材料力学性能最终版本

1、概念题1念形：零件尺寸和形状的变化。2弹性变形：可以恢复的变形。3. 蜩性变形：永久不可以恢复的变形。4. 弹性模量：在单向拉伸下测定，表征材料抵抗正应变的能力。5. 切变弹性模量：在剪切的状态下，表示材料抵抗切应变的能力。6泊松比：单向拉伸状态下，横向应变与拉伸方向正应变之比。7. 体积弹性模量：静水床力状态下，材料所受外力与其体积变化率之比。8. 刚度：材料在弹性变形范围内抵抗变形的能力。9. 弹性比功：材料吸收变形功而不发生永久变形的能力。10弹性后效：在恒力作用下，应变逐渐增加，卸载后应变逐渐恢复的现象。11弹性滞后环：加载线与卸载线所围成的路径。12包申格效应：先进行预变形，然后进行

2、反向拉伸，屈服强度下降的现象。1物理屈服现象：当应力达到一定值时，发生大规模塑性变形的现象：表示材料 由弹性变形状态进入塑性变形状态。2应变时效：加载后卸载并且时效，造成材料强度升高，塑性韧性下降的现象。3. 韧性：材料在断裂过程中吸收的塑性功和断裂功。4. 应力状态柔度系数：表征材料任意一点的应力状态。1延性断;以塑性变形为主导的断裂。2解理断裂：在拉应力的作用下，沿某一晶面劈开的过程，常发生在体心立方、密排八方结构。3. 沿晶断裂：裂纹沿着晶界形成并沿晶界扩展的断裂。1三向应力状态：塑性变形受到约束，缺口尖端出现三向应力状态，塑性变形难 以进行。2缺口强化：由缺口尖端存在三向应力状态，塑性

3、变形受到约束，屈服强度升 高的现象。3. 缺口敏感：由于缺口的存在，出现三向应力状态，应力应变集中，变脆的现象。4低温脆性：随温度下降，材料从須性断裂转变到脆性断裂的现象。5. 冷脆金属：以体心立方为基的中低强度钢和彼锌等具有明显的低温脆性。&理论应力集中系集中应力最大值与名义应力的比。1线弹性断裂力学：研究对象是含有裂纹的线弹性体，即裂纹顶端的应力与应变满足胡克定律。塑性约束系数：有效屈服强度与单向拉伸屈服强度之比。2应力场强度因子：决定裂纹尖端应力强弱的物理量。3. 平面应变断裂韧度：裂纹体失稳扩展时的应力场强度因子。1疲劳：在变动载荷下作用下，裂纹的萌生、扩展和最后断裂的全过程。2变动载

4、荷：载荷大小、方向随时间按定规律呈周期性变化或无规律的随机变化。3高周疲劳：循环周次大于105次的疲劳。4. 疲劳极限：循环无数次材料都不破坏的应力称为疲劳极限。5. 条件疲劳极限：循环W8或者5*10-7次方对应的应力值。6疲劳应力集中系数：光滑试样的疲劳极限与缺口试样的疲劳极限之比。7. 缺口敏感因子：疲劳应力集屮系数减1和理论应力系数减1的比值。8. 低周疲劳：循环次数小于105次的疲劳。9热疲劳：在循环的温度作用下，材料的膨胀或收缩受到限制，而产生应力-应 变的循环，在这样的应力-应变条件下，材料发生破坏的现象。10. 热冲击：材料的温度迅速上升或迅速下降，使材料发生破坏的现象。1应力

5、腐蚀开裂：材料或零件在应力和腐蚀环境的共同作用下引起的开裂称为应 力腐蚀开裂。2. 氢脆:材料在应力和过屋氢的作用下使金屈材料塑韧性下降、脆性增加的现象。3. 腐蚀疲劳：零构件的破坏是在疲劳和腐蚀联合作用下发生的，这种失效形式称为腐蚀疲劳。1. 等强温度：晶内强度与晶界强度相等时的温度。2. 约比温度：工作温度与材料熔点之比。3. 蠕变：金属材料在恒应力长时间作用下发生塑性变形的现象。4. 晶界滑动蠕变：由晶界的滑移和迁移而导致晶界滑动产生的蠕变。5. 扩散蠕变：晶粒受到单方向拉应力，出现某一方向原子间距增大从而出现空隙, 空隙原子向此扩散，而穴位向原子间距减小方向扩散，导致晶粒向某一方向伸长

