材料性能學(xué)復(fù)習(xí)題

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上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(xué)性能指標(biāo)？金屬的彈性模量主要取決于原子間距和原子間作用力，也即金屬原子本性，晶格類型。而材料的成分和組織對它影響不大，所以說它是一個對組織不敏感性能指標(biāo)。改變材料的成分和組織會對材料的強度（如屈服強度，抗拉強度）有顯著影響，但對材料的剛度影響不大。2決定金屬屈服強度的因素有哪些？金屬本性和晶格類型，晶格阻力派納力，位錯運動交互作用力越強，屈服強度越高；晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)，晶粒減小，屈服強度增加；溶質(zhì)元素，加入溶質(zhì)元素將產(chǎn)生晶格畸變，與位錯應(yīng)力場交互運動，提高屈服強度；第二相，不可逆變形第二相將增加流變

2、應(yīng)力，提高屈服強度，可你變形第二相將產(chǎn)生界面能，提高屈服強度；溫度，派納力屬于短程力，對溫度十分敏感，溫度升高，屈服強度降低應(yīng)變速率，應(yīng)變速率大，強度增加；應(yīng)力狀態(tài)，切應(yīng)力分量越大，越有利塑性變形，屈服強度降低。3韌性斷裂和脆性斷裂的區(qū)別。為什么脆性斷裂更加危險。韌性斷裂：斷裂前產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形，斷裂面一般平行于最大切應(yīng)力與主應(yīng)力成45度角，斷口成纖維狀，灰暗色。斷口三要素：纖維區(qū)，放射區(qū)，剪切唇，這三個區(qū)域的比例關(guān)系與材料韌度有關(guān)，塑性越好，放射線越粗大，塑性越差，放射線變細甚至消失。脆性斷裂：斷裂前基本上不發(fā)生塑性變形的突然斷裂。斷裂面與正應(yīng)力垂直，斷口平齊而光滑，呈放射狀或結(jié)晶狀。（

3、脆性斷裂也產(chǎn)生微量塑性變形，斷面收縮率一般小于5%）4對金屬材料韌脆轉(zhuǎn)變的影響因素。材料成分，凡加入合金元素引起滑移系減少，孿生，位錯釘扎的都增加脆性，若合金中形成粗大第二相也增加脆性；雜質(zhì)，聚集在晶界上的雜質(zhì)會降低材料的塑性，發(fā)生脆斷；bcc金屬具有低溫脆斷現(xiàn)象，同時在低溫下，塑性變形一孿生為主，易于產(chǎn)生裂紋，低溫脆性大；晶粒大小，晶粒小，晶界多，不易產(chǎn)生裂紋，也不易擴展，細化晶粒將提高抗脆性能；應(yīng)力狀態(tài)，減少切應(yīng)力和正應(yīng)力的比值都將增加金屬的脆性；加載速度，加載速度大，金屬會發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變。5缺口拉伸是應(yīng)力分布有何特點缺口截面上的應(yīng)力分布是不均勻的，軸向應(yīng)力在缺口根部最大，離開根部的距離增大

4、，應(yīng)力不斷減小，即在根部產(chǎn)生應(yīng)力集中。6今有如下零件和材料等需要測定硬度，試說明選用何種硬度試驗方法為宜。滲碳層的硬度分布 HK或顯微HV 淬火鋼HRC 灰鑄鐵HB 鑒別鋼種的隱晶馬氏體和殘余奧氏體顯微HV或HK 儀表小黃銅齒輪HV 龍門刨床導(dǎo)軌HS HL 滲氮層HV 高速鋼刀具HRC 退火態(tài)低碳鋼HB 硬質(zhì)合金HRA 火車彈簧HRA 退火狀態(tài)下軟鋼HRB 7試說明低溫脆性的物理本質(zhì)及其影響因素低溫脆性的本質(zhì)是材料屈服強度隨溫度降低急劇增加，其影響因素包括晶體結(jié)構(gòu)，化學(xué)成分，顯微組織（晶粒大小，晶相組織），溫度，加載速率，試樣的形狀和尺寸。8韌脆轉(zhuǎn)變的確定方法有哪些？當(dāng)?shù)陀谀骋粶囟炔牧衔盏臎_

5、擊能量基本上不隨溫度變化，形成一個平臺，該能量為低階能，以低階能開始上升的溫度定義，記作NDP 高于某一溫度材料吸收的能量也基本不變，形成一平臺，成為高階能，以高階能對應(yīng)的溫度定義，記作FTP 以低階能和高階能的平均值對應(yīng)的溫度定義，記作 FTE通常取結(jié)晶區(qū)占整個斷口面積50%的溫度為韌脆轉(zhuǎn)變溫度，記作FATT509試說明低應(yīng)力脆斷的原因及方法原因：與材料內(nèi)部一定尺寸的裂紋相關(guān)，當(dāng)裂紋在給定的作用力下擴展臨界尺寸時就會突然破壞。防止方法：添加細化晶粒的合金元素，細化晶粒，形成板條馬氏體及殘留奧氏體薄膜增強韌性，溫度越低，脆性一般就越大，增加應(yīng)變速率也會降低塑性，因此要降低溫度和應(yīng)變速率。10應(yīng)

