力学性能复习.doc

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1、解释下列名词第一章1、弹性比功：又称为弹性比能、应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的能力。2、滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象。3、循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性。4、包申格效应：先加载致少量塑变，卸载，然后在再次加载时，出现e升高或降低的现象。5、解理刻面：大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。6、塑性、脆性和韧性：塑性是指材料在断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。韧性：指材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力，或指材料抵抗裂纹扩展的能力7、解理台阶：高度不同的相互平行的解理平面之间出现的台阶叫解理台阶

2、；8、河流花样：当一些小的台阶汇聚为在的台阶时，其表现为河流状花样。9、解理面：晶体在外力作用下严格沿着一定晶体学平面破裂，这些平面称为解理面。10、穿晶断裂和沿晶断裂：沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，一定是脆断，且较为严重，为最低级。穿晶断裂裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可能是脆性断裂。11、韧脆转变：指金属材料的脆性和韧性是金属材料在不同条件下表现的力学行为或力学状态，在一定条件下，它们是可以互相转化的，这样的转化称为韧脆转变。12、形变强化：指材料在外力作用下发生塑性变形后，如欲继续增加其塑性变形量，所需外力也必须增加的现象。表征材料在发生塑性变形后强度提高。13、屈服极限：表征在外力作用下

3、材料不发生明显塑性变形的最大抗力。14、解理断裂：指裂纹沿着特定的晶体学平面分离的断裂方式。断口平整、光亮，由许多相当于晶粒尺寸大小的小的解理平面组成，微观表现为解理台阶或河流状花样。断裂前没有明显的塑性变形，是典型的脆性断裂方式。15、脆性断裂：指断裂前没有明显的塑性变形的断裂方式，一般以5%的变形量作为区分塑性断裂的标准。断口平整、光亮，呈放射状，或有闪烁状光泽而呈结晶状。16、塑性断裂（韧性断裂）：指断裂前产生明显塑性变形的断裂方式，一般以塑性变形量5%而作为区分塑性断裂的标准。断口粗糙、暗灰色，呈纤维状。第二章（1）应力状态软性系数：表征最大切应力与的比值。（2）缺口效应：由于缺口的存

4、在，在静载作用下，缺口截面上的应力状态将发生变化，这称为“缺口效应”。（3）缺口敏感度：表征缺口试样的抗拉强度与光滑试样的抗拉强度的比值。（4）布氏硬度：用一定直径的钢球或硬质合金球，以规定的试验力（F）压入式样表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径（L）。布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商。以HBS（钢球）表示，单位为N/mm2(MPa)。其计算公式为： 式中：F-压入金属试样表面的试验力，N； D-试验用钢球直径，mm； d-压痕平均直径，mm。 （5）洛氏硬度：在规定的外加载荷下，将钢球或金刚石压头垂直压入试件表面，产生压痕，测试压痕深度，利用洛氏硬度计算公

5、式HR=（K-H)/C便可计算出洛氏硬度。简单说就是压痕越浅，HR值越大，材料硬度越高。（6）维氏硬度：是根据压痕单位面积所承受的试验力计算硬度值。所采用的压头是两相对面间夹角为136的金刚石四棱锥体，压头的试验力作用下将试样表面压出一个四方锥形的压痕，经一定保持时间后担卸除试验力，测量压痕对角线平均长度d，用以计算压痕表面积。维氏硬度的值为试验力除以压痕表面积A所得的商。第三章（1）冲击韧度：批材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。（2）冲击吸引功：然后将具有一定质量m的摆锤兴到一定高度H1，使其获得一定位能mgH1。释放摆锤冲断试样，摆锤的剩余能量为mgH2，则摆锤冲断试样失去

6、的位能mgH1mgH2，即为试样变形和断裂所消耗的功，称为冲击吸收功，以Ak表示，单位为J。（3）低温脆性：体心立方晶体金属及合金或某些密排六方晶体金属及其合金，特别是工程上常用的中、低强度结构（铁素体珠光体钢），在试验温度低于某一温度tk时，会由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚焦型变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。（4）韧脆转变温度：上述低温脆性中的tk称为韧脆转变温度。（5）韧性温度储备：指材料的使用温度和材料韧脆转变温度之间的差值。第四章（1）低应力脆断：当容器或构件采用强度高而韧性差的材料时，在应力水平不高，甚至低于材料屈服极限的情况下

7、所发生的突然断裂现象称为低应力脆断。（2）张开型（1型）裂纹：拉应力垂直作用于裂纹扩展面，裂纹沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展的裂纹称为张开型（1型）裂纹。（3）应力场和应变场：指在工件上应力分布或应变分布的情况。（4）应力强度因子K1：表征应力场的强弱程度。（5）小范围屈服：指在裂纹尖端一定范围内发生的屈服的现象。（6）塑性区：指在裂纹尖端一定范围内发生塑性变形区域。（7）有效屈服应力：（8）有效裂纹长度：（9）裂纹扩展K判断：（10）裂纹扩展能量释放率G1：把裂纹单位面积时系统释放势能的数值称为裂纹扩展能量释放率G1。（11）裂纹扩展G判断；（12）J积分：J积分的断裂判据就是G判据的延伸，

