工程材料力學性能

《工程材料力學性能》（第二版）課后答案第一章材料單向靜拉伸載荷下的力學性能性恢復(fù)的最高應(yīng)力。度(σS)增加；反向加載時彈性極限(σP)或屈服強度(σS)降低的現(xiàn)象。－－般是低指數(shù)，表面能低的晶面。降，斷裂機理由微孔聚集型轉(zhuǎn)變微穿晶斷裂，斷口特征由纖維狀轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶狀）。是一個強度與塑性的綜合指標，是表示靜載下材料強度與塑性的最佳配合。二、金屬的彈性模量主要取決于什么?為什么說它是答案：金屬的彈性模量主要取決于金屬鍵的本性和原子間的結(jié)合力，而和組織對它的影響不大，所以說它是一個對組織不敏感的性能指標，這是彈性模量在性能上的主要特點。改變材料的成分和組織會對材料的強度(如屈服強度、強度)有顯著影響，但對材料的剛度影響不大。答案：包辛格效應(yīng)就是指原先經(jīng)過變形，然后在反向加載時彈性極限或低的現(xiàn)象。特別是彈性極限在反向加載時幾乎下降到零，這說明在反向加載時塑性變形立即開始了。面上產(chǎn)生的位錯遇到障礙，塞積后便產(chǎn)生了背應(yīng)力，這背應(yīng)力反作用于背應(yīng)力(取決于塞積時產(chǎn)生的應(yīng)力集中)足夠大時，可使位錯源停止開動一種長程(晶?；蛭诲e胞尺寸范圍)內(nèi)應(yīng)力，是金屬基體平均內(nèi)應(yīng)力的度變形時位錯運動的方向和背應(yīng)力的方向相反，而當反向加載時位錯運動來的方向相反了，和背應(yīng)力方向一致，背應(yīng)力幫助位錯運動，塑性變形是，經(jīng)過預(yù)變形再反向加載，其屈服強度就降低了。這一般被認為是產(chǎn)應(yīng)的主要原因。其次，在反向加載時，在滑移面上產(chǎn)生的位錯與預(yù)變號，要引起異號位錯消毀，這也會引起材料的軟化，屈服強度的降低。實際意義：在工程應(yīng)用上，首先是材料加工成型工藝需要次，包辛格效應(yīng)大的材料，內(nèi)應(yīng)力較大。另外包辛格效應(yīng)和材料的疲勞切關(guān)系，在高周疲勞中，包辛格效應(yīng)小的疲勞壽命高，而包辛格效應(yīng)大勞軟化也較嚴重，對高周疲勞壽命不利?？梢詮暮恿骰拥姆础昂恿鳌狈较蛉ふ伊鸭y源。解理斷裂是典型的脆性斷裂的代表，微孔聚集斷裂是典型的塑性斷裂。位錯增值和運動單晶的屈服強度從理論上說是使位錯開始運動的臨界切應(yīng)力，其值與位到的阻力（晶格阻力－－派拉力、位錯運動交互作用產(chǎn)生的阻力）決定。派拉力：位錯交互作用力（a是與晶體本性、位錯結(jié)構(gòu)分布相關(guān)的比例系數(shù)，L是位錯間距。）晶粒減小將增加位錯運動阻礙的數(shù)目，減小晶粒內(nèi)位降低（細晶強化）。屈服強度與晶粒大小的關(guān)系：霍爾－派奇（Hall-Petch)σs=σi+ky加入溶質(zhì)原子→（間隙或置換型）固溶體→（溶質(zhì)原子與溶劑原子半徑強度（固溶強化）。大。位錯切過（產(chǎn)生界面能），使之與機體一起產(chǎn)生變形，提高了屈服強度。彌散強化：第二相質(zhì)點彌散分布在基體中起到的強化作用。沉淀強化：第二相質(zhì)點經(jīng)過固溶后沉淀析出起到的強化作用。一般的規(guī)律是溫度升高，屈服強度降低。原因：派拉力屬于短程力，對溫度十分敏感。應(yīng)變速率大，強度增加。切應(yīng)力分量越大，越有利于塑性變形，屈服強度越低。缺口效應(yīng)：試樣中“缺口”的存在，使得試樣的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，從而力學性能的現(xiàn)象。9.試列舉細晶強化能強化金屬又不降低塑性的方法。特征：斷裂面一般平行于最大切應(yīng)力與主應(yīng)力成45度角。斷口成纖維狀（塑變中微裂紋擴展和連接），灰暗色（反光能力弱）。斷口三要素：纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇這三個區(qū)域的比例關(guān)系與材料韌斷性能有關(guān)。塑性差，放射線變細乃至消失。脆性斷裂：斷裂前基本不發(fā)生塑性變形的，突發(fā)的斷裂。特征：斷裂面與正應(yīng)力垂直，斷口平齊而光滑，呈放射狀或結(jié)晶狀。注意：脆性斷裂也產(chǎn)生微量塑性變形。斷面收縮率小于5％為脆性斷裂，大于5％為韌性斷裂。23.斷裂發(fā)生的必要和充分條件之間的聯(lián)系和區(qū)別。格雷菲斯裂紋理論是根據(jù)熱力學原理，用能量平衡（彈性能的降低與表相平衡）的方法推到出了裂紋失穩(wěn)擴展的臨界條件。