工程材料力学性能

工程材料力学性能

第一章

1.

2.弹性形变可逆，塑性形变不可逆。

3.弹性模量即等于弹性应力，即弹性模量是产生百分之百弹性变形所需的应力。工程上的

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，则在相同应力下产生的弹性变形就越小。

习题3.金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学姓能?

答案：金属的弹性模量主要取决于金属键的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，所以说它是一个对组织不敏感的性能指标，这是弹性模量在性

能上的主要特点。改变材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉强度)

有显著影响，但对材料的刚度影响不大。

4.弹性比功表示金属材料吸收弹性变形功的能力。一般用金属开始塑性变形前单位体积吸

收的最大弹性变形功表示。一般用提高弹性极限来提高弹性比功。

5.在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象，称为滞弹性。

6.金属材料在交变载荷（振动）下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性，也成为金属的内耗。

7.金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象，称为包申格效应。

8.常见的塑性变形形式主要为滑移和孪生。

9.呈现屈服现象的金属材料拉伸时，试样在外力不增加仍能继续伸长时的应力称为屈服点。试样发生屈服而力首次下降前的最大应力称为上屈服点。当不计初始瞬时效应（指在屈服过程中试验力第一次发生下降）时屈服阶段中的最小应力称为下屈服点。屈服伸长对应的水平线段或曲折线段称为屈服平台或屈服齿。

10.与屈服现象有关的因素：

1）材料变形前可动位错密度很小

2）随塑性变形发生，位错能快速增殖

3)位错运动速率与外加应力有强烈依存关系。

11.影响屈服强度的内在因素

1）金属本性及晶格类型

2）晶粒大小和亚结构【位错运动】

3）溶质元素【固溶强化】

4）第二相【弥散强化】

12.应变硬化：金属材料的一种组织继续塑性变形的能力。应变硬化是位错增殖、运动受

阻所致。

13.

14.韧性断裂：金属材料断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂。断裂面一般平行于最大切

应力并与主应力成45°角。断口成纤维状，灰暗色。

15.脆性断裂：突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆。断裂面

一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。

习题10.韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂更加危险？

韧性断裂：是断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂

特征：断裂面一般平行于最大切应力与主应力成45度角。

断口成纤维状（塑变中微裂纹扩展和连接），灰暗色（反光能力弱）。

断口三要素：纤维区、放射区、剪切唇这三个区域的比例关系与材料韧断性能有关。

塑性好，放射线粗大。塑性差，放射线变细乃至消失。

脆性断裂：断裂前基本不发生塑性变形的，突发的断裂。

特征：断裂面与正应力垂直，断口平齐而光滑，呈放射状或结晶状。注意：脆性断裂也产生微量塑性变形。

断面收缩率小于5％为脆性断裂，大于5％为韧性断裂。

韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。

16.断口三要素：纤维区，放射区，剪切唇

17.韧断:塑变，缓慢。脆断：无塑变，快速

18.断裂分类：

1）韧断与脆断

2）穿晶断裂与沿晶断裂

3）纯剪切断裂与微口聚集型断裂、解理断裂。

习题11.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？【P23】答：剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是韧性断裂，而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，解理

断裂通常是脆性断裂。

19.剪切断裂为韧断。

20.解理断裂是沿特定界面发生的脆性穿晶断裂，基本微观特征：解理台阶、河流花样（判

断是否为解理断裂的重要依据）、舌状花样。

21.韧窝是微口聚集型断裂的基本特征。分为等轴韧窝、拉长韧窝、撕裂韧窝。

第二章

1、压缩试验的特点：

1）应力状态软性系数α＝2 ，应力状态较软，材料易产生塑性变形。主要测定拉伸时呈脆性的金属材料在塑性状态下的力学行为。

2）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。

2、弯曲试验的特点

1）弯曲试验的试样形状简单，操作方便。

2）弯曲试验时不存在试样偏斜对试验结果的影响，可用试样弯曲的挠度显示材料的塑性。3）弯曲试验时，试样的表面应力最大，可较灵敏地反映材料的表面缺陷。

3、扭转试验的特点

1）扭转的应力状态软性系数α＝0.8，比拉伸大，易显示金属的塑性行为。

2）圆形试样扭转时，整个长度上塑性变形是均匀的，没有缩颈现象。所以能反映高塑性材料直至断裂前的变形能力和强度。

3）能较敏感地反映出金属表面缺陷及表面硬化层的性能。4）扭转试验是测定大部分材料切断强度最可靠的方法。

4、缺口效应：

1)引起应力集中，对于脆性或低塑性材料，使其抗拉强度降低

2）使塑性材料强度增高，塑性降低。

5、硬度试验方法分类

1）弹性回跳法：如肖氏硬度，表示金属弹性变形功的大小。

2）压入法：如布氏、洛氏、维氏硬度等，表示金属塑性变形抗力及应变硬化能力。

3）划痕法：如莫氏硬度，表示金属对切断的抗力。

6、布氏硬度试验的特点：

优点：1）压痕面积较大，能反映金属在较大范围内各组成相的平均性能，而不受个别相及微小不均匀性的影响

2）试验数据稳定，重复性强

缺点：1）布氏硬度试验对不同材料需更换不同直径的压头球和改变试验力，压痕直径的测量也比较麻烦，因而自动检测受到限制。

2）压痕较大时不宜在成品上进行试验

7、洛氏硬度试验特点：

优点：1）操作简便迅速，硬度值可直接读出；

2）压痕较小，可直接在工件上进行试验；

3）采用不同标尺，适用范围广，可广泛用于热处理质量的检验；

缺点：1）由于压痕小，代表性差

2）重复性差，数据分散度大

3）用不同标尺的硬度值彼此不能直接进行比较。

8、维氏硬度试验的特点

优点：维氏硬度试验力可任意选取，压痕测量精度较高，硬度值较为精确；

缺点：维氏硬度值需通过测量压痕对角线长度后才能计算或查表，工作效率较低。

9.缺口敏感度:试样的抗拉强度与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度的比值。比值越大，缺

口敏感性越小，越容易发生塑性变形。

习题8.今有如下零件和材料需要测定硬度，试说明选择何种硬度实验方法为宜。

（1）渗碳层的硬度分布：维氏

（2）淬火钢：洛氏

（3）灰铸铁：布氏

（4）鉴别钢中的隐晶马氏体和残余奥氏体：维氏

（5）仪表小黄铜齿轮：维氏

（6）龙门刨床导轨：里氏、肖氏

（7）渗氮层：维氏

（8）高速钢刀具：洛氏

（9）退火态低碳钢：洛氏

（10）硬质合金：布氏

第三章

1、冲击韧性：材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。

常用标准试样的冲击吸收功Ak表示。

2、冲击韧度：U形缺口的冲击吸收功Aku除以试样缺口底部截面积之商。

3、当试验温度低于某一温度tk时，材料由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，

断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理型，断口特征由纤维状变为结晶状，这即低温脆性，转变温度tk称为韧脆转变温度，亦称冷脆转变温度。(低碳钢—体心立方体—有低温脆性；奥氏体钢—面心立方体—无低温脆性)