《工程材料力学性能》课后答案

《工程材料力学性能》课后答案材料单向静拉伸载荷下的力学性能滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。弹性极限：试样加载后再的最高应力。比例极限：应力―应变曲线上符合线性关系的最高应力包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限ζP)或屈服强度(ζS)增加；反向加载时弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)（。静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧性的最佳配合应力状态软性系数材料最大切应力与最大正应力的比值，记为（2）――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（3）寸光滑试样的抗拉强度的比值表示布氏硬度――用钢球或（洛氏硬度――以测量压痕深度所表示的硬度维氏硬度――以两相对面夹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努氏硬度――采用两个对面角不等的四（8）肖氏硬度――（9）――采动载荷试验法，根据重锤回跳速度表证的金属硬度冲击韧度材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力冲击吸收功――冲击弯曲试验中试样变形和断裂所消耗的功（3）低温脆性――体心立方晶体金属及其合金或某些密派六方晶体金属及其合金在试验温度低于某一温度时，材料由韧性状态转变为脆性状态的现象（4）温度――（5）韧性温度储备――（1）低应力脆断：在屈服应力以下发生的断裂。（2）张开型裂纹：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（3）应力强度因子：表示应力场的强弱程度（4）尺寸为小，小一个数量级以上的屈服（5）有效屈服应力：发生屈服时的应力（6）有效裂纹长度：将原有的裂纹长度与松弛后能，即应力应变集中程度（9）COD：裂纹尖端沿应力方向张开共同作用下造成的失效。应力腐蚀：材料或零件在应力和腐蚀（强度（临界值后，材料应力基本不再降低时的应力值；或是应力循环107材料产生脆性断裂的现象。3、白点：当钢中含有过量的氢时，、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，是金属脆化，这种现象称氢化物致脆。5、氢致延滞断裂：这种由于氢的作用而产生的延滞断裂现象称为氢致延滞断裂。磨损：机件表面相互接触并产生相对运动，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使表面材料逐渐损失、造成表面损伤的现象。接触疲劳：两产生塑性变形的现象。等强温度（E：晶粒强度与晶界强度相性变形的抗力指标。该指标与常温下的屈服强度相似。持久强度极限：在高温长时载荷作用下的断裂强度---持久强度极限。二、金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构(如屈服强)当背应力(取决于塞积时产生的应力集中)足够大时，可使位错源停止开动。背应力是一种长程(晶粒或位错胞尺寸范围)“河流”方向去寻找裂纹源。5.影响到屈服强度位错增值和运动晶粒、晶界、第二相等外界影响位错运动的因素主要从内因和外因两个方面考虑（一）影响（值与位错运动所受到的阻力（晶格阻力位错交互作用力a是与晶体本性、位错结构分布相关的比例系数，L→晶界多（阻碍位错运动）→位错塞积→提供应力→→产生宏观塑性变形。晶粒减小将增加位错运动阻碍的数目，减小晶粒内位错塞积群的长度，使屈服强度降低（细晶强化。屈服强度与晶粒大小的关系：霍尔－派奇（Hall-Petch)ζs=ζi+kyd-1/23．溶质元素加入溶质原子→（间）晶格畸变→产生畸变应力场→与位错应力场交互运动→使位错受阻（固溶强化）（不可变形第二相提高位错线张力绕过第二相→留下位错环→两质点间距变小→流变应力增大。不可变形第二相位错切过（产生界面能，使之与机体一起产生变形，提高了屈服（二1.2.ζε,t“缺口”现象。9.10.韧性断裂与脆性5（塑变中微裂纹扩展和连接（反光能力弱5523.（加相平衡是断裂发生的必要条件，但并不意味着一定会断裂。该断裂判据为：（是通过力学方法推到的断裂判据）该应力断裂判据为：ρ＝3a0ρ3a0时，满足必要条件就可行（同时也满足充分条件3a0时，满足充分条件就可行（同时也满足必要条件）25材料成分.