力学性能知识点

（1）σｂｃ ——材料的抗压强 度
（2）σｂｂ ——材料的抗弯强度 （ 3）τｓ ——材料的扭转屈服点 （ 4 ）τｂ ——材料的抗扭强度 （5）σｂｎ ——材料的抗拉强度
（ 6 ） NSR——材料的缺口敏感 度
（ 7 ）HBW——压头为硬质合金 球的材料的布氏硬度
（8 ） HRA——材料的洛氏硬度 （9 ） HRB——材料的洛氏硬度 （10）HRC——材料的洛氏硬度 （11 ） HV——材料的维氏硬度
是韧性断裂，而解理断裂是在正应 力作用以极快的速率沿一定晶体 学平面产生的穿晶断裂， 解理断裂 通常是脆性断裂。 8、 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： 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， 即所谓的断口特 征三要素。上述断口三区域的形 态、大小和相对位置，因试样形状、 尺寸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。第二章 金属在其他静载荷 下的力学性能一、解释下列名词： （1）应力状态软性系数 —— 材料 或工件所承受的最大切应力 τmax 和最大正应力 σmax 比值（2）缺 口效应 —— 绝大多数机件的横截 面都不是均匀而无变化的光滑体， 往往存在截面的急剧变化，如键 槽、油孔、 轴肩、螺纹、退刀槽及 焊缝等，这种截面变化的部分可视 为 “缺口 ”，由于缺口的存在，在载 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。（ 3）缺口敏感度 ——缺口试 样的抗拉强度 σbn 的与等截面尺 寸光滑试样的抗拉强度 σｂ的比 值，称为缺口敏感度（ 4）布氏硬 度 ——用钢球或硬质合金球作为 压头，采用单位面积所承受的试验 力计算而得的硬度。 （5）洛氏硬 度 ——采用金刚石圆锥体或小淬 火钢球作压头， 以测量压痕深度所 表示的硬度（ 6）维氏硬度 ——以 两相对面夹角为 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。
较和鉴别渗碳和表面淬火等化学 热处理机件的质量和性能。
扭转
应力状态软性系数为 0.8，比拉伸 时大，易于显示金属的塑性行为； 试样在整个长度上的塑性变形时 均匀，没有紧缩现象， 能实现大塑 性变形量下的试验； 较能敏感地反 映出金属表面缺陷和及表面硬化 层的性能；试样所承受的最大正应 力与最大切应力大体相等
用来研究金属在热加工条件下的 流变性能和断裂性能， 评定材料的 热压力加工型，并未确定生产条件 下的热加工工艺参数提供依据； 研 究或检验热处理工件的表面质量 和各种表面强化工艺的效果。
五、缺口试样拉伸时的应力分布有 何特点？在弹性状态下的应力分 布：薄板：在缺口根部处于单向拉 应力状态，在板中心部位处于两向 拉伸平面应力状态。 厚板：在缺口 根部处于两向拉应力状态， 缺口内 侧处三向拉伸平面应变状态。 无论 脆性材料或塑性材料， 都因机件上 的缺口造成两向或三向应力状态 和应力集中而产生脆性倾向， 降低 了机件的使用安全性。 为了评定不 同金属材料的缺口变脆倾向， 必须 采用缺口试样进行静载力学性能 试验。六、试综合比较光滑试样轴 向拉伸、缺口试样轴向拉伸和偏斜 拉伸试验的特点。偏斜拉伸试验： 在拉伸试验时在试样与试验机夹 头之间放一垫圈， 使试样的轴线与 拉伸力形成一定角度进行拉伸。 该 试验用于检测螺栓一类机件的安 全使用性能。 光滑试样轴向拉伸试 验：截面上无应力集中现象， 应力 分布均匀，仅在颈缩时发生应力状 态改变。缺口试样轴向拉伸试验： 缺口截面上出现应力集中现象， 应
