材料力學性能習題及解答庫

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一章 習題答案一、解釋下列名詞1、彈性比功：又稱為彈性比能、應變比能，表示金屬材料吸收彈性變形功的能力。2、滯彈性：在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時間延長產(chǎn)生附加彈性應變的現(xiàn)象。3、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，稱為金屬的循環(huán)韌性。4、包申格效應：先加載致少量塑變，卸載，然后在再次加載時，出現(xiàn)e升高或降低的現(xiàn)象。5、解理刻面：大致以晶粒大小為單位的解理面稱為解理刻面。6、塑性、脆性和韌性：塑性是指材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久（塑性）變形的能力。韌性：指材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力，或指材料抵抗裂紋擴展的能力7、解理臺階：高度不同的相

2、互平行的解理平面之間出現(xiàn)的臺階叫解理臺階；8、河流花樣：當一些小的臺階匯聚為在的臺階時，其表現(xiàn)為河流狀花樣。9、解理面：晶體在外力作用下嚴格沿著一定晶體學平面破裂，這些平面稱為解理面。10、穿晶斷裂和沿晶斷裂：沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴展，一定是脆斷，且較為嚴重，為最低級。穿晶斷裂裂紋穿過晶內(nèi)，可以是韌性斷裂，也可能是脆性斷裂。11、韌脆轉(zhuǎn)變：指金屬材料的脆性和韌性是金屬材料在不同條件下表現(xiàn)的力學行為或力學狀態(tài)，在一定條件下，它們是可以互相轉(zhuǎn)化的，這樣的轉(zhuǎn)化稱為韌脆轉(zhuǎn)變。二、說明下列力學指標的意義、（）：（）分別為拉伸楊氏模量和切變模量，統(tǒng)稱為彈性模量，表示產(chǎn)生100%彈性變形所需的應力。、r 、

3、0.2、s: r :表示規(guī)定殘余伸長應力，試樣卸除拉伸力后，其標距部分的殘余伸長達到規(guī)定的原始標距百分比時的應力。0.2：表示規(guī)定殘余伸長率為0.2%時的應力。s：表征材料的屈服點。、b：韌性金屬試樣在拉斷過程中最大試驗力所對應的應力稱為抗拉強度。、n:應變硬化指數(shù)，它反映了金屬材料抵抗繼續(xù)塑性變形的能力，是表征金屬材料應變硬化行為的性能指標。、gt、：是斷后伸長率，它表征試樣拉斷后標距的伸長與原始標距的百分比。gt是最大試驗力的總伸長率，指試樣拉伸至最大試驗力時標距的總伸長與原始標距的百分比，也就是金屬材料拉伸時產(chǎn)生的最大均勻塑性變形量。是斷面收縮率，縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積

4、的百分比。三、金屬的彈性模量主要取決于什么因素？為什么說它是一個組織不敏感的力學性能指標？金屬的彈性模量主要取決于金屬原子本性和晶格類型。合金化、熱處理（顯微組織）、冷塑性變形對彈性模量的影響較小，溫度、加載速率等外在因素對其影響也不大，所以，金屬材料的彈性模量是一個對組織不敏感的力學性能指標。四、今有45、40r 、35ro鋼和灰鑄鐵幾種材料，你選擇哪種材料作機床床身？為什么？選擇灰鑄鐵，因為作為機床床身材料必須要求循環(huán)韌性高，以保證機器的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)?；诣T鐵中含有不易傳送彈性機械振動的石墨，具有很高的循環(huán)韌性。五、試述多晶體金屬產(chǎn)生明顯屈服的條件，并解釋bcc金屬及其合金與fcc金屬及其合金屈

5、服行為不同的原因。6、試述退火低碳鋼、中碳鋼及高碳鋼的屈服現(xiàn)象在拉伸力伸長曲線圖上的區(qū)別？為什么?答：從退火低碳鋼、中碳鋼及高碳鋼的拉伸力伸長曲線圖上可以明顯看出，三種不同鋼種的拉伸力伸長曲線圖有區(qū)別，可以看出退火低碳鋼的屈服現(xiàn)象最明顯，其次是退火中碳鋼，而高碳鋼幾乎看不到屈服現(xiàn)象。但根據(jù)條件屈服強度可以判斷出隨著碳含量的增加，屈服強度在提高。這主要是因為隨著碳含量的增加，碳原子對基體的強化作用越來越強，阻礙了位錯的運動。7、決定金屬屈服強度的因素有哪些？答：影響金屬屈服強度的因素分為內(nèi)在因素和外在因素。內(nèi)在因素有金屬本性及晶格類型、晶粒大小和亞結構、溶質(zhì)元素、第二相粒子；外在因素有溫度、應變

6、速率和應力狀態(tài)。8、試述、兩種塑性指標評定金屬材料塑性的優(yōu)缺點？答：對于在單一拉伸條件下工作的長形零件，無論其是否產(chǎn)生縮頸，用來評定材料的塑性，因為產(chǎn)生縮頸時局部區(qū)域的塑性變形量對總伸長實際上沒有什么影響。如果金屬材料機件是非長形件，在拉伸時形成縮頸，則用作為塑性指標。因為反映了材料斷開前的最大塑性變形量，而此時則不能顯示材料的最大塑性。是在復雜應力狀態(tài)下形成的，冶金因素的變化對材料的塑性的影響在上更為突出，所以比對組織變化更為敏感。9、試舉出幾種能顯著強化金屬而又不降低塑性的方法？答：細晶強化，通過細化晶粒提高金屬強度的方法，它既可以顯著強化金屬，又不降低塑性的方法。10、試述韌性斷裂與脆性

7、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，斷裂前期丁不發(fā)生塑性變形，沒有明顯征兆，因此脆性斷裂在生產(chǎn)中是很危險的。11、剪切斷裂與解理斷裂都是穿晶斷裂？為什么斷裂的性質(zhì)完全不同？答：剪切斷裂是金屬材料在切應力作用下，沿滑移面分離而造成的滑移面分離斷裂，其中又分滑斷（純剪切斷裂）和微孔聚集型斷裂。純金屬尤其是單晶體金屬常產(chǎn)生純剪切斷裂，其斷口呈鋒利的楔形或刀尖型。而解理斷裂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

