金属在单向静拉伸载荷下的力学性能

第一章金属在单向静拉伸载荷下的力学性能

1. 解释下列名词：

(1) 弹性比功 (2) 滞弹性 (3) 循环韧性 (4) 包申格效应 (5) 解理面 (6) 解理台阶 (7) 穿晶断裂 (8) 沿晶断裂 (9) 刚度 (10) 强度 (11) 塑性 (12) 韧性 (13) 形变强化

2. 说明下列力学性能指标的意义：

(1) E (2) σ

r 、σ、σ

s

(3) σ

b

(4) n (5) δ、δ

gt

、ψ

3. 对拉伸试件有什么基本要求？为什么？

4. 为什么拉伸试验又称为静拉伸试验？拉伸试验可以测定哪些力学性能？

5. 试件的尺寸对测定材料的断面收缩率是否有影响？为什么？

6. 试画出示意图说明：脆性材料与塑性材料的应力-应变曲线有何区别？高塑性与低塑性材料的应力-应变曲线又有何区别？

7. 工程应力-应变曲线上b点的物理意思？说明b点前后试样变形和强化特点？

8. 脆性材料的力学性能用哪两个指标表征？脆性材料在工程中的使用原则是什么？

9. 何谓材料的弹性、强度、塑性和韧性？

10. 试画出连续塑性变形强化和非连续塑性变形强化材料的应力-应变曲线？两种情况下如何根据应力-应变曲线确定材料的屈服强度？

11. 何谓工程应力和工程应变？何谓真应力与真应变？两者之间有什么定量关系？

12. 拉伸图、工程应力-应变曲线和真实应力-应变曲线有什么区别？

13. 颈缩发生后如何计算真应力和真应变？如何根据材料的拉伸性能估算材料的断裂强度？

14. 现有d

0=10mm的圆棒长试样和短试样各一根，测得其延伸率δ

10

与δ

5

均

为25%，问长试件和短试件的塑性是否一样？

15. 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？

16. 今有45、40Cr、35CrMo钢和灰铸铁几种材料，你选择哪种材料作机床床身？为什么?

17. 试述多晶体金属产生明显屈服的条件，并解释bcc金属及其合金与fcc 金属及其合金屈服行为不同的原因？

18. 试述断面收缩率和断后延伸率两种塑性指标评定金属材料塑性的优缺

点？

19. 试述韧性断裂和脆性断裂的区别？为什么韧性断裂最危险？

20. 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？

21. 在什么条件下易出现沿晶断裂？怎么样才能减小沿晶断裂的倾向？

22. 何谓拉伸断口特征三要素?影响宏观拉伸断口形态的因素有哪些？

23. 试证明，滑移面相交产生微裂纹的柯垂耳机理对fcc金属而言在能量是不利的。

24. 通常纯铁的γ

s =2J/m2，E=2×105MPa，a

=×10-10m，试求其理论断裂强度

σ

m

。

25. 试述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路，推导格雷菲斯方程，并指出该理论的局限性。

26. 若一薄板物体内部存在一条长3mm的裂纹，且a

=3×10-8cm，试求脆性

断裂时的断裂应力。（设σ

m

==2×105MPa）

27. 有一材料E=2×1011N/m2，γ

s

=8N/m。试计算在7×107 N/m2的拉应力作用下，该材料中能扩展的裂纹之最小长度？

28. 断裂强度与抗拉强度的区别？

29. 有哪些因素决定韧性断口的宏观形貌？

30. 由Hall-Petch关系式和解理断裂表达式讨论晶粒尺寸细化在强韧化中的作用。

31. 一铝合金制轻型人梯，发觉在人体重作用下弹性挠度过大。若欲在不增加梯子总量的情况下减少挠度，试问下列方法是否可行？

(1)采用时效铝合金，提高材料强度；

(2)改用镁合金代替铝合金（E

Mg =×1010N/m2，ρ

Mg

=1.74g/cm3；E

Al

=7×1010N/m2，

ρ

Al

=2.7g/cm3）；

(3) 重新设计，改变铝合金型材的截面形状尺寸。

32. 提高金属材料屈服强度有哪些方法？试用已学过的专业知识就每种方法各举一例。

33. 产生颈缩的应力条件是什么？要抑制颈缩的发生有哪些方法？

34. 今有直径为10mm的正火态60Mn拉伸试样，其试验数据如下（d=9.9mm 为屈服平台刚结束时的试样直径）；

P/KN 48

d/mm

试求：

(1)σ

s 、σ

b

、S

E

、S

k

(2)Ψ

b 、ψ

k

、E

b

、E

k

(3)n和k

(4)绘制条件应力-应变曲线和真实应力-应变曲线（未修正）

35. 为什么材料中的第二相数量、尺寸和形状会影响断裂时的塑性大小？

36. 块状Al

2O

3

和SiC的抗拉强度分布为262MPa和299MPa，而抗压强度分

布为2600MPa和2000MPa，试解释产生这么大的差别的原因？Al

2O

3

和SiC纤维的

抗拉强度分布为2100MPa和8300MPa，为何比块状抗拉强度高许多？

37. 宏观脆性断口的主要特征是什么？如何寻找断裂源？

38. 试述微孔聚集断裂的全过程，若材料的基体塑性相同，第二相质点密度大小对断口中韧窝的大小和深浅有何影响？

39. 临界断裂应力与抗拉强度有何区别？

40. 在什么条件下易出现沿晶断裂？怎样才能减小沿晶断裂倾向？

41. 某汽车弹簧，在为装满载时已变形到最大位置，缺载后可完全恢复到原来状态；另一汽车弹簧，使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小，即产生了塑性变形，而且塑性变形量越来越大。试分析这两种故障的本质及改变措施。

42. 减轻汽车重量对降低燃油消耗有很重要的作用。汽车车身或底盘约占汽车总重量的60%。底盘的主要尺寸是按比刚度来确定的，铝合金的比刚度比钢（低合金高强度钢）大，为什么汽车车身一般用钢而不用铝合金，除了生产成本之外，还有什么必须考虑的重要因素？

第二章扭转、弯曲和压缩

1.说明下列力学性能指标的意义：

（1）σ

bc ；（2）σ

bb

；（3）τ

s

；（4）τ

b

；（5）HRC；（6）HRB；（7）HV；

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围。

3.如何根据实际应用条件来选择恰当的试验方法（单向拉伸、扭转、弯曲、压

缩和剪切试验）衡量材料的性能？

4.试述脆性材料弯曲试验的特点及其应用。

5.为什么灰口铸铁的拉伸断口与拉伸轴垂直，而压缩断口却与压缩力轴成45°

角？

6.能否根据扭转试验中试样的断口特征分析引起开裂的力的特征？

7.哪些材料适合进行抗弯试验？抗弯试验的加载形式有哪两种？各有何优缺

点？

8.为什么拉伸试验时所得的条件应力—应变曲线位于真实应力—应变曲线之

下，而压缩试验时正好相反？