环面积：被金属所吸收的变形功。 也表示循环韧性的大小。 屈服现象 与三个因素有关： 材料变形前可动 位错的密度很小， 随塑形变形发生 位移快速增值， 位错运动速率与外 加应力有强烈依存关系。 材料屈服 强度：表示材料对微量塑性变形的 抗力。下屈服极限：再现性较好。 S=ken n 应变硬化指数 =1 完全 理想弹性体 =0 没有应变强化能 力缩颈：塑变集中于局部区域的特 殊现象。是应变硬化落后于截面减 小的结果。当材料的应变硬化指数 等于或大于最大真实均匀塑性应 变量是产生。断面收缩率 > 断后伸 长率是形成缩颈 差越大越严重 缺口敏感度 nsr>1 不敏感 脆性 材料总是小于 1 划痕法：表征金属 切断强度 回跳法：金属弹性变形 力的大小 压入发：金属塑性变形 抗力及应变硬化能力 Ki：可度量裂 纹扩展时系统势能的释放量疲劳 缺口敏感度： qf=kf-1/kt-1 （0-1） kf>1 大小决定开口明显曾度 开 口比不开口极限低 0k=kmax-kmin 应力强度因子范围 0kth 表示阻 止疲劳裂纹开始扩展的性能金属 接触疲劳由最大综合切应力引起 第一章循环韧性： 金属材料在交变 载荷下吸收不可逆变形功的能力 称为循环韧性。 5．解理刻面：这 种大致以晶粒大小为单位的解理 面称为解理刻面。 6．塑性：金属 材料断裂前发生不可逆永久（塑 性）变形的能力。 韧性：指金属材 料断裂前吸收塑性变形功和断裂 功的能力。 7.解理台阶：当解理裂 纹与螺型位错相遇时， 便形成一个 高度为 b 的台阶。8.河流花样： 解 理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇 合,同号台阶相互汇合长大 ,当汇合 台阶高度足够大时 ,便成为河流花 样。是解理台阶的一种标志。 9.解 理面：是金属材料在一定条件下，
力分布不均，应力状态发生变化， 产生两向或三向拉应力状态， 致使 材料的应力状态软性系数降低， 脆 性增大。偏斜拉伸试验： 试样同时 承受拉伸和弯曲载荷的复合作用， 其应力状态更 “硬”，缺口截面上的 应力分布更不均匀， 更能显示材料 对缺口的敏感性。 七、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。 原理布氏硬 度：用钢球或硬质合金球作为压 头，计算单位面积所承受的试验 力。洛氏硬度： 采用金刚石圆锥体 或小淬火钢球作压头， 以测量压痕 深度。 维氏硬度：以两相对面夹角 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。 布 氏硬度优点：实验时一般采用直径 较大的压头球， 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大范围内 各组成相得平均性能； 另一个优点 是实验数据稳定，重复性强。缺点： 对不同材料需更换不同直径的压 头球和改变试验力， 压痕直径的测 量也较麻烦，因而用于自动检测时 受到限制。 洛氏硬度优点： 操作简 便，迅捷，硬度值可直接读出； 压 痕较小，可在工件上进行试验； 采 用不同标尺可测量各种软硬不同 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。 缺 点：压痕较小，代表性差； 若材料 中有偏析及组织不均匀等缺陷， 则 所测硬度值重复性差，分散度大； 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。 维氏 硬度优点：不存在布氏硬度试验时 要求试验力 F与压头直径 D 之间所 规定条件的约束， 也不存在洛氏硬 度试验时不同标尺的硬度值无法 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
三、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 围。
试验方法
特点
应用范围
拉伸
温度、应力状态和加载速率确定， 采用光滑圆柱试样， 试验简单，应 力状态软性系数较硬。
塑性变形抗力和切断强度较低的 塑性材料。
压缩
应力状态软，一般都能产生塑性变 形，试样常沿与轴线呈 45o 方向产 生断裂，具有切断特征。
脆性材料，以观察脆性材料在韧性 状态下所表现的力学行为。
弯曲
弯曲试样形状简单， 操作方便；不 存在拉伸试验时试样轴线与力偏 斜问题，没有附加应力影响试验结 ห้องสมุดไป่ตู้，可用试样弯曲挠度显示材料的 塑性；弯曲试样表面应力最大， 可 灵敏地反映材料表面缺陷。
测定铸铁、 铸造合金、 工具钢及硬 质合金等脆性与低塑性材料的强 度和显示塑性的差别。 也常用于比
