工程材料力學(xué)性能作業(yè)答案.doc

第一章包申格效應(yīng)：指原先經(jīng)過(guò)少量塑性變形，卸載后同向加載，彈性極限（P）或屈服強(qiáng)度（S）增加；反向加載時(shí)彈性極限（P）或屈服強(qiáng)度（S）降低的現(xiàn)象。解理斷裂：沿一定的晶體學(xué)平面產(chǎn)生的快速穿晶斷裂。晶體學(xué)平面解理面，一般是低指數(shù)，表面能低的晶面。解理面：在解理斷裂中具有低指數(shù)，表面能低的晶體學(xué)平面。韌脆轉(zhuǎn)變：材料力學(xué)性能從韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變到脆性狀態(tài)的現(xiàn)象（沖擊吸收功明顯下降，斷裂機(jī)理由微孔聚集型轉(zhuǎn)變微穿晶斷裂，斷口特征由纖維狀轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶狀）。靜力韌度：材料在靜拉伸時(shí)單位體積材料從變形到斷裂所消耗的功叫做靜力韌度。是一個(gè)強(qiáng)度與塑性的綜合指標(biāo)，是表示靜載下材料強(qiáng)度與塑性的最佳配合。 可以從河流花樣的反“河流”方向去尋找裂紋源。解理斷裂是典型的脆性斷裂的代表，微孔聚集斷裂是典型的塑性斷裂。5.影響屈服強(qiáng)度的因素與以下三個(gè)方面相聯(lián)系的因素都會(huì)影響到屈服強(qiáng)度位錯(cuò)增值和運(yùn)動(dòng)晶粒、晶界、第二相等外界影響位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的因素主要從內(nèi)因和外因兩個(gè)方面考慮（一） 影響屈服強(qiáng)度的內(nèi)因素1金屬本性和晶格類型（結(jié)合鍵、晶體結(jié)構(gòu)）單晶的屈服強(qiáng)度從理論上說(shuō)是使位錯(cuò)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的臨界切應(yīng)力，其值與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所受到的阻力（晶格阻力派拉力、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)交互作用產(chǎn)生的阻力）決定。派拉力：位錯(cuò)交互作用力（a是與晶體本性、位錯(cuò)結(jié)構(gòu)分布相關(guān)的比例系數(shù)，L是位錯(cuò)間距。）2晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)晶粒小晶界多（阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)）位錯(cuò)塞積提供應(yīng)力位錯(cuò)開(kāi)動(dòng) 產(chǎn)生宏觀塑性變形 。晶粒減小將增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻礙的數(shù)目，減小晶粒內(nèi)位錯(cuò)塞積群的長(zhǎng)度，使屈服強(qiáng)度提高（細(xì)晶強(qiáng)化）。屈服強(qiáng)度與晶粒大小的關(guān)系：霍爾派奇（Hall-Petch)s= i+kyd-1/23溶質(zhì)元素加入溶質(zhì)原子（間隙或置換型）固溶體（溶質(zhì)原子與溶劑原子半徑不一樣）產(chǎn)生晶格畸變產(chǎn)生畸變應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)交互運(yùn)動(dòng) 使位錯(cuò)受阻提高屈服強(qiáng)度 （固溶強(qiáng)化） 。4第二相（彌散強(qiáng)化，沉淀強(qiáng)化） 不可變形第二相提高位錯(cuò)線張力繞過(guò)第二相留下位錯(cuò)環(huán) 兩質(zhì)點(diǎn)間距變小 流變應(yīng)力增大。可變形第二相位錯(cuò)切過(guò)（產(chǎn)生界面能），使之與機(jī)體一起產(chǎn)生變形，提高了屈服強(qiáng)度。彌散強(qiáng)化：第二相質(zhì)點(diǎn)彌散分布在基體中起到的強(qiáng)化作用。沉淀強(qiáng)化：第二相質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)固溶后沉淀析出起到的強(qiáng)化作用。（二） 影響屈服強(qiáng)度的外因素1.溫度一般的規(guī)律是溫度升高，屈服強(qiáng)度降低。原因：派拉力屬于短程力，對(duì)溫度十分敏感。2.應(yīng)變速率應(yīng)變速率大，強(qiáng)度增加。,t= C1()m3應(yīng)力狀態(tài)切應(yīng)力分量越大，越有利于塑性變形，屈服強(qiáng)度越低。缺口效應(yīng)：試樣中“缺口”的存在，使得試樣的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，從而影響材料的力學(xué)性能的現(xiàn)象。