材料力学性能总结.docx

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1、精品名师归纳总结材料力学性能 ：材料在各种外力作用下抗击变形和断裂的才能。屈服现象 ：外力不增加,试样仍旧连续伸长,或外力增加到肯定数值时突然下降,随后在外力不增加或上下波动情形下,试样连续伸长变形。屈服过程：在上屈服点,吕德斯带形成。在下屈服点,吕德斯带扩展。当吕德斯带扫过整个试样时,屈服伸长终止。屈服变形机制：位错运动与增殖的结果。 屈服强度 ： 开头产生塑性变形的最小应力。屈服判据 ：屈雷斯加最大切应力理论：在 复杂应力状态 下,当最大切应力达到或超过相同金属材料的拉伸屈服强度时产生屈服。米赛斯畸变能判据 ：在 复杂应力状态 下,当比畸变能等于或超过相同金属材料在单向拉伸屈服时的比畸变能

2、时,将产生屈服。排除方法：加入少量能夺取固溶体合金中溶质原子的物质,使之形成稳固化合物的元素。 通过 预变形 ,使柯氏气团被破坏。影响因素 ：1. 内因：a) 金属本性及晶格类型 ：金属本性及晶格类型不同,位错运动所受的阻力不同。b) 晶粒大小和亚结构：减小晶粒尺寸将使屈服强度提高。c) 溶质元素 ：固溶强化。d) 其次相2. 外因： 温度 -。应变速率 + 。 应力状态 。其次相强化 沉淀强化 +弥散强化 ：通过其次相阻碍位错运动实现的强化。强化成效：在其次相体积比相同的情形下,其次相质点尺寸越小,强度越高,强化成效越好。在其次相体积比相同的情形下,长形质点 的强化成效比球形质点的强化成效好

3、。 其次相 数量越多 ,强化成效越好。细晶强化 ：通过减小晶粒尺寸增加位错运动障碍的数目阻力大 ,减小晶粒内位错塞积群的长度应力小 ,从而使屈服强度提高的方法。同时提高塑性及韧性的机理：晶粒越细, 变形分散在更多的晶粒内进行,变形较匀称,且每个晶粒中塞积的位错少,因应力集中引起的开裂机会较少,有可能在断裂之前承担较大的变形量,即表现出较高的塑性 。细晶粒金属中,裂纹不易萌生（应力集中少）,也不易传播（晶界曲折多） ,因而在断裂过程中吸取了更多能量,表现出较高的韧性 。固溶强化 ： 在纯金属中加入溶质原子形成固溶合金,将显著提高屈服强度。缘由 ：溶质原子与位错的弹性相互作用,使溶质原子扩散到位错

4、四周,形成柯氏气团。 柯氏气团钉扎位错,提高位错运动阻力。强化成效 ：间隙固溶体的强化成效大于置换固溶体。溶质和溶剂原子尺寸差越大,强化成效越好。溶质浓度越大,强化成效越好。应变硬化 形变强化 ：金属材料塑性变形过程中所需要的外力不断增大,说明金属材料有一种阻挡连续塑性变形的才能。缘由：塑性变形过程中,位错不断增殖,运动受阻所致。断裂韧度 ： 临界或失稳状态下的应力场强度因子的大小。塑性变形 ： 作用在物体上的外力取消后,物体的变形不完全复原而产生的永久变形。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1. 单晶体：滑移 +孪生。2. 多晶体：各个晶粒塑性变形的综合结果。特点：各晶粒变形的

5、 不同时性 。 不匀称性 。 相互和谐性 。弹性变形 ： 当外力去除后,能复原到原先外形或尺寸的变形。物理实质：晶格中原子自平稳位置产生可逆位移的反映。特点：可逆性。单值性。全程性。变形量很小。构件的刚度 ：构件产生单位弹性变形所需要的载荷。物理意义：表示 构件的弹性稳固性 的参量,刚度越大,构件工作时越稳固。在工程上,为了减轻重量,必需挑选 E 较大的材料 。弹性极限 ：金属产生弹性变形而不产生塑性变形时所受的最大应力。它表示材料发生弹性变形的极限抗力 。缩颈 ： 韧性金属材料在拉伸试验时变形集中于局部区域的特别现象。缘由：应变硬化与截面积减小共同作用的结果。当应变硬化引起的承载力增加不能补

