工程材料力學(xué)機(jī)械工業(yè)出版社(史上最全答案)

1、工程材料力學(xué)性能課后答案機(jī)械工業(yè)出版社 2008第2版第一章 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，隨時間延長產(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)定殘余伸長應(yīng)力增加；反向加載，規(guī)定殘余伸長應(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)

2、生不可逆永久（塑性）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。7.解理臺階：當(dāng)解理裂紋與螺型位錯相遇時，便形成一個高度為b的臺階。8.河流花樣：解理臺階沿裂紋前端滑動而相互匯合,同號臺階相互匯合長大,當(dāng)匯合臺階高度足夠大時,便成為河流花樣。是解理臺階的一種標(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?/p>

3、一溫度點(diǎn)時，沖擊吸收功明顯下降，斷裂方式由原來的韌性斷裂變?yōu)榇嘈詳嗔眩@種現(xiàn)象稱為韌脆轉(zhuǎn)變12.彈性不完整性：理想的彈性體是不存在的，多數(shù)工程材料彈性變形時，可能出現(xiàn)加載線與卸載線不重合、應(yīng)變滯后于應(yīng)力變化等現(xiàn)象,稱之為彈性不完整性。彈性不完整性現(xiàn)象包括包申格效應(yīng)、彈性后效、彈性滯后和循環(huán)韌性等2、 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 規(guī)定殘余伸長應(yīng)力 屈服強(qiáng)度 金屬材料拉伸時最大應(yīng)力下的總伸長率 n 應(yīng)變硬化指數(shù) r規(guī)定殘余伸長應(yīng)力，試樣卸除拉伸力后，其標(biāo)距部分的殘余伸長達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時的應(yīng)力。表征材料對微量塑性變形的抗力。強(qiáng)度指標(biāo)0.2：表示規(guī)定殘余伸長率為0

4、.2%時的應(yīng)力。強(qiáng)度指標(biāo)s材料的屈服強(qiáng)度，用應(yīng)力表示材料的屈服點(diǎn)或下屈服點(diǎn)，表征材料對微量塑性變形的抗力，強(qiáng)度指標(biāo) b抗拉強(qiáng)度，即金屬試樣拉斷過程中最大力所對應(yīng)的應(yīng)力，表征金屬材料所能承受的最大拉伸應(yīng)力。 n應(yīng)變硬化指數(shù)，反映了金屬材料抵抗均勻塑性變形的能力，是表征金屬材料應(yīng)變硬化行為的性能指標(biāo)。其值為01，當(dāng)n=1時，表示材料為完全理想的彈性體；當(dāng)n=0時，表示材料沒有應(yīng)變硬化能力；大多數(shù)金屬材料的n值在0.10.5之間。強(qiáng)度指標(biāo)斷后延伸率，金屬試樣拉斷后標(biāo)距的伸長與原始標(biāo)距的百分比，表征金屬材料斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。塑性指標(biāo)gt最大應(yīng)力下的總伸長率，指試樣拉伸到最大應(yīng)力時標(biāo)距的總伸長與

5、原始標(biāo)距的百分比。表征金屬材料拉伸時產(chǎn)生的最大均勻塑性變形（工程應(yīng)變）量。塑性指標(biāo) 斷面收縮率，即試樣拉斷后，縮頸處橫截面的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。3、 金屬的彈性模量主要取決于什么因素？為什么說它是一個對組織不敏感的力學(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，故彈性模量對組織不敏感。【P4】4、 今有45、40Cr、35CrMo鋼和灰鑄鐵幾種材料，應(yīng)選擇哪種材料作為機(jī)床機(jī)身？并說明原因？答：因?yàn)闄C(jī)床機(jī)身要求剛度大，抗振性能好，運(yùn)行

