材料力學(xué)性能

名詞解釋粘著磨損（咬合磨損）：因缺乏潤(rùn)滑油，摩擦副表面無(wú)氧化膜，且單位法向載荷很大，以致接觸應(yīng)力超過(guò)實(shí)際接觸點(diǎn)處屈服強(qiáng)度而產(chǎn)生的一種磨損。解理斷裂：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)值時(shí)，以極快速率沿一定的晶體學(xué)平面產(chǎn)生的穿晶斷裂。應(yīng)力腐蝕：金屬材料在拉應(yīng)力和特定化學(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。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合金，在試驗(yàn)溫度低于某一溫度時(shí)，會(huì)由韌性狀態(tài)變成脆性狀態(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機(jī)理由微孔聚集型變成穿晶解理型，斷口特征由纖維狀變成結(jié)晶狀。疲勞：金屬機(jī)構(gòu)或構(gòu)件在變動(dòng)應(yīng)力和應(yīng)變長(zhǎng)期作用下，由于累積損傷而引起的斷裂現(xiàn)象。應(yīng)力狀態(tài)軟系數(shù)：最大切應(yīng)力T與最大正應(yīng)力6的比值表示它們的相對(duì)大小，記為a。氫脆：由于氫和應(yīng)力的共同作用導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生脆性斷裂的現(xiàn)象。高周疲勞：金屬在循環(huán)載荷作用下，疲勞壽命為大于10次的疲勞斷裂。缺口效應(yīng)：由于缺口的存在，在靜載荷的作用下，缺口截面上的應(yīng)力狀態(tài)將發(fā)生變化，從而影響金屬材料的力學(xué)性能。磨粒磨損：當(dāng)摩擦副一方表面存在堅(jiān)硬的細(xì)微突起，或者在接觸面之間存在著硬質(zhì)粒子時(shí)所產(chǎn)生的一種磨損。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。疲勞裂紋門檻值：是疲勞裂紋不擴(kuò)展的的臨界值，表示材料阻止疲勞裂紋開始擴(kuò)展的性能，越大，阻止裂紋擴(kuò)展的能力越強(qiáng)，材料越好。穿晶斷裂：裂紋穿過(guò)晶粒內(nèi)部擴(kuò)展，既是宏觀塑性斷裂，也是宏觀脆性斷裂，包括純剪切和微孔聚合型斷裂。沖擊吸收功：指規(guī)定形狀和尺寸的試樣在沖擊試驗(yàn)力一次作用下折斷時(shí)所吸收的功。彈性變形：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，材料變形即可消失并完全恢復(fù)原來(lái)形狀的性質(zhì)稱為彈性。這種可恢復(fù)的變形稱為彈性變形。．解釋下列指標(biāo)的名稱和物理意義。中:（斷面收縮率）是試樣拉斷后，縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。6（屈服強(qiáng)度）：對(duì)于具有連續(xù)屈服特征或沒(méi)有明顯現(xiàn)象的材料，用規(guī)定微量塑性伸長(zhǎng)應(yīng)力表征材料對(duì)微量塑性變形的抗力。A:U形缺口沖擊試樣的沖擊吸收功。K:臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子，線彈性條件下以應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子表示的斷裂韌性。6（抗彎強(qiáng)度）：試樣彎曲至斷裂前達(dá)到的最大彎曲力，按彈性彎曲應(yīng)力公式計(jì)算最大彎曲應(yīng)力，是灰鑄鐵的重要力學(xué)指標(biāo)。NSR：（靜拉伸缺口敏感度）用缺口試樣的抗拉強(qiáng)度與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強(qiáng)度的比值表示。NSR越大，缺口的敏感性越小。K:應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子（應(yīng)力腐蝕門檻值）將試樣在特定化學(xué)介質(zhì)中不發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂的最大應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子。