材料力學(xué)性能考試復(fù)習(xí)資料

10/14《工程材料力學(xué)性能》課后答案機(jī)械工業(yè)出版社20232第一章單向靜拉伸力學(xué)性能1么？2【P12】答：內(nèi)在因素：金屬本性及晶格類型、晶粒大小和亞構(gòu)造、溶質(zhì)元素、其次相。外在因素：溫度、應(yīng)變速率和應(yīng)力狀態(tài)。3【P21】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(kuò)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，斷裂前根本上不發(fā)生塑性變形，沒有明顯征兆，因而危害性很大。4【P23】答：剪切斷裂是在切應(yīng)力作用下沿滑移面分別而造成的滑移面分別，一般是韌性斷裂，通常是脆性斷裂。5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)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，因試樣外形、尺寸和金屬材料的性能以及試驗(yàn)溫度、加載速率和受力狀態(tài)不同而變化。6【P32】答：

2E

211c a 無視的狀況。一、解釋以下名詞：

其次章金屬在其他靜載荷下的力學(xué)性能〔1〕應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)—— 材料或工件所承受的最大切應(yīng)力τ和最大正應(yīng)力σmax maxmax

1 3

【書P39舊書P46】max

0.5 1 2 3缺口效應(yīng)——絕大多數(shù)機(jī)件的橫截面都不是均勻而無變化的光滑體，往往存在截面P44P53】σ的與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強(qiáng)度σ的比值，稱為缺口敏感度，即：【P47比值，稱為缺口敏感度，即：【P47P55】布氏硬度——用鋼球或硬質(zhì)合金球作為壓頭，承受單位面積所承受的試驗(yàn)力計算而P49P58】洛氏硬度——承受金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測量壓痕深度所表示的硬度【P51P60維氏硬度——以兩相對面夾角為136。的金剛石四棱錐作壓頭，承受單位面積所承受的試驗(yàn)力計算而得的硬度P53P62】努氏硬度——承受兩個對面角不等的四棱錐金剛石壓頭，由試驗(yàn)力除以壓痕投影面積得到的硬度。肖氏硬度——采動載荷試驗(yàn)法，依據(jù)重錘回跳高度表證的金屬硬度。里氏硬度——采動載荷試驗(yàn)法，依據(jù)重錘回跳速度表證的金屬硬度。71彈性比功：最大彈性變形功表示。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)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象稱為滯彈性，也就是應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象。循環(huán)韌性：金屬材料在交變載荷下吸取不行逆變形功的力量稱為循環(huán)韌性。包申格效應(yīng)：金屬材料經(jīng)過預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形，卸載后再同向加載，規(guī)定剩余伸長應(yīng)力增加；反向加載，規(guī)定剩余伸長應(yīng)力降低的現(xiàn)象。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。塑性：金屬材料斷裂前發(fā)生不行逆永久〔塑性〕變形的力量。韌性：指金屬材料斷裂前吸取塑性變形功和斷裂功的力量。解理臺階：當(dāng)解理裂紋與螺型位錯相遇時，便形成一個高度為b的臺階。解理臺階沿裂紋前端滑動而相互集合,同號臺階相互集合長大,當(dāng)集合臺階高度足夠大時,便成為河流把戲。是解理臺階的一種標(biāo)志。體學(xué)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(xué)平面為解理面。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(kuò)展，多數(shù)是脆性斷裂。韌脆轉(zhuǎn)變：具有肯定韌性的金屬材料當(dāng)?shù)陀谀骋粶囟赛c(diǎn)時，沖擊吸取功明顯下降，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)變彈性不完整性：抱負(fù)的彈性體是不存在的，多數(shù)工程材料彈性變形時，可能消滅加載線與卸載線不重合、應(yīng)變滯后于應(yīng)力變化等現(xiàn)象,稱之為彈性不完整性。彈性不完整性現(xiàn)象包括包申格效應(yīng)、彈性后效、彈性滯后和循環(huán)韌性等8答：EG切變模量

