工程材料力學(xué)性能-第2版答案-束德林

《工程材料力學(xué)性能》束德林課后答案

機(jī)械工業(yè)出版社2023第2版

第一章單向靜拉伸力學(xué)性能

1、解釋以下名詞。

1彈性比功：金屬材料吸收彈性變形功的能力，一般用金屬開(kāi)始塑性變形前單

位體積吸收的最大彈性變形功表示。

2.滯彈性：金屬材料在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時(shí)間延長(zhǎng)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。

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循環(huán)韌性。

4.包申格效應(yīng)：金屬材料經(jīng)過(guò)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(zhǎng)應(yīng)力增加；反向加載，規(guī)定剩余伸長(zhǎng)應(yīng)力降低的現(xiàn)象。

5.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。

6.塑性：金屬材料斷裂前發(fā)生不可逆永久（塑性）變形的能力。

韌性：指金屬材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力。

7?解理臺(tái)階：當(dāng)解理裂紋與螺型位錯(cuò)相遇時(shí)，便形成一個(gè)高度為b的臺(tái)階。

8.河流把戲：解理臺(tái)階沿裂紋前端滑動(dòng)而相互集合，同號(hào)臺(tái)階相互集合長(zhǎng)大,

當(dāng)集合臺(tái)階高度足夠大時(shí),便成為河流把戲。是解理臺(tái)階的一種標(biāo)志。

9.解理面：是金屬材料在一定條件下，當(dāng)外加E應(yīng)力到達(dá)一定數(shù)值后，以極快

速率沿一定晶體學(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。

10.穿晶斷裂：穿晶斷裂的裂紋穿過(guò)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。

11.韌脆轉(zhuǎn)變：具有一定韌性的金屬材料當(dāng)?shù)陀谀骋粶囟赛c(diǎn)時(shí)，押擊吸收功明

顯下降，斷裂方式由原來(lái)的韌性斷裂變?yōu)榇嘈詳嗔?，這種現(xiàn)象稱為韌脆轉(zhuǎn)變

12.彈性不完整性：理想的彈性體是不存在的，多數(shù)工程材料彈性變形時(shí)，可

能出現(xiàn)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

2、說(shuō)明以下力學(xué)性能指標(biāo)的意義。

答：E彈性模量G切變模量0r規(guī)定剩余伸長(zhǎng)應(yīng)力00.2屈服強(qiáng)度黑

金屬材料拉伸時(shí)最大應(yīng)力下的總伸長(zhǎng)率n應(yīng)變硬化指數(shù)【P15】

3、金屬的彈性模量主要取決于什么因素？為什么說(shuō)它是一個(gè)對(duì)組織不敏

感的力學(xué)性能指標(biāo)？

答：主要決定于原子本性和晶格類型。合金化、熱處理、冷塑性變形等能

夠改變金屬材料的組織形態(tài)和晶粒大小，但是不改變金屬原子的本性和晶

格類型。組織雖然改變了，原子的本性和晶格類型未發(fā)生改變，故彈性模

量對(duì)組織不敏感?！綪4】

4、試述退火低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼的屈服現(xiàn)象在拉伸力-伸長(zhǎng)曲線圖上

的區(qū)別？為什么？

5、決定金屬屈服強(qiáng)度的因素有哪些？【P12】

答：內(nèi)在因素：金屬本性及晶格類型、晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)、溶質(zhì)元素、第

二相。

外在因素：溫度、應(yīng)變速率和應(yīng)力狀態(tài)。

6、試述韌性斷裂與脆性斷裂的區(qū)別。為什么脆性斷裂最危險(xiǎn)？【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(gè)緩慢的撕裂過(guò)程，在裂紋擴(kuò)展過(guò)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(méi)有明顯征兆，因

而危害性很大。

7、剪切斷裂與解理斷裂都是穿晶斷裂，為什么斷裂性質(zhì)完全不同？【P23】

答：剪切斷裂是在切應(yīng)力作用下沿滑移面別離而造成的滑移面別離，一般

是韌性斷裂，而解理斷裂是在正應(yīng)力作用以極快的速率沿一定晶體學(xué)平面

產(chǎn)生的穿晶斷裂，解理斷裂通常是脆性斷裂。

8、何謂拉伸斷口三要素？影響宏觀拉伸斷口性態(tài)的因素有哪些？

答：宏觀斷口呈杯錐形，由纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇三個(gè)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(duì)位置，因試樣

形狀、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。

9、論述格雷菲斯裂紋理論分析問(wèn)題的思路，推導(dǎo)格雷菲斯方程，并指出

該理論的局限性?！綪32】

答：%=(警只適用于脆性固體，也就是只適用于那些裂紋尖端塑性變

形可以忽略的情況。

第二章金屬在其他靜載荷下的力學(xué)性能

一、解釋以下名詞：

(1)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)一一材料或工件所承受的最大切應(yīng)力T儂和最大

正應(yīng)力。曲比值，即：—'色一-【新書(shū)P39舊書(shū)P46]

bmax26-0.5此+，)