9.細(xì)晶強(qiáng)化能強(qiáng)化金屬又不降低塑性。10.韌性斷裂與脆性斷裂的區(qū)別。為什么脆性斷裂更加危險(xiǎn)？韌性斷裂：是斷裂前產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形的斷裂特征：斷裂面一般平行于最大切應(yīng)力與主應(yīng)力成45度角。斷口成纖維狀（塑變中微裂紋擴(kuò)展和連接），灰暗色（反光能力弱）。斷口三要素：纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇這三個(gè)區(qū)域的比例關(guān)系與材料韌斷性能有關(guān)。塑性好，放射線粗大塑性差，放射線變細(xì)乃至消失。脆性斷裂：斷裂前基本不發(fā)生塑性變形的，突發(fā)的斷裂。特征：斷裂面與正應(yīng)力垂直，斷口平齊而光滑，呈放射狀或結(jié)晶狀。注意：脆性斷裂也產(chǎn)生微量塑性變形。斷面收縮率小于5為脆性斷裂，大于5為韌性斷裂。23.斷裂發(fā)生的必要和充分條件之間的聯(lián)系和區(qū)別。格雷菲斯裂紋理論是根據(jù)熱力學(xué)原理，用能量平衡（彈性能的降低與表面能的增加相平衡）的方法推到出了裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的臨界條件。該條件是是斷裂發(fā)生的必要條件，但并不意味著一定會(huì)斷裂。該斷裂判據(jù)為：裂紋擴(kuò)展的充分條件是其尖端應(yīng)力要大于等于理論斷裂強(qiáng)度。（是通過(guò)力學(xué)方法推到的斷裂判據(jù)）該應(yīng)力斷裂判據(jù)為：對(duì)比這兩個(gè)判據(jù)可知：當(dāng)3a0時(shí)，必要條件和充分條件相當(dāng)<3a0時(shí)，滿足必要條件就可行（同時(shí)也滿足充分條件）> 3a0時(shí)，滿足充分條件就可行（同時(shí)也滿足必要條件）25.材料成分：rs有效表面能，主要是塑性變形功，與有效滑移系數(shù)目和可動(dòng)位錯(cuò)有關(guān)具有fcc結(jié)構(gòu)的金屬有效滑移系和可動(dòng)位錯(cuò)的數(shù)目都比較多，易于塑性變形，不易脆斷。凡加入合金元素引起滑移系減少、孿生、位錯(cuò)釘扎的都增加脆性；若合金中形成粗大第二相也使脆性增加。雜質(zhì)：聚集在晶界上的雜質(zhì)會(huì)降低材料的塑性，發(fā)生脆斷。溫度：i-位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)摩擦阻力。其值高，材料易于脆斷。Bcc金屬具有低溫脆斷現(xiàn)象，因?yàn)閕隨著溫度的減低而急劇增加，同時(shí)在低溫下，塑性變形一孿生為主，也易于產(chǎn)生裂紋。故低溫脆性大。晶粒大小：d值小位錯(cuò)塞積的數(shù)目少，而且晶界多。故裂紋不易產(chǎn)生，也不易擴(kuò)展。所以細(xì)晶組織有抗脆斷性能。應(yīng)力狀態(tài)：減小切應(yīng)力與正應(yīng)力比值的應(yīng)力狀態(tài)都將增加金屬的脆性加載速度加載速度大，金屬會(huì)發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變。第二章應(yīng)力狀態(tài)軟化系數(shù)：為了表示應(yīng)力狀態(tài)對(duì)材料塑性變形的影響，引入了應(yīng)力狀態(tài)柔度系數(shù)a，它的定義為：應(yīng)力狀態(tài)柔度系數(shù)a，表征應(yīng)力狀態(tài)的軟硬。表示材料塑性變形的難易程度。缺口效應(yīng)：試樣中“缺口”的存在，使得試樣的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，從而影響材料的力學(xué)性能的現(xiàn)象。缺口敏感度： 為 是有缺口試樣的抗拉強(qiáng)度與無(wú)缺口試樣的抗拉強(qiáng)度的比值。表示缺口的存在對(duì)試樣抗拉強(qiáng)度的影響程度或材料對(duì)缺口的敏感程度。 布氏硬度：洛氏硬度：維氏硬度：努氏硬度：肖氏硬度：里氏硬度：7.說(shuō)明布氏硬度、洛氏硬度與維氏硬度的實(shí)驗(yàn)原理和優(yōu)缺點(diǎn)。1、氏硬度試驗(yàn)的基本原理 在直徑D的鋼珠（淬火鋼或硬質(zhì)合金球）上，加一定負(fù)荷F，壓入被試金屬的表面，保持規(guī)定時(shí)間卸除壓力，根據(jù)金屬表面壓痕的陷凹面積計(jì)算出應(yīng)力值，以此值作為硬度值大小的計(jì)量指標(biāo)。優(yōu)點(diǎn)： 代表性全面，因?yàn)槠鋲汉勖娣e較大，能反映金屬表面較大體積范圍內(nèi)各組成相綜合平均的性能數(shù)據(jù)，故特別適宜于測(cè)定灰鑄鐵、軸承合金等具有粗大晶粒或粗大組成相 的金屬材料。 試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定。