8、或者是更广义地将线弹性条件下的G延伸到弹塑性断裂时的J，J的表达式或定义类似于G。（13）J积分的守恒性：小应变条件下，J积分JI与积分路径无关。即：积分回路很小时，其包围区域可仅为裂纹尖端，此时J积分仅描述了裂纹尖端聚集的能量，也即该裂纹尖端的应力应变的集中程度，可表征该裂纹的扩展能力，即JI也可看成裂纹扩展的动力；积分回路很大时，积分回路可扩展至裂纹尖端屈服区之外而进入完全的线弹性变形区，此时可在完全的线弹性状态下求解该J积分，解决弹塑性变形条件下的裂纹扩展问题。第五章（1）应力范围：在循环应力作用下，最大应力与最小应力之间的差值。（2）应变范围：在循环应力作用下，最大应变与最小应变之间的

9、差值。（3）应力幅a:在循环应力作用下，最大应力与最小应力之间的差值的一半。（4）应力幅（t/2，e/2, p/2）：（5）平均应力m：在循环应力作用下，最大应力与最小应力之间的和的一半。（6）应力比r：在循环应力作用下，最小应力与最大应力之间的比值。（7）疲劳源：是疲劳裂纹萌生的策源地，在断口上，疲劳源一般在机件表面，常和缺口、裂纹、刀痕、蚀坑等缺陷相连，因为这里的应力集中会引发疲劳裂纹。（8）疲劳贝纹线：由载荷变动引起的，如机器运转时的开动和停歇，偶然过载引起的载荷变动，使裂纹前沿线留下了弧状台阶痕迹。（9）疲劳条带；是疲劳亚稳扩展的断口特征,它是具有略呈弯曲并相互平行的沟槽花样。（10）

10、驻留滑移带：在疲劳多次循环后抛光，可发现该滑移带会因已经相当深入而未被抛掉，将成为嵌入材料表面的微小裂纹源，该滑移带被称为“驻留滑移带”。（11）挤出脊和侵入沟；（12）K：疲劳的应力强度因子范围。（13）da/dN：每循环一次扩展的距离，称为疲劳裂纹扩展速率。（14）疲劳寿命：（15）过渡寿命；（16）热疲劳：是由于温度周期变化引起零件或构件的自由膨胀和收缩，而又因这种膨胀和收缩受到约束，产生了交变热应力，由这种交变热应力引起的破坏。（17）过载损伤:由金属机件偶然经受短期过载，造成疲劳寿命或疲劳极限减小的现象。第六章（1）应力腐蚀：金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产

11、生的低应力脆断现象，则称为应力腐蚀。（2）氢蚀：由于氢与金属中的第二相作用生成高压气体，使基体金属晶界结合力减弱而导致金属脆化的现象。（3）白点：当钢中含有过量的氢时，随温度的降低，氢在钢中的溶解度逐渐减小，如果过饱和的未扩散逸出，便聚集在某些缺陷处形成氢分子。此时氢的体积发生急剧膨胀，内压力很大足以将金属局部撕裂，而形成微裂纹。这种微裂纹的断面呈圆形和椭圆形，颜色呈银白色，故称为白点。（4）氢化物致脆：对于B或B族金属（如纯钛、-钛合金、钒、锆、铌及合金），由于它们与氢有较大的亲和力，极易生成氢化物，使金属脆化。这种脆化称为氢化物致脆。（5）氢致延滞断裂：高强度钢或+钛合金中，含有适量的处于

12、固溶状态的氢（原来存在的或从环境介质中吸收的），在低于屈服强度的应力持续作用下，经过一段孕育期后，在金属内部，特别是在三向拉应力区形成裂纹，裂纹逐步扩展，最后突然发生脆性断裂。这种由于氢的作用而产生的延滞断裂现象称为氢致延滞断裂。第七章（1）磨损：机械表面相接触并作相对运动时，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使表面材料逐渐损失、造成表面损伤的现象。（2）粘着：实际上就是原子间的键合作用。（3）磨屑：松散的尺寸与形状均不相同的碎屑。（4）跑合：在稳定磨损阶段前，摩擦副双方表面逐渐被磨平，实际接触面积增大的过程。（5）咬死：在粘着磨损的过程中，常在较软一方本体内产生剪断，其碎片则转较硬一方的表

13、面上，软方金属在硬方表面逐步积累最终使不同金属的摩擦副滑动成为相同金属间的滑动，故磨损量较大，表面较粗糙，发生卡死的现象。（6）犁皱：韧性金属材料在磨粒磨损后表面的形貌。（7）耐磨性：材料抵抗磨损的性能。（8）接触疲劳：机件两接触而作滚动或滚动加滑动摩擦时，在交变接触压应力长期作用下，材料表面因疲劳损伤，导致局部区域产生小片或小块状金属剥落而使物质损失的现象，又称表面疲劳磨损或疲劳磨损。第八章（1）等强温度：晶粒与晶界两者强度相等的温度。（2）约比温度：表征试验温度与金属熔点之间的比值。（3）蠕变：金属在长时间的恒温、恒载作用下缓慢产生塑性变形的现象。（4）稳态蠕变：蠕变速度几乎保持不变的现象

