工程材料力学性能复习资料

⼯程材料⼒学性能复习资料
个⼈资料 | 复习资料 - 1 - ⼯程材料⼒学性能复习资料个⼈复习资料严禁外传本重点以⽼师最终给的复习重点归纳
⼀、名词解释。

1、缺⼝效应：绝⼤多数机件的平⾯不是均匀变化的光滑体，往往存在截⾯的急剧变化，由于缺⼝的存在，在静载荷作⽤下缺⼝截⾯上的应⼒状态将发⽣变化，产⽣所谓的“缺⼝效应”，从⽽影响⾦属材料的⼒学性能。

简⾔之，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。

2、韧脆转变温度：中、低强度钢在试验温度低于某⼀温度t k 时，会由韧性状态转变为脆性状态，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，转变温度t k 称为韧脆转变温度（或者说在试验温度低于某⼀温度t k 时，会由韧性状态转变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断⼝特征由纤维状转变为结晶状，这就是低温脆性。

t k 称为韧脆转变温度）。

3、冲击韧性：指材料在冲击载荷作⽤下吸收塑性变形功和断裂功的能⼒，常⽤标准试样的冲击吸收功A K 表⽰。

4、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。

5、接触疲劳：是机件两接触⾯作滚动或滚动加滑动摩擦时，在交变接触压应⼒作⽤下，材料表⾯应疲劳损伤，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。

6、弹性⽐功：⼜称弹性⽐能，应变⽐能。

表⽰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，即：
A e =12σεεε=σε2
2E
7、缺⼝敏感度：⽤缺⼝试样的抗拉强度bn σ与等截⾯尺⼨光滑试样的抗拉强度b σ的⽐值表⽰，即：
n bn NSR σσ= 8、氢致延滞断裂：⾼强钢或钛合⾦中，含有适量的处于固溶状态的氢，在
低于屈服强度的应⼒持续作⽤下，经过⼀段孕育期后，在⾦属内部，特别是在三向拉应⼒状态区形成裂纹，裂纹逐渐扩展，最后突然发⽣脆性断裂。

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。

9、磨损：机件表⾯相接触并作相对运动时，表⾯逐渐有微⼩颗粒分离出来形成磨屑，使表⾯材料逐渐流失，造成表⾯损伤的现象。

10、疲劳裂纹门槛值：th K ?是疲劳裂纹不扩展的k ?临界值，表⽰材料阻⽌疲劳裂纹开始扩展的性能，也是材料的⼒学性能指标，其值越⼤，阻⽌裂
个⼈资料 | 复习资料 - 2 - 纹开始扩展的能⼒就越⼤，材料就越好。

11、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。

12、应⼒状态软性系数：⾦属材料所受的最⼤切应⼒ max τ与最⼤正应⼒
max σ的⽐值，表⽰它们的相对⼤⼩，称为材料的应⼒状态软性系数，即：
max
max στα=。

13、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。

14、IC J ：J 积分的临界值也称断裂韧度，表⽰材料抵抗裂纹开始扩展的能⼒。

15、NDT ：当低于某⼀温度，⾦属材料吸收的冲击能量基本不随温度变化，
形成⼀平台，该能量称为“低阶能”，以低阶能开始上升的温度定义为k t 称为零塑性、或⽆塑性断裂温度。

