材料力學(xué)性能參考答案

填空：影響材料彈性模數(shù)的原因有鍵合方式和原子構(gòu)造、晶體構(gòu)造、化學(xué)成分、微觀組織、溫度、加載條件和負(fù)荷持續(xù)時(shí)間等。提供材料彈性比功的途徑有二，提高材料的彈性極限，或減少?gòu)椥阅Ａ俊Ｍ嘶饝B(tài)和高溫回火態(tài)的金屬均有包申格效應(yīng)，因此包申格效應(yīng)是具有的普遍現(xiàn)象。金屬材料常見(jiàn)的塑性變形機(jī)理為晶體的滑移和孿生兩種。多晶體金屬材料由于各晶粒位向不一樣和晶界的存在，其塑性變形愈加復(fù)雜，重要有各晶粒變形的不一樣步性和不均勻性及各晶粒變形的互相協(xié)調(diào)性的特點(diǎn)。影響金屬材料屈服強(qiáng)度的原因重要有晶體構(gòu)造、晶界與亞構(gòu)造、溶質(zhì)元素、第二相、溫度等。產(chǎn)生超塑性的條件是（1）超細(xì)晶粒；（2）合適的條件，變形溫度≥0.4Tm，應(yīng)變速率ε≤10－3s－1；（3）應(yīng)變速率敏感指數(shù)較高0.3≤m≤1。材料的斷裂過(guò)程大都包括裂紋的形成與擴(kuò)展兩個(gè)階段，根據(jù)斷裂過(guò)程材料的宏觀塑性變形過(guò)程，可以將斷裂分為韌性斷裂與脆性斷裂；按照晶體材料斷裂時(shí)裂紋擴(kuò)展的途徑，分為穿晶斷裂和沿晶斷裂；按照微觀斷裂機(jī)理分為剪切斷裂和解理斷裂；按作用力的性質(zhì)可分為正斷和切斷。9.包申格效應(yīng)：金屬材料通過(guò)預(yù)先加載產(chǎn)生少許的塑性變形,而后再同向加載,規(guī)定殘存伸長(zhǎng)應(yīng)力增長(zhǎng)；卸載時(shí)減少的的現(xiàn)象。10．剪切斷裂的兩種重要形式為滑斷（純剪切斷裂）和微孔匯集性斷裂。11．解理斷口的基本微觀特性為解理臺(tái)階、河流把戲和舌狀把戲。12．韌性斷裂的斷口一般呈杯錐狀，由纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇三個(gè)區(qū)域構(gòu)成。13．韌度是衡量材料韌性大小的力學(xué)性能指標(biāo)，其中又分為靜力韌度、斷裂韌度和沖擊韌度。14.材料在受到三向等拉伸應(yīng)力作用時(shí)壓力狀態(tài)最硬，其最大切應(yīng)力分量分量為零，材料最易發(fā)生脆性斷裂，合用于揭示塑性很好的金屬材料的脆性傾向。單向拉伸時(shí)，正應(yīng)力分量較大，切應(yīng)力分量較小，應(yīng)力狀態(tài)較硬。一般用于塑性變形抗力與切斷抗力較低的所謂塑性材料試驗(yàn)；彎曲、扭轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)力狀態(tài)較軟，材料易產(chǎn)生塑性變形，合用于在單向拉伸時(shí)輕易發(fā)生脆斷而不能充足反應(yīng)其塑性性能的所謂脆性材料；材料的硬度試驗(yàn)屬于三向壓縮狀態(tài)，應(yīng)力狀態(tài)非常軟，可在多種材料上進(jìn)行。15.材料缺口敏感性除與材料自身性能、壓力狀態(tài)（加載方式）有關(guān)外，還與缺口形狀、尺寸、試驗(yàn)溫度有關(guān)。16.硬度是衡量材料軟硬程度的一種力學(xué)性能，按加載方式基本上可以分為壓入法和刻劃法兩大類，在壓入法中，根據(jù)加載速率的不一樣又分為動(dòng)態(tài)加載法和靜載壓入法。17.國(guó)標(biāo)規(guī)定沖擊彎曲試驗(yàn)用原則試樣分別為夏比U型缺口試樣和夏比V型缺口試樣，所測(cè)得的沖擊吸取功分別用Aku和Akv標(biāo)識(shí)。18.影響材料低溫脆性的原因有化學(xué)成分、晶體構(gòu)造、宏觀組織、金相組織、溫度、加載速率和試樣尺寸和形狀等。19.根據(jù)外加壓力的類型及其與裂紋擴(kuò)展面的取向關(guān)系，裂紋擴(kuò)展的基本方式有張開(kāi)型（Ⅰ型）裂紋擴(kuò)展、滑開(kāi)型（Ⅱ型）裂紋擴(kuò)展和撕開(kāi)型（Ⅲ型）裂紋擴(kuò)展。20.疲勞破壞形式按應(yīng)力狀態(tài)分為彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞、拉壓疲勞、及復(fù)合疲勞。按應(yīng)力高下和斷裂壽命分為高周疲勞和低周疲勞。21.經(jīng)典的疲勞斷口具有疲勞源、疲勞區(qū)、瞬斷區(qū)三個(gè)特性區(qū)。22.疲勞條帶是疲勞斷口的微觀特性，貝紋線是斷口的宏觀特性。23.金屬材料的疲勞過(guò)程也是裂紋的萌生和擴(kuò)展過(guò)程。24.材料疲勞抗力指標(biāo)重要有σ－1、σ－1P、σ－1N及τ－1等。25.材料的疲勞強(qiáng)度不僅與載荷條件有關(guān)，還受材料溫度、平均應(yīng)力和應(yīng)力比、過(guò)載損傷、腐蝕介質(zhì)、表面狀態(tài)等原因的影響。26.常用的接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)包括單面對(duì)滾式、雙面對(duì)滾式、止推式三種。