材料力學(xué)性能課后習(xí)題答案

材料力學(xué)性能課后習(xí)題

答案

第一章單向靜拉伸力學(xué)性能

1、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，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。

脆性：指金屬材料受力時(shí)沒(méi)有發(fā)生塑性變形而直接

斷裂的能力

韌性：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。

也可以是脆性斷裂。穿晶斷裂的裂紋穿過(guò)晶內(nèi)，可

以是韌性斷裂，10.穿晶斷裂：

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?/p>

一溫度點(diǎn)時(shí)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂方式由原

來(lái)的韌性斷裂變?yōu)榇嘈詳嗔?，這種現(xiàn)象稱為韌脆轉(zhuǎn)

變

2、說(shuō)明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義。

oa

6

?--T

8=P=，

E彈性模量G切變模量規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)

力屈服強(qiáng)度r答：0.2

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)P15gt

3、金屬的彈性模量主要取決于什么因素？為什么

說(shuō)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]

2、現(xiàn)有45、40Cr、35CrMo鋼和灰鑄鐵幾種材料，

你選擇哪種材料作為機(jī)

床起身，為什么？

選灰鑄鐵，因?yàn)槠浜剂扛?，有良好的吸震減震作

用，并且機(jī)床床身一般結(jié)

構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)精度要求不高，使用灰鑄鐵可降低成本,

提高生產(chǎn)效率。

5、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fee

金屬及其合金屈服行為不同的原因。

答：多晶體金屬產(chǎn)生明顯屈服的條件：1）材料變

形前可動(dòng)位錯(cuò)密度小，或雖有大量位錯(cuò)但被釘扎住,

如鋼中的位錯(cuò)為間隙原子、雜質(zhì)原子或第二相質(zhì)

點(diǎn)所釘扎。2）隨塑性變形的發(fā)生，位錯(cuò)能快速增

殖；3）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率與外加應(yīng)力之間有強(qiáng)烈依存

關(guān)系。

金屬材料塑性變形的應(yīng)變速率與位錯(cuò)密度、位錯(cuò)

運(yùn)動(dòng)速率和柏氏矢量成正比，而）,vbv位

錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率又決定于外加應(yīng)力的滑移分切應(yīng)力。（（）m

0

塑性變形初始階段，由于可動(dòng)位錯(cuò)密度少，為了

維持高的應(yīng)變速率，必須增大位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率。而

要提高位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率必須要有高的應(yīng)力，這對(duì)應(yīng)

著上屈服點(diǎn)。一旦塑性變形產(chǎn)生，位錯(cuò)大量增殖，

位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率下降，相應(yīng)的應(yīng)力隨之下降，從而

產(chǎn)生了屈服現(xiàn)象。

對(duì)于bcc金屬及其合金，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率應(yīng)力敏感

指數(shù)m'低，即位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率變化所需應(yīng)力變化大，

屈服現(xiàn)象明顯。而fee金屬及其合金，其位錯(cuò)運(yùn)

動(dòng)速率應(yīng)力敏感指數(shù)高，屈服現(xiàn)象不明顯。

6、試述退火低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼的屈服現(xiàn)象

在拉伸力-伸長(zhǎng)曲線圖上的區(qū)別？為什么？

答：隨含碳量的增加，屈服現(xiàn)象越來(lái)越不明顯。這

是由于隨含碳量高，其組織中滲碳體含量增多，對(duì)

基體起強(qiáng)化作用，使得材料屈服強(qiáng)度很高，塑性降

低。

7、決定金屬屈服強(qiáng)度的因素有哪些？【P12】

答：內(nèi)在因素：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。

外在因素：溫度、應(yīng)變速率和應(yīng)力狀態(tài)。

晶粒、晶界、第二相等外界影響位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的因素主

要從內(nèi)因和外因兩個(gè)方面考慮（一）影響屈服強(qiáng)

度的內(nèi)因素

1.金屬本性和晶格類型（結(jié)合鍵、晶體結(jié)構(gòu)）單

晶的屈服強(qiáng)度從理論上說(shuō)是使位錯(cuò)開始運(yùn)動(dòng)的臨

界切應(yīng)力，其值與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所受到的阻力（晶格

阻力一一派拉力、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)交互作用產(chǎn)生的阻力）

決定派拉力：

屠一=牛(1-13)

1—v]-u

位錯(cuò)交互作用力

（a是與晶體本性、位錯(cuò)結(jié)構(gòu)分布相關(guān)的比例系數(shù),

L是位錯(cuò)間距。）

2.晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)晶粒小一晶界多（阻礙位錯(cuò)

運(yùn)動(dòng)）一位錯(cuò)塞積一提供應(yīng)力

一位錯(cuò)開動(dòng)一產(chǎn)生宏觀塑性變形。晶粒減小將增

加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻礙的數(shù)目，減小

晶粒內(nèi)位錯(cuò)塞積群的長(zhǎng)度，使屈服強(qiáng)度降低（細(xì)晶

強(qiáng)化）。屈服強(qiáng)度與晶粒大小

的關(guān)系：霍爾一派奇（Hall-Petch）os=。

i+kyd-1/2

3.溶質(zhì)元素加入溶質(zhì)原子一（間隙或置換型）固溶

體f（溶質(zhì)原子與溶劑原子

半徑不一樣）產(chǎn)生晶格畸變一產(chǎn)生畸變應(yīng)力場(chǎng)一與

位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)交互運(yùn)動(dòng)一使位錯(cuò)受阻一提高屈服強(qiáng)

度（固溶強(qiáng)化）。

（彌散強(qiáng)化，沉淀強(qiáng)化）不可變形第二相提高位錯(cuò)

線張力一繞過(guò)第二4.第二相一流變應(yīng)力增大。

不可變形第二相位錯(cuò)切過(guò)一兩質(zhì)點(diǎn)間距變小相一

留下位錯(cuò)環(huán)

（產(chǎn)生界面能），使之與機(jī)體一起產(chǎn)生變形，提高

了屈服強(qiáng)度。

彌散強(qiáng)化：第二相質(zhì)點(diǎn)彌散分布在基體中起到的

強(qiáng)化作用。

沉淀強(qiáng)化：第二相質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)固溶后沉淀析出起到

的強(qiáng)化作用

（二）影響屈服強(qiáng)度的外因素

1.溫度一般的規(guī)律是溫度升高，屈服強(qiáng)度降

低。原因：派拉力屬于短程力，對(duì)溫度十分敏感

2.應(yīng)變速率應(yīng)變速率大，強(qiáng)度增加。。嘰t=

Cl(e)m

3.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)度越低缺口效應(yīng)：試樣中“缺口”的存在,

使得試樣的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，從而影響材料的

力學(xué)性能的現(xiàn)象。

兩種塑性指標(biāo)評(píng)定金屬材料屬性的優(yōu)缺點(diǎn)

巾6試述8.

