综合项目工程材料力学性能课后习题答案.doc

《工程材料力学性能》（第二版）课后答案

第一章　材料单向静拉伸载荷下力学性能
一、解释下列名词
滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。
静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗功。
弹性极限：试样加载后再卸裁，以不浮现残留永久变形为原则，材料
可以完全弹性恢复最高应力。
比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系最高应力。
包申格效应：指原先通过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限
(σP)或屈服强度(σS)增长；反向加载时弹性极限(σP)或屈服
强度(σS)减少现象。

解理断裂：沿一定晶体学平面产生迅速穿晶断裂。晶体学平面－－解理面，普通是低指数，表面能低晶面。
解理面：在解理断裂中具备低指数，表面能低晶体学平面。
韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态现象（冲击吸取功明显下降，断裂机理由微孔汇集型转变穿晶断裂，断口特性由纤维状转变为结晶状）。
静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗功叫做静力韧度。是一种强度与塑性综合指标，是表达静载下材料强度与塑性最佳配合。

二、金属弹性模量重要取决于什么?为什么说它是一种对构造不敏感力学性能?
答案：金属弹性模量重要取决于金属键本性和原子间结合力，而材料成分和组织对它影响不大，因此说它是一种对组织不敏感性能指标，这是弹性模量在性能上重要特点。变化材料成分和组织会对材料强度(如屈服强度、抗拉强度)有明显影响，但对材料刚度影响不大。
三、什么是包申格效应，如何解释，它有什么实际意义?
答案：包申格效应就是指原先通过变形，然后在反向加载时弹性极限或屈服强度减少现象。特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零，这阐明在反向加载时塑性变形及时开始了。
包申格效应可以用位错理论解释。第一，在原先加载变形时，位错源在滑移面上产生位错遇到障碍，塞积后便产生了背应力，这背应力反作用于位错源，当背应力(取决于塞积时产生应力集中)足够大时，可使位错源停止开动。背应力是一种长程(晶粒或位错胞尺寸范畴)内应力，是金属基体平均内应力度量。由于预变形时位错运动方向和背应力方向相反，而当反向加载时位错运动方向与本来方向相反了，和背应力方向一致，背应力协助位错运动，塑性变形容易了，于是，通过预变形再反向加载，其屈服强度就减少了。这普通被以为是产生包申格效应重要因素。另一方面，在反向加载时，在滑移面上产生位错与预变形位错异号，要引起异号位错消毁，这也会引起材料软化，屈服强度减少。
实际意义：在工程应用上，一方面是材料加工成型工艺需要考虑包申格效应。另一方面，包申格效应大材料，内应力较大。此外包申格效应和材料疲劳强度也有密切关系，在高周疲劳中，包申格效应小疲劳寿命高，而包申格效应大，由于疲劳软化也较严重，对高周疲劳寿命不利。
可以从河流花样反“河流”方向去寻找裂纹源。
解理断裂是典型脆性断裂代表，微孔汇集断裂是典型塑性断裂。

5.影响屈服强度因素
重要从内因和外因两个方面考虑
与如下三个方面相联系因素都会影响到屈服强度
位错增值和运动
晶粒、晶界、第二相等
外界影响位错运动因素

（一）  影响屈服强度内因素
1．金属本性和晶格类型（结合键、晶体构造）
单晶屈服强度从理论上说是使位错开始运动临界切应力，其值与位错运动所受到阻力（晶格阻力－－派拉力、位错运动交互作用产生阻力）决定。
派拉力：

位错交互作用力

（a是与晶体本性、位错构造分布有关比例系数，L是位错间距。）
2．晶粒大小和亚构造
晶粒小→晶界多（阻碍位错运动）→位错塞积→提供应力→位错开动 →产生宏观塑性变形 。
晶粒减小将增长位错运动阻碍数目，减小晶粒内位错塞积群长度，使屈服强度减少（细晶强化）。
屈服强度与晶粒大小关系：
霍尔－派奇（Hall-Petch) σs= σi+kyd-1/2
3．溶质元素
加入溶质原子→（间隙或置换型）固溶体→（溶质原子与溶剂原子半径不同样）产生晶格畸变→产生畸变应力场→与位错应力场交互运动 →使位错受阻→提高屈服强度 （固溶强化） 。
4．第二相（弥散强化，沉淀强化）
不可变形第二相
提高位错线张力→绕过第二相→留下位错环 →两质点间距变小 → 流变应力增大。
不可变形第二相
位错切过（产生界面能），使之与机体一起产生变形，提高了屈服强度。
弥散强化：
第二相质点弥散分布在基体中起到强化作用。
沉淀强化：
第二相质点通过固溶后沉淀析出起到强化作用。

