材料力學(xué)性能課后習(xí)題答案

1、2滯彈性： 金屬材料在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時間延長產(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)定殘余伸長應(yīng)力增加；反向加載， 規(guī)定殘余伸長應(yīng)力降低的現(xiàn)象。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. 解理臺階：當(dāng)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： 解理臺階沿

2、裂紋前端滑動而相互匯合 , 同號臺階相互匯合長大 ,當(dāng)匯合臺階高度足夠大時 ,便成為河流花樣。 是解理臺階的一種標(biāo)志。9. 解理面： 是金屬材料在一定條件下，當(dāng)外加正應(yīng)力達(dá)到一定數(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，沖擊吸收功明顯下降，斷裂方式由原來的韌性斷裂變?yōu)?脆性斷裂，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

3、料彈性變形時，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 金屬的彈性模量主要取決于什么因素？為什么說它是一個對組織不敏感的力學(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，故彈性模量對組織 不敏感。1、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？2、決定金屬屈服強(qiáng)度的因素有哪些？答： 內(nèi)在因素：金屬本性及晶

4、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)。3、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？ 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， 這種斷裂有一個緩慢的撕裂過程， 在裂紋擴(kuò)展過 程中不斷地消耗能量；而脆性斷裂是突然發(fā)生的斷裂，斷裂前基本上不發(fā)生塑性變形，沒有明顯征兆，因而危害性 很大。4、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？ 答：剪切斷裂是在切應(yīng)力作用下沿滑移面分離而造成的滑移面分離， 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。5、何謂拉伸

5、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。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。沖擊韌度：:U形缺口沖擊吸收功 Aku除以沖擊試樣缺口底部截面積所得之商，稱為沖擊韌度，a ku=Aku/S(J/cm2),反應(yīng)了材料抵抗沖擊載荷的能力，用aKU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mgH1

6、-mgH2此即為試樣變形和斷裂所消耗的 功，稱為沖擊吸收功，以 AK 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，會由韌性狀態(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?，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性。韌性溫度儲備 ： 材料使用溫度和韌脆轉(zhuǎn)變溫度的差值，保證材料的低溫服役行為。 四、試說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)：宏觀上對于那些有低溫脆性現(xiàn)象的材料，它們的屈服強(qiáng)度會隨溫度的降低急劇

7、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，屈服強(qiáng)度增大到高于斷裂強(qiáng)度時，在這個溫度以下材料的 屈服強(qiáng)度比斷裂強(qiáng)度大，因此材料在受力時還未發(fā)生屈服便斷裂了，材料顯示脆性。從微觀機(jī)制來看低溫脆性與位錯在晶體點(diǎn)陣中運(yùn)動的阻力有關(guān)，當(dāng)溫度降低時，位錯運(yùn)動阻力增大，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1晶體結(jié)構(gòu)：對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，細(xì)化晶粒可以同時提高材料的強(qiáng)度和塑韌

8、性。因?yàn)榫Ы缡橇鸭y擴(kuò)展的阻力，晶粒細(xì)小，晶界總面積增加，晶界處塞積的位錯數(shù)減少，有利于降低應(yīng)力集中；同時晶界上雜質(zhì)濃度減少，避免產(chǎn)生沿晶脆性斷裂。金相組織：較低強(qiáng)度水平時強(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佳，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)對鋼的脆性有重要影響，當(dāng)其尺寸增大時均使材料韌性下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高。第五章 金屬的疲勞1. 名詞解釋 ;應(yīng)力幅 (T a: (T a=1/2( t max-b min) 平均應(yīng)力 t m: t m=1/2( t max+min) 應(yīng)力比 r :r= t min/ t max疲勞源 ：

