江大工程材料力學(xué)性能習(xí)題解答

1、第一章1、 彈性變形的實(shí)質(zhì)是什么？答：金屬晶格中原子自平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反映。2、彈性模量E的物理意義？E是一個(gè)特殊的力性指標(biāo)，表現(xiàn)在哪里？答：材料在彈性變形階段，其應(yīng)力和應(yīng)變成正比例關(guān)系（即符合胡克定律），其比例系數(shù)稱(chēng)為彈性模量。E=/。彈性模量可視為衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的指標(biāo)，其值越大，使材料發(fā)生一定彈性變形的應(yīng)力也越大，即材料剛度越大，亦即在一定應(yīng)力作用下，發(fā)生彈性變形越小。彈性模量E是指材料在外力作用下產(chǎn)生單位彈性變形所需要的應(yīng)力。它是反映材料抵抗彈性變形能力的指標(biāo)，相當(dāng)于普通彈簧中的剛度。 特殊表現(xiàn)：金屬材料的E是一個(gè)對(duì)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)，溫度、加載速率等外在因素對(duì)

2、其影響不大，E主要決定于金屬原子本性和晶格類(lèi)型。3、 比例極限、彈性極限、屈服極限有何異同？答：比例極限：應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)符合線(xiàn)性關(guān)系的最高應(yīng)力（應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系的最大應(yīng)力）； 彈性極限：試樣由彈性變形過(guò)渡到彈-塑性變形時(shí)的應(yīng)力；屈服極限：開(kāi)始發(fā)生均勻塑性變形時(shí)的應(yīng)力。4、什么是滯彈性？舉例說(shuō)明滯彈性的應(yīng)用？答：滯彈性：在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時(shí)間延長(zhǎng)產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象。 應(yīng)用：精密傳感元件選擇滯彈性低的材料。5、內(nèi)耗、循環(huán)韌性、包申格效應(yīng)？答：內(nèi)耗：金屬材料在在彈性區(qū)內(nèi)加載交變載荷（振動(dòng)）時(shí)吸收不可逆變形功的能力；循環(huán)韌性：···塑性區(qū)內(nèi)·

3、·· ；包申格效應(yīng)：金屬材料經(jīng)過(guò)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形（殘余應(yīng)變?yōu)?%4%），卸載后再同向加載，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力（彈性極限或屈服極限）增加，反向加載，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力（特別是彈性極限在反向加載時(shí)幾乎降低到零）的現(xiàn)象。6、什么是屈服強(qiáng)度？如何確定屈服強(qiáng)度？答：屈服強(qiáng)度s ：開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形時(shí)的應(yīng)力。對(duì)于屈服現(xiàn)象明顯的材料，以下屈服點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為屈服強(qiáng)度；對(duì)于屈服現(xiàn)象不明顯的材料，以產(chǎn)生0.2%殘余變形的應(yīng)力為其屈服強(qiáng)度。7、屈服強(qiáng)度的影響因素有哪些？答：內(nèi)因：金屬本性及晶格類(lèi)型（位錯(cuò)密度增加，晶格阻力增加，屈服強(qiáng)度隨之提高）晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)（細(xì)晶強(qiáng)化）溶質(zhì)元素（固溶強(qiáng)化）第

4、二相（彌散強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化）；外因：溫度（一般，升高溫度，金屬材料的屈服強(qiáng)度降低）應(yīng)變速率（應(yīng)變速率硬化）應(yīng)力狀態(tài)（切應(yīng)力分量越大，越有利于塑性變形，屈服強(qiáng)度則越低）。8、屈服強(qiáng)度的實(shí)際意義？答：屈服強(qiáng)度是金屬材料重要的力學(xué)性能，它是工程上從靜強(qiáng)度角度選擇韌性材料的基本依據(jù)，是建立屈服判據(jù)的重要指標(biāo)，鋼的屈服強(qiáng)度對(duì)工藝性能也有重要影響，降低屈服強(qiáng)度有利于材料冷成形加工和改善焊接性能。9、靜力韌度的物理意義。答：金屬材料在靜拉伸時(shí)單位體積材料斷裂前所吸收的功定義為靜力韌度，它是強(qiáng)度和塑性的綜合指標(biāo)。10、真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)與工程應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)有何不同？有何意義？ 真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)是哪個(gè)點(diǎn)？答：