該條件是是斷裂發(fā)生的必要條件，但并不意味著一定會斷裂。裂紋擴展的充分條件是其尖端應(yīng)力要大于等于理論斷裂強度。該應(yīng)力斷裂判據(jù)為：對比這兩個判據(jù)可知：當ρ=3a0時，必要條件和充分條件相當材料成分：rs—有效表面能，主要是塑性變形功，與有效滑移系數(shù)目和可動位具有fcc結(jié)構(gòu)的金屬有效滑移系和可動位錯的數(shù)目都比較多，脆斷。凡加入合金元素引起滑移系減少、孿生、位錯釘扎的都增加脆性；若合大第二相也使脆性增加。雜質(zhì)：聚集在晶界上的雜質(zhì)會降低材料的塑性，發(fā)生脆斷。溫度：σi---位錯運動摩擦阻力。其值高，材料易于脆斷。bcc金屬具有低溫脆斷現(xiàn)象，因為σi隨著溫度的減低而急劇增加，同時在低溫下，塑性變形一孿生為主，也易于產(chǎn)生裂紋。故低溫脆性大。晶粒大小：d值小位錯塞積的數(shù)目少，而且晶界多。故裂紋不易產(chǎn)生，也組織有抗脆斷性能。應(yīng)力狀態(tài)：減小切應(yīng)力與正應(yīng)力比值的應(yīng)力狀態(tài)都將增加加載速度大，金屬會發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變。解釋下列名詞。1彈性比功：金屬材料吸收彈性變形功的能力，一般用金屬開始塑性變形前單位體積吸收的最大彈性變形功表示。稱為滯彈性，滯彈性也就是應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象。應(yīng)力增加；反向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力降低的現(xiàn)象。塑性變形功和斷裂功的能力。7.解理臺階：當解理裂紋與螺型位錯相遇時，便形成一個高度為b的臺階。8.河流花樣：河流花樣解理臺階沿裂紋前端滑動階高度足夠大時,便成為河流花樣。是解理臺階的一種標志。學平面產(chǎn)生解理面的穿晶斷裂，因與大理石斷裂類似，故稱此種晶體學平面為解理面。10.穿晶斷裂：穿晶斷裂的裂紋穿過晶內(nèi)，可以是韌性斷裂，也可以是脆性斷裂。沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴展，多數(shù)是脆性斷裂。維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇三個區(qū)域組成，即所謂的斷口特征三要素。上述斷口三區(qū)大小和相對位置，因試樣形狀、尺寸和金屬材料的性能以及試驗溫不同而變化。第二章金屬在其他靜載荷下的力學性能（1）應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)—材料最大切應(yīng)力與最大正應(yīng)力的比值，記為α。（2）缺口效應(yīng)——缺口材料在靜載荷作用下，缺口截面上的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)變化。（3）缺口敏感度——金屬材料的缺口敏感性指標，用缺口試樣的抗拉強度與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強度的比值表示。（4）布氏硬度——用鋼球或硬質(zhì)合金球作為壓頭，采用單位面積所承受驗力計算而得的硬度。（5）洛氏硬度——采用金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測量壓痕所表示的硬度。面積所承受的試驗力計算而得的硬度。（7）努氏硬度——采用兩個對面角不等的四棱錐金剛石壓頭，由試驗力壓痕投影面積得到的硬度。（8）肖氏硬度——采動載荷試驗法，根據(jù)重錘回跳高度表證的金屬硬度。（9）里氏硬度——采動載荷試驗法，根據(jù)重錘回跳速度表證的金屬硬度。（1）σbc——材料的抗壓強度（2）σbb——材料的抗彎強度（3）τs——材料的扭轉(zhuǎn)屈服點（4）τb——材料的抗扭強度（5）σbn——材料的抗拉強度（6）NSR——材料的缺口敏感度（7）HBS——壓頭為淬火鋼球的材料的布氏硬度（8）HBW——壓頭為硬質(zhì)合金球的材料的布氏硬度（9）HRA——材料的洛氏硬度(10)HRB——材料的洛氏硬度(11)HRC——材料的洛氏硬度(12)HV——材料的維氏硬度(13)HK——材料的努氏硬度(14)HS——材料的肖氏硬度(15)HL——材料的里氏硬度三、缺口沖擊韌性試驗?zāi)茉u定那些材料的低溫脆性?那些材料答案：缺口沖擊韌性試驗?zāi)茉u定的材料是低、中強度的體心立以及面心立方金屬、陶瓷材料等不能用此方法檢驗和評定。