力学性能1

第一章1、包申格效应：产生了少量塑性变形（1～4％）的材料，再同向加载，则规定残余伸长应力σr（弹性极限σe与屈服强度σs）升高；反向加载则规定残余伸长应力σr（弹性极限σe与屈服强度σs）降低的现象。

2、塑性定义：材料断裂前发生永久不可逆变形的能力称为～。

3、硬度：金属在表面上不大体积内抵抗变形或破裂的能力。

4、强度：金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。

5、韧性：材料的断裂前吸收能量和进行塑性变形的能力。

6、韧脆转变温度：材料屈服强度急剧高的温度，或断后延伸率、断面收缩率、冲击吸收功急剧减少温度。

7、屈服强度σs ：试样出现应力不再增加而变形仍在进行的现象时的应力。

量纲：N/cm(-2)8、抗拉强度σb ：使试样保持最大均匀变形的极限应力，又称为强度极限. 量纲：N/cm(-2)9、断后伸长率δ——延伸率δ= ΔL/L0 = (L1-L0)/L010、无屈服平台：规定残余伸长应力σr0.2残余塑性变形量为0.2%的应力——材料抵抗微量塑性变形的抗力。

11、断面收缩率ψ：试样拉断后颈缩处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。

ψ=ΔA/A0＝（A0－A1）/A0×100%12、金属的弹性模量主要取决于什么因素：（1）与原子间结合力有关——原子间距离或原子半径，a或r愈小，E 愈大；（2）与温度有关：T↑，a ↑，E↓；（3）与加载速度有关：但基本不影响；（4）与合金化、热处理、冷加工的影响有关——取决于对原子间键合力的影响。

另外，单晶体E 值各向异性；原因：不同晶向原子排列不同——沿原子密排晶向上的弹性模量较大。

多晶体 E 伪各向同性。

附：非晶态材料玻璃等——各向同性13．试述韧性断裂与脆性断裂的区别：韧性断裂特点脆性断裂特点断裂前发生明显宏观塑性变形: ψ>5% 断裂前不发生明显的塑性变形: ψ<5%断裂时σ工作> σs; σ工作<σs——低应力断裂裂纹扩展过程较慢，消耗大量塑性变形能裂纹扩展过程较快——快速、突然性——低碳钢等塑性好的金属材料；高分子材料——淬火钢、灰铸铁；陶瓷、玻璃等脆性材料14、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？解理断裂定义: 在一定条件下，在正应力作用下由于原子间结合键力的破坏引起的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂。

剪切断裂：材料在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂，一般为韧性断裂。

穿晶断裂宏观上可能是韧性的，也可能是脆性的；沿晶断裂通常是脆性断裂。

15、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？宏观断口特征三要素：（1）纤维区：裂纹生核及缓慢生长区——韧性断裂区；（2）放射区：裂纹快速扩展区。

——脆性断裂区；（3）剪切唇：瞬时断裂区——韧性断裂区。

影响宏观拉伸断口性态的因素：(1)强度↑，塑性↓，放射区尺寸↑；(2)试样尺寸↑，放射区↑↑，纤维区变化小；(3)韧性断裂时，宏观断口有三个区, 脆性断裂时纤维区很小，剪切唇几乎没有——放射区大。

韧性好的断口――纤维状。

脆性断口――结晶状、瓷状。

16、比较时效强化与弥散强化的异同a. 沉淀强化（时效强化）与弥散强化的相同点：第二相以细小颗粒形式分布于基体中。

b.沉淀强化（时效强化）与弥散强化之间的不同点：强化类型强化机理稳定性对相图要求高温下使用情况沉淀强化分别有偏聚强化、共格新相强化、分散粒子强化依时效温度与时间不同分为：欠时效、时效、过时效等阶段，即并非热稳定的有不能弥散分散粒子，无共格关系热稳定的无能强化17、试述退火低碳钢、中碳钢、高碳钢的工程应力/应变曲线的区别并解释。