r規(guī)定剩余伸長應(yīng)力

0.2

屈服強(qiáng)度

金屬材料拉伸gt時最大應(yīng)力下的總伸長率n應(yīng)變硬化指數(shù)【P15】9、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)？答：主要打算于原子本性和晶格類型。合金化、熱處理、冷塑性變形等能夠轉(zhuǎn)變金屬材料的組織形態(tài)和晶粒大小，但是不轉(zhuǎn)變金屬原子的本性和晶格類型。組織雖然轉(zhuǎn)變了，原子的本性和晶格類型未發(fā)生轉(zhuǎn)變，故彈性模量對組織不敏感P4】二、說明以下力學(xué)性能指標(biāo)的意義σｂｃ——材料的抗壓強(qiáng)度【P41P48】σｂｂ——材料的抗彎強(qiáng)度【P42P50】τｓ——材料的扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)【P44P52】τｂ——材料的抗扭強(qiáng)度【P44P52】σｂｎ——材料的抗拉強(qiáng)度【P47P55】NSR——材料的缺口敏感度【P47P55】HBW——壓頭為硬質(zhì)合金球的材料的布氏硬度【P49P58】HRA——材料的洛氏硬度【P52P61】HRB——材料的洛氏硬度【P52P61】HRC——材料的洛氏硬度【P52P61】HV——材料的維氏硬度【P53P62】三、試綜合比較單向拉伸、壓縮、彎曲及扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。試驗(yàn)方試驗(yàn)方法特點(diǎn)應(yīng)用范圍溫度、應(yīng)力狀態(tài)和加載速率確定，拉伸承受光滑圓柱試樣，試驗(yàn)簡潔，應(yīng)力狀態(tài)塑性變形抗力和切斷強(qiáng)度較壓縮軟性系數(shù)較硬。應(yīng)力狀態(tài)軟，一般都能產(chǎn)生塑性變形，試樣常沿與軸線呈45o方向產(chǎn)生斷裂，具有切斷特征。彎曲試樣外形簡潔，操作便利；不存在拉伸試驗(yàn)時試樣軸線與力偏斜問低的塑性材料。韌性狀態(tài)下所表現(xiàn)的力學(xué)行為。彎曲題，沒有附加應(yīng)力影響試驗(yàn)結(jié)果，可用試及硬質(zhì)合金等脆性與低塑性材料的強(qiáng)樣彎曲撓度顯示材料的塑性；彎曲試樣表度和顯示塑性的差異。也常用于比較和鑒別滲碳和外表淬火等化學(xué)熱處理面應(yīng)力最大，可靈敏地反映材料外表缺機(jī)件的質(zhì)量和性能。陷。時大，易于顯示金屬的塑性行為；試樣在用來爭論金屬在熱加工條件整個長度上的塑性變形時均勻，沒有緊縮下的流變性能和斷裂性能，評定材料扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，能實(shí)現(xiàn)大塑性變形量下的試驗(yàn)；較的熱壓力加工型，并未確定生產(chǎn)條件能敏感地反映出金屬外表缺陷和及外表下的熱加工工藝參數(shù)供給依據(jù)；爭論硬化層的性能；試樣所承受的最大正應(yīng)力或檢驗(yàn)熱處理工件的外表質(zhì)量和各種與最大切應(yīng)力大體相等外表強(qiáng)化工藝的效果。四．試述脆性材料彎曲試驗(yàn)的特點(diǎn)及其應(yīng)用。五、缺口試樣拉伸時的應(yīng)力分布有何特點(diǎn)？【P45P53】應(yīng)變狀態(tài)。試樣進(jìn)展靜載力學(xué)性能試驗(yàn)。六、試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試驗(yàn)的特點(diǎn)。力形成肯定角度進(jìn)展拉伸。該試驗(yàn)用于檢測螺栓一類機(jī)件的安全使用性能。狀態(tài)轉(zhuǎn)變。變化，產(chǎn)生兩向或三向拉應(yīng)力狀態(tài)，致使材料的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)降低，脆性增大。截面上的應(yīng)力分布更不均勻，更能顯示材料對缺口的敏感性。七、試說明布氏硬度、洛氏硬度與維氏硬度的試驗(yàn)原理，并比較布氏、洛氏與維氏硬度試P49P57】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(yàn)力。洛氏硬度：承受金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測量壓痕深度。136一個優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)：操作簡便，迅捷，硬度值可直接讀出；壓痕較小，可在工件上進(jìn)展試驗(yàn)；承受不同標(biāo)尺可測量各種軟硬不同的金屬和厚薄不一的試樣的硬度檢測。缺點(diǎn)：壓痕較小，代表性差；假設(shè)材料中有偏析及組織不均勻等缺陷，則所測硬度值重復(fù)性差，分散度大；此外用不同標(biāo)尺測得的硬度值彼此沒有聯(lián)系，不能直接比較。F與壓頭直徑D束，也不存在洛氏硬度試驗(yàn)時不同標(biāo)尺的硬度值無法統(tǒng)一的弊端；維氏硬度試驗(yàn)時不僅試驗(yàn)力可以任意取，而且壓痕測量的精度較高，硬度值較為準(zhǔn)確。缺點(diǎn)是硬度值需要通過測量壓痕對角線長度后才能進(jìn)展計算或查表，因此，工作效率比洛氏硬度法低的多。八.今有如下零件和材料需要測定硬度，試說明選擇何種硬度試驗(yàn)方法為宜?！?