答案：缺口靜拉伸試驗主要用于比較淬火低中溫回火的各種高強度強度鋼在屈服強度小于1200MPa時，其缺口強度均隨著材料高；但在屈服強度超過1200MPa以上時，則表現(xiàn)出不同的特性，有的開的還呈上升趨勢。缺口偏斜拉伸試驗就是在更苛刻的應(yīng)力狀態(tài)和試驗條件下，來檢驗材料或不同工藝所表現(xiàn)出的性能差異。缺口試樣的靜彎試驗則用來評定或比較結(jié)構(gòu)鋼的缺口敏感度和裂紋敏感度。7.說明布氏硬度、洛氏硬度與維氏硬度的實驗原理和優(yōu)缺點。面，保持規(guī)定時間卸除壓力，根據(jù)金屬表面壓痕的陷凹面積計算出應(yīng)力作為硬度值大小的計量指標。優(yōu)點：代表性全面，因為其壓痕面積較大，能反映金屬表面較大體積范圍綜合平均的性能數(shù)據(jù)，故特別適宜于測定灰鑄鐵、軸組成相的金屬材料。試驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定。試驗數(shù)據(jù)從小到大都可以統(tǒng)一起來。缺點：鋼球本身變形問題。對HB>450以上的太硬材料，因鋼球所測數(shù)據(jù)的正確性，因此不能使用。試驗。不同材料需更換壓頭直徑和改變試驗力，壓痕直徑的測量也較麻煩。洛氏硬度是以壓痕陷凹深度作為計量硬度值的指標。洛氏硬度試驗避免了布氏硬度試驗所存在的缺點。它的優(yōu)點是：3)操作迅速，立即得出數(shù)據(jù)，測試效率高。缺點是：代表性差，用不同硬度級測得的硬度值無法統(tǒng)一起來，較。維氏硬度的測定原理和布氏硬度相同,也是根據(jù)單位壓痕陷凹面積上承受的負荷，即應(yīng)力值作為硬度值的計量指標。1）、不存在布氏那種負荷F和壓頭直徑D的規(guī)定2）、也不存在洛氏那種硬度值無法統(tǒng)一的問題；3）、它和洛氏一樣可以試驗任何軟硬的材料，并且比洛氏薄層)的硬度，壓痕測量的精確度高，硬度值較為精確。唯一缺點是硬度值需通過測量對角線后才能計算(或查表)出來，因此生洛氏硬度高。8.今有如下零件和材料需要測定硬度，試說明選擇何種硬度實驗方法為宜。（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殘余奧氏體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（4）鑒別鋼中的隱晶馬氏體和殘余奧氏體-----顯微HV或者HK（6）龍門刨床導(dǎo)軌-----HS（肖氏硬度）或HL(里氏硬（1）應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)——材料或工件所承受的最大切應(yīng)力τmax和最大正應(yīng)力σmax比值，即：（2）缺口效應(yīng)——絕大多數(shù)機件的橫截面都不是均勻而無變化的光滑體，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，這種截面變化的部分可視為“缺口”，由于缺口的存在，在載荷作用下缺口截面上的應(yīng)力狀態(tài)將發(fā)生變化，產(chǎn)生所謂的缺口效應(yīng)。稱為缺口敏感度，即：度。（5）洛氏硬度——采用金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測量壓痕深度所表示的硬度。驗力計算而得的硬度。（7）努氏硬度——采用兩個對面角不等的四棱錐金剛石壓頭，由試驗力除以壓痕投影面積得到的硬度。（8）肖氏硬度——采動載荷試驗法，根據(jù)重錘回跳高度表征的金屬硬度。（9）里氏硬度——采動載荷試驗法，根據(jù)重錘回跳速度表征的金屬硬度。（1）σbc——材料的抗壓強度（2）σbb——材料的抗彎強度（3）τs——材料的扭轉(zhuǎn)屈服點（4）τb——材料的抗扭強度（5）σbn——材料的抗拉強度（6）NSR——材料的缺口敏感度（7）HBW——壓頭為硬質(zhì)合金球的材料的布氏硬度（8）HRA——材料的洛氏硬度（9）HRB——材料的洛氏硬度（10）HRC——材料的洛氏硬度（11）HV——材料的三、試說明布氏硬度、洛氏硬度與維氏硬度的實驗原理，并比較布氏、洛氏與維氏硬度試驗方法的優(yōu)缺點。原理布氏硬度：用鋼球或硬質(zhì)合金球作為壓頭，計算單位面積所承受的試驗力。洛氏硬度：采用金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測量壓痕深度。維氏硬度：以兩相對面夾角為136。的金剛石四棱錐作壓頭，計算單位面積所承受的試驗力。布氏硬度優(yōu)點：實驗時一般采用直徑較大的壓頭球，因而所得的壓痕面積比較大。