工程材料力學(xué)性能

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二、填空題

1）材料性能的分析方法，有黑箱法，相關(guān)法（灰箱法），過程法（白箱法）和環(huán)境法等四種。

2）材料的彈性不完整性，常包括彈性后效、彈性滯后環(huán)和Bauschinger效應(yīng)等現(xiàn)象。

3）材料的硬度試驗(yàn)方法，按加載方式可分為兩大類；一類是壓入法，如布氏硬度和洛氏（維氏）硬度等，另一類是刻劃法，如莫氏硬度。其中，與抗拉強(qiáng)度之間存在經(jīng)驗(yàn)關(guān)系的是布氏硬度。

4）材料的缺口效應(yīng)表現(xiàn)為：應(yīng)力集中，應(yīng)變集中，雙向或三向應(yīng)力應(yīng)力狀態(tài)和材料脆化（屈服強(qiáng)度升高塑性降低）。

5)根據(jù)裂紋體所受載荷與裂紋間的關(guān)系，可將裂紋分為張開（拉伸）型紋、滑開（剪切）型裂紋和撕開型裂紋等三種類型；其中張開（拉伸）型裂紋是實(shí)際工程構(gòu)件中最危險(xiǎn)的一種形式。

6）在典型金屬與陶瓷材料的蠕變曲線上，蠕變過程常由減速蠕變，恒速和加速蠕變?nèi)齻€(gè)階段組成。

7）按照磨損機(jī)理，磨損包括粘著磨損，磨粒磨損，疲勞磨損，腐蝕磨損,微動(dòng)磨損和沖蝕磨損等六種基本類型。

8）根據(jù)維度，納米材料可分原子團(tuán)簇、納米微粒等0維納米材料，納米線等1維納米材料，納米薄膜等2維納米材料，及納米塊體等3維納米材料。

9）高分子材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，大致可分為硬而脆，硬而強(qiáng)，硬而韌和軟而韌和軟而弱等五種類型。

10）材料的拉伸力學(xué)性能，包括屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和實(shí)際斷裂強(qiáng)度等強(qiáng)度指標(biāo)和延伸率和斷面收縮率等塑性指標(biāo)。

11）彈性滯后環(huán)是由于材料的加載線和卸載線不重合而產(chǎn)生的。對(duì)機(jī)床的底座等構(gòu)件，為保證機(jī)器的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，材料的彈性滯后環(huán)越大越好；而對(duì)彈簧片、鐘表等材料，要求材料的彈性滯后環(huán)越小越好。

12）材料的斷裂按斷裂機(jī)理分可分為微孔聚集型斷裂，解理斷裂和沿晶斷裂；按斷裂前塑性變形大小分可分為延性斷裂和脆性斷裂

13）在扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中，塑性材料的斷裂面與試樣軸線垂直；脆性材料的斷裂面與試樣軸線成450角。

14）低溫脆性常發(fā)生在具有體心立方結(jié)構(gòu)的金屬及合金中，而在面心立方結(jié)構(gòu)的金屬及合金中很少發(fā)現(xiàn)。

15）根據(jù)構(gòu)件的受力狀態(tài)，環(huán)境敏感斷裂可分為應(yīng)力腐蝕開裂，腐蝕疲，腐蝕磨損和微動(dòng)磨損等四類。

16）材料的韌性是表征材料在外力作用下，從變形到斷裂全過程中吸收塑性變形功和斷裂功的能力。根據(jù)試樣形狀和加載速率，材料的韌性可分為光滑試樣的靜力韌性、缺口試樣的沖擊韌性和裂紋試樣的斷裂韌性。

17）單向拉伸條件下的應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)為0.5；而扭轉(zhuǎn)和單向

壓縮下的應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)分別為0.8和2.0

。應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)越大，材料越容易產(chǎn)生延性(塑性)斷裂。

18）對(duì)循環(huán)載荷，常用最大應(yīng)力、最小應(yīng)力、平均應(yīng)力、應(yīng)力半幅、和應(yīng)力比等五個(gè)參量進(jìn)行描述。

19)通過靜載拉伸實(shí)驗(yàn)可以測(cè)定材料的彈性極限、屈服極限、抗拉強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度等強(qiáng)度指標(biāo)，及延伸率、斷面收縮率等塑性指標(biāo)。

20)在材料的完整彈性變形中，加載的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與卸載曲線完全重合；而對(duì)不完整的彈性變形，存在著彈性后效、彈性滯后、包辛格效應(yīng)等彈性變形時(shí)加載線與卸載線不重合的現(xiàn)象。

