《材料的力學(xué)性能 課后問題詳解 (時(shí)海芳 任鑫)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《材料的力學(xué)性能 課后問題詳解 (時(shí)海芳 任鑫)（17頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案 第一章 1.解釋下列名詞?①滯彈性：金屬材料在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時(shí) 間延長(zhǎng)產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象稱為滯彈性，也就是應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象。?② 彈性比功：金屬材料吸收彈性變形功的能力，一般用金屬開始塑性變形前單位體 積吸收的?最大彈性變形功表示。?③循環(huán)韌性：金屬材料在交變載荷下吸收不可 逆變形功的能力稱為?循環(huán)韌性。?④包申格效應(yīng)：金屬材料經(jīng)過預(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。?⑤塑性：金屬材料斷?裂前發(fā)生不可逆永久（塑性）變形

2、的能力。?⑥韌性：指金屬材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力。 脆性：指金屬材料受力時(shí)沒有發(fā)生塑性變形而直接斷裂的能力 ⑦加工硬化：金屬材料在再結(jié)晶溫度以下塑性變形時(shí)?,由于晶粒發(fā)生滑移?, 出現(xiàn)位錯(cuò)的纏結(jié),使晶粒拉長(zhǎng)、破碎和纖維化,使金屬的強(qiáng)度和硬度升高,塑性和韌 性降低的現(xiàn)?象。?⑧解理斷裂：解理斷裂是在正應(yīng)力作用產(chǎn)生的一種穿晶斷裂， 即斷裂面沿一定的晶面?（即解理面）分離。 2.解釋下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義彈性模量）?；?（2）ζ?p（規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng) 力）?、ζ?e（彈性極限）?、ζ?s（屈服強(qiáng)度）?、ζ?0.2（屈服強(qiáng)度）?；（3）ζ?b

3、 （抗拉強(qiáng)度）?；?（4）n（加工硬化指數(shù)）;?（5）δ?（斷后伸長(zhǎng)率）?、ψ?（斷 面收縮率） 4.常用的標(biāo)準(zhǔn)試樣有?5?倍和?10?倍，其延伸率分別用?δ?5?和?δ?10?表示，說 明為什么?δ?5>δ?10。?答：對(duì)于韌性金屬材料，它的塑性變形量大于均勻塑性變 形量，所以對(duì)于它的式樣的?比例，尺寸越短，它的斷后伸長(zhǎng)率越大。 5.某汽車彈簧，在未裝滿時(shí)已變形到最大位置，卸載后可完全恢復(fù)到原來狀 態(tài)；另一汽車彈簧，使用一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)彈簧弓形越來越小，即產(chǎn)生了塑性 變形，而且塑性變形量越來越大。試分析這兩種故障的本質(zhì)及改變措施。?答： （1

4、）未裝滿載時(shí)已變形到最大位置：彈簧彈性極限不夠?qū)е聫椥员裙π。唬?） 使用一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)彈簧弓形越來越小，即產(chǎn)生了塑性變形，這是構(gòu)件材料的 彈性比功不足引起的故障，可以通過熱處理或合金化提高材料的彈性極限（或屈 服極限），或者更換屈服強(qiáng)度更高的材料。 6.今有?45、40Cr、35CrMo?鋼和灰鑄鐵幾種材料，應(yīng)選擇哪種材料作為機(jī) 床機(jī)身？為什么？?答：應(yīng)選擇灰鑄鐵。因?yàn)榛诣T鐵循環(huán)韌性大，也是很好的消 精彩文檔 實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案 振材料，所以常用它做機(jī)床和動(dòng)力機(jī)器的底座、支架，以達(dá)到機(jī)器穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的目 的。剛性好不容易變形加工工

5、藝朱造型好易?成型抗壓性好耐磨損好成本低 7.什么是包申格效應(yīng)？如何解釋？它有什么實(shí)際意義？?答：?（1）?金屬材 料經(jīng)過預(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，稱為包申格效應(yīng)。?（2）理論解釋： 首先，在原先加載變形時(shí)，位錯(cuò)源在滑移面?上產(chǎn)生的位錯(cuò)遇到障礙，塞積后便 產(chǎn)生了背應(yīng)力，背應(yīng)力反作用于位錯(cuò)源，當(dāng)背應(yīng)力足夠大?時(shí)，可使位錯(cuò)源停止 開動(dòng)。預(yù)變形時(shí)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方向和背應(yīng)力方向相反，而當(dāng)反向加載時(shí)位?錯(cuò)運(yùn)動(dòng) 方向和背應(yīng)力方向一致，背應(yīng)力幫助位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，塑性變形容易了，于是，經(jīng)過預(yù)

6、變形?再反向加載，其屈服強(qiáng)度就降低了。（3）實(shí)際意義：在工程應(yīng)用上，首先， 材料加工成型工?藝需要考慮包申格效應(yīng)。例如，大型精油輸氣管道管線的?UOE 制造工藝：U?階段是將原始?板材沖壓彎曲成?U?形，O?階段是將?U?形板材徑 向壓縮成?O?形，再進(jìn)行周邊焊接，最后將管?子內(nèi)徑進(jìn)行擴(kuò)展，達(dá)到給定大小， 即?E?階段。按?UOE?工藝制造的管子，希望材料具有非常小的或者幾乎沒有包 申格效應(yīng)，以免管子成型后強(qiáng)度的損失。其次，包申格效應(yīng)大的材料，?內(nèi)應(yīng)力 大。例如，鐵素體+馬氏體的雙相鋼對(duì)氫脆就比較敏感，而普通低碳鋼或低合金 高強(qiáng)度鋼對(duì)氫脆不敏感，這是因

7、為雙相鋼中鐵素體周圍有高密度位錯(cuò)和內(nèi)應(yīng)力， 氫原子與長(zhǎng)程內(nèi)應(yīng)力交互作用導(dǎo)致氫脆。?包申格效應(yīng)和材料的疲勞強(qiáng)度也有密 切關(guān)系。 8.產(chǎn)生頸縮的應(yīng)力條件是什么？要抑制頸縮的發(fā)生有哪些方法？?答：當(dāng)加工 硬化速率等于該處的真應(yīng)力時(shí)就開始頸縮。措施：提高加工硬化指數(shù)。 10.試用位錯(cuò)理論解釋：粗晶粒不僅屈服強(qiáng)度低，斷裂塑性野地；而細(xì)晶粒不 僅使材料的屈?服強(qiáng)度提高，斷裂塑性也提高。?答：主要是因?yàn)榫Я＜?xì)化之后， 與粗晶粒相比，晶粒取向更為均勻，從而避免了過早出現(xiàn)應(yīng)?力集中引起的開裂， 提高了韌性。 11.韌性斷口由幾部分組成？其形成過程如何?答：由

