昆明理工大学材料性能学.doc

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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除1、低温脆性 体心立方金属或合金：实验温度低于Tk时，韧性状态转变为脆性状态；断裂机理由微孔聚集变为穿晶解离；断口特征由纤维状变为结晶状。面心立方金属无低温脆性。3、冲击韧性 表示单位面积吸收冲击功的平均值，由于缺口处应力分布不均，因此ak无明确的物理意义；ak可表示材料的脆性倾向，但不能真正反映材料的韧脆程度。4、接触疲劳 两接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时，交变接触压应力长期作用使材料表面疲劳损伤，局部区域出现小片或小块状材料剥落，而使材料磨损的现象。5、蠕变 材料在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。6、断裂韧度 KICKC

2、,KIC是材料本身的力学性能指标，只与材料成分、组织结构有关。10、滞弹性 材料在加速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。组织越不均匀，温度越高，切应力分量越大，滞弹性就越明显。11、磨损 磨损是在摩擦作用下物体相对运动时，表面逐渐分离出磨屑，使接触表面不断发生尺寸变化与重量损失的现象。12应力腐蚀 由拉伸应力和腐蚀介质联合作用而引起的低应力脆性断裂称为应力腐蚀。15、等强温度 晶界和晶内强度相等的温度称为等温强度。16、解理断裂在正应力作用力，由于原子间结合键破坏引起沿特定晶面发生脆性穿晶断裂称为解理断裂。18、粘弹性 材料在外力作用下，弹性和粘性两种变形机理同时存在的力学

3、行为。其特征是应变对应力的响应不是瞬时完成的，需要通过一个弛豫过程。19、内 耗 内耗是材料的一种重要的力学和物理性能，在力学上，内耗也称为材料的循环韧性，表示材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力。21、应力软性系数 =Tmax/max；大表示切应力分量大，应力状态软，易塑性变形；小表示正应力分量大，应力状态硬，易脆性断裂。22、颈 缩 是一些金属材料和高分子材料在拉伸试验时，变形集中于局部区域的特殊状态，它是在应变硬化与截面减小的共同作用下，因应变硬化跟不上塑性变形的发展，使变形集中于试样局部区域而产生的。23、屈服现象 在变形过程中，外力不断增加，试样仍然继续伸长；或外力增加到一定值时突

4、然下降，随后在外力不增加或上下波动的情况下试样可以继续深长变形的现象。24、缺口效应 缺口外造成应力应变集中（效应一）；缺口的存在改变与缺口前方的应力状态，使平板中材料所受的应力由单向拉伸改变为两相拉伸或三相拉伸（效应二）；再有缺口的条件下，试样的屈服应力比单项拉伸时的要高，差生了缺口强化效应（效应三）34、交换能和交换积分常数 因交换作用所产生的附加能量称为交换能。，其中A为交换积分常数。35、铁氧体由以三价铁离子作为主要正离子成分的若干种氧化物组成,并呈现亚铁磁性或反铁磁性材料36、弹性模量 弹性模量是材料发单位应变时的应力，是原子间结合强度的一个标志。它表征材料抵抗形变的能力，是一个重要

5、的材料常数。1、说明多晶体塑性变形的主要特点？主要特点：（1）各晶粒变形的不同时性和不均匀性；（2）各晶粒变形的相互协调性。3、金属的断裂类型按断裂机理可以分为几类，说明其微观端口特征？（1）分为解理断裂和剪切断裂；（2）剪切断裂是材料在切应力作用下沿滑移面分离而造成的断裂。单晶体：断口上有很多直线状的滑移痕迹；多晶体：微观断口上的花样由“蛇形滑动”变为“涟波”花样，进而变为“延伸区”。剪切断裂的另一种形式为微孔聚集型断裂。断裂过程包括形核、长大、聚合和断裂。（3）解理断裂是在正应力的作用下，由于院子间结合键的破坏引起的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂称为解理断裂。微观特征：解理台阶、河流花样、舌

6、状花样。4、说明屈服现象的特征及其产生原因？当退火低碳钢试样的拉伸力达到Fs后，材料开始产生不均匀的塑性变形，力，伸长曲线上出现平台或锯齿。在此过程中，外力不断增加，试样仍然继续伸长；或外力增加到一定数值时突然下降，随后在外力不增加或上下波动的情况下试样可以继续深长变形的现象。其本质是金属在塑性变形时C(N)原子与位错交互作用形成柯氏气团，对位错形成钉扎作用，需要使用更大的外力克服柯氏气团才能使位错继续移动，而一旦克服了柯氏气团，位错运动所需要的外力降低，宏观上就表现为屈服现象。6、说明蠕变变形和断裂的机理？蠕变：材料在长时间恒温、恒载荷作用下缓慢的产生塑性变形的现象。变形机理：（1）位错滑移