(2)缺口效應(yīng)一一絕大多數(shù)機(jī)件的橫截面都不是均勻而無(wú)變化的光滑體,

往往存在截面的急劇變化，如鍵槽、油孔、軸肩、螺紋、退刀槽及焊縫等，這

種截面變化的局部可視為“缺口〃，由于缺口的存在，在載荷作用卜缺口截面

上的應(yīng)力狀態(tài)將發(fā)生變化，產(chǎn)生所謂的缺口效應(yīng)。[P44P53]

(3)缺口敏感度一一缺口試樣的抗拉強(qiáng)度。加的與等截面尺寸光滑試樣的抗

拉強(qiáng)度。卜的比值，稱為缺口敏感度，即：NSR=*[P47P55]

(4)布氏硬度一一用鋼球或硬質(zhì)合金球作為壓頭，采用單位面積所承受的試

驗(yàn)力計(jì)算而得的硬度。[P49P58]

(5)洛氏硬度一一采用金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測(cè)量壓痕深度

所表示的硬度所表P60L

(6)維氏硬度一一以兩相對(duì)面夾角為136o的金剛石四棱錐作壓頭，采用單

位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算而得的硬度。[P53P62]

(7)努氏硬度一一采用兩個(gè)對(duì)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。

(8)肖氏硬度一一采動(dòng)載荷試驗(yàn)法，根據(jù)重錘回跳高度表證的金屬硬度。

(9)里氏硬度一一采動(dòng)載荷試驗(yàn)法，根據(jù)重錘回跳速度表證的金屬硬度。

二、說(shuō)明以下力學(xué)性能指標(biāo)的意義(1)。bc一一材料的抗壓強(qiáng)度【P41P48]

(2)。bb——材料的抗彎強(qiáng)度【P42P50]

(3)Ts——材料的扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)【P44P52]

(4)Tb——材料的抗扭強(qiáng)度【P44P52]

(5)obn——材料的抗拉強(qiáng)度【P47P55]

(6)NSR——材料的缺口敏感度[P47P55]

(7)HBW——壓頭為硬質(zhì)合金球的材料的布氏硬度[P49P58]

(8)HRA——材料的洛氏硬度[P52P61]

(9)HRB——材料的洛氏硬度[P52P61]

(10)11RC——材料的洛氏硬度【P52P61]

(11)HV——材料的維氏硬度[P53P62]

三、試綜合比擬單向拉伸、壓縮、彎曲及扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。

試驗(yàn)

特點(diǎn)應(yīng)用范圍

方法

溫度、應(yīng)力狀態(tài)和加載

速率確定，采用光滑圓柱試樣,塑性變形抗力和切

拉伸

試驗(yàn)簡(jiǎn)單，應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)斷強(qiáng)度較低的塑性材料。

較硬。

應(yīng)力狀態(tài)軟，一般都能

脆性材料，以觀察脆

產(chǎn)生塑性變形，試樣常沿與軸

壓縮性材料在韌性狀態(tài)下所表現(xiàn)

線呈45°方向產(chǎn)生斷裂，具有切

的力學(xué)行為。

斷特征。

彎曲試樣形狀簡(jiǎn)單，操測(cè)定鑄鐵、鑄造合

作方便；不存在拉伸試驗(yàn)時(shí)試金、工具鋼及硬質(zhì)合金等脆

樣軸線與力偏斜問(wèn)題，沒(méi)有附性與低塑性材料的強(qiáng)度和顯

彎曲加應(yīng)力影響試驗(yàn)結(jié)果，可用試示塑性的差異。也常用于比

樣彎曲撓度顯示材料的塑性；擬和鑒別滲碳和外表淬火等

彎曲試樣外表應(yīng)力最大，可靈化學(xué)熱處理機(jī)件的質(zhì)量和性

敏地反映材料外表缺陷。能。

應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)為用來(lái)研究金屬在熱

扭轉(zhuǎn)0.8,比拉伸時(shí)人，易于顯示金加工條件下的流變性能和斷

屬的塑性行為；試樣在整個(gè)長(zhǎng)裂性能，評(píng)定材料的熱壓力

度上的塑性變形時(shí)均勻，沒(méi)有加工型，并未確定生產(chǎn)條件

緊縮現(xiàn)象，能實(shí)現(xiàn)大塑性變形下的熱加工工藝參數(shù)提供依

量下的試驗(yàn)；較能敏感地反映據(jù)；研究或檢驗(yàn)熱處理工件

出金屬外表缺陷和及外表硬化的外表質(zhì)量和各種外表強(qiáng)化

層的性能；試樣所承受的最大工藝的效果。

正應(yīng)力與最大切應(yīng)力大體相等

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(shí)的應(yīng)力分布有何特點(diǎn)？[P45P53]

在彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布：薄板：在缺口根部處于單向拉應(yīng)力狀態(tài)，在板

中心部位處于兩向拉伸平面應(yīng)力狀態(tài)。厚板:在缺口根部處于兩向拉應(yīng)力狀態(tài),

缺口內(nèi)側(cè)處三向拉伸平面應(yīng)變狀態(tài)。

無(wú)論脆性材料或塑性材料，都因機(jī)件上的缺口造成兩向或三向應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力

