思考題2014年材料力學性能

1、一、填空：1.提供材料彈性比功的途徑有二，提高材料的 ，或降低 。2.退火態(tài)和高溫回火態(tài)的金屬都有包申格效應，因此包申格效應是 具有的普遍現(xiàn)象。3.材料的斷裂過程大都包括裂紋的形成與擴展兩個階段，根據(jù)斷裂過程材料的宏觀塑性變形過程，可以將斷裂分為 與 ；按照晶體材料斷裂時裂紋擴展的途徑，分為 和 ；按照微觀斷裂機理分為 和 ；按作用力的性質可分為 和 。4.滯彈性是指材料在 范圍內快速加載或卸載后，隨時間延長產(chǎn)生附加 的 現(xiàn)象，滯彈性應變量與材料 、 有關。5.包申格效應：金屬材料經(jīng)過預先加載產(chǎn)生少量的塑性變形,而后再同向 加載,規(guī)定殘余伸長應力 ； 反向加載，規(guī)定殘余伸長應力 的現(xiàn)象。消除包

2、申格效應的方法有 和 。6.單向靜拉伸時實驗方法的特征是 、 、 必須確定的。7.過載損傷界越 ，過載損傷區(qū)越 ，說明材料的抗過載能力越強。8. 依據(jù)磨粒受的應力大小，磨粒磨損可分為 、 、 三類。9解理斷口的基本微觀特征為 、 和 。10韌性斷裂的斷口一般呈杯錐狀，由 、 和 三個區(qū)域組成。11韌度是衡量材料韌性大小的力學性能指標，其中又分為 、 和 。12.在值 的試驗方法中，正應力分量較大，切應力分量較小，應力狀態(tài)較硬。一般用于塑性變形抗力與切斷抗力較低的所謂塑性材料試驗；在值 的試驗方法中，應力狀態(tài)較軟，材料易產(chǎn)生塑性變形，適用于在單向拉伸時容易發(fā)生脆斷而不能充分反映其塑性性能的所謂脆

3、性材料；13.材料的硬度試驗應力狀態(tài)軟性系數(shù) ，在這樣的應力狀態(tài)下，幾乎所有金屬材料都能產(chǎn)生 。14. 硬度是衡量材料軟硬程度的一種力學性能，大體上可以分為 、 和 三大類；在壓入法中，根據(jù)測量方式不同又分為 、 和 。15. 國家標準規(guī)定沖擊彎曲試驗用標準試樣分別為 試樣和 試樣，所測得的沖擊吸收功分別用 、 標記。16. 根據(jù)外加壓力的類型及其與裂紋擴展面的取向關系，裂紋擴展的基本方式有 、 和 。17. 機件的失效形式主要有 、 、 三種。18.低碳鋼的力伸長曲線包括 、 、 、 、斷裂等五個階段。19.內耗又稱為 ，可用 面積度量。 20.應變硬化指數(shù)反映了金屬材料抵抗均勻塑性變形的能

4、力，在數(shù)值上等于測量形成拉伸頸縮時的 。應變硬化指數(shù)與金屬材料的層錯能有關，層錯能低者n值 。冷加工狀態(tài)n值 。晶粒粗大材料n值 。21. 是材料抵抗無限次應力循環(huán)也不疲勞斷裂的強度指標。22. 應力狀態(tài)軟性系數(shù)：用試樣在變形過程中的測得 和 的比值表示。23.微孔聚集型斷裂是包括微孔 、 直至斷裂的過程。24.缺口試樣的 與等截面光滑試樣的 的比值。稱為“缺口敏感度”。25.機件在沖擊載荷下的斷口形式仍為 、 和 。26.包申格應變是在給定應力下，正向加載和反向加載兩 曲線之間的應變差。27.由于缺口的存在，在 載荷作用下，缺口截面上的應力狀態(tài)將發(fā)生變化的現(xiàn)象，被稱為“缺口效應”。28. 洛