5、工程應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)上的應(yīng)力和應(yīng)變是用試樣標(biāo)距部分原始截面積和原始標(biāo)距長(zhǎng)度來(lái)度量的，往往不能真實(shí)反映或度量應(yīng)變；真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)則代表瞬時(shí)的應(yīng)力和應(yīng)變，更為合理，可以疊加，可以不記中間加載歷史，只需知道試樣的初始長(zhǎng)度和最終長(zhǎng)度。工程真實(shí)。關(guān)鍵點(diǎn)是B點(diǎn)，B點(diǎn)前是均勻塑性變形，后是頸縮階段，對(duì)應(yīng)應(yīng)力是抗拉強(qiáng)度。11、什么是應(yīng)變硬化指數(shù)n？有何特殊的物理意義？有何實(shí)際意義？答：應(yīng)變硬化指數(shù)：材料開(kāi)始屈服以后，繼續(xù)變形時(shí)的應(yīng)變硬化情況，決定了材料開(kāi)始頸縮時(shí)的最大應(yīng)力b，反映了金屬材料抵抗均勻塑性變形的能力，是表征金屬材料應(yīng)變硬化行為的性能指標(biāo)。n=最大均勻變形量。 實(shí)際意義：金屬材料的n值較大，則加工成的

6、機(jī)件在服役時(shí)承受偶然過(guò)載的能力也就較大，可以阻止機(jī)件某些薄弱部位繼續(xù)塑性變形，從而保證機(jī)件安全服役。n大的材料，沖壓性能好，應(yīng)變硬化效果突出。不能熱處理強(qiáng)化的材料都可以用應(yīng)變硬化方法強(qiáng)化。12、什么是頸縮？ 頸縮條件、頸縮點(diǎn)意義？ 答：頸縮是韌性金屬材料在拉伸試驗(yàn)時(shí)變形集中于局部區(qū)域的特殊現(xiàn)象，它是應(yīng)變硬化和截面減小共同作用的結(jié)果。 頸縮條件：S=dS/d當(dāng)真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)上的某點(diǎn)的斜率（應(yīng)變硬化速率）等于該點(diǎn)的真實(shí)應(yīng)力時(shí)，縮頸產(chǎn)生；=n當(dāng)金屬材料的應(yīng)變硬化指數(shù)等于最大真實(shí)均勻塑性變形量時(shí)，縮頸產(chǎn)生?？s頸點(diǎn)B是最大應(yīng)力點(diǎn)，也是局部不均勻塑性變形開(kāi)始點(diǎn)，亦稱(chēng)拉伸時(shí)穩(wěn)點(diǎn)或塑性失穩(wěn)點(diǎn)。13、抗拉強(qiáng)度

7、b和實(shí)際意義。 答：抗拉強(qiáng)度b=Fb/A0，韌性金屬材料拉斷過(guò)程中最大力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。 實(shí)際意義：b標(biāo)志韌性金屬材料的實(shí)際承載能力 b是脆性材料的斷裂強(qiáng)度，用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，其許用應(yīng)力便以b為判據(jù) b的高低決定于屈服強(qiáng)度和應(yīng)變硬化指數(shù) b與布氏硬度HBW、疲勞極限-1之間有一定的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。14、塑性及其表示和實(shí)際意義； 答：塑性是指金屬材料斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。 表示：斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。 實(shí)際意義：金屬的塑性指標(biāo)通常不能直接用于機(jī)件的設(shè)計(jì)，但對(duì)靜載下工作的機(jī)件，都要求材料具有一定塑性，以防止偶然過(guò)載時(shí)產(chǎn)生突然破壞。塑性指標(biāo)是安全力學(xué)性能指標(biāo)。塑形對(duì)金屬成形加工是很重要的，金屬有了塑

8、性才能通過(guò)軋制、擠壓等冷熱變形工序生產(chǎn)出合格產(chǎn)品來(lái)；為使機(jī)器裝配、修復(fù)工序順利完成，也需要材料有一定塑性；塑性還能反映冶金質(zhì)量的優(yōu)劣，故可用以評(píng)定材料質(zhì)量。15、靜拉伸的斷口形式；答：正斷：斷裂面取向垂直于最大正應(yīng)力；切斷：斷裂面取向與最大切應(yīng)力方向一致而與最大正應(yīng)力方向約成45°；混合斷：中心部分大致為正斷，兩側(cè)部分為切斷。16、靜拉伸斷口三要素及其意義；答：纖維區(qū)、放射區(qū)、和剪切唇。 意義：上述斷口三區(qū)域的形態(tài)大小和相對(duì)位置，因試樣形狀、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)不同而變化。一般來(lái)說(shuō)，材料強(qiáng)度提高，塑性降低，則放射區(qū)比例增大；試樣尺寸大，放射區(qū)增大明顯，而

