材料力學(xué)性能課后習(xí)題標(biāo)準(zhǔn)答案

千里之行，始于足下。第2頁/共2頁精品文檔推薦材料力學(xué)性能課后習(xí)題標(biāo)準(zhǔn)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：金屬材料汲取彈性變形功的能力，普通用金屬開始塑性變形前單位體積汲取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(shí)刻延長產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象稱為滯彈性，也算是應(yīng)變降后于應(yīng)力的現(xiàn)象。

3．循環(huán)韌性：金屬材料在交變載荷下汲取別可逆變形功的能力稱為循環(huán)韌性。

4．包申格效應(yīng)：金屬材料通過預(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)力落低的現(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)生別可逆永遠(yuǎn)（塑性）變形的能力。

韌性：指金屬材料斷裂前汲取塑性變形功和斷裂功的能力。

7.解理臺(tái)階：當(dāng)解理裂紋與螺型位錯(cuò)相遇時(shí)，便形成一具高度為b的臺(tái)階。

8.河流花樣：解理臺(tái)階沿裂紋前端滑動(dòng)而相互匯集,同號(hào)臺(tái)階相互匯集長大,當(dāng)匯集臺(tái)階高度腳夠大時(shí),便成為河流花樣。是解理臺(tái)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)，能夠是韌性斷裂，也能夠是脆性斷裂。

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)陀谀骋粶囟赛c(diǎn)時(shí)，沖擊汲取功明顯下落，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.彈性別完整性：理想的彈性體是別存在的，多數(shù)工程材料彈性變形時(shí)，也許浮現(xiàn)加載線與卸載線別重合、應(yīng)變滯后于應(yīng)力變化等現(xiàn)象,稱之為彈性別完整性。彈性別完整性現(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、講明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義。

答：E彈性模量G切變模量rσ規(guī)定殘余伸長應(yīng)力2.0σ屈服強(qiáng)度gtδ金屬材料拉伸時(shí)最大應(yīng)力下的總伸長率n應(yīng)變硬化指數(shù)【P15】

3、金屬的彈性模量要緊取決于啥因素？為啥講它是一具對組織別敏感的力學(xué)性能指標(biāo)？

答：要緊決定于原子本性和晶格類型。合金化、熱處理、冷塑性變形等可以改變金屬材料的組織形態(tài)和晶粒大小，然而別改變金屬原子的本性和晶格類型。組織盡管改變了，原子的本性和晶格類型未發(fā)生改變，故彈性模量對組織別敏感?！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-伸長曲線圖上的區(qū)不？為啥？

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)不。為啥脆性斷裂最驚險(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，這種斷裂有一具緩慢的撕裂過程，在裂紋擴(kuò)展過程中別斷地消耗能量；而脆性斷裂是忽然發(fā)生的斷裂，斷裂前都是別發(fā)生塑性變形，沒有明顯征兆，因而危害性非常大。

7、剪切斷裂與解理斷裂基本上穿晶斷裂，為啥斷裂性質(zhì)徹底別同？【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，普通是韌性斷裂，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？妨礙宏觀拉伸斷口性態(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)別同而變化。

9、論述格雷菲斯裂紋理論分析咨詢題的思路，推導(dǎo)格雷菲斯方程，并指出該理論的局限性。【P32】

答：212??

???=aEscπγσ，只適用于脆性固體,也算是只適用于那些裂紋尖端塑性變形能夠忽略的事情。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：

（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τmax和最大正應(yīng)力σmax比值，即：()32131maxmax5.02σσσσσστα+--==【新書P39舊書P46】

（2）缺口效應(yīng)——絕大多數(shù)機(jī)件的橫截面都別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44P53】

（3）缺口敏感度——缺口試樣的抗拉強(qiáng)度σbn的與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強(qiáng)度σb的比值，稱為缺口敏感度，即：【P47P55】

（4）布氏硬度——用鋼球或硬質(zhì)合金球作為壓頭，采納單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算而得的硬度。【P49P58】

（5）洛氏硬度——采納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【P51P60】。

（6）維氏硬度——以兩相對面夾角為136。的金剛石四棱錐作壓頭，采納單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算而得的硬度?！綪53P62】

（7）努氏硬度——采納兩個(gè)對面角別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(dòng)載荷試驗(yàn)法，依照重錘回跳高度表證的金屬硬度。

