多個應(yīng)力循環(huán)，疲勞裂紋擴展留下的條紋。92 疲勞源：疲勞裂紋萌生區(qū)。93 Paris公式：疲勞裂紋擴展穩(wěn)態(tài)區(qū)中疲勞裂紋擴展速率與應(yīng)力場強度因子幅的關(guān)系。94 疲勞極限：光滑試樣不發(fā)生疲勞斷裂的最大應(yīng)力。95 疲勞曲線：疲勞斷裂周次與疲勞應(yīng)力的關(guān)系。96 疲勞裂紋擴展門檻值：含裂紋試樣疲勞裂紋不擴展的最大應(yīng)力場強度因子幅。97 近門檻區(qū)：疲勞裂紋擴展低速區(qū)。98 高周疲勞：應(yīng)力低于金屬屈服強度、疲勞斷裂前發(fā)生107-108以上周次的疲勞形式。99 低周疲勞：應(yīng)力大于金屬屈服強度、疲勞斷裂前發(fā)生小于102-105周次的疲勞形式。100 Paris區(qū)：疲勞裂紋擴展穩(wěn)態(tài)區(qū)，可以用Paris

12、公式描述。101 駐留滑移帶：相對于外加疲勞載荷，晶體取向較好的晶粒中優(yōu)先發(fā)生位錯滑移而形成的條帶。102 循環(huán)硬化：交變載荷作用下，材料發(fā)生塑性變形后，相同應(yīng)變量條件下應(yīng)力增大的現(xiàn)象。103 循環(huán)軟化：交變載荷作用下，材料發(fā)生塑性變形后，相同應(yīng)變量條件下應(yīng)力減小的現(xiàn)象。104 包申格效應(yīng)：反向加載導(dǎo)致材料屈服強度降低的現(xiàn)象。105 熱疲勞：溫度變化導(dǎo)致的材料疲勞現(xiàn)象。106 振動疲勞：振動載荷作用導(dǎo)致的材料疲勞現(xiàn)象。107 擠出脊：交變載荷作用下形成的材料擠出樣品表面的區(qū)域。108 摩擦：相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象。109 磨損：機器運轉(zhuǎn)過程中，相對運動的摩擦表面的物質(zhì)逐漸損耗，

13、使零件尺寸、形狀和位置精度以及表面質(zhì)量發(fā)生變化的現(xiàn)象。110 潤滑：減輕摩擦和磨損所應(yīng)采取的措施。111 滑動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滑動而產(chǎn)生的作用。112 滾動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滾動而產(chǎn)生的作用。113 干摩擦：兩零件表面直接接觸后，因為微觀局部壓力高而形成許多冷焊點，運動時被剪切的現(xiàn)象。114 粘著：兩個摩擦表面接觸時，在外載荷作用下只有表面上少數(shù)微凸起處接觸，接觸點上的應(yīng)力很大，產(chǎn)生彈性變形，進而產(chǎn)生塑性變形使接觸面積增大。接觸點上的氧化膜被壓碎，致使兩個摩擦表面金屬分子相互吸引和擴散而溶合，形成接觸點處兩種金屬冷焊現(xiàn)象。115 邊界摩擦：運動副表面有一層厚度b問

14、題84： 說明低溫脆性的影響因素。解答：1）晶體學(xué)特性。 晶體結(jié)構(gòu)：f.c.c不存在低溫脆性。b.c.c和某些h.c.p的低溫脆性嚴重。位錯：位錯寬度大，不顯示低溫脆性。層錯能，韌性。形成柯氏氣團，韌性。2）冶金因素（1）溶質(zhì)元素 間隙原子，使韌性下降。 置換式溶質(zhì)，對韌性影響不明顯 雜質(zhì)元素S、P、As、Sn 使韌性下降（2）顯微組織 a）晶粒大小 b）金相組織 回火索氏體貝氏體珠光體，韌性下降 第二相（大小、形態(tài)、數(shù)量、分布）3）外部因素1、溫度 鋼的“藍脆”525550（鋼的氧化色為藍色） C、N原子擴散形成柯氏氣團。 2、加載速率 加載速率，脆性，韌脆轉(zhuǎn)變溫度Tk ; 3、試樣尺寸和形

15、狀 試樣增厚，Tk（表面上的拉壓應(yīng)力最大）; 帶缺口/不帶缺口時，脆性及Tk不同。問題85： 結(jié)合缺口試樣沖擊過程中裂紋形成和萌生過程，說明缺口載荷位移曲線與斷口特征之間的對應(yīng)關(guān)系.解答： PGY之前，彈性變形 PGY后，塑性變形；載荷增大到Pmax，塑性變形區(qū)逐漸擴展到整個缺口面（塑性區(qū)為圖中紅色虛線和缺口面之間面積）； 在Pmax附近，應(yīng)力最大點位于紅色虛線上；因此在此處產(chǎn)生裂紋；隨后裂紋向前和向后同時擴展；擴展機制是微孔聚集型，形成圖中“腳跟形纖維狀區(qū)”；此過程中材料承載面積減小，載荷逐漸下降到PF。 載荷達到PF后，裂紋迅速以解理斷裂方式快速擴展，在材料中形成“放射形結(jié)晶狀區(qū)”；這時材

