材料性能学复习重点

第一章证明题 显然，真应力总是大于工程应力，真应变总是小于工程应变。

缩颈的条件： 产生缩颈的载荷为 影响材料弹性模数的因素： 1、键合方式和原子结构：a 、以共价健、离子键、金属键结合的材料有较高的弹性模量。

b 、以分子键结合的材料，弹性模量较低。

()εσσσ+=∆+==⋅===10000000LLL L LA A A F A F S AL L A ()ε+====⎰⎰1ln ln 00l ll dl de e ll en endede A dA l dl de endeA dA de e F n dA A F e denKAe A dAKe A de KAne dA Ke dF KAe F Ke S SA F n nn n nn ==+--===+=⋅+=+⋅=+====-00001()()nnn b ne b b b bnb bn b b b b n n b b e n K e Kn e e A A A A e A A KnA Kn A S A F Kn Ke S b ⎪⎭⎫⎝⎛===========---σσσ00lnc、原子结构：a）非过渡金属（b）过渡族金属：原子半径较小，且d层电子引起较大的原子间结合力，弹性模数较高。

且当d层电子等于6时，E有最大值2、晶体结构：a、单晶体材料，由于在不同的方向上原子排列的密度不同，故呈各向异性。

b、多晶体材料，E为各晶粒的统计平均值，伪各向同性。

c、非晶态材料弹性模量各向同性。

3、化学成分：（引起原子间距或键合方式的变化）（1）纯金属主要取决于原子间的相互作用力。

（2）固溶体合金：主要取决于溶剂元素的性质和晶体结构，弹性模量变化不大（3）两相合金：与第二相的性质、数量、尺寸及分布状态有关。

（4）高分子：填料对E影响很大。

4.微观组织：金属：微观组织对弹性模量的影响较小晶粒大小对E无影响；陶瓷：工程陶瓷弹性模数与相的种类、粒度、分布、比例、气孔率等有关。

其中，气孔率的影响较大。

复合材料：增强相为颗粒状，弹性模数随增强相体积分数的增高而增大5、温度：a、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，材料的弹性模量降低。

如碳钢，每升高100℃，E值下降3~5%（软化）b、当温度变化引起材料的固态相变时，弹性模数显著变化。

如碳钢的奥氏体、马氏体相变。

6、加载条件和负荷持续时间：a、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。

陶瓷材料的压缩弹性模数高于拉伸弹性模数（与金属不同）。

b、高分子聚合物，随负荷时间的延长，E值逐渐下降（松弛）。

滞弹性：材料在快速加载或卸载后，随时间的延长而产生附加弹性变形的性能。

即应变与应力不同步（相位），应变滞后。

粘弹性：是指材料在外力作用下变形机理，既表现出粘性流体又表现出弹性固体两者的特性，弹性和粘性两种变形机理同时存在（时间效应）。

特征：应变对应力的响应不是瞬时完成的，应变与应力的关系与时间有关，但卸载后，应变恢复，无残余变形。

伪弹性：是指在一定的温度条件下，当应力达到一定水平后，金属或合金将产生应力诱发马氏体相变,从而产生大幅度的弹性变形的现象。

应用：形状记忆合金。

包申格效应：是指金属材料经预先加载产生少量塑性变形（残余应变小于4%），然后再同向加载规定残余伸长应力（б0.01）增加；反向加载，规定残余伸长应力（б0.01）降低的现象。

消除或减弱方法：再结晶退火滑移变形具有以下特点：（1）滑移在切应力作用下产生（2）滑移沿原子密度最大的晶面和晶向发生（3）滑移时两部分晶体的相对位移是原子间距的整数倍滑移系数目与材料塑性的关系：1. 一般滑移系越多，塑性越好；2.与滑移面密排程度和滑移方向个数有关；3.与同时开动滑移系数目有关（ k）。