14、。（5）扩散蠕变：在高温条件下，大量原子和空位定向移动造成的蠕变现象。（6）持久伸长率：在高温持久试验后，试样断裂后的伸长率。（7）蠕变脆性：材料在高温下发生蠕变后，塑性下降的现象；（8）松弛稳定性：金属材料抵抗应力松弛的性能。名词综合：解理断裂；形变硬化；冷脆转变；应力柔性系数；缺口效应；平面应变；过载持久值；过载损伤界；疲劳辉纹；等效裂纹长度；裂纹尖端应力场强度因子；低温脆性；应力腐蚀；粘着磨损；切削磨损；磨粒磨损；高温蠕变。1决定金属屈服强度的因素有哪些？答：影响金属屈服强度的因素分为内在因素和外在因素。内在因素有金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相粒子；外在因素有温度

15、、应变速率和应力状态。2试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前期丁不发生塑性变形，没有明显征兆，因此脆性断裂在生产中是很危险的。剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂？为什么断裂的性质完全不同？答：剪切断裂是金属材料在切应力作用下，沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂，其中又分滑断（纯剪切断裂）和微孔聚集型断裂。纯金属尤其是单晶体金属常产生纯剪切断裂，其断口呈锋利的楔形或刀尖型。而解理断裂是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，

16、以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂。3在什么情况下易出现沿晶断裂？怎样才能减小沿晶断裂的倾向？答：当晶界上有一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏了晶界的连续所造成，也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的，如应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹等都是沿晶断裂。要减小沿晶断裂的倾向，则要求防止应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹等出现。4何为拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？答：拉伸断口的三要素：纤维区、放射区和剪切唇；影响宏观拉伸断口性态的因素有试样的形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和腕力状态不同而变化。5通常纯铁的s2J,E=2*105MP

17、a,a0=2.51010m，试求其理论断裂强度m 。解：由题意可得： 6有哪些因素决定韧性断口的宏观形貌？答：韧性断口的宏观形貌决定于第二相质点的大小和密度、基体材料的塑性变形能力和应变硬化指数，以及外加应力的大小和状态等。7何谓塑性变形塑性变形是指材料在外力作用下发生的永久性的、随外力撤去后而保留下来的不会消失的变形。有如下特点：低应力下产生（远低于理论强度）；具有形变强化效果：应变量与应力保持增函数关系；变形的不均匀性：表现在各晶粒的内部、各晶粒之间的变形量的不均匀性和不同时性，但随变形量的增加，该不均匀性的表现减弱；应力应变间不再保持直线关系，在撤去外力后不能完全恢复为零，有残余变形余留

18、；塑性变形同时伴有弹性变形产生，其相对应的弹性变形的大小为撤去外力后消失的那部分变形量，保留下来的残余变形量作为相应的塑性变形量。塑性变形一般以滑移、孪生方式为主。8试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转实验的特点和应用范围。答：单向拉伸的应力状态系数=0.5，说明应力状态较硬，故一般适用于那些塑性变形抗力与切断强度较低的塑性材料试验；单向压缩试验的应力状态软性系数=2，比拉伸、扭转、弯曲的应力状态都软，主要用于拉伸时呈脆性的金属材料力学性能测定，以显示这类材料在塑性状态下的力学行为；弯曲试验试样形状简单、操作方便，试样表面应力最大，可较灵敏地反映材料表面缺陷，弯曲试验主要用于测试铸铁、铸造合金

19、、工具钢及硬质合金等脆性与低塑性材料的强度和显示塑性的差别，还用来比较和鉴别渗碳层和表面淬火层等表面热处理机件的质量和性能。扭转的应力状态软性系数=0.8，比拉伸时的大，易于显示金属的塑性行为；能实现大塑性变形量下的试验；能较敏感地反映出金属表面缺陷及表面硬化层的性能；可以测定这些材料切断强度；主要适用于热扭转来研究金属在热加工条件下的流变性能与断裂性能，评定材料的热压力加工性，并确定适当的工艺，还可用来研究工作热处理的表面质量和各种表面强化训练工艺的效果。可以根据扭转断口宏观特征来判断承受扭矩而断裂的机件的性能。9缺口试样拉伸时应力分布有何特点？答：当缺口试样拉伸，处于弹性状态下时，缺口截面

20、上的应力分布是不均匀的，轴向应力在缺口根部最大。随着离开根部距离的增大，不断下降，即在缺口根部产生应力集中。并且在缺口根部内侧还出现了横向拉应力，它是由于材料横向收缩引起的，自缺口根部向内部发展，收缩变形阻力增大，因此逐渐增加。当增大到一定数值后，随着的不断减小，也随之下降。基试样处于塑性状态下时，在存在缺口的条件下会出现三向应力状态，并产生应力集中，试样的屈服应力比单向拉伸时高，产生所谓“缺口强化”现象。10今有如下零件和材料等需测定硬度，试说明选用何种硬度实验方法为宜。（1）渗碳层的硬度分布：用维氏硬度；（2）淬火钢：用洛氏硬度；（3）灰铸钢：用布氏硬度；（4）鉴别钢中的隐晶马氏体与残余奥

