力學性能最終版

1?穿晶開裂：裂紋穿過晶內(nèi)2?沿晶開裂：裂紋沿晶界拓展Kc:平面應力狀態(tài)下的斷裂韌度Kic:平面應變狀態(tài)下的斷裂韌度5?解理斷裂：沿一定的晶體學平面產(chǎn)生的快速穿晶斷裂6?微孔聚合斷裂：微孔成核、長大、聚合，直至斷裂的斷裂方式7?應力狀態(tài)軟性系數(shù)：金屬所受的最大切應力與最大正應力的比值8.缺口敏感度：金屬材料的缺口敏感性指標，用缺口試樣的抗拉強度與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強度的比值表示。9?強度：材料在外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力塑性：材料在外力作用下發(fā)生不可逆的永久變形的能力韌性：材料在塑變和斷裂過程中吸收能量大小的能力12.彈性比功：金屬材料吸收彈性變形功的能力低溫脆性：溫度低于某一溫度時，材料會由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)為脆性狀態(tài)，沖擊功明顯下降，斷裂機理由微孔聚變型變?yōu)榇┚Ы饫硇停丝谔卣饔衫w維狀變?yōu)榻Y晶狀的現(xiàn)象靜力韌度：材料在靜拉伸時單位體積材科從變形到斷裂所消耗的功。沖擊韌度：材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力。斷裂韌度：在彈塑性條件下，當應力場強度因子增大到某一臨界值，裂紋便失穩(wěn)擴展而導致材料斷裂，這個臨界或失穩(wěn)擴展的應力場強度因子即斷裂韌度沖擊吸收功：沖擊彎曲試驗中試樣變形和斷裂所消耗的功駐留滑移帶：對試樣重新循環(huán)加載時，循環(huán)滑移帶又會在原處出現(xiàn)的循環(huán)的或再生的滑移帶張開型裂紋：拉應力垂直作用于裂紋擴展面，裂紋沿作用力方向張開，沿裂紋面擴展。應力腐蝕斷裂：金屬在拉應力和特定的化學介質(zhì)共同作用下，經(jīng)過一段時間后所產(chǎn)生的低應力脆斷氫脆斷裂：由于氫和應力共同作用而導致的金屬材料產(chǎn)生脆性斷裂等強溫度：晶粒強度與晶界強度相等的溫度持久強度（極限）：在高溫長時載荷作用下的斷裂強度熱疲勞：由溫度循環(huán)變化時產(chǎn)生的循環(huán)熱應力及熱應變作用下發(fā)生的疲勞熱震斷裂：陶瓷材料承受溫度驟變產(chǎn)生瞬時斷裂熱震損傷：陶瓷材料在熱沖擊循環(huán)作用下，材料先出現(xiàn)開裂、剝落，然后碎裂和變質(zhì)，終至整體破壞26?玻璃態(tài)：溫度低于玻璃化溫度時，聚合物所處于的狀態(tài)1?材料的斷裂按斷裂機理分可分為微孔聚集型斷裂，解理斷裂和沿晶斷裂；按斷裂前塑性變形大小分可分為韌性斷裂和脆性斷裂2?在扭轉(zhuǎn)實驗中，塑性材料的斷裂面與試樣軸線垂直，斷口平齊，這是由切應力造成的切斷；脆性材料的斷裂面與試樣軸線45°角，這是由正應力造成的正斷。與靜拉伸試樣的宏觀斷口特征相反。3?缺口試樣靜拉伸試驗種類軸向拉伸、偏斜拉伸4?材料材料的三種主要失效方式磨損、腐蝕和斷裂。單向拉伸條件下的應力狀態(tài)系數(shù)為0?5；而扭轉(zhuǎn)和單向壓縮下的應力狀態(tài)系數(shù)分別為0.8和2?0。應力狀態(tài)系數(shù)越大，材料越容易產(chǎn)生塑性斷裂。6?