材料性能學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)

材料性能學(xué)課后習(xí)題答案（王從曾版）第一章1、名詞解釋彈性比功We：材料開始塑性變形前單位體積所能吸收的彈性變形功，又稱彈性比能或應(yīng)變比能。包申格效應(yīng)：金屬材料經(jīng)預(yù)先加載，產(chǎn)生少量塑性變形（1-4%），然后再同向加載，彈性極限（屈服極限）增加，反向加載，σe降低的現(xiàn)象。滯彈性：材料在快速加載或則卸載后，隨時(shí)間的延長而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變得性能。粘彈性：材料在外力作用下，彈性和粘性兩種變形機(jī)制同時(shí)存在的力學(xué)行為。表現(xiàn)為應(yīng)變對應(yīng)力的響應(yīng)（或反之）不是瞬時(shí)完成，而需要通過一個(gè)馳豫過程，但卸載后應(yīng)變逐漸恢復(fù)，不留殘余變形。表現(xiàn)形式：應(yīng)力松馳：恒定溫度和形變作用下，材料內(nèi)部的應(yīng)力隨時(shí)間增加而逐漸衰減的現(xiàn)象。蠕變：恒定應(yīng)力作用下，試樣應(yīng)變隨時(shí)間變化的現(xiàn)象。高分子材料當(dāng)外力去除后，這部分蠕變可緩慢恢復(fù)。偽彈性：在一定溫度條件下，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定水平后，金屬或合金將由應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變，伴隨應(yīng)力誘發(fā)相變產(chǎn)生大幅度彈性變形的現(xiàn)象。偽彈性變形量60%左右。工程應(yīng)用：形狀記憶合金內(nèi)耗：在非理想彈性條件下，由于應(yīng)力-應(yīng)變不同步，使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線，這個(gè)封閉回線稱為彈性滯后環(huán)。存在彈性滯后環(huán)的現(xiàn)象說明加載材料時(shí)吸收的變形功大于卸載時(shí)材料釋放的變形功，有一部分加載變形功被材料所吸收。這部分在變形過程中被吸收的功稱為材料的內(nèi)耗，其大小可用回線面積度量。塑性：指金屬材料斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。脆性：指金屬材料受力時(shí)沒有發(fā)生塑性變形而直接斷裂的能力。

韌性：指金屬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(kuò)展的能力。銀紋：高分子材料在變形過程中產(chǎn)生的一種缺陷，其密度低對光線的反射能力很高，看起來呈銀色，故稱銀紋。其內(nèi)部為有取向的纖維和空洞交織分布。超塑性：是指材料在一定的內(nèi)部條件和外部條件下，呈現(xiàn)非常大的伸長率而不發(fā)生頸縮和斷裂的現(xiàn)象。脆性斷裂：材料未經(jīng)明顯的宏觀塑性變形而發(fā)生的斷裂。斷口平齊而光亮，且與正應(yīng)力垂直，斷口呈人字或放射花樣。韌性斷裂：材料斷裂前即斷裂過程中產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形的過程。韌性斷裂時(shí)一般裂紋擴(kuò)展過程較慢，且要消耗大量塑性變形能。其斷口用肉眼或放大鏡觀察時(shí)往往呈暗灰色纖維狀。纖維狀是塑性變形過程中，眾多微細(xì)裂紋的不斷擴(kuò)展和相互連接造成的，而暗灰色則是纖維斷口對光的反射能力很弱所致。剪切斷裂：材料在切應(yīng)力作用下沿滑移面滑移分離而造成的斷裂。解理斷裂：解理斷裂是在正應(yīng)力作用下由于原子間結(jié)合鍵的破壞引起的沿特定晶面發(fā)生的脆性穿晶斷裂。