金屬力學(xué)性能

E,彈性模量，表征材料對(duì)彈性變形的抗力，6s：呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象的金屬拉伸時(shí)，試樣在外力不增加仍能繼續(xù)伸長(zhǎng)的應(yīng)力，表征材料對(duì)微量塑性變形的抗力。abb：是灰鑄鐵的重要力學(xué)性能指標(biāo)，是灰鑄鐵試樣彎曲至斷裂前達(dá)到的最大彎曲里（按彈性彎曲應(yīng)力公式計(jì)算的最大彎曲應(yīng)力）6：延伸率，反應(yīng)材料均勻變形的能力。韌性：指金屬材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力（或指材料抵抗裂紋擴(kuò)展能力）低溫脆性:某些金屬及中低強(qiáng)度鋼，在實(shí)驗(yàn)的溫度低于某一溫度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)理由微孔集聚型變?yōu)榇┚Ы饫硇停瑪嗫谔卣饔衫w維狀態(tài)變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性Kic：斷裂韌度，為平面應(yīng)變的斷裂韌度，表示在平面應(yīng)變條件下材料抵抗裂變失穩(wěn)擴(kuò)展的能力彈性比功（彈性比能）：表示單位體積金屬材料吸收變形功的能力al:疲勞極限，表明試樣經(jīng)無限次應(yīng)力循環(huán)也不發(fā)生疲勞斷裂所對(duì)應(yīng)的能力循環(huán)韌性（消振性）：表示材料吸收不可逆變形功的能力（塑性加載）屮：斷面收縮率，縮經(jīng)處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比，Ak：沖擊功、，沖擊試樣消耗的總能量或試樣斷裂過程中吸收的總能量otr：在規(guī)定溫度（t）下，達(dá)到規(guī)定的持續(xù)時(shí)間（疋）而不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力。氫致延滯斷裂：由于氫的作用而產(chǎn)生的延滯斷裂現(xiàn)象。602：屈服強(qiáng)度Ak.：疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值，表征阻止裂紋開始擴(kuò)展的能力tn%:抗拉強(qiáng)度，式樣壓至破壞過程中的最大應(yīng)力。包申效應(yīng):金屬材料經(jīng)過預(yù)加載產(chǎn)生少量塑變,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)定殘余應(yīng)力減低的現(xiàn)象，稱為包申效應(yīng)。蠕變：材料在長(zhǎng)時(shí)間的恒溫應(yīng)力作用下，（即使應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度）也會(huì)緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。NSR：缺口敏感度，缺口試樣的抗拉強(qiáng)度久與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強(qiáng)度0之比。 0b力學(xué)行為：材料在外加載荷，環(huán)境條件及綜合作用下所表現(xiàn)出的行為特征。 強(qiáng)度:變形和斷裂的抗力應(yīng)力腐蝕：金屬在拉應(yīng)力和特定化學(xué)介質(zhì)共同作用下，進(jìn)過一段時(shí)間后所產(chǎn)生的應(yīng)力脆斷現(xiàn)象。滯彈性（彈性后效）：在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時(shí)間延長(zhǎng)而產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象。斷裂可以分為（裂紋形成）與（擴(kuò)展）兩個(gè)階段。靜拉伸斷裂宏觀斷口分為（纖維區(qū)）、（放射區(qū)）、（剪切唇）三個(gè)區(qū)域。該斷口微觀特征：（纖維狀）對(duì)于脆性穿晶斷裂斷口主要特征：（放射狀）和（結(jié)晶狀）2?典型疲勞斷裂的宏觀斷口分為三個(gè)區(qū)（疲勞源）（疲勞區(qū)）（瞬間區(qū)）疲勞斷口宏觀特征（貝紋線、海灘花樣）、微觀特征（疲勞條帶）3?