16、FATT50 ：结晶区占整个端⼝⾯积50%时的温度定义的韧脆转变温度。

17、FTE ：以低阶能和⾼阶能平均值对应的温度定义的韧脆转变温度。

18、FTP ：⾼阶能对应的温度。

19、σ0.2 ：规定残余伸长率为0.2%时的应⼒。

b σ：抗拉强度；s σ:屈服强度；b
c σ:抗压强度。

gt δ:指试样拉伸⾄最⼤⼒时标距的总伸长与原始标距的百分⽐； 10δ：标准试样0010d L =（或者是长⽐例试样）的断后伸长率。

δ：断后伸长率
δC ：也是材料的断裂韧度，表⽰材料阻⽌裂纹开始扩张的能⼒。

s
c E a δπσδ2= 20、K IC ：为平⾯应变状态下的断裂韧度，表⽰在平⾯应变条件下材料抵抗裂
纹失稳扩展的能⼒。

21、C K ：为平⾯应⼒断裂韧度，表⽰在平⾯应⼒条件下抵抗裂纹失稳的能
⼒。

22、da/dn ：疲劳裂纹的扩展速率，即每循环⼀次裂纹扩展的距离。

23、A KV ：V 型缺⼝试样测得的冲击吸收功。

24、1-σ：对称循环应⼒作⽤下的弯曲疲劳极限（强度）。

（是在循环应⼒
周次增加到⼀定临界值后，材料应⼒基本不再降低时的应⼒值；或是应⼒循环107周次材料不断裂所对应的应⼒值。

）
25、p 1-σ：对称拉压疲劳极限。

26、1-τ：对称扭转疲劳极限。

27、N 1-σ；缺⼝试样在对称应⼒循环作⽤下的疲劳极限。

28、δC ：也是材料的断裂韧度，表⽰材料阻⽌裂纹开始扩张的能⼒。

s
c E a δπσδ2= 29、σb ：抗拉强度，韧性材料试样拉断过程中最⼤⼒所对应的应⼒。

个⼈资料 | 复习资料 - 3 - 30、K ⅠSCC ：应⼒腐蚀临界应⼒场强度因⼦。

31、热疲劳：（p126）机件在由温度循环变化时产⽣的循环热应⼒及热应变作⽤下发⽣的疲劳，称为热疲劳。

32、刚度：刚度是指材料在受⼒时抵抗弹性变形的能⼒，⼯程上弹性模量被称为材料的刚度，表征⾦属材料对弹性变形的抗⼒。

33、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。

34、疲劳过载损伤界：测出不同过载应⼒⽔平和相应的开始降低疲劳寿命的应⼒循环次数，得到不同的实验点，连接各点便得到过载损伤界。

35、疲劳极限（疲劳强度）：是⾦属材料在交变载荷作⽤下能经受⽆限次
应⼒循环⽽不断裂的应⼒。

36、f q ：缺⼝敏感度（1
1--=t f f K K q ）。

37、韧性温度储备：
为韧脆转变温度为材料使⽤温度；为韧性温度储备；k k t t t 00t ,?-=?
⼆、简答题。

1、简述拉伸试验及性能指标。

答：拉伸试验：测定材料在拉伸载荷作⽤下的⼀系列特性的试验，
⼜称抗拉试验。

它是材料机械性能试验的基本⽅法之⼀，主要⽤于检验材料是否符合规定的标准和研究材料的性能。

性能指标：拉伸试验可测定材料的⼀系列强度指标和塑性指标。

强
度通常是指材料在外⼒作⽤下抵抗产⽣弹性变形、塑性变形和断裂的能⼒。

材料在承受拉伸载荷时，当载荷不增加⽽仍继续发⽣明显塑性变形的现象叫做屈服。

产⽣屈服时的应⼒，称屈服点或称物理屈服强度，⽤σS （帕）表⽰。

⼯程上有许多材料没有明显的屈服点，通常把材料产⽣的残余塑性变形0.2%时的应⼒值作为屈服强度，称条件屈服极限或条件屈服强度，⽤σ0.2表⽰。

材料在断裂前所达到的最⼤应⼒值，称抗拉强度或强度极限，⽤σ
b （帕）表⽰。

2、简述微孔聚集型断裂的特征。

答：断⼝上有⼤⼩不等的圆形或椭圆形韧窝，韧窝是微孔聚集断裂
的基本特征。

3
、简述解理断裂的微观断⼝特征。

答： 1）、解理台阶及河流状花样；2
）、⾆状花样。

4、叙述测定⾦属材料的硬度⽅法。

答：常⽤的硬度试验⽅法有：
（1）布⽒硬度试验—主要⽤于⿊⾊、有⾊⾦属原材料检验，也可⽤
于退⽕、正⽕钢铁零件的硬度测定。

（布⽒硬度HBW 就是试验⼒F 除以压痕球形表⾯积A 所得的商）。

（2）洛⽒硬度试验—主要⽤于⾦属材料热处理后的产品硬度检验。

（洛⽒硬度试验法以测量压痕深度表⽰材料的硬度值）。

（3）维⽒硬度试验—主要⽤于薄板材或⾦属表层的硬度测定以及较
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- 4 - 精确的硬度测定(根据压痕单位⾯积上所承受的试验⼒计算硬度值)。