多晶体金属材料的塑性变形的特点：（1）各晶粒变形的不同时性和不均匀性（2）各晶粒变形的相互制约与协调性陶瓷材料的塑性变形：（1）键和方式:弹性模量大（2）晶体的滑移系少（3）位错宽度小，柏氏矢量大固溶合金中，溶质原子与溶剂原子直径不同，随着溶质原子的进入，晶格产生畸变，使得位错运动受阻，屈服强度升高（бs）体心立方晶格金属，屈服强度具有强烈的温度效应，面心立方晶格的金属，屈服强度温度效应较小。

应变硬化的意义:①应变硬化与塑性变形相配合，保证了金属材料在截面上的均匀变形，得到均匀一致的冷变形产品②应变硬化可以降低碳钢的塑性，改善切削加工性能。

③应变强化是金属强化的一种重要手段（不能热处理强化的金属）。

④应变硬化性能使金属制件在工作中具有适当的抗偶然过载的能力，保证了机件的安全工作。

①韧性断裂：断裂前材料有明显宏观塑性变形。

裂纹扩展过程较慢.（晶粒变形→拉断）断口呈暗灰色，纤维状韧性断裂断口（低碳钢）断口呈杯锥状：由纤维区、放射区、剪切唇三个区组成。

②脆性断裂：断裂前材料没有明显的宏观塑性变形。

裂纹扩展速度极快（没有预兆）。

断口平齐，光亮（呈放射状或结晶状）穿晶断裂：可以韧性断裂，也可以脆性断裂;沿晶断裂：断裂沿晶界发生，多为脆性断裂。

解理台阶，河流花样，舌状花样是解理断口的基本微观特征。

韧度：静力韧度、冲击韧度、断裂韧度。

第二章正应力容易导致脆性的解理断裂；切应力容易导致材料的塑性变形和韧性断裂。

扭转试验的特点：可用来测定那些在拉伸时呈现脆性的材料（τf/σc=0.5～0.8）的强度和塑性。

截面应力分布表面最大，心部最低，因此扭转试验对材料表面强化和表面缺陷的反映十分敏感，适用于表面强化材料的性能检验。

扭转试验时正应力与切应力大致相等，而生产所使用的大部分金属结构材料的σc>τf，所以，扭转试验是测定金属材料切断强度的最可靠方法。

弯曲试验的特点：弯曲试验常用于测量硬度很高，难以加工成拉伸试样的脆性材料的断裂强度，并能显示出塑性差别。

常用来比较、评定材料表面处理层的质量。

不适合塑性材料压缩试验的特点：压缩试验主要用于脆性材料，以显示静拉伸不能反映的韧性行为。

压缩试验不能使塑性材料断裂。

故多向不等压缩试验适用于脆性更大的材料，以反映塑性的微小差别。

缺口三效应：缺口造成应力应变集中，这是缺口第一效应。

由于缺口的存在，改变了平板中缺口截面的应力状态。

使单向拉伸变为两向或三向拉伸，这是缺口的第二效应。

缺口使塑性材料得到“强化”—缺口的第三效应。

布氏硬度值的表示方法：数字+硬度符号+数字/ 数字/ 数字硬度值钢球直径载荷量载荷保持时间当保持时间为10-15s时，可不标注。

HBW：硬质合金钢球，HBS:淬火钢球。

500HBW5/750表示用直径为5mm的硬质合金钢球，在750kgf载荷作用下保持10~15秒测得的布氏硬度为500。

维氏硬度：维氏硬度只能测定450HB（或650HB硬质合金头）以下的材料。

640HV30/20表示在载荷30kgf作用下，持续20秒测得的维氏硬度为640。

Τb：扭转强度极限；τs：扭转屈服强度；бbN:抗拉强度；бbb抗弯强度；бpc规定非比例压缩应力бbc抗拉强度бpb非比例弯曲应力бsh剩余应力бso松弛应力qe缺口敏感度（脆性qe<1;塑性qe>1）бp比限例极бe弹性极限бs屈服强度бb抗拉强度第三章材料对多次冲击的抗力影响因素a、冲击能量高时，材料的抗多次冲击能力主要取决于塑性；冲击能量低时，材料抗多次冲击能力则主要取决于强度。