集中而產(chǎn)生脆性傾向，降低了機(jī)件的使用平安性。為了評(píng)定不同金屬材料的缺

口變脆傾向，必須采用缺口試樣進(jìn)行靜載力學(xué)性能試驗(yàn)。

六、試綜合比擬光滑試樣軸向拉伸、缺口試樣軸向拉伸和偏斜拉伸試驗(yàn)的特

點(diǎn)。

偏斜拉伸試驗(yàn)：在拉伸試驗(yàn)時(shí)在試樣與試驗(yàn)機(jī)夾頭之間放一墊圈，使試樣

的軸線與拉伸力形成一定角度進(jìn)行拉伸。該試驗(yàn)用于檢測(cè)螺栓一類機(jī)件的平安

使用性能。

光滑試樣軸向拉伸試驗(yàn)：截面上無(wú)應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力分布均勻，僅在頸

縮時(shí)發(fā)生應(yīng)力狀態(tài)改變。

缺口試樣軸向拉伸試驗(yàn)：缺口截面上出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力分布不均,

應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，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。

偏斜拉伸試驗(yàn)：試樣同時(shí)承受拉伸和彎曲載荷的復(fù)合作用，其應(yīng)力狀態(tài)更

“硬〃，缺口截面上的應(yīng)力分布更不均勻，更能顯示材料對(duì)缺口的敏感性。

七、試說(shuō)明布氏硬度、洛氏硬度與維氏硬度的實(shí)驗(yàn)原理，并比擬布氏、洛氏

與維氏硬度試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。【P49P57]

原理

布氏硬度：用鋼球或硬質(zhì)合金球作為壓頭，計(jì)算單位面積所承受的試驗(yàn)力。

洛氏硬度：采用金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測(cè)量壓痕深度。

維氏硬度：以兩相對(duì)面夾角為136。的金剛石四棱錐作壓頭，計(jì)算單位面積所

承受的試驗(yàn)力。

布氏硬度優(yōu)點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)時(shí)一般采用直徑較大的壓頭球，因而所得的壓痕面積比擬

大。壓痕大的一個(gè)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；另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)。缺點(diǎn)：對(duì)不同材料需更換不同直

徑的壓頭球和改變?cè)囼?yàn)力，壓痕直徑的測(cè)量也較麻煩，因而用于自動(dòng)檢測(cè)時(shí)受

到限制。

洛氏硬度優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，迅捷，硬度值可直接讀出；壓痕較小，可在工件上

進(jìn)行試驗(yàn)；采用不同標(biāo)尺可測(cè)量各種軟硬不同的金屬和厚薄不一的試樣的硬

度，因而廣泛用于熱處理質(zhì)量檢測(cè)。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，那么所測(cè)硬度值重復(fù)性差，分散度大；此外用不

同標(biāo)尺測(cè)得的硬度值彼此沒(méi)有聯(lián)系，不能直接比擬。

維氏硬度優(yōu)點(diǎn)：不存在布氏硬度試驗(yàn)時(shí)要求試驗(yàn)力F與壓頭直徑D之間所

規(guī)定條件的約束，也不存在洛氏硬度試驗(yàn)時(shí)不同標(biāo)尺的硬度值無(wú)法統(tǒng)一的

弊端；維氏硬度試驗(yàn)時(shí)不僅試驗(yàn)力可以任意取，而且壓痕測(cè)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(guò)測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度后才能進(jìn)行

計(jì)算或查表，因此，工作效率比洛氏硬度法低的多。

A.今有如下零件和材料需要測(cè)定硬度，試說(shuō)明選擇何種硬度實(shí)驗(yàn)方法為宜。

(1)滲碳層的硬度分布；(2)淬火鋼；(3)灰鑄鐵；(4)鑒別鋼中的隱晶

馬氏體和剩余奧氏體；(5)儀表小黃銅齒輪；(6)龍門刨床導(dǎo)軌；(7)滲

氮層；(8)高速鋼刀具；(9)退火態(tài)低碳鋼；(10)硬質(zhì)合金。

(1)滲碳層的硬度分布---HK或-顯微HV

(2)淬火鋼----IIRC

(3)灰鑄鐵----HB

(4)鑒別鋼中的隱晶馬氏體和剩余奧氏體—顯微HV或者HK

(5)儀表小黃銅齒輪----HV

(6)龍門刨床導(dǎo)軌——HS(肖氏硬度)或HL(里氏硬度)

(7)滲氮層----HV

(8)高速鋼刀具----HRC

(9)退火態(tài)低碳鋼----1IB

(10)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收塑性變形功和斷裂功的能力?！綪57】

沖擊韌度：：U形缺口沖擊吸收功人處除以沖擊試樣缺口底部截面積所得之

商，稱為沖擊韌度，aku=Aku/S(J/cm2),反響了材料抵抗沖擊載荷的能

力，用般。表示。P57注釋/P67

沖擊吸收功：缺口試樣沖擊彎曲試驗(yàn)中，擺錘沖斷試樣失去的位能為

mgHl-mgH2o此即為試樣變形和斷裂所消耗的功，稱為沖擊吸收功，以勾表示,

單位為J。P57/P67

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(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼(鐵素體-珠光體鋼)，在試驗(yàn)溫度

低于某一溫度tk時(shí)，會(huì)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(jī)理由微孔聚集型變?yōu)榇┚Ы饫硇停瑪嗫谔卣饔衫w維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低

溫脆性。

韌性溫度儲(chǔ)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)人仆沖擊吸收功。含義見(jiàn)上面。沖擊吸收功不能真正代表材料

的韌脆程度，但由于它們對(duì)材料內(nèi)部組織變化十分敏感，而且沖擊彎曲試

驗(yàn)方法簡(jiǎn)便易行，被廣泛采用。

AKV(CVN)：V型缺口試樣沖擊吸收功.