8、斷裂。12、在什么情況下易出現(xiàn)沿晶斷裂？怎樣才能減小沿晶斷裂的傾向？答：當晶界上有一薄層連續(xù)或不連續(xù)脆性第二相、夾雜物，破壞了晶界的連續(xù)所造成，也可能是雜質(zhì)元素向晶界偏聚引起的，如應力腐蝕、氫脆、回火脆性、淬火裂紋、磨削裂紋等都是沿晶斷裂。要減小沿晶斷裂的傾向，則要求防止應力腐蝕、氫脆、回火脆性、淬火裂紋、磨削裂紋等出現(xiàn)。13、何為拉伸斷口三要素？影響宏觀拉伸斷口性態(tài)的因素有哪些？答：拉伸斷口的三要素：纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇；影響宏觀拉伸斷口性態(tài)的因素有試樣的形狀、尺寸和金屬材料的性能以及試驗溫度、加載速率和腕力狀態(tài)不同而變化。14、板材宏觀斷口的主要特征是什么？如何尋找斷裂源？答：板狀矩形拉

9、伸試樣斷口中呈人字紋花樣。根據(jù)人字紋花樣的放射方向，順著尖頂指向可以找到裂紋源。15、試證明，滑移相交產(chǎn)生微裂紋的柯垂耳機理對fcc金屬而言在能量上是不利的。16、通常純鐵的s2J,E=2*105MPa,a0=2.5×1010m，試求其理論斷裂強度m 。解：由題意可得： 17、試述格雷菲斯裂紋理論分析問題的思路，推導格雷菲斯方程，并指出理論的局限性。18、若一薄板物體內(nèi)部存在一條長3的裂紋，且a03×108cm，試求脆性斷裂時的斷裂應力。（設m0.1E2×105MPa ）19、有一材料E2×1011N，s8Nm，試計算在7×107N 的拉應力作

10、用下，該材料中能擴展的裂紋之最小長度？20、斷裂強度c與抗拉強度b有何區(qū)別？答：抗拉強度b指材料在拉伸過程中，從開始到發(fā)生斷裂時所達到的最大應力值。它表示鋼材抵抗斷裂的能力大小。斷裂強度c是指在拉伸過程中，材料斷裂時所對應的應力值。21、鐵素體的斷裂強度與屈服強度均與晶粒尺寸d1/2成正比，怎樣解釋這一現(xiàn)象？22、裂紋擴展擴展受哪些因素支配？23、試分析能量斷裂判據(jù)與應力斷裂判據(jù)之間的關系24、有哪些因素決定韌性斷口的宏觀形貌？答：韌性斷口的宏觀形貌決定于第二相質(zhì)點的大小和密度、基體材料的塑性變形能力和應變硬化指數(shù)，以及外加應力的大小和狀態(tài)等。25、試根據(jù)下述方程（id1/2+ky）ky=2G

11、sq,討論下述因素對金屬材料韌脆轉(zhuǎn)變的影響：（1）材料成分；（2）雜質(zhì)；（3）溫度；（4）晶粒大?。唬?）應力狀態(tài)；（6）加載速率。第二章 習題及答案1.解釋下列名詞：（1）應力狀態(tài)軟性系數(shù)：表征最大切應力與的比值。（2）缺口效應：由于缺口的存在，在靜載作用下，缺口截面上的應力狀態(tài)將發(fā)生變化，這稱為“缺口效應”。（3）缺口敏感度：表征缺口試樣的抗拉強度與光滑試樣的抗拉強度的比值。（4）布氏硬度：用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，以規(guī)定的試驗力（F）壓入式樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗力，測量試樣表面的壓痕直徑（L）。布氏硬度值是以試驗力除以壓痕球形表面積所得的商。以HBS（鋼球）表示，單位為N/

12、mm2(MPa)。其計算公式為： 式中：F-壓入金屬試樣表面的試驗力，N； D-試驗用鋼球直徑，mm； d-壓痕平均直徑，mm。 （5）洛氏硬度：在規(guī)定的外加載荷下，將鋼球或金剛石壓頭垂直壓入試件表面，產(chǎn)生壓痕，測試壓痕深度，利用洛氏硬度計算公式HR=（K-H)/C便可計算出洛氏硬度。簡單說就是壓痕越淺，HR值越大，材料硬度越高。（6）維氏硬度：是根據(jù)壓痕單位面積所承受的試驗力計算硬度值。所采用的壓頭是兩相對面間夾角為136°的金剛石四棱錐體，壓頭的試驗力作用下將試樣表面壓出一個四方錐形的壓痕，經(jīng)一定保持時間后擔卸除試驗力，測量壓痕對角線平均長度d，用以計算壓痕表面積。維氏硬度的值為

13、試驗力除以壓痕表面積A所得的商。（7）努氏硬度：也一種顯微硬度試驗方法。與顯微維氏硬度相比有兩點不同：一是壓頭形狀不同；二是硬度值不是試驗力除以壓痕表面積之商值，而是除以壓痕投影面積之商值。（8）肖氏硬度：是將一定質(zhì)量的帶有金剛石圓頭或鋼球的重錘，從一定高度落于金屬試樣表面，根據(jù)重錘回跳的高度來表征金屬硬度值大小，因而也稱為回跳硬度。（9）里氏硬度：是用規(guī)定質(zhì)量的沖擊體在彈力作用下以一定速度沖擊試樣表面，用沖頭的回彈速度表征金屬的硬度值。2.說明下列力學性能指標的意義（1）bc；指抗壓強度；（2）bb：指抗彎強度；（3)s ：指材料的扭轉(zhuǎn)屈服點；（4)b ；指抗扭強度；（5）bn：指有缺口試樣

14、的抗拉強度；（6)NSR：指缺口敏感度；（7)HBS：用壓頭為淬火鋼球時的布氏硬度值；（8)HBW：用壓頭為硬質(zhì)合金球時的布氏硬度值；（9)HRA：指用金剛石圓錐壓頭，主試驗力為490.3N測出的洛氏硬度值；（10)HRB：指用鋼球壓頭測出的洛氏硬度；（11)HRC：指用金剛石圓錐壓頭的洛氏硬度；（12)HV：指維氏硬度試驗；（13)HK：指努氏硬度試驗；（14)HS：指肖氏硬度；（15)HL：指里氏硬度；3試綜合比較單向拉伸、壓縮、彎曲及扭轉(zhuǎn)實驗的特點和應用范圍。答：單向拉伸的應力狀態(tài)系數(shù)=0.5，說明應力狀態(tài)較硬，故一般適用于那些塑性變形抗力與切斷強度較低的塑性材料試驗；單向壓縮試驗的應力

