1、精選文檔工程材料力學性能（其次版）課后答案第1章 材料單向靜拉伸載荷下的力學性能1、 解釋下列名詞滯彈性：在外加載荷作用下，應變落后于應力現象。靜力韌度：材料在靜拉伸時單位體積材科從變形到斷裂所消耗的功。彈性極限：試樣加載后再卸裁，以不消滅殘留的永久變形為標準，材料能夠完全彈性恢復的最高應力。比例極限：應力應變曲線上符合線性關系的最高應力。包申格效應：指原先經過少量塑性變形，卸載后同向加載，彈性極限(P)或屈服強度(S)增加；反向加載時彈性極限(P)或屈服強度(S)降低的現象。解理斷裂：沿肯定的晶體學平面產生的快速穿晶斷裂。晶體學平面解理面，一般是低指數，表面能低的晶面。解理面：在解理斷裂中具

2、有低指數，表面能低的晶體學平面。韌脆轉變：材料力學性能從韌性狀態轉變到脆性狀態的現象（沖擊吸取功明顯下降，斷裂機理由微孔聚集型轉變微穿晶斷裂，斷口特征由纖維狀轉變為結晶狀）。靜力韌度：材料在靜拉伸時單位體積材料從變形到斷裂所消耗的功叫做靜力韌度。是一個強度與塑性的綜合指標，是表示靜載下材料強度與塑性的最佳協作。 二、金屬的彈性模量主要取決于什么?為什么說它是一個對結構不敏感的力學姓能? 答案：金屬的彈性模量主要取決于金屬鍵的本性和原子間的結合力，而材料的成分和組織對它的影響不大，所以說它是一個對組織不敏感的性能指標，這是彈性模量在性能上的主要特點。轉變材料的成分和組織會對材料的強度(如屈服強度

3、、抗拉強度)有顯著影響，但對材料的剛度影響不大。3、 什么是包辛格效應，如何解釋，它有什么實際意義? 答案：包辛格效應就是指原先經過變形，然后在反向加載時彈性極限或屈服強度降低的現象。特殊是彈性極限在反向加載時幾乎下降到零，這說明在反向加載時塑性變形馬上開頭了。 包辛格效應可以用位錯理論解釋。第一，在原先加載變形時，位錯源在滑移面上產生的位錯遇到障礙，塞積后便產生了背應力，這背應力反作用于位錯源，當背應力(取決于塞積時產生的應力集中)足夠大時，可使位錯源停止開動。背應力是一種長程(晶粒或位錯胞尺寸范圍)內應力，是金屬基體平均內應力的度量。由于預變形時位錯運動的方向和背應力的方向相反，而當反向加

4、載時位錯運動的方向與原來的方向相反了，和背應力方向全都，背應力掛念位錯運動，塑性變形簡潔了，于是，經過預變形再反向加載，其屈服強度就降低了。這一般被認為是產生包辛格效應的主要緣由。其次，在反向加載時，在滑移面上產生的位錯與預變形的位錯異號，要引起異號位錯消毀，這也會引起材料的軟化，屈服強度的降低。 實際意義：在工程應用上，首先是材料加工成型工藝需要考慮包辛格效應。其次，包辛格效應大的材料，內應力較大。另外包辛格效應和材料的疲憊強度也有親密關系，在高周疲憊中，包辛格效應小的疲憊壽命高，而包辛格效應大的，由于疲憊軟化也較嚴峻，對高周疲憊壽命不利。可以從河流花樣的反“河流”方向去查找裂紋源。解理斷裂

5、是典型的脆性斷裂的代表，微孔聚集斷裂是典型的塑性斷裂。5.影響屈服強度的因素與以下三個方面相聯系的因素都會影響到屈服強度1.位錯增值和運動2.晶粒、晶界、其次相等3.外界影響位錯運動的因素主要從內因和外因兩個方面考慮（一）  影響屈服強度的內因素1金屬本性和晶格類型（結合鍵、晶體結構）單晶的屈服強度從理論上說是使位錯開頭運動的臨界切應力，其值與位錯運動所受到的阻力（晶格阻力派拉力、位錯運動交互作用產生的阻力）打算。派拉力：位錯交互作用力（a是與晶體本性、位錯結構分布相關的比例系數，L是位錯間距。）2晶粒大小和亞結構晶粒小晶界多（阻礙位錯運動）位錯塞積供應應力位錯開動 產生宏觀塑性變形