（二）  影响屈服强度外因素
1.温度
普通规律是温度升高，屈服强度减少。
因素：派拉力属于短程力，对温度十分敏感。
2.应变速率
应变速率大，强度增长。
σέ,t= C1(έ)m
3．应力状态
切应力分量越大，越有助于塑性变形，屈服强度越低。
缺口效应：试样中“缺口”存在，使得试样应力状态发生变化，从而影响材料力学性能现象。

9.细晶强化能强化金属又不减少塑性。

10.韧性断裂与脆性断裂区别。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断裂
特性：
断裂面普通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、剪切唇这三个区域比例关系与材料韧断性能关于。
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，突发断裂。
特性：
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。
断面收缩率不大于5％为脆性断裂，不不大于5％为韧性断裂。

23.断裂发生必要和充分条件之间联系和区别。
格雷菲斯裂纹理论是依照热力学原理，用能量平衡（弹性能减少与表面能增长相平衡）办法推到出了裂纹失稳扩展临界条件。该条件是是断裂发生必要条件，但并不意味着一定会断裂。
该断裂判据为：

裂纹扩展充分条件是其尖端应力要不不大于等于理论断裂强度。（是通过力学办法推到断裂判据）
该应力断裂判据为：
对比这两个判据可知：
当ρ＝3a0时，必要条件和充分条件相称
ρ<3a0时，满足必要条件就可行（同步也满足充分条件）
ρ> 3a0时，满足充分条件就可行（同步也满足必要条件）

25.
材料成分：
γs—有效表面能，重要是塑性变形功，与有效滑移系数目和可动位错关于
具备fcc构造金属有效滑移系和可动位错数目都比较多，易于塑性变形，不易脆断。
凡加入合金元素引起滑移系减少、孪生、位错钉扎都增长脆性；若合金中形成粗大第二相也使脆性增长。
杂质：
汇集在晶界上杂质会减少材料塑性，发生脆断。
温度：
σi---位错运动摩擦阻力。其值高，材料易于脆断。
bcc金属具备低温脆断现象，由于σi随着温度减低而急剧增长，同步在低温下，塑性变形一孪生为主，也易于产生裂纹。故低温脆性大。
晶粒大小：
d值小位错塞积数目少，并且晶界多。故裂纹不易产生，也不易扩展。因此细晶组织有抗脆断性能。
应力状态：
减小切应力与正应力比值应力状态都将增长金属脆性
加载速度
加载速度大，金属会发生韧脆转变。

第二章　金属在其她静载荷下力学性能
一、解释下列名词：
（1）应力状态软性系数—材料最大切应力与最大正应力比值，记为α。
（2）缺口效应——缺口材料在静载荷作用下，缺口截面上应力状态发生变化。
（3）缺口敏感度——金属材料缺口敏感性指标，用缺口试样抗拉强度与等截面尺寸光滑试样抗拉强度比值表达。
（4）布氏硬度——用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位表面积所承受实验力计算而得硬度。
（5）洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所示硬度。
（6）维氏硬度——以两相对面夹角为136。金刚石四棱锥作压头，采用单位表面积所承受实验力计算而得硬度。
（7）努氏硬度——采用两个对面角不等四棱锥金刚石压头，由实验力除以压痕投影面积得到硬度。
（8）肖氏硬度——采动载荷实验法，依照重锤回跳高度表证金属硬度。
（9）里氏硬度——采动载荷实验法，依照重锤回跳速度表证金属硬度。
二、阐明下列力学性能指标意义
（1）σｂｃ——材料抗压强度
（2）σｂｂ——材料抗弯强度
（3）τｓ——材料扭转屈服点
（4）τｂ——材料抗扭强度
（5）σｂｎ——材料抗拉强度
（6）NSR——材料缺口敏感度
（7）HBS——压头为淬火钢球材料布氏硬度
（8）HBW——压头为硬质合金球材料布氏硬度
（9）HRA——材料洛氏硬度
（１０）HRB——材料洛氏硬度
（１１）HRC——材料洛氏硬度
（１２）HV——材料维氏硬度
（１３）HK——材料努氏硬度
（１４）HS——材料肖氏硬度
（１５）HL——材料里氏硬度
三、缺口冲击韧性实验能评估那些材料低温脆性?那些材料不能用此办法检查和评估？
答案：缺口冲击韧性实验能评估材料是低、中强度体心立方金属以及Bb，Zn，这些材料冲击韧性对温度是很敏感。对高强度钢、铝合金和钛合金以及面心立方金属、陶瓷材料等不能用此办法检查和评估。
四、在评估材料缺口敏感性时，什么状况下宜选用缺口静拉伸实验?什么状况下宜选用缺口偏斜拉伸?什么状况下则选用缺口静弯实验?
答案：缺口静拉伸实验重要用于比较淬火低中温回火各种高强度钢，各种高强度钢在屈服强度不大于1200MPa时，其缺口强度均随着材料屈服强度提高而升高；但在屈服强度超过1200MPa以上时，则体现出不同特性，有开始减少，有还呈上升趋势。
缺口偏斜拉伸实验就是在更苛刻应力状态和实验条件下，来检查与对比不同材料或不同工艺所体现出性能差别。
缺口试样静弯实验则用来评估或比较构造钢缺口敏感度和裂纹敏感度。

