材料力學(xué)性能課后習(xí)題答案

《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(kāi)始塑性變形前單位體積吸收的最大彈性變形功表示。.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。.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。.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。.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。.塑性：金屬材料斷裂前發(fā)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。.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。.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。.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(lèi)似，故稱此種晶體學(xué)平面為解理面。.穿晶斷裂：穿晶斷裂的裂紋穿過(guò)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。.韌脆轉(zhuǎn)變：具有一定韌性的金屬材料當(dāng)?shù)陀谀骋粶囟赛c(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)榇嘈詳嗔眩@種現(xiàn)象稱為韌脆轉(zhuǎn)變.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(shí)，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(shuō)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0r規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力002屈服強(qiáng)度5gt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)【P15】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(lèi)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(lèi)型。組織雖然改變了，原子的本性和晶格類(lèi)型未發(fā)生改變，故彈性模量對(duì)組織不敏感?！綪4】4、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？5、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(lèi)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)。6、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。7、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。8、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。9、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?！綪32】12,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。第二章金屬在其他靜載荷下的力學(xué)性能一、解釋下列名詞：maxmax（1）應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)一一 材料或工件所承受的最大切應(yīng)力T和最大正應(yīng)力O比值，即:maxmaxT O-Oa=二2二 ―IJ3 )【新書(shū)P39舊書(shū)P46]o 2o-0.59+o)（2）缺口效應(yīng)一一絕大多數(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，由于缺口的存在，在鍵槽、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”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]，由于缺口的存在，在bnNSR=敏感度，即：bb【P47P55](4)P58]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?！綪49（5）（6）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【P51P60]。維氏硬度一一以兩相對(duì)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。[P53P62]（7）努氏硬度一一采用兩個(gè)對(duì)面角不等的四棱錐金剛石壓頭，由試驗(yàn)力除以壓痕投影面積得到的硬度。（8）肖氏硬度一一采動(dòng)載荷試驗(yàn)法，根據(jù)重錘回跳高度表證的金屬硬度。（9）里氏硬度bnNSR=敏感度，即：bb【P47P55](4)P58]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。【P49（5）（6）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【P51P60]。維氏硬度一一以兩相對(duì)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。[P53P62]（7）努氏硬度一一采用兩個(gè)對(duì)面角不等的四棱錐金剛石壓頭，由試驗(yàn)力除以壓痕投影面積得到的硬度。（8）肖氏硬度一一采動(dòng)載荷試驗(yàn)法，根據(jù)重錘回跳高度表證的金屬硬度。（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。二、說(shuō)明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義be——材料的抗壓強(qiáng)度【P41bb——材料的抗彎強(qiáng)度【P42s——材料的扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)【P44P48]P50]P52](4)（5）b——材料的抗扭強(qiáng)度【P44P52]bn——材料的抗拉強(qiáng)度【P47P55](6)（7）（8）(9)NSR——材料的缺口敏感度【P47P55]HBW——壓頭為硬質(zhì)合金球的材料的布氏硬度【P49P58]HRA——材料的洛氏硬度【P52P61]HRB——材料的洛氏硬度【P52P61]HRC——材料的洛氏硬度【P52P61]HV——材料的維氏硬度【P53P62]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。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(jiǎn)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45°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)下所表現(xiàn)的力學(xué)行為。彎曲彎曲試樣形狀簡(jiǎn)單，操作方便；不存在拉伸試驗(yàn)時(shí)試樣軸線與力偏斜問(wèn)題，沒(méi)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(cè)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(shí)大，易于顯示金屬的塑性行為；試樣在整個(gè)長(zhǎng)度上的塑性變形時(shí)均勻，沒(méi)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(lái)研究金屬在熱加工條件下的流變性能和斷裂性能，評(píng)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(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)。六、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(lèi)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(wú)應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力分布均勻，僅在頸縮時(shí)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(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。七、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)?！綪49P57]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(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；（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(mén)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(mén)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AK^U除以沖擊試樣缺口底部截面積所得之商，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aKU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^長(zhǎng)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)理由微孔聚集型變?yōu)榇┚Ы饫硇停瑪嗫谔卣饔衫w維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性。韌性溫度儲(chǔ)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）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。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(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50%時(shí)的溫度為tk，并記為50%FATT，或FATT50%，t50。（新書(shū)P61，舊書(shū)P71）或:結(jié)晶區(qū)占整個(gè)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(kāi)始上升的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，稱為無(wú)塑性或零塑性轉(zhuǎn)變溫度。FTE:以低階能和高階能平均值對(duì)應(yīng)的溫度定義tk，記為FTEFTP:以高階能對(duì)應(yīng)的溫度為tk，記為FTP四、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。從微觀機(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)，當(dāng)溫度降低時(shí)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)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)：.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。.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。.顯微組織：①晶粒大小，細(xì)化晶?？梢酝瑫r(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。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(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。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(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。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，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力隨溫度下降而增加，在低溫下，該材料處于脆性狀態(tài)。而面心立方金屬因位錯(cuò)寬度比較大，對(duì)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(duì)低碳鋼施加一高速到高于屈服強(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(稱為遲屈時(shí)間)才開(kāi)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。第五章金屬的疲勞.名詞解釋；應(yīng)力幅aa:oa=1/2(omax-omin)p95/p108平均應(yīng)力am：om=1/2(omax+omin) p95/p107應(yīng)力比r:r=omin/omaxp95/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(dòng)引起的，是裂紋前沿線留下的弧狀臺(tái)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(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。P111AK: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Ao和a復(fù)合為應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍，AK=Kmax-Kmin=YomaxJa-YominJa=YAoVa.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(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/p117.揭示下列疲勞性能指標(biāo)的意義疲勞強(qiáng)度o-1,o-p,T-1,o-1N,P99,100,103/p114o-1:對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)作用下的彎曲疲勞極限；o-p:對(duì)稱拉壓疲勞極限；T-1:對(duì)稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限；o-1N:缺口試樣在對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)作用下的疲勞極限。疲勞缺口敏感度qfP103/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(lái)評(píng)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=(o-1)/(o-1N)過(guò)載損傷界P102,103/p117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(kāi)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(guò)載損傷界。疲勞門(mén)檻值A(chǔ)KthP105/p120在疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線的I區(qū)，當(dāng)AKWAKth時(shí)，da/aN=0,表示裂紋不擴(kuò)展；只有當(dāng)AK>AKth時(shí)，da/dN>0,疲勞裂紋才開(kāi)始擴(kuò)展。因此，AKth是疲勞裂紋不擴(kuò)展的AK臨界值，稱為疲勞裂紋擴(kuò)展門(mén)檻值。.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(shí)斷裂，機(jī)具有壽命的斷裂(2)疲勞是脆性斷裂(3)疲勞對(duì)缺陷(缺口，裂紋及組織缺陷)十分敏感.試述疲勞宏觀斷口的特征及其形成過(guò)程(新書(shū)P96~98及PPT,舊書(shū)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)。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。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(kāi)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。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(shū)P101~102，舊書(shū)P115~117)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。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(lèi)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、oa—om疲勞圖建立：這種圖的縱坐標(biāo)以O(shè)表示，橫坐標(biāo)以O(shè)表示。然后，以不同應(yīng)力比r案件下將0表示的疲勞max極限or1、oa—om疲勞圖建立：這種圖的縱坐標(biāo)以O(shè)表示，橫坐標(biāo)以O(shè)表示。然后，以不同應(yīng)力比r案件下將0表示的疲勞max極限or分解為oa和om，并在該坐標(biāo)系中作ABC曲線，即為o°~°m疲勞圖。其幾何關(guān)系為:otana=―a=om2 max min 1-r10 +o) 1+r2 max min的疲勞極限6rB，OLaB+OmB（用途）：我們知道應(yīng)力比r，將其代入試中，即可求得tana和a，而后從坐標(biāo)原點(diǎn)O的疲勞極限6rB，OLaB+OmB答：1、應(yīng)力比r（或平均應(yīng)力答：1、應(yīng)力比r（或平均應(yīng)力0m）的影響：Forman提出:da