壓痕大的一個優(yōu)點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；另一個優(yōu)點是實驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定，煩，因而用于自動檢測時受到限制。缺點：壓痕較小，代表性差；若材料中有偏析及組織不均勻等缺陷，則所測硬度值重復(fù)性差，分散度大；此外用不同標尺測得的硬度值彼此沒有聯(lián)系，不能直接比較。維氏硬度優(yōu)點：不存在布氏硬度試驗時要求試驗力F與壓頭直徑D之間所規(guī)定條件的約束，長度后才能進行計算或查表，因此，工作效率比洛氏硬度法低的多。第三章材料在沖擊載荷下的力學性能（1）沖擊韌度—材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力。（2）沖擊吸收功——沖擊彎曲試驗中試樣變形和斷裂所消耗的功（3）低溫脆性——體心立方晶體金屬及其合金或某些密派六方晶體金屬合金在試驗溫度低于某一溫度時，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的現(xiàn)象。（4）韌脆轉(zhuǎn)變溫度——材料呈現(xiàn)低溫脆性的臨界轉(zhuǎn)變溫度。（5）韌性溫度儲備——材料使用溫度和韌脆轉(zhuǎn)變溫度的差值，保證材料溫服役行為。（1）AK——材料的沖擊吸收功AKV(CVN)和AKU——V型缺口和U型缺口試樣測得的沖擊（2）FATT50——結(jié)晶區(qū)占整個端口面積50%是的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變（3）NDT——以低階能開始上升的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度（4）FTE——以低階能和高階能平均值對應(yīng)的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度（5）FTP——高階能對應(yīng)的溫度答案：在工程應(yīng)用中，陶瓷構(gòu)件的失效分析是十分重要的，如果材料的失效，主要是熱震斷裂，例如對高強、微密的精細陶寵，則裂紋的萌生起主導(dǎo)防止熱震失效提高熱震斷裂抗力，應(yīng)當致力于提高材料的強度，并降低量和膨脹系數(shù)。若導(dǎo)致熱震失效的主要因素是熱震損壞，這時裂紋的擴用，這時應(yīng)當設(shè)法提高它的斷裂韌性，降低它的強度。答：在試驗溫度低于某一溫度tk時，會由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變未脆性狀態(tài)，沖顯下降，斷裂機理由微孔聚集型轉(zhuǎn)變微穿晶斷裂，斷口特征狀，這就是低溫脆性。tk稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。低溫脆性的原因：低溫脆性是材料屈服強度隨溫度降低而急劇增加，而解理斷裂強度隨溫度變化很小的結(jié)果。如圖所示：當溫度高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度時，斷裂強度大于屈服強屈服再斷裂（表現(xiàn)為塑韌性）；當溫度低于韌脆轉(zhuǎn)變溫度時，斷裂強度度，材料無屈服直接斷裂（表現(xiàn)為脆性）。心立方和面心立方金屬低溫脆性的差異：體心立方金屬的低溫脆性比面心立方金屬的低溫脆性顯著。原因：這是因為派拉力對其屈服強度的影響占有很大比重，而派拉力是短程力敏感，溫度降低時，派拉力大幅增加，則其強度急劇增加而變脆。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。【P57】截面積所得之商，稱為沖擊韌度J/cm2）,反應(yīng)了材料抵抗沖擊載荷的能力,用aKU表示。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，特別是工程上常中、低溫脆性低強度結(jié)構(gòu)鋼（鐵素體-珠光體鋼在試驗溫度低于某一溫度tk時，會由脆轉(zhuǎn)變溫度的差值，保證材料的低溫服役行為。它們對材料內(nèi)部組織變化十分敏感，而且沖擊彎曲試驗方法簡便易行，被廣泛采用。度下，三個區(qū)之間的相對面積不同。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，的韌脆轉(zhuǎn)變溫度.（3）NDT:以低階能開始上升的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度,稱為無塑性或零塑性轉(zhuǎn)變溫度。