21)斷口的三要素是纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇。微孔聚集型斷裂的微觀特征是韌窩；解理斷裂的微觀特征主要有解理臺(tái)階和河流和舌狀花樣；沿晶斷裂的微觀特征為石狀斷口和冰糖塊狀斷口。

22)測(cè)定材料硬度的方法主要有壓入法、回跳法和刻劃法；其中壓入硬度法又可分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、和努氏硬度等。（3分）

23)在平面應(yīng)變斷裂韌性KIC的測(cè)試過程中，對(duì)三點(diǎn)彎曲試樣的厚度B、裂紋長(zhǎng)度a和韌帶長(zhǎng)度(W-a)的要求為：，，這樣做的目的是為了保證裂紋尖端處于小范圍屈服和平面應(yīng)變狀態(tài)。

24）材料的環(huán)境敏感斷裂，可按材料或零件受力的性質(zhì)劃分為應(yīng)力腐蝕開裂、氫脆、腐蝕疲勞和腐蝕磨損等形式。在應(yīng)力腐蝕斷裂中材料與介質(zhì)的組合特定的；在腐蝕疲勞斷裂中材料會(huì)在任何介質(zhì)中出現(xiàn)。

25）材料長(zhǎng)期在高溫條件下時(shí)，在恒應(yīng)力下發(fā)生的塑性變形現(xiàn)象稱作蠕變；而在恒應(yīng)變下的應(yīng)力降低現(xiàn)象稱作應(yīng)力松弛。

26）σe表示材料的彈性極限；σp表示材料的比例極限；σs表示材料的屈服強(qiáng)度；σb表示材料的抗拉強(qiáng)度。

27）應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)α值越大，表示應(yīng)力狀態(tài)越軟，材料越容易產(chǎn)生塑性變形和延性斷裂。為測(cè)量脆性材料的塑性，常選用應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)α值大的實(shí)驗(yàn)方法，如壓縮等。

28）在扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中，塑性材料的斷裂面與試樣軸線垂直，斷口平齊，這是由切應(yīng)力造成的切斷；脆性材料的斷裂面與試樣軸線450角，這是由正應(yīng)力造成的正斷。與靜拉伸試樣的宏觀斷口特征相反。

29）材料截面上缺口的存在，使得缺口根部產(chǎn)生應(yīng)力集中和雙（三）向應(yīng)力，試樣的屈服強(qiáng)度升高，塑性降低。

30）在平面應(yīng)變斷裂韌性KIC測(cè)試過程中，對(duì)試樣的尺寸為其中B、a、（W-a）分別是三點(diǎn)彎曲試樣的厚度、裂紋長(zhǎng)度和韌帶長(zhǎng)度，σs是材料的屈服強(qiáng)度；這樣要求是為了保證裂紋尖端處于平面應(yīng)變和小范圍屈服狀態(tài)；平面應(yīng)變狀

態(tài)下的斷裂韌性KIC小于平面應(yīng)力狀態(tài)下的斷裂韌性KC。

31）按斷裂壽命和應(yīng)力

水平，疲勞可分為高周疲勞和低周疲勞；疲勞斷口的典型特征是疲勞條紋（貝紋線）。

32）對(duì)材料的磨損，按機(jī)理可分為粘著磨損，磨粒磨損，疲勞磨損、腐蝕磨損、沖蝕磨損和微動(dòng)磨損等形式。

33）材料的斷裂按斷裂機(jī)理分可分為微孔聚集型斷裂，解理斷裂和沿晶斷裂；按斷裂前塑性變形大小分可分為延性斷裂和脆性斷裂。微孔聚集型斷裂的微觀特征是韌窩；解理斷裂的微觀特征主要有解理臺(tái)階和河流和舌狀花樣；沿晶斷裂的微觀特征為石狀斷口和冰糖塊狀斷口。

34）材料的環(huán)境敏感斷裂，可按材料或零件受力的性質(zhì)劃分為應(yīng)力腐蝕開裂、腐蝕疲勞斷裂、腐蝕磨損和微動(dòng)腐蝕等形式。在應(yīng)力腐蝕斷裂中材料與介質(zhì)的組合特定的；在腐蝕疲勞斷裂中材料會(huì)在任何介質(zhì)中出現(xiàn)。