27.機(jī)件的失效形式重要有磨損、腐蝕、斷裂三種。28.低碳鋼的力-----伸長(zhǎng)曲線包括彈性變形階段、屈服變形階段、均勻塑性變形階段、集中塑性變形階段等四個(gè)階段。29.理想彈性材料的特性為①應(yīng)變與應(yīng)力的響應(yīng)是線性的、②應(yīng)力和應(yīng)變是同相位、③應(yīng)變是應(yīng)力的單值函數(shù)。30.粘彈性是指恒應(yīng)變下的.應(yīng)力松弛和恒應(yīng)力下的彈性蠕變。31.內(nèi)耗又稱為循環(huán)韌性或滯彈性?？捎脺蟓h(huán)面積度量；32.應(yīng)變硬化是由塑性變形過(guò)程中的多系滑移和交滑移導(dǎo)致的。應(yīng)變硬化指數(shù)與金屬材料的層錯(cuò)能有關(guān)，層錯(cuò)能低者n值大。冷加工狀態(tài)n值小。晶粒粗大材料n值大。33.扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)與周線呈45o角方向的應(yīng)力作用面上正應(yīng)力最大。與周線平行或垂直方向的應(yīng)力作用面切應(yīng)力最大。34.彈性后效：加載或卸載時(shí)，應(yīng)變落后于外加應(yīng)力而和時(shí)間有關(guān)的，加載時(shí)，稱其為“正彈性后效”，卸載時(shí)稱其為“反彈性后效”。35.應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)：試樣在變形過(guò)程中，最大切應(yīng)力和最大正應(yīng)力的比值。36.微孔匯集型斷裂是包括微孔形核、長(zhǎng)大匯集直至斷裂的過(guò)程。37.缺口試樣的抗拉強(qiáng)度σbn與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強(qiáng)度σb的比值。稱為“缺口敏感度”。38.材料在平面應(yīng)變作用下，抵御裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力，稱為“斷裂韌度”。39.金屬材料在應(yīng)力作用下，常見(jiàn)的三種失效形式磨損以及腐蝕和斷裂。40．包申格應(yīng)變是在給定應(yīng)力下，拉伸卸載后第二次正向加載與拉伸卸載后第二次反向加載兩曲線之間的應(yīng)變差。41.由于缺口的存在，在靜載荷作用下，缺口截面上的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化的現(xiàn)象，被稱為“缺口效應(yīng)”。42.洛氏硬度是在一定的壓力下，將120o角的圓錐金剛石壓頭壓入工件表面，用所得的壓痕深度來(lái)測(cè)量材料硬度值的工藝措施。43.低溫脆性是溫度的下降，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的現(xiàn)象。44.解理斷裂的基本特性是沿特定界面發(fā)生的脆性穿晶斷，它是由大量的相稱于晶粒大小的解理面匯合而成。概念：韌脆轉(zhuǎn)變：條件變化（應(yīng)力狀態(tài)、溫度、加載速率等），材料的韌性與脆性發(fā)生變化的現(xiàn)象。低溫脆性：當(dāng)試驗(yàn)溫度低于某一溫度tk時(shí)，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸取功明顯下降，斷裂機(jī)制由微孔匯集型變?yōu)榇┚Ы饫頂嗫谔匦?，斷口由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性。韌脆轉(zhuǎn)變溫度：當(dāng)試驗(yàn)溫度低于某一溫度tk時(shí)，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸取功明顯下降，斷裂機(jī)制由微孔匯集型變?yōu)榇┚Ы饫頂嗫谔匦?，斷口由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性，轉(zhuǎn)變溫度tk稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。彈性：金屬材料在外力的作用下，產(chǎn)生變形，當(dāng)外力清除后來(lái)變形也隨之消失的性質(zhì)。韌性：金屬材料斷裂前吸取塑性變形功和斷裂功的能力。低應(yīng)力脆斷：構(gòu)件中存在裂紋或缺陷時(shí)，斷裂應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度，稱為低應(yīng)力脆斷。過(guò)載持久值：金屬材料在高于疲勞極限的應(yīng)力下運(yùn)行時(shí)，發(fā)生疲勞斷裂的循環(huán)周次稱為材料的過(guò)載持久值。粘彈性：粘彈性是指恒應(yīng)變下的應(yīng)力松弛和恒應(yīng)力下的彈性蠕變。。