材料力学性能课后习题 (1)

1、材料力学性能课后习题第一章1. 解释下列名词 滞弹性：金属材料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称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。 弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。 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，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。 韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 加工硬化：金属材料在再结晶

2、温度以下塑性变形时，由于晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化,使金属的强度和硬度升高,塑性和韧性降低的现象。 解理断裂：解理断裂是在正应力达到一定的数值后沿一定的晶体学平面产生的晶体学断裂。2. 解释下列力学性能指标的意义（1）E（弹性模量）；（2）op（规定非比例伸长应力）、oe（弹性极限）、os（屈服强度）、00.2（规定残余伸长率为0.2%的应力）；（3）ob（抗拉强度）；（4）n（加工硬化指数）；（5）6（断后伸长率）、屮（断面收缩率）3. 金属的弹性模量取决于什么？为什么说他是一个对结构不敏感的力学性能？取决于金属原子本性和晶格类型。因为合金化、热处理、冷塑性变形对

3、弹性模量的影响较小。4. 常用的标准试样有5倍和10倍，其延伸率分别用65和610表示，说明为什么65>610。答：对于韧性金属材料，它的塑性变形量大于均匀塑性变形量，所以对于它的式样的比例，尺寸越短，它的断后伸长率越大5. 某汽车弹簧，在未装满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，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，而且塑性变形量越来越大。试分析这两种故障的本质及改变措施。答：（1）未装满载时已变形到最大位置：弹簧弹性极限不够导致弹性比功小；（2）使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，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

4、以通过热处理或合金化提高材料的弹性极限（或屈服极限），或者更换屈服强度更高的材料。6. 今有45、40Cr、35CrMo钢和灰铸铁几种材料，应选择哪种材料作为机床机身？为什么？答：应选择灰铸铁。因为灰铸铁循环韧性大，也是很好的消振材料，所以常用它做机床和动力机器的底座、支架，以达到机器稳定运转的目的。刚性好不容易变形加工工艺朱造型好易成型抗压性好耐磨损好成本低7. 什么是包申格效应？如何解释？它有什么实际意义？答：（1）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，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象，称为包申格效应。（2）理论解释：首先，在原先加载变形时，位错

5、源在滑移面上产生的位错遇到障碍，塞积后便产生了背应力，背应力反作用于位错源，当背应力足够大时，可使位错源停止开动。预变形时位错运动的方向和背应力方向相反，而当反向加载时位错运动方向和背应力方向一致，背应力帮助位错运动，塑性变形容易了，于是，经过预变形再反向加载，其屈服强度就降低了。（3）实际意义：在工程应用上，首先，材料加工成型工艺需要考虑包申格效应。例如，大型精油输气管道管线的UOE制造工艺：U阶段是将原始板材冲压弯曲成U形，0阶段是将U形板材径向压缩成0形，再进行周边焊接，最后将管子内径进行扩展，达到给定大小，即E阶段。按UOE工艺制造的管子，希望材料具有非常小的或者几乎没有包申格效应，以

6、免管子成型后强度的损失。其次，包申格效应大的材料，内应力大。例如，铁素体+马氏体的双相钢对氢脆就比较敏感，而普通低碳钢或低合金高强度钢对氢脆不敏感，这是因为双相钢中铁素体周围有高密度位错和内应力，氢原子与长程内应力交互作用导致氢脆。包申格效应和材料的疲劳强度也有密切关系。8. 产生颈缩的应力条件是什么？要抑制颈缩的发生有哪些方法？答：当加工硬化速率等于该处的真应力时就开始颈缩。措施：提高加工硬化指数。10. 试用位错理论解释：粗晶粒不仅屈服强度低，断裂塑性野地；而细晶粒不仅使材料的屈服强度提高，断裂塑性也提高。答：主要是因为晶粒细化之后，与粗晶粒相比，晶粒取向更为均匀，从而避免了过早出现应力集

7、中引起的开裂，提高了韧性。11. 韧性断口由几部分组成？其形成过程如何？答：由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成。微孔在变形带内形核、长大和聚合，当其与裂纹连接时，裂纹便向前扩展了一段距离，这样的过程重复进行就形成锯齿形的纤维区。纤维区中裂纹扩展答到临界尺寸后就快速扩展而形成放射区。试样拉伸的最后阶段形成杯状或锥状的剪切唇。第二章1. 解释下列名词（1）应力状态软性系数：材料最大切应力与最大正应力的比值。（2）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。（3）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。（4）维氏硬度：以两相对面