三、單項(xiàng)選擇題

1）拉伸試樣的直徑一定，標(biāo)距越長(zhǎng)則測(cè)出的斷面收縮率會(huì)（C）。

a)越高；b)越低；c)不變；d)無規(guī)律可循

2）Bauschinger效應(yīng)是指經(jīng)過預(yù)先加載變形，然后再反向加載變形時(shí)材料的彈性極限（B）的現(xiàn)象。

a)升高；b)降低；c)不變；d)無規(guī)律可循

3）為使材料獲得較高的韌性，對(duì)材料的強(qiáng)度和塑性需要（C）的組合。

a)高強(qiáng)度、低塑性；b)高塑性、低強(qiáng)度；c)中等強(qiáng)度、中等塑性；d)低強(qiáng)度、低塑性

4）下述斷口哪一種是延性斷口（D）。

a)穿晶斷口；b)沿晶斷口；c)河流花樣；d)韌窩斷口

5）在單向拉伸、扭轉(zhuǎn)與單向壓縮實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)的變化規(guī)律是（C）。

a)單向拉伸＞扭轉(zhuǎn)＞單向壓縮；b)單向拉伸＞單向壓縮＞扭轉(zhuǎn)；c)單向壓縮＞扭轉(zhuǎn)＞單向拉伸；d)扭轉(zhuǎn)＞單向拉伸＞單向壓縮

6）從化學(xué)鍵的角度看，一價(jià)鍵材料的硬度變化規(guī)律是（A）。

a)離子鍵＞金屬鍵＞氫鍵；b)離子鍵＞氫鍵＞金屬鍵；c)氫鍵＞金屬鍵＞離子鍵；d)金屬鍵＞離子鍵＞氫鍵

7）在缺口試樣的沖擊實(shí)驗(yàn)中，缺口越尖銳，試樣的沖擊韌性（B）。

a)越大；b)越??；c)不變；d)無規(guī)律

8）材料的斷裂韌性隨板材厚度或構(gòu)件截面尺寸的增加而（A）。

a)減??；b)增大；c)不變；d)無規(guī)律

9）對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力的應(yīng)力比R為（C）。

a)0；b)1；c)-1；d)∞

10）KISCC表示材料的（C）。

a)斷裂韌性；b)沖擊韌性；c)應(yīng)力腐蝕破裂門檻值；d)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子

11）在高溫高壓下，氫與鋼中的碳發(fā)生反應(yīng)生成甲烷氣體，從而導(dǎo)致鋼的塑性降低，這種現(xiàn)象叫做（B）。

a)氫化物脆性；b)

氫蝕；c)白點(diǎn)；d)氫致滯后斷裂

12）晶粒與晶界兩者強(qiáng)度相等的溫度，稱為（C）。

a)冷脆轉(zhuǎn)變溫度；b)玻璃化轉(zhuǎn)

變溫度；c)等強(qiáng)溫度；d)共晶溫度

13）與維氏硬度值可以互相比較的是（A）。

a)布氏硬度；b)洛氏硬度；c)莫氏硬度；d)肖氏硬度

14）扭轉(zhuǎn)加載的應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)（A）單向拉伸的應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)。

a)大于；b)小于；c)等于；d)無關(guān)系

15）雙原子模型計(jì)算出的材料理論斷裂強(qiáng)度比實(shí)際值高出1~3個(gè)數(shù)量級(jí)，是因?yàn)椋–）。

a)模型不正確；b)近似計(jì)算太粗太多；c)實(shí)際材料有缺陷；d)實(shí)際材料無缺陷

16)平面應(yīng)變條件下裂紋尖端的塑性區(qū)尺寸（B）平面應(yīng)力下的塑性區(qū)。

a)大于；b)小于；c)等于；d)不一定

17）在研究低周疲勞中，常通過控制（B）的方式進(jìn)行。

a)應(yīng)力；b)應(yīng)變；c)時(shí)間；d)頻率

18）⊿Kth表示材料的（B）。

a)斷裂韌性；b)疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值；c)應(yīng)力腐蝕破裂門檻值；d)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子