16、料承載面積迅速減小，載荷也迅速降低到PD。 載荷達到PD后，裂紋擴展到樣品邊緣，產(chǎn)生平面應(yīng)力狀態(tài)，形成剪切唇區(qū)。問題86： 液氮罐為什么采用奧氏體鋼制造，而不能采用低碳鋼制造？解答：奧氏體在液氮溫度下沒有低溫脆性轉(zhuǎn)變。問題87： 為什么沖擊韌性不具有可設(shè)計性?解答：斷裂過程包括彈性變形、塑性變形和斷裂。沖擊過程吸收的能量為以上所有過程能量的總和。因此“Ak值不具有明確的物理意義”。問題88： 沖擊韌性及其作用？解答：1、表征材料在沖擊載荷作用下，吸收塑性變形功和斷裂功的大小。 AkU/F，U為沖擊過程吸收的能量，F(xiàn)為缺口面積。 Ak單位，J/cm2；或kgf/cm22、作用（1）揭示冶金缺陷的

17、影響；（2）對s大致相同的材料，評定缺口敏感性。（3）評定低溫脆性傾向。問題89： 說明KIc的基本原理及對試樣尺寸的要求解答：試樣處于平面應(yīng)變狀態(tài)。問題90： 平面應(yīng)變斷裂韌性（KIc）的意義和測量方法解答：表征金屬抵抗裂紋擴展的能力。采用三點彎曲或緊湊拉伸試樣，保證樣品應(yīng)力狀態(tài)主要處于平面應(yīng)變狀態(tài)，測量樣品斷裂對應(yīng)的載荷，由裂紋長度和樣品尺寸計算得到。計算結(jié)果需要進行驗證。問題91： 有一大型板狀構(gòu)件，具有20mm長的I型穿透型裂紋，構(gòu)件材料的屈服強度1200MPa，承受900 MPa的平均拉應(yīng)力，計算其應(yīng)力場強度因子KI及屈服區(qū)寬度R0。解答：168MPam1/2，2.2mm問題92：

18、有一車軸平均工作拉應(yīng)力150MPa，在40下材料的屈服強度為300MPa，KIc62MPam1/2。問在這種情況下允許表面存在增多深的半橢圓裂紋？解答：45mm問題93： 影響斷裂韌性的因素？解答： 1、材料因素（內(nèi)在因素） 晶體特征 （晶體結(jié)構(gòu)、位錯） 化學(xué)成分 顯微組織（晶粒大小，各相，第二相，夾雜） 處理工藝（熱處理、強化處理）2、（外因）環(huán)境因素 溫度、應(yīng)變速度等。問題94： 敘述低應(yīng)力脆斷的原因及在強度設(shè)計方面防止低應(yīng)力脆斷的方法解答：采用斷裂強度設(shè)計方法。問題95： 應(yīng)力場強度因子與應(yīng)力有什么區(qū)別？解答：同為狀態(tài)參量，復(fù)合參量，有效描述裂紋尖端受力狀態(tài)問題96： 敘述影響裂紋尖端塑

19、性區(qū)尺寸的因素解答：根據(jù)I型裂紋尖端塑性區(qū)尺寸的表達式，看出影響因素：1）所受應(yīng)力的影響，應(yīng)力越大，塑性區(qū)尺寸越大；2）試樣幾何形狀，不同的幾何形狀有不同的y值3）裂紋長度的影響，長度越長，塑性區(qū)尺寸越大；4）應(yīng)力狀態(tài)的影響，分清平面應(yīng)力狀態(tài)和平面應(yīng)變狀態(tài)的區(qū)別。問題97： 分析斷裂韌性與沖擊韌性的異同點及其相互關(guān)系解答：概念差別；測試方法差別；物理意義差別。都描述了材料的韌性。問題98： 敘述Griffith強度理論分析斷裂問題的思路解答：（1）出發(fā)點能量觀點：材料中已存在裂紋；局部應(yīng)力集中；裂紋擴展（增加新的表面），降低系統(tǒng)彈性（2）格雷菲斯模型a）單位厚度、無限寬薄板，僅施加一拉應(yīng)力（平

20、面應(yīng)力）。 在沒有裂紋時，板內(nèi)任何一點都受到拉應(yīng)力作用，儲存彈性能，單位面積材料儲存的彈性能為：b）在板內(nèi)引入一長度為2a，垂直于應(yīng)力方向的裂紋。此時引入裂紋的區(qū)域，將釋放彈性能（釋放的能量，前面加負號）c）裂紋形成產(chǎn)生新表面所需要的能量 W=4a （有兩個表面）總能量問題99： 通常純鐵的s2J/m2，E2105 MPa，a02.51010m，試求其理論斷裂強度m。解答：4104MPa問題100： 有一材料E21011N/m2, s8 J/m2,計算在7107 N/m2的應(yīng)力作用下，該材料中能擴展的裂紋最小長度。解答：0.4mm問題101： 典型疲勞斷口的宏觀特征是什么？如何從這些特征判斷疲勞源和裂紋萌生方向？解答：1、疲勞源 裂紋的萌生地；裂紋處在亞穩(wěn)擴展過程中。由于應(yīng)力交變，斷面摩擦而光亮。隨應(yīng)力狀態(tài)及其大小的不同，可有一個或幾個疲勞源。 2、疲勞區(qū)（貝紋區(qū)） 斷面比較光滑，并分布有貝紋線。循環(huán)應(yīng)力低，材料韌性好，疲勞區(qū)大，貝紋線細、明顯。有時在