《材料的力学性能》西北工业大学出版社--复习资料

《材料的力学性能》

第一章 材料的拉伸性能

名词解释：

比例极限P σ，弹性极限e σ，屈服极限s σ，屈服强度0.2σ，抗拉强度b σ，延伸率k δ，断面收缩率k ψ（P7-8），断裂强度f σ（k σ），韧度（P10）

1、拉伸试验可以测定那些力学性能？对拉伸试件有什么基本要求？ 答：

拉伸试验可以测定的力学性能为：弹性模量E ，屈服强度σs ，抗拉强度σb ，延伸率δ，断面收缩率ψ。

2、拉伸图和工程应力-应变曲线有什么区别？试验机上记录的是拉伸图还是工程应力-应变曲线？

答：拉伸图和工程应力—应变曲线具有相似的形状，但坐标物理含义不同，单位也不同。拉伸图横坐标为伸长量（单位mm ），纵坐标为载荷（单位N ）；工程应力-应变曲线横坐标为工程应力（单位MPa ），纵坐标为工程应变（单位无）。试验机记录的是拉伸图。

3、脆性材料与塑性材料的应力-应变曲线有什么区别？脆性材料的力学性能可以用哪两个指标表征？

答：如下图所示，左图近似为一直线，只有弹性变形阶段，没有塑性变形阶段，在弹性变形阶段断裂，说明是脆性材料。右图为弯钩形曲线，既有弹性变形阶段，又有塑性变形阶段，在塑性变形阶段断裂，说明是塑性材料。

脆性材料力学性能用“弹性模量“和”脆性断裂强度”来描述。

4、塑性材料的应力-应变曲线有哪两种基本形式？如何根据应力-应变曲线确定拉伸性能？

答：分为低塑性和高塑性两种，如下图所示。左图曲线有弹性变形阶段与均匀塑性变形阶段，没有颈缩现象，曲线在最高点处中断，即在均匀塑性变形阶段断裂，且塑性变形量小，说明是低塑性材料。

右图曲线有弹性变形阶段，均匀塑性变形阶段，颈缩后的局集塑性变形阶段，曲线在经过最高点后向下延伸一段再中断，即在颈缩后的局集塑性变形阶段断裂，且塑性变形量大，说明是高塑性材料。

5、何谓工程应力和工程应变？何谓真应力和真应变？两者之间有什么定量关系？

答：

6、如何测定板材的断面收缩率？

答：断面收缩率是材料本身的性质，与试件的几何形状无关，其测试方法见P8。

7、颈缩发生后，如何计算真应力和真应变？

答：P10上面

补充：

1、拉伸图、工程应力-应变曲线，真应力-真应变曲线有什么区别？答：拉伸图和工程应力-应变曲线具有相似的形状，但坐标物理含义不同，单位也不同。拉伸图横坐标为伸长量（单位mm），纵坐标为载荷（单位N）；工程应力—应变曲线横坐标为工程应力（单位MPa），纵坐标为工程应变（单位无）。

工程应力-应变曲线和真应力-真应变曲线坐标单位相同，但坐标物理含义不同。工程应力-应变曲线一般呈现先升后降的变化趋势。真应力-真应变曲线呈现一直增大的趋势。真应力-真应变曲线在工程应力-应变曲线的左上方。

2、工程材料在使用过程中不可避免会产生（弹性变形）；工程构件在生产过程中要（提高）材料的塑性，（降低）材料的强度；工程构件在使用过程中要（提高）材料的塑性，（提高）材料的强度。

3、拉伸试样的直径一定，标距越长，则测出的抗拉强度值会（不变），延伸率会（越低），断面收缩率会（不变）。

4、能否由材料的延伸率和断面收缩率的数值来判断材料的属性：脆性材料、低塑性材料、高塑性材料？（P8）

5、工程应力—应变曲线上b点的物理意义？试说明b点前后试样变形和强化的特点？

答：工程应力-应变曲线上b 点的纵坐标代表抗拉强度，定义为试件短裂前所能承受的最大工程应力。

b点之前，试样的塑性变形是均匀的：哪里有变形，哪里就强化，难于再继续变形，变形便转移到别处，如此反复交替进行，就达到均匀变形的效果。

b点之后，试样的塑性变形集中在颈缩区附近：由于形变强化跟不上变形的发展，于是从均匀变形转为集中变形，导致形成颈缩。

第二章弹性变形与塑性变形（重点）

名词解释

1）比例极限σP，金属弹性变形时应变与应力成严格正比关系的上限应力；

2）弹性极限σe，金属材料发生最大弹性形变时的应力值，当应力超过弹性极限，金属变开始发生塑性变形；

3）弹性比功，又称为弹性应变能密度，是指金属材料吸收变形功而又不发生永久变形的能力，是在开始塑性变形前单位体积金属所能吸收的最大弹性变形功，是一个韧度指标；

4）弹性后效，弹性后效指的是材料在弹性范围内受某一不变载荷作用，其弹性

变形随时间缓缓增长的现象。在去除载荷后，不能立即恢复而需要经过一段足够时间之后才能逐渐恢复原状。材料越均匀，弹性后效越小；

5）弹性滞后，金属在弹性区内加载卸载时，由于应变落后于应力，使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线，是为弹性滞后，封闭回线称为弹性滞后环。6）内耗，由于弹性滞后，加载时金属所吸收的弹性变形能大于卸载时所释放的弹性变形能，即有一部分变形能不可逆地为金属所吸收。这部分吸收的功就称为金属的内耗，其大小用弹性滞后环的回线面积度量。

7）包申格效应，金属材料预先经少量塑性变形（<1%~4%）后再同向加载，弹性极限与屈服强度升高；若反向加载，则弹性极限与屈服强度降低。

1、金属的弹性模量主要取决于哪些因素？为什么说它是一个对组织较不敏感的力学性能指标？

答：影响金属弹性模量的因素有纯金属的弹性模量，合金元素与第二相的影响；外部因素有温度，加载速率和冷变形的影响。

1）纯金属的弹性模量：金属的弹性模量与原子间作用力和距离有关，主要决定于金属原子本性和晶格类型，随原子序数而发生周期性变化；

1）合金元素：溶质原子可改变原子间作用力，进而影响弹性模量，但影响不大。2）温度：温度升高，原子间距增大，原子间结合力减弱，弹性模量下降。

3）加载速率：弹性变形速率与声速相当，加载速率一般远小于声速，故基本不影响弹性模量。

4）冷变形：稍稍降低金属的弹性模量，但影响不大。

5）热处理：弹性模量可能增大可能减小，但影响不大。

综上所述，金属的弹性模量主要取决于金属键本性和原子间的结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，金属的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标。

2、今有45，35CrMo钢，灰口铸铁，哪个选作机床床身的材料？答：灰口铸铁，其内耗大，是消震能力很强的材料，有利于机器的稳定运转。

注意：金属的内耗与材料消震能力相关，内耗越大，弹性滞后越大，消震能力越强。对于要求音响效果好的元器件，要保持长时间震动，用小内耗材料；对于一些仪器传感器，其内耗越小，灵敏度越高。