工程材料力学性能宝典

1、滞弹性:在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象。包申格效应:金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余伸长应力降低（特别是弹性极限在反向加载时几乎降到零）的现象（消除方法:预先进行较大塑性变形，或在第二次反向受力前使金属材料于回复或在结晶温度下退火）。韧脆转变:具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象叫韧脆转变。应力状态疲软系数:材料受力时，最大切应力与最大正应力的比值。缺口效应:由于缺口的存在，在静载荷作用下，缺口截面上的应力

2、状态将发生变化。低温脆性:在实验温度低于某一温度时，会由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理型，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。断裂韧度:在弹塑性条件下，当应力场强度因子增大到某一临界值，裂纹便失稳扩展而导致材料断裂，这个临界或失稳扩展的应力场强度因子即断裂韧度。低应力脆断:在应力水平低于材料屈服极限的情况下所发生的突然断裂现象。应力场强度因子:反应裂纹尖端弹性应力场强弱的物理量。裂纹扩展能量释放率:裂纹扩展单位面积时系统释放势能的数值。疲劳条带:疲劳断口中，具有略呈弯曲并相互平行的沟槽花样称疲劳条带。疲劳极限:试样可以经无限次应力循环也不发生

3、疲劳断裂，将所对应的应力称疲劳极限。过载损伤:金属在高于疲劳极限的应力水平下运转一定周次后，其其疲劳极限或疲劳寿命减小，即过载损伤。疲劳裂纹扩展门槛值:带裂纹的构件在交变载荷作用下不会发生疲劳扩展的应力强度因子交变值，符号为Kth。热疲劳:机件在由温度循环变化时产生的循环热应力及循环热应变作用下发生的疲劳。低周疲劳:金属材料在循环载荷作用下，疲劳寿命为102105次的疲劳断裂称为低周疲劳。应力腐蚀:金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象。白点:过量的氢聚集在某些缺陷处形成H2分子，氢的体积发生急剧膨胀，内应力很大足以将金属局部撕裂，形成微裂纹，断面呈圆形或

4、椭圆形，颜色为银白色，故称白点。粘着磨损:又称咬合磨损，它是指滑动摩擦时摩擦副接触面局部发生金属粘着，在随后相对滑动中粘着处被破坏，有金属屑粒从零件表面被拉拽下来或零件表面被擦伤的一种磨损形式。跑合:一般指新组装的机器经过一定时间的使用,将摩擦面上的加工痕迹磨光，实际接触面积增大。氢脆:由于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象，称为氢脆断裂。接触疲劳:机件两接触面作滚动或滚动加滑动摩擦时，在交变接触压应力长期作用下，材料表面因疲劳损伤，导致局部区域产生小片或小块状金属剥落而使材料流失的现象。蠕变断裂:金属在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢产生塑性变形而导致金属材料的断裂。应力松弛:

5、在规定温度和初始应力条件下，金属材料中的应力随时间增加而减小的现象。持久强度极限:材料在规定温度下，达到规定的持续时间而不发生断裂的最大应力。剩余应力:在应力松弛试验中，任一时间试样上所保持的应力称为剩余应力。1.影响屈服强度的有关因素及其机理。答：内在因素有：a.金属本性及晶格类型：纯金属单晶体的屈服强度由位错运动时所受阻力决定，随阻力增大而增大。b.晶粒大小和亚结构：减小晶粒尺寸能增加位错运动障碍数目，从而提高屈服强度，亚晶界作用也能提高。c.溶质元素：纯金属中融入溶质原子形成固溶体，由于溶质和溶剂原子直径不同，在溶质周围形成晶格畸变应力场，该应力场与位错应力场交互作用使位错运动受阻，显著