答：斷后伸長(zhǎng)率是試樣拉斷后標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)

距的百分比。

斷面收縮率是試樣拉斷后，縮頸處橫截面積的最

大縮減量與原始橫截面積的百分比。

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，都用6和6gt評(píng)定材料的塑性，因

為產(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(méi)有什么影響。

若金屬機(jī)件非長(zhǎng)形，在拉伸時(shí)形成縮頸，則用戶

作為塑性指標(biāo)。因?yàn)樾》从沉瞬牧蠑嗔亚暗淖畲?/p>

塑性變形量，而此時(shí)6不能顯示材料的最大塑

性。力是在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下形成的，冶金因素的

變化對(duì)性能的影響在力上更為突出，因此力比

6對(duì)組織變化更為敏感。

10、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(guò)程，

在裂紋擴(kuò)展過(guò)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(méi)有明顯征兆，因而危害性很大。

11、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？【P23】

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斷裂。

12.在什么條件下易出現(xiàn)沿晶斷裂，怎樣減

小沿晶斷裂的傾向？

答：當(dāng)晶界分布有連續(xù)或不連續(xù)的脆性第二相、夾

雜物，或者有害元素如碑、睇、錫等偏聚于晶界

時(shí)，容易造成沿晶斷裂。

減輕措施：提高冶金質(zhì)量，降低有害雜質(zhì)元素的含

量；細(xì)化晶粒；控制第二相的形成，避免其沿晶分

布。

13、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。

尺寸和金屬材料的大小和相對(duì)位置與試樣形狀、

影響因素：斷口三要素的形態(tài)、性能以及試驗(yàn)溫度、

加載速率和受力狀態(tài)不同而變化。一般，材料強(qiáng)度

提高，塑性降低，放射區(qū)的比例增大；試樣尺寸加

大，放射區(qū)增大明顯，而纖維區(qū)變化不大。

14.

8、板材宏觀脆性斷口的主要特征是什么？如何尋找斷

裂源？

o

a=---------------

aG-(G+a)

斷口平齊而光亮，常呈放射狀或結(jié)晶狀，板狀矩形

拉伸試樣斷口中的人字紋

花樣的放射方向也

與裂紋擴(kuò)展方向平行，其尖端指向裂紋源。

17、論述格雷菲斯裂紋理論分析問(wèn)題的思路，推導(dǎo)

格雷菲斯方程，并指出該理論的局限性。[P32]

,2Es2,答：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C

a可以忽略的情況。

21、答：鐵素體鋼在斷裂時(shí)有明顯屈服現(xiàn)象

25.材料成分.：rs一有效表面能，主要是塑性變形

功，與有效滑移系數(shù)目和可

動(dòng)位錯(cuò)有關(guān)具有fee結(jié)構(gòu)的金屬有效滑移系和可

動(dòng)位錯(cuò)的數(shù)目都比較多，易于塑性變形，不易脆

斷。凡加入合金元素引起滑移系減少、攣生、位錯(cuò)

釘扎的都增雜質(zhì)：聚集在晶界上的雜質(zhì)會(huì)加脆性;

若合金中形成粗大第二相也使脆性增加。

位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)摩擦阻力。其值高，材料易于脆i—降低

材料的塑性，發(fā)生脆斷。溫度：。隨著溫度的減

低而急劇增加，同時(shí)在低溫i金屬具有低溫脆斷現(xiàn)

象，因?yàn)?。斷。bcc

晶粒大?。阂惨子诋a(chǎn)生裂紋。故低溫脆性大。下，

塑性變形一季生為主，

值小位錯(cuò)塞積的數(shù)目少，而且晶界多。故裂紋不易

產(chǎn)生，也不易擴(kuò)展。所以細(xì)d

應(yīng)力狀態(tài)：減小切應(yīng)力與正應(yīng)力比值的應(yīng)力狀態(tài)都

將增加晶組織有抗脆斷性能。

金屬的脆性加載速度大，金屬會(huì)發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變。

加載速度

第二章金屬在其他靜載荷下的力學(xué)性能

1、解釋下列名詞:

材料或工件所承受的最大切應(yīng)力T和最

大)應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)(1max

比值，即：正應(yīng)力。max31max0.52312max

(2)缺口效應(yīng)絕大多數(shù)機(jī)件的橫截面都不

是均勻而無(wú)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)。[P44P53]

缺口試樣的抗拉強(qiáng)度。的與等截面尺寸光

滑試樣（3）缺口敏感度——bn

NSR管

的抗拉強(qiáng)度。的比值,稱為缺口敏感度，即:

b

（4）布氏硬度一一用鋼球或硬質(zhì)合金球作為壓

頭，采用單位面積所承受的試驗(yàn)

力計(jì)算而得的硬度。[P49P58]

（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

P601

O的金剛石四棱錐作壓頭，采用單位一一以兩相

對(duì)面夾角為136(6)維氏硬度P53P62]面積

所承受的試驗(yàn)力計(jì)算而得的硬度?！?/p>

——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(7)努氏硬度

痕投影面積得到的硬度。

——采動(dòng)載荷試驗(yàn)法，根據(jù)重錘回跳高度表證的

金屬硬度。)肖氏硬度(8

(9)里氏硬度一一采動(dòng)載荷試驗(yàn)法，根據(jù)重錘

回跳速度表證的金屬硬度。

2、說(shuō)明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義

(1)obc——材料的抗壓強(qiáng)度【P41P48]

]。bb——材料的抗彎強(qiáng)度【P42P50(2)

](3)Ts——材料的扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)【P44P52

]Tb——材料的抗扭強(qiáng)度【P44P52)(4

]5()obn——材料的抗拉強(qiáng)度【P47P55

P47P55](6)NSR——材料的缺口敏感度【

P49P58]HBW(7)——壓頭為硬質(zhì)合金球

的材料的布氏硬度【

]HRA——材料的洛氏硬度【P52P61)(8

P52P61HRB)——材料的洛氏硬度[]9(

(P52P61——材料的洛氏硬度【)10HRC]

]P53P62——材料的維氏硬度[HV)11(.