5、氏硬度是在一定的實驗力下，將120º角的 壓入工件表面，用所得的 來表示材料硬度值的工藝方法。28.低溫脆性是隨 的下降，材料由 轉變?yōu)?的現(xiàn)象。29. 缺口敏感性是指材料因存在缺口造成的 狀態(tài)和 而變脆的傾向。31. 疲勞破壞形式按應力狀態(tài)分為 、 、 、及 。按應力高低和斷裂壽命分為 和 。32. 典型的疲勞斷口具有 、 、 三個特征區(qū)。33. 疲勞條帶是疲勞斷口的 特征，貝紋線是斷口的 特征。34. 金屬材料的疲勞過程也是裂紋的 和 過程。35.金屬材料抵抗疲勞過載損傷的能力，用 或 表示。36.金屬在 和特定的 共同作用下，經(jīng)過一段時間后所發(fā)生的 現(xiàn)象，成為應力腐蝕斷裂。37

6、.應力腐蝕斷裂的最基本的機理是 和 。38.由于氫和應力的共同作用而導致金屬材料產(chǎn)生脆性斷裂的現(xiàn)象叫做 。39.氫致脆斷裂紋的拓展方式是 式，這是與應力腐蝕裂紋 式擴展方式是不同的。40.鋼的氫致延滯斷裂過程可分為 、 、 三個階段。41.典型氫脆類型包括 、 、 、 。42. 機件正常運行的磨損過程一般分為 、 、 段三個階段。減輕粘著磨損的主要措施有 、 、 。43. 按磨損模型分為： 、 、 、 、 五大類。44.韌窩是微孔聚集型斷裂的基本特征。其形狀視應力狀態(tài)不同分為下列 、 、 三類。其大小決定于第二相質點的 、基體材料的 和 以及外加應力的大小和形狀。 45. 磨損量的測定方法有

7、和 兩種，單位摩擦距離單位壓力下的磨損量稱之為 。46. 國家標準規(guī)定了四種斷裂韌性測試試樣： 、 、 和 。47. 過載持久值越高，說明材料在相同的過載荷下能承受的應力循環(huán)周次 ，材料的 能力越強。48. 按照蠕變速率的變化，可將蠕變過程可分為 、 和 三個階段。49. 金屬材料的蠕變變形主要是通過 、 等機理進行的。50. 當試驗溫度低于某一溫度tk時，材料由 狀態(tài)變?yōu)?狀態(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機制由 型變?yōu)?斷口特征，斷口由 狀變?yōu)?狀，這就是低溫脆性。51.韌脆轉變溫度tk，也是金屬材料的 指標,它反映了溫度對材料 的影響。也是 性能指標，是從韌性角度選材的重要依據(jù)之一，可用于抗

8、脆斷設計。52. 金屬材料在長時高溫載荷作用下的斷裂大多為 斷裂。在不同的應力和溫度條件下，晶界裂紋的形成方式有 、 兩種。53. 金屬材料蠕變斷裂斷口的宏觀特征為：一是在斷口附近產(chǎn)生 ，在變形區(qū)域附近有許多 ，使斷裂機件表面出現(xiàn) 現(xiàn)象；另一個特征是由于高溫氧化，斷口表面往往被一層 覆蓋。54. 金屬材料蠕變斷裂斷口的微觀特征主要是冰糖狀花樣的 。55. 蠕變極限是表示材料在高溫長時間載荷作用下的 抗力指標，是選用高溫材料，設計高溫下服役機件的主要依據(jù)之一。56. 描述材料的蠕變性能常采用 、 、 等力學性能指標。57. 缺口偏斜拉伸試驗過程中，試樣在承受拉伸力的同時還承受 力的作用，承受復合

9、載荷，故其應力狀態(tài)更 ，缺口截面上的應力分布更 ，因而，更能顯示材料的缺口敏感性。58. 要在同一材料上測得相同的布氏硬度，或在不同的材料上測得的硬度可以相互比較，壓痕的形狀必須 ，壓入角應 。59.高溫下材料晶內和晶界的強度均隨溫度升高而 ，但晶界的強度降低速度比晶內的降低速度 。60.根據(jù)剝落裂紋起始位置及形態(tài)不同，接觸疲勞破壞分為 、 和 三類。61. 是引起疲勞破壞的外力，它是指大小、方向均隨時間變化的載荷。62.緊湊拉伸試樣預制裂紋后在固定應力比和應力范圍條件下循環(huán)加載， 隨 的變化曲線即為疲勞裂紋擴展曲線。63.疲勞裂紋不擴展的應力強度因子范圍臨界值，稱為 。64.產(chǎn)生疲勞微觀裂紋

