材料力學(xué)性能重點總結(jié)

1、名詞解釋：1加工硬化：試樣發(fā)生均勻塑性變形，欲繼續(xù)變形則必須不斷增加載荷，這種隨著隨性變形 的增大形變抗力不斷增大的現(xiàn)象叫加工硬化。2彈性比功：表示金屬材料吸收彈性變形功的能力。3滯彈性：在彈性圍快速加載或卸載后，隨著時間延長產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象。4包申格效應(yīng)：金屬材料通過預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形（殘余應(yīng)變小于1%-4%,而后再同向加載，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塑性：金屬材料斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。常見塑性變形方式：滑移和攣生6彈性極限：以規(guī)定某一少量的殘留變形為標(biāo)準(zhǔn)，對應(yīng)此殘留變形的應(yīng)力。7比例極限：應(yīng)力與應(yīng)變保持正比關(guān)系的應(yīng)力最高限。8屈服強度：以

2、規(guī)定發(fā)生一定的殘留變形為標(biāo)準(zhǔn)，如通常以0.2%勺殘留變形的應(yīng)力作為屈服強度。9韌性斷裂 是材料斷裂前發(fā)生產(chǎn)生明顯的宏觀塑性變形的斷裂，這種斷裂有一個緩慢的斷裂過程，在裂紋擴展過程中不斷的消耗能量。韌性斷裂的斷裂面一般平行于最大切應(yīng)力并于主應(yīng)力成45度角。10脆性斷裂是突然發(fā)生的斷裂，斷裂前基本上不發(fā)生塑形變形，沒有明顯征兆，危害性很大。斷裂面一般與主應(yīng)力垂直，端口平齊而光亮，常呈放射狀或結(jié)晶狀。11剪切斷裂 是金屬材料在切應(yīng)力作用下，沿著滑移面分離而造成的斷裂，又分滑斷和微孔 聚集性斷裂。12解理斷裂：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

3、，總是脆性斷裂。13缺口效應(yīng)：由于缺口的存在，在靜載荷作用下，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)“缺口引起應(yīng)力集中， 并改變了缺口應(yīng)力狀態(tài)， 使得缺口試樣或機件中所受的應(yīng)力由原來的 單向應(yīng)力狀態(tài)改變?yōu)閮上蚧蛘呷驊?yīng)力狀態(tài)。 缺口使得材料的強度提高，塑性降低，增大材料產(chǎn)生脆斷的傾向。8缺口敏感度：有缺口強度的抗拉強度obm與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強度ob的比值.NSR= obn / osNSR越大 缺口敏感度越小9沖擊韌性：Ak除以沖擊式樣缺口底部截面積所得之商10沖擊吸收功：式樣變形和斷裂所消耗的功，稱為沖擊吸收功以Ak表示，單位J11低溫脆性：一些具有體心立方晶格或某些秘排立方

4、晶格的金屬，當(dāng)溫度降低到、某一溫度時，會由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機理由微孔聚集變?yōu)榇┚Ы饫?，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這種現(xiàn)象稱為低溫脆性12脆性轉(zhuǎn)變溫度：當(dāng)溫度降低時，材料屈服強度急劇增加， 而塑形和沖擊吸收功急劇減小。材料屈服強度急劇升高的溫度，或斷后延伸率，斷后收縮率，沖擊吸收功急劇減小的溫度就是韌脆轉(zhuǎn)變溫度tk, tk是一個溫度區(qū)間16應(yīng)力場強度因子KI :表示應(yīng)力場的強弱程度，對于某一確定的點的大小直接影響應(yīng)力場的大小，KI越大，則應(yīng)力場各應(yīng)力分量也越大17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)過一段時間后產(chǎn)生的低應(yīng)力脆斷現(xiàn)象第一章3.金屬的彈

5、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：由于彈性變形時原子間距在外力作用下可逆變化的結(jié)果，應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系實際上是原子間作用力與原子間距的關(guān)系， 所以彈性模量與原子間作用力有關(guān)，與原子間距也有一定關(guān)系，原子間作用力決定于金屬原子本性和晶格類型，故彈性模量也主要決定于金屬原子本性和晶格類型。合金化，熱處理，冷塑性變形對彈性模量的影響較小，所以金屬材料的彈性模量是一個對組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)，溫度加載速率等外在因素對其影響也不大 7.決定金屬屈服強度的因素有哪些？1)影響屈服強度的在因素：1、結(jié)合鍵2、組織結(jié)構(gòu)：固溶強化、形變強化、沉淀強化及彌散強化、晶界和亞晶強