21、氏体：用维氏硬度；（5）仪表小黄铜齿轮：用维氏硬度；（6）龙门刨床导轨：用肖氏硬度和里氏硬度；（7）渗氮层：用维氏硬度和努氏硬度；（8）高速钢刀具：用维氏硬度；（9）硬质合金：用洛氏硬度；11试说明低温脆性的物理本质及其影响因素。答：低温度脆性是材料屈服强度随温度降低急剧增加（对体心立方金属，是派拉力起主要作用所致（详细见第一章有关内容）。其影响因素有：晶体结构；化学成分；显微组织；12说明下列断裂韧度指标的意义及相互关系：（1）K1C和KC：表征KI增大达到临界值时，也就是在裂纹尖端足够大的范围内应力达到了材料的断裂强度，裂纹便失稳扩展而导致材料断裂。（2）G1C；表示材料阻止裂纹失稳扩展时

22、单位面积所消耗的能量。（3）J1C；表示材料抵抗裂纹开始扩展的能力。（4）C：表示材料阻止裂纹开始扩展的能力。13有一大型板件，材料的0.2=1200MPa，K1C.=115MPa.m1/2，探伤发现有20mm长的横向穿透裂纹，若在平均轴向拉应力900MPa下工作，试算K及塑性区的宽度R0，并判断该件是否安全？解：由题意可知：0.2=1200MPa，K1C.=115MPa.m1/2，2a=20mm，MPa由，必须考虑塑性区修正问题。由于裂纹可以看成是无限大板穿透裂纹，故裂纹的形状系数Y=。便得到K修正值： MPa.m1/2由于KK1C，所以该件不安全。14有一轴件平均轴向工作应力150MPa，

23、使用中发生横向疲劳脆性正断，断口分析表明有25mm深的表面半椭圆疲劳区，根据裂纹a/c可以确定1,测试材料的0.2=720MPa,试估算材料的断裂韧度Kc是多少？解：由题意可得：0.2=720MPa，1，150MPa,a=25mm,那么有：，不须考虑塑性区的修正问题。 MPa.m1/2由于轴件发生了断裂，则有K1K1C,所以材料的断裂韧度Kc小于81.96 MPa.m1/2.15有一构件制造时，出现表面半椭圆裂纹，若a=1mm，在工作应力1000 MPa下工作，应该选什么材料的0.2与Kc配合比较合适？构件材料经不同热处理后，其0.2与Kc的变化列于下表。0.21100120013001400

24、1500K1C.11095756055解：由题意和表格可得： a=1mm，1000 MPa，那么有：对于第一种工艺：由于，必须考虑塑性区修正问题。由于裂纹可以看成半椭圆裂纹，设a/c0.6,查表可知1.28,故裂纹的形状系数Y=。便得到K修正值：根据此式，可求得断裂应力c的计算式为：MPac1,此工艺满足要求。同理：其它几种工艺可用同样方法分别求出c2,c3,c4,c5 对第二种工艺来说：由于，必须考虑塑性区修正问题。由于裂纹可以看成半椭圆裂纹，设a/c0.6,查表可知1.28,故裂纹的形状系数Y=。便得到K修正值：根据此式，可求得断裂应力c的计算式为：MPac2,此工艺满足要求。对于第三种工

25、艺：由于，必须考虑塑性区修正问题。由于裂纹可以看成半椭圆裂纹，设a/c0.6,查表可知1.28,故裂纹的形状系数Y=。便得到K修正值：根据此式，可求得断裂应力c的计算式为：MPac3,此工艺满足要求。对于第四种工艺：由于，必须考虑塑性区修正问题。由于裂纹可以看成半椭圆裂纹，设a/c0.6,查表可知1.28,故裂纹的形状系数Y=。便得到K修正值：根据此式，可求得断裂应力c的计算式为：MPac4,此工艺满足要求。对于第五种工艺：由于，不必考虑塑性区修正问题。由于裂纹可以看成半椭圆裂纹，设a/c0.6,查表可知1.28,故裂纹的形状系数Y=。便得到断裂应力c的计算式为：MPac5,此工艺满足要求。1

26、6解释下列疲劳性能指标的意义（1）疲劳强度-1，-1p, -1,-1p；-1：表征对称弯曲疲劳极限；-1p：表征对称拉压疲劳极限；-1： 表征对称扭转疲劳极限；-1N；表征缺口试样的疲劳极限；（2）疲劳疲劳缺口敏感度qf：表征金属材料在交变载荷作用下的缺口敏感性；（3）过载损伤界：材料在过载应力下工作一定周次后，会造成过载疲劳损伤，而低于某一周次的预先过载对其后进行的疲劳寿命没有影响，该最低循环周次的轨迹叫过载损伤界。（4）疲劳门槛值Kth：疲劳裂纹不扩展的K临界值。17试述金属疲劳断裂的特点答：l 疲劳断裂是低应力循环延时断裂；l 疲劳断裂是脆性断裂；l 疲劳断裂对缺陷十分敏感；18试述疲劳

