材料力學(xué)性能習(xí)題及解答庫(kù)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一章 習(xí)題答案一、解釋下列名詞1、彈性比功：又稱為彈性比能、應(yīng)變比能，表示金屬材料吸收彈性變形功的能力。2、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。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，稱為金屬的循環(huán)韌性。4、包申格效應(yīng)：先加載致少量塑變，卸載，然后在再次加載時(shí)，出現(xiàn)e升高或降低的現(xiàn)象。5、解理刻面：大致以晶粒大小為單位的解理面稱為解理刻面。6、塑性、脆性和韌性：塑性是指材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久（塑性）變形的能力。韌性：指材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力，或指材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力7、解理臺(tái)階：高度不同的相

2、互平行的解理平面之間出現(xiàn)的臺(tái)階叫解理臺(tái)階；8、河流花樣：當(dāng)一些小的臺(tái)階匯聚為在的臺(tái)階時(shí)，其表現(xiàn)為河流狀花樣。9、解理面：晶體在外力作用下嚴(yán)格沿著一定晶體學(xué)平面破裂，這些平面稱為解理面。10、穿晶斷裂和沿晶斷裂：沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴(kuò)展，一定是脆斷，且較為嚴(yán)重，為最低級(jí)。穿晶斷裂裂紋穿過晶內(nèi)，可以是韌性斷裂，也可能是脆性斷裂。11、韌脆轉(zhuǎn)變：指金屬材料的脆性和韌性是金屬材料在不同條件下表現(xiàn)的力學(xué)行為或力學(xué)狀態(tài)，在一定條件下，它們是可以互相轉(zhuǎn)化的，這樣的轉(zhuǎn)化稱為韌脆轉(zhuǎn)變。二、說明下列力學(xué)指標(biāo)的意義、（）：（）分別為拉伸楊氏模量和切變模量，統(tǒng)稱為彈性模量，表示產(chǎn)生100%彈性變形所需的應(yīng)力。、r 、

3、0.2、s: r :表示規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力，試樣卸除拉伸力后，其標(biāo)距部分的殘余伸長(zhǎng)達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力。0.2：表示規(guī)定殘余伸長(zhǎng)率為0.2%時(shí)的應(yīng)力。s：表征材料的屈服點(diǎn)。、b：韌性金屬試樣在拉斷過程中最大試驗(yàn)力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度。、n:應(yīng)變硬化指數(shù)，它反映了金屬材料抵抗繼續(xù)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)。、gt、：是斷后伸長(zhǎng)率，它表征試樣拉斷后標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的百分比。gt是最大試驗(yàn)力的總伸長(zhǎng)率，指試樣拉伸至最大試驗(yàn)力時(shí)標(biāo)距的總伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的百分比，也就是金屬材料拉伸時(shí)產(chǎn)生的最大均勻塑性變形量。是斷面收縮率，縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積

4、的百分比。三、金屬的彈性模量主要取決于什么因素？為什么說它是一個(gè)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)？金屬的彈性模量主要取決于金屬原子本性和晶格類型。合金化、熱處理（顯微組織）、冷塑性變形對(duì)彈性模量的影響較小，溫度、加載速率等外在因素對(duì)其影響也不大，所以，金屬材料的彈性模量是一個(gè)對(duì)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)。四、今有45、40r 、35ro鋼和灰鑄鐵幾種材料，你選擇哪種材料作機(jī)床床身？為什么？選擇灰鑄鐵，因?yàn)樽鳛闄C(jī)床床身材料必須要求循環(huán)韌性高，以保證機(jī)器的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)?；诣T鐵中含有不易傳送彈性機(jī)械振動(dòng)的石墨，具有很高的循環(huán)韌性。五、試述多晶體金屬產(chǎn)生明顯屈服的條件，并解釋bcc金屬及其合金與fcc金屬及其合金屈

5、服行為不同的原因。6、試述退火低碳鋼、中碳鋼及高碳鋼的屈服現(xiàn)象在拉伸力伸長(zhǎng)曲線圖上的區(qū)別？為什么?答：從退火低碳鋼、中碳鋼及高碳鋼的拉伸力伸長(zhǎng)曲線圖上可以明顯看出，三種不同鋼種的拉伸力伸長(zhǎng)曲線圖有區(qū)別，可以看出退火低碳鋼的屈服現(xiàn)象最明顯，其次是退火中碳鋼，而高碳鋼幾乎看不到屈服現(xiàn)象。但根據(jù)條件屈服強(qiáng)度可以判斷出隨著碳含量的增加，屈服強(qiáng)度在提高。這主要是因?yàn)殡S著碳含量的增加，碳原子對(duì)基體的強(qiáng)化作用越來越強(qiáng)，阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。7、決定金屬屈服強(qiáng)度的因素有哪些？答：影響金屬屈服強(qiáng)度的因素分為內(nèi)在因素和外在因素。內(nèi)在因素有金屬本性及晶格類型、晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)、溶質(zhì)元素、第二相粒子；外在因素有溫度、應(yīng)變

6、速率和應(yīng)力狀態(tài)。8、試述、兩種塑性指標(biāo)評(píng)定金屬材料塑性的優(yōu)缺點(diǎn)？答：對(duì)于在單一拉伸條件下工作的長(zhǎng)形零件，無(wú)論其是否產(chǎn)生縮頸，用來評(píng)定材料的塑性，因?yàn)楫a(chǎn)生縮頸時(shí)局部區(qū)域的塑性變形量對(duì)總伸長(zhǎng)實(shí)際上沒有什么影響。如果金屬材料機(jī)件是非長(zhǎng)形件，在拉伸時(shí)形成縮頸，則用作為塑性指標(biāo)。因?yàn)榉从沉瞬牧蠑嚅_前的最大塑性變形量，而此時(shí)則不能顯示材料的最大塑性。是在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下形成的，冶金因素的變化對(duì)材料的塑性的影響在上更為突出，所以比對(duì)組織變化更為敏感。9、試舉出幾種能顯著強(qiáng)化金屬而又不降低塑性的方法？答：細(xì)晶強(qiáng)化，通過細(xì)化晶粒提高金屬?gòu)?qiáng)度的方法，它既可以顯著強(qiáng)化金屬，又不降低塑性的方法。10、試述韌性斷裂與脆性

7、斷裂的區(qū)別。為什么脆性斷裂最危險(xiǎn)？答：韌性斷裂是金屬材料斷裂前產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形的斷裂，這種斷裂有一個(gè)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，斷裂前期丁不發(fā)生塑性變形，沒有明顯征兆，因此脆性斷裂在生產(chǎn)中是很危險(xiǎn)的。11、剪切斷裂與解理斷裂都是穿晶斷裂？為什么斷裂的性質(zhì)完全不同？答：剪切斷裂是金屬材料在切應(yīng)力作用下，沿滑移面分離而造成的滑移面分離斷裂，其中又分滑斷（純剪切斷裂）和微孔聚集型斷裂。純金屬尤其是單晶體金屬常產(chǎn)生純剪切斷裂，其斷口呈鋒利的楔形或刀尖型。而解理斷裂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