6:對(duì)稱彎曲疲勞極限試樣可以經(jīng)無(wú)限次應(yīng)力循環(huán)也不發(fā)生疲勞斷裂，故將對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為疲勞極限，記為6（對(duì)稱循環(huán)，r=-1）6：對(duì)稱拉壓疲勞極限FTE以低階能和高階能平均值對(duì)應(yīng)的溫度tk，記為FTEda/dn疲勞裂紋擴(kuò)展速率HRCobc抗壓強(qiáng)度6斷后伸長(zhǎng)率指金屬材料受外力作用斷裂時(shí)，試樣伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度與原來(lái)長(zhǎng)度的百分比。KIC臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子，線彈性條件下以應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子表示的斷裂韌度

6c:裂紋尖端臨界張開位移，在彈塑性狀態(tài)下以變形量表示的斷裂程度。三.填空、問(wèn)答題.描述循環(huán)載荷，常用的五個(gè)參量最大應(yīng)力，最小應(yīng)力，平均應(yīng)力，應(yīng)力半幅，應(yīng)力比.金屬材料常見的塑性變形方式:滑移、孿生.在扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中，塑性材料和脆性材料的斷裂面的形態(tài)①塑性材料的斷裂面與試樣軸線垂直，斷口平整，有回旋狀塑性變形痕跡由切應(yīng)力造成的切斷；②脆性材料的斷裂面與試樣軸線成45°角，呈螺旋狀，在正應(yīng)力作用下產(chǎn)生的正斷。.疲勞斷口的三個(gè)區(qū)域疲勞源（疲勞裂紋源區(qū)）、疲勞區(qū)（疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)）和瞬斷區(qū)三個(gè)部分組成.疲勞裂紋擴(kuò)展過(guò)程的幾個(gè)階段裂紋成核階段，微觀裂紋擴(kuò)展階段，宏觀裂紋擴(kuò)展階段，瞬時(shí)斷裂階段.AK值相同的材料的韌性行為Ak并不能代表試樣斷裂前吸收的總能量：①Ak試樣變形斷裂吸收的能量+試樣擲出功+機(jī)身振動(dòng)功+空氣阻力+....②Ak相同的材料,其韌性不一定相同③Ak相同材料,斷裂功不一定相同，斷裂功大小決定斷裂類型..金屬材料的拉伸力學(xué)性能，包括哪些強(qiáng)度指標(biāo)塑性指標(biāo)。屈服強(qiáng)度。0.2、抗拉強(qiáng)度。b、斷裂強(qiáng)度。k、斷后伸長(zhǎng)率6和斷面收縮率中.材料的彈性滯后環(huán)在不同工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。生產(chǎn)上為了降低機(jī)械噪聲，抑制高速機(jī)械的振動(dòng)，防止共振導(dǎo)致疲勞斷裂對(duì)有些機(jī)件應(yīng)選用循環(huán)韌性高的材料制造，以保證機(jī)器穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。如機(jī)床床身、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體等。但對(duì)儀表和精密機(jī)械在選用重要傳感元件的材料時(shí)，要求材料的滯彈性低，以保證儀表具有足夠的精度和靈敏度。樂(lè)器所用金屬材料的循環(huán)韌性越小，音質(zhì)越佳。.低溫脆性：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，這種現(xiàn)象稱為低溫脆性。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)度鋼低溫脆性明顯，而高強(qiáng)度的體心立方合金在很寬溫度范圍內(nèi)，沖擊吸收功均較低，故韌脆轉(zhuǎn)變不明顯。斷裂的分類①根據(jù)斷裂前塑性變形變形大小來(lái)分：韌性斷裂、脆性斷裂、②根據(jù)裂紋擴(kuò)展途徑：穿晶斷裂、沿晶斷裂③根據(jù)斷裂機(jī)理：純剪切斷裂、微孔聚集性斷裂、解理斷裂、④根據(jù)取向分類：正斷、切斷應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)最大切應(yīng)力Tmax與最大正壓力。max的比值表示他們的相對(duì)大小。稱為應(yīng)力狀態(tài)軟系數(shù)，記為a.a值越大的試驗(yàn)方法試樣中最大切應(yīng)力分量越大,表示應(yīng)力狀態(tài)越“軟”。金屬越易于產(chǎn)生塑性變形和韌性斷裂。