（4）显微硬度试验—主要⽤于测定⾦属材料的显微组织组分或相组
分的硬度。

（⾦属显微硬度试验原理与宏观维⽒硬度试验法完全相同。

只不过所⽤试验⼒⽐⼩负荷维⽒硬度试验⼒试验时还要⼩，通常在
0.01-0.2kgf(0.098-1.96N)范围内。

）
例题1：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？答：（1）渗碳层的硬度分析(显微HV)；（2）淬⽕钢（HRC ）；（3）灰铸铁(HB)；（4）鉴别钢种的隐晶马⽒体与残留奥⽒体(显微HV)；（5）仪表⼩黄铜齿轮(HV)；（6）龙门刨床导轨(HS 肖⽒硬度HL ⾥⽒硬度)；（7）渗碳层(HV)；
（8）⾼速钢⼑具(HRC)；（9）退货态低碳钢(HB)；（10）硬质合⾦(HRA)
5、简述磨损基本类型；磨损的三个阶段？
答：磨损的分类：按照表⾯破坏机理特征，磨损可以分为粘着磨损、
磨粒磨损、冲蚀磨损、疲劳磨损（接触疲劳）和微动磨损等。

前三种是磨损的基本类型，后两种只在某些特定条件下才会发⽣。

（1）磨粒磨损：物体表⾯与硬质颗粒或硬质凸出物（包括硬⾦属）相
互摩擦引起表⾯材料损失。

（2）粘着磨损：摩擦副相对运动时，由于固相焊合作⽤的结果，造成
接触⾯⾦属损耗。

（3）表⾯疲劳磨损：两接触表⾯在交变接触压应⼒的作⽤下，材料表
⾯因疲劳⽽产⽣物质损失。

（4）腐蚀磨损：零件表⾯在摩擦的过程中，表⾯⾦属与周围介质发⽣
化学或电化学反应，因⽽出现的物质损失。

（5）微动磨损：两接触表⾯间没有宏观相对运动，但在外界变动负荷
影响下，有⼩振幅的相对振动（⼩于100µm ），此时接触表⾯间产⽣⼤量的微⼩氧化物磨损粉末，因此造成的磨损称为微动磨损。