6、 引起的蠕变。6. 持久塑性：通过持久强度试验，试样断裂后测其延伸率和断面收缩率，反映其 持久塑性。7. 蠕变脆性：材料经高温长时间加载后出现塑性显苕降低的趋势。8. 松弛稳定性：材料抵抗应力松弛的能力。1. 材料磨损：由于硬质颗粒或突起物导致零件表面质量损耗。2. 粘着磨损：零件间相互接触，在外力作用下，表面氧化膜床裂，基体接触发生 金属的键合或冷焊，相对运动时，粘着点发生撕扯。3. 表面疲劳磨损：零件以滚动接触，接触点受力呈周期性变化，为周期载荷。当 接触区形成的循环应力超过材料的疲劳强度情况下，表面层引发断裂，并逐步扩 展，最后使裂纹以上的材料断裂剥落下來，导致损耗。4. 腐蚀磨损：两个

7、摩擦表而与周围介质发生化学或电化学反应，在表面上形成的 腐蚀产物粘附不牢，在縻擦过程中剥落下來，而新的表面乂继续和介质发生反应。5. 微动磨损：两个接触表面之间发生小振幅相对切向运动引起的磨损现象。 补充：1. 刚度常数：应力行量与应变行量的比例系数。（柔度常数）2. 应力强氏系数：表示材料的应变强化能力或对进一步塑性变形的抗力3. 韧性断裂：材料断裂前有宏观塑性变形4. 启裂：试样进入断裂状态的标志5. 解理舌：解理裂纹与形变挛晶相变。沿李晶与基体的界面扩展形成的6. 位错塞积机制：当滑移面上的位错遇到晶界、李晶界、第二相夹杂物、滑移障 碍时。如果塞积应力够大，达到理论断裂强度后，在塞积处和

8、塞积面成45方 向上形成解理裂纹。7. 等强应变：晶内强度与晶界强度相同时的应变量。8. 平面应力状态：只在两个方向上存在的应力状态。9. 晶体材料正断：在拉应力作用下，沿与拉应力垂直的原子面被拉开的过程10. 过载持久值：当应力超过疲劳极限时，材料对过载抗力的大小。11. 疲劳源区：疲劳裂纹起源于应变集中的局部显微区域。简答题 第一章 1工程金属材料的应力-应变曲线有几种典型形式？主要特征如何？各为什么 材料所拥有？5个形式：第一种是最常见的材料应力-应变曲线，随应变增加由弹性变形 发展到弹塑性阶段发生塑性变形，接着发生加工硬化，颈缩直至断裂，一般发生 在调质钢和一些轻合金；第二种有明显的屈

9、服点，有时出现屈服平台，发生在退 火低碳钢和部分有色金属中：第三种无颈缩现象的发生，具有加工硬化率高的特 点，含钮较多的钢有这种曲线；第四种在形变强化过程中出现多次局部失稳，多 发生在低溶质铝合金和杂质较多的铁合金。第5种是脆性材料的，之前弹性变形 可恢复，之后突然断裂，断口面积是原截而积，玻璃陶瓷岩石横向交联好的聚合 物淬火高碳钢和灰铸铁。2什么是材料的强度，塑性？强度：材料塑性变形和断裂的抗力。塑性：材料塑性变形的能力。3强度指标和塑性指标包括几种，实际意义，及在设计中的应用.强度指标：屈服强度、抗拉强度、真实断裂强度。屈服强度：材料开始塑性变形时对应的应力值。抗拉强度：材料的极限承载能力