9、纖維區(qū)變化不大。通過(guò)觀(guān)察三區(qū)域形態(tài)、大小和相對(duì)位置，可以知道材料的強(qiáng)度、塑性，保證材料的加工要求。17、 解理斷裂及其微觀(guān)斷口特征。答：解理斷裂是在正應(yīng)力作用產(chǎn)生的一種穿晶斷裂，即斷裂面沿一定的晶面（即解理面）分離。解理斷裂常見(jiàn)于體心立方和密排六方金屬及合金，低溫、沖擊載荷和應(yīng)力集中常促使解理斷裂的發(fā)生。面心立方金屬很少發(fā)生解理斷裂。 解理斷裂通常是宏觀(guān)脆性斷裂，它的裂紋發(fā)展十分迅速，常常造成零件或構(gòu)件災(zāi)難性的總崩潰。 微觀(guān)斷口特征：解理臺(tái)階、河流花樣、舌狀花樣。18、微孔聚集斷裂及其微觀(guān)斷口特征。答：微孔聚集斷裂過(guò)程包括微孔形核、長(zhǎng)大、聚合，直至斷裂。（是通過(guò)微孔形核、長(zhǎng)大聚合而導(dǎo)

10、致材料分離的現(xiàn)象） 微觀(guān)斷口特征：圓形或橢圓形韌窩。第二章 1、應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)及其意義；答：最大切應(yīng)力max和最大正應(yīng)力max的比值表示它們的相對(duì)大小，稱(chēng)為應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)。 意義：值越大的試驗(yàn)方法，試樣中最大切應(yīng)力分量越大，表示應(yīng)力狀態(tài)越軟，金屬越易產(chǎn)生塑性變形和韌性斷裂；反之，試樣中最大正應(yīng)力分量越大，應(yīng)力狀態(tài)越硬，金屬越不易產(chǎn)生塑性變形而易于產(chǎn)生脆性斷裂。注意，的絕對(duì)值并不能評(píng)定材料的塑性變形特性。2、缺口效應(yīng)及其產(chǎn)生原因；答：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，產(chǎn)生所謂缺口效應(yīng)。 產(chǎn)生原因：缺口產(chǎn)生應(yīng)力集中，引起三向應(yīng)力狀態(tài)，使材料脆化，由應(yīng)力集

11、中產(chǎn)生應(yīng)變集中，使缺口附近的應(yīng)變速率增加。3、缺口強(qiáng)化；答：在存在缺口的條件下，出現(xiàn)了三向應(yīng)力狀態(tài)，并產(chǎn)生了應(yīng)力集中，試樣的屈服應(yīng)力比單向拉伸時(shí)高，即缺口強(qiáng)化。4、應(yīng)力集中系數(shù)和缺口敏感度；答：缺口引起的應(yīng)力集中程度通常用應(yīng)力集中系數(shù)Kt表示，定義為缺口凈截面上的最大應(yīng)力max與平均應(yīng)力之比。Kt值與材料性質(zhì)無(wú)關(guān)，只決定于缺口幾何形狀。 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bn與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強(qiáng)度b的比值表示，稱(chēng)為缺口敏感度NSR。NSR越大，缺口敏感性越小。5、什么是金屬硬度？意義何在？答：硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)，它既可理解為是材料抵抗彈

12、性變形、塑性變形或破壞的能力，也可表述為材料抵抗殘余變形和反破壞的能力。硬度不是一個(gè)簡(jiǎn)單的物理概念，而是材料彈性、塑性、強(qiáng)度和韌性等力學(xué)性能的綜合指標(biāo)。6、硬度測(cè)試方法有幾種（三類(lèi)）？有何不同？答：劃痕法，硬度值主要表征金屬切斷強(qiáng)度 壓入法，硬度值表征金屬塑性變形抗力及應(yīng)變硬化能力 回跳法，硬度值主要表征金屬?gòu)椥宰冃喂Φ拇笮　?、金屬硬度測(cè)試的意義（或者硬度測(cè)試為什么廣泛應(yīng)用）？答：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便、迅速，同時(shí)又能敏感地反映出金屬材料的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)的差異，所測(cè)硬度能綜合地反映出材料的力學(xué)性能，因而被廣泛應(yīng)用于檢查金屬材料的性能、熱加工工藝的質(zhì)量或研究金屬組織結(jié)構(gòu)的變化。8、布氏硬度原理