6、偿截面积减小引起的承载力减小时,就会产生缩颈。缩颈判据 1：当应变硬化速率等于该处的真应力时,发生缩颈。缩颈判据 2：当应变硬化指数等于最大真实匀称塑性应变量时,发生缩颈。为什么真实应力 - 应变曲线需要校正？由于缩颈产生后, 应力状态由单向应力变为三向应力,为了求得仍旧是匀称轴向应力状态下的真实应力,以得到真正的真实应力- 应变曲线。为什么校正后的曲线应力下降？由于三向应力状态下, 材料塑性变形比较困难, 所以必需提高轴向应力,使塑性变形连续发生。静力韧度 ： 金属材料光滑试样在静载荷作用下拉伸至断裂,单位体积材料所吸取的能量。韧度指 能量 ,韧性指 才能 。韧度：指金属材料拉伸断裂前单位体

7、积材料所吸取的能量。韧性：指金属材料断裂前吸取塑性变形功和断裂功的才能。纯剪切断裂：特点： 在切应力作用下, 金属产生塑性变形,沿滑移面分别 而造成的断裂。 试样内部不产生孔洞,位错只能从试样表面放出。微孔集合型断裂：1. 通过 微孔形核、长大聚合 而导致材料分别的。2. 宏观特点： 杯锥状 断口。微观特点：韧窝 。3. 微孔形核：位错运动 到其次相与基体界面处,塞积产生应力集中,使其次相质点与基体分别 ,形成微孔。4. 长大与聚合：每个微型拉伸试样产生缩颈而断裂,相邻微孔聚合, 形成微裂纹。然后在裂纹尖端的三向拉应力区及应力集中区形成新的微孔,借助内缩颈与裂纹连通, 如此扩展直到裂纹断裂。5

8、. 韧窝大小的影响因素：其次相质点的大小和密度。 应变硬化指数 。 基体材料的塑性变形才能 。6. 韧窝外形的影响因素： 正应力：等轴韧窝 。切应力：拉长韧窝 。撕裂应力：撕裂韧窝 。解理断裂 ：在肯定条件下, 当外加正应力达到肯定数值后,以极快速率沿解理面产生的穿晶 断裂 。基本微观特点： 河流花样 , 解理台阶 , 舌状花样 。解理裂纹的形成和扩展：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1. 甄纳 - 斯特罗位错塞积理论a) 形成：一群刃型 位错 沿滑移面 运动遇到晶界等障碍而形成位错塞积群, 产生的 应力集中有可能达到断裂强度而在材料内部沿某一晶体学平面拉出一个裂口。b) 长大

9、扩展： 塑性变形 形成裂纹 。裂纹在同一晶粒内初期长大 。裂纹越过晶界 向相邻晶粒扩展 。晶粒尺寸小于临界值时,材料受力后先屈服,后断裂。 晶粒尺寸大于临界值时,材料受力后直接脆性断裂。2. 柯垂尔位错反应理论a) 位错反应必需满意柏氏矢量守恒性 和能量降低性 。b) 原理： 通过各相交滑移面上的位错滑移,相遇后发生 反应形成新位错 ,新位错 塞积产生应力集中 ,使解理面开裂 。3. 相同点 ：都是由于 位错运动受阻 产生应力集中, 从而形成初始裂纹的, 即裂纹形成前都有少量塑性变形 。裂纹扩展力学条件相同。4. 不同点 ：甄纳 - 斯特罗位错塞积理论的位错在晶界处受阻,裂纹产生于晶界。柯垂尔

10、位错反应理论的位错在 晶内解理面处受阻,裂纹产生于晶内。理论断裂强度 抱负晶体解理 ：是指在 正应力 作用下,将晶体的两个原子面沿垂直于外力方向拉断所需的应力。是晶体在弹性状态下的最大结合力。其中为表面能, E 为弹性模量,为原子间的平稳距离。适用于脆性断裂 。格雷菲斯公式 裂纹物体的实际断裂强度：其中为表面能, a 为裂纹的半长度,只适用于薄板。适用于有裂纹试样的脆性断裂。断裂判据：外加应力大于时裂纹扩展。裂纹半长度大于时裂纹扩展。位错塞积及位错反应理论解理裂纹断裂应力：其中 G为切变模量,为钉扎常数, d 为晶粒直径。适用于 塑性变形中的断裂 及无裂纹的完整试样。金属在单向静拉伸载荷下的性