7.阐明布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度实验原理和优缺陷。
1、氏硬度实验基本原理
在直径D钢珠（淬火钢或硬质合金球）上，加一定负荷F，压入被测试金属表面，保持规定期间卸除压力，依照金属表面压痕陷凹面积计算出应力值，以此值作为硬度值大小计量指标。
长处：
代表性全面，由于其压痕面积较大，能反映金属表面较大体积范畴内各构成相综合平均性能数据，故特别适当于测定灰铸铁、轴承合金等具备粗大晶粒或粗大构成相金属材料。
实验数据稳定。实验数据从小到大都可以统一起来。
缺陷：
钢球自身变形问题。对HB>450以上太硬材料，因钢球变形已很明显，影响所测数据对的性，因而不能使用。
由于压痕较大，不适当于某些表面不容许有较大压痕成品检查，也不适当于薄件实验。
不同材料需更换压头直径和变化实验力，压痕直径测量也较麻烦。

2、洛氏硬度测量原理
洛氏硬度是以压痕陷凹深度作为计量硬度值指标。
洛氏硬度实验优缺陷
洛氏硬度实验避免了布氏硬度实验所存在缺陷。它长处是：
    1)因有硬质、软质两种压头，故适于各种不同硬质材料检查，不存在压头变形问题；
    2)压痕小，不伤工件，合用于成品检查 ；
    3)操作迅速，及时得出数据，测试效率高。
    缺陷是：代表性差，用不同硬度级测得硬度值无法统一起来，无法进行比较。
3、维氏硬度测定原理
维氏硬度测定原理和布氏硬度相似,也是依照单位压痕陷凹面积上承受负荷，即应力值作为硬度值计量指标。
维氏硬度优缺陷
1）、不存在布氏那种负荷F和压头直径D规定条件约束，以及压头变形问题；
2）、也不存在洛氏那种硬度值无法统一问题；
3）、它和洛氏同样可以实验任何软硬材料，并且比洛氏能更好地测试极薄件(或薄层)硬度，压痕测量精准度高，硬度值较为精准。
4）、负荷大小可任意选取。（维氏显微硬度）
唯一缺陷是硬度值需通过测量对角线后才干计算(或查表)出来，因而生产效率没有洛氏硬度高。

8.今有如下零件和材料需要测定硬度，试阐明选取何种硬度实验办法为宜。
（1）渗碳层硬度分布；（2）淬火钢；（3）灰铸铁；（4）鉴别钢中隐晶马氏体和残存奥氏体；（5）仪表小黄铜齿轮；（6）龙门刨床导轨；（7）渗氮层；（8）高速钢刀具；（9）退火态低碳钢；（10）硬质合金。
（1）渗碳层硬度分布---- HK或-显微HV
（2）淬火钢-----HRC
（3）灰铸铁-----HB
（4）鉴别钢中隐晶马氏体和残存奥氏体-----显微HV或者HK
（5）仪表小黄铜齿轮-----HV
（6）龙门刨床导轨-----HS（肖氏硬度）或HL(里氏硬度)
（7）渗氮层-----HV
（8）高速钢刀具-----HRC
（9）退火态低碳钢-----HB
（10）硬质合金----- HRA

第三章　材料在冲击载荷下力学性能
一、解释下列名词
（1）冲击韧度—材料在冲击载荷作用下吸取塑性变形功和断裂功能力。
（2）冲击吸取功——冲击弯曲实验中试样变形和断裂所消耗功
（3）低温脆性——体心立方晶体金属及其合金或某些密派六方晶体金属及其合金在实验温度低于某一温度时，材料由韧性状态转变为脆性状态现象。
（4）韧脆转变温度——材料呈现低温脆性临界转变温度。
（5）韧性温度储备——材料使用温度和韧脆转变温度差值，保证材料低温服役行为。
二、阐明下列力学性能指标意义
（1）AK——材料冲击吸取功
AKV (CVN) 和AKU——V型缺口和U型缺口试样测得冲击吸取功
（2）FATT50——结晶区占整个端口面积50%时温度定义韧脆转变温度
（3）NDT——以低阶能开始上升温度定义韧脆转变温度
（4）FTE——以低阶能和高阶能平均值相应温度定义韧脆转变温度
（5）FTP——高阶能相应温度
三、J积分重要长处是什么?为什么用这种办法测定低中强度材料断裂韧性要比普通KIC测定办法其试样尺寸要小诸多？
答案：J积分有一种突出长处就是可以用来测定低中强度材料KIC。
对平面应变断裂韧性KIC，测定期规定裂纹一开始起裂，及时达到全面失稳扩展，并规定沿裂纹全长，除试样两侧表面极小地带外，所有达到平面应变状态。而JIC测定，不一定规定试样完全满足平面应变条件，实验时，只在裂纹前沿中间地段一方面起裂，然后有较长亚临界稳定扩展过程，这样只需很小实验厚度，即只在中心起裂某些满足平面应变规定，而韧带尺寸范畴可以大面积屈服，甚至全面屈服。因而．作为试样起裂点．依然是平面应变断裂韧度，这时JIC是材料性质。当试样裂纹继续扩展时，进入平面应力稳定扩展阶段，此时J不再单独是材料性质，还与试样尺寸关于。
四、如何提高陶瓷材料热冲击抗力?
答案：在工程应用中，陶瓷构件失效分析是十分重要，如果材料失效，重要是热震断裂，例如对高强、微密精细陶宠，则裂纹萌生起主导作用，为了防止热震失效提高热震断裂抗力，应当致力于提高材料强度，并减少它弹性模量和膨胀系数。若导致热震失效重要因素是热震损坏，这时裂纹扩展起重要作用，这时应当设法提高它断裂韧性，减少它强度。