6、可靠（缺口敏感性?。┣夷湍バ院谩Ｔ?以上四種材料中，只有灰鑄鐵滿足以上要求，而且價(jià)格便宜，也具有良好的鑄造性能，為制備精密機(jī)床創(chuàng)造了條件。5、 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金屬及其合金屈服行為不同的原因?答：考慮條件：1）材料變形前可動位錯密度很小2）塑性變形發(fā)生時位錯能快速增殖3）位錯運(yùn)動速率與外加應(yīng)力有強(qiáng)烈依存關(guān)系 較高的外應(yīng)力作用，沿滑移面上的切應(yīng)力提高，一旦塑性變形產(chǎn)生，位錯大量增殖，可移動位錯密度增加，則位錯運(yùn)動速率下降，相應(yīng)的應(yīng)力也就突然降低，從而產(chǎn)生了明顯的屈服現(xiàn)象。在關(guān)系式 0m v= ，其中m為位錯運(yùn)動速率應(yīng)力敏感系數(shù)，m值越低，則為使位

7、錯運(yùn)動速率變化所需的應(yīng)力變化越大，屈服現(xiàn)象就越明顯；反之，屈服現(xiàn)象就越不明顯。 BCC金屬的滑移系較多，晶格阻力較大，可動位錯密度較小，位錯能快速增值較大，體現(xiàn)m值較低，小于20，故具有明顯屈服現(xiàn)象；而FCC金屬的滑移系較少，晶格阻力較小，可動位錯密度較大，位錯能快速增值較少，體現(xiàn)在m值大于100200，故屈服不明顯。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-伸長曲線圖上的區(qū)別？為什么?答：由于含碳量不同，碳的固溶強(qiáng)化、組織不同，退火低、中、高碳鋼的分別為鐵素體+珠光體、珠光體、珠光體+滲碳體（復(fù)雜單斜），低碳鋼的屈服現(xiàn)象明顯，屈服平臺呈鋸齒狀；中碳鋼有明顯的屈服平臺，有上下屈服

8、點(diǎn)；高碳鋼屈服平臺較短，無上下屈服點(diǎn) 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)。8、 試述、兩種塑性指標(biāo)評定金屬材料塑性的優(yōu)缺點(diǎn)？答：對于在單一拉伸條件下工作的長形零件，無論其是否產(chǎn)生縮頸，用來評定材料的塑性，因?yàn)楫a(chǎn)生縮頸時局部區(qū)域的塑性變形量對總伸長實(shí)際上沒有什么影響。如果金屬材料機(jī)件是非長形件，在拉伸時形成縮頸，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，冶金因素的變化對材料的塑性的影響在上更為突出，所以比對組織

9、變化更為敏感。9、 試寫出幾種能顯著強(qiáng)化金屬但又不會降低其塑性的方法。答：細(xì)化晶粒強(qiáng)化金屬；第二相以彌散形式均勻強(qiáng)化。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。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

10、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？怎樣才能減小沿晶斷裂的傾向？答：沿晶斷裂是由晶界上的一薄層連續(xù)或不連續(xù)脆性第二相、夾雜物，破壞了晶界的連續(xù)性所造成的，也可能是雜質(zhì)元素向晶界偏聚引起的。減小應(yīng)力腐蝕、氫脆以及回火脆性等缺陷都可以減小沿晶斷裂的傾向。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。14、 板材宏觀斷口的主要特征是什么？如何尋找斷裂源？

11、答：板狀矩形拉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、 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。【P32】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可以忽略的情況。16、 斷裂強(qiáng)度c與抗拉強(qiáng)度b有何區(qū)別？答：板狀矩形拉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。17、 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。第二章 金屬在其他靜載荷下的力學(xué)性能一、解

12、釋下列名詞：  （1）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max和最大正應(yīng)力max比值，即：   【新書P39 舊書P46】（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)?！綪44 P53】（3）缺口敏感度缺口試樣的抗拉強(qiáng)度bn的與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強(qiáng)度b 的比值，稱為缺口敏感度，即： 【P47 P55 】 （4）布氏硬度用

13、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?！綪49 P58】 （5）洛氏硬度采用金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測量壓痕深度所表示的硬度【P51 P60】。 （6）維氏硬度以兩相對面夾角為136。的金剛石四棱錐作壓頭，采用單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算而得的硬度。【P53 P62】（7）努氏硬度采用兩個對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）肖氏硬度采動載荷試驗(yàn)法，根據(jù)重錘回跳高度表證的金屬硬度。 （9）里氏硬度采動載荷試驗(yàn)法，根據(jù)重錘回跳速度表證的金屬硬度。二、說明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義  &#