15、狀態(tài)軟性系數(shù)=2，比拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲的應力狀態(tài)都軟，主要用于拉伸時呈脆性的金屬材料力學性能測定，以顯示這類材料在塑性狀態(tài)下的力學行為；彎曲試驗試樣形狀簡單、操作方便，試樣表面應力最大，可較靈敏地反映材料表面缺陷，彎曲試驗主要用于測試鑄鐵、鑄造合金、工具鋼及硬質(zhì)合金等脆性與低塑性材料的強度和顯示塑性的差別，還用來比較和鑒別滲碳層和表面淬火層等表面熱處理機件的質(zhì)量和性能。扭轉(zhuǎn)的應力狀態(tài)軟性系數(shù)=0.8，比拉伸時的大，易于顯示金屬的塑性行為；能實現(xiàn)大塑性變形量下的試驗；能較敏感地反映出金屬表面缺陷及表面硬化層的性能；可以測定這些材料切斷強度；主要適用于熱扭轉(zhuǎn)來研究金屬在熱加工條件下的流變性能與斷裂性

16、能，評定材料的熱壓力加工性，并確定適當?shù)墓に嚕€可用來研究工作熱處理的表面質(zhì)量和各種表面強化訓練工藝的效果?？梢愿鶕?jù)扭轉(zhuǎn)斷口宏觀特征來判斷承受扭矩而斷裂的機件的性能。4試述脆性材料彎曲實驗的特點及其應用。答：彎曲試驗試樣形狀簡單、操作方便，試樣表面應力最大，可較靈敏地反映材料表面缺陷，彎曲試驗主要用于測試鑄鐵、鑄造合金、工具鋼及硬質(zhì)合金等脆性與低塑性材料的強度和顯示塑性的差別，還用來比較和鑒別滲碳層和表面淬火層等表面熱處理機件的質(zhì)量和性能。5缺口試樣拉伸時應力分布有何特點？答：當缺口試樣拉伸，處于彈性狀態(tài)下時，缺口截面上的應力分布是不均勻的，軸向應力在缺口根部最大。隨著離開根部距離的增大，不斷

17、下降，即在缺口根部產(chǎn)生應力集中。并且在缺口根部內(nèi)側(cè)還出現(xiàn)了橫向拉應力，它是由于材料橫向收縮引起的，自缺口根部向內(nèi)部發(fā)展，收縮變形阻力增大，因此逐漸增加。當增大到一定數(shù)值后，隨著的不斷減小，也隨之下降?；嚇犹幱谒苄誀顟B(tài)下時，在存在缺口的條件下會出現(xiàn)三向應力狀態(tài)，并產(chǎn)生應力集中，試樣的屈服應力比單向拉伸時高，產(chǎn)生所謂“缺口強化”現(xiàn)象。6綜合比較光滑試樣軸向拉伸、缺口試樣軸向拉伸和偏斜拉伸實驗的特點。答：光滑試樣在受到軸向拉伸時，在截面上受到均勻的拉應力。缺口試樣軸向拉伸時，由于缺口的存在引起了應力的重新分布，且不均勻，它廣泛用于研究高強度鋼（淬火低溫回火）的力學性能、鋼和鈦的氫脆以及用于研究高溫

18、合金的缺口敏感性等。缺口試樣偏斜拉伸試驗時，試樣同時承受拉伸和彎曲載荷復合作用，故應力狀態(tài)更“硬”，缺口截面上的應力分布更不均勻，因而更能顯示材料對缺口的敏感性。這種試驗方法很適合高強度螺栓之類零件的選材和熱處理工藝的優(yōu)化，因為螺栓帶有缺口，并且在工作時難免有偏斜。7試說明布氏硬度、洛氏硬度與維氏硬度的實驗原理，并比較這三者實驗方法的優(yōu)缺點。答：布氏硬度是用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，以規(guī)定的試驗力（F）壓入式樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗力，測量試樣表面的壓痕直徑（L）。布氏硬度值是以試驗力除以壓痕球形表面積所得的商。以HBS（鋼球）表示，單位為N/mm2(MPa)。其計算公式為： 式中：

19、F-壓入金屬試樣表面的試驗力，N； D-試驗用鋼球直徑，mm；d-壓痕平均直徑，mm。因布氏硬度壓頭較大，因而所得壓痕面積較大。這樣硬度值能反映金屬在較大范圍內(nèi)各組成相的平均性能，而不受個別組成相及微小不均勻性的影響。而缺點是對不同材料需更換壓頭直徑和改變試驗力，壓痕直徑的測量也較麻煩，因而用于自動檢測時受到限制；且不能用在成品上測量。洛氏硬度：在規(guī)定的外加載荷下，將鋼球或金剛石壓頭垂直壓入試件表面，產(chǎn)生壓痕，測試壓痕深度，利用洛氏硬度計算公式HR=（K-H)/C便可計算出洛氏硬度。洛氏硬度試驗的優(yōu)點：操作簡便、迅速，硬度可直接讀出；壓痕較小，可在工件上進行試驗；采用不同標尺可測定各種軟硬不同

20、的金屬和厚薄不一的試樣的硬度，因而廣泛于熱處理質(zhì)量檢驗。其缺點是：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：是根據(jù)壓痕單位面積所承受的試驗力計算硬度值。所采用的壓頭是兩相對面間夾角為136°的金剛石四棱錐體，壓頭的試驗力作用下將試樣表面壓出一個四方錐形的壓痕，經(jīng)一定保持時間后擔卸除試驗力，測量壓痕對角線平均長度d，用以計算壓痕表面積。維氏硬度的值為試驗力除以壓痕表面積A所得的商。維氏硬度試驗的優(yōu)點是不存在布氏硬度試驗時要求試驗力F與壓頭不同標尺的硬度值無法統(tǒng)一的弊端。維氏硬度試

21、難時不僅試驗力可任意選取，而且壓痕測量的精度較高，硬度值較為精確。唯一的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低得多。8今有如下零件和材料等需測定硬度，試說明選用何種硬度實驗方法為宜。（1）滲碳層的硬度分布：用維氏硬度；（2）淬火鋼：用洛氏硬度；（3）灰鑄鋼：用布氏硬度；（4）鑒別鋼中的隱晶馬氏體與殘余奧氏體：用維氏硬度；（5）儀表小黃銅齒輪：用維氏硬度；（6）龍門刨床導軌：用肖氏硬度和里氏硬度；（7）滲氮層：用維氏硬度和努氏硬度；（8）高速鋼刀具：用維氏硬度；（9）硬質(zhì)合金：用洛氏硬度；第三章 習題與答案1解釋下列名詞：（1）沖擊韌度：批材料在沖