應(yīng)力腐蝕微觀斷口可以看到呈（枯樹枝狀）的微觀裂紋，呈（泥狀花樣）的腐蝕產(chǎn)物和（腐蝕抗）微孔聚集型斷裂的微觀特征（韌窩），解理斷裂的微觀特征主要有（解理臺(tái)階）和河流花樣），沿晶斷裂的微觀特征（冰糖狀）斷口和（晶粒狀）斷口。應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)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（韌性）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)值（較大）的試驗(yàn)方法。在扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中，塑性材料的斷裂面與式樣軸線（垂直），脆性材料的斷裂面與式樣軸線（成45°角）。接觸疲勞和應(yīng)力水平，疲勞可分為（高周疲勞）和（低周疲勞），疲勞斷裂的典型宏觀特征是（貝紋線），微觀特征是（疲勞條帶）。8?在缺口式樣沖擊試驗(yàn)中，缺口式樣的厚度越大式樣的沖擊韌性越（?。╉g脆轉(zhuǎn)變溫度越（高）。三問答題1?溫度對(duì)塑形、強(qiáng)度的影響（趁熱打鐵的科學(xué)道理）：1）當(dāng)溫度升高，沒有相變發(fā)生時(shí)，材料結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變，因此派納力不會(huì)變化，一方面溫度升高，原子運(yùn)動(dòng)能力增加，熱運(yùn)動(dòng)加劇，另一方面若溫度高于再結(jié)晶溫度，會(huì)發(fā)生軟化，顯示不出加工硬化。因此，材料的塑形就會(huì)升高，強(qiáng)度降低。2）當(dāng)溫度升高，有相變發(fā)生時(shí)，材料結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，派納力改變，與此同時(shí)，a+Fe3C-6,使間隔半徑增大，原子間作用力減弱，且第二相強(qiáng)化消失，使材料強(qiáng)度降低，塑形升高。2?低碳鋼強(qiáng)化機(jī)理：1）低碳鋼適溫下相組成物為a+Fe3C,淬火后變?yōu)镸,而M為過飽和固溶體，C原子溶入M間隙中心，會(huì)產(chǎn)生畸變偶極應(yīng)力場(chǎng)，與位錯(cuò)產(chǎn)生交互作用，從而產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效應(yīng)。2）低碳M壓結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，因此會(huì)產(chǎn)生位錯(cuò)塞積現(xiàn)象，從而產(chǎn)生強(qiáng)化效應(yīng)，低碳M又叫板條M,板條之間晶界相互作用，也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)化作用。3）由于Ms點(diǎn)在260°C左右，會(huì)發(fā)生自回火現(xiàn)象，提高鋼的強(qiáng)度和塑形，保持優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。4有一彈簧產(chǎn)生塑性變形導(dǎo)致其不能正常工作，試分析是什么力學(xué)性能不足導(dǎo)致及改變措施？產(chǎn)生塑性變形，表面彈簧對(duì)塑性變形的抗力不足，即彈性極限過低所致。措施：（1）采用含碳量較高的彈簧鋼，并加入SiMnCrV等元素以強(qiáng)化鐵素體機(jī)體和提高鋼的淬透性；（2）采用淬火加中溫回火獲得回火托氏體。（3）采用冷變形強(qiáng)化加工硬化。5何謂低溫脆性？產(chǎn)生低溫脆性的原因是什么？材料沖擊韌度值隨溫度的降低而減小，當(dāng)溫度降到某一溫度范圍時(shí)，沖擊韌度急劇下降，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)為脆性狀態(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?，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性。產(chǎn)生原因是低溫脆性是材料屈服強(qiáng)度隨溫度下降急劇增加的結(jié)果，對(duì)于體心立方金屬是派納力起主要作用。屈服點(diǎn)的變化隨溫度下降而升高，但材料的解理斷裂強(qiáng)度卻隨溫度變化很小。