《材料力學(xué)性能》課后思考題答案

1、第一章 單向靜拉伸力學(xué)性能解釋下列名詞。1彈性比功：金屬材料吸收彈性變形功的能力，一般用金屬開始塑性變形前單位體積吸 收的最大彈性變形功表示。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(shí)間延長(zhǎng)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 .包中格效應(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(zhǎng)應(yīng)力增加；反向加載，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)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

2、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(tái)階：當(dāng)解理裂紋與螺型位錯(cuò)相遇時(shí)，便形成一個(gè)高度為b的臺(tái)階。8 .河流花樣：解理臺(tái)階沿裂紋前端滑動(dòng)而相互匯合 ，同號(hào)臺(tái)階相互匯合長(zhǎng)大，當(dāng)匯合臺(tái)階 高度足夠大時(shí)，便成為河流花樣。是解理臺(tái)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(shí)，沖擊吸收

3、功明顯下降，斷 裂方式由原來的韌性斷裂變?yōu)榇嘈詳嗔?，這種現(xiàn)象稱為韌脆轉(zhuǎn)變12 .彈性極限：試樣加載后再卸裁，以不出現(xiàn)殘留的永久變形為標(biāo)準(zhǔn)，材料能夠完全彈性 恢復(fù)的最高應(yīng)力。13 .比例極限：應(yīng)力一應(yīng)變曲線上符合線性關(guān)系的最高應(yīng)力。14 .解理斷裂：沿一定的晶體學(xué)平面產(chǎn)生的快速穿晶斷裂。晶體學(xué)平面解理面，一般 是低指數(shù)、表面能低的晶面。15 .解理面：在解理斷裂中具有低指數(shù)，表面能低的晶體學(xué)平面。16 .靜力韌度：材料在靜拉伸時(shí)單位體積材料從變形到斷裂所消耗的功叫做靜力韌度。是 一個(gè)強(qiáng)度與塑性的綜合指標(biāo)，是表示靜載下材料強(qiáng)度與塑性的最佳配合。17 .約比溫度：材料的試驗(yàn)溫度與熔點(diǎn)的比值。高于這個(gè)

4、溫度的環(huán)境，材料的性能會(huì)隨溫 度和時(shí)間而變化。18、松弛穩(wěn)定性：金屬抵抗應(yīng)力松弛的性能?？赏ㄟ^應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)測(cè)定的應(yīng)力松弛曲線 來評(píng)定。19、低周疲勞：金屬材料在循環(huán)載荷作用下，疲勞壽命為102 -105次的疲勞斷裂為低周疲勞。二、說明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義。答：E彈性模量；G切變模量；r規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力；0.2屈服強(qiáng)度；gt金屬材料拉伸時(shí)最大應(yīng)力下的總伸長(zhǎng)率；n應(yīng)變硬化指數(shù)【P15】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)對(duì)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

5、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(duì)組織不敏感。【P4】4、 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(xiǎn)？【P21】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(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，斷裂前基本上不發(fā)生塑性變形，沒有明顯征兆，因而危害性很大。5、 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？【P2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

6、斷裂。6、 何謂拉伸斷口三要素？影響宏觀拉伸斷口性態(tài)的因素有哪些？|答：宏觀斷口呈杯錐形，由纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇三個(gè)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(duì)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。7、 論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，并指出該理論的局限性?！綪322E s a2,只適用于脆性固體，也就是只適用于那些裂紋尖端塑性變形可以忽略的情況。答：思路：?jiǎn)挝惑w積儲(chǔ)存的彈性能加上新增裂紋表面能對(duì)裂紋半長(zhǎng)一級(jí)偏導(dǎo)數(shù)等于零單位體積彈性能為Ue=-Tt（T2a2/E裂紋所增加的表面能為W=4a sUe+W

7、=Tt 2 2a2/E + 4ay s在總能量曲線的最高點(diǎn)處，系統(tǒng)總能量對(duì)裂紋半長(zhǎng)a的一階偏導(dǎo)數(shù)應(yīng)等于零。臨界裂紋擴(kuò)展應(yīng)力b c與裂紋長(zhǎng)度a的平方根成反比。八、什么是包中格效應(yīng)，如何解釋，它有什么實(shí)際意義 ？包中格效應(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(zhǎng)應(yīng)力增加；反向加載，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力降低的現(xiàn)象。包中格效應(yīng)與金屬材料中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所受的阻力變化有關(guān)。在金屬預(yù)先受載產(chǎn)生少量 塑性變形時(shí)，位錯(cuò)沿某一滑移面運(yùn)動(dòng)，遇林位錯(cuò)而彎曲，結(jié)果，在位錯(cuò)前方，林位錯(cuò)密 度增加，形成位錯(cuò)纏結(jié)和胞狀組織。這種位錯(cuò)結(jié)構(gòu)在力學(xué)上是相當(dāng)穩(wěn)定的，宏觀上表現(xiàn) 為規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力增加。卸載后施

8、加反向力，位錯(cuò)被迫作反向運(yùn)動(dòng)，在反向路徑上，像林位錯(cuò)這類障礙數(shù)量較少， 而且也不一定恰好位于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的前方，故位錯(cuò)可以在較低應(yīng)力下移動(dòng)較大距離，即第 二次反向加載，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力降低。包中格效應(yīng)對(duì)于研究金屬疲勞問題是很重要的。因?yàn)椴牧显谄谶^程中，每一周期內(nèi)都 產(chǎn)生微量塑性變形，在反向加載時(shí)，微量塑性變形抗力（規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力）降低，顯 示循環(huán)軟化現(xiàn)象。另外，對(duì)于預(yù)先經(jīng)受冷變形的材料，如服役時(shí)受到反向力的作用，就 要考慮微量塑性變形抗力降低的有害影響，如冷拉型材及管子在受壓狀態(tài)下使用就是這種情況。九、試述多晶體金屬產(chǎn)生明顯屈服的條件，并解釋bcc金屬與fcc金屬及其合金屈服行為不同的原因。屈