AKU：U型缺口沖擊吸收功.

[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)溫度下，三個(gè)區(qū)之間的相對(duì)面積不同。溫度下降，纖維區(qū)面積突然

減少，結(jié)晶區(qū)面積突然增大，材料由韌變脆。通常取結(jié)晶區(qū)面積占整個(gè)斷口面

積50%時(shí)的溫度為鼠，并記為50%FATT,或FATT50%,t50o(新書(shū)P61,舊書(shū)

P71)

或:結(jié)晶區(qū)占整個(gè)斷口面積5096是的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度.

(3)NDT:以低階能開(kāi)始上升的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，稱為無(wú)塑性或零塑

性轉(zhuǎn)變溫度。

(4)FTE:以低階能和高階能平均值對(duì)應(yīng)的溫度定義tk,記為FTE

(5)FTP:以高階能對(duì)應(yīng)的溫度為Ik,記為FTP

四、試說(shuō)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(duì)于那些有低溫脆性現(xiàn)象的材料，它們的

屈服強(qiáng)度會(huì)隨溫度的降低急劇增加，而斷裂強(qiáng)度隨溫度的降低而變化不大。當(dāng)

溫度降低到某一溫度時(shí)，屈服強(qiáng)度增大到高于斷裂強(qiáng)度時(shí)，在這個(gè)溫度以下材

料的屈服強(qiáng)度比斷裂強(qiáng)度大，因此材料在受力時(shí)還未發(fā)生屈服便斷裂了，材料

顯示脆性。

從微觀機(jī)制來(lái)看低溫脆性與位錯(cuò)在晶體點(diǎn)陣中運(yùn)動(dòng)的阻力有關(guān)，當(dāng)溫度

降低時(shí)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大，原子熱激活能力下降，因此材料屈服強(qiáng)度增加。

影響材料低溫脆性的因素有（P63,P73）：

1.晶體結(jié)構(gòu)：對(duì)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(shì)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(huì)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(shí)提高材料的強(qiáng)度和塑韌性。因

為

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(cuò)數(shù)

減少，有利于降低應(yīng)力集中；同時(shí)晶界上雜質(zhì)濃度減少，防止產(chǎn)生沿晶

脆性斷裂。②金相組織：較低強(qiáng)度水平時(shí)強(qiáng)度相等而組織不同的鋼，沖擊

吸收功和韌脆轉(zhuǎn)變溫度以馬氏體高溫回火最正確，貝氏體回火組織次之，片狀

珠光體組織最差。鋼中夾雜物、碳化物等第二相質(zhì)點(diǎn)對(duì)鋼的脆性有重要影響，

當(dāng)其尺寸增大時(shí)均使材料韌性下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高。

五.試述焊接船舶比鉀接船舶容易發(fā)生脆性破壞的原因。

焊接容易在焊縫處形成粗大金相組織氣孔、夾渣、未熔合、未焊透、錯(cuò)邊、

咬邊等缺陷，增加裂紋敏感度，增加材料的脆性，容易發(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

外一些材料那么沒(méi)有？

宏觀上，體心立方中、低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼隨溫度的降低沖擊功急劇下降，具有

明顯的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。而高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼在很寬的溫度范圍內(nèi)，沖擊功都很低，

沒(méi)有明顯的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。面心立方金屬及其合金一般沒(méi)有韌脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。

微觀上，體心立方金屬中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力對(duì)溫度變化非常敏感，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)

阻力隨溫度下降而增加，在低溫下，該材料處于脆性狀態(tài)。而面心立方金屬因

位錯(cuò)寬度比擬大，對(duì)溫度不敏感，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)，對(duì)低碳鋼施加一高速

到高于屈服強(qiáng)度時(shí)，材料并不立即產(chǎn)生屈服，而需要經(jīng)過(guò)一段孕育期（稱為遲

屈時(shí)間）才開(kāi)始塑性變形，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(méi)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(kāi)型（I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(kāi)，沿裂紋面擴(kuò)展的裂紋。

應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子K:在裂紋尖端區(qū)域各點(diǎn)的應(yīng)力分量除了決定于位置外，尚

與強(qiáng)度因子K有關(guān)，對(duì)于某一確定的點(diǎn)，其應(yīng)力分量由K確定，M越大，那

么應(yīng)力場(chǎng)各點(diǎn)應(yīng)力分量也越大，這樣K就可以表示應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度，稱K為

應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子。“1〃表示I型裂紋?！綪68】

小范圍屈服：塑性區(qū)的尺寸較裂紋尺寸及凈截面尺寸為小時(shí)（小一個(gè)數(shù)量級(jí)

以上），這就稱為小范圍屈服?！綪71】

有效屈服應(yīng)力：裂紋在發(fā)生屈服時(shí)的應(yīng)力?！拘聲?shū)P73：I0P85]

有效裂紋長(zhǎng)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)松弛的應(yīng)力將疊加至屈服區(qū)之外，從而使屈服區(qū)之外的應(yīng)力增加，其

