材料性能學生思考

1、材料力學性能思考題一、名詞解釋：彈性比功；包申格效應；粘彈性；滯彈性；內耗；超塑性；脆性斷裂；韌性斷裂；解理斷裂；剪切斷裂；解理臺階；韌窩；應力狀態(tài)軟性系數(shù)；布氏硬度；洛氏硬度；維氏硬度；缺口敏感度；低溫脆性；籃脆；韌脆轉變溫度；低應力脆斷；應力場強度因子；斷裂韌性；應力比；疲勞源；疲勞貝紋線；疲勞條帶；駐留滑移帶；疲勞壽命；次載鍛煉；熱疲勞；高周疲勞和低周疲勞；磨損；比磨損量；粘著磨損；磨粒磨損；接觸疲勞；蠕變；持久強度，蠕變極限，松弛穩(wěn)定性；過載損傷界；約比溫度；過載持久值；疲勞剩余壽命；應力松弛；等強溫度；二、說明下列力學性能指標的意義：bc；pc；pb；bb；s；p0.3；b；max；

2、280HBS10/3000/30；500HBW5/750；HR30N； HV；HK；HS；qe；AKV(CVN) ；AKU, aKV；aKU, V15TT, FATT50；NDT, FTE,FTP；KIc；GIc；JIc；c；-1，-1P,-1N,-1,qf,Kth,da/dN, ； 。三、分析問答題第一章1.材料的彈性模數(shù)主要取決于什么因素？為何說它是一個對組織不敏感的力學性能指標？2. 決定金屬材料屈服強度的主要因素有哪些？提高金屬材料的屈服強度有哪些方法?3. 金屬材料的應變硬化有何實際意義？抗拉強度為何比屈服強度高？4屈服現(xiàn)象有何意義？如何判斷材料的屈服點？5、什么是平面應力狀態(tài)，什么

3、是平面應變狀態(tài)?為什么平面應變情況最容易脆斷?6為什么在常溫下，大多數(shù)無機材料不能產生塑性形變，而多數(shù)金屬材料則容易產生塑性形變？7. 何為拉伸斷口三要素？影響宏觀拉伸斷口的形態(tài)的因素有哪些？8、為什么材料的塑性要以延伸率和斷面收縮率這兩個指標來度量?它們在工程上各有什么實際意義?9.包申格效應有何意義？工程中對機件會產生哪些影響？10.試述退火低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼的屈服現(xiàn)象在拉伸力伸長曲線圖上的區(qū)別？為什么？11. 試述韌性斷裂與脆性斷裂的區(qū)別，為什么說脆性斷裂最危險？12. 常溫靜拉伸試驗可確定金屬材料的哪些性能指標？說出這些指標的符號定義、意義。13. 試述纖維復合材料的基本特點，復合

4、材料受力時纖維和基體各起什么作用？14.四種強化手段對彈性模量有何影響？15.試說明材料彈性模量怎樣受溫度、相變、合金成分與組織以及加工硬化的影響？16常用的標準試樣有5 倍試樣和10 倍試樣，其延伸率分別用5和10表示，說明為什么5>10。17.多晶體材料的塑性變形特點有哪些？18.試分析金屬材料在屈服階段為何存在上下屈服點？19.試說明規(guī)定殘余伸長應力與規(guī)定總伸長應力的區(qū)別？20.產生超塑性需要哪三種條件？21.論述格雷菲斯裂紋理論分析問題的思路，推導格雷菲斯方程，并指出該理論的局限性22.試用位錯理論解釋：粗晶粒不僅屈服強度低，斷裂塑性也低；而細晶粒不僅使材料的屈服強度提高，斷裂塑

5、性也提高。23.今有45、45Cr、35CrMo鋼和灰鑄鐵幾種材料，你選擇哪種材料做機床床身？為什么？24.試述多晶體金屬產生明顯屈服的條件，并解釋bcc金屬及其合金與fcc金屬及其合金屈服行為不同的原因？25.循環(huán)韌性有何工程意義？選擇音叉需要選擇循環(huán)韌性高的還是低的材料？26.影響金屬材料塑性的因素及提高塑性的途徑有哪些？27.板材宏觀脆性斷口的主要特征是什么？如何尋找斷裂源？28.鋼淬火或塑性變形后彈性后效傾向增大，為什么？29.鐵素體的斷裂強度和屈服強度均與晶粒尺寸d-1/2成正比，怎樣解釋這一現(xiàn)象30. 簡述韌性斷裂過程中基體和第二相的作用，其形態(tài)對材料韌性水平有何關系。31.韌性斷