8、斷裂。12、在什么情況下易出現(xiàn)沿晶斷裂？怎樣才能減小沿晶斷裂的傾向？答：當(dāng)晶界上有一薄層連續(xù)或不連續(xù)脆性第二相、夾雜物，破壞了晶界的連續(xù)所造成，也可能是雜質(zhì)元素向晶界偏聚引起的，如應(yīng)力腐蝕、氫脆、回火脆性、淬火裂紋、磨削裂紋等都是沿晶斷裂。要減小沿晶斷裂的傾向，則要求防止應(yīng)力腐蝕、氫脆、回火脆性、淬火裂紋、磨削裂紋等出現(xiàn)。13、何為拉伸斷口三要素？影響宏觀拉伸斷口性態(tài)的因素有哪些？答：拉伸斷口的三要素：纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇；影響宏觀拉伸斷口性態(tài)的因素有試樣的形狀、尺寸和金屬材料的性能以及試驗(yàn)溫度、加載速率和腕力狀態(tài)不同而變化。14、板材宏觀斷口的主要特征是什么？如何尋找斷裂源？答：板狀矩形拉

9、伸試樣斷口中呈人字紋花樣。根據(jù)人字紋花樣的放射方向，順著尖頂指向可以找到裂紋源。15、試證明，滑移相交產(chǎn)生微裂紋的柯垂耳機(jī)理對(duì)fcc金屬而言在能量上是不利的。16、通常純鐵的s2J,E=2*105MPa,a0=2.5×1010m，試求其理論斷裂強(qiáng)度m 。解：由題意可得： 17、試述格雷菲斯裂紋理論分析問題的思路，推導(dǎo)格雷菲斯方程，并指出理論的局限性。18、若一薄板物體內(nèi)部存在一條長(zhǎng)3的裂紋，且a03×108cm，試求脆性斷裂時(shí)的斷裂應(yīng)力。（設(shè)m0.1E2×105MPa ）19、有一材料E2×1011N，s8Nm，試計(jì)算在7×107N 的拉應(yīng)力作

10、用下，該材料中能擴(kuò)展的裂紋之最小長(zhǎng)度？20、斷裂強(qiáng)度c與抗拉強(qiáng)度b有何區(qū)別？答：抗拉強(qiáng)度b指材料在拉伸過程中，從開始到發(fā)生斷裂時(shí)所達(dá)到的最大應(yīng)力值。它表示鋼材抵抗斷裂的能力大小。斷裂強(qiáng)度c是指在拉伸過程中，材料斷裂時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值。21、鐵素體的斷裂強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度均與晶粒尺寸d1/2成正比，怎樣解釋這一現(xiàn)象？22、裂紋擴(kuò)展擴(kuò)展受哪些因素支配？23、試分析能量斷裂判據(jù)與應(yīng)力斷裂判據(jù)之間的關(guān)系24、有哪些因素決定韌性斷口的宏觀形貌？答：韌性斷口的宏觀形貌決定于第二相質(zhì)點(diǎn)的大小和密度、基體材料的塑性變形能力和應(yīng)變硬化指數(shù)，以及外加應(yīng)力的大小和狀態(tài)等。25、試根據(jù)下述方程（id1/2+ky）ky=2G

11、sq,討論下述因素對(duì)金屬材料韌脆轉(zhuǎn)變的影響：（1）材料成分；（2）雜質(zhì)；（3）溫度；（4）晶粒大??；（5）應(yīng)力狀態(tài)；（6）加載速率。第二章 習(xí)題及答案1.解釋下列名詞：（1）應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)：表征最大切應(yīng)力與的比值。（2）缺口效應(yīng)：由于缺口的存在，在靜載作用下，缺口截面上的應(yīng)力狀態(tài)將發(fā)生變化，這稱為“缺口效應(yīng)”。（3）缺口敏感度：表征缺口試樣的抗拉強(qiáng)度與光滑試樣的抗拉強(qiáng)度的比值。（4）布氏硬度：用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，以規(guī)定的試驗(yàn)力（F）壓入式樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面的壓痕直徑（L）。布氏硬度值是以試驗(yàn)力除以壓痕球形表面積所得的商。以HBS（鋼球）表示，單位為N/

12、mm2(MPa)。其計(jì)算公式為： 式中：F-壓入金屬試樣表面的試驗(yàn)力，N； D-試驗(yàn)用鋼球直徑，mm； d-壓痕平均直徑，mm。 （5）洛氏硬度：在規(guī)定的外加載荷下，將鋼球或金剛石壓頭垂直壓入試件表面，產(chǎn)生壓痕，測(cè)試壓痕深度，利用洛氏硬度計(jì)算公式HR=（K-H)/C便可計(jì)算出洛氏硬度。簡(jiǎn)單說就是壓痕越淺，HR值越大，材料硬度越高。（6）維氏硬度：是根據(jù)壓痕單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算硬度值。所采用的壓頭是兩相對(duì)面間夾角為136°的金剛石四棱錐體，壓頭的試驗(yàn)力作用下將試樣表面壓出一個(gè)四方錐形的壓痕，經(jīng)一定保持時(shí)間后擔(dān)卸除試驗(yàn)力，測(cè)量壓痕對(duì)角線平均長(zhǎng)度d，用以計(jì)算壓痕表面積。維氏硬度的值為

13、試驗(yàn)力除以壓痕表面積A所得的商。（7）努氏硬度：也一種顯微硬度試驗(yàn)方法。與顯微維氏硬度相比有兩點(diǎn)不同：一是壓頭形狀不同；二是硬度值不是試驗(yàn)力除以壓痕表面積之商值，而是除以壓痕投影面積之商值。（8）肖氏硬度：是將一定質(zhì)量的帶有金剛石圓頭或鋼球的重錘，從一定高度落于金屬試樣表面，根據(jù)重錘回跳的高度來表征金屬硬度值大小，因而也稱為回跳硬度。（9）里氏硬度：是用規(guī)定質(zhì)量的沖擊體在彈力作用下以一定速度沖擊試樣表面，用沖頭的回彈速度表征金屬的硬度值。2.說明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義（1）bc；指抗壓強(qiáng)度；（2）bb：指抗彎強(qiáng)度；（3)s ：指材料的扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)；（4)b ；指抗扭強(qiáng)度；（5）bn：指有缺口試樣

14、的抗拉強(qiáng)度；（6)NSR：指缺口敏感度；（7)HBS：用壓頭為淬火鋼球時(shí)的布氏硬度值；（8)HBW：用壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)的布氏硬度值；（9)HRA：指用金剛石圓錐壓頭，主試驗(yàn)力為490.3N測(cè)出的洛氏硬度值；（10)HRB：指用鋼球壓頭測(cè)出的洛氏硬度；（11)HRC：指用金剛石圓錐壓頭的洛氏硬度；（12)HV：指維氏硬度試驗(yàn)；（13)HK：指努氏硬度試驗(yàn)；（14)HS：指肖氏硬度；（15)HL：指里氏硬度；3試綜合比較單向拉伸、壓縮、彎曲及扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。答：?jiǎn)蜗蚶斓膽?yīng)力狀態(tài)系數(shù)=0.5，說明應(yīng)力狀態(tài)較硬，故一般適用于那些塑性變形抗力與切斷強(qiáng)度較低的塑性材料試驗(yàn)；單向壓縮試驗(yàn)的應(yīng)力