10、。实际断裂强度：拉伸断裂时，载荷与断口真实截面积所得到的应力。强度指标的意义：零件设计的基础。塑性指标：延伸率、断面收缩率。延伸率：试样断裂后的总延伸率称为极限延伸率。断面收缩率：试样断裂后所得到的总断面收缩率成为极限断面收缩率。 塑性指标的意义：避免断裂，保证安全：保证塑性加工的顺利进行。设计中的应用：强度指标可以作为机械零件的设计和选材的依据，也可以用于 评价产品质最和工艺规范等。塑性指标对材料的安全有重要的指导意义，也是床 力加工和冷形成工艺的基础。第二章1. 说明弹性变形的主要特征。特征是弹性变形具有可逆性和线性，原因是作为原子间作用力的吸引力或排 斥力的作用是恢复原子的平衡位置。外力

11、引起的原子间距的变化，及位移，在宏 观上就是弹性变形。外力去除后，原子复位，位移消失，弹性变形消失，从而表 现了弹性变形的可逆性。2何谓刚度，举出1-2种要求刚度设计的零件的实例。若刚度不足，可采取哪 些措施改进。材料在弹性变形范鬧内抵抗变形能力称为刚度。例如镇床的镇杆、机床的主 轴都碍要有良好的刚度。要增加零件的刚度，要么选用正弹性模量高的材料，要 么增大零件的截面积。3何谓循环韧性，其工程意义如何加载线与卸载线所围成的面积。表示材料以不可逆的方式所吸收的变形功称 为循环韧性。它的大小代表金属在单向循环应力或应变循环下，以不可逆的方式 吸收能量而不被破坏的能力，代表着金属靠自身来消除机械振动

12、的能力4某汽车弹簧，在未装满载时，已变形到最大位置，卸载后可完全恢复到原来 状态；另一汽车弹簧，使用一段时间后，发现弹簧变形越来越小，即产生了塑 性变形，而且塑性变形量越来越大。是分析这两种故障的本质及改进措施。未装满载时己变形到最大位置，弹赞弹性极限不够导致弹性比功小，使用一 段时间后，发现弹赞变形越來越小，即产生了塑性变形，这是构件材料的弹性比 功不足引起的故障，可以通过热处理或合金化提高材料的弹性极限或者更换屈服 强度更高的材料。第三章1. 简述物理屈服现象的本质（1）钉扎理论：柯氏气团对位错的钉扎；（2）系统整体变形理论：塑性变形速度大于试验机拉伸速度；（3）材料本身：e=bpV有明显

13、屈服的材料，由于钉扎作用可动位错密度小， 需提高位错运动速度才能适应试验机夹头运动的要求，但位错运动速度取决于外 力有V二（t/tO） 大的位错运动速度要求大的应力，塑性变形阶段位错密 度增大，位错运动速度下降，所需应力下降，故出现上屈服限点和屈服降落，而 对于体心立方材料mV20,面心立方m100,故体心立方材料屈服现象明显。2何谓形变强化现象？其规律如何表征？其工程意义如何？形变强化是指随塑性变形程度增加，金属的强度硬度提高，而塑性籾性下降 的现象。表征：可以用公式S=K e -n描述，k为强度系数，n为应变强化指数。材料 形变强化特征反应在n上，n二0为理想須性材料。n二1为理想弹性材料

14、，大多数 材料在0. 1-0. 5之间工程意义：（1）可以保证安全，避免断裂：（2）材料的强化手段之一；（3） 保证零件冷变形进行的基础。2. 金属塑性变形机制及特点金屈晶体塑性变形主要是滑移与李生。滑移是晶体在切应力作用下，沿一定 晶而和晶向进行切变的过程。滑移而和滑移方向-般是原子密排面和密排方向。 而李生放生在金属晶体局部区域的一个切变过程，切变区域宽度较小，切变后形 成的切变区的取向与未切变区成镜面对称关系，点阵类型相同，但学生提供的变 形量很小。特点：（1）变形的不同时性和不均匀性。变形先从软取向晶粒开始，随力的增 大，越来越多晶粒参与变形。由于相邻晶粒的取向不同，位错运动在取向不同