8、纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切 唇三個(gè)區(qū)域組成。 第二章 1.解釋下列名詞：應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)：材料最大切應(yīng)力與最大正應(yīng)力的比值， 記為?α?。?布氏硬度：用鋼球或硬質(zhì)合金球作為壓頭，采用單位面積所承受的試 精彩文檔 實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案 驗(yàn)力計(jì)算而得的硬度。?洛氏硬度：采用金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以 測(cè)量壓痕深度所表示的硬度。維氏硬度：以兩相對(duì)面夾角為?136°的金剛石四 棱錐作壓頭，采用單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算而得的硬度。努氏硬度：采用兩 個(gè)對(duì)面角不等的四棱錐金剛石壓頭，由試驗(yàn)力除以壓痕投影面積得到的硬度。?肖 氏

9、硬度：采動(dòng)載荷試驗(yàn)法，根據(jù)重錘回跳高度表證的金屬硬度。?缺口效應(yīng)：缺 口材料在靜載荷作用下，缺口截面上的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生的變化。?缺口敏感度：金 屬材料的缺口敏感性指標(biāo)，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。 2.說明下列性能指標(biāo)的意義：?ζ?bc（材料的抗壓強(qiáng)度）?；?（2）ζ?bb（材料 的抗彎強(qiáng)度）?；?（3）?η?s（材料的扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)）?；?（4）?η?s（抗扭強(qiáng)度）?； （5）η?p（扭轉(zhuǎn)比例極限）?；?（6）ζ?bn（抗拉強(qiáng)度）?；?（7）HBS（壓頭為 淬?火鋼球的材料的布氏硬度）?；?（8）HBW：壓頭為硬質(zhì)合金球

10、的材料的布 氏硬度；?（9）HRA?（材料的洛氏硬度）?；HRB（材料的洛氏硬度）?；HRC （材料的洛氏硬度）?；?（10）HV（材料?的維氏硬度）?；?（11）HK（材料 的努氏硬度）?；?（12）HS（材料的肖氏硬度）?；?（13）K（理論?應(yīng)力集中 系數(shù)）?；?（14）NSR（缺口敏感度） 3.今有如下零件和材料等需測(cè)定硬度，試說明選用何種硬度試驗(yàn)方法為宜： （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

11、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-----HRC?（9）退火態(tài)低碳鋼-----HB（10） 硬質(zhì)合金-----HRA 4.說明幾何強(qiáng)化現(xiàn)象的成因，并說明其本質(zhì)與形變強(qiáng)化有何不同。 6.試綜合比較單向拉伸、壓縮、彎曲及扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。?拉伸：?特 點(diǎn)：溫度、應(yīng)力狀態(tài)和加載速率確定，采用光滑圓柱試樣，試驗(yàn)簡(jiǎn)單，應(yīng)力狀態(tài)?軟性系數(shù) 較硬。?應(yīng)用范圍：塑性變形抗力和切斷強(qiáng)度較低的塑性材料。?壓縮：特點(diǎn)：應(yīng)力狀態(tài)軟， 一般都能產(chǎn)生塑

12、性變形，試樣常沿與軸線呈?45°方向產(chǎn)生斷裂，具有切斷特征。應(yīng)用范圍： 脆性材料，以觀察脆性材料在韌性狀態(tài)下所表現(xiàn)的力學(xué)行為。?彎曲：特點(diǎn)：彎曲試樣形狀 簡(jiǎn)單，操作方便；不存在拉伸試驗(yàn)時(shí)試樣軸線與力偏斜問題，沒有附加應(yīng)?力影響試驗(yàn)結(jié)果， 可用試樣彎曲撓度顯示材料的塑性；彎曲試樣表面應(yīng)力最大，可靈敏地反映材料表面缺陷。 應(yīng)用范圍：測(cè)定鑄鐵、鑄造合金、工具鋼及硬質(zhì)合金等脆性與低塑性材料的強(qiáng)度和顯示塑性 精彩文檔 實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案 的差別。也常用于比較和鑒別滲碳和表面淬火等化學(xué)熱處理機(jī)件的質(zhì)量和性能。扭轉(zhuǎn)：特點(diǎn)： 應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)為?0.8，比拉伸時(shí)大

13、，易于顯示金屬的塑性行為；試樣在整個(gè)長(zhǎng)度上的塑 性變形時(shí)均勻，沒有緊縮現(xiàn)象，能實(shí)現(xiàn)大塑性變形量下的試驗(yàn)；較能敏感地?反映出金屬表 面缺陷和及表面硬化層的性能；?試樣所承受的最大正應(yīng)力與最大切應(yīng)力大體相等。應(yīng)用范 圍：用來研究金屬在熱加工條件下的流變性能和斷裂性能，評(píng)定材料的熱壓力加工型，并未 確定生產(chǎn)條件下的熱加工工藝參數(shù)提供依據(jù)；研究或檢驗(yàn)熱處理工件的表面質(zhì)量和各種表面 強(qiáng)化工藝的效果。 7、 第三章 1.缺口會(huì)引起哪些力學(xué)響應(yīng)？?答：材料截面上缺口的存在，使得在缺口的根部產(chǎn) 生應(yīng)力集中、雙向或三向應(yīng)力、應(yīng)力集中?和應(yīng)變集中，

14、并試樣的屈服強(qiáng)度升高，塑性降低。 2.比較平面應(yīng)力和平面應(yīng)變的概念。?答：平面應(yīng)力：只在平面內(nèi)有應(yīng)力，與該面 垂直方向的應(yīng)力可忽略，例如薄板拉壓?jiǎn)栴}。平?面應(yīng)變：只在平面內(nèi)有應(yīng)變，與該面垂直 方向的應(yīng)變可忽略，例如水壩側(cè)向水壓?jiǎn)栴}。具體?說來：平面應(yīng)力是指所有的應(yīng)力都在一 η η 個(gè)平面內(nèi)，如果平面是?OXY?平面，那么只有正應(yīng)力?ζ?x，ζ?y，剪應(yīng)力?η?xy(它們都在一個(gè)平 面內(nèi))，沒有?ζ?z，?yz，?zx。平面應(yīng)變是指所有的?應(yīng)變都在一個(gè)平面內(nèi)，同樣如果平面是?OXY 平面，則只有正應(yīng)變?ε?x，ε?y?和剪應(yīng)變?γ?xy，?而沒有?ε?z，γ?yz，

