材料力学性能-课后答案-(时海芳-任鑫)

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1、第一章 .解释下列名词滞弹性:金属材料在弹性范畴内迅速加载或卸载后,随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性,也就是应变落后于应力的现象。弹性比功：金属材料吸取弹性变形功的能力,一般用金属开始塑性变形前单位体积吸取的 最大弹性变形功表达。循环韧性：金属材料在交变载荷下吸取不可逆变形功的能力称为 循环韧性。 包申格效应：金属材料通过预先加载产生少量塑性变形,卸载后再同向加载,规定残存伸长应力增长;反向加载，规定残存伸长应力减少的现象。 塑性:金属材料断 裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力。韧性：指金属材料断裂前吸取塑性变形功和断裂功的能力。脆性：指金属材料受力时没有发生塑性变形而直接断裂的能

2、力 加工硬化：金属材料在再结晶温度如下塑性变形时 ，由于晶粒发生滑移 , 浮现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化,使金属的强度和硬度升高,塑性和韧性减少的现 象。 解理断裂:解理断裂是在正应力作用产生的一种穿晶断裂,即断裂面沿一定的晶面 （即解理面）分离。2.解释下列力学性能指标的意义弹性模量); （) p(规定非比例伸长应力)、 (弹性极限) 、 s(屈服强度） 、.2(屈服强度） ;(3) b(抗拉强度） ; （4）n(加工硬化指数);()(断后伸长率）、(断面收缩率) 4.常用的原则试样有5倍和0倍，其延伸率分别用 5和10 表达,阐明为什么 5 10。 答：对于韧性金属材料，它的塑性

3、变形量不小于均匀塑性变形量，因此对于它的式样的比例，尺寸越短,它的断后伸长率越大。 5.某汽车弹簧，在未装满时已变形到最大位置,卸载后可完全恢复到本来状态;另一汽车弹簧,使用一段时间后,发现弹簧弓形越来越小,即产生了塑性变形，并且塑性变形量越来越大。试分析这两种故障的本质及变化措施。答:(1）未装满载时已变形到最大位置:弹簧弹性极限不够导致弹性比功小；（2）使用一段时间后，发现弹簧弓形越来越小,即产生了塑性变形,这是构件材料的弹性比功局限性引起的故障,可以通过热解决或合金化提高材料的弹性极限(或屈服极限）,或者更换屈服强度更高的材料。6.今有 45、0r、35rMo钢和灰铸铁几种材料,应选择哪

4、种材料作为机床机身?为什么? 答：应选择灰铸铁。由于灰铸铁循环韧性大，也是较好的消振材料，因此常用它做机床和动力机器的底座、支架，以达到机器稳定运转的目的。刚性好不容易变形加工工艺朱造型好易成型抗压性好耐磨损好成本低 7什么是包申格效应？如何解释?它有什么实际意义？ 答:（1） 金属材料通过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残存伸长应力增长;反向加载，规定残存伸长应力减少的现象,称为包申格效应。 （2）理论解释：一方面，在原先加载变形时，位错源在滑移面 上产生的位错遇到障碍,塞积后便产生了背应力,背应力反作用于位错源，当背应力足够大时，可使位错源停止开动。预变形时位错运动的方向和

5、背应力方向相反，而当反向加载时位错运动方向和背应力方向一致，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。（3)实际意义：在工程应用上，一方面，材料加工成型工 艺需要考虑包申格效应。例如,大型精油输气管道管线的 UOE 制造工艺:U阶段是将原始 板材冲压弯曲成 形，O 阶段是将U 形板材径向压缩成 O 形,再进行周边焊接，最后将管 子内径进行扩展,达到给定大小,即E阶段。按 UO工艺制造的管子，但愿材料具有非常小的或者几乎没有包申格效应,以免管子成型后强度的损失。另一方面，包申格效应大的材料, 内应力大。例如,铁素体+马氏体的双相钢对氢脆就比较敏感，而一