14、160; （1）材料的抗壓強(qiáng)度【P41 P48】    （2）材料的抗彎強(qiáng)度【P42 P50】    （3）材料的扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)【P44 P52】    （4）材料的抗扭強(qiáng)度【P44 P52】    （5）材料的抗拉強(qiáng)度【P47 P55】    （6）NSR材料的缺口敏感度【P47 P55】   （7）HBW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

15、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材料的維氏硬度【P53 P62】三、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)方法特點(diǎn)應(yīng)用范圍拉伸 溫度、應(yīng)力狀態(tài)和加載速率確定，采用光滑圓柱試樣，試驗(yàn)簡單，應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)較硬。 塑性變形抗力和切斷強(qiáng)度較低的塑性材料。壓縮 應(yīng)力狀態(tài)軟，一般都能產(chǎn)生塑性變形，試樣常沿與軸線呈45º方向產(chǎn)生斷裂，具有切斷特征。 脆性材料，以觀察脆性材料在韌性狀態(tài)

16、下所表現(xiàn)的力學(xué)行為。彎曲 彎曲試樣形狀簡單，操作方便；不存在拉伸試驗(yàn)時試樣軸線與力偏斜問題，沒有附加應(yīng)力影響試驗(yàn)結(jié)果，可用試樣彎曲撓度顯示材料的塑性；彎曲試樣表面應(yīng)力最大，可靈敏地反映材料表面缺陷。 測定鑄鐵、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。也常用于比較和鑒別滲碳和表面淬火等化學(xué)熱處理機(jī)件的質(zhì)量和性能。扭轉(zhuǎn) 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)為0.8，比拉伸時大，易于顯示金屬的塑性行為；試樣在整個長度上的塑性變形時均勻，沒有緊縮現(xiàn)象，能實(shí)現(xiàn)大塑性變形量下的試驗(yàn)；較能敏感地反映出金屬表面缺陷和及表面硬化層的性能；試樣所承受的最大正應(yīng)力與最大切應(yīng)力大體相等 用來研究金屬在熱加工條

17、件下的流變性能和斷裂性能，評定材料的熱壓力加工型，并未確定生產(chǎn)條件下的熱加工工藝參數(shù)提供依據(jù)；研究或檢驗(yàn)熱處理工件的表面質(zhì)量和各種表面強(qiáng)化工藝的效果。四試述脆性材料彎曲試驗(yàn)的特點(diǎn)及其應(yīng)用。五、缺口試樣拉伸時的應(yīng)力分布有何特點(diǎn)？【P45 P53】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)。六、

18、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)用于檢測螺栓一類機(jī)件的安全使用性能。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)軟性系數(shù)降低，脆性增大。 偏斜拉伸試驗(yàn)：試樣同時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，更能顯示材料對缺口的敏感性。七、試說明布氏硬度、洛

19、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)?！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，以測量壓痕深度。維氏硬度：以兩相對面夾角為136。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)：對不同材料需更換不同直徑的壓頭球和改變試驗(yàn)力，壓痕直徑的測量也較麻煩，因而用于自動檢測時受到限制。洛氏硬度優(yōu)點(diǎn)：

20、操作簡便，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。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，則所測硬度值重復(fù)性差，分散度大；此外用不同標(biāo)尺測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)時不僅試驗(yàn)力可以任意取，而且壓痕測量的精度較高，硬度值較為準(zhǔn)確。缺點(diǎn)是硬度值需要通過測量壓痕對角線長度后才能進(jìn)行計(jì)算或查表，因此，工作效率比洛氏硬度法低的多

21、。八.今有如下零件和材料需要測定硬度，試說明選擇何種硬度實(shí)驗(yàn)方法為宜。（1）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第三章 金屬在沖擊

22、載荷下的力學(xué)性能 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57】 沖擊韌度: :U形缺口沖擊吸收功 除以沖擊試樣缺口底部截面積所得之商，稱為沖擊韌度，ku=Aku/S （J/cm2）, 反應(yīng)了材料抵抗沖擊載荷的能力,用表示。P57注釋/P67 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mgH1-mgH2。此即為試樣變形和斷裂所消耗的功，稱為沖擊吸收功，以表示，單位為J。P57/P67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，會由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀?/p>

