工程材料力學(xué)性能各章節(jié)復(fù)習(xí)知識點

1、工程材料力學(xué)性能各個章節(jié)主要復(fù)習(xí)知識點第一早彈性比功：又稱彈性比能，應(yīng)變比能，表示金屬材料吸收彈性變形功的能力。 滯彈，性：對材料在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后隨時間延長附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象。 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（殘余應(yīng)變?yōu)?%4%），卸 載后再同向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力（彈性極限或屈服極限）增加，反向加載， 規(guī)定殘余伸長應(yīng)力降低的現(xiàn)象。塑性：指金屬材料斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。脆性：材料在外力作用下（如拉伸，沖擊等）僅產(chǎn)生很小的變形及斷裂破壞的性 質(zhì)。韌性：是金屬材料斷裂前洗手塑性變形功和斷裂功的能力，也指材料抵抗裂紋擴(kuò) 展的能力。應(yīng)力、應(yīng)變；真應(yīng)力，真應(yīng)變概念。穿晶

2、斷裂和沿晶斷裂：多晶體材料斷裂時，裂紋擴(kuò)展的路徑可能不同，穿晶斷裂 穿過晶內(nèi)；沿晶斷裂沿晶界擴(kuò)展。拉伸斷口形貌特征？韌性斷裂：斷裂面一般平行于最大切應(yīng)力并與主應(yīng)力成45度角。用肉眼或放 大鏡觀察時，斷口呈纖維狀，灰暗色。纖維狀是塑性變形過程中微裂紋不斷擴(kuò)展 和相互連接造成的，而灰暗色則是纖維斷口便面對光反射能力很弱所致。其斷口 宏觀呈杯錐形，由纖維區(qū)、放射區(qū)、和剪切唇區(qū)三個區(qū)域組成。脆性斷裂:斷裂面一般與正應(yīng)力垂直，斷口平齊而光亮，常呈放射狀或結(jié)晶狀。 板狀矩形拉伸試樣斷口呈人字形花樣。人字形花樣的放射方向也與裂紋擴(kuò)展方向 平行，但其尖端指向裂紋源。韌、脆性斷裂區(qū)別？韌性斷裂產(chǎn)生前會有明顯的塑

3、性變形，過程比較緩慢；脆性斷裂則不會有明顯的 塑性變形產(chǎn)生，突然發(fā)生，難以發(fā)現(xiàn)征兆拉伸斷口三要素？纖維區(qū)，放射區(qū)和剪切唇。缺口試樣靜拉伸試驗種類？軸向拉伸、偏斜拉伸材料失效有哪幾種形式？磨損、腐蝕和斷裂是材料的三種主要失效方式。材料的形變強(qiáng)化規(guī)律是什么？層錯能越低，n越大，形變強(qiáng)化增強(qiáng)效果越大退火態(tài)金屬增強(qiáng)效果比冷加工態(tài)是好，且隨金屬強(qiáng)度等級降低而增加。在某些合金中，增強(qiáng)效果隨合金元素含量的增加而下降。材料的晶粒變粗，增強(qiáng)效果提高。第_章應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)：材料某一應(yīng)力狀態(tài)，t max和a max的比值表示他們的相對 大小，成為應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)，比為a，a =二皿a max缺口敏感度：缺口試樣的

4、抗拉強(qiáng)度a bn與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強(qiáng)度氣的比仃bn值表示缺口敏感度，即為a b第二早低溫脆，性：在實驗溫度低于某一溫度t2時，會由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊 吸收功明顯降低，斷裂機(jī)理由微孔聚集性變?yōu)榇┚Ы饫硇?，斷口特征由纖維狀變 為結(jié)晶狀，這就是低溫脆性。韌脆轉(zhuǎn)變溫度：材料表現(xiàn)出低溫的脆性的臨界溫度稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。韌脆轉(zhuǎn)變的含義，影響因素？韌脆轉(zhuǎn)變指金屬材料的脆性和韌性是金屬材料在不同條件下表現(xiàn)的力學(xué)行為和 力學(xué)狀態(tài)，兩者是相對的并且相互轉(zhuǎn)化。影響因素：冶金因素：a晶體結(jié)構(gòu)體心立方金屬及其合金存在低溫脆性。b化學(xué)成分1）間隙溶質(zhì)元素ff韌脆轉(zhuǎn)變溫度f2）置換型溶質(zhì)元素一般也能提高韌脆