13、；答：用一定直徑D（mm）的硬質(zhì)合金球?yàn)閴侯^，施以一定的試驗(yàn)力F（N），將其壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間t（s）后卸除試驗(yàn)力，試樣表面將殘留壓痕。測(cè)量壓痕平均直徑d（mm），求的壓痕球形面積A（mm2）。布氏硬度值（HBW）就是試驗(yàn)力F除以壓痕球形面積A所得商，F(xiàn)以N為單位時(shí)，HBW=0.102F/A9、布氏硬度的特點(diǎn)和適用范圍；答：一般采用直徑較大的壓頭球，因而所得壓痕面積較大。壓痕面積大的優(yōu)點(diǎn)是其硬度值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)別組成相及微小不均性的影響，試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)。缺點(diǎn)：對(duì)不同材料需更換不同直徑的壓頭球和改變?cè)囼?yàn)力，壓痕直徑的測(cè)量也較麻煩，因而用于自動(dòng)

14、檢測(cè)時(shí)受到限制，當(dāng)壓痕直徑較大時(shí)，不宜在成品上進(jìn)行試驗(yàn)。 適用于測(cè)定灰鑄鐵、軸承合金等具有粗大晶粒或組成相的金屬材料的硬度。10、布氏硬度的表示；答：硬度值 符號(hào)HBW 球直徑 試驗(yàn)力 試驗(yàn)力保持時(shí)間（1015s不標(biāo)注）11、洛氏硬度及其表示；答：原理：用圓錐角=120°的金剛石圓錐體測(cè)定。為保證壓頭與試樣表面接觸良好，試驗(yàn)時(shí)先加初始試驗(yàn)力F0，在試樣表面得一深度h0的壓痕。此時(shí)測(cè)量壓痕深度的指針在表盤(pán)上指零。然后加上主試驗(yàn)力F1，壓頭壓入深度為h1.表盤(pán)上指針以逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)刻度位置。試樣在F1作用下產(chǎn)生的總變形h1中包括彈性變形與塑性變形。當(dāng)將F1卸除后，總變形中的彈性變形

15、恢復(fù)，壓頭回升一段距離（h1-h）。這時(shí)試樣表面殘留的塑性變形深度h即為壓痕深度，而指針順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)停止時(shí)所指的數(shù)值就是洛氏硬度值。HR=（k-h）/0.002。當(dāng)使用金剛石圓錐壓頭，k取0.2mm，當(dāng)使用淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，k取0.26mm。表示方法：硬度值、符號(hào)HR、標(biāo)尺字母。12、洛氏硬度的特點(diǎn)和適用范圍；答：優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便迅速，硬度值可直接讀出；壓痕較小，可在工件上進(jìn)行試驗(yàn)；采用不同標(biāo)尺可測(cè)定各種軟硬不同的金屬和厚薄不一的試樣的硬度，因而廣泛用于熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)。缺點(diǎn)：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(cè)硬度值重復(fù)性差，分散度大；此外，用不同標(biāo)尺測(cè)得的硬度彼此

16、無(wú)關(guān)，不能直接比較。 適用范圍：由于洛氏硬度試驗(yàn)所用試驗(yàn)力較大，不能用來(lái)測(cè)定極薄試樣、滲氮層及金屬鍍層等的硬度。第三章1、 什么是沖擊載荷？答：加載速度很快而作用時(shí)間很短的突發(fā)性載荷。2、 加載速率、形變速率。答：加載速率：指載荷施加于試樣或機(jī)件時(shí)的速率，用單位時(shí)間內(nèi)應(yīng)力增加的數(shù)值表示； 形變速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的變形量。3、 三個(gè)材料脆化因素。答：溫度、應(yīng)變速率、應(yīng)力狀態(tài)。4、 低溫脆性（冷脆）。答：材料因溫度的降低導(dǎo)致沖擊韌性急劇下降并引起脆性破壞的現(xiàn)象。5、 沖擊彎曲試驗(yàn)用途。答：用途：控制原材料的冶金質(zhì)量和熱加工后的產(chǎn)品質(zhì)量，即將Ak值作為質(zhì)量控制指標(biāo)使用；根據(jù)系列沖擊試驗(yàn)（低溫沖擊試驗(yàn)）