（9）里氏硬度——采動(dòng)載荷試驗(yàn)法，依照重錘回跳速度表證的金屬硬度。

二、講明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義

（1）σｂｃ——材料的抗壓強(qiáng)度【P41P48】

（2）σｂｂ——材料的抗彎強(qiáng)度【P42P50】

（3）τｓ——材料的扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)【P44P52】

（4）τｂ——材料的抗扭強(qiáng)度【P44P52】

（5）σｂｎ——材料的抗拉強(qiáng)度【P47P55】

（6）NSR——材料的缺口敏感度【P47P55】

（7）HBW——壓頭為硬質(zhì)合金球的材料的布氏硬度【P49P58】

（8）HRA——材料的洛氏硬度【P52P61】

（9）HRB——材料的洛氏硬度【P52P61】

（10）HRC——材料的洛氏硬度【P52P61】

（11）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。

試驗(yàn)辦法特點(diǎn)應(yīng)用范圍

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)。

不管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，落低了機(jī)件的使用安全性。為了評(píng)定別同金屬材料的缺口變脆傾向，必須采納缺口試樣舉行靜載力學(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歪拉伸試驗(yàn)的特點(diǎn)。

偏歪拉伸試驗(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舉行拉伸。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(shí)發(fā)生應(yīng)力狀態(tài)改變。

缺口試樣軸向拉伸試驗(yàn)：缺口截面上浮現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力分布別均，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)落低，脆性增大。

偏歪拉伸試驗(yàn)：試樣并且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)力分布更別均勻，更能顯示材料對缺口的敏感性。

七、試講明布氏硬度、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)辦法的優(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：采納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(shí)普通采納直徑較大的壓頭球，因而所得的壓痕面積比較大。壓痕大的一具優(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；另一具優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)。缺點(diǎn)：對別同材料需更換別同直徑的壓頭球和改變試驗(yàn)力，壓痕直徑的測量也較煩惱，因而用于自動(dòng)檢測時(shí)受到限制。

洛氏硬度優(yōu)點(diǎn)：操作簡便，迅捷，硬度值可直截了當(dāng)讀出；壓痕較小，可在工件上舉行試驗(yàn)；采納別同標(biāo)尺可測量各種軟硬別同的金屬和厚薄別一的試樣的硬度，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別均勻等缺陷，則所測硬度值重復(fù)性差，分散度大；此外用別同標(biāo)尺測得

的硬度值彼此沒有聯(lián)系，別能直截了當(dāng)比較。

維氏硬度優(yōu)點(diǎn)：別存在布氏硬度試驗(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，也別存在洛氏硬度試驗(yàn)時(shí)別同標(biāo)尺的硬度值無法統(tǒng)一的弊端；維氏硬度試驗(yàn)時(shí)別僅試驗(yàn)力能夠任意取，而且壓痕測量的精度較高，硬度值較為準(zhǔn)確。缺點(diǎn)是硬度值需要經(jīng)過測量壓痕對角線長度后才干舉行計(jì)算或查表，所以，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定硬度，試講明挑選何種硬度實(shí)驗(yàn)辦法為宜。

（1）滲碳層的硬度分布；（2）淬火鋼；（3）灰鑄鐵；（4）鑒不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）鑒不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

第三章金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能

沖擊韌性:材料在沖擊載荷作用下汲取塑性變形功和斷裂功的能力?！綪57】

沖擊韌度::U形缺口沖擊汲取功KUA除以沖擊試樣缺口底部截面積所得之商，稱為沖擊韌度，αku=Aku/S（J/cm2）,反應(yīng)了材料反抗沖擊載荷的能力,用KUa表示。P57注釋/P67

沖擊汲取功: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，稱為沖擊汲取功，以KA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，特殊是工程上常用的中、

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kt時(shí)，會(huì)由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊汲取功明顯下落，斷裂機(jī)理由微孔聚攏型變?yōu)榇┚Ы饫硇?，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這算是低溫脆性。

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）KA：沖擊汲取功。含義見上面。沖擊汲取功別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)辦法簡便易行，被廣泛采納。

AKV(CVN)：V型缺口試樣沖擊汲取功.

AKU：U型缺口沖擊汲取功.

