中原工學(xué)院材料性能學(xué)

中原工學(xué)院材料與化工學(xué)院材料性能學(xué)《材控專(zhuān)業(yè)課后習(xí)題》

第一章材料在單向拉伸時(shí)的力學(xué)性能1-1名詞解釋彈性比功：材料在彈性變形過(guò)程中吸收變形功的能力。包申格效應(yīng)：金屬材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形，而后再同向加載，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。其來(lái)源于金屬材料中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所受阻力的變化?？赏ㄟ^(guò)熱處理（再結(jié)晶退火）消除。塑性：材料斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力韌性：材料變形時(shí)吸收變形力的能力脆性斷裂(彈性斷裂)：材料斷裂前不發(fā)生塑性變形，而裂紋的擴(kuò)展速度往往很快。斷口呈現(xiàn)與正應(yīng)力垂直，宏觀上比較齊平光亮，為放射狀或結(jié)晶狀。韌性斷裂（延性斷裂或者塑性斷裂）：材料斷裂前及斷裂過(guò)程中產(chǎn)生明顯塑性變形的斷裂過(guò)程。斷口呈現(xiàn)暗灰色、纖維狀。剪切斷裂：材料在切應(yīng)力作用下沿滑移面分離而造成斷裂。斷口呈現(xiàn)鋒利的楔形或微孔聚集型，即出現(xiàn)大量韌窩。河流花樣：解理裂縫相交處會(huì)形成臺(tái)階，呈現(xiàn)出形似地球上的河流狀形貌解理臺(tái)階：解理裂紋的擴(kuò)展往往是沿晶面指數(shù)相同的一族相互平行，但位于“不同高度”的晶面進(jìn)行的。不同高度的解理面存在臺(tái)階。韌窩：通過(guò)孔洞形核、長(zhǎng)大和連接而導(dǎo)致韌性斷裂的斷口1-3材料的彈性模數(shù)主要取決于什么因素？答：影響彈性模數(shù)的因素：鍵合方式和原子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、微觀組織、溫度、加載條件和負(fù)荷持續(xù)時(shí)間1-4決定金屬材料屈服強(qiáng)度的主要因素有哪些？答：1、晶體結(jié)構(gòu)：屈服是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，因此單晶體理論屈服強(qiáng)度＝臨界切應(yīng)力2、晶界和亞結(jié)構(gòu)：晶界是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的重要障礙，晶界越多，常溫時(shí)材料的屈服強(qiáng)度增加。晶粒越細(xì)小，亞結(jié)構(gòu)越多，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻越多，屈服強(qiáng)度越大。3、溶質(zhì)元素：由于溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑不同，在溶質(zhì)原子周?chē)纬删Ц窕儜?yīng)力場(chǎng)，其與位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)相互作用，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，增大屈服強(qiáng)度。固溶強(qiáng)化、柯氏氣團(tuán)強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、時(shí)效強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化4、第二相：彌散分布的均勻細(xì)小的第二相有利于提高屈服強(qiáng)度5、環(huán)境因素對(duì)屈服強(qiáng)度的影響1）溫度的影響:溫度升高，屈服強(qiáng)度降低，但變化趨勢(shì)因不同晶格類(lèi)型而異。2）加載速度(變形速度)的影響:加載速度增大，金屬的強(qiáng)度增高，但屈服強(qiáng)度的增高比抗拉強(qiáng)度的增高更為明顯3）應(yīng)力狀態(tài)的影響:不同加載方式下，屈服強(qiáng)度不同1-8、金屬材料的應(yīng)變硬化有何實(shí)際意義？