9、服現(xiàn)象與下列三個(gè)因素有關(guān)：材料變形前可動(dòng)位錯(cuò)密度很小，或雖有大量位錯(cuò)但被釘扎；隨塑性變形發(fā)生，位錯(cuò)能快速增值；位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率與外加應(yīng)力有強(qiáng)烈依存關(guān)系。由于變形前可動(dòng)位錯(cuò)密度小，為了滿足一定變形速率，就必須增大位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率， 此時(shí)需要較高的應(yīng)力，這就是上屈服點(diǎn)。一旦塑性變形產(chǎn)生，位錯(cuò)大量增值，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) 速率則下降，相應(yīng)應(yīng)力降低，從而產(chǎn)生屈服現(xiàn)象。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率應(yīng)力敏感指數(shù)m越低，則使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率變化所需的應(yīng)力就越大， 屈服現(xiàn)象越明顯。bcc金屬的m比fcc金屬的 m低，故bcc金屬一般具有明顯的屈服現(xiàn)象。十、試述純剪切斷裂、解理斷裂以及微孔聚集型斷裂的斷口特征。純剪切斷裂：沿滑移面分離剪切斷裂(單晶

10、體)；通過頸縮導(dǎo)致最終斷裂(多晶體， 高純金屬)解理斷裂：無明顯塑性變形，沿解理面斷裂，穿晶斷裂；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； 十一、試分析金屬材料在屈服階段為何存在上、下屈服點(diǎn)？?位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率與外加應(yīng)力有強(qiáng)烈的依存關(guān)系，b 0變形初期可動(dòng)位錯(cuò)較少，較低，為了滿足一定的變形速率b ,必須加大位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率 ，而 (一)m正比0于剪切應(yīng)力，因此需要較高的應(yīng)力才能發(fā)生屈服，此時(shí)出現(xiàn)上屈服點(diǎn)；一旦發(fā)生塑性?變形，位錯(cuò)大量繁殖，P增大，則為保持應(yīng)變速率恒定b ,相應(yīng)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率和應(yīng)力 降低，出現(xiàn)下屈服點(diǎn)。第二章金屬在其他靜載荷下的力學(xué)性能一、解釋下列名詞：(1

11、應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)材料或工件所承受的最大切應(yīng)力T max和最大正應(yīng)力(T max比值，即：13 【新書P39舊書P46】max 2 10.523(2)缺口效應(yīng)一一 絕大多數(shù)機(jī)件的橫截面都不是均勻而無變化的光滑體，往往存在截面的急劇變化，如鍵槽、油孔、軸肩、螺紋、退刀槽及焊縫等，這種截面變化的部分可 視為“缺口”，由于缺口的存在，在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) 生所謂的缺口效應(yīng)。P44 P53(3)缺口敏感度一一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。即：nsr上 P47 P55 b(4)布氏硬度一一用鋼球或硬質(zhì)合金球作為壓頭，采用單

12、位表面積所承受的試驗(yàn)力計(jì) 算而得的硬度。P49 P58(5)洛氏硬度一一采用金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測(cè)量壓痕深度所表示的 硬度【P51 P60。(6)維氏硬度一一以兩相對(duì)面夾角為 136的金剛石四棱錐作壓頭，采用單位表面積 所承受的試驗(yàn)力計(jì)算而得的硬度。P53 P62(7)努氏硬度一一采用兩個(gè)對(duì)面角不等的四棱錐金剛石壓頭，由試驗(yàn)力除以壓痕投影面積得到的硬度。(8)肖氏硬度一一采動(dòng)載荷試驗(yàn)法，根據(jù)重錘回跳高度表征的金屬硬度。(9)里氏硬度一一采動(dòng)載荷試驗(yàn)法，根據(jù)重錘回跳速度表征的金屬硬度。二、說明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義(1)底)一材料的抗壓強(qiáng)度【P41 P48(2)小)一材料的抗彎強(qiáng)度

13、【P42 P50(3) 一)一材料的扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)【P44 P52(4) r b)一材料的抗扭強(qiáng)度【P44 P52(5)缺口試樣白抗拉強(qiáng)度【P47 P55(6) NSR-材料的缺口敏感度【P47 P55(7) HBV一壓頭為硬質(zhì)合金球的材料的布氏硬度【P49 P58(8) HRA-材料的洛氏硬度【P52 P61(9) HRB-材料的洛氏硬度【P52 P61(10) HRC-材料的洛氏硬度【P52 P61(11) HV-材料的Z1氏硬度【P53 P62(12) HK一一材料的努氏硬度(13) HS一一材料的肖氏硬度(14) HL一一材料的里氏硬度三、什么是“缺口效應(yīng)”？它對(duì)材料性能有什么影響？P45

14、 P53缺口的第一個(gè)效應(yīng)是引起應(yīng)力集中， 并改變了缺口前方的應(yīng)力狀態(tài)，使機(jī)件由原來 的單向應(yīng)力狀態(tài)改變?yōu)閮上蚧蛉驊?yīng)力狀態(tài)。缺口的第二個(gè)效應(yīng)是試樣的屈服應(yīng)力比單 向拉伸時(shí)高，即產(chǎn)生了所謂“缺口強(qiáng)化”現(xiàn)象，導(dǎo)致材料強(qiáng)度提高，塑性降低。由于缺 口的存在，是缺口處產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，材料變脆，降低了使用的安全性。四、試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試驗(yàn)的特點(diǎn)。光滑試樣軸向拉伸試驗(yàn)：截面上無應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力分布均勻，僅在頸縮時(shí)發(fā)生應(yīng) 力狀態(tài)改變。缺口試樣軸向拉伸試驗(yàn)：缺口截面上出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力分布不均，應(yīng)力狀態(tài) 發(fā)生變化，產(chǎn)生兩向或三向拉應(yīng)力狀態(tài)，致使材料的應(yīng)力狀態(tài)軟性系

15、數(shù)降低，脆性增大。偏斜拉伸試驗(yàn)：在拉伸試驗(yàn)時(shí)在試樣與試驗(yàn)機(jī)夾頭之間放一墊圈，使試樣的軸線與拉伸力形成一定角度進(jìn)行拉伸。該試驗(yàn)用于檢測(cè)螺栓一類機(jī)件的安全使用性能。偏斜拉伸試驗(yàn)：試樣同時(shí)承受拉伸和彎曲載荷的復(fù)合作用，其應(yīng)力狀態(tài)更“硬”，缺口截面上的應(yīng)力分布更不均勻，更能顯示材料對(duì)缺口的敏感性。五、試說明布氏硬度、洛氏硬度與維氏硬度的實(shí)驗(yàn)原理，并比較布氏、洛氏與維氏硬度試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。HRA,HRB,HR分別適合測(cè)那些硬度的材料?！綪49 P57原理布氏硬度：用鋼球或硬質(zhì)合金球作為壓頭，計(jì)算單位表面積所承受的試驗(yàn)力。洛氏硬度：采用金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測(cè)量壓痕深度。維氏硬度：以兩相對(duì)面