15、γ?zx。 3.如何評(píng)定材料的缺口敏感性：?答：材料的缺口敏感性，可通過缺口靜拉伸、偏斜 拉伸、靜彎曲、沖擊等方法加以評(píng)定。 簡(jiǎn)述根據(jù)韌脆轉(zhuǎn)變溫度分析機(jī)件脆斷失效的優(yōu)缺點(diǎn)。 缺點(diǎn)：脆性斷裂一般斷裂時(shí)間較短，突發(fā)性的斷裂，因此在使用時(shí)一旦超過屈服強(qiáng)度就會(huì) 很快斷裂?優(yōu)點(diǎn)：脆性斷裂在常溫下表現(xiàn)為脆性，因此材料的變形隨溫度降低時(shí)變化不大， 這樣在交變溫度?的使用環(huán)境下，就不需要考慮材料的冷脆溫度 7.何謂低溫脆性？哪些材料易表現(xiàn)出低溫脆性？?工程上，有哪些方法評(píng)定材 料低溫脆性？?答：在低溫下，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的現(xiàn)象稱為低溫脆性。只 有以體心立方金屬

16、?為基的冷脆金屬才具有明顯的低溫脆性，如中低強(qiáng)度鋼和鋅等。而面心 立方金屬，如鋁等，?沒有明顯的低溫脆性。工程上常采用低溫脆性通常用脆性轉(zhuǎn)變溫度， 能量準(zhǔn)則，斷口形貌準(zhǔn)?則，斷口變形特征準(zhǔn)則評(píng)定。 8.說明為什么焊接船只比鉚接船只易發(fā)生脆性破壞？?答：焊接容易在焊縫處形 成粗大金相組織氣孔、夾渣、未熔合、未焊透、錯(cuò)邊、咬邊等缺陷，?增加裂紋敏感度，增 加材料的脆性，容易發(fā)生脆性斷裂。 精彩文檔 實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案 10.細(xì)化晶粒尺寸可以降低脆性轉(zhuǎn)變溫度或者說改善材料低溫韌性，為什 么？?答：晶界是裂紋擴(kuò)展的阻力；晶界增多有利于降低應(yīng)力集中

17、，降低晶界上雜質(zhì)度，避 免產(chǎn)生沿晶界脆性斷裂。所以可以提高材料的韌性。 第四章?1.解釋下列名詞：?（1）低應(yīng)力脆斷：高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度鋼的機(jī)件，中低強(qiáng)度 ” 鋼的大型、重型機(jī)件在屈服應(yīng)力以下發(fā)生的斷裂；?（2）I?型裂紋：拉應(yīng)力垂直作用于裂紋 擴(kuò)展面，裂紋沿作用力方向張開，沿裂紋面擴(kuò)展的裂紋。?（3）應(yīng)力強(qiáng)度因子?KI：在裂紋 尖端區(qū)域各點(diǎn)的應(yīng)力分量除了決定于位置外，?尚與強(qiáng)度因子有關(guān)，對(duì)于某一確定的點(diǎn)，其 應(yīng)力分量由確定，越大，則應(yīng)力場(chǎng)各點(diǎn)應(yīng)力分量也越大，這樣就可以表示應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度， 稱為應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子。?“I表示?I?型裂紋。?（4）?裂紋擴(kuò)展?K?判據(jù)：裂

18、紋在受力時(shí)只要 滿足，就會(huì)發(fā)生脆性斷裂反之，即使存在裂紋，若也不會(huì)斷裂。?（5）裂紋擴(kuò)展?G?判據(jù)： GI>=GIC，當(dāng)ＧＩ滿足上述條件時(shí)裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂。?（6）J?積分：有兩種定義或表達(dá)式： 一是線積分：二是形變功率差。P149?（7）裂紋擴(kuò)展?J?判據(jù)：只要滿足?JI>=JIC，裂紋（或 構(gòu)件）就會(huì)斷裂。?（8）COD：裂紋張開位移。（9）COD?判據(jù)：當(dāng)滿足，裂紋開始擴(kuò)展。 2、說明下列斷裂韌度指標(biāo)的意義及其相互關(guān)系 KIC?和?KC 答：?臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的?K?I?記作?KIC?或?KC?，?KIC?為平面應(yīng)變下的斷裂韌度，表示在平面應(yīng) 變條件下材料抵

19、抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。KC?為平面應(yīng)力斷裂韌度，表示在平面應(yīng)力條件下 材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。 它們都是?I?型裂紋的材料裂紋韌性指標(biāo)，但?KC?值與試樣厚度有關(guān)。當(dāng)試樣厚 度增加，使裂紋尖端達(dá)到平面應(yīng)變狀態(tài)時(shí)，斷裂韌度趨于一穩(wěn)定的最低值，即為 KIC?，它與試樣厚度無(wú)關(guān)，而是真正的材料常數(shù)。 G?IC 答：當(dāng)?GI?增加到某一臨界值時(shí)，GI?能克服裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的阻力，則裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展 斷裂。將?GI?的臨界值記作?GIc?，稱斷裂韌度，表示材料阻止裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)單位面積所消 耗的能量，其單位與?GI?相同，MPa·m Ｊ ＩＣ：是材料的斷裂韌度，

20、表示材料抵抗裂紋開始擴(kuò)展的能力，其單位與?GIC 相同。 d?c?：是材料的斷裂韌度，表示材料阻止裂紋開始擴(kuò)展的能力. Ｊ判據(jù)和?d?判據(jù)一樣都是裂紋開始擴(kuò)展的裂紋判據(jù)，而不是裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的 裂紋判據(jù)。 4、試述低應(yīng)力脆斷的原因及防止方法。 答：?低應(yīng)力脆斷的原因：在材料的生產(chǎn)、機(jī)件的加工和使用過程中產(chǎn)生不可避免的宏觀裂 紋，從而使機(jī)件在低于屈服應(yīng)力的情況發(fā)生斷裂。?預(yù)防措施：將斷裂判據(jù)用于機(jī)件的設(shè)計(jì) 上，在給定裂紋尺寸的情況下，確定機(jī)件允許的最大工作應(yīng)力，或者當(dāng)機(jī)件的工作應(yīng)力確定 后，根據(jù)斷裂判據(jù)確定機(jī)件不發(fā)生脆性斷裂時(shí)所允許的最大裂紋尺寸。