27、宏观断口的特征及其形成过程。答：从疲劳的宏观断口的来看，有三个形貌不同的区域：疲劳源、疲劳区及瞬断区。疲劳源是疲劳裂纹萌生的策源地，在断口上，疲劳源一般在机件表面，常和缺口、裂纹、刀痕、蚀坑等缺陷相连，因为这里的应力集中会引发疲劳裂纹。疲劳区是疲劳裂纹亚稳扩展所形成的断口区域，该区是判断疲劳断裂的重要证据。瞬断区是裂纹最后失稳快速扩展所形成的断口区域。19试述疲劳曲线（S-N）及疲劳极限的测试方法。答：疲劳曲线（S-N）通常是用旋转弯曲疲劳试验测定的，用四点弯曲试验机，这种试验机结构简单，操作方面，能够实现对称循环和恒应力幅的要求，因此比较广泛。试验时，用升降法测定条件疲劳极限，用成组试验测定

28、高应力部分，然后将上述两试验数据整理，并拟合成疲劳曲线，再测得疲劳极限。20试述疲劳图的意义、建立及用途。答：疲劳图是各种循环疲劳极限的集合图，也是疲劳曲线的另一种表达形式。根据平均应力对疲劳极限r的影响规律建立疲劳图。建立好疲劳图后，只要我们知道应力比r之后，可以根据疲劳图，得到相应的疲劳极限。21试述疲劳裂纹的形成机理及阻止疲劳裂纹萌生的一般方法。答:宏观疲劳裂纹是由微观裂纹的形成、长大及连接而成的。疲劳微观裂纹都是由不均匀的局部滑移和显微开裂引起的，主要有表面滑移开裂，第二相、夹夹杂物或其界面开裂；晶界或亚晶界开裂等。阻止疲劳裂纹萌生方法有：细晶强化、固溶强化，降低第二相和夹杂物的脆性，

29、提高相界面强度，控制第二相或夹杂物的数量、形态、大小和分布，使晶界强化，净化均能抑制晶界裂纹形成，提高疲劳强度。22试述影响疲劳裂纹扩展速率的主要因素，并和疲劳裂纹萌生的影响因素进行对比分析。 答：影响疲劳裂纹扩展速率的因素有：应力比r（或平均应力m）、过载峰、材料的组织；而影响疲劳裂纹萌生因素有：表面滑移开裂，第二相、夹夹杂物或其界面开裂；晶界或亚晶界开裂等。从两者来看，疲劳裂纹的产生的主要影响因素是由于材料内部缺陷所引起的，而与外载几乎没有关系。23试述疲劳微观断口的主要特征及其形成模型。答：疲劳微观断口的主要特征是具有疲劳条带；疲劳条带形成的原因中，比较公认是塑性钝化模型，也称为Lair

30、d疲劳裂纹扩展模型，在交变应力为零时裂纹闭合，这是在开始一循环周次时的原始状态。当拉应力增加，裂纹张开，在裂纹尖端沿最大切应力方向产生滑移。随着拉应力继续增加到最大值时裂纹张开至最大，塑性变形的范围也随之扩大，即表示裂纹尖端的塑性变形范围。由于塑性变形的结果裂纹尖端的应力集中减小，裂纹尖端钝化：理想状态是假定裂纹尖端张开呈半圆形，这时裂纹便停止扩展。当应力变为压缩应力时，滑移方向也改变了，裂纹表面渐被压缩，到压应力为最大值时，裂纹便完全闭合，又恢复到原始状态，（具体见有关书籍）。这样反复循环，便留下了疲劳条带。24试述疲劳裂纹扩展寿命和剩余寿命的估算方法及步骤。答：通过疲劳裂纹扩展速率表达式，

31、用积分方法算出疲劳裂纹扩展寿命和疲劳剩余寿命；具体步骤如下：计算KI，再计算裂纹临界尺寸ac，最后根据有关公式估算疲劳寿命（详见书本上例题）25试述-1与Kth的异同及各种强化方法影响的异同。答：-1：指当循环应力水平降低到-1以下时，试样可以经无限次应力循环也不发生疲劳断裂，它是光滑试样的无限寿命疲劳强度；Kth表示材料阻止裂纹开始扩展的性能，是材料的力学性能指标，其值越大，阻止疲劳裂纹开始扩展的能力就越大，材料就越好，是裂纹试样的无限寿命疲劳性能，适于裂纹件的设计和校核。26试述金属表面强化对疲劳强度的影响。答：金属表面强化处理可在机件表面产生有利的残余应力，同时还以提高机件表面的强度和硬

32、度，这两种作用都能提高疲劳强度（具体见有关书籍）。27试述金属循环硬化和循环软化现象及产生条件。答：金属材料在恒定应变范围循环作用下，随循环周次增加其应力（形变抗力）不断增加，即称为循环硬化；循环软化指金属材料在恒定应变范围循环作用下，随循环周次增加其应力（形变抗力）不断减小；要产生循环硬化和循环软化取决于材料的初始状态、结构特性以及应变幅和温度，还与位错的运动有关。28正火上浇油45钢的b=610MPa, -1=300MPa，试用Goodman公式绘制max(min)-m 疲劳图，并确定-0.5、0和0.5等疲劳极限。29试述金属产生应力腐蚀的条件及机理。答：金属产生应力腐蚀的条件是应力、化