6、力場強度因子以及斷裂韌度應(yīng)力場強度因子是力學(xué)參量，表示裂紋體中裂紋尖端的應(yīng)力應(yīng)變場強度的大小，它取決于外加應(yīng)力，試樣尺寸和裂紋類型，而和材料無關(guān)；斷裂韌度是材料的力學(xué)性能指標(biāo)，表示材料在平面應(yīng)變的狀態(tài)下抵抗裂紋失穩(wěn)擴展的能力，它決定于材料的成分，結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素，而以外加應(yīng)力及試樣尺寸等外在因素?zé)o關(guān)。11疲勞斷口有什么特點有源疲勞。在形成疲勞裂紋之后，裂紋慢速擴展，形成貝殼狀或海灘狀條紋。這種條紋開始時比較密集，以后間距逐漸增大。由于載荷的間斷或在和大小的改變，裂紋經(jīng)過多次張開閉合并由于裂紋表面的相互摩擦，形成一條條光亮的弧線，叫做疲勞裂紋前沿線，這個區(qū)域通常稱為疲勞裂紋擴展區(qū)，而最后斷裂區(qū)和靜

7、載下帶尖銳缺口試樣的斷口相似。對于塑性材料，斷口為纖維狀，對于脆性材料，則為結(jié)晶狀斷口。總之，一個典型的疲勞斷口總是由疲勞源，疲勞裂紋擴展區(qū)和最終斷裂區(qū)三部分構(gòu)成。12什么是裂紋斷裂門檻值，那些因素影響其值大??？把裂紋擴展的每一微小過程看成是裂紋體小區(qū)域的斷裂過程，則 設(shè)想應(yīng)力強度因子幅度K=Kmax-Kmin 是疲勞裂紋擴展的控制因子，當(dāng)K 小于某臨界值Kth 時，疲勞裂紋不擴展，所以Kth 叫疲勞裂紋擴展的門檻 值。 應(yīng)力比、顯微組織、環(huán)境及試樣的尺寸等因素對Kth 的影響很大。13提高零件的疲勞壽命有只要能降低第二相或夾雜物的脆性，提高相界面強度，控制第二相或夾雜物的數(shù)量，形態(tài)，大小，分

8、布，均可抑制或延緩疲勞裂紋的萌生。晶界強化，凈化和晶粒細化，可以提高材料疲勞壽命，細化晶粒既能阻止疲勞裂紋在晶界處萌生，又能阻止疲勞裂紋的擴展，提高疲勞強度。表面強化處理可在機件表面產(chǎn)生有利的殘余壓應(yīng)力，阻止疲勞裂紋的擴展，同時還能提高機件表面強度和硬度。14如何判斷某一零件的破壞是由應(yīng)力腐蝕引起的應(yīng)力腐蝕顯微裂紋常有分叉的現(xiàn)象，呈枯樹枝狀，即：有一主裂紋擴展較快，其他分支裂紋擴展較慢根據(jù)這一特征可以區(qū)分；采用極化實驗方法：當(dāng)外加小的陽極電流而縮短產(chǎn)生裂紋時間的是應(yīng)力腐蝕，當(dāng)外加小的陰極電流而縮短產(chǎn)生裂紋時間的是氫致延滯性斷裂。15何為氫致延滯性斷裂？為什么高強度的鋼的氫致延滯性斷裂是在一定的

9、應(yīng)變速率和一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)？高強度鋼種固溶一定量的氫，在對于屈服強度的應(yīng)力持續(xù)作用下，經(jīng)過一段時間的孕育，金屬內(nèi)部形成裂紋，發(fā)生斷裂的現(xiàn)象叫做氫致延滯性斷裂。氫固溶在金屬晶格中，產(chǎn)生晶格膨脹畸變，與刃位錯交互作用，氫易遷移到位錯應(yīng)力處，形成氫氣團。當(dāng)應(yīng)變速率較低而溫度較高時，氫氣團能夠跟上位錯運動，但滯后位錯一定距離，對位錯起釘扎作用，產(chǎn)生局部硬化。當(dāng)位錯塞積聚集，產(chǎn)生應(yīng)力作用，導(dǎo)致微裂紋。當(dāng)應(yīng)變速率過高及溫度較低的情況下，氫氣團不能跟上位錯運動，便不能產(chǎn)生釘扎作用，也不可能在位錯塞積聚集，產(chǎn)生微裂紋。16粘著磨損產(chǎn)生的條件、機理及其防止措施 - 又稱為咬合磨損，在滑動摩擦條件下，摩擦副相