〕〔2〕〔3〕〔4〕鑒別鋼中的隱晶馬氏體和剩余〔5〕〔6〕〔7〕〔8〕〔9〕〔1〕硬質(zhì)合金。滲碳層的硬度分布 HK或-顯微HV淬火鋼 HRC灰鑄鐵 HB鑒別鋼中的隱晶馬氏體和剩余奧氏體 顯微HV或者HK儀表小黃銅齒輪 HV龍門刨床導(dǎo)軌 HS〔肖氏硬度〕或HL(里氏硬度)滲氮層 HV高速鋼刀具 HRC退火態(tài)低碳鋼 HB硬質(zhì)合金 HRA第三章金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能沖擊韌性:材料在沖擊載荷作用下吸取塑性變形功和斷裂功的力量P57】沖擊韌度::U形缺口沖擊吸取功AKU除以沖擊試樣缺口底部截面積所得之商，稱為沖擊韌度，αku=Aku/S〔J/cm2〕,反響了材料抵抗沖擊載荷的力量,用aKU表示。P57釋/P67沖擊吸取功:缺口試樣沖擊彎曲試驗(yàn)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，稱為沖擊吸取功，以AK表示，單位為J。P57/P67低溫脆性上常用的中、低強(qiáng)度構(gòu)造鋼〔，在試驗(yàn)溫度低于某一溫度tk時，會由韌特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性。韌性溫度儲藏:材料使用溫度和韌脆轉(zhuǎn)變溫度的差值，保證材料的低溫服役行為。二、 〔1〕AK：沖擊吸取功含義見上面沖擊吸取功不能真正代表材料的韌脆程度，但由于它們對材料內(nèi)部組織變化格外敏感，而且沖擊彎曲試驗(yàn)方法簡便易行，被廣泛承受。AKV(CVN)：VAKU：U〔2〕FATT50：沖擊試樣斷口分為纖維區(qū)、放射區(qū)〔結(jié)晶區(qū)〕與剪切唇三局部，在不同試驗(yàn)50%時的溫度為tk50%FATT，F(xiàn)ATT50%，t50〔P61，舊書P71〕50%是的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度.NDT:以低階能開頭上升的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度,稱為無塑性或零塑性轉(zhuǎn)變溫度。FTE:以低階能和高階能平均值對應(yīng)的溫度定義tk，記為FTEFTP:以高階能對應(yīng)的溫度為tk，記為FTP四、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(qiáng)度會隨受力時還未發(fā)生屈服便斷裂了，材料顯示脆性。從微觀機(jī)制來看低溫脆性與位錯在晶體點(diǎn)陣中運(yùn)動的阻力有關(guān)，當(dāng)溫度降低時，位錯運(yùn)動阻力增大，原子熱激活力量下降，因此材料屈服強(qiáng)度增加。影響材料低溫脆性的因素有P6，P7：1．晶體構(gòu)造：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(xué)成分：能夠使材料硬度，強(qiáng)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：①晶粒大小，細(xì)化晶?？梢酝瑫r提高材料的強(qiáng)度和塑韌性。由于晶界是裂紋擴(kuò)展的阻力，晶粒細(xì)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(yīng)力集中同時晶界上雜質(zhì)濃度削減避開產(chǎn)生沿晶脆性斷裂。 ②金相組織：較低強(qiáng)度水尋常強(qiáng)度相等而組織不同的鋼沖擊吸取功和韌脆轉(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、碳化物等其次相質(zhì)點(diǎn)對鋼的脆性有重要影響，當(dāng)其尺寸增大時均使材料韌性下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度上升。五.試述焊接船舶比鉚接船舶簡潔發(fā)生脆性破壞的緣由。增加裂紋敏感度，增加材料的脆性，簡潔發(fā)生脆性斷裂。七.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，而另外一些材料則沒有？變溫度。而高強(qiáng)度構(gòu)造鋼在很寬的溫度范圍內(nèi)，沖擊功都很低，沒有明顯的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。面心立方金屬及其合金一般沒有韌脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。敏感，故一般不顯示低溫脆性。體心立方金屬的低溫脆性還可能與遲屈服現(xiàn)象有關(guān)度時，材料并不馬上產(chǎn)生屈服，而需要經(jīng)過一段孕育期〔稱為遲屈時間〕才開頭塑性變形，這種現(xiàn)象稱為遲屈服現(xiàn)象。由于材料在孕育期中只產(chǎn)生彈性變形，沒有塑性變形消耗能量，所以有利于裂紋擴(kuò)展，往往表現(xiàn)為脆性破壞。第四章金屬的斷裂韌度1、名詞解釋低應(yīng)力脆斷：高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度鋼的機(jī)件，中低強(qiáng)度鋼的大型、重型機(jī)件在屈服應(yīng)力以下發(fā)生的斷裂。張開型〔型〕裂紋：拉應(yīng)力垂直作用于裂紋擴(kuò)展面，裂紋沿作用力方向張開，沿裂紋面擴(kuò)展的裂紋。K