6、化，前3個提高強度的同時降低了塑性，最后一個既可以提高強度又可以提高塑性3原子本性2)影響屈服強度的外因：溫度，應(yīng)變速率、應(yīng)力狀態(tài)。一般的，升高溫度，強度降低；應(yīng) 變速率增大，強度增加；應(yīng)力狀態(tài)也影響屈服強度，切應(yīng)力分量越大，強度越低。13.何謂拉伸斷口三要素？影響宏觀拉伸斷口形態(tài)的因素有哪些？答：拉伸斷口三要素是纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇宏觀拉伸斷口性態(tài)因試樣形狀、尺寸金屬材料的性能以及試樣溫度、加載速度和受力狀態(tài)不同而變化，一般來說，材料強度提高，塑性降低，則放射區(qū)比例增大，試樣尺寸加大，放射 區(qū)增大明顯而纖維區(qū)變化不大試述韌性斷裂與脆性斷裂的區(qū)別，為什么脆斷更危險？金屬材料的脆性和韌性是金屬

7、材料在不同條件下表現(xiàn)的力學(xué)行為或力學(xué)狀態(tài)，兩者是相對的并可以相互轉(zhuǎn)化，在一定條件下，金屬材料為脆性還是韌性取決于裂紋擴展過程，如果裂紋擴展時，其前沿地區(qū)能產(chǎn)生顯著塑性變形或受某種障礙所阻，使斷裂判據(jù)中表面能最大，則裂紋擴展便會停止下來，材料遂顯示為韌性，反之。若在裂紋擴展中始終能滿足脆性斷裂判據(jù)的要求，則材料便顯示為脆性。 第四章金屬的斷裂韌度2說明下列斷裂韌度指標(biāo)的意義及相互關(guān)系KI C 和 KIKI C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)擴展的能力。KI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)擴展的能力。KI C和KI都是I型裂紋的材料斷裂韌度指標(biāo)，

8、但KI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KI Co它與試樣厚度無關(guān)，而是真正的材料常數(shù)。6、試述K判據(jù)的意義及用途K閑 CYSa6KI C裂紋體在受力時，只要滿足上述條件，就會發(fā)生脆性斷裂，反之，即使存在裂紋，若 KI< KI C或Y 8雇KI C也不會斷裂，這種情況成為破損安全。K判據(jù)將材料斷裂韌度同機件的工作應(yīng)力及裂紋尺寸的關(guān)系定量的聯(lián)系起來了，因此可以直接用于設(shè)計計算，如用以估算裂紋體的最大承載能力的8,語序裂紋尺寸a。以及用于正確選擇機件材料，優(yōu)化工藝等。 第五章2 .解釋下列疲勞性能指標(biāo)的意義2)疲勞缺口敏感度 qf

9、=(kf-1)/(kt-1)kf理論應(yīng)力集中系數(shù)，kt一疲勞缺口系數(shù)3 .試敘述金屬疲勞斷裂的特點(1)疲勞是低應(yīng)力循環(huán)延時斷裂，即具有壽命的斷裂(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）疲勞斷裂也是裂紋萌生與擴展的過程。7.試述疲勞裂紋的形成機理及阻止疲勞裂紋萌生的一般方法形成機理：疲勞微觀裂紋都是有不均勻的局部滑移和顯微開裂引起的。主要方式有表面滑移帶開裂，第二相，夾雜物或其界面開裂，晶界或亞晶界開裂等。措施（1）提高材料的滑移抗力（采用固溶強化，細(xì)晶強化）（2）降低第二相或夾雜物的脆性（3）凡使晶界強化，凈化和細(xì)化晶粒的因素，均能抑制晶界裂紋形成，提高