3、試綜合比較單向拉伸、壓縮、彎曲及扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)

的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。

試驗(yàn)方應(yīng)用范圍特點(diǎn)法

溫度、應(yīng)力狀態(tài)和加載速率確塑性變形抗力和切斷強(qiáng)度定,

采用光滑圓柱試樣，試驗(yàn)簡(jiǎn)單,應(yīng)拉伸較低的塑性材料。力

狀態(tài)軟性系數(shù)較硬。

應(yīng)力狀態(tài)軟，一般都能產(chǎn)生塑性脆性材料，以觀察脆性材

料45。方向產(chǎn)生變形，試樣常沿與軸線呈壓縮在韌性狀態(tài)

下所表現(xiàn)的力學(xué)行為。斷裂，具有切斷特征。

彎曲試樣形狀簡(jiǎn)單，操作方便；測(cè)定鑄鐵、鑄造合金、工

具不存在拉伸試驗(yàn)時(shí)試樣軸線與力偏斜問(wèn)鋼及硬質(zhì)合金

等脆性與低塑性材料題，沒(méi)有附加應(yīng)力影響試驗(yàn)結(jié)果，可

用的強(qiáng)度和顯示塑性的差別。也常用彎曲試樣彎曲撓度顯

示材料的塑性；彎曲試于比較和鑒別滲碳和表面淬火等化

樣表面應(yīng)力最大，可靈敏地反映材料表學(xué)熱處理機(jī)件的質(zhì)

量和性能。面缺陷。

,比拉0.8應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)為用來(lái)研究金屬在熱加工

條伸時(shí)大，易于顯示金屬的塑性行為；試件下的流變性能

和斷裂性能，評(píng)定樣在整個(gè)長(zhǎng)度上的塑性變形時(shí)均勻，沒(méi)

材料的熱壓力加工型，并未確定生扭轉(zhuǎn)有緊縮現(xiàn)象，能實(shí)現(xiàn)

大塑性變形量下的產(chǎn)條件下的熱加工工藝參數(shù)提供依試

驗(yàn)；較能敏感地反映出金屬表面缺陷據(jù)；研究或檢驗(yàn)熱處

理工件的表面和及表面硬化層的性能；試樣所承受的質(zhì)量

和各種表面強(qiáng)化工藝的效果。

最大正應(yīng)力與最大切應(yīng)力大體相等

1）單向靜拉伸試驗(yàn)的應(yīng)力狀態(tài)較硬（a=0.5）,

適用于塑變抗力與切斷強(qiáng)度較低的塑性材料。

2）單向壓縮的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)a=2,主要用

于拉伸時(shí)呈脆性的金屬材料力學(xué)性能測(cè)定。拉伸時(shí)

塑性很好的材料在壓縮時(shí)只發(fā)生壓縮變形而不會(huì)

斷裂。脆性材料拉伸時(shí)產(chǎn)生垂直于載荷軸線的正

斷，塑變量幾乎為零；壓縮時(shí)能產(chǎn)生一定量的變

形，沿與軸線呈45。方向斷裂，具有切斷特性。）

彎曲：3

桿件截面上的應(yīng)力分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，布不均勻，表面

最大，中心為零，且應(yīng)力方向發(fā)生變化。彎曲試

驗(yàn)的試樣形狀簡(jiǎn)單、操作方便，常用于測(cè)定鑄鐵、

鑄造合金、工具鋼及硬

試樣表面應(yīng)彎曲試驗(yàn)時(shí)，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。

因此，常用來(lái)比較和鑒別滲碳層和表面淬力最大，

可較靈敏地反映材料表面缺陷?；饘拥缺砻鏌崽幚?/p>

機(jī)件的質(zhì)量和性能。

）扭轉(zhuǎn)4

的兩個(gè)截面上作用最大與最小正應(yīng)圓柱形試樣在

承受扭矩時(shí)，在與試樣軸線呈45

力；在與軸線平行和垂直的截面上作用最大切應(yīng)力。

具有以下特點(diǎn)①扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀大，易于顯示金屬的

塑性行為。a,比拉伸時(shí)的態(tài)軟性系數(shù)a=0.8

②圓柱形試樣扭轉(zhuǎn)時(shí)，整個(gè)長(zhǎng)度上塑性變形是均

勻的，沒(méi)有縮頸現(xiàn)象，所以能實(shí)現(xiàn)大塑性變形量

下的試驗(yàn)。③能較敏感地反映出金屬表面缺陷及

表面硬化層的性能。

④扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)是測(cè)定生產(chǎn)上所使用的大部分金屬材

料切斷強(qiáng)度最可靠的方法。根據(jù)扭斷斷口宏觀特

征可以區(qū)分材料最終是正斷還是切斷。

4.試述脆性材料彎曲試驗(yàn)的特點(diǎn)及其應(yīng)用。

5、缺口試樣拉伸時(shí)的應(yīng)力分布有何特點(diǎn)？[P45P53]

在彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布：

薄板：在缺口根部處于單向拉應(yīng)力狀態(tài)，在板中

心部位處于兩向拉伸平面應(yīng)力狀態(tài)。

厚板：在缺口根部處于兩向拉應(yīng)力狀態(tài)，缺口內(nèi)側(cè)

處三向拉伸平面應(yīng)變狀態(tài)。

無(wú)論脆性材料或塑性材料，都因機(jī)件上的缺口造

成兩向或三向應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力集中而產(chǎn)生脆性傾

向，降低了機(jī)件的使用安全性。為了評(píng)定不同金

屬材料的缺口變脆傾向，必須采用缺口試樣進(jìn)行靜

載力學(xué)性能試驗(yàn)。

具有缺口的薄板的受拉伸后，軸向應(yīng)力。y在缺

口根部最大，隨離開根部的距離

x增大而降低，即在缺口根部產(chǎn)生應(yīng)力集中。由于

缺口根部可以自由收縮，橫向

拉伸應(yīng)力ox=0；自根部向內(nèi)部發(fā)展，收縮變形阻

力增大，0X逐漸增大。增至一定數(shù)值后，隨。

y的減小而減小，因此，缺口的薄板的受拉伸其中

心部分是兩向拉伸的平面應(yīng)力狀態(tài)，缺口根部仍

為單向拉伸應(yīng)力狀態(tài)。有缺口厚板受拉伸作用后,

在垂直于板厚方向的收縮變形受到約束，ozWO,

。=U(ox+oy),如圖示。在缺口根部為兩向

拉伸應(yīng)力狀態(tài)，缺口內(nèi)側(cè)為三向拉伸的平面應(yīng)變狀

態(tài)，且Ox>Oy>OZo

當(dāng)缺口內(nèi)側(cè)截面上局部區(qū)域產(chǎn)生塑變后，最大的應(yīng)

