材料力學(xué)性能參考答案

1、填空：1影響材料彈性模數(shù)的因素有鍵合方式和原子鍵合方式和原子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分化學(xué)成分、微觀組織微觀組織、溫度溫度、加載加載條件和負(fù)荷持續(xù)條件和負(fù)荷持續(xù)時(shí)間時(shí)間等。2提供材料彈性比功的途徑有二，提高材料的彈性極限彈性極限，或降低彈性模量彈性模量。3退火態(tài)和高溫回火態(tài)的金屬都有包申格效應(yīng)，因此包申格效應(yīng)是具有的普遍現(xiàn)象。4金屬材料常見的塑性變形機(jī)理為晶體的滑移滑移和孿生孿生兩種。5多晶體金屬材料由于各晶粒位向不同和晶界的存

2、在，其塑性變形更加復(fù)雜，主要有各晶粒變形的不同時(shí)不同時(shí)性和不均勻性性和不均勻性及各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性相互協(xié)調(diào)性的特點(diǎn)。6影響金屬材料屈服強(qiáng)度的因素主要有晶體晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、晶界與晶界與亞結(jié)構(gòu)亞結(jié)構(gòu)、溶質(zhì)元素溶質(zhì)元素、第二相第二相、溫度溫度等。7產(chǎn)生超塑性的條件是（1）超細(xì)晶粒超細(xì)晶粒；（；（2）合適的合適的條件，變形溫度條件，變形溫度≥0.4Tm≥0.4Tm，應(yīng)變速，應(yīng)變速率ε≤1010－3s3s－1；（；（3）應(yīng)變速應(yīng)變速率敏感指數(shù)較

3、高率敏感指數(shù)較高0.3≤m≤10.3≤m≤1。8材料的斷裂過(guò)程大都包括裂紋的形成與擴(kuò)展兩個(gè)階段，根據(jù)斷裂過(guò)程材料的宏觀塑性變形過(guò)程，可以將斷裂分為韌性斷裂韌性斷裂與脆性斷裂脆性斷裂；按照晶體材料斷裂時(shí)裂紋擴(kuò)展的途徑，分為穿晶斷裂穿晶斷裂和沿晶斷裂沿晶斷裂；按照微觀斷裂機(jī)理分為剪切剪切斷裂斷裂和解理斷裂解理斷裂；按作用力的性質(zhì)可分為正斷和切斷切斷。9.包申格效應(yīng)：金屬材料經(jīng)過(guò)預(yù)先加載產(chǎn)生少預(yù)先加載產(chǎn)生少量的塑性變形而后再同向加載規(guī)定殘余伸

4、長(zhǎng)應(yīng)力增加增加；卸載時(shí)卸載時(shí)降低的降低的的現(xiàn)象。10剪切斷裂的兩種主要形式為滑斷（純剪切斷滑斷（純剪切斷裂）裂）和微孔聚微孔聚集性斷裂集性斷裂。11解理斷口的基本微觀特征為解理臺(tái)階解理臺(tái)階、河流花樣河流花樣和舌狀花樣舌狀花樣。12韌性斷裂的斷口一般呈杯錐狀，由纖維區(qū)纖維區(qū)、放射區(qū)放射區(qū)和剪切唇剪切唇三個(gè)區(qū)域組成。13韌度是衡量材料韌性大小的力學(xué)性能指標(biāo)，其中又分為靜力韌度力韌度、斷裂斷裂韌度韌度和沖擊韌度沖擊韌度。14.材料在受到三向等

5、拉伸應(yīng)力作用時(shí)壓力狀態(tài)最硬，其最大切應(yīng)力分量分量為零，材料最易發(fā)生脆性斷裂，適用于揭示塑性較好的金屬材料的脆性傾向。單向拉伸時(shí)，正應(yīng)力分量較大，切應(yīng)力分量較小，應(yīng)力狀態(tài)較硬。一般用于塑性變形抗力與切斷抗力較低的所謂塑性材料試驗(yàn)；彎曲、扭轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)力狀態(tài)較軟，材料易產(chǎn)生塑性變形，適用于在單向拉伸時(shí)容易發(fā)生脆斷而不能充分反映其塑性性能的所謂脆性材料；材料的硬度試驗(yàn)屬于三向壓縮狀態(tài)，應(yīng)力狀態(tài)非常軟，可在各種材料上進(jìn)行。15.材料缺口敏感性除與材料