dNc(AK)n(1-r)K-AK2、0max（Omin）-0m疲勞圖建立：這種圖的縱坐標(biāo)以0max或omin表示，橫坐標(biāo)以0m表示。然后將不同應(yīng)力比r下的疲勞極限，分別以0 （0）.和0表示于上述坐標(biāo)系中，就形成這種疲勞圖。幾何關(guān)系為：maxminmtana=-max- max - 0 0max+0min 1+r（用途）：我們只要知道應(yīng)力比r,就可代入上試求得tana和a，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a，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。.試述影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的主要因素。（新書(shū)P107~109,舊書(shū)P123~125）dadadN越低,對(duì)疲勞壽命越有利。②組織:da da殘余壓應(yīng)力因會(huì)減小「,使dN降低和AK升高,對(duì)疲勞壽命有利；而殘余拉應(yīng)力因會(huì)增大「，使dN升高和AKth降低，對(duì)疲勞壽命不利。2、過(guò)載峰的影響：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命。但若過(guò)載適當(dāng)，有時(shí)反而是有益的。3、材料組織的影響：①晶粒大?。壕ЯＴ酱执?，其AKth值越高，

鋼的含碳量越低，鐵素體含量越多時(shí)，其△K/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(shí)，可以提高鋼的△Kth，降低果。③噴丸處理：噴丸強(qiáng)化也能提高△Kth。.試述疲勞微觀斷口的主要特征。(新書(shū)P113~P114,舊書(shū)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(shí)裂紋閉合。圖(b),受拉應(yīng)力時(shí)，裂紋張開(kāi)，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(kāi)至最大，塑性變形區(qū)擴(kuò)大，裂紋尖端張開(kāi)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”。圖(d),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”切口。圖(e),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，形成一對(duì)尖角。12.試述金屬表面強(qiáng)化對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。(新書(shū)P117~P118,舊書(shū)P135~P136)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(shí)因塑變層周?chē)膹椥约s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。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)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ob/os有關(guān)：ob/os>1.4,表現(xiàn)為循環(huán)硬化；ob/os<1.2,表現(xiàn)為循環(huán)軟化；1.2<ob/os<1.4,材料比較穩(wěn)定，無(wú)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(lái)判斷循環(huán)應(yīng)變對(duì)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(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IVB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、oscc：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。7.如何識(shí)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(shí)別氫脆與應(yīng)力腐蝕的一種辦法是，當(dāng)施加一小的陽(yáng)極電流，如使開(kāi)裂加速，則為應(yīng)力腐蝕；而當(dāng)施加一小的陰極電流，使開(kāi)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