解理臺階：解理斷裂的裂紋要跨越若干相互平行的而且位于不同高度的解理面，從而在同一刻面內(nèi)部出現(xiàn)了解理臺階與和河流花樣。河流花樣：解理臺階沿裂紋前端滑動(dòng)兒相互匯合，同號臺階相互匯合長大，當(dāng)匯合臺階高度足夠大時(shí)，便成為河流花樣。韌窩：微孔聚集型斷裂的微觀斷口特征。10、應(yīng)變系數(shù)K及應(yīng)變硬化指數(shù)n的計(jì)算：F/KN68101214σ/(1/25π)2432404856ΔL12.54.57.511.5ε0.20.50.91.52.3由真應(yīng)力及真應(yīng)變公式計(jì)算得高階能下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。加入置換型溶質(zhì)元素（Ni、Mn例外），一般也降低高階能，提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度，但是效果不明顯。雜質(zhì)元素S、P、Pb等使鋼的韌性下降。3.顯微組織的影響（1）細(xì)化晶粒提高韌性（2）金相組織有影響4.溫度的影響：主要是“藍(lán)脆”的影響。5.加載速率的影響，提高加載速率如同降低溫度，使材料脆性增大，韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。6．試樣形狀和尺寸的影響，缺口曲率半徑越小，tk，因此，V型缺口試樣的tk高于U型試樣的tk。當(dāng)不改變?nèi)笨诔叽缍辉黾釉嚇訉挾?或厚度)時(shí)，tk升高．若試樣各部分尺寸按比例增加時(shí)，tk也升高．這是由于試樣尺寸增加時(shí)應(yīng)力狀態(tài)變硬，且缺陷幾率增大，故脆性增大。第四章1、名詞解釋低應(yīng)力脆斷：高強(qiáng)度鋼、超高強(qiáng)度鋼的機(jī)件，中低強(qiáng)度鋼的大型機(jī)件往往在工作應(yīng)力并不高，甚至遠(yuǎn)低于屈服極限的情況下，發(fā)生脆性斷裂的現(xiàn)象。應(yīng)力場強(qiáng)度因子：KI斷裂韌度：表征材料在平面應(yīng)變或應(yīng)力狀態(tài)下抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展能力的力學(xué)性能指標(biāo)。能量釋放率：在裂紋擴(kuò)展的線彈性理論中，驅(qū)使裂紋擴(kuò)展的動(dòng)力是彈性能的釋放率，

GIJ積分：J積分為I型裂紋的能量線積分，可定量的描述裂紋體的應(yīng)力應(yīng)變場強(qiáng)度，即J積分反映了裂紋尖端區(qū)的應(yīng)變能，即應(yīng)力應(yīng)變的集中程度。裂紋尖端張開位移COD：裂紋尖端沿應(yīng)力方向張開所得到的位移，用來間接表示應(yīng)變量的大小。第五章1、名詞解釋疲勞源：是疲勞裂紋萌生的策源地。疲勞貝紋線：由變動(dòng)載荷引起的，使裂紋前沿線留下弧狀臺階痕跡，疲勞區(qū)的最大特征（宏觀）。疲勞條帶：疲勞裂紋擴(kuò)展第二階段的斷口特征是具有略呈彎曲并相互平行的溝槽花樣。駐留滑移帶：用電解拋光的方法也很難將已產(chǎn)生的表面循環(huán)滑移帶去除，即使去除，當(dāng)對試樣重新循環(huán)加載時(shí)，則循環(huán)滑移帶又會(huì)在原處再現(xiàn)，這種永留或再現(xiàn)的循環(huán)滑移帶稱為駐留滑移帶。擠出脊和侵入溝：在拉應(yīng)力作用下，位錯(cuò)源被激活，使其增殖的位錯(cuò)滑移到表面，形成滑移臺階，應(yīng)力不斷循環(huán)，多個(gè)位錯(cuò)源引起交互滑移，形成“擠出”和“侵入”的臺階。疲勞壽命：疲勞失效時(shí)材料所經(jīng)受的應(yīng)力或應(yīng)變循環(huán)次數(shù)。