6、口有幾部分組成？其形成過程如何？有哪些因素決定韌性斷口的宏觀形貌？32.在什么條件下易于出現(xiàn)沿晶斷裂？怎樣才能減少沿晶斷裂傾向？33名義應力與真實應力、名義應變與真實應變之間有何區(qū)別？第二章1. 布氏硬度與洛氏硬度可否直接比較？2. 缺口對材料的拉伸力學性能有什么影響？3. 什么叫應力狀態(tài)？應力狀態(tài)軟性系數(shù)取決于什么因素？4. 什么叫金屬的缺口效應？5.金屬材料在受到扭轉、單向拉伸、三向等拉伸、單向壓縮、兩向壓縮、三向壓縮應力作用時，其應力狀態(tài)軟性系數(shù)分別為多少？6.試述脆性材料彎曲試驗的特點及其應用7.缺口試樣拉伸時應力分布有何特點？8.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

7、試驗的特點9.機器零件一般會受到哪種力的作用？10、為什么塑性材料在缺口靜拉伸時，其缺口強度一般比光滑試樣高，而脆性材料的缺口強度則低于光滑試樣的強度?11說明幾何強化現(xiàn)象的成因。其本質與形變強化有何不同？12.簡述扭轉試驗的特點及應用。13. 布氏硬度與洛氏硬度的測量方法有何不同？280HBS10/3000/30與500HBW5/750代表什么意思？HRA、HRB、HRC分別用于測量何種材料的硬度？第三章1. 試說明低溫脆性的物理本質及其影響因素？2. 試述低應力脆斷的原因和預防措施。3.為何講沖擊韌性無物理意義，有實際意義？主要有哪些用途？4.簡述根據韌脆轉變溫度分析機件脆斷失效的優(yōu)缺點5

8、細化晶粒尺寸可以降低脆性轉變溫度或者說改善材料低溫脆性，為什么？6.說明為什么焊接船只比鉚接船只易發(fā)生脆性破壞？7缺口沖擊韌性為什么被列為材料常規(guī)性能的五大指標之一，怎樣正確理解沖擊韌性的功能：(a)它是控制工藝的性能指標；(b)它是服役性能指標；(c)兩者兼而有之，但要具體分析。你對上述說法有何評論?沖擊韌性能理解為材料抵抗沖擊載荷而不發(fā)生破壞的能力嗎?8、缺口沖擊韌性試驗能評定那些材料的低溫脆性?那些材料不能用此方法檢驗和評定?這種試驗方法本身在防止材料脆斷方面有何局限性?9為什么通常體心立方金屬顯示低溫脆性，而面心立方金屬一般沒有低溫脆性?第四章1. 說明KI和KIc的異同。2.寫出斷裂

9、韌度G判據表達式，其物理意義是什么？3.亞溫淬火為何能夠提高材料的斷裂韌性？4.高溫形變熱處理為何能夠提高材料的斷裂韌性？5.低溫形變熱處理為何能夠提高材料的斷裂韌性？6.應變速率是如何影響材料的斷裂韌性的？7.為什么研究裂紋擴展的力學條件時不用應力判據而用其它判據？8.試述應力場強度因子的意義及典型裂紋K的表達式9.試述K判據的意義及用途10.試述裂紋尖端塑性區(qū)產生的原因及其影響因素，在什么條件下需考慮塑性區(qū)的影響對K進行修正？11.試述Kc 的測試原理及其對試樣的基本要求12材料中的裂紋是如何產生的？13材料的顯微結構對其脆性斷裂有何影響？14. 應力場強度因子與什么有關？15. 張開型、