：在裂紋尖端區(qū)域各點(diǎn)的應(yīng)力重量除了打算于位置外，尚與強(qiáng)度因子K有關(guān)，對于某一確定的點(diǎn)，其應(yīng)力重量由K確定，K

越大，則應(yīng)力場各點(diǎn)應(yīng)力重量也越大，這樣K就可以表示應(yīng)力場的強(qiáng)弱程度，稱K

為應(yīng)力場強(qiáng)度因子?！癐”表示IP68】小范圍屈服〔小一個數(shù)量級以上P71】有效屈服應(yīng)力：裂紋在發(fā)生屈服時的應(yīng)力P73：舊P85】有效裂紋長度：因裂紋尖端應(yīng)力的分布特性，裂尖前沿產(chǎn)生有塑性屈服區(qū)，屈服區(qū)內(nèi)松弛rya+ryP74；P86裂紋擴(kuò)展K判據(jù)：裂紋在受力時只要滿足K K ，就會發(fā)生脆性斷裂.反之，即使存I IC在裂紋，假設(shè)K K 也不會斷裂。P71：舊８３I IC裂紋擴(kuò)展能量釋放率GI：I型裂紋擴(kuò)展單位面積時系統(tǒng)釋放勢能的數(shù)值。P76/P88裂紋擴(kuò)展G判據(jù)：G G ，當(dāng)ＧＩ滿足上述條件時裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂。P77/P89I ICＪ積分：有兩種定義或表達(dá)式：一是線積分：二是形變功率差。P89/P101裂紋擴(kuò)展Ｊ判據(jù)：J J ，只要滿足上述條件，裂紋〔或構(gòu)件〕就會斷裂。I ICＣＯＤ：裂紋張開位移。P91/P102ＣＯＤ判據(jù)：c，當(dāng)滿足上述條件時，裂紋開頭擴(kuò)展。P91/P1032、說明以下斷裂韌度指標(biāo)的意義及其相互關(guān)系CKCKC

