航空工程材料（第3版） 习题及答案 ch01 金属材料的力学性能

模块1金属材料的力学性能1.金属材料的力学性能指的是什么性能?常用的力学性能包括哪些方面?

金屈材料所见有的承受机械荷而不超过许对变形或不破坏的能力,称为材料的力学性能。金属的力学性能包括强度、報性、硬度、冲击韧性、疲劳强度指标。

2.衡量金属材料的强度、塑性及韧性的性能指标有哪些.各用什么符号和单位表示?

常用的力学性能包括:强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等。强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏(过量塑性变形或断裂)的性能。强度常用材料单位面积所能承受载荷的最大能力(即应力σ,单位为Mpa)表示。塑性是指金属材料在载荷作用下,产生塑性变形(永久变形)而不被破坏的能力。金属塑性常用伸长率δ和断面收缩率ψ来表示:硬度是指材料抵抗局部变形,特别是塑性变形、压痕或划痕的能力,是衡量材料软硬程度的指标,是一个综合的物理量。常用的硬度指标有布氏硬度(HBS、HBW)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC等)和维氏硬度(HV)。以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷,金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。冲击韧性的常用指标为冲击韧度,用符号αk表示。疲劳强度是指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。疲劳强度用σ–1表示,单位为MPa。3.在什么情况下使用材料的名义屈服强度?名义屈服强度的定义是什么?

用于要求力学性能的金属材料，如工程结构用钢、机械零件用钢、工模具用钢等以及作为构件材料的其它金属。4.伸长率和断面收缩率,哪个更能准确反映材料的塑性?为什么?

一般情况下,看材料的塑性,是进行棒状试样热扭转直至断裂.试验中纪录下扭至断裂的圈数（塑性指标）及维持恒速扭转的扭矩（变形抗力指标）.旋转的越多说明塑性越好；对于你用拉伸试验中的,伸长率和断面收缩率,我觉得应该是伸长率来反映吧。5.强度和硬度分别是从什么角度衡量材料的性能的?

硬度表述的是材料表面局部抗异物压入的能力。

而强度表述的是宏观的抵抗破坏的能力，比如抗拉伸强度，抗冲击强度，抗弯曲强度等等。6.能否通过增加零件的尺寸来提高其弹性模量?

不能，弹性模量的大小主要取决于材料的本性，除随温度升高而逐渐降低外，其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。所以不能通过增大尺寸来提高弹性模量。7.什么是材料的冲击制性,如何测量?

材料抵抗冲击载荷的能力称为材料的冲击性能。冲击载荷是指以较高的速度施加到零件上的载荷。当零件在承受冲击载荷时,瞬间冲击所引起的应力和变形比静载荷时要大得多。因此,在制造这类零件时,就必须考虑到材料的冲击性能。8.研究材料断裂制性涉及的3类基本裂纹类型是什么,分别具有什么特征?

略。9.什么是疲劳断裂?导致疲劳断裂的载荷具有什么特征?

疲劳断裂是微观裂缝在连续重复荷载作用下不断扩展直至断裂的脆性破坏。特点:出现疲劳断裂时,截面上的应力低于材料的抗拉强度,甚至低于屈服强度。同时,疲劳破坏属于脆性破坏,塑形变形很小,是一种无明显变形的突然破坏,危险性较大。过程:分为三个阶段,裂纹的形成、裂纹缓慢扩展、最后迅速断裂。疲劳破坏的构件断口上面一部分呈现半椭圆形光滑区,其余部分则为粗糙区,微观裂纹随着应力的连续重复作用而扩展,裂纹两边的材料时而相互挤压时而分离,形成光滑区;裂纹的扩展使截面愈益被削弱,至截面残余部分不足以抵抗破坏时,构件突然断裂,因有撕裂作用而形成粗糙区。10.疲劳断口一般有几个区域,分别具有什么特征,这些特征又是怎样产生的?

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。11.什么是做疲劳极限?怎样提高构件的疲劳强度?

“所谓提高疲劳强度，通常是指在不改变构件的基本尺寸和材料的前提下，通过降低影响构件疲劳极限因素的影响来提高构件疲劳强度。也即主要通过消除或降低零件上的应力集中和附加应力，改善表面质量，等等，提高构件的疲劳极限。

减应力集中中一对于零件上截面变化处，如孔、键槽、过渡圆角、螺纹等处要注意截面变化不可突然，孔的边缘、过渡圆角处应圆滑，表而要光洁。

12.什么是金属材料的蠕变断裂?一般分为哪几个过程?

金属材料在蠕变过程中可发生不同形式的断裂，按照断裂时塑性变形量大小的顺序，可将蠕变断裂分为如下三个类型：沿晶蠕变断裂、穿晶蠕变断裂、延缩性断裂。轴拉伸的蠕变曲线可以分为三个阶段：（1）第一阶段，初始蠕变阶段。位错微观结构不断扩展