15、的 晶界上受到阻碍，表现出变形的不均匀性。（2）变形是相互制约与相互协调的。塑性变形必须在多个滑移系上配合 进行，多晶体内任意晶粒可以实现任意变形条件同时开动5个滑移系。第四章1所有断裂的产生原因(1) 延性断裂：延性断裂分为切离与微孔聚集断裂。切离由于材料在受拉时, 试样沿软取向的滑移面分离形成刃状或尖锥状断口。而微孔聚集型断裂是由F多 相材料的位错在滑移过程中在第二相处受阻聚集，产生很大应力，或使第二相与 基体脱离形成孔洞或第二相开裂，脱开产生更大应力，形成孔洞，产生微孔损伤。 许多微孔之间的基体，在外力下如拉伸试样般发生颈缩，断裂，使相邻微孔不断 长大，直至断裂。(2) 解理断裂：体心立

16、方和密排八方晶体材料晶内发生位错的滑移是，两个 不全位错在滑移交线上发生位错反应生成使系统能最降低的新位错，而新位错的 柏氏矢量与晶面垂直，无法滑移，使塞积起来产生很大应力，达到一定程度，晶 体就会沿该晶面劈开，形成解理断裂，解理裂纹遇到晶界时会形成一系列相互平 行的小解理裂纹并向前扩展，形成解理台阶连续成河流花样，遇到挛晶则形成舌 状花样。(3) 沿晶断裂：1.当材料中的晶界受到损伤如晶界有网状，脆性相形成：2. 出现回火脆性，杂质元素沿晶界偏距；3.过烧；4.晶界上有点状或键状第二相沉 淀：5.晶界遭到腐蚀时，其变形能力不足，不足以协调相邻晶界变形而裂纹扩展 总是沿阻力最小路径发展，故表现

17、为沿晶断裂。第五章1缺口会引起哪些力学效应.1会引起应力集中，2在缺II根部产生三相应力状态，对材料的屈服和塑性变形起 到约束作用，3缺口强化。2何谓低温脆性？哪些材料易表现低温脆性，原因是什么？低温脆性是随温度下降，材料从塑性断裂转变为脆性断裂的现象。以体心立 方金属为基体的中低强度的钢和披、锌等具有明显的低温脆性。面心立方不表现 低温脆性，因为虽然而心立方和体心立方都是12个滑移系，但是，低温吋面心 立方派纳力变化小，对位错滑移阻力变化小，且面心立方间隙原子C, N溶解度大, 能装下那么多原子，不易偏距。而体心立方除了派纳力变化大以外，间隙原子也 向位错线偏距，阻碍位错运动，对变形适应力减

18、弱，即产生低温脆性。3说明缺口强化现象的成因。其本质与形变强化有何不同。由于缺口尖端及其附近区域处于三向应力状态，材料的塑性变形受到约束， 根据第三强度理论，屈服条件为(ox-o3) /23。3/2,即oy-oxNos,故在 塑性区边界有oy=os+ox而随x的增大，ox是先增大后减小的。所以在距离 缺口尖端存在一个最大的oy,此应力值远比试样的屈服强度高，产生所谓缺口 强化现象。不同：形变强化是通过加工硬化的手段使材料的屈服强度上升，而缺口强化 并未改变材料的屈服强度，只是由于三向应力约束了塑性变形，使材料在高应力 下不发生塑性变形，不能将其作为材料的强化手段。第六章1. 如何正确认识断裂判

19、据KI=KIC的含义及工程应用应力场强度因子KI是决定应力场强弱的复合力学参考量，可将其看作推动 裂纹扩展的动力，KIC为平而应变下的断裂韧性，表示材料裂纹失稳扩展的阻力, 该式表示裂纹扩展的动力与裂纹扩展的阻力相半衡，即裂纹维持现状不失稳。该 式将材料的断裂韧性1：件的匚作应力与裂纹尺寸结合起來，可以解决以下问题：1. 可以有材料断裂韧性和平均工作应力去估算其中所允许的最大裂纹尺寸，为判定裂纹探伤标准提供依据：2.可由材料断裂韧性和零件的裂纹尺寸去估算其最大 承载能力，为载荷设计提供依据；3.根据工作应力及裂纹尺寸，确定材料的断裂 韧性，为正确选用材料提供依据。2. 线弹性断裂力学适用范围它

