昆明理工大學(xué)材料性能學(xué)版本

1、昆明理工大學(xué)材料性能學(xué)1、低溫脆性 體心立方金屬或合金：實驗溫度低于 Tk 時，韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇?性狀態(tài)；斷裂機理由微孔聚集變?yōu)榇┚Ы怆x；斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀。 面心立方金屬無低溫脆性。3、沖擊韌性 表示單位面積吸收沖擊功的平均值，由于缺口處應(yīng)力分布不均， 因此 ak 無明確的物理意義； ak 可表示材料的脆性傾向，但不能真正反映材料的 韌脆程度。4、接觸疲勞 兩接觸材料作滾動或滾動加滑動摩擦?xí)r，交變接觸壓應(yīng)力長期作 用使材料表面疲勞損傷，局部區(qū)域出現(xiàn)小片或小塊狀材料剝落，而使材料磨損 的現(xiàn)象。5、蠕變 材料在長時間的恒溫、恒載荷作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。6、斷裂韌度 KIC<

2、;KC,KIC 是材料本身的力學(xué)性能指標(biāo)，只與材料成分、組織 結(jié)構(gòu)有關(guān)。10、滯彈性 材料在加速加載或卸載后，隨時間的延長而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變 的性能。組織越不均勻，溫度越高，切應(yīng)力分量越大，滯彈性就越明顯。11、磨損 磨損是在摩擦作用下物體相對運動時，表面逐漸分離出磨屑，使接 觸表面不斷發(fā)生尺寸變化與重量損失的現(xiàn)象。12 應(yīng)力腐蝕 由拉伸應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用而引起的低應(yīng)力脆性斷裂稱為應(yīng) 力腐蝕。15、等強溫度 晶界和晶內(nèi)強度相等的溫度稱為等溫強度。16、解理斷裂 在正應(yīng)力作用力，由于原子間結(jié)合鍵破壞引起沿特定晶面發(fā)生脆性穿晶斷裂稱 為解理斷裂18、粘彈性 材料在外力作用下，彈性和粘性兩種變

3、形機理同時存在的力學(xué)行為。其特征是應(yīng)變對應(yīng)力的響應(yīng)不是瞬時完成的，需要通過一個弛豫過程。19、內(nèi) 耗 內(nèi)耗是材料的一種重要的力學(xué)和物理性能，在力學(xué)上，內(nèi)耗也稱為 材料的循環(huán)韌性，表示材料在交變載荷下吸收不可逆變形功的能力。21、應(yīng)力軟性系數(shù) o=Tmax/ cmax； a大表示切應(yīng)力分量大，應(yīng)力狀態(tài)軟，易塑 性變形；a小表示正應(yīng)力分量大，應(yīng)力狀態(tài)硬，易脆性斷裂。22、頸 縮 是一些金屬材料和高分子材料在拉伸試驗時，變形集中于局部區(qū)域 的特殊狀態(tài)，它是在應(yīng)變硬化與截面減小的共同作用下，因應(yīng)變硬化跟不上塑 性變形的發(fā)展，使變形集中于試樣局部區(qū)域而產(chǎn)生的。23、屈服現(xiàn)象 在變形過程中，外力不斷增加，

4、試樣仍然繼續(xù)伸長；或外力增 加到一定值時突然下降，隨后在外力不增加或上下波動的情況下試樣可以繼續(xù) 深長變形的現(xiàn)象。24、缺口效應(yīng) 缺口外造成應(yīng)力應(yīng)變集中（效應(yīng)一）；缺口的存在改變與缺口前方的應(yīng)力狀態(tài)，使平板中材料所受的應(yīng)力由單向拉伸改變?yōu)閮上嗬旎蛉嗬欤ㄐ?yīng)二）；再有缺口的條件下，試樣的屈服應(yīng)力比單項拉伸時的要高， 差生了缺口強化效應(yīng)（效應(yīng)三）34、交換能和交換積分常數(shù) 因交換作用所產(chǎn)生的附加能量稱為交換能。2Eex2AS1 ?S22AS cos，其中 A 為交換積分常數(shù)。35、鐵氧體由以三價鐵離子作為主要正離子成分的若干種氧化物組成,并呈現(xiàn)亞鐵磁性或反鐵磁性材料36、彈性模量 彈性模量是