注：（1）三者弹性模量相同，但屈服强度、抗拉强度不同（2）低碳钢与中碳钢存在明显屈服现象，高碳钢无明显屈服现象（3）不同的原因：；不同的原因：18、什么是材料的刚度？什么是构件的刚度？如何提高构件的刚度？工程上弹性模量被称为材料的刚度，表征金属材料对弹性变形的抗力，其值越大，则在相同应力作用下产生的弹性变形就越小。

构件的刚度与材料的刚度不同，她除了与材料刚度有关外，还与其截面形状和尺寸以及载荷作用的方式有关。

提高构件刚度的途径：①选择高弹性模量材料；②加大构件截面积。

第二章1、应力状态软性系数：最大切应力与最大正应力之间的比值，称为应力状态软性系数。

2、缺口效应：缺口的存在，使得材料在静载荷作用下，缺口根部产生应力集中，同时缺口截面上的应力状态发生改变，称之为缺口效应。

3、缺口敏感度（NSR）：缺口试样的抗拉强度与光滑试样的抗拉强度的比值(Notch Sensitivity Ratio)4、σbc——抗压强度：外力是压力时的强度极限（如下图）5、HBW——布氏硬度（500HBW5／750：表示用硬质合金球，压头直径5mm，加压750kgf，保持10-15秒(保持时间为10-15，不加标注)，测得布氏硬度值为500。

）洛氏硬度：HRA: 硬质合金或较硬的金属材料；HRB: 较软的金属材料：低碳钢、铜合金、铁素体可锻铸铁；HRC: 淬火后的合金结构钢、工具钢、珠光体可锻铸铁——相对较硬的材料。

HV——维氏硬度；HS——肖氏硬度;HL——里氏硬度；HK——6、硬度测定一题见课本（P55）第三章1、低温脆性(冷脆)：金属或合金，当温度低于某一温度tk时，Ak明显↓，转变为脆性状态，该现象称为冷脆。

——多为bcc、hcp结构2、冲击吸收功Ak（J）：为试样变形和断裂过程中所消耗的功。

Aku——用夏比U形缺口试样测得的冲击吸收功；Akv——用夏比V形缺口试样测得的冲击吸收功3、现需检验以下材料的冲击韧性，问哪些材料要开缺口，哪些材料不要开缺口？韧性材料，开缺口——夏比U型缺口和V型缺口。

脆性材料不开缺口：陶瓷、铸铁、工具钢等W18Cr4V 为工具钢不用开缺口；铸铁为脆性材料不开缺口;4、见课本（P65）第四章1、应力场强度因子KI ——是表征弹性体I 型（张开型）裂纹尖端区域应力场强弱程度的参量。

2、Kic 与KI 的区别（包括影响因素）KIc 是材料的力学性能指标之一，反映了材料抵抗裂纹失稳扩展即抵抗脆性断裂的能力。

它决定于材料的成分、组织结构等内在因素，而与外加应力及试样尺寸等外在因素无关。

② KIc 是KI 的临界值，与KI 有相同的量纲，但KIc 与KI 的意义截然不同。

KI 描述裂纹前端内应力场强弱的力学参量，决定于外加应力、试样尺寸和裂纹类型，而与材料无关；3、例1: 有一大型薄板构件，承受工作应力为400MN/m2,板的中心有一长为3mm 的裂纹，裂纹面垂直于工作应力，钢材的σs ＝500 MN/m2，试确定：（1）裂纹尖端的应力场强度因子K Ⅰ;（2）裂纹尖端的塑性区尺寸R 。