力已不在缺口根部，而是在其內(nèi)側(cè)一定距離ry處,

該處

。x最大，因此oy、。z最大。越過(guò)塑變區(qū)與

彈性區(qū)

交界處，應(yīng)力分布與前述的彈性變形狀態(tài)的應(yīng)力分

布稍有不同，ox連續(xù)下降。

6、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)。

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。

僅在頸縮時(shí)發(fā)應(yīng)力分布均勻，光滑試樣軸向拉伸

試驗(yàn)：截面上無(wú)應(yīng)力集中現(xiàn)象，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

性系數(shù)降低，脆性增大。

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。

1）光滑圓柱試樣軸向靜拉伸試驗(yàn)：試樣橫截面均

勻，整個(gè)截面的應(yīng)力狀態(tài)為均勻單向拉伸應(yīng)力（若

出現(xiàn)縮頸，則縮頸處承受三向拉伸應(yīng)力），其特點(diǎn)

是溫度、應(yīng)力狀態(tài)和加載速率通常是確定的，通

過(guò)試驗(yàn)可以揭示金屬材料在靜載下的力學(xué)行為，即

彈性變形、塑性變形和斷裂；測(cè)定最基本的力學(xué)性

能指標(biāo)，如屈服強(qiáng)度。、0.2

抗拉強(qiáng)度。、斷后伸長(zhǎng)率8和斷面收縮率“o光

滑圓柱試樣軸向靜拉伸試驗(yàn)是b工業(yè)上應(yīng)用最廣

泛的金屬力學(xué)性能試驗(yàn)方法之一。由于單向靜拉

伸的應(yīng)力狀態(tài)較硬，適用于塑變抗力與切斷強(qiáng)度較

低的塑性材料。

2）缺口試樣軸向拉伸試驗(yàn)：由于缺口的存在，在

軸向靜載作用下，缺口截面上的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化,

產(chǎn)生所謂“缺口效應(yīng)”，即缺口引起應(yīng)力集中，并

改變了缺口前方的應(yīng)力狀態(tài)，使缺口試樣或機(jī)件

中所受的應(yīng)力，由原來(lái)的單向應(yīng)力狀態(tài)改變?yōu)閮?/p>

向（薄板）或三向應(yīng)力狀態(tài)（厚板）和材料的強(qiáng)度

增高，塑性降低。無(wú)論塑性材料還是脆性材料，其

機(jī)件上的缺口都因造成兩向或三向應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)

力應(yīng)變集中而產(chǎn)生變脆傾向，降低了使用的安全

性，為評(píng)定不同材料的缺口變脆傾向，必須采用

缺口試樣進(jìn)行靜載力學(xué)性能試驗(yàn)。缺口靜拉伸試

驗(yàn)廣泛用于研究高強(qiáng)度鋼（淬火低溫回火）的力

學(xué)性能、鋼和鈦的氫脆以及研究高溫合金的缺口

敏感性等。金屬材料的缺口敏感性指標(biāo)（NSR）

用缺口試樣的抗拉強(qiáng)度。與等截面尺寸光bn滑試

樣的。之比表示。b

7、試說(shuō)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)。[P49P57]

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)面夾角為136o的金剛石四

棱錐作壓頭，計(jì)算單位面積所承受的試驗(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)性差，分散

度大；此外用不同標(biāo)尺測(cè)得的硬度值彼此沒(méi)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(wú)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(guò)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。

八.今有如下零件和材料需要測(cè)定硬度，試說(shuō)明選

擇何種硬度實(shí)驗(yàn)方法為宜。(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一-

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)

--HV)滲氮層7(.

(8)高速鋼刀具HRC

(9)退火態(tài)低碳鋼一-HB

(10)硬質(zhì)合金——HRA

第三章金屬在沖擊載荷下的力學(xué)

性能

P57】材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功

的能力。【：沖擊韌性

沖擊韌度：

U形缺口沖擊吸收功A除以沖擊試樣缺口底部截

面積所得之商，KU

稱為沖擊韌度，aku=Aku/S(J/cm2),反應(yīng)

了材料抵抗沖擊載荷的能力，用aKUP57注釋

/P67表不o

沖擊吸收功：缺口試樣沖擊彎曲試驗(yàn)中，擺錘沖斷試

樣失去的位能為mgHl-mgH2o此即為試樣變形和

斷裂所消耗的功，稱為沖擊吸收功，以A表示，K

P57/P67JO單位為

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tk集型變?yōu)榇┚Ы?/p>

理型，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫

脆性。

材料使用溫度和韌脆轉(zhuǎn)變溫度的差值，：韌性溫度

儲(chǔ)備保證材料的低溫服役行為。

韌脆轉(zhuǎn)變溫度一一材料呈現(xiàn)低溫脆性的臨界轉(zhuǎn)變

溫度。

AK：沖擊吸收功。含義見(jiàn)上面。沖擊吸收功不能

真正代表材料的韌脆程1)2.(度，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。A(CVN)：V型

缺口試樣沖擊吸收功.KV

A：U型缺口沖擊吸收功.KU

（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

,舊書。（新書，t50P6150%時(shí)的溫度為,并

記為50uTT,或FATT50%tk.是的溫度定義的韌脆

轉(zhuǎn)變溫度：結(jié)晶區(qū)占整個(gè)斷口面積50%P71）或

稱為無(wú)塑性或零塑性，NDT:3）以低階能開始

上升的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度（轉(zhuǎn)變溫度。

以低階能和高階能平均值對(duì)應(yīng)的溫度定義4）FTE:

（FTE,記為tk

FTP以高階能對(duì)應(yīng)的溫度為）（5FTP:，記為tk

3鑄鐵球鐵、3Cr2W8V工具鋼（脆性材料）

不要開缺口.W18Cr4V、Crl2MoV40CrNiMo>

30CrMnSi>20CrMnTi要開缺口

4、試說(shuō)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

從微觀比斷裂強(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。

位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)當(dāng)溫度降低時(shí)，機(jī)制來(lái)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)，