19）奧氏體不銹鋼在（B）溶液中容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。

a)熱堿溶液；b)氯化物溶液；c)氨水溶液；d)硝酸鹽溶液

20）蠕變是指材料在（A）長(zhǎng)期作用下發(fā)生的塑性變形現(xiàn)象。

a)恒應(yīng)變；b)恒應(yīng)力；c)恒加載速率；d)恒定頻率

21）細(xì)晶強(qiáng)化是非常好的強(qiáng)化方法，但不適用于（A）。

a)高溫；b)中溫；c)常溫；d)低溫

22）與干摩擦相比，加入潤(rùn)滑劑后摩擦副間的摩擦系數(shù)將會(huì)（B）。

a)增大；b)減?。籧)不變；d)不一定

23）納米材料是指一個(gè)維度的尺寸小于（C）的材料。

a)1nm；b)1μm；c)100nm；d)10nm

24）為使材料獲得較高的韌性，對(duì)材料的強(qiáng)度和塑性需要（C）的組合。

a)高強(qiáng)度、低塑性；b)高塑性、低強(qiáng)度；c)中等強(qiáng)度、中等塑性；d)低強(qiáng)度、低塑性

25）應(yīng)力松弛是指高溫服役的零件或材料在保持不變的條件下，其中的自行降低的現(xiàn)象。（B）

a)應(yīng)力、應(yīng)變；b)應(yīng)變、應(yīng)力；c)溫度、應(yīng)變；d)溫度、應(yīng)力

26）拉伸試樣的直徑一定，標(biāo)距越長(zhǎng)則測(cè)出的斷面收縮率會(huì)（C）。

a)越高；b)越低；c)不變；d)無規(guī)律可循

27）材料的彈性比功，可通過（B）來得到提高。

a)提高抗拉強(qiáng)度、降低彈性模量；b)提高彈性極限、降低彈性模量；

c)降低彈性極限、降低彈性模量；d)降低彈性極限、提高彈性模

28）單向壓縮條件下的應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)為（D）。

a)0.5；b)1.0；c)0.8；d)2.0

29）HRC是（D）的一種表示方法。

a)維氏硬度；b)努氏硬度；c)肖氏硬度；d)洛氏硬度

30）在缺口試樣的沖擊實(shí)驗(yàn)中，缺口試樣的厚度越大，試樣的沖擊韌性越（C

）、韌脆轉(zhuǎn)變溫度越（）。

a)大、高；b)小、低；c)小、高；d)大、低

31）I型（張開型）裂紋的外加應(yīng)力與裂紋面（B）；而II型（滑開型）裂紋的外加應(yīng)

力與裂紋面（）。

a)平行、垂直；b)垂直、平行；c)成450角、垂直；d)平行、成450角32）黃銅容易在（C）溶液中發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。

a)熱堿溶液；b)氯化物溶液；c)氨水溶液；d)硝酸鹽溶液

33）Tt?表示給定溫度T下，恰好使材料經(jīng)過規(guī)定的時(shí)間t發(fā)生斷裂的（B）。

a)蠕變極限；b)持久強(qiáng)度；c)高溫強(qiáng)度；d)抗拉強(qiáng)度

34）應(yīng)力松弛是指高溫服役的零件或材料在保持不變的條件下，其中的自行降低的現(xiàn)象。（B）

a)應(yīng)力、應(yīng)變；b)應(yīng)變、應(yīng)力；c)溫度、應(yīng)變；d)溫度、應(yīng)力

四、簡(jiǎn)答題（每小題4分，共24分）

1）闡述形變強(qiáng)化的概念和工程意義。

答：拉伸試驗(yàn)中，材料完成屈服應(yīng)變后，隨應(yīng)變的增加發(fā)生的應(yīng)力增大的現(xiàn)象，稱為形變強(qiáng)化。材料的形變強(qiáng)化規(guī)律，可用Hollomon公式S=Kεn描述。（2分）

形變強(qiáng)化是金屬材料最重要的性質(zhì)之一，其工程意義在于：1）形變強(qiáng)化可使材料或零件具有抵抗偶然過載的能力，阻止塑性變形的繼續(xù)發(fā)展，保證材料安全。2）形變強(qiáng)化是工程上強(qiáng)化材料的重要手段，尤其對(duì)于不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化的材料，形變強(qiáng)化成為提高其強(qiáng)度的非常重要的手段。3）形變強(qiáng)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。（2分）

2）簡(jiǎn)述維氏硬度的測(cè)試原理、方法及維氏硬度壓頭的設(shè)計(jì)依據(jù)。

答：維氏硬度的測(cè)試原理和方法是以一定的壓力將錐面夾角為136o的四方金鋼石角錐體壓頭壓入試樣件表面，保持一定的時(shí)間后卸除壓力，于是在試樣表面上留下壓痕。測(cè)量壓痕兩對(duì)角線的長(zhǎng)度后取平均值d，計(jì)算出壓痕的面積A＝d2/2sin(136/2)0=d2/1.854。將單位

痕單位面積上承受的載荷，定義為維氏硬度。維氏硬度值可用HV=P/A=1.854P/d2進(jìn)行計(jì)算。（2分）

維氏硬度采用四方角錐壓頭，是針對(duì)布氏硬度的載荷P和壓球直徑D之間必須遵循P/D2為定值的這一制約關(guān)系的缺點(diǎn)而提出來的。采用了四方角錐壓頭，當(dāng)載荷改變時(shí)壓入角不變，因此載荷可以任意選擇，這是維氏硬度試驗(yàn)最主要的特點(diǎn)，也是最大的優(yōu)點(diǎn)。

