(完整版)金属力学性能测试及复习答案

金属力学性能复习
一、填空题
1.静载荷下边的力学性能试验方法主要有拉伸试验、弯曲试验、扭转试验和压缩试验等。

2. 一般的拉伸曲线可以分为四个阶段：弹性变形阶段、屈服阶段、均匀塑性变形阶段和非
均匀塑性变形阶段。

3. 屈服现象标志着金属材料屈服阶段的开始，屈服强度则标志着金属材料对开始塑性变形
或小量塑性变形能力的抵抗。

4. 屈强比：是指屈服强度和抗拉强度的比值，提高屈强比可提高金属材料抵抗开始塑性变
形的能力，有利于减轻机件和重量，但是屈强比过高又极易导致脆性断裂。

5. 一般常用的的塑性指标有屈服点延伸率、最大力下的总延伸率、最大力下的非比例延伸
率、断后伸长率、断面收缩率等，其中最为常用的是断后伸长率和断面收缩率。

6. 金属材料在断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力称为金属材料的韧性。

一般来说，韧
性包括静力韧性、冲击韧性和断裂韧性。

7. 硬度测试的方法很多，最常用的有三种方法：布氏硬度测试方法、络氏硬度的试验方法
和维氏硬度实验法。

8. 金属材料制成机件后，机件对弹性变形的抗力称为刚度。

它的大小和机件的截面积及其
弹性模量成正比，机件刚度=E·S.
9.金属强化的方式主要有：单晶体强化、晶界强化、固溶强化、以及有序强化、位错强化、
分散强化等（写出任意3种强化方式即可）。

10. 于光滑的圆柱试样，在静拉伸下的韧性端口的典型断口，它由三个区域组成：纤维区、
放射区、剪切唇区。

11. 变形速率可以分为位移速度和应变速度。

二、判断题
1.在弹性变形阶段，拉力F与绝对变形量之间成正比例线性关系;（√）
若不成比例原因，写虎克定律。

2.在有屈服现象的金属材料中，其试样在拉伸试验过程中力不断增加（保持恒定）仍能继续
伸长的应力，也称为抗服强度。

（×）
不增加，称为屈服强度。

3.一般来讲，随着温度升高，强度降低，塑性减小。

（×）
金属内部原子间结合力减小，所以强度降低塑性增大。

4.络氏硬度试验采用金刚石圆锥体或淬火钢球压头，压入金属表面后，经规定保持时间后卸
除主实验力，以测量压痕的深度来计算络氏硬度。

压入深度越深，硬度越大，反之，硬度越小。

（×）
络氏硬度公式
5.金属抗拉强度b σ与布氏硬度HB 之间有以下关系式：b σ＝K •HB ，这说明布氏硬度越大，
其抗拉强度也越大。

（√）
6.弹性模量E 是一个比例常数，对于某种金属来说，它是一种固有的特性。

（√）
7.使用含碳量高（含碳量为0.5-0.7％）的钢，不能提高机件吸收弹性变形功。

（×）
8.脆性断裂前不产生明显的塑性变形，即断裂产生在弹性变形阶段，吸收的能量很小，这种
断裂是可预见的。

（×）
是不可预见的。

9.如果一种金属材料在断口处有韧窝存在，则该材料的断裂肯定是韧性断裂;如果一种材料
是韧性断裂，则其断口处肯定有韧窝存在。

（×）
有韧窝不一定是脆性断裂，但脆性断裂一定是有韧窝存在。

10.对于不同金属材料，其冲击功AK 可能相同，而弹性功、塑性功、裂纹扩展功三这各占的
比例可能相差很大，从而表现为韧脆情况差别很大。

所以，AK 相同的材料其韧性不一定相同（√）
三、名词解释
1.应力状态塑性系数：应力软性系数等于最大切应力（τmax ）和最大正应力（Smax ）的比
值，用符号“α”表示。

max max /S τα=
2.包申格效应：金属预先经过少量塑性变形（1-4%）后，如果再次同向加载，则条件弹性
极限与屈服强度提高，反向加载，则条件弹性极限与屈服强度降低的现象。