試驗(yàn)數(shù)據(jù)從小到大都可以統(tǒng)一起來(lái)。缺點(diǎn)： 鋼球本身變形問(wèn)題。對(duì)HB>450以上的太硬材料，因鋼球變形已很顯著，影響所測(cè)數(shù)據(jù)的正確性，因此不能使用。 由于壓痕較大，不宜于某些表面不允許有較大壓痕的成品檢驗(yàn)，也不宜于薄件試驗(yàn)。 不同材料需更換壓頭直徑和改變?cè)囼?yàn)力，壓痕直徑的測(cè)量也較麻煩。2、洛氏硬度的測(cè)量原理洛氏硬度是以壓痕陷凹深度作為計(jì)量硬度值的指標(biāo)。洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)洛氏硬度試驗(yàn)避免了布氏硬度試驗(yàn)所存在的缺點(diǎn)。它的優(yōu)點(diǎn)是： 1)因有硬質(zhì)、軟質(zhì)兩種壓頭，故適于各種不同硬質(zhì)材料的檢驗(yàn)，不存在壓頭變形問(wèn)題； 2)壓痕小，不傷工件，適用于成品檢驗(yàn) ； 3)操作迅速，立即得出數(shù)據(jù)，測(cè)試效率高。 缺點(diǎn)是：代表性差，用不同硬度級(jí)測(cè)得的硬度值無(wú)法統(tǒng)一起來(lái)，無(wú)法進(jìn)行比較。3、維氏硬度的測(cè)定原理維氏硬度的測(cè)定原理和布氏硬度相同,也是根據(jù)單位壓痕陷凹面積上承受的負(fù)荷，即應(yīng)力值作為硬度值的計(jì)量指標(biāo)。維氏硬度的優(yōu)缺點(diǎn)1、不存在布氏那種負(fù)荷F和壓頭直徑D的規(guī)定條件的約束，以及壓頭變形問(wèn)題；2、也不存在洛氏那種硬度值無(wú)法統(tǒng)一的問(wèn)題；3、它和洛氏一樣可以試驗(yàn)任何軟硬的材料，并且比洛氏能更好地測(cè)試極薄件(或薄層)的硬度，壓痕測(cè)量的精確度高，硬度值較為精確。4、負(fù)荷大小可任意選擇。（維氏顯微硬度）唯一缺點(diǎn)是硬度值需通過(guò)測(cè)量對(duì)角線后才能計(jì)算(或查表)出來(lái)，因此生產(chǎn)效率沒(méi)有洛氏硬度高。8.今有如下零件和材料需要測(cè)定硬度，試說(shuō)明選擇何種硬度實(shí)驗(yàn)方法為宜。（1）滲碳層的硬度分布；（2）淬火鋼；（3）灰鑄鐵；（4）鑒別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）鑒別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-HRA（9）退火態(tài)低碳鋼-HRB（10）硬質(zhì)合金- HRA第三章沖擊韌度：材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的大小，也即沖擊吸收功Ak。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)轉(zhuǎn)變未脆性狀態(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機(jī)理由微孔聚集型轉(zhuǎn)變微穿晶斷裂，斷口特征由纖維狀轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性。 韌脆轉(zhuǎn)變溫度：材料在低于某一溫度tk時(shí)，會(huì)由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變未脆性狀態(tài)，tk稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。什么是低溫脆性、韌脆轉(zhuǎn)變溫度tk？產(chǎn)生低溫脆性的原因是什么？體心立方和面心立方金屬的低溫脆性有和差異？為什么？答：在試驗(yàn)溫度低于某一溫度tk時(shí)，會(huì)由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變未脆性狀態(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機(jī)理由微孔聚集型轉(zhuǎn)變微穿晶斷裂，斷口特征由纖維狀轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性。 tk稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。低溫脆性的原因：低溫脆性是材料屈服強(qiáng)度隨溫度降低而急劇增加，而解理斷裂強(qiáng)度隨溫度變化很小的結(jié)果。如圖所示：當(dāng)溫度高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，斷裂強(qiáng)度大于屈服強(qiáng)度，材料先屈服再斷裂（表現(xiàn)為塑韌性）；當(dāng)溫度低于韌脆轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，斷裂強(qiáng)度小于屈服強(qiáng)度，材料無(wú)屈服直接斷裂（表現(xiàn)為脆性）。