8、夹角为136。的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。（5）努氏硬度：采用两个对面角不等的四棱锥金刚石压头，由试验力除以压痕投影面积得到的硬度。（6）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。（7）缺口效应：缺口材料在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态发生的变化。（8）缺口敏感度：金属材料的缺口敏感性指标，用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度的比值表示2. 说明下列性能指标的意义：（l）dbc（材料的抗压强度）；（2）dbb（材料的抗弯强度）；（3）ts（材料的扭转屈服点）；（4）ts（抗扭强度）；（5）叩（扭转比例极限）；（6）obn（抗

9、拉强度）；（7）HBS（压头为淬火钢球的材料的布氏硬度）；（8）HBW:压头为硬质合金球的材料的布氏硬度；（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（材料的维氏硬度）；（11）HK（材料的努氏硬度）；（12）HS（材料的肖氏硬度）；（13）拉伸：特点：温度、应力状态和加载速率确定，采用圆柱试样，试验简单，应力状态软性系数较硬。应用范围：塑性变形抗力和切断强度较低的塑性材料。压缩：特点：应力状态软，一般都能产生塑性变形，试样常沿与轴线呈45。方向产生断裂，具有切断特征。用范围：脆性材料，以观察脆性材料在韧性状态下所表现的力学行为。弯曲：特点：

10、弯曲试样形状简单，操作方便；不存在拉伸试验时试样轴线与力偏斜问题，没有附加应力影响试验结果，可用试样弯曲挠度显示材料的塑性；弯曲试样表面应力最大，可灵敏地反映材料表面缺陷。应用范围：测定铸铁、铸造合金、工具钢及硬质合金等脆性与低塑性材料的强度和显示塑性的差别。也常用于比较和鉴别渗碳和表面淬火等化学热处理机件的质量和性能。扭转：特点：应力状态软性系数为0.8，比拉伸时大，易于显示金属的塑性行为；试样在整个长度上的塑性变形时均匀，没有紧缩现象，能实现大塑性变形量下的试验；较能敏感地反映出金属表面缺陷和及表面硬化层的性能；试样所承受的最大正应力与最大切应力大体相等。应用范围：用来研究金属在热加工条件

11、下的流变性能和断裂性能，评定材料的热压力加工型，并未确定生产条件下的热加工工艺参数提供依据；研究或检验热处理工件的表面质量和各种表面强化工艺的效果。K（理论应力集中系数）；（14）NSR（缺口敏感度）3. 今有如下零件和材料等需测定硬度，试说明选用何种硬度试验方法为宜：（1）渗碳层的硬度分布HK或-显微HV（2）淬火钢HRC（3）灰铸铁HB（4）鉴别钢中的隐晶马氏体和残余奥氏体一-显微HV或者HK（5）仪表小黄铜齿轮HV（6）龙门刨床导轨H（肖氏硬度）或HL（里氏硬度）（7）渗氮层HV（8）高速钢刀具HRC（9）退火态低碳钢HB（10）硬质合金HRA4. 说明几何强化现象的成因，并说明其本质与

12、形变强化有何不同5. 缺口静拉伸试验主要用于比较淬火低中温回火的各种高强度钢，各种高强度钢在屈服强度小于1200MPa时，其缺口强度均随着材料屈服强度的提高而升高；但在屈服强度超过1200MPa以上时，则表现出不同的特性，有的开始降低，有的还呈上升趋势。缺口偏斜拉伸试验就是在更苛刻的应力状态和试验条件下，来检验与对比不同材料或不同工艺所表现出的性能差异。缺口试样的静弯试验则用来评定或比较结构钢的缺口敏感度和裂纹敏感度。6. 试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转试验的特点和应用范围。理iE沖殆定簾厢卷税僭刑性雯节拭力料.摘曲产生撕裂A<JH件楼料.U盘員輕件材*1汪hurt状忐下Itll毡

13、试聊用狀師单"力雅晒试牌苗卑可津liAFlTfUli按讣详时舛的犁忡：膏虜试样缶而滋力星丸ij说戲1虫反叫粘科嵩內Bi詁；j里版沖陕审出筲14卿商肿m£-工具；讯啊:购也部用1谨间第t学蠣处I刑町斥i-MlTE/jiftWirjqH'L上吟甲H哑私町吗旬.丸聲件更刃皿ITH宣：较虢融出他反出鱼応冉廁缺辭和诚打用成受时诫A试I快1EX讣I点嘲I淹4li»Trt1Bt-LT逼卅料的畑IEJjMIl：.例貳新：肝咒或护农吕业理匸件闊喪柏師卑.第三章1. 缺口会引起哪些力学响应？答：材料截面上缺口的存在，使得在缺口的根部产生应力集中、双向或三向应力、应力集中和应变