注意：变形和断裂是指机件整体变形和断裂机制，⽽磨损是发⽣在机件表
⾯的过程。

磨损的三个阶段：跑和阶段（磨合阶段）、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段。

6、简述应⼒腐蚀断裂基本机理。

答：应⼒腐蚀断裂最基本的机理是滑移-溶解理论（或称钝化膜破坏
理论）和氢脆理论。

7、简述疲劳过程三个阶段。

答：疲劳裂纹萌⽣、裂纹亚稳扩展和最后失稳扩展。

8、常⽤的提⾼⾦属材料屈服强度的⽅法
答：固溶强化、形变强化、沉淀强化、弥散强化和晶界及第⼆相介质
强化。

9、简述裂纹扩展三种基本形式。

答：1）张开型(Ⅰ型)裂纹扩展。

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。

2）滑开型(Ⅱ型)裂纹扩展。

切应⼒平⾏作⽤于裂纹⾯，⽽且与裂
纹线垂直，裂纹沿裂纹⾯平⾏滑开扩展。

3）撕开型(Ⅲ型)裂纹扩展。

切应⼒平⾏作⽤于裂纹⾯，⽽且与裂
纹线平⾏，裂纹沿裂纹⾯撕开扩展。

结论：三种裂纹扩展形式中，以I型裂纹扩展最危险，容易引起脆性断裂。

10、简述断裂分类。

答：根据⾦属材料断裂前所产⽣的宏观塑性变形的⼤⼩可将断裂分为韧性断裂与脆性断裂。

韧性断裂的特征是断裂前发⽣明显的宏观塑性变形；脆性断裂在断裂前基本上不发⽣塑性变形，是⼀种突然发⽣的断裂，没有明显征兆，因⽽危害性很⼤。

11、简述韧性断裂微观断⼝特征。

答：断裂⾯⼀般平⾏于最⼤切应⼒与主应⼒成45度⾓，断⼝呈纤维状（塑变中微裂纹相互扩展和相互连接），灰暗⾊（反光能⼒弱），宏观断⼝特征呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪唇区三个区域组成。

12、简述应⼒状态软性系数及应⽤。

答：（1）应⼒状态软性系：材料最⼤切应⼒与最⼤正应⼒的⽐值，记为α。

（2）应⽤：α值越⼤的试验⽅法，试样中最⼤切应⼒分量越⼤，表⽰应⼒状态越“软”，⾦属越易于产⽣塑性变形和韧性断裂；反之，α值越⼩的试验⽅法，试样中最⼤正应⼒分量越⼤，应⼒状态越“硬”，⾦属越不易于产⽣塑性变形⽽易于产⽣韧性断裂；α的绝对值并不能定量评定材料的塑性变形特性，仅⽤于⽐较不同试验⽅法应⼒状态的“硬”
或“软”，以供选择试验⽅法之⽤。

13、简述拉伸宏观断⼝特征三要素。

答：中、低强度钢的光滑圆柱试样在室温下的静拉伸断裂是典型的韧性断裂，宏观断⼝特征呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪唇区三个区域组成（即所谓的断⼝特征三要素）。

14、简述氢脆的主要类型。

答：氢蚀：氢蚀断裂的宏观断⼝形貌呈氧化⾊，颗粒状。

微观断⼝上晶界明显加宽，呈沿晶断裂。

⽩点（发裂、发纹）：这种微裂纹的端⾯呈圆形或椭圆形，颜⾊为银⽩⾊，故称⽩点。

⼀般出现在⼤锻件中。

氢化物致脆：对于Ⅳ族或Ⅴ族⾦属（如纯钛、α－钛合⾦。

钒、锆、铌及其合⾦）。

由于它们与氢有较⼤的亲和⼒，极易⽣成氢化物，使⾦属脆化。

氢致延滞断裂：宏观断⼝与⼀般脆性断⼝相似。

其微观形貌⼤多为沿原奥⽒体晶界的沿晶断裂，且晶界上常有许多撕裂棱。

15、简述典型疲劳断⼝形貌特征。

答：典型疲劳断⼝具有三个形貌不同的区域：疲劳源、疲劳区和瞬断区；
疲劳源断⼝形貌：在断⼝上，疲劳源⼀般在机件表⾯，常和缺⼝、裂纹、⼑痕、蚀坑等缺陷相连，光亮度最⼤。

疲劳区断⼝形貌：断⼝⽐较光滑并分布有贝纹线（或海滩花样），有时还有裂纹扩展台阶。

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瞬断区断⼝形貌：其断⼝⽐疲劳区粗糙。

宏观特征：脆性材料为结晶状断⼝；韧性材料则在中间平⾯应变区为放射状或⼈字纹断⼝，在边
缘平⾯应⼒区为剪切唇。

位置⼀般在疲劳源的对侧。

16、简述应⼒腐蚀的三个条件。

答：应⼒腐蚀的三个条件是：应⼒、化学介质和⾦属材料。

应⼒：机件所承受的应⼒包括⼯作应⼒和残余应⼒。

化学介质：只有在特定的化学介质中，某种材料才能产⽣应⼒腐蚀。

⾦属材料：⼀般认为，纯⾦属不会产⽣应⼒腐蚀，所有合⾦对应⼒腐蚀都有不同程度的敏感性。

三、分析问答。

1、解释包申格效应及其危害和消除⽅法？
答：包申格效应就是指原先经过变形，然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。

