材料物理力学思考题

1、什么是材料力学性能？材料的力学性能是材料的宏观性能，可以定义为材料抵抗力与外形所呈现的性能。一般指材料在不同温度下承受各种外加载荷时所表现出的力学特征，如弹性性能、塑性性能、硬度、抗冲击性等。研究材料的力学性能是材料取得实际应用的基础材料拉伸试验经历那几个阶段？ 1 ，弹性阶段（应力应变比列增加，卸载荷载可以恢复原状）； 2， 屈服阶段（应变的增加大于应力的增加，开始产生塑性变形，应力下限即为屈服点）； 3， 强化阶段（应变增加应力也增加，最大值即为极限抗拉强度） 4，颈缩阶段（应变增加应力下降，产生“颈缩”断裂）。拉伸试验可以测定哪些力学性能？ 拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的

2、试验方法。利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标。不同材料的拉伸曲线相同吗？为什么？不同。材料不同，抵抗变形的能力不同，屈服强度不同，抗拉强度不同，拉伸试验时曲线必然不同。3塑性材料和脆性材料的应力应变曲线有什么不同？ 脆性材料近似为一条直线，只有弹性变形阶段没有塑性变形阶段，在弹性变形阶段断裂；而塑性材料既有弹性变形阶段又有塑性变形阶段，在塑性变形阶段断裂。4 弹性变形的实质是什么？ 构成材料的原子（离子）或分子自平衡位置产生可逆位移的反应 其特点：可逆性，即外力去除后，变形消失而恢复原状5 你学习了

3、哪些弹性指标？ 弹性模量、比例极限、弹性极限、弹性比功6 什么是滞弹性？举例说明其应用 滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象 在实际应用中，对于在应变应力作用下工作的轮胎和传动皮带等橡胶制品，希望其内耗越小越好，以延长其寿命；而用作防震和隔音的材料，则希望其内能越大越好，以便吸收更多的能量，以增强防震和隔音的效果。 7.内耗、循环韧性、包申格效应 内耗是指材料在弹性范围内由于其内部各种微观因素的原因致使机械能逐渐转化成为材料内能的现象 包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形（残余应变为1%2%），卸载后再同向加载，规定残余应力（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余应力

4、降低（特别是弹性极限在反向加载时几乎降低到零）的现象，称为包申格效应。 循环任性也是金属材料的力学性能，因为他表示材料吸收不可逆变形功的能力，故又称消振性。循环韧性的意义：材料循环韧性越高，则机件依靠材料自身的消震能力越好。8 什么是去屈服强度？ 指材料在出现屈服现象时所能承受的最大应力 当应力超过弹性极限后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。当应力达到B点后，塑性应变急剧增加，曲线出现一个波动的小平台，这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度(s或0.2)。如何测

5、定屈服强度 工程上常用的屈服标准有三种 比例极限P: 应力-应变曲线上符合线性关系的最高应力.SP 弹性极限el: 材料能够完全弹性恢复的最高应力. elP 工程上用途不同区别,枪炮材料要求高的比例极限,弹簧材料要求高的弹性极限 屈服强度0. 2或ys : 以规定发生一定的残留变形为标准,通常为0.2%残留变形的应力作为屈服强度.9.屈服强度的实际意义，影响有哪些，如何强化屈服强度？ 屈服强度不仅有直接的使用意义，在工程上也是材料的某些力学行为和工艺性能的大致度量。例如材料屈服强度增高，对应力腐蚀和氢脆就敏感；材料屈服强度低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等。因此，屈服强度是材料性能中不可缺少

6、的重要指标。 影响屈服强度的内在因素有：结合键、组织、结构、原子本性；外在因素有温度、应变速率、应力状态。 从组织结构的影响来看，可以有四种强化机制影响金属材料的屈服强度，即固溶强化、形变强化、沉淀强化和弥散强化、晶界和亚晶强化。其中沉淀强化和细晶强化是工业合金中提高材料屈服强度的最常用的手段。10.什么是颈缩?颈缩条件?颈缩点意义？ 颈缩：在拉伸应力下，材料可能发生的局部截面缩减的现象。 颈缩条件：应力-应变曲线上的应力达到最大值时，即开始出现颈缩，颈缩前是均匀变形，颈缩后是不均匀变形，即局部变形 颈缩点：当真实应力应变上某点的斜率等于该点的真实应力，产生颈缩，称为颈缩点11抗拉强度b和实际