14、集中，并试样的屈服强度升高，塑性降低。2. 比较平面应力和平面应变的概念。答：平面应力：只在平面内有应力，与该面垂直方向的应力可忽略，例如薄板拉压问题。平面应变：只在平面内有应变，与该面垂直方向的应变可忽略，例如水坝侧向水压问题。具体说来：平面应力是指所有的应力都在一个平面内，如果平面是OXY平面，那么只有正应力ox，by，剪应力Txy（它们都在一个平面内），没有bz，tyz，tzx。平面应变是指所有的应变都在一个平面内，同样如果平面是OXY平面，则只有正应变ex，ey和剪应变Yxy，而没有£z，Yyz，Yzx。3. 如何评定材料的缺口敏感性：答：材料的缺口敏感性，可通过缺口静拉伸、

15、偏斜拉伸、静弯曲、冲击等方法加以评定。5、由静拉伸试验、冲击试验到落锤试验的发展过程，如何理解试验条件在评定材料方面的局限性？7. 何谓低温脆性？哪些材料易表现出低温脆性？工程上，有哪些方法评定材料低温脆性？答：在低温下，材料由韧性状态转变为脆性状态的现象称为低温脆性。只有以体心立方金属为基的冷脆金属才具有明显的低温脆性，如中低强度钢和锌等。而面心立方金属，如铝等，没有明显的低温脆性。工程上常采用低温脆性通常用脆性转变温度，能量准则，断口形貌准则，断口变形特征准则评定。8. 说明为什么焊接船只比铆接船只易发生脆性破坏？答：焊接容易在焊缝处形成粗大金相组织气孔、夹渣、未熔合、未焊透、错边、咬边等

16、缺陷，增加裂纹敏感度，增加材料的脆性，容易发生脆性断裂。9说明几何强化现象的成因，并说明其本质与形变强化有何不同？10.细化晶粒尺寸可以降低脆性转变温度或者说改善材料低温韧性，为什么？答：晶界是裂纹扩展的阻力；晶界增多有利于降低应力集中，降低晶界上杂质度，避免产生沿晶界脆性断裂。所以可以提高材料的韧性。第四章1. 解释下列名词：（1）低应力脆断：高强度、超高强度钢的机件，中低强度钢的大型、重型机件在屈服应力以下发生的断裂；（2）I型裂纹：拉应力垂直作用于裂纹扩展面，裂纹沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展的裂纹。（3）应力强度因子KI：在裂纹尖端区域各点的应力分量除了决定于位置外，有关，对于某一确定

17、的点，其应力分量由确定，尚与强度因子越大，则应力场各点应力分量也越大，这样就可以表示应力场的强弱程度，称为应力场强度因子。“I”表示I型裂纹。（4）裂纹扩展K判据：裂纹在受力时只要满足，就会发生脆性断裂.反之，即使存在裂纹，若也不会断裂。（5）裂纹扩展G判据：G_IG_IC，当GI满足上述条件时裂纹失稳扩展断裂。（6）J积分：裂纹尖端区的应变能，即应力应变集中程度。（7）裂纹扩展J判据：只要满足上述条件，裂纹（或构件）就会断裂。（8）COD：裂纹张开位移。（9）COD判据：当满足上述条件时，裂纹开始扩展。2、说明下列断裂韧性指标的意义及其相互关系：（l）KIcKc:临界或失稳状态的KI记作KI

18、c或Kc。KIc是平面应变下的断裂韧性，表示在平面应变条件下材料裂纹失稳扩展的能力。Kc是平面应力状态下的断裂韧性，表示在平面应力条件下材料抵抗裂纹失稳的能力。它们都是I型裂纹的材料裂纹韧性指标，但Kc与板材或试样厚度有关，当试样厚度增加到平面应变状态时,断裂韧性就趋于一稳定的最低值，即为KIc，这时就与板材厚度无关了。KIc才真正是一材料常数，与试样厚度无关。（2）GIc当GI增加到某一临界值时，GI能克服裂纹失稳扩展的阻力，则裂纹失稳扩展断裂。将GI的临界值记作GIc，称断裂韧度，表示材料阻止裂纹失稳扩展时单位面积所消耗的能量，其单位与GI相同，MPam（3）Jic是材料的断裂韧性，表示材

19、料抵抗裂纹开始扩展的能力，其单位与GIc相同。（4）6c：是材料的断裂韧度，表示材料阻止裂纹开始扩展的能力.J判据和6判据一样都是裂纹开始扩展的断裂判据，而不是裂纹失稳扩展的断裂判据。3、试分析能量断裂判据与应力断裂判据之间的关系。G判据是从系统能量变化的角度阐述的，K判据是从裂纹尖端应力场来表示的，这两者完全是等效的，且有可互相换算的关系。多数情况下课从手册中直接查出K的表达式，而G得计算则资料甚少，KIc和GIc虽然都是材料固有的性能，但从实验测定来说，KIc更容易些，而G判据的物理意义更加明确，便于接受，所以二者是统一的，各有利弊。4、试述低应力脆断的原因及防止方法。答：低应力脆断的原因