10、的主要方式有 、 和 。65.疲勞裂紋擴展第二階段斷口最重要的特征是具有 。66.駐留滑移帶在加寬過程中，還會出現(xiàn) 和 ，其成因可用柯垂耳赫爾模型描述。67.剪切斷裂和解理斷裂都是 斷裂。前者受剪切力作用是 斷裂，后者受正應力作用，屬 斷裂。斷裂性質完全不同。也就是說 斷裂既可能是韌性斷裂也可能是脆性斷裂。取決于材料的本性和力的作用方式。68解理斷裂是沿特定界面發(fā)生的脆性 斷裂，解理斷裂實際上是沿一族相互平行的晶面解理而引起的。這些解理面稱為 。69.若干相互平行的而且位于不同高度的解理面，從而形成解理斷口的基本微觀特征 。二、概念： 1.韌脆轉變：2.內耗： 3.解理裂紋： 4.彈 性： 5

11、.低溫脆性： 6.低應力脆斷： 7.過載持久值： 8.滯彈性： 9.穿晶裂紋： 10.疲勞缺口敏感性： 11.韌脆轉變溫度：12.循環(huán)韌性：13.解理刻面：14.韌 性：15.小范圍屈服：16.有效裂紋長度：17.缺口敏感度：18.穿晶斷裂：19.解理斷裂：20.氫致延滯斷裂21.應力腐蝕22.白點23.接觸疲勞24.耐磨性25.粘著磨損26.約比溫度 27.松弛穩(wěn)定性 28.等強溫度29持久強度30.蠕變極限 三、分析問答題第一章1.試分析金屬材料在屈服階段為何存在上下屈服點？2.循環(huán)韌性有何工程意義？選擇音叉需要選擇循環(huán)韌性高的還是低的材料？3. 何為拉伸斷口三要素？影響宏觀拉伸斷口的形態(tài)

12、的因素有哪些？4、為什么材料的塑性要以延伸率和斷面收縮率這兩個指標來度量?它們在工程上各有什么實際意義?5.包申格效應有何意義？工程中對機件會產(chǎn)生哪些影響？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？7. 試述韌性斷裂與脆性斷裂的區(qū)別，為什么說脆性斷裂最危險？8. 常溫靜拉伸試驗可確定金屬材料的哪些性能指標？說出這些指標的符號定義、意義。9常用的標準試樣有5 倍試樣和10 倍試樣，其延伸率分別用5和10表示，說明為什么5>10。第二章1. 布氏硬度與洛氏硬度可否直接比較？2. 缺口對材料的拉伸力學性能有什么影響？3. 布氏硬度與洛氏硬度的測量方法有何不

13、同？ HRA、HRB、HRC分別用于測量何種材料的硬度？4. 什么叫金屬的缺口效應？5.金屬材料在受到扭轉、單向拉伸、三向等拉伸、單向壓縮、兩向壓縮、三向壓縮應力作用時，其應力狀態(tài)軟性系數(shù)分別為多少？6.缺口試樣拉伸時應力分布有何特點？7.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的特點8. 今有如下工件需要測定硬度，試說明選用何種硬度試驗法為宜？（1）滲碳層的硬度分布；（2）淬火鋼；（3）灰鑄鐵，（4）硬質合金，（5）鑒別鋼中的隱晶馬氏體與殘余奧氏體，（6）儀表小黃銅齒輪，（7）龍門刨床導軌，（8）氮化層，（9）火車圓彈簧，（10）高速鋼刀具。第三章1. 試說明低溫脆性的物理

14、本質及其影響因素？2.沖擊韌性主要有哪些用途？3細化晶粒尺寸可以降低脆性轉變溫度或者說改善材料低溫脆性，為什么？4為什么通常體心立方金屬顯示低溫脆性，而面心立方金屬一般沒有低溫脆性?第四章1. 說明KI和KIc的異同。2.為什么研究裂紋擴展的力學條件時不用應力判據(jù)而用其它判據(jù)？3.試述應力場強度因子的意義及典型裂紋K的表達式4.試述K判據(jù)的意義及用途5.試述裂紋尖端塑性區(qū)產(chǎn)生的原因及其影響因素，在什么條件下需考慮塑性區(qū)的影響對K進行修正？6. 張開型、滑開型和撕開型哪種斷裂方式最危險？7.試述影響Kc和AkV的異同及其相互之間的關系8什么叫斷裂韌性？它與應力場強度因子有何聯(lián)系與區(qū)別？第五章1.