6、般低碳钢或低合金高强度钢对氢脆不敏感，这是由于双相钢中铁素体周边有高密度位错和内应力，氢原子与长程内应力交互作用导致氢脆。 包申格效应和材料的疲劳强度也有密切关系。8.产生颈缩的应力条件是什么?要克制颈缩的发生有哪些措施? 答:当加工硬化速率等于该处的真应力时就开始颈缩。措施:提高加工硬化指数。10试用位错理论解释：粗晶粒不仅屈服强度低，断裂塑性野地；而细晶粒不仅使材料的屈 服强度提高,断裂塑性也提高。 答:重要是由于晶粒细化之后,与粗晶粒相比，晶粒取向更为均匀,从而避免了过早浮现应 力集中引起的开裂，提高了韧性。 1韧性断口由几部分构成？其形成过程如何 答：由纤维区、放射区和剪切唇三个区域构

7、成。第二章 1.解释下列名词：应力状态软性系数:材料最大切应力与最大正应力的比值,记为。布氏硬度：用钢球或硬质合金球作为压头,采用单位面积所承受的实验力计算而得的硬度。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的硬度。维氏硬度：以两相对面夹角为 136的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所承受的实验力计算而得的硬度。努氏硬度：采用两个对面角不等的四棱锥金刚石压头，由实验力除以压痕投影面积得到的硬度。 肖氏硬度：采动载荷实验法,根据重锤回跳高度表证的金属硬度。 缺口效应:缺口材料在静载荷作用下,缺口截面上的应力状态发生的变化。缺口敏感度：金属材料的缺口敏感性指标,用缺口试样的

8、抗拉强度与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度的比值表达。 2.阐明下列性能指标的意义: bc（材料的抗压强度)； （2) bb(材料的抗弯强度) ; (3） s(材料的扭转屈服点) ； (4） s(抗扭强度) ; (5)p（扭转比例极限）； (） bn（抗拉强度) ；（7）HBS(压头为淬火钢球的材料的布氏硬度） ；（8)HB：压头为硬质合金球的材料的布氏硬度; （）(材料的洛氏硬度);H（材料的洛氏硬度) ;H（材料的洛氏硬度） ； (10）V(材料 的维氏硬度） ; (1）HK(材料的努氏硬度）； (12）H（材料的肖氏硬度) ；（13)K（理论应力集中系数） ; （1）NSR（缺口敏感度) 3

9、今有如下零件和材料等需测定硬度,试阐明选用何种硬度实验措施为宜： （1)渗碳层的硬度分布-K 或-显微 V()淬火钢-HRC（3)灰铸铁-B()鉴别钢中的隐晶马氏体和残存奥氏体-显微 HV 或者 K（5）仪表小黄铜齿轮-H()龙门刨床导轨-HS (肖氏硬度) 或 H(里氏硬度( )7) 渗氮层-H(） 高速钢刀具-RC (9）退火态低碳钢-HB(0）硬质合金-R 4.阐明几何强化现象的成因,并阐明其本质与形变强化有何不同。.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畴。 拉伸:特点：温度、应力状态和加载速率拟定,采用光滑圆柱试样,实验简朴，应力状态 软性系数较硬。应用范畴：塑性变形

10、抗力和切断强度较低的塑性材料。 压缩：特点:应力状态软，一般都能产生塑性变形，试样常沿与轴线呈 45方向产生断裂,具有切断特性。应用范畴:脆性材料,以观测脆性材料在韧性状态下所体现的力学行为。 弯曲:特点:弯曲试样形状简朴，操作以便;不存在拉伸实验时试样轴线与力偏斜问题，没有附加应 力影响实验成果,可用试样弯曲挠度显示材料的塑性；弯曲试样表面应力最大,可敏捷地反映材料表面缺陷。应用范畴：测定铸铁、锻造合金、工具钢及硬质合金等脆性与低塑性材料的强度和显示塑性的差别。也常用于比较和鉴别渗碳和表面淬火等化学热解决机件的质量和性能。扭转：特点:应力状态软性系数为0.8，比拉伸时大,易于显示金属的塑性行

11、为;试样在整个长度上的塑性变形时均匀，没有紧缩现象,能实现大塑性变形量下的实验；较能敏感地 反映出金属表面缺陷和及表面硬化层的性能； 试样所承受的最大正应力与最大切应力大体相等。应用范畴：用来研究金属在热加工条件下的流变性能和断裂性能,评估材料的热压力加工型,并未拟定生产条件下的热加工工艺参数提供根据;研究或检查热解决工件的表面质量和多种表面强化工艺的效果。7、第三章1.缺口会引起哪些力学响应？答：材料截面上缺口的存在,使得在缺口的根部产生应力集中、双向或三向应力、应力集中 和应变集中,并试样的屈服强度升高,塑性减少。 2.比较平面应力和平面应变的概念。答:平面应力:只在平面内有应力，与该面垂