效果相當(dāng)于因裂紋長(zhǎng)度增加ry后對(duì)裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的影響，經(jīng)修正后的裂紋

長(zhǎng)度即為有效裂紋長(zhǎng)度：a+ry?！拘翽74；舊P86，

裂紋擴(kuò)展K判據(jù)：裂紋在受力時(shí)只要滿足K.>K/c，就會(huì)發(fā)生脆性斷裂.反之,

即使存在裂紋，假設(shè)KjK/c也不會(huì)斷裂。新P71：1083

裂紋擴(kuò)展能量釋放率GI：I型裂紋擴(kuò)展單位面積時(shí)系統(tǒng)釋放勢(shì)能的數(shù)值。

P76/P88

裂紋擴(kuò)展G判據(jù)：GZ>G/C,當(dāng)GI滿足上述條件時(shí)裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂。

P77/P89

J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.>JIC，只要滿足上述條件，裂紋（或構(gòu)件）就會(huì)斷裂。

COD：裂紋張開(kāi)位移。P91/P102

COD判據(jù)：隆區(qū),當(dāng)滿足上述條件時(shí)，裂紋開(kāi)始擴(kuò)展。P91/P103

2、說(shuō)明以下斷裂韌度指標(biāo)的意義及其相互關(guān)系

Kic和Kc答：臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的K記作Me或Kc,Kc為平面應(yīng)變下的斷裂韌

度，表示在平面應(yīng)變條件下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。Kc為平面應(yīng)力斷

裂韌度，表示在平面應(yīng)力條件下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。它們都是I型

裂紋的材料裂紋韌性指標(biāo)，但笈值與試樣厚度有關(guān)。當(dāng)試樣厚度增加，使裂

紋尖端到達(dá)平面應(yīng)變狀態(tài)時(shí)，斷裂韌度趨于一穩(wěn)定的最低值，即為Kc,它與

試樣厚度無(wú)關(guān)，而是真正的材料常數(shù)。P71/P82

Gc答：P77/P89當(dāng)G增加到某一臨界值時(shí),G能克服裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的阻力,

那么裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂,將G的臨界值記作G-稱斷裂韌度，表示材料阻止

裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)單位面積所消耗的能量，其單位與Gi相同，MPa?m

JIC：是材料的斷裂韌度，表示材料抵抗裂紋開(kāi)始擴(kuò)展的能力，其單位與

GIC相同。P90/P102

女：是材料的斷裂韌度，表示材料阻止裂紋開(kāi)始擴(kuò)展的能力.P91/P104

J判據(jù)和3判據(jù)一樣都是裂紋開(kāi)始擴(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/P104

3、試述低應(yīng)力脆斷的原因及防止方法。

答：低應(yīng)力脆斷的原因：在材料的生產(chǎn)、機(jī)件的加工和使用過(guò)程中產(chǎn)生不可

防止的宏觀裂紋，從而使機(jī)件在低于屈服應(yīng)力的情況發(fā)生斷裂。預(yù)防措施：

將斷裂判據(jù)用于機(jī)件的設(shè)計(jì)上，在給定裂紋尺寸的情況下，確定機(jī)件允許的最

大工作應(yīng)力，或者當(dāng)機(jī)件的工作應(yīng)力確定后，根據(jù)斷裂判據(jù)確定機(jī)件不發(fā)生脆

性斷裂時(shí)所允許的最大裂紋尺寸。

4、為什么研究裂紋擴(kuò)展的力學(xué)條件時(shí)不用應(yīng)力判據(jù)而用其它判據(jù)？

答：由4—1可知，裂紋前端的應(yīng)力是一個(gè)變化復(fù)雜的多向應(yīng)力，如用它直接

建立裂紋擴(kuò)展的應(yīng)力判據(jù)，顯得十分復(fù)雜和困難；而且當(dāng)LO時(shí)，不管外加

平均應(yīng)力如何小，裂紋尖端各應(yīng)力分量均趨于無(wú)限大，構(gòu)件就失去了承載能力,

也就是說(shuō)，只要構(gòu)件一有裂紋就會(huì)破壞，這顯然與實(shí)際情況不符。這說(shuō)明經(jīng)典

的強(qiáng)度理論單純用應(yīng)力大小來(lái)判斷受載的裂紋體是否破壞是不正確的。因此無(wú)

法用應(yīng)力判據(jù)處理這一問(wèn)題。因此只能用其它判據(jù)來(lái)解決這一問(wèn)題。

5、試述應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的意義及典型裂紋K的表達(dá)式

答：新書(shū)P69舊書(shū)P80參看書(shū)中圖（應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的意義見(jiàn)上）幾種裂紋

的K表達(dá)式，無(wú)限大板穿透裂紋：眉=。疝；有限寬板穿透裂紋：K、=o尻f中；

有限寬板單邊直裂紋：照=。疝/（4當(dāng)13加時(shí)，K=1.2o■疝；受彎單邊裂紋梁:

b

用=乎F/（）；無(wú)限大物體內(nèi)部有橢圓片裂紋，遠(yuǎn)處受均勻拉伸：

姑=空g2夕+囁0$2”4；無(wú)限大物體外表有半橢圓裂紋，遠(yuǎn)處均受拉伸：

①C

A點(diǎn)的K=U0而。

①

6、試述K判據(jù)的意義及用途。

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(huì)產(chǎn)生低應(yīng)