11、能1. 名词说明a) 弹性比功 ： 金属开头塑性变形前单位体积吸取的最大弹性变形功。b) 弹性模量 E：表征材料对弹性变形的抗力,其值越大,就在相同应力下产生弹性变形就越小 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结影响因素 ： 原子本性 及晶格类型。c) 滞弹性 ：在弹性范畴内快速加载或卸载后,随时间延长产生附加弹性应变,即应变落后于应力的现象。d) 循环韧性 ： 金属材料在交变载荷作用下吸取不行逆变形功的才能。e) 包申格效应 ：材料经预先加载并产生少量塑性变形,卸载后,再同向加载,规定残余伸长应力增加,反向加载规定残余伸长应力降低的现象。f) 塑性： 金属断裂前发生塑性变形（不行

12、逆永久变形）的才能。意义：i. 延长率和断面收缩率是安全性能指标,肯定的塑性可 缓和应力集中, 防止脆性断裂 。ii. 金属的塑变才能是压力加工成型工艺的基础。iii. 用纵横向延长率之差也可评定钢材的质量。g) 断后伸长率 ：试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。h) 断面收缩率 ：试样拉断后 缩颈 横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。对于在单一拉伸条件下工作的长形 零件,用 断后伸长率 评定其塑性。对于非长形 零件,用 断面收缩率 评定其塑性。i) 脆性：材料在外力作用下产生很小的变形即断裂破坏的才能。j) 韧性：指金属材料断裂前吸取塑性变形功和断裂功的才能。k) 解理台阶 ：

13、相互平行且位于不同高度的解理面连接形成的台阶。l) 河流花样 ： 如干解理台阶汇合形成的花样。m) 解理刻面 ： 大致以晶粒大小为单位的解理面。解理裂纹的扩展： 晶界 应力集中 一系列相互平行而位于不同高度的解理面 相互连接形成 解理台阶 如干解理台阶汇合形成河流状花样 支流汇合方向即为裂纹扩展方向n) 解理面 ： 金属材料在外力作用下严格沿着肯定晶体学平面发生解理断裂时的平面, 一般是低指数晶面或表面能最低的晶面。o) 穿晶断裂 ：裂纹穿过晶内发生的断裂。p) 沿晶断裂 ：裂纹沿晶界扩展发生的断裂。q) 韧脆转变 ：在肯定温度下,材料由韧性状态转变为脆性状态的现象。r) ： 规定残余伸长率为

14、0.2%时的应力,用以表示材料的屈服强度。s) ：屈服状态的金属材料拉伸时, 试样在外力不增加仍能连续伸长时的应力。t) 抗拉强度韧性金属材料拉断过程中最大载荷所对应的应力。u) 应变硬化指数 n：表示金属的应变硬化才能,反映了金属材料抗击匀称塑性变形的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结才能。 其值越大,曲线越陡, 抗击匀称塑性变形的才能就越强,并不代表其塑性差。2. 金属的弹性模量主要取决于什么？为什么说它是一个对结构不敏锐的力学性能？ 弹性模量主要取决于 原子本性 及晶格类型 。SKen可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由于弹性变形是原子间距在外力作用下可逆变化

15、的结果,应力与应变关系实际上是原子间作用力与原子间距的关系,所以弹性模量与原子间作用力与原子间距有关,导致合金化,热处理,冷塑性变形对弹性模量的影响较小,因此说它对结构不敏锐。3. 今有 45、40Cr、35CrMo 钢和灰铸铁几种材料, 你挑选那种材料作为机床机身？为什么？ 机床床身需要良好的减震性能,即挑选高循环韧性的材料。而灰铸铁的循环韧性最高,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结消振性最好,因此挑选灰铸铁。4. 试举出几种能显著强化金属而又不降低其塑性的方法。a) 细晶强化： 通过减小晶粒尺寸增加位错运动障碍的数目阻力大 ,减小晶粒内位错塞积群的长度 应力小 ,从而使屈服强

16、度提高的方法。由于细化晶粒后晶界面积增大,而晶界是位错运动的障碍,因此可以提高屈服强度。 而且细晶可以使塑性变形分散到每个晶粒内进行,以此提高塑性和韧性。b) 应变硬化： 金属材料塑性变形过程中所需要的外力不断增大,因此可以通过使金属材料发生塑性变形来强化金属的方法。由于它只是提高了金属抗击匀称塑性变形的 才能,并没有影响金属的塑性变形量,因此它可以在不影响塑性的情形下强化金属。5. 为何工程应力 -应变曲线上,塑性变形到肯定程度时应力却开头下降？由于工程应力 -应变曲线上的应力和应变是用试样原始截面积和原始标距长度来度量的, 并不代表实际瞬时的应力和应变。6. 假如工程应力 -应变曲线与实际