15、狀態(tài)軟性系數(shù)=2，比拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲的應(yīng)力狀態(tài)都軟，主要用于拉伸時(shí)呈脆性的金屬材料力學(xué)性能測(cè)定，以顯示這類材料在塑性狀態(tài)下的力學(xué)行為；彎曲試驗(yàn)試樣形狀簡(jiǎn)單、操作方便，試樣表面應(yīng)力最大，可較靈敏地反映材料表面缺陷，彎曲試驗(yàn)主要用于測(cè)試鑄鐵、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，還用來比較和鑒別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。扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)=0.8，比拉伸時(shí)的大，易于顯示金屬的塑性行為；能實(shí)現(xiàn)大塑性變形量下的試驗(yàn)；能較敏感地反映出金屬表面缺陷及表面硬化層的性能；可以測(cè)定這些材料切斷強(qiáng)度；主要適用于熱扭轉(zhuǎn)來研究金屬在熱加工條件下的流變性能與斷裂性

16、能，評(píng)定材料的熱壓力加工性，并確定適當(dāng)?shù)墓に嚕€可用來研究工作熱處理的表面質(zhì)量和各種表面強(qiáng)化訓(xùn)練工藝的效果?？梢愿鶕?jù)扭轉(zhuǎn)斷口宏觀特征來判斷承受扭矩而斷裂的機(jī)件的性能。4試述脆性材料彎曲實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)及其應(yīng)用。答：彎曲試驗(yàn)試樣形狀簡(jiǎn)單、操作方便，試樣表面應(yīng)力最大，可較靈敏地反映材料表面缺陷，彎曲試驗(yàn)主要用于測(cè)試鑄鐵、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，還用來比較和鑒別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。5缺口試樣拉伸時(shí)應(yīng)力分布有何特點(diǎn)？答：當(dāng)缺口試樣拉伸，處于彈性狀態(tài)下時(shí)，缺口截面上的應(yīng)力分布是不均勻的，軸向應(yīng)力在缺口根部最大。隨著離開根部距離的增大，不斷

17、下降，即在缺口根部產(chǎn)生應(yīng)力集中。并且在缺口根部?jī)?nèi)側(cè)還出現(xiàn)了橫向拉應(yīng)力，它是由于材料橫向收縮引起的，自缺口根部向內(nèi)部發(fā)展，收縮變形阻力增大，因此逐漸增加。當(dāng)增大到一定數(shù)值后，隨著的不斷減小，也隨之下降?；嚇犹幱谒苄誀顟B(tài)下時(shí)，在存在缺口的條件下會(huì)出現(xiàn)三向應(yīng)力狀態(tài)，并產(chǎn)生應(yīng)力集中，試樣的屈服應(yīng)力比單向拉伸時(shí)高，產(chǎn)生所謂“缺口強(qiáng)化”現(xiàn)象。6綜合比較光滑試樣軸向拉伸、缺口試樣軸向拉伸和偏斜拉伸實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)。答：光滑試樣在受到軸向拉伸時(shí)，在截面上受到均勻的拉應(yīng)力。缺口試樣軸向拉伸時(shí)，由于缺口的存在引起了應(yīng)力的重新分布，且不均勻，它廣泛用于研究高強(qiáng)度鋼（淬火低溫回火）的力學(xué)性能、鋼和鈦的氫脆以及用于研究高溫

18、合金的缺口敏感性等。缺口試樣偏斜拉伸試驗(yàn)時(shí)，試樣同時(shí)承受拉伸和彎曲載荷復(fù)合作用，故應(yīng)力狀態(tài)更“硬”，缺口截面上的應(yīng)力分布更不均勻，因而更能顯示材料對(duì)缺口的敏感性。這種試驗(yàn)方法很適合高強(qiáng)度螺栓之類零件的選材和熱處理工藝的優(yōu)化，因?yàn)槁菟◣в腥笨?，并且在工作時(shí)難免有偏斜。7試說明布氏硬度、洛氏硬度與維氏硬度的實(shí)驗(yàn)原理，并比較這三者實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。答：布氏硬度是用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，以規(guī)定的試驗(yàn)力（F）壓入式樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面的壓痕直徑（L）。布氏硬度值是以試驗(yàn)力除以壓痕球形表面積所得的商。以HBS（鋼球）表示，單位為N/mm2(MPa)。其計(jì)算公式為： 式中：

19、F-壓入金屬試樣表面的試驗(yàn)力，N； D-試驗(yàn)用鋼球直徑，mm；d-壓痕平均直徑，mm。因布氏硬度壓頭較大，因而所得壓痕面積較大。這樣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勻性的影響。而缺點(diǎn)是對(duì)不同材料需更換壓頭直徑和改變?cè)囼?yàn)力，壓痕直徑的測(cè)量也較麻煩，因而用于自動(dòng)檢測(cè)時(shí)受到限制；且不能用在成品上測(cè)量。洛氏硬度：在規(guī)定的外加載荷下，將鋼球或金剛石壓頭垂直壓入試件表面，產(chǎn)生壓痕，測(cè)試壓痕深度，利用洛氏硬度計(jì)算公式HR=（K-H)/C便可計(jì)算出洛氏硬度。洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便、迅速，硬度可直接讀出；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

20、的金屬和厚薄不一的試樣的硬度，因而廣泛于熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)。其缺點(diǎn)是：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)得的硬度值彼此沒有聯(lián)系，不能直接比較。維氏硬度：是根據(jù)壓痕單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算硬度值。所采用的壓頭是兩相對(duì)面間夾角為136°的金剛石四棱錐體，壓頭的試驗(yàn)力作用下將試樣表面壓出一個(gè)四方錐形的壓痕，經(jīng)一定保持時(shí)間后擔(dān)卸除試驗(yàn)力，測(cè)量壓痕對(duì)角線平均長(zhǎng)度d，用以計(jì)算壓痕表面積。維氏硬度的值為試驗(yàn)力除以壓痕表面積A所得的商。維氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是不存在布氏硬度試驗(yàn)時(shí)要求試驗(yàn)力F與壓頭不同標(biāo)尺的硬度值無(wú)法統(tǒng)一的弊端。維氏硬度試

21、難時(shí)不僅試驗(yàn)力可任意選取，而且壓痕測(cè)量的精度較高，硬度值較為精確。唯一的缺點(diǎn)是硬度值需要通過測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度后才能進(jìn)行計(jì)算或查表，因此，工作效率比洛氏硬度低得多。8今有如下零件和材料等需測(cè)定硬度，試說明選用何種硬度實(shí)驗(yàn)方法為宜。（1）滲碳層的硬度分布：用維氏硬度；（2）淬火鋼：用洛氏硬度；（3）灰鑄鋼：用布氏硬度；（4）鑒別鋼中的隱晶馬氏體與殘余奧氏體：用維氏硬度；（5）儀表小黃銅齒輪：用維氏硬度；（6）龍門刨床導(dǎo)軌：用肖氏硬度和里氏硬度；（7）滲氮層：用維氏硬度和努氏硬度；（8）高速鋼刀具：用維氏硬度；（9）硬質(zhì)合金：用洛氏硬度；第三章 習(xí)題與答案1解釋下列名詞：（1）沖擊韌度：批材料在沖

22、擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力。（2）沖擊吸引功：然后將具有一定質(zhì)量m的擺錘興到一定高度H1，使其獲得一定位能mgH1。釋放擺錘沖斷試樣，擺錘的剩余能量為mgH2，則擺錘沖斷試樣失去的位能mgH1mgH2，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。（3）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)（鐵素體珠光體鋼），在試驗(yàn)溫度低于某一溫度tk時(shí)，會(huì)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)理由微孔聚焦型變?yōu)榇┚Ы饫恚瑪嗫谔卣饔衫w維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性。（4）韌脆轉(zhuǎn)變溫度：上述低溫脆性中的tk