反之，a值越小的試驗(yàn)方法試樣中最大正應(yīng)力分量越大。應(yīng)力狀態(tài)越“硬”。金屬越不易產(chǎn)生塑性變形而易于產(chǎn)生脆性斷裂。不同材料，選擇合適的硬度試驗(yàn)方法：a）軸承合金：布氏硬度 b）高速鋼刀具：HRCc）鑒別鋼中隱晶馬氏體和殘留奧氏體:顯微硬度d）淬火鋼:HRCe）滲氮層:表面HRAf）電化學(xué)鍍層:表面洛氏g）銅合金薄板:汞面洛氏h）退火低碳鋼:洛氏HRB布氏防止應(yīng)力腐蝕的措施。①合理選擇金屬材料：針對(duì)機(jī)件所受的應(yīng)力和接觸的化學(xué)介質(zhì)，選用耐應(yīng)力腐蝕的金屬材料，此外在選材時(shí)還應(yīng)盡可能選用KISCC較高的合金，以提高機(jī)件抗應(yīng)力腐蝕能力。②減少或消除機(jī)件中的殘余拉應(yīng)力：殘余拉應(yīng)力時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的重要原因，主要是由于金屬機(jī)件的設(shè)計(jì)和加工工藝不合理產(chǎn)生的。因此應(yīng)盡量減少機(jī)件上的應(yīng)力集中效應(yīng)，加熱和冷卻要均勻，必要時(shí)可采用退火工藝以消除應(yīng)力。若能采用噴丸或其他表面處理方法使機(jī)件表層中產(chǎn)生一定的殘余應(yīng)力，則更有效。③改善化學(xué)介質(zhì)：一方面設(shè)法減少和消除促進(jìn)應(yīng)力的腐蝕開裂的有害化學(xué)離子；另一方面，也可在化學(xué)介質(zhì)中添加緩蝕劑。④采用電化學(xué)保護(hù):采用外加電位的方法使金屬在化學(xué)介質(zhì)中的電位遠(yuǎn)離應(yīng)力腐蝕敏感電位區(qū)域，也是防止應(yīng)力腐蝕的一種措施。一般采用陰極保護(hù)法，但高強(qiáng)度鋼或其他氫脆敏感材料，不能采用陰極保護(hù)法。決定金屬屈服強(qiáng)度的因素有哪些？強(qiáng)化金屬的主要途徑。（1）內(nèi)在因素金屬本性及晶格類型：主滑移面中位錯(cuò)的密度增加派納力也增加，所以屈服強(qiáng)度也隨之提高晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)：減小品粒尺寸將增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)障礙的數(shù)目，減小晶粒內(nèi)部位錯(cuò)塞積群的長(zhǎng)度，屈服強(qiáng)度提高。溶質(zhì)元素：在固溶合金中，由于溶質(zhì)原子和溶劑原子直徑不同，在溶質(zhì)原子周圍形成了晶格畸變應(yīng)力場(chǎng)，該應(yīng)力場(chǎng)和錯(cuò)位應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生交互作用，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻礙，從而使屈服強(qiáng)度提高。第二相：位錯(cuò)線只能繞過(guò)不可變形的第二相質(zhì)點(diǎn)。隨著線過(guò)質(zhì)點(diǎn)的位錯(cuò)數(shù)量增加，留下位錯(cuò)環(huán)增多，相當(dāng)于質(zhì)點(diǎn)的間距減小，流變應(yīng)力增大；對(duì)于可變形第二相質(zhì)點(diǎn)位錯(cuò)可切過(guò)，使之同基體一起產(chǎn)生形變，由此提高屈服強(qiáng)度。（2）外在因素：溫度、應(yīng)變速率、應(yīng)力狀態(tài)K和A的異同相同點(diǎn)：化學(xué)成分對(duì)KIC的影響規(guī)律基本上和對(duì)AKV的影響相似不同點(diǎn)：①應(yīng)力集中程度不同，KIC高，AKV低；②決定斷裂方式的組織因素不同，前者是易粒尺寸，后者是夾雜物粒子間的平均間距；③能量分布不同，前者是用于裂紋擴(kuò)展，后者是裂紋萌生與擴(kuò)展。三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，K的測(cè)試方法和對(duì)試樣的要求。①要求：測(cè)定KIC時(shí)用的試樣尺寸，必須保證裂紋尖端附近處于平面應(yīng)變和小范圍屈服狀態(tài)②方法：在試驗(yàn)機(jī)壓頭上裝有載荷傳感器，以測(cè)量載荷下的大??