四方角錐體之所以選取136o，是為了所測(cè)數(shù)據(jù)與HB值能得到最好的配合。因?yàn)橐话悴际嫌捕仍囼?yàn)時(shí)，壓痕直徑d多半在0.25D到0.50D之間，當(dāng)通過此壓痕直徑作壓球的切線，切線的夾角正好等于136o。所以通過維氏硬度試驗(yàn)所得到的硬度值和通過布氏硬度試驗(yàn)所得到的硬度值能完全相等。

此外

，采用四方角錐后，壓痕為一具有清晰輪廓的正方形。在測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度d時(shí)誤差小，這比用布氏硬度測(cè)量圓形的壓痕直徑d要方便得多。另外，采用金鋼石壓頭可適用于試驗(yàn)任何硬質(zhì)材料的硬度測(cè)

量。（2分）

3）簡(jiǎn)述低溫脆性現(xiàn)象及其物理本質(zhì)。

答：材料因溫度的降低由韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔?，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機(jī)理由微孔聚集型變?yōu)榇┚Ы饫恚瑪嗫谔卣饔衫w維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀的現(xiàn)象，稱為低溫脆性或冷脆。（2分）

低溫脆性是材料屈服強(qiáng)度隨溫度下降急劇增加、而材料的斷裂強(qiáng)度σf卻隨溫度變化較小的結(jié)果。（2分）

4）材料的厚度或截面尺寸對(duì)材料的斷裂韌性有什么影響？在平面應(yīng)變斷裂韌性KIC的測(cè)試過程中，為了保證裂紋尖端處于平面應(yīng)變和小范圍屈服狀態(tài)，對(duì)試樣的尺寸有什么要求？

答：材料的斷裂韌性隨材料厚度或截面尺寸的增加而減小，最終趨于一個(gè)穩(wěn)定的最低值，即平面應(yīng)變斷裂韌性KIC。（2分）

為保證裂紋尖端處于平面應(yīng)變和小范圍屈服狀態(tài)，對(duì)試樣在z向的厚度B、在y向的寬度W與裂紋長(zhǎng)度a之差（即W-a，稱為韌帶寬度）和裂紋長(zhǎng)度a設(shè)計(jì)成如下尺寸

5）高周疲勞與低周疲勞的區(qū)別是什么？并從材料的強(qiáng)度和塑性出發(fā)，分析應(yīng)如何提高材料的抗疲勞性能？

答：高周疲勞是指小型試樣在變動(dòng)載荷（應(yīng)力）試驗(yàn)時(shí)，疲勞斷裂壽命高于105周次的疲勞過程。高周疲勞試驗(yàn)是在低載荷、高壽命和控制應(yīng)力下進(jìn)行的疲勞。而低周疲勞是在高應(yīng)力、短壽命、控制應(yīng)變下進(jìn)行的疲勞過程。（2分）

對(duì)高周疲勞，由于承受的載荷較小、常處于彈性變形范圍內(nèi)，因而材料的疲勞抗力主要取決于材料強(qiáng)度。于是提高的材料就可改善材料的高周疲勞抗力。

而對(duì)低周疲勞，承受的載荷常大于材料的屈服強(qiáng)度、處于塑性變形內(nèi)，因而材料的疲勞抗力主要取決于材料的塑性。于是增加材料的塑性，可提高材料的低周疲勞抗力。（2分）

6）敘述區(qū)分高強(qiáng)鋼發(fā)生應(yīng)力腐蝕與氫致滯后斷裂的方法。

答：應(yīng)力腐蝕與氫致滯后斷裂，雖然都是由于應(yīng)力和化學(xué)介質(zhì)共同作用而產(chǎn)生的延滯斷裂現(xiàn)象，但可通過以下的方法進(jìn)行區(qū)分：

1)利用外加電流對(duì)靜載下產(chǎn)生裂紋的時(shí)間或裂紋擴(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。（1分）

2)應(yīng)力腐蝕的斷裂源在試樣的表面；而氫致開裂的斷裂源在表面以下的某一深度處。（1分）

3)應(yīng)力腐蝕斷口的顏色灰暗，常有腐蝕產(chǎn)物存在；而氫致斷裂斷口一般較光

亮、沒有腐蝕產(chǎn)物或腐蝕產(chǎn)物的量很少。（1分）

4）應(yīng)力腐蝕的主裂紋有較多的二次裂紋存在；而氫致斷裂的主裂紋沒有分枝。（1分）

7）簡(jiǎn)述材料性能的分析方法。

答：對(duì)材料性能的分析，常有如下四種不同的方法：

（1）黑箱法：由

于不知道或不需要知道材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，認(rèn)為材料是一個(gè)黑箱；可從輸入和輸出信息的實(shí)驗(yàn)關(guān)系來定義或理解性能。（1分）