16、夾角為136的金剛石四棱錐作壓頭，計(jì)算單位表面積所承受的試驗(yàn)力。布氏硬度優(yōu)點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)時(shí)一般采用直徑較大的壓頭球，因而所得的壓痕面積比較大。 壓痕大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其硬度值能反映金屬在較大范圍內(nèi)各組成相得平均性能；另一個(gè)優(yōu) 點(diǎn)是實(shí)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)檢測(cè)時(shí)受到限制。洛氏硬度優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，迅捷，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)量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)量檢測(cè)。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

17、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。維氏硬度優(yōu)點(diǎn)：不存在布氏硬度試驗(yàn)時(shí)要求試驗(yàn)力F與壓頭直徑D之間所規(guī)定條件的約束，也不存在洛氏硬度試驗(yàn)時(shí)不同標(biāo)尺的硬度值無法統(tǒng)一的弊端；維氏硬度試驗(yàn)時(shí) 不僅試驗(yàn)力可以任意取，而且壓痕測(cè)量的精度較高，硬度值較為準(zhǔn)確。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法低的 多。HRA用于測(cè)量硬質(zhì)合金、硬化薄鋼板、表面薄層硬化剛；HRB用于測(cè)量低碳鋼，銅合金，鐵素體可鍛鑄鐵；HRC用于測(cè)量淬火鋼、高硬度鑄件、珠光體可鍛鑄鐵。六、今有如下零件和材料需要測(cè)定硬度，試說明選擇何種硬度實(shí)驗(yàn)方法為宜。(1

18、)滲碳層的硬度分布；(2)淬火鋼；(3)灰鑄鐵；(4)鑒別鋼中的隱晶馬氏體和 殘余奧氏體；(5)儀表小黃銅齒輪；(6)龍門刨床導(dǎo)軌；(7)滲氮層；(8)高速鋼刀 具；(9)退火態(tài)低碳鋼；(10)硬質(zhì)合金。(1)滲碳層的硬度分布-HK 或-顯微HV(2)淬火鋼-HRC(3)灰鑄鐵-HB(4)鑒別鋼中的隱晶馬氏體和殘余奧氏體-顯微HV或者HK(5)儀表小黃銅齒輪-HV(6)龍門刨床導(dǎo)軌-HS (肖氏硬度)或HL(里氏硬度)(7)滲氮層-HV(8)高速鋼刀具-HRC(9)退火態(tài)低碳鋼-HB(10)硬質(zhì)合金-HRA七、在評(píng)定材料的缺口敏感性時(shí)，什么情況下宜選用缺口靜拉伸試驗(yàn)？什么情況下直選用 缺口偏斜

19、拉伸？什么情況下則選用缺口靜彎試驗(yàn)？答案：缺口靜拉伸試驗(yàn)主要用于比較淬火低中溫回火的各種高強(qiáng)度鋼，各種高強(qiáng)度 鋼在屈服強(qiáng)度小于1200MPa時(shí)，其缺口強(qiáng)度均隨著材料屈服強(qiáng)度的提高而升高；但在屈 服強(qiáng)度超過1200MPa以上時(shí)，則表現(xiàn)出不同的特性，有的開始降低，有的還呈上升趨勢(shì)。缺口偏斜拉伸試驗(yàn)就是在更苛刻的應(yīng)力狀態(tài)和試驗(yàn)條件下，來檢驗(yàn)與對(duì)比不同材料 或不同工藝所表現(xiàn)出的性能差異。缺口試樣的靜彎試驗(yàn)則用來評(píng)定或比較結(jié)構(gòu)鋼的缺口敏感度和裂紋敏感度。第三章金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能名詞解釋1 .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?！綪5712 .沖擊吸收功：缺口試樣沖擊彎曲試

20、驗(yàn)中，擺錘沖斷試樣失去的位能為mgH-mgH。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/P673 .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(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)理由微孔聚集型變?yōu)榇┚Ы饫硇停?斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性。4 .韌性溫度儲(chǔ)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。二、說明下面力學(xué)性能指標(biāo)的意義(1) A:沖擊吸收功。含義見上面。沖擊吸收功不能真正代表材料的韌脆程度，

21、但由于 它們對(duì)材料內(nèi)部組織變化十分敏感，而且沖擊彎曲試驗(yàn)方法簡(jiǎn)便易行，被廣泛采用。 Akv： V型缺口試樣沖擊吸收功.A<u： U型缺口沖擊吸收功.(2) FATT50沖擊試樣斷口分為纖維區(qū)、放射區(qū)(結(jié)晶區(qū))與剪切唇三部分，在不同 試驗(yàn)溫度下，三個(gè)區(qū)之間的相對(duì)面積不同。溫度下降，纖維區(qū)面積突然減少，結(jié)晶區(qū)面 積突然增大，材料由韌變脆。通常取結(jié)晶區(qū)面積占整個(gè)斷口面積50%寸的溫度為tk,并記為 50%FATT 或 FATT50% t50。(新書 P61,舊書 P71)或：結(jié)晶區(qū)占整個(gè)斷口面積50%寸的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度.(3) NDT:以低階能開始上升的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，稱為無塑

22、性或零塑性轉(zhuǎn)變溫 度。(4) FTE:以低階能和高階能平均值對(duì)應(yīng)的溫度定義 tk,記為FTE(5) FTP:以高階能對(duì)應(yīng)的溫度為tk,記為FTP三、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(duì)于那些有低溫脆性現(xiàn)象的材料， 它們的屈服強(qiáng)度會(huì) 隨溫度的降低急劇增加，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(shí)，屈服強(qiáng)度增大到高于斷裂強(qiáng)度時(shí)，在這個(gè)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(shí)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(cuò)在晶體點(diǎn)陣中運(yùn)動(dòng)的阻力有關(guān)，當(dāng)溫度降低時(shí)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)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