力脆斷的原因。K判據(jù)將材料斷裂韌度同機(jī)件的工作應(yīng)力及裂紋尺寸的關(guān)系定

量地聯(lián)系起來(lái)，可直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算，估算裂紋體的最大承載能力、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/P83

7、試述裂紋尖端塑性區(qū)產(chǎn)生的原因及其影響因素。

答：機(jī)件上由于存在裂紋，在裂紋尖端處產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)。y趨于材料的屈

服應(yīng)力時(shí)?，在裂紋尖端處便開(kāi)始屈服產(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)，塑性區(qū)較??；板外表處于平面應(yīng)力狀態(tài)，塑性區(qū)較大。但是無(wú)論平面

應(yīng)力或平面應(yīng)變，塑性區(qū)寬度總是與（KIC/os）2成正比。

8、試述塑性區(qū)對(duì)KY的影響及Ki的修正方法和結(jié)果。

由于裂紋尖端塑性區(qū)的存在將會(huì)降低裂紋體的剛度，相當(dāng)于裂紋長(zhǎng)度的增

加，因而影響應(yīng)力場(chǎng)和及"的計(jì)算，所以要這AI進(jìn)行修正。

最簡(jiǎn)單而適用的修正方法是在計(jì)算用時(shí)采用“有效裂紋尺寸〃，即以虛擬

有效裂紋代替實(shí)際裂紋，然后用線彈性理論所得的公式進(jìn)行計(jì)算。根本思路是:

塑性區(qū)松弛彈性應(yīng)力的作用于裂紋長(zhǎng)度增加松弛彈性應(yīng)力的作用是等同的，

從而引入“有效長(zhǎng)度〃的概念，它實(shí)際包括裂紋長(zhǎng)度和塑性區(qū)松弛應(yīng)力的作

用。

(4-15)的計(jì)算結(jié)果忽略了在塑性區(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(shí)，或塑性區(qū)周圍為廣闊的彈性

去所包圍時(shí)，這種結(jié)果還是很精確。但是當(dāng)塑性區(qū)較大時(shí)，即屬于大范圍屈服

或整體屈服時(shí)，這個(gè)結(jié)果是不適用的。

11COD的意義：表示裂紋張開(kāi)位移。表達(dá)式b二阻￡Insec(王)。P91/P103

TIEJ

13、斷裂韌度KIC與強(qiáng)度、塑性之間的關(guān)系：總的來(lái)說(shuō)，斷裂韌度隨強(qiáng)度的

升高而降低。詳見(jiàn)新P80/P93

15、影響KIC的冶金因素：內(nèi)因：1、學(xué)成分的影響；2、集體相結(jié)構(gòu)和晶粒

大小的影響；3、雜質(zhì)及第二相的影響；4、顯微組織的影響。外因：1、溫度;

2、應(yīng)變速率。P81/P95

16.有一大型板件，材料的。0.2=1200MPa,KIc=115MPa*ml/2,探傷發(fā)現(xiàn)有20mm

長(zhǎng)的橫向穿透裂紋，假設(shè)在平均軸向拉應(yīng)力900MPa下工作，試計(jì)算KI及塑性

區(qū)寬度R0,并判斷該件是否平安？

解：由題意知穿透裂紋受到的應(yīng)力為。=900MPa

根據(jù)。/。0.2的值，確定裂紋斷裂韌度KIC是否休要修正

因?yàn)椤?。0.2=900/1200=0.75>0.7,所以裂紋斷裂韌度KIC需要修正

對(duì)于無(wú)限板的中心穿透裂紋，修正后的KI為：

(MPa*ml/2)】伊丁

塑性區(qū)寬度為：227rs=0.004417937(m)=2.21(mm)

比擬K1與KIc：

因?yàn)镵l=168.13(MPa*ml/2)

KIc=115(MPa*ml/2)

所以：Kl>KIc,裂紋會(huì)失穩(wěn)擴(kuò)展,所以該件不平安。

17.有一軸件平行軸向工作應(yīng)力150Mpa,使用中發(fā)現(xiàn)橫向疲勞脆性正斷，斷口

分析說(shuō)明有25mm深度的外表半橢圓疲勞區(qū)，根據(jù)裂紋a/c可以確定巾二1,測(cè)

試材料的。0.2=720MPa，試估算材料的斷裂韌度KIC為多少？

解：因?yàn)椤?。0.2=150/720=0.208<0.7,所以裂紋斷裂韌度KIC不需要修正

對(duì)于無(wú)限板的中心穿透裂紋，修正后的KI為：

KTC=Yocacl/2

對(duì)于外表半橢圓裂紋，Y=l.1正/d)=L1正

所以，KI以Y。cacl/2=l.k4xl50x.25xl()-3二46.229(MPa*ml/2)