（2）相關(guān)法(灰箱法)：隨著對(duì)材料結(jié)構(gòu)的不斷認(rèn)識(shí)，及對(duì)材料實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的不斷積累，材料的結(jié)構(gòu)部分已知，從而可用統(tǒng)計(jì)的方法建立起性能與結(jié)構(gòu)之間相關(guān)性的經(jīng)驗(yàn)方程。（1分）

（3）過程法（白箱法）：在深入了解材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的本質(zhì)、并掌握材料的行為過程機(jī)制的情況下，可從材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)去計(jì)算或預(yù)測(cè)材料的各種性能。（1分）

（4）環(huán)境法：材料的性能，除與材料的成分和結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與外界的環(huán)境條件有關(guān)。即從環(huán)境條件對(duì)材料的作用角度去研究材料的性能。（1分）

8）簡(jiǎn)述洛氏硬度試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

答：洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是：（1）因有硬質(zhì)、軟質(zhì)兩種壓頭，故適于各種不同硬質(zhì)材料的檢驗(yàn)，不存在壓頭變形問題。（2）因?yàn)橛捕戎悼蓮挠捕葯C(jī)的表盤上直接讀出，故測(cè)定洛氏硬度更為簡(jiǎn)便迅速，工效高。（3）對(duì)試件表面造成的損傷較小，可用于成品零件的質(zhì)量檢驗(yàn)。（4）因加有預(yù)載荷，可以消除表面輕微的不平度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。（2分）

洛氏硬度的缺點(diǎn)是：（1）洛氏硬度存在人為的定義，使得不同標(biāo)尺的洛氏硬度值無法相互比較，不象布氏硬度可以從小到大統(tǒng)一起來。（2）由于壓痕小，所以洛氏硬度對(duì)材料組織的不均勻性很敏感，測(cè)試結(jié)果比較分散，重復(fù)性差，因而不適用具有粗大組成相(如灰鑄鐵中的石墨片)或不均勻組織材料的硬度測(cè)定。（2分）

9）試以日常生活的1~2則事例，說明裂紋的有益作用或?qū)θ藗冇欣囊幻妗?/p>

答：如切割玻璃時(shí)，工人們總是先用玻璃刀在玻璃上刻下劃痕，以使玻璃切割得既整齊又省力。（2分）

再如售貨員賣布時(shí)，也總是先在布的邊緣剪開一個(gè)小口，沿著這個(gè)小口，可以很容易地將布撕開。（2分）

10）與純機(jī)械疲勞相比，腐蝕疲勞有何特點(diǎn)？

答：與純機(jī)械疲勞相比，在水介質(zhì)中的腐蝕疲勞具有以下的特點(diǎn)：

(1)在腐蝕疲勞的S~N曲線上，沒有像大氣疲勞那樣具有水平線段，即不存在無限壽命的疲勞極限值。即使交變應(yīng)力很低，只要循環(huán)次數(shù)足夠大，材料總會(huì)發(fā)生斷裂。（1分）(2)腐蝕疲勞極限與靜強(qiáng)度之間沒有直接的關(guān)系。（1分）

(3)在大氣環(huán)境中，當(dāng)加載頻率小

于1000Hz時(shí)，頻率對(duì)疲勞極限基本上無影響。但腐蝕疲勞對(duì)加載頻率十分敏感，頻率越低，疲勞強(qiáng)度與壽命也越低。（1分）

(4)腐蝕疲勞條件下裂紋極易萌生，故裂紋擴(kuò)展是疲勞壽命的主要組成部分。而大氣環(huán)境下，光滑試樣的裂紋萌生是疲勞壽命的主要部分。（1分）

11）與常溫

下力學(xué)性能相比，金屬材料在高溫下的力學(xué)行為有哪些特點(diǎn)？

答：與常溫下力學(xué)性能相比，金屬材料在高溫下的力學(xué)行為有如下的特點(diǎn)：

（1）材料在高溫下將發(fā)生蠕變現(xiàn)象。即在應(yīng)力恒定的情況下，材料在應(yīng)力的持續(xù)作用下不斷地發(fā)生變形。（1分）

（2）材料在高溫下的強(qiáng)度與載荷作用的時(shí)間有關(guān)了。載荷作用的時(shí)間越長(zhǎng)，引起一定變形速率或變形量的形變抗力及斷裂抗力越低。（1分）