22、擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力。（2）沖擊吸引功：然后將具有一定質(zhì)量m的擺錘興到一定高度H1，使其獲得一定位能mgH1。釋放擺錘沖斷試樣，擺錘的剩余能量為mgH2，則擺錘沖斷試樣失去的位能mgH1mgH2，即為試樣變形和斷裂所消耗的功，稱為沖擊吸收功，以Ak表示，單位為J。（3）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，特別是工程上常用的中、低強度結構（鐵素體珠光體鋼），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)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機理由微孔聚焦型變?yōu)榇┚Ы饫恚瑪嗫谔卣饔衫w維狀變?yōu)榻Y晶狀，這就是低溫脆性。（4）韌脆轉(zhuǎn)變溫度：上述低溫脆性中的tk

23、稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。（5）韌性溫度儲備：指材料的使用溫度和材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度之間的差值。2說明下列力學性能指標的意義：（1）AK：沖擊功；AKV（CVN）：V型缺口沖擊功；AKU：U型缺口沖擊功；（2）FATT50：在用能量法定義tk時，取結晶區(qū)面積占整個斷口面積50%j時的溫度；（3）NDT：表征以低階能開始上升的溫度；（4）FTE：表征以低階能和高階能平均值對應的溫度；（5）FTP：表征高階能對應的溫度。3現(xiàn)需檢驗以下材料的沖擊韌性，問哪種材料要開缺口？哪種材料不要開缺口？W18Cr4V，Cr12MoV，3Cr2W8V，40CrNiMo，30CrMnSi，20CrMnTi，鑄鐵。4試說明低溫脆

24、性的物理本質(zhì)及其影響因素。答：低溫度脆性是材料屈服強度隨溫度降低急劇增加（對體心立方金屬，是派拉力起主要作用所致（詳細見第一章有關內(nèi)容）。其影響因素有：晶體結構；化學成分；顯微組織；5試述焊接船舶比鉚接船舶容易發(fā)生脆性破壞的原因。6下列三組實驗方法中，請舉出每一組中哪種實驗方法測得的tk較高？為什么？(1)拉伸和扭轉(zhuǎn)；（2）缺口靜彎曲和缺口沖擊彎曲；（3）光滑試樣拉伸和缺口試樣拉伸。7試從宏觀上和微觀上解釋為什么有些材料有明顯的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，而另外一些材料沒有呢？8簡述根據(jù)韌脆轉(zhuǎn)變溫度分析機件脆斷失效的優(yōu)缺點。第四章 習題與答案1解釋下列名詞：（1）低應力脆斷：當容器或構件采用強度高而韌性差的

25、材料時，在應力水平不高，甚至低于材料屈服極限的情況下所發(fā)生的突然斷裂現(xiàn)象稱為低應力脆斷。（2）張開型（1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稱為張開型（1型）裂紋。（3）應力場和應變場：指在工件上應力分布或應變分布的情況。（4）應力強度因子K1：表征應力場的強弱程度。（5）小范圍屈服：指在裂紋尖端一定范圍內(nèi)發(fā)生的屈服的現(xiàn)象。（6）塑性區(qū)：指在裂紋尖端一定范圍內(nèi)發(fā)生塑性變形區(qū)域。（7）有效屈服應力：（8）有效裂紋長度：（9）裂紋擴展K判斷：（10）裂紋擴展能量釋放率G1：把裂紋單位面積時系統(tǒng)釋放勢能的數(shù)值稱為裂紋擴展能量釋放率G1。（11）裂紋擴展G判斷

26、；（12）J積分：J積分的斷裂判據(jù)就是G判據(jù)的延伸，或者是更廣義地將線彈性條件下的G延伸到彈塑性斷裂時的J，J的表達式或定義類似于G。（13）裂紋擴展J判斷；（14）COD：（15）COD判據(jù)：（16）韌帶：2說明下列斷裂韌度指標的意義及相互關系：（1）K1C和KC：表征KI增大達到臨界值時，也就是在裂紋尖端足夠大的范圍內(nèi)應力達到了材料的斷裂強度，裂紋便失穩(wěn)擴展而導致材料斷裂。（2）G1C；表示材料阻止裂紋失穩(wěn)擴展時單位面積所消耗的能量。（3）J1C；表示材料抵抗裂紋開始擴展的能力。（4）C：表示材料阻止裂紋開始擴展的能力。3試述低應力脆斷的原因及其防止方法。4為什么研究裂紋擴展的力學條件時不

27、用應力判據(jù)而用其它判據(jù)？5試述應力場強度因子的意義及典型裂紋K1的表達式。6試述K判據(jù)的意義及用途。7試述裂紋尖端塑性區(qū)產(chǎn)生的原因機器影響因素。8試述塑性區(qū)對K1的影響及K1的修正方法和結果。9試用Griffith模型推導G1和G的判據(jù)。10簡述J積分的意義及其表達式。11簡單敘述COD的意義及其表達式。12試述K1C的測試原理及其對試樣的基本要求。13試述K1C與材料強度、塑性之間的關系。14試述K1C和AKV的異同及其相互之間的關系。15試述影響K1C的冶金因素。答：影響K1C的冶金因素有：化學成分的影響；基體相結構和晶粒大小的影響；雜質(zhì)及第二相的影響；顯微組織的影響。（具體見有關資料）1

28、6有一大型板件，材料的0.2=1200MPa，K1C.=115MPa.m1/2，探傷發(fā)現(xiàn)有20mm長的橫向穿透裂紋，若在平均軸向拉應力900MPa下工作，試算K及塑性區(qū)的寬度R0，并判斷該件是否安全？解：由題意可知：0.2=1200MPa，K1C.=115MPa.m1/2，2a=20mm，MPa由，必須考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成是無限大板穿透裂紋，故裂紋的形狀系數(shù)Y=。便得到K修正值： MPa.m1/2由于KK1C，所以該件不安全。17、有一軸件平均軸向工作應力150MPa，使用中發(fā)生橫向疲勞脆性正斷，斷口分析表明有25mm深的表面半橢圓疲勞區(qū)，根據(jù)裂紋a/c可以確定1,測試材料的0

29、.2=720MPa,試估算材料的斷裂韌度Kc是多少？解：由題意可得：0.2=720MPa，1，150MPa,a=25mm,那么有：，不須考慮塑性區(qū)的修正問題。 MPa.m1/2由于軸件發(fā)生了斷裂，則有K1K1C,所以材料的斷裂韌度Kc小于81.96 MPa.m1/2.18、有一構件制造時，出現(xiàn)表面半橢圓裂紋，若a=1mm，在工作應力1000 MPa下工作，應該選什么材料的0.2與Kc配合比較合適？構件材料經(jīng)不同熱處理后，其0.2與Kc的變化列于下表。0.211001200130014001500K1C.11095756055解：由題意和表格可得： a=1mm，1000 MPa，那么有：對于第一