23、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。韌性溫度儲備: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、 （1） ：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，但由于它們對材料內(nèi)部組織變化十分敏感，而且沖擊彎曲試驗(yàn)方法簡便易行，被廣泛采用。 AKV (CVN)：V型缺口試樣沖擊吸收功. AKU：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，三個區(qū)之間的相對面積不同。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

24、取結(jié)晶區(qū)面積占整個斷口面積50%時的溫度為，并記為50%FATT，或FATT50%，t50。（新書P61，舊書P71）或:結(jié)晶區(qū)占整個斷口面積50%是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,稱為無塑性或零塑性轉(zhuǎn)變溫度。（4）FTE: 以低階能和高階能平均值對應(yīng)的溫度定義tk，記為FTE（5）FTP: 以高階能對應(yīng)的溫度為tk，記為FTP三、試現(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。需要開缺口的試樣：40CrNiMo

25、，30CrMnSi ，20CrMnTi 不需要開缺口的試樣：W18Cr4V ，Cr12MoV ，3Cr2W8V ，鑄鐵四、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)：宏觀上對于那些有低溫脆性現(xiàn)象的材料，它們的屈服強(qiáng)度會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，屈服強(qiáng)度增大到高于斷裂強(qiáng)度時，在這個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在晶體點(diǎn)陣中運(yùn)動的阻力有關(guān)，當(dāng)溫度降低時，位錯運(yùn)動阻力增大，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（P6

26、3，P73）：1晶體結(jié)構(gòu)：對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)或者合金元素都會引起材料塑性和韌性變差，材料脆性提高。3顯微組織：晶粒大小，細(xì)化晶粒可以同時提高材料的強(qiáng)度和塑韌性。因?yàn)?晶界是裂紋擴(kuò)展的阻力，晶粒細(xì)小，晶界總面積增加，晶界處塞積的位錯數(shù)減 少，有利于降低應(yīng)力集中；同時晶界上雜質(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)對鋼的脆性有重要影響，

27、當(dāng)其尺寸增大時均使材料韌性下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高。五. 試述焊接船舶比鉚接船舶容易發(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。七. 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運(yùn)動的阻力對溫度變化非常敏感，位錯運(yùn)動阻力隨溫度下降而增加，

28、在低溫下，該材料處于脆性狀態(tài)。而面心立方金屬因位錯寬度比較大，對溫度不敏感，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)，對低碳鋼施加一高速到高于屈服強(qiáng)度時，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。8. 簡述根據(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 金屬的斷裂韌度1、 名詞解釋低應(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。張開型（型）裂紋： 拉應(yīng)力垂直作用于裂紋擴(kuò)展面

29、，裂紋沿作用力方向張開，沿裂紋面擴(kuò)展的裂紋。應(yīng)力場強(qiáng)度因子 ： 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)度因子有關(guān)，對于某一確定的點(diǎn)，其應(yīng)力分量由確定， 越大，則應(yīng)力場各點(diǎn)應(yīng)力分量也越大，這樣就可以表示應(yīng)力場的強(qiáng)弱程度，稱為應(yīng)力場強(qiáng)度因子。 “I”表示I型裂紋?！綪68】小范圍屈服： 塑性區(qū)的尺寸較裂紋尺寸及凈截面尺寸為小時（小一個數(shù)量級以上），這就稱為小范圍屈服?！綪71】有效屈服應(yīng)力：裂紋在發(fā)生屈服時的應(yīng)力?！拘聲鳳73：舊P85】有效裂紋長度：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

30、紋長度增加ry后對裂紋尖端應(yīng)力場的影響，經(jīng)修正后的裂紋長度即為有效裂紋長度: a+ry?！拘翽74；舊P86】。裂紋擴(kuò)展K判據(jù)：裂紋在受力時只要滿足 ，就會發(fā)生脆性斷裂.反之，即使存在裂紋，若 也不會斷裂。新P71：舊裂紋擴(kuò)展能量釋放率GI：I型裂紋擴(kuò)展單位面積時系統(tǒng)釋放勢能的數(shù)值。P76/P88裂紋擴(kuò)展G判據(jù)： ，當(dāng)滿足上述條件時裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂。P77/P89積分：有兩種定義或表達(dá)式：一是線積分：二是形變功率差。P89/P101裂紋擴(kuò)展判據(jù)： ，只要滿足上述條件，裂紋（或構(gòu)件）就會斷裂。：裂紋張開位移。P91/P102判據(jù)：，當(dāng)滿足上述條件時，裂紋開始擴(kuò)展。P91/P1032、說明下列斷裂