20、：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，从而使机件在低于屈服应力的情况发生断裂。预防措施：将断裂判据用于机件的设计上，在给定裂纹尺寸的情况下，确定机件允许的最大工作应力，或者当机件的工作应力确定后，根据断裂判据确定机件不发生脆性断裂时所允许的最大裂纹尺寸。5、试述应力场强度因子的意义及典型裂纹KI的表达式.KI的大小直接影响应力场的大小，KI越大，则应力场各应力分量也越大。这样KI就可以表示应力场的强弱程度，下角标I表示I型裂纹。答：新书P翦旧书P的参看书中圏应力场强度因子的意文见上）几种裂纹的疋表达式.无限大板穿透裂纹；=有限寛板穿透聂纹：品呻;有限宽板单边直裂纹；圧=

21、6/间什）当2日时K=L2疔岳;受弯車吟裂纹梁;:哙:无限大物体内部有毬圆片裂纹.远处受均匀拉伸：疋二齊p+冬醴刖J无限犬物体表面有半椭圆裂纹，远赴均受拉伸；A点的'乍曲6、试述K判据的意义及用途。答：K判据解决了经典的强度理论不能解决存在宏观裂纹为什么会产生低应力脆断的原因。K判据将材料断裂韧度同机件的工作应力及裂纹尺寸的关系定量地联系起来，可直接用于设计计算，估算裂纹体的最大承载能力、允许的裂纹最大尺寸，以及用于正确选择机件材料、优化工艺等。8、试述裂纹尖端塑性区产生的原因及其影响因素。答：机件上由于存在裂纹，在裂纹尖端处产生应力集中，当q趋于材料的屈服应力时，在裂纹尖端处便开始屈

22、服产生塑性变形，从而形成塑性区。影响塑性区大小的因素有：裂纹在厚板中所处的位置，板中心处于平面应变状态，塑性区较小；板表面处于平面应力状态，塑性区较大。但是无论平面应力或平面应变，塑性区宽度总是与（KIC/os）2成正比。9、试述塑性区对KI的影响及KI的修正方法和结果。答：影响：由于裂纹尖端塑性区的存在将会降低裂纹体的刚度，相当于裂纹长度的增加，因而影响应力场和及K的计算，所以要对K进行修正。修正：采用“有效裂纹尺寸”，即以虚拟有效裂纹代替实际裂纹，然后用线弹性理论所得的公式进行计算。结果：平面应力KI=&平面应变KI=3V1016K2（ct/cts）2V10.56K29/010.

23、简述J积分的意义及其表达式11. 简述COD的意义及其表达式。表示裂纹张开位移。表达式5=2評加sec（3）冗E20$12. 试述KIC的测试原理及其对试样的基本要求。原理：先用一定的试样测试出Fq和裂纹长度a值得到一个,如果符合条件就说明测试使用的试样符合条件，如果不符合就换成较大试样重新测试。222试样要求：B>2.5ic；a>2.5ic；W-a>2.5ic13、试述KIC与强度、塑性之间的关系：答：总的来说，断裂韧度随强度的升高而降低。15、影响KIC的冶金因素：答：内因：1、学成分的影响；2、集体相结构和晶粒大小的影响；3、杂质及第二相的影响；4、显微组织的影响。外因

24、：1、温度；2、应变速率。19、某一薄板物体内部存在一条长3mm的裂纹，且a0=3X10-8mm，试求脆性断裂时断裂应力。c(设om=0.1MPa,E=2X10-5MPa，a=504MPa)。c由公式Om/oc=(a/a0)1/2a为oc对应的裂纹半长度，即a=1.5mm，oc=28.2845MPa21、有一大型板件，材料的b0.2=1200MPa，KIc=115MPa*m1/2，探伤发现有20mm长的横向穿透裂纹，若在平均轴向拉应力900MPa下工作，试计算KI及塑性区宽度R0，并判断该件是否安全?解：由题意知穿透裂纹受到的应力为o=900MPa根据o/o0.2的值，确定裂纹断裂韧度KIC是