7、意义？ 抗 拉 强 度 是 拉 伸 试 验 时 试 样 拉 断 过 程 中 最 大 试 验 力 所 对应 的 应 力 。抗 拉 强 度 的 实 际 意 义 如 下 1 )标 志 塑 性 金 属 材 料 的 实 际 承 载 能 力 但 这 种 承 载 能 力也 仅 限 于 光 滑 试 样 单 向 拉 伸 的 受 载 条 件 。 2 )在 有 些 场 合 可 作 为 设 计 依 据 。 如 对 变 形 要 求 不 高 的机 件 在 使 用 中 对 重 量 限 制 很 严 而 服 役 时 间 又 不 长 的 构件 为 了 减 轻 自 重 有 时 也 按 抗 拉 强 度 来 进 行 设 计 如 火箭

8、上 的 某 些 淘 汰 件 就 是 这 样 。 3 )与 硬 度 、 疲 劳 强 度 等 之 间 有 一定的联系12.塑性及其表示和实际意义？ 材料在外应力去除后仍保持部分应变的特性称为塑性。 此种性能对材料的加工和使用都有很大的影响，是一种重要的力学性能 实际意义：金属材料的塑性指标是安全力学性能指标； 塑性对压力加工是很有意义的。加工硬化 塑性大小反映冶金质量的好坏，评定材料质量。 13.解理断裂及其微观断口的特征 解理断裂：指金属材料在一定条件下（如低温），当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂。 解理断裂过程分为三个阶段：a)塑性变形形成裂纹b)裂纹在同一

9、晶粒内初期长大c)裂纹越过晶界向相邻晶粒扩展 解理断裂的微观断口特征：1)解理台阶及河流状花样。2)舌状花样14.（1）解理面,解理刻面,解理台阶,河流花样 解理面：材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断面类似，故称此种晶体学平面为解理面。 解理刻面： 解理断裂的微观断口是由许多大致相当于晶粒大小的解理面集合而成的，这些大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 解理台阶：解理断裂裂纹跨越若干相互平行的而且位于不同高度的解理面，从而在同一个解理刻面内部出现台阶形状，这种形态叫解理台阶； 河流花样：不同解理面边缘形成类似像河流的花样形

10、态，叫河流花样，河流花样的流向与裂纹扩展方向一致。（2）解理舌,二次解理,撕裂棱,穿晶断裂,沿晶断裂 解理舌：体心立方晶体在低温和快速加载时及密排六方金属材料中由于孪生是主要形变形式，断口上经常可以看到舌状花样，称为解理舌 二次解理：在解理断裂的裂纹上，产生于主裂纹相互垂直的小裂纹，称为二次解理 撕裂棱：较为粗大的解理裂纹，称为撕裂棱 穿晶断裂；多晶体金属断裂，根据裂纹扩展的路径划分，裂纹沿着多晶粒的解理面穿过，不管晶界的位置如何 沿晶断裂：裂纹沿晶扩展，当晶界的强度小于屈服强度时，晶界无塑性变形，断裂呈宏观脆性 产生冰糖状断口。当晶界的强度大于屈服强度时，晶界有塑性变形，产生石状断口 （3）

11、脆性断裂,韧性断 脆性断裂:材料在应力未达到强度极限时就发生的断裂,一般发生断裂时材料仅产生很小的永久变形.这种断裂方式就称为脆性断裂 韧性断裂:在断裂时伴有宏观上的塑性形变,可观察到明显的缩颈现象.它表现在断裂发生在塑性应变状态下,材料经过塑性变形阶段而形成的断裂。断口呈盆状或杯状。金属材料的断裂多属于此种。15.硬度测量方法有几种(三类)?有何不同? 测量硬度的三种方法分别是：布氏硬度测量 洛氏硬度试验法 维氏硬度 布氏硬度测量因压痕面积较大，能反映出较大范围内被测金属的平均硬度，故试验结果较精确。但因压痕较大，所以不宜测试成品或薄片金属的硬度。洛氏硬度试验法的优点是操作迅速简便，由于压痕

12、较小，故可在工件表面或较薄的金属上试验。同时，采用不同标尺，可测出从极软到极硬材料的硬度。其缺点是因压痕较小，对组织较粗大且不均匀的材料，测得的硬度不精确。洛氏硬度虽可测极软到极硬的材料，但不同标尺的硬度值之间没有简单的换算关系，使用上很不方便。维氏硬度与洛氏硬度试验相同，但其试验时所加载荷小，压入深度浅，故适用于测试零件表面淬硬层及化学热处理的表面层（如渗氮层、渗碳层等），同时维氏硬度是一个连续一致的标尺，试验时载荷可任意选择而不影响其硬度值的大小。但其测定较麻烦，工作效率较低。16.维氏硬度，肖氏硬度，显微硬度 维氏硬度：锥面角为136的金刚石四棱锥体为压头，适用于测定薄件和经表面处理零件