低溫脆性的物理本質(zhì)：宏觀上對于那些有低溫脆性現(xiàn)象的材料，它們的屈服強度會隨溫度的降關(guān)，當溫度降低時，位錯運動阻力增大，原子熱激活能力下降，因此材料屈服強度增加。質(zhì)或者合金元素都會引起材料塑性和韌性變差，材料脆性提高。3．顯微組織：□晶粒大小，少，有利于降低應(yīng)□金相組織：較低強度水平時強度相等轉(zhuǎn)變溫度以馬氏體高溫回火最佳，貝氏體回火組織次之，片狀珠光體組織最差。鋼中夾雜物、度升高。沿裂紋面擴展。上的屈服。答案：有疲勞源。在形成疲勞裂紋之后，裂紋慢速擴展，形成貝殼條紋。這種條紋開始時比較密集，以后間距逐漸增大。由于載荷的間斷的改變，裂紋經(jīng)過多次張開閉合并由于裂紋表面的相互摩擦，形成一條線，叫做疲勞裂紋前沿線，這個區(qū)域通常稱為疲勞裂紋擴展區(qū)，而最后靜載下帶尖銳缺口試樣的斷口相似。對于塑性材料，斷口為纖維狀，料，則為結(jié)晶狀斷口。總之，一個典型的疲勞斷口總是由疲勞源，疲勞裂紋擴和最終斷裂區(qū)三部份構(gòu)成。答案：把裂紋擴展的每一微小過程看成是裂紋體小區(qū)域的斷裂過程力強度因子幅度□K=Kmax-Kmin是疲勞裂紋擴展的控制因子，當□K小于某臨界值□Kth時，疲勞裂紋不擴展，所以□Kth叫疲勞裂紋擴展的門檻值。應(yīng)力比、顯微組織、環(huán)境及試樣的尺寸等因素對□Kth的影響很大。KI稱為I型裂紋的應(yīng)力場強度因子，它是衡量裂紋頂端應(yīng)力場強烈程定于應(yīng)力水平、裂紋尺寸和形狀。塑性區(qū)尺寸較裂紋尺寸a及靜截面尺寸為小時（小一個數(shù)量級以上），KI則應(yīng)有：裂紋的應(yīng)力場強度因子與其斷裂韌度相比較，若裂紋要失穩(wěn)擴展脆斷，這就是斷裂K判據(jù)。應(yīng)力強度因子K1是描寫裂紋尖端應(yīng)力場強弱程度的復(fù)合力學動裂紋擴展的動力。對于受載的裂紋體，當K1增大到某一臨界值時，裂紋尖夠大的范圍內(nèi)應(yīng)力達到了材料的斷裂強度，裂紋便失穩(wěn)擴展而導(dǎo)致斷裂。這一臨界值便稱為斷裂韌度Kc或K1c。意義：三、J積分的主要優(yōu)點是什么?為什么用這種方法測定低中強度答案：J積分有一個突出的優(yōu)點就是可以用來測定低中強度材料的KIC。擴展，并要求沿裂紋全長，除試樣兩侗表面極小地帶外，全部達到平面應(yīng)變狀態(tài)。而JIC的測定，不一定要求試樣完全滿足平面應(yīng)變條件，試驗時，只在間地段首先起裂，然后有較長的亞臨界穩(wěn)定擴展的過程，這樣只需很度，即只在中心起裂的部分滿足平面應(yīng)變要求，而韌帶尺寸范圍可以JIC的是材料的性質(zhì)。當試樣裂紋繼續(xù)擴展時，進入平面應(yīng)力的穩(wěn)定擴展階段，此時的J不再單獨是材料的性質(zhì)，還與試樣尺寸有關(guān)。的橫向穿透裂紋，若在平均軸向拉應(yīng)力900MPa下工解：由題意知穿透裂紋受到的應(yīng)力為σ=9根據(jù)σ/σ0.2的值，確定裂紋斷裂韌度KIC是對于無限板的中心穿透裂紋，修正后的KI為：=0.004417937(m)=2.解：對于無限板的中心穿透裂紋，修正后的KI為：服應(yīng)力以下發(fā)生的斷裂。張開型（裂紋：拉應(yīng)力垂直作用于裂紋擴展面，裂紋沿作用力方向張開，沿裂紋。張開型(Ι型）裂紋應(yīng)力場強度因子KΙ：在裂紋尖端區(qū)域各點的應(yīng)力分量除了決定于位置外，尚與強度因子KΙ有關(guān)，對于某一確定的點，其應(yīng)力分量由KΙ確定，KΙ越大，則應(yīng)力場各點應(yīng)力分量也越大，這樣KΙ就可以表示應(yīng)力場的強弱程度，稱KΙ為應(yīng)力場強度因子?！癐”表示I型裂紋。小范圍屈服：，這就稱為小范圍屈服。小范圍屈服塑性區(qū)的尺寸較有效屈服應(yīng)力：裂紋在發(fā)生屈服時的應(yīng)力。有效屈服應(yīng)力有效裂紋長度：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)力將疊加至有效裂紋長度屈服區(qū)之外，從而使屈服區(qū)之外的應(yīng)力增加，其效果相當于因裂紋長度增加ry后對裂紋尖端應(yīng)力裂。新P71：舊83G判據(jù)GI≥GIC，當GI滿足上述條件時裂紋失穩(wěn)擴展斷裂。J積分：有兩種定義或表達式：一是線積分：二是形變功率差。積分裂紋擴展J判據(jù)裂紋擴展J判據(jù)：JI≥JIC，只要滿足上述條件，裂紋（或構(gòu)件）就會斷COD：裂紋張開位移。P91/P102COD判據(jù)：δ≥δc，當滿足上述條件時，裂紋開始擴展。