疲勞缺口敏感性：金屬材料在交變載荷下因存在缺口導(dǎo)致的三向應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力應(yīng)變集中而變脆的傾向稱為疲勞缺口敏感性。缺口敏感度:缺口試樣的抗拉強(qiáng)度σbn與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強(qiáng)度σb的比值稱為缺口敏感度，記為NSR（即NSR=σbn/σb）。循環(huán)內(nèi)耗：金屬材料在彈性區(qū)內(nèi)加載交變載荷（振動(dòng)）時(shí)吸取不可逆變形功的能力。循環(huán)韌性：金屬材料在塑性區(qū)內(nèi)加載交變載荷（振動(dòng)）時(shí)吸取不可逆變形功的能力。藍(lán)脆：碳鋼和某些合金鋼在一定溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)脆性，由于在該溫度范圍內(nèi)鋼表面被氧化呈藍(lán)色，故稱藍(lán)脆。小范圍屈服：金屬材料在裂紋擴(kuò)展前，其尖端附近總要先出現(xiàn)一種或大或小的塑性變形區(qū)，假如塑性區(qū)尺寸較裂紋尺寸及凈截面尺寸為小時(shí)，稱為小范圍屈服。有效裂紋長(zhǎng)度：裂紋a前方區(qū)域屈服并應(yīng)力松弛后，比未屈服增長(zhǎng)寬度為R0的塑性區(qū)，將裂紋延長(zhǎng)為a+ry（ry=1/2R0）,稱a+ry為有效裂紋長(zhǎng)度。穿晶斷裂：多晶體金屬斷裂時(shí)，裂紋擴(kuò)展的途徑也許是不一樣的，裂紋穿過(guò)晶內(nèi)的斷裂稱為穿晶斷裂。穿晶裂紋：多晶體金屬斷裂時(shí)，裂紋擴(kuò)展的途徑也許是不一樣的，穿晶斷裂的裂紋穿過(guò)晶內(nèi)，稱為穿晶裂紋。解理斷裂：解理斷裂是沿特定界面發(fā)生的脆性穿晶斷裂。解理裂紋：解理斷裂是沿特定界面發(fā)生的脆性穿晶斷裂，其裂紋稱為解理裂紋解理刻面：解理斷裂是沿一族互相平行的晶面發(fā)生的，這組晶面就是解理刻面。二、闡明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義：σbc；抗壓強(qiáng)度(試樣壓至破壞過(guò)程中的最大應(yīng)力=Fbc/Ao)σpc；σpb；規(guī)定非比例彎曲應(yīng)力σbb；抗彎強(qiáng)度（試樣彎曲至斷裂前到達(dá)的最大彎曲力，按彈性彎曲應(yīng)力公式計(jì)算的最大彎曲應(yīng)力）τs；扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)τp0.3；τb；抗扭強(qiáng)度（試樣在扭斷前承受的最大扭矩Tb，運(yùn)用彈性扭轉(zhuǎn)公式計(jì)算的切應(yīng)力）γmax；280HBS10/3000/30；硬度值280；HBS布氏硬度淬火鋼球；10球直徑；3000試驗(yàn)力；30試驗(yàn)力保持時(shí)間（直徑10mm的淬火鋼球在3000*9.8N試驗(yàn)力下保持30s測(cè)得的布氏硬度值為280）500HBW5/750；直徑5mm的硬質(zhì)合金球在7.355kN試驗(yàn)力下保持10~15s測(cè)得到布氏硬度值為500（10~15s不標(biāo)注）HR30N；表面洛氏硬度表達(dá)措施：用總試驗(yàn)力294.2N的30N標(biāo)尺測(cè)得的表面洛氏硬度值HV；維氏硬度值HK；努氏硬度值HS；肖氏硬度值qe；AKV(CVN)；V形缺口沖擊試樣的沖擊吸取功AKU,U形缺口沖擊試樣的沖擊吸取功aKV；AKV除以沖擊試樣缺口底部截面積所得之商，稱為沖擊韌度，也是度量材料沖擊韌性的一種力學(xué)性能指標(biāo)。aKU,AKU除以沖擊試樣缺口底部截面積所得之商V15TT,以V型切口沖擊試件測(cè)定的沖擊功AK=15ft1bf(20.3Nm)對(duì)應(yīng)的溫度作為韌脆轉(zhuǎn)化溫度，并記為V15TTFATT50；脆性斷面率-溫度曲線的上平臺(tái)與下平臺(tái)之差規(guī)定50%所對(duì)應(yīng)的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。NDT,無(wú)塑性（零塑性）轉(zhuǎn)變溫度，以低階能開(kāi)始的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。FTE,高階能與低階能的平均值所對(duì)應(yīng)的溫度定義為韌-脆轉(zhuǎn)化溫度，記為FTE。FTP；高階能開(kāi)始減少的溫度定義為韌-脆轉(zhuǎn)化溫度。記為FTPKIc；臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子，線彈性條件下以應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子表達(dá)的斷裂韌度。GIc；斷裂韌度，表達(dá)材料制止裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)單位面積所消耗的能量。