什么是低温脆性、韧脆转变温度tk？产生低温脆性因素是什么？体心立方和面心立方金属低温脆性有和差别？为什么？
答：在实验温度低于某一温度tk时，会由韧性状态转变为脆性状态，冲击吸取功明显下降，断裂机理由微孔汇集型转变穿晶断裂，断口特性由纤维状转变为结晶状，这就是低温脆性。 tk称为韧脆转变温度。
低温脆性因素：
低温脆性是材料屈服强度随温度减少而急剧增长，而解理断裂强度随温度变化很小成果。如图所示：当温度高于韧脆转变温度时，断裂强度不不大于屈服强度，材料先屈服再断裂（体现为塑韧性）；当温度低于韧脆转变温度时，断裂强度不大于屈服强度，材料无屈服直接断裂（体现为脆性）。

体心立方和面心立方金属低温脆性差别：
体心立方金属低温脆性比面心立方金属低温脆性明显。
因素：
这是由于派拉力对其屈服强度影响占有很大比重，而派拉力是短程力，对温度很敏感，温度减少时，派拉力大幅增长，则其强度急剧增长而变脆。

第四章　金属断裂韧度
一、解释下列名词
（1）低应力脆断：在屈服应力如下发生断裂。
（2）张开型裂纹：拉应力垂直作用于裂纹扩展面，裂纹沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展。
（3）应力强度因子：表达应力场强弱限度。
（4）小范畴屈服：塑性尺寸较裂纹尺寸及净截面尺寸为小，小一种数量级以上屈服。
（5）有效屈服应力：发生屈服时法向应力
（6）有效裂纹长度：将原有裂纹长度与松弛后塑性区相合并得到裂纹长度
（7）裂纹扩展能量释放率：裂纹扩展单位面积时系统释放势能数值。
（8）J积分：裂纹尖端区应变能，即应力应变集中限度
（9）COD：裂纹尖端沿应力方向张开位移。
二、疲劳断口有什么特点?
答案：有疲劳源。在形成疲劳裂纹之后，裂纹慢速扩展，形成贝壳状或海滩状条纹。这种条纹开始时比较密集，后来间距逐渐增大。由于载荷间断或载荷大小变化，裂纹通过多次张开闭合并由于裂纹表面互相摩擦，形成一条条光亮弧线，叫做疲劳裂纹前沿线，这个区域普通称为疲劳裂纹扩展区，而最后断裂区则和静载下带尖锐缺口试样断口相似。对于塑性材料，断口为纤维状，对于脆性材料，则为结晶状断口。总之，一种典型疲劳断口总是由疲劳源，疲劳裂纹扩展区和最后断裂区三某些构成。
三、什么是疲劳裂纹门槛值，哪些因素影响其值大小?
答案：把裂纹扩展每一微小过程当作是裂纹体社区域断裂过程，则设想应力强度因子幅度△K=Kmax-Kmin是疲劳裂纹扩展控制因子，当△K不大于某临界值△Kth时，疲劳裂纹不扩展，因此△Kth叫疲劳裂纹扩展门槛值。
应力比、显微组织、环境及试样尺寸等因素对△Kth影响很大。

KI称为I型裂纹应力场强度因子，它是衡量裂纹顶端应力场强烈限度函数，决定于应力水平、裂纹尺寸和形状。

塑性区尺寸较裂纹尺寸a及静截面尺寸为小时（小一种数量级以上），即在所谓小范畴屈服

裂纹应力场强度因子与其断裂韧度相比较，若裂纹要失稳扩展脆断，则应有：
这就是断裂K判据。

应力强度因子KI是描写裂纹尖端应力场强弱限度复合力学参量，可将它看作推动裂纹扩展动力。对于受载裂纹体，当KI增大到某一临界值时，裂纹尖端足够大范畴内应力达到了材料断裂强度，裂纹便失稳扩展而导致断裂。这一临界值便称为断裂韧度Kc或KIc。