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，材料

脆性提高。

3.顯微組織：

①晶粒大小，細(xì)化晶粒可以同時(shí)提高材料的強(qiáng)度和

塑韌性。因?yàn)榫Ы缡橇鸭y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。

②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。

5.試述焊接船舶比鉀接船舶容易發(fā)生脆性破壞的

原因。

焊接容易在焊縫處形成粗大金相組織氣孔、夾渣、

未熔合、未焊透、錯(cuò)邊、咬邊等缺陷，增加裂紋敏

感度，增加材料的脆性，容易發(fā)生脆性斷裂。

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，而另外一些材料則沒(méi)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(méi)有明顯的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。面心立方金屬及

其合金一般沒(méi)有韌脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。

位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力微觀上，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，而面心立方金屬因位

錯(cuò)寬該材料處于脆性狀態(tài)。隨溫度下降而增加,

在低溫下，度比較大，對(duì)溫度不敏感，故一般不顯

示低溫脆性。

對(duì)低碳鋼施加一高速到高體心立方金屬的低溫脆

性還可能與遲屈服現(xiàn)象有關(guān)，

（稱為遲屈時(shí)于屈服強(qiáng)度時(shí)，材料并不立即產(chǎn)生

屈服，而需要經(jīng)過(guò)一段孕育期

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(méi)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。

bcc類金屬及其合金或有明顯的低溫脆性，而fee

金屬及其合金一般沒(méi)有低溫脆性。

宏觀上說(shuō)，這是由于bee類金屬及其合金的屈服

強(qiáng)度隨溫度降低急劇增加而fee金屬的屈服強(qiáng)度

隨溫度降低只緩慢的增加。

微觀上說(shuō)，對(duì)于bee金屬，其派納力較fee金屬

高很多，而派納力在屈服強(qiáng)度中占有很大比例，

派納力對(duì)溫度非常敏感，隨溫度降低急劇升高，派

納力的增加，

增大了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力，使得位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)需要更大的外

加應(yīng)力，其屈服強(qiáng)度隨之提高。C。隨溫度變化

而解理斷裂強(qiáng)度bee因此金屬的屈服強(qiáng)度隨溫

度降低而急劇增加，csk時(shí)，，材料受載后先屈服

再斷裂，為韌斷；在低于t不敏感，高于t,0

。、材料受載后先達(dá)到斷裂強(qiáng)度，表現(xiàn)為脆斷。

第四章金屬的斷裂韌度

一、解釋下列名詞

(1)低應(yīng)力脆斷：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。

(3)應(yīng)力場(chǎng)：應(yīng)力在空間的分布情況。

應(yīng)變場(chǎng)：應(yīng)變?cè)诳臻g的分布情況。

(4)應(yīng)力強(qiáng)度因子K：表示應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度。

“I”表示I型裂紋。

(5)小范圍屈服：塑性尺寸較裂紋尺寸及凈截

面尺寸為小，小一個(gè)數(shù)量級(jí)以上的屈服。

(6)塑性區(qū)：金屬材料在裂紋擴(kuò)展前，其尖端附

近總要先出現(xiàn)一個(gè)或大或小的塑性變形區(qū)，塑性區(qū)

內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變之間就不再是線性關(guān)系。

裂紋在發(fā)生屈服時(shí)的應(yīng)力)有效屈服應(yīng)力：7(.

(8)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(因裂紋尖端應(yīng)

力的分布特性，裂尖前沿產(chǎn)生有塑性屈服區(qū)，屈

服區(qū)內(nèi)松弛的

應(yīng)力將疊加至屈服區(qū)之外，從而使屈服區(qū)之外的

應(yīng)力增加，其效果相當(dāng)于因裂紋長(zhǎng)度增加ry后對(duì)

裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的影響，經(jīng)修正后的裂紋長(zhǎng)度即為

有效裂紋長(zhǎng)度：

a+ry。)

(9)裂紋擴(kuò)展K判據(jù)：裂紋在受力時(shí)只要滿足

，就會(huì)發(fā)生脆性斷裂.KKiICKK也不會(huì)

斷裂。反之，即使存在裂紋，若?

(10)裂紋擴(kuò)展能量釋放率GI：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。

(11)裂紋擴(kuò)展G判據(jù)：GG,當(dāng)GI滿足上述

條件時(shí)裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂。ICI

(12)J積分：裂紋尖端區(qū)的應(yīng)變能，即應(yīng)力應(yīng)

變集中程度(有兩種定義或表達(dá)式：一是線積分:

二是形變功率差。)

(13)裂紋擴(kuò)展J判據(jù)：，只要滿足上述條件，

裂紋(或構(gòu)件)就會(huì)斷JJICI

裂。

，:裂紋尖端沿應(yīng)力方向張開所得到的位移。(CO

D判據(jù)：)COD(14c

)當(dāng)滿足上述條件時(shí)，裂紋開始擴(kuò)展。P91/P103

c6〉=6COD判據(jù):

、說(shuō)明下列斷裂韌度指標(biāo)的意義及其相互關(guān)系2

K和Kcc

答：臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的K記作K或K,K

為平面應(yīng)變下的斷裂韌度，表示CCC

在平面應(yīng)變條件下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。

K為平面應(yīng)力斷裂韌度，表c

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。

型裂紋的材料裂紋韌性指標(biāo)，但它們都是值與試樣

厚度有關(guān)。當(dāng)試樣厚度Kc

增加，使裂紋尖端達(dá)到平面應(yīng)變狀態(tài)時(shí)，斷裂韌度

趨于一穩(wěn)定的最低值，即為

K,它與試樣厚度無(wú)關(guān)，而是真正的材料常數(shù)。

P71/P82c

G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C

力，則裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂。將G的臨界值記作

G，稱斷裂韌度，表示材料阻止c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

J：是材料的斷裂韌度，表示材料抵抗裂紋開始

擴(kuò)展的能力，其單位與GICIC

P90/P102相同。

：是材料的斷裂韌度，表示材料阻止裂紋開始擴(kuò)展

的能力c.P91/P104

J判據(jù)和判據(jù)一樣都是裂紋開始擴(kuò)展的裂紋判據(jù),

而不是裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的裂紋判據(jù)。P91/P104

3、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(guò)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。