5、材料發(fā)單位應(yīng)變時的應(yīng)力，是原子間結(jié)合強度的一個標(biāo)志。它表征材料抵抗形變的能力，是一個重要的材料常數(shù)。1 、說明多晶體塑性變形的主要特點？ 主要特點：（ 1）各晶粒變形的不同時性和不均勻性；（ 2）各晶粒變形的相互 協(xié)調(diào)性。3、金屬的斷裂類型按斷裂機理可以分為幾類，說明其微觀端口特征？（ 1）分為解理斷裂和剪切斷裂；（ 2）剪切斷裂是材料在切應(yīng)力作用下沿滑移 面分離而造成的斷裂。單晶體：斷口上有很多直線狀的滑移痕跡；多晶體：微 觀斷口上的花樣由“蛇形滑動”變?yōu)椤皾i波”花樣，進而變?yōu)椤把由靺^(qū)”。剪切斷裂的 另一種形式為微孔聚集型斷裂。斷裂過程包括形核、長大、聚合和斷裂。（3）解理斷裂是在正應(yīng)力的作

6、用下，由于院子間結(jié)合鍵的破壞引起的沿特定晶面發(fā) 生的脆性穿晶斷裂稱為解理斷裂。微觀特征：解理臺階、河流花樣、舌狀花 樣。4、說明屈服現(xiàn)象的特征及其產(chǎn)生原因？ 當(dāng)退火低碳鋼試樣的拉伸力達到 Fs 后，材料開始產(chǎn)生不均勻的塑性變形，力， 伸長曲線上出現(xiàn)平臺或鋸齒。在此過程中，外力不斷增加，試樣仍然繼續(xù)伸 長；或外力增加到一定數(shù)值時突然下降，隨后在外力不增加或上下波動的情況 下試樣可以繼續(xù)深長變形的現(xiàn)象。其本質(zhì)是金屬在塑性變形時 C（N） 原子與位錯交互作用形成柯氏氣團，對位錯形 成釘扎作用，需要使用更大的外力克服柯氏氣團才能使位錯繼續(xù)移動，而一旦 克服了柯氏氣團，位錯運動所需要的外力降低，宏觀上就

7、表現(xiàn)為屈服現(xiàn)象。 6、說明蠕變變形和斷裂的機理？蠕變： 材料在長時間恒溫、恒載荷作用下緩慢的產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。變形機理： （1）位錯滑移蠕變機理：材料的塑性變形主要是由于為錯的滑移引 起的，在一定的載荷作用下，滑移面上的位錯運動到一定程度后，位錯運動受阻發(fā)生塞積，就不能繼續(xù)滑移，就只能產(chǎn)生一定的塑性變形。（2）擴散蠕變機 理：空位的擴散引起原子像相反的方向擴散，從而引起晶粒沿拉伸軸方向伸 長，垂直于拉伸軸方向收縮，致使晶體產(chǎn)生蠕變。（ 3）晶界滑動蠕變機理：晶 界在外力的作用下，會發(fā)生相對滑動變形，在常溫下，可忽略不計，但在高溫 時，晶界的相對滑動可以引起明顯的塑性變形，產(chǎn)生蠕變。（ 4）粘

8、彈性機理： 高分子材料在恒定應(yīng)力的作用下，分子鏈由卷曲狀態(tài)逐漸伸展，發(fā)生蠕變變 形。外力減小或除去后，體系自發(fā)去想熵值增大的狀態(tài)，分子鏈恢復(fù)，表現(xiàn)為 高分子材料的蠕變恢復(fù)特性。斷裂機理： （1）對于不含裂紋的高溫機件，在高溫長期服役過程中，由于蠕變 裂紋相對均勻地再機件內(nèi)部萌生和擴展，顯微結(jié)構(gòu)變化引起的蠕變抗力的降低 以及環(huán)境損傷導(dǎo)致的斷裂；（2）高溫工程機件中，原來就存在裂紋或類似裂紋的缺陷，其斷裂由于主裂紋 的擴展引起。17、疲勞斷口的宏觀，微觀特征及形成機理？宏觀特性 ：三個特征區(qū)：疲勞源，疲勞裂紋擴展區(qū)，瞬斷區(qū)。 疲勞源 ：形成位 置多在表面，其特點是光亮且硬度高，數(shù)量可以是一個或多個