體心立方金屬低溫脆性還與形變方式，屈服現(xiàn)象有關(guān)。6板材宏觀斷口的主要特征是什么？如何根據(jù)斷口特征尋找斷裂源？脆性斷裂斷裂面與正應(yīng)力垂直，斷口平齊而光亮，呈放射狀或結(jié)晶狀。判斷方法：斷口為人字花樣人字花樣的放射方向與裂紋擴(kuò)展方向平行，但其尖端指向裂紋源。7粘著磨損產(chǎn)生的條件是什么？如何預(yù)防粘著磨損的產(chǎn)生？答：條件：滑動(dòng)摩擦，相對(duì)滑動(dòng)速度較?。蝗狈?rùn)滑油，表面沒有氧化膜；單位法向載荷很大，接觸應(yīng)力超過實(shí)際接觸點(diǎn)處的屈服強(qiáng)度而產(chǎn)生的一種磨損。措施：（1）合理選擇摩擦副材料，盡量選擇互溶性少，粘著傾向少的材料配對(duì)。改善表面潤(rùn)滑條件等。（2）可采用表面滲碳、滲磷、滲氮等表面處理工藝。（3）控制摩擦滑動(dòng)速度和接觸壓應(yīng)力，可使粘著磨損大為減輕。（4）改善表面潤(rùn)滑條件等。8疲勞裂紋通常發(fā)生在那些位置？分別說明其原因？為什么發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸勁通過表面淬火可以提高其疲勞強(qiáng)度？（1）表面滑移帶開裂，式樣薄弱地區(qū)產(chǎn)生駐留滑移帶，隨著加載循環(huán)次數(shù)的增加，循環(huán)滑移帶不斷加寬，至一定程度時(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）第二相夾雜物或其界面開裂。微孔通過第二相質(zhì)點(diǎn)成核長(zhǎng)大，導(dǎo)致位錯(cuò)所受排斥力大大下降，迅速推向微孔為錯(cuò)緣激活不斷推出新位錯(cuò)，最后微孔連接形成微裂紋。（3）晶界或亞晶界開裂；多晶體材料由于晶界有在和相鄰晶粒不同的取向性，位錯(cuò)在某一晶粒內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)受晶界阻礙，在晶界處發(fā)生位錯(cuò)塞積和應(yīng)力集中。應(yīng)力不斷循環(huán)下，應(yīng)力峰越來越高，超過晶界強(qiáng)度時(shí)就在晶界處產(chǎn)生裂紋。表面淬火處了能使機(jī)件獲得表硬心韌的綜合力學(xué)性能，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)件表面獲得高強(qiáng)度和殘余應(yīng)力，更有效的提咼疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。9細(xì)化晶粒可以提高材料屈服強(qiáng)度，而且塑性也提高，其原因？（1）晶粒尺寸減小，使晶界增多，而且晶界是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙，因此，將導(dǎo)致位錯(cuò)塞積，屈服強(qiáng)度提高；（2）晶界面積增多，分布于晶界附近的雜質(zhì)濃度降低，晶界強(qiáng)度提高，晶界不易開裂。（3）—定體積金屬內(nèi)部晶粒數(shù)目越多，晶粒之間位相差減小，塑性變形可以被更多的晶粒分擔(dān)，所以塑性也會(huì)提高。10?與拉伸試驗(yàn)相比彎曲試驗(yàn)有何特點(diǎn)？彎曲試驗(yàn)試樣變形簡(jiǎn)單，操作方便，同時(shí)，彎曲試樣不存在拉伸試驗(yàn)時(shí)的試樣偏斜對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，并可用試樣彎曲的撓度顯示材料的塑性。彎曲試樣表面應(yīng)力最大，可較靈敏地反映材料表面缺陷。對(duì)于脆性難加工材料，可用彎曲代替拉伸。?與拉伸實(shí)驗(yàn)相比，扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)有何特點(diǎn)？扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)a=0.8,比拉伸時(shí)a大，易于顯示金屬塑性行為。扭轉(zhuǎn)時(shí)，塑性均勻，無縮頸現(xiàn)象，能實(shí)現(xiàn)大塑性變形量下的試驗(yàn)。能敏感反映金屬缺陷及表面硬化層性能。扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中最大正應(yīng)力與最大切應(yīng)力大體相同。