4、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：由4—1可知，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)展的應(yīng)力判據(jù)，顯得十分復(fù)雜和困難；而

且當(dāng)rf。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(wú)限大，構(gòu)件就失去了承

載能力，也就是說(shuō)，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(shuō)明經(jīng)典的強(qiáng)度理論

單純用應(yīng)力大小來(lái)判斷受載的裂紋體是否破壞是

不正確的。因此無(wú)法用應(yīng)力

判據(jù)處理這一問(wèn)題。因此只能用其它判據(jù)來(lái)解決這

一問(wèn)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：新書P69舊書P8O參看書中圖(應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度

因子的意義見(jiàn)上)幾種裂紋的Ka；)af(K表達(dá)

式，無(wú)限大板穿透裂紋:；有限寬板穿透裂紋：

Ka

ba

b)af(當(dāng)；受彎單邊裂紋時(shí)，a有限寬板單邊直

裂紋：KaK1.2

ba6M；無(wú)限大物體內(nèi)部有橢圓片裂紋，

遠(yuǎn)處受均勻拉伸：)f(梁：K3/2

b(ba)

2aa21/42遠(yuǎn)處均受拉伸：；無(wú)限大物體表面有半橢圓

裂紋，)cosK(sinc?

aoA點(diǎn)的KL1

6、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(lái)，可直

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

7、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)。丫趨于材料的屈服應(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)。

：裂紋在厚板中所處的位置，板中心處于平面應(yīng)變

影響塑性區(qū)大小的因素有狀態(tài)，塑性區(qū)較??；板表

面處于平面應(yīng)力狀態(tài)，塑性區(qū)較大。但是無(wú)論平面

應(yīng)力成正比。os)2或平面應(yīng)變，塑性區(qū)寬度總是

與(KIC/

8、試述塑性區(qū)對(duì)KI的影響及KI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，因而影響應(yīng)力場(chǎng)和

及KI的計(jì)算，所以要對(duì)KI進(jìn)行修正。

最簡(jiǎn)單而適用的修正方法是在計(jì)算KI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。

基本思路是：塑性區(qū)松弛彈性應(yīng)力的作用于裂紋

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。

）的計(jì)算結(jié)果忽略了在塑性區(qū)內(nèi)應(yīng)變能釋放率與彈

性體應(yīng)變能釋放率15（4—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

彈性去所包即屬于大范圍屈服或整體屈但是當(dāng)塑

性區(qū)較大時(shí)，圍時(shí)，這種結(jié)果還是很精確。

服時(shí)，這個(gè)結(jié)果是不適用的。8as

Insec（o11COD的意義：表小裂紋張開位移。

表達(dá)式P91/P103）

2Es13、斷裂韌度KIC與強(qiáng)度、塑性之間的關(guān)

系：

總的來(lái)說(shuō)，斷裂韌度隨強(qiáng)度的升高而降低。詳見(jiàn)新

P80/P93

4試述Klc和Akv的異同及其相互之間的關(guān)

系。1

相同點(diǎn)：斷裂韌性與沖擊韌性都反映了材料的韌性

性能。

不同點(diǎn)：Klc能滿足平面應(yīng)變的要求，Akv一般

不能滿足，應(yīng)力狀態(tài)不同，

應(yīng)變速率不同，沖擊是在應(yīng)變速率高的沖擊載荷下

對(duì)材料的組織缺陷等因素反映

更加靈敏，Klc反映材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能

力，而沖擊Akv則反映裂紋形成

和擴(kuò)展過(guò)程所消耗的能量，應(yīng)用不同，Akv是安全

性能指標(biāo)，Klc用于定量。

關(guān)系：中高強(qiáng)鋼Klc與Akv及。0.2的關(guān)系

15、影響KIC的冶金因素：

內(nèi)因：1、學(xué)成分的影響；2、集體相結(jié)構(gòu)和晶粒大

小的影響；

3、雜質(zhì)及第二相的影響；4、顯微組織的影響。

外因：1、溫度；2、應(yīng)變速率。P81/P95

16.有一大型板件，材料的。0.2=1200MPa,

KIc=115MPa*m1/2,探傷發(fā)現(xiàn)20mm

長(zhǎng)的橫向穿透裂紋，若在平均軸向拉應(yīng)力900MPa

下工作，試計(jì)算KI及塑性區(qū)寬度R0,并判斷該

件是否安全？解：由題意知穿透裂紋受到的應(yīng)力

為。=900MPa

根據(jù)。/。0.2的值，確定裂紋斷裂韌度KIC是

否休要修正

因?yàn)椤?。0.2=900/1200=0.75>0.7,所以裂紋斷

裂韌度KIC需要修正

對(duì)于無(wú)限板的中心穿透裂紋，修正后的KI為:

a9000.01K168.13=1

22)(/.0177.10177).(0751s

(MPa*ml/2)2

Kll為：塑性區(qū)寬度R=0.004417937(m)=2.21(mm)0

22s：與KIc比較KI

因?yàn)镵l=168.13(MPa*ml/2)

KIc=115(MPa*ml/2)

所以：Kl>KIc,裂紋會(huì)失穩(wěn)擴(kuò)展，所以該件不

安全。

17.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6=1,測(cè)試材料的。

0.2=720MPa，試估算材料的斷裂韌度KIC為多

少？

解：因?yàn)椤?o0.2=150/720=0.208<0.7,所以裂

紋斷裂韌度KIC不需要修正

KI為：KIC=Yocacl/2對(duì)于無(wú)限板的中心穿透

裂紋，修正后的

對(duì)于表面半橢圓裂紋，Y=l.l/4)=1.1

3=46,229所以，KIC=Yocacl/2=l.l(MPa*ml/2)

1025150

第五章金屬的疲勞

1.名詞解釋；

應(yīng)力幅oa:oa=l/2（。max-。min）p95/pl08

平均應(yīng)力。m：。m=l/2（。max+。min）p95/pl07

應(yīng)力比r:r=。min/。maxp95/plO8

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，刀痕，蝕坑相連。P96

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，是裂紋前沿線留下的弧狀

臺(tái)階痕跡。P97/pll0

疲勞條帶：疲勞裂紋擴(kuò)展的第二階段的斷口特征

是具有略程彎曲并相互平行的溝槽花樣，稱為疲勞

條帶（疲勞輝紋，疲勞條紋）pll3/pl32

擠出脊和侵入溝：在拉應(yīng)力作用下，位錯(cuò)源被激

活，使其增殖的位錯(cuò)滑移到表面，形成滑移臺(tái)階,

應(yīng)力不斷循環(huán)，多個(gè)位錯(cuò)源引起交互滑移，形成

“擠出”和“侵入”的臺(tái)階。

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)式樣重新循環(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。P111