23、響材料低溫脆性的因素有(P63, P73):1 .晶體結(jié)構(gòu)：對(duì)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(shì)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(huì)引起材料塑性和韌性 變差，脆性提高。3 .顯微組織：晶粒大小，細(xì)化晶?？梢酝瑫r(shí)提高材料的強(qiáng)度和塑韌性。因?yàn)榫Ы缡橇?紋擴(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(cuò)數(shù)減少，有利于降低應(yīng) 力集中；同時(shí)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(shí)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

24、物、碳化物等第二相質(zhì)點(diǎn)對(duì)鋼的脆 性有重要影響，當(dāng)其尺寸增大時(shí)均使材料韌性下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高。四、什么是低溫脆性、韌脆轉(zhuǎn)變溫度 tk?產(chǎn)生低溫脆性的原因是什么？體心立方和面心立方金屬的低溫脆性有何差異？為什么？在試驗(yàn)溫度低于某一溫度tk時(shí)，會(huì)由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功明顯下 降，斷裂機(jī)理由微孔聚集型轉(zhuǎn)變穿晶斷裂，斷口特征由纖維狀轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性。Tk稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。低溫脆性是材料屈服強(qiáng)度隨溫度降低而急劇增加，而解理斷裂強(qiáng)度隨溫度變化很小 的結(jié)果。當(dāng)溫度高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，斷裂強(qiáng)度大于屈服強(qiáng)度，材料先屈服再斷裂；當(dāng) 溫度低于韌脆轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，斷裂強(qiáng)度小于屈服強(qiáng)度，材料無屈

25、服直接斷裂。體心立方金屬的低溫脆性比面心立方金屬的低溫脆性顯著。這是因?yàn)榕衫?duì)其屈服強(qiáng)度的影響占有很大比重，而派拉力是短程力，對(duì)溫度很 敏感，溫度降低時(shí)，派拉力大幅增加，則其強(qiáng)度急劇增加而變脆。五、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，而另外一些材料則沒有？宏觀上，體心立方中、低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼隨溫度的降低沖擊功急劇下降，具有明顯的韌 脆轉(zhuǎn)變溫度。而高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼在很寬的溫度范圍內(nèi)，沖擊功都很低，沒有明顯的韌脆轉(zhuǎn) 變溫度。面心立方金屬及其合金一般沒有韌脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。微觀上，體心立方金屬中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力對(duì)溫度變化非常敏感，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力隨溫 度下降而增加，在低溫下，該材料處于脆性狀態(tài)。

26、而面心立方金屬因位錯(cuò)寬度比較大， 對(duì)溫度不敏感，故一般不顯示低溫脆性。體心立方金屬的低溫脆性還可能與遲屈服現(xiàn)象有關(guān)，對(duì)低碳鋼施加一高于屈服強(qiáng)度 的高速載荷時(shí)，材料并不立即產(chǎn)生屈服，而需要經(jīng)過一段孕育期（稱為遲屈時(shí)間）才開 始塑性變形，這種現(xiàn)象稱為遲屈服現(xiàn)象。由于材料在孕育期中只產(chǎn)生彈性變形，沒有塑 性變形消耗能量，所以有利于裂紋擴(kuò)展，往往表現(xiàn)為脆性破壞。六、試述沖擊載荷作用下金屬變形和斷裂的特點(diǎn)。沖擊載荷下，瞬時(shí)作用于位錯(cuò)的應(yīng)力相當(dāng)高，結(jié)果使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率增加，同時(shí)使派 納力增大，滑移臨界切應(yīng)力增大，金屬產(chǎn)生附加強(qiáng)化。同時(shí)由于沖擊載荷下應(yīng)力水平比 較高，將使許多位錯(cuò)源同時(shí)開動(dòng)，增加了位錯(cuò)密度，減

27、少了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)自由行程的平均長(zhǎng) 度，增加了點(diǎn)缺陷的濃度。這些原因?qū)е陆饘俨牧显跊_擊載荷作用下塑性變形極不均勻 且難以充分進(jìn)行，使材料屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度提高，塑性和韌性下降，導(dǎo)致脆性斷裂。第四章金屬的斷裂韌度一、名詞解釋1 .低應(yīng)力脆斷：高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度鋼的機(jī)件，中低強(qiáng)度鋼的大型、重型機(jī)件在屈服應(yīng)力以下發(fā)生的斷裂。2 .張開型（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。3 .應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子K :表示應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度。在裂紋尖端區(qū)域各點(diǎn)的應(yīng)力分量除了決定于位置外，尚與強(qiáng)度因子K有關(guān)，對(duì)于某一確定的點(diǎn)，其應(yīng)力分量由K確定，K越 大，則應(yīng)力場(chǎng)各點(diǎn)應(yīng)力分量也越大，

28、這樣 K就可以表示應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度，稱 K為應(yīng)力 場(chǎng)強(qiáng)度因子。 “I ”表示I型裂紋?！綪684 .小范圍屈服：塑性區(qū)的尺寸較裂紋尺寸及凈截面尺寸小一個(gè)數(shù)量級(jí)以上的屈服，這就稱為小范圍屈服?！綪71】5 .有效屈服應(yīng)力：裂紋發(fā)生屈服時(shí)其法向的應(yīng)力?！拘聲鳳73:舊P856 .有效裂紋長(zhǎng)度：將原有的裂紋長(zhǎng)度與松弛后的塑性區(qū)相合并得到的裂紋長(zhǎng)度【新P74;舊P86。7 .裂紋擴(kuò)展K判據(jù)：裂紋在受力時(shí)只要滿足 Ki Kic,就會(huì)發(fā)生脆性斷裂.反之，即使 存在裂紋，若 Ki Kic也不會(huì)斷裂。新P71:舊8 38 .裂紋擴(kuò)展能量釋放率G: I型裂紋擴(kuò)展單位面積時(shí)系統(tǒng)釋放勢(shì)能的數(shù)值。P76/P889 .