21、 精彩文檔 KI?=?s???pa?f?(???)?；有限寬板單邊直裂紋：?KI?=?s???pa?f?(???)?當(dāng)?b?3?a?時(shí)，?KI?=?1.2s???pa?； 實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案 5、試述應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的意義及典型裂紋?KI?的表達(dá)式 答：P121?幾種裂紋的?KI?表達(dá)式，無(wú)限大板穿透裂紋：?KI?=?s?pa?；有限寬板穿透裂紋： a a b b 受彎單邊裂紋梁：KI?=?? 6M (b?-?a)3/?2 a f?(?)?；無(wú)限大物體內(nèi)部有橢圓片裂紋，遠(yuǎn)處受均勻拉伸： b

22、KI?=??s???pa F  (sin?2?b?+ a?2 c2  cos2?b?)1/?4?；無(wú)限大物體表面有半橢圓裂紋，遠(yuǎn)處均受拉伸：A?點(diǎn) 的?KI?=??1.1s???pa F 。 6、試述?K?判據(jù)的意義及用途。 答：?K?判據(jù)解決了經(jīng)典的強(qiáng)度理論不能解決存在宏觀裂紋為什么會(huì)產(chǎn)生低應(yīng)力脆斷的原因。 K?判據(jù)將材料斷裂韌度同機(jī)件的工作應(yīng)力及裂紋尺寸的關(guān)系定量地聯(lián)系起來，可直接用于設(shè) 計(jì)計(jì)算，估算裂紋體的最大承載能力、允許的裂紋最大尺寸，以及用于正確選擇機(jī)件材料、 優(yōu)化工藝等。 11?ＣＯＤ的意義：表示

23、裂紋張開位移。表達(dá)式d?=?8s?s?a?ln?sec(?ps?)?。 pE 2s s 13?試述?KIC?與材料強(qiáng)度?塑形之間的關(guān)系 總的來說，斷裂韌度隨韌度隨強(qiáng)度的升高而降低 19.?若一薄板內(nèi)有一條長(zhǎng)?3mm?的裂紋，且?a0=3×10-8mm，試求脆性斷裂時(shí)斷裂應(yīng)力σ?c （設(shè)σ?m=E/10=2×105MPa）。 解：由公式σ?m/σ?c=(a/a0)1/2，a?為σ?c?對(duì)應(yīng)的裂紋半長(zhǎng)度，即?a=1.5mm，σ?c=28.2845MPa 注：參考，原題可能有誤。 21.有一大型板件，材料的σ?0.2=1200MPa，KI

24、c=115MPa*m1/2，探傷發(fā)現(xiàn)?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σ?=900MPa 根據(jù)σ?/σ?0.2?的值，確定裂紋斷裂韌度?KIC?是否休要修正 因?yàn)棣?/σ?0.2=900/1200=0.75>0.7，所以裂紋斷裂韌度?KIC?需要修正 對(duì)于無(wú)限板的中心穿透裂紋，修正后的?KI?為： == K?= I 精彩文檔 s?pa??????????900?0.01p 1?-?0.177(

25、s?/?s?)?2?1?-?0.177(0.75)?2 s  =?168.13 ?? I 塑性區(qū)寬度為：?????? 2???2p??è?s?s ÷÷ （MPa*m1/2） 1 ??K R?= 0 實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案 ??2 ??????=0.004417937(m)=?2.21(mm) 比較?K1?與?KIc： 因?yàn)?K1=168.13（MPa*m1/2） KIc=115（MPa*m1/2） 所以：KI>KIc?，裂紋會(huì)失穩(wěn)擴(kuò)展?,?所以該件不安全。 注：書上原題為：有一大型板件，材料的?

26、R0.2=1200Mpa， 22.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φ?=1，測(cè)試材料的σ?0.2=720MPa?， 試估算材料的斷裂韌度?KIC?為多少？ 解： 因?yàn)棣?/σ?0.2=150/720=0.208<0.7，所以裂紋斷裂韌度?KIC?不需要修正 對(duì)于無(wú)限板的中心穿透裂紋，修正后的?KI?為：KIC=Yσ?cac1/2 對(duì)于表面半橢圓裂紋，Y=1.1 p?/φ?=1.1?p 所以，KIC=Yσ?cac1/2=1.1 p 

27、′?150?′?25?′?10?-3?=46.229（MPa*m1/2） 注：書上原題為：測(cè)試材料的?R0.2=720MPa。 23.有一構(gòu)件制造時(shí),出現(xiàn)表面半橢圓裂紋,若?a=?1mm,在工作應(yīng)力σ?=1000MPa?下工作,應(yīng)該 選什么材料的σ?0.2?與?KIC?配合比較合適?構(gòu)件材料經(jīng)不同熱處理后,其σ?0.2?和?KIC?的變化 列于下表. σ?0.2/MPa 1100 1200 1300 1400 1500 KIC/MPa·m1/2 110 95 75 60 55

28、 精彩文檔 實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案 第五章?金屬的疲勞 1.名詞解釋; 1、疲勞失效：疲勞失效是一種材料在遠(yuǎn)低于正常強(qiáng)度情況下的往復(fù)交替和周期循環(huán)應(yīng)力下， 產(chǎn)生逐漸擴(kuò)展的脆性裂紋，導(dǎo)致最終斷裂的傾向。 2、疲勞極限：材料在受到隨時(shí)間而交替變化的荷載作用時(shí)，所產(chǎn)生的應(yīng)力也會(huì)隨時(shí)間作用 交替變化，這種交變應(yīng)力超過某一極限強(qiáng)度而且長(zhǎng)期反復(fù)作用即會(huì)導(dǎo)致材料的破

29、壞，這個(gè)極 限稱為材料的疲勞極限。 3、應(yīng)力幅σ?a: σ?a=1/2(σ?max-σ?min) 4、平均應(yīng)力σ?m：?σ?m=1/2(σ?max+σ?min) 5、應(yīng)力比?r: r=σ?min/σ?max 6、應(yīng)力范圍?σ?： 7、應(yīng)變范圍?ε?： 8、應(yīng)變幅（?ε?t/2,?ε?e/2,?ε?p/2）: 9、疲勞源：是疲勞裂紋萌生的策源地，一般在機(jī)件表面常和缺口，裂紋，刀痕，蝕坑相連。 10、疲勞貝紋線：是疲勞區(qū)的最大特征，一般認(rèn)為它是由載荷變動(dòng)引起的，是裂紋前沿線留 下的弧狀臺(tái)階痕跡。 11、疲勞條帶：疲勞裂紋擴(kuò)展的第二階段的斷口特征是具有略程彎曲并相互平行的溝槽花