6、 。晶粒減小將增加位錯運動阻礙的數目，減小晶粒內位錯塞積群的長度，使屈服強度降低（細晶強化）。屈服強度與晶粒大小的關系： 霍爾派奇（Hall-Petch) s= i+kyd-1/23溶質元素加入溶質原子（間隙或置換型）固溶體（溶質原子與溶劑原子半徑不一樣）產生晶格畸變產生畸變應力場與位錯應力場交互運動 使位錯受阻提高屈服強度 （固溶強化） 。4其次相（彌散強化，沉淀強化） 不行變形其次相提高位錯線張力繞過其次相留下位錯環 兩質點間距變小 流變應力增大。不行變形其次相位錯切過（產生界面能），使之與機體一起產生變形，提高了屈服強度。彌散強化：其次相質點彌散分布在基體中起到的強化作用。沉淀強化：其次

7、相質點經過固溶后沉淀析出起到的強化作用。（二）  影響屈服強度的外因素1.溫度一般的規律是溫度上升，屈服強度降低。緣由：派拉力屬于短程力，對溫度格外敏感。2.應變速率應變速率大，強度增加。,t= C1()m3應力狀態切應力重量越大，越有利于塑性變形，屈服強度越低。缺口效應：試樣中“缺口”的存在，使得試樣的應力狀態發生變化，從而影響材料的力學性能的現象。9.細晶強化能強化金屬又不降低塑性。10.韌性斷裂與脆性斷裂的區分。為什么脆性斷裂更加危急？ 韌性斷裂：是斷裂前產生明顯宏觀塑性變形的斷裂特征：斷裂面一般平行于最大切應力與主應力成45度角。斷口成纖維狀（塑變中微裂紋擴展和連接），灰暗色

8、（反光力量弱）。斷口三要素：纖維區、放射區、剪切唇這三個區域的比例關系與材料韌斷性能有關。塑性好，放射線粗大塑性差，放射線變細乃至消逝。脆性斷裂：斷裂前基本不發生塑性變形的，突發的斷裂。特征：斷裂面與正應力垂直，斷口平齊而光滑，呈放射狀或結晶狀。留意：脆性斷裂也產生微量塑性變形。斷面收縮率小于5為脆性斷裂，大于5為韌性斷裂。23.斷裂發生的必要和充分條件之間的聯系和區分。 格雷菲斯裂紋理論是依據熱力學原理，用能量平衡（彈性能的降低與表面能的增加相平衡）的方法推到出了裂紋失穩擴展的臨界條件。該條件是是斷裂發生的必要條件，但并不意味著肯定會斷裂。該斷裂判據為：裂紋擴展的充分條件是其尖端應力要大于等

9、于理論斷裂強度。（是通過力學方法推到的斷裂判據）該應力斷裂判據為：對比這兩個判據可知：當3a0時，必要條件和充分條件相當<3a0時，滿足必要條件就可行（同時也滿足充分條件）> 3a0時，滿足充分條件就可行（同時也滿足必要條件）25.1.材料成分：rs有效表面能，主要是塑性變形功，與有效滑移系數目和可動位錯有關 具有fcc結構的金屬有效滑移系和可動位錯的數目都比較多，易于塑性變形，不易脆斷。 凡加入合金元素引起滑移系削減、孿生、位錯釘扎的都增加脆性；若合金中形成粗大其次相也使脆性增加。2.雜質：聚集在晶界上的雜質會降低材料的塑性，發生脆斷。3.溫度：i-位錯運動摩擦阻力。其值高，材料

10、易于脆斷。bcc金屬具有低溫脆斷現象，由于i隨著溫度的減低而急劇增加，同時在低溫下，塑性變形一孿生為主，也易于產生裂紋。故低溫脆性大。4.晶粒大小：d值小位錯塞積的數目少，而且晶界多。故裂紋不易產生，也不易擴展。所以細晶組織有抗脆斷性能。5.應力狀態：減小切應力與正應力比值的應力狀態都將增加金屬的脆性6.加載速度：加載速度大，金屬會發生韌脆轉變。其次章金屬在其他靜載荷下的力學性能一、解釋下列名詞：（1）應力狀態軟性系數材料最大切應力與最大正應力的比值，記為。（2）缺口效應缺口材料在靜載荷作用下，缺口截面上的應力狀態發生的變化。（3）缺口敏感度金屬材料的缺口敏感性指標，用缺口試樣的抗拉強度與等截

11、面尺寸光滑試樣的抗拉強度的比值表示。（4）布氏硬度用鋼球或硬質合金球作為壓頭，接受單位面積所承受的試驗力計算而得的硬度。（5）洛氏硬度接受金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測量壓痕深度所表示的硬度。（6）維氏硬度以兩相對面夾角為136。的金剛石四棱錐作壓頭，接受單位面積所承受的試驗力計算而得的硬度。（7）努氏硬度接受兩個對面角不等的四棱錐金剛石壓頭，由試驗力除以壓痕投影面積得到的硬度。（8）肖氏硬度采動載荷試驗法，依據重錘回跳高度表證的金屬硬度。（9）里氏硬度采動載荷試驗法，依據重錘回跳速度表證的金屬硬度。二、說明下列力學性能指標的意義（1）材料的抗壓強度（2）材料的抗彎強度（3）材料的扭轉屈