29、裂紋擴(kuò)展G判據(jù)：Gi Gic ,當(dāng)G I滿足上述條件時(shí)裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂。P77/P89二、說明下列斷裂韌度指標(biāo)的意義及其相互關(guān)系Kc和Kc答：臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的K記作Kc或Kc, 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為平面應(yīng)力斷裂韌度，表示在平面應(yīng)力條件下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。它們都是 型裂紋的材料裂紋韌性指標(biāo)，但Kc值與試樣厚度有關(guān)。當(dāng)試樣厚度增加，使裂紋尖端達(dá)到平面應(yīng)變狀態(tài)時(shí)，斷裂切度 趨于一穩(wěn)定的最低值，即為 Kc,它與試樣厚度無關(guān)，而是真正的材料常數(shù)。P71/P82Gc答：P77/P89當(dāng)G增加到某一臨界值時(shí)，G能克服裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的阻力

30、，則裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂。將G的臨界值記作Gc,稱斷裂韌度，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，其單位與 G相同，MPa m三、試述低應(yīng)力脆斷的原因及防止方法。答：低應(yīng)力脆斷的原因：在材料的生產(chǎn)、機(jī)件的加工和使用過程中產(chǎn)生不可避免的宏觀 裂紋，從而使機(jī)件在低于屈服應(yīng)力的情況發(fā)生斷裂。預(yù)防措施：將斷裂判據(jù)用于機(jī)件的設(shè)計(jì)上，在給定裂紋尺寸的情況下，確定機(jī)件允許的最大工作應(yīng)力，或者當(dāng)機(jī)件的工作 應(yīng)力確定后，根據(jù)斷裂判據(jù)確定機(jī)件不發(fā)生脆性斷裂時(shí)所允許的最大裂紋尺寸。四、為什么研究裂紋擴(kuò)展的力學(xué)條件時(shí)不用應(yīng)力判據(jù)而用其它判據(jù)？答：裂紋前端的應(yīng)力是一個(gè)變化復(fù)雜的多向應(yīng)力， 如用它直接建立裂紋擴(kuò)展

31、的應(yīng)力判據(jù)，顯得十分復(fù)雜和困難；而且當(dāng)r-0時(shí)，不論外加平均應(yīng)力如何小，裂紋尖端各應(yīng)力分量 均趨于無限大，構(gòu)件就失去了承載能力，也就是說，只要構(gòu)件一有裂紋就會(huì)破壞，這顯 然與實(shí)際情況不符。這說明經(jīng)典的強(qiáng)度理論單純用應(yīng)力大小來判斷受載的裂紋體是否破 壞是不正確的。因此無法用應(yīng)力判據(jù)處理這一問題。因此只能用其它判據(jù)來解決這一問 題。5、 試述應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的意義及典型裂紋 K的表達(dá)式答：應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子K :表示應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度。在裂紋尖端區(qū)域各點(diǎn)的應(yīng)力分量除了決定于位置外，尚與強(qiáng)度因子K有關(guān)，對(duì)于某一確定的點(diǎn)，其應(yīng)力分量由K確定，K 越大，則應(yīng)力場(chǎng)各點(diǎn)應(yīng)力分量也越大，這樣 K就可以表示應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱

32、程度，稱 K為應(yīng) 力場(chǎng)強(qiáng)度因子?！癐”表示I型裂紋。幾種裂紋的K表達(dá)式，無限大板穿透裂紋：K«a ；有限寬板穿透裂紋：KJWf昌；有限寬板單邊直裂紋：K0 f (-)13當(dāng)b a時(shí)，K 1.2 V a ;受彎單邊裂紋梁:K 6M f盧)；無限大物體內(nèi)部有橢(b a) b圓片裂紋，遠(yuǎn)處受均勻拉伸：K裂紋，遠(yuǎn)處均受拉伸：A點(diǎn)的K1.1 .aKi1 0.177( / s)2塑性區(qū)寬度Ro2Kis2.16mm6、 試述K判據(jù)的意義及用途。答：K判據(jù)解決了經(jīng)典的強(qiáng)度理論不能解決存在宏觀裂紋為什么會(huì)產(chǎn)生低應(yīng)力脆斷的原 因。K判據(jù)將材料斷裂韌度同機(jī)件的工作應(yīng)力及裂紋尺寸的關(guān)系定量地聯(lián)系起來，可直

33、接用于設(shè)計(jì)計(jì)算，估算裂紋體的最大承載能力、允許的裂紋最大尺寸，以及用于正確選 擇機(jī)件材料、優(yōu)化工藝等。P71/P83七、試述裂紋尖端塑性區(qū)產(chǎn)生的原因及其影響因素。答：機(jī)件上由于存在裂紋，在裂紋尖端處產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng) 山趨于材料的屈服應(yīng)力時(shí)， 在裂紋尖端處便開始屈服產(chǎn)生塑性變形，從而形成塑性區(qū)。影響塑性區(qū)大小的因素有：裂紋在厚板中所處的位置，板中心處于平面應(yīng)變狀態(tài)，塑 性區(qū)較?。话灞砻嫣幱谄矫鎽?yīng)力狀態(tài)，塑性區(qū)較大。但是無論平面應(yīng)力或平面應(yīng)變，塑 性區(qū)寬度總是與(Kc/八)2成正比。八、試述塑性區(qū)對(duì)K的影響及K的修正方法和結(jié)果。由于裂紋尖端塑性區(qū)的存在將會(huì)降低裂紋體的剛度，相當(dāng)于裂紋長(zhǎng)度的增加，因

34、而影響應(yīng)力場(chǎng)和K的計(jì)算，所以要對(duì)K進(jìn)行修正。最簡(jiǎn)單而適用的修正方法是在計(jì)算 K時(shí)采用“有效裂紋尺寸”，即以虛擬有效裂紋代 替實(shí)際裂紋，然后用線彈性理論所得的公式進(jìn)行計(jì)算?；舅悸肥牵核苄詤^(qū)松弛彈性應(yīng)力的作用與裂紋長(zhǎng)度增加松弛彈性應(yīng)力的作用是等同的，從而引入“有效長(zhǎng)度”的概念，它實(shí)際包括裂紋長(zhǎng)度和塑性區(qū)松弛應(yīng)力的作用 。K的修正方法忽略了在塑性區(qū)內(nèi)應(yīng)變能釋放率與彈性體應(yīng)變能釋放率的差別，因此， 只是近似結(jié)果。當(dāng)塑性區(qū)小時(shí)，或塑性區(qū)周圍為廣大的彈性去所包圍時(shí)，這種結(jié)果還是 很精確。但是當(dāng)塑性區(qū)較大時(shí)，即屬于大范圍屈服或整體屈服時(shí)，這個(gè)結(jié)果是不適用的。 九、有一大型板件，材料的 (To.2=1200