17、可得Ak值與溫度的關(guān)系曲線(xiàn)，測(cè)定材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。據(jù)此可以評(píng)定材料的低溫脆性?xún)A向，供選材時(shí)參考或用于抗脆斷設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)，要求機(jī)件的服役溫度高于材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。6、 沖擊韌性及其意義。答：沖擊韌性是指材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力，常用標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊吸收功Ak表示。 意義：反映金屬材料對(duì)外來(lái)沖擊負(fù)荷的抵抗能力，沖擊韌度指標(biāo)能揭示材料的變脆傾向。7、 韌脆轉(zhuǎn)變溫度及其意義。答：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，這就是低溫脆性，轉(zhuǎn)變溫度tk稱(chēng)為韌脆轉(zhuǎn)變溫度，也稱(chēng)冷脆轉(zhuǎn)變

18、溫度。意義：是金屬材料的韌性指標(biāo)，反應(yīng)了溫度對(duì)脆性的影響；安全指標(biāo)，tk是從韌性角度選材的重要依據(jù)之一，可用于抗脆斷設(shè)計(jì)，保證機(jī)件服役安全，但不能直接用來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)件的承載能力或截面尺寸；依據(jù)材料的tk值，可以直接或間接估計(jì)機(jī)件的最低使用溫度。第四章1、 低應(yīng)力脆斷及其原因。答：在應(yīng)力水平低于材料屈服極限的情況下所發(fā)生的突然斷裂現(xiàn)象稱(chēng)為低應(yīng)力脆斷。 原因：是由宏觀(guān)裂紋擴(kuò)展引起的。由于裂紋破壞了材料的均勻連續(xù)性，改變了材料內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力分布。2、 應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子K及其意義。答：K表示應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)弱程度，故稱(chēng)。 意義：K決定于裂紋的形狀和尺寸，也決定于應(yīng)力的大小，K越大，該點(diǎn)應(yīng)力越高；材料一定，裂紋尖

19、端某一點(diǎn)位置（r，）給定時(shí)，應(yīng)力分量唯一的決定于K之值；K綜合表示外加應(yīng)力裂紋長(zhǎng)度對(duì)裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的大小或硬度的影響；K加載方式不同，幾何形狀不同，其表達(dá)式不同。3、 Kc斷裂韌性及其意義。答：當(dāng)K增達(dá)到臨界值時(shí)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展導(dǎo)致材料斷裂，這個(gè)臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的K記做Kc或Kc，稱(chēng)為斷裂韌度。 意義：Kc為平面應(yīng)變下的斷裂韌度，表示在平面應(yīng)變條件下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力，Kc越大，材料越難斷裂。實(shí)際意義：由材料的Kc，求工作應(yīng)力臨界裂紋尺寸c ；由材料的Kc和已有的，求斷裂應(yīng)力c ；由c 、來(lái)選材。4、 K斷裂判據(jù)的實(shí)用意義答：斷裂K判據(jù)：滿(mǎn)足KKc或YKc時(shí)，材料脆性斷裂。在工程上，它將材

20、料斷裂韌度同機(jī)件（或構(gòu)件）的工作應(yīng)力及裂紋尺寸的關(guān)系定量地聯(lián)系起來(lái)，因此可直接用于計(jì)算設(shè)計(jì)，如用以估算裂紋體的最大承載能力、允許的裂紋尺寸，以及用于正確選材、優(yōu)化工藝等。5、 K和Kc的區(qū)別答：K是力學(xué)參量，只和載荷及試樣尺寸有關(guān)，而和材料無(wú)關(guān)，而Kc是力學(xué)性能指標(biāo)，只和材料成分和組織結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與載荷及試樣尺寸無(wú)關(guān)。6、 G的物理意義。答：G是使裂紋擴(kuò)展單位長(zhǎng)度的原動(dòng)力，表示裂紋擴(kuò)展單位長(zhǎng)度所需的力。7、 G判據(jù)。答：GGc時(shí)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展，反之不斷裂。隨和單獨(dú)或共同增大都會(huì)使G增大，當(dāng)G增大到Gc時(shí)，材料斷裂。第五章1、 疲勞及疲勞斷裂的特點(diǎn)。答：金屬機(jī)件或構(gòu)件在變動(dòng)應(yīng)力和應(yīng)變長(zhǎng)期作用下，