12、服點（4）材料的抗扭強度（5）材料的抗拉強度（6）NSR材料的缺口敏感度（7）HBS壓頭為淬火鋼球的材料的布氏硬度（8）HBW壓頭為硬質合金球的材料的布氏硬度（9）HRA材料的洛氏硬度（）HRB材料的洛氏硬度（）HRC材料的洛氏硬度（）HV材料的維氏硬度（）HK材料的努氏硬度（）HS材料的肖氏硬度（）HL材料的里氏硬度三、缺口沖擊韌性試驗能評定那些材料的低溫脆性?那些材料不能用此方法檢驗和評定？ 答案：缺口沖擊韌性試驗能評定的材料是低、中強度的體心立方金屬以及Bb，Zn，這些材料的沖擊韌性對溫度是很敏感的。對高強度鋼、鋁合金和鈦合金以及面心立方金屬、陶瓷材料等不能用此方法檢驗和評定。四、在評定

13、材料的缺口敏感應時，什么狀況下宜選用缺口靜拉伸試驗?什么狀況下宜選用缺口偏斜拉伸?什么狀況下則選用缺口靜彎試驗? 答案：缺口靜拉伸試驗主要用于比較淬火低中溫回火的各種高強度鋼，各種高強度鋼在屈服強度小于1200MPa時，其缺口強度均隨著材料屈服強度的提高而上升；但在屈服強度超過1200MPa以上時，則表現出不同的特性，有的開頭降低，有的還呈上升趨勢。缺口偏斜拉伸試驗就是在更苛刻的應力狀態和試驗條件下，來檢驗與對比不同材料或不同工藝所表現出的性能差異。缺口試樣的靜彎試驗則用來評定或比較結構鋼的缺口敏感度和裂紋敏感度。7.說明布氏硬度、洛氏硬度與維氏硬度的試驗原理和優缺點。1、氏硬度試驗的基本原理

14、 在直徑D的鋼珠（淬火鋼或硬質合金球）上，加肯定負荷F，壓入被試金屬的表面，保持規定時間卸除壓力，依據金屬表面壓痕的陷凹面積計算出應力值，以此值作為硬度值大小的計量指標。優點：代表性全面，由于其壓痕面積較大，能反映金屬表面較大體積范圍內各組成相綜合平均的性能數據，故特殊適宜于測定灰鑄鐵、軸承合金等具有粗大晶粒或粗大組成相 的金屬材料。試驗數據穩定。試驗數據從小到大都可以統一起來。缺點： 鋼球本身變形問題。對HB>450以上的太硬材料，因鋼球變形已很顯著，影響所測數據的正確性，因此不能使用。 由于壓痕較大，不宜于某些表面不允許有較大壓痕的成品檢驗，也不宜于薄件試驗。 不同材料需更換壓頭直徑

15、和轉變試驗力，壓痕直徑的測量也較麻煩。2、洛氏硬度的測量原理洛氏硬度是以壓痕陷凹深度作為計量硬度值的指標。洛氏硬度試驗的優缺點洛氏硬度試驗避開了布氏硬度試驗所存在的缺點。它的優點是：    1)因有硬質、軟質兩種壓頭，故適于各種不同硬質材料的檢驗，不存在壓頭變形問題；    2)壓痕小，不傷工件，適用于成品檢驗 ；    3)操作快速，馬上得出數據，測試效率高。    缺點是：代表性差，用不同硬度級測得的硬度值無法統一起來，無法進行比較。3、維氏硬度的測定原理維氏硬度的測定原

16、理和布氏硬度相同,也是依據單位壓痕陷凹面積上承受的負荷，即應力值作為硬度值的計量指標。維氏硬度的優缺點1）、不存在布氏那種負荷F和壓頭直徑D的規定條件的約束，以及壓頭變形問題；2）、也不存在洛氏那種硬度值無法統一的問題；3）、它和洛氏一樣可以試驗任何軟硬的材料，并且比洛氏能更好地測試極薄件(或薄層)的硬度，壓痕測量的精確度高，硬度值較為精確。4）、負荷大小可任意選擇。（維氏顯微硬度）唯一缺點是硬度值需通過測量對角線后才能計算(或查表)出來，因此生產效率沒有洛氏硬度高。8.今有如下零件和材料需要測定硬度，試說明選擇何種硬度試驗方法為宜。（1）滲碳層的硬度分布；（2）淬火鋼；（3）灰鑄鐵；（4）鑒