20、的研究对象是带有裂纹的线弹性体，一般为玻璃陶瓷等脆性材料，要适用 于金属材料必须满足：金属材料裂纹顶端須性区尺寸与裂纹长度相比是一个很小 数值，具体來说高强度钢os 1200MPa：厚截面的中强钢500MPa o s lOOOMPa；低温下的中低强钢。3. 为什么高强度材料具有搞的裂纹敏感性？这是由高强材料的组织特点和缺口尖端应力状态共同决定的。高强度材料需 要加入大量合金元素，形成固溶强化和弥散强化，使材料的屈服强度上升，导致 裂纹尖端塑性区尺寸很小，脆性增强。并且，第二相高度弥散，发生微孔损伤时, 相邻微孔距离很近，易于微孔长大，非常容易断裂。第七章1疲劳的分类，特点，如何表征？疲劳分为高

21、周疲劳与低周疲劳高周疲劳特点：循环周次大，寿命长：承受循环载荷小，小于材料的屈服强 度；用应力來描述。低周疲劳特点：材料承受的载荷大，一般大于屈服强度：寿命短；频率低； 控制材料疲劳行为的是应变。高周疲劳的表征：用S-N曲线和疲劳极限來表征低周疲劳的表征：用A e-N和循环应力-应变曲线表征2. 改善材料疲劳强度的方法（1）表面改性：1 采用喷丸的方法，滚斥、研磨、抛光的方法，利用塑性变 形的方法，提高表面的强度和硬度，增加位错移动的阻力，使侵入带和挤出沟形 成的难度上升。并且喷丸还可以使表面处于压应力状态，减弱应力对表面影响和 裂纹的扩展。抛光还可以减轻表面因磨损产生沟壑，凹坑腐蚀以及状态变

22、化而导 致的应力集中现象；2.可采用表面热处理如表面淬火一级化学热处理如渗碳、渗 氮的方法，不但可以增加位错运动的阻力，还可以将表面的应力状态置于床应力。（2）内部处理：降低内部缺陷，防止内部的孔洞产生应力集中，内部表面产 生浸入沟和挤出带，并且内部夹杂物会使位错塞积，产生应力集中，使夹杂物或 基体开裂，也可以通过细化晶粒，增丿川晶界数最，阻碍疲劳，裂纹的扩展，从而 使疲劳极限上升。第八章1应力腐蚀特征(1) 造成应力腐蚀破坏是静应力，远低于屈服强度，可以是外力，也可以是残余 应力，产生的力一定是拉伸力；(2) 是脆性断裂，没有宏观的塑性变形；(3) 纯金属不产生应力腐蚀断裂，特定的合金对应特

23、定的介质；(4) 裂纹起源于表面的蚀坑，沿主应力垂直方向扩展；(5) 裂纹扩展速度很慢，约为10* (-9) -10 (-6) m/s,当裂纹扩展到一定程度 的时候失稳扩展；(6) 断口呈暗灰色，有腐蚀产物：(7) 裂纹呈树枝状：(8) 可能是穿晶也可能是沿晶，裂纹呈人字形或者是羽毛状。2. 氢脆的分类白点：钢中由于存在过最的氢，导致锻件在锻后冷却较快，固溶解度的减小 而过饱和，并从固溶体中析出。氢蚀：氢与钢中的碳发生反应，生成CH4气体，也可以在钢中形成高压，并 导致钢材塑性降低。氢化物致脆：在纯钛，Q 钛合金，帆、链、铤及其合金中，氢易形成氢化 物，使塑性韧性降低，产生脆化。氢致延滞断裂：高强钢或u+B钛合金中含有适量处于固溶状态的氢。在低 于屈服强度的应力的持续作用下，经过一段孕存期后，在内部特别是三向拉应力 区形成裂纹，裂纹逐步扩展，最后会突然发生脆性断裂。3. 应力腐蚀破坏为什么是脆性破坏？这与应力腐蚀裂纹的产生有关。根据钝化膜理论，任何金属表面都存在钝化 膜防止其被腐蚀，当受到拉应力作用，局部地区的钝化膜破坏，金属与腐蚀介质 接触，由于金属基体的电极电位比氧化膜低，形成腐蚀原电池，发生Me-2e-=Me2+ 进入介质。拉应力起到使钝化膜破裂的作用，因为缺口