10、疲勞強度。金屬材料的失效形式：變形、斷裂（含疲勞斷裂）、磨損、腐蝕，以及加工失誤第一章：金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能單向應(yīng)力、靜拉伸§ 1-1應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線的幾個階段：彈性變形、均勻塑變 （彈塑性變形）、集中塑變（縮頸）、斷裂§ 1-2彈性變形彈性變形的力學(xué)性能指標(biāo)材料的彈性模量又稱為剛度，但與工程構(gòu)件的剛度不同，工程上：構(gòu)件剛度=材料剛度EX構(gòu)件截面積彈性模量是組織不敏感因素指標(biāo)，僅與原子間作用力有關(guān)四、彈性比功：應(yīng)力-應(yīng)變曲線下彈性圍所吸收的變形功表征材料吸收彈性變形能的能力，可作儲能減震材料的力學(xué)指標(biāo)。因彈性模量E是對組織不敏感的常數(shù)指標(biāo)，故需提高材料的

11、彈性極限ere才能提高彈性比功Ae五、彈性不完整性：1）包中格效應(yīng)：先加載致少量塑變，卸載，然后在再次加載時，出現(xiàn) ere （殘余伸長應(yīng)力）升高或降低的現(xiàn)象。一般認(rèn)為與位錯運動受阻有關(guān)。2）彈性后效-滯彈性、彈性蠕變指加卸載速度相對較快時，應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象 彈性后效可有兩種表現(xiàn)：快速加載后保持應(yīng)力不變，應(yīng)變滯后并逐漸增加快速加載后保持應(yīng)變不變，應(yīng)力逐漸松馳§ 1-3塑性變形一、塑性變形的定義和機理：1）定義：指撤去外力后仍不能回復(fù)的變形部份2）機理：滑移 孚生 高溫蠕變 晶界滑移（動）二、塑性變形的兩個階段：均勻變形階段：材料抗力的增加跟得上應(yīng)變的增加，也稱為形變強化階段集中變形

12、階段：材料抗力的增加跟不上應(yīng)變的增加，也稱為頸縮階段三、屈服現(xiàn)象：泛指：金屬材料開始發(fā)生明顯塑性變形四、四大強化機理：形變、固溶、細(xì)化晶粒 （組織）、彌散強化。九、頸縮現(xiàn)象及判據(jù)：當(dāng)材料的加工硬化率等于該處的真應(yīng)力 S時，材料發(fā)生頸縮。§ 1-4金屬的斷裂一、分類：1、按斷裂時的塑性變形量：1、脆性及韌性：塑性變形量是否達(dá)到 5%2、按裂紋擴展途徑：穿晶或沿晶：裂紋擴展途徑是否沿晶界進(jìn)行；3、按斷裂機理：解理斷裂及微孔聚集型斷裂、純剪切斷裂。韌性斷裂：斷裂前有明顯塑性變形，斷口呈纖維狀，呈暗灰色，危害相對較輕。脆斷斷裂：斷裂前無明顯塑性變形，斷口平整光亮，有放射狀花樣，危害相對較 重

13、。穿晶斷裂：裂紋穿過晶的斷裂沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴展的斷裂二、斷口的宏觀特征1 .光滑圓柱形試樣的靜拉伸斷口：分三區(qū)：纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇區(qū)；2 .板狀試樣：也分為三區(qū)，只是其放射區(qū)的花紋為人字紋，裂紋源區(qū)為橢圓形 纖維狀花樣。3 .沿晶斷口：斷口顯現(xiàn)冰糖狀晶體特征，有閃爍狀光澤；為極脆的脆性斷裂斷 口。一般認(rèn)為與第二類回火脆有關(guān)。三、解理斷裂：1、定義：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，沿解理平面 快速分離的穿晶斷裂。3、宏觀形貌：嚴(yán)格地沿一定平面（解理面）分離，斷口即為這些多個小解理平面 的組合，為脆性斷裂，與石斷裂時的機理相似，故叫解理斷裂；4、微觀形貌： 解理臺階：河