17、別鋼中的隱晶馬氏體和殘余奧氏體；（5）儀表小黃銅齒輪；（6）龍門刨床導軌；（7）滲氮層；（8）高速鋼刀具；（9）退火態低碳鋼；（10）硬質合金。（1）滲碳層的硬度分布- HK或-顯微HV（2）淬火鋼-HRC（3）灰鑄鐵-HB（4）鑒別鋼中的隱晶馬氏體和殘余奧氏體-顯微HV或者HK（5）儀表小黃銅齒輪-HV（6）龍門刨床導軌-HS（肖氏硬度）或HL(里氏硬度)（7）滲氮層-HV（8）高速鋼刀具-HRC（9）退火態低碳鋼-HB（10）硬質合金- HRA第三章材料在沖擊載荷下的力學性能一、解釋下列名詞 （1）沖擊韌度材料在沖擊載荷作用下吸取塑性變形功和斷裂功的力量。 （2）沖擊吸取功沖擊彎曲試驗中試

18、樣變形和斷裂所消耗的功 （3）低溫脆性體心立方晶體金屬及其合金或某些密派六方晶體金屬及其合金在試驗溫度低于某一溫度時，材料由韌性狀態轉變為脆性狀態的現象。 （4）韌脆轉變溫度材料呈現低溫脆性的臨界轉變溫度。 （5）韌性溫度儲備材料使用溫度和韌脆轉變溫度的差值，保證材料的低溫服役行為。二、說明下列力學性能指標的意義 （1）AK材料的沖擊吸取功 AKV (CVN) 和AKUV型缺口和U型缺口試樣測得的沖擊吸取功 （2）FATT50結晶區占整個端口面積50%是的溫度定義的韌脆轉變溫度 （3）NDT以低階能開頭上升的溫度定義的韌脆轉變溫度 （4）FTE以低階能和高階能平均值對應的溫度定義的韌脆轉變溫度

19、 （5）FTP高階能對應的溫度三、J積分的主要優點是什么?為什么用這種方法測定低中強度材料的斷裂韌性要比一般的KIC測定方法其試樣尺寸要小很多？ 答案：J積分有一個突出的優點就是可以用來測定低中強度材料的KIC。 對平面應變的斷裂韌性KIC，測定時要求裂紋一開頭起裂，馬上達到全而失穩擴展，并要求沿裂紋全長，除試樣兩侗表面微小地帶外，全部達到平面應變狀態。而JIC的測定，不肯定要求試樣完全滿足平面應變條件，試驗時，只在裂紋前沿中間地段首先起裂，然后有較長的亞臨界穩定擴展的過程，這樣只需很小的試驗厚度，即只在中心起裂的部分滿足平面應變要求，而韌帶尺寸范圍可以大而積的屈服，甚至全面屈服。因此作為試樣

20、的起裂點仍舊是平面應變的斷裂韌度，這時JIC的是材料的性質。當試樣裂紋連續擴展時，進入平面應力的穩定擴展階段，此時的J不再單獨是材料的性質，還與試樣尺寸有關。四、如何提高陶瓷材料的熱沖擊抗力? 答案：在工程應用中，陶瓷構件的失效分析是格外重要的，假如材料的失效，主要是熱震斷裂，例如對高強、微密的精細陶寵，則裂紋的萌生起主導作用，為了防止熱震失效提高熱震斷裂抗力，應當致力于提高材料的強度，并降低它的彈性模量和膨脹系數。若導致熱震失效的主要因素是熱震損壞，這時裂紋的擴展起主要作用，這時應當設法提高它的斷裂韌性，降低它的強度。什么是低溫脆性、韌脆轉變溫度tk？產生低溫脆性的緣由是什么？體心立方和面心

21、立方金屬的低溫脆性有和差異？為什么？答：在試驗溫度低于某一溫度tk時，會由韌性狀態轉變未脆性狀態，沖擊吸取功明顯下降，斷裂機理由微孔聚集型轉變微穿晶斷裂，斷口特征由纖維狀轉變為結晶狀，這就是低溫脆性。 tk稱為韌脆轉變溫度。低溫脆性的緣由：低溫脆性是材料屈服強度隨溫度降低而急劇增加，而解理斷裂強度隨溫度變化很小的結果。如圖所示：當溫度高于韌脆轉變溫度時，斷裂強度大于屈服強度，材料先屈服再斷裂（表現為塑韌性）；當溫度低于韌脆轉變溫度時，斷裂強度小于屈服強度，材料無屈服直接斷裂（表現為脆性）。心立方和面心立方金屬低溫脆性的差異：體心立方金屬的低溫脆性比面心立方金屬的低溫脆性顯著。緣由：這是由于派拉