危害：包申格效应和材料的疲劳强度也有密切关系，在⾼周疲劳中，包申格效应⼩的疲劳寿命⾼，⽽包申格效应⼤的，由于疲劳软化也较严
重，对⾼周疲劳寿命不利；包申格效应⼤的材料，内应⼒较⼤；使材料
强度极限下降。

消除⽅法：1）、预先进⾏较⼤的塑性变形；2）、在第⼆次反向受⼒前先使⾦属材料于回复或再结晶温度下退⽕。

2、韧性断裂与脆性断裂。

答：韧性断裂：⾦属材料断裂前发⽣明显的宏观塑性变形，这种断裂有⼀个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断消耗能量，断裂⾯⼀
般平⾏于最⼤切应⼒并与主应⼒成45度⾓，⽤⾁眼或放⼤镜去观察，断
⼝呈纤维状，灰暗⾊。

脆性断裂：在断裂前基本上不发⽣塑性变形，是⼀种突然发⽣的断裂，没有明显征兆，因⽽危害性很⼤，脆性断裂的断裂⾯⼀般与正应⼒
垂直，断⼝平齐光亮，呈放射状或结晶状。

板状矩形拉伸试样断⼝呈⼈
字纹花样。

3、影响材料断裂韧度K IC的因素；提⾼材料断裂韧度的⽅法？
答：1）、材料成分、组织对K IC的影响：①材料化学成分；②基体相结构和晶粒⼤⼩；③杂志及第⼆相；④显微组织。

2）影响K IC的外界因素：①温度：⼀般⼤多数结构钢的K IC都随温度降低⽽下降，但是，不同强度等级的钢，在温度降低时K IC的变化趋势不
同。

②应变速度：增加应变速度相当于降低温度的作⽤，也可使K IC下降。

3）提⾼断裂韧度的⽅法：采⽤真空冶炼技术，降低钢中⾮⾦属夹杂物；控制微量有害元素偏聚于晶界；⽤压⼒加⼯和热处理技术控制晶
粒⼤⼩；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等
对提⾼⾼强度材料断裂韧度都有效。

4、采⽤KⅠ≥KⅠC断裂判据可解决哪些问题？
答：当应⼒场强度因⼦K I增⼤到临界值K IC时材料发⽣断裂，它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联系在⼀起，因
此可以直接⽤于设计计算，以确保安全。

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5、弯曲和扭转的应⼒状态和应⼒分布及两种试验的特点。

答：1）弯曲试验应⼒状态：⼆向应⼒状态；应⼒分布：内部应⼒主要为正应⼒，且应⼒分布不均与，表⾯最⼤，中⼼为零，且应⼒⽅向
发⽣变化。

特点：弯曲试验试样形状简单、操作⽅便；
弯曲试验不存在拉伸试验时的试样偏斜对实验结果的影响，并可⽤试样弯曲的挠度显⽰材料的塑形；
弯曲试验表⾯应⼒最⼤，可较灵敏的反映材料表⾯缺陷。

2）扭转试验应⼒状态：三向应⼒状态；
45的两个斜截⾯上作⽤有最⼤正应⼒应⼒分布：在与试样轴线呈?
和最⼩正应⼒，在与试样轴线平⾏和垂直的截⾯上作⽤有最⼤切应⼒；
特点：扭转的应⼒状态软化系数α=0.8，⽐拉伸时⼤，易于显⽰⾦属的塑性⾏为；圆柱形试样扭转时，整个长度上塑性变性是均匀的，没
有缩颈现象，所以能实现⼤塑性变形下的实验；能较敏感的反映出⾦属
表⾯缺陷及表⾯硬化层的性能；扭转时试样中的最⼤正应⼒和最⼤切应
⼒在数值上相等，⽽产⽣所使⽤的⼤部分⾦属材料的正段强度⼤于切断
强度，所以，扭转实验是测定这些材料切断强度最可靠的⽅法。

