材料性能总结

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1、材料力学性能第一章 材料单向静拉伸的力学性能1、名词解释弹性比功：为应力-应变曲线下弹性范围所吸收的变形功的能力,又称弹性比能，应变比能。 即弹性比功=e2/2E =ee/2 其中e为材料的弹性极限，它表示材料发生弹性变形的极限抗力 包申格效应：指原先经过变形，然后反向加载时弹性极限（P）或屈服强度（S）降低的现象。滞弹性：应变落后于应力的现象，这种现象叫滞弹性粘弹性：具有慢性的粘性流变，表现为滞后环，应力松弛和蠕变。上述现象均与温度，时间，密切相关。内耗：材料在弹性范围加载和卸载时，有一部分加载变形功被材料所吸收，这部分功叫做材料的内耗.塑性：指金属材料断裂前发生塑性变形的能力。脆性断裂：材

2、料断裂前基本上补产生明显的宏观塑性变形。断口一般与正应力垂直，宏观上比较齐平光亮，常呈放射状或结晶状。韧性断裂：材料断裂前及断裂过程冲产生明显宏观塑性变形的断裂过程。断口往往呈暗灰色、纤维状。解理断裂：在正应力的作用下，由于原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。剪切断裂：材料在切应力作用下沿滑移面滑移分离而造成的断裂。河流花样：实际上是许多解理台阶，不是在单一的晶面上 。流向与裂纹的扩展方向一致。韧窝：材料发生微孔聚集型断裂时，其断口上表现出的特征花样。2、设条件应力为，真实应力为S，试证明S。证明：设瞬时截面积为A，相应的拉伸力为F，于是S=F/A。 同样，当拉伸力F有一增量

3、dF时，试样在瞬时长度L的基础上变为L+dL，于是应变的微分增量应为de=dL/L，试样自L0伸长至L后，总的应变量为e=lnL/ L0 式中e为真应变。于是e=ln（1+）假设材料的拉伸变形是等体积变化过程，于是真应力和条件应力之间有如下关系： S=（1+） 由此说明真应力S大于条件应力3、材料的弹性模数主要取决于什么因素？高分子材料的弹性模数受什么因素影响最严重？答：材料弹性模量主要取决于结合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，可以说它是一个对组织不敏感的性能指标（对金属材料），而对高分子和陶瓷E对结构和组织敏感。补充：影响聚合物的弹性模量的因素：下列因素的增加，E

4、 1)主键热力学稳定性的增加 2）结晶区百分比的增加 3）分子链填充密度的增加 4）分子链拉伸方向取向程度的增加 5) 集合物晶体中链端适应性增强6)链折叠程度的减小4、决定金属材料屈服强度的主要因素有哪些？答：内在因素:结合键,组织,结构,原子本性结合键: 金属金属键 高分子范德华力 陶瓷共价键或离子键 键能越大，屈服强度越大。组织: 四种强化机制影响rs ： 固溶强化 形变强化沉淀和弥散强化 晶界亚晶强化 其中沉淀强化和晶粒细化是工程上常使用提高 rs 的手段。 前三种机制提高ys,但是降低,只有第四种提高 rs又提高。外在因素： 温度+应变速率+应力状态温度因素：一般升高温度，金属材料的

5、屈服强度下降。但是金属晶体结构不同，其变化趋势各异。应变速率与应变状态：应变速率对金属材料的屈服强度有明显的影响。在应变速率较高的情况下，金属材料的屈服应力将显著升高。应力状态的影响是切应力分量越大，越有利于塑性变形，屈服强度就越低。不同应力状态下的材料屈服强度不同。补充：0.2 屈服强度 单位是Mpa，表示的是试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比是0.2%时的应力。b 抗拉强度 单位是Mpa，代表产生最大均匀塑性变形抗力，但它表示了材料在静拉伸条件下的极限承载能力以上两种强度都是在静载条件下的拉伸实验中测得。穿晶断裂可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂；而沿晶断裂则多数