23、稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。（5）韌性溫度儲(chǔ)備：指材料的使用溫度和材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度之間的差值。2說明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義：（1）AK：沖擊功；AKV（CVN）：V型缺口沖擊功；AKU：U型缺口沖擊功；（2）FATT50：在用能量法定義tk時(shí)，取結(jié)晶區(qū)面積占整個(gè)斷口面積50%j時(shí)的溫度；（3）NDT：表征以低階能開始上升的溫度；（4）FTE：表征以低階能和高階能平均值對(duì)應(yīng)的溫度；（5）FTP：表征高階能對(duì)應(yīng)的溫度。3現(xiàn)需檢驗(yàn)以下材料的沖擊韌性，問哪種材料要開缺口？哪種材料不要開缺口？W18Cr4V，Cr12MoV，3Cr2W8V，40CrNiMo，30CrMnSi，20CrMnTi，鑄鐵。4試說明低溫脆

24、性的物理本質(zhì)及其影響因素。答：低溫度脆性是材料屈服強(qiáng)度隨溫度降低急劇增加（對(duì)體心立方金屬，是派拉力起主要作用所致（詳細(xì)見第一章有關(guān)內(nèi)容）。其影響因素有：晶體結(jié)構(gòu)；化學(xué)成分；顯微組織；5試述焊接船舶比鉚接船舶容易發(fā)生脆性破壞的原因。6下列三組實(shí)驗(yàn)方法中，請(qǐng)舉出每一組中哪種實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得的tk較高？為什么？(1)拉伸和扭轉(zhuǎn)；（2）缺口靜彎曲和缺口沖擊彎曲；（3）光滑試樣拉伸和缺口試樣拉伸。7試從宏觀上和微觀上解釋為什么有些材料有明顯的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，而另外一些材料沒有呢？8簡(jiǎn)述根據(jù)韌脆轉(zhuǎn)變溫度分析機(jī)件脆斷失效的優(yōu)缺點(diǎn)。第四章 習(xí)題與答案1解釋下列名詞：（1）低應(yīng)力脆斷：當(dāng)容器或構(gòu)件采用強(qiáng)度高而韌性差的

25、材料時(shí)，在應(yīng)力水平不高，甚至低于材料屈服極限的情況下所發(fā)生的突然斷裂現(xiàn)象稱為低應(yīng)力脆斷。（2）張開型（1型）裂紋：拉應(yīng)力垂直作用于裂紋擴(kuò)展面，裂紋沿作用力方向張開，沿裂紋面擴(kuò)展的裂紋稱為張開型（1型）裂紋。（3）應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)：指在工件上應(yīng)力分布或應(yīng)變分布的情況。（4）應(yīng)力強(qiáng)度因子K1：表征應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度。（5）小范圍屈服：指在裂紋尖端一定范圍內(nèi)發(fā)生的屈服的現(xiàn)象。（6）塑性區(qū)：指在裂紋尖端一定范圍內(nèi)發(fā)生塑性變形區(qū)域。（7）有效屈服應(yīng)力：（8）有效裂紋長(zhǎng)度：（9）裂紋擴(kuò)展K判斷：（10）裂紋擴(kuò)展能量釋放率G1：把裂紋單位面積時(shí)系統(tǒng)釋放勢(shì)能的數(shù)值稱為裂紋擴(kuò)展能量釋放率G1。（11）裂紋擴(kuò)展G判斷

26、；（12）J積分：J積分的斷裂判據(jù)就是G判據(jù)的延伸，或者是更廣義地將線彈性條件下的G延伸到彈塑性斷裂時(shí)的J，J的表達(dá)式或定義類似于G。（13）裂紋擴(kuò)展J判斷；（14）COD：（15）COD判據(jù)：（16）韌帶：2說明下列斷裂韌度指標(biāo)的意義及相互關(guān)系：（1）K1C和KC：表征KI增大達(dá)到臨界值時(shí)，也就是在裂紋尖端足夠大的范圍內(nèi)應(yīng)力達(dá)到了材料的斷裂強(qiáng)度，裂紋便失穩(wěn)擴(kuò)展而導(dǎo)致材料斷裂。（2）G1C；表示材料阻止裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)單位面積所消耗的能量。（3）J1C；表示材料抵抗裂紋開始擴(kuò)展的能力。（4）C：表示材料阻止裂紋開始擴(kuò)展的能力。3試述低應(yīng)力脆斷的原因及其防止方法。4為什么研究裂紋擴(kuò)展的力學(xué)條件時(shí)不

27、用應(yīng)力判據(jù)而用其它判據(jù)？5試述應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的意義及典型裂紋K1的表達(dá)式。6試述K判據(jù)的意義及用途。7試述裂紋尖端塑性區(qū)產(chǎn)生的原因機(jī)器影響因素。8試述塑性區(qū)對(duì)K1的影響及K1的修正方法和結(jié)果。9試用Griffith模型推導(dǎo)G1和G的判據(jù)。10簡(jiǎn)述J積分的意義及其表達(dá)式。11簡(jiǎn)單敘述COD的意義及其表達(dá)式。12試述K1C的測(cè)試原理及其對(duì)試樣的基本要求。13試述K1C與材料強(qiáng)度、塑性之間的關(guān)系。14試述K1C和AKV的異同及其相互之間的關(guān)系。15試述影響K1C的冶金因素。答：影響K1C的冶金因素有：化學(xué)成分的影響；基體相結(jié)構(gòu)和晶粒大小的影響；雜質(zhì)及第二相的影響；顯微組織的影響。（具體見有關(guān)資料）1

28、6有一大型板件，材料的0.2=1200MPa，K1C.=115MPa.m1/2，探傷發(fā)現(xiàn)有20mm長(zhǎng)的橫向穿透裂紋，若在平均軸向拉應(yīng)力900MPa下工作，試算K及塑性區(qū)的寬度R0，并判斷該件是否安全？解：由題意可知：0.2=1200MPa，K1C.=115MPa.m1/2，2a=20mm，MPa由，必須考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成是無(wú)限大板穿透裂紋，故裂紋的形狀系數(shù)Y=。便得到K修正值： MPa.m1/2由于KK1C，所以該件不安全。17、有一軸件平均軸向工作應(yīng)力150MPa，使用中發(fā)生橫向疲勞脆性正斷，斷口分析表明有25mm深的表面半橢圓疲勞區(qū)，根據(jù)裂紋a/c可以確定1,測(cè)試材料的0

29、.2=720MPa,試估算材料的斷裂韌度Kc是多少？解：由題意可得：0.2=720MPa，1，150MPa,a=25mm,那么有：，不須考慮塑性區(qū)的修正問題。 MPa.m1/2由于軸件發(fā)生了斷裂，則有K1K1C,所以材料的斷裂韌度Kc小于81.96 MPa.m1/2.18、有一構(gòu)件制造時(shí)，出現(xiàn)表面半橢圓裂紋，若a=1mm，在工作應(yīng)力1000 MPa下工作，應(yīng)該選什么材料的0.2與Kc配合比較合適？構(gòu)件材料經(jīng)不同熱處理后，其0.2與Kc的變化列于下表。0.211001200130014001500K1C.11095756055解：由題意和表格可得： a=1mm，1000 MPa，那么有：對(duì)于第一