JIc；斷裂韌度，表達(dá)材料抵御裂紋開(kāi)始擴(kuò)展的能力δc；裂紋尖端臨界張開(kāi)位移，在彈塑性狀態(tài)下以變形量表達(dá)的斷裂韌度。σ-1，對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)下的彎曲疲勞極限σ-1P,對(duì)稱拉壓疲勞極限σ-1N,缺口試樣在對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)下的疲勞極限τ-1,對(duì)稱扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度qf,金屬材料在交變載荷下的缺口敏感性用疲勞缺口敏感度qf來(lái)表達(dá)ΔKth,疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值da/dN,疲勞裂紋擴(kuò)展速率；剩余應(yīng)力；在規(guī)定溫度t下，以規(guī)定穩(wěn)態(tài)蠕變速率?表達(dá)的蠕變極限。；在規(guī)定溫度t下和規(guī)定期間τ內(nèi)，以規(guī)定蠕變總伸長(zhǎng)率δ表達(dá)的蠕變極限。；在規(guī)定溫度t下，到達(dá)持續(xù)時(shí)間τ而不發(fā)生斷裂的持久強(qiáng)度極限。第一章1.材料的彈性模數(shù)重要取決于什么原因？為何說(shuō)它是一種對(duì)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)？答：重要取決于金屬原子本性和晶格類型。即室溫下金屬的彈性模量是原子序數(shù)的周期函數(shù)；單晶體沿原子排列最密的晶向上彈性模量較大，體現(xiàn)為各向異性，多晶體則為各向同性。由于合金化、熱處理（顯顯微組織）、冷塑性變形對(duì)彈性模量的影響較小，因此金屬材料的彈性模量是一種對(duì)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)。2.決定金屬材料屈服強(qiáng)度的重要原因有哪些？提高金屬材料的屈服強(qiáng)度有哪些措施?答：內(nèi)在原由于金屬本性及晶格類型、晶粒大小和亞構(gòu)造、溶質(zhì)元素、第二相；外在原由于溫度、應(yīng)變速率和應(yīng)力狀態(tài)。措施有：細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化。7.何為拉伸斷口三要素？影響宏觀拉伸斷口的形態(tài)的原因有哪些？答：中低碳鋼光滑圓柱試樣斷口呈杯錐狀，由纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇三部分構(gòu)成，稱為拉伸斷口三要素。影響宏觀拉伸斷口的形態(tài)的原因有試樣形狀、尺寸和金屬材料的性能及試驗(yàn)溫度、加載速率和受力狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，材料強(qiáng)度提高，塑性減少，則放射區(qū)比例增大；試樣尺寸加大，坊小區(qū)增大明顯，而纖纖維區(qū)變化不大。8、為何材料的塑性要以延伸率和斷面收縮率這兩個(gè)指標(biāo)來(lái)度量?它們?cè)诠こ躺细饔惺裁磳?shí)際意義?答：由于金屬材料斷裂前所產(chǎn)生的塑性變形由均勻塑性變形和集中塑性變形兩部分構(gòu)成。試樣拉伸至縮頸前的塑性變形是均勻塑性變形，縮頸后縮頸區(qū)的塑性變形是集中塑性變形。延伸率和斷面收縮率可以比很好的反應(yīng)以上兩部分，因此材料的塑性要以這兩個(gè)指標(biāo)來(lái)度量。工程意義：1根據(jù)d和y的相對(duì)大小，可以判斷金屬材料拉伸時(shí)與否形成頸縮。假如y>d則形成頸縮，且相差越大，頸縮越嚴(yán)重；假如d≥y則不形成頸縮。2判斷塑性。當(dāng)材料的延伸率和斷面收縮率的數(shù)值較高時(shí)（d、y>10%-20%）,則材料的塑性較高，強(qiáng)度一般較低。9.包申格效應(yīng)有何意義？工程中對(duì)機(jī)件會(huì)產(chǎn)生哪些影響？答：包申格效應(yīng)是指金屬材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少許塑性變形，而后再同向加載，規(guī)定殘存伸長(zhǎng)應(yīng)力增長(zhǎng)，卸載時(shí)減少的現(xiàn)象。所有退火態(tài)和高溫回火態(tài)金屬均有此效應(yīng)。包申格效應(yīng)可使規(guī)定殘存伸長(zhǎng)應(yīng)力增長(zhǎng)或減少15％～20％。1包申格效應(yīng)對(duì)于承受疲勞載荷作用的機(jī)件壽命有影響。對(duì)于低周疲勞，包申格應(yīng)變較大的材料，疲勞壽命較高；反之，包申格應(yīng)變較小的材料，疲勞壽命較低。而對(duì)于高周疲勞與此相反。