KΙC和KC答：臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的KΙ記作KΙC或KC，KΙC為平面應(yīng)變下的斷裂韌度，下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展的能力。加，使裂紋尖端達到平面應(yīng)變狀態(tài)時，斷裂韌度趨于一穩(wěn)擴展斷裂。將GΙ的臨界值記作G積所消耗的能量，其單位與GΙ相同，MPa·mJIC：是材料的斷裂韌度，表示材料抵抗裂紋的能力.P91/P104J判據(jù)和δ判據(jù)一樣都是裂紋開始擴展的裂紋判據(jù)，而不是裂紋失穩(wěn)擴展的裂紋判據(jù)。答：低應(yīng)力脆斷的原因：在材料的生產(chǎn)、機件的加工和使用過程中產(chǎn)生不可避免的宏觀裂紋，從而使機件在低于屈服應(yīng)力的情況發(fā)生斷裂。預(yù)防措施：將斷裂判據(jù)用于機件的設(shè)計上，在斷裂判據(jù)確定機件不發(fā)生脆性斷裂時所允許的最大裂紋尺寸。答：K判據(jù)解決了經(jīng)典的強度理論不能解決存在宏觀裂紋為什么會產(chǎn)生低應(yīng)力脆斷的原因判據(jù)將材料斷裂韌度同機件的工作應(yīng)力及裂紋尺寸的關(guān)系定量地聯(lián)系起來，可直接用于設(shè)計工藝等。KI稱為I型裂紋的應(yīng)力場強度因子，它是衡量裂紋頂端應(yīng)力場平、裂紋尺寸和形狀。周次增加到一定臨界值后，材料應(yīng)力基本不再降低時的答案：應(yīng)力腐蝕引起的破壞，常有以下特點：應(yīng)力。的，這種亞臨界的擴展狀況一直達到某一臨界尺寸，時，就突然發(fā)生斷裂。軸。面，如果是新鮮斷口常常較光滑，有光澤。裂紋并不總是分技的。裂，其斷口是解理或準解理的，其裂紋有似人字形或羽毛狀的標記。答案：氫脆和應(yīng)力腐蝕相比，其特點表現(xiàn)在：使開裂加速，則為應(yīng)力腐蝕；而當施加一小的陰極電流，使開裂加速者則為氫脆。力也較小這時其斷裂源都不在表面，而是在表面以下的某一深最大，氫濃集在這里造成斷裂。烈的依賴關(guān)系。氫脆只在一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)，出現(xiàn)氫脆的的化學成分和形變速率。疲勞缺口敏感度：金屬材料在交變載荷作用下的缺口敏感性用疲勞缺口敏感度qf來評定Kt為理論應(yīng)力集中系數(shù)，kf為疲勞缺口系數(shù)。kf為光滑試樣與缺口試樣疲勞極限之比kf=σ-1/σ-1N過載損傷界；抗疲勞過載損傷的能力用過載損傷界表示。疲勞門檻值：門檻值。表示材料阻止疲勞裂紋開始擴展的性能。9.試述疲勞微觀斷口的特征及其形成過程。微觀形貌有疲勞條帶?；葡瞪倩蚪M織復(fù)雜的金屬，其疲勞條帶短窄而紊亂。圖中(a),在交變應(yīng)力為零時裂紋閉合。展。由于塑性變形裂紋尖端的應(yīng)力集中減小，裂紋停止擴展的過程稱金屬材料在恒定應(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)等。循環(huán)硬化和軟化與σb/σs有關(guān)：也可用應(yīng)變硬化指數(shù)n來判斷循環(huán)應(yīng)變對材料的影響，n<1軟化，n>1硬化。退火狀態(tài)的塑性材料往往表現(xiàn)為循環(huán)硬化，加工硬化的材料表現(xiàn)為循環(huán)軟化。循環(huán)硬化和軟化與位錯的運動有關(guān)：退火軟金屬中，位錯產(chǎn)生交互作用，運動阻力增大而硬化。冷加工后的金屬中，有位錯纏結(jié)，在循環(huán)應(yīng)力下破壞，阻力變小而軟化。出了低周疲勞壽命的公式：'請結(jié)合該公式，分析圖5-34的變化規(guī)律，指出低周疲答：低周疲勞壽命的公式由彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變兩部分對應(yīng)的壽命公式應(yīng)的公式分別為：將以上兩公式兩邊分別取對數(shù)，在對數(shù)坐標上，上兩公式就變代表彈性應(yīng)變幅-壽命線和塑性應(yīng)變幅-壽命線。兩條直線斜率不同，其交點對壽命稱為過渡壽命。在交點左側(cè)，即低周疲勞范圍內(nèi)，塑性應(yīng)變幅起主導(dǎo)作用，材料的疲勞壽命由塑性控制；在高周疲勞區(qū)，彈性應(yīng)變幅起主導(dǎo)作用，材料的疲勞壽命由強度控制。選材時，高周疲勞主要考慮強度，低周疲勞考慮塑性。名詞解釋;a:σa=1/2(σmax-σmσa:應(yīng)力比r:r=σmin/σma疲勞源：是疲勞裂紋萌生的策源地，一般在機件表面常和缺口，裂紋，刀痕，蝕坑相連。