5、轉(zhuǎn)變溫度，但Ni和一定量Mn例外。3）雜質(zhì)元素S、P、As、Sn、Sb等使鋼的韌性下降c晶粒大小，細(xì)化晶粒提高韌性的原因有：晶界是裂紋擴(kuò)展的阻力；晶界前塞積 的位錯數(shù)減少，有利于降低應(yīng)力集中；晶界總面積增加，使晶界上雜質(zhì)濃度減少， 避免產(chǎn)生沿晶脆性斷裂。d纖維組織1）對低強(qiáng)度鋼：按tk由高到低的順序：珠光體f上貝氏體f鐵素體f下貝氏 體回火馬氏體2） 對中碳合金鋼且強(qiáng)度相同，tk：下貝氏體回火馬氏體；貝氏體馬氏體混 合組織回火馬氏體3）低碳合金鋼的韌性：貝氏體馬氏體混合組織單一馬氏體或單一貝氏體4）馬氏體鋼的韌性：奧氏體的存在將顯著改善韌性鋼中夾雜物、碳化物等第 二相質(zhì)點對鋼的韌性有重要影響，

6、影響的程度與第二相質(zhì)點的大小、形狀、分布、 第二相的性質(zhì)及其與基體的結(jié)合力等性質(zhì)有關(guān)。第四章低應(yīng)力脆斷：當(dāng)容器或構(gòu)件存在宏觀裂紋時，在應(yīng)力水平不高，甚至低于材料屈 服極限的情況下所發(fā)生的突然斷裂現(xiàn)象稱為低應(yīng)力脆斷。應(yīng)力場強(qiáng)度因子：應(yīng)力場強(qiáng)度因子K是表示應(yīng)力場強(qiáng)度的力學(xué)參量。裂紋體變形有哪幾種形式？1張開型（I型）、滑開型（II）、撕開型（III）第五章擠出脊和侵入溝疲勞壽命：裂紋尺寸從氣擴(kuò)展到氣所需的循環(huán)周次，即疲勞剩余壽命。疲勞斷口三大區(qū)域？疲勞源、疲勞區(qū)、瞬斷區(qū)高周疲勞和低周疲勞如何區(qū)分？以過渡壽命為界限劃分高周疲勞和低周疲勞，以吟周次分界要嚴(yán)密科學(xué)得 多。第六早應(yīng)力腐蝕：金屬在拉應(yīng)力和特

7、定化學(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，稱為低應(yīng)力腐蝕。氫脆：由于氫和應(yīng)力共同作用而導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生脆性斷裂的現(xiàn)象稱為氫脆。應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展分那幾個階段，這幾個階段特征？較平緩的是那個階段？第I階段：當(dāng)K剛超過K 時，裂紋經(jīng)過一段孕育期后突然加速擴(kuò)展，當(dāng)da/dt-K 曲線幾乎與縱坐標(biāo)平行。f第II階段：曲線出現(xiàn)水平線段，da/dt與K幾乎無關(guān)。因為這時裂紋尖端發(fā)生 分叉現(xiàn)象，裂紋擴(kuò)展主要受電化學(xué)過程控制，故與材料和環(huán)境密切相關(guān)。第III階段：裂紋長度已接近臨界尺寸，da/dt又明顯依賴于K，da/dt隨K而 急劇增大，這時材料進(jìn)入失穩(wěn)擴(kuò)展的過渡區(qū)。當(dāng)K達(dá)到K失穩(wěn)擴(kuò)展而斷