30、樣， 稱為疲勞條帶（疲勞輝紋，疲勞條紋） 12、駐留滑移帶：用電解拋光的方法很難將已產(chǎn)生的表面循環(huán)滑移帶去除，當(dāng)對(duì)式樣重新循 環(huán)加載時(shí)，則循環(huán)滑移帶又會(huì)在原處再現(xiàn)，這種永留或再現(xiàn)的循環(huán)滑移帶稱為駐留滑移帶。 13、擠出脊和侵入溝：在拉應(yīng)力作用下，位錯(cuò)源被激活，使其增殖的位錯(cuò)滑移到表面，形成 滑移臺(tái)階，應(yīng)力不斷循環(huán)，多個(gè)位錯(cuò)源引起交互滑移，形成“擠出”和“侵入”的臺(tái)階 14、Δ?K:?材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率不僅與應(yīng)力水平有關(guān)，而且與當(dāng)時(shí)的裂紋尺寸有關(guān)。Δ K?是由應(yīng)力范圍Δ?σ?和?a?復(fù)合為應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍，Δ?K=Kmax-Kmin=Yσ?max√a-Yσ?min √a=YΔ

31、?σ?√a 15、da/dN:疲勞裂紋擴(kuò)展速率，即每循環(huán)一次裂紋擴(kuò)展的距離。 16、疲勞壽命：試樣在交變循環(huán)應(yīng)力或應(yīng)變作用下直至發(fā)生破壞前所經(jīng)受應(yīng)力或應(yīng)變的循環(huán) 精彩文檔 實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案 次數(shù) 17、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)變作用下的疲勞。 18、過載損傷：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，其疲勞極限或疲勞壽命 減小，就造成了過載損傷。 19、銀紋：銀紋現(xiàn)象是聚合物在張應(yīng)力作用下，于材料某些薄弱部位出現(xiàn)應(yīng)力集中而產(chǎn)生局 部的塑性形變和取向，以至在材料表面或內(nèi)部垂直于應(yīng)力方向上出現(xiàn)長(zhǎng)度為?100μm、寬度 為?10μm?

32、左右、厚度為?1μm?的微細(xì)凹槽或“裂紋”的現(xiàn)象。 20、靜態(tài)疲勞：在持續(xù)載荷作用下，發(fā)生應(yīng)力斷裂破壞的統(tǒng)計(jì)平均最小時(shí)間。 21、循環(huán)疲勞： 2．揭示下列疲勞性能指標(biāo)的意義 疲勞強(qiáng)度σ?-1，σ?-p,τ?-1,σ?-1N,??Kth σ?-1:?對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)作用下的彎曲疲勞極限； σ?-p:對(duì)稱拉壓疲勞極限； τ?-1:對(duì)稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限； σ?-1N:缺口試樣在對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)作用下的疲勞極限。 qf?：疲勞缺口敏感度：Qf=(Kf-1)/（kt-1）其中?Kt?為理論應(yīng)力集中系數(shù)且大于一，Kf?為疲 勞缺口系數(shù)。?Kf=(σ?-1)/(σ?-1N) ?Kth：疲勞門檻值：

33、在疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線的Ⅰ區(qū)，當(dāng)Δ?K≤Δ?Kth?時(shí)，da/aN=0,表示裂 紋不擴(kuò)展;只有當(dāng)Δ?K>Δ?Kth?時(shí)，da/dN>0,疲勞裂紋才開始擴(kuò)展。因此，Δ?Kth?是疲勞裂紋不 擴(kuò)展的Δ?K?臨界值，稱為疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值。 3.試述金屬疲勞斷裂的特點(diǎn) （1）疲勞是低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂，機(jī)具有壽命的斷裂 （2）疲勞是脆性斷裂 （3）疲勞對(duì)缺陷（缺口，裂紋及組織缺陷）十分敏感 4.試述疲勞宏觀斷口的特征及其形成過程 答：典型疲勞斷口具有三個(gè)形貌不同的區(qū)域—疲勞源、疲勞區(qū)及瞬斷區(qū)。 （1）疲勞源是疲勞裂紋萌生的策源地，疲勞源區(qū)的光亮度最大，因?yàn)檫@里在整個(gè)裂紋亞穩(wěn) 擴(kuò)展過

34、程中 斷面不斷摩擦擠壓，故顯示光亮平滑，另疲勞源的貝紋線細(xì)小。 （2）疲勞區(qū)的疲勞裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展所形成的斷口區(qū)域，是判斷疲勞斷裂的重要特征證據(jù)。特 征是：斷口比較光滑并分布有貝紋線。斷口光滑是疲勞源區(qū)域的延續(xù)，但其程度隨裂紋向前 擴(kuò)展逐漸減弱。貝紋線是由載荷變動(dòng)引起的，如機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的開動(dòng)與停歇，偶然過載引起的 載荷變動(dòng)，使裂紋前沿線留下了弧狀臺(tái)階痕跡。 （3）瞬斷區(qū)是裂紋最后失穩(wěn)快速擴(kuò)展所形成的斷口區(qū)域。其斷口比疲勞區(qū)粗糙，脆性材料 為結(jié)晶狀斷口，韌性材料為纖維狀斷口。 5.試述疲勞曲線（S-N）及疲勞極限的測(cè)試方法 升降法測(cè)試疲勞極限；取略高于疲勞極限的?5?級(jí)應(yīng)力水平，從最

35、高應(yīng)力水平測(cè)試，當(dāng)試樣通 過時(shí)，增加一級(jí)應(yīng)力水平，不通過時(shí)降低一級(jí)應(yīng)力水平，出現(xiàn)至少?13?個(gè)有效試樣時(shí)求的材 料的疲勞極限成組法測(cè)試高應(yīng)力部分；去?4?級(jí)較高應(yīng)力水平，在每級(jí)應(yīng)力水平下測(cè)試?5?個(gè)試 樣，得到每個(gè)應(yīng)力水平的?N?值，兩種結(jié)構(gòu)整理并擬合成?S-N?曲線 6．試述疲勞圖的意義、建立及用途。 定義：疲勞圖是各種循環(huán)疲勞極限的集合圖/也是疲勞曲線的另一種表達(dá)形式。 意義：很多機(jī)件或構(gòu)件是在不對(duì)稱循環(huán)載荷下工作的，因此還需知道材料的不對(duì)稱循環(huán)疲勞 極限，以適應(yīng)這類機(jī)件的設(shè)計(jì)和選材的需要。通常是用工程作圖法，由疲勞圖求得各種不對(duì) 精彩文檔 實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案