答：臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的K

KCK

，KCCC示在平面應(yīng)變條件下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的力量。KCC

為平面應(yīng)力斷裂韌度，表示在平面C應(yīng)力條件下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的力量。它們都是KC定的最低值，即為KC，它與試樣厚度無關(guān)，而是真正的材料常數(shù)。P71/P82GC 答：P77/P89當(dāng)G增加到某一臨界值時，G能抑制裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的阻力，則裂紋失G的臨界值記作Gc，稱斷裂韌度，表示材料阻擋裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展時單位面積所消耗的能量，其單位與G一樣，MPa·mＪＩＣ：是材料的斷裂韌度，表示材料抵抗裂紋開頭擴(kuò)展的力量，其單位與GIC一樣。P90/P102c：是材料的斷裂韌度，表示材料阻擋裂紋開頭擴(kuò)展的力量.P91/P104Ｊ判據(jù)和判據(jù)一樣都是裂紋開頭擴(kuò)展的裂紋判據(jù)，而不是裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的裂紋判據(jù)。P91/P1043、試述低應(yīng)力脆斷的緣由及防止方法。答：低應(yīng)力脆斷的緣由：在材料的生產(chǎn)、機(jī)件的加工和使用過程中產(chǎn)生不行避開的宏觀裂紋，從而使機(jī)件在低于屈服應(yīng)力的狀況發(fā)生斷裂。預(yù)防措施：將斷裂判據(jù)用于機(jī)件的設(shè)計后，依據(jù)斷裂判據(jù)確定機(jī)件不發(fā)生脆性斷裂時所允許的最大裂紋尺寸。4、為什么爭論裂紋擴(kuò)展的力學(xué)條件時不用應(yīng)力判據(jù)而用其它判據(jù)？4—1的應(yīng)力判據(jù)，顯得格外簡單和困難；而且當(dāng)r→0時，不管外加平均應(yīng)力如何小，裂紋尖端各是不正確的。因此無法用應(yīng)力判據(jù)處理這一問題。因此只能用其它判據(jù)來解決這一問題。5K的表達(dá)式a答：書P69舊書P80〔應(yīng)力場強(qiáng)度因子的意義見上〕Ka無限大板穿透裂紋：K

；有限寬板穿透裂紋：K

aaf( aaa

；有限寬板單邊直

aaf( ab

當(dāng)ba

K

6M(ba)3/2

af( )；fbaa無限大物體內(nèi)部有橢圓片裂紋，遠(yuǎn)處受均勻拉伸：K

(sin2

a cos2)1/4；無2c221.1 a限大物體外表有半橢圓裂紋，遠(yuǎn)處均受拉伸：A點(diǎn)的K 。6、試述1.1 a答：K判據(jù)解決了經(jīng)典的強(qiáng)度理論不能解決存在宏觀裂紋為什么會產(chǎn)生低應(yīng)力脆斷的緣由。K計算，估算裂紋體的最大承載力量、允許的裂紋最大尺寸，以及用于正確選擇機(jī)件材料、優(yōu)化工藝等。P71/P837、試述裂紋尖端塑性區(qū)產(chǎn)生的緣由及其影響因素。σy趨于材料的屈服應(yīng)力時，在裂紋尖端處便開頭屈服產(chǎn)生塑性變形，從而形成塑性區(qū)。影響塑性區(qū)大小的因素有：裂紋在厚板中所處的位置，板中心處于平面應(yīng)變狀態(tài)，塑性度總是與〔KIC/σs)2成正比。8、試述塑性區(qū)對KI的影響及KI由于裂紋尖端塑性區(qū)的存在將會降低裂紋體的剛度，相當(dāng)于裂紋長度的增加，因而影響應(yīng)力場和及KIKI最簡潔而適用的修正方法是在計算KI時承受“有效裂紋尺寸”，即以虛擬有效裂紋代塑性區(qū)松弛彈性應(yīng)力的作用于裂紋長度增加松弛彈性應(yīng)力的作用是等同的，從而引入“有效長度”的概念，它實(shí)際包括裂紋長度和塑性區(qū)松弛應(yīng)力的作用?！?—15〕的計算結(jié)果無視了在塑性區(qū)內(nèi)應(yīng)變能釋放率與彈性體應(yīng)變能釋放率的差異，因此，只是近似結(jié)果。當(dāng)塑性區(qū)小時，或塑性區(qū)四周為寬闊的彈性去所包圍時，這種結(jié)果還是很準(zhǔn)確。但是當(dāng)塑性區(qū)較大時，即屬于大范圍屈服或整體屈服時，這個結(jié)果是不適用的。11ＣＯＤ的意義：表示裂紋張開位移。表達(dá)式