答：1、在加工是合理配合應(yīng)變硬化和塑性變形，可使金屬進(jìn)行均勻的塑性變形，保證冷變形工藝的順利進(jìn)行2、低碳鋼切削時(shí)易產(chǎn)生粘刀，表面質(zhì)量差，可進(jìn)行冷變形降低塑性，改善切削加工性能。3、在材料應(yīng)用方面，應(yīng)變硬化可使金屬機(jī)件具有一定的抗偶然過(guò)載能力。保證機(jī)件使用安全。4、應(yīng)變硬化也是強(qiáng)化金屬的重要手段，尤其是對(duì)那些不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化的材料。1-13、何謂拉伸端口三要素？影響宏觀拉伸斷口的性態(tài)因素？答：纖維區(qū)放射區(qū)剪切唇影響因素：試樣形狀、尺寸和金屬材料的性能以及實(shí)驗(yàn)溫度，加載速度和受力狀態(tài)。1-14、純鐵γS=2J/m2,E=2*105MPa,α0=2.5*10-10m,求理論斷裂強(qiáng)度σm答：由公式σm=(E*γS/α0)1/2得：σm=(2*105*106*2/2.5*10-10)1/2=4.0*1010Pa=4.0*104MPa1-15、一薄板內(nèi)有一條長(zhǎng)3mm的裂紋，且α0=3*10-8mm.求脆性斷裂應(yīng)力σC（設(shè)σm=E/10=2*105MPa）答：由σm/σc=(α/α0)1/2解得：σC=28.29MPa1-16、一材料E=2*1011N/m2,γS=8N/m試計(jì)算在7*107N/m2的拉應(yīng)力下材料的臨界裂紋長(zhǎng)度。答：當(dāng)σC=7*107N/m2時(shí)，因?yàn)閍C=E*γS/ac2,解得aC=0.33mm臨界裂紋長(zhǎng)度a=2*aC=0.33*2=0.66mm1-18、格里菲斯公式適用哪些范圍及在什么情況下需要修正？答：格里菲斯只適用于脆性固體如玻璃、無(wú)機(jī)晶體材料、超高強(qiáng)鋼。對(duì)于許多工程結(jié)構(gòu)材料如結(jié)構(gòu)鋼、高分子材料、裂紋尖端產(chǎn)生較大的塑性變形，要消耗大量塑性變形功，必須對(duì)格里菲斯進(jìn)行修正。1-19．屈服強(qiáng)度的工程意義？答：（1）作為防止因材料過(guò)量塑性變形而導(dǎo)致機(jī)件失效的設(shè)計(jì)和選材依據(jù)（2）根據(jù)屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比的大小，衡量材料進(jìn)一步產(chǎn)生塑性變形的傾向，作為金屬材料冷塑性變形加工和確定機(jī)件緩解應(yīng)力集中防止脆斷的參考依據(jù)。1-20.彈性極限，比例極限的工程意義答：對(duì)于要求服役時(shí)其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系嚴(yán)格遵守線性關(guān)系的機(jī)件，如測(cè)力計(jì)彈簧，是依靠彈性變形的應(yīng)力正比于應(yīng)變的關(guān)系顯示載荷大小的，則應(yīng)以比例極限作為選擇材料的依據(jù)，對(duì)于服役條件不允許產(chǎn)生微量塑性變形的機(jī)件，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按彈性極限來(lái)選擇材料。1-21.金屬塑性的工程意義答：（1）材料具有一定的塑性，當(dāng)其偶然過(guò)載時(shí)，通過(guò)塑性變形和應(yīng)變硬化的配合可避免機(jī)件發(fā)生突然破壞（2）材料具有一定的塑性還有利于塑性加工和修復(fù)工藝的順利進(jìn)行（3）對(duì)于金屬材料，其塑性的好壞是評(píng)定材料冶金質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)。1-22.包申格效應(yīng)的產(chǎn)生原理？答：包申格效應(yīng)與金屬材料中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所受的阻力變化有關(guān)。