（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，在別同試驗(yàn)溫度下，三個(gè)區(qū)之間的相對面積別同。溫度下落，纖維區(qū)面積忽然減少，結(jié)晶區(qū)面積忽然增大，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kt，并記為50%FATT，或FATT50%，t50。（新書P61，舊書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

四、試講明低溫脆性的物理本質(zhì)及其妨礙因素

低溫脆性的物理本質(zhì)：宏觀上關(guān)于那些有低溫脆性現(xiàn)象的材料，它們的屈服強(qiáng)度會(huì)隨溫度的落低急劇增加，而斷裂強(qiáng)度隨溫度的落低而變化別大。當(dāng)溫度落低到某一溫度時(shí)，屈服強(qiáng)度增大到高于斷裂強(qiáng)度時(shí)，在那個(gè)溫度以下材料的屈服強(qiáng)度比斷裂強(qiáng)度大，所以材料在受力時(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)溫度落低時(shí)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大，原子熱激活能力下落，所以材料屈服強(qiáng)度增加。

妨礙材料低溫脆性的因素有（P63，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：可以使材料硬度，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。

3．顯微組織：①晶粒大小，細(xì)化晶粒能夠并且提高材料的強(qiáng)度和塑韌性。因?yàn)?/p>

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(cuò)數(shù)減少，有利于落低應(yīng)力集中；并且晶界上雜質(zhì)濃度減少，幸免產(chǎn)生沿晶脆性斷裂。②金相組織：較低強(qiáng)度水平常強(qiáng)度相等而組織別同的鋼，沖擊汲取功和韌脆轉(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)對鋼的脆性有重要妨礙，當(dāng)其尺寸增大時(shí)均使材料韌性下落，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)生脆性破壞的緣故。

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啥有點(diǎn)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)鋼隨溫度的落低沖擊功急劇下落，具有明顯的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。而高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼在非常寬的溫度范圍內(nèi)，沖擊功都非常低，沒有明顯的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。面心立方金屬及其合金普通沒有韌脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。

微觀上，體心立方金屬中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力對溫度變化很敏感，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力隨溫度下落而增加，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，對溫度別敏感，故普通別顯示低溫脆性。

體心立方金屬的低溫脆性還也許與遲屈服現(xiàn)象有關(guān)，對低碳鋼施加一高速到高于屈服強(qiáng)度時(shí)，材料并別馬上產(chǎn)生屈服，而需要通過一段孕育期（稱為遲屈時(shí)刻）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，因此有利于裂紋擴(kuò)展，往往表現(xiàn)為脆性破壞。

第五章金屬的疲勞

1.名詞解釋;

應(yīng)力幅σa:σa=1/2(σmax-σmin)p95/p108

平均應(yīng)力σm：σm=1/2(σmax+σmin)p95/p107

應(yīng)力比r:r=σmin/σmaxp95/p108

疲勞源：是疲勞裂紋萌生的策源地，普通在機(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，普通以為它是由載荷變動(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)展的第二時(shí)期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：用電解拋光的辦法非常難將已產(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(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。P111

ΔK:材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率別僅與應(yīng)力水平有關(guān)，而且與當(dāng)時(shí)的裂紋尺寸有關(guān)。ΔK是由應(yīng)力范圍Δσ和a復(fù)合為應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍，ΔK=Kmax-Kmin=Yσmax√a-Yσmin√a=YΔσ√a.p105/p120

da/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/p117

2.揭示下列疲勞性能指標(biāo)的意義

疲勞強(qiáng)度σ-1，σ-p,τ-1,σ-1N,P99,100,103/p114

σ-1:對稱應(yīng)力循環(huán)作用下的彎曲疲勞極限；σ-p:對稱拉壓疲勞極限；τ-1:對稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限；σ-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=(σ-1)/(σ-1N)

過載損傷界P102,103/p117

由實(shí)驗(yàn)測定，測出別同過載應(yīng)力水平和相應(yīng)的開始落低疲勞壽命的應(yīng)力循環(huán)周次，得到別同試驗(yàn)點(diǎn)，連接各點(diǎn)便得到過載損傷界。

疲勞門檻值ΔKthP105/p120

在疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線的Ⅰ區(qū)，當(dāng)ΔK≤ΔKth時(shí)，da/aN=0,表示裂紋別擴(kuò)展;惟獨(dú)當(dāng)ΔK>ΔKth時(shí)，da/dN>0,疲勞裂紋才開始擴(kuò)展。所以，ΔKth是疲勞裂紋別擴(kuò)展的ΔK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(shí)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P96~98及PPT，舊書P109~111）

答：典型疲勞斷口具有三個(gè)形貌別同的區(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@個(gè)地方在整個(gè)裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展過程中斷面別斷摩擦擠壓，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，是推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)域的連續(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)的開動(dòng)與停歇，偶然過載引起的載荷變動(dòng)，使裂紋前沿線留下了弧狀臺(tái)階痕跡。