（3）材料在高溫下工作時(shí)，不僅強(qiáng)度降低，而且塑性也降低。應(yīng)變速率越低，載荷作用時(shí)間越長(zhǎng)，塑性降低得越顯著。因而在高溫下材料的斷裂，常為沿晶斷裂。（1分）

（4）在恒定應(yīng)變條件下，在高溫下工作的材料還會(huì)應(yīng)力松弛現(xiàn)象，即材料內(nèi)部的應(yīng)力隨時(shí)間而降低的現(xiàn)象。（1分）

12）控制摩擦磨損的方法有哪些？

答：對(duì)材料的摩擦磨損，其控制方法如下：

（1）潤(rùn)滑劑的使用：在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦接觸面之間加入潤(rùn)滑劑，使兩接觸表面之間形成潤(rùn)滑膜，變干摩擦為潤(rùn)滑劑內(nèi)部分子間的內(nèi)摩擦，從而達(dá)到減少摩擦表面摩擦、降低材料磨損的目的。（1分）

（2）摩擦材料的選擇：根據(jù)摩擦的具體工況(載荷、速度、溫度、介質(zhì)等)，選擇合理的摩擦副材料（減摩、摩阻、耐磨），也可達(dá)到降低材料摩擦磨損的目的。（1分）

（3）材料的表面改性和強(qiáng)化：利用各種物理的、化學(xué)的或機(jī)械的工藝手段如機(jī)械加工強(qiáng)化處理、表面熱處理、擴(kuò)散處理和表面覆蓋處理，使材料表面獲得特殊的成分、組織結(jié)構(gòu)與性能，以提高材料的耐磨性能。（2分）

13）脆性和塑性材料的典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線有哪幾種？并敘述曲線的主要特征及所屬材料。

答：典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線主要有以下兩種：

（1）脆性材料如玻璃、多種陶瓷、巖石，交聯(lián)很好的聚合物、低溫下的金屬材料、淬火狀態(tài)的高碳鋼和普通灰鑄鐵等的應(yīng)力－應(yīng)變曲線，在拉伸斷裂前，只發(fā)生彈性變形，不發(fā)生塑性變形，在最高載荷點(diǎn)處斷裂，形成平斷口，斷口平面與拉力軸線垂直。（1分）

（2）塑性材料的應(yīng)力－應(yīng)變曲線：(a)對(duì)調(diào)質(zhì)鋼和一些輕合金，它們的應(yīng)力－應(yīng)變曲線可分為：彈性變形階段、發(fā)生屈服、應(yīng)變強(qiáng)化或加工硬化階段、縮頸階段、斷裂等階段；斷裂后形成杯狀斷口

。(b)退火低碳鋼和某些有色金屬材料，應(yīng)力-應(yīng)變曲線上具有明顯的屈服點(diǎn)、屈服平臺(tái)等特征。(c)對(duì)某些塑性較低的金屬如鋁青銅、和形變強(qiáng)化能力特別強(qiáng)的金屬如ZGMn13等材料，應(yīng)力－應(yīng)變曲線上不出現(xiàn)頸縮的，只有彈性變形階段和均勻塑性變形階段。(d)對(duì)某些低溶質(zhì)固溶體鋁合金及含雜質(zhì)的鐵合金材料，在應(yīng)力－應(yīng)變曲

線上回出現(xiàn)多次局部失穩(wěn)或齒形特征。（4分）

14）簡(jiǎn)述洛氏硬度試驗(yàn)方法的原理、計(jì)算方法和優(yōu)缺點(diǎn)。

答：洛氏硬度試驗(yàn)方法的原理是以一定的壓力（600N、1000N、1500N）將頂角為1200的金剛石圓錐體壓頭或直徑為的鋼球壓入試樣表面，以殘留于表面的壓痕深度e來表示材料的硬度。（2分）

洛氏硬度的計(jì)算方法為：（1）對(duì)以金剛石圓錐體為壓頭、總試驗(yàn)力為1500N的C標(biāo)尺，有HRC=100-e/0.002；（2）對(duì)以鋼球?yàn)閴侯^、總試驗(yàn)力為600N和1000N的A和B標(biāo)尺，有HRA(B)=130-e/0.002。（1分）

洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是：（1）因有硬質(zhì)、軟質(zhì)兩種壓頭，故適于各種不同硬質(zhì)材料的檢驗(yàn)，不存在壓頭變形問題。（2）因?yàn)橛捕戎悼蓮挠捕葯C(jī)的表盤上直接讀出，故測(cè)定洛氏硬度更為簡(jiǎn)便迅速，工效高。（3）對(duì)試件表面造成的損傷較小，可用于成品零件的質(zhì)量檢驗(yàn)。（4）因加有預(yù)載荷，可以消除表面輕微的不平度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。（1分）