彈性滯后環(huán)是由于材料的加載線和卸載線不重合而產(chǎn)生的。對機床的底座等構件，為保證機器的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，材料的彈性滯后環(huán)越大越好；而對彈簧片、鐘表等材料，要求材料的彈性滯后環(huán)越小越好。7?低溫脆性常發(fā)生在具有體心立方或密排六方結構的金屬及合金中，而在面心立方結構的金屬及合金中很少發(fā)現(xiàn)。8?材料截面上缺口的存在，使得缺口根部產(chǎn)生應力集中和雙（三）向應力，試樣的屈服強度升高，塑性降低。9Qbe材料的抗壓強度ebb材料的抗彎強TS材料的扭轉(zhuǎn)屈服點Tb材料的抗扭強度abn材料的抗拉強度NSR材料的缺口敏感度HBW壓頭為硬質(zhì)合金球的材料的布氏硬度HRA壓頭為金剛石圓錐的洛氏硬度HRB壓頭為①1.588mm球的洛氏硬度HRC壓頭為金剛石圓錐的洛氏硬度HV維氏硬度HK努氏硬度值HS肖氏硬度值HL里氏硬度值。10?沖擊彎曲試驗用途：控制原材料的冶金質(zhì)量和熱加工產(chǎn)品質(zhì)量和測定材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。斷口的三要素是纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇。微孔聚集型斷裂的微觀特征是韌窩；解理斷裂的微觀特征主要有解理臺階和河流和舌狀花樣；沿晶斷裂的微觀特征為石狀斷口和冰糖塊狀斷口。據(jù)裂紋體所受載荷與裂紋間的關系，可將裂紋分為張開型裂紋、滑開型裂紋和撕開型裂紋等三種類型；其中張開型裂紋是實際工程構件中最危險的一種形式。裂紋在受力時只要滿足Ki>Kic,就會發(fā)生脆性斷裂對循環(huán)載荷，常用最大應力、最小應力、平均應力、應力半幅和應力比等五個參量進行描述。根據(jù)構件的受力狀態(tài)，環(huán)境敏感斷裂可分為應力腐蝕開裂，腐蝕疲勞斷裂，腐蝕磨損和微動腐蝕等類型。應力腐蝕產(chǎn)生條件：應力、化學介質(zhì)、金屬材料。按斷裂壽命和應力水平，疲勞可分為高周疲勞和低周疲勞；疲勞斷口的典型特征是貝紋線。疲勞斷口三大區(qū)域疲勞源、疲勞區(qū)、瞬斷區(qū)對材料的磨損，按機理可分為粘著磨損、磨粒磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、沖蝕磨損和微動磨損等形式。20?磨損幾階段劇烈磨損階段、穩(wěn)定磨損階段、磨合階段在典型金屬與陶瓷材料的蠕變曲線上，蠕變過程常由減速蠕變，恒速蠕變和加速蠕變?nèi)齻€階段組成。1.構件的剛度Q與材料的彈性模量E成正比，而與構件的橫截面積A成反比。（X）2?對機床的底座等構件，為保證機器的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，材料的彈性滯后環(huán)越大越好；而對彈簧片、鐘表等材料，要求材料的彈性滯后環(huán)越小越好。（V）3.Bauschinger效應是指經(jīng)過預先加載變形，然后再反向加載變形時材料的彈性極限升高的現(xiàn)象。（X）4?鑒于彎曲試驗的特點，彎曲試驗常用于鑄鐵、硬質(zhì)合金等韌性材料的性能測試。（X）5.在韌性材料的沖擊試樣斷口上，裂紋會在距缺口一定距離的試樣內(nèi)部萌生，而不是在缺口根部。（V）6?