33、学介质和金属材料。 金属产生应力腐蚀产生的机理：主要介绍以阳极溶解为基础的钝化膜破坏理论。对应力腐蚀敏感的合金在特定的化学介质中，首先在表面形成一层钝化膜，使金属不致进一步受到腐蚀，即处于钝化状态，因此，在没有应力的作用下，金属不会发生腐蚀破坏。若有拉应力作用，则可使局部地区的钝化膜破裂，显露出新鲜的表面。这个新鲜的表面在电解质溶液中成为阳极，其余具有钝化膜的金属表面成为阴极，从而形成腐蚀微电池。阳极金属变成正离子进入电解质中而产生阳极溶解，于是在金属表面形成蚀坑。拉应力除促使局部地区钝化膜破坏外，更主要的是在蚀坑或原有裂纹的尖端形成应力集中，使阳极电位降低，加速阳极金属的溶解。如果裂纹尖端的

34、应力集中始终存在，那么微电池便不断进行，钝化膜不能恢复，裂纹将逐步纵深扩展。30何为氢致延滞性断裂？为什么高强度钢的氢致延滞断裂是在一定的应变速率下和一定的温度范围内出现？答：氢致延滞断裂：高强度钢或+钛合金中，含有适量的处于固溶状态的氢（原来存在的或从环境介质中吸收的），在低于屈服强度的应力持续作用下，经过一段孕育期后，在金属内部，特别是在三向拉应力区形成裂纹，裂纹逐步扩展，最后突然发生脆性断裂。这种由于氢的作用而产生的延滞断裂现象称为氢致延滞断裂。因为当应变率较低时，若试验温度过低，氢的扩散速率很慢，永远跟不上位错的运动。因此不能形成氢气团，氢也难以聚集，就不会出现氢脆，当温度变大一些，氢

35、的扩散速率与位错运动速率逐步适应，于是塑性开始降低。当温度升到更大的时候，两者运动速率完全吻合，此时塑性最差，对氢脆最敏感。温度再升高时，一方面形成氢气团，同时由于热作用，又促进已聚集的氢原子离开气团向四周均匀扩散，降低了气团对位错的“钉扎”作用，并减少氢偏聚的尝试于是金属的塑性开始上升。当温度更大时，氢气团完全被扩散破坏，氢脆现象完全消除。应变速率对氢脆敏感性的影响也是如此。所以高强度钢的氢致延滞断裂是在一定的应变速率下和一定的温度范围内出现。31试述区别高强度钢的应力腐蚀与氢致延滞断裂的认识方法。答：可采用极化试验方法，即利用外加电流对静载下产生裂纹时或裂纹扩展速率的影响来判断。当外加小的

36、阳极电流而缩短产生裂纹时间的是应力腐蚀；当外加小的阴极电流而缩短产生裂纹时间的是氢致延滞断裂。对于一个已断裂的机件来说，还可从断口形貌上来加以区分。（具体见书P168）。32试比较三类磨粒磨损的异同，并讨论加工硬化对它们的影响。答：(1)低应力划伤式的磨料磨损，它的特点是磨料作用于零件表面的应力不超过磨料的压溃强度，材料表面被轻微划伤。生产中的犁伴，及煤矿机械中的刮板输送机油楷磨损情况就是屑于这种类型。(2)高应力辗碎式的磨料磨损，其特点是磨料与零件表面接触处的最大压应力大于磨料的压溃强度。生产中球磨机村板与磨球，破碎式滚筒的磨损便是属于这种类型。(3)凿削式磨料磨损，其特点是磨料对材料表面有

37、大的冲击力，从材料表面凿下较大颗料的磨屑，如挖掘机斗齿及领式破碎机的齿板。3、试述粘着磨损产生的条件、机理及其防止措施。加工硬化对金属材料抗磨粒打拐能力的影响，因磨损类型不同而异。在低应力擦伤性磨粒磨损时，加工硬化对材料的耐磨性没有影响，这是由于磨粒或硬的凸出部分切削金属时，局部区域产生急剧加工硬化，比预先加工硬化要剧烈得多所致。但在高应力碾碎性磨粒磨损时，加工硬化能显著提高耐磨性，因为此时磨损过程不同于低应力下的情况，表面金属材料主要是通过疲劳破坏而不是切削作用去除的。33试述粘着磨损产生的条件、机理及其防止措施。 答：粘着磨损是在滑动摩擦条件下，当摩擦副相对滑动速度较小时发生的，它是因缺乏