；在試樣缺口兩側(cè)接夾式引伸儀，以測(cè)量裂紋嘴張開位移V；載荷信號(hào)及裂紋嘴張開位移信號(hào)經(jīng)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀放大后，傳到X-Y函數(shù)記錄儀中；在加載過(guò)程中X-Y函數(shù)記錄儀可連續(xù)描繪F-V曲線根據(jù)F-V曲線可間接確定條件裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展載荷FQ試樣壓斷后，用工具顯微鏡測(cè)量試樣斷口的裂紋長(zhǎng)度a影響材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度的因素①晶體結(jié)構(gòu)：體心立方金屬及其合金存在低溫脆性②化學(xué)成分：間隙溶質(zhì)元素溶入鐵素體基中，偏聚于位錯(cuò)線附近，阻礙于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，故。s升高，鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高③顯微組織：細(xì)化晶粒使材料韌性增加減小亞晶和胞狀結(jié)構(gòu)尺寸也能提高材料韌性疲勞斷裂的特點(diǎn)及改善零件疲勞強(qiáng)度的措施特點(diǎn)：（1）疲勞是低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂，即具有壽命的斷裂（2）疲勞是脆性斷裂（3）疲勞對(duì)缺陷十分敏感應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生的條件及陽(yáng)極溶解理論產(chǎn)生條件：應(yīng)力，化學(xué)介質(zhì)，金屬材料。陽(yáng)極溶解理論：對(duì)應(yīng)力腐蝕敏感的合金在特定的化學(xué)介質(zhì)下中，首先在表面形成一層鈍化膜，使金屬不致進(jìn)一步受到腐蝕，即處于鈍化狀態(tài)，因此，在沒(méi)有拉應(yīng)力作用下，金屬不會(huì)發(fā)生腐蝕破壞。若有拉應(yīng)力的作用，則可使裂紋尖端地區(qū)產(chǎn)生局部塑形變形，滑移臺(tái)階在表面露頭時(shí)鈍化膜破裂，顯露出新的表面。這新鮮表面在電解質(zhì)溶液中成為陽(yáng)極，而其余具有鈍化膜的金屬表面便成為陰極，，從而形成腐蝕微電池。陽(yáng)極金屬變成正離子進(jìn)入電解質(zhì)中而產(chǎn)生陽(yáng)極溶解，于是在金屬表面形成蝕抗。拉應(yīng)力除促使裂紋尖端地區(qū)鈍化膜破壞外，更主要的是再蝕抗或原有裂紋的尖端形成應(yīng)力集中，使陽(yáng)極電位降低，加速陽(yáng)極金屬的溶解。提高粘著磨損抗力的措施(1)首先要注意摩擦副配對(duì)材料的選擇①配對(duì)材料的粘著傾向應(yīng)比較??；②選用表面易形成化合物的材料配對(duì)③金屬與非金屬材料配對(duì);④選用淬硬鋼或淬硬鋼與灰鑄鐵配對(duì)(2)采用表面化學(xué)熱處理改變材料表面狀態(tài),可有效的減輕粘著磨損(3)控制摩擦滑動(dòng)速度和接觸壓應(yīng)力,可使粘著摩擦大為減輕。機(jī)件的磨損過(guò)程的三個(gè)階段(1)跑合階段(磨合階段)無(wú)論摩擦副雙方硬度如何，摩擦表面逐漸被磨平，實(shí)際接觸面積增大，磨損速率減小(2)穩(wěn)定磨損階段：通常根據(jù)這一階段的時(shí)間、磨損速率或磨損量來(lái)評(píng)定不同材料或不同工藝的耐磨性。(3)劇烈磨損階段:隨工作時(shí)間增加，摩擦副接觸表面之間的間隙增大，機(jī)體表面質(zhì)量下降，潤(rùn)滑膜破壞，磨損加劇。拉伸宏觀斷口特征三要素纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇區(qū)影響疲勞強(qiáng)度的因素(1)表面狀態(tài)的影響：應(yīng)力集中、表面粗糙度(2)殘余應(yīng)力及表面強(qiáng)化的影響：表面噴丸及滾壓、表面熱處理及化學(xué)熱處理(3)材料成分及組織的影響:合金成分、顯微組織、非金屬夾雜物及冶金缺陷疲勞按照應(yīng)力狀態(tài)和按照壽命及應(yīng)力高低的分類按應(yīng)力狀態(tài)不同可分為：彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞、拉壓疲勞及復(fù)合疲勞；按壽命和應(yīng)力高低不同可分為：高周疲勞和低周疲勞。測(cè)定K用恒載荷法或恒位移法。其中以恒載荷的懸臂梁彎曲試驗(yàn)法最常見。試樣尺寸，必須保證裂紋尖端附近處于平面應(yīng)變和小范圍屈服狀態(tài)比較光滑試樣軸向拉伸、缺口試樣軸向拉伸和偏斜拉伸的特點(diǎn)①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