s2s

)。P91/P103Es13、斷裂韌度ＫＩＣ與強(qiáng)度、塑性之間的關(guān)系：總的來說，斷裂韌度隨強(qiáng)度的上升而降低。詳見P80/P9315、影響ＫＩＣ的冶金因素：內(nèi)因：1、學(xué)成分的影響；2、集體相構(gòu)造和晶粒大小的影響；3、雜質(zhì)及其次相的影響；4、顯微組織的影響。外因：1、溫度；2、應(yīng)變速率。P81/P95有一大型板件，材料的σ0.2=1200MPa，KIc=115MPa*m1/2，探傷覺察有20mm長的橫向900MPaKIR0，并推斷該件是否安全？解：由題意知穿透裂紋受到的應(yīng)力為σ=900MPa依據(jù)σ/σ0.2KIC由于σ/σ0.2=900/1200=0.75>0.7，所以裂紋斷裂韌度KIC需要修正對于無限板的中心穿透裂紋，修正后的KI900 0.011900 0.0110.177(0.75)2K =I 10.177(/)2

168.13s〔MPa*m1/2〕s塑性區(qū)寬度為：R

1 K 22 2 2 2

=0.004417937(m)=2.21(mm)K1與KIc：0

sK1=168.13〔MPa*m1/2〕KIc=115〔MPa*m1/2〕所以：K1>KIc，裂紋會失穩(wěn)擴(kuò)展,所以該件擔(dān)憂全。有一軸件平行軸向工作應(yīng)力150MPa，使用中覺察橫向疲乏脆性正斷，斷口分析說明有25mma/cφ=1，測試材料的σ0.2=720MPa，試估算材料的斷裂韌度KIC解：由于σ/σ0.2=150/720=0.208<0.7，所以裂紋斷裂韌度KIC對于無限板的中心穿透裂紋，修正后的KIKIC=Yσcac1/2對于外表半橢圓裂紋，Y=1.1所以，KIC=Yσcac1/2=1.1

/φ=1.1251025103

=46.229〔MPa*m1/2〕第五章金屬的疲乏名詞解釋;σa:σa=1/2(σmax-σmin)p95/p108平均應(yīng)力σm：σm=1/2(σmax+σmin) p95/p107應(yīng)力比r:r=σmin/σmax p95/p108疲乏源P96疲乏貝紋線P97/p110疲乏條帶為疲乏條帶〔疲乏輝紋，疲乏條紋〕p113/p132駐留滑移帶P111ΔK:材料的疲乏裂紋擴(kuò)展速率不僅與應(yīng)力水平有關(guān)，而且與當(dāng)時的裂紋尺寸有關(guān)。應(yīng)力范圍Δσ和aΔ=Kmax-Kmin=maa-σmi√a=Δσ√a.p105/p120da/dN:疲乏裂紋擴(kuò)展速率，即每循環(huán)一次裂紋擴(kuò)展的距離。P105疲乏壽命：試樣在交變循環(huán)應(yīng)力或應(yīng)變作用下直至發(fā)生破壞前所經(jīng)受應(yīng)力或應(yīng)變的循環(huán)次數(shù) p102/p117過載損傷金屬在高于疲乏極限的應(yīng)力水平下運(yùn)轉(zhuǎn)肯定周次后其疲乏極限或疲乏壽命減小，就造成了過載損傷。 P102/p117提醒以下疲乏性能指標(biāo)的意義σ-1，σ-p,τ-1,σ-1N,P99,100,103/p114σ-1:對稱應(yīng)力循環(huán)作用下的彎曲疲乏極限；σ-p:對稱拉壓疲乏極限；τ-1:對稱扭轉(zhuǎn)疲乏極限；σ-1N:缺口試樣在對稱應(yīng)力循環(huán)作用下的疲乏極限。qfP103/p118金屬材料在交變載荷作用下的缺口敏感性KtKfKf=(σ-1)/(σ-1N)過載損傷界P102,103/p117