6、低温脆性原因及评定⽅法以及影响材料低温脆性的因素。

答：低温脆性：中、低强度钢在试验温度低于某⼀温度t k时，会由韧性状态转变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理有微孔聚集
型变为穿晶解理型，断⼝特征由纤维状变为结晶状；
产⽣原因：⾦属的低温脆性是由于⾦属的屈服强度随温度降低⽽造成的；
评定⽅法：低温脆性通常⽤韧脆转变温度评定，也可⽤缺⼝敏感度。

不同的⼯程领域采⽤不同的⽅法确定韧脆转变温度，这些⽅法有能量准
则，断⼝形貌准则。

影响材料低温脆性的因素：
①晶体结构：对对称性低的体⼼⽴⽅及密排六⽅晶体⾦属及合⾦转
变温度⾼，材料脆性断裂趋势明显，塑性差；
②化学成分：能够使材料硬度，强度提⾼的杂质及合⾦元素都会引
起材料塑性和韧性变差，材料脆性提⾼；
③显微组织：1）晶粒⼤⼩，细化晶粒可以同时提⾼材料的强度和塑
韧性。

因为晶界是裂纹扩展的阻⼒，晶粒细⼩，晶界总⾯积增加，晶界
处塞积的位错数减少，有利于降低应⼒集中；同时晶界上杂质浓度减少，
避免产⽣沿晶脆性断裂；2）⾦相组织：较低强度⽔平时强度相等⽽组织
不同的钢，冲击吸收功和韧脆转变温度以马⽒体⾼温回⽕最佳，贝⽒体
回⽕组织次之，⽚状珠光体组织最差。

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。

t较⾼、为什么？例题：下列三组试验⽅法中，请举出每⼀组哪种试验⽅法测得的
k
（1）拉伸和扭转；（2）缺⼝静弯曲和缺⼝冲击弯曲；（3）光滑试样拉伸和缺⼝试样拉伸。

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个⼈资料 | 复习资料 - 8 - 答：1）扭转⾼；2）静弯曲⾼；3）光滑实验缺⼝⾼。

7、ISCC K 测定及防⽌应⼒腐蚀有⽅法？
答：测定⾦属材料的ISCC K 值可⽤恒载荷法或恒位移法；
防⽌应⼒腐蚀的⽅法：合理选择⾦属材料；减少或消除机件中的残
余应⼒；改善化学介质；采⽤电化学保护。

8、测试⾦属材料的塑性指标为何要采⽤⽐例试样？
答：为了使同⼀⾦属材料制成不同尺⼨拉伸试样得倒相同的断后伸
长率的值，要求K A L =0
0(常数)通常取K 为5.65 或11.3，即对于圆柱形拉伸试样，相应的尺⼨为L 0=5d 0或L 0=10d 0这种试样称为⽐例试样，采⽤⽐例试样，可使不同材料的断后伸长率和断⾯收缩率便于⽐较。

9、⾼周疲劳与低周疲劳提⾼抗疲劳性能的措施是什么？
答：⾼周疲劳：材料在低于其屈服强度的循环应⼒作⽤下，经f N >
510 周次循环次数⽽产⽣的疲劳。

低周疲劳：在较⾼应⼒和较少循环次数情况下发⽣的疲劳断裂。

提⾼抗疲劳性能的措施：引⼊残余压应⼒并降低平均应⼒如表⾯喷
丸、滚压、淬⽕处理等可以提⾼材料的抗疲劳性。

10、分析形变强化能⼒的⼯程意义是什么，材料形变强化指数n 的确定。

答：形变强化：材料在应⼒作⽤下进⼊塑性变形阶段后，随着变
形量的增加，形变应⼒不断提⾼的现象。

应变强化指数n ：反映了⾦属材料抵抗均匀塑性变形的能⼒，是表
征⾦属材料应变硬化⾏为的性能指标。

n 在⼯程上的意义⼗分明显，n 对板材冷变形⼯艺有重要影响，n
⼤的材料冲压性能好，因为应变硬化效应⾼，变形均匀，减少变薄和增⼤极限变形程度，不易产⽣裂纹；n 值还对应变硬化效果有重要意义， n 值⼤者应变硬化效果就突出；不能热处理强化的⾦属材料都可以⽤应变硬化⽅法强化；提⾼强度，降低塑性，改善低碳钢的切削加⼯性能。

