工程材料力学性能总结

第一章、金属在单向静拉伸载荷下的力学性能

一、名词解释

★弹性比功又称弹性比能、应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的功能。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。

★循环韧性：金属材料在交变载荷（震动）下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性，也叫金属的内耗。

★包申格效应：金属材料经过预先加载产生多少塑性变形（残余应力为

1%~4%），卸载后再同向加载，规定残余伸长应力（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余伸长应力降低（特别是弹性极限在反向加载时几乎降低到零）的现象，称为包申格效应。

★塑性：指金属材料断裂前发生塑性变形（不可逆永久变形）的能力。金属材料断裂前所产生的塑性变形由均匀塑性变形和集中塑性变形两部分构成。

★韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力，或指材料抵抗裂纹扩展的能力。

★脆性：脆性相对于塑性而言，一般指材料未发生塑性变形而断裂的趋势。

★解理面：因解理断裂与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。

★解理刻面：实际的解理断裂断口是由许多大致相当于晶粒大小的解理面集合而成的，这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。

★解理台阶：解理裂纹与螺型位错相交而形成的具有一定高度的台阶称为解理台阶。

★河流花样解理台阶沿裂纹前段滑动而相互汇合，同号台阶相互汇合长大。当汇合台阶高度足够大时，便成为了河流花样。

★穿晶断裂与沿晶断裂：多晶体金属断裂时，裂纹扩展的路径可能是不同的。裂纹穿过晶内的断裂为穿晶断裂；裂纹沿晶界扩展的断裂为沿晶断裂。穿晶断裂和沿晶断裂有时候可以同时发生。

二、下列力学性能指标的的意义

①E（G）：弹性模量，表示的是材料在弹性范围内应力和应变之比；

②σr：规定残余伸长应力，表示试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力；常用σ0.2表示材料的规定残余延伸率为0.2%时的应力，称为屈服强度；σs：屈服点，表示呈屈服现象的金属材料拉伸时，试样在外力不断增加（保持恒定）仍能继续伸长时的应力称为屈服点。

⑤σb：抗拉强度，表示韧性金属材料的实际承载能力；

⑥n：应变硬化指数，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；

⑦δ：断后伸长率，表示试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比；

⑧δgt：金属材料拉伸时最大力下的总伸长率（最大均匀塑性变形）；

⑨ψ：断面收缩率，表示试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。

三、问答题

●金属的弹性模量主要取决于什么因素？为何说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？

答：由于弹性变形是原子间距在外来作用下可逆变化的结果，应力与应变关系实际上是原子间作用力与原子间距的关系。所以，弹性模量与原子间作用力有关，与原子间距也有一定关系。原子间作用力决定于金属原子本性和晶格类型，故弹性模量也主要决定于金属原子本性和晶格类型。

合金化、热处理（显微组织）、冷塑性变形对弹性模量的影响较小，所以，金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标。温度、加载速率等外在因素对其影响也不大。

●试写出几种能显著强化金属但又不会降低其塑性的方法。

答：①细化晶粒强化金属；②第二相以弥散形式均匀强化。

●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：纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成了拉伸断口三要素。

影响宏观拉伸断口性态的因素主要有：试样的形状、尺寸和金属材料的性能以及试样温度、加载速率和受力的状态。（一般来说，材料强度提高，塑性降低，则放射区比例增大；试样尺寸加大，放射区增大明显，而纤维区变化不大）

●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宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在断裂过程中不断地消耗能量；脆性断裂是突然发生地断裂。由于脆性断裂在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。

●在什么条件下易出现沿晶断裂？怎样才能减小沿晶断裂的倾向？

答：沿晶断裂是由晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏了晶界的连续性所造成的，也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的。减小应力腐蚀、氢脆以及回火脆性等缺陷都可以减小沿晶断裂的倾向。

第二章、金属在其他静载荷下的力学性能

一、名词解释

★应力状态软性系数：最大切应力τmax与最大正应力σmax的比值α，称为应力状态软性系数。

★缺口效应：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，产生的效应即为缺口效应。

★缺口敏感度：金属材料的缺口敏感性指标用缺口试样的抗拉强度σbn与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb的比值表示，称为缺口敏感度，记为NSR。

★布氏硬度：布氏硬度的试验原理是用一定直径D（mm）的硬质合金球为压头，施以一定的试验力F（N），将其压入试样表面，经规定试验t（s）后卸除试验力。试样表面将残留压痕。测量压痕平均直径d（mm），求得压痕球形面

积A。布氏硬度值（HBW）就是试验力F除以压痕球形表面积A所得的商。★洛氏硬度：洛氏硬度试验以测量压痕深度表示材料的硬度值。洛氏硬度值就是以压痕深度h来计算的。h越大，则硬度就越低，反之，则越高。洛氏硬度试验所用的压头有两种，一种是圆锥角α＝120°的金刚石圆锥体，另一种是一定直径的小淬火钢球或硬质合金球。用HR表示。

二、下列力学性能指标的的意义

①σbc：抗压强度；

②σbb：抗弯强度，表示按弹性弯曲应力计算的最大弯曲应力。

③τs：扭转屈服点，表示金属材料屈服时的扭转矩Ts∕W的比值即为扭转屈服点。

④τb：抗扭强度，表示试样在扭断前承受的最大扭矩Tb∕W的比值称为抗扭强度。

⑤σbn：缺口抗拉强度，

⑥NSR：缺口敏感度，表示用缺口试样的抗拉强度σbn与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb的比值。

⑦HRA：洛氏金刚石圆锥压头；⑧60HRC：表示用C标尺测得的洛氏硬度值为

60

HV：韦氏硬度值；HR：洛氏硬度值；HK：努氏硬度值；

HS：肖氏硬度值；HL：里氏硬度值。

三、问答题

●缺口试样拉伸时应力分布有何特点？

答：在缺口根部产生应力集中，其最大应力决定于缺口的形状、深度、角度、根部曲率半径等。以根部曲率半径的影响最大，缺口越尖锐，应力越大。

第三章、金属在冲击载荷下的力学性能

一、名词解释

★冲击韧度：冲击韧性度是指金属材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。

★冲击吸收功：试样变形和断裂所消耗的功，称为冲击吸收功。，以Ak表示。★低温脆性：体心立方晶体金属及合金或密排六方金属及其合金，特别是工程上常用的中、低强度结构钢，在试验温度低于某一温度tk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。

★韧脆转变温度：材料屈服强度急剧升高的温度，或断后伸长率、断面收缩率、冲击吸收功急剧减小的温度，即为韧脆转变温度。

二、下列力学性能指标的的意义

①Ak：冲击吸收功，

②Akv：V形缺口冲击试样的冲击吸收功，

③Aku：U形缺口冲击试样的冲击吸收功，