30、種工藝：由于，必須考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設(shè)a/c0.6,查表可知1.28,故裂紋的形狀系數(shù)Y=。便得到K修正值：根據(jù)此式，可求得斷裂應(yīng)力c的計(jì)算式為：MPac1,此工藝滿足要求。同理：其它幾種工藝可用同樣方法分別求出c2,c3,c4,c5 對(duì)第二種工藝來說：由于，必須考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設(shè)a/c0.6,查表可知1.28,故裂紋的形狀系數(shù)Y=。便得到K修正值：根據(jù)此式，可求得斷裂應(yīng)力c的計(jì)算式為：MPac2,此工藝滿足要求。對(duì)于第三種工藝：由于，必須考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設(shè)a/c0.6,查表可知1.28,故裂紋的形狀

31、系數(shù)Y=。便得到K修正值：根據(jù)此式，可求得斷裂應(yīng)力c的計(jì)算式為：MPac3,此工藝滿足要求。對(duì)于第四種工藝：由于，必須考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設(shè)a/c0.6,查表可知1.28,故裂紋的形狀系數(shù)Y=。便得到K修正值：根據(jù)此式，可求得斷裂應(yīng)力c的計(jì)算式為：MPac4,此工藝滿足要求。對(duì)于第五種工藝：由于，不必考慮塑性區(qū)修正問題。由于裂紋可以看成半橢圓裂紋，設(shè)a/c0.6,查表可知1.28,故裂紋的形狀系數(shù)Y=。便得到斷裂應(yīng)力c的計(jì)算式為：MPac5,此工藝滿足要求。第五章 習(xí)題與答案1、解釋下列名詞（1）應(yīng)力范圍：在循環(huán)應(yīng)力作用下，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之間的差值。（2）應(yīng)變范

32、圍：在循環(huán)應(yīng)力作用下，最大應(yīng)變與最小應(yīng)變之間的差值。（3）應(yīng)力幅a:在循環(huán)應(yīng)力作用下，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之間的差值的一半。（4）應(yīng)力幅（t/2，e/2, p/2）：（5）平均應(yīng)力m：在循環(huán)應(yīng)力作用下，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之間的和的一半。（6）應(yīng)力比r：在循環(huán)應(yīng)力作用下，最小應(yīng)力與最大應(yīng)力之間的比值。（7）疲勞源：是疲勞裂紋萌生的策源地，在斷口上，疲勞源一般在機(jī)件表面，常和缺口、裂紋、刀痕、蝕坑等缺陷相連，因?yàn)檫@里的應(yīng)力集中會(huì)引發(fā)疲勞裂紋。（8）疲勞貝紋線：由載荷變動(dòng)引起的，如機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的開動(dòng)和停歇，偶然過載引起的載荷變動(dòng)，使裂紋前沿線留下了弧狀臺(tái)階痕跡。（9）疲勞條帶；是疲勞亞穩(wěn)擴(kuò)展的斷口特征,

33、它是具有略呈彎曲并相互平行的溝槽花樣。（10）駐留滑移帶：在疲勞多次循環(huán)后拋光，可發(fā)現(xiàn)該滑移帶會(huì)因已經(jīng)相當(dāng)深入而未被拋掉，將成為嵌入材料表面的微小裂紋源，該滑移帶被稱為“駐留滑移帶”。（11）擠出脊和侵入溝；（12）K：疲勞的應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍。（13）da/dN：每循環(huán)一次擴(kuò)展的距離，稱為疲勞裂紋擴(kuò)展速率。（14）疲勞壽命：（15）過渡壽命；（16）熱疲勞：是由于溫度周期變化引起零件或構(gòu)件的自由膨脹和收縮，而又因這種膨脹和收縮受到約束，產(chǎn)生了交變熱應(yīng)力，由這種交變熱應(yīng)力引起的破壞。（17）過載損傷:由金屬機(jī)件偶然經(jīng)受短期過載，造成疲勞壽命或疲勞極限減小的現(xiàn)象。2、解釋下列疲勞性能指標(biāo)的意義（1

34、）疲勞強(qiáng)度-1，-1p, -1,-1p；-1：表征對(duì)稱彎曲疲勞極限；-1p：表征對(duì)稱拉壓疲勞極限；-1： 表征對(duì)稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限；-1N；表征缺口試樣的疲勞極限；（2）疲勞疲勞缺口敏感度qf：表征金屬材料在交變載荷作用下的缺口敏感性；（3）過載損傷界：材料在過載應(yīng)力下工作一定周次后，會(huì)造成過載疲勞損傷，而低于某一周次的預(yù)先過載對(duì)其后進(jìn)行的疲勞壽命沒有影響，該最低循環(huán)周次的軌跡叫過載損傷界。（4）疲勞門檻值Kth：疲勞裂紋不擴(kuò)展的K臨界值。3、試述金屬疲勞斷裂的特點(diǎn)答：l 疲勞斷裂是低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂；l 疲勞斷裂是脆性斷裂；l 疲勞斷裂對(duì)缺陷十分敏感；4、試述疲勞宏觀斷口的特征及其形成過程。答：

35、從疲勞的宏觀斷口的來看，有三個(gè)形貌不同的區(qū)域：疲勞源、疲勞區(qū)及瞬斷區(qū)。疲勞源是疲勞裂紋萌生的策源地，在斷口上，疲勞源一般在機(jī)件表面，常和缺口、裂紋、刀痕、蝕坑等缺陷相連，因?yàn)檫@里的應(yīng)力集中會(huì)引發(fā)疲勞裂紋。疲勞區(qū)是疲勞裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展所形成的斷口區(qū)域，該區(qū)是判斷疲勞斷裂的重要證據(jù)。瞬斷區(qū)是裂紋最后失穩(wěn)快速擴(kuò)展所形成的斷口區(qū)域。5、試述疲勞曲線（S-N）及疲勞極限的測(cè)試方法。答：疲勞曲線（S-N）通常是用旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)測(cè)定的，用四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)機(jī)，這種試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方面，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)稱循環(huán)和恒應(yīng)力幅的要求，因此比較廣泛。試驗(yàn)時(shí)，用升降法測(cè)定條件疲勞極限，用成組試驗(yàn)測(cè)定高應(yīng)力部分，然后將上述兩試驗(yàn)數(shù)據(jù)

36、整理，并擬合成疲勞曲線，再測(cè)得疲勞極限。6、試述疲勞圖的意義、建立及用途。答：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種表達(dá)形式。根據(jù)平均應(yīng)力對(duì)疲勞極限r(nóng)的影響規(guī)律建立疲勞圖。建立好疲勞圖后，只要我們知道應(yīng)力比r之后，可以根據(jù)疲勞圖，得到相應(yīng)的疲勞極限。7、試述疲勞裂紋的形成機(jī)理及阻止疲勞裂紋萌生的一般方法。答:宏觀疲勞裂紋是由微觀裂紋的形成、長(zhǎng)大及連接而成的。疲勞微觀裂紋都是由不均勻的局部滑移和顯微開裂引起的，主要有表面滑移開裂，第二相、夾夾雜物或其界面開裂；晶界或亞晶界開裂等。阻止疲勞裂紋萌生方法有：細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化，降低第二相和夾雜物的脆性，提高相界面強(qiáng)度，控制第二相或夾雜