21、由于累積損傷而引起的斷裂現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞。 特點(diǎn)：疲勞時(shí)低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂，即具有壽命的斷裂；疲勞是脆性斷裂；疲勞對(duì)缺陷十分敏感。2、 疲勞宏觀(guān)斷口特征。答：疲勞斷口有三個(gè)形貌不同的區(qū)域：疲勞源，光亮度最大；疲勞區(qū)，斷口較光滑并分布有貝紋線(xiàn)（或海灘花樣）；瞬斷區(qū)，脆性材料為結(jié)晶狀斷口，韌性材料則在中間平面應(yīng)變區(qū)為放射狀或人字紋斷口，在邊緣平面應(yīng)力區(qū)為剪切唇。3、 載荷、應(yīng)力集中對(duì)斷口形態(tài)的影響。答：載荷：偶然過(guò)載可引起載荷變化，使裂紋前沿殘留下了弧狀臺(tái)階痕跡貝紋線(xiàn)總出現(xiàn)于實(shí)際中，變動(dòng)載荷較平穩(wěn)時(shí)，很難看到貝紋線(xiàn)。 應(yīng)力集中：應(yīng)力集中大，尖銳，擴(kuò)展區(qū)小，斷裂區(qū)大，應(yīng)力集中小，光滑，擴(kuò)展區(qū)大，斷裂區(qū)小

22、。4、 貝紋線(xiàn)及其意義答：是疲勞區(qū)的最大特征，一般認(rèn)為它是由載荷變動(dòng)引起的，每個(gè)疲勞區(qū)的貝紋線(xiàn)好像一簇以疲勞源為圓心的平行弧線(xiàn)，其凹側(cè)指向疲勞源，凸側(cè)指向裂紋擴(kuò)展方向，或是相反的情況，這取決于裂紋擴(kuò)展時(shí)裂紋前沿線(xiàn)各點(diǎn)的前進(jìn)速度。5、 疲勞缺口敏感度。答：金屬材料在交變載荷作用下的缺口敏感性，常用疲勞缺口敏感度qf來(lái)評(píng)定。qf=（Kf-1）/（Kt-1），Kf是疲勞缺口系數(shù)Kf1，是光滑試樣和缺口試樣疲勞極限之比。6、 影響疲勞強(qiáng)度的因素。答：（1）表面狀態(tài)的影響：應(yīng)力集中 表面粗糙度；（2）殘余應(yīng)力及表面強(qiáng)化的影響；（3）材料成分及組織：合金成分 顯微組織 非金屬夾雜物及冶金缺陷。7、 提高疲

23、勞強(qiáng)度的途徑。答：（1）提高強(qiáng)度：合金化熱處理，塑性變形，細(xì)化晶粒；（2）提高塑性；（3）減少表面的疲勞裂紋源，改善表面光潔度，改善表面應(yīng)力集中，表面處理（壓應(yīng)力）；（4）減少夾雜物。8、 低周疲勞及其特點(diǎn)。答：金屬在循環(huán)載荷作用下，疲勞壽命為102105次的疲勞斷裂稱(chēng)為低周疲勞。特點(diǎn)：（1）低周疲勞時(shí)，因局部區(qū)域產(chǎn)生宏觀(guān)塑性變形，故循環(huán)應(yīng)力與應(yīng)變之間不在呈直線(xiàn)關(guān)系，形成滯后回線(xiàn)；（2）低周疲勞試驗(yàn)時(shí)，或者控制總應(yīng)變范圍，或者控制塑性應(yīng)變范圍，在給定的t或p下測(cè)定壽命。試驗(yàn)結(jié)果處理不用S-N曲線(xiàn)，而要改用t/2-2Nf或p/2-2Nf曲線(xiàn)，以描述材料的低周疲勞規(guī)律；（3）低周疲勞有幾個(gè)裂紋源，