6、提高屈服强度。d.第二相：对于不可变形第二相，位错线只能绕过第二相质点，增大弯曲位错线张力，位错切过可变形第二相质点使机体一起变形也增大位错阻力，从而增大屈服强度。外因：一般升温使金属材料的屈服强度降低；应变速率增大，金属材料的强度将增加；应力状态：切应力分量越大越利于塑形变形，强度降低，缺口效应存在也使强度降低。2.金属弹性模量的特点。答：金属的弹性模量最主要取决于原子间作用力，与原子间距有一定的关系，而原子间作用力决定于金属原子本性和晶格类型，所以弹性模量取决于金属原子本性和晶格类型，合金化、热处理、冷塑性变形等对弹性模量影响较小，故其对组织不敏感。3.有关韧性断裂和脆性断裂。答：韧性断裂

7、是断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂，断面一般平行于最大切应力与主应力成45°角，断口呈纤维状，灰暗色。脆性断裂前基本不发生塑性变形，突发的断裂，断面与正应力垂直，断口平齐光滑，呈放射状或结晶状。4.有关硬度的三种表示方法。 布氏硬度：用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。其表示方法为：硬度值+符号HBW+球直径/试验力/试验力保持时间，如600HBW1/30/20（试验力单位是千克力kgf）。洛氏硬度：采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度。硬度值+符号HR+标尺，如70HRC。维氏硬度：以两相对面夹角为136°的金刚

8、石四棱锥作压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。硬度值+符号HV+试验力+试验力保持时间，如640HV30。5.拉伸、压缩、弯曲及扭转试验的特点。答：单向拉伸的应力状态较硬，一般用于塑性变形抗力与切断强度较低得所谓塑性材料试验。压缩：单向压缩试验的应力状态软性系数a=2，比拉伸、扭转、弯曲的应力状态都软，主要用于拉伸时呈脆性的金属材料力学性能测定；拉伸时塑性很好的材料在压缩时只发生压缩变形而不会断裂。弯曲：弯曲加载时受拉的一侧应力状态基本上与静拉伸时相同，且不存在如拉伸时的所谓试样偏斜对试样结果的影响；弯曲试验时，截面上的应力分布也是表面上应力最大，故可灵敏的反映材料的表面缺陷；弯曲

9、试验试样形状简单、操作方便。扭转：扭转试验中扭转的应力状态软性系数=0.8，比拉伸时的大，易于显示金属的塑性行为；圆柱形试件扭转时整个长度上的塑性变形是均匀的，没有紧缩现象，所以能实现大塑性变形量下的试验；对金属表面缺陷及表面硬化层的性能有很大的敏感度；扭转时试件中的最大正应力一最大切应力在数值上大体相等，而生产上所使用的大部分金属材料的正断强度大于切断强度。6.有关低温脆性的内容答：低温脆性是材料屈服强度随温度降低急剧增加的结果。影响因素有：晶体结构、化学成分和显微组织。对称性低的体心立方以及密排六方金属、合金转变温度高，材料脆性断裂趋势明显，塑性差；能够使材料硬度，强度提高的杂质或者合金元

10、素都会引起材料塑性和韧性变差，材料脆性提高；细化晶粒可以同时提高材料的强度和塑、韧性。钢中夹杂物、碳化物等第二相质点对钢的脆性有重要影响，当其尺寸增大时均使材料韧性下降，韧脆转变温度升高。7.有关裂纹扩展K判据的内容答：对于受载的裂纹体，当增大到某一临界值时，裂纹尖端足够大的范围内应力达到了材料的断裂强度，裂纹便失稳扩展而导致断裂。这一临界值便称为断裂韧度Kc或，即>时，裂纹扩展。8.断裂韧度有哪些表示方法，如何提高金属材料的断裂韧度答：Kic：平面应变下的断裂韧度，表示在平面应变条件下材料抵抗裂纹失稳扩展能力。Kc：平面应力断裂韧度，表示在平面应力条件下材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。Gi

11、c：平面应变条件下断裂韧度，表示材料阻止裂纹失稳扩展时单位面积所消耗的能量。 Gc：平面应力条件下的断裂韧度。提高：采用真空冶炼降低金属材料的夹杂物，提高纯度；减少微量有害元素在金属材料的晶界偏聚；采用压力加工和热处理工艺细化晶粒；优化热处理工艺，改变基体组织和第二相质点的尺寸及分布。9.关于低应力脆断的内容答：在材料的生产、机件的加工和使用过程中产生不可避免的宏观裂纹，宏观裂纹扩展破坏材料的均匀连续性，使材料在应力水平低于材料屈服极限的情况下所发生的突然断裂。防止：控制构件应力状态；避免或减小裂纹尺寸。10.金属疲劳断口的特征答：宏观上，典型断口有三个形貌不同区域，疲劳源（光亮度最