37、物的數(shù)量、形態(tài)、大小和分布，使晶界強(qiáng)化，凈化均能抑制晶界裂紋形成，提高疲勞強(qiáng)度。8、試述影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的主要因素，并和疲勞裂紋萌生的影響因素進(jìn)行對(duì)比分析。 答：影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的因素有：應(yīng)力比r（或平均應(yīng)力m）、過載峰、材料的組織；而影響疲勞裂紋萌生因素有：表面滑移開裂，第二相、夾夾雜物或其界面開裂；晶界或亞晶界開裂等。從兩者來看，疲勞裂紋的產(chǎn)生的主要影響因素是由于材料內(nèi)部缺陷所引起的，而與外載幾乎沒有關(guān)系。9、試述疲勞微觀斷口的主要特征及其形成模型。答：疲勞微觀斷口的主要特征是具有疲勞條帶；疲勞條帶形成的原因中，比較公認(rèn)是塑性鈍化模型，也稱為L(zhǎng)aird疲勞裂紋擴(kuò)展模型，在交變應(yīng)力為

38、零時(shí)裂紋閉合，這是在開始一循環(huán)周次時(shí)的原始狀態(tài)。當(dāng)拉應(yīng)力增加，裂紋張開，在裂紋尖端沿最大切應(yīng)力方向產(chǎn)生滑移。隨著拉應(yīng)力繼續(xù)增加到最大值時(shí)裂紋張開至最大，塑性變形的范圍也隨之?dāng)U大，即表示裂紋尖端的塑性變形范圍。由于塑性變形的結(jié)果裂紋尖端的應(yīng)力集中減小，裂紋尖端鈍化：理想狀態(tài)是假定裂紋尖端張開呈半圓形，這時(shí)裂紋便停止擴(kuò)展。當(dāng)應(yīng)力變?yōu)閴嚎s應(yīng)力時(shí)，滑移方向也改變了，裂紋表面漸被壓縮，到壓應(yīng)力為最大值時(shí)，裂紋便完全閉合，又恢復(fù)到原始狀態(tài)，（具體見有關(guān)書籍）。這樣反復(fù)循環(huán)，便留下了疲勞條帶。10、試述疲勞裂紋擴(kuò)展壽命和剩余壽命的估算方法及步驟。答：通過疲勞裂紋擴(kuò)展速率表達(dá)式，用積分方法算出疲勞裂紋擴(kuò)展壽命

39、和疲勞剩余壽命；具體步驟如下：計(jì)算KI，再計(jì)算裂紋臨界尺寸ac，最后根據(jù)有關(guān)公式估算疲勞壽命（詳見書本上例題）11、試述-1與Kth的異同及各種強(qiáng)化方法影響的異同。答：-1：指當(dāng)循環(huán)應(yīng)力水平降低到-1以下時(shí)，試樣可以經(jīng)無(wú)限次應(yīng)力循環(huán)也不發(fā)生疲勞斷裂，它是光滑試樣的無(wú)限壽命疲勞強(qiáng)度；Kth表示材料阻止裂紋開始擴(kuò)展的性能，是材料的力學(xué)性能指標(biāo)，其值越大，阻止疲勞裂紋開始擴(kuò)展的能力就越大，材料就越好，是裂紋試樣的無(wú)限壽命疲勞性能，適于裂紋件的設(shè)計(jì)和校核。12、試述金屬表面強(qiáng)化對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。答：金屬表面強(qiáng)化處理可在機(jī)件表面產(chǎn)生有利的殘余應(yīng)力，同時(shí)還以提高機(jī)件表面的強(qiáng)度和硬度，這兩種作用都能提高疲勞

40、強(qiáng)度（具體見有關(guān)書籍）。13、試述金屬循環(huán)硬化和循環(huán)軟化現(xiàn)象及產(chǎn)生條件。答：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，即稱為循環(huán)硬化；循環(huán)軟化指金屬材料在恒定應(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）不斷減??；要產(chǎn)生循環(huán)硬化和循環(huán)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，還與位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)有關(guān)。14、試述低周疲勞的規(guī)律及曼森柯芬關(guān)系。15、試述多沖疲勞規(guī)律及提高多沖疲勞強(qiáng)度的方法。答：多沖疲勞規(guī)律是：與低周疲勞相似，在沖擊能量高時(shí)，材料的沖擊疲勞斥力主要取決于塑性；沖擊能量低時(shí)，沖擊疲勞斥力則主要取決于強(qiáng)度。淬火回火鋼的沖擊疲勞抗力隨回火溫度不

41、同不是單調(diào)變化的，與常規(guī)單一力學(xué)性能指標(biāo)之間也不存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，而是在某一溫度下有一個(gè)峰值，該峰值隨沖擊能量增加向高溫方向移動(dòng)。沖擊韌度的影響，因材料強(qiáng)度不同而異。對(duì)于提高多沖疲勞強(qiáng)度的方法要根據(jù)具體材料而定。16、試述熱疲勞和熱機(jī)械疲勞的特征及規(guī)律；欲提高熱鍛模具的使用壽命，應(yīng)該如何處理熱疲勞與其它性能的相互關(guān)系？答：熱疲勞是由于溫度周期變化引起零件或構(gòu)件的自由膨脹和收縮，而又因這種膨脹和收縮受到約束，產(chǎn)生了交變熱應(yīng)力，由這種交變熱應(yīng)力引起的破壞。而熱機(jī)械疲勞是溫度循環(huán)和機(jī)械應(yīng)力循環(huán)疊加所引起的疲勞。欲提高熱鍛模具的使用壽命，應(yīng)注意材料的熱傳導(dǎo)、比熱容等熱學(xué)性質(zhì)，還要注意材料的彈性和屈服強(qiáng)度等

42、力學(xué)性能。17、正火上澆油45鋼的b=610MPa, -1=300MPa，試用Goodman公式繪制max(min)-m 疲勞圖，并確定-0.5、0和0.5等疲勞極限。18、有一板件在脈動(dòng)載荷下工作，max=200MPa,min=0,其材料的b=670MPa、0.2=600MPa、K1C=104MPa.m1/2,Paris公式中c=6.9×10-12，n=3。0，使用中發(fā)現(xiàn)有0.1mm和1mm的單邊橫向穿透裂紋，試估算它們的疲勞剩余壽命。 第六章 習(xí)題與答案1、解釋下列名詞 （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(shí)間后所產(chǎn)生的低應(yīng)力脆斷現(xiàn)象，則稱為應(yīng)力腐蝕。

43、（2）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)致金屬脆化的現(xiàn)象。（3）白點(diǎn)：當(dāng)鋼中含有過量的氫時(shí)，隨溫度的降低，氫在鋼中的溶解度逐漸減小，如果過飽和的未擴(kuò)散逸出，便聚集在某些缺陷處形成氫分子。此時(shí)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。這種微裂紋的斷面呈圓形和橢圓形，顏色呈銀白色，故稱為白點(diǎn)。（4）氫化物致脆：對(duì)于B或B族金屬（如純鈦、-鈦合金、釩、鋯、鈮及合金），由于它們與氫有較大的親和力，極易生成氫化物，使金屬脆化。這種脆化稱為氫化物致脆。（5）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（原來存在的或從環(huán)境介質(zhì)

44、中吸收的），在低于屈服強(qiáng)度的應(yīng)力持續(xù)作用下，經(jīng)過一段孕育期后，在金屬內(nèi)部，特別是在三向拉應(yīng)力區(qū)形成裂紋，裂紋逐步擴(kuò)展，最后突然發(fā)生脆性斷裂。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。2、說明下列力學(xué) 性能指標(biāo)的意義（1）ssc：表征材料不發(fā)生應(yīng)力腐蝕的臨界應(yīng)力。（2）Kssc：應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子。（3）KHEC；氫脆臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子。（4）da/dt：應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率。3、試述金屬產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的條件及機(jī)理。答：金屬產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的條件是應(yīng)力、化學(xué)介質(zhì)和金屬材料。 金屬產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生的機(jī)理：主要介紹以陽(yáng)極溶解為基礎(chǔ)的鈍化膜破壞理論。對(duì)應(yīng)力腐蝕敏感的合金在特定的化學(xué)介質(zhì)中