15、軸對稱循環(huán)應力的平均應力、應力幅和應力比分別為多少？2. 疲勞宏觀斷口上的貝紋線與微觀斷口的條帶有什么區(qū)別？3.試述金屬疲勞斷裂的特點4.試說明合金成分、顯微組織、非金屬夾雜物、表面粗糙度等對金屬疲勞性能的影響規(guī)律第六章1.有一M24栓焊橋梁用高強度螺栓，采用40B鋼調質制成，抗拉強度為1200MPa，承受拉應力650MPa。在使用中，由于潮濕空氣及雨淋的影響發(fā)生斷裂事故。觀察斷口發(fā)現(xiàn)，裂紋從螺紋根部開始，有明顯的沿晶斷裂特征，隨后是快速脆斷部分。斷口上有較多腐蝕產(chǎn)物，且有較多的二次裂紋。試分析該螺栓產(chǎn)生斷裂的原因，并考慮防止這種斷裂的措施。2.試述金屬產(chǎn)生應力腐蝕的條件和機理。3.試述區(qū)別高

16、強度鋼的應力腐蝕和氫致延滯斷裂的方法。4.何為氫致延滯斷裂？為什么高強度鋼的氫致研制斷裂是在一定的應變速率和溫度范圍內出現(xiàn)？第七章1.粘著磨損產(chǎn)生的條件、機理及其防止措施2.摩擦副材料的硬度一般較測試材料高，請問為何一般不能選擇同種材料作摩擦副？3.耐磨性一般如何測量？有哪些測定方法？4.如何提高材料或零件的抗粘著磨損能力? 第八章1.試說明材料的持久強度極限是如何由實驗方法測得的？2.試說明使材料產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)蠕變速率的蠕變極限是如何由實驗方法測得的？3解釋材料高溫蠕變變形理論主要有哪些？蠕變斷裂有哪幾種形式？4. 試分析晶粒大小對金屬材料高溫力學性能的影響。5. 材料的高溫性能包括哪些？6.試述

17、金屬蠕變斷裂的裂紋形成機理與常溫下金屬的裂紋形成機理有何不同？四、計算1. 通常純鐵的s=2J/m2,E=2×105MPa,a0=2.5×10-10m，試求其理論斷裂強度m。(4×104MPa) 2. 若一薄板內有一條長3毫米的裂紋，且a0=3×10-8mm， 試求脆性斷裂時的斷裂應力c（設m=E/102×105MPa）。（71.4MPa）3. 有一材料E=2×1011N/m2, s=8N/m,試計算在 7×107N/m2的拉力作用下，該材料的臨界裂紋長度？（0.4mm）4一直徑為2.5mm，長為200mm 的桿，在載荷20

18、00N作用下，直徑縮小為2.2mm, 試計算：(1)桿的最終長度；(258.3mm)(2)在該載荷作用下的真應力S 與真應變e；(407.6MPam,0.291)(3)在該載荷作用下的名義應力與名義應變。(526.2MPa,0.255)5.某材料制成長50mm、直徑5mm的圓形拉伸試樣，當進行拉伸試驗時，塑性變形階段的外力F與長度增量L的關系為F (N) 6000， 14000L (mm) 1， 11.5試求該材料的硬化系數(shù)和應變硬化指數(shù)。(n0.44，K1659.59MPa) 6.有一大型板件，材料的s0.2=1200MPa，KIC=115MPa·m1/2，探傷發(fā)現(xiàn)有20mm長的橫