35、MPa Kc=115MPa*m2,探傷發(fā)現(xiàn)有20mmfe的橫向 穿透裂紋，若在平均軸向拉應(yīng)力 900MPa下工作，試計(jì)算K及塑性區(qū)寬度R,并判斷該 件是否安全？解：由題意知穿透裂紋受到的工作應(yīng)力為6=900MPa根據(jù) ”60.2的值，確定裂紋斷裂韌度 Kc是否需要修正因?yàn)?/(T0.2=900/1200=0.75>0.7 ,所以裂紋斷裂韌度 Kc需要修正對(duì)于無限板的中心穿透裂紋，修正后的 K為：9003.14 0.011/22-168Mpa m 1 0.177(0.75)21/2 .因?yàn)?K=168.13 (MPa*m)Kc=115 (MPa*m2)所以：K>Kc ,裂紋會(huì)失穩(wěn)擴(kuò)展

36、，所以該件不安全。十、有一軸件平行軸向工作應(yīng)力150MPa使用中發(fā)現(xiàn)橫向疲勞脆性正斷，斷口分析表明有25mm深度的表面半橢圓 疲勞區(qū)，根據(jù)裂紋a/c可以確定小=1 ,測(cè)試材料的 (ro.2=720MPa ,試估算材料的斷裂韌度 Kc為多少？解： 因?yàn)?“(T o.2=150/720=0.208<0.7 ,所以裂紋斷裂韌度 Kc不需要修正 1/2Kc=Y(t cac對(duì)于表面半橢圓裂紋，Y=1.1冗/小=1.1冗1/2-3,1/2、所以，Kc=Y(tcac =1.1 V 150 <25 10 3 =46.229 (MPa*m)H一、設(shè)有屈服強(qiáng)度為 415 MPa,斷裂韌性為132 MP

37、a.ni/2 ,寬度分別100mm 260 mm 的兩塊合金厚鋼板。如果板都受 400 MPa的拉應(yīng)力作用，并設(shè)板內(nèi)都有長(zhǎng)為 46mm的中一 a K x a f ()心穿透裂紋。應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子表達(dá)式為b ),已知f(0.46)=1.18 ,f(0.18)=1.02 。試問此兩板內(nèi)裂紋是否都擴(kuò)展？ 4000.96> 0.7解：由于0.2415,故需要對(duì)K進(jìn)行修正。修正后的K表達(dá)式為：Ki' a=f(a) ,1 0.177( / s)2 b4646f1.18 f1.02窄板100,寬板260,代入上式，可得：Ki窄=138.3MPa>Kc, K寬=119.5MPa< Kc

38、,因此，窄板內(nèi)的裂 紋會(huì)擴(kuò)展，寬板內(nèi)的裂紋不會(huì)擴(kuò)展。第五章金屬的疲勞一、名詞解釋；1 .應(yīng)力幅(Ta： (Ta=1/2( (Tma木(T min) p95/p1082 .平均應(yīng)力(Tm： (T m=1/2( (T ma+ (T min) p95/p1073 .應(yīng)力比 r：r= (T min/ (T max p95/p1084 .疲勞源：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,連。P96刀痕，蝕坑相是裂紋前沿線5 .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(dòng)引起的, 留下的弧狀臺(tái)階痕跡。P97/p1106 .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呈彎曲并相互

39、平行的溝槽花 樣，稱為疲勞條帶(疲勞輝紋，疲勞條紋)p113/p132 |7 .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(duì)試樣重新 循環(huán)加載時(shí)，則循環(huán)滑移帶又會(huì)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。P1118 . AK: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(shí)的裂紋尺寸有關(guān)。AK 是由應(yīng)力范圍 A (T和a復(fù)合為應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍，AK=Knax-Kmin=Y(T maJa-Y (T min，a=YA (T Va. p105/p1209 .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。P105疲勞壽命：試樣在交變循環(huán)應(yīng)力或應(yīng)變作

40、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)p102/p11710 .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。 P102/p117疲勞：金屬構(gòu)件在變動(dòng)載荷和應(yīng)變長(zhǎng)期作用下，由于累積損傷而引起的斷裂現(xiàn)象稱為疲勞。二、揭示下列疲勞性能指標(biāo)的意義1 .疲勞強(qiáng)度(T-i, (T-P, r -1,(t-in, P99,100,103/p114(7-1：對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)作用下的彎曲疲勞極限；(7 -P：對(duì)稱拉壓疲勞極限；T -1：對(duì)稱扭轉(zhuǎn)疲 勞極限；(7 -1N：缺口試樣在對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)作用下的疲勞極限。2 .疲勞缺口敏感度qf P103/p118金屬

41、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來評(píng)定。qf=(Kf-1)/(kt-1).其中K為理論應(yīng)力集中系數(shù)且大于1, K為疲勞缺口系數(shù)。Kf=(r-1)/ (T-1N)3 .過載損傷界 P102,103/p117由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，測(cè)出不同過載應(yīng)力水平和相應(yīng)的開始降低疲勞壽命的應(yīng)力循環(huán)周次，得到不同試驗(yàn)點(diǎn)，連接各點(diǎn)便得到過載損傷界。4 .疲勞門檻值 AKth P105/p120把裂紋擴(kuò)展的每一微小過程看成是裂紋體小區(qū)域的斷裂過程，則設(shè)想應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度 K=Kmax-Kmin是疲勞裂紋擴(kuò)展的控制因子，當(dāng) K小于某臨界值 Kth時(shí)，疲勞裂紋不 擴(kuò)展，所以 Kth叫疲勞裂紋擴(kuò)展的門檻值。三、試