6、为脆性断裂。 准解离断裂实际上也有一定的塑性变形，如：贝氏体钢中、 高强度钢 它是解理和微孔聚合的混合断裂 相似点:有解理面、河流花样不同：主裂纹的走向不太清晰，原因是主裂纹前方常产生许多二次裂纹； 晶粒内部有许多撕裂棱，撕裂棱附近有许多变形；裂纹多萌生于晶粒内部，裂纹的扩展从解理台阶逐渐过渡向撕裂棱。 另外，加工硬化指数也是重点第二章一 名词解释：（1）应力状态软性系数 （新书38页）（2）缺口效应： 缺口产生应力集中，引起三向应力状态,使材料脆化，由应力集中产生应变集中，使缺口附近的应变速率增高。（3）缺口敏感度：缺口式样进行拉伸试验时，常用试样的抗拉强度bN 与等截面尺寸光滑试样的抗拉强

7、度b的比值作为材料的缺口敏感性指标，并称为缺口敏感度。（4）布氏硬度：将单位压痕面积承受的平均压力（F/S）定义为布氏硬度。（5）洛氏硬度:2 说明下列力学性能指标的意义（1）PC：规定非比例压缩应力；（2）bc:抗压强度；（3）pb：规定非比例弯曲应力;（4）bb：弯曲强度；（5）s：扭转屈服强度；（6）p0.3：规定非比例扭转应力；（7）b：扭转强度极限；（8）max：扭转相对残余切应变最大值;（9）HBS压头为淬火钢球时的布氏硬度值表示符号；（10）HBW：压头为硬质合金球时的布氏硬度值表示符号；（11）HR30N（12）HR45T（13）HV：维氏硬度和显微硬度（14）HK努氏硬度（1

8、5）HS（16）qe：缺口敏感度，试样的抗拉强度bN 与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度b的比值；3缺口对材料的拉伸力学性能有什么影响？（1）缺口产生应力集中 （2）引起三向应力状态,使材料脆化（3）由应力集中产生应变集中 （4）使缺口附近的应变速率增高4今有如下工件需要测定硬度，试说明选用何种硬度测试方法为宜。(1) 渗碳层的硬度分析(2)淬火钢(3)灰铸铁(4)硬质合金(5)鉴别钢中的隐晶马氏体与残余奥氏体(6)仪表小黄铜齿轮(7)龙门刨床导轨(8)氮化层(9)火车圆弹簧(10)高速钢刀具答:布氏硬度：（3）（6）洛氏硬度：（1）（4）（8）（2）（7）（3）（10）显微硬度：（5）第三章1、

9、名词解释低温脆性：当温度低于某一温度时，材料由韧性状态转变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状。蓝脆：碳钢和某些合金钢在冲击载荷或静载荷作用下，在一定温度范围内出现脆性，因为在该温度范围内加热钢时，表面氧化色为蓝色，故称为蓝脆。迟屈服：指当用高于材料屈服极限的载荷以高加载速度作用于体心立方结构材料时，瞬间并不屈服，需要在该应力下保持一定时间后才发生屈服，且温度越低，持续时间越长。韧脆转变温度：冷脆转变温度韧脆温度储备：=t0-tk3、试说明低温脆性的物理本质及影响因素。物理本质：从宏观上分析，材料低温脆性的产生与其屈服强度和断裂强度随温度变

10、化有关。微观上，体心立方金属的低温脆性与位错在晶体中运动的阻力对温度变化非常敏感有关。影响因素：晶体结构、化学成分、显微组织（晶粒大小，金相组织）、温度加载速率、试样形状和尺寸第四章 材料的断裂韧性1、解释下列名词：低应力脆断：一些高强度或超高强度机件，中低强度的大型机件常常在工作应力并不高，甚至远低于屈服极限的情况下，发生脆性断裂现象，这就是所谓的低应力脆断。应力场强度因子：或Y是与裂纹几何形状和位置决定的参数，K1表示裂纹尖端应力场的大小或强度。对于张开型的断裂韧度：当应力或裂纹尺寸a增大到临界值时，也就是在裂纹尖端足够大的范围内，应力达到了材料的断裂强度，裂纹便失稳扩展而导致材料的断裂，