（3）瞬斷區(qū)是裂紋最終失穩(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P101~102，舊書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：非常多機(jī)件或構(gòu)件是在別對稱循環(huán)載荷下工作的，所以還需懂材料的別對稱循環(huán)疲勞極限，以習(xí)慣這類機(jī)件的設(shè)計(jì)和選材的需要。通常是用工程作圖法，由疲勞圖求得各種別對稱循環(huán)的疲勞極限。

1、amσσ-疲勞圖建立：這種圖的縱坐標(biāo)以aσ表示，橫坐標(biāo)以mσ表示。然后，以別同應(yīng)力比r條件下將maxσ表示的疲勞極限r(nóng)σ分解為aσ和mσ，并在該坐標(biāo)系中作ABC曲線，即為amσσ-疲勞圖。其幾何關(guān)系為：

maxminmaxmin1()12tan11()2amrr

σσσασσσ--===++

（用途）：我們懂應(yīng)力比r，將其代入試中，即可求得tanα和α，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α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r(nóng)Bσ，rBaBmBσσσ=+。

2、maxmin()mσσσ-疲勞圖

建立：這種圖的縱坐標(biāo)以maxσ或minσ表示，橫坐標(biāo)以mσ表示。然后將別同應(yīng)力比r下的疲勞極限，分不以maxmin()σσ和mσ表示于上述坐標(biāo)系中，就形成這種疲勞圖。幾何關(guān)系為：maxmaxmaxmin22tan1mr

σσασσσ===++（用途）：我們只要懂應(yīng)力比r,就可代入上試求得tanα和α，而后從坐標(biāo)原點(diǎn)O引向來線OH，令其與橫坐標(biāo)的夾角等于α，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．試述妨礙疲勞裂紋擴(kuò)展速率的要緊因素。（新書P107~109，舊書P123~125）

答：1、應(yīng)力比r（或平均應(yīng)力mσ）的妨礙：Forman提出：()(1)n

cdacKdNrKK

?=--?殘余壓應(yīng)力因會(huì)減小r,使dadN落低和thK?升高，對疲勞壽命有利；而殘余拉應(yīng)力因會(huì)增大r，使dadN升高和thK?落低，對疲勞壽命別利。

2、過載峰的妨礙：偶然過載進(jìn)入過載損傷區(qū)內(nèi)，使材料受到損傷并落低疲勞壽命。但若過載適當(dāng)，有時(shí)反而是有益的。

3、材料組織的妨礙：①晶粒大?。壕ЯＴ酱执?，其thK?值越高，dadN越低，對疲勞壽命越有利。②組織：

鋼的含碳量越低，鐵素體含量越多時(shí)，其thK?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)，能夠提高鋼的thK?，落低dadN。③噴丸處理：噴丸強(qiáng)化也能提高thK?。

9．試述疲勞微觀斷口的要緊特征。（新書P113~P114，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(shí)裂紋閉合。

圖(b)，受拉應(yīng)力時(shí)，裂紋張開，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(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)，裂紋徹底閉合，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)度的妨礙。（新書P117~P118，舊書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，并且還能提高機(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)化辦法，通常有表面噴丸、滾壓、表面淬火及表面化學(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；并且因塑變層身邊的彈性約束，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，不過其壓應(yīng)力層深度較大，非常適于大工件；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，還能夠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)力別斷增加，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σb/σs有關(guān)：

σb/σs>1.4，表現(xiàn)為循環(huán)硬化；

σb/σs1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，通過一段時(shí)刻后所產(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(shí)，隨著溫度落低氫在鋼中的溶解度減小。假如過飽和的氫未能擴(kuò)散逸出，便聚攏在某些缺陷處而形成氫分子。此刻，氫的體積發(fā)生急劇膨脹，內(nèi)壓力非常大腳以將金屬局部撕裂，而形成微裂紋。

4、氫化物致脆：關(guān)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、講明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義

1、σscc：材料別發(fā)生應(yīng)力腐蝕的臨界應(yīng)力。

2、KIscc：應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力場強(qiáng)度因子。

3、da/dt：盈利腐蝕列紋擴(kuò)展速率。

7．怎么識(shí)不氫脆與應(yīng)力腐蝕？。

答：氫脆和應(yīng)力腐蝕相比，其特點(diǎn)表如今：

1、實(shí)驗(yàn)室中識(shí)不氫脆與應(yīng)力腐蝕的一種方法是，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)度材料但受力別大，存在的殘余拉應(yīng)力也較小這時(shí)其斷裂源都別在表面，而是在表面以下的某一深度，此處三向拉應(yīng)力最大，氫濃集在這個(gè)地方造成斷裂。

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別同的。

4、