10、滑開型和撕開型哪種斷裂方式最危險？16.試述影響Kc的冶金因素17.試述Kc與材料的強度、塑性之間的關系18.試述影響Kc和AkV的異同及其相互之間的關系19為什么材料的實際強度遠小于其理論強度？20根據Griffith微裂紋理論，材料產生脆性斷裂的本質原因是什么？21從能量角度來看，裂紋擴展的條件是什么？22防止裂紋擴展可采取哪些措施？23 裂紋的擴展方式有哪些？通常材料破壞中最主要的裂紋擴展形式是哪種？24什么叫斷裂韌性？它與應力場強度因子有何聯(lián)系與區(qū)別？第五章1.軸對稱循環(huán)應力的平均應力、應力幅和應力比分別為多少？2.提高材料疲勞強度有哪些方法？試就每種方法各舉一應用實例，并對這種方法具

11、體分析，其在抑制疲勞裂紋的萌生中起有益作用，還是在阻礙疲勞裂紋擴展中有良好的效果?3.材料的抗熱震性和熱疲勞損傷性能有何區(qū)別？其斷裂過程可分別基于什么理論進行分析？4. 疲勞宏觀斷口上的貝紋線與微觀斷口的條帶有什么區(qū)別？5試說明疲勞裂紋擴展曲線的三個區(qū)域的特點和影響因素。6.如何根據疲勞條帶特征判斷其是屬于韌性的還是脆性的？7.試述金屬疲勞斷裂的特點8.試述疲勞曲線（S-N）及疲勞極限的測試方法9.試述疲勞圖的意義、建立和用途10.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11.試述金屬表面強化對疲勞強度的影響12.噴丸處理為何改善材料的疲勞性能？13疲勞斷口和靜拉伸斷口有何不同?14

12、什么是疲勞裂紋門檻值，哪些因素影響其值的大小?它有什么實用價值?15. 疲勞斷裂是“脆性的”和疲勞斷裂是“塑性的”，哪一種意見對？為什么？16.高速鋼沖頭在使用過程中常發(fā)生脆性斷裂，改用基體鋼后壽命有顯著提高，說明其原因第六章1.粘著磨損與氧化磨損有何區(qū)別，分別隨滑動速度和載荷如何變化？2.摩擦副材料的硬度一般較測試材料高，請問為何一般不能選擇同種材料作摩擦副？3.評述陶瓷材料耐磨性的特點4粘著磨損是如何產生的?如何提高材料或零件的抗粘著磨損能力?5.比較粘著磨損、磨粒磨損和微動磨損摩擦面的形貌特征6.耐磨性一般如何測量？7.磨損量的測定方法有哪兩種？8.請問為何一般不能選擇同種材料作摩擦副？

13、9接觸疲勞破壞有幾種形式?他們是如何產生的?如何提高零件的接觸疲勞抗力?10磨粒磨損有幾種類型?試各舉一實例說明。針對不同磨粒磨損類型，如何提高材料或零件的磨損抗力?11.試分析接觸疲勞過程中的深層剝落是如何產生的？第七章1.試說明材料的持久強度極限是如何由實驗方法測得的？2.試說明使材料產生穩(wěn)態(tài)蠕變速率的蠕變極限是如何由實驗方法測得的？3.某些用于高溫的沉淀強化鎳基合金，不僅有晶內沉淀，還有晶界沉淀，晶界沉淀相是一種硬質金屬間化合物，它對這類合金的抗蠕變性能有何貢獻？4解釋材料高溫蠕變現(xiàn)象的理論主要有哪些？5影響高溫蠕變的因素有哪些？6. 試分析晶粒大小對金屬材料高溫力學性能的影響。7. 討

14、論穩(wěn)態(tài)蠕變階段的變形機制以及溫度和應力的影響。8提高材料的蠕變抗力有哪些途徑? 9應力松弛和蠕變有何關系?10. 材料的高溫性能包括哪些？11.為什么許多在高溫下工作的零件要考慮蠕變與疲勞的交互作用?12金屬材料在高溫下的變形機制與斷裂機制，和常溫比較有何不同?四、計算1. 通常純鐵的s=2J/m2,E=2×105MPa,a0=2.5×10-10m，試求其理論斷裂強度m。2. 若一薄板內有一條長3毫米的裂紋，且a0=3×10-8mm， 試求脆性斷裂時的斷裂應力c（設m=E/105MPa）。3. 有一材料E=2×1011N/m2, s=8N/m,試計算在