24、低周疲勞微觀(guān)斷口的疲勞條帶較粗，間距也寬一些，常不連續(xù)；（4）壽命決定于塑性應(yīng)變幅。9、 循環(huán)硬化和循環(huán)軟化。答：若金屬材料在恒定應(yīng)變范圍循環(huán)作用下，隨循環(huán)周次增加其應(yīng)力（形變抗力）不斷增加，即為循環(huán)硬化，反之則為循環(huán)軟化。10、 高、低周疲勞的主要區(qū)別。答：高周疲勞斷裂壽命105周次，而低周疲勞壽命在102105周次；高周疲勞斷裂應(yīng)力水平較低，s ，低周疲勞斷裂應(yīng)力水平較高，s ；高周疲勞彈性應(yīng)變幅起主導(dǎo)作用，而低周疲勞是塑性應(yīng)變幅起主導(dǎo)作用。第六章1、 應(yīng)力腐蝕及其特點(diǎn)。答：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(guò)一段時(shí)間后所產(chǎn)生的低應(yīng)力脆斷現(xiàn)象。 特點(diǎn)：（1）凈應(yīng)力，而且遠(yuǎn)低于材料的

25、屈服強(qiáng)度，一般為拉伸應(yīng)力；（2）脆性斷裂，無(wú)明顯的塑性變形；（3）特定的合金成分和特定的介質(zhì)相組合造成；（4）裂紋擴(kuò)展速率像疲勞的漸進(jìn)緩慢；（5）裂紋源多起于表面蝕坑處，傳播途徑常垂直于拉力軸；（6）斷口顏色灰暗，表面有腐蝕產(chǎn)物；（7）主裂紋擴(kuò)展時(shí)常有分支；（8）可以是穿晶斷裂或沿晶斷裂。2、 預(yù)防應(yīng)力腐蝕的措施。答：（1）合理選擇金屬材料，針對(duì)機(jī)件所受應(yīng)力和接觸的化學(xué)介質(zhì)，選用耐應(yīng)力腐蝕的金屬材料；（2）減少或消除機(jī)件中的殘余拉應(yīng)力；（3）改善化學(xué)介質(zhì)，一方面減少和消除促進(jìn)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的有害化學(xué)離子，另一方面，也可在化學(xué)介質(zhì)中添加緩蝕劑；（4）采用電化學(xué)保護(hù)，一般采用陰極保護(hù)法。3、 氫脆、

26、氫脆類(lèi)型及防止措施。答：由于氫和應(yīng)力的共同作用而導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生脆性斷裂的現(xiàn)象。 （1） 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)致金屬脆化；（2）白點(diǎn)（發(fā)裂） 鋼中過(guò)量的氫隨溫度降低溶解度減小，若過(guò)飽和的氫未擴(kuò)散逸出，便聚集在某些缺陷處而形成氫分子，氫體積急劇膨脹，形成微裂紋；（3）氫化物致脆 IVB或VB族金屬與氫有較大親和力，極易產(chǎn)生脆性氫化物，使金屬脆化；（4）氫致延滯斷裂 高強(qiáng)度鋼或+鈦合金中，含有適量的處于固溶狀態(tài)的氫，在低于屈服強(qiáng)度的應(yīng)力持續(xù)作用下，經(jīng)過(guò)一段孕育期后，在金屬內(nèi)部尤其是在三向拉應(yīng)力區(qū)形成裂紋，裂紋逐步擴(kuò)展，最后突然發(fā)生脆斷。防止措施

27、：（1）環(huán)境因素 設(shè)法切斷氫進(jìn)入金屬中的途徑，或者控制這條途徑上的某個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，延緩在這個(gè)環(huán)節(jié)上的反應(yīng)速度，使氫不進(jìn)入或少進(jìn)入金屬中；（2）力學(xué)因素 在機(jī)件設(shè)計(jì)和加工過(guò)程中，應(yīng)排除各種產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力的因素，相反，采用表面處理使表面獲得殘余壓應(yīng)力層，對(duì)防止氫致延滯斷裂有良好作用；（3） 材質(zhì)因素 含碳量較低且硫、磷含量較少的鋼，氫脆敏感性低。（4） 限制鋼的強(qiáng)度等級(jí)、細(xì)化晶粒、防止冷變形、制定正確的熱加工工藝。第七章1、 磨損及其分類(lèi)（按磨損機(jī)理分）答：機(jī)件表面相接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，表面逐漸有微小顆粒分離出來(lái)形成磨屑，使表面材料逐漸流失、造成表面損傷的現(xiàn)象即為磨損。 類(lèi)型：粘著磨損、磨粒磨損、沖