42、述金屬疲勞斷裂的特點(diǎn) p96/p109(1)疲勞是低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂，即具有壽命的斷裂(2)疲勞是脆性斷裂(3)疲勞對(duì)缺陷(缺口，裂紋及組織缺陷)十分敏感四、試述疲勞宏觀斷口的特征及其形成過程(新書P9698及PPT舊書P10911。答：典型疲勞斷口具有三個(gè)形貌不同的區(qū)域一疲勞源、疲勞區(qū)及瞬斷區(qū)。(1)疲勞源是疲勞裂紋萌生的策源地，疲勞源區(qū)的光亮度最大，因?yàn)檫@里在整個(gè)裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展過程中斷面不斷摩擦擠壓，故顯示光亮平滑，另疲勞源的貝紋線細(xì)小。(2)疲勞區(qū)的疲勞裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展所形成的斷口區(qū)域，是判斷疲勞斷裂的重要特征證據(jù)。特征是：斷口比較光滑并分布有貝紋線。斷口光滑是疲勞源區(qū)域的延續(xù)，但其程度隨裂紋

43、向前擴(kuò)展逐漸減弱。貝紋線是由載荷變動(dòng)引起的，如機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的開動(dòng) 與停歇，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。(3)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。其斷口比疲勞區(qū)粗糙，脆性 材料為結(jié)晶狀斷口，韌性材料為纖維狀斷口。c( K)n(1 r)KcK五、試述影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的主要因素。(新書P107109,舊書P123125,， . . . . da答：1、應(yīng)力比r (或平均應(yīng)力 m)的影響：Forman提出： dNda .殘余壓應(yīng)力因會(huì)減小r,使些降低和 小升高，對(duì)疲勞壽命有利；而殘余拉應(yīng)力因會(huì)增 dN大r,使 阻開局和 心降低，對(duì)疲勞壽命不利。 dN2、過載峰的

44、影響：偶然過載進(jìn)入過載損傷區(qū)內(nèi)，使材料受到損傷并降低疲勞壽命。但若 過載適當(dāng)，有時(shí)反而是有益的。 . .da .3、材料組織的影響：晶粒大小：晶粒越粗大，其小值越高，2a越低，對(duì)疲勞壽命dN越有利。組織：鋼的含碳量越低，鐵素體含量越多時(shí)，其心值就越高。當(dāng)鋼的淬火組織中存在一定量的殘余奧氏體和貝氏體等韌性組織時(shí)，可以提高鋼的8卜，降低 空dN噴丸處理：噴丸強(qiáng)化也能提高心0六、試述疲勞微觀斷口的主要特征。（新書P113P114舊書P132）答：斷口特征是具有略呈彎曲并相互平行的溝槽花樣，稱疲勞條帶（疲勞條紋、疲勞輝 紋）。疲勞條帶是疲勞斷口最典型的微觀特征?；葡刀嗟拿嫘牧⒎浇饘?，具疲勞條帶明 顯

45、；滑移系少或組織復(fù)雜的金屬，具疲勞條帶短窄而紊亂。七、試述金屬表面強(qiáng)化對(duì)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(shí)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(shí)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

46、能使機(jī)件獲得表硬心切的綜合力學(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。八、試述疲勞圖的意義、建立及用途。（新書P101102,舊書P115117）定義：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。意義：很多機(jī)件或構(gòu)件是在不對(duì)稱循環(huán)載荷下工作的，因此還需知道材料的不對(duì)稱 循環(huán)疲勞極限，以適應(yīng)這類機(jī)件的設(shè)計(jì)和選材的需要。通常是用工程作圖法，由疲勞圖 求得各種不對(duì)稱循環(huán)的疲勞極限。1、a疲勞圖15建立：這種圖的縱坐標(biāo)以 a表示，橫坐標(biāo)以 m表示。然后，以不同應(yīng)力比條件下將max表示的疲勞極限

47、r分解為a和m ,并在該坐標(biāo)系中作ABC曲線，即為a m疲勞圖。其幾何關(guān)系為:tan am 1() 1 r2 max min25（用途）：我們知道應(yīng)力比r,將其代入試中，即可求得tan和，而后從坐標(biāo)原點(diǎn)。引 直線，令其與橫坐標(biāo)的夾角等于值，該直線與曲線ABC相交的交點(diǎn)B便是所求的點(diǎn)，其縱、橫坐標(biāo)之和，即為相應(yīng)r的疲勞極限r(nóng)B ? rB aB mB °2、 max( min ) m疲勞圖建立：這種圖的縱坐標(biāo)以max或min表示，橫坐標(biāo)以 m表示。然后將不同應(yīng)力比下的疲勞極限，分別以max（ min）和m表小于上述坐標(biāo)系中,就形成這種疲勞圖。幾何關(guān)系為:tanmaxm2 maxmax m

48、in（用途）：我們只要知道應(yīng)力比r,就可代入上試求得tan 和，而后從坐標(biāo)原點(diǎn)o引一直線OH,令其與橫坐標(biāo)的夾角等于，該直線與曲線AHC相交的交點(diǎn)H的縱坐標(biāo)即為疲勞極限。第六章金屬的應(yīng)力腐蝕和氫脆斷裂一、名詞解釋1、應(yīng)力腐蝕斷裂：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。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(shí)，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(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。4、氫化物致脆：對(duì)于I

49、V B或VB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，使金屬脆化，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。6、腐蝕疲勞：材料或零件在交變應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下造成的失效。二、說明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義1、（TSCC：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(chǎng)強(qiáng)度因子。3、da/dt：應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率。三、如何識(shí)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(shí)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

50、者則為氫脆。2、在強(qiáng)度較低的材料中，或者雖為高強(qiáng)度材料但受力不大，存在的殘余拉應(yīng)力也較小這 時(shí)其斷裂源都不在表面，而是在表面以下的某一深度，此處三向拉應(yīng)力最大，氫濃集在 這里造成氫脆斷裂。3、氫脆斷裂的主裂紋沒有分枝的情況.這和應(yīng)力腐蝕的裂紋是截然不同的。4、氫脆斷口上一般沒有腐蝕產(chǎn)物或者其量極微。5、大多數(shù)的氫脆斷裂（氫化物的氫脆除外），都表現(xiàn)出對(duì)溫度和形變速率有強(qiáng)烈的依賴關(guān) 系。氫脆只在一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)，出現(xiàn)氫脆的溫度區(qū)間決定于合金的化學(xué)成分和形 變速率。四、何謂氫致延滯斷裂？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)？高強(qiáng)度鋼中固溶一定量的氫，在低于屈服