6

1=CTJ-1=0JA-

一之i=CJTT

過(guò)渡壽命：彈性應(yīng)變幅-壽命線和塑性應(yīng)變幅-

壽命線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壽命。

熱疲勞：機(jī)件在由溫度循環(huán)變化時(shí)產(chǎn)生的循環(huán)熱應(yīng)

力及熱應(yīng)變作用下的疲勞。

K: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)。K

是由應(yīng)力范圍△。和a復(fù)合為應(yīng)力強(qiáng)度

因子范圍，K=Kmax-Kmin=Y。maxVa-Y

。minVa=Y△。Japl05/pl20

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)

pl02/pll7

過(guò)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(guò)載損傷。P102/pll7

qf：金屬在交變載荷下的缺口敏感性。疲勞缺口敏感

度

。-1：在不同過(guò)載應(yīng)力下，損傷累積造成的裂紋尺寸

達(dá)到或超過(guò)過(guò)載損傷界應(yīng)力的“非擴(kuò)展裂紋”尺寸

的循環(huán)次數(shù)。

疲勞門檻值△Kth：疲勞裂紋不擴(kuò)展的臨界

值，表示材料阻止疲勞裂紋開始擴(kuò)展的性能。

2.揭示下列疲勞性能指標(biāo)的意義

疲勞強(qiáng)度。-1,o-p,T-1,O-1N,

P99,100,103/pll4

。-1:對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)作用下的彎曲疲勞極限；。

-P：對(duì)稱拉壓疲勞極限；T-1：對(duì)稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限;

o-lN:缺口試樣在對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)作用下的疲勞極

限。qfP103/pll8疲勞缺口敏感度

金屬材料在交變載荷作用下的缺口敏感性，常用

疲勞缺口敏感度來(lái)評(píng)定。為疲勞缺口系其中Kt

為理論應(yīng)力集中系數(shù)且大于一，KfQf=(Kf-l)/

(kt-1).-lN)o-1)/(。數(shù)。Kf=(由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，

測(cè)出不同過(guò)載應(yīng)力水平和相應(yīng)的開始降低疲勞壽

命過(guò)載損傷界

P102,103/pll7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(guò)載損傷界。

表示當(dāng)疲勞門檻值Kth在疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線

的I區(qū)，K<AKth時(shí)，da/aN=O,疲勞裂紋才開

始擴(kuò)展。因此，K>Kth只有當(dāng)時(shí)，da/dN>0,;裂

紋不擴(kuò)展

是疲勞裂紋不擴(kuò)展的KthoK臨界值，稱為疲勞

裂紋擴(kuò)展門檻值

3.試述金屬疲勞斷裂的特點(diǎn)p96/pl09

（1）疲勞是低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂，機(jī)具有壽命的

斷裂

）疲勞是脆性斷裂（2

3）疲勞對(duì)缺陷（缺口，裂紋及組織缺陷）十分敏

感（

4.試述疲勞宏觀斷口的特征及其形成過(guò)程（新書

P96?98,舊書P109-111）

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(guò)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(guò)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。

6.試述疲勞圖的意義、建立及用途。（新書

P101-102,舊書P115-117）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、疲勞圖

ma

表示，橫坐標(biāo)以r條表示。然后，以不同應(yīng)力比建

立：這種圖的縱坐標(biāo)以ma

曲線，ABC和，并在該坐標(biāo)系中作ma即表示

的疲勞極限分解為件下將maxr）（1minmaXrl2

a為tan疲勞圖。其幾何關(guān)系為：）amrllm

min（max

2

（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

77G

■JnxxJ~x~

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)

的疲勞極限,orBrBaBmB

、2（）疲勞圖maxminIB

或表示，橫坐標(biāo)以表示。然后將不同應(yīng)力建立：這

種圖的縱坐標(biāo)以min

max

m

）下的疲勞極限，分別以和表示于上述坐標(biāo)系中，就

形成這種疲比r（minmmax

22maxmax勞圖。幾何關(guān)系為：tail1F

minmmax（用途）：我們只要知道應(yīng)力比1,就可代

入上試求得tan和，而后從坐標(biāo)原點(diǎn)0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。

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。

7.機(jī)理：1、滑移帶開裂產(chǎn)生裂紋。金屬在循環(huán)

應(yīng)力長(zhǎng)期作用下，即使其應(yīng)力低于屈服應(yīng)力，也

會(huì)發(fā)生循環(huán)滑移并形成循環(huán)滑移帶，這種循環(huán)滑

移是極不均勻的，總分布在某些局部薄弱

區(qū)，這種循環(huán)滑移帶具有持久駐留性，稱為駐留滑

移帶，隨著加載循環(huán)次數(shù)

增加，循環(huán)滑移帶會(huì)不斷地加寬，當(dāng)加寬到一定

程度時(shí)，由于位錯(cuò)的塞積和交割

作用，便在駐留滑移帶處形成微裂紋。

2、相界面開裂產(chǎn)生裂紋。材料中的第二相或夾雜

物易引發(fā)疲勞裂紋。

3、晶界開裂產(chǎn)生裂紋。對(duì)晶體材料由于晶界的存

在和相鄰晶粒的不同取向

性，位錯(cuò)在某一晶粒內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受到晶界的阻礙作

用，在晶界處發(fā)生位錯(cuò)塞積和應(yīng)力集中現(xiàn)象，在

應(yīng)力不斷循環(huán)下，晶界處的應(yīng)力集中得不到松弛

時(shí)，則應(yīng)力峰越來(lái)越高，當(dāng)超過(guò)晶界強(qiáng)度時(shí)就會(huì)

在晶界處產(chǎn)生裂紋。

阻止方法：1、固溶強(qiáng)化，細(xì)晶強(qiáng)化，提高材料的

滑移抗力，均可以阻止疲勞裂紋的萌生，提高疲勞

強(qiáng)度。

2、控制第二相或夾雜物的數(shù)量、形態(tài)、大小和分

布，使之“少、圓、小、

勻”，均可抑制或延緩疲勞裂紋在第二相或夾雜物

附近萌生。

3、晶界強(qiáng)化,凈化和細(xì)化晶粒均可抑制晶界裂紋形成。

8.試述影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的主要因素。da

)的影響：Forman提出n(或平均應(yīng)力1、應(yīng)