14、流花樣，舌狀花樣四、微孔聚集斷裂：一一塑性斷裂1、機理：成核一長大一聚合一斷裂由晶的微孔長大聚合所致，又叫切窩斷裂3、微觀形貌：斷口表現(xiàn)為切窩五、斷裂強度1、理想斷裂強度：0- m = （E 丫 s）1/2o- m>> o- s1/2a 0aO：晶格常數(shù)或原子間距E：彈性模量YS：表面能2.格理菲斯理論：1）前提：脆性材料；材料部有微裂紋存在2）格理菲斯公式：格理菲斯公式只適用于如玻璃、超高強度鋼等脆性材料，對于大多數(shù)材料尤其是金屬，裂紋尖端會產(chǎn)生較大的塑性變形， 會消耗大量的塑性功，遠(yuǎn)大于材料的表 面能，此時需對之進(jìn)行修正：3）格理菲斯奧羅萬一歐文公式：奧羅萬與歐文認(rèn)為：格理菲斯

15、公式中的表面能2 丫 s項此時應(yīng)由（2 丫 s+ 丫 p） 構(gòu)成：即： （TC _ E （丫 s + 丫 p）1/2（冗 a ）1/2Y p為形成單位面積裂紋表面所需消耗的塑性功，（丫 S+ 丫 p）稱為有效表面能第三章金屬缺口試樣的力學(xué)性能§ 3-1缺口效應(yīng)一、缺口及缺口效應(yīng)：缺口：一般指試樣或工件的截面急劇變化處；缺口效應(yīng)：在缺口處由于缺口的存在，影響了應(yīng)力的分布狀態(tài)，使之：應(yīng)力狀態(tài)變硬（由單向拉應(yīng)力變?yōu)槿蚶瓚?yīng)力）；產(chǎn)生應(yīng)力集中；促發(fā)裂紋的生成與擴展，不利于材料的塑變（位錯運動），使材料在該處處于脆性狀態(tài)（即使該材料為塑性材料），易于發(fā)生脆性斷裂； 此應(yīng)力分布狀態(tài)的改變，即缺口

16、效應(yīng)。 二、彈性狀態(tài)下的缺口應(yīng)力分布：圓柱型缺口試樣，單向拉伸：1、在遠(yuǎn)離缺口處，僅有軸向應(yīng)力 （TL,且其應(yīng)力線分布均勻；切向應(yīng)力 （Tt和法 向應(yīng)力GT均為零；tr2、在缺口附近，軸向應(yīng)力的應(yīng)力線在缺口根部發(fā)生彎曲，變成非均勻分布（于近根部處分布較密），形成應(yīng)力集中，并產(chǎn)生三向拉應(yīng)力：軸向應(yīng)力（7L、法向應(yīng)力人切向應(yīng)力（Tt；在缺口根部：（7L分布不均勻，且由于缺口上下出現(xiàn)無應(yīng)力 區(qū)，將阻止缺口附近截面的正常收縮，因而出現(xiàn)了 6人（Tt,其分布見上圖左半 部，圖的右半部為應(yīng)力狀態(tài)柔性系數(shù)a的分布曲線（a<0.5）而應(yīng)力分布的不均勻程度可用應(yīng)力分配系數(shù)K表示。綜上分析所述，缺口：1）引

17、起應(yīng)力集中（或分布不均勻）：包括軸向應(yīng)力（7L,法向應(yīng)力（Tr和切向應(yīng)力 （T t；2）引起三向拉應(yīng)力；此即為缺口效應(yīng)之二個方面的表現(xiàn)三、塑性狀態(tài)下缺口的應(yīng)力分布：由于應(yīng)力分布不均勻，在拉伸過程中屈服時的塑性變形將不會在材料部同時均勻 進(jìn)行，是由缺口根部先局部進(jìn)行并逐漸過度到材料部r max = （o-1- o-3）/2 =（0-L- 0- r）/2 表面 r max仍為最大；當(dāng) r max> r s =6s/2 ,即o-l-r>6s 俵 面（rr=0）時，材料發(fā)生屈服并使表面的應(yīng)力發(fā)生松馳，（TL應(yīng)力峰值向移動；由于r max= （ o-l- o- r）/2 ,而在表面 o-r=