6、本身性能、壓力狀態(tài)（加載方式）有關(guān)外，還與缺口形狀口形狀、尺寸尺寸、實(shí)驗(yàn)溫度實(shí)驗(yàn)溫度有關(guān)。16.硬度是衡量材料軟硬程度的一種力學(xué)性能，按加載方式基本上可以分為壓入法入法和刻劃法刻劃法兩大類，在壓入法中，根據(jù)加載速率的不同又分為動(dòng)態(tài)加載法態(tài)加載法和靜載壓入法載壓入法。17.國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定沖擊彎曲試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)試樣分別為夏比夏比U型缺型缺口試樣和夏比夏比V型缺口型缺口試樣，所測(cè)得的沖擊吸收功分別用Aku和Akv標(biāo)記。18.影響材料低溫脆性的因素有

7、化學(xué)成分化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)、宏觀組織觀組織、金相組織金相組織、溫度溫度、加載速加載速率和試樣尺寸和率和試樣尺寸和形狀形狀等。19.根據(jù)外加壓力的類型及其與裂紋擴(kuò)展面的取向關(guān)系，裂紋擴(kuò)展的基本方式有張開型（張開型（Ⅰ型）型）裂紋擴(kuò)展裂紋擴(kuò)展、滑開型（開型（Ⅱ型）裂型）裂紋擴(kuò)展紋擴(kuò)展和撕開撕開型（型（Ⅲ型）裂紋型）裂紋擴(kuò)展擴(kuò)展。20.疲勞破壞形式按應(yīng)力狀態(tài)分為彎曲疲勞彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞扭轉(zhuǎn)疲勞、拉壓疲勞壓疲勞、及復(fù)合疲勞復(fù)合疲勞。按應(yīng)

8、力高低和斷裂壽命分為高周疲勞高周疲勞和低周疲勞低周疲勞。21.典型的疲勞斷口具有疲勞疲勞源、疲勞區(qū)疲勞區(qū)、瞬斷區(qū)瞬斷區(qū)三個(gè)特征區(qū)。22.疲勞條帶是疲勞斷口的微觀微觀特征，貝紋線是斷口的宏觀宏觀特征。23.金屬材料的疲勞過(guò)程也是裂紋的萌生萌生和擴(kuò)展擴(kuò)展過(guò)程。24.材料疲勞抗力指標(biāo)主要有σ－1、σ－1P1P、σ－1N1N及τ－1等。25.材料的疲勞強(qiáng)度不僅與載荷條件有關(guān)，還受材料溫度溫度、平均應(yīng)力和平均應(yīng)力和應(yīng)力比應(yīng)力比、過(guò)載損傷過(guò)載損傷、

9、腐蝕介質(zhì)腐蝕介質(zhì)、表面狀態(tài)表面狀態(tài)等因素的影響。26.常用的接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)包括單面對(duì)滾式單面對(duì)滾式、雙面對(duì)滾式雙面對(duì)滾式、止推式推式三種。27.機(jī)件的失效形式主要有磨損、腐蝕腐蝕、斷裂斷裂三種。28.低碳鋼的力伸長(zhǎng)曲線包括彈性變形階段彈性變形階段、屈服變形階屈服變形階段、均勻均勻塑性變形階段塑性變形階段、集中塑性變形階集中塑性變形階段等四個(gè)階段。29.理想彈性材料的特征為①應(yīng)變與應(yīng)力的響應(yīng)變與應(yīng)力的響應(yīng)是線性的是線性的、②應(yīng)力和應(yīng)變應(yīng)力

10、和應(yīng)變是同相位是同相位、③應(yīng)變是應(yīng)力的單應(yīng)變是應(yīng)力的單值函數(shù)值函數(shù)。30.粘彈性是指恒應(yīng)變下的.應(yīng)力松弛力松弛和恒應(yīng)力下的彈性蠕變彈性蠕變。31.內(nèi)耗又稱為循環(huán)韌性循環(huán)韌性或滯彈性滯彈性?？捎脺蟓h(huán)滯后環(huán)面積度量；32.應(yīng)變硬化是由塑性變形過(guò)程中的多系多系滑移和交滑移造成的。應(yīng)變硬化指數(shù)與金屬材料的層錯(cuò)能有關(guān)，層錯(cuò)能低者n值大。冷加工狀態(tài)n值小。晶粒粗大材料n值大。33.扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)與周線呈45角方向的應(yīng)力作用面上正應(yīng)力最大。與周線平行或