2對(duì)于預(yù)先經(jīng)受冷變形的材料，但愿材料具有非常小或幾乎沒(méi)有包申格效應(yīng)，以免材料成形后強(qiáng)度損失。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(zhǎng)曲線圖上的區(qū)別？為何？答：對(duì)于低、中碳退火鋼而言，其從彈性變形階段向塑性變形階段的過(guò)渡是明顯的，表目前試驗(yàn)過(guò)程中，外力不增長(zhǎng)試樣仍然繼續(xù)伸長(zhǎng)；或外力增長(zhǎng)到一定數(shù)值時(shí)忽然下降，隨即在外力不增長(zhǎng)或上下波動(dòng)的狀況下，試樣繼續(xù)變形伸長(zhǎng)，即存在上下屈服點(diǎn)和屈服平臺(tái)。而高碳鋼具有持續(xù)屈服特性，在拉伸試驗(yàn)時(shí)看不到屈服現(xiàn)象，沒(méi)有明顯的上下屈服點(diǎn)和屈服平臺(tái)。原因：屈服現(xiàn)象與如下三個(gè)原因有關(guān)：1材料在變形前可動(dòng)位錯(cuò)密度小，或雖有大量位錯(cuò)但被釘扎，如鋼中的位錯(cuò)被雜質(zhì)原子或第二相粒子所釘扎；2隨塑性變形的發(fā)生，位錯(cuò)能迅速增殖；3位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率與外加應(yīng)力有強(qiáng)烈的依存關(guān)系。對(duì)于高碳鋼，位錯(cuò)被釘扎，可動(dòng)位錯(cuò)密度小，因此屈服現(xiàn)象不明顯。對(duì)于低、中碳鋼，可動(dòng)位錯(cuò)密度大，隨塑性變形的發(fā)生，位錯(cuò)能迅速增殖，屈服現(xiàn)象明顯。11.試述韌性斷裂與脆性斷裂的區(qū)別，為何說(shuō)脆性斷裂最危險(xiǎn)？答：韌性斷裂是材料斷裂前及斷裂過(guò)程中產(chǎn)生明顯塑性變形的斷裂過(guò)程（斷口呈灰色、纖維狀）；脆性斷裂是材料斷裂前基本上不產(chǎn)生明顯的宏觀塑性變形的斷裂過(guò)程（斷口比較齊平光亮，呈放射狀或結(jié)晶狀）淬火鋼、鑄鐵等。脆性斷裂前無(wú)明顯的征兆可尋，且斷裂是忽然發(fā)生的，因而往往引起嚴(yán)重的后果（脆性斷口最危險(xiǎn)）。因此，應(yīng)防止脆性脆斷。12.常溫靜拉伸試驗(yàn)可確定金屬材料的哪些性能指標(biāo)？說(shuō)出這些指標(biāo)的符號(hào)定義、意義。E彈性模量。σp比例極限。彈性變形按正比關(guān)系變化的最大應(yīng)力。σe彈性極限。材料由彈性變形過(guò)渡到彈塑性變形時(shí)的應(yīng)力。σs屈服強(qiáng)度。材料抵御起始塑性變形或產(chǎn)生微量塑性變形的能力。σb抗拉強(qiáng)度。拉伸試驗(yàn)時(shí)，試樣拉斷過(guò)程中最大試驗(yàn)力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。d延伸率。試樣拉斷后標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的比例。y斷面收縮率。試樣拉斷后，縮頸處橫截面積的最大減縮量與原始橫截面積的比例。16．常用的原則試樣有5倍試樣和10倍試樣，其延伸率分別用σ5和σ10表達(dá)，闡明為何σ5>σ10。答：由于大多數(shù)韌性金屬材料的集中塑性變形量不小于均勻塑性變形量，因此，比例試樣的尺寸越短，其斷后伸長(zhǎng)率就越大，因此σ5>σ1018.試分析金屬材料在屈服階段為何存在上下屈服點(diǎn)？答：?=bρv，式中?－塑性變形應(yīng)變速率，b－柏氏矢量的模，r－可動(dòng)位錯(cuò)密度，V－位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)平均速率。根據(jù)上式，由于前ρ值較小，為了滿足一定的塑性變形應(yīng)變速率?的規(guī)定，必須增大位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率v，而v決定于應(yīng)力的大小，其關(guān)系為v=(t/t0)m,式中t－沿滑移面上的切應(yīng)力，t0－位錯(cuò)以單位速率運(yùn)動(dòng)所需的切應(yīng)力，m-應(yīng)力敏感指數(shù)。欲提高v需要有較高應(yīng)力t，這就是存在上屈服點(diǎn)的原因。而一旦塑性變形產(chǎn)生，位錯(cuò)大量增殖，ρ增長(zhǎng)，則v下降，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力也就忽然減少，從而存在下屈服點(diǎn)。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？答：材料的循環(huán)韌性越高，則機(jī)件依托材料自身的消振能力越好。因此，高的循環(huán)韌性對(duì)于減少機(jī)械噪聲，克制高速機(jī)械振動(dòng)，防止共振導(dǎo)致疲勞斷裂是非常重要的。