12、直方向的应力可忽视,例如薄板拉压问题。平 面应变:只在平面内有应变，与该面垂直方向的应变可忽视，例如水坝侧向水压问题。具体说来：平面应力是指所有的应力都在一种平面内,如果平面是 OXY 平面，那么只有正应力 x， y,剪应力y(它们都在一种平面内),没有 z， yz， x。平面应变是指所有的 应变都在一种平面内,同样如果平面是 XY 平面,则只有正应变 x， y 和剪应变 , 而没有 z, z，x。 3.如何评估材料的缺口敏感性： 答：材料的缺口敏感性，可通过缺口静拉伸、偏斜拉伸、静弯曲、冲击等措施加以评估。 简述根据韧脆转变温度分析机件脆断失效的优缺陷。缺陷:脆性断裂一般断裂时间较短，突发性

13、的断裂，因此在使用时一旦超过屈服强度就会不久断裂 长处：脆性断裂在常温下体现为脆性,因此材料的变形随温度减少时变化不大，这样在交变温度 的使用环境下,就不需要考虑材料的冷脆温度7.何谓低温脆性？哪些材料易体现出低温脆性?工程上,有哪些措施评估材料低温脆性？答：在低温下，材料由韧性状态转变为脆性状态的现象称为低温脆性。只有以体心立方金属 为基的冷脆金属才具有明显的低温脆性，如中低强度钢和锌等。而面心立方金属，如铝等， 没有明显的低温脆性。工程上常采用低温脆性一般用脆性转变温度,能量准则,断口形貌准 则，断口变形特性准则评估。 8阐明为什么焊接船只比铆接船只易发生脆性破坏? 答:焊接容易在焊缝处形

14、成粗大金相组织气孔、夹渣、未熔合、未焊透、错边、咬边等缺陷， 增长裂纹敏感度，增长材料的脆性，容易发生脆性断裂。10.细化晶粒尺寸可以减少脆性转变温度或者说改善材料低温韧性，为什么? 答：晶界是裂纹扩展的阻力；晶界增多有助于减少应力集中，减少晶界上杂质度，避免产生沿晶界脆性断裂。因此可以提高材料的韧性。 第四章 .解释下列名词: (1)低应力脆断：高强度、超高强度钢的机件，中低强度钢的大型、重型机件在屈服应力如下发生的断裂； (2）I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，沿裂纹面扩展的裂纹。 (3)应力强度因子KI：在裂纹尖端区域各点的应力分量除了决定于位置外,尚与强度因子

15、有关,对于某一拟定的点，其应力分量由拟定,越大,则应力场各点应力分量也越大，这样就可以表达应力场的强弱限度,称为应力场强度因子。 “I”表达 型裂纹。 （4) 裂纹扩展 判据:裂纹在受力时只要满足,就会发生脆性断裂反之，虽然存在裂纹,若也不会断裂。（5)裂纹扩展 判据:GI=GC，当满足上述条件时裂纹失稳扩展断裂。 (6)J积分：有两种定义或体现式:一是线积分：二是形变功率差。14 (7)裂纹扩展J 判据:只要满足IJC,裂纹(或构件)就会断裂。(8)CO:裂纹张开位移。（9)COD 判据：当满足，裂纹开始扩展。2、阐明下列断裂韧度指标的意义及其互相关系和 答：临界或失稳状态的记作或,为平面应变下的断裂韧度，表达在平面应变条件下材料抵御裂纹失稳扩展的能力。为平面应力断裂韧度，表达在平面应力条件下材料抵御裂纹失稳扩展的能力。它们都是型裂纹的材料裂纹韧性指标,但值与试样厚度有关。当试样厚度增长，使裂纹尖端达到平面应变状态时,断裂韧度趋于一稳定的最低值,即为,它与试样厚度无关，而是真正的材料常数。 答：当增长到某一临界值时，能克服裂纹失稳扩展的阻力,则裂纹失稳扩展断裂。将的临界值记作,称断裂韧度,表