19、向穿透裂紋，若在平均軸向拉應力900MPa下工作，試計算KI及塑性區(qū)寬度R0，并判斷該件是否安全。（168.13 MPa.m1/2，1.01mm）7.有一軸件平均軸向工作應力150MPa，使用中發(fā)生橫向疲勞脆性正斷，斷口分析表明有a=25mm深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s0.2=720MPa，試估算材料的斷裂韌度KIC是多少？（46.23 MPa.m1/2）8.鋁合金三點彎曲試樣，尺寸B:W:S=18:36:144，用千分尺測得的實際尺寸B=18.01mm，W=36.06mm，試樣的屈服強度550MPa，測試中所獲得的F-V曲線形狀如圖所示，為第二類曲線，最大載

20、荷Fmax=8700N，第一個高峰值為8360N，用初始線段的斜率小于5%做割線截取時與F-V曲線交點為8050N。試樣斷裂后，從斷口上測得的相對裂紋長度a/W=0.54；從附表查得，Y(a/W)=3.04，試求條件斷裂韌度KQ并進行有效性判斷。（29.67 MPa.m1/2，B>7.27mm）FmaxVFOFQF59低合金鋼厚板的斷裂韌性在-20時的Gc=5.1×10-2MN/m，Gc值隨溫度成比例地減小，每下降10，Gc降低1.3×10-2MN/m，如果這塊板上有長度為10mm 的裂紋，問在-50時c的斷裂應力是多少?( E=2×105MN/m2,=0.

21、3)（409.86或者410.84MPa）10用某材料制造一批壓力容器，此材料的屈服強度s=1600 MPa ，斷裂韌性Kc=40 MPa.m1/2 ，經(jīng)探傷檢驗發(fā)現(xiàn)某一容器沿軸向有一穿透裂紋，長度為2a=5mm ，此批容器的半徑R=1100mm ，壁厚t=6mm ，試問: 如果2a=5mm 的這一壓力容器必須承受的最大壓強為8.34 MPa(85 個大氣壓)，這個壓力容器是否安全?（=1529MPa，不安全KI=184.18 MPa.m1/2）11. 某汽車發(fā)動機連桿大頭螺栓在工作時承受交變拉應力，最大拉力為59460N，最小拉力為56900N，螺栓螺紋處內徑為11.29mm，試求應力半幅a

22、、平均應力m及應力循環(huán)對稱系數(shù)r。(3.198MPa,145.36MPa,0.96)12設有屈服強度為415 MPa，斷裂韌性為132 MPa.m1/2 ，寬度分別100mm、260 mm的兩塊合金厚鋼板。如果板都受500 MPa的拉應力作用，并設板內都有長為46mm的中心穿透裂紋，試問此兩板內裂紋是否都擴展?(KI= 156* f(a/b), MPa.m1/2)13.物體內部有一圓盤狀尖銳深埋裂紋，直徑為2.5cmm，當作用的應力為700 MPa時，物體發(fā)生斷裂事故，求:(a)材料的斷裂韌性是多少?(假定滿足平面應變條件。)88.433 MPa.m1/2(b)若用這種材料制成一塊厚度B=0.

23、75cm，裂紋半長a=3.75cm的板作斷裂韌性試驗，問測得的斷裂韌性值是否有效?(設材料的屈服強度為1100 MPa。)(2.5（KIC/s）2=16.2mm，B<16.2mm無效。)(c)測得有效KIC的厚度是多少?（16.875mm）7.5×1.5×1.5=16.87514. 設某壓力容器周向應力 1400MPa，采用焊接工藝后可能有縱向表面裂紋(半橢圓)a=1mm,a/c=0.6.現(xiàn)可以選用的兩種材料分別有如下性能：A 鋼0.2 1700MPa, Kc =78 MPa.m1/2 ； B 鋼0.22800 MPa，Kc =47 MPa.m1/2 。試從防止低應力

24、斷裂考慮，應選用哪種材料。（提示：參考有關半橢圓表面裂紋，而且還要考慮到塑性修正的應力場強度因子K表達式）（A：可以使用KI=156 MPa.m1/2<KIC）(B：不能使用KI=68 MPa.m1/2>KIC)15. 有板件在脈動載荷下工作，max=200MPa,min=0,該材料的b=670MPa, 0.2=600MPa,KIc=104MPa·m1/2,Paris公式中，C=6.9×10-12,n=3.0，使用中發(fā)現(xiàn)有0.1mm和1mm兩處橫向穿透裂紋，請估算板件的疲勞剩余壽命？（2.69×105循環(huán)周次）16.正火45鋼的b=610MPa，-1=

