《工程材料力學(xué)性能》考試復(fù)習(xí)題(共4頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上名詞解釋1，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。：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)生的變化。3，缺口敏感度：金屬材料的缺口敏感性指標(biāo)，用缺口試樣的抗拉強(qiáng)度與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強(qiáng)度的比值表示。4，沖擊吸收功：沖擊彎曲試驗(yàn)中試樣變形和斷裂所消耗的功5，過載損傷界：抗疲勞過載損傷的能力用過載損傷界表示。6，應(yīng)力腐蝕：材料或零件在應(yīng)力和腐蝕環(huán)境的共同作用下引起的破壞7，氫蝕： 由于氫與金屬中的第二相作用生成高壓氣體，使基體金屬晶界結(jié)合力減弱而導(dǎo)8，金屬脆化。氫蝕斷裂的宏觀

2、斷口形貌呈氧化色，顆粒狀。微觀斷口上晶界明顯加寬，呈沿晶斷裂。9，磨損：機(jī)件表面相互接觸并產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，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。10，耐磨性：機(jī)件表面相互接觸并產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，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。論述1，影響屈服強(qiáng)度的因素：內(nèi)因：a金屬本性及晶格類型b晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)c溶質(zhì)元素d第二相外因：a溫度b應(yīng)變速率c應(yīng)力狀態(tài)2，影響韌脆轉(zhuǎn)變的因素：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)元素韌脆轉(zhuǎn)變溫度 2置換型溶質(zhì)元素一般也能提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度，但Ni和一

3、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(cuò)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：珠光體上貝氏體鐵素體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

4、相質(zhì)點(diǎn)對鋼的韌性有重要影響，影響的程度與第二相質(zhì)點(diǎn)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)。3，影響韌度斷裂的因素：內(nèi)因：a化學(xué)成分： 細(xì)化晶粒的元素強(qiáng)度、塑性KIC； 強(qiáng)烈固溶強(qiáng)化的元素塑性KIC； 形成金屬間化合物并呈第二相析出的元素塑性KIC； b基體相結(jié)構(gòu)和晶粒大小的影響： 基體相結(jié)構(gòu)易于產(chǎn)生塑性變形KIC，如對鋼鐵材料：面心立方的KIC高于體心立方的KIC。 晶粒大小對KIC的影響與對常規(guī)力學(xué)性能的影響不同，一般，晶粒細(xì)化KIC，但某些情況下，粗晶粒的KIC反而較高。 c夾雜和第二相的影響 非金屬夾雜物KIC； 脆性第二相的體積分?jǐn)?shù)KIC； 韌性第二相形態(tài)和數(shù)量適

5、當(dāng)時(shí)KIC； 鋼中微量雜質(zhì)元素(Sb、Sn、As等) KIC d顯微組織的影響 板條馬氏體針狀馬氏體。 回火索氏體回火托氏體回火馬氏體 下貝氏體上貝氏體 馬氏體組織中存在一定的殘余奧氏體KIC外因：a溫度：一般大多數(shù)結(jié)構(gòu)鋼的斷裂韌度隨溫度降低而下降，但隨材料強(qiáng)度增加，KIC隨溫度變化的趨勢趨于緩和。 b應(yīng)變速率：應(yīng)變速率KIC，但當(dāng)應(yīng)變速率很大時(shí)，形變熱量來不及傳導(dǎo)，造成絕熱狀態(tài)，導(dǎo)致局部溫度升高，KIC又回升。計(jì)算題1，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t5mm，圓筒內(nèi)徑D1500mm；所用材料的0.2 1800MPa， KIC 62MPam1/2 。焊接后發(fā)現(xiàn)焊縫中有

