材料力学性能考试复习资料大全要点

1、裂纹扩展的基本形式：

（1）张开型裂纹扩展：拉应力垂直作用于裂纹扩展面，裂纹沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展。如容器纵向裂纹在内应力的作用下扩展。

（2）滑开型裂纹扩展：切应力平行作用于裂纹面，而且与裂纹线垂直，裂纹沿裂纹面平行滑开扩展。如花键根部裂纹沿切向力的扩展。

（3）撕开型裂纹扩展：切应力平行作用于裂纹面，而且与裂纹线平行，裂纹沿裂纹面撕开扩展。如轴的纵、横裂纹在扭矩作用下的扩展。

2、应力场强度因子：表示应力场的强弱程度；断裂韧度：材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。

3、断裂K判据：裂纹体受力当满足K I≥KIC时，就会发生脆性断裂。反之，即使存在裂纹也不会断裂。

1、疲劳是金属机件或构件在变动应力和应变长期作用下，由于累积损伤而引起的断裂现象。

2、疲劳断裂特点: （1）低应力循环延时断裂，即具有寿命的断裂。（2）疲劳是脆性断裂

（3）疲劳对缺陷（缺口、裂纹及组织缺陷）很敏感（4）疲劳断口能清楚显示裂纹的萌生、扩展和断裂

3、疲劳宏观断口特征：（1）疲劳源：机件表面缺陷、内部缺陷、内裂纹。（2）疲劳区：断口比较光滑并分布有贝纹线（或海滩花样）贝纹线是疲劳区的最大特征。（3）瞬断区：断口粗糙，脆性材料为结晶状断口，韧性材料有放射状纹理，边缘为剪切唇

4、疲劳曲线：疲劳应力和疲劳寿命之间关系的曲线。即S-N曲线。反映疲劳应力与疲劳寿命的关系

5、疲劳极限：当循环应力水平降低到某一临界值时，低应力段变为水平线段，表明试样可以经无限次应力循环也不发生疲劳断裂，将对应的应力称为疲劳极限

6、过载损伤：如果金属在高于疲劳极限的应力水平下运转一定周次后，其疲劳极限和疲劳寿命减小的现象。

7、金属材料抵抗过载损伤的能力——过载损伤界、过载损伤区，过载持久值线。

(1) 过载损伤界：不同过载应力下，损伤累积造成的裂纹尺寸达到或超过ζ-1应力下的“非扩展裂纹”尺寸的循环次数。

(2) 过载持久值线：不同过载应力下过载持久值所对应循环周次的连线。

(3) 过载损伤区：过载损伤界与过载持久值线间的影线区。

6、疲劳缺口敏感度：金属材料在交变载荷作用下的缺口敏感性。

7、亚稳扩展：裂纹自形成到扩展到临界长度的过程；失稳扩展：裂纹达到临界尺寸后的扩展过程。

（1）A区是疲劳裂纹初始扩展阶段，材料的疲劳裂纹扩展速率da很小，

△K≤△Kth时，dN

裂纹不扩展；△K>△Kth，裂纹扩展，但△K变化范围小，所占扩展寿命不长。（2）B区是疲劳裂纹扩展的主要阶段，da/dN较大，△K范围大，扩展寿命长，是决定疲劳裂纹扩展寿命的主要阶段。

（3）C区是疲劳裂纹扩展的最后阶段，da很大，并随ΔK增加而很快地增大，裂纹失稳dN

扩展

8、疲劳裂纹扩展门槛值：疲劳裂纹不扩展的应力强度因子幅△K的临界值。

9、疲劳过程及机理：

疲劳过程包括疲劳裂纹萌生、裂纹亚稳扩展、最后失稳扩展三个阶段

（1）疲劳裂纹的萌生由不均匀的局部滑移和显微开裂引起的，主要方式有表面滑移带开裂；第二相、夹杂物或其界面开裂；晶界或亚晶界开裂。

（2）疲劳裂纹扩展分为两个阶段：第一阶段是沿着最大切应力的滑移平面，和拉应力方向成45°向前扩展，这时的裂纹在表面原有多处；但大多数显微裂纹较早地就停止扩展，呈非扩展裂纹，只有少数几个可延伸到几十个微米的长度；第二阶段：当长度再增加，裂纹便转向和拉应力方向垂直。

