力学性能复习题.doc

1. 金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力

学性能指标？

符：主要决定干原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金诚材料的 组织形态和晶粒大小，但是不改变金属原了•的木性和晶格类型。组织虽然改变了，原了的木 性和晶格类型未发生改变，故弹性模量对组织不敏感。

2. 决定金属屈服强度的因素有哪些？

符：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、笫二和。

外在因素：温度、应变速率和应力状态。

3. 何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？

答：断口特征三要素：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成。

上述断门三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺吋和金属材料的性能以及试验温 度、加载速率和受力状态不同而变化。

4. 楚根据卜"述方程（Oi d 1/2+k y ） k y =2G Ys q 试述卜'述因索对金属材料对金屈材料韧脆转变的影 响：（1）材料成分（2）杂质（3）温度（4）晶粒大小（5）应力状态（6）加载速率。

二）

1. 试说明布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度的实验原理，并比较布氏、洛氏与维氏

硬度试验方法的优缺点。 用钢球或硬质合金球作为压义，计算单位而积所承受的试验力。 采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测景压痕深度。 以W 相对面火角为136。的金刚石四棱锥作压头，计算单位面积所承受的 试验力。 实验时一般采川直径较大的压失球，因而所得的压痕面积比较大。压痕大 的一个优点是其硬度值能反映金属在较人范围内各纟II 成相得T •均性能； 另一个优点是实验数裾稳定，重复性强。 对不同材料需更挽不同直径的压头球和改变试验力，压痕直径的测fi 也较 麻烦，因而用于ft 动检测吋受到限制。 操作简便，迅捷，硬度值可且接读出；压痕较小，可在工件上进行试验; 采川不同标尺可测景各种软硬不同的金属和厚薄不一的试样的硬度，因而 广泛用于热处理质量检测。 Ik 痕较小，代表性差；若材料中冇偏析及组织不均匀等缺陷，则所测硬度 值

重复性差，分散度人；此外用不同标尺测得的硬度值彼此没有联系，不 能直接比较。 HP. :理

答原

布氏硬

度: 洛氏

硬度: 维

氏硬度: 布氏硬度优点:

缺点: 洛氏硬度优点:

缺点:

维氏硬度优点:

不存在布氏硬度试验时耍求试验力F与压义•直径D之间所规定条件的约

束，也不存在洛氏硬度试验吋不M标尺的硬度值无法统一的弊端；维氏硬度

试验时不仅试验力可以任意取，而且压痕测量的精度较高，硬度值较为准确。

缺点：硬度位需要通过测朵压痕对角线长度后才能进行计算或杏表，因此，工作效率比洛氏硬度法低的多。

2.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

荇：单向拉伸：单向拉伸的应力状态较硬，一般川于塑性变形抗力与切断强度较低得所谓塑性材料试验。

压缩试验：（1）单句压缩的应力状态软性系数a=2，因此，压缩试验主要用于脆性材料，以显示其在静拉伸吋缩不能反映的材料在韧性状态下的力学行为。

（2）压缩与拉伸受力方向不仅相反，且两种试验所得的载荷变形曲线、塑性及断裂形态也存在较大的差别，特别是压缩不能使塑性材料断裂，故塑性材料一般不采用

压缩方法试验。

（3）多向不等压缩试验的应力软性系数a〉2,故此方法适用于脆性更人的材料，它可以反映此类材料的微小塑性差异。此外接触表而处承受多向压缩的机件, 也可以采

用多向压缩试验，使试验条件与试验服役条件更接近。

弯曲试验：（1）弯曲加载吋受拉的一侧应力状态基本上与静拉伸时相M，且不存在如拉仲吋的所谓试样偏斜对试样结果的影响。因此弯曲试验常川于测定那些巾于太硬难于加工

成拉伸试样的脆性材料的断裂强度，并能显示出它们的塑性差别。

（2）弯曲试验时，截面上的应力分布也是表浙上应力敁大，故可灵敏的反映材料的表面缺陷，因此，常用来比较和评定材料表面处理层的质景。

（3）山弯曲图可以看出弯曲试验不能使这些材料断裂，在这种情况下虽可以测定非比例弯曲应力，但实际上很少使用。

扭转试验：（1）扭转试验屮扭转的应力状态软性系数a =0.8,比拉伸时的a人，易于显示金属的塑性行为。岡柱形试件扭转时整个长度上的塑性变形是均匀的，没冇紧缩现象，所以