30、種工藝：由于，必須考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設a/c0.6,查表可知1.28,故裂紋的形狀系數(shù)Y=。便得到K修正值：根據(jù)此式，可求得斷裂應力c的計算式為：MPac1,此工藝滿足要求。同理：其它幾種工藝可用同樣方法分別求出c2,c3,c4,c5 對第二種工藝來說：由于，必須考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設a/c0.6,查表可知1.28,故裂紋的形狀系數(shù)Y=。便得到K修正值：根據(jù)此式，可求得斷裂應力c的計算式為：MPac2,此工藝滿足要求。對于第三種工藝：由于，必須考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設a/c0.6,查表可知1.28,故裂紋的形狀

31、系數(shù)Y=。便得到K修正值：根據(jù)此式，可求得斷裂應力c的計算式為：MPac3,此工藝滿足要求。對于第四種工藝：由于，必須考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設a/c0.6,查表可知1.28,故裂紋的形狀系數(shù)Y=。便得到K修正值：根據(jù)此式，可求得斷裂應力c的計算式為：MPac4,此工藝滿足要求。對于第五種工藝：由于，不必考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設a/c0.6,查表可知1.28,故裂紋的形狀系數(shù)Y=。便得到斷裂應力c的計算式為：MPac5,此工藝滿足要求。第五章 習題與答案1、解釋下列名詞（1）應力范圍：在循環(huán)應力作用下，最大應力與最小應力之間的差值。（2）應變范

32、圍：在循環(huán)應力作用下，最大應變與最小應變之間的差值。（3）應力幅a:在循環(huán)應力作用下，最大應力與最小應力之間的差值的一半。（4）應力幅（t/2，e/2, p/2）：（5）平均應力m：在循環(huán)應力作用下，最大應力與最小應力之間的和的一半。（6）應力比r：在循環(huán)應力作用下，最小應力與最大應力之間的比值。（7）疲勞源：是疲勞裂紋萌生的策源地，在斷口上，疲勞源一般在機件表面，常和缺口、裂紋、刀痕、蝕坑等缺陷相連，因為這里的應力集中會引發(fā)疲勞裂紋。（8）疲勞貝紋線：由載荷變動引起的，如機器運轉(zhuǎn)時的開動和停歇，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。（9）疲勞條帶；是疲勞亞穩(wěn)擴展的斷口特征,

33、它是具有略呈彎曲并相互平行的溝槽花樣。（10）駐留滑移帶：在疲勞多次循環(huán)后拋光，可發(fā)現(xiàn)該滑移帶會因已經(jīng)相當深入而未被拋掉，將成為嵌入材料表面的微小裂紋源，該滑移帶被稱為“駐留滑移帶”。（11）擠出脊和侵入溝；（12）K：疲勞的應力強度因子范圍。（13）da/dN：每循環(huán)一次擴展的距離，稱為疲勞裂紋擴展速率。（14）疲勞壽命：（15）過渡壽命；（16）熱疲勞：是由于溫度周期變化引起零件或構件的自由膨脹和收縮，而又因這種膨脹和收縮受到約束，產(chǎn)生了交變熱應力，由這種交變熱應力引起的破壞。（17）過載損傷:由金屬機件偶然經(jīng)受短期過載，造成疲勞壽命或疲勞極限減小的現(xiàn)象。2、解釋下列疲勞性能指標的意義（1

34、）疲勞強度-1，-1p, -1,-1p；-1：表征對稱彎曲疲勞極限；-1p：表征對稱拉壓疲勞極限；-1： 表征對稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限；-1N；表征缺口試樣的疲勞極限；（2）疲勞疲勞缺口敏感度qf：表征金屬材料在交變載荷作用下的缺口敏感性；（3）過載損傷界：材料在過載應力下工作一定周次后，會造成過載疲勞損傷，而低于某一周次的預先過載對其后進行的疲勞壽命沒有影響，該最低循環(huán)周次的軌跡叫過載損傷界。（4）疲勞門檻值Kth：疲勞裂紋不擴展的K臨界值。3、試述金屬疲勞斷裂的特點答：l 疲勞斷裂是低應力循環(huán)延時斷裂；l 疲勞斷裂是脆性斷裂；l 疲勞斷裂對缺陷十分敏感；4、試述疲勞宏觀斷口的特征及其形成過程。答：

35、從疲勞的宏觀斷口的來看，有三個形貌不同的區(qū)域：疲勞源、疲勞區(qū)及瞬斷區(qū)。疲勞源是疲勞裂紋萌生的策源地，在斷口上，疲勞源一般在機件表面，常和缺口、裂紋、刀痕、蝕坑等缺陷相連，因為這里的應力集中會引發(fā)疲勞裂紋。疲勞區(qū)是疲勞裂紋亞穩(wěn)擴展所形成的斷口區(qū)域，該區(qū)是判斷疲勞斷裂的重要證據(jù)。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。5、試述疲勞曲線（S-N）及疲勞極限的測試方法。答：疲勞曲線（S-N）通常是用旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗測定的，用四點彎曲試驗機，這種試驗機結構簡單，操作方面，能夠?qū)崿F(xiàn)對稱循環(huán)和恒應力幅的要求，因此比較廣泛。試驗時，用升降法測定條件疲勞極限，用成組試驗測定高應力部分，然后將上述兩試驗數(shù)據(jù)

36、整理，并擬合成疲勞曲線，再測得疲勞極限。6、試述疲勞圖的意義、建立及用途。答：疲勞圖是各種循環(huán)疲勞極限的集合圖，也是疲勞曲線的另一種表達形式。根據(jù)平均應力對疲勞極限r(nóng)的影響規(guī)律建立疲勞圖。建立好疲勞圖后，只要我們知道應力比r之后，可以根據(jù)疲勞圖，得到相應的疲勞極限。7、試述疲勞裂紋的形成機理及阻止疲勞裂紋萌生的一般方法。答:宏觀疲勞裂紋是由微觀裂紋的形成、長大及連接而成的。疲勞微觀裂紋都是由不均勻的局部滑移和顯微開裂引起的，主要有表面滑移開裂，第二相、夾夾雜物或其界面開裂；晶界或亞晶界開裂等。阻止疲勞裂紋萌生方法有：細晶強化、固溶強化，降低第二相和夾雜物的脆性，提高相界面強度，控制第二相或夾雜