第五章金屬的疲勞

1.名詞解釋；

應(yīng)力幅oa:oa=l/2(。max-。min)p95/pl08

平均應(yīng)力。m：om=l/2(omax+omin)p95/pl07

應(yīng)力比r:r=omin/。maxp95/pl08

疲勞源：是疲勞裂紋萌生的策源地，一般在機(jī)件外表常和缺口，裂紋，刀痕，

蝕坑相連。P96

疲勞貝紋線：是疲勞區(qū)的最大特征，一般認(rèn)為它是由載荷變動(dòng)引起的，是裂紋

前沿線留卜的弧狀臺(tái)階痕跡。P97/pll0

疲勞條帶：疲勞裂紋擴(kuò)展的第二階段的斷口特征是具有略程彎曲并相互平行的

溝槽把戲，稱為疲勞條帶(疲勞輝紋，疲勞條紋)pll3/pl32

駐留滑移帶：用電解拋光的方法很難將已產(chǎn)生的外表循環(huán)滑移帶去除，當(dāng)對(duì)式

樣重新循環(huán)加載時(shí)，那么循環(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。PH1

AK:材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率不僅與應(yīng)力水平有關(guān)，而且與當(dāng)時(shí)的裂紋尺寸有

關(guān)。AK是由應(yīng)力范圍△。和a復(fù)合為應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍，AkKniax-KniinN

omaxVa-YominVa=YAoVa.pl05/pl20

da/dN:疲勞裂紋擴(kuò)展速率，即每循環(huán)一次裂紋擴(kuò)展的距離。P105

疲勞壽命：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)pl02/pll7

過(guò)載損傷：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，就造成了過(guò)載損傷。P102/pll7

2.揭示以下疲勞性能指標(biāo)的意義

疲勞強(qiáng)度。T,o-p,T-l,O-1N,P99,100,103/P114

0-1：對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)作用下的彎曲疲勞極限；。-P：對(duì)稱拉壓疲勞極限；T-1：

對(duì)稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限；。TN:缺口試樣在對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)作用下的疲勞極限。

疲勞缺口敏感度qfP103/pll8

金屬材料在交變載荷作用下的缺口敏感性，常用疲勞缺口敏感度來(lái)評(píng)定。

Qf=(Kf-l)/(ktT).其中Kt為理論應(yīng)力集中系數(shù)且大于一，Kf為疲勞缺口

系數(shù)。Kf=(o-l)/(o-lN)

過(guò)載損傷界P102,103/P117

由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，測(cè)出不同過(guò)載應(yīng)力水平和相應(yīng)的開(kāi)始降低疲勞壽命的應(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(guò)載損傷界。

疲勞門檻值△KthP105/pl20

在疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線的I區(qū)，當(dāng)AKWAKth時(shí)，da/aN=O,表示裂紋不擴(kuò)

展；只有當(dāng)AIOAKth時(shí),da/dN〉0,疲勞裂紋才開(kāi)始擴(kuò)展。因此，△Kth是疲勞

裂紋不擴(kuò)展的△K臨界值，稱為疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值。

3.試述金屬疲勞斷裂的特點(diǎn)p96/pl09

（1）疲勞是低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂，機(jī)具有壽命的斷裂

（2）疲勞是脆性斷裂

（3）疲勞對(duì)缺陷（缺口，裂紋及組織缺陷）十分敏感

4.試述疲勞宏觀斷口的特征及其形成過(guò)程（新書(shū)P96~98及PPT,舊書(shū)

P109"lll）

答：典型疲勞斷口具有三個(gè)形貌不同的區(qū)域一疲勞源、疲勞區(qū)及瞬斷區(qū)。

（1）疲勞源是疲勞裂紋萌生的策源地，疲勞海區(qū)的光亮度最大，因?yàn)檫@里在

整個(gè)裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展過(guò)程中斷面不斷摩擦擠壓，故顯示光亮平滑，另疲勞

源的貝紋線細(xì)小。

（2）疲勞區(qū)的疲勞裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展所形成的斷口區(qū)域，是判斷疲勞斷裂的重要

特征證據(jù)。特征是：斷口比擬光滑并分布有貝紋線。斷口光滑是疲勞源

區(qū)域的延續(xù)，但其程度隨裂紋向前擴(kuò)展逐漸減弱。貝紋線是由載荷變動(dòng)

引起的，如機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的開(kāi)動(dòng)與停歇，偶然過(guò)載引起的載荷變動(dòng)，使裂

紋前沿線留下了弧狀臺(tái)階痕跡。

（3）瞬斷區(qū)是裂紋最后失穩(wěn)快速擴(kuò)展所形成的斷口區(qū)域。其斷口比疲勞區(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.試述疲勞圖的意義、建立及用途。（新書(shū)P101~102,舊書(shū)P115117）

答：定義：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(dá)