有效表面能，主要是塑性变形功，与有fcc结构的金属有效滑移系会降低材料的塑性，发生脆断。温度：ζi---位错运动摩擦阻力。bccζi随值小位错塞积的数目少，而且晶界多。故裂纹不易产生，也不易扩展。所以细晶状态都将增加金属的脆性加载速度加载速度大，金属会发生韧脆转变。第二章金属在其他静载荷下的力学性能材料的抗压强度材料的抗弯材料的缺口敏感压头为硬质合金球的材料的布氏硬度（9）HRA――（１３）HK――12K1scc：应力腐蚀临界应3da/dt冲击韧性试验能评定那些材料的低温脆性?那些材料不能用此方Bb，Zn，这些材料的冲击韧性对温度感应时，什么情况下宜选用缺口静拉伸试验?什么情况下宜选用缺口偏斜拉伸?什么情况下则选用缺口静弯试验答案：缺口静1200MPa1200MPa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。7.说明布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度的实验原理和优缺点。1D（淬火钢或硬质合金球）上，加一定负荷F为硬度值大小的计量指标。优点：代表性全面，因为其压痕面HB450以上的太试验力，压痕直径的测量也较麻烦。2、洛氏硬度的测量原理洛2)3)比较。3、维氏硬度的测定原理维氏硬度的测定原理和布氏硬度相同,也是根据单位压痕陷凹面积上承受的负荷，即应力值作为1D2(或薄层)的硬度，压痕测量的精确度高，硬度值较为精确。4（维氏显微硬度）唯一缺点是硬度值需通过测量对角线后才能计算(或查表)出来，因此生产效率8.选择何种硬度实验方法为宜。（1）渗碳层的硬度分布----HK或-显微淬火灰铸鉴别钢中的隐晶马氏体和残余奥氏体-----显微HV或者仪表小黄铜齿轮-----H（龙门刨床导轨 H（肖氏硬度或里氏硬度渗氮层高速钢刀具 HRC（9）退火态低碳钢-----HB（10）硬质合金 HRA第三章材料在冲击载荷下的力学性能（1V)V型U以低阶能和高阶J积分的主要优点是什么为什么用这种方法测定低中强度材料的断裂韧性要比一般的KIC测定方法其试样尺积分有一个突出的优点就是可以用来测定KICKIC，测定时要求JIC的JICJtk？产生低温脆性的原因是什么？tk时，会由韧性状态转变未脆性状态，断口特征由纤维状转变为结晶状，这就是低温脆性。tk称为韧（表现为塑韧性。脆。第四章金属的断裂韧度二、疲劳断口有什么特点?答案：有疲劳源。在形成疲劳裂纹之后，裂纹慢速扩展，形成贝壳状或海滩状条纹。这种条纹开始KIKIC时比较密集，以后间距逐渐增大。由于载荷的间断或摩擦，形值，哪些因素影响其值的大小?答案：把裂纹扩展的每一微小过程看成是裂纹体小区域的断裂过程，则设想应力强度因子幅度△K=Kmax-Kmin是疲劳裂纹扩展的控制因子，当△K小于某临界值△Kth时，疲劳裂纹不扩展，所以△Kth叫疲劳裂纹扩展的KII型裂纹的应力场强度因子，它是衡量裂a（小一个数量级以上，即在所谓的小范围屈服裂纹的应力场强度因子与其断裂韧度相比较，若裂纹要失稳扩展脆断，则应有：这就是断裂K1是描写裂纹尖端应力场强弱程度的复合K1增大到某一临界值时，裂纹尖端足够大的范围内应力达到KcK1c。意义：KC平面应力断裂韧度（薄板受力状态平面应变断裂韧度（厚板受力状态有一大型板σ0.2=1200MPa，KIc=115MPa*m1/2，探伤发现有20mm900MPa下工KIζ=900MPaσ/σ0.2的值，确KIC7C需要修正KI为：K0.(=/177（MPa*m1/2）Ias)29000.012168.130.177(0.75)KIR0K1KIcK1=168.13（MPa*m1/2）KIc=11522s1（MPa*m1/2）所以：K1KIc,所以该件有一轴件平行轴向工作应力25mm深度的表面半椭圆疲a/cφ=1，测试材料的σ0.2=720MPaKIC为多少？解：σ/σ0.2=150/720=0.2080.7KIC2要修正对于无限板的中心穿透裂纹，修正后的KI为：KIC=Yσcac1/2对于表面半椭圆裂纹，Y=1.1/θ=1.1所以，KIC=Yσcac1/2=1.1第五章材料的疲劳15025103=46.229（MPa*m1/2）三、如何判断某一零件的破坏是由应力腐蚀引起的?答案：应力腐蚀引起的破坏，常有以下特点：1、造成应力腐蚀破坏的是静应力，远低于材料的屈服强度，而且一舶是拉伸应力。2、应力腐蚀造成的破坏，是腕性断裂，没有明显的塑性变形。3、只有在特定的合金成分与特定的介质相组合时才会造成应力腐10-910-6m/s，有点象疲劳，5、应6念，应力腐蚀裂纹并不总是分技的。8、应力腐蚀引起的断裂可以是穿晶断裂，也可以是晶间断裂。