37、物的數(shù)量、形態(tài)、大小和分布，使晶界強化，凈化均能抑制晶界裂紋形成，提高疲勞強度。8、試述影響疲勞裂紋擴展速率的主要因素，并和疲勞裂紋萌生的影響因素進行對比分析。 答：影響疲勞裂紋擴展速率的因素有：應力比r（或平均應力m）、過載峰、材料的組織；而影響疲勞裂紋萌生因素有：表面滑移開裂，第二相、夾夾雜物或其界面開裂；晶界或亞晶界開裂等。從兩者來看，疲勞裂紋的產(chǎn)生的主要影響因素是由于材料內(nèi)部缺陷所引起的，而與外載幾乎沒有關系。9、試述疲勞微觀斷口的主要特征及其形成模型。答：疲勞微觀斷口的主要特征是具有疲勞條帶；疲勞條帶形成的原因中，比較公認是塑性鈍化模型，也稱為Laird疲勞裂紋擴展模型，在交變應力為

38、零時裂紋閉合，這是在開始一循環(huán)周次時的原始狀態(tài)。當拉應力增加，裂紋張開，在裂紋尖端沿最大切應力方向產(chǎn)生滑移。隨著拉應力繼續(xù)增加到最大值時裂紋張開至最大，塑性變形的范圍也隨之擴大，即表示裂紋尖端的塑性變形范圍。由于塑性變形的結果裂紋尖端的應力集中減小，裂紋尖端鈍化：理想狀態(tài)是假定裂紋尖端張開呈半圓形，這時裂紋便停止擴展。當應力變?yōu)閴嚎s應力時，滑移方向也改變了，裂紋表面漸被壓縮，到壓應力為最大值時，裂紋便完全閉合，又恢復到原始狀態(tài)，（具體見有關書籍）。這樣反復循環(huán)，便留下了疲勞條帶。10、試述疲勞裂紋擴展壽命和剩余壽命的估算方法及步驟。答：通過疲勞裂紋擴展速率表達式，用積分方法算出疲勞裂紋擴展壽命

39、和疲勞剩余壽命；具體步驟如下：計算KI，再計算裂紋臨界尺寸ac，最后根據(jù)有關公式估算疲勞壽命（詳見書本上例題）11、試述-1與Kth的異同及各種強化方法影響的異同。答：-1：指當循環(huán)應力水平降低到-1以下時，試樣可以經(jīng)無限次應力循環(huán)也不發(fā)生疲勞斷裂，它是光滑試樣的無限壽命疲勞強度；Kth表示材料阻止裂紋開始擴展的性能，是材料的力學性能指標，其值越大，阻止疲勞裂紋開始擴展的能力就越大，材料就越好，是裂紋試樣的無限壽命疲勞性能，適于裂紋件的設計和校核。12、試述金屬表面強化對疲勞強度的影響。答：金屬表面強化處理可在機件表面產(chǎn)生有利的殘余應力，同時還以提高機件表面的強度和硬度，這兩種作用都能提高疲勞

40、強度（具體見有關書籍）。13、試述金屬循環(huán)硬化和循環(huán)軟化現(xiàn)象及產(chǎn)生條件。答：金屬材料在恒定應變范圍循環(huán)作用下，隨循環(huán)周次增加其應力（形變抗力）不斷增加，即稱為循環(huán)硬化；循環(huán)軟化指金屬材料在恒定應變范圍循環(huán)作用下，隨循環(huán)周次增加其應力（形變抗力）不斷減小；要產(chǎn)生循環(huán)硬化和循環(huán)軟化取決于材料的初始狀態(tài)、結構特性以及應變幅和溫度，還與位錯的運動有關。14、試述低周疲勞的規(guī)律及曼森柯芬關系。15、試述多沖疲勞規(guī)律及提高多沖疲勞強度的方法。答：多沖疲勞規(guī)律是：與低周疲勞相似，在沖擊能量高時，材料的沖擊疲勞斥力主要取決于塑性；沖擊能量低時，沖擊疲勞斥力則主要取決于強度。淬火回火鋼的沖擊疲勞抗力隨回火溫度不

41、同不是單調(diào)變化的，與常規(guī)單一力學性能指標之間也不存在對應關系，而是在某一溫度下有一個峰值，該峰值隨沖擊能量增加向高溫方向移動。沖擊韌度的影響，因材料強度不同而異。對于提高多沖疲勞強度的方法要根據(jù)具體材料而定。16、試述熱疲勞和熱機械疲勞的特征及規(guī)律；欲提高熱鍛模具的使用壽命，應該如何處理熱疲勞與其它性能的相互關系？答：熱疲勞是由于溫度周期變化引起零件或構件的自由膨脹和收縮，而又因這種膨脹和收縮受到約束，產(chǎn)生了交變熱應力，由這種交變熱應力引起的破壞。而熱機械疲勞是溫度循環(huán)和機械應力循環(huán)疊加所引起的疲勞。欲提高熱鍛模具的使用壽命，應注意材料的熱傳導、比熱容等熱學性質(zhì)，還要注意材料的彈性和屈服強度等

42、力學性能。17、正火上澆油45鋼的b=610MPa, -1=300MPa，試用Goodman公式繪制max(min)-m 疲勞圖，并確定-0.5、0和0.5等疲勞極限。18、有一板件在脈動載荷下工作，max=200MPa,min=0,其材料的b=670MPa、0.2=600MPa、K1C=104MPa.m1/2,Paris公式中c=6.9×10-12，n=3。0，使用中發(fā)現(xiàn)有0.1mm和1mm的單邊橫向穿透裂紋，試估算它們的疲勞剩余壽命。 第六章 習題與答案1、解釋下列名詞 （1）應力腐蝕：金屬在拉應力和特定的化學介質(zhì)共同作用下，經(jīng)過一段時間后所產(chǎn)生的低應力脆斷現(xiàn)象，則稱為應力腐蝕。

43、（2）氫蝕：由于氫與金屬中的第二相作用生成高壓氣體，使基體金屬晶界結合力減弱而導致金屬脆化的現(xiàn)象。（3）白點：當鋼中含有過量的氫時，隨溫度的降低，氫在鋼中的溶解度逐漸減小，如果過飽和的未擴散逸出，便聚集在某些缺陷處形成氫分子。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和橢圓形，顏色呈銀白色，故稱為白點。（4）氫化物致脆：對于B或B族金屬（如純鈦、-鈦合金、釩、鋯、鈮及合金），由于它們與氫有較大的親和力，極易生成氫化物，使金屬脆化。這種脆化稱為氫化物致脆。（5）氫致延滯斷裂：高強度鋼或+鈦合金中，含有適量的處于固溶狀態(tài)的氫（原來存在的或從環(huán)境介質(zhì)