心立方和面心立方金屬低溫脆性的差異：體心立方金屬的低溫脆性比面心立方金屬的低溫脆性顯著。原因：這是因?yàn)榕衫?duì)其屈服強(qiáng)度的影響占有很大比重，而派拉力是短程力，對(duì)溫度很敏感，溫度降低時(shí)，派拉力大幅增加，則其強(qiáng)度急劇增加而變脆。6.拉伸沖擊彎曲缺口試樣拉伸第四章KI稱為I型裂紋的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子，它是衡量裂紋頂端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)烈程度的函數(shù)，決定于應(yīng)力水平、裂紋尺寸和形狀。塑性區(qū)尺寸較裂紋尺寸a及靜截面尺寸為小時(shí)（小一個(gè)數(shù)量級(jí)以上），即在所謂的小范圍屈服裂紋的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子與其斷裂韌度相比較，若裂紋要失穩(wěn)擴(kuò)展脆斷，則應(yīng)有：這就是斷裂K判據(jù)。應(yīng)力強(qiáng)度因子K1是描寫裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)弱程度的復(fù)合力學(xué)參量，可將它看作推動(dòng)裂紋擴(kuò)展的動(dòng)力。對(duì)于受載的裂紋體，當(dāng)K1增大到某一臨界值時(shí)，裂紋尖端足夠大的范圍內(nèi)應(yīng)力達(dá)到了材料的斷裂強(qiáng)度，裂紋便失穩(wěn)擴(kuò)展而導(dǎo)致斷裂。這一臨界值便稱為斷裂韌度Kc或K1c。意義：KC平面應(yīng)力斷裂韌度（薄板受力狀態(tài)）KIC平面應(yīng)變斷裂韌度（厚板受力狀態(tài)）16.有一大型板件，材料的0.2=1200MPa，KIc=115MPa*m1/2，探傷發(fā)現(xiàn)有20mm長(zhǎng)的橫向穿透裂紋，若在平均軸向拉應(yīng)力900MPa下工作，試計(jì)算KI及塑性區(qū)寬度R0，并判斷該件是否安全？解：由題意知穿透裂紋受到的應(yīng)力為=900MPa根據(jù)/0.2的值，確定裂紋斷裂韌度KIC是否休要修正 因?yàn)?0.2=900/1200=0.75>0.7，所以裂紋斷裂韌度KI需要修正對(duì)于無(wú)限板的中心穿透裂紋，修正后的KI為： = （MPa*m1/2）塑性區(qū)寬度為： =0.004417937(m)= 2.21(mm)比較K1與KIc：因?yàn)镵1=168.13（MPa*m1/2）KIc=115（MPa*m1/2）所以：K1>KIc ，裂紋會(huì)失穩(wěn)擴(kuò)展 , 所以該件不安全。17.有一軸件平行軸向工作應(yīng)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=1，測(cè)試材料的0.2=720MPa ，試估算材料的斷裂韌度KIC為多少？解： 因?yàn)?0.2=150/720=0.208<0.7，所以裂紋斷裂韌度KIC不需要修正則此時(shí)該裂紋的斷裂韌度KIC為：KIC=Ycac1/2對(duì)于表面半橢圓裂紋，Y=1.1/=1.1所以，KIC=Ycac1/2=1.1=46.229（MPa*m1/2）第五章應(yīng)力比r=min /max材料所受循環(huán)應(yīng)力中最小應(yīng)力與最大應(yīng)力的比值。fgsdfg疲勞貝紋線：疲勞斷口上具有類似貝殼紋路的宏觀特征形貌。疲勞條帶：在疲勞斷口的顯微形貌上，呈現(xiàn)彎曲并相互平行的溝槽花樣，稱為疲勞條帶。疲勞壽命：在疲勞（斷裂）過(guò)程中，由疲勞裂紋萌生期和裂紋亞穩(wěn)定擴(kuò)展期的時(shí)間段（或循環(huán)周次）組成時(shí)間段（或循環(huán)周次）即是疲勞壽命。熱疲勞： 機(jī)件在由溫度循環(huán)變化時(shí)產(chǎn)生的循環(huán)熱應(yīng)力及熱應(yīng)力變形作用下發(fā)生的疲勞就叫熱疲勞。由于溫度周期變化引起零件或構(gòu)件的自由膨脹和收縮，而又因這種膨脹和收縮受到約束，產(chǎn)生了交變熱應(yīng)力，由這種交變熱應(yīng)力引起的破壞就叫熱疲勞。過(guò)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，其疲勞極限的應(yīng)力水平下降，這種現(xiàn)象就是過(guò)載損傷。金屬的疲勞：金屬在變動(dòng)應(yīng)力和應(yīng)變長(zhǎng)期作用下，由于積累損傷而引起的斷裂現(xiàn)象 （即使所受的應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度，也會(huì)發(fā)生斷裂）。二意義-1：疲勞強(qiáng)度。對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力作用下的彎曲疲勞極限（強(qiáng)度）。