25、否休要修正因为o/o0.2=900/1200=0.750.7，所以裂纹断裂韧度KIC需要修正对于无限板的中心穿透裂纹，修正后的KI为:心0U皿口0.177(0J5)-(MPa*m1/2)2U2江I牛丿塑性区宽度为：=0.004417937(m)=2.21(mm)比较K1与KIc：因为K1=168.13(MPa*m1/2)KIc=115(MPa*m1/2)所以：K1>KIc，裂纹会失稳扩展，所以该件不安全。22、有一轴件平行轴向工作应力150MPa，使用中发现横向疲劳脆性正断，断口分析表明有25mm深度的表面半椭圆疲劳区，根据裂纹a/c可以确定申=1，测试材料的o0.2=720MPa，试估

26、算材料的断裂韧度KIC为多少？解：因为b/b0.2=150/720=0.208<0.7，所以裂纹断裂韧度KIC不需要修正对于无限板的中心穿透裂纹，修正后的KI为：KIC=Yacac1/2对于表面半椭圆裂纹，Y=1.1V兀/3=1.1V兀所以，KIC=Yacac*2=1.17X150XV25X10-3=46.229(MPa*m1/2)第五章材料在变动载荷下的力学性能1. 解释下列名词：(1)疲劳失效：构件在交变应力的作用下，即使低于屈服极限，这种交变应力也会引起构件的突然断裂，且断裂前无明显的塑性变形。这种现象称为：疲劳失效。(2)疲劳极限：材料在受到随时间而交替变化的荷载作用时，所产生的

27、应力也会随时间作用交替变化，这种交变应力超过某一极限强度而且长期反复作用即会导致材料的破坏，这个极限称为材料的疲劳极限。(3)应力幅oa：oa=1/2(omax-omin)(4)平均应力om：om=1/2(omax+omin)(5)应力比r：r=omin/omax(6)应力范围Aa：(bmaxpmin)(7)应变范围M(8)应变幅(Aef/2,Aeg/2,2J2)最大应变与平均应变的差值(9)疲劳源：是疲劳裂纹萌生的策源地，一般在机件表面常和缺口，裂纹，刀痕，蚀坑相连。(10) 疲劳贝纹线：是疲劳区的最大特征，一般认为它是由载荷变动引起的，是裂纹前沿线留下的弧状台阶痕迹。(11) 疲劳条带：疲

28、劳裂纹扩展的第二阶段的断口特征是具有略程弯曲并相互平行的沟槽花样，称为疲劳条带(疲劳辉纹，疲劳条纹)(12) 驻留滑移带：用电解抛光的方法很难将已产生的表面循环滑移带去除，当对式样重新循环加载时，则循环滑移带又会在原处再现，这种永留或再现的循环滑移带称为驻留滑移带。(13) 挤出脊和侵入沟(14)AK：材料的疲劳裂纹扩展速率不仅与应力水平有关，而且与当时的裂纹尺寸有关。AK是由应力范围Ab和a复合为应力强度因子范围，K=Kmax-Kmin=YbmaxPa-YbminPa=YAbPa.(15)da/dN:疲劳裂纹扩展速率，即每循环一次裂纹扩展的距离。(16) 疲劳寿命：试样在交变循环应力或应变作

29、用下直至发生破坏前所经受应力或应变的循环次数。(17) 热疲劳：机件在由温度循环变化产生的循环热应力及热应变作用下，发生的疲劳。(18) 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，其疲劳极限或疲劳寿命减小，就造成了过载损伤。(19) 银纹：在拉应力作用下，非晶态聚合物的某些薄弱区域，因应力集中产生局部塑性变形，结果在其表面或内部或裂纹尖端附近出现闪亮的、细长型的“类裂纹”(20)静态疲劳：在静载荷作用下，材料的承载能力随时间延长而下降产生的断裂(21)循环疲劳：在循环载荷作用下所产生的低应力断裂2、说明下列力学性能指标意义：(1) b-1对称应力循环作用下的弯曲疲劳极限(2)b-

30、p对称拉压疲劳极限(3)T-1对称扭转疲劳极限(4)b-1N:缺口试样在对称应力循环作用下的疲劳极限(5)qf：疲劳缺口敏感度(6)AKth：疲劳门槛值(7)Ak:材料的冲击吸收功(8)£3、疲劳破坏的特征：答：(1疲劳断裂时并没有明显的宏观塑性变形，断裂前没有预兆，而是突然破坏；(2引起断裂的应力很低，常常低于材料的屈服点；(3疲劳破坏的宏观断口由两部分组成，即疲劳裂纹的及扩展区(光滑部分和最后断裂区(粗糙部分。4、试述疲劳宏观断口的特征及其形成过程：答：典型疲劳断口具有三个形貌不同的区域疲劳源、疲劳区及瞬断区。(1疲劳源是疲劳裂纹萌生的策源地，疲劳源区的光亮度最大，因为这里在整个