11、这是 也达到了一个临界值，记为 称为断裂韧度能量释放率：G表示弹性应变能的释放率或为裂纹扩展力 J积分：断裂能量判据，在弹性条件下，J=G裂纹尖端张开位移COD：裂纹体受载后，在裂纹尖端沿垂直裂纹方向所产生的位移，用表示。在平面应变条件下：=4KI2/Es2、说明下列符号的名称和含义这四个符号都是断裂韧度。第一个是应力强度因子达到失稳状态时的断裂韧度第二个是能量释放率达到临界值时的断裂韧度第三个是能量率达到临界值时的断裂韧度第四个是裂纹尖端张开位移达到临界值时的断裂韧度3、答案：P68中间一段4、答案：K判据表示当应力场强度达到临界值时的断裂韧度，多用于裂纹体在受力时的情况。G判据表示能量释放

12、率达到临界值时的断裂韧度，多用于分析裂纹扩展中的情况。前两种判据都是裂纹失稳扩展的断裂判据。J判据表示的是裂纹相差单位长度的两个等同试样，加载到等同位移时，势能差值与裂纹差值的比率，即形变功率差。J判据的目的是期望用小试样测出JIc，以代替大试样的KIc，然后再用K判据去解决中、低强度钢大型件的断裂问题。COD表示的是裂纹受载扩展时的位移。后两种判据都是裂纹开始扩展的断裂判据。8、课本P78-799、分析影响断裂韧度的因素。课本P75-7810、计算略 公式见课本P67(4-4)P69 (4-12a)另外断裂强度试验测定也应该看看第五章一解释名词1.载荷谱：它是结构疲劳与断裂设计和试验的载荷条

13、件。载荷谱原则上应代表整个载荷变化过程，但这难于实现和应用，实际上常进行数据处理或简化，因此它只是载荷变化过程的某种近似代表。2.应力幅3.平均应力：4.应力比：以上三个见书本P865.疲劳源：疲劳裂纹萌生的策源地，多出现在机件表面，常和缺口，裂纹，刀痕，蚀坑等缺陷相连。但若材料内部存在严重冶金缺陷，也会因局部材料强度降低而在机件内部引发出疲劳源。6.疲劳贝纹线：是疲劳区的最经典特征，一般人文是因载荷变动引起的，因为机器运转是不可避免的常有启动，停歇，偶然过载等，均要在裂纹扩展前沿线留下弧状贝纹线痕迹。7.疲劳条带：主裂纹和裂纹核之间因内颈缩而发生相向长大，桥接，是主裂纹向前扩展一段距离而构成

14、疲劳条带。8.驻留滑移带：称这种永久或再现的循环滑移带为，驻留滑移带。其一般只在表面形成，深度较浅，随着加载循环次数的增加，循环滑移带会不断的加宽。9.挤出脊和侵入沟：驻留滑移带在表面加宽过程中，还会出现挤出脊和侵入沟。详见书本P90下部和P91上部。10.疲劳寿命：机件疲劳失效前的工作时间成为疲劳寿命。11.次载锻炼：材料特别是金属在低于疲劳强度的应力先运转一定周次，即经过次载锻炼，可以提高材料的疲劳强度。12.过载损伤：材料在过载应力水平下只有运转一定周次后，疲劳强度或疲劳寿命才会降低，造成过载损伤。13.热疲劳：由周期变化的热应力或热应变引起的材料破坏称为热疲劳。14.高周疲劳和低周疲劳

15、疲劳形式按应力高低和断裂寿命分，有高周疲劳和低周疲劳。高周疲劳的断裂寿命较长，N105 ，断裂应力水平较低，s，又称低应力疲劳，为常见的材料疲劳形式；低周疲劳的断裂寿命较短，N=102至105，断裂应力水平提高，大于等于s，往往伴有塑性应变发生，常称为高应力疲劳或应变疲劳。二解释下列性能指标的意义1. -1: 光滑试样的疲劳极限。-1N:缺口试样的疲劳极限 -1p ：对称拉压疲劳强度 -1：对称扭转疲劳强度2.qf：材料在变动应力作用下的缺口敏感性，常用疲劳缺口敏感度qf表征，qf=（Kf1）/（Kt1）。qf随材料强度增高而增大。3.过载损伤界：把在每个过载应力下运行能引起损伤的最少循环周次连接起来就得到该材料的过载损伤界。材料的过载损伤界越陡直，损伤区越窄，则其抵抗疲劳过载能力就越强。4.Kth：代表疲劳裂