17、不符,那么为何仍要使用它？由于工程应力 -应变曲线最重要的作用是可以表现缩颈现象,可直观的读出缩颈点的位置。7. 工程应力 -应变曲线的下降是否说明应变硬化只发生在缩颈之前？否,应变硬化自塑性变形开头始终连续到塑性变形终止,真实应力-应变曲线可以很好的表现应变硬化现象。韧性断裂：特点：断裂前产生 明显宏观塑性变形,断口形貌为 暗灰色纤维状 。脆性断裂：特点： 断裂前 没有明显的塑性变形 ,断裂面一般与正应力垂直,断口呈平齐状, 可见明显 辐射状线或结晶状 。留意：任何材料在断裂前都将产生塑性变形。一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于 5%为脆性断裂,大于5%为韧性断裂 。 金属材料的韧性与脆性

18、是依据肯定条件下 的塑性变形量来规定的。穿晶可以是韧性或脆性断裂,但沿晶多为脆性断裂。8. 何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？a) 三要素指剪切唇,放射区及纤维区。b) 影响因素有试样的 外形尺寸 ,金属材料的性能 以及 试验温度 , 加载速率 , 受力状态。当试样含有缺口, 越厚,强度越高, 塑性越差, 试验温度越低, 加载速率越快, 受到三向应力作用时更简洁显现脆断的宏观形貌。9. 有一材料 E = 2 1011N/m 2, s = 8N/m 。试运算在 7 107 N/m 2 的拉应力作用下,该材料中能扩展的裂纹最小长度？由格里菲斯实际断裂强度可知,代入得裂纹半长度a

19、=0.2mm ,即裂纹长度为 0.4mm 。10. 试依据方程,争论下述因素对金属材料韧脆转变的影响。a) 材料成分 ：合金元素引起单系滑移或孪生,产生位错钉扎, 减小表面能及形成粗大的其次相都会增大脆性断裂倾向。细化晶粒及获得弥散其次相可以使脆断倾向减小。b) 杂质：使钉扎常数增大,增大脆性断裂倾向。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结c) 温度：温度越高,位错运动阻力越小,越简洁发生韧性断裂。d) 晶粒大小 ：晶粒越细小,塑性韧性提高,脆断倾向减小。e) 应力状态 ：切应力越大,正应力越小,脆断倾向越小。f) 加载速率 ：加载速率越高,位错运动阻力越大,越简洁发生脆断。EX.

20、内部因素的影响：i. 切变模量 G： G 越高,脆断倾向越小。ii. 有效表面能表面能 +塑性变形功 ： fcc 的 更大,不易发生脆性断裂。iii. 位错在金属中运动的阻力派纳力 ：越大就位错越不易运动,脆性越大。iv. 晶粒尺寸 d：见上。v. 钉扎常数：其越大,位错越不易运动,越简洁显现脆性断裂。EX2. 外部因素影响： 应力状态 。 温度 。应变速率 ：见上。金属在其他静载荷下的力学性能1. 名词说明a) 应力状态软性系数a：金属的 最大切应力 与最大正应力 的比值,即二者的相对大小。 正应力促进脆性断裂。切应力促进塑性变形和韧性断裂。a 越大,最大切应力越大,应力状态越“软”,越易产

21、生塑性变形和韧性断裂。a 越小,最大正应力越大,应力状态越“硬”,越易产生脆性断裂。i. 压缩试验的特点：1. 单向压缩试验的 应力状态软性系数 =2,主要用于拉伸时呈脆性的金属材料力学性能测定。2. 拉伸时塑性很好的材料,在压缩时只发生压缩变形而不断裂。拉伸为脆性断裂的材料,在压缩时发生塑性变形而韧断。ii. 弯曲试验的特点：1. 试样加工便利 ,试验操作简洁 ,且不会显现拉伸试验时加载偏心等困难。2. 试样截面上的 应力分布不匀称 ,表面应力最大,故可较灵敏的反映材料的表面缺陷 。iii. 弯曲试验的用途：1. 测定弯曲 力学性能指标 。2. 用于反映材料的 表面质量和表面缺陷 。3. 用