18、0 ,并在一定深度err達(dá)到最大值，即開始時err是增加的，故（Tl也須增加才能使屈服和塑性變形繼續(xù)向移，即需提高P。但提高P也會使得r增加，且塑性變形時變形量遠(yuǎn)較彈性變形的變形量大，為維持整體的連續(xù)變形,門須增加較多。也必然使的峰值大大增加。隨著外力P的繼續(xù)增加，屈服也由表及里地進(jìn)行著，（7L分布則出現(xiàn)最大值，并且該最大值隨著應(yīng)力的增加而也由表及里地移動著， 并標(biāo) 志著屈服區(qū)與純彈性變形區(qū)的分界，并最終可能使得缺口試樣總的 b S（記為b SN） 大幅提高并超過光滑位伸試樣的 （7S,且（7 b也可有同樣現(xiàn)象出現(xiàn)：即：（7SN（7S； （7 bN（7 b ；又叫“缺口強化”，此即為缺口效應(yīng)的

19、第三種表現(xiàn)。§ 3-4低溫脆性一、冷脆轉(zhuǎn)變：現(xiàn)象：當(dāng)試驗溫度TC低于某一溫度Tk時，材料將由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，斷口機理由微孔聚集型轉(zhuǎn)變?yōu)榇┚Ы怆x型，斷口形狀也由纖維狀轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶狀。該現(xiàn)象稱為冷脆轉(zhuǎn)變或低溫脆性，Tk為冷（韌）脆轉(zhuǎn)變溫度。物理本質(zhì)：一一6S和b與溫度TC的關(guān)系曲線：（TS和（rb均是TC的減函數(shù)，隨著TC的增加而降低，但（TS受TC影響變化更大一些，故二者將會有一個交叉點 K:其溫度TC = Tk,當(dāng)TC TK時，將會出現(xiàn)：（rb（7S的現(xiàn)象，即材料沒有先屈服變形就直接發(fā)生了斷裂，即為脆性斷裂。二、冷脆轉(zhuǎn)變溫度Tk：§ 3-5沖擊韌性及冷脆轉(zhuǎn)變溫度的影響

20、因素一、材質(zhì)因素：化學(xué)成分、晶粒尺寸、顯微組織二、外界因素：1 .溫度TC ：2 .加載速度V加： 一般地：V加/,使材料脆性傾向/,但對Tk影響不大;3 .試樣尺寸大小和形狀：試樣尺寸/ => OCK、，且Tk/工件缺口半徑=> a k和Tk/尺寸效應(yīng)：一一尺寸的增加，將會使得構(gòu)件的力學(xué)性能下降。尺寸的增加：將使得缺陷出現(xiàn)的機率增加；使應(yīng)力集中程度增加；使構(gòu)件易于出現(xiàn)平面應(yīng)變狀態(tài)，使其應(yīng)力狀態(tài)變硬（約束作用加大）。4 .取樣部位第四章：金屬的斷裂韌性§ 4-1線彈性條件下斷裂韌性Kc1、裂紋擴展的三種基本方式裂紋沿裂紋面擴展方式：開型（I型）滑（移）推開型（II型） 撕

21、開型（出型）引起裂紋擴展的應(yīng)力：拉應(yīng)力 切應(yīng)力剪切應(yīng)力其中：I型擴展方式最為危險，最易引起低應(yīng)力脆斷，材料對該型裂紋擴展的抗力最低，故其它型式或混合型式的裂紋擴展也常按I型裂紋處理，會更安全。2、裂紋尖端應(yīng)力場強度因子 Ki :對于裂紋尖端區(qū)某一確定的點，其應(yīng)力分量就由Ki決定，這樣，Ki就可以表示應(yīng)力場的強弱程度，所以稱為應(yīng)力場強度因子。K的量綱為：kgf/mm 3/2 或 kgf.mm -3/2對應(yīng)地，對于H、m型擴展裂紋，其對應(yīng)的應(yīng)力場強度因子為 Kn、除對于一般情況：Ki=Y（T,其中：a =1/2裂紋長度；而Y為常數(shù)，與裂紋形狀，加載方式、含裂紋的構(gòu)件的幾何因素等有關(guān)，無量綱；對于中