22、力對其屈服強度的影響占有很大比重，而派拉力是短程力，對溫度很敏感，溫度降低時，派拉力大幅增加，則其強度急劇增加而變脆。6.拉伸 沖擊彎曲 缺口試樣拉伸第四章金屬的斷裂韌度一、解釋下列名詞 （1）低應力脆斷：在屈服應力以下發生的斷裂。 （2）張開型裂紋：拉應力垂直作用于裂紋擴展面，裂紋沿作用力方向張開，沿裂紋面擴展。 （3）應力強度因子：表示應力場的強弱程度。 （4）小范圍屈服：塑性尺寸較裂紋尺寸及凈截面尺寸為小，小一個數量級以上的屈服。 （5）有效屈服應力：發生屈服時的應力 （6）有效裂紋長度：將原有的裂紋長度與松弛后的塑性區相合并得到的裂紋長度 （7）裂紋擴展能量釋放率：裂紋擴展單位面積時系

23、統釋放勢能的數值。 （8）J積分：裂紋尖端區的應變能，即應力應變集中程度 （9）COD：裂紋尖端沿應力方向張開所得到的位移。二、疲憊斷口有什么特點? 答案：有疲憊源。在形成疲憊裂紋之后，裂紋慢速擴展，形成貝殼狀或海灘狀條紋。這種條紋開頭時比較密集，以后間距漸漸增大。由于載荷的間斷或載荷大小的轉變，裂紋經過多次張開閉合并由于裂紋表面的相互摩擦，形成一條條光亮的弧線，叫做疲憊裂紋前沿線，這個區域通常稱為疲憊裂紋擴展區，而最終斷裂區則和靜載下帶尖銳缺口試樣的斷口相像。對于塑性材料，斷口為纖維狀，對于脆性材料，則為結晶狀斷口。總之，一個典型的疲憊斷口總是由疲憊源，疲憊裂紋擴展區和最終斷裂區三部份構成。

24、三、什么是疲憊裂紋門檻值，哪些因素影響其值的大小? 答案：把裂紋擴展的每一微小過程看成是裂紋體小區域的斷裂過程，則設想應力強度因子幅度K=Kmax-Kmin是疲憊裂紋擴展的把握因子，當K小于某臨界值Kth時，疲憊裂紋不擴展，所以Kth叫疲憊裂紋擴展的門檻值。 應力比、顯微組織、環境及試樣的尺寸等因素對Kth的影響很大。 KI稱為I型裂紋的應力場強度因子，它是衡量裂紋頂端應力場猛烈程度的函數，打算于應力水平、裂紋尺寸和外形。塑性區尺寸較裂紋尺寸a及靜截面尺寸為小時（小一個數量級以上），即在所謂的小范圍屈服裂紋的應力場強度因子與其斷裂韌度相比較，若裂紋要失穩擴展脆斷，則應有：這就是斷裂K判據。應力

25、強度因子K1是描寫裂紋尖端應力場強弱程度的復合力學參量，可將它看作推動裂紋擴展的動力。對于受載的裂紋體，當K1增大到某一臨界值時，裂紋尖端足夠大的范圍內應力達到了材料的斷裂強度，裂紋便失穩擴展而導致斷裂。這一臨界值便稱為斷裂韌度Kc或K1c。意義：KC平面應力斷裂韌度（薄板受力狀態）KIC平面應變斷裂韌度（厚板受力狀態）16.有一大型板件，材料的0.2=1200MPa，KIc=115MPa*m1/2，探傷發覺有20mm長的橫向穿透裂紋，若在平均軸向拉應力900MPa下工作，試計算KI及塑性區寬度R0，并推斷該件是否平安？解：由題意知穿透裂紋受到的應力為=900MPa依據/0.2的值，確定裂紋斷

26、裂韌度KIC是否休要修正 由于/0.2=900/1200=0.75>0.7，所以裂紋斷裂韌度KIC需要修正對于無限板的中心穿透裂紋，修正后的KI為： = （MPa*m1/2）塑性區寬度為： =0.004417937(m)= 2.21(mm)比較K1與KIc：由于K1=168.13（MPa*m1/2）KIc=115（MPa*m1/2）所以：K1>KIc ，裂紋會失穩擴展 , 所以該件擔憂全。17.有一軸件平行軸向工作應力150MPa，使用中發覺橫向疲憊脆性正斷，斷口分析表明有25mm深度的表面半橢圓疲憊區，依據裂紋a/c可以確定=1，測試材料的0.2=720MPa ，試估算材料的斷裂