8、裂。 較平緩的是第二階段。1 k第七早磨損：機(jī)件表面相接觸并作相對運動時，表面逐漸有微小顆粒分離出來形成磨屑 （松散的尺寸與形狀均不想通過的碎屑），使表面材料逐漸流失（導(dǎo)致機(jī)件尺寸 變化和質(zhì)量損失），造成表面損傷的現(xiàn)象即為磨損。粘著：是原子間的鍵合作用。耐磨，性：表征抵抗磨損能力大小的參量。磨損幾階段？跑合階段（磨合階段）、穩(wěn)定磨損階段、劇烈磨損階段磨損分為哪幾個類型？按磨損機(jī)理分類，磨損可分為：粘著磨損、磨粒磨損、沖蝕磨損、皮料磨損（接觸磨損）、腐蝕磨損和微動磨損。粘著磨損特點？提高耐磨性的措施有？粘著磨損過程中有材料轉(zhuǎn)移，并伴隨化學(xué)成分變化，這就是粘著磨損的重要特征。提高耐粘著磨性的措施：

9、（1）首要要注意摩擦副配對材料的選擇其基本原則是配對材料的粘著傾向應(yīng)比較小，如選用互溶性小的材料配對；選用 表面易形成化合物的材料配對；金屬與非金屬配對，如金屬與高分子配對，以及 選用淬硬鋼或淬硬鋼與灰鑄鐵配對等都有明顯效果。（2）采用表面化學(xué)熱處理改變材料表面狀態(tài)可有效地減輕粘著磨損。如果沿接觸面上產(chǎn)生粘著磨損，可進(jìn)行滲碳、磷化、碳 氮共滲處理或涂覆鐐-磷合金等。表面化學(xué)熱處理在金屬表面形成一層化合物層 或非金屬層，既避免摩擦副直接直接接觸，又減少摩擦因數(shù)，故可防止粘著。如 果粘著磨損發(fā)生在較軟的一方材料機(jī)件內(nèi)部，則采用滲碳、滲氮碳氮共滲及碳氮 硼三元共滲等工藝有一定效果。（3）控制摩擦滑動

10、速度和接觸壓應(yīng)力改善潤滑條件，提高表面膜與基體金屬的結(jié)合能力，以增強(qiáng)氧化膜的穩(wěn)定，性，阻 止金屬之間直接接觸，以及降低表面粗糙度等也都可以減輕粘著磨損。提高材料疲勞強(qiáng)度的措施？（1）表面強(qiáng)化，如表面噴丸、滾壓、表面淬火及表面化學(xué)熱處理等。（2）采取合適加工措施，降低表面粗糙度表面粗糙度越低，材料的疲勞極限 越高。（3）合金化，強(qiáng)化基體，形成彌散強(qiáng)化，提高材料的形變抗力阻止循環(huán)滑移帶 的形成和開裂，從而阻止疲勞裂紋的萌生和提高疲勞強(qiáng)度。（4）細(xì)化晶?；蚴褂谜鸾M織、淬火回火等熱處理組織。（5）減少夾雜物的數(shù)量、尺寸都能有效得提高疲勞強(qiáng)度。還可以通過改變夾雜 物與基體之間的界面結(jié)合性質(zhì)來改變疲勞強(qiáng)

11、度。第八章蠕變：就是金屬在長時間的高溫、恒載荷作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。應(yīng)力松弛：在規(guī)定溫度和初始應(yīng)力條件下，金屬材料的應(yīng)力隨時間增加而減小的現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛。蠕變過程有那幾個階段？減速蠕變階段、恒速蠕變階段、加速蠕變階段蠕變斷裂機(jī)理（1）在三晶粒交會處形成楔形裂紋（2）在晶界上由空洞形成晶界裂紋金屬的蠕變機(jī)理？蠕變變形機(jī)理：（1）位錯滑移蠕變（2）擴(kuò)散蠕變金屬在高溫下力學(xué)性能特點？在高溫短載荷的作用下，金屬材料的塑性增加，但是在高溫長時載荷作用下，塑 性切顯著降低，缺口敏感性增加，往往呈現(xiàn)脆性斷裂現(xiàn)象。第九章高分子的近程結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)？近程結(jié)構(gòu)：是指由化學(xué)鍵所固定的幾何形狀一一高分子構(gòu)