7、蠕变机理：材料的塑性变形主要是由于为错的滑移引起的，在一定的载荷作用下，滑移面上的位错运动到一定程度后，位错运动受阻发生塞积，就不能继续滑移，就只能产生一定的塑性变形。（2）扩散蠕变机理：空位的扩散引起原子像相反的方向扩散，从而引起晶粒沿拉伸轴方向伸长，垂直于拉伸轴方向收缩，致使晶体产生蠕变。（3）晶界滑动蠕变机理：晶界在外力的作用下，会发生相对滑动变形，在常温下，可忽略不计，但在高温时，晶界的相对滑动可以引起明显的塑性变形，产生蠕变。（4）粘弹性机理：高分子材料在恒定应力的作用下，分子链由卷曲状态逐渐伸展，发生蠕变变形。外力减小或除去后，体系自发去想熵值增大的状态，分子链恢复，表现为高分子材

8、料的蠕变恢复特性。断裂机理：（1）对于不含裂纹的高温机件，在高温长期服役过程中，由于蠕变裂纹相对均匀地再机件内部萌生和扩展，显微结构变化引起的蠕变抗力的降低以及环境损伤导致的断裂；（2）高温工程机件中，原来就存在裂纹或类似裂纹的缺陷，其断裂由于主裂纹的扩展引起。17、疲劳断口的宏观，微观特征及形成机理？宏观特性：三个特征区：疲劳源，疲劳裂纹扩展区，瞬断区。疲劳源：形成位置多在表面，其特点是光亮且硬度高，数量可以是一个或多个，它的形成与机件的应力状态及过载程度有关，应力水平越高，疲劳源越多。疲劳裂纹扩展区：光滑、有贝纹线还有裂纹扩展台阶。贝裂纹是疲劳区的最典型的特征。一般是因载荷变动引起的，贝纹

9、线的特征是一簇以疲劳源为圆心的平行弧线贝纹线的范围与过载程度及材料的性质有关。贝纹线的形状由裂纹前沿线各点的扩展速度、载荷类型、过载程度及应力集中等决定。瞬断区：脆性材料断口呈结晶状，韧性材料断口呈放射状，有剪切唇区存在，瞬断区一般在疲劳源对侧，面积与应力水平和材料韧性有关。在疲劳亚临界扩展阶段，裂纹随循环增加不断增加，当增加到临界尺寸Ac时应力尖端的应力场强度因子KI达到材料断裂韧性KIC时，裂纹就失稳快速扩展，导致机件瞬时断裂。微观特征：韧性或脆性疲劳条带是略呈弯曲并相互平行的沟槽状花样，与裂纹扩展方向垂直，是裂纹扩展时留下的微观痕迹。形成机制：(1)韧性疲劳条带形成过程：在变动循环应力作

10、用下，裂纹尖端的塑性张开钝化和闭合锐化，使裂纹向前延续扩展。(2)脆性疲劳条带形成过程：疲劳裂纹的扩展是断续的，通过主裂纹的前方萌生新裂核，长大并与主裂纹连接来实现。31、简述格里菲斯微裂纹理论及其裂纹扩展的条件。格里菲斯认为实际材料中总是存在许多细小的裂纹或者缺陷。在外力作用下产生应力集中现象，当应力达到一定程度时，裂纹开始扩散，导致断裂，所以断裂并不是晶体两部分同时沿整个截面被拉断，而是裂纹扩散的结果。格里菲斯从能量平衡观点出发，认为裂纹扩展的条件是，物体你储存的弹性应变的减小大于或等于开裂成两个新表面所需增加的表面能，即认为物体内储存的弹性应变能降低（或释放）就是裂纹扩散的动力，否则，裂

11、纹不会扩散。32、裂纹形成原因有哪些？哪些措施可以防止裂纹扩散？（1）裂纹形成原因：由于晶体微观结构中存在缺陷，当受到外力作用时，在这些缺陷处就会引起应力集中，导致裂纹的成核，引起初始裂纹。材料表面的机械损伤与化学腐蚀形成表面裂纹最危险的裂纹。热应力形成裂纹，多晶多相材料，各相膨胀收缩不同而在晶界或相界出现应力集中，导致裂纹产生，材料内部和表面存在温差时，产生热应力，导致表面裂纹产生，温度变化发生晶型转变时，因体积变化产生裂纹。（2）防止措施：使用应力不超过临界应力；在材料中设置吸收能量的机构，阻止裂纹扩散；人为地在材料中造成大量极微细的小于临界尺寸的裂纹，也可以吸收能量，阻止裂纹的扩展。36