10、疲劳宏观和微观的区别：

疲劳条带是疲劳断口最典型的微观特征，贝文线是疲劳断口的宏观特征

（1）疲劳条带是电子显微镜观察到的疲劳断口微观特征，一次应力循环产生一条疲劳条带；贝纹线是疲劳断口宏观特征，由启动、停歇、偶然过载等大的载荷变动引起；

（2）相邻贝纹线间可能有成千上万条疲劳条带；

（3）循环应力下疲劳条带是相互平行、等间距的；贝纹线在疲劳源附近较密，偏离疲劳源时则较稀疏；判断裂纹扩展方向通常利用贝纹线。

(4) 二者可以同时出现，也可以不同时出现。

11、低周疲劳：大应力低周次下的破坏。

特点：（1）低周疲劳时，因局部区域产生宏观塑性变形，故循环应力与应变之间不再呈直线关系，形成滞后回线。

（2）低周疲劳试验时，或者控制总应变范围，或者控制塑性应变范围（3）低周疲劳破坏有几个裂纹源，其形核期较短，只占总寿命的10％；低周疲劳微观断口的疲劳条带较粗，间距也宽一些，并且常常不连续。

（4）低周疲劳寿命决定于塑性应变幅，而高周疲劳寿命则决定于应力幅或应力场强度因子范围，但两者都是循环塑性变形累积损伤的结果。

12、循环硬化：金属材料在恒定应变范围循环作用下，随着循环周次的增加，其应力不断增加，称为循环硬化；若在循环过程中，应力逐渐减小，则为循环软化。

1、应力腐蚀：金属在拉应力和腐蚀介质的共同作用下引起的低应力脆性断裂。

2、应力腐蚀产生的条件：（1）应力：拉应力（不大），工作应力+残余应力；（2）化学介质：特定的化学介质，弱腐蚀性；（3）金属材料：合金，有敏感成分。

3.应力腐蚀断裂机理：滑移-溶解理论、氢脆理论。金属表面处于钝化状态，应力作用下，滑移台阶露头且钝化膜破裂，新鲜表面成为阳极，形成电化学腐蚀，拉应力在蚀坑或原有裂纹的尖端产生应力集中，使阳极电极电位降低，加大腐蚀。若应力集中始终存在，裂纹逐步向纵深扩展。

3、应力腐蚀断裂断口形貌特征：亚稳扩展区可见到腐蚀产物和氧化现象，呈黑色或灰黑色，具有脆性特征；最后瞬断区快速撕裂破坏，显示出基材特性（1）沿晶断裂，也可为穿晶解理或准解理断裂（2）表面可以见到“泥状花样”及腐蚀坑

4、应力腐蚀抗力指标：（1）：应力腐蚀临界应力场强度因子KISCC：（2）应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt

5、应力腐蚀门槛值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KISCC。断裂判据：KI初≥ KISCC

6、KIscc：(1)K

（2）KIsccKIC时，加上初始载荷后立即断裂。尽管初始K值不同，裂纹扩展速率和断裂时间也不同，但材料的最终破坏都是在K=KIC时发生的。

7、应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt：单位时间内裂纹的扩展量。

8、氢脆类型及特征：

（1）氢蚀：宏观断口呈氧化色，颗粒状；微观断口晶界明显加宽，沿晶断裂。特点：宏观：

氧化色，颗粒状，微观：晶界明显加宽，沿晶断裂。

（2）白点：聚集在缺陷处的H2发生急剧膨胀，内压力很大足以将金属局部撕裂，形成微裂纹，微裂纹的断面呈圆形或椭圆形，特点：颜色为银白色。