38、润滑油，摩擦副表面无氧化膜，且单位法向载荷很大，以致接触应力超过实际接触点处屈服强度而产生的一种磨损；其机理是摩擦副实际表面上总存在局部凸起，当摩擦副双方接触时，即使施加较小载荷，在真实接触面上的局部应力就足以引起塑性变形。倘若接触面上洁净而未受到腐蚀，则局部塑性变形会使两个接触面的原子彼此十分接近而产生强烈粘着。随后在继续滑动的过程中，粘着点被剪断并转移到一方金属表面，然后脱落下来便形成磨屑。一个粘着点剪断了，又在新的地方粘着，随后也被剪断的过程，构成了磨损过程。34滑动速度和接触压力对磨损量有什么影响？ 答：滑动速度和接触压力越大，磨损量会越大（具体见有关书籍）。35比较粘着磨损、磨粒磨损

39、和微动磨损摩擦面的形貌特征。答：三者相比，磨粒磨损的特征最明显；磨粒磨损面的形貌特征主要是摩擦面上有明显犁皱形成的沟槽；（具体见有关书籍）36试比较接触疲劳和普通机械疲劳的异同。答：接触疲劳是工件(如齿轮、滚动轴承，钢轨和轮箍，凿岩机活塞和钎尾的打击端部等)表面在接触压应力的长期不断反复作用下引起的一种表面疲劳破坏现象，表现为接触表面出现许多针状或痘状的凹坑，称为麻点，也叫点蚀或麻点磨损；而普通机械疲劳指的是在交变应力作用下的损坏。37列表说明金属接触疲劳三种破坏形式的机理和特征。麻点剥落浅层剥落深层剥落机理在滚动接触过程中，由于表面最大综合切应力反复作用，在表层局部区域，如材料的抗剪屈服强度

40、较低，则将在该处产生塑性变形，同时必伴有形变强化。在接触应力反复作用下，塑性变形反复进行，使材料局部弱化，遂在该处形成裂纹，深层剥落的初始裂纹常在表面硬化机件的过渡区内产生，该处切应力虽不最大，但因过渡区是弱区，切应力可能高于材料强度而在该处产生裂纹。特征表面接触应力较小，摩擦力较大或表面质量较差时易产生。出现在表面粗糙度低，纯滚动或相对滑动小、接近纯滚动的场合。表面硬化机件强度太低，硬化层深不合理，梯度太陡或过渡区存在不利的应力分布都易造成深层剥落。38试从提高疲劳强度、接触疲劳强度、耐磨性的观点，分析化学热处理时应注意的事项。答：对工件进行相应化学热处理，可以提高工件的疲劳强度、接触疲劳强

41、度、耐磨性，但是在进行化学热处理时，应注意：选择合适的化学热处理；要有一定的渗层梯度；等等；（具体见有关书籍）39试说明高温下金属蠕变变形的机理与常温下金属塑性变形的机理有何不同？ 答：高温下金属蠕变变形的机理是通过位错滑移、原子扩散引起的；而金属塑性变形主要是由滑移和孪生引起的。（具体见有关资料）40试说明金属蠕变断裂的裂纹形成机理与常温下金属断裂的裂纹形成机理有何不同？ 答：金属蠕变断裂的裂纹形成机理有两种方式：在三晶粒交会处形成楔形裂纹；在晶界上由空洞形成晶界裂纹。常温下金属断裂的裂纹形成机理有很多，如：位错塞积理论、柯垂耳位错反应理论、微孔聚集长大等方式。41试分析晶粒大小对金属材料高

42、温力学性能的影响。答：当使用温度低于等强温度时，细晶粒钢有较高的强度；当使用温度高于等强温度时，粗晶粒钢及合金有较高的野蛮极限和持久强度极限。但是晶粒太大会降低高温下的塑性和韧性。对于耐热钢及合金来说，随合金万分及工作条件不同有一最佳晶粒度范围。42某些用于高温的沉淀强化镍基合金，不仅有晶内沉淀，还有晶界沉淀。晶界沉淀相是一种硬质金属间化合物，它对这类合金的抗蠕变性能有何贡献？ 答：晶界沉淀相能够强化晶界，它可以强烈的阻止位错的滑移，所以能大幅度提高材料的抗蠕变性能。（具体见有关资料）综合题43一直径为10mm，标距长为50mm的标准拉伸试样，在拉力P=10kN时，测得其标距伸长为50.80m

43、m。求拉力P=32kN时，试样受到的条件应力、条件应变及真应力、真应变。该试样在拉力达到55.42kN时，开始发生明显的塑性变形；在拉力达到67.76kN后试样断裂，测得断后的拉伸试样的标距为57.6mm，最小处截面直径为8.32mm；求该材料的屈服极限s、断裂极限b、延伸率和断面收缩率。解： d0 =10.0mm, L0 = 50mm, P1=10kN时L1 = 50.80mm；P2=32kN因P1、P2均远小于材料的屈服拉力55.42kN，试样处于弹性变形阶段，据虎克定律有： P1 : P2 =L1 :L2 =（L1-L0）:（L2-L0） L2-L0 =(L1-L0)P2/P1 =0.8