31、韌度指標(biāo)的意義及其相互關(guān)系和 答： 臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的記作或，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。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，斷裂韌度趨于一穩(wěn)定的最低值，即為，它與試樣厚度無關(guān)，而是真正的材料常數(shù)。P71/P82 答：P77/P89 當(dāng)增加到某一臨界值時，能克服裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的阻力，則裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂。將的臨界值記作，稱斷裂韌度，表示材料阻止裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展時單位面積所消耗的能量，其單位與相同，MPa·m：是材料的斷

32、裂韌度，表示材料抵抗裂紋開始擴(kuò)展的能力，其單位與GIC相同。P90/P102：是材料的斷裂韌度，表示材料阻止裂紋開始擴(kuò)展的能力.P91/P104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/P1043、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

33、件時不用應(yīng)力判據(jù)而用其它判據(jù)？答：由41可知，裂紋前端的應(yīng)力是一個變化復(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)r0時，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)力場強(qiáng)度因子的意義及典型裂紋的表達(dá)式答：新書P69舊書P80參看書中圖（應(yīng)力場強(qiáng)度因子的意義見上） 幾種裂紋的表達(dá)式，無限大板穿透裂紋：；有限寬板穿透裂紋：；有

34、限寬板單邊直裂紋：當(dāng)ba時，；受彎單邊裂紋梁：；無限大物體內(nèi)部有橢圓片裂紋，遠(yuǎn)處受均勻拉伸：；無限大物體表面有半橢圓裂紋，遠(yuǎn)處均受拉伸：A點(diǎn)的。 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)y趨于材料的屈服應(yīng)力時，在裂紋尖端處便開始屈服產(chǎn)生塑性變

35、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??；板表面處于平面應(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（KIC/s)2成正比。8、試述塑性區(qū)對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)的存在將會降低裂紋體的剛度，相當(dāng)于裂紋長度的增加，因而影響應(yīng)力場和及KI的計(jì)算，所以要對KI進(jìn)行修正。最簡單而適用的修正方法是在計(jì)算KI時采用“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)力的作用于裂紋長度增加松弛彈性應(yīng)力的作用是等同的，從而引入“有效長度”

36、的概念，它實(shí)際包括裂紋長度和塑性區(qū)松弛應(yīng)力的作用。（415）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)變能釋放率的差別，因此，只是近似結(jié)果。當(dāng)塑性區(qū)小時，或塑性區(qū)周圍為廣大的彈性去所包圍時，這種結(jié)果還是很精確。但是當(dāng)塑性區(qū)較大時，即屬于大范圍屈服或整體屈服時，這個結(jié)果是不適用的。11 的意義：表示裂紋張開位移。表達(dá)式。P91/P10313、斷裂韌度與強(qiáng)度、塑性之間的關(guān)系：總的來說，斷裂韌度隨強(qiáng)度的升高而降低。詳見新P80/P9315、影響的冶金因素：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/P

37、9516.有一大型板件，材料的0.2=1200MPa，KIc=115MPa*m1/2，探傷發(fā)現(xiàn)有20mm長的橫向穿透裂紋，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)?0.2=900/1200=0.75>0.7，所以裂紋斷裂韌度KIC需要修正對于無限板的中心穿透裂紋，修正后的KI為： = （MPa*m1/2）塑性區(qū)寬度為： =0.004417937(m)= 2.21(mm)比較K1與KIc：因?yàn)镵1=168.13（MPa*m1/2）KIc=11

38、5（MPa*m1/2）所以：K1>KIc ，裂紋會失穩(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=1，測試材料的0.2=720MPa ，試估算材料的斷裂韌度KIC為多少？解： 因?yàn)?0.2=150/720=0.208<0.7，所以裂紋斷裂韌度KIC不需要修正對于無限板的中心穿透裂紋，修正后的KI為：KIC=Ycac1/2對于表面半橢圓裂紋，Y=1.1/=1.1所以，KIC=Ycac1/2=1.1=46.229（MPa*m1/2）第五章 金屬的疲勞1.名詞解釋;