22、于反映脆性或低塑性材料的 强度和塑性 。iv. 扭转试验的特点：1. 应力对称分布。2. 应力状态软性系数 =0.8 ,比拉伸时的大,易于显示金属的 塑性行为。3. 扭转时塑性变形匀称, 没有缩颈现象,所以能实现 大塑性变形量 下的试验。4. 能较敏锐的反映出金属 表面缺陷及表面硬化层 的性能 。5. 依据断口的宏观特点,明确区分最终断裂方式。b) 应力集中 ： 应力分布不匀称并显现最大值的现象。c) 应力集中系数 Kt ：表示缺口试样的应力集中程度。（最大应力 / 平均应力） 只取决于缺口的几何外形,与材料性质无关。具有局部效应。d) 缺口效应 ： 由于缺口的存在引起应力集中,并引起两向应力

23、状态或三向应力状态, 使材料的强度增高,塑性下降,脆性增大的现象。薄板缺口前方为两向应力状态,厚板缺口前方为三向应变状态。弹性和塑性状态的比较：相同点： 弹性状态下和塑性状态下都会产生应力应变集中和三向应力状态,从而导致变脆。不同点：应力最大位置不同,且弹性状态下,抗拉强度降低。塑性状态下,屈服强可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结度和抗拉强度增大。e) 缺口敏锐性 ：因缺口存在造成两向 / 三向应力状态和应力应变集中而变脆的倾向。f) 缺口敏锐度 NSR： 缺口试样的抗拉强度与等截面的光滑试样的抗拉强度的比值。脆性材料： NSR1,不敏锐。 NSR值越大,缺口敏锐性越小。g) 布

24、氏硬度HBW： 用肯定直径的 硬质合金球 作压头,施以肯定的试验力,将其压入试样表面, 经规定保持时间后卸除试验力,试样表面将残留压痕。 单位压痕凹面积上承担的载荷值即为布氏硬度值HBW。优点：压痕面积较大,能反映金属在较大范畴内各组成相的平均性能,不受个别组成相及微小不匀称性的影响,且试验数据稳固,重复性强。缺点：对 HBW450以上的太硬材料不能使用。 不宜于某些表面不答应有较大压痕的成品或薄件检验。不同材料要换球体和载荷, d 的测量也比较麻烦。h) 洛氏硬度 HR.： 以测量压头的压痕深度来表示的材料硬度值。优点：操作简便、快速, 硬度值可直接读出 。压痕小,不伤工件表面, 可在工件上

25、直接试验 。采纳不同标尺可测定各种软硬不同的金属和厚薄不一的试样的硬度。缺点：压痕较小, 代表性差 。所测硬度值重复性差,分散度大。 不同标尺测得的硬度值不能直接比较 。i) 维氏硬度 HV： 依据压痕单位面积上承担的试验力作为硬度值,压头为两相对面间夹角为 136的 金刚石四棱锥体 。优点：不存在载荷和压头直径的约束,以及压头变形问题。不存在洛氏硬度值无法统一的问题。和洛氏一样可以试验任何软硬的材料,并且比洛氏能更好的测试极薄件 或薄层 的硬度。缺点：生产效率没有洛氏高。j) 抗压强度：试样压至破坏过程中的最大应力。k) 抗弯强度：试样弯曲至断裂前达到的最大弯曲力。l) 抗扭强度：试样在扭断

26、前承担的最大扭矩。2. 试综合比较单向拉伸,压缩,弯曲及扭转试验的特点和应用范畴。a) 单向拉伸：i. 简洁操作,应用广泛。ii. 测试的是材料 与时间无关 的力学行为。iii. 采纳的是 光滑完整试样 。iv. 常温、大气介质,单向静拉伸载荷。v. 用于测定材料的 弹性、强度和塑性性能。b) 压缩：i. 单向压缩试验的应力状态软性系数 =2,主要 用于拉伸时呈脆性的金属材料力学性能 的测定。ii. 拉伸时塑性很好的材料, 在压缩时只发生压缩变形而不断裂。拉伸为脆性断裂的材料,在压缩时发生塑性变形而韧断。c) 弯曲：i. 特点：1. 试样加工便利 ,试验 操作简洁 ,且不会显现拉伸试验时加载偏

