材料性能学复习资料

第一篇材料的力学性能

第一章材料的弹性变形

一、名词解释

1、弹性变形：外力去除后，变形消失而恢复原状的变形。P4

2弹性模量：表示材料对弹性变形的抗力，即材料在弹性变形范围内，产生单位弹性应变的需应力。P10

3、比例极限：是保证材料的弹性变形按正比例关系变化的最大应力。P15

4、弹性极限：是材料只发生弹性变形所能承受的最大应力。P15

5、弹性比功：是材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力。P15

6、包格申效应：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%），

而后再同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。P20

7、内耗：在加载变形过程中，被材料吸收的功称为内耗。P21

二、填空题

1、金属材料的力学性能是指在载荷作用下其抵抗（变形）和（断裂）的能力。

P2

2、低碳钢拉伸试验的过程可以分为（弹性变形）、（塑性变形）和（断裂）三个

阶段。P2

三、选择题

1、表示金属材料刚度的性能指标是（ B ）。P10

A 比例极限

B 弹性模量

C 弹性比功

2、弹簧作为广泛应用的减振或储能元件，应具有较高的（C）。P16

A 塑性B弹性模量C弹性比功D硬度

3、下列材料中( C )最适宜制作弹簧。

Mn C T12 钢

A 08钢

B 45钢

C 60Si

2

4、下列因素中，对金属材料弹性模量影响最小的因素是（D）。

A 化学成分

B 键合方式

C 晶体结构

D 晶粒大小

四、问答题

影响金属材料弹性模量的因素有哪些？为什么说它是组织不敏感参数？

答：影响金属材料弹性模量的因素有：键合方式和原子结构、晶体结构、化学成分、温度及加载方式和速度。弹性模量是组织不敏感参数，材料的晶粒大小和热处理对弹性模量的影响很小。因为它是原子间结合力的反映和度量。P11

第二章材料的塑性变形

一、名词解释

1、塑性变形：材料在外力的作用于下，产生的不能恢复的永久变形。P24

2、塑性：材料在外力作用下，能产生永久变形而不断裂的能力。P52

3、屈服强度：表征材料抵抗起始塑性变形或产生微量塑性变形的能力。或表示

材料不产生明显的塑性变形所能承受的最大应力。P52

4、强度极限：材料在断裂前所能承受的最大工程应力。P58

5、超塑性：材料在一定显微组织、形变温度和形变速度条件下呈现非常大的伸

长率（500~2000%）而不发生颈缩和断裂的现象。P61

6、应变强化（加工硬化又称形变强化）：金属材料因塑性变形使其强度、硬度升高的现象。

二、填空题

1、金属塑性的指标主要有（伸长率）和（断面收缩率）两种。P24

2、单晶体的塑性变形方式有（滑移）和（孪生）两种。P25

3、强度是表征材料抵抗（变形）和（断裂）的性能指标。P52

三、选择题

1、下列常用力学性能指标中，对组织不敏感的是（C）。

A 屈服强度 B塑性 C 弹性模量 D硬度

2、对于测力计弹簧,应以( A )作为选择材料的依据。

A 弹性极限

B 比例极限

C 弹性比功 C 屈服强度

3、下列材料中,塑性最好的是（B）

A 铁

B 纯软铜

C 纯硬铜 D锌

4、在工程构件设计和材料的塑性变形加工过程中,最常用的性能指标是（D）。

A σb

B σp

C σe

D σs

5、金属随冷变形程度的增大，其强度硬度升高，塑性、韧性（C）。

A 升高

B 不变

C 下降

6、常温下，在相同晶粒大小的条件下，下列金属中，塑性最好的是（ D）

A 锌B铁C镁D铜

7、下列材料中,塑性最差的是( C )。

A 工业纯铁 B低碳钢 C 高碳钢 D单相黄铜

8、下列性能指标中，（B）表示金属材料的塑性。

A σP

B δ

C σe

D K

ⅠC

四、问答题

影响金属材料屈服强度和塑性的因素有哪些？

答：影响金属材料屈服强度的因素有：晶体结构、摩擦阻力（位错密度）、晶粒

大小、合金成份、第二相的形态、大小及分布、温度、应变速率与应力状态。P54-57

第三章材料的断裂与断裂韧性

一、名词解释

1、脆性断裂：材料断裂前基本上不产生明显的宏观塑性变形的断裂过程。一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5%者为脆性断裂。P67