如果是穿晶断裂，其断口是解理或准解理的，其裂纹有似人字形或羽毛状的标记。四、如何识别氢脆与应力腐蚀？答案：氢脆和应力腐蚀相比，其特点表现在：1、实验室中识别氢脆与应力腐蚀的一种办法是，当施加23的悄况．这和应力腐蚀的裂纹是截然不同的。4、氦脆断口上一(氢脆除外qf来评定qf=（Kf-1)/(kt-1)Kt为理论应力集中系数，kf为疲劳缺口系数。kf为光滑试样与缺口试样疲劳极限之比kf=ζ-1/ζ-1N过载损伤界；抗疲劳过载损伤的能力用过载损伤界表示。疲劳门槛值：△Kth是疲劳裂纹不扩展的9.试述疲劳微(Laird模型图中(a),(c),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(e)合，裂纹尖端又由钝便锐。13.试述金属的硬化与软化现象及产生条件。金属材料在恒循环ζb/ζs有关：ζb/ζs1.4，表现为循环硬化；ζb//n来判断循环应变对材料的影响，n1软化，n1硬化。退火状态的塑性材料往往表现为.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14.试述低周疲劳的规律及曼森-低周疲劳的应变-寿命曲线如图5-34，曼森-柯芬等分析了低周疲劳的实验结果，提出了低周疲劳寿命的公式：t2e2p2'fE(2Nf)f(2Nf)b'c请结合该公式，分析图5-34的变化规律，指出低周疲劳和低周疲劳寿命的公式由弹性应变和塑性应变两部分对应的寿命公式组成，其对应的公式分别为：e2'fE(2Nf)bp2f(2Nf)'c将以上两公式两边分别取对数，在对数坐标上，上两公式就变成了两条直线，分别代表弹性应变幅-寿命线和塑性应变幅-寿命线。两条直线斜率不同，其交点对应的寿命称为过渡寿命。在交点左侧，即低周疲劳范围内，塑性应变幅起主导作用，材料的疲劳寿命由塑性控制；在高周疲劳区，弹性应变幅起主导作用，材料的疲劳寿命由强度控制。选材时，高周疲劳主要考虑强度，低周疲劳考虑塑性。第六章金属的应力腐蚀和氢脆断裂三、如何提高材料或零件的抗粘着磨损能力?答案：1、注意软金属配对。2、金属间互溶程度越小，晶体结构不同，原子3、通过表面化学热处理，如渗硫、硫氮共F磷化、软氮化等热处理工艺，使表面生成一化合物薄膜，或为硫也减小粘着磨损。4、改善润滑条件。四、在什么条件下发生微动磨损?如何减少微动磨损答案：微动磨损通常发生在一对紧6.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？答高强度钢中固溶一定量的氢在低于屈服强度的应力持续作用下，经过一段孕育期后，金属内部形成裂纹，生断裂氢致延滞断裂因为氢致延滞断裂的机理主要是氢气团对位错起“钉扎”作用，产生局部硬化。当位错运动受阻，产生位错塞积，氢气团易于在塞积处聚集，产生应力集中，导致微裂纹。若应变速率过高以及温度低的情况下，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处聚集，产生应力集中，导致微裂纹。所以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的。第七章3.粘着磨损产生的条件、机理及其防止措施 又称为咬合磨损，在滑动摩擦条件下，摩擦副相对滑动速度较小，因缺乏润滑油，摩擦副表面无氧化膜，且单位法向载荷很大，以致接触应力超过实际接触点处屈服强度而产生的一种磨损。磨损机理：1.3.控制摩擦滑动速度和接触压力减小滑动速度和接触压4.其他途径改善润滑条件，降低表面粗劳寿命的因素？内因1.非金属夹杂物脆性非金属夹杂物对疲劳强度有害适量的塑性非金属夹杂物（硫化物）能提高接触疲劳强度2.体含碳量在0.4~0.5w%时，接触疲劳寿命最高。马氏体和残余奥3.表面硬度和心部硬度在一定硬度范围内，接触疲劳强度1.表面粗糙度减少加工缺陷，降低表面粗糙度，提高接触精度，可以有效增加接触疲劳寿命。接触应力低，表面粗糙度对疲劳寿命影响较大接触应力高，表面粗糙度对疲劳寿命影响较小2.硬度匹配两个接触滚动体的硬度和装配质量等都应匹配适当。第八章蠕变极限的两种表达方式：1.在规定温度(t)下，使试样在规定时间内产生的稳态蠕变速率（σtζ6001X10-5=60MPa1X10-5%/h60MPa2.在规定温度(t)下和实验时间(η)内，是试样产生的蠕变总伸长率(δ)不超过规定的最大值σtδ/τ。ζ5001/105=100MPa，表示材料在后总的生产率位1%的蠕变极限为100MPa。持久强度极限的表达式在规定温度(t)下，达到规定的持续时间(η)而不发生断裂的最大应力（σtτ。ζ7001X103=30MPa700℃、1000h