意义：
KC平面应力断裂韧度（薄板受力状态）
KIC平面应变断裂韧度（厚板受力状态）

16.有一大型板件，材料σ0.2=1200MPa，KIc=115MPa*m1/2，探伤发既有20mm长横向穿透裂纹，若在平均轴向拉应力900MPa下工作，试计算KI及塑性区宽度R0，并判断该件与否安全？
解：由题意知穿透裂纹受到工作应力为σ=900MPa
依照σ/σ0.2值，拟定裂纹断裂韧度KIC与否需要修正
由于σ/σ0.2=900/1200=0.75>0.7，因此裂纹断裂韧度KIC需要修正
对于无限板中心穿透裂纹，修正后KI为：

塑性区宽度为：
比较K1与KIc：
由于K1=168.13（MPa*m1/2）
KIc=115（MPa*m1/2）
因此：K1>KIc ，裂纹会失稳扩展 ，因此该件不安全。

17.有一轴件平行轴向工作应力150MPa，使用中发现横向疲劳脆性正断，断口分析表白有25mm深度表面半椭圆疲劳区，依照裂纹a/c可以拟定φ=1，测试材料σ0.2=720MPa ，试估算材料断裂韧度KIC为多少？
解：
由于σ/σ0.2=150/720=0.208<0.7，因此裂纹断裂韧度KIC不需要修正
对于无限板中心穿透裂纹，修正后KI为：
KIC=Yσcac1/2
对于表面半椭圆裂纹，Y=1.1/φ=1.1
因此，KIC=Yσcac1/2=1.1=46.229（MPa*m1/2）

第五章　材料疲劳
一、解释下列名词
腐蚀疲劳：材料或零件在交变应力和腐蚀介质共同作用下导致失效。
应力腐蚀：材料或零件在应力和腐蚀环境共同作用下引起破坏。
氢脆：就是材料在使用前内部已具有足够氢并导致了脆性破坏。
二．意义
σ-1：疲劳强度。对称循环应力作用下弯曲疲劳极限（强度）。（是在循环应力周次增长到一定临界值后，材料应力基本不再减少时应力值；或是应力循环107周次材料不断裂所相应应力值。）
σ-1p：对称拉压疲劳极限。
τ-1：对称扭转疲劳极限。
σ-1N；缺口试样在对称应力循环作用下疲劳极限。

三、如何判断某一零件破坏是由应力腐蚀引起?
答案：应力腐蚀引起破坏，常有如下特点：
1、导致应力腐蚀破坏是静应力，远低于材料屈服强度，并且普通是拉伸应力。
2、应力腐蚀导致破坏，是脆性断裂，没有明显塑性变形。
3、只有在特定合金成分与特定介质相组合时才会导致应力腐蚀。
4、应力腐蚀裂纹扩展速率普通在10-9—10-6m/s，有点象疲劳，是渐进缓慢，这种亚临界扩展状况始终达到某一临界尺寸，使剩余下断面不能承受外载时，就突然发生断裂。
5、应力腐蚀裂纹多来源于表面蚀坑处，而裂纹传播途径常垂直于拉力轴。
6、应力腐蚀破坏断口，其颜色灰暗，表面常有腐蚀产物，而疲劳断口表面，如果是新鲜断口经常较光滑，有光泽。
7、应力腐蚀主裂纹扩展时常有分枝。但不要形成绝对化概念，应力腐蚀裂纹并不总是分技。
8、应力腐蚀引起断裂可以是穿晶断裂，也可以是晶间断裂。如果是穿晶断裂，其断口是解理或准解理，其裂纹有似人字形或羽毛状标记。
四、如何辨认氢脆与应力腐蚀？
答案：氢脆和应力腐蚀相比，其特点体当前：
1、实验室中辨认氢脆与应力腐蚀一种办法是，当施加一小阳极电流，如使开裂加速，则为应力腐蚀；而当施加一小阴极电流，使开裂加速者则为氢脆。
2、在强度较低材料中，或者虽为高强度材料但受力不大，存在残存拉应力也较小这时其断裂源都不在表面，而是在表面如下某一深度，此处三向拉应力最大，氢浓集在这里导致断裂。
3、断裂主裂纹没有分枝状况，这和应力腐蚀裂纹是截然不同。
4、氢脆断口上普通没有腐蚀产物或者其量极微。
5、大多数氢脆断裂(氢化物氢脆除外)，都体现出对温度和形变速率有强烈依赖关系。氢脆只在一定温度范畴内浮现，浮现氢脆温度区间决定于合金化学成分和形变速率。