2、韧性断裂：材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑性变形的断裂过程。一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率大于5%者为脆性断裂。P67

3、穿晶断裂：从微观上看，晶体材料断裂时裂纹沿晶内扩展的断裂。P67

4、沿晶断裂：从微观上看，晶体材料断裂时裂纹沿晶界扩展的断裂。P67

5、剪切断裂：是材料在切应力作用下沿滑移面滑移分离而造成的断裂。P68

6、解理断裂：是材料在正应力作用下，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。P69

7、断裂韧度：表示材料抵抗断裂的能力，是材料强度和塑性的综合表现。P85

8、韧性：表示材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。P76

二、填空题

1、材料中裂纹的（萌生）和（扩展）的研究是微观断裂力学的核心问题。P66

2、按照材料断裂时裂纹的扩展途径，断裂分为（沿晶断裂）和（穿晶断裂）。P66

3、材料的断裂过程包括裂纹的（萌生）、（扩展）和（断裂）三个阶段。P66

4、按照断裂前材料宏观塑性变形的程度，断裂分为（韧性断裂）和（脆性断裂）。P67

5、按照材料断裂时裂纹扩展的途径，断裂分为（沿晶断裂）和（穿晶断裂）。P67

6、按照微观断裂机理，断裂分为（剪切断裂）和（解理断裂）。P67

7、韧性断裂断口一般呈（杯锥）状，断品特征三要素由（纤维区）、（放射区）和（剪切唇）三个区域组成。P71

8、根据外加应力与其裂纹扩展面的取向关系，裂纹扩展的基本方式有（张开型）、（滑开型）、（撕开型）三种，其中以（张开型）裂纹扩展最危险。P73

三、判断题

1、解理断裂是韧性断裂。（×）

2、剪切断裂一定是脆性断裂。（×）

3、“缺口强化”是强化金属的一种手段。（×）

四、选择题

1、一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于（ B ）者为脆性断裂。

A 2%

B 5%

C 8%

D 10%

2、剪切断裂微观断口的重要特征是（A ）

A 韧窝

B 解理台阶

C 河流花样

D 舌状花样

五简答题

1、材料的断裂过程包括哪些？

2、低碳钢典型拉伸断口的宏观特征是什么？对应的微观断口特征是什么？

3、韧性断裂断口的三要素是什么？

4、说明KⅠ和KⅠC的关系。

5、材料中缺口会产生哪三种效应？

答：缺口三效应是：缺口造成应力应变集中；缺口改变了缺口前方的应力状态；缺口产生了所谓的“缺口强化”，使材料强度升高，塑性降低，变脆。P78-P79 六、计算题

1）有一构件，实际使用应力为1300MPa，有下列两种钢材待选：

═45MPa·m1/2

甲钢: σS═1950MPa，K

ⅠC

═75MPa·m1/2

乙钢：σS═1560MPa，K

ⅠC

据计算，Y=1.5，设最大裂纹长为2.0mm，试从传统设计的安全系数观点和断裂力学观点两个角度分别进行选择。

解：传统设计要求：σ×n（安全系数）≦σS

甲钢：n=σS/σ=1950÷1300=1.5

乙钢：n=σS/σ=1560÷1300=1.2

由于甲钢安全系数比乙钢高，所以更安全。

断裂力学观点认为：σ≦σC

甲钢：σC=957MPa<1300MPa，不安全

乙钢：σC=1580MPa>1300MPa，安全

综合考虑，尽管甲钢安全系数高，但会由于裂纹扩展，产生断裂。而乙钢安全系数足够，也不会由于裂纹扩展产生断裂，所以应选乙钢。