形式。

意義：很多機(jī)件或構(gòu)件是在不對(duì)稱循環(huán)載荷下工作的，因此還需知道材料的不

對(duì)稱循環(huán)疲勞極限，以適應(yīng)這類機(jī)件的設(shè)計(jì)和選材的需要。通常是用工程作圖

法，由疲勞圖求得各種不對(duì)稱循環(huán)的疲勞極限。

建立：這種圖的縱坐標(biāo)以？表示，橫坐標(biāo)以外表示。然后，以不同應(yīng)力比r

條件下將表示的疲勞極限%分解為4和％，并在該坐標(biāo)系中作ABC曲線,

1（。-CT）

即為“疲勞圖。其幾何關(guān)系為：tana----y--------------=---

%…

（用途）：我們知道應(yīng)力比r,將其代入試中，即可求得tana和a,而后從坐

標(biāo)原點(diǎn)0引直線，令其與橫坐標(biāo)的夾角等于。值，該直線與曲線ABC相交的交

點(diǎn)B便是所求的點(diǎn)，其縱、橫坐標(biāo)之和，即為相應(yīng)r的疲勞極限b出，

arB=°\田+u

2、疲勞圖

建立：這種圖的縱坐標(biāo)以。g或」n表示，橫坐標(biāo)以外表示。然后將不同應(yīng)力

比r下的疲勞極限，分別以和『表示于上述坐標(biāo)系中，就形成這種疲

勞圖。幾何關(guān)系為：tana==——二二二

%”"x+bmin1+1

【用途）：我們只要知道應(yīng)力比r,就可代入上試求得tana和。，而后從坐標(biāo)原

點(diǎn)0引一直線0H,令其與橫坐標(biāo)的夾角等于叫該直線與曲線AHC相交的交

點(diǎn)H的縱坐標(biāo)即為疲勞極限。

8.試述影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的主要因素。（新書(shū)P107109,舊書(shū)P123~125）

答：1、應(yīng)力比r（或平均應(yīng)力氣）的影響：Forman提出：父

dN（l-r）K-A/C

剩余壓應(yīng)力因會(huì)減小r,使半降低和△降升高，對(duì)疲勞壽命有利；而剩余拉應(yīng)

dN

力因會(huì)增大r,使半升高和降低，對(duì)疲勞壽命不利。

dN

2、過(guò)載峰的影響：偶然過(guò)載進(jìn)入過(guò)載損傷區(qū)內(nèi)，使材料受到損傷并降低疲勞

壽命。但假設(shè)過(guò)載適當(dāng)，有時(shí)反而是有益的。

3、材料組織的影響：①晶粒大?。壕ЯＴ酱执?，其AK小值越高，手越低，對(duì)

dN

疲勞壽命越有利。②組織：鋼的含碳量越低，鐵素體含量越多時(shí)\其A七值就

越高。當(dāng)鋼的淬火組織中存在一定量的剩余奧氏體和貝氏體等韌性組織時(shí)，可

以提高鋼的△降，降低也。③噴丸處理：噴丸強(qiáng)化也能提高A七。

dN

9.試述疲勞微觀斷口的主要特征。（新書(shū)P113~P114,舊書(shū)P132）

答：斷口特征是具有略呈彎曲并相互平行的溝槽把戲，稱疲勞條帶（疲勞條紋、

疲勞輝紋）。疲勞條帶是疲勞斷口最典型的微觀特征?；葡刀嗟拿嫘牧⒎浇?/p>

屬，其疲勞條帶明顯；滑移系少或組織復(fù)雜的金屬，其疲勞條帶短窄而紊亂。

疲勞裂紋擴(kuò)展的塑性鈍化模型（Laird模型）；

圖中（a）,在交變應(yīng)力為零時(shí)裂紋閉合。

圖（b）,受拉應(yīng)力時(shí)，裂紋張開(kāi)，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(kāi)至最大，塑性變形區(qū)擴(kuò)大，裂紋尖端張開(kāi)呈半圓形，裂紋停止

擴(kuò)展。由于塑性變形裂紋尖端的應(yīng)力集中減小，裂紋停止擴(kuò)展的過(guò)程稱為“塑

性鈍化”。

圖(d),當(dāng)應(yīng)力變?yōu)閴嚎s應(yīng)力時(shí)，滑移方向也改變了，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(shí)，裂紋完全閉合，裂紋尖端又由鈍變銳，形成

一對(duì)尖角。

12.試述金屬外表強(qiáng)化對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。(新書(shū)P117>118,舊書(shū)P135~P136)

答：外表強(qiáng)化處理可在機(jī)件外表產(chǎn)生有利的剩余壓應(yīng)力，同時(shí)還能提高機(jī)件外

表的強(qiáng)度和硬度。這兩方面的作用都能提高疲勞強(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。

(1)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(shí)因塑變層周圍的彈性約束，又在塑變層內(nèi)產(chǎn)生剩余壓應(yīng)力。

外表滾壓和噴丸的作用相似，只是其壓應(yīng)力層深度較大，很適于大工件；

而且外表粗糙度低，強(qiáng)化效果更好。

(2)外表熱處理及化學(xué)熱處理

他們除能使機(jī)件獲得表硬心切的綜合力學(xué)性能外，還可以利用外表組織相

變及組織應(yīng)力、熱應(yīng)力變化，使機(jī)件外表層獲得高強(qiáng)度和剩余壓應(yīng)力，更有效

地提高機(jī)件疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。

13.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)力逐漸減小，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)、結(jié)構(gòu)特性以及應(yīng)變幅和

溫度等。

循環(huán)硬化和軟化與。b/OS有關(guān)：

ob/os>l.4,表現(xiàn)為循環(huán)硬化；

ob/os<1.2,表現(xiàn)為循環(huán)軟化；

1.2<ob/os<1.4,材料比擬穩(wěn)定，無(wú)明顯循環(huán)硬化和軟化現(xiàn)象。

也可用應(yīng)變硬化指數(shù)n來(lái)判斷循環(huán)應(yīng)變對(duì)材料的影響，n〈l軟化，n>l硬化。

退火狀態(tài)的塑性材料