22、心有穿透裂紋的無限寬板：丫=3、平面應(yīng)力及平面應(yīng)變：平面應(yīng)力：是兩向拉應(yīng)力狀態(tài)，一般為薄板的應(yīng)力表現(xiàn)狀態(tài)；平面應(yīng)變：為三向拉應(yīng)力狀態(tài)，為厚板的應(yīng)力表現(xiàn)狀態(tài)。4、臨界裂紋尖端應(yīng)力場強度因子一一斷裂韌性KcKl=Y （T 75對于帶有裂紋的構(gòu)件在受力時，當(dāng)應(yīng)力增大，Ki也隨之增大，當(dāng)Ki達(dá)到一個臨界值Kic時，構(gòu)件會突然斷裂。該臨界值 KC則被稱之為臨界應(yīng)力場強度因子 Kic, 即斷裂韌性Kic斷裂韌性Kic綜合了應(yīng)力 及裂紋尺寸a兩方面的因素，是僅與材料的部品質(zhì)如成分、相結(jié)構(gòu)與組織結(jié)構(gòu)、壓力加工狀態(tài)與熱處理狀態(tài)等相關(guān)的常數(shù)，與構(gòu)件 的尺寸、構(gòu)件所受到的應(yīng)力，構(gòu)件部所含的裂紋尺寸無關(guān)；表征材料抗裂

23、紋失穩(wěn)擴展的最大能力，也可認(rèn)為是裂紋擴展的阻力（裂紋擴展的動力即是外加應(yīng)力（7或裂紋尖端應(yīng)力場強度因子K）平面應(yīng)變條件下該臨界值稱為 Kc；平面應(yīng)力條件下臨界值則稱為KC;且有：Kc>Kic對于H、m型擴展裂紋，其對應(yīng)的臨界裂紋尖端應(yīng)力場強度因子為Kn c、隕C,且有：Kc > Kmc > Knc一般地，只討論Kic,其狀態(tài)較為危險。當(dāng)KiKic時，裂紋將失穩(wěn)快速擴展，材料將發(fā)生斷裂；一一裂紋失穩(wěn)擴展判據(jù)該判據(jù)成為描述脆性材料斷裂的力學(xué)條件5、裂紋失穩(wěn)擴展的判據(jù)成為： Ki > Kic ； CTCT c;aac三者均是一個判據(jù)的三個表現(xiàn)方面，具有同等的效應(yīng)。a c與（T

24、C是相互對應(yīng)的，在一定條件下：Kic =Y（T cVa = Y c Va c由此可見，Kic越高，則材料斷裂的臨界應(yīng)力和臨界裂紋尺寸越大，裂紋擴展時所需要的外力或其部所允許含有裂紋尺寸就越大，該材料抵抗斷裂的能力就越 強。§ 4-2裂紋擴展能量釋放率Gi及斷裂韌性Gic一、裂紋擴展能量釋放率Gi1 .裂紋擴展的能量分析線彈性斷裂力學(xué)處理帶裂紋體構(gòu)件的裂紋擴展判據(jù)問題，有兩種方式：應(yīng)力場的應(yīng)力應(yīng)變分析；能量分析。格里菲斯公式：0- c = (2Ey /ttoc) 1/2 => 0- c，世=常數(shù) 丫：表面能 就是在能量平衡的基礎(chǔ)上建立的，它將材料斷裂后新增加的表面能作為裂紋擴展的

25、阻力，與通過裂紋尖端的應(yīng)力場的應(yīng)力分析而得出的結(jié)論：(7C，歐=Kic =常數(shù)完全吻合2 .裂紋擴展能量釋放率Gi根據(jù)彈性理論結(jié)論，單位厚度的無限寬板，在受單向拉應(yīng)力 (7時，如出現(xiàn)長度為2a的裂紋，則其釋放出來的彈性應(yīng)變能為：平面應(yīng)力：U = -(7 2儂2/ E平面應(yīng)變：U' = -(1-仙3(72儂2 E二、臨界裂紋擴展能量釋放率斷裂韌性Gic3 .裂紋的失穩(wěn)擴展判據(jù)：裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴展的條件為：Gi> Gic同樣也有相應(yīng)的臨界應(yīng)力(T C和臨界裂紋尺寸a C：其6C或a C也對應(yīng)地有裂紋失穩(wěn)擴展判據(jù)：(T(rC；aaC三、Gi與Ki, Gic與Kc關(guān)系平面應(yīng)力：Gi = &