（是在循環(huán)應(yīng)力周次增加到一定臨界值后，材料應(yīng)力基本不再降低時(shí)的應(yīng)力值；或是應(yīng)力循環(huán)107周次材料不斷裂所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值。）-1p：對(duì)稱拉壓疲勞極限。-1：對(duì)稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限。-1N；缺口試樣在對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)作用下的疲勞極限。疲勞缺口敏感度：金屬材料在交變載荷作用下的缺口敏感性用疲勞缺口敏感度qf來(lái)評(píng)定 qf=（Kf-1)/(kt-1) Kt為理論應(yīng)力集中系數(shù)，kf為疲勞缺口系數(shù)。kf為光滑試樣與缺口試樣疲勞極限之比kf =-1/-1N過(guò)載損傷界；抗疲勞過(guò)載損傷的能力用過(guò)載損傷界表示。疲勞門檻值：Kth是疲勞裂紋不擴(kuò)展的 K（應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍）臨界值，稱為疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值。表示材料阻止疲勞裂紋開(kāi)始擴(kuò)展的性能。9.試述疲勞微觀斷口的特征及其形成過(guò)程。微觀形貌有疲勞條帶。滑移系多的面心立方金屬，其疲勞條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)，裂紋張開(kāi)，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(kāi)至最大，塑性變形區(qū)擴(kuò)大，裂紋尖端張開(kāi)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(guò)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)，裂紋完全閉合，裂紋尖端又由鈍便銳。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)力不斷增加，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b / s有關(guān)：b / s>1.4，表現(xiàn)為循環(huán)硬化；b / s<1.2，表現(xiàn)為循環(huán)軟化；1.2<b / s<1.4，材料比較穩(wěn)定，無(wú)明顯循環(huán)硬化和軟化現(xiàn)象。也可用應(yīng)變硬化指數(shù)n來(lái)判斷循環(huán)應(yīng)變對(duì)材料的影響，n<1軟化，n>1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。14.試述低周疲勞的規(guī)律及曼森-柯芬關(guān)系。低周疲勞的應(yīng)變-壽命曲線如圖5-34，曼森-柯芬等分析了低周疲勞的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了低周疲勞壽命的公式：請(qǐng)結(jié)合該公式，分析圖5-34的變化規(guī)律，指出低周疲勞和高周疲勞的什么起主導(dǎo)作用，選材時(shí)應(yīng)分別以什么性能為主？答：低周疲勞壽命的公式由彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變兩部分對(duì)應(yīng)的壽命公式組成，其對(duì)應(yīng)的公式分別為：將以上兩公式兩邊分別取對(duì)數(shù)，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上，上兩公式就變成了兩條直線，分別代表彈性應(yīng)變幅-壽命線和塑性應(yīng)變幅-壽命線。兩條直線斜率不同，其交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壽命稱為過(guò)渡壽命。在交點(diǎn)左側(cè)，即低周疲勞范圍內(nèi)，塑性應(yīng)變幅起主導(dǎo)作用，材料的疲勞壽命由塑性控制；在高周疲勞區(qū)，彈性應(yīng)變幅起主導(dǎo)作用，材料的疲勞壽命由強(qiáng)度控制。選材時(shí)，高周疲勞主要考慮強(qiáng)度，低周疲勞考慮塑性。第六章名詞解釋：應(yīng)力腐蝕：金屬在拉應(yīng)力和化學(xué)介質(zhì)的共同作用下引起的脆性斷裂叫應(yīng)力腐蝕。氫蝕：氫與金屬中的第二相作用生成高壓氣體，使機(jī)體金屬晶界結(jié)合力減小而最終斷裂的現(xiàn)象。白點(diǎn)：在熔煉時(shí)，若鋼中含有過(guò)量的氫，且未能擴(kuò)散逸出，這在冷卻時(shí)聚集到缺陷處，形成氫氣。在該處內(nèi)壓力很大，足以將金屬局部撕裂，形成微裂紋。這種微裂紋的斷面呈銀白色圓或橢圓，故稱為白點(diǎn)。氫化物致脆：第四、五副族金屬易與氫形成脆性氫化物，使金屬脆化的現(xiàn)象。