洛氏硬度的缺點(diǎn)是：（1）洛氏硬度存在人為的定義，使得不同標(biāo)尺的洛氏硬度值無法相互比較，不象布氏硬度可以從小到大統(tǒng)一起來。（2）由于壓痕小，所以洛氏硬度對(duì)材料組織的不均勻性很敏感，測(cè)試結(jié)果比較分散，重復(fù)性差，因而不適用具有粗大組成相(如灰鑄鐵中的石墨片)或不均勻組織材料的硬度測(cè)定。（1分）

15）材料的應(yīng)力腐蝕開裂具有哪些主要特征？

答：應(yīng)力腐蝕開裂具有以下特點(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—般在10-9~10-6m/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。(7)應(yīng)力腐蝕的主裂紋擴(kuò)展時(shí)常有分枝。(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。（5分）

16）簡(jiǎn)述控制材料摩擦磨損的方法

答：對(duì)材料的摩

擦磨損，其控制方法如下：

（1）潤(rùn)滑劑的使用：在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦接觸面之間加入潤(rùn)滑劑，使兩接觸表面之間形成潤(rùn)滑膜，變干摩擦為潤(rùn)滑劑內(nèi)部分子間的內(nèi)摩擦，從而達(dá)到減少摩擦表面摩擦、降低材料磨損的目的。（1分）

（2）摩擦材料的選擇：根據(jù)摩擦的具體工況(載荷、速度、溫度、介質(zhì)等)，選擇合理的摩擦副材料（減摩、摩阻、耐磨），也可達(dá)到降低

材料摩擦磨損的目的。（2分）

（3）材料的表面改性和強(qiáng)化：利用各種物理的、化學(xué)的或機(jī)械的工藝手段如機(jī)械加工強(qiáng)化處理、表面熱處理、擴(kuò)散處理和表面覆蓋處理，使材料表面獲得特殊的成分、組織結(jié)構(gòu)與性能，以提高材料的耐磨性能。（2分）

6）與常規(guī)晶粒材料相比，納米材料的力學(xué)性能主要有哪些不同？

答:納米材料的力學(xué)性能與常規(guī)晶粒材料的不同之處在于:（1）納米材料的彈性模量較常規(guī)晶粒材料的彈性模量降低了30%~50%。（2）納米純金屬的硬度或強(qiáng)度是大晶粒(1μm)金屬硬度或強(qiáng)度的2~7倍。（3）納米材料可具有負(fù)的Hall-Petch關(guān)系，即隨著晶粒尺寸的減小，材料的強(qiáng)度降低。（4）在較低的溫度下，如室溫附近脆性的陶瓷或金屬間化合物在具有納米晶時(shí)，由于擴(kuò)散的相變機(jī)制而具有塑性或是超塑性。（5分）

17）解釋平面應(yīng)力和平面應(yīng)變狀態(tài)，并用應(yīng)力應(yīng)變參數(shù)表述這兩種狀態(tài)。

答：對(duì)薄板，由于板材較薄，在厚度方向上可以自由變形，即σz=0。這種只在兩個(gè)方向上存在應(yīng)力的狀態(tài)稱為平面應(yīng)力。（2分）

對(duì)厚板，由于厚度方向變形的約束作用，使得ｚ方向不產(chǎn)生應(yīng)變，即εｚ＝０。這種狀態(tài)稱為平面應(yīng)變。（2分）

18）形變強(qiáng)化的規(guī)律是什么？其工程意義有哪些？

答：材料從屈服到產(chǎn)生頸縮間的形變強(qiáng)化階段，遵從Hollomon公式S=Kεn。（1分）

形變強(qiáng)化的意義為：１）可使金屬零件具有抵抗偶然超載的能力，保證安全；２）可強(qiáng)化材料；３）形變強(qiáng)化可以保證某些冷成形工藝的順利進(jìn)行。（3分）

19）缺口會(huì)引起哪些力學(xué)響應(yīng)？如何評(píng)定材料的缺口敏感性？

答：材料截面上缺口的存在，使得在缺口的根部產(chǎn)生應(yīng)力集中、雙向或三向應(yīng)力，并試樣的屈服強(qiáng)度升高，塑性降低。（2分）

材料的缺口敏感性，可通過缺口靜拉伸、偏斜拉伸、靜彎曲、沖擊等方法加以評(píng)定。（2分）

20）哪些材料易表