12、.有一构件，实际使用应力为1.3GPa，现有两种刚待选，甲钢，ys=1.95GPa，KIC=45MPa*m1/2；乙钢，ys=1.56GPa，KIC=75MPa* m1/2试计算两种钢材的断裂应力，并指何种钢材更安全可靠（设Y=1.5，最大裂纹尺寸为1mm）。 由于甲钢1.0GPa1.3GPa，因此甲钢不安全，乙钢更为安全。四、画图题1、画出max（min）m疲劳图，说明如何求不同应力比的疲劳极限r？AB曲线：maxm曲线；CA曲线：minm曲线；OA曲线：(max+min)/2r=max(AB线上) ；tan=max/min=max/(max+min)*1/2=2/(1+r)2、画出用和se

13、表达的拉伸曲线，说明通过拉伸试验能够获得的力学性能指标？应力腐蚀断裂的条件及特征：应力。必须有拉应力存在才能引起应力腐蚀。拉应力愈大，则断裂所需时间愈短。介质。材料发生应力腐蚀需要形成一个应力腐蚀体系，一定的材料必须和一定的介质的相互结合，才会发生应力腐蚀断裂。速度。应力腐蚀断裂速度远大于没有应力时的腐蚀速度，又远小于单纯力学因素引起的断裂速度。腐蚀断裂形态。金属发生应力腐蚀时，仅在局部区域出现从表及里的断裂。断裂的共同特点是在主干裂纹延伸的同时，还有若干分支同时发展。断裂表面可见到“泥状花样”的腐蚀产物及腐蚀坑。布氏硬度、维氏硬度测试原理基本上一致，以压头在试件表面留下的压痕上承受的平均应力

14、表示材料的硬度。洛氏硬度则是以压痕的深浅表示材料的硬度。（3分）压痕特点：布氏硬度为球冠；洛氏硬度HRC为圆锥坑，HRB为球冠；维氏硬度为四棱锥坑。（3分）渗碳层的硬度梯度：显微维氏硬度Hv。（1分）淬火钢：洛氏硬度HRC。（1分）灰口铸铁：布氏硬度HBS。（1分）高速钢刀具：洛氏硬度HRC。（1分）氮化层硬度：（显微）维氏硬度Hv。（1分）退火态20钢：布氏硬度HBS。（1分）格里菲斯理论的基本假设：实际结构中往往存在微裂纹而不是理想的状态。（1分）c=aEa2Ea为裂纹半长，E-杨氏模量，-表面能密度；（写出上面任意一个都可以）（2分）适用条件：玻璃等脆性材料。（1分）韧脆转化温度：在一定

15、的加载方式下，当温度冷却到某一温度或温度范围时，出现韧性断裂向脆性断裂的转变，该温度称为韧脆转化温度。疲劳强度：通常指规定的应力循环周次下试件不发生疲劳破坏所承受的上限应力值。内耗：材料在弹性范围内加载时由于一部分变形功被材料吸收，则这部份能量称为内耗。3、答：(本题6分)V15TT：以V型切口冲击试件的冲击功AK20.35J对应的温度为韧脆转化温度。（1分）FATT50：结晶状断口区所占面积为50的温度作为的韧脆转化温度。（1分）:10：标距等于10d0的长试样的伸长率。e：拉伸实验得到的比例极限。（1分）0：脉动载荷的疲劳强度。（1分）0.05：拉伸实验中得到的规定非比例伸长为0.05%对

16、应的应力，通常用来表示弹性指标。（1分1、答：（本题6分）渗碳层的硬度分布采用维氏显微硬度测量，指标为HV0.1；淬火钢采用洛氏硬度测量，具体指标为HRC；灰口铸铁采用布氏硬度测量，指标用HBS；氮化层可以采用表面洛氏硬度来测量，高速钢刀具可以采用洛氏硬度HRC测量；退火态下的软钢用布氏硬度HBS测量滞弹性:在快速加载、卸载后，随着时间的延长产生附加弹性应变的现象。低温脆性:某些材料当其低于某一温度时，材料由韧性状态变为脆性状态，这种现象为低温脆性。3、答：(本题10分)0.2：规定残余伸长为0.2%的所对应的应力，通常表示条件屈服强度。（2分）1：对称交变载荷的疲劳强度。（2分）14FATT50：结晶区占整个断口面积为50的温度。（2分）10：标距长度等于10d0的长试样的伸长率。（2分）p：拉伸实验中得到的比例极限。（2分）【精品文档】第 4 页