氫致延滯斷裂：高強(qiáng)度鋼中固溶一定量的氫，在低于屈服強(qiáng)度的應(yīng)力持續(xù)作用下，經(jīng)過(guò)一段孕育期后，金屬內(nèi)部形成裂紋，發(fā)生斷裂。Iscc ：材料不發(fā)生應(yīng)力腐蝕的臨界應(yīng)力。KIscc：不發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂的最大應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子稱為應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子KIscc。KIscc表示含有宏觀裂紋的材料，在應(yīng)力腐蝕條件下的斷裂韌度。6.何謂氫致延滯斷裂？為什么高強(qiáng)度鋼的氫致延滯斷裂是在一定的應(yīng)變速率下和一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)？答：高強(qiáng)度鋼中固溶一定量的氫，在低于屈服強(qiáng)度的應(yīng)力持續(xù)作用下，經(jīng)過(guò)一段孕育期后，金屬內(nèi)部形成裂紋，發(fā)生斷裂。-氫致延滯斷裂。因?yàn)闅渲卵訙嗔训臋C(jī)理主要是氫固溶于金屬晶格中，產(chǎn)生晶格膨脹畸變，與刃位錯(cuò)交互作用，氫易遷移到位錯(cuò)拉應(yīng)力處，形成氫氣團(tuán)。當(dāng)應(yīng)變速率較低而溫度較高時(shí)，氫氣團(tuán)能跟得上位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，但滯后位錯(cuò)一定距離。因此，氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)起“釘扎”作用，產(chǎn)生局部硬化。當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，產(chǎn)生位錯(cuò)塞積，氫氣團(tuán)易于在塞積處聚集，產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致微裂紋。若應(yīng)變速率過(guò)高以及溫度低的情況下，氫氣團(tuán)不能跟上位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，便不能產(chǎn)生“釘扎”作用，也不可能在位錯(cuò)塞積處聚集，產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致微裂紋。所以氫致延滯斷裂是在一定的應(yīng)變速率下和一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的。第七章磨損：機(jī)件表面相互接觸并產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，表面逐漸有微小顆粒分離出來(lái)形成磨屑，使表面材料逐漸損失、造成表面損傷的現(xiàn)象。接觸疲勞：兩接觸面做滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)摩擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力長(zhǎng)期作用下，材料表面因疲勞損傷，導(dǎo)致局部區(qū)域產(chǎn)生小片金屬剝落而使材料損失的現(xiàn)象。3.粘著磨損產(chǎn)生的條件、機(jī)理及其防止措施 - 又稱為咬合磨損，在滑動(dòng)摩擦條件下，摩擦副相對(duì)滑動(dòng)速度較小，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。磨損機(jī)理：實(shí)際接觸點(diǎn)局部應(yīng)力引起塑性變形，使兩接觸面的原子產(chǎn)生粘著。粘著點(diǎn)從軟的一方被剪斷轉(zhuǎn)移到硬的一方金屬表面，隨后脫落形成磨屑舊的粘著點(diǎn)剪斷后，新的粘著點(diǎn)產(chǎn)生，隨后也被剪斷、轉(zhuǎn)移。如此重復(fù)，形成磨損過(guò)程。改善粘著磨損耐磨性的措施1.選擇合適的摩擦副配對(duì)材料選擇原則：配對(duì)材料的粘著傾向小互溶性小表面易形成化合物的材料金屬與非金屬配對(duì)2.采用表面化學(xué)熱處理改變材料表面狀態(tài)進(jìn)行滲硫、磷化、碳氮共滲等在表面形成一層化合物或非金屬層，即避免摩擦副直接接觸又減小摩擦因素。3.控制摩擦滑動(dòng)速度和接觸壓力減小滑動(dòng)速度和接觸壓力能有效降低粘著磨損。4.其他途徑改善潤(rùn)滑條件，降低表面粗糙度，提高氧化膜與機(jī)體結(jié)合力都能降低粘著磨損。影響接觸疲勞壽命的因素？?jī)?nèi)因1.非金屬夾雜物脆性非金屬夾雜物對(duì)疲勞強(qiáng)度有害適量的塑性非金屬夾雜物（硫化物）能提高接觸疲勞強(qiáng)度塑性硫化物隨基體一起塑性變形，當(dāng)硫化物把脆性?shī)A雜物包住形成共生夾雜物時(shí)，可以降低脆性?shī)A雜物的不良影響。