15、7×107N/m2的拉力作用下，該材料的臨界裂紋長度？4. 有一大型板件，材料的0.21200MPa,KIc=115MPa·m1/2,探傷發(fā)現(xiàn)有20mm長的橫向穿透裂紋，若在平均軸向應力900MPa下工作,試計算KI和塑性區(qū)寬度，并判斷該件是否安全。5. 設某壓力容器周向應力 1400Mpa，采用焊接工藝后可能有縱向表面裂紋(半橢圓)a=1mm,a/c=0.6.現(xiàn)可以選用的兩種材料分別有如下性能：A 鋼0.2 1700Mpa, Kc =74Mpa ； B 鋼0.22100 MPa，Kc =47Mpa 。試從防止低應力斷裂考慮，應選用哪種材料。（提示：參考有關半橢圓表面裂紋，

16、而且還要考慮到塑性修正的應力場強度因子K表達式）6. 有板件在脈動載荷下工作，max=200MPa,min=0,該材料的b=670MPa, 0.2=600MPa,KIc=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的橫向穿透裂紋，請估算他們的疲勞剩余壽命？7.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)，根據裂紋a/c 可以確定=1，測試材料的0.2720MPa試估算材料的Kc是多少？8一鋁合金制輕型人梯，發(fā)覺在人體重作用下彈性撓度過大。若欲在不增

17、加梯重情況下減少撓度，試問下列方法是否可行?(1)采用時效鋁合金，提高材料強度；(2)改用鎂合金代替鋁合金，EMg=4.3×1010N/m2，Mg1.74g/m3；EAl=7×1010N/m2，Al2.7g/m3 ；(3)重新設計，改變鋁合金型材的截面形狀尺寸。9設有屈服強度為415 MPa，斷裂韌性為132 MPa.m1/2 ，厚度分別為100mm 和260 mm的兩塊很寬的合金鋼板。如果板都受500 MPa的拉應力作用，并設板內都有長為46mm的中心穿透裂紋，試問此兩板內裂紋是否都擴展?10.物體內部有一圓盤狀尖銳深埋裂紋，直徑為2.5cmm，當作用的應力為700 MP

18、a時，物體發(fā)生斷裂事故，求:(a)材料的斷裂韌性是多少?(假定滿足平面應變條件。)(b)若用這種材料制成一塊厚度t=0.75cm，裂紋半長a=3.75cm的板作斷裂韌性試驗，問測得的斷裂韌性值是否有效?(設材料的屈服強度為1100 MPa。)(c)測得有效KIC的厚度是多少?11一直徑為2.5mm，長為200mm 的桿，在載荷2000N作用下，直徑縮小為2.2mm, 試計算：(1)桿的最終長度；(2)在該載荷作用下的真應力S 與真應變e；(3)在該載荷作用下的名義應力與名義應變。12一塊無限大板，遠處的應力為350 MPa，板中心有一長為5/cm的穿透裂紋，材料的屈服強度為500 MPa，求(

19、a)裂紋頂端處的應力強度因子。(b)裂紋頂端處的塑性區(qū)尺寸。(c)討論上述情況下塑性區(qū)修正的有效性。13低合金鋼厚板的斷裂韌性在-20時的Gc=5.1×10-2MN/m，Gc值隨溫度成比例地減小，每下降10，Gc降低1.3×10-2MN/m，如果這塊板上有長度為10mm 的裂紋，問在-50時c的斷裂應力是多少?( E=2×105MN/m2,)五、分析1. 某校力學性能試驗室裝有液壓萬能實驗機、扭轉試驗機和疲勞試驗機等設備，今欲測定下列材料的塑性：（1）40CrNiMn調質鋼試樣,（2）20Cr滲碳淬火鋼試樣,（3）W18Cr4V鋼淬火回火試樣，（4）灰鑄鐵試樣，可分別采用哪種試驗機？采用何種試驗方法？為什么？2. 今有如下工件需要測定硬度，試說明選用何種硬度試驗法為宜？（1）滲碳層的硬度分布；（2）淬火鋼；（3）灰鑄鐵，（4）硬質合金，（5）鑒別鋼中的隱晶