是測(cè)定材料強(qiáng)度最可靠的方法，還可區(qū)分金屬斷裂是正斷還是切斷。12?同一種材料拉伸與扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)?zāi)姆N試驗(yàn)測(cè)得的韌脆轉(zhuǎn)變T較高？拉伸；①扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)比拉伸大，可測(cè)脆性或低塑性材料強(qiáng)度、塑性、扭轉(zhuǎn)。②扭轉(zhuǎn)的最大正應(yīng)力與最大切應(yīng)力在數(shù)值上大體相同。（參考12題）13?試樣表面存在缺口對(duì)其強(qiáng)度和塑性有何影響？原因？對(duì)于脆性材料，強(qiáng)度和塑性均降低，缺口引起應(yīng)力集中，使缺口處應(yīng)力由單向應(yīng)力狀態(tài)改變?yōu)閮上蚧蛉驊?yīng)力狀態(tài)，使應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)a<0.5,金屬難以產(chǎn)生塑性變形；缺口試樣拉伸時(shí)，往往直接由彈性過度到斷裂，因此，抗拉強(qiáng)度必然比光滑試驗(yàn)低。對(duì)于塑性材料，強(qiáng)度增高，塑性降低，缺口處有在三向應(yīng)力狀態(tài)，并產(chǎn)生應(yīng)力集中，屈服應(yīng)力比單向拉伸高，產(chǎn)生"缺口強(qiáng)化"；缺口約束塑變，因此塑性降低，增加變脆傾向。14?為什么焊接船只比釧接船易發(fā)生脆性破壞？（1）焊接熱影響區(qū)晶粒粗大；Q）存在成分偏析；（3）在晶界有夾雜物和第二相析出，導(dǎo)致其塑性和韌性降低。而釧接金屬不存在組織和性能明顯變化。15?為了保證布氏硬度測(cè)量的有效性，在試驗(yàn)參數(shù)選擇上應(yīng)注意什么？①在選配壓頭球直徑D及試驗(yàn)力F時(shí)，應(yīng)使壓痕壓入角屮保持不變，保證得到幾何相似的壓痕，應(yīng)使fi/di2=f2/d22=……=F2/D2=M數(shù)②壓痕直徑d應(yīng)控制在（0.24-0.6）D之間③壓痕深度h小于試驗(yàn)厚度1/8④試驗(yàn)力保持時(shí)間10~15s,允許誤差±2s。16?說明過載對(duì)在交變載荷作用下的零件的使用壽命及疲勞極限都有哪些影響？為什么？過載進(jìn)入過載損傷區(qū)內(nèi)，將使材料受到損傷，并降低疲勞壽命或疲勞極限，根據(jù)"非擴(kuò)展裂紋"理論，當(dāng)過載運(yùn)轉(zhuǎn)到一定循環(huán)周次后，并降低疲勞壽命或疲勞極限。沒尺寸超過疲勞極限下"非擴(kuò)展裂紋"，則裂紋在以后的疲勞極限下運(yùn)轉(zhuǎn)將繼續(xù)擴(kuò)展，因此造成損傷。過載適當(dāng)，會(huì)延長(zhǎng)疲勞壽命。適當(dāng)過載會(huì)使裂紋擴(kuò)展減慢或停滯一段時(shí)間，發(fā)生裂紋擴(kuò)展過載停滯現(xiàn)象，從而延長(zhǎng)疲勞壽命。17?同一種材料在凝固過程中增加其冷卻速度，會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度、塑性增加，解釋之：冷卻速度增加，使過冷度增大，晶粒變細(xì)，細(xì)晶強(qiáng)化導(dǎo)致塑性，強(qiáng)度增加。機(jī)理同918?解釋淬火后隨回火溫度增加，材料的硬度一般會(huì)隨之下降的原因:1） 當(dāng)粒子體積分?jǐn)?shù)f一定時(shí)，隨著溫度升高，粒子尺寸變大，晶粒數(shù)減少，原子間距變大，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)障礙減少，位錯(cuò)強(qiáng)化機(jī)制減弱。2） 晶界表面第二相粒子減少，彌散強(qiáng)化機(jī)制減弱。3） 網(wǎng)狀分布時(shí)，位錯(cuò)堆積，應(yīng)力不可以松弛，脆性增加。4） 片狀〉球狀。19?何為過載損傷，原因是：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，這就造成了過載損傷。原因：材料內(nèi)部存在裂紋，時(shí)裂紋非擴(kuò)展；時(shí)裂紋由于積累，尺寸增大，經(jīng)過一定周次后，若其尺寸V非擴(kuò)展裂紋臨界尺寸，6丄不變，若其尺寸W非擴(kuò)展裂紋臨界尺寸，則6丄降低。