9、，它的形成與機 件的應(yīng)力狀態(tài)及過載程度有關(guān)，應(yīng)力水平越高，疲勞源越多。 疲勞裂紋擴展 區(qū)：光滑、有貝紋線還有裂紋擴展臺階。貝裂紋是疲勞區(qū)的最典型的特征。一 般是因載荷變動引起的，貝紋線的特征是一簇以疲勞源為圓心的平行弧線貝紋 線的范圍與過載程度及材料的性質(zhì)有關(guān)。貝紋線的形狀由裂紋前沿線各點的擴 展速度、載荷類型、過載程度及應(yīng)力集中等決定。 瞬斷區(qū) ：脆性材料斷口呈結(jié) 晶狀，韌性材料斷口呈放射狀，有剪切唇區(qū)存在，瞬斷區(qū)一般在疲勞源對側(cè)， 面積與應(yīng)力水平和材料韌性有關(guān)。在疲勞亞臨界擴展階段，裂紋隨循環(huán)增加不 斷增加，當(dāng)增加到臨界尺寸 Ac 時應(yīng)力尖端的應(yīng)力場強度因子 KI 達到材料斷裂 韌性 KI

10、C 時，裂紋就失穩(wěn)快速擴展，導(dǎo)致機件瞬時斷裂。 微觀特征 ：韌性或脆 性疲勞條帶是略呈彎曲并相互平行的溝槽狀花樣，與裂紋擴展方向垂直，是裂 紋擴展時留下的微觀痕跡。 形成機制 ： (1)韌性疲勞條帶形成過程：在變動循環(huán) 應(yīng)力作用下，裂紋尖端的塑性張開鈍化和閉合銳化，使裂紋向前延續(xù)擴展。 (2) 脆性疲勞條帶形成過程：疲勞裂紋的擴展是斷續(xù)的，通過主裂紋的前方萌生新 裂核，長大并與主裂紋連接來實現(xiàn)。 31、簡述格里菲斯微裂紋理論及其裂紋擴展的條件。格里菲斯認(rèn)為實際材料中總是存在許多細小的裂紋或者缺陷。在外力作用下產(chǎn) 生應(yīng)力集中現(xiàn)象，當(dāng)應(yīng)力達到一定程度時，裂紋開始擴散，導(dǎo)致斷裂，所以斷 裂并不是晶體

11、兩部分同時沿整個截面被拉斷，而是裂紋擴散的結(jié)果。格里菲斯 從能量平衡觀點出發(fā)，認(rèn)為裂紋擴展的條件是，物體你儲存的彈性應(yīng)變的減小 大于或等于開裂成兩個新表面所需增加的表面能，即認(rèn)為物體內(nèi)儲存的彈性應(yīng) 變能降低(或釋放)就是裂紋擴散的動力，否則，裂紋不會擴散。32、裂紋形成原因有哪些？哪些措施可以防止裂紋擴散？( 1)裂紋形成原因： 由于晶體微觀結(jié)構(gòu)中存在缺陷，當(dāng)受到外力作用時，在這 些缺陷處就會引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋的成核，引起初始裂紋。材料表面的機 械損傷與化學(xué)腐蝕形成表面裂紋最危險的裂紋。熱應(yīng)力形成裂紋，多晶多 相材料，各相膨脹收縮不同而在晶界或相界出現(xiàn)應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生，材 料內(nèi)部和表

12、面存在溫差時，產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致表面裂紋產(chǎn)生，溫度變化發(fā)生晶 型轉(zhuǎn)變時，因體積變化產(chǎn)生裂紋(2)防止措施：使用應(yīng)力不超過臨界應(yīng)力；在材料中設(shè)置吸收能量的機構(gòu)，阻止裂紋擴 散；人為地在材料中造成大量極微細的小于臨界尺寸的裂紋，也可以吸收能量，阻止裂紋 的擴展。36.有一構(gòu)件，實際使用應(yīng)力為1.3GPa,現(xiàn)有兩種剛待選，甲鋼，cys=1.95GPa, Kic=45MPa*m 1/2;乙鋼，cys=1.56GPa, Kic=75MPa* m 1/2試計算兩種鋼材的斷裂應(yīng)力，并指何種鋼材更安全可靠(設(shè)丫=1.5，最大裂紋尺寸為1mm )。-_ K45xlOtf , II75x10* _ 寸丁 _ - #