39、應(yīng)力幅a:a=1/2(max-min) p95/p108平均應(yīng)力m：m=1/2(max+min) p95/p107應(yīng)力比r:r=min/max p95/p108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)為它是由載荷變動引起的，是裂紋前沿線留下的弧狀臺階痕跡。 P97/p110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） p113/p132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)對式樣重新循環(huán)加載時，則循環(huán)滑移帶又會在原處再現(xiàn)

40、，這種永留或再現(xiàn)的循環(huán)滑移帶稱為駐留滑移帶。 P111K: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=Ymaxa-Ymina=Ya. p105/p120da/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) p102/p117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/p1172.揭示下列疲勞性能指標(biāo)的意義疲勞強(qiáng)度-1，-p,-1,-1N, P9

41、9,100,103/p114 -1: 對稱應(yīng)力循環(huán)作用下的彎曲疲勞極限；-p:對稱拉壓疲勞極限；-1:對稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限；-1N:缺口試樣在對稱應(yīng)力循環(huán)作用下的疲勞極限。疲勞缺口敏感度qf P103/p118 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評定。Qf=(Kf-1)/（kt-1）.其中Kt為理論應(yīng)力集中系數(shù)且大于一，Kf為疲勞缺口系數(shù)。 Kf=(-1)/(-1N) 過載損傷界 P102,103/p117 由實(shí)驗(yàn)測定，測出不同過載應(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。 疲勞門檻值Kth P105/p120 在疲勞裂紋擴(kuò)展

42、速率曲線的區(qū)，當(dāng)KKth時，da/aN=0,表示裂紋不擴(kuò)展;只有當(dāng)K>Kth時，da/dN>0,疲勞裂紋才開始擴(kuò)展。因此，Kth是疲勞裂紋不擴(kuò)展的K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/p109 （1）疲勞是低應(yīng)力循環(huán)延時斷裂，機(jī)具有壽命的斷裂 （2）疲勞是脆性斷裂 （3）疲勞對缺陷（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程（新書P9698及PPT，舊書P109111）答：典型疲勞斷口具有三個形貌不同的區(qū)域疲勞源、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@里在整個裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展過程中斷面

43、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引起的，如機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時的開動與停歇，偶然過載引起的載荷變動，使裂紋前沿線留下了弧狀臺階痕跡。（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P101102，舊書P115117）答：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

44、。意義：很多機(jī)件或構(gòu)件是在不對稱循環(huán)載荷下工作的，因此還需知道材料的不對稱循環(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稱循環(huán)的疲勞極限。1、疲勞圖建立：這種圖的縱坐標(biāo)以表示，橫坐標(biāo)以表示。然后，以不同應(yīng)力比r條件下將表示的疲勞極限分解為和，并在該坐標(biāo)系中作ABC曲線，即為疲勞圖。其幾何關(guān)系為：（用途）：我們知道應(yīng)力比r，將其代入試中，即可求得和，而后從坐標(biāo)原點(diǎn)O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，。2、疲勞圖建立：這種圖的縱坐標(biāo)以或表示，橫坐標(biāo)以表示。然后將不同應(yīng)力比r

45、下的疲勞極限，分別以和表示于上述坐標(biāo)系中，就形成這種疲勞圖。幾何關(guān)系為：（用途）：我們只要知道應(yīng)力比r,就可代入上試求得和，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。8試述影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的主要因素。（新書P107109，舊書P123125）答：1、應(yīng)力比r（或平均應(yīng)力）的影響：Forman提出：殘余壓應(yīng)力因會減小r,使降低和升高，對疲勞壽命有利；而殘余拉應(yīng)力因會增大r，使升高和降低，對疲勞壽命不利。2、過載峰的影響：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)，有時反而是有益的。3、材料組織的影響：晶

46、粒大小：晶粒越粗大，其值越高，越低，對疲勞壽命越有利。組織：鋼的含碳量越低，鐵素體含量越多時，其值就越高。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，可以提高鋼的，降低。噴丸處理：噴丸強(qiáng)化也能提高。9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浇饘伲淦跅l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)力為零時裂紋閉合。圖(b)，受拉應(yīng)力時，裂紋張