金屬受載產(chǎn)生少量塑性變形時(shí)，運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)遇林位錯(cuò)而彎曲受阻，并形成位錯(cuò)纏結(jié)或胞狀組織，如果此時(shí)卸載并隨即同向加載，在原先加載的應(yīng)力水平下，被纏結(jié)的位錯(cuò)不能做顯著運(yùn)動(dòng)，宏觀上表現(xiàn)為規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力增加。如果卸載后施加反向應(yīng)力，位錯(cuò)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)前方林位錯(cuò)一類(lèi)的障礙較少，因此在較低應(yīng)力下滑移較大距離，宏觀上表現(xiàn)為規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力較低的現(xiàn)象。1-23.多晶體材料塑性變形的特點(diǎn)？答：（1）各晶粒變形的不同時(shí)性和不均勻性（2）各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性1-24.金屬材料產(chǎn)生明顯屈服的條件？答：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)力敏感指數(shù)m’值越低，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率變化所需應(yīng)力變化越大，屈服現(xiàn)象就越明顯，m’小于20，具有明顯的屈服現(xiàn)象1-25.加工硬化指數(shù)的幾個(gè)特點(diǎn)答：金屬材料的n值的大小，與層錯(cuò)能的高低有關(guān)。層錯(cuò)能低的，n值越大。層錯(cuò)能高的，n值越小。n值大的其滑移變形的特征為平坦的滑移帶，n值小的材料表現(xiàn)為波紋狀的滑移帶。退火態(tài)金屬n值比較大，冷加工狀態(tài)下n值比較小。n與材料的屈服點(diǎn)大致呈反比關(guān)系。n值也隨溶質(zhì)原子數(shù)增加而降低。晶粒變粗n值增加。第二章材料在其他靜載下的力學(xué)性能2-1．名詞解釋1）應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)。最大切應(yīng)力Tmax與最大正應(yīng)力σmax的比值e=τmax/σmax,σ越大，最大切應(yīng)力分量越大，表示應(yīng)力狀態(tài)越軟，材料易于產(chǎn)生塑性變形，反之，e越小，表示應(yīng)力狀態(tài)越硬，材料易于產(chǎn)生脆斷。2）缺口效應(yīng)。即缺口三效應(yīng)，一，缺口造成應(yīng)力應(yīng)變集中，二，缺口改變了前方的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，三，缺口強(qiáng)化現(xiàn)象。3）缺口敏感度。在缺口試樣拉伸試驗(yàn)中，用試樣的抗拉強(qiáng)度σbn與等截面尺寸的光滑試樣抗拉強(qiáng)度σb的比值作為材料的缺口敏感性指標(biāo)。稱(chēng)為缺口敏感度qe.4）布氏硬度。用一定大小的載荷F，把直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球壓入試樣表面保持一定時(shí)間后卸載測(cè)定試樣表面殘留壓痕直徑D求壓痕表面積，將單位壓痕表面承受的平均壓力（F/s）定義為布氏硬度。Hb=F/s=2F/FD(D-(D2－d2)?)。5)洛氏硬度:是一種壓入硬度式樣的方法，以測(cè)量壓痕深度值大小，表示材料的硬度值，所用壓頭為圓錐角α=120°金剛石圓錐或淬火剛球，其載荷分兩次施加，先加初載荷F，再加主載荷F2，保持后卸載F2，測(cè)出實(shí)際壓入深度h，則HR=（R-H）/0.002(壓頭為金剛石時(shí)k=0.2，為淬火剛球是k=0.26)6)維氏硬度:實(shí)驗(yàn)原理與布氏硬度基本相似，也是根據(jù)壓痕單位面積所受載荷來(lái)計(jì)算硬度值，但所用的壓頭是兩相對(duì)面夾角為136°的金剛石四棱椎體，試樣在載荷F作用下試樣表面被壓出一個(gè)四方錐行壓痕，測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度分別為d1，d2。取其平均值為d，用以計(jì)算壓痕表面積s，F(xiàn)/S即為試樣硬度值7)努氏硬度:一種顯微硬度試樣方法，使用兩個(gè)對(duì)角線面不等的四棱錐金剛石壓頭，在試樣上得到長(zhǎng)短對(duì)角線長(zhǎng)度之比為7：1的棱形壓痕，硬度值為試樣力除以壓痕投影面積，用HK表示，HK=1.451F/L2，L單位（mm）。8)肖氏硬度:是一種動(dòng)載實(shí)驗(yàn)法，將具有一定質(zhì)量帶有金剛石或金剛球的重錘從一定高度向式樣表面砸落，根據(jù)重錘回足兆高度來(lái)表征材料硬度值大小，用KS表示。