36、 稱循環(huán)的疲勞極限。 1、?s?-?s?疲勞圖 a m 建立：這種圖的縱坐標(biāo)以s?表示，橫坐標(biāo)以s?表示。然后，以不同應(yīng)力比?r?條件下將s a m  max 表示的疲勞極限s?分解為?s?和?s?，并在該坐標(biāo)系中作?ABC?曲線，即為s?-?s?疲勞圖。 r a m a m 1?-?r 其幾何關(guān)系為：?tan?a?=  s s  a?= m 1 2?(s 1 (s 2  max max 

37、 -?s +?s  min min  ) = )??1?+?r （用途）：我們知道應(yīng)力比?r，將其代入試中，即可求得?tan?a?和?a?，而后從坐標(biāo)原點(diǎn)?O?引 直線，令其與橫坐標(biāo)的夾角等于a?值，該直線與曲線?ABC?相交的交點(diǎn)?B?便是所求的點(diǎn)，其 縱、橫坐標(biāo)之和，即為相應(yīng)?r?的疲勞極限s  rB ，?s  rB =?s  aB +?s mB?。 2、?s  max (s  min )?-?s?疲勞圖 m 建立：這種圖的縱坐標(biāo)

38、以s max?或?s min?表示，橫坐標(biāo)以s?m?表示。然后將不同應(yīng)力比?r?下的疲 勞極限，分別以s  max (s  min )?和?s?表示于上述坐標(biāo)系中，就形成這種疲勞圖。幾何關(guān)系為： m m????? s tan?a?=?s?max?= s 2s max +?s max  min  = 2 1?+?r （用途）：我們只要知道應(yīng)力比?r,就可代入上試求得?tan?a?和?a?，而后從坐標(biāo)原點(diǎn)?O?引一直 線?OH，令其與橫坐標(biāo)的夾角等于a?，該直線與曲線?AHC?相交

39、的交點(diǎn)?H?的縱坐標(biāo)即為疲勞 極限。 7.試述疲勞裂紋的形成機(jī)理及阻止疲勞裂紋萌生的一般方法。 答:宏觀疲勞裂紋是由微觀裂紋的形成、長(zhǎng)大及連接而成的。疲勞微觀裂紋都是由不均勻的 局部滑移和顯微開裂引起的，主要有表面滑移開裂，第二相、夾夾雜物或其界面開裂；晶界 或亞晶界開裂等。阻止疲勞裂紋萌生方法有：細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化，降低第二相和夾雜物的 脆性，提高相界面強(qiáng)度，控制第二相或夾雜物的數(shù)量、形態(tài)、大小和分布，使晶界強(qiáng)化，凈 化均能抑制晶界裂紋形成，提高疲勞強(qiáng)度 8．試述影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的主要因素。 精彩文檔 實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案 da

40、c(DK?)n 答：1、應(yīng)力比?r（或平均應(yīng)力s ）的影響：Forman?提出 = m dN (1-?r?)?K?-?DK c 殘余壓應(yīng)力因會(huì)減小?r,使 da dN  降低和?DK?升高，對(duì)疲勞壽命有利；而殘余拉應(yīng)力因會(huì)增大?r， th 使 da dN  升高和?DK?降低，對(duì)疲勞壽命不利。 th 2、過載峰的影響：偶然過載進(jìn)入過載損傷區(qū)內(nèi)，使材料受到損傷并降低疲勞壽命。但若過 載適當(dāng)，有時(shí)反而是有益的。 3、材料組織的影響： dN ①晶粒大?。壕ЯＴ酱执?，其?DK?值越高，?da th

41、  越低，對(duì)疲勞壽命越有利。 ②組織：鋼的含碳量越低，鐵素體含量越多時(shí)，其?DK?值就越高。當(dāng)鋼的淬火組織中存在 th 一定量的殘余奧氏體和貝氏體等韌性組織時(shí)，可以提高鋼的?DK?，降低 th da dN  。③噴丸處理： 噴丸強(qiáng)化也能提高?DK?。 th 9．試述疲勞微觀斷口的主要特征。 。 答：斷口特征是具有略呈彎曲并相互平行的溝槽花樣，稱疲勞條帶（疲勞條紋、疲勞輝紋） 疲勞條帶是疲勞斷口最典型的微觀特征?；葡刀嗟拿嫘牧⒎浇饘伲淦跅l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

42、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)，受拉應(yīng)力時(shí)，裂紋張開，在裂紋尖端沿最大切應(yīng)力方向產(chǎn)生滑移。 。 圖(c),裂紋張開至最大，塑性變形區(qū)擴(kuò)大，裂紋尖端張開呈半圓形，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，裂紋尖端又由鈍變銳，形成一對(duì)尖角。

43、 精彩文檔 實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案 10.試述疲勞裂紋擴(kuò)展壽命和剩余壽命的估算方法及步驟。 答：通過疲勞裂紋擴(kuò)展速率表達(dá)式，用積分方法算出疲勞裂紋擴(kuò)展壽命和疲勞剩余壽命；具 體步驟如下：計(jì)算?KI，再計(jì)算裂紋臨界尺寸?ac，最后根據(jù)有關(guān)公式估算疲勞壽命 11、試述金屬表面強(qiáng)化對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。 答：表面強(qiáng)化處理可在機(jī)件表面產(chǎn)生有利的殘余壓應(yīng)力，同時(shí)還能提高機(jī)件表面的強(qiáng)度和硬 度。這兩方面的作用都能提高疲

44、勞強(qiáng)度。 表面強(qiáng)化方法，通常有表面噴丸、滾壓、表面淬火及表面化學(xué)熱處理等。 （1）?表面噴丸及滾壓 噴丸是用壓縮空氣將堅(jiān)硬的小彈丸高速噴打向機(jī)件表面，使機(jī)件表面產(chǎn)生局部形變硬 化；同時(shí)因塑變層周圍的彈性約束，又在塑變層內(nèi)產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。 表面滾壓和噴丸的作用相似，只是其壓應(yīng)力層深度較大，很適于大工件；而且表面粗糙 度低，強(qiáng)化效果更好。 （2）?表面熱處理及化學(xué)熱處理 他們除能使機(jī)件獲得表硬心韌的綜合力學(xué)性能外，還可以利用表面組織相變及組織應(yīng) 力、熱應(yīng)力變化，使機(jī)件表面層獲得高強(qiáng)度和殘余壓應(yīng)力，更有效地提高機(jī)件疲勞強(qiáng)度和疲 勞壽命。 12.試述金屬的硬化與軟化現(xiàn)象及