對(duì)于音叉，選用循環(huán)韌性低的材料，音質(zhì)好。第二章1.布氏硬度與洛氏硬度可否直接比較？布氏硬度：以壓痕的表面積來(lái)度量材料的硬度。洛氏硬度：以壓痕的深度來(lái)度量材料的硬度。由于多種硬度測(cè)試措施的原理不一樣，因此測(cè)出的硬度值不能直接進(jìn)行比較。但可通過(guò)一定經(jīng)驗(yàn)公式換算后相比較。2.缺口對(duì)材料的拉伸力學(xué)性能有什么影響？第一缺口效應(yīng)：軸向應(yīng)力在缺口根部最大，并伴隨離開(kāi)根部的距離加大而減少。在根部產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變集中效應(yīng)。缺口根部為兩向拉伸應(yīng)力狀態(tài)，而內(nèi)側(cè)為三向拉伸的平面應(yīng)變狀態(tài)。這種兩向或者三向應(yīng)力狀態(tài)，就是缺口的第二效應(yīng)。缺口是塑性材料強(qiáng)度增高，塑性減少，這是缺口的第三效應(yīng)。無(wú)論脆性材料或塑性材料，其機(jī)件上的缺口都因?qū)е聝上蚧蛉驊?yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力應(yīng)變集中而產(chǎn)生變脆傾向，減少了使用的安全性。4.什么叫金屬的缺口效應(yīng)？實(shí)際機(jī)件不也許是完全光滑的，往往存在著截面的急劇變化，如鍵槽、油孔、螺紋等，這種截面變化的部位可視為缺口。由于缺口的存在，在靜載荷作用下，缺口截面上的應(yīng)力狀態(tài)將發(fā)生變化，即產(chǎn)生所謂“缺口效應(yīng)”。從而影響材料的力學(xué)性能。5.金屬材料在受到扭轉(zhuǎn)、單向拉伸、三向等拉伸、單向壓縮、兩向壓縮、三向壓縮應(yīng)力作用時(shí)，其應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)分別為多少？加載方式軟性系數(shù)α扭轉(zhuǎn)0.8單向拉伸0.5三向等拉伸0單向壓縮2.0兩向壓縮1.0三向壓縮∞（硬度測(cè)量）7.缺口試樣拉伸時(shí)應(yīng)力分布有何特點(diǎn)？當(dāng)板材處在彈性范圍內(nèi)時(shí)，軸向應(yīng)力σy在缺口根部最大，并伴隨離開(kāi)根部的距離加大而減少。在根部產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變集中效應(yīng)。薄板受拉伸后，在X方向上也出現(xiàn)應(yīng)力σx，它是由于縱向拉伸的過(guò)程中出現(xiàn)了橫向收縮而引起的。厚板Z方向也出現(xiàn)應(yīng)力sz對(duì)于塑性很好的材料，若根部產(chǎn)生塑性變形，應(yīng)力將重新分布，并隨載荷的增長(zhǎng)塑性區(qū)逐漸擴(kuò)大，直至整個(gè)截面上都產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)缺口內(nèi)側(cè)截面上局部區(qū)域產(chǎn)生塑性變形后，最大應(yīng)力已不在缺口根部，而在其內(nèi)側(cè)一定距離ry處。該處σx最大，因此σy、σz也最大。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試驗(yàn)的特點(diǎn)單向靜載拉伸試驗(yàn)是應(yīng)用最廣泛的材料力學(xué)性能測(cè)試措施。光滑試樣單向靜拉伸試驗(yàn)措施的重要特點(diǎn)：1、試樣一般為光滑圓柱形狀。2、試驗(yàn)過(guò)程中，溫度、應(yīng)力狀態(tài)和加載速率是一定的。缺口靜拉伸試驗(yàn)，廣泛用于研究高強(qiáng)度鋼的力學(xué)性能，鋼和鈦的氫脆，已經(jīng)用于研究高溫合金的缺口敏感性等：缺口試樣軸向拉伸時(shí)，材料因存在缺口導(dǎo)致的三向應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力應(yīng)變集中而變脆的傾向（即缺口敏感性）。缺口偏斜拉伸試驗(yàn)過(guò)程中，試樣在承受拉伸力的同步還承受彎曲力的作用，承受復(fù)合載荷，故其應(yīng)力狀態(tài)更硬，缺口截面上的應(yīng)力分布更不均勻，因而，更能顯示材料的缺口敏感性。13.布氏硬度與洛氏硬度的測(cè)量措施有何不一樣？280HBS10/3000/30與500HBW5/750代表什么意思？HRA、HRB、HRC分別用于測(cè)量何種材料的硬度？布氏硬度測(cè)量措施：1、鋼球壓入試樣表面2、卸去載體后測(cè)定壓痕直徑。當(dāng)壓力和壓頭直徑一定期，壓痕直徑越大，布氏硬度值越低，即變形抗力越??；反之，布氏硬度值越高。即布氏硬度是以壓痕的表面積來(lái)度量材料的硬度。洛氏硬度測(cè)量措施：載荷兩次加載。壓頭為α＝120o金剛石圓錐，或直徑1.588/3.175mm淬火鋼球。壓痕深度h越大，硬度值越低；反之，就越高。即洛氏硬度是以測(cè)量壓痕深度表達(dá)材料的硬度值。