疲劳缺口敏感度：
金属材料在交变载荷作用下缺口敏感性用疲劳缺口敏感度qf来评估
qf=（Kf-1)/(kt-1)
Kt为理论应力集中系数，kf为疲劳缺口系数。
kf为光滑试样与缺口试样疲劳极限之比kf =σ-1/σ-1N

过载损伤界；抗疲劳过载损伤能力用过载损伤界表达。
疲劳门槛值：
△Kth是疲劳裂纹不扩展△ K（应力强度因子范畴）临界值，称为疲劳裂纹扩展门槛值。表达材料制止疲劳裂纹开始扩展性能。

9.试述疲劳微观断口特性及其形成过程。
微观形貌有疲劳条带。
滑移系多面心立方金属，其疲劳条带明显
滑移系少或组织复杂金属，其疲劳条带短窄而紊乱。
疲劳裂纹扩展塑性钝化模型(Laird模型)：

图中(a),在交变应力为零时裂纹闭合。
图(b)，裂纹张开，在裂纹尖端沿最大切应力方向产生滑移。
图(c),裂纹张开至最大，塑性变形区扩大，裂纹尖端张开呈半圆形，裂纹停止扩展。由于塑性变形裂纹尖端应力集中减小，裂纹停止扩展过程称为“塑性钝化”。
图(d)，当应力变为压缩应力时，滑移方向也变化了，裂纹尖端被压弯成“耳状”切口。
图(e)，到压缩应力为最大值时，裂纹完全闭合，裂纹尖端又由钝便锐。
13.试述金属硬化与软化现象及产生条件。
金属材料在恒定应变范畴循环作用下，随循环周次增长其应力不断增长，即为循环硬化。
金属材料在恒定应变范畴循环作用下，随循环周次增长其应力逐渐减小，即为循环软化。
金属材料产生循环硬化与软化取决于材料初始状态、构造特性以及应变幅和温度等。
循环硬化和软化与σb / σs关于：
σb / σs>1.4，体现为循环硬化；
σb / σs<1.2，体现为循环软化；
1.2<σb / σs<1.4，材料比较稳定，无明显循环硬化和软化现象。
也可用应变硬化指数n来判断循环应变对材料影响，n<1软化，n>1硬化。
退火状态塑性材料往往体现为循环硬化，加工硬化材料体现为循环软化。
循环硬化和软化与位错运动关于：
退火软金属中，位错产生交互作用，运动阻力增大而硬化。
冷加工后金属中，有位错缠结，在循环应力下破坏，阻力变小而软化。

14.试述低周疲劳规律及曼森-柯芬关系。
低周疲劳应变-寿命曲线如图5-34，曼森-柯芬等分析了低周疲劳实验成果，提出了低周疲劳寿命公式：

请结合该公式，分析图5-34变化规律，指出低周疲劳和高周疲劳什么起主导作用，选材时应分别以什么性能为主？

答：低周疲劳寿命公式由弹性应变和塑性应变两某些相应寿命公式构成，其相应公式分别为：

将以上两公式两边分别取对数，在对数坐标上，上两公式就变成了两条直线，分别代表弹性应变幅-寿命线和塑性应变幅-寿命线。两条直线斜率不同，其交点相应寿命称为过渡寿命。在交点左侧，即低周疲劳范畴内，塑性应变幅起主导作用，材料疲劳寿命由塑性控制；在高周疲劳区，弹性应变幅起主导作用，材料疲劳寿命由强度控制。选材时，高周疲劳重要考虑强度，低周疲劳考虑塑性。

第六章　金属应力腐蚀和氢脆断裂
一、名词解释
1、应力腐蚀：金属在拉应力和特定化学介质共同作用下，通过一段时间后所产生低应力脆断现象。
2、氢脆：由于氢和应力共同作用而导致金属材料产生脆性断裂现象。
3、白点：当钢中具有过量氢时，随着温度减少氢在钢中溶解度减小。如果过饱和氢未能扩散逸出，便汇集在某些缺陷处而形成氢分子。此时，氢体积发生急剧膨胀，内压力很大足以将金属局部扯破，而形成微裂纹。
4、氢化物致脆：对于ⅣB或ⅤB族金属，由于它们与氢有较大亲和力，极易生成脆性氢化物，是金属脆化，这种现象称氢化物致脆。
5、氢致延滞断裂：这种由于氢作用而产生延滞断裂现象称为氢致延滞断裂。
二、阐明下列力学性能指标意义
1、σscc：材料不发生应力腐蚀临界应力。
2、KIscc：应力腐蚀临界应力场强度因子。
3、da/dt：应利腐蚀裂纹扩展速率。
三、如何提高材料或零件抗粘着磨损能力?
答案：
1、注意一对摩擦副配对。不要用淬硬钢与软钢配对；不要用软金属与软金属配对。
2、金属间互溶限度越小，晶体构造不同，原子尺寸差别较大，形成化合物倾向较大金属，构成摩擦副时粘着磨损就较轻微。
3、通过表面化学热解决，如渗硫、硫氮共熔、磷化、软氮化等热解决工艺，使表面生成一化合物薄膜，或为硫化物，磷化物，含氮化合物，使摩擦系数减小，起到减磨作用也减小粘着磨损。
4、改进润滑条件。
四、在什么条件下发生微动磨损?如何减少微动磨损?
答案：微动磨损普通发生在一对紧密配合零件，在载荷和一定振动频率作用下，较长时间后会产生松动，这种松动只是微米级相对滑动，而微小相对滑动导致了接触金属间粘着，随后是粘着点剪切，粘着物脱落。在大气环境下这些脱落物被氧化成氧化物磨屑，由于两摩擦表面紧密配合，磨屑不易排出，这些磨屑起着磨料作用，加速了微动磨损过程。滚压、喷九和表面化学热解决都可由于表层产生压应力，能有效地减少微动磨损。