45、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σ?b?/?σ?s?有關(guān)：?σ?b?/?σ?s>1.4，表現(xiàn)為循環(huán)硬化； σ?b?/?σ?s<1.2，表現(xiàn)為循環(huán)軟化；1.2<σ?b?/?σ?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

46、硬化的材料表現(xiàn)為循環(huán)軟化。 精彩文檔 實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案 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。 19. 20?題：兩幅圖都行

47、 精彩文檔 實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案 21．有板件在脈動(dòng)載荷下工作，σ?max=200MPa,σ?min=0,?該材料的σ?b=670MPa, σ?0.2=600MPa,?KIc=104MPa·?m1/2,?Paris?公式中，?C=6.9×10-12,n=3.0，使用中發(fā)現(xiàn)有 0.1mm?和?1mm?兩處橫向穿透裂紋，請(qǐng)估算板件的疲勞剩余壽命？（2.69×105?循環(huán)周次） 解：只需要計(jì)算?1mm?裂紋就可以 第六章?金屬的應(yīng)力腐蝕和氫脆斷

48、裂 一、名詞解釋 1、應(yīng)力腐蝕：金屬在拉應(yīng)力和特定的化學(xué)介質(zhì)共同作用下，經(jīng)過一段時(shí)間后所產(chǎn)生的低應(yīng) 力脆斷現(xiàn)象。 2、氫脆：由于氫和應(yīng)力共同作用而導(dǎo)致的金屬材料產(chǎn)生脆性斷裂的現(xiàn)象。 3、腐蝕疲勞：當(dāng)金屬受到酸堿的腐蝕，一些部位的應(yīng)力就比其他部位高得多，加速裂縫的 形成，這叫“腐蝕疲勞”。 4、氫蝕：氫蝕指的是在高溫高壓環(huán)境下，氫進(jìn)入金屬內(nèi)與一種組分或元素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)使 金屬破壞。 5、白點(diǎn)：當(dāng)鋼中含有過量的氫時(shí)，隨著溫度降低氫在鋼中的溶解度減小。如果過飽和的氫 未能擴(kuò)散逸出，便聚集在某些缺陷處而形成氫分子。此時(shí)，氫的體積發(fā)生急劇膨脹，內(nèi)壓力 很大足以將金屬局部撕裂

49、，而形成微裂紋。 6、氫化物致脆：對(duì)于ⅣB?或ⅤB?族金屬，由于它們與氫有較大的親和力，極易生成脆性氫 化物，是金屬脆化，這種現(xiàn)象稱氫化物致脆。 7、氫致延滯斷裂：這種由于氫的作用而產(chǎn)生的延滯斷裂現(xiàn)象稱為氫致延滯斷裂。 二、說明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義 1、σ?scc：材料不發(fā)生應(yīng)力腐蝕的臨界應(yīng)力。 2、KIscc：應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子。 3、KI?HEC: 4、da/dt：盈利腐蝕列紋擴(kuò)展速率。 4．如何識(shí)別氫脆與應(yīng)力腐蝕？ 精彩文檔 實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案 答：氫脆和應(yīng)力腐蝕相比，其特點(diǎn)表現(xiàn)在： 1、實(shí)驗(yàn)室中識(shí)別氫脆與應(yīng)力腐蝕的一

50、種辦法是，當(dāng)施加一小的陽(yáng)極電流，如使開裂加速， 則為應(yīng)力腐蝕；而當(dāng)施加一小的陰極電流，使開裂加速者則為氫脆。 2、在強(qiáng)度較低的材料中，或者雖為高強(qiáng)度材料但受力不大，存在的殘余拉應(yīng)力也較小這時(shí) 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(yīng)力最大，氫濃集在這里造 成斷裂。 3、氫脆斷裂的主裂紋沒有分枝的悄況．這和應(yīng)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(氫化物的氫脆除外)，都表現(xiàn)出對(duì)溫度和形變速率有強(qiáng)烈的依賴關(guān)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(xué)成

51、分和形變速率。 5．為什么高強(qiáng)度材料容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕和氫脆？ 氫脆和應(yīng)力腐蝕的形成，都有一個(gè)必要條件，就是應(yīng)力。從氫致斷裂的形成機(jī)理來說，都是 在外應(yīng)力的作用下，滲入基材內(nèi)的氫原子，在應(yīng)力梯度作用下，向應(yīng)力集中的位置偏聚集， 形成微裂紋，當(dāng)微裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，原本具有韌性的材料就會(huì)發(fā)生脆性斷裂。氫脆和應(yīng)力腐蝕 斷裂的機(jī)理相同，只是氫的來源不同。 之所以是高強(qiáng)度的材料，一個(gè)重要的原因就是應(yīng)為它們?cè)诠ぷ髦?，需要承受較大的應(yīng)力。 6.分析應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率?da/dt?與?K1?關(guān)系曲線，并與疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線進(jìn)行比較

52、 前者的第一和第三階段的速率隨?K?的變化非?？?，后者相對(duì)較慢。第二階段前者幾乎是平 行的，后者比較平穩(wěn)但是速率還是會(huì)隨著?k?的變法而變化 8.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

53、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。 精彩文檔 實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案 若應(yīng)變速率過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。 試述區(qū)別高強(qiáng)度鋼的應(yīng)力腐蝕與氫致延滯斷裂的方法 應(yīng)力腐蝕斷裂具有腐蝕產(chǎn)物和氧化現(xiàn)象，故常呈黑色和灰黑色。并且常有分叉現(xiàn)象，呈枯樹 枝狀。氫

54、致延滯斷裂沒有這些現(xiàn)象。 第七章?金屬的磨損與耐磨性 1.名詞解釋 1、等強(qiáng)溫度（TE）：晶粒強(qiáng)度與晶界強(qiáng)度相等的溫度。 2、約比溫度：T/Tm，T?為實(shí)驗(yàn)溫度，Tm?為金屬熔點(diǎn)，都用熱力學(xué)溫度表示。 3、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。 4、蠕變極限：在高溫長(zhǎng)時(shí)間載荷作用下不致產(chǎn)生過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。 5、持久塑性：持久塑性是指材料在一定溫度及恒定試驗(yàn)力作用下的塑性變形。用蠕變斷裂 后試樣的延伸率和斷面收縮率表示。 6、蠕變脆性：由于蠕變而導(dǎo)致材料塑性降低以及在蠕變過程中發(fā)生的低應(yīng)力蠕變斷裂