如何從宏觀和微觀特征判斷一種金屬屬于韌性斷裂還是脆性斷裂：韌性斷裂是金屬材料斷裂前產(chǎn)生明顯宏觀朔變的斷裂。韌性斷裂的斷裂面一般平行于最大切應(yīng)力并與主應(yīng)力成45°角，斷口呈纖維狀，灰暗色。脆性斷裂是突然發(fā)生的斷裂，斷裂前基本不發(fā)生塑變，斷裂的斷裂面一般與正應(yīng)力垂直，斷口平齊而光亮，常呈放射狀或結(jié)晶狀。22為何bcc結(jié)構(gòu)金屬比fee更易于產(chǎn)生低溫脆性？加入何種元素有效防止？（1）bee在低溫下oi較大，高的oi值易導(dǎo)致脆性斷裂，因?yàn)榍澳苓_(dá)到的應(yīng)力值必較大。（2）低溫下李生是朔性主要方式，李晶彼此相交或李晶與晶界相交處常常是斷裂紋形核的地方。（3）bee低溫脆性與屈服現(xiàn)象有關(guān)。在孕育期只產(chǎn)生彈性形變，朔變，故有利于裂紋擴(kuò)展，產(chǎn)生脆性破壞。防止（1）加入間隙溶質(zhì)元素，偏聚于位錯(cuò)線附近，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，致。增大，鋼的J提高（2）加入置s k換型溶質(zhì)元素，減少低溫時(shí)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力，增加 提高低溫韌性。23?金屬材料經(jīng)熱處理后細(xì)化了晶粒，常溫下疲勞強(qiáng)度提高，但其抗蠕變性能卻明顯降低？細(xì)化晶粒，使晶界增多，晶界是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙，減少晶粒尺寸，會(huì)減少晶粒內(nèi)部位錯(cuò)塞積的數(shù)量，減少位錯(cuò)塞積群的數(shù)量，降低塞積點(diǎn)處應(yīng)力，相鄰晶粒位錯(cuò)源開動(dòng)所需外加應(yīng)力提高，屈服強(qiáng)度增加，疲勞強(qiáng)度提高；蠕變斷裂主要是沿晶斷裂，晶粒小，便晶界多，而晶界滑動(dòng)引起的應(yīng)力集中與空位的擴(kuò)散起著重要作用，促進(jìn)了蠕變形核、擴(kuò)展，并且晶粒細(xì)化后降低了材料蠕變極限，持久強(qiáng)度，因而蠕變性能降低。21.給出合適硬度測(cè)試方法：滲碳體HV淬火鋼HR灰鑄鐵HB24?某工件經(jīng)過滾壓后，其表面硬度較滾壓前有明顯提高？這是應(yīng)變強(qiáng)化的結(jié)果，工件滾壓后，發(fā)生塑變，晶?；?，位錯(cuò)纏結(jié)，使晶粒拉長(zhǎng)，破碎和纖維化，金屬內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，引起應(yīng)變硬化。25?接觸疲勞分類及特征？（1） 麻點(diǎn)剝落：呈針狀或痘狀凹坑，截面呈不對(duì)稱V形。（2） 淺層剝落：剝塊底部大致和表面平行，裂紋走向與表面成銳角和垂直。（3） 深層剝落：裂紋走向與表面垂直。26?始組織為P的鋼經(jīng)過等溫淬火后得到下貝氏體組織，其強(qiáng)度明顯等溫貝氏體是最好的強(qiáng)韌性復(fù)相組織。貝氏體強(qiáng)化機(jī)制：①固溶強(qiáng)化；②位錯(cuò)強(qiáng)化；③彌散強(qiáng)化。（參考低碳鋼強(qiáng)化機(jī)制）27?加載速度對(duì)材料溫度和塑韌性的影響規(guī)律及原因？規(guī)律：加載速度越快，材料屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度越大，塑韌性有一定的降低；原因：金屬中位錯(cuò)、滑移產(chǎn)生塑變是需要時(shí)間的，應(yīng)變速率越快，位錯(cuò)來不及滑移，單系滑移被抑制，促進(jìn)多系滑移，位錯(cuò)密度和滑移系數(shù)目增加，出現(xiàn)李晶，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)自由行程平均長(zhǎng)度減少，點(diǎn)缺陷濃度增加，金屬塑性下降，金屬就表現(xiàn)為脆硬傾向。28?與常溫下力學(xué)性能相比，金屬材料在高溫下力學(xué)行為有哪些特點(diǎn)？1）蠕變現(xiàn)象；2）抗拉強(qiáng)度隨載荷持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng)而降低；3）高溫短時(shí)載荷，塑性升高，長(zhǎng)時(shí)載荷，塑性下降，缺口敏感性增加,4）斷裂由穿