利用雙原子模型計算出的材料理論斷裂強度比實際值高出1?3個數(shù)量級，這是因為該計算模型不正確。（X）。7.材料的低周疲勞行為，常通過S-N曲線來表示。（X）8?奧氏體不銹鋼在硝酸鹽溶液溶液中容易發(fā)生應力腐蝕開裂。（X）9?晶粒與晶界兩者強度相等的溫度，稱為等強溫度。（V）10?應力松弛是指高溫服役的零件或材料在應力保持不變的條件下，其中的應變自行降低的現(xiàn)象。（X）1?金屬的彈性模量主要取決于什么？為什么說它是一個對結構不敏感的力學性能？金屬的彈性模量主要取決于金屬鍵的本性和原子間的結合力，而材料的成分和組織對它的影響不大，所以說它是一個對組織不敏感的性能指標，這是彈性模量在性能上的主要特點。改變材料的成分和組織會對材料的強度（如屈服強度、抗拉強度）有顯著影響，但對材料的剛度影響不大。2?影響屈服強度的因素？內(nèi)因：1）金屬本性和晶格類型（結合鍵、晶體結構）單晶的屈服強度從理論上說是使位錯開始運動的臨界切應力，其值與位錯運動所受到的阻力決定。2）晶粒大小和亞結構晶粒減小將增加位錯運動阻礙的數(shù)目，減小晶粒內(nèi)位錯塞積群的長度，使屈服強度降低（細晶強化）。3）溶質(zhì)元素加入溶質(zhì)原子可以提高屈服強度（固溶強化）。4）第二相（彌散強化，沉淀強化）不可變形第二相，位錯切過（產(chǎn)生界面能），使之與機體一起產(chǎn)生變形，提高了屈服強度。外因：1）溫度一般的規(guī)律是溫度升高，屈服強度降低。2）應變速率應變速率大，強度增加。3）應力狀態(tài)切應力分量越大，越有利于塑性變形，屈服強度越低。3.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？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，這種斷裂有一個緩慢的撕裂過程，在裂紋擴展過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，沒有明顯征兆，因而危害性很大4?繪出斷裂分析圖（FAD）,說明FAD圖的技術意義和用途，解釋圖中NDT、FTE和FTP的含義。［訂f-U/X［訂f-U/X——VV-V-V.DouO3-^1-21-4c<」5Q工jC<JOOmmc<H00mm嗣小〔曲|〉0f\m.\DTI3：H：-MHIH7V溫度代對低強度鋼板進行落錘試驗求得NDT溫度，可建立斷裂分析圖。如圖所示（FAD）技術意義：溫度降低，抗斷裂強度下降；裂紋尺寸增大，抗斷裂強度下降。它明確提供了低強度鋼構件在溫度、應力和缺陷（裂紋）聯(lián)合作用下脆性斷裂開始和終止的條件。用途：該圖是表示許用應力、缺陷（裂紋）和溫度之間關系的綜合圖，對低強度鋼構件防止脆斷設計和選材提供了一個有效方法；可分析斷裂事故，幫助積累防止脆性斷裂的經(jīng)驗。NDT：零塑性、或無塑性斷裂溫度；FTE：彈性斷裂轉(zhuǎn)變（/折）溫度（數(shù)值上=NDT+33°C）；FTP：出現(xiàn)100%纖維斷口的斷裂溫度（數(shù)值上=NDT+67°C），可理解為“塑性斷裂轉(zhuǎn)變溫度”。缺口靜拉伸、偏斜拉伸、靜彎拉伸。。。？缺口靜拉伸試驗主要用于比較淬火低中溫回火的各種高強度鋼缺口偏斜拉伸試驗就是在更苛刻的應力狀態(tài)和試驗條件下，來檢驗與對比不同材料或不同工藝所表現(xiàn)出的性能差異。缺口試樣的靜彎試驗則用來評定或比較結構鋼的缺口敏感度和裂紋敏感度。