12、大）、疲劳区（断口比较光滑并分布有贝文线）、瞬断区（断口比疲劳区粗糙）。微观形貌有疲劳条带。11.有关疲劳裂纹的形成机理及防止答：疲劳微观裂纹都是由不均匀的局部滑移和显微开裂引起，主要方式有：表面滑移带开裂，第二相、夹杂物或相界面开裂，晶界或亚晶界开裂。防止：采用固溶或细晶强化提高材料的滑移抗力；降低第二相或夹杂物的脆性及控制其数量、形态、大小和分布使之“少、园、小、匀”，提高相界面强度；使晶界强化、净化。12.疲劳极限-1和疲劳裂纹扩展门槛值答：二者都是表示无限寿命的疲劳性能，也都受材料成分和组织、载荷条件及环境因素等影响；但前者是光滑试样的无限疲劳寿命，用于传统的疲劳强度设计和校核；后者是

13、裂纹试样的无限寿命疲劳性能，适用于裂纹件设计和校核。13.表面强化对疲劳强度的影响答：表面强化处理可在机件表面产生有利的残余压应力，能提高机件表面的强度和硬度，提高疲劳门槛值来提高疲劳强度。14.金属应力腐蚀的条件及机理答：条件：应力、化学介质、金属材料。机理：在应力作用下合金机体内部位错会沿滑移带而产生移动，形成滑移阶梯，当滑移阶梯大、表面膜不能随滑移阶梯的形成而发生相应变形时，膜就会破裂并裸露出新鲜表面，与腐蚀介质接触，发生快速阳极溶解。15.氢脆产生的机理及防止答：氢扩散到金属材料的缺陷处，氢原子变成氢分子，产生巨大的压力，这个压力与材料内部的残留应力及材料受的外加应力，组成一个合力，当

14、这合力超过材料的屈服强度，导致断裂发生。氢脆类型：氢蚀、白点、氢化物致脆、氢致延迟断裂。防止：表面涂层或与氢隔离等使氢不进入或少进入金属中；在机件设计和加工时，尽量排除各种产生残余拉应力的因素，获得残余压应力层；减少金属材料中S、P的含量。16.几类磨损的特点，摩擦面形貌及提高耐磨性的方法答：粘着磨损：在滑动摩擦条件下，当摩擦副相对滑动速度变小时发生。其摩擦副一方金属表面常粘附一层很薄的转移膜，并伴有化学成分变化磨粒磨损：当摩擦副一方表面存在坚硬的细微突起，或者在接触面之间存在着硬质粒子时产生的一种磨损。其摩擦面上有明显犁皱形成的沟槽冲蚀磨损：流体或固体以松散的小颗粒按一定的速度和角度对材料表

15、面进行冲击所造成的磨损。塑性材料表面出现短程沟槽和鱼鳞状小凹坑，变形层油微小裂纹磨蚀磨损：摩擦副之间或摩擦副表面与环境介质发生化学或电化学反应形成腐蚀产物，腐蚀产物的形成和脱落引起磨蚀磨损。典型的为氧化磨损，在摩擦副表面接触点处同时进行塑性变形和氧的扩散，摩擦面上沿滑动方向呈匀细磨痕，磨损产物为红褐色氧化铁，或为灰黑色四氧化三铁微动磨损：接触表面之间因存在小振幅相对振动或往复运动而产生的磨损。摩擦副接触区有大量磨损粉末，摩擦面上还常常因接触疲劳破坏而形成的麻点或蚀坑。提高耐磨性方法：表面形变强化、表面热处理强化、化学热处理强化、表面合金化、表面薄膜强化。17.影响金属高温力学性能的主要因素及提高高温力学性能的方法答：合金化学成分：蠕变激活能高的金属以