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1、材料力学性能习题及解答库第一章习题答案一、解释以下名词1、弹性比功：又称为弹性比能、应变比能，表示金属材料吸取弹性变形功的力量。2、滞弹性：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。3、循环韧性：金属材料在交变载荷下吸取不行逆变形功的力量，称为金属的循环韧性。4、包申格效应：先加载致少量塑变，卸载，然后在再次加载时，消灭e 上升或降低的现象。5、解理刻面：大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。6、塑性、脆性和韧性：塑性是指材料在断裂前发生不行逆永久塑性变形的力量。韧性： 指材料断裂前吸取塑性变形功和断裂功的 力量，或指材料抵抗裂纹扩展的力量7、解理台阶：高度不同的相
2、互平行的解理平面之间消灭的台阶叫解理台阶；8、河流把戏：当一些小的台阶会聚为在的台阶时，其表现为河流状把戏。9、解理面：晶体在外力作用下严格沿着肯定晶体学平面裂开，这些平面称为解理面。10、穿晶断裂和沿晶断裂：沿晶断裂：裂纹沿晶 界扩展，肯定是脆断，且较为严峻，为最低级。穿晶断裂裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可能是脆性断裂。11、韧脆转变：指金属材料的脆性和韧性是金属材料在不同条件下表现的力学行为或力学状态，在肯定条件下，它们是可以相互转化的，这样的转化称为韧脆转变。二、说明以下力学指标的意义 、：分别为拉伸杨氏模量和切变模量，统称为弹性模量，表示产生100%弹性变形所需的应力。、r、0.2
3、、s: r:表示规定剩余伸长应力，试样卸除拉伸力后，其标距局部的剩余伸长到达规定的原始标距百分比时的应力。0.2：表示规定剩余伸长率为 0.2%时的应力。s：表征材料的屈服点。、b：韧性金属试样在拉断过程中最大试验力所对应的应力称为抗拉强度。、n:应变硬化指数，它反映了金属材料抵抗继续塑性变形的力量，是表征金属材料应变硬化行为的性能指标。、gt、：是断后伸长率，它表征试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。gt 是最大试验力的总伸长率，指试样拉伸至最大试验力时标距的总伸长与原始标距的百分比，也就是金属材料拉伸时产生的最大均匀塑性变形量。是断面收缩率，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百
4、分比。三、金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个组织不敏感的力学性能指标？金属的弹性模量主要取决于金属原子本 性和晶格类型。合金化、热处理显微组织、 冷塑性变形对弹性模量的影响较小，温度、加载速率等外在因素对其影响也不大，所 以，金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标。四、今有 45、40r 、35ro 钢和灰铸铁几种材料，你选择哪种材料作机床床身？为什么？选择灰铸铁，由于作为机床床身材料必需要求循环韧性高，以保证机器的稳定运转。灰铸铁中含有不易传送弹性机械振动的石墨，具有很高的循环韧性。五、试述多晶体金属产生明显屈服的条件，并解释bcc 金属及其合金与fcc 金属及其
5、合金屈服行为不同的缘由。6、试述退火低碳钢、中碳钢及高碳钢的屈服现 象在拉伸力伸长曲线图上的区分？为什么?答：从退火低碳钢、中碳钢及高碳钢的拉伸力 伸长曲线图上可以明显看出，三种不同钢种的拉伸力伸长曲线图有区分，可以看出退火低碳钢的屈服现象最明显，其次是退火中碳钢，而高碳钢几乎看不到屈服现象。但依据条件屈服强度可以推断出随着碳含量的增加，屈服强度在提高。这主要是由于随着碳含量的增加，碳原子对基体的强化作用越来越强，阻碍了位错的运动。7、打算金属屈服强度的因素有哪些？答：影响金属屈服强度的因素分为内在因素和外在因素。内在因素有金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚构造、溶质元素、其次相粒子； 外在因素
6、有温度、应变速率和应力状态。8、试述、两种塑性指标评定金属材料塑性 的优缺点？答：对于在单一拉伸条件下工作的长形零件，无 论其是否产生缩颈，用 来评定材料的塑性，由于产生缩颈时局部区域的塑性变形量对总伸长实际上没有什么影响。假设金属材料机件是非长形件，在拉伸时形成缩颈，则用 作为塑性指标。由于 反映了材料断开前的最大塑性变形量，而此时则不能显示材料的最大塑性。 是在简单应力状态下形成的，冶金因素的变化对材料的塑性的影响在 上更为突出，所以 比对组织变化更为敏感。9、试举出几种能显著强化金属而又不降低塑性的方法？答：细晶强化，通过细化晶粒提高金属强度的方 法，它既可以显著强化金属，又不降低塑性的
7、方法。10、试述韧性断裂与脆性断裂的区分。为什么脆性断裂最危急？答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显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，断裂前期丁不发生塑性变形，没有明显征兆，因此脆性断裂在生产中是很危急的。11、剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂？为什么断裂的性质完全不同？答：剪切断裂是金属材料在切应力作用下，沿滑移面分别而造成的滑移面分别断裂，其中又分滑断纯剪切断裂和微孔聚拢型断裂。纯金属尤其是单晶体金属常产生纯剪切断裂，其断口呈锐利的楔形或刀尖型。而解理断裂是金属材料在肯定条件下，当外加正应力到达肯定数值后，以极快速