应变硬化指数n 可⽤试验⽅法测定，也可以⽤直线作图法求得。

11、分析影响⾦属屈服强度的因素和强化⾦属的主要途径。

答：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。

Ⅰ、影响屈服强度的内因素：
1）、⾦属本性和晶格类型（结合键、晶体结构）单晶的屈服强度
从理论上说是使位错开始运动的临界切应⼒，其值与位错运动所受到的阻⼒（晶格阻⼒－－派拉⼒、位错运动交互作⽤产⽣的阻⼒）决定派拉⼒：
()b b a n
p e G e G πωνπνντ2121212-----=-= 位错交互作⽤⼒L Gb ατ=（α是与晶体有关的⽐例系数，L 是位错间距。

）
2）、晶粒⼤⼩和亚结构晶粒⼩→晶界多（阻碍位错运动）→位错塞
个⼈资料 | 复习资料 - 9 - 积→提供应⼒→位错开动→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) σs= σi+kyd-1/2
3）、溶质元素加⼊溶质原⼦→（间隙或置换型）固溶体→（溶质原
⼦与溶剂原⼦半径不⼀样）产⽣晶格畸变→产⽣畸变应⼒场→与位错应⼒场交互运动→使位错受阻→提⾼屈服强度（固溶强化）。

4）、第⼆相（弥散强化，沉淀强化）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，提⾼了屈服强度。

弥散强化：第⼆相质点弥散分布在基体中起到的强化作⽤。

沉淀强化：第⼆相质点经过固溶后沉淀析出起到的强化作⽤
Ⅱ、影响屈服强度的外因素：
1）、温度⼀般的规律是温度升⾼，屈服强度降低。

原因：派拉⼒属
于短程⼒，对温度⼗分敏感
2）、应变速率应变速率⼤，强度增加。

3）、应⼒状态：切应⼒分量越⼤，越有利于塑性变形，屈服强度越
低。

4）、缺⼝效应：试样中“缺⼝”的存在，使得试样的应⼒状态发⽣
变化，从⽽影响材料的⼒学性能的现象。

强化⾦属的主要途径：固溶强化、形变强化，沉淀强化，细晶强化，
第⼆相强化、弥散强化等。

12、疲劳断裂与静载荷或冲击载荷相⽐的特点？（P96）
答：(1)疲劳是低应⼒延时断裂，即具有寿命的断裂，当应⼒低于
某⼀临界值时，寿命可达⽆限长；
(2)疲劳是脆性断裂；(3)疲劳对缺陷（缺⼝、裂纹及组织缺陷）⼗
分敏感。

13、K IC 的测试⽅法（三点弯曲）及对试样的要求？
答：国标规定了四种标准试样：标准三点弯曲试样、紧凑拉伸试
样、C 形拉伸试样和圆形紧凑拉伸试样；
标准中规定试样厚度B 、裂纹长度a 及韧带宽度（W-a ）尺⼨如下：
()代之。

或有效屈服强度，⽤2.0222:;5.2;5.2;5.2σσσσσσs y y IC y IC y IC K a W K a K B
≥- ≥ ≥ 14、⾼强钢的应⼒腐蚀与氢致延迟断裂的联系与区别？
答：关系：应⼒腐蚀与氢致延迟断裂都是由于应⼒和化学介质共同
作⽤下产⽣的延滞断裂现象；
区别：（1）应⼒腐蚀为阳极溶解过程，形成所谓阳极活性通道⽽
使⾦属开裂；⽽氢致延滞断裂则为阴极吸氢过程。