31、裂纹亚稳扩展过程中断面不断摩擦挤压，故显示光亮平滑，另疲劳源的贝纹线细小。(2疲劳区的疲劳裂纹亚稳扩展所形成的断口区域，是判断疲劳断裂的重要特征证据。特征是：断口比较光滑并分布有贝纹线。断口光滑是疲劳源区域的延续，但其程度随裂纹向前扩展逐渐减弱。贝纹线是由载荷变动引起的，如机器运转时的开动与停歇，偶然过载引起的载荷变动，使裂纹前沿线留下了弧状台阶痕迹。(3瞬断区是裂纹最后失稳快速扩展所形成的断口区域。其断口比疲劳区粗糙，脆性材料为结晶状断口，韧性材料为纤维状断口5、概述疲劳曲线(S-N)及疲劳极限的测试方法。疲劳曲线是疲劳应力与疲劳寿命的关系曲线，是确定疲劳极限、建立疲劳应力判据的基础，通常是

32、用旋转弯曲疲劳实验测定的，实验时，用升降法测定条件疲劳极限，用成组实验法测定高应力部分，然后将两实验数据整理，并拟合成疲劳极限。6、试述疲劳固的意义、建立及用途。意义：疲劳图是各种应力比循环疲劳极限的集合图。很多机件或构件是在不对称循环载荷下工作的，因此还需知道材料的不对称循环疲劳极限，以适应这类机件的设计和选材的需要。建立：通常是用工程作图法，由疲劳图求得各种不对称循环的疲劳极限。1、。aom疲劳图：将不同应力比r条件下的疲劳极眼bmax分解为。a和bm，并在该坐标系中作ABC曲线，即为疲劳图。2、omax(bmin)bm症劳图：将不同应力比r下的疲劳极限，分别以bmax和bm衰示于坐标系中

33、得到的疲劳图。用途：我们只要知道应力比r，就可代求得疲劳极限。7疲劳製纹的形成机理和阻止疲劳裂纹萌生的一般方法三种机理：测滑移带开裂产生裂纹：固溶强化、细晶强化專提高滑移抗力的方法b）相界面开裂产生裂纹使第二相少.圆、小"均O晶界开裂产生裂纹就少杂质和细化晶粒7、简述疲劳裂纹的形成机理及阻止疲劳裂纹萌生的一般方法。疲劳裂纹由不均匀滑移和显微开裂引起，主要方式有：表面滑移带开裂；第二相、夹杂物与基体界面或夹杂物本身开裂；晶界或亚晶界处开裂。方法：提高材料的滑移抗力。降低第二相或杂物的脆性。凡使晶界强化、净化和细化晶粒的因素，均能抑制晶界裂纹形成，提高疲劳强度。8、试述影响疲劳裂纹扩展速

34、率的主要因素。答：（1）应力比r增加使扩展速率增加。残余应力：残余压应力因会减小r，降低扩展速率，对疲劳寿命有利；而残余拉应力因会增大r，对疲劳寿命不利。（2）过载峰的影响：偶然过载进入过载损伤区内，使材料受到损伤并降低疲劳寿命。但若过载适当，有时反而是有益的。（3）材料组织的影响：晶粒大小：晶粒越粗大，扩展速率越低，对疲劳寿命越有利。组织：钢的含碳量越低，铁素体含量越多时，其Kth值就越高。当钢的淬火组织中存在一定量的残余奥氏体和贝氏体等韧性组织时，可以提高Kth值，降低扩展速率喷丸处理：喷丸强化也能提高Kth，降低扩展速率。9、试述疲劳微观断口的主要特征及形成模型。答：断口特征是具有略呈弯

35、曲并相互平行的沟槽花样，称疲劳条带（疲劳条纹、疲劳辉纹）。疲劳条带是疲劳断口最典型的微观特征。滑移系多的面心立方金属，其疲劳条带明显；滑移系少或组织复杂的金属，其疲劳条带短窄而紊乱。疲劳裂纹扩展的塑性钝化模型（Laird模型）：图中（a）在交变应力为零时裂纹闭合。图（b）,受拉应力时，裂纹张开，在裂纹尖端沿最大切应力方向产生滑移。图（c）裂纹张开至最大，塑性变形区扩大，裂纹尖端张开呈半圆形，裂纹停止扩展。由于塑性变形裂纹尖端的应力集中减小，裂纹停止扩展的过程称为“塑性钝化”。图（d）,当应力变为压缩应力时，滑移方向也改变了，裂纹尖端被压弯成“耳状”切口。图（e）,到压缩应力为最大值时，裂纹完全