解题步骤：(1)判断是否需修正： σ/ σs ≥0.7时需修正(2)判断裂纹类型以及应力状态,确定计算公式：P87—— 4－16( 需修正)┗平面应力、平面应变下的K Ⅰ表达式P80、82——4－4、4－5(不需修正)P85—— 4－11、 4－13┗平面应力、平面应变下塑性区的宽度公式解题：（1）σ/ σs ＝400/500=0.8 ≥0.7——需修正薄板，为平面应力状态,15．例2: 某合金钢调质后的性能σ0.2＝1500MPa, K ⅠC =100MPa/m3/2，设此种材料厚板中存在垂直于外界应力的裂纹，所受应力σ＝1000MPa ， 问此时的临界裂纹长度是多少？ 解：因为σ/ σs ＝1000/1500=0.67 <0.7——不需修正厚板，为平面应变状态,临界裂纹长度为2ac= 6.36mm 第五章1、应 力 幅:2、应 力 比γ：指对试件循环加载时的最小荷载与最大荷载之比（或试件最小应力与最大应力之比） 3、疲劳裂纹扩展速率 ： ：疲劳裂纹在亚临界扩展阶段内，每一个应力循环中裂纹沿垂mm m K a a K IC c IC 2.30032.0)1000100(14.31)(122＝＝＝σπ＝π＝σ 1.4mm 0.0014m )50033.3(π11R 33.3MN/m )500400(3.140.161103/23.14400/0.16π1πa σK 22023232Is s K ⨯⨯⨯2m in m ax a σσσ－=max minσσγ＝dN da直于拉应力方向扩展的距离，4、热疲劳：机件在由温度循环变化时产生的循环热应力及热应变作用下发生的疲劳。

5、疲劳裂纹扩展门槛值△Kth：疲劳裂纹不扩展的应力强度因子幅△K的临界值。

6、试述疲劳宏观断口的特征：(1)疲劳源区（裂纹萌生地）特点：大多在表面缺陷处(缺口、裂纹、蚀坑等) 也可能在内部组织缺陷处，可能有数个——应力集中处(2)疲劳裂纹扩展区——亚临界扩展区特点：①断口呈纤维状或瓷状；②断口光滑、发亮: 周期应力循环作用，两裂纹面反复挤压、摩擦引起；③多有贝纹线(或称为海滩花样) ——指疲劳裂纹扩展过程中留下的一条条以裂纹源为中心的同心弧线。

（3）瞬时断裂区特征：①较粗糙；②韧性材料：纤维状、暗灰色，边缘处平面应力区为剪切唇。

脆性材料：粗粒结晶状。

7、影响疲劳裂纹扩展速率的主要因素(P107)，并和疲劳裂纹萌生的影响因素进行对比分析？疲劳裂纹扩展速率的主要因素：（1）△K的影响：见疲劳裂纹扩展速率曲线。

（2）应力比（或平均应力）的影响：r上升，则da/dN上升，△Kth下降。

(3)残余压应力的影响：残余压应力上升，则r下降，da/dN下降，△Kth 上升，对疲劳寿命有利。

(4)过载峰及裂纹塑性区的影响：过载停滞现象：适当的过载会使裂纹扩展减慢或停止一段时间。

原因：裂纹尖端过载塑性区的残余压应力使裂纹产生闭合效应，故使da/dN下降。

（5）材料组织（和力学性能）的影响：增大晶粒直径，△Kth上升，da/dN下降。

提高疲劳裂纹的亚临界扩展周期。

——实际中晶粒直径的合理控制高强度基体上存在适量的软相奥氏体，可以抑制裂纹在I区扩展，提高△Kth。

8、试述△Kth与σ-1的异同：相同点：△Kth与σ-1都是表示无限寿命的疲劳性能，都受材料成分和组织、载荷条及环境素等影响。

不同点：σ-1：光滑试样的无限寿命疲劳强度，用于传统的疲劳强度设计；△Kth ：裂纹试样的无限寿命疲劳性能，适于裂纹体的设计。

9、见课本（P126）第六章1、应力腐蚀断裂：材料在拉应力和特定的环境介质共同作用下，经过一段时间，所产生的低应力脆性断裂现象。

2、白点：过饱和氢在金属中偏聚形成氢气，体积膨胀引起大的内应力，导致微裂纹，裂纹断面呈银白色椭圆状。

3、应力腐蚀临界应力场强度因子KIscc：试样在特定化学介质中不发生应力腐蚀断裂的最大应力场强度因子，也称为应力腐蚀门槛值。

4、何谓氢致延滞断裂？为什么高强度钢的氢致延滞断裂是在一定的应变速率下和一定的温度范围内出现的？氢致延滞断裂：含一定量固溶态氢的金属，在低于材料屈服强度的应力持续作用下，经过一段孕育期后，在金属内部尤其是三向拉应力区形成裂纹、裂纹逐步扩展、最后突然脆性断裂的现象。