26、#171;2儂/E = Ki2/EGic = Kic2E平面應(yīng)變：Gi' = （1- N2（r27ta /E =（1-仙？K2 /EGic' = （1- n?Kc2E§ 4-5斷裂韌性的測試斷裂韌性KicGB4161-84 （平面應(yīng)變）一、試樣：分三點彎曲試樣，緊湊拉伸試樣（圖）試樣要求：1）加工：對四個加工面有平行度及垂直度的要求；開缺口： 一般為線切割（1/4W）2）預(yù)制疲勞裂紋：在高頻疲勞試驗機上進(jìn)行，產(chǎn)生于線切割缺口的根部，裂紋尺寸 a= ? （W± 0.10mm）；3）為滿足小圍屈服及平面應(yīng)變，須要求： B> 2.5（Kc /（rs）2; a

27、 > 2.5（Kc / 6 s）2; W- a >2.5（Kjc / s）2;B:試樣厚度，W:試樣寬度或高度，a :預(yù)制疲勞裂紋長度二、測試：萬能材料試驗機試樣長：S=4W芝mm并在裂紋兩端貼上刃口，以便于安放引伸儀，測量裂紋開位移V及壓力P （或拉力P）之間的的關(guān)系曲線（由動態(tài)應(yīng)變儀及x-y函數(shù)記錄儀記錄繪制）。第五章金屬的疲勞過載持久值：材料在高于（7-1的工作應(yīng)力下工作，其工作的極限循環(huán)周次（至斷裂時為止）即為其過載持久值。它表示了材料在超過疲勞極限的應(yīng)力下工作直到 斷裂所能承受的循環(huán)周次，表現(xiàn)為（7- N曲線的傾斜部分，也稱之為有限疲勞壽 命；當(dāng)（7= -1時，該持久值即

28、為疲勞極限。該傾斜線的傾斜度越高、越陡，則其持久值越高，表示材料的抗過載能力越強。次負(fù)荷鍛煉：發(fā)現(xiàn)新制造的金屬構(gòu)件首先在低于 廠1的應(yīng)力下循環(huán)一定周次后，其疲勞極限將會提高，該現(xiàn)象稱為次負(fù)荷鍛煉。故新車空載飽合、新機器空載跑合均可使其齒輪系統(tǒng)嚙合得更好；影響疲勞強度的因素外部因素一、工作條件：1 .載荷特性：載荷頻率、次載鍛煉、間歇2 .環(huán)境溫度4 .環(huán)境介質(zhì)二、表面狀態(tài)及構(gòu)件尺寸：1 .表面狀態(tài)：表現(xiàn)粗糙度、缺口效應(yīng)2 .構(gòu)件尺寸：尺寸效應(yīng)三、表面強化：提高表面組織強度水平或在表面形成一定的殘余壓應(yīng)力。強化手段：表面熱處理、表面加工硬化 、表面化學(xué)熱處理、表面涂層部因素化學(xué)成分、顯微組織、部

29、缺陷等第七章金屬的磨損一、磨擦與磨損磨損：分三個階段 跑合階段；穩(wěn)定磨損階段；劇烈磨損階段。開始磨損時，因接觸表面剛接觸間凹凸不平，接觸面積較小，局部壓應(yīng)力較大， 故磨損量較大；隨磨損時間的增加，接觸面之間相互嚙合，接觸面積增大，使磨 損量（速率）降低，而進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段；穩(wěn)定磨損階段：該階段磨損速率決定 了材料的耐磨性能（為機件正常服役階段 ）。其它的如測量潤滑性能，改進(jìn)工藝 求改善耐磨性的評估也要求在此階段進(jìn)行； 隨機件工作時間的增加，磨擦面間距 也增加，磨擦表面的嚙合性降低，磨擦表面質(zhì)量下降，機件傳動工作質(zhì)量變壞， 磨損速率大大增加，機件很快失效；機件如：工作環(huán)境惡劣、跑合不良或質(zhì)量太