過渡壽命：彈性應(yīng)變幅-壽命線和塑性應(yīng)變幅-壽命線的交點(diǎn)對應(yīng)的壽命。熱疲勞：機(jī)件在由溫度循環(huán)變化時(shí)產(chǎn)生的循環(huán)熱應(yīng)力及熱應(yīng)變作用下的疲勞。過載損傷：倘若金屬在高于疲勞極限的應(yīng)力水平下運(yùn)轉(zhuǎn)一定周次后，其疲勞極限或疲勞壽命減小，這就造成了過載損傷。疲勞缺口敏感度qf：金屬在交變載荷下的缺口敏感性。過載損傷界：在不同過載應(yīng)力下，損傷累積造成的裂紋尺寸達(dá)到或超過σ-1應(yīng)力的“非擴(kuò)展裂紋”尺寸的循環(huán)次數(shù)。疲勞門檻值△Kth：疲勞裂紋不擴(kuò)展的△K臨界值，表示材料阻止疲勞裂紋開始擴(kuò)展的性能。第六章1、磨損：機(jī)件表面相接處并作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，表面逐漸有微小顆粒分離出來形成磨屑，使表面材料逐漸流失、造成表面損傷的現(xiàn)象。2、粘著：摩擦副實(shí)際表面上總存在局部凸起，當(dāng)摩擦副雙方接觸時(shí)，即使施加較小載荷，在真實(shí)接觸面上的局部應(yīng)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(huì)使兩個(gè)接觸面的原子彼此十分接近而產(chǎn)生強(qiáng)烈粘著。（實(shí)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：摩擦表面逐漸被磨平，實(shí)際接觸面積增大，磨損速率迅速減小。5、咬死：當(dāng)接觸壓應(yīng)力超過材料硬度H的1/3時(shí)，粘著磨損量急劇增加，增加到一定程度就出現(xiàn)咬死現(xiàn)象。6、犁皺：指表面材料沿硬粒子運(yùn)動(dòng)方向被橫推而形成溝槽。7、耐磨性：材料在一定摩擦條件下抵抗磨損的能力8、沖蝕：流體或固體以松散的小顆粒按一定的速度和角度對材料表面進(jìn)行沖擊。9、接觸疲勞：機(jī)件兩接觸面作滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)摩擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力長期作用下，材料表面因疲勞損傷，導(dǎo)致局部區(qū)域產(chǎn)生小片或小塊狀金屬剝落而是材料流失的現(xiàn)象。10、是比較三類磨粒磨損的異同，并討論加工硬化對它們的影響？⑴鑿削式磨粒磨損：從表面上鑿削下大顆粒金屬，摩擦面有較深溝槽。韌性材料——連續(xù)屑，脆性材料——斷屑。⑵高應(yīng)力碾碎性磨粒磨損：磨粒與摩擦面接觸處的最大壓應(yīng)力超過磨粒的破壞強(qiáng)度，磨粒不斷被碾碎，使材料被拉傷，韌性金屬產(chǎn)生塑性變形或疲勞，脆性金屬則形成碎裂式剝落。⑶低應(yīng)力擦傷性磨粒磨損：作用于磨粒上的應(yīng)力不超過其破壞強(qiáng)度，摩擦表面僅產(chǎn)生輕微擦傷。11、試述粘著磨損產(chǎn)生的條件、機(jī)理及其防止措施？

條件：在滑動(dòng)摩擦條件下，當(dāng)摩擦副相對滑動(dòng)速度較小時(shí)發(fā)生的。

機(jī)理：摩擦副實(shí)際表面上總存在局部凸起，當(dāng)摩擦副雙方接觸時(shí)，即使施加較小載荷，在真實(shí)接觸面上的局部應(yīng)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(huì)使兩個(gè)接觸面的原子彼此十分接近而產(chǎn)生強(qiáng)烈粘著。（實(shí)際上就是原子間的鍵合作用）隨后在繼續(xù)滑動(dòng)時(shí)，粘著點(diǎn)被剪斷并轉(zhuǎn)移到一方金屬表面，然后脫落下來便形成磨屑，一個(gè)粘著點(diǎn)剪斷了，又在新的地方產(chǎn)生粘著，隨后也被剪斷、轉(zhuǎn)移，如此粘著à剪斷à轉(zhuǎn)移à再粘著循環(huán)不已，就構(gòu)成了粘著磨損過程。

