材料性能复习题(力学性能)

材料性能复习题（力学性能）

第一章 单向静拉伸力学性能

一．名词解释

1. 弹性极限（σe ）：

以后，材料便开始产生塑性变形。其表达式为2. 弹性模数(E)：E=σ/ε G= τ/ γ 值，表面原子间结合力大小。

3. 弹性比功（a e ）：材料拉伸时的弹性比功可用应力 a e =

4. 规定非比例伸长应力（σp ）： 0.05%时的应力。

5. 屈服强度（σs ）：的屈服强度或屈服点，用σs 表示.

6. 规定残余伸长应力：σr r0.1、σr0.2，常用的为σr0.2。

7. 应变硬化指数（n ）：S=ke n ，材料的n 值高低与其层错能的大小有关。物理意义：抵抗均匀塑性变形的能力。技术意义：对加工硬化敏感，n 越大，应变硬化效益越高，根据n 值选 工程材料。

8. 断后伸长率（δ）：指试样拉断后，标距的伸长与原始标距百分比。

δ=ΔL K （L 1-L 0）/L 0 × 100%

9. 断面收缩率（Ψ）：断面收缩率是试样拉断后, 缩颈处横截面积的最大减缩量与原始横截面积的百分比, 用符号Ψ表示, 即Ψ=(Ao-A1)/Ao × 100%，式中:Ao 为试样原始横截面积;A1 为缩颈处最小横截面积.

10. 韧性断裂：断裂前有明显的宏观塑性变形，吸收的能量大，断口呈纤维状，发暗，看的出塑性变形后的痕迹。

11. 脆性断裂：断裂前不发生明显的宏观塑性变形，即断裂发生在弹性变形阶段、吸收的能量很小。断口与正应力垂直，宏观上比较平齐光亮，常呈放射状或结晶状。

12. 剪切断裂：剪切断裂是材料在切应力作用下沿着滑移面滑移分离而造成断裂。剪切断裂的另一种形式为微孔聚集型断裂，微孔聚集型断裂是材料韧性断裂的普通方式。

13. 解理断裂：在正应力作用下，由于原子间结合键的破坏引起的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂称为解理断裂。（沿着一定结晶学平面发生的断裂的现象叫解理。）

14. 理论断裂强度（σm ）：将晶体两个原子面沿垂直于外力方向拉断所需最小应力。（使得

原子间引力达到最大值时所受到的拉应力。）

a E m γσ= （一般金属σm =10000MPa ；实际金属强度：铝合金：200-300MPa ，低碳钢：400-500MPa ，合

金钢：1000MPa ）

15. 静力韧度：金属材料在静拉伸时单位体积材料断裂前所吸收的功。通常将静拉伸的σ-ε曲线下包围的面积减去试样断裂前吸收的弹性能定义为静力韧度。静力韧度的数学表达式可用材料拉断后的真应力-真应变曲线求得。表达式：

二．判断题 正确用√，错误用× 1. 材料的弹性模数越大，其弹性越好。（×）

解释：弹性模数是表征材料对弹性变形的抗力，即材料的刚度，其值越大，则在相同应力下产生的弹性变形就越小。反应的是材料抵御变形的能力，不能反映材料的弹性。模量大说明材料不易变形，反之则表示材料很容易发生变形。弹性是指材料发生变形后回复原始形状的能力，和模量没有必然的联系。

2. 金属材料的显微组织对其弹性模数的影响较小。（×）

解释：金属材料，在合金成分不变的情况下，显微组织对弹性模数的影响较小，晶粒大小对Ｅ值无影响；钢经过淬火后Ｅ值虽有所下降，但回火后又恢复到退火状态的数值；第二相对Ｅ值的影响视其体积比例和分布状态而定，大致可按两相混合物体积比例的平均值计算。