6.何谓氢致延滞断裂？为什么高强度钢氢致延滞断裂是在一定应变速率下和一定温度范畴内浮现？
答：高强度钢中固溶一定量氢，在低于屈服强度应力持续作用下，通过一段孕育期后，金属内部形成裂纹，发生断裂。----氢致延滞断裂。
由于氢致延滞断裂机理重要是氢固溶于金属晶格中，产生晶格膨胀畸变，与刃位错交互作用，氢易迁移到位错拉应力处，形成氢气团。
当应变速率较低而温度较高时，氢气团能跟得上位错运动，但滞后位错一定距离。因而，气团对位错起“钉扎”作用，产生局部硬化。当位错运动受阻，产生位错塞积，氢气团易于在塞积处汇集，产生应力集中，导致微裂纹。
若应变速率过高以及温度低状况下，氢气团不能跟上位错运动，便不能产生“钉扎”作用，也不也许在位错塞积处汇集，不能产生应力集中，不会导致微裂纹。
因此氢致延滞断裂是在一定应变速率下和一定温度范畴内浮现。

第七章

磨损：机件表面互相接触并产生相对运动，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使表面材料逐渐损失、导致表面损伤现象。

接触疲劳：两接触面做滚动或滚动加滑动摩擦时，在交变接触压应力长期作用下，材料表面因疲劳损伤，导致局部区域产生小片金属剥落而使材料损失现象。

3.粘着磨损产生条件、机理及其防止办法
----- 又称为咬合磨损，在滑动摩擦条件下，摩擦副相对滑动速度较小，因缺少润滑油，摩擦副表面无氧化膜，且单位法向载荷很大，以致接触应力超过实际接触点处屈服强度而产生一种磨损。
磨损机理：
实际接触点局部应力引起塑性变形，使两接触面原子产生粘着。
粘着点从软一方被剪断转移到硬一方金属表面，随后脱落形成磨屑
旧粘着点剪断后，新粘着点产生，随后也被剪断、转移。如此重复，形成磨损过程。

改进粘着磨损耐磨性办法
1.选取适当摩擦副配对材料
选取原则：配对材料粘着倾向小
互溶性小
表面易形成化合物材料
金属与非金属配对
2.采用表面化学热解决变化材料表面状态
进行渗硫、磷化、碳氮共渗等在表面形成一层化合物或非金属层，即避免摩擦副直接接触又减小摩擦因素。
3.控制摩擦滑动速度和接触压力
减小滑动速度和接触压力能有效减少粘着磨损。
4.其她途径
改进润滑条件，减少表面粗糙度，提高氧化膜与基体结合力都能减少粘着磨损。

影响接触疲劳寿命因素？
内因
1.非金属夹杂物
脆性非金属夹杂物对疲劳强度有害
适量塑性非金属夹杂物（硫化物）能提高接触疲劳强度
塑性硫化物随基体一起塑性变形，当硫化物把脆性夹杂物包住形成共生夹杂物时，可以减少脆性夹杂物不良影响。
生产上尽量减少钢中非金属夹杂物。
2.热解决组织状态
接触疲劳强度重要取决于材料抗剪切强度，并有一定韧性相配合。

当马氏体含碳量在0.4~0.5w%时，接触疲劳寿命最高。
马氏体和残存奥氏体级别
残存奥氏体越多，马氏体针越粗大，越容易产生微裂纹，疲劳强度低。
未溶碳化物和带状碳化物越多，接触疲劳寿命越低。
3.表面硬度和心部硬度
在一定硬度范畴内，接触疲劳强度随硬度升高而增长，但并不保持正比线性关系。
表面形成一层极薄残存奥氏体层，因表面产生微量塑性变形和磨损，增长了接触面积，减小了应力集中，反而增长了接触疲劳寿命。
渗碳件心部硬度太低，表层硬度梯度过大，易在过渡区内形成裂纹而产生深层剥落。
表面硬化层深度和残存内应力关系：
硬化深度要适中，残存压应力有助于提高疲劳寿命。

