材料宏微观力学性能课后答案补充

第三章材料的基本力学性能

3.2 拉伸图与应力应变曲线的区别？如何根据应力应变曲线确定拉伸性能？

拉伸试验机通常带有自动记录或绘图装置，以记录或绘制试件所受的载荷P 和伸长

量Δl之间的关系曲线，这种曲线通常称为拉伸图。

载荷除以试件的原始截面积即得工程应力ζ＝P/A；伸长量除以原始标距长度即得工

程应变ε＝Δl/l〭；以工程应力和工程应变做出的图为工程应力－应变曲线，简称应力－

应变曲线或拉伸曲线。

两者表示的概念不同，但是形状形似。

可以根据应力‐应变曲线的直线部分确定弹性模量、屈服强度；由曲线的最高点确定

抗拉强度，由断裂点确定断裂强度。由伸长量可以确定延伸率和收缩率等。

3.4 如何提高材料的屈服强度？

影响屈服强度的内在因素有：结合键、组织、结构、原子本性。

如将金属的屈服强度与陶瓷、高分子材料比较可看出结合键的影响是根本性的。从组织结构的影响来看，可以有四种强化机制影响金属材料的屈服强度，这就是：(1)固溶强化；(2)形变强化；(3)沉淀强化和弥散强化；(4)晶界和亚晶强化。沉淀强化和细晶强化是工业合金中提高材料屈服强度的最常用的手段。在这几种强化机制中，前三种机制在提高材料强度的同时，也降低了塑性，只有细化晶粒和亚晶，既能提高强度又能增加塑性。

影响屈服强度的外在因素有：温度、应变速率、应力状态。

随着温度的降低与应变速率的增高,材料的屈服强度升高，尤其是体心立方金属对温度和应变速率特别敏感，这导致了钢的低温脆化。应力状态的影响也很重要。虽然屈服强度是反映材料的内在性能的一个本质指标，但应力状态不同，屈服强度值也不同。我们通常所说的材料的屈服强度一般是指在单向拉伸时的屈服强度。

3.5

3.11 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

1单向拉伸试验

特点：温度、应力状态和加载速率是确定的，且常用标准的光滑圆柱试样进行试验。

应用范围：一般是用于那些塑性变形抗力与切断强度较低的所谓塑性材料试验。

2压缩试验

特点：单向压缩试验的应力状态系数＝2，比拉伸，弯曲，扭转的应力状态都软，拉伸时塑性很好的材料在压缩时只发生压缩变形而不会断裂。

应用范围：拉伸时呈脆性的金属材料的力学性能测定。如果产生明显屈服，还可以测定压缩屈服点。

3弯曲试验

特点：试样形状简单，操作方便，弯曲试样应力分布不均匀，表面最大，中心为零。可较灵敏的反映材料表面缺陷。

应用范围：对于承受弯曲载荷的机件，测定其力学性能。

4扭转试验

特点：1扭转的应力状态软性系数＝0.8，比拉伸时大，易于显示金属的塑性行为。2圆柱形试样扭转时，整个长度上塑性变形是均匀的，没有颈缩现象，所以能实现大塑性变形量下的试验。3能较敏感的反映出金属表面缺陷及硬化层的性能。4扭转时试样中的最大正应力与最大切应力在数值上大体相等，而生产上所使用的大部分金属材料的正断强度大于切断强度，所以，扭转试验是测定这些材料切断最可靠的办法。

应用范围：研究金属在热加工条件下的流变性能与断裂性能，评定材料的热压力加工性；研究或检验工件热处理的表面质量和各种表面强化工艺的效果。

第四章材料的硬度和尺度效应

4.5 同一材料用不同硬度测试方法所测得的有无确定关系？为什么？有两种材料的硬度分别为200HBS10/1000和45HRC，问哪一种材料硬？

由于各种硬度试验的条件不同，因此，互相间没有换算公式。但根据试验结果，可获得大致的换算关系如下：1HRC≈10HB≈10HV，所以后者硬。

4.1硬度的定义是什么？硬度试验有什么特点？常见硬度试验方法有哪些？

硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

⑴布氏硬度（HB）

以一定的载荷（一般3000kg）把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值（HB），单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。

⑵洛氏硬度（HR）

当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示：HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。

HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。

HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。

⑶维氏硬度（HV）

以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值（HV）

第五章材料断裂韧性的测试

5.6 你认为COD方法有哪些优缺点？

COD理论在应用于焊接结构和压力容器的安全分析时很有效的，而且由于的测量比较容易，因此COD准则在化工、核工业等领域应用比较广泛。

但COD理论仍存在一些问题：

首先，裂纹张开位移δ的计算公式是由Dugdale模型导出的，它与实际的裂纹间断变形情况存在着明显的偏差，尤其是对于远离平面应力状态的裂纹，裂纹尖端塑形区形状不是窄条带状。

另外，裂纹尖端张开位移COD的定义尚不统一，这给数据的测量和使用带来不便。