3.应力集中：由于缺口存在而造成的局部应力增大现象，称为应力集中。

4.沿晶断裂：裂纹沿着晶界扩展，也可以称为晶界断裂。

5.冷脆：对于工程上常用的中低强度钢，当温度降低到某一温度时，均会出现冲击吸收功显
著下降的现象，此类现象称为低温脆性。

四、影响弹性模量的主要因素是什么？
（1） 原子本身的性质：金属原子间结合力越大，弹性模量越大；
（2） 温度的影响：温度越高，金属原子间结合力减小，弹性模量减小；
（3） 组织结构的影响：一般来说，弹性模量不会由于热处理的工艺改变而发生明显变化。

（4） 合金化的影响：少量的合金化不会影响弹性模量，只有加入大量的合金元素时，才会使E 值发生明显变化。

（5）冷变形的影响：
2.冲击脆性材料和冲击韧性材料的区别是什么？
其韧性因塑性变形的抗力的增加而有显著提高，因而称这种材料为冲击韧性材料。

另一种材料，塑性比较差，断裂方式为正断，这类材料在形变速度提高时，断裂抗力变化很
少，又由于英便跟不上应力的变化，在达到断裂时的应变相当小的，这时材料的韧性比较低。

因此这类材料为冲击脆性材料。

五、计算题：
有一10倍的圆形试样（长试样）其原始标距长为100mm ，原始横截面直径为10mm ，其
拉伸试样的拉伸曲线如图所示，从O 点开始，到B 点达到最大值，其绝对伸长量为△L 1，此时的拉伸常数β为0.38，到达T 点后试样被拉断，其绝对伸长量为△L 2，此时的拉伸常数γ为2.5，求这根试样的断裂伸长率是多少？
00001L S L L L L L γβδ+=∆=-= • 5倍试样（短试样）5δ 0565.5F L =
• 和10倍试样（长试样）10δ 0103.11F L =
• 式中δ——表示断后伸长率
• L1——试样拉断后的标距
• L0——试样原始标距
%1.60%1001004105.238.0%100200=⨯⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+=⨯⎥
⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+=πγβδL S
OA:比例弹性阶段 AD:屈服阶段 DE ：均匀塑性变形阶段 ET ：非均匀塑性变形阶段
1、写出： R eh (上屈服点) A ，σ1; R el (下屈服点) C ，σ3; R m (抗拉强度点) E ，σ5;
2、作 最大延伸率E ，δ5; 均匀延伸率A →D ，δ4-δ1; 断后伸长率T ，δ6;
3、在图中标出R p0.2; R t0.5; (σ0.2, σ0.5)
•名词解释：
△断裂韧性-裂纹体材料抵抗低应力脆性断裂的性能，是由强度和塑性决定的综合性能，其决定指标断裂韧度K IC 、G IC 、c δ
△应力场强度因子-K I 表示了裂纹尖端附近应力场的强弱程度，即K I 的大小决定了裂纹尖端各点的应力大小，所以，把K I 称为应力场强度因子。

△K IC -为平面应变条件下的断裂韧度，表示在平面应变条件下材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。

是具有Ⅰ型裂纹的材料的断裂韧性指标。

△c δ-一定材料和厚度的板材，当裂纹尖端张开位移δ达到临界值c δ时，裂纹将开始扩展，而δ小于c δ时裂纹不扩展，可见c δ表示材料阻止裂纹开始扩展的能力，所以，c δ也称为材料断裂韧度。

△疲劳极限-是材料经受无限次应力循环而不发生断裂的最大应力值。

△过载持久值-是指在高于疲劳断裂时的应力下工作机件，发生疲劳断裂时应力循环周次。

△qf-疲劳缺口敏感度f q 评定、比较材料在交变载荷下的缺口敏感性11--=
t f f K K q
σ
R P R t
△应力腐蚀断裂-机件拉应力和特定腐蚀环境中，经过一定时间所产生的低应力脆断现象，称为应力腐蚀断裂。

△K1scc-将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称为应力腐蚀临界应力场强度因子，以K1scc表示。