1-3.缺口對(duì)材料的拉伸力學(xué)性能有什么影響？答：當(dāng)缺口受到單向拉力時(shí)，缺口界面上應(yīng)力分布為軸向σy，在缺口根部最大，隨離根部距離的增加，σy不斷下降，即在根部產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)這種集中應(yīng)力達(dá)到材料屈服強(qiáng)度σb時(shí)，使引起缺口根部附近的塑性變形，既缺口造成應(yīng)力應(yīng)變集中，缺口改變了缺口的前方應(yīng)力狀態(tài)，使平板中材料所受應(yīng)力由原來(lái)的單向應(yīng)力拉伸變?yōu)閮苫蛉蚶?，在有缺口的條件下，由于出現(xiàn)了三向應(yīng)力，試樣的屈服應(yīng)力比單向拉伸時(shí)要高，既產(chǎn)生了所謂缺口“強(qiáng)化”現(xiàn)象。1-4.如何理解塑性材料的缺口強(qiáng)化現(xiàn)象？答：根據(jù)屈雷斯加判據(jù)SⅡ=σy-σx=σs可得σy=σx+σs.在缺口根部σx=0，故σy=σs。因此，外加載荷增加時(shí)，缺口根部最先滿足SⅡ=σy=σs而開(kāi)始屈服。根部一旦屈服，σy便松弛而降低到材料的σs。但在缺口內(nèi)側(cè)，σx≠0故要滿足屈雷斯加判據(jù)要求，必須增加縱向應(yīng)力σy，即心部屈服要在σy不斷增加的情況下才能發(fā)生。若滿足這一條件，塑性變形便自表面向心部擴(kuò)展，與此同時(shí)，σy與σz隨σx快速增加而增加，一直增加到塑性區(qū)與彈性區(qū)交界處為止。因此，當(dāng)缺口前方產(chǎn)生塑性變形后，最大應(yīng)力已經(jīng)不再缺口根部，而在其前方一定距離處，此處σx最大，所以σy與σz也最大，這時(shí)屈服應(yīng)力比平向拉伸高，即產(chǎn)生了“缺口強(qiáng)化”。1-6、是綜合比較單向拉伸、壓縮、彎曲及扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。單向拉伸:特點(diǎn)溫度、應(yīng)力狀態(tài)、加載速度確定，常用標(biāo)準(zhǔn)光滑試樣進(jìn)行試驗(yàn)。范圍：用于塑性變形抗力與切斷抗力較低的塑性材料試驗(yàn)。扭轉(zhuǎn)：1、扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)較拉伸時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)2、試樣截面的應(yīng)力分布為表面最大，愈往心部愈小，故對(duì)材料表面硬化及表面缺陷十分敏感。3、圓柱形試樣在扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)，整個(gè)試樣長(zhǎng)度上基本保持原尺寸不變。4、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)正應(yīng)力與切應(yīng)力大致相等。范圍：測(cè)定在拉伸時(shí)呈脆性材料的強(qiáng)度和塑性；對(duì)各種表面強(qiáng)化進(jìn)行研究和對(duì)機(jī)件的熱處理表面質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)；評(píng)定拉伸時(shí)出現(xiàn)頸縮的高塑性材料的形變能力和形變抗力；測(cè)定切斷強(qiáng)度。彎曲：特點(diǎn)：試樣形狀簡(jiǎn)單，操作方便，彎曲應(yīng)力分布不均勻，表面最大，中心為零，可較靈敏的反應(yīng)材料的表面缺陷。