55、的現(xiàn) 象。 7、應(yīng)力松弛：是在總應(yīng)變保持不變時(shí)材料內(nèi)部的應(yīng)力隨時(shí)間自行降低的現(xiàn)象。 8、松弛穩(wěn)定性：P233?材料在恒變形的條件下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，彈性應(yīng)力逐漸降低的現(xiàn)象 稱為應(yīng)力松弛。材料抵抗應(yīng)力松弛的能力稱為松弛穩(wěn)定性。 9、過渡蠕變：應(yīng)力不變的條件下，應(yīng)變隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象。 ） （它與塑性變形不同，塑性變形通常在應(yīng)力超過彈性極限之后才出現(xiàn)，而蠕變只要應(yīng)力的作 用時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，它在應(yīng)力小于彈性極限時(shí)也能出現(xiàn)。 10、穩(wěn)態(tài)蠕變：蠕變速率幾乎保持不變的蠕變。 11、晶界滑動(dòng)蠕變： 12、擴(kuò)散蠕變：在高溫條件下，晶體內(nèi)空位將從受拉晶界向受壓晶界遷移，原子則朝相反方 向

56、流動(dòng)，致使晶體逐漸產(chǎn)生伸長(zhǎng)的蠕變。 2.說明下列力學(xué)性能指標(biāo)的意義。 （1）P229 (2)P229 (3)P231 3、和常溫下力學(xué)性能相比，金屬材料在高溫下的力學(xué)行為有哪些特點(diǎn)??造成這種差別的原 因何在？ 答案：1、首先，材料在高溫將發(fā)生蠕變現(xiàn)象。材料在高溫下不僅強(qiáng)度降低，而且塑性也降 低。應(yīng)變速率越低，載荷作用時(shí)間越長(zhǎng)，塑性降低得越顯著。 2、高溫應(yīng)力松弛。 3、產(chǎn)生疲勞損傷，使高溫疲勞強(qiáng)度下降。 4.試說明高溫下金屬蠕變變形的機(jī)理與常溫下金屬塑性變形的機(jī)理有何不同？ 答：常溫下金屬塑性變形主要是通過位錯(cuò)滑移和孿晶進(jìn)行的，以位錯(cuò)滑移為主要機(jī)制。當(dāng)滑 移面上的位錯(cuò)運(yùn)

57、動(dòng)受阻產(chǎn)生塞積時(shí)，必須在更大的切應(yīng)力作用下才能使位錯(cuò)重新運(yùn)動(dòng)和增 值，宏觀變現(xiàn)為加工硬化現(xiàn)象，或?qū)τ诼菪臀诲e(cuò)，采用交滑移改變滑移面來實(shí)現(xiàn)位錯(cuò)繼續(xù)運(yùn) 動(dòng)。而當(dāng)高溫下金屬蠕變變形主要通過位錯(cuò)滑移，原子擴(kuò)散等機(jī)理進(jìn)行。1，當(dāng)滑移面上的 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻產(chǎn)生塞積時(shí)，位錯(cuò)可借助于外界提供的熱激活能和空位擴(kuò)散來克服短程阻礙。 主要是通過刃型位錯(cuò)的攀移來實(shí)現(xiàn)。2，此外，在高溫下大量原子和空位定向移動(dòng)，即在兩 端拉應(yīng)力作用下，晶體內(nèi)空位將從受拉晶界向受壓晶界遷移，原子則朝相反方向流動(dòng)致使晶 精彩文檔 實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案 體伸長(zhǎng)產(chǎn)生蠕變，即擴(kuò)散蠕變?？傊?，在高溫條件下，金屬塑性變形仍得以繼續(xù)進(jìn)

58、行，即高 溫蠕動(dòng)變形。 5.試述金屬蠕變斷裂的裂紋形成機(jī)理與常溫下金屬斷裂的裂紋形成機(jī)理有何不同。 答：蠕變變形是通過位錯(cuò)滑移、位錯(cuò)攀移等方式實(shí)現(xiàn)的。 在常溫下，若滑移面上位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，產(chǎn)生塞積現(xiàn)象，滑移便不能進(jìn)行。 在高溫蠕變條件下，由于熱激活，就有可能使滑移面上塞積的位錯(cuò)進(jìn)行攀移，形成小角度亞 晶界（此即高溫回復(fù)階段的多邊化），從而導(dǎo)致金屬材料的軟化，使滑移繼續(xù)進(jìn)行。 在高溫蠕變條件下，由于晶界強(qiáng)度降低，其變形量就大，有時(shí)甚至占總?cè)渥冏冃瘟康囊话耄? 這是蠕變變形的特點(diǎn)之一。 6.提高材料的蠕變抗力有哪些途徑? 答案：加入的合金元素阻止刃位錯(cuò)的攀移，以及阻止空位的形成與運(yùn)

59、動(dòng)從而阻止其擴(kuò)散。 7.應(yīng)力松弛和蠕變有何關(guān)系？ . 首先分清定義?.高溫蠕變是指金屬在高溫和應(yīng)力同時(shí)作用下?,應(yīng)力保持不變?,其非彈性變形量 隨時(shí)間的延長(zhǎng)而緩慢增加的現(xiàn)象.高溫、應(yīng)力和時(shí)間是蠕變發(fā)生的三要素.應(yīng)力越大,溫度越高, 且在高溫下停留時(shí)間越長(zhǎng)則蠕變?cè)缴?應(yīng)力松弛是指在高溫下工作的金屬構(gòu)件,在總變形量不 變的條件下其彈性變形隨時(shí)間的延長(zhǎng)不斷轉(zhuǎn)變成非彈性變形,從而引起金屬中應(yīng)力逐漸下降 并趨于一個(gè)穩(wěn)定值的現(xiàn)象.異同：蠕變和應(yīng)力松弛二者實(shí)質(zhì)是相同的,都是材料在高溫下隨時(shí) 間發(fā)生的非彈性變形的積累過程.所不同的是應(yīng)力松弛是在總變形量一定的特定條件下一部 分彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)榉菑椥宰冃危欢渥儎t是在恒定應(yīng)力長(zhǎng)期作用下直接產(chǎn)生非彈性變形?。 8.答案在?236?頁(yè) 9.?什么是聚合物的黏彈性？為什么多數(shù)聚合物在室溫下就會(huì)產(chǎn)生明顯的蠕變現(xiàn)象？聚合物 的蠕變抗力怎樣度量？ P236-P240 10.提高陶瓷抗熱震性的主要措施有哪些？ P242?最下面：（1）提高材料強(qiáng)度σ?，減小彈性模量?E，使σ?/E?提高。 （2）減小材料的線脹系數(shù)α。（3）提高材料的熱導(dǎo)率λ?。 精彩文檔