3. 材料的理论断裂强度愈高，其抗拉强度也愈高。（×）？

解释：抗拉强度（ Rm ）指材料在拉断前承受最大应力值。理论断裂强度指将晶体两个原子面沿垂直于外力方向拉断所需最小应力。二者没有必然联系。

4. 材料在韧性断裂过程中都要产生明显的宏观塑性变形。（√）

解释：韧性断裂的特征：断裂前有明显的宏观塑性变形，吸收的能量大，断口呈纤维状，发暗，看的出塑性变形后的痕迹。

5. 微孔聚集型断裂不是金属材料韧性断裂的普遍方式。（×） 解释：韧性断裂的主要机制就是微孔集合型剪切，在断口上其微观特征表现为韧窝。

分别表示（杨氏）模量和（切变）模量，它们都是表征材料）变形的抗力，其值越大，在相同应力下产生的（弹性变形）就越小。

材料拉伸屈服时，所对应的应力值称为（屈服点），用（σs ）表示，试样发生屈服而力首），屈服伸长对应的水平或曲折线段称为（屈服平台）低碳钢试棒静拉伸断裂后，断口一般为杯锥状，由（纤维区）、（放射区）和（剪切唇）3材料发生韧性断裂时，裂纹的扩展过程一般（较慢），要消耗大量的（塑性）变形功，断）。而脆性断裂多为突然发生的（快速）断裂过程，具有很），常呈放射状或（结晶）状。

n=1时，表示材料为完全理想的（弹n 值在（0.1-0.5）之间。

1. 材料的弹性模数主要取决于什么因素？通过热处理是否可以大幅度提高钢铁材料的弹性模数？

答：影响弹性模数的因素：键合方式和原子结构、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载条件和负荷持续时间。金属材料的弹性模量与热处理有关系，但影响不大。所以 通过热处理不可以大幅度提高钢铁材料的弹性模数。（钢铁材料，在合金成分不变的情况下，显微组织对弹性模数的影响较小。如经过淬火后Ｅ值虽有所下降，但回火后又恢复到退火状态的f k e S a 22.0σ+=

数值，因此热处理无法大幅度提高钢铁材料的弹性模数。）

（具体解释）

（1）键合方式和原子结构

①无机非金属材料：大多由共价键或离子键以及两种键合方式共同作用而成，有

较高弹性模数。金属及其合金：为金属键合，有较高弹性模数。高分子聚合物：

分子键结合，结合力较弱，弹性模数较低。

②金属元素的弹性模数大小还与其在周期表中的位置有关，金属弹性模量主要取

决于金属原子本身的性质，金属弹性模量随原子半径增大而减小，同时也表明

弹性模量随原子间距的增加而下降。

（2）晶体结构

①单晶体材料的弹性模数在不同晶体学方向上是各向异性，即沿原子排列最密的

晶向上弹性模量较大，反之则小。

②多晶体材料的弹性模数为各晶粒的统计平均值,表现为各向同性,但这种各向

同性称为伪各向同性。

③非晶态材料，如非晶态金属、玻璃等，弹性模量是各向同性的。

（3）化学成分

材料化学成分变化将引起原子间距或键结合方式的变化，因此影响材料弹性模数。

与纯金属相比，合金的弹性模数将随组成元素的相对含量、结晶结构和组织状态的变化而变化。

①对于固溶体合金，弹性模数主要取决于溶剂元素的性质和晶体结构。随着溶质

元素浓度的增加，虽然可以改变固溶体的弹性模数，但在溶解度较小的情况下

一般变化不大，例如碳钢与合金钢的弹性模数相差不超过 5％。

②在两相合金中，弹性模数的变化比较复杂，它与合金成分、第二相的性质、数

量、尺寸及分布状态有关。

（4）微观组织

①金属材料，在合金成分不变的情况下，显微组织对弹性模数的影响较小，晶

粒大小对 E 值无影响。经过淬火后Ｅ值虽有所下降，但回火后又恢复到退火

状态的数值；第二相对 E 值的影响视其体积比例和分布状态而定，大致可按

两相混合物体积比例的平均值计算。

②工程陶瓷弹性模数的大小受构成陶瓷的相种类、粒度、分布、比例及气孔率

有无有关。一般是通过实际测量而获得。气孔率对陶瓷的弹性模数的影响大

致可用下式表示，

E=E 0 (1-1.9p+0.9p²)

式中 E ０为无气孔时的弹性模数,p 为气孔率。可见随着气孔率的增加，陶瓷的

E 值下降。

（5）温度

①一般说来，随着温度升高，原子振动加剧，体积膨胀，原子间距增大，结合

力减弱，使材料的弹性模数降低。例如，碳钢加热时，温度升高 100℃E 值下

降(3～5)％。另外，随着温度的变化，材料发生固态相变时，弹性模数将发生

显著变化。

②高分子聚合物的物理性质与温度和时间有关。随着温度的变化，在一些特定的

温度区间，某些力学性质会发生突然的改变，这种变化称为高聚物的力学状态

转变。随着高聚物力学状态的转变，其弹性模数也相应产生很大变化。

（6）加载条件和负荷持续时间

①加载方式(多向应力)、加载速率和负荷持续时间对金属，陶瓷类材料的弹性模

数几乎没有影响。