51、強(qiáng)度的應(yīng)力持續(xù)作用下，經(jīng)過一段孕育期 后，金屬內(nèi)部形成裂紋，發(fā)生斷裂。-氫致延滯斷裂。因?yàn)闅渲卵訙嗔训臋C(jī)理主要是氫固溶于金屬晶格中，產(chǎn)生品格膨脹畸變，與刃位 錯(cuò)交互作用，氫易遷移到位錯(cuò)拉應(yīng)力處，形成氫氣團(tuán)。當(dāng)應(yīng)變速率較低而溫度較高時(shí)，氫氣團(tuán)能跟得上位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，但滯后位錯(cuò)一定距離。因此，氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)起 釘扎”作用，產(chǎn)生局部硬化。當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，產(chǎn)生位錯(cuò)塞積，氫 氣團(tuán)易于在塞積處聚集，產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致微裂紋。若應(yīng)變速率過高以及溫度低的情況下，氫氣團(tuán)不能跟上位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，便不能產(chǎn)生 釘扎 作用，也不可能在位錯(cuò)塞積處聚集，不能產(chǎn)生應(yīng)力集中，不會(huì)導(dǎo)致微裂紋。所以氫致延滯斷裂是在一定的應(yīng)變速率下和一定的溫度范

52、圍內(nèi)出現(xiàn)的。五、如何判斷某一零件的破壞是由應(yīng)力腐蝕引起的 ？答案：應(yīng)力腐蝕引起的破壞，常有以下特點(diǎn)：1、造成應(yīng)力腐蝕破壞的是靜應(yīng)力，遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度，而且一般是拉伸應(yīng)力。2、應(yīng)力腐蝕造成的破壞，是脆性斷裂，沒有明顯的塑性變形。3、只有在特定的合金成分與特定的介質(zhì)相組合時(shí)才會(huì)造成應(yīng)力腐蝕。4、應(yīng)力腐蝕的裂紋擴(kuò)展速率一般在10910-6m/s,有點(diǎn)象疲勞，是漸進(jìn)緩慢的，這 種亞臨界的擴(kuò)展?fàn)顩r一直達(dá)到某一臨界尺寸，使剩余下的斷面不能承受外載時(shí)，就突然 發(fā)生斷裂。5、應(yīng)力腐蝕的裂紋多起源于表面蝕坑處，而裂紋的傳播途徑常垂直于拉力軸。6、應(yīng)力腐蝕破壞的斷口，其顏色灰暗，表面常有腐蝕產(chǎn)物，而疲勞斷口的

53、表面，如 果是新鮮斷口常常較光滑，有光澤。7、應(yīng)力腐蝕的主裂紋擴(kuò)展時(shí)常有分枝。但應(yīng)力腐蝕裂紋并不總是分技的。8、應(yīng)力腐蝕引起的斷裂可以是穿晶斷裂，也可以是晶間斷裂。如果是穿晶斷裂，其 斷口是解理或準(zhǔn)解理的，具裂紋有似人字形或羽毛狀的標(biāo)記。第七章金屬的磨損與耐磨性一、名詞解釋1 .磨損：機(jī)件表面相互接觸并產(chǎn)生相對(duì)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。2 .接觸疲勞：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)生小片金屬剝落而使材料損失的現(xiàn)象?！綪153】二、如何提高材料或零件的抗粘著磨損能力 ？1

54、、注意一對(duì)摩擦副的配對(duì)。不要用淬硬鋼與軟鋼配對(duì)；不要用軟金屬與軟金屬配 對(duì)。2、金屬間互溶程度越小，晶體結(jié)構(gòu)不同，原子尺寸差別較大，形成化合物傾向較大 的金屬，構(gòu)成摩擦副時(shí)粘著磨損就較輕微。3、通過表面化學(xué)熱處理，如滲硫、硫氮共熔、磷化、軟氮化等熱處理工藝，使表面 生成一化合物薄膜，或?yàn)榱蚧?，磷化物，含氮的化合物，使摩擦系?shù)減小，起到減磨 作用也減小粘著磨損。4、改善潤(rùn)滑條件。三、粘著磨損產(chǎn)生的條件、機(jī)理及其防止措施又稱為咬合磨損，在滑動(dòng)摩擦條件下，摩擦副相對(duì)滑動(dòng)速度較小，因缺乏潤(rùn)滑油， 摩擦副表面無氧化膜，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。磨損機(jī)理

55、：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 觸又減小摩擦因素。3 .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。4 .其他途徑：改善潤(rùn)滑條件，降低表面

56、粗糙度，提高氧化膜與基體結(jié)合力都能降低粘著磨損。四、在什么條件下發(fā)生微動(dòng)磨損？如何減少微動(dòng)磨損？答案：微動(dòng)磨損通常發(fā)生在一對(duì)緊密配合的零件， 在載荷和一定的振動(dòng)頻率作用下, 較長(zhǎng)時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)，這種松動(dòng)只是微米級(jí)的相對(duì)滑動(dòng)，而微小的相對(duì)滑動(dòng)導(dǎo)致了接 觸金屬間的粘著，隨后是粘著點(diǎn)的剪切，粘著物脫落。在大氣環(huán)境下這些脫落物被氧化 成氧化物磨屑，由于兩摩擦表面的緊密配合，磨屑不易排出，這些磨屑起著磨料的作用， 加速了微動(dòng)磨損的過程。滾壓、噴九和表面化學(xué)熱處理都可因?yàn)楸韺赢a(chǎn)生壓應(yīng)力，能有 效地減少微動(dòng)磨損。五、影響接觸疲勞壽命的因素？?jī)?nèi)因1 .非金屬夾雜物：脆性非金屬夾雜物對(duì)疲勞強(qiáng)度有害，適量的塑性非金屬夾雜物（硫化物）能提高接 觸疲勞強(qiáng)度，塑性硫化物隨基體一起塑性變形，當(dāng)硫化物把脆性夾雜物包住形成共生火 雜物時(shí)，可以降低脆性夾雜物的不良影響。生產(chǎn)上盡可能減少