10、對滑動速度較小， 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(yīng)力 超過實際接觸點處屈服強度而產(chǎn)生的一種磨損。 磨損機理： 實際接觸點局部應(yīng)力引起塑性變形，使兩接觸面的原子產(chǎn)生粘著。 粘著點從軟的一方被剪斷轉(zhuǎn)移到硬的一方金屬表面，隨后脫落形成磨屑 舊的粘著點剪斷后，新的粘著點產(chǎn)生，隨后也被剪斷、轉(zhuǎn)移。如此重復(fù)，形 成磨損過程。 改善粘著磨損耐磨性的措施 1.選擇合適的摩擦副配對材料 選擇原則：配對材料的粘著傾向小 互溶性小 表面易形成化合物的材料 金屬與非金屬配對 2.采用表面化學(xué)熱處理改變材料表面狀態(tài) 進行滲硫、磷化、碳氮共滲等在表面形成一層化合物或非金屬層，即避免摩 擦副

11、直接接觸又減小摩擦因素。3.控制摩擦滑動速度和接觸壓力 減小滑動速度和接觸壓力能有效降低粘著磨損。 4.其他途徑 改善潤滑條件，降低表面粗糙度，提高氧化膜與機體結(jié)合力都能降低粘著磨 損。17影響接觸疲勞壽命的因素？ 內(nèi)因 1.非金屬夾雜物 脆性非金屬夾雜物對疲勞強度有害 適量的塑性非金屬夾雜物（硫化物）能提高接觸疲勞強度 塑性硫化物隨基體一起塑性變形，當(dāng)硫化物把脆性夾雜物包住形成共生夾雜 物時，可以降低脆性夾雜物的不良影響。 生產(chǎn)上盡可能減少鋼中非金屬夾雜物。 2.熱處理組織狀態(tài) 接觸疲勞強度主要取決于材料的抗剪切強度，并有一定的韌性相配合。 當(dāng)馬氏體含碳量在 0.40.5w%時，接觸疲勞壽命

12、最高。 馬氏體和殘余奧氏體的級別 殘余奧氏體越多，馬氏體針越粗大，越容易產(chǎn)生微裂紋，疲勞強度低。 未溶碳化物和帶狀碳化物越多，接觸疲勞壽命越低。 3.表面硬度和心部硬度 在一定硬度范圍內(nèi)，接觸疲勞強度隨硬度的升高而增加，但并不保持正比線 性關(guān)系。 表面形成一層極薄的殘余奧氏體層，因表面產(chǎn)生微量塑性變形和磨損，增加 了接觸面積，減小了應(yīng)力集中，反而增加了接觸疲勞壽命。 滲碳件心部硬度太低，表層硬度梯度過大，易在過渡區(qū)內(nèi)形成裂紋而產(chǎn)生深 層剝落。 表面硬化層深度和殘余內(nèi)應(yīng)力 硬化深度要適中，殘余壓應(yīng)力有利于提高疲勞壽命。 外因 1.表面粗糙度 減少加工缺陷，降低表面粗糙度，提高接觸精度，可以有效增

13、加接觸疲勞壽 命。 接觸應(yīng)力低，表面粗糙度對疲勞壽命影響較大 接觸應(yīng)力高，表面粗糙度對疲勞壽命影響較小 2.硬度匹配 兩個接觸滾動體的硬度和裝配質(zhì)量等都應(yīng)匹配適當(dāng)。18金屬材料在高溫下的變形機制與斷裂機制，和常溫比較有什么不同機制：高溫下的蠕變主要是通過位錯攀移，原子擴散等機理進行的。常溫下，若滑移面的位錯運動受阻產(chǎn)生塞積，滑移便不能繼續(xù)進行，只有在更大的切應(yīng)力作用下，才能是位錯重新運動和增值。但在高溫作用下，位錯可借助外界提供的熱激活能和空位擴散來克服某些短程障礙。擴散蠕變，是由于在高溫條件下大量原子和空位定向移動。此外，高溫下，由于晶界上的原子容易擴散，受力后易產(chǎn)生滑移，促進蠕變變形，這就是晶界滑動蠕變。斷裂機制：金屬材料在長時高溫的斷裂，大多為沿晶斷裂，這是由于晶界滑動在晶界上形成裂紋并逐漸擴展引起的。高溫下，裂紋出現(xiàn)在境界上的突起部位和細小的第二相質(zhì)點附近，由于晶界滑動而產(chǎn)生