kt-.由試驗(yàn)測定，測出不同過載應(yīng)力水平和相應(yīng)的開頭降低疲乏壽命的應(yīng)力循環(huán)周次，得到不同試驗(yàn)點(diǎn)，連接各點(diǎn)便得到過載損傷界。ΔKthP105/p120在疲乏裂紋擴(kuò)展速率曲線的Ⅰ區(qū)，當(dāng)ΔK≤ΔKth時，da/aN=0,表示裂紋不擴(kuò)展;只有當(dāng)ΔK>ΔKth，da/dN>0,疲乏裂紋才開頭擴(kuò)展。因此，ΔKth是疲乏裂紋不擴(kuò)展的ΔK值，稱為疲乏裂紋擴(kuò)展門檻值。試述金屬疲乏斷裂的特點(diǎn)p96/p109疲乏是低應(yīng)力循環(huán)延時斷裂，機(jī)具有壽命的斷裂疲乏是脆性斷裂疲乏對缺陷〔缺口，裂紋及組織缺陷〕格外敏感4．試述疲乏宏觀斷口的特征及其形成過程〔書P96~98PPT，舊書P109~111〕答：典型疲乏斷口具有三個形貌不同的區(qū)域—疲乏源、疲乏區(qū)及瞬斷區(qū)。疲乏源是疲乏裂紋萌生的策源地，疲乏源區(qū)的光亮度最大，由于這里在整個裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展過程中斷面不斷摩擦擠壓，故顯示光亮平滑，另疲乏源的貝紋線細(xì)小。疲乏區(qū)的疲乏裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展所形成的斷口區(qū)域，是推斷疲乏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。斷口光滑是疲乏源區(qū)域的連續(xù)，但其程度隨裂紋向前擴(kuò)展?jié)u漸減弱。貝紋線是由載荷變動引起的，如機(jī)器運(yùn)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。瞬斷區(qū)是裂紋最終失穩(wěn)快速擴(kuò)展所形成的斷口區(qū)域。其斷口比疲乏區(qū)粗糙，脆性材料為結(jié)晶狀斷口，韌性材料為纖維狀斷口。6．試述疲乏圖的意義、建立及用途〔P101~102P115~117〕答：定義：疲乏圖是各種循環(huán)疲乏極限的集合圖，也是疲乏曲線的另一種表達(dá)形式。1、 1、 am疲乏圖建立這種圖的縱坐標(biāo)以表示橫坐標(biāo)以 表示然后以不同應(yīng)力比r條件下將a m max表示的疲乏極限分解為和 ，并在該坐標(biāo)系中作ABC曲線，即為 疲乏圖。r a m a m其幾何關(guān)系為：

tan

a

21

max

min

1r1rm (2

max

)min〔用途我們知道應(yīng)力比r，將其代入試中，即可求得tan和，而后從坐標(biāo)原點(diǎn)O引直線，令其與橫坐標(biāo)的夾角等于ABCB便是所求的點(diǎn)，其縱、橫坐標(biāo)之和，即為相應(yīng)r的疲乏極限 ， 。rB rB aB mB2、 ( ) 疲乏圖max min m建立：這種圖的縱坐標(biāo)以 或 表示，橫坐標(biāo)以 表示。然后將不同應(yīng)力比r下的max min m疲乏極限分別以 ( )和 表示于上述坐標(biāo)系中就形成這種疲乏圖幾何關(guān)系為：max min mtanmaxm

2 max max

min

21r〔用途我們只要知道應(yīng)力比r,就可代入上試求得tan和，而后從坐標(biāo)原點(diǎn)O引始終OH，令其與橫坐標(biāo)的夾角等于，該直線與曲線AHCH限。試述影響疲乏裂紋擴(kuò)展速率的主要因素〔書P107~109，舊書P123~125〕答：1、應(yīng)力比r〔或平均應(yīng)力

da〕的影響：Forman提出：

c(K)nm dN (1r)KcKda剩余壓應(yīng)力因會減小rdNda

降低和K 上升，對疲乏壽命有利；而剩余拉應(yīng)力因會增大thr，dN

上升和K 降低，對疲乏壽命不利。th2、過載峰的影響：偶然過載進(jìn)入過載損傷區(qū)內(nèi)，使材料受到損傷并降低疲乏壽命。但假設(shè)過載適當(dāng)，有時反而是有益的。da3、材料組織的影響：①晶粒大?。壕ЯＴ酱执?，K 值越高，th dN