13、的表面层的硬度。 肖氏硬度：采动载荷试验法，根据重锤回跳高度表证的金属硬度。 显微硬度：原理与维氏硬度一样，只是载荷小，大致在100gf500gf. 压头有两种：1）维氏压头，金刚石四方锥 2）努氏压头：菱形的金刚石锥体17.影响硬度的因素或硬度与其他性能之间的关系 由于测量方法不同，测得的硬度所代表的的材料性能也不同。如，晶体材料使用硬度反应材料抵抗断裂破坏的能力，而金属材料采用的静载压入硬度表征材料抵抗塑性形变的能力难以给出统一的定义，只能给出描述性的定义，即硬度材料表面抵抗局部塑性变形的能力，是表征材料软硬程度的一种性能。根据这一定义就不难理解材料的硬度取决于其化学组成和物质结构。离子半

14、径越小，离子电价越高，配位数越小，则结合能越大，抵抗外力刻划和压入的能力就越强，所以硬度就越大。材料的显微结构，裂纹，杂质等都对硬度有影响，温度等环境条件也会影响材料的硬度。18断裂力学的研究内容;断裂力学研究的对象及意义研究内容：1、裂纹的起裂条件。 2、裂纹在外部载荷和（或）其他因素作用下的扩展过程。 3、裂纹扩展到什么程度物体会发生断裂。 4、另外，为了工程方面的需要，还研究含裂纹的结构在什么条件下破坏；在一定荷载下，可允许结构含有多大裂纹；在结构裂纹和结构工作条件一定的情况下，结构还有多长的寿命等。断裂力学的意义：求得各类材料的断裂韧度；确定物体在给定外力作用下是否发生断裂，即建立断裂

15、准则；研究载荷作用过程中裂纹扩展规律；研究在腐蚀环境和应力同时作用下物体的断裂（即应力腐蚀）问题。断裂力学已在航空、航天、交通运输、化工、机械、材料、能源等工程领域得到广泛应用。19疲劳及疲劳断裂的特点 1,高周疲劳定义：材料在低于屈服极限的交变应力作用下，于超过105循环周次而产生的疲劳断裂。 2.低周疲劳定义：材料在接近或超过屈服极限的交变应力作用下，由于塑性应变反复循环，于超过102-105循环周次而产生的疲劳断裂 。 3.疲劳特点：(1) 低应力、延时、有寿命的断裂。(2) 脆性断裂20.磨损及分类？黏着磨损是如何产生的？如何提高材料的抗黏着磨损能力？ 磨损及分类：运动副之间的摩擦将导

16、致零件表面材料的逐渐损失，这种现象称为磨损。按照磨损的机理以及零件表面磨损状态的不同，一般工况下把磨损分为磨粒磨损、黏着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损等。 黏着磨损是如何产生的：当摩擦副受到较大正压力作用时，由于表面不平，其顶峰接触点受到高压力作用而产生弹、塑性变形，附在摩擦表面的吸附膜破裂、温升后使金屑的顶峰塑性面牢固地黏着并熔焊在一起，形成冷焊结点。在两摩擦表面相对滑动时，材料便从一个表面转移到另一个表面，成为表面凸起，促使摩擦表面进一步磨损。这种由于黏着作用引起的磨损，称为黏着磨损。如何提高材料的看黏着磨损能力： 黏着磨损的影响因素大体有以下几项： (1)材料特性方面： 1)脆性材料

17、比塑性材料的抗黏着能力高。 2)互溶性小的金属材料所组成的摩擦副（异种金属或晶格等不相近的金属），黏着倾向小。 3)多相金属比单项金属黏着倾向小，金属与非金属材料（如石墨、塑料等）组成的摩擦副比单纯金属组成的摩擦副黏着倾向小。 4)避免同种金属相互摩擦，改变材料表面特性。 5)采用表面处理工艺，有利于提高摩擦副材料的抗黏着能力。 (2)负荷压力方面：黏着磨损量一般随压力增大到某一临界值后而急剧增加。 (3)表面粗糙度方面：按一般情况来说，零件摩擦副粗糙度值越低（越光洁），抗黏着磨损能力也越大；但有个限度，过低的粗糙度值因为不利于润滑剂存储于摩擦面内反而会促进黏着。 （4）温度方面：选用热稳定性高的金属材料和加强冷却措施是防止因零件摩擦温升而产生黏着磨损的有效方法。因为当摩擦表面温升达到一定程度后，轻者破坏润滑油膜，重者会使材料局部点表层温升高至熔化状态。这都将促使黏着磨损的产生。 (5)润滑状态方面：润滑状态对黏着磨损的影响比较大，边界润滑的黏着磨损值大于液体动压润滑。维修实践证明，在润滑油（脂）中加入油性和极压添加荆，能够提高润滑油膜的吸附能力及油膜强度，并能成倍地提高抗黏着磨损能力和抗疲劳磨损能力。 方法：1.尽可能选用塑性材料。 2.润滑状态对非正常黏着磨