27、韌度KIC為多少？解： 由于/0.2=150/720=0.208<0.7，所以裂紋斷裂韌度KIC不需要修正對于無限板的中心穿透裂紋，修正后的KI為：KIC=Ycac1/2對于表面半橢圓裂紋，Y=1.1/=1.1所以，KIC=Ycac1/2=1.1=46.229（MPa*m1/2）第五章材料的疲憊一、解釋下列名詞 腐蝕疲憊：材料或零件在交變應力和腐蝕介質的共同作用下造成的失效。 應力腐蝕：材料或零件在應力和腐蝕環境的共同作用下引起的破壞。氫脆：就是材料在使用前內部已含有足夠的氫并導致了脆性破壞。二意義-1：疲憊強度。對稱循環應力作用下的彎曲疲憊極限（強度）。（是在循環應力周次增加到肯定臨界

28、值后，材料應力基本不再降低時的應力值；或是應力循環107周次材料不斷裂所對應的應力值。）-1p：對稱拉壓疲憊極限。-1：對稱扭轉疲憊極限。-1N；缺口試樣在對稱應力循環作用下的疲憊極限。三、如何推斷某一零件的破壞是由應力腐蝕引起的? 答案：應力腐蝕引起的破壞，常有以下特點： 1、造成應力腐蝕破壞的是靜應力，遠低于材料的屈服強度，而且一舶是拉伸應力。 2、應力腐蝕造成的破壞，是腕性斷裂，沒有明顯的塑性變形。 3、只有在特定的合金成分與特定的介質相組合時才會造成應力腐蝕。 4、應力腐蝕的裂紋擴展速率一般在10-9一10-6m/s，有點象疲憊，是漸進緩慢的，這種亞臨界的擴展狀況始終達到某一臨界尺寸，

29、使剩余下的斷面不能承受外載時，就突然發生斷裂。 5、應力腐蝕的裂紋多起源于表面蝕坑處，而裂紋的傳播途徑常垂直于拉力軸。 6、應力腐蝕破壞的斷口，其顏色灰暗，表面常有腐蝕產物，而疲憊斷口的表面，假如是新穎斷口經常較光滑，有光澤。 7、應力腐蝕的主裂紋擴展時常有分枝。但不要形成確定化的概念，應力腐蝕裂紋并不總是分技的。 8、應力腐蝕引起的斷裂可以是穿晶斷裂，也可以是晶間斷裂。假如是穿晶斷裂，其斷口是解理或準解理的，其裂紋有似人字形或羽毛狀的標記。四、如何識別氫脆與應力腐蝕？ 答案：氫脆和應力腐蝕相比，其特點表現在： 1、試驗室中識別氫脆與應力腐蝕的一種方法是，當施加一小的陽極電流，如使開裂加速，則

30、為應力腐蝕；而當施加一小的陰極電流，使開裂加速者則為氫脆。 2、在強度較低的材料中，或者雖為高強度材料但受力不大，存在的殘余拉應力也較小這時其斷裂源都不在表面，而是在表面以下的某一深度，此處三向拉應力最大，氫濃集在這里造成斷裂。 3、斷裂的主裂紋沒有分枝的悄況這和應力腐蝕的裂紋是截然不同的。 4、氦脆斷口上一般沒有腐蝕產物或者其量極微。 5、大多數的氫脆斷裂(氫化物的氫脆除外)，都表現出對溫度和形變速率有猛烈的依靠關系。氫脆只在肯定的溫度范圍內消滅，消滅氫脆的溫度區間打算于合金的化學成分和形變速率。疲憊缺口敏感度：金屬材料在交變載荷作用下的缺口敏感性用疲憊缺口敏感度qf來評定 qf=（Kf-1

31、)/(kt-1) Kt為理論應力集中系數，kf為疲憊缺口系數。kf為光滑試樣與缺口試樣疲憊極限之比kf =-1/-1N過載損傷界；抗疲憊過載損傷的力量用過載損傷界表示。疲憊門檻值：Kth是疲憊裂紋不擴展的 K（應力強度因子范圍）臨界值，稱為疲憊裂紋擴展門檻值。表示材料阻擋疲憊裂紋開頭擴展的性能。9.試述疲憊微觀斷口的特征及其形成過程。微觀形貌有疲憊條帶。滑移系多的面心立方金屬，其疲憊條帶明顯滑移系少或組織簡單的金屬，其疲憊條帶短窄而紊亂。疲憊裂紋擴展的塑性鈍化模型(Laird模型)：圖中(a),在交變應力為零時裂紋閉合。圖(b)，裂紋張開，在裂紋尖端沿最大切應力方向產生滑移。圖(c),裂紋張開