6、縱向半橢圓裂紋，尺寸為2c6mm,a0.9mm，試問該容器能否在p6MPa的壓力下正常工作? 解：=pD/2t=6*1.5/（2*0.005）MPa=900MPa 由于/0.2=900/1800=0.5，所以不需要對KI進(jìn)行修正 c=（1/Y）*KIC/（a0.5） Y=1.1（0.5）/，當(dāng)a/c=0.9/3=0.3時(shí)，查附錄得： =1.10，所以Y=0.5 c=1/（0.5）*62/(0.00090.5)=1166MPa顯然，c>，不會發(fā)生爆炸，可以正常工作2，有一高壓殼體承受很高的工作壓力，其周向工作拉應(yīng)力=1400MPa，采用超高強(qiáng)度鋼制造，探傷時(shí)有漏檢小裂紋，為縱向表面半橢圓(

7、a=1mm,a/c=0.6)?，F(xiàn)對材料進(jìn)行兩種不同工藝熱處理，一種是淬火高溫回火的A工藝，其性能是0.2 1700MPa， KIC 78 MPam1/2 ；另一種是淬火中低溫回火的B工藝，其性能是0.2 2100MPa ， KIC 47 MPam1/2。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：/s=1400/1700=0.82，須修正。以KIC代KI c=KIC/3.8a*0.001+0.212(78/1700)20.5MPa=1532MPa >cB，會發(fā)生脆斷，不安全3，有一筒式容器由高強(qiáng)鋼45CrNiMoV制成，厚度t2.6mm，筒徑D300mm。材

8、料經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理后，力學(xué)性能0.2 1510MPa， b 1720MPa,=8.2%， KIC 68 MPam1/2 。在水壓p=22.5MPa試驗(yàn)時(shí)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：=（pD/2t）=（22.5*0.3）/（2*0.0026）MPa=1298MPa /s=0.86，須修正。 當(dāng)a/c=0.74/2.7=.274時(shí)，2=1.165 c=1289MPa 容器水壓應(yīng)力略高于脆斷應(yīng)力c，會發(fā)生脆性爆炸。4，某冶金廠大型氧氣頂吹爐的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主軸，在工作時(shí)經(jīng)61次搖爐煉鋼后發(fā)生低應(yīng)力脆斷。其斷口

9、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， 0.2 600MPa， b 860MPa，Aku=38J, =8。試用斷口分析和斷裂力學(xué)分析其斷裂原因。 解：ac=（1/Y2）*（KIC/c)2 最大軸向外加應(yīng)力外=25MPa 前緣殘余拉應(yīng)力內(nèi)=120MPa =外+內(nèi)=（25+120）MPa=145MPa 查得 KIC=120MPa*m0.5。由于a/c0，是個(gè)淺長的表面半橢圓裂紋Y1.95 Ac=1202/(1.952)*(1452)=0.180m=180mm結(jié)果與實(shí)際斷口分析的185mm相比，吻合，分析正確。知識點(diǎn)1，退火低碳鋼在拉伸應(yīng)

10、力作用下的變形過程可分為 彈性變形、不均勻屈服塑性變形、均勻塑性變形、不均勻集中塑性變形和斷裂5各階段。2，彈性模量（剛度）主要決定雨金屬原子本性和晶格類型。合金化、熱處理、冷塑性變形對彈性模量的影響較小。3，彈性比功又稱彈性比能、彈性必能，表示金屬材料吸收彈性變形功的能力。它決定于彈性模量和彈性極限。4，滯彈性：在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時(shí)間延長產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象。5，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。消除方法，預(yù)先進(jìn)行較大的塑性變形，或在第二次反向受力前先使金屬材料于回復(fù)或再結(jié)晶溫度下退

11、火。6，金屬材料常見的塑性變形方式主要為滑移和孿生。7，屈服現(xiàn)象：材料從彈性變形階段向塑性變形階段過渡過程中，外力不增加試樣仍然繼續(xù)伸長；或外力增加到一定數(shù)值時(shí)突然下降，隨后，在外力不增加或上下波動(dòng)情況下，試樣繼續(xù)伸長變形。 屈服點(diǎn)：外力不增加仍能唏噓伸長時(shí)的應(yīng)力稱為屈服點(diǎn)s。力首次下降前的最大應(yīng)力成為上屈服點(diǎn)su。當(dāng)不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)屈服階段中的最小應(yīng)力稱下屈服點(diǎn)sl。8，應(yīng)變硬化：金屬材料阻止繼續(xù)塑性變形的能力 意義：可使金屬零件具有抵抗偶然過載的能力， 保證安全 工程上強(qiáng)化材料的重要手段。 應(yīng)變硬化性能可以保證某些冷成形工藝，如冷拔線材和深沖成形等順利進(jìn)行。9，斷后伸長率：試樣拉伸后標(biāo)距