范圍：對(duì)于承受彎曲載荷的機(jī)件測(cè)定其力學(xué)性能。壓縮：特點(diǎn)：?jiǎn)蜗驂嚎s試驗(yàn)應(yīng)力軟性系數(shù)為2，比拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀態(tài)都軟，拉伸時(shí)塑性很好的材料在壓縮時(shí)只發(fā)生壓縮變形而不會(huì)斷裂。范圍：拉伸時(shí)呈脆性的金屬材料的力學(xué)性能測(cè)定，如果產(chǎn)生明顯屈服，還可以測(cè)定壓縮屈服點(diǎn)。1-8、試比較布氏硬度與維氏硬度原理的異同，并比較布氏、洛氏和維氏硬度優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍。答：維氏硬度的實(shí)驗(yàn)原理與貝氏硬度基本相似，也是根據(jù)壓痕單位面積所承受的載荷來(lái)計(jì)算硬度值。所不同的是維氏硬度實(shí)驗(yàn)所用的壓頭是兩相對(duì)面夾角為136°的金剛石四棱錐，布氏硬度壓頭為淬火鋼球或硬質(zhì)合金球。布氏試驗(yàn)：優(yōu)點(diǎn)1、壓痕面積較大，其硬度值能反映材料在較大區(qū)域內(nèi)各組成相的平均性能；2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性高缺點(diǎn)1、壓痕直徑比較大，一般不宜在成品上直接進(jìn)行檢驗(yàn)2、對(duì)不同的硬度材料需要更換壓頭直徑和載荷，壓痕直徑測(cè)量也比較麻煩；3、淬火鋼球的硬度范圍為450HBS，當(dāng)大于450時(shí)需要更換為硬質(zhì)合金球。范圍測(cè)定灰鑄鐵、軸承、合金等材料的硬度。洛氏試驗(yàn)：優(yōu)點(diǎn)1、操作簡(jiǎn)單迅速2、壓痕小，可對(duì)工件直接進(jìn)行檢驗(yàn)3、采用不同的標(biāo)尺，可測(cè)量軟硬不同、厚薄不一試樣的硬度。缺點(diǎn)1、壓痕小，代表性差。尤其是偏析及組織不均勻情況2、所測(cè)硬度值重復(fù)性差、分散度大3、用不同標(biāo)尺測(cè)得的硬度值既不能直接比較，又不能彼此互換。范圍：淬火、調(diào)質(zhì)等熱處理后的材料，測(cè)量表面很薄的材料硬度，測(cè)定各種材料。維氏試驗(yàn)：優(yōu)點(diǎn)1、角錐壓痕清晰，采用對(duì)角線長(zhǎng)度計(jì)算，精確可靠2、壓頭為四棱錐，當(dāng)載荷改變時(shí)，壓入角恒定不變，可任意選擇載荷；3、不存在洛氏硬度不同標(biāo)尺無(wú)法統(tǒng)一，而且比洛氏硬度所測(cè)的試件厚度更薄。缺點(diǎn)1、測(cè)定方法比較麻煩，工作效率低2、壓痕面積小，代表性差3、不適宜成批生產(chǎn)的常規(guī)檢測(cè)范圍測(cè)定小型精密零件的硬度，表面硬化和有效硬化層的深度，鍍層表面硬度，薄片材料和西線材的硬度，刀刃附近的硬度。第三章材料的沖擊韌性及低溫脆性3-1．解釋下列名詞：（1）低溫脆性：體心立方金屬及合金或某些密排六方晶體金屬及合金，尤其是工程上常用的中低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度低于某一溫度tk時(shí)，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機(jī)理由微孔聚集變?yōu)榇┚Ы饫恚瑪嗫谔卣饔衫w維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀。（2）藍(lán)脆：碳鋼和某些合金鋼在沖擊載荷或靜載荷作用下，在一定溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)脆性；在該溫度范圍內(nèi)加熱鋼時(shí)，表面氧化色為藍(lán)色，稱(chēng)此現(xiàn)象為藍(lán)脆。（3）遲屈服：對(duì)體心立方金屬材料施加一大于屈服強(qiáng)度σs的高速載荷時(shí)材料并不立即產(chǎn)生屈服，而需要經(jīng)過(guò)一段孕育期才開(kāi)始塑性變形的現(xiàn)象。（4）韌脆轉(zhuǎn)變溫度：使材料表現(xiàn)出低溫脆性的臨界溫度tk。（5）韌脆溫度儲(chǔ)備：材料使用溫度t0與韌脆轉(zhuǎn)變溫度tk的差值，用符號(hào)Δ表示，Δ值常取20—600c。