疲勞貝紋線：是疲勞區(qū)的最大特征，一般認為它是由載荷變動引起的，是裂紋前沿線留下的弧狀臺階痕跡。疲勞條帶：稱為疲勞條帶（疲疲勞條帶疲勞裂紋擴展的第時，則循環(huán)駐留滑移帶滑移帶又會在原處再現(xiàn)，這種永留或再現(xiàn)的循環(huán)滑移帶稱為駐留滑移帶。ΔK:材料的疲勞裂紋擴展速率不僅與應(yīng)力水平有關(guān)，而且與當時的裂紋尺寸有關(guān)。ΔK是由應(yīng)力范圍ΔσΔK和a復(fù)合為應(yīng)力強度因子范圍，ΔK=Kmax-Kmin=Yσmax√a-Yσmin√a=YΔσ√a.da/dN:疲勞裂紋擴展速率，即每循環(huán)一次裂紋擴展的距離。da損傷：金屬在高于疲勞極限的應(yīng)力水平下運轉(zhuǎn)一定周次后，其疲勞極限或疲勞壽命減小，就造成了過載損傷。P102/p117P99,1τ-1:對稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限；σ-1N:缺口試樣在對稱應(yīng)力循環(huán)作用下的疲勞極限。疲勞缺口敏感度中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=(σ-1)/(σ-1N)過載損傷界P102,103/p117P105p105/p始降低疲勞壽命的應(yīng)力循環(huán)周次，得到不同試驗點，連接各點便得到過載損傷界。擴展的ΔK臨界值，稱為疲勞裂紋擴展門檻值。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極限，以適應(yīng)這類機件的設(shè)計和選材的需要。通常是用工程作圖法，由疲勞圖求得各種不對稱循環(huán)的疲勞極限。p（1）疲勞是低應(yīng)力循環(huán)延時斷裂，機具有壽命的斷裂ABC曲線，即為σaσm疲勞圖。其幾何關(guān)系為我們知道應(yīng)力比r，將其代入試中，即可求得tanα和α,而后從坐標原點O引直線，令其與（用途）用途的疲勞極限σ2、σmax(σmin)σm疲勞圖建立：建立：這種圖的縱坐標以σmax或σmin表示，橫坐標以σm表示。然后將不同應(yīng)力比r下的疲勞極限，第六章金屬的應(yīng)力腐蝕和氫脆斷裂所產(chǎn)生的低應(yīng)力脆斷現(xiàn)象。果過飽和的氫未能擴散逸出，便聚集在某些缺陷處而形成氫分發(fā)生急劇膨脹，內(nèi)壓力很大足以將金屬局部撕裂，而形成微裂紋。生成脆性氫化物，是金屬脆化，這種現(xiàn)象稱氫化物致脆。裂。答案：屬配對。向較大的金屬，構(gòu)成摩擦副時粘著磨損就較輕微。使表面生成一化合物薄膜，或為硫化物，磷化物，含氮的化合物，使摩擦系數(shù)減小，起到減磨作用也減小粘著磨損。答案：微動磨損通常發(fā)生在一對緊配合的零件，在載荷和一定的振下，較長時間后會產(chǎn)生松動，這種松動只是微米級的相對滑動導(dǎo)致了接觸金屬間的粘著，隨后是粘看點的剪切，粘脫落物被氧化成氧化物磨屑，由于兩摩擦表面的緊密配合，磨屑不易排屑起著磨料的作用，加速了微動磨損的過程。滾壓、噴九和表面化學熱為表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，能有效地減少微動磨損。6.何謂氫致延滯斷裂？為什么高強度鋼的氫致延滯斷裂答：高強度鋼中固溶一定量的氫，在低于屈服強度的應(yīng)力持續(xù)作用下，育期后，金屬內(nèi)部形成裂紋，發(fā)生斷裂。----氫致延滯斷裂。錯交互作用，氫易遷移到位錯拉應(yīng)力處，形成氫氣團。當應(yīng)變速率較低而溫度較高時，氫氣團能跟得上位錯運動，但滯后位錯一定距離。因此，氣團對位錯起“釘扎”作用，產(chǎn)生局部硬化。當積，氫氣團易于在塞積處聚集，產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致微裂紋。若應(yīng)變速率過高以及溫度低的情況下，氫氣團不能跟上位錯運動，便不扎”作用，也不可能在位錯塞積處聚集，產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致微裂紋。所以氫致延滯斷裂是在一定的應(yīng)變速率下和一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的。產(chǎn)生的低應(yīng)力脆斷現(xiàn)象。以將金屬局部撕裂，而形成微裂紋。4、氫化物致脆：對于□B或□B族金屬，由于它們與氫有較大的親和力，極易生成脆性氫化物，是金屬脆化，這種現(xiàn)象稱氫化物致脆。