44、中吸收的），在低于屈服強度的應力持續(xù)作用下，經(jīng)過一段孕育期后，在金屬內(nèi)部，特別是在三向拉應力區(qū)形成裂紋，裂紋逐步擴展，最后突然發(fā)生脆性斷裂。這種由于氫的作用而產(chǎn)生的延滯斷裂現(xiàn)象稱為氫致延滯斷裂。2、說明下列力學 性能指標的意義（1）ssc：表征材料不發(fā)生應力腐蝕的臨界應力。（2）Kssc：應力腐蝕臨界應力場強度因子。（3）KHEC；氫脆臨界應力場強度因子。（4）da/dt：應力腐蝕裂紋擴展速率。3、試述金屬產(chǎn)生應力腐蝕的條件及機理。答：金屬產(chǎn)生應力腐蝕的條件是應力、化學介質(zhì)和金屬材料。 金屬產(chǎn)生應力腐蝕產(chǎn)生的機理：主要介紹以陽極溶解為基礎的鈍化膜破壞理論。對應力腐蝕敏感的合金在特定的化學介質(zhì)中

45、，首先在表面形成一層鈍化膜，使金屬不致進一步受到腐蝕，即處于鈍化狀態(tài)，因此，在沒有應力的作用下，金屬不會發(fā)生腐蝕破壞。若有拉應力作用，則可使局部地區(qū)的鈍化膜破裂，顯露出新鮮的表面。這個新鮮的表面在電解質(zhì)溶液中成為陽極，其余具有鈍化膜的金屬表面成為陰極，從而形成腐蝕微電池。陽極金屬變成正離子進入電解質(zhì)中而產(chǎn)生陽極溶解，于是在金屬表面形成蝕坑。拉應力除促使局部地區(qū)鈍化膜破壞外，更主要的是在蝕坑或原有裂紋的尖端形成應力集中，使陽極電位降低，加速陽極金屬的溶解。如果裂紋尖端的應力集中始終存在，那么微電池便不斷進行，鈍化膜不能恢復，裂紋將逐步縱深擴展。4、分析應力腐蝕裂紋擴展速率da/dt與K關系曲線，

46、并與疲勞裂紋擴展速率曲線進行比較。 5、某高強度鋼的0.2= 1400MPa，在水的介質(zhì)中的Kssc=21.3MPa·m1/2,裂紋擴展到第二階段的da/dt=2×10-6mm/s，第二階段結束時的K62MPa·m1/2，該材料制成的機件在水介質(zhì)中工作，工作拉應力=400MPa。探傷發(fā)現(xiàn)該機件表面有半徑a0=4mm的半圓形裂紋。試粗略估算其剩余壽命。6、何為氫致延滯性斷裂？為什么高強度鋼的氫致延滯斷裂是在一定的應變速率下和一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)？答：氫致延滯斷裂：高強度鋼或+鈦合金中，含有適量的處于固溶狀態(tài)的氫（原來存在的或從環(huán)境介質(zhì)中吸收的），在低于屈服強度的應力

47、持續(xù)作用下，經(jīng)過一段孕育期后，在金屬內(nèi)部，特別是在三向拉應力區(qū)形成裂紋，裂紋逐步擴展，最后突然發(fā)生脆性斷裂。這種由于氫的作用而產(chǎn)生的延滯斷裂現(xiàn)象稱為氫致延滯斷裂。因為當應變率較低時，若試驗溫度過低，氫的擴散速率很慢，永遠跟不上位錯的運動。因此不能形成氫氣團，氫也難以聚集，就不會出現(xiàn)氫脆，當溫度變大一些，氫的擴散速率與位錯運動速率逐步適應，于是塑性開始降低。當溫度升到更大的時候，兩者運動速率完全吻合，此時塑性最差，對氫脆最敏感。溫度再升高時，一方面形成氫氣團，同時由于熱作用，又促進已聚集的氫原子離開氣團向四周均勻擴散，降低了氣團對位錯的“釘扎”作用，并減少氫偏聚的嘗試于是金屬的塑性開始上升。當溫

48、度更大時，氫氣團完全被擴散破壞，氫脆現(xiàn)象完全消除。應變速率對氫脆敏感性的影響也是如此。所以高強度鋼的氫致延滯斷裂是在一定的應變速率下和一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)。7、試述區(qū)別高強度鋼的應力腐蝕與氫致延滯斷裂的認識方法。答：可采用極化試驗方法，即利用外加電流對靜載下產(chǎn)生裂紋時或裂紋擴展速率的影響來判斷。當外加小的陽極電流而縮短產(chǎn)生裂紋時間的是應力腐蝕；當外加小的陰極電流而縮短產(chǎn)生裂紋時間的是氫致延滯斷裂。對于一個已斷裂的機件來說，還可從斷口形貌上來加以區(qū)分。（具體見書P168）。8、有一M24栓焊橋梁用高強度螺栓，采用40B鋼調(diào)質(zhì)制成，抗拉強度為1200MPa，承受拉應力650MPa。在使用中，由于潮

49、濕空氣及雨淋的影響發(fā)生斷裂事故。觀察斷口發(fā)現(xiàn)，裂紋從螺紋根部開始，有明顯的沿斷裂特征，隨后是快速脆斷部分。斷口上較多的腐蝕產(chǎn)物，且有較多的二次裂紋。試分析該螺栓產(chǎn)生斷裂的原因，并考慮防止這種斷裂的措施。第七章 習題與答案1、解釋下列名詞：（1）磨損：機械表面相接觸并作相對運動時，表面逐漸有微小顆粒分離出來形成磨屑，使表面材料逐漸損失、造成表面損傷的現(xiàn)象。（2）粘著：實際上就是原子間的鍵合作用。（3）磨屑：松散的尺寸與形狀均不相同的碎屑。（4）跑合：在穩(wěn)定磨損階段前，摩擦副雙方表面逐漸被磨平，實際接觸面積增大的過程。（5）咬死：在粘著磨損的過程中，常在較軟一方本體內(nèi)產(chǎn)生剪斷，其碎片則轉(zhuǎn)較硬一方的

50、表面上，軟方金屬在硬方表面逐步積累最終使不同金屬的摩擦副滑動成為相同金屬間的滑動，故磨損量較大，表面較粗糙，發(fā)生卡死的現(xiàn)象。（6）犁皺：韌性金屬材料在磨粒磨損后表面的形貌。（7）耐磨性：材料抵抗磨損的性能。（8）接觸疲勞：機件兩接觸而作滾動或滾動加滑動摩擦時，在交變接觸壓應力長期作用下，材料表面因疲勞損傷，導致局部區(qū)域產(chǎn)生小片或小塊狀金屬剝落而使物質(zhì)損失的現(xiàn)象，又稱表面疲勞磨損或疲勞磨損。2、試比較三類磨粒磨損的異同，并討論加工硬化對它們的影響。答：(1)低應力劃傷式的磨料磨損，它的特點是磨料作用于零件表面的應力不超過磨料的壓潰強度，材料表面被輕微劃傷。生產(chǎn)中的犁伴，及煤礦機械中的刮板輸送機油