强度是影响零件寿命的主要因素。

b、不同的冲击能量要求不同的强度与塑性配合c、αk值对冲击疲劳抗力的影响：材料强度不同，塑性和冲击韧性对冲击疲劳抗力的影响不同。

高强度钢、超高强钢，塑性和冲击韧性作用大。

tk 冷脆性转变温度NDT：当低于某一温度时材料吸收的冲击能量基本不随温度而变化，形成一平台（低阶能），以低阶能开始上升的温度定义tk。

FTP：当温度高于某一温度时，材料吸收的能量基本不变，形成一个平台（高阶能），以高阶能对应的度定义为tk。

FTE：以高阶能和低阶能的平均值对应的温度定义tk，V15TT：以Akv=15呎磅（20.3N·m）对应的温度定义tk50%FATT或FATT50：温度下降到某一临界值时，纤维区面积突然减少，结晶区面积突然增大→材料由韧变脆，当结晶区面积占整个断口面积50%时的温度定义为tk。

影响材料低温脆性的因素：1、晶体结构的影响：体心立方、密排六方金属及其合金存在低温脆性，面心立方金属及其合金一般不存在低温脆性。

2、化学成分的影响：①间隙溶质元素含量增加，晶格畸变程度加大，位错运动阻力提高,屈服强度升高，脆性增大，韧脆转变温度提高。

②置换型溶质元素影响较小（也提高冷脆性转变温度）。

③杂质元素S、P、Pb、Sn、As偏聚于晶界，产生沿晶脆性断裂，提搞了冷脆性转变温度。

3、显微组织的影响：①细化晶粒，可提高材料的韧性，冷脆性转变温度下降。

晶界是裂纹扩展的阻力；晶界增多有利于降低应力集中，降低晶界上杂质度，避免产生沿晶界脆性断裂。

②金相组织：a、较低强度水平（低碳钢），回火索氏体最好tk↓↓，下贝氏体组织次之tk↓，层片状珠光体最差tk↑。

b、中、高碳钢，等温淬火→下贝氏体组织tk↓↓，优于淬火+回火→回火马氏体组织。

c、相同强度水平，上贝氏体的tk高于下贝氏体组织（低碳钢低温上贝氏体的韧性高于回火马氏体的韧性）。

d、低温合金钢，经不完全等温处理获得贝氏体和马氏体的混合组织，其韧性比单一贝氏体或单一马氏体组织好。

e、马氏体钢中存在稳定的残余奥氏体，可抑制解理断裂，从而显著改善钢的韧性。

f、第二相的影响取决于第二相的形状、尺寸、分布状态、第二相本身的性质以及与基体的结合力。

4、温度的影响；5、加载速率的影响：提高加载速率，其作用如同降低温度，使材料脆性增大，冷脆性转变温度提高。

高强度和超高强度钢的tk对加载速率的敏感性较小。

中、低强度钢的tk对加载速率比较敏感。

6、试样形状和尺寸的影响：缺口曲率半径越小，tk越高，即V缺口试样的tk高于U缺口试样。

不改变缺口尺寸，只增加试样的厚度时，tk升高；试样各部分尺寸按比例增大时，tk升高。

试样尺寸增大，应力状态变硬，且缺陷增多，脆性增大→tk↑。

第四章KIC或KC表示材料抵抗断裂的能力。

KIC表示平面应变断裂韧度，KC表示平面应力断裂韧度，显然同一材料：KC>KIC ，JIC称为断裂韧度J积分用于开裂点判据完全正确，但用于失稳扩展尚不准确。

δ判据与J判据一样，都是裂纹开始扩展的断裂判据，而不是裂纹失稳扩展的断裂判据形成金属间化合物并以第二相形式析出的合金元素降低塑性，故可使断裂韧度降低。

细化晶粒既可提高强度，又可以提高塑性，断裂韧度也提高。

计算题有一火箭壳体承受很高的工作压力，其周向最大工作压力σ=1400MPa.采用超高强度钢制造，焊接后往往发现有纵向表面半椭圆裂纹，尺寸为a=1.0mm,a/2c=0.3。