試說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)：宏觀上對于那些有低溫脆性現(xiàn)象的材料，它們的屈服強度會隨溫度的降低急劇增加，而斷裂強度隨溫度的降低而變化不大。當溫度降低到某一溫度時，屈服強度增大到高于斷裂強度時，在這個溫度以下材料的屈服強度比斷裂強度大，因此材料在受力時還未發(fā)生屈服便斷裂了，材料顯示脆性。影響因素：從微觀機制來看低溫脆性與位錯在晶體點陣中運動的阻力有關，當溫度降低時，位錯運動阻力增大，原子熱激活能力下降，因此材料屈服強度增加。試述低應力脆斷的原因及防止方法？低應力脆斷是由宏觀裂紋擴展引起的。由于裂紋破壞了材料的均勻連續(xù)性，改變了材料內(nèi)部應力狀態(tài)和應力分布。防止方法：控制構件的使用應力狀態(tài)和避免或盡量減少裂紋尺寸8?如何判斷某一零件的破壞是由應力腐蝕引起的？1）造成應力腐蝕破壞的是靜應力，遠低于材料的屈服強度，而且一舶是拉伸應力。2）應力腐蝕造成的破壞，是腕性斷裂，沒有明顯的塑性變形。3）只有在特定的合金成分與特定的介質(zhì)相組合時才會造成應力腐蝕。4）應力腐蝕的裂紋擴展速率一般在10-9一10-6m/s，有點象疲勞，是漸進緩慢的，這種亞臨界的擴展狀況一直達到某一臨界尺寸，使剩余下的斷面不能承受外載時，就突然發(fā)生斷裂。5）應力腐蝕的裂紋多起源于表面蝕坑處，而裂紋的傳播途徑常垂直于拉力軸。6）應力腐蝕破壞的斷口，其顏色灰暗，表面常有腐蝕產(chǎn)物，而疲勞斷口的表面，如果是新鮮斷口常常較光滑，有光澤。7）應力腐蝕的主裂紋擴展時常有分枝。但不要形成絕對化的概念，應力腐蝕裂紋并不總是分技的。8）應力腐蝕引起的斷裂可以是穿晶斷裂，也可以是晶間斷裂。如果是穿晶斷裂，其斷口是解理或準解理的，其裂紋有似人字形或羽毛狀的標記。9?如何識別氫脆與應力腐蝕？氫脆和應力腐蝕相比，其特點表現(xiàn)在：1）、實驗室中識別氫脆與應力腐蝕的一種辦法是，當施加一小的陽極電流，如使開裂加速，則為應力腐蝕；而當施加一小的陰極電流，使開裂加速者則為氫脆。2）、在強度較低的材料中，或者雖為高強度材料但受力不大，存在的殘余拉應力也較小這時其斷裂源都不在表面，而是在表面以下的某一深度，此處三向拉應力最大，氫濃集在這里造成斷裂。3）、斷裂的主裂紋沒有分枝的悄況.這和應力腐蝕的裂紋是截然不同的。4）、氦脆斷口上一般沒有腐蝕產(chǎn)物或者其量極微。5）、大多數(shù)的氫脆斷裂，都表現(xiàn)出對溫度和形變速率有強烈的依賴關系。氫脆只在一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)，出現(xiàn)氫脆的溫度區(qū)間決定于合金的化學成分和形變速率。10如何提高材料或零件的抗粘著磨損能力？1）注意一對摩擦副的配對。不要用淬硬鋼與軟鋼配對；不要用軟金屬與軟金屬配對。2）金屬間互溶程度越小，晶體結構不同，原子尺寸差別較大，形成化合物傾向較大的金屬，構成摩擦副時粘著磨損就較輕微。3）通過表面化學熱處理，如滲硫、硫氮共镕、磷化、軟氮化等熱處理工藝，使表面生成一化合物薄膜，或為硫化物，磷化物，含氮的化合物，使摩擦系數(shù)減小，起到減磨作用也減小粘著磨損。4）改善潤滑條件。11.在什么條件下發(fā)生微動磨損?如何減少微動磨損?