11、垂直方向的應(yīng)力也是度量材料沖也是度量材料沖擊韌性的一種力擊韌性的一種力學(xué)性能指標(biāo)。學(xué)性能指標(biāo)。aKUAKUKU除以沖擊除以沖擊試樣缺口底部截試樣缺口底部截面積所得之商面積所得之商V15TT以V型切口型切口沖擊試件測(cè)定的沖擊試件測(cè)定的沖擊功沖擊功AK=15AK=15ftft1bf(20.3N1bf(20.3Nm)m)對(duì)應(yīng)的溫度作為韌應(yīng)的溫度作為韌脆轉(zhuǎn)化溫度，并脆轉(zhuǎn)化溫度，并記為記為V15TTV15TTFATT50；脆性斷脆性斷面率面率溫度

12、曲線的溫度曲線的上平臺(tái)與下平臺(tái)上平臺(tái)與下平臺(tái)之差規(guī)定之差規(guī)定50%50%所對(duì)應(yīng)的韌脆轉(zhuǎn)變對(duì)應(yīng)的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。溫度。NDT無(wú)塑性（零無(wú)塑性（零塑性）轉(zhuǎn)變溫度，塑性）轉(zhuǎn)變溫度，以低階能開始的以低階能開始的溫度定義的韌脆溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。轉(zhuǎn)變溫度。FTE高階能與低高階能與低階能的平均值所階能的平均值所對(duì)應(yīng)的溫度定義對(duì)應(yīng)的溫度定義為韌為韌脆轉(zhuǎn)化溫度，脆轉(zhuǎn)化溫度，記為記為FTEFTE。FTP；高階能開始高階能開始降低的溫度定義降低的溫度定義

13、為韌為韌脆轉(zhuǎn)化溫度。脆轉(zhuǎn)化溫度。記為記為FTPFTPKIc；臨界應(yīng)力場(chǎng)臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子，線彈強(qiáng)度因子，線彈性條件下以應(yīng)力性條件下以應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子表示場(chǎng)強(qiáng)度因子表示的斷裂韌度。的斷裂韌度。GIc；斷裂韌度，斷裂韌度，表示材料阻止裂表示材料阻止裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)單紋失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)單位面積所消耗的位面積所消耗的能量。能量。JIc；斷裂韌度，斷裂韌度，表示材料抵抗裂表示材料抵抗裂紋開始擴(kuò)展的能紋開始擴(kuò)展的能力δc；裂紋尖端臨裂紋尖端臨界張開位移，在界

14、張開位移，在彈塑性狀態(tài)下以彈塑性狀態(tài)下以變形量表示的斷變形量表示的斷裂韌度。裂韌度。σ1，對(duì)稱應(yīng)力循對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)下的彎曲疲勞環(huán)下的彎曲疲勞極限極限σ1P對(duì)稱拉壓疲對(duì)稱拉壓疲勞極限勞極限σ1N缺口試樣在缺口試樣在對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)下對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)下的疲勞極限的疲勞極限τ1對(duì)稱扭轉(zhuǎn)疲對(duì)稱扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度勞強(qiáng)度qf金屬材料在交金屬材料在交變載荷下的缺口變載荷下的缺口敏感性用疲勞缺敏感性用疲勞缺口敏感度口敏感度qfqf來(lái)表來(lái)表示ΔKth疲勞裂紋擴(kuò)疲勞裂紋擴(kuò)

15、展門檻值展門檻值dadN疲勞裂紋疲勞裂紋擴(kuò)展速率擴(kuò)展速率；剩余應(yīng)力剩余應(yīng)力sh?；在規(guī)定溫在規(guī)定溫T???度t下，以規(guī)定下，以規(guī)定穩(wěn)態(tài)蠕變速率穩(wěn)態(tài)蠕變速率?表示的蠕變極限。表示的蠕變極限。；在規(guī)定溫在規(guī)定溫T???度t下和規(guī)定時(shí)下和規(guī)定時(shí)間τ內(nèi)，以規(guī)定內(nèi)，以規(guī)定蠕變總伸長(zhǎng)率蠕變總伸長(zhǎng)率δ表示的蠕變極限。表示的蠕變極限。；在規(guī)定溫在規(guī)定溫T??度t下，達(dá)到持下，達(dá)到持續(xù)時(shí)間續(xù)時(shí)間τ而不發(fā)而不發(fā)生斷裂的持久強(qiáng)生斷裂的持久強(qiáng)度極限。度極限。第