32、至最大，塑性變形區擴大，裂紋尖端張開呈半圓形，裂紋停止擴展。由于塑性變形裂紋尖端的應力集中減小，裂紋停止擴展的過程稱為“塑性鈍化”。圖(d)，當應力變為壓縮應力時，滑移方向也轉變了，裂紋尖端被壓彎成“耳狀”切口。圖(e)，到壓縮應力為最大值時，裂紋完全閉合，裂紋尖端又由鈍便銳。13.試述金屬的硬化與軟化現象及產生條件。金屬材料在恒定應變范圍循環作用下，隨循環周次增加其應力不斷增加，即為循環硬化。金屬材料在恒定應變范圍循環作用下，隨循環周次增加其應力漸漸減小，即為循環軟化。金屬材料產生循環硬化與軟化取決于材料的初始狀態、結構特性以及應變幅和溫度等。循環硬化和軟化與b / s有關：b / s>

33、;1.4，表現為循環硬化；b / s<1.2，表現為循環軟化；1.2<b / s<1.4，材料比較穩定，無明顯循環硬化和軟化現象。也可用應變硬化指數n來推斷循環應變對材料的影響，n<1軟化，n>1硬化。退火狀態的塑性材料往往表現為循環硬化，加工硬化的材料表現為循環軟化。循環硬化和軟化與位錯的運動有關：退火軟金屬中，位錯產生交互作用，運動阻力增大而硬化。冷加工后的金屬中，有位錯纏結，在循環應力下破壞，阻力變小而軟化。14.試述低周疲憊的規律及曼森-柯芬關系。低周疲憊的應變-壽命曲線如圖5-34，曼森-柯芬等分析了低周疲憊的試驗結果，提出了低周疲憊壽命的公式：請結合該

34、公式，分析圖5-34的變化規律，指出低周疲憊和高周疲憊的什么起主導作用，選材時應分別以什么性能為主？答：低周疲憊壽命的公式由彈性應變和塑性應變兩部分對應的壽命公式組成，其對應的公式分別為：將以上兩公式兩邊分別取對數，在對數坐標上，上兩公式就變成了兩條直線，分別代表彈性應變幅-壽命線和塑性應變幅-壽命線。兩條直線斜率不同，其交點對應的壽命稱為過渡壽命。在交點左側，即低周疲憊范圍內，塑性應變幅起主導作用，材料的疲憊壽命由塑性把握；在高周疲憊區，彈性應變幅起主導作用，材料的疲憊壽命由強度把握。選材時，高周疲憊主要考慮強度，低周疲憊考慮塑性。第六章金屬的應力腐蝕和氫脆斷裂 一、名詞解釋 1、 應力腐蝕

35、：金屬在拉應力和特定的化學介質共同作用下，經過一段時間后所產生的低應力脆斷現象。 2、氫脆：由于氫和應力共同作用而導致的金屬材料產生脆性斷裂的現象。 3、白點：當鋼中含有過量的氫時，隨著溫度降低氫在鋼中的溶解度減小。假如過飽和的氫未能集中逸出，便聚集在某些缺陷處而形成氫分子。此時，氫的體積發生急劇膨脹，內壓力很大足以將金屬局部撕裂，而形成微裂紋。 4、氫化物致脆：對于B或B族金屬，由于它們與氫有較大的親和力，極易生成脆性氫化物，是金屬脆化，這種現象稱氫化物致脆。 5、 氫致延滯斷裂：這種由于氫的作用而產生的延滯斷裂現象稱為氫致延滯斷裂。二、說明下列力學性能指標的意義 1、 scc：材料不發生應

36、力腐蝕的臨界應力。 2、 K1scc：應力腐蝕臨界應力場強度因子。 3、da/dt：盈利腐蝕列紋擴展速率。三、如何提高材料或零件的抗粘著磨損力量? 答案： 1、留意一對摩擦副的配對。不要用淬硬鋼與軟鋼配對；不要用軟金屬與軟金屬配對。 2、金屬間互溶程度越小，晶體結構不同，原子尺寸差別較大，形成化合物傾向較大的金屬，構成摩擦副時粘著磨損就較稍微。 3、通過表面化學熱處理，如滲硫、硫氮共镕、磷化、軟氮化等熱處理工藝，使表面生成一化合物薄膜，或為硫化物，磷化物，含氮的化合物，使摩擦系數減小，起到減磨作用也減小粘著磨損。 4、改善潤滑條件。四、在什么條件下發生微動磨損?如何削減微動磨損? 答案：微動磨