30、差，在跑合階段就發(fā)生強烈粘著。此時只有激烈磨損階段（無合階段后期穩(wěn)定磨 損階段）。二、磨損類型以及耐磨性：磨損類型：按磨損機理來分有：粘著磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損、表面疲勞磨損 用磨損量來表示，只有相互比較意義：用相同材料作成摩擦副。相對耐磨性一標(biāo)準(zhǔn)試樣磨損量被測試樣磨損量一般用耐磨性提高幾倍（即：相對耐磨性）來描述三、磨損機理：分粘著磨損及磨粒磨損二種，常同時發(fā)生1 .粘著磨損：定義：是通過接觸面局部發(fā)生粘著，在相對運動時粘著又分開，導(dǎo)致接觸面上有 小顆粒被拉拽出來，如此反復(fù)多次而導(dǎo)致機件產(chǎn)生磨損失效。影響因素：材料特性的影響：互溶性大、塑性材料較脆性、單相較多相更一粘著； 接觸壓力的影響：

31、在摩擦速度一定時，法向應(yīng)力越大，磨損越大； 滑動速度：當(dāng)接觸壓力一定時，磨損先隨滑動速度的增大而增加，后隨之而減小機件表面的光潔度、摩擦面的溫度以及潤滑狀態(tài)也對粘著磨損有影響2 .磨粒磨損：定義：由于硬顆?；蛴餐黄鹞锸共牧袭a(chǎn)生遷移而造成的一種磨損。特點：有明顯劃痕（溝槽）（與咬合不同），其磨損機理為切削為主。磨粒磨損的機制有：微觀切削、微觀犁溝、微觀剝落影響因素：材料性能的影響：如材料成分、顯微組織、力學(xué)性能等磨粒性能：包括磨粒的形狀、大小、硬度、強度。工作條件：荷載和滑動距離，荷載越高，滑動距離越遠(yuǎn)，磨損越嚴(yán)重。四、影響材料耐磨性的因素1 .強度（硬度）：尤其指表面硬度；2 .碳化物（或硬的

32、第二相質(zhì)點）的含量及其形態(tài)和分布；3 .潤滑：其作用：降低磨擦系數(shù)分離磨擦面；4 .表面處理：化學(xué)熱處理，均大幅提高材料的耐磨性能，其中以滲 N作用最佳；滲硼B(yǎng),目的：a）提高表面強度；b）降低相互間粘接力；c）減磨擦系數(shù)、摩擦力；鍍金：增加潤滑，提高表面硬度；滲S、滲P,增加潤滑（特別是高溫下工作的工件，此時不能加潤滑劑）；5 .表面光潔度；五、接觸疲勞兩機件間作相互滾動（或作滑動）時，因交變壓應(yīng)力循環(huán)長期作用，而致接觸表面產(chǎn)生壓疲勞損傷，致使厚部區(qū)域產(chǎn)生小塊金屬剝落（形成蝕點，凹坑中見到微 觀疲勞輝紋。常與咬合磨損、磨粒磨損共同出現(xiàn)）。第八章金屬高溫力學(xué)性能一節(jié)：蠕變現(xiàn)象蠕變：蠕變變形機理

33、 ：主要有位錯滑移、攀移、原子擴散和晶界滑動，對于高分子材料還有分子鏈段沿外力的舒展。蠕變斷裂機理：蠕變斷裂主要是沿晶斷裂。金屬材料蠕變斷裂斷口特征：宏觀特征為：一是使斷裂機件表面出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象；另一 個特征是由于高溫氧化，斷口表面往往被一層氧化膜所覆蓋。微觀特征主要是冰糖狀 花樣的沿晶斷裂。蠕變極限的意義表示材料在高溫下受到載荷長時間作用時，對于蠕變變形的抗力。影響聚合物實際強度的因素總結(jié)1 .高分子本身結(jié)構(gòu)的影響：極性基團(tuán)或氫鍵、主鏈上含有芳雜環(huán)、適度交聯(lián)、分子量增大，都會使拉伸強度增加；分子鏈支化，則會使拉伸強度降低。2 .結(jié)晶和取向的影響：適當(dāng)增加結(jié)晶度和控制球晶大小，強度增加；取向可大幅度提高材料強度。3、應(yīng)力集中物的影響： 銳口缺陷的應(yīng)力集中系數(shù)比鈍口的要大得多。4、增塑劑的影響：一方面增塑劑的加入使強度降低，另一方面隨著增塑劑含量的增加使得材料的沖擊強度提高。5、填料的影響：填料對聚合物的影響比較復(fù)雜一一既可以增加聚合物的強度也可以降低聚合物的強度。6、應(yīng)變速率的影響： 隨著應(yīng)變