微動磨損通常發(fā)生在一對緊配合的零件，在載荷和一定的振動頻率作用下，較長時間后會產(chǎn)生松動，這種松動只是微米級的相對滑動，而微小的相對滑動導致了接觸金屬間的粘著，隨后是粘看點的剪切，粘著物脫落。在大氣環(huán)境下這些脫落物被氧化成氧化物磨屑，由于兩摩擦表面的緊密配合，磨屑不易排出，這些磨屑起著磨料的作用，加速了微動磨損的過程。滾壓、噴九和表面化學熱處理都可因為表層產(chǎn)生壓應力，能有效地減少微動磨損。12?有一軸件平行軸向工作應力150MPa，使用中發(fā)現(xiàn)橫向疲勞脆性正斷，斷口分析表明有25mm深度的表面半橢圓疲勞區(qū)，根據(jù)裂紋a/c可以確定屮=1，測試材料的o02=720MPa，試估算材料的斷裂韌度K]C為多少？解：因為o/Oo2=150/720=0.208v0.7，所以裂紋斷裂韌度KIC不需要修正對于無限板的中心穿透裂紋，修正后的KI為：KIC=Yoa1/2對于表面半橢圓裂紋，IICccY=1.1（匚?=1.1所以，K[c=Yocac1/2=1.1<7x150'25x10-3=46.229（MPa*m1/2）答：該材料的斷裂韌度KIC為46.23MPa*m1/2

13?有一大型圓筒式容器由高強度鋼焊接而成，如圖所示。鋼板厚度t=5mm,圓筒內(nèi)徑D=1500mm；所用材料的o0.2=1800MPa,KIC=62MPa?ml/2。焊接后發(fā)現(xiàn)焊縫中有縱向半橢圓裂紋，尺寸為2c=6mm,a=0.9mm,試問該容器能否在p=6MPa的壓力下正常工作？解：o=pD/2t=6*1.5/(2*0.005)MPa=900MPa由于o/o0.2=900/1800=0.5,所以不需要對KI進行修正oc=(1/Y)*KIC/(aA0.5)Y=1.1(n人0.5)?，當a/c=0.9/3=0.3時，查附錄得：①=1.10，所以Y=nA0.5oc=[1/(n人0.5)]*[62/(0.0009A0.5)]=1166MPa顯然，oc>o，不會發(fā)生爆炸，可以正常工作14?有一筒式容器由高強鋼45CrNiMoV制成，厚度t=2.6mm，筒徑D=300mm。材料經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理后，力學性能o0.2=1510MPa，ob=1720MPa,6=8.2%，KIC=68MPa?m1/2。在水壓p=22.5MPa試驗時發(fā)生爆破，斷口如圖，左圖a為爆破斷裂全貌，右圖b是斷口裂源的電鏡放大斷口形貌。試用斷口分析和斷裂力學分析該容器的水爆斷裂。解：o=(pD/2t)=(22.5*0.3)/(2*0.0026)MPa=1298MPao/os=0.86，須修正。當a/c=0.74/2.7=.274時，0人2=1」65oc=1289MPa容器水壓應力o略高于脆斷應力oc，會發(fā)生脆性爆炸。15.有一大型板件，材料的o02=1200MPa，KT=115MPa*m1/2，探傷發(fā)現(xiàn)有20mm長的橫向穿透裂紋，若在平均軸向拉應力900MPa下工作，試計算KT及塑性區(qū)寬度R0,并判斷該件是否安全？_oj血_900J0?01兀zV1-0.177(o/o)2<1-_oj血_900J0?01兀zV1-0.177(o/o)2<1-0.177(0.75)2s_168?13(MPa*m1/2)1z、2塑性區(qū)寬度為:=37(m)=2.21(mm)比較K1與KTc:因為K=168.132MPa*m1/丿)K=115(MPa*m1/2)°1Tc所以：K1>KTc