12、型，即指高分子鏈的化 學(xué)組成、鍵接方式和立體構(gòu)型等。第十章陶瓷的主要力學(xué)性能特點，斷裂機(jī)理？功能陶瓷的力學(xué)性能特點是：耐高溫、硬度高、彈性模量高、耐蝕、抗蠕變性能 好。斷裂機(jī)理：解理是陶瓷材料的主要斷裂機(jī)理，而且很容易從穿晶斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)檠鼐?斷裂。計算題：第四章例題。有一大型圓筒式容器由高強(qiáng)度鋼焊接而成，如圖所示。鋼板厚度t = 5mm，圓 筒內(nèi)徑 D= 1500mm;所用材料的 a 0.2 = 1800MPa, KIC = 62MPa - m1/2。焊 接后發(fā)現(xiàn)焊縫中有縱向半橢圓裂紋，尺寸為2c = 6mm,a = 0.9mm，試問該容器能 否在p = 6MPa的壓力下正常工作？解：a=pD/

13、2t=6*1.5/ (2*0.005) MPa=900MPa由于a / a 0.2=900/1800=0.5，所以不需要對KI進(jìn)行修正ac= (1/Y) *KIC/ (a0.5)Y=1.1 (n ”0.5) /,當(dāng) a/c=0.9/3=0.3 時，查附錄得：= 1.10，所以 Y=n”0.5 a c=1/ (n”0.5) *62/(0.0009”0.5)=1166MPa顯然，aca，不會發(fā)生爆炸，可以正常工作有一高壓殼體承受很高的工作壓力，其周向工作拉應(yīng)力a=1400MPa，采用超 高強(qiáng)度鋼制造，探傷時有漏檢小裂紋，為縱向表面半橢圓(a=1mm,a/c=0.6)?，F(xiàn) 對材料進(jìn)行兩種不同工藝熱處

14、理，一種是淬火高溫回火的A工藝，其性能是a 0.2= 1700MPa，KIC = 78 MPa - m1/2 ;另一種是淬火中低溫回火的B工藝，其性能是a 0.2 =2100MPa， KIC =47 MPa - m1/2。從斷裂力學(xué)角度看，為保證安全應(yīng)選用哪種工藝為妥？解：對于A工藝的材料：a/as=1400/1700=0.82，須修正。以KIC代KIac=KIC/3.8a*0.001+0.212(78/1700)”2”0.5MPa=1532MPaa a cB，會發(fā)生脆斷，不安全有一筒式容器由高強(qiáng)鋼45CrNiMoV制成，厚度t = 2.6mm，筒徑D = 300mm。材 料經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理后，力

15、學(xué)性能a 0.2 =1510MPa, ab = 1720MPa, d =8.2%, KIC=68 MPa m1/2。在水壓p=22.5MPa試驗時發(fā)生爆破，斷口如圖，左圖a為爆破斷裂全貌，右圖b是斷口裂源的電鏡放大斷口形貌。試用斷口分析和斷裂力 學(xué)分析該容器的水爆斷裂。解：a= (pD/2t) = (22.5*0.3) / (2*0.0026) MPa=1298MPaa/a s=0.86，須修正。當(dāng) a/c=0.74/2.7=.274 時，2=1.165a c=1289MPa容器水壓應(yīng)力a略高于脆斷應(yīng)力a c，會發(fā)生脆性爆炸。某冶金廠大型氧氣頂吹爐的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)主軸，在工作時經(jīng)61次搖爐煉鋼后發(fā)生 低應(yīng)力脆斷。其斷示意圖如圖，為疲勞斷口，周圍是疲勞區(qū)，中間是脆斷區(qū)。 該軸材料為40Cr鋼，調(diào)質(zhì)處理常規(guī)力學(xué)性能合格，a 0.2 =600MPa， ab =