生產(chǎn)上盡可能減少鋼中非金屬夾雜物。2.熱處理組織狀態(tài)接觸疲勞強(qiáng)度主要取決于材料的抗剪切強(qiáng)度，并有一定的韌性相配合。當(dāng)馬氏體含碳量在0.40.5w%時(shí)，接觸疲勞壽命最高。馬氏體和殘余奧氏體的級(jí)別殘余奧氏體越多，馬氏體針越粗大，越容易產(chǎn)生微裂紋，疲勞強(qiáng)度低。未溶碳化物和帶狀碳化物越多，接觸疲勞壽命越低。3.表面硬度和心部硬度在一定硬度范圍內(nèi)，接觸疲勞強(qiáng)度隨硬度的升高而增加，但并不保持正比線性關(guān)系。表面形成一層極薄的殘余奧氏體層，因表面產(chǎn)生微量塑性變形和磨損，增加了接觸面積，減小了應(yīng)力集中，反而增加了接觸疲勞壽命。滲碳件心部硬度太低，表層硬度梯度過(guò)大，易在過(guò)渡區(qū)內(nèi)形成裂紋而產(chǎn)生深層剝落。表面硬化層深度和殘余內(nèi)應(yīng)力硬化深度要適中，殘余壓應(yīng)力有利于提高疲勞壽命。外因1.表面粗糙度減少加工缺陷，降低表面粗糙度，提高接觸精度，可以有效增加接觸疲勞壽命。接觸應(yīng)力低，表面粗糙度對(duì)疲勞壽命影響較大接觸應(yīng)力高，表面粗糙度對(duì)疲勞壽命影響較小2.硬度匹配兩個(gè)接觸滾動(dòng)體的硬度和裝配質(zhì)量等都應(yīng)匹配適當(dāng)。第八章蠕變：在長(zhǎng)時(shí)間的恒溫、恒載荷作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。等強(qiáng)溫度（TE）：晶粒強(qiáng)度與晶界強(qiáng)度相等的溫度。蠕變極限：在高溫長(zhǎng)時(shí)間載荷作用下不致產(chǎn)生過(guò)量塑性變形的抗力指標(biāo)。 該指標(biāo)與常溫下的屈服強(qiáng)度相似。持久強(qiáng)度極限：在高溫長(zhǎng)時(shí)載荷作用下的斷裂強(qiáng)度-持久強(qiáng)度極限。蠕變極限的兩種表達(dá)方式：1. 在規(guī)定溫度(t)下，使試樣在規(guī)定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)蠕變速率()不超過(guò)規(guī)定值的最大應(yīng)力（t）。6001X10-5=60MPa表示溫度為600，穩(wěn)定蠕變速率為1X10-5%/h的蠕變極限為60MPa。2.在規(guī)定溫度(t)下和實(shí)驗(yàn)時(shí)間()內(nèi)，是試樣產(chǎn)生的蠕變總伸長(zhǎng)率()不超過(guò)規(guī)定的最大值 t/。5001/105=100MPa，表示材料在500，105h后總的生產(chǎn)率位1%的蠕變極限為100MPa。持久強(qiáng)度極限的表達(dá)式在規(guī)定溫度(t)下，達(dá)到規(guī)定的持續(xù)時(shí)間()而不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力（t ）。7001X103=30MPa表示溫度為700、1000h的持續(xù)強(qiáng)度極限為30MPa。四、影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素由蠕變斷裂機(jī)理可知要降低蠕變速度提高蠕變極限，必須控制位錯(cuò)攀移的速度；要提高斷裂抗力，即提高持久強(qiáng)度，必須抑制晶界的滑動(dòng)，也就是說(shuō)要控制晶內(nèi)和晶界的擴(kuò)散過(guò)程。（一）合金化學(xué)成分的影響耐熱鋼及合金的基體材料一般選用熔點(diǎn)高、自擴(kuò)散激活能大或?qū)渝e(cuò)能低的金屬及合金。熔點(diǎn)愈高的金屬自擴(kuò)散愈慢層錯(cuò)能降低易形成擴(kuò)展位錯(cuò)彌散相能強(qiáng)烈阻礙位錯(cuò)的滑移與攀移在基體金屬中加入（高熔點(diǎn)、半徑差距大）的鉻、鉬、鎢、鈮等元素形成固溶體固溶強(qiáng)化降低層錯(cuò)能，易形成擴(kuò)展位錯(cuò)。加入能形成彌散相的合金元素彌散強(qiáng)化阻礙位錯(cuò)的滑移加入增加晶界擴(kuò)散激活能的元素（硼、稀土等）阻礙晶界滑動(dòng)增大晶界裂紋面的表面能二）冶煉工藝的影響減少鋼中的夾雜物和某些缺陷合金定向生長(zhǎng)（減少橫向晶界）（三）熱處理工藝的影響對(duì)于珠光體耐熱鋼，一般用正火加回火。正火溫度較高，促使碳化物較充分而均勻地溶入奧氏體回火溫度應(yīng)高于使用溫度100150以上，以提高其在使用溫度下的組織穩(wěn)定性。對(duì)于奧氏體耐熱鋼，一般進(jìn)行固溶處理和時(shí)效獲得適當(dāng)?shù)木Я６雀纳茝?qiáng)化相的分布狀態(tài)（四）晶粒度的影響當(dāng)使用溫度低于等強(qiáng)溫度時(shí)，細(xì)晶鋼有較高的強(qiáng)度；當(dāng)使用溫度高于等強(qiáng)溫度時(shí)，粗晶鋼有較高的蠕變極限和持久強(qiáng)度極限。