12、的伸長與原始標(biāo)距的百分比斷面收縮率：試樣拉斷后，縮頸處橫截面積的最大縮減量雨原始很截面積的百分比10，三種失效形式，磨損、腐蝕和斷裂，其中斷裂危害最大。 端口特征三要素：纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇。（材料強(qiáng)度提高，塑性降低，則放射區(qū)比例增大；試樣尺寸加大，放射區(qū)增大明顯，而纖維區(qū)變化不大。）11，斷裂分類塑性變形大?。?）脆性斷裂：斷裂前無明顯的塑性變形，斷口形貌是光亮的結(jié)晶狀 （2）韌性斷裂：斷裂前明顯塑性變形，斷口形貌是暗灰色纖維狀斷裂面的取向（1）正斷：斷裂的宏觀表面垂直雨max方向 （2）切斷：斷裂宏觀表面平行與max裂紋擴(kuò)展途徑（1）穿晶斷裂：裂紋穿過晶粒內(nèi)部 （2）沿晶斷裂：斷裂沿境界

13、擴(kuò)展 斷 裂 機(jī) 理（1）解理斷裂：無明顯塑性變形 沿解理面分離，穿晶斷裂 （2）微孔聚集型斷裂：沿晶界微孔聚合，沿晶斷裂 在晶內(nèi)微孔聚合，穿晶斷裂 （3）純 剪 切 斷 裂：沿滑移面分離剪切斷裂（單晶體） 通過縮頸導(dǎo)致最終斷裂（多晶體、高純金屬）12，解理斷裂的圍觀端口特征解理斷裂：河流花樣、舌狀花樣準(zhǔn) 解 理：都是穿晶斷裂，有小解理刻面，有臺階或撕裂棱及河流花樣；準(zhǔn)解理小刻面不是晶體學(xué)解理面，真正解理裂紋常源于晶界，而準(zhǔn)解理裂紋則常袁雨晶內(nèi)硬質(zhì)點(diǎn)，形成從晶內(nèi)某點(diǎn)法院的放射狀河流花樣。準(zhǔn)解理不是一種獨(dú)立的斷裂機(jī)理，而是借力斷裂的變種。13，圍觀聚集斷裂的微觀斷口特征：韌窩14，彎曲彎曲試驗(yàn)的

14、特點(diǎn)金屬桿狀試樣承受彎矩作用后，其內(nèi)部應(yīng)力主要為正應(yīng)力。但桿截面上的應(yīng)力分布不均勻，表面最大，中心為零，且應(yīng)力方向發(fā)生變化。 1）  彎曲試驗(yàn)的試樣形狀簡單，操作方便。常用于測定鑄鐵、鑄造合金、工具鋼及硬質(zhì)合金等脆性與低塑性材料的強(qiáng)度和顯示塑性的差別。 2）  彎曲試驗(yàn)時(shí)可用試樣彎曲的撓度顯示材料的塑性。 3）  彎曲試驗(yàn)時(shí)，試樣的表面應(yīng)力最大，可較靈敏地反映材料的表面缺陷。常用來比較和鑒定滲碳層和表面淬火層等表面熱處理機(jī)件的質(zhì)量和性能。15，缺口效應(yīng)：引起應(yīng)力集中，并改變?nèi)笨谇胺降膽?yīng)力狀態(tài)。對于脆性或低塑性材料，使其抗拉強(qiáng)度降低。使塑性材料強(qiáng)度增高，塑性降低16