边、咬边等缺陷，增加裂纹敏感度， 增加材料的脆性， 容易发生脆性断 裂。七 . 试从宏观上和微观上解释 为什么有些材料有明显的韧脆转 变温度，而另外一些材料则没有？ 宏观上， 体心立方中、 低强度结构 钢随温度的降低冲击功急剧下降， 具有明显的韧脆转变温度。 而高强 度结构钢在很宽的温度范围内， 冲 击功都很低， 没有明显的韧脆转变 温度。面心立方金属及其合金一般 没有韧脆转变现象。 微观上，体心 立方金属中位错运动的阻力对温 度变化非常敏感， 位错运动阻力随 温度下降而增加， 在低温下， 该材 料处于脆性状态。 而面心立方金属 因位错宽度比较大，对温度不敏 感，故一般不显示低温脆性。 体心 立方金属的低温脆性还可能与迟 屈服现象有关，对低碳钢施加一高 速到高于屈服强度时， 材料并不立 即产生屈服， 而需要经过一段孕育 期（称为迟屈时间） 才开始塑性变 形，这种现象称为迟屈服现象。 由 于材料在孕育期中只产生弹性变 形，没有塑性变形消耗能量， 所以 有利于裂纹扩展， 往往表现为脆性 破坏。第四章 金属的断裂韧度
当外加正应力达到一定数值后， 以 极快速率沿一定晶体学平面产生 的穿晶断裂，因与大理石断裂类 似，故称此种晶体学平面为解理 面。 10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂 纹穿过晶内， 可以是韧性断裂， 也 可以是脆性断裂。 沿晶断裂： 裂纹 沿晶界扩展，多数是脆性断裂。 11. 韧脆转变：具有一定韧性的金属材 料当低于某一温度点时， 冲击吸收 功明显下降， 断裂方式由原来的韧 性断裂变为脆性断裂， 这种现象称 为韧脆转变 12.弹性不完整性：理 想的弹性体是不存在的， 多数工程 材料弹性变形时， 可能出现加载线 与卸载线不重合、 应变滞后于应力 变化等现象 ,称之为弹性不完整性。 弹性不完整性现象包括包申格效 应、弹性后效、弹性滞后和循环韧 性等 2、说明下列力学性能指标的 意义。答：G 切变模量 n 应变硬 化指数 3、 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？答：主要决定于原子本性和晶 格类型。 合金化、 热处理、 冷塑性 变形等能够改变金属材料的组织 形态和晶粒大小， 但是不改变金属 原子的本性和晶格类型。 组织虽然 改变了，原子的本性和晶格类型未 发生改变，故弹性模量对组织不敏 感。6、 试述韧性断裂与脆性断裂 的区别。为什么脆性断裂最危险？ 答：韧性断裂是金属材料断裂前产 生明显的宏观塑性变形的断裂， 这 种断裂有一个缓慢的撕裂过程， 在 裂纹扩展过程中不断地消耗能量； 而脆性断裂是突然发生的断裂， 断 裂前基本上不发生塑性变形， 没有 明显征兆，因而危害性很大。7、剪 切断裂与解理断裂都是穿晶断裂， 为什么断裂性质完全不同？答： 剪 切断裂是在切应力作用下沿滑移 面分离而造成的滑移面分离， 一般
的精度较高， 硬度值较为准确。 缺 点是硬度值需要通过测量压痕对 角线长度后才能进行计算或查表， 因此，工作效率比洛氏硬度法低的 多。八 .今有如下零件和材料需要测 定硬度，试说明选择何种硬度实验 方法为宜。（ 1）渗碳层的硬度分 布；（2）淬火钢；（ 3）灰铸铁； （4 ）鉴别钢中的隐晶马氏体和残 余奥氏体；（ 5）仪表小黄铜齿轮； （6 ）龙门刨床导轨；（ 7 ）渗氮层； （8 ）高速钢刀具；（ 9）退火态低 碳钢；（ 10）硬质合金。（ 1）渗 碳层的硬度分布 ---- HK 或 - 显微 HV（2 ）淬火钢 -----HRC（ 3）灰铸 铁-----HB （4）鉴别钢中的隐晶马 氏体和残余奥氏体 ----- 显微 HV 或 者 HK（5）仪表小黄铜齿轮 -----HV （6 ）龙门刨床导轨 -----HS （肖氏 硬度）或 HL(里氏硬度) （7）渗氮 层-----HV（8）高速钢刀具 -----HRC （9）退火态低碳钢 -----HB （10） 硬质合金 ----- HRA 第三章 金属在 冲击载荷下的力学性能冲击吸收 功: 缺口试样冲击弯曲试验中，摆 锤冲断试样失去的位 能为 mgH1-mgH2 。此即为试样变形和 断裂所消耗的功，称为冲击吸收 功，以表示，单位为 J 低温脆性：体 心立方晶体金属及合金或某些密 排六方晶体金属及其合金， 特别是 工程上常用的中、低强度结构钢 （铁素体 -珠光体钢），在试验温 度低于某一温度时， 会由韧性状态 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。 韧性温 度储备 : 材料使用温度和韧脆转变 温度的差值，保证材料的低温服役 行为。五 . 试述焊接船舶比铆接船 舶容易发生脆性破坏的原因。 焊接 容易在焊缝处形成粗大金相组织 气孔、 夹渣、 未熔合、未焊透、错