51、楷磨損情況就是屑于這種類型。(2)高應力輾碎式的磨料磨損，其特點是磨料與零件表面接觸處的最大壓應力大于磨料的壓潰強度。生產(chǎn)中球磨機村板與磨球，破碎式滾筒的磨損便是屬于這種類型。(3)鑿削式磨料磨損，其特點是磨料對材料表面有大的沖擊力，從材料表面鑿下較大顆料的磨屑，如挖掘機斗齒及領式破碎機的齒板。3、試述粘著磨損產(chǎn)生的條件、機理及其防止措施。加工硬化對金屬材料抗磨粒磨損能力的影響，因磨損類型不同而異。在低應力擦傷性磨粒磨損時，加工硬化對材料的耐磨性沒有影響，這是由于磨?；蛴驳耐钩霾糠智邢鹘饘贂r，局部區(qū)域產(chǎn)生急劇加工硬化，比預先加工硬化要劇烈得多所致。但在高應力碾碎性磨粒磨損時，加工硬化能顯著提高

52、耐磨性，因為此時磨損過程不同于低應力下的情況，表面金屬材料主要是通過疲勞破壞而不是切削作用去除的。3、試述粘著磨損產(chǎn)生的條件、機理及其防止措施。 答：粘著磨損是在滑動摩擦條件下，當摩擦副相對滑動速度較小時發(fā)生的，它是因缺乏潤滑油，摩擦副表面無氧化膜，且單位法向載荷很大，以致接觸應力超過實際接觸點處屈服強度而產(chǎn)生的一種磨損；其機理是摩擦副實際表面上總存在局部凸起，當摩擦副雙方接觸時，即使施加較小載荷，在真實接觸面上的局部應力就足以引起塑性變形。倘若接觸面上潔凈而未受到腐蝕，則局部塑性變形會使兩個接觸面的原子彼此十分接近而產(chǎn)生強烈粘著。隨后在繼續(xù)滑動的過程中，粘著點被剪斷并轉(zhuǎn)移到一方金屬表面，然后

53、脫落下來便形成磨屑。一個粘著點剪斷了，又在新的地方粘著，隨后也被剪斷的過程，構成了磨損過程。4、滑動速度和接觸壓力對磨損量有什么影響？ 答：滑動速度和接觸壓力越大，磨損量會越大（具體見有關書籍）。5、比較粘著磨損、磨粒磨損和微動磨損摩擦面的形貌特征。答：三者相比，磨粒磨損的特征最明顯；磨粒磨損面的形貌特征主要是摩擦面上有明顯犁皺形成的溝槽；（具體見有關書籍）6、試比較接觸疲勞和普通機械疲勞的異同。答：接觸疲勞是工件(如齒輪、滾動軸承，鋼軌和輪箍，鑿巖機活塞和釬尾的打擊端部等)表面在接觸壓應力的長期不斷反復作用下引起的一種表面疲勞破壞現(xiàn)象，表現(xiàn)為接觸表面出現(xiàn)許多針狀或痘狀的凹坑，稱為麻點，也叫點

54、蝕或麻點磨損；而普通機械疲勞指的是在交變應力作用下的損壞。7、列表說明金屬接觸疲勞三種破壞形式的機理和特征。麻點剝落淺層剝落深層剝落機理在滾動接觸過程中，由于表面最大綜合切應力反復作用，在表層局部區(qū)域，如材料的抗剪屈服強度較低，則將在該處產(chǎn)生塑性變形，同時必伴有形變強化。在接觸應力反復作用下，塑性變形反復進行，使材料局部弱化，遂在該處形成裂紋，深層剝落的初始裂紋常在表面硬化機件的過渡區(qū)內(nèi)產(chǎn)生，該處切應力雖不最大，但因過渡區(qū)是弱區(qū)，切應力可能高于材料強度而在該處產(chǎn)生裂紋。特征表面接觸應力較小，摩擦力較大或表面質(zhì)量較差時易產(chǎn)生。出現(xiàn)在表面粗糙度低，純滾動或相對滑動小、接近純滾動的場合。表面硬化機件

55、強度太低，硬化層深不合理，梯度太陡或過渡區(qū)存在不利的應力分布都易造成深層剝落。8、試從提高疲勞強度、接觸疲勞強度、耐磨性的觀點，分析化學熱處理時應注意的事項。答：對工件進行相應化學熱處理，可以提高工件的疲勞強度、接觸疲勞強度、耐磨性，但是在進行化學熱處理時，應注意：選擇合適的化學熱處理；要有一定的滲層梯度；等等；（具體見有關書籍）第八章 習題與答案1、解釋下列的名詞：（1）等強溫度：晶粒與晶界兩者強度相等的溫度。（2）約比溫度：表征試驗溫度與金屬熔點之間的比值。（3）蠕變：金屬在長時間的恒溫、恒載作用下緩慢產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。（4）穩(wěn)態(tài)蠕變：蠕變速度幾乎保持不變的現(xiàn)象。（5）擴散蠕變：在高溫條

56、件下，大量原子和空位定向移動造成的蠕變現(xiàn)象。（6）持久伸長率：在高溫持久試驗后，試樣斷裂后的伸長率。（7）蠕變脆性：材料在高溫下發(fā)生蠕變后，塑性下降的現(xiàn)象；（8）松弛穩(wěn)定性：金屬材料抵抗應力松弛的性能。2、說明下列力學性能指標的意義：（1）：表征在規(guī)定溫度下，使試樣產(chǎn)生規(guī)定穩(wěn)態(tài)蠕變速率的最大應力。（2）：表征在規(guī)定溫度下和在規(guī)定的試驗時間內(nèi)，使試樣產(chǎn)生一定蠕變總伸長率的最大應力。（3）：表征金屬材料的持久強度極限。（4）：表征應力松弛試驗中，任一時間試樣上所保持的應力。3、試說明高溫下金屬蠕變變形的機理與常溫下金屬塑性變形的機理有何不同？ 答：高溫下金屬蠕變變形的機理是通過位錯滑移、原子擴散引起的；而金屬塑性變形主要是由滑移和孿生引起的。（具體見有關資料）4、試說明金屬蠕變斷裂的裂紋形成機理與常溫下金屬斷裂的裂紋形成機理有何不同？ 答：金屬蠕變斷裂的裂紋形成機理有兩種方式：在三晶粒交會處形成楔形裂紋；在晶界上由空洞形