防止措施：（1）注意摩擦副配對材料的選擇（2）采用表面化學(xué)熱處理改變材料表面狀態(tài)（3）控制摩擦滑動(dòng)速度和接觸壓應(yīng)力12、列表說明金屬接觸疲勞三種破壞形式的機(jī)理和特征？1）麻點(diǎn)剝落：在滾動(dòng)接觸過程中，由于表面最大綜合切應(yīng)力反復(fù)作用，在表層局部區(qū)域造成損傷累積，最終形成表面裂紋，裂紋形成后，潤滑油擠入，在連續(xù)滾動(dòng)接觸過程中，潤滑油反復(fù)壓入裂紋并被封閉，封閉在裂紋內(nèi)的油已較高的壓力作用于裂紋內(nèi)壁，使裂紋沿與滾動(dòng)方向成小于45度傾角向前擴(kuò)展，其方向與τzy方向一致，裂紋擴(kuò)展到一定的程度后，因其尖端有應(yīng)力集中，故在此處形成二次裂紋，與初始裂紋垂直，二次裂紋向表面擴(kuò)展，剝落后形成凹坑。2）淺層剝落：淺層剝落裂紋的位置0.5b處，與Z軸的兩側(cè)作用的切應(yīng)力τ0位置相當(dāng)，該處切應(yīng)力最大，塑性變形劇烈，在接觸應(yīng)力反復(fù)作用下，塑性變形反復(fù)進(jìn)行，局部材料弱化，形成裂紋。裂紋常出現(xiàn)在非金屬夾雜物附近,故裂紋開始沿非金屬夾雜物平行于表面擴(kuò)展，而后又產(chǎn)生與表面成一傾角的二次裂紋，二次裂紋擴(kuò)展到表面，則該處金屬受彎曲發(fā)生彎斷，形成淺層剝落。3）深層剝落：表面硬化的機(jī)件，硬化層與基體的過渡區(qū)是弱區(qū)，此處切應(yīng)力可能高于材料強(qiáng)度而在該處產(chǎn)生裂紋，裂紋形成后先平行于表面擴(kuò)展，即沿過渡區(qū)擴(kuò)展，而后再垂直于表面擴(kuò)展，最終形成較深的剝落坑。特征：麻點(diǎn)剝落：剝落深度在0.1～0.2mm以下，呈針狀或痘狀凹坑，截面呈不對稱V型淺層剝落：深度0.2~0.4mm,剝塊底部大致和表面平行,裂紋走向與表面成銳角和垂直。深層剝落：深度和表面強(qiáng)化層深度相當(dāng)，裂紋走向與表面垂直。13、磨損的類型有：粘著磨損、磨粒磨損、沖蝕磨損、腐蝕磨損、微動(dòng)磨損和表面疲勞磨損。14、粘著磨損：重要特征：摩擦副一方金屬表面常粘附一層很薄的轉(zhuǎn)移膜，并伴有化學(xué)成分變化。主要影響因素：材料特性、法向力、滑動(dòng)速度以及溫度。改善措施：1）合理選擇摩擦副配對材料2）改變材料表面狀態(tài)3）控制摩擦滑動(dòng)速度和接觸壓應(yīng)力15、磨粒磨損主要特征是摩擦面上有明顯犁皺形成的溝槽。第七章材料的高溫力學(xué)性能1、名詞解釋蠕變極限：表示材料對高溫蠕變變形的抗力，是選用高溫材料、設(shè)計(jì)高溫下服役機(jī)件的主要依據(jù)之一。應(yīng)力松弛：材料在恒變形的條件下，隨著時(shí)間的延長，彈性應(yīng)力逐漸降低的現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛。材料抵抗應(yīng)力松弛的能力稱為松弛穩(wěn)定性。松弛穩(wěn)定性可以通過松弛試驗(yàn)測定的應(yīng)力松弛曲線來評定，松弛穩(wěn)定性可以用來評價(jià)材料在高溫下的預(yù)緊能力等強(qiáng)溫度：晶粒與晶界兩者強(qiáng)度相等的溫度。約比溫度：試驗(yàn)溫度T與金屬熔點(diǎn)Tm的比值，T/Tm。蠕變：金屬在長時(shí)間的恒溫、恒載荷作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。擴(kuò)散蠕變：在高溫條件下，晶體內(nèi)空位將從受拉晶界向受壓晶界遷移，原子則朝相