表達(dá)措施：數(shù)字（硬度值）＋硬度符號(hào)（HBS或HBW）＋數(shù)字（鋼球直徑）/數(shù)字（載荷）/數(shù)字（保持時(shí)間），10－15s不標(biāo)280HBS10/3000/30：即表達(dá)用10mm的鋼球作壓頭，在3000kgf(29421N)的試驗(yàn)力作用下，保持時(shí)間為30s后所測(cè)得的硬度值為HBS280。500HBW5/750，即表達(dá)用5mm的硬質(zhì)合金球作壓頭，在750kgf(7350N)的試驗(yàn)力作用下，保持時(shí)間為10－15s后所測(cè)得的硬度值為500。HRA：硬質(zhì)合金；HRB：碳鋼、有色合金；HRC：調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼第三章1.試闡明低溫脆性的物理本質(zhì)及其影響原因？當(dāng)試驗(yàn)溫度低于某一溫度tk時(shí)，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸取功明顯下降，斷裂機(jī)制由微孔匯集型變?yōu)榇┚Ы饫頂嗫谔匦?，斷口由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性。低溫脆性的物理本質(zhì)：微觀上位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力對(duì)溫度變化比較敏感。因而材料的斷裂強(qiáng)度隨溫度變化很小，而屈服強(qiáng)度變化較明顯。影響原因：內(nèi)部原因：化學(xué)成分、晶體構(gòu)造、宏觀組織、金相組織。外部原因：溫度、加載速率、試樣尺寸和形狀。3.為何講沖擊韌性無(wú)物理意義，有實(shí)際意義？重要有哪些用途？沖擊韌性是指材料在沖擊載荷的作用下吸取塑性變形功和斷裂功的能力。沖擊韌性是數(shù)學(xué)平均值，實(shí)際上缺口截面上的應(yīng)力應(yīng)變分布是極不均勻的，塑性變形和試樣所吸取的功重要集中在缺口附近，取平均值無(wú)物理意義。用途：1.反應(yīng)原材料的冶金質(zhì)量和熱加工后產(chǎn)品質(zhì)量。2.根據(jù)Ak－溫度曲線，測(cè)定材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。以評(píng)估材料的低溫脆性傾向。用于抗脆斷設(shè)計(jì)。并為機(jī)件服役條件設(shè)定溫度范圍。3.對(duì)于σs相似的材料，評(píng)估材料對(duì)大能量沖擊破壞的缺口敏感性。5．細(xì)化晶粒尺寸可以減少脆性轉(zhuǎn)變溫度或者說(shuō)改善材料低溫脆性，為何？細(xì)化晶粒減少冷脆轉(zhuǎn)變溫度，晶粒細(xì)，滑移距離短，在障礙物前塞積的位錯(cuò)數(shù)目較少，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力集中較小，并且由于相鄰晶粒取向不一樣，裂紋越過(guò)晶界有轉(zhuǎn)折，需要消耗更多的能量；晶界對(duì)裂紋擴(kuò)展有阻礙作用，裂紋能否越過(guò)晶界，往往是產(chǎn)不產(chǎn)生失穩(wěn)擴(kuò)展的關(guān)鍵。晶粒越細(xì)，則晶界越多，阻礙作用越大。9．為何一般體心立方金屬顯示低溫脆性，而面心立方金屬一般沒(méi)有低溫脆性?金屬材料脆性轉(zhuǎn)變的本質(zhì)是其塑性變形能力對(duì)溫度變化的反應(yīng)。在可用滑移系統(tǒng)足夠多、阻礙滑移的原因不因溫度變化而加劇的狀況下，材料將保持足夠的變形能力而不體現(xiàn)出脆性斷裂，面心立方金屬屬于這種狀況。第四章1.闡明KI和KIc的異同。答：KI是力學(xué)參量，只和載荷及試樣尺寸有關(guān)，而與材料無(wú)關(guān)；KIc是力學(xué)性能指標(biāo)，只和材料成分，組織構(gòu)造有關(guān)，而和載荷及試樣尺寸無(wú)關(guān)。但兩者量綱及單位相似。7.為何研究裂紋擴(kuò)展的力學(xué)條件時(shí)不用應(yīng)力判據(jù)而用其他判據(jù)？答：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)件常常在屈服應(yīng)力如下發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂。由于裂紋的存在破壞了材料的均勻持續(xù)性，變化了材料內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力分布，因此機(jī)件的構(gòu)造性能就不再相似于無(wú)裂紋的試樣性能，老式力學(xué)強(qiáng)度理論已不再合用。8.試述應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的意義及經(jīng)典裂紋KⅠ的體現(xiàn)式答：表達(dá)應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度。