越低，對疲乏壽命越有利。②組織：鋼的含碳量越低，鐵素體含量越多時，其K 值就越高。當(dāng)鋼的淬火組織thda中存在肯定量的剩余奧氏體和貝氏體等韌性組織時，可以提高鋼的K ，降低th dN丸處理：噴丸強(qiáng)化也能提高K 。th〔P113~P114P132〕

。③噴〔疲乏條紋、疲乏輝紋。系少或組織簡單的金屬，其疲乏條帶短窄而紊亂。疲乏裂紋擴(kuò)展的塑性鈍化模型(Laird圖中(a),在交變應(yīng)力為零時裂紋閉合。圖(b)，受拉應(yīng)力時，裂紋張開，在裂紋尖端沿最大切應(yīng)力方向產(chǎn)生滑移。圖(c),裂紋張開至最大，塑性變形區(qū)擴(kuò)大，裂紋尖端張開呈半圓形，裂紋停頓擴(kuò)展。由于塑性變形裂紋尖端的應(yīng)力集中減小，裂紋停頓擴(kuò)展的過程稱為“塑性鈍化”。圖(d)，當(dāng)應(yīng)力變?yōu)閴嚎s應(yīng)力時，滑移方向也轉(zhuǎn)變了，裂紋尖端被壓彎成“耳狀”切口。圖(e)，到壓縮應(yīng)力為最大值時，裂紋完全閉合，裂紋尖端又由鈍變銳，形成一對尖角?！矔鳳117~P118，舊書P135~P136〕度。這兩方面的作用都能提高疲乏強(qiáng)度。外表強(qiáng)化方法，通常有外表噴丸、滾壓、外表淬火及外表化學(xué)熱處理等。外表噴丸及滾壓噴丸是用壓縮空氣將堅(jiān)硬的小彈丸高速噴打向機(jī)件外表，使機(jī)件外表產(chǎn)生局部形變硬化；同時因塑變層四周的彈性約束，又在塑變層內(nèi)產(chǎn)生剩余壓應(yīng)力。度低，強(qiáng)化效果更好。外表熱處理及化學(xué)熱處理他們除能使機(jī)件獲得表硬心韌的綜合力學(xué)性能外，還可以利用外表組織相變及組織應(yīng)壽命。試述金屬的硬化與軟化現(xiàn)象及產(chǎn)生條件。金屬材料在恒定應(yīng)變范圍循環(huán)作用下，隨循環(huán)周次增加其應(yīng)力不斷增加，即為循環(huán)硬化。金屬材料在恒定應(yīng)變范圍循環(huán)作用下，隨循環(huán)周次增加其應(yīng)力漸漸減小，即為循環(huán)軟化。金屬材料產(chǎn)生循環(huán)硬化與軟化取決于材料的初始狀態(tài)、構(gòu)造特性以及應(yīng)變幅和溫度等。循環(huán)硬化和軟化與σb/σsσb/σs>1.4，表現(xiàn)為循環(huán)硬化；σb/σs<1.2，表現(xiàn)為循環(huán)軟化；1.2<σb/σs<1.4，材料比較穩(wěn)定，無明顯循環(huán)硬化和軟化現(xiàn)象。也可用應(yīng)變硬化指數(shù)nn<1n>1退火狀態(tài)的塑性材料往往表現(xiàn)為循環(huán)硬化，加工硬化的材料表現(xiàn)為循環(huán)軟化。循環(huán)硬化和軟化與位錯的運(yùn)動有關(guān)：退火軟金屬中，位錯產(chǎn)生交互作用，運(yùn)動阻力增大而硬化。冷加工后的金屬中，有位錯纏結(jié)，在循環(huán)應(yīng)力下破壞，阻力變小而軟化。第六章金屬的應(yīng)力腐蝕和氫脆斷裂一、名詞解釋1、應(yīng)力腐蝕：金屬在拉應(yīng)力和特定的化學(xué)介質(zhì)共同作用下，經(jīng)過一段時間后所產(chǎn)生的低應(yīng)力脆斷現(xiàn)象。2、氫脆：由于氫和應(yīng)力共同作用而導(dǎo)致的金屬材料產(chǎn)生脆性斷裂的現(xiàn)象。3、白點(diǎn)：當(dāng)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。假設(shè)過飽和的氫未能集中逸出，便聚攏在某些缺陷處而形成氫分子。此時，氫的體積發(fā)