3-6．是從宏觀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。答：從宏觀角度分析：材料低溫脆性的產(chǎn)生與其屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度隨著溫度的變化有關(guān)。斷裂強(qiáng)度隨溫度的變化很小，屈服強(qiáng)度隨溫度的變化與材料的本性有關(guān)。具有體心立方或密排六方結(jié)構(gòu)的金屬或合金的屈服強(qiáng)度對(duì)溫度十分敏感，溫度降低，屈服強(qiáng)度急劇提高，當(dāng)屈服強(qiáng)度與斷裂強(qiáng)度相等時(shí)溫度即為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。高于此溫度時(shí)，材料受載后先屈服后斷裂，為韌性斷裂；低于此溫度時(shí)，為脆性斷裂。而面心立方結(jié)構(gòu)材料的屈服強(qiáng)度隨溫度的變化不大，即使在低溫時(shí)也不與斷裂強(qiáng)度相等，此種材料的脆性斷裂現(xiàn)象不明顯。從微觀角度：體心立方的金屬低溫脆性與位錯(cuò)在晶體中運(yùn)動(dòng)的阻力對(duì)溫度變化很敏感有關(guān)，在低溫下增加，故該類(lèi)材料在低溫下處于脆性狀態(tài)。面心立方金屬因位錯(cuò)寬度比較大，對(duì)溫度變化不敏感，故一般不顯示低溫脆性。體心立方金屬的低溫脆性還與遲屈服現(xiàn)象有關(guān)，而具有面心立方金屬的遲屈服現(xiàn)象不明顯，故其低溫脆性不明顯。補(bǔ)-1.化學(xué)成分是如何影響材料低溫脆性的？答：1、間隙溶質(zhì)元素含量增加，高階能下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。這是由于間隙溶質(zhì)元素溶入基體金屬晶格中，通過(guò)與位錯(cuò)的交互作用偏聚于位錯(cuò)線附近形成柯氏氣團(tuán)，既增加σi，又使ky增加，致使σs升高，所以剛的脆性增大。2、鋼中加入置換型溶質(zhì)元素一般也降低高階能，提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度。3、雜質(zhì)元素S、P、Pb、Sn、As等使鋼的韌性下降，這是由于他們偏聚于晶界，降低晶界的表面能，產(chǎn)生沿晶脆性斷裂，同時(shí)降低脆斷應(yīng)力所致。補(bǔ)-2.顯微組織是如何影響材料低溫脆性的？答;a晶粒大小細(xì)化晶?？墒共牧享g性增加，原因是晶界是裂紋擴(kuò)展的阻力；晶界前塞集的位錯(cuò)數(shù)減少，有利于降低應(yīng)力集中；晶界總面積增加，使晶界上雜質(zhì)濃度減少，避免產(chǎn)生沿晶脆性斷裂。b金相組織在較低強(qiáng)度水平，強(qiáng)度相同而組織不同的鋼，其沖擊吸收功和韌脆轉(zhuǎn)變溫度以回火索氏體最佳，貝氏體回火組織次之，片狀珠光體組織最差；在相同的強(qiáng)度水平時(shí)，典型上貝氏體組織的韌脆轉(zhuǎn)變溫度高于下貝氏體的韌脆轉(zhuǎn)變溫度；在低碳合金中，經(jīng)不完全等溫處理獲得的貝氏體和馬氏體的混合組織，其韌性比單一馬氏體或單一貝氏體組織要好；在馬氏體中存在殘余奧氏體時(shí)，可以抑制解理斷裂，從而顯著改善鋼的韌性；鋼中碳化物及夾雜物等第二相對(duì)鋼的脆性影響：第二相尺寸增加，材料的韌性下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高，球狀第二相材料的韌性較好。材料的斷裂韌度4-1名詞解釋=1\*GB3①.低應(yīng)力脆性：高強(qiáng)度鋼、高超強(qiáng)度鋼的機(jī)件，中低強(qiáng)度鋼的大型機(jī)件常常在工作應(yīng)力并不高，甚至遠(yuǎn)低于屈服極限的情況下，發(fā)生脆性斷裂的現(xiàn)象應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子：KI=反應(yīng)了裂紋尖端區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)度斷裂韌度：當(dāng)應(yīng)力或裂紋尺寸a增大到臨界值時(shí)，也就是在裂紋尖端足夠大的范圍內(nèi)，應(yīng)力達(dá)到了材料的斷裂強(qiáng)度，裂紋便失穩(wěn)擴(kuò)展而導(dǎo)致材料的斷裂，這時(shí)KI也達(dá)到了一個(gè)極限值，這個(gè)臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的KI記為KIC或Kc稱(chēng)為斷裂韌度。