能实现大塑性变形量下的试验。

（2）扭转试验吋，试件截面上应力应变分布表明，该实验对金属表面缺陷及表面硬化层的性能奋很人的敏感度。扭转吋试件屮的最人正应力一最人切应力在数位上

人体相等,而生产上所使用的人部分金属材料的正断强度人于切断强度，所以, 扭转试

验足测定这些材料切断强度最可靠的方法。

（3）扭转试验吋，试件受到较大的切应力，而且还被广泛的用于研究有关初始帮忡变形的非同时性问题，如弹忡后效、弹性滞P以及内耗等。扭转试验可川于测定

槊性材料和脆性材料的剪切变形和断裂的全部力学性能指标，并且还奋着其他力学性能试验方法所无法比拟的优点，因此，在科研及生产检验中得到广泛运用。

（=）

1. 试说明低温脆性的物理本质及其影响因素

答：物理木质：宏观上对于那些科低温脆性现象的材料，它们的屈服强度会随温度的降低急剧增加，而断裂强度随温度的降低而变化不人。当温度降低到某一温度吋，屈服强度增人到高于断裂强度吋，在这个温度以下材料的屈服强度比断裂强度大，因此材料在受力时还未发生屈服便断裂了，材料显示脆性。

从微观机制來肴低温脆性与位错在晶体点阵屮运动的阻力奋关，当温度降低吋，位错运

动阻力增人，原子热激活能力下降，因此材料屈服强度增加。

影响因素：

1.晶体结构：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。

2.化学成分：能够使材料硬度，强度提高的杂质或者合金元素都会引起材料塑性和韧性变

差，材料脆性提高。

3.丛微组织：①品粒大小，细化品粒可以同时提高材料的强度和塑韧性。因为品界是裂纹

扩展的阻力，晶粒细小，晶界总而积增加，晶界处塞积的位错数减少，有利于降

低应力集屮；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T•吋强度相等而组织不同的钢，冲吸收功和韧脆转变

温度以马氏体高温回火最佳，W氏体回火组织次之，片状珠光体组织最差。钢中

夹杂物、碳化物等笫二相质点对钢的脆性冇重要影响，当K尺寸增大时均使材料

韧性K降，韧脆转变温度升高。

1. 试述低应力脆断的原因和防止方法。

答：产生原因：机件存在宏观裂纹

防止方法：应用断裂判据，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•，根据断裂判裾确定机件不发生脆性断裂时所允许

的最人裂纹尺寸。

2. 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判裾将材料断裂韧度同机件的工作应力及裂纹尺寸的关系定S地联系起来，可直接用于设计计算，估算裂纹体的最人承载能力、允许的裂纹最人尺寸，以及用于正确选择机件材料、优化工艺等。

3. 试述塑性区对KI的影响及KI的修正方法和结果。

答：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L<:度的增加，因而影响应力场和及KI的计算，所以要对KI进行修正。

最简单而适用的修正方法是在计算KI吋采用“有效裂纹尺、r”，即以虛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。

基木思路是：槊性区松弛弹性放力的作用于裂纹长度增加松弛弹性应力的作用是等同的，从而引入“有效长度”的概念，它实际包拈裂纹长度和塑性区松弛应力的作川。

4-15计算结果忽略了在塑性区内应变能释放率与弹性体应变能释放率的差别，因此，只是近似结果。当塑性区小时，或塑性区周围为广大的弹性去所包围时，这种结果还是很精确。似是当槊性区较人吋，即属于人范围屈服或整体屈服吋，这个结果是不适用的。

4. 有一大形板件，材料的a o.2=12OOMPa ,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？