36、闭合，裂纹尖端又由钝变锐，形成一对尖角。10、简述疲劳裂纹扩展寿命和剩余寿命的估算方法及步骤。扩展寿命的估算方法：根据疲劳裂纹扩展的速率表达式，用积分法即可算出疲劳裂纹的扩展寿命。剩余寿命即存在裂纹的机件还能运行多长时间，因此剩余寿命具有积分下限的扩展寿命计算步骤a确定和计算KI值b计算裂纹的临界尺寸c计算疲劳剩余寿命11、试述金属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，同时还能提高机件表面的强度和硬度。这两方面的作用都能提高疲劳强度。表面强化方法，通常有表面喷丸、滚压、表面淬火及表面化学热处理等。（1）表面喷丸及滚压：喷丸是用压缩空气将坚硬的小弹丸高速喷打

37、向机件表面，使机件表面产生局部形变硬化；同时因塑变层周围的弹性约束，又在塑变层内产生残余压应力。表面滚压和喷丸的作用相似，只是其压应力层深度较大，很适于大工件；而且表面粗糙度低，强化效果更好。（2）表面热处理及化学热处理：他们除能使机件获得表硬心韧的综合力学性能外，还可以利用表面组织相变及组织应力、热应力变化，使机件表面层获得高强度和残余压应力，更有效地提高机件疲劳强度和疲劳寿命。12、试述金属的硬化与软化现象及产生条件。答：金属材料在恒定应变范围循环作用下，随循环周次增加其应力不断增加，即为循环硬化。金属材料在恒定应变范围循环作用下，随循环周次增加其应力逐渐减小，即为循环软化。金属材料产生循

38、环硬化与软化取决于材料的初始状态、结构特性以及应变幅和温度等。循环硬化和软化与ob/os有关：bb/bs>1.4,表现为循环硬化；ob/os<1.2,表现为循环软化；1.2<ob/os<1.4，材料比较稳定，无明显循环硬化和软化现象。也可用应变硬化指数n来判断循环应变对材料的影响，nl软化，n>1硬化。退火状态的塑性材料往往表现为循环硬化，加工硬化的材料表现为循环软化。循环硬化和软化与位错的运动有关：退火软金属中，位错产生交互作用，运动阻力增大而硬化。冷加工后的金属中，有位错缠结，在循环应力下破坏，阻力变小而软化。14、试述提高低应变速率低周冲击疲劳强度的方法较低

39、冲击能量时提高材料的塑性。较高冲击能量时提高材料的强度。16、什么是疲劳裂纹门槛值，那些因素影响其值的大小?有什么实用价值？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为疲劳裂纹门槛值。材料尺寸与显微组织及环境有关。使用价值：防止工件的疲劳断裂有板件在脉动载荷卜工作，a-SOOMPa,an：f-0,该材料的口STOMPa,a02=600MPa,KIc=104MPa-ni1JParis公式中,O6.9X1CT气n=3.0,使用中发现有0*lnm和lmi】两处横向穿透裂纹，请估算板件的疲芳剩余寿命？（269X1O5循环周次只需要计算lnnn裂纹就可以.=0333<0.7;

40、rri：2600=6l9x1O_13(AK)3=&9x10_l2(200-0)3.14xaF=3.071xlT4adNda0.086Nc=JjTmnIJ*lda=3.26xl03o.ooosj,071K10_la儿">0.086ja_TcU0005-6.512xlOJa"0OS5£citinOOODS6512x10Vo.0005=2.69xio521、第六章材料在环境条件下的力学性能解释下列名词：（1）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。（2）氢脆（氢脆断裂）：由于氢和应力共同作用而导致的金属材料产

41、生脆性断裂的现象。（3）腐蚀疲劳：机件在疲劳和腐蚀联合作用下而破坏的失效形式（4）氢蚀：氢与金属中的第二相作用生成高压气体，使基体金属晶界结合力减弱而导致金属脆化。（5）白点：当钢中含有过量的氢时，随着温度降低氢在钢中的溶解度减小。如果过饱和的氢未能扩散逸出，便聚集在某些缺陷处而形成氢分子。此时，氢的体积发生急剧膨胀，内压力很大足以将金属局部撕裂，而形成微裂纹，微裂纹的断面呈圆形或椭圆形，为银白色。（6）氢化物致脆：对于IVB或VB族金属，由于它们与氢有较大的亲和力，极易生成脆性氢化物，使金属脆化，这种现象称氢化物致脆。（7）氢致延滞断裂：由于氢的作用而产生的延滞断裂现象称为氢致延滞断裂2、说