△接触疲劳-又称为表面疲劳磨损或疲劳磨损。

它是指机件接触面作滚动加滑动复合摩擦时，在接触压应力作用下，经过多次应力循环后，使材料表面因疲劳损伤而产生物质损失的现象。

1.请问KI和有哪些异同点？
KI是一个应力场强度因子，它的大小取决于外力大小、裂纹的形状、尺寸等，与材料性质无关。

断裂韧度KIc反映了材料本身抵抗裂纹失稳扩展能力，其数值的大小取决于材料的性质，与外力大小、裂纹形状、尺寸无关。

材料的力学性能指标。

2.如何确定工作的最大承载能力？
根据试验测定的材料断裂韧度K Ic或K C，和通过探伤测定机件内部的最大裂纹
尺寸2a，便可确定机件的最大承载应力σc。

3.低周疲劳和高周疲劳的应力应变关系是什么？
低周疲劳在机件局部可观察到宏观塑性变形。

塑性变形的发生，使得应力应变
之间不再保持直线关系，呈回线关系。

高周疲劳由于应力水平较低，在应力循环中，不发生宏观塑性变形，故应力应
变之间保持直线关系。

4.疲劳条带和贝纹线的区别和特征？
疲劳条带是应力每循环一次，裂纹扩展留下的痕迹。

只有在电镜下才可看到。

疲劳条带是疲劳断口的微观特征。

贝纹线是由于载荷大小变化或机器开动、停歇等原因造成的。

贝纹线是疲劳断
裂的宏观特征。

5.说明影响氢脆断裂和应力腐蚀断裂的主要影响因素有哪些？
影响氢脆因素有环境介质、应力场强度和材料是决定氢脆的主要因素。

（氢蚀、白点（发纹）、氢化物致脆、氢致延滞断裂）。

影响应力腐蚀因素有环境介质的影响、力学因素的影响、材料强度（成分和显
微组织）的影响。

6.粘着磨损和磨料磨损的作用机理的区别在于什么地方？
粘着磨损是在滑动摩擦条件下，由于接触面局部发生粘着，当摩擦副相对运动
时粘着处又分开，使接触面上有小颗粒被拉拽出来，这种过程反复进行多次即
造成粘着磨损。

磨料磨损是指在摩擦过程中摩擦副双方接触面之间存在硬的颗粒或硬的突起
物，引起材料的磨损。

磨损的结果是在金属表面上划出沟槽。

一般情况下磨料
比物体材料硬，所以磨损严重，这种磨损造成的危害较大。

7.磨损过程的三个阶段
（1）跑合阶段;（2）稳定磨损阶段（正常磨损阶段）;（3）剧烈磨损阶段。

8. 影响蠕变极限和持久强度的因素：
（1）合金化学成分（2）冶金工艺影响（3）热处理工艺影响4.晶粒度
加1：蠕变极限---高温长期载荷下材料抵抗塑性变形的抗力指标
加2：持久强度---是试样在一定温度和规定时间内不发生蠕变断裂的最大应力
值
加3：高温强度与常温强度有何异同点
相同点:常温下屈服强度σ0.2和高温下的蠕变极限都是抵抗塑性变形的指标. 不同点:常温下材料力学性能与负荷持续时间无关,高温下材料抗拉强度随负
荷持续时间增长而降低.常温下应力大于屈服强度才会发生塑性变形
而高温下应力小于屈服强度也会发生塑性变形
高温下同一材料会在不同的高温下强度会或高或低,而常温不会. 加4：疲劳极限和强度关系---疲劳极限随抗拉强度增加而增加，中低强度刚二者呈线性关系
计算题：P83的例题
1. 求垂直干裂纹面的拉应力。

由受力分析可知垂直于裂纹面的拉力σ为
MPa t FD 900005
.025.162=⨯⨯==σ 2. 求裂失稳扩展时的断裂应力σc
由机件在外力作用下失稳扩展而导致脆性断裂的判断：
IC K a Y K ≥=σ1 可得a Y K IC c =σ 已知π=Y
因为c σσ<所以裂纹不会失稳扩展导致低应力脆性断裂，在F=6MPa
的压力下正常工作。