45、，首先在表面形成一層鈍化膜，使金屬不致進(jìn)一步受到腐蝕，即處于鈍化狀態(tài)，因此，在沒有應(yīng)力的作用下，金屬不會(huì)發(fā)生腐蝕破壞。若有拉應(yīng)力作用，則可使局部地區(qū)的鈍化膜破裂，顯露出新鮮的表面。這個(gè)新鮮的表面在電解質(zhì)溶液中成為陽(yáng)極，其余具有鈍化膜的金屬表面成為陰極，從而形成腐蝕微電池。陽(yáng)極金屬變成正離子進(jìn)入電解質(zhì)中而產(chǎn)生陽(yáng)極溶解，于是在金屬表面形成蝕坑。拉應(yīng)力除促使局部地區(qū)鈍化膜破壞外，更主要的是在蝕坑或原有裂紋的尖端形成應(yīng)力集中，使陽(yáng)極電位降低，加速陽(yáng)極金屬的溶解。如果裂紋尖端的應(yīng)力集中始終存在，那么微電池便不斷進(jìn)行，鈍化膜不能恢復(fù)，裂紋將逐步縱深擴(kuò)展。4、分析應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率da/dt與K關(guān)系曲線，

46、并與疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線進(jìn)行比較。 5、某高強(qiáng)度鋼的0.2= 1400MPa，在水的介質(zhì)中的Kssc=21.3MPa·m1/2,裂紋擴(kuò)展到第二階段的da/dt=2×10-6mm/s，第二階段結(jié)束時(shí)的K62MPa·m1/2，該材料制成的機(jī)件在水介質(zhì)中工作，工作拉應(yīng)力=400MPa。探傷發(fā)現(xiàn)該機(jī)件表面有半徑a0=4mm的半圓形裂紋。試粗略估算其剩余壽命。6、何為氫致延滯性斷裂？為什么高強(qiáng)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圍內(nèi)出現(xiàn)？答：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（原來存在的或從環(huán)境介質(zhì)中吸收的），在低于屈服強(qiáng)度的應(yīng)力

47、持續(xù)作用下，經(jīng)過一段孕育期后，在金屬內(nèi)部，特別是在三向拉應(yīng)力區(qū)形成裂紋，裂紋逐步擴(kuò)展，最后突然發(fā)生脆性斷裂。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。因?yàn)楫?dāng)應(yīng)變率較低時(shí)，若試驗(yàn)溫度過低，氫的擴(kuò)散速率很慢，永遠(yuǎn)跟不上位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。因此不能形成氫氣團(tuán)，氫也難以聚集，就不會(huì)出現(xiàn)氫脆，當(dāng)溫度變大一些，氫的擴(kuò)散速率與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率逐步適應(yīng)，于是塑性開始降低。當(dāng)溫度升到更大的時(shí)候，兩者運(yùn)動(dòng)速率完全吻合，此時(shí)塑性最差，對(duì)氫脆最敏感。溫度再升高時(shí)，一方面形成氫氣團(tuán)，同時(shí)由于熱作用，又促進(jìn)已聚集的氫原子離開氣團(tuán)向四周均勻擴(kuò)散，降低了氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)的“釘扎”作用，并減少氫偏聚的嘗試于是金屬的塑性開始上升。當(dāng)溫

48、度更大時(shí)，氫氣團(tuán)完全被擴(kuò)散破壞，氫脆現(xiàn)象完全消除。應(yīng)變速率對(duì)氫脆敏感性的影響也是如此。所以高強(qiáng)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圍內(nèi)出現(xiàn)。7、試述區(qū)別高強(qiáng)度鋼的應(yīng)力腐蝕與氫致延滯斷裂的認(rèn)識(shí)方法。答：可采用極化試驗(yàn)方法，即利用外加電流對(duì)靜載下產(chǎn)生裂紋時(shí)或裂紋擴(kuò)展速率的影響來判斷。當(dāng)外加小的陽(yáng)極電流而縮短產(chǎn)生裂紋時(shí)間的是應(yīng)力腐蝕；當(dāng)外加小的陰極電流而縮短產(chǎn)生裂紋時(shí)間的是氫致延滯斷裂。對(duì)于一個(gè)已斷裂的機(jī)件來說，還可從斷口形貌上來加以區(qū)分。（具體見書P168）。8、有一M24栓焊橋梁用高強(qiáng)度螺栓，采用40B鋼調(diào)質(zhì)制成，抗拉強(qiáng)度為1200MPa，承受拉應(yīng)力650MPa。在使用中，由于潮

49、濕空氣及雨淋的影響發(fā)生斷裂事故。觀察斷口發(fā)現(xiàn)，裂紋從螺紋根部開始，有明顯的沿?cái)嗔烟卣?，隨后是快速脆斷部分。斷口上較多的腐蝕產(chǎn)物，且有較多的二次裂紋。試分析該螺栓產(chǎn)生斷裂的原因，并考慮防止這種斷裂的措施。第七章 習(xí)題與答案1、解釋下列名詞：（1）磨損：機(jī)械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形成磨屑，使表面材料逐漸損失、造成表面損傷的現(xiàn)象。（2）粘著：實(shí)際上就是原子間的鍵合作用。（3）磨屑：松散的尺寸與形狀均不相同的碎屑。（4）跑合：在穩(wěn)定磨損階段前，摩擦副雙方表面逐漸被磨平，實(shí)際接觸面積增大的過程。（5）咬死：在粘著磨損的過程中，常在較軟一方本體內(nèi)產(chǎn)生剪斷，其碎片則轉(zhuǎn)較硬一方的

50、表面上，軟方金屬在硬方表面逐步積累最終使不同金屬的摩擦副滑動(dòng)成為相同金屬間的滑動(dòng)，故磨損量較大，表面較粗糙，發(fā)生卡死的現(xiàn)象。（6）犁皺：韌性金屬材料在磨粒磨損后表面的形貌。（7）耐磨性：材料抵抗磨損的性能。（8）接觸疲勞：機(jī)件兩接觸而作滾動(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物質(zhì)損失的現(xiàn)象，又稱表面疲勞磨損或疲勞磨損。2、試比較三類磨粒磨損的異同，并討論加工硬化對(duì)它們的影響。答：(1)低應(yīng)力劃傷式的磨料磨損，它的特點(diǎn)是磨料作用于零件表面的應(yīng)力不超過磨料的壓潰強(qiáng)度，材料表面被輕微劃傷。生產(chǎn)中的犁伴，及煤礦機(jī)械中的刮板輸送機(jī)油