（2）当外加⼩的阳极电流⽽缩短产⽣裂纹时间的是应⼒腐蚀；当
外加⼩的阴极电流⽽缩短产⽣裂纹时间的是氢致延滞断裂。

个⼈资料 | 复习资料 - 10 - （3）应⼒腐蚀裂源在表⾯，氢致延滞断裂⼤多在表层下，偶尔在
表⾯应⼒集中处。

（4）应⼒腐蚀扩展有许多分枝，⽽氢致延滞断裂为单枝或多枝。

15、A K 值与其韧性⾏为有什么关系？
答：冲击韧度A K 表⽰材料在冲击载荷作⽤下抵抗变形和断裂的能
⼒。

A K 值的⼤⼩表⽰材料的韧性好坏;⼀般把A K 值低的材料称为脆性材
料，A K 值⾼的材料称为韧性材料。

A K 值取决于材料及其状态，同时与试样的形状、尺⼨有很⼤关系。

A K 值对材料的内部结构缺陷、显微组织的变化很敏感，如夹杂物、偏析、⽓泡、内部裂纹、钢的回⽕脆性、晶粒粗化等都会使A K 值明显降低；同种材料的试样，缺⼝越深、越尖锐，缺⼝处应⼒集中程度越⼤，越容易变形和断裂，冲击功越⼩，材料表现出来的脆性越⾼。

因此不同类型和尺⼨的试样，其A K 值不能直接⽐较。

材料的A K 值随温度的降低⽽减⼩，且在某⼀温度范围内，A K 值发⽣
急剧降低，这种现象称为冷脆，此温度范围称为“韧脆转变温度（k t ）”。

冲击韧度指标的实际意义在于揭⽰材料的变脆倾向。

16、疲劳曲线的制取⽅法？
答：通常疲劳曲线是⽤旋转弯曲疲劳试验测定的；试验时，⽤升
降法测定条件疲劳极限（或疲劳极限1-σ），⽤组成试验法测定⾼应⼒部分，然后将上述两试验数据整理，并拟合成疲劳曲线。

17、分析缩颈现象。

答：缩颈是韧性⾦属材料在拉伸试验时变形集中于局部区域的特殊
现象，它是应变硬化（物理因素）与截⾯减⼩（⼏何因素）共同作⽤
的结果。

四、计算题。

1、K 判据的应⽤：应⼒容器及⽆限⼤板断裂安全评定。

分析：I 型裂纹应⼒场强度因⼦的⼀般表达式：a Y K I σ=
若s σσ越接近于零，则修正项越接近于1；⼀般7.0≥s σσ时，需
要进⾏修正；
K I 的修正公式：
()()()()
平⾯应变平⾯应⼒22177.015.01s I s I a K a K σσπσσσπσ-=-=
例题1：有⼀⼤型板件，材料的MPa 12002.0=σ，21.115m MPa K IC =，探伤发现有20mm 长的横向穿透裂纹，若在平均轴向拉应⼒9000MPa 下⼯作，试计算K I 及塑性区宽度R 0，并判断该件是否安全？
解：因为7.075.01200900≥==s σσ，故需修正，对于⽆限板的穿透
个⼈资料 | 复习资料
- 11 - 裂纹修正后的K I 为：
故有：a=2
20=10mm=0.01m; ()11.1681200900177.0101.09002≈-?=πI K >115MPa(仅供参考)；裂纹会失稳扩展，所以该件不安全；
塑性区宽度为：
mm m K R S I 21.21021.2120011.1682212213220=?=??
= =-πσπ。

例题2：有⼀轴件平均轴向⼯作应⼒150MPa ，使⽤中发⽣横向疲劳脆性正断，断⼝分析表明有25mm 深的表⾯半椭圆疲劳区，根据裂纹a/c 可以确定?=1，测试材料的2.0σ=720MPa,试估算材料的断裂韧度K IC 是多少？解：因为σ/σ0.2=150/720=0.208<0.7，
所以裂纹断裂韧度KIC 不需要修正，此时
a Y K I σ=，πππ1.11
1.11.1≈=Φ=Y ,则代⼊公式得： MPa a Y K IC 24.4610251501.13≈==-πσ(仅供参考)
2、构件的理论断裂强度和实际断裂强度。

模型
裂纹扩展⼒学条件备注理想晶体解理 210???? ??=a E s m λσ（1）
格雷菲斯理论。