16、一章1.材料的彈性模數(shù)主要取決于什么因素？為何說(shuō)它是一個(gè)對(duì)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)？答：主要取決于金屬原子本性和晶格類型。即室溫下金屬的彈性模量是原子序數(shù)的周期函數(shù)；單晶體沿原子排列最密的晶向上彈性模量較大，表現(xiàn)為各向異性，多晶體則為各向同性。由于合金化、熱處理（顯顯微組織）、冷塑性變形對(duì)彈性模量的影響較小，所以金屬材料的彈性模量是一個(gè)對(duì)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)。2.決定金屬材料屈服強(qiáng)度的主要因素有哪些？提高金屬材料的屈服強(qiáng)度有哪些方法

17、答：內(nèi)在因素為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；外在因素為溫度、應(yīng)變速率和應(yīng)力狀態(tài)。方法有：細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化。7.何為拉伸斷口三要素？影響宏觀拉伸斷口的形態(tài)的因素有哪些？答：中低碳鋼光滑圓柱試樣斷口呈杯錐狀，由纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇三部分組成，稱為拉伸斷口三要素。影響宏觀拉伸斷口的形態(tài)的因素有試樣形狀、尺寸和金屬材料的性能及試驗(yàn)溫度、加載速率和受力狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，材料強(qiáng)度提高，塑性降低，則放射

18、區(qū)比例增大；試樣尺寸加大，坊社區(qū)增大明顯，而纖纖維區(qū)變化不大。8、為什么材料的塑性要以延伸率和斷面收縮率這兩個(gè)指標(biāo)來(lái)度量它們?cè)诠こ躺细饔惺裁磳?shí)際意義答：因?yàn)榻饘俨牧蠑嗔亚八a(chǎn)生的塑性變形由均勻塑性變形和集中塑性變形兩部分構(gòu)成。試樣拉伸至縮頸前的塑性變形是均勻塑性變形，縮頸后縮頸區(qū)的塑性變形是集中塑性變形。延伸率和斷面收縮率可以比較好的反映以上兩部分，所以材料的塑性要以這兩個(gè)指標(biāo)來(lái)度量。工程意義：1根據(jù)?和?的相對(duì)大小，可以判斷金屬材料拉

19、伸時(shí)是否形成頸縮。如果??則形成頸縮，且相差越大，頸縮越嚴(yán)重；如果?≥?則不形成頸縮。2判斷塑性。當(dāng)材料的延伸率和斷面收縮率的數(shù)值較高時(shí)（?、?10%20%）則材料的塑性較高，強(qiáng)度一般較低。9.包申格效應(yīng)有何意義？工程中對(duì)機(jī)件會(huì)產(chǎn)生哪些影響？答：包申格效應(yīng)是指金屬材料經(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，卸載時(shí)降低的現(xiàn)象。所有退火態(tài)和高溫回火態(tài)金屬均有此效應(yīng)。包申格效應(yīng)可使規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力增加或降低15％～2

20、0％。1包申格效應(yīng)對(duì)于承受疲勞載荷作用的機(jī)件壽命有影響。對(duì)于低周疲勞，包申格應(yīng)變較大的材料，疲勞壽命較高；反之，包申格應(yīng)變較小的材料，疲勞壽命較低。而對(duì)于高周疲勞與此相反。2對(duì)于預(yù)先經(jīng)受冷變形的材料，希望材料具有非常小或幾乎沒(méi)有包申格效應(yīng)，以免材料成形后強(qiáng)度損失。10.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(zhǎng)曲線圖上的區(qū)別？為什么？答：對(duì)于低、中碳退火鋼而言，其從彈性變形階段向塑性變形階段的過(guò)渡是明顯的，表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，

21、外力不增加試樣仍然繼續(xù)伸長(zhǎng)；或外力增加到一定數(shù)值時(shí)突然下降，隨后在外力不增加或上下波動(dòng)的情況下，試樣繼續(xù)變形伸長(zhǎng)，即存在上下屈服點(diǎn)和屈服平臺(tái)。而高碳鋼具有連續(xù)屈服特征，在拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)看不到屈服現(xiàn)象，沒(méi)有明顯的上下屈服點(diǎn)和屈服平臺(tái)。原因：屈服現(xiàn)象與以下三個(gè)因素有關(guān)：1材料在變形前可動(dòng)位錯(cuò)密度小，或雖有大量位錯(cuò)但被釘扎，如鋼中的位錯(cuò)被雜質(zhì)原子或第二相粒子所釘扎；2隨塑性變形的發(fā)生，位錯(cuò)能快速增殖；3位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率與外加應(yīng)力有強(qiáng)烈的依存關(guān)系。對(duì)于