力比r答：c(K)m

(1r)KKdNcda殘余壓應(yīng)力因會(huì)減小r,

使降低和K升高，對(duì)疲勞壽命有利；而殘余拉應(yīng)

力th

dNda升高和因會(huì)增大r,使降低，對(duì)疲勞壽命

不利。Kth

dN偶然過(guò)載進(jìn)入過(guò)載損傷區(qū)內(nèi)，使材料受到損傷

并降低疲勞壽2、過(guò)載峰的影響：命。但若過(guò)載

適當(dāng)，有時(shí)反而是有益的。

、材料組織的影響：3da越低，對(duì)疲勞壽命越有

利。①晶粒大小：晶粒越粗大，其K值越高，

th

dN

值就越高。當(dāng)鋼的淬火組K②組織：鋼的含碳量

越低，鐵素體含量越多時(shí)，其山

,降低可以提高鋼的K織中存在一定量的殘余

奧氏體和貝氏體等韌性組織時(shí)，th

da

o③噴丸處理：噴丸強(qiáng)化也能

提（WjKothdN

）P1329.試述疲勞微觀斷口的主要特征。（新書

P113?P114,舊書答：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。滑移系多的面心立方金屬，其疲勞條帶明顯；

滑移系少或組織復(fù)雜的金屬，其疲勞條帶短窄而紊

亂。疲勞裂紋擴(kuò)展的塑性鈍化模型（Laird模型）：

圖中（a）,在交變應(yīng)力為零時(shí)裂紋閉合。

圖（b）,受拉應(yīng)力時(shí)，裂紋張開，在裂紋尖端沿最

大切應(yīng)力方向產(chǎn)生滑移。圖（c）,裂紋張開至最

大，塑性變形區(qū)擴(kuò)大，裂紋尖端張開呈半圓形,

裂紋停止擴(kuò)

展。由于塑性變形裂紋尖端的應(yīng)力集中減小，裂

紋停止擴(kuò)展的過(guò)程稱為“塑性鈍化”。

,當(dāng)應(yīng)力變?yōu)閴嚎s應(yīng)力時(shí)，滑移方向也改變了，裂

紋尖端被壓彎成“耳狀”（d）圖切口。

,到壓縮應(yīng)力為最大值時(shí)，裂紋完全閉合，裂紋尖

端又由鈍變銳，形成一圖⑥

對(duì)尖角”

疲勞條帶是疲勞斷口最典型的微觀特征，略呈彎曲

并相互平行的溝槽花樣。每一條疲勞條帶可以視作

一次應(yīng)力循環(huán)的擴(kuò)展痕跡，裂紋的擴(kuò)展方向與條帶

垂直。

形成模型：塑性鈍化模型

疲勞裂紋擴(kuò)展的第二階段是在應(yīng)力循環(huán)下，裂紋尖

端鈍銳交替交化的過(guò)程，疲勞條帶就是這種疲勞裂

紋擴(kuò)展所留下的痕跡。

10.

試述疲勞裂紋擴(kuò)展壽命和剩余壽命的估算方法和

步驟。

1、用無(wú)損檢驗(yàn)探傷方法確定初始裂紋尺寸ao及形

狀、位置和取向。

2、確定構(gòu)件交變應(yīng)力。max,。min,從而得△

3、確定應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子幅值A(chǔ)KI的表達(dá)式。

4、根據(jù)材料的斷裂韌性及工作應(yīng)力確定構(gòu)件的臨

界裂紋尺寸aco

aa

a

a=o+0

5、選擇或試驗(yàn)確定疲勞裂紋擴(kuò)展速率表達(dá)式(c,

n)o

6、用積分方法計(jì)算從ao到ac所需的循環(huán)周次,

即疲勞剩余壽命Nf0

12.試述金屬表面強(qiáng)化對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。

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。表面噴丸及滾壓1)(

使機(jī)件表面產(chǎn)生局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，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。

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；表面滾壓

而且表面粗糙度低，強(qiáng)化效果更好。

表面熱處理及化學(xué)熱處理）（2還可以利用

表面組織相變他們除能使機(jī)件獲得表硬心韌的綜

合力學(xué)性能外，

更有效地提及組織應(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，

高機(jī)件疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。

試述金屬的硬化與軟化現(xiàn)象及產(chǎn)生條件。13.即

為循環(huán)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)力不斷增加，硬化。即為循環(huán)

隨循環(huán)周次增加其應(yīng)力逐漸減小，金屬材料在恒定

應(yīng)變范圍循環(huán)作用下，軟化。

和溫金屬材料產(chǎn)生循環(huán)硬化與軟化取決于材料

的初始狀態(tài)、結(jié)構(gòu)特性以及應(yīng)變幅度等。

b/o循環(huán)硬化和軟化與有關(guān)：os

,表現(xiàn)為循環(huán)硬化；。。b/s>1.4s<1.2b/

。，表現(xiàn)為循環(huán)軟化；。

b/1.2<。，材料比較穩(wěn)定，無(wú)明顯循環(huán)硬化和軟化

現(xiàn)象。s<1.4o

來(lái)判斷循環(huán)應(yīng)變對(duì)材料的影響，n也可用應(yīng)變硬化

指數(shù)硬化。n<l軟化，n>l退火狀態(tài)的塑性材料

往往表現(xiàn)為循環(huán)硬化，加工硬化的材料表現(xiàn)為循環(huán)

軟化。循環(huán)硬化和軟化與位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)有關(guān)：退火

軟金屬中，位錯(cuò)產(chǎn)生交互作用，運(yùn)動(dòng)阻力增大而硬

化。冷加工后的金屬中，有位錯(cuò)纏結(jié)，在循環(huán)應(yīng)

力下破壞，阻力變小而軟化。

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：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。

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(guò)量的氫時(shí)，隨著溫度降低

氫在鋼中的溶解度減小。如果

過(guò)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WB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,

是金屬脆化，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。

二、說(shuō)明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義

1、。see：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：盈利腐蝕列紋擴(kuò)展速率。

三.試述金屬產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的條件及機(jī)理。

條件：應(yīng)力，化學(xué)介質(zhì)，金屬材料三者共存

機(jī)理：1、對(duì)應(yīng)力腐