15、，硬度硬度測試方法分類 1）  彈性回跳法：如肖氏硬度，表示金屬彈性變形功的大小。 2）  壓入法：如布氏、洛氏、維氏硬度等，表示金屬塑性變形能力及應(yīng)變硬化能力。 3）  劃痕法：如莫氏硬度，表示金屬對切斷的抗力。布氏硬度特點(diǎn)： 1）  壓痕面積較大，優(yōu)點(diǎn)是能反映金屬在較大范圍內(nèi)各組成相的平均性能，而不受個(gè)別相及微小不均勻性 的影響，且試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)；缺點(diǎn)是壓痕較大時(shí)不宜在成品上進(jìn)行試驗(yàn)。 2）  布氏硬度試驗(yàn)對不同材料需更換壓頭直徑和試驗(yàn)力，壓痕直徑的測量也比較麻煩，因而自動(dòng)檢測受到限制。 3）  布氏硬度試驗(yàn)特別適用于測定

16、灰鑄鐵、軸承合金等具有粗大晶?；蚪M成相的材料硬度洛氏硬度特點(diǎn)： 1）操作簡便迅速，硬度值可直接讀出； 2）壓痕較小，可直接在工件上進(jìn)行試驗(yàn)； 3）適用范圍廣，可廣泛用于熱處理質(zhì)量的檢驗(yàn)； 4）由于壓痕小，代表性差，重復(fù)性差，數(shù)據(jù)分散度大； 5）用不同標(biāo)尺的硬度值彼此不能直接進(jìn)行比較。 其他方法 1）肖氏硬度：重錘落向表面，測回跳高度。使用方便，便于攜帶。故可現(xiàn)場大型工件的硬度。其缺點(diǎn)是試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性受人為因素影響較大，測量精度較低。 2）莫氏硬度：只表示硬度從小到大的順序，不表示軟硬的程度，后面的材料可以劃破前面的材料表面。17，沖擊韌性,：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

17、的能力。沖擊韌度常用標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊吸收功Ak表示。 18，低溫脆性：體心立方金屬及合金、某些密排六方金屬及合金，尤其是工程上常用的中、低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，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)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機(jī)理由微孔聚集型變?yōu)榇┚Ы饫硇停瑪嗫谔卣饔衫w維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這即低溫脆性，轉(zhuǎn)變溫度tk稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度，亦稱冷脆轉(zhuǎn)變溫度。（材料屈服強(qiáng)度急劇升高的溫度，或斷后伸長率、斷面收縮率、沖級吸收功幾句減小的溫度，就是人催轉(zhuǎn)變溫度tk。19，斷裂韌度測試時(shí)為什么規(guī)定外形和尺寸？由于KIC是擦了在平面應(yīng)變和小范圍屈服條件下的KI臨界值，因此，測定KIC時(shí)用的試樣尺寸，必須保證裂紋

18、尖端附近處于平面應(yīng)變和小范圍屈服狀態(tài)。為此，厚度B、裂紋長度a及韌帶寬度（W-a）滿足比塑性區(qū)寬度R0大一個(gè)數(shù)量級。20，影響斷裂韌度KIC的因素21，疲勞：金屬機(jī)件或構(gòu)件在變動(dòng)應(yīng)力和應(yīng)變長期作用下，由于累積損傷而引起的斷裂現(xiàn)象。疲勞的分類 （1）按斷裂壽命和應(yīng)力高低不同分類高周疲勞：Nf > 105 ；<s 亦稱低應(yīng)力疲勞。低周疲勞：Nf = 102105 ；s 亦稱高應(yīng)力疲勞或應(yīng)變疲勞。 （2）按應(yīng)力狀態(tài)不同分類彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞、拉壓疲勞、復(fù)合疲勞等。 （3）按環(huán)境和接觸情況不同分類大氣疲勞、腐蝕疲勞、高溫疲勞、接觸疲勞、熱疲勞等。典型疲勞斷口三形貌：疲勞源、疲勞區(qū)及瞬斷區(qū)。22，疲勞過程疲勞過程包括疲勞裂紋萌生、裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展及最后失穩(wěn)擴(kuò)展三個(gè)階段。疲勞裂紋萌生：滑移帶開裂相界面開裂晶界開裂疲勞裂紋擴(kuò)展：疲勞裂紋形成后沿與正應(yīng)力