37、損通常發生在一對緊協作的零件，在載荷和肯定的振動頻率作用下，較長時間后會產生松動，這種松動只是微米級的相對滑動，而微小的相對滑動導致了接觸金屬間的粘著，隨后是粘看點的剪切，粘著物脫落。在大氣環境下這些脫落物被氧化成氧化物磨屑，由于兩摩擦表面的緊密協作，磨屑不易排出，這些磨屑起著磨料的作用，加速了微動磨損的過程。滾壓、噴九和表面化學熱處理都可由于表層產生壓應力，能有效地削減微動磨損。6.何謂氫致延滯斷裂？為什么高強度鋼的氫致延滯斷裂是在肯定的應變速率下和肯定的溫度范圍內消滅？答：高強度鋼中固溶肯定量的氫，在低于屈服強度的應力持續作用下，經過一段孕育期后，金屬內部形成裂紋，發生斷裂。-氫致延滯斷裂

38、。由于氫致延滯斷裂的機理主要是氫固溶于金屬晶格中，產生晶格膨脹畸變，與刃位錯交互作用，氫易遷移到位錯拉應力處，形成氫氣團。當應變速率較低而溫度較高時，氫氣團能跟得上位錯運動，但滯后位錯肯定距離。因此，氣團對位錯起“釘扎”作用，產生局部硬化。當位錯運動受阻，產生位錯塞積，氫氣團易于在塞積處聚集，產生應力集中，導致微裂紋。若應變速率過高以及溫度低的狀況下，氫氣團不能跟上位錯運動，便不能產生“釘扎”作用，也不行能在位錯塞積處聚集，產生應力集中，導致微裂紋。所以氫致延滯斷裂是在肯定的應變速率下和肯定的溫度范圍內消滅的。第七章磨損：機件表面相互接觸并產生相對運動，表面漸漸有微小顆粒分別出來形成磨屑，使表

39、面材料漸漸損失、造成表面損傷的現象。接觸疲憊：兩接觸面做滾動或滾動加滑動摩擦時，在交變接觸壓應力長期作用下，材料表面因疲憊損傷，導致局部區域產生小片金屬剝落而使材料損失的現象。3.粘著磨損產生的條件、機理及其防止措施 - 又稱為咬合磨損，在滑動摩擦條件下，摩擦副相對滑動速度較小，因缺乏潤滑油，摩擦副表面無氧化膜，且單位法向載荷很大，以致接觸應力超過實際接觸點處屈服強度而產生的一種磨損。磨損機理：實際接觸點局部應力引起塑性變形，使兩接觸面的原子產生粘著。粘著點從軟的一方被剪斷轉移到硬的一方金屬表面，隨后脫落形成磨屑舊的粘著點剪斷后，新的粘著點產生，隨后也被剪斷、轉移。如此重復，形成磨損過程。改善

40、粘著磨損耐磨性的措施1.選擇合適的摩擦副配對材料選擇原則：配對材料的粘著傾向小互溶性小表面易形成化合物的材料金屬與非金屬配對2.接受表面化學熱處理轉變材料表面狀態進行滲硫、磷化、碳氮共滲等在表面形成一層化合物或非金屬層，即避開摩擦副直接接觸又減小摩擦因素。3.把握摩擦滑動速度和接觸壓力減小滑動速度和接觸壓力能有效降低粘著磨損。4.其他途徑改善潤滑條件，降低表面粗糙度，提高氧化膜與機體結合力都能降低粘著磨損。影響接觸疲憊壽命的因素？內因1.非金屬夾雜物脆性非金屬夾雜物對疲憊強度有害適量的塑性非金屬夾雜物（硫化物）能提高接觸疲憊強度塑性硫化物隨基體一起塑性變形，當硫化物把脆性夾雜物包住形成共生夾雜

41、物時，可以降低脆性夾雜物的不良影響。生產上盡可能削減鋼中非金屬夾雜物。2.熱處理組織狀態接觸疲憊強度主要取決于材料的抗剪切強度，并有肯定的韌性相協作。當馬氏體含碳量在0.40.5w%時，接觸疲憊壽命最高。馬氏體和殘余奧氏體的級別殘余奧氏體越多，馬氏體針越粗大，越簡潔產生微裂紋，疲憊強度低。未溶碳化物和帶狀碳化物越多，接觸疲憊壽命越低。3.表面硬度和心部硬度在肯定硬度范圍內，接觸疲憊強度隨硬度的上升而增加，但并不保持正比線性關系。表面形成一層極薄的殘余奧氏體層，因表面產生微量塑性變形和磨損，增加了接觸面積，減小了應力集中，反而增加了接觸疲憊壽命。滲碳件心部硬度太低，表層硬度梯度過大，易在過渡區內形成裂紋而產生深層剝落。表面硬化層深度和殘余內應力硬化深度要適中，殘余壓