47、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)展的過程稱為“塑性鈍化”。圖(d)，當(dāng)應(yīng)力變?yōu)閴嚎s應(yīng)力時，滑移方向也改變了，裂紋尖端被壓彎成“耳狀”切口。圖(e)，到壓縮應(yīng)力為最大值時，裂紋完全閉合，裂紋尖端又由鈍變銳，形成一對尖角。12試述金屬表面強(qiáng)化對疲勞強(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

48、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 他們除能使機(jī)件獲得表硬心韌的綜合力學(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。13.試述金屬的硬化與軟化現(xiàn)象及產(chǎn)生條件。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，即為循環(huán)硬化。金屬材料在恒定應(yīng)

49、變范圍循環(huán)作用下，隨循環(huán)周次增加其應(yīng)力逐漸減小，即為循環(huán)軟化。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)變幅和溫度等。循環(huán)硬化和軟化與b / s有關(guān)：b / s>1.4，表現(xiàn)為循環(huán)硬化；b / s<1.2，表現(xiàn)為循環(huán)軟化；1.2<b / s<1.4，材料比較穩(wěn)定，無明顯循環(huán)硬化和軟化現(xiàn)象。也可用應(yīng)變硬化指數(shù)n來判斷循環(huán)應(yīng)變對材料的影響，n<1軟化，n>1硬化。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)硬化和軟化與位錯的運(yùn)動有關(guān)：退火軟金屬中，位錯產(chǎn)生交互作用，運(yùn)動阻力增大而硬化。冷加工后的金屬中，有位錯纏結(jié)，

50、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)過一段時間后所產(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，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，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：對于B 或B 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

51、斷裂現(xiàn)象稱為氫致延滯斷裂。二、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)力場強(qiáng)度因子。（3）KHEC；氫脆臨界應(yīng)力場強(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：主要介紹以陽極溶解為基礎(chǔ)的鈍化膜破壞理論。對應(yīng)力腐蝕敏感的合金在特定的化學(xué)介質(zhì)中，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

52、鮮的表面。這個新鮮的表面在電解質(zhì)溶液中成為陽極，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。陽極金屬變成正離子進(jìn)入電解質(zhì)中而產(chǎn)生陽極溶解，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，使陽極電位降低，加速陽極金屬的溶解。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，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=

53、2×10-6mm/s，第二階段結(jié)束時的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)

54、變率較低時，若試驗(yàn)溫度過低，氫的擴(kuò)散速率很慢，永遠(yuǎn)跟不上位錯的運(yùn)動。因此不能形成氫氣團(tuán)，氫也難以聚集，就不會出現(xiàn)氫脆，當(dāng)溫度變大一些，氫的擴(kuò)散速率與位錯運(yùn)動速率逐步適應(yīng)，于是塑性開始降低。當(dāng)溫度升到更大的時候，兩者運(yùn)動速率完全吻合，此時塑性最差，對氫脆最敏感。溫度再升高時，一方面形成氫氣團(tuán)，同時由于熱作用，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)對位錯的“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)溫度更大時，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

55、強(qiáng)度鋼的應(yīng)力腐蝕與氫致延滯斷裂的認(rèn)識方法。答：可采用極化試驗(yàn)方法，即利用外加電流對靜載下產(chǎn)生裂紋時或裂紋擴(kuò)展速率的影響來判斷。當(dāng)外加小的陽極電流而縮短產(chǎn)生裂紋時間的是應(yīng)力腐蝕；當(dāng)外加小的陰極電流而縮短產(chǎn)生裂紋時間的是氫致延滯斷裂。對于一個已斷裂的機(jī)件來說，還可從斷口形貌上來加以區(qū)分。（具體見書P168）。8如何識別氫脆與應(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)力也較小這時其斷裂源

56、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，氫濃集在這里造成斷裂。3、氫脆斷裂的主裂紋沒有分枝的悄況這和應(yīng)力腐蝕的裂紋是截然不同的。4、氦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。第七章 金屬的磨損與耐磨性1.名詞解釋（1）磨損：機(jī)械表面相接觸并作相對運(yùn)動時，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）

57、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成為相同金屬間的滑動，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)件兩接觸而作滾動或滾動加滑動摩擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力長期作用下，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，并討論加工硬化對它們的影響。答：(1)低應(yīng)