9、是疲勞裂紋萌生的策源地，一般在機(jī)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(rèn)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 ：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花樣，稱為疲勞條帶(疲勞輝紋，疲 勞條紋)駐留滑移帶 ：用電解拋光的方法很難將已產(chǎn)生的表面循環(huán)滑移帶去除，當(dāng)對式樣重新循環(huán)加載時，則循環(huán)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。 K: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)時的裂紋尺寸有關(guān)。 K是由應(yīng)力范圍和a復(fù)合為應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍，=Kmax-Kmin=Y& max/a

10、-Y b minVa=Y4aVa.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。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)過載損傷： 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，就造成了過載損傷。3. 試述金屬疲勞斷裂的特點(diǎn)疲勞是低應(yīng)力循環(huán)延時斷裂，機(jī)具有壽命的斷裂 2疲勞是脆性斷裂 3疲勞對缺陷12. 試述金屬表面強(qiáng)化對疲勞強(qiáng)度的影響。（新書P117P118舊書P135P136答：表面強(qiáng)化處理可在機(jī)件表面產(chǎn)生有利的殘余壓應(yīng)力，同時還能提高機(jī)件表面的強(qiáng)度和硬度。這兩方面的作用都能提 高疲勞強(qiáng)度。表面強(qiáng)化方法，通常

11、有表面噴丸、滾壓、表面淬火及表面化學(xué)熱處理等。（ 1 ）表面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)件表面，使機(jī)件表面產(chǎn)生局部形變硬化；同時因塑變層周圍的彈性 約束，又在塑變層內(nèi)產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。表面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；而且表面粗糙度低，強(qiáng)化效果更好。（ 2）表面熱處理及化學(xué)熱處理他們除能使機(jī)件獲得表硬心韌的綜合力學(xué)性能外，還可以利用表面組織相變及組織應(yīng)力、熱應(yīng)力變化，使機(jī)件表面 層獲得高強(qiáng)度和殘余壓應(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

12、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)硬化和軟化與廳b /（T s有關(guān)：,表現(xiàn)為循環(huán)硬化；T b /7 s,表現(xiàn)為循環(huán)軟化；7 b /7 s,材料比較穩(wěn)定，無明顯循環(huán)硬化和軟化現(xiàn)象。也可用應(yīng)變硬化指數(shù) n 來判斷循環(huán)應(yīng)變對材料的影響, n1 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(yùn)動有關(guān)：退火軟金屬中,位錯產(chǎn)生交互作用,運(yùn)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

13、變小而軟化。第六章 金屬的應(yīng)力腐蝕和氫脆斷裂一、名詞解釋1、應(yīng)力腐蝕：金屬在拉應(yīng)力和特定的化學(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。2、氫脆：由于氫和應(yīng)力共同作用而導(dǎo)致的金屬材料產(chǎn)生脆性斷裂的現(xiàn)象。3、白點(diǎn)：當(dāng)鋼中含有過量的氫時，隨著溫度降低氫在鋼中的溶解度減小。如果過飽和的氫未能擴(kuò)散逸出，便聚集在某 些缺陷處而形成氫分子。此時，氫的體積發(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。4、氫化物致脆：對于W B或V 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。5、氫致延滯斷裂：這種由于氫的作用而產(chǎn)生的延滯斷裂現(xiàn)象稱為氫致延滯斷裂。二、說明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義1、 see:材料不發(fā)生應(yīng)力腐蝕的臨界應(yīng)力。2、KIscc ：應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力場強(qiáng)度因子。3、da/dt ：盈利腐蝕列紋擴(kuò)展速率。7如何識別氫脆與應(yīng)力腐蝕？。答：氫脆和應(yīng)力腐蝕相比，其特點(diǎn)表現(xiàn)在：1、實(shí)驗(yàn)室中識別氫脆與應(yīng)力腐蝕的一種辦法是，當(dāng)施加一小的陽極電流，如使開裂加速，則為應(yīng)力腐蝕；而當(dāng)施加一 小的陰極電流，使開裂加速者則為氫脆。2、在強(qiáng)度較低的材