42、明下列力学性能指标的2、意义：（1）crscc材料不发生应力腐蚀的临界应力。（2）KIscc：应力腐蚀临界应力场强度因子。（3）K1HE-C氢脆临界应力强度因子（氢脆门槛值）（4）da/dt盈利腐蚀列纹扩展速率。3、如何判断某一零件的破坏是否由应力腐蚀引起？应力腐蚀破坏为什么通常是一种脆性破坏？应力腐蚀断口呈黑色或灰黑色，具有脆性特征，断裂前没有明显的塑性变形。应力腐蚀显微裂纹常有分叉现象，呈枯树枝状。断口的微观形貌一般为沿晶断裂型，也可能为穿晶解理断裂型，有时还出现混合断裂型。应力腐蚀的裂纹常起源于表面蚀坑处4、试述氢脆与应力腐蚀区别：答：氢脆和应力腐蚀相比，其特点表现在：（1）实验室中识别

43、氢脆与应力腐蚀的一种办法是，当施加一小的阳极电流，如使开裂加速，则为应力腐蚀；而当施加一小的阴极电流，使开裂加速者则为氢脆。（2）在强度较低的材料中，或者虽为高强度材料但受力不大，存在的残余拉应力也较小这时其断裂源都不在表面，而是在表面以下的某一深度，此处三向拉应力最大，氢浓集在这里造成断裂。（3）氢脆断裂的主裂纹没有分枝的情况这和应力腐蚀的裂纹是截然不同的。（4）氦脆断口上一般没有腐蚀产物或者其量极微。（5）大多数的氢脆断裂（氢化物的氢脆除外），都表现出对温度和形变速率有强烈的依赖关系。氢脆只在一定的温度范围内出现，出现氢脆的温度区间决定于合金的化学成分和形变速率。5、为什么高强度材料，包括

44、合金钢、铝合金、钛合金，容易产生应力腐蚀和氢脆？氢脆和应力腐蚀都是在应力的作用下，渗入工件中的氢原子，在应力梯度作用下，向应力集中的位置偏聚集，形成微裂纹，微裂纹继续扩展，材料就会发生脆性断裂。高强度的材料在工作中，需要承受较大的应力8、何谓氢致延滞断裂？为什么高强度钢的氢致延滞断裂是在一定的应变速率下和一定的温度范围内出现？高强度钢种固溶一定量的氢，在对于屈服强度的应力持续作用下，经过一段时间的孕育，金属内部形成裂纹，发生断裂的现象叫做氢致延滞性断裂。氢固溶在金属晶格中，产生晶格膨胀畸变，与刃位错交互作用，氢易迁移到位错应力处，形成氢气团。当应变速率较低而温度较高时，氢气团能够跟上位错运动，

45、但滞后位错一定距离，对位错起钉扎作用，产生局部硬化。当位错塞积聚集，产生应力作用，导致微裂纹。当应变速率过高及温度较低的情况下，氢气团不能跟上位错运动，便不能产生钉扎作用，也不可能在位错塞积聚集，产生微裂纹。9、腐蚀疲劳和应力腐蚀相比，有哪些特点应力腐蚀是指金属在承受各种拉载荷时因具体腐蚀介质影响而出现裂纹的现象，在这个过程中，材料无明显腐蚀产物，脆性断裂。腐蚀疲劳是指金属由于机械交变载荷与腐蚀交互作用所造成的低变形、大多跨晶粒断裂的现象。11、相对于常规疲劳，腐蚀疲劳有何特点？（1）腐蚀环境不是特定的。只要环境介质对金属有腐蚀作用，再加上交变应力的作用都可产生腐蚀疲劳。其更具有普遍性。（2）

46、腐蚀疲劳曲线无水平线段，即不存在无限寿命的疲劳极限。（3）腐蚀疲劳极限与静强度之间不存在比例关系。（4）腐蚀疲劳断口上可见到多个裂纹源，并具有独特的多齿状特征12、有一M24栓焊桥梁用高强度螺栓，采用40B钢调质制成，抗拉强度为1200MPa，承受拉应力650MPa。在使用中，由于潮湿空气及雨淋的影响发生断裂事故。观察断口发现，裂纹从螺纹根部开始，有明显的沿断裂特征，随后是快速脆断部分。断口上较多的腐蚀产物，且有较多的二次裂纹。试分析该螺栓产生断裂的原因，并考虑防止这种断裂的措施。第七章材料在高温条件下的力学性能1解释下列名词：等温强度：晶粒强度与晶界强度相等的温度。约比温度：试验温度与金属熔点的比值蠕变：在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。蠕变极限：在高温下受到载荷长时间作用时，对塑性变形的抗力指标。持久塑性：材料在一定温度及恒定试验力作用下的塑性变形。用试样断裂后的延伸率和断面收缩率表示。蠕变脆性：由于蠕变而导致材料塑性