但晶粒太大會(huì)降低材料的塑性和韌度晶粒度要均勻，否則在大小晶粒交界處易產(chǎn)生應(yīng)力集中而形成裂紋。（高溫下金屬材料的韌脆變化有和特征？斷裂路徑變化有何變化？結(jié)合等強(qiáng)溫度分析晶粒大小對(duì)金屬材料高溫力學(xué)性能的影響。）結(jié)合等強(qiáng)溫度分析晶粒大小對(duì)金屬材料高溫力學(xué)性能（韌脆變化、斷裂路徑、蠕變極限和持久強(qiáng)度極限）的影響。韌脆變化：高溫短時(shí)加載時(shí)，金屬的塑性增加。高溫長(zhǎng)時(shí)加載時(shí)，塑性降低，缺口敏感度增加，呈現(xiàn)脆斷現(xiàn)象。斷裂路徑變化：常溫下的穿晶斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)檠鼐嗔?。原因：溫度升高時(shí)晶粒強(qiáng)度和晶界強(qiáng)度都降低，但晶界強(qiáng)度降低較快。等強(qiáng)溫度（TE）：晶粒強(qiáng)度與晶界強(qiáng)度相等的溫度。（四）晶粒度的影響當(dāng)使用溫度低于等強(qiáng)溫度時(shí)，細(xì)晶鋼有較高的強(qiáng)度；當(dāng)使用溫度高于等強(qiáng)溫度時(shí)，粗晶鋼有較高的蠕變極限和持久強(qiáng)度極限。但晶粒太大會(huì)降低材料的塑性和韌度晶粒度要均勻，否則在大小晶粒交界處易產(chǎn)生應(yīng)力集中而形成裂紋。第九章銀紋：非晶態(tài)聚合物的某些薄弱區(qū)，因拉應(yīng)力塑性變形，在其表面和內(nèi)部出現(xiàn)閃亮的、細(xì)長(zhǎng)形的“類裂紋”-銀紋。玻璃態(tài)：溫度低于玻璃化溫度時(shí)，聚合物所處于的狀態(tài)即為玻璃態(tài)。3.線型非晶態(tài)聚合物力學(xué)性能的三態(tài)是什么？各有何特點(diǎn)？答：一、玻璃態(tài)下的變形硬玻璃態(tài)溫度低于脆化溫度tb，聚合物處于硬玻璃態(tài)。其應(yīng)力應(yīng)變曲線只有彈性變形階段，且伸長(zhǎng)很小、斷口與與拉力方向垂直。彈性模量比其他狀態(tài)的大，無(wú)彈性滯后。為普彈性變形。軟玻璃態(tài)當(dāng)溫度處于tb-tg之間時(shí)，聚合物處于玻璃態(tài)。（普彈變形、受迫高彈變形、沿外力再取向）二、高彈態(tài)下的變形溫度處于tg-tf間時(shí)，聚合物處于高彈態(tài)。室溫下處于高彈態(tài)的聚合物稱為橡膠。其力學(xué)性能特點(diǎn)是具有高彈性。在外力作用下，長(zhǎng)鏈通過(guò)鏈段調(diào)整構(gòu)象是原卷曲的鏈沿拉應(yīng)力方向伸長(zhǎng)，宏觀上表現(xiàn)為很大的彈性。在外力去除時(shí)，接點(diǎn)及扭結(jié)的趨勢(shì)使得聚合物鏈又回復(fù)到卷曲狀態(tài)，宏觀變形消失。高彈性與交聯(lián)度有關(guān)交聯(lián)少-產(chǎn)生塑性變形交聯(lián)多-彈性下降，彈性模量和硬度增加。三、粘流態(tài)下的變形溫度高于tf時(shí)，聚合物分子鏈在外力作用下可進(jìn)行整體相對(duì)滑動(dòng)，呈粘性滑動(dòng)，導(dǎo)致不可逆永久變形。通常把這種無(wú)屈服應(yīng)力出現(xiàn)的流動(dòng)變形稱為粘性。第十章熱震斷裂：陶瓷材料承受溫度驟變產(chǎn)生瞬時(shí)斷裂，稱之為熱震斷裂。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(kāi)裂、剝落，然后碎裂和變質(zhì)，終至整體破壞，稱之為熱震損傷。簡(jiǎn)述陶瓷材料的增韌措施。1.改善陶瓷顯微結(jié)構(gòu)使材料達(dá)到細(xì)密、均、純，是陶瓷材料增韌增強(qiáng)的有效途徑之一。晶粒形狀也影響陶瓷的韌性。晶粒長(zhǎng)寬比增加，斷裂韌度增加。2.相變?cè)鲰g在外力作用下，陶瓷從亞穩(wěn)定相轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定相，消耗一部分外加能量，使材料增韌。相變?cè)鲰g受使用溫度限制。3.微裂紋增韌當(dāng)主裂紋擴(kuò)展遇到微裂紋時(shí)，發(fā)生分叉轉(zhuǎn)變擴(kuò)展方向，增加擴(kuò)展過(guò)程的表面能；同時(shí)，主裂紋尖端應(yīng)力集中被松弛，致使擴(kuò)展速度減慢。簡(jiǎn)述陶瓷材料的耐磨性的特點(diǎn)。陶瓷材料的耐磨性與材料種類和性能、摩擦條件、環(huán)境，以及陶瓷材料自身的性能和表面狀態(tài)等因素有關(guān)。陶瓷材料的磨損機(jī)理主要是以微斷裂方式導(dǎo)致的磨粒磨損。陶瓷材料與陶瓷材料的配對(duì)的摩擦副，其粘著傾向很小；金屬與陶瓷的摩擦副比金屬配對(duì)的摩擦副粘著作用也小。這使得其耐磨性優(yōu)良。陶瓷材料對(duì)環(huán)境介質(zhì)和氣氛極為敏感，在特定條件下可能會(huì)形成摩擦化學(xué)磨損。這是陶瓷材料特有的磨損機(jī)理。