外因
1.表面粗糙度
减少加工缺陷，减少表面粗糙度，提高接触精度，可以有效增长接触疲劳寿命。
接触应力低，表面粗糙度对疲劳寿命影响较大
接触应力高，表面粗糙度对疲劳寿命影响较小
2.硬度匹配
两个接触滚动体硬度和装配质量等都应匹配恰当。

第八章
蠕变：在长时间恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形现象。
等强温度（TE）：晶粒强度与晶界强度相等温度。
蠕变极限：在高温长时间载荷作用下不致产生过量塑性变形抗力指标。 该指标与常温下屈服强度相似。
持久强度极限：在高温长时载荷作用下断裂强度---持久强度极限。

蠕变极限两种表达方式：
1. 在规定温度(t)下，使试样在规定期间内产生稳态蠕变速率(έ)不超过规定值最大应力（σtέ）。
σ6001X10-5=60MPa表达温度为600℃，稳定蠕变速率为1×10-5%/h蠕变极限为60MPa。
2.在规定温度(t)下和实验时间(τ)内，是试样产生蠕变总伸长率(δ)不超过规定最大值 σtδ/τ。
σ5001/105=100MPa，表达材料在500℃，105h后总生产率位1%蠕变极限为100MPa。
持久强度极限表达式
在规定温度(t)下，达到规定持续时间(τ)而不发生断裂最大应力（σtτ ）。
σ7001X103=30MPa表达温度为700℃、1000h持续强度极限为30MPa。

四、影响金属高温力学性能重要因素
由蠕变断裂机理可知要减少蠕变速度提高蠕变极限，必要控制位错攀移速度；
要提高断裂抗力，即提高持久强度，必要抑制晶界滑动，也就是说要控制晶内和晶界扩散过程。
（一）合金化学成分影响
耐热钢及合金基体材料普通选用熔点高、自扩散激活能大或层错能低金属及合金。
熔点愈高金属自扩散愈慢
层错能减少易形成扩展位错
弥散相能强烈阻碍位错滑移与攀移
在基体金属中加入（高熔点、半径差距大）铬、钼、钨、铌等元素形成固溶体固溶强化
减少层错能，易形成扩展位错。
加入能形成弥散相合金元素
弥散强化阻碍位错滑移
加入增长晶界扩散激活能元素（硼、稀土等）阻碍晶界滑动
增大晶界裂纹面表面能
二）冶炼工艺影响
减少钢中夹杂物和某些缺陷
合金定向生长（减少横向晶界）

（三）热解决工艺影响
对于珠光体耐热钢，普通用正火加回火。
正火温度较高，促使碳化物较充分而均匀地溶入奥氏体
回火温度应高于使用温度100~150℃以上，以提高其在使用温度下组织稳定性。
对于奥氏体耐热钢，普通进行固溶解决和时效
获得恰当晶粒度
改进强化相分布状态
（四）晶粒度影响
当使用温度低于等强温度时，细晶钢有较高强度；当使用温度高于等强温度时，粗晶钢有较高蠕变极限和持久强度极限。
但晶粒太大会减少材料塑性和韧度
晶粒度要均匀，否则在大小晶粒交界处易产生应力集中而形成裂纹。

（高温下金属材料韧脆变化有何特性？断裂途径变化有何变化？结合等强温度分析晶粒大小对金属材料高温力学性能影响。）
结合等强温度分析晶粒大小对金属材料高温力学性能（韧脆变化、断裂途径、蠕变极限和持久强度极限）影响。
韧脆变化：
高温短时加载时，金属塑性增长。
高温长时加载时，塑性减少，缺口敏感度增长，呈现脆断现象。

断裂途径变化：
常温下穿晶断裂转变为沿晶断裂。
因素：温度升高时晶粒强度和晶界强度都减少，但晶界强度减少较快。
等强温度（TE）：晶粒强度与晶界强度相等温度。

（四）晶粒度影响
当使用温度低于等强温度时，细晶钢有较高强度；当使用温度高于等强温度时，粗晶钢有较高蠕变极限和持久强度极限。
但晶粒太大会减少材料塑性和韧度
晶粒度要均匀，否则在大小晶粒交界处易产生应力集中而形成裂纹。

第九章
银纹：非晶态聚合物某些薄弱区，因拉应力塑性变形，在其表面和内部浮现闪亮、细长形“类裂纹”----银纹。
玻璃态：温度低于玻璃化温度时，聚合物所处在状态即为玻璃态。

3.线型非晶态聚合物力学性能三态是什么？各有何特点？
答：一、玻璃态下变形
硬玻璃态
温度低于脆化温度tb，聚合