8、率沿肯定晶体学平面产生的穿晶断裂。12、在什么状况下易消灭沿晶断裂？怎样才能减小沿晶断裂的倾向？答：当晶界上有一薄层连续或不连续脆性其次相、夹杂物，破坏了晶界的连续所造成，也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的，如应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹等都是沿晶断裂。要减小沿晶断裂的倾 向，则要求防止应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹等消灭。13、何为拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性 态的因素有哪些？答：拉伸断口的三要素：纤维区、放射区和剪切 唇；影响宏观拉伸断口性态的因素有试样的外形、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和腕力状态不同而变化。14、板材宏观断口的主要特征是什
9、么？如何查找断裂源？答：板状矩形拉伸试样断口中呈人字纹把戏。根 据人字纹把戏的放射方向，顺着尖顶指向可以找到裂纹源。15、试证明，滑移相交产生微裂纹的柯垂耳机理 对 fcc 金属而言在能量上是不利的。16、通常纯铁的s2J,E=2*105MPa,a=2.501010m，试求其理论断裂强度m 。解：由题意可得： Egs 1/ 2 2 105 2 1/ 2a=sm = 0 2.5 10-10 = 4.0 104 Mpa17、试述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路，推导格雷菲斯方程，并指出理论的局限性。18、假设一薄板物体内部存在一条长 3 的裂纹，且 a03108cm，试求脆性断裂时的断裂应力。设m0
10、.1E2105MPa 19、有一材料 E21011N，s8Nm， 试计算在 7107N 的拉应力作用下，该材料中能扩展的裂纹之最小长度？20、断裂强度c 与抗拉强度b 有何区分？ 答：抗拉强度b 指材料在拉伸过程中，从开头到发生断裂时所到达的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的力量大小。断裂强度c 是指在拉伸过程中，材料断裂时所对应的应力值。21、铁素体的断裂强度与屈服强度均与晶粒尺寸d1/2 成正比，怎样解释这一现象？ 22、裂纹扩展扩展受哪些因素支配？23、试分析能量断裂判据与应力断裂判据之间的 关系24、有哪些因素打算韧性断口的宏观形貌？答：韧性断口的宏观形貌打算于其次相质点的大 小和密度、
11、基体材料的塑性变形力量和应变硬化指数，以及外加应力的大小和状态等。25、试依据下述方程d1/2+kiyk =2Gyq,讨s论下述因素对金属材料韧脆转变的影响：1材料成分；2杂质；3温度；4晶粒大小；5应力状态；6加载速率。其次章 习题及答案1.解释以下名词：t（1） 应力状态软性系数：表征最大切应力的比值。与maxsmax（2） 缺口效应：由于缺口的存在，在静载作用下，缺口截面上的应力状态将发生变化，这称为“缺口效应”。s（3） 缺口敏感度：表征缺口试样的抗拉强度 与bns光滑试样的抗拉强度的比值。b（4） 布氏硬度：用肯定直径的钢球或硬质合金球，以规定的试验力F压入式样外表， 经规定保持时间
12、后卸除试验力，测量试样外表的压痕直径L。布氏硬度值是以试验力除以压痕球形外表积所得的商。以HBS钢球表示，单位为 N/mm2(MPa)。其计算公式为：HB = 0.102F =A0.204Fp D(D -D 2 - d 2 )式中：F-压入金属试样外表的试验力，N； D-试验用钢球直径，mm；d-压痕平均直径，mm。（5） 洛氏硬度：在规定的外加载荷下，将钢球或金刚石压头垂直压入试件外表，产生压 痕，测试压痕深度，利用洛氏硬度计算公式HR=K-H)/C 便可计算出洛氏硬度。简洁说 就是压痕越浅，HR 值越大，材料硬度越高。（6） 维氏硬度：是依据压痕单位面积所承受的试验力计算硬度值。所承受的压
13、头是两相对面间夹角为 136的金刚石四棱锥体，压头的试验力作用下将试样外表压出一个四方锥形的压痕，经肯定保持时间后担卸除试验力，测量压痕对角线平均长度d，用以计算压痕外表积。维氏硬度的值为试验力除以压痕外表积 A 所得的商。（7） 努氏硬度：也一种显微硬度试验方法。与显微维氏硬度相比有两点不同：一是压头外形不同；二是硬度值不是试验力除以压痕外表积之商值，而是除以压痕投影面积之商值。（8） 肖氏硬度：是将肯定质量的带有金刚石圆头或钢球的重锤，从肯定高度落于金属试样外表，依据重锤回跳的高度来表征金属硬度值大小，因而也称为回跳硬度。（9） 里氏硬度：是用规定质量的冲击体在弹力作用下以肯定速度冲击试样
14、外表，用冲头的回弹速度表征金属的硬度值。2.说明以下力学性能指标的意义（1） bc（2） bb；指抗压强度；：指抗弯强度；3)s4)b：指材料的扭转屈服点；指抗扭强度；5bn：指有缺口试样的抗拉强度；6)NSR：指缺口敏感度；7)HBS：用压头为淬火钢球时的布氏硬度值；8)HBW：用压头为硬质合金球时的布氏硬度值；9)HRA：指用金刚石圆锥压头，主试验力为490.3N 测出的洛氏硬度值；10)HRB：指用钢球压头测出的洛氏硬度；11)HRC：指用金刚石圆锥压头的洛氏硬度；12)HV：指维氏硬度试验；13)HK：指努氏硬度试验；14)HS：指肖氏硬度；15)HL：指里氏硬度； 3试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转实验的特点和应用范围。答：单向拉伸的应力状态系数=0.5， 说明应力状态较硬，故一般适用于那些塑性变形抗力与切断强度较低的塑性材料试验； 单向压缩试验的应力状态软性系数=2，