6.何謂氫致延滯斷裂？為什么高強度鋼的氫致延滯斷裂是在一定的應(yīng)變速率下和一定的溫度范答：高強度鋼中固溶一定量的氫，在低于屈服強度的應(yīng)力持續(xù)作用下，經(jīng)過一段孕育期后，金屬內(nèi)部形成裂紋，發(fā)生斷裂。----氫致延滯斷裂。因為氫致延滯斷裂的機理主要是氫固溶于金屬晶格中，產(chǎn)生晶格膨脹畸變，與刃位錯交互作用，氫易遷移到位錯拉應(yīng)力處，形成氫氣團。當應(yīng)變速率較低而溫度較高時，氫氣團能跟得上位錯運動，但滯后位錯一定距離。因此，氣團對位錯起“釘扎”作用，產(chǎn)生局部硬化。當位錯運動受阻，產(chǎn)生位錯塞積，氫氣團易于在塞積處聚集，產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致微裂紋。若應(yīng)變速率過高以及溫度低的情況下，氫氣團不能跟上位錯運動，便不能產(chǎn)生“釘扎”作用，也不可能在位錯塞積處聚集，產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致微裂紋。所以氫致延滯斷裂是在一定的應(yīng)變速率下和一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的。磨損：機件表面相互接觸并產(chǎn)生相對運動，表面逐漸有微小顆粒分離屑，使表面材料逐漸損失、造成表面損傷的現(xiàn)象。接觸疲勞：兩接觸面做滾動或滾動加滑動摩擦時，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)生小片金屬剝落而使材料損失的現(xiàn)象。-----又稱為咬合磨損，在滑動摩擦條件下，摩擦副相潤滑油，摩擦副表面無氧化膜，且單位法向載荷很大，以致接點處屈服強度而產(chǎn)生的一種磨損。磨損機理：實際接觸點局部應(yīng)力引起塑性變形，使兩接觸面的原子產(chǎn)生粘著。粘著點從軟的一方被剪斷轉(zhuǎn)移到硬的一方金屬表面，隨后脫過程。進行滲硫、磷化、碳氮共滲等在表面形成一層化合物接接觸又減小摩擦因素。減小滑動速度和接觸壓力能有效降低粘著磨損。改善潤滑條件，降低表面粗糙度，提高氧化膜與機體結(jié)合力都能降低粘著磨損。適量的塑性非金屬夾雜物（硫化物）能提高接塑性硫化物隨基體一起塑性變形，當硫化物把脆性夾雜物包住形成共生夾雜物時，可以降低脆性夾雜物的不良影響。生產(chǎn)上盡可能減少鋼中非金屬夾雜物。接觸疲勞強度主要取決于材料的抗剪切強度，并有一定的韌性相配合。當馬氏體含碳量在0.4~0.5w%時，接觸疲勞壽命最高。殘余奧氏體越多，馬氏體針越粗大，越容易產(chǎn)生微裂紋，疲勞強度低。未溶碳化物和帶狀碳化物越多，接觸疲勞壽命越低。在一定硬度范圍內(nèi)，接觸疲勞強度隨硬度的升高而增加，但并不保持正比線性關(guān)系。表面形成一層極薄的殘余奧氏體層，因表面產(chǎn)生微量塑性變形和磨損，面積，減小了應(yīng)力集中，反而增加了接觸疲勞壽命。滲碳件心部硬度太低，表層硬度梯度過大，易在過渡區(qū)內(nèi)形成裂紋而落。硬化深度要適中，殘余壓應(yīng)力有利于提高疲勞壽命。減少加工缺陷，降低表面粗糙度，提高接觸精度，可以有效增加接觸疲勞壽命。兩個接觸滾動體的硬度和裝配質(zhì)量等都應(yīng)匹配適當。1.名詞解釋磨損：磨損：機件表面相互接觸并產(chǎn)生相對運動，表面逐漸有微小顆粒分離出來形成磨屑，使表面材料逐漸損失、造成表面損傷的現(xiàn)象。材料表面因疲勞損傷，導(dǎo)致局部區(qū)域產(chǎn)生小片金屬剝落而使材料損失的現(xiàn)象。-----又稱為咬合磨損，在滑動摩擦條件下，摩擦副相對滑動速度較小，因缺乏潤滑油，摩擦副表面無氧化膜，且單位法向載荷很大，以致接觸應(yīng)力超過實際接觸點處屈服強度而產(chǎn)生的一種磨損。磨損機理：實際接觸點局部應(yīng)力引起塑性變形，使兩接觸面的原子產(chǎn)生粘著。粘著點從軟的一方被剪斷轉(zhuǎn)移到硬的一方金屬表面，隨后脫舊的粘著點剪斷后，新的粘著點產(chǎn)生，隨后也被剪斷、轉(zhuǎn)移。如此重復(fù)，形成進行滲硫、磷化、碳氮共滲等在表面形成一層化合物或非金屬層，即避免摩擦副直接接觸又減小摩擦因素。減小滑動速度和接觸壓力能有效降低粘著磨損。改善潤滑條件，降低表面粗糙度，提高氧化膜與機體結(jié)合力都能降低粘著磨損。蠕變：在長時間的恒溫、恒載荷作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。等強溫度（TE）：晶粒強度與晶界強度相等的溫度。蠕變極限：在高溫長時間載荷作用下不致產(chǎn)與常溫下的屈