=4\*GB3④能量釋放率：GI=是平面應(yīng)力的能量釋放率，GI=是平面應(yīng)變的能量釋放率。=5\*GB3⑤J積分：反映了裂紋尖端區(qū)的應(yīng)變能，即應(yīng)力應(yīng)變集中程度。=6\*GB3⑥裂紋尖端張開(kāi)位移：裂紋體受載后，在裂紋尖端沿垂直裂紋方向所產(chǎn)生的位移用δ表示。4-3．說(shuō)明KI和KIC的異同。答：KI和KIC是兩個(gè)不同的概念，KI是一個(gè)力學(xué)參量，表示裂紋體中裂紋尖端的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)強(qiáng)度的大小，它決定于外加應(yīng)力、試樣尺寸和裂紋類(lèi)型，而和材料無(wú)關(guān)；但KIC是材料的力學(xué)性能指標(biāo)，它決定于材料的成分、組織結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素，而與外加應(yīng)力及試樣尺寸等外在因素?zé)o關(guān)。4-10.有一大型板件材料的σ=1200Mpa，K=115Mpa.m,探傷發(fā)現(xiàn)有20㎜大的橫向穿透裂紋，若在平均軸向應(yīng)力900Mpa下工作，試計(jì)算K和塑性區(qū)寬度，并判斷該件是否安全解：σs=σ=1200Mpa2a=20㎜=0.02mσ=900MpaY=則σ/σs=900/1200=0.75>0.6～0.7需考慮修正問(wèn)題K=Y/即K=*900*/=168Mpa>K不安全塑性區(qū)寬度R=(K/)=*(168/1200)=2.2㎜K為168Mpa，塑性區(qū)寬度為2.2㎜，該件不安全。11.有一構(gòu)件加工時(shí)，出現(xiàn)表面半橢圓裂紋。若a=1mm，a/c=0.3，在1000MPa的應(yīng)力下工作，對(duì)下列材料應(yīng)選用哪一種？材料ABCDE／MPa11001200130014001500/(MPa*m)11095756055解：1.對(duì)于材料A：由于/=1000/1100=0.909所以必須使用塑性區(qū)的修正公式來(lái)計(jì)算即：=，其中第二類(lèi)橢圓積分當(dāng)時(shí)，得將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入得：<=110（MPa）說(shuō)明使用材料A后不會(huì)發(fā)生脆性斷裂，可以選用。2.對(duì)于材料B:由于/=1000/1200=0.833，所以必須使用塑性區(qū)的修正公式來(lái)計(jì)算即：=代入數(shù)據(jù)得：<=95（MPa）使用材料B后不會(huì)發(fā)生脆性斷裂，可以選用。3.對(duì)于材料C：由于/=1000/1300=0.769，所以必須使用塑性區(qū)的修正公式來(lái)計(jì)算即：=代入數(shù)據(jù)得：<=75（MPa）使用材料C后不會(huì)發(fā)生脆性斷裂，可以選用。4.對(duì)于材料D：由于/=1000/1400=0.714，所以必須使用塑性區(qū)的修正公式來(lái)計(jì)算即：=代入數(shù)據(jù)得：<=60（MPa）使用材料D后不會(huì)發(fā)生脆性斷裂，可以選用。5.對(duì)于材料E：由于/=1000/1500=0.667，所以必須使用塑性區(qū)的修正公式來(lái)計(jì)算即：=代入數(shù)據(jù)得：>=55（MPa）使用材料E后會(huì)發(fā)生脆性斷裂，不可以選用。綜上所述，最好選用材料D。補(bǔ)-1.試述化學(xué)成分對(duì)斷裂韌度的影響？答：對(duì)于金屬材料，細(xì)化晶粒的合金元素因提高強(qiáng)度和韌性，可使斷裂韌度提高；強(qiáng)烈固溶強(qiáng)化的合金元素因大大降低塑性而是斷裂韌度降低，并且隨合金元素濃度的提高，降低的作用更加明顯；形成金屬間化