51、楷磨損情況就是屑于這種類型。(2)高應(yīng)力輾碎式的磨料磨損，其特點(diǎn)是磨料與零件表面接觸處的最大壓應(yīng)力大于磨料的壓潰強(qiáng)度。生產(chǎn)中球磨機(jī)村板與磨球，破碎式滾筒的磨損便是屬于這種類型。(3)鑿削式磨料磨損，其特點(diǎn)是磨料對(duì)材料表面有大的沖擊力，從材料表面鑿下較大顆料的磨屑，如挖掘機(jī)斗齒及領(lǐng)式破碎機(jī)的齒板。3、試述粘著磨損產(chǎn)生的條件、機(jī)理及其防止措施。加工硬化對(duì)金屬材料抗磨粒磨損能力的影響，因磨損類型不同而異。在低應(yīng)力擦傷性磨粒磨損時(shí)，加工硬化對(duì)材料的耐磨性沒有影響，這是由于磨?；蛴驳耐钩霾糠智邢鹘饘贂r(shí)，局部區(qū)域產(chǎn)生急劇加工硬化，比預(yù)先加工硬化要?jiǎng)×业枚嗨?。但在高?yīng)力碾碎性磨粒磨損時(shí)，加工硬化能顯著提高

52、耐磨性，因?yàn)榇藭r(shí)磨損過程不同于低應(yīng)力下的情況，表面金屬材料主要是通過疲勞破壞而不是切削作用去除的。3、試述粘著磨損產(chǎn)生的條件、機(jī)理及其防止措施。 答：粘著磨損是在滑動(dòng)摩擦條件下，當(dāng)摩擦副相對(duì)滑動(dòng)速度較小時(shí)發(fā)生的，它是因缺乏潤(rùn)滑油，摩擦副表面無(wú)氧化膜，且單位法向載荷很大，以致接觸應(yīng)力超過實(shí)際接觸點(diǎn)處屈服強(qiáng)度而產(chǎn)生的一種磨損；其機(jī)理是摩擦副實(shí)際表面上總存在局部凸起，當(dāng)摩擦副雙方接觸時(shí)，即使施加較小載荷，在真實(shí)接觸面上的局部應(yīng)力就足以引起塑性變形。倘若接觸面上潔凈而未受到腐蝕，則局部塑性變形會(huì)使兩個(gè)接觸面的原子彼此十分接近而產(chǎn)生強(qiáng)烈粘著。隨后在繼續(xù)滑動(dòng)的過程中，粘著點(diǎn)被剪斷并轉(zhuǎn)移到一方金屬表面，然后

53、脫落下來便形成磨屑。一個(gè)粘著點(diǎn)剪斷了，又在新的地方粘著，隨后也被剪斷的過程，構(gòu)成了磨損過程。4、滑動(dòng)速度和接觸壓力對(duì)磨損量有什么影響？ 答：滑動(dòng)速度和接觸壓力越大，磨損量會(huì)越大（具體見有關(guān)書籍）。5、比較粘著磨損、磨粒磨損和微動(dòng)磨損摩擦面的形貌特征。答：三者相比，磨粒磨損的特征最明顯；磨粒磨損面的形貌特征主要是摩擦面上有明顯犁皺形成的溝槽；（具體見有關(guān)書籍）6、試比較接觸疲勞和普通機(jī)械疲勞的異同。答：接觸疲勞是工件(如齒輪、滾動(dòng)軸承，鋼軌和輪箍，鑿巖機(jī)活塞和釬尾的打擊端部等)表面在接觸壓應(yīng)力的長(zhǎng)期不斷反復(fù)作用下引起的一種表面疲勞破壞現(xiàn)象，表現(xiàn)為接觸表面出現(xiàn)許多針狀或痘狀的凹坑，稱為麻點(diǎn)，也叫點(diǎn)

54、蝕或麻點(diǎn)磨損；而普通機(jī)械疲勞指的是在交變應(yīng)力作用下的損壞。7、列表說明金屬接觸疲勞三種破壞形式的機(jī)理和特征。麻點(diǎn)剝落淺層剝落深層剝落機(jī)理在滾動(dòng)接觸過程中，由于表面最大綜合切應(yīng)力反復(fù)作用，在表層局部區(qū)域，如材料的抗剪屈服強(qiáng)度較低，則將在該處產(chǎn)生塑性變形，同時(shí)必伴有形變強(qiáng)化。在接觸應(yīng)力反復(fù)作用下，塑性變形反復(fù)進(jìn)行，使材料局部弱化，遂在該處形成裂紋，深層剝落的初始裂紋常在表面硬化機(jī)件的過渡區(qū)內(nèi)產(chǎn)生，該處切應(yīng)力雖不最大，但因過渡區(qū)是弱區(qū)，切應(yīng)力可能高于材料強(qiáng)度而在該處產(chǎn)生裂紋。特征表面接觸應(yīng)力較小，摩擦力較大或表面質(zhì)量較差時(shí)易產(chǎn)生。出現(xiàn)在表面粗糙度低，純滾動(dòng)或相對(duì)滑動(dòng)小、接近純滾動(dòng)的場(chǎng)合。表面硬化機(jī)件

55、強(qiáng)度太低，硬化層深不合理，梯度太陡或過渡區(qū)存在不利的應(yīng)力分布都易造成深層剝落。8、試從提高疲勞強(qiáng)度、接觸疲勞強(qiáng)度、耐磨性的觀點(diǎn)，分析化學(xué)熱處理時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。答：對(duì)工件進(jìn)行相應(yīng)化學(xué)熱處理，可以提高工件的疲勞強(qiáng)度、接觸疲勞強(qiáng)度、耐磨性，但是在進(jìn)行化學(xué)熱處理時(shí)，應(yīng)注意：選擇合適的化學(xué)熱處理；要有一定的滲層梯度；等等；（具體見有關(guān)書籍）第八章 習(xí)題與答案1、解釋下列的名詞：（1）等強(qiáng)溫度：晶粒與晶界兩者強(qiáng)度相等的溫度。（2）約比溫度：表征試驗(yàn)溫度與金屬熔點(diǎn)之間的比值。（3）蠕變：金屬在長(zhǎng)時(shí)間的恒溫、恒載作用下緩慢產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。（4）穩(wěn)態(tài)蠕變：蠕變速度幾乎保持不變的現(xiàn)象。（5）擴(kuò)散蠕變：在高溫條

56、件下，大量原子和空位定向移動(dòng)造成的蠕變現(xiàn)象。（6）持久伸長(zhǎng)率：在高溫持久試驗(yàn)后，試樣斷裂后的伸長(zhǎng)率。（7）蠕變脆性：材料在高溫下發(fā)生蠕變后，塑性下降的現(xiàn)象；（8）松弛穩(wěn)定性：金屬材料抵抗應(yīng)力松弛的性能。2、說明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義：（1）：表征在規(guī)定溫度下，使試樣產(chǎn)生規(guī)定穩(wěn)態(tài)蠕變速率的最大應(yīng)力。（2）：表征在規(guī)定溫度下和在規(guī)定的試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，使試樣產(chǎn)生一定蠕變總伸長(zhǎng)率的最大應(yīng)力。（3）：表征金屬材料的持久強(qiáng)度極限。（4）：表征應(yīng)力松弛試驗(yàn)中，任一時(shí)間試樣上所保持的應(yīng)力。3、試說明高溫下金屬蠕變變形的機(jī)理與常溫下金屬塑性變形的機(jī)理有何不同？ 答：高溫下金屬蠕變變形的機(jī)理是通過位錯(cuò)滑移、原子擴(kuò)散引起的；而金屬塑性變形主要是由滑移和孿生引起的。（具體見有關(guān)資料）4、試說明金屬蠕變斷裂的裂紋形成機(jī)理與常溫下金屬斷裂的裂紋形成機(jī)理有何不同？ 答：金屬蠕變斷裂的裂紋形成機(jī)理有兩種方式：在三晶粒交會(huì)處形成楔形裂紋；在晶界上由空洞形