44、 32/10 =2.56(mm)= L2 = 52.56(mm)此时： F0 =d02/4 =78.54 mm2由： F2 L2=F0L0 = F2= F0 L0/L2 = 78.5450/52.56 = 74.71 (mm2)条件应力：= P/F0 =32kN/78.54mm2 =407.44Mpa 相对伸长：= (L2- L0)/ L0=(52.56-50)/50= 0.0512 = 5.12% 相对收缩：=(F0 F2)/F0=( 78.54 - 74.71)/ 78.54 = 0.0488=4.88% 真实应力： S = P/F2 = 32kN/ 74.71mm2 =428.32Mpa

45、 真实应变： e =ln(L2 /L0)=ln(52.56/50)=0.0499=4.99%= -e Lk = 57.6mm,dk = 8.32mm, Fk =dK2/4 = 54.37 mm2屈服极限：S = 55.42kN/78.54 mm2 = 705.6MPa 断裂极限： b = 67.76kN/78.54 mm2 = 862.7Mpa 延伸率： = (LK- L0)/ L0= (57.6-50)/50 = 0.152= 15.2% 断面收缩率:k=(F0-Fk)/F0=(78.54-54.37)/ 78.54=0.3077= 30.77% 44某大型构件中心有长为4mm的原始裂纹，该

46、构件在频率为50Hz，MAX =-MIN =85MPa的周期循环应力下工作，已知该裂纹的扩展速率为：d/dN = C(K )n，其中：n=3，C=2.410-16，且知Y=，2C=32mm，问该构件在此循环应力下能安全工作多长时间？解：0 = 4mm/2 = 2mm=0.002m，C=32mm/2 = 0.016m =MAX - MIN =85Mpa -(-85MPa)= 170Mpa K = KMAX-KMIN =YMAX- YMIN = Y(MAX - MIN) = Y d/dN= C(K )n = dN=1/ C(K )n dNf = 0Nf dN =0c 1/ C(K )n d=0c

47、1/ C(Y)n d= 0c 1/(2.410-16 3/2 1703 3/2) d= 1016/(2.43.143/21703)0c 1/3/2 d=1.523108 (-1)/(3/2-1) 1/C1/2 -1/01/2=1. 5231082(1/0.0021/2-1/0.0161/2) =1. 5231082(22.36-7.91)= 4.406109 (次)工作时间：T=4.406109/50(Hz)=8.81107(s) = 8.81107/3600 (hr) =24479.5hr 结论：在该应力条件下，该构件大约可工作24480小时。45一大型板件中心有一宽度为4.8mm的穿透裂纹

48、，其材料的S=760MPa，KIC=102MPa.M1/2；板件受650Mpa的单向工作应力，问：(1) 该裂纹尖端的塑性屈服区尺寸 (2) 该裂纹尖端的应力场强度因子的大小 (3) 该板件是否能安全工作 (4) 该板带有此裂纹安全工作所能承受的最大应力 解：a = 0.0048 /2=0.0024(m)KI =Y (a + ry ) =(a + ry ) ry= Ro/2= KI2/42S2联立求解得：KI =Ya/(1- Y22/42S2)= 650 1060.0024/(1-6502/427602)= 650 1060.0024/(1- 0.178(650/760)2)=60.49106

49、=60.49 MPa.M1/2该裂纹尖端的应力场强度因子：KI=60.49MPa.m1/2该裂纹尖端的塑性屈服区尺寸Ro：Ro=2ry=KI2/22S2=60.492/227602=0.00071m=0.71mmry =0.355mm=0.000355m因K I=60.49 MPa.m1/2 KIC =Y (aC + ry ) = aC = KIC2/ Y2 2 - ryaC = 1022/( 6502) - 0.000355 = 0.00784- 0.000355=7.48mm板件中所允许的最大裂纹尺寸为：7.48mm 2 = 14.96mmKI =Y (a + ry ) = KIC =Y

50、C(a + ry ) =C= KIC/ Y(a + ry )C= 102/(0.0024+ 0.000355)=1096.4 MPa此板带此裂纹所能承受的最大安全工作应力为：=1096.4 MPa46说明冲击韧性测试原理，测试的力学性能指标AK的物理意义并说明它由哪几个阶段部分组成？答：冲击试验原理：能量原则摆锤冲断试样前后所产生的能量损失AK； AK= G(H1-H2) K = AK / F F = 810mm2AK的物理意义：试样冲断过程中所吸收的总能量AK；AK可分为三个部分：A、A、AAK= A+A+A其中A为弹性功，A为形变强化阶段的弹塑性变形功，A为裂纹扩展阶段的裂纹扩展功。47. 什么是低周疲劳？有何特点？定义：特指材料在较高的循环应力作用下导致的低寿命的疲劳破坏。特点： 1) 循环周次低(寿命低)；2) 其工作应力值max较高，表现为应变循环破坏；不再适用N曲线来描述材料的抗疲劳性能，以pN曲线来描述材料的抗疲劳性能；3) 低周疲劳因应力较高，常有不止一个疲劳源；4) 低周疲劳断口疲劳线间距较宽，数目较少；48. 某材料的b为1020Mpa，其-1为820Mpa，任选作出一种疲劳图，在图中标明在任意的r条件下的r及max，min，m，a，并标明该疲劳图的应力循环安全工作区。