25、300MPa，試用Goodman 公式繪制max（min）-m疲勞圖，并確定-0.5，0,0.5等疲勞極限(max)。(402.2MPa,484.8MPa,343.6MPa)mb-1-1maxminbOmb-1aO17.某高強度鋼的0.2=1400MPa，在水介質中的KISCC=21.3MPam1/2。裂紋擴展到第階段的da/dt=2×10-6mm/s。第階段結束時KI=62MPam1/2，該材料制成的機件在水介質中工作，工作拉應力=400MPa，探傷發(fā)現(xiàn)該機件表面有半徑ac=4mm的半圓形裂紋，試粗略估算其剩余壽命。(ac=15.6mm,2=2.46,67.13天) 五、說明下列力

26、學性能指標的意義：500HBW5/750；HR30N； HV；HK；HS；AKV；AKU, FATT50；NDT, FTE,FTP；KIc；GIc；-1，-1P,-1N,-1,qf,Kth,da/dN, scc、Kscc、Khec 、da/dt、； 。六、判斷正誤，正確的在括號里打P，錯誤的打O1.彈性模量E表征了金屬材料對彈性變形的抗力（ ）。2.材料的真實相對伸長與真實相對斷面收縮率在數(shù)值上是相等的（ ）。3.穿晶斷裂一定是韌性斷裂（ ）。4.疲勞斷裂總是脆性斷裂（ ）。5.所謂解理面是指屈服強度最低的晶面（ ）。6.應力狀態(tài)軟性系數(shù)越小，越容易產(chǎn)生脆性斷裂（ ）。7.隨著加載速率的提高，

27、材料的韌脆轉變溫度也提高（ ）。8.金屬的斷裂韌性KIc隨裂紋的擴展而增大（ ）。9.貝紋線和疲勞條帶都是疲勞斷口的微觀特征（ ）。10.材料的缺口敏感度為1，說明缺口幾乎不影響材料的疲勞強度（ ）。11.退火態(tài)和高溫回火態(tài)的金屬都有包申格效應（ ）。 12.彈性模量E主要取決于金屬的本性，是組織不敏感因素（ ）。13.解理斷裂總是脆性斷裂（ ）。14.過載損傷是指金屬在高于疲勞極限的應力水平下運轉一定周次后，其疲勞極限或疲勞壽命的減損（ ）。15.韌窩是微孔聚集型斷裂斷口微觀形貌的基本特征（ ）。16.提高材料的彈性模量能夠提高材料彈性比功（ ）。17. 硬度是衡量材料軟硬程度的一種力學性能

28、（ ）。18.內耗可用彈性比功度量（ ）。 19.應變硬化指數(shù)隨層錯能降低而降低（ ）。20冷加工狀態(tài)應變硬化指數(shù)高（ ）。21.晶粒粗大材料應變硬化指數(shù)高（ ）。22.缺口試樣的屈服強度與光滑試樣的屈服強度的比值。稱為“缺口敏感度”（ ）。23.應力腐蝕是指金屬在拉應力和特定的化學介質共同作用下，經(jīng)過一段時間后所產(chǎn)生的低應力脆斷現(xiàn)象（ ）。24.由于氫和應力的共同作用而導致金屬材料產(chǎn)生脆性斷裂的現(xiàn)象叫做氫致斷裂（ ）。26.單位摩擦距離單位壓力下的磨損量稱之為比磨損量（ ）。27.材料的組織越不均勻，彈性后效越明顯（ ）。28.疲勞壽命是指試樣在交變循環(huán)應力或應變作用下直至發(fā)生破壞前所經(jīng)受應力或應變的循環(huán)次數(shù)（ ）。 29.金屬材料的蠕變變形主要是通過晶界滑動和位錯滑移等機理進行的（ ）。30. 金屬材料蠕變斷裂斷口在變形區(qū)域附近有許多裂紋，使斷裂機件內部出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象（ ）。31.金屬材料蠕變斷裂斷口一定因為高溫氧化，在表面形成一層氧化膜（ ）。