13、b眾二=1 .OGPa 甩詞1 T.5丁Grti山血0012L50.001LSZOWl由于甲鋼c1.0GPav1.3GPa乙鋼1.57GPa>1.3GPa因此甲鋼不安全，乙鋼更為安 全。四、畫圖題1、畫出 omax ( cmin ) om 疲勞圖，說明如何求不同應(yīng)力比的疲勞極限o ?AB曲線：omax cm曲線;CA曲線：cmin cm曲線；OA 曲線：(omax+ cmin)/2c= omax(AB 線上)； tan a= omax/ omin= omax/( cmax+ omin)*1/2=2/(1+r)2、畫出用o &和s e表達的拉伸曲線，說明通過拉伸試驗?zāi)軌颢@得的力學(xué)性

14、 能指標(biāo)? 介質(zhì)。材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕需要形成一個應(yīng)力腐蝕體系，一定的材料必須和一定的介質(zhì)的相互結(jié)合，才會發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂。 速度。應(yīng)力腐蝕斷裂速度遠大于沒有應(yīng)力時的腐蝕速度，又遠小于單純力學(xué) 因素引起的斷裂速度。 腐蝕斷裂形態(tài)。金屬發(fā)生應(yīng)力腐蝕時，僅在局部區(qū)域出現(xiàn)從表及里的斷裂。斷裂的共同特點是在主干裂紋延伸的同時，還有若干分支同時發(fā)展。斷裂表面可見到“泥狀花樣”的腐蝕 產(chǎn)物及腐蝕坑。 布氏硬度、維氏硬度測試原理基本上一致，以壓頭在試件表面留下的壓痕上承 受的平均應(yīng)力表示材料的硬度。洛氏硬度則是以壓痕的深淺表示材料的硬度。（3 分） 壓痕特點：布氏硬度為球冠；洛氏硬度 HRC 為圓錐坑， HRB

15、 為球冠；維氏硬 度為四棱錐坑。（ 3 分）滲碳層的硬度梯度：顯微維氏硬度 Hv。（ 1分）淬火鋼：洛氏硬度HRC°（ 1 分）灰口鑄鐵：布氏硬度 HBS。（ 1分）高速鋼刀具：洛氏硬度 HRC°（ 1 分）氮化層硬度：（顯微）維氏硬度 Hv。（ 1分）退火態(tài)20鋼：布氏硬度HBSo（1分）格里菲斯理論的基本假設(shè)：實際結(jié)構(gòu)中往往存在微裂紋而不是理想的狀態(tài)。（ 1 分） aEa2丘丫冗丫-a為裂紋半長，E-楊氏模量，丫-表面能密度；（寫出上面任意一個都可以）（2分）適用條件：玻璃等脆性材料。（1分）韌脆轉(zhuǎn)化溫度：在一定的加載方式下，當(dāng)溫度冷卻到某一溫度或溫度范圍時，出現(xiàn)韌性斷

16、裂向脆性斷裂的轉(zhuǎn)變，該溫度稱為韌脆轉(zhuǎn)化溫度。疲勞強度：通常指規(guī)定的應(yīng)力循環(huán)周次下試件不發(fā)生疲勞破壞所承受的上限應(yīng) 力值。內(nèi)耗：材料在彈性范圍內(nèi)加載時由于一部分變形功被材料吸收，則這部份能量稱為內(nèi)耗。3、答： （本題 6 分）V15TT :以V型切口沖擊試件的沖擊功 AK = 20.35J對應(yīng)的溫度為韌脆轉(zhuǎn)化溫 度。（ 1 分）FATT50 :結(jié)晶狀斷口區(qū)所占面積為 50%的溫度作為的韌脆轉(zhuǎn)化溫度。（1 分）810:標(biāo)距等于10d0的長試樣的伸長率。c e：拉伸實驗得到的比例極限。（1分）c0:脈動載荷的疲勞強度。（1分）d0.0 5:拉伸實驗中得到的規(guī)定非比例伸長為 0.05%對應(yīng)的應(yīng)力，通常用來表示彈性指標(biāo)。（ 1 分1 、答:（本題 6 分）滲碳層的硬度分布采用維氏顯微硬度測量，指標(biāo)為 HV0.1 ；淬火鋼采用洛氏硬度測量，具體指標(biāo)為HRC;灰口鑄鐵采用布氏硬度測量，指標(biāo)用 HBS;氮化層 可以采用表面洛氏硬度來測量，高速鋼刀具可以采用洛氏