體現(xiàn)式見(jiàn)書(shū)本69~70頁(yè)。9.試述K判據(jù)的意義及用途答：K判據(jù)是根據(jù)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子和斷裂韌度的相對(duì)大小，建立的裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展脆斷的斷裂判據(jù)。KI≥KIc或者Yσa1/2≥KIc。只要滿足上述條件，就會(huì)發(fā)生脆性斷裂。斷裂判據(jù)式是工程上很有用的關(guān)系式，它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)絡(luò)起來(lái)了，因此可以直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算，如用以估計(jì)裂紋體的最大承載能力、容許的裂紋尺寸，以及用于對(duì)的地選擇機(jī)件材料、優(yōu)化工藝等。10.試述裂紋尖端塑性區(qū)產(chǎn)生的原因及其影響原因，在什么條件下需考慮塑性區(qū)的影響對(duì)KⅠ進(jìn)行修正？答：由于裂紋尖端應(yīng)力集中，擴(kuò)展前應(yīng)力超過(guò)材料屈服應(yīng)力時(shí)便會(huì)產(chǎn)生塑性變形，形成塑性區(qū)。受斷裂韌度和材料的屈服強(qiáng)度影響。即KⅠc越高ss越低，塑性區(qū)域?qū)挾染驮酱蟆Ｒ话惝?dāng)σ/σs≥0.6~0.7時(shí)，需考慮塑性區(qū)的影響對(duì)Ki進(jìn)行修正。15.張開(kāi)型、滑開(kāi)型和撕開(kāi)型哪種斷裂方式最危險(xiǎn)？答：張開(kāi)型。？18.試述KⅠc和AkV的異同及其互相之間的關(guān)系（不會(huì)）答答：KIC為平面應(yīng)變下的斷裂韌度，表達(dá)在平面應(yīng)變條件下材料抵御裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力；AKV為沖擊吸取功，表達(dá)V形缺口材料的沖擊吸取功.材料在沖擊載荷的作用下吸取塑性變形功和斷裂功的能力。茹爾夫?qū)δ承┲?、高?qiáng)度鋼進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)(KⅠc/σ0.2)2與(AkV/σ0.2)2呈線性關(guān)系。如圖所示。24．什么叫斷裂韌性？它與應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子有何聯(lián)絡(luò)與區(qū)別？答：斷裂韌性是指處在臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子。應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子是力學(xué)參量，只和載荷及試樣尺寸有關(guān)，而與材料無(wú)關(guān)；斷裂韌性是力學(xué)性能指標(biāo)，只和材料成分，組織構(gòu)造有關(guān)，而和載荷及試樣尺寸無(wú)關(guān)。但兩者量綱及單位相似。第五章1.軸對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力的平均應(yīng)力、應(yīng)力幅和應(yīng)力比分別為多少？答：平均應(yīng)力σm=0，應(yīng)力幅σa為正弦波波幅，應(yīng)力比r=-1。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？答：貝紋線是疲勞區(qū)最重要的宏觀特性，一般認(rèn)為它是由載荷變動(dòng)引起的，使裂紋前沿留下了弧狀的臺(tái)階痕跡。貝紋線是一簇幾乎平行的弧線，其凹側(cè)指向疲勞源，凸側(cè)指向裂紋擴(kuò)展方向。疲勞條帶是疲勞斷口的微觀特性，是具有略彎曲并互相平行的溝槽把戲，它是裂紋擴(kuò)展時(shí)留下的微觀痕跡，每一條帶可以視為一次應(yīng)力循環(huán)的擴(kuò)展痕跡，裂紋的擴(kuò)展方向和條帶垂直。在電子顯微鏡下觀測(cè)貝殼狀條紋，可以看出它是由諸多疲勞條帶構(gòu)成的。7.試述金屬疲勞斷裂的特點(diǎn)答：(1)疲勞是低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂。其應(yīng)力水平往往低于材料的屈服強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度，應(yīng)力高時(shí)壽命短，應(yīng)力低時(shí)壽命長(zhǎng)。當(dāng)應(yīng)力低于材料的疲勞極限時(shí)，壽命可達(dá)無(wú)限長(zhǎng)。(2)疲勞是脆性斷裂。一般疲勞的應(yīng)力水平低于材料的屈服強(qiáng)度，因此不