28、蝕磨損、疲勞磨損（接觸疲勞）、腐蝕磨損和微動(dòng)磨損。2、粘著磨損是如何產(chǎn)生的？如何提高材料的抗粘著磨損能力？答：實(shí)際接觸點(diǎn)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(diǎn)從軟的一方被剪斷轉(zhuǎn)移到硬的一方金屬表面， 隨后脫落形成磨屑 舊的粘著點(diǎn)剪斷后， 新的粘著點(diǎn)產(chǎn)生， 隨后也被剪斷、 轉(zhuǎn)移。 如此重復(fù)， 形成磨損過(guò)程。改善粘著磨損耐磨性的措施 ：（1）選擇合適的摩擦副配對(duì)材料 選擇原則: 配對(duì)材料的粘著傾向小，互溶性小，表面易形成化合物的材料，金屬與非金屬配對(duì)（2）采用表面化學(xué)熱處理改變材料表面狀態(tài)，進(jìn)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

29、小摩擦因素。 （4）控制摩擦滑動(dòng)速度和接觸壓力，減小滑動(dòng)速度和接觸壓力能有效降低粘著磨損。（5）改善潤(rùn)滑條件，降低表面粗糙度，提高氧化膜與機(jī)體結(jié)合力都能降低粘著磨損。3、 磨粒磨損及其類(lèi)型。答：當(dāng)摩擦副一方表面存在堅(jiān)硬的細(xì)微的突起，或者在接觸面之間存在著硬質(zhì)粒子時(shí)所產(chǎn)生的一種磨損。 據(jù)磨粒所受應(yīng)力大小不同可分為：鑿削式磨粒磨損、高應(yīng)力碾碎性磨粒磨損、低應(yīng)力擦傷性磨粒磨損。4、 什么是微動(dòng)磨損？如何減少微動(dòng)磨損？答：接觸表面之間因存在小振幅相對(duì)振動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的磨損。改善措施：首先是加強(qiáng)緊配，保證足夠的過(guò)盈量，避免產(chǎn)生微小振動(dòng)?；瘜W(xué)熱處理，提高摩擦副表面抗粘著能力，以減輕微動(dòng)磨損。鋼制機(jī)件經(jīng)

30、表面滲硫或硫氮共滲處理，可顯著提高抗微動(dòng)磨損能力。在摩擦副間加絕緣層或充填聚四氟乙烯，既防止微突起接觸，又阻止氧參與磨損過(guò)程，可大大減輕微動(dòng)磨損。5、 腐蝕磨損和氧化磨損。答：在摩擦過(guò)程中，摩擦副之間或摩擦副表面與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)形成腐蝕產(chǎn)物，腐蝕產(chǎn)物的磨損和脫落引起腐蝕磨損。氧化磨損：機(jī)件表面有氧的吸附層，當(dāng)摩擦副作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，表面凸起部位壓力大而產(chǎn)生塑性變形，加速了氧向金屬內(nèi)部擴(kuò)散，形成強(qiáng)度低氧化膜，繼而被摩擦副一方的凸起所剝落，裸露出新表面，從而又氧化，然后又被磨去。如此，氧化膜形成又除去，機(jī)件表面逐漸被磨損。6、 接觸疲勞與接觸應(yīng)力。答：接觸疲勞：機(jī)件兩接觸面做滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)摩擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力長(zhǎng)期作用下，材料表面因疲勞損傷，導(dǎo)致局部區(qū)域產(chǎn)生小片或小塊狀金屬剝落而使材料流失的現(xiàn)象； 接觸應(yīng)力：兩物體相互接觸時(shí)，在表面上產(chǎn)生的局部壓入應(yīng)力。7、 接觸疲勞破壞有幾種形式？它們是如何產(chǎn)生的？為什么？答：（1）麻點(diǎn)剝落：初始裂紋形成初始裂紋擴(kuò)展二次裂紋形成二次裂紋擴(kuò)展形成麻點(diǎn)剝落；（2）淺層剝落：裂紋產(chǎn)生于0.5b處附近該處切應(yīng)力最大，塑變反復(fù)進(jìn)行，形成裂紋裂紋沿非金屬夾雜物擴(kuò)展淺層剝落；（3）深層剝落：初始裂紋在表面硬化機(jī)件過(guò)渡區(qū)內(nèi)產(chǎn)生裂紋先沿過(guò)渡區(qū)擴(kuò)展，再垂直于