27、心等困难。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2. 试样截面上的应力分布不匀称,表面应力最大, 故可较灵敏的 反映材料的表面缺陷 。ii. 应用：1. 测定弯曲力学性能指标 。2. 用于反映材料的 表面质量和表面缺陷 。3. 用于反映脆性或低塑性材料的强度和韧性 。d) 扭转试验i. 特点：1. 应力呈 中心对称 分布。2. 应力状态软性系数=0.8,比拉伸时大,易于 显示金属的塑性行为 。3. 扭转时 塑性变形匀称,没有缩颈现象,所以能实现 大塑性变形量 下的试验。4. 能较敏锐的反映出金属 表面缺陷及表面硬化层的性能。5. 可以依据断口的宏观特点 ,明确区分最终断裂方式。ii.

28、 应用：用于测定材料的切断强度和表面质量 。3. 试述脆性材料弯曲试验的特点及应用。a) 特点：i. 试样加工便利,试验操作简洁,且不会显现拉伸试验时加载偏心等困难。ii. 试样截面上的应力分布不匀称,表面应力最大, 故可较灵敏的反映材料的表面缺陷。b) 应用：i. 测定弯曲力学性能指标。ii. 用于反映材料的表面质量和表面缺陷。iii. 用于反映其强度和韧性。金属在冲击载荷下的力学性能冲击载荷下金属变形和断裂的特点：1. 包括弹性变形、塑性变形、断裂。2. 冲击力时间短且测不准。3. 对金属材料的弹性行为及弹性模量无影响。4. 滑移临界切应力增大,金属产生应变速率硬化 。5. 塑性变形难以充

29、分进行且极不匀称。1. 名词说明a) 加载速率 ：载荷施加于试样或机件时的速率,用单位时间内应力增加的数值表示。b) 冲击韧性 ： 材料在冲击载荷作用下,吸取塑性变形功和断裂功的才能。c) 冲击吸取功 ：试样变形和断裂所消耗的功。Ak, ak 值越大,材料的韧性越好。无论 Ak 仍是 ak 均不能完全真正反映材料的韧脆程度 包括了部分弹性变形功 。用途：冲击韧度可以作为零件工作时的安全性指标 。能反映原材料的 冶金质量 和热加工后的 产品质量 。可以测定材料的韧脆转变温度,从而评定材料的低温脆性倾向 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结d) 低温脆性 ： BCC或 HCP 金属及

30、合金,在低于某一温度时,材料由韧性状态变为脆性状态,断裂机理由微孔集合型变为解理型,断口特点由纤维状变为结晶状的特性。面心立方 及高强度材料 不存在低温脆性。e) 韧脆转变温度 ：冲击韧性显著下降时的温度, 是衡量材料冷脆转化倾向的重要指标。i. 意义：t k 是材料的 韧性指标 ,由于它反映了温度对韧脆性的影响。t k 是安全性指标 ,是从韧性角度选材的重要依据之一,可用于抗脆断设计。对于低温下服役的机件,依据t k 可以直接或间接的 估量最低使用温度 。ii. 能量定义法：以低阶能定义 t k NDT：低于 NDT,断口由 100%结晶区组成。最危急以高阶能定义 t k FTP ：高于 F

31、TP ,断口由 100%纤维区组成。最保守以低阶能和高阶能平均值来定义t k FTE 。iii. 断口形貌定义法取结晶区面积占整个断口面积50%时的温度为 t k ,称为 50%FAT。Tiv. 留意：由于定义方法不同, 同一材料所得到的 t k 不同 。同一材料,使用同肯定义方法,由于外界因素转变,如试样尺寸、缺口尖锐程度和加载速率发生变化, t k 也发生变化 ;在肯定条件下,用试样测得的t k 不能说明该材料构成的机件肯定在该温度下脆断。f) 韧性温度储备 ：材料的使用温度与韧脆转变温度之差。2. 试说明 低温脆性的物理本质及其影响因素。低温脆性是材料的屈服强度随温度降低急剧增加,而材料

32、的解理断裂强度却随温度的变化很小的结果。如图, 两者的曲线相交于 tk。在高于 tk 时, cs,材料先屈服再断裂,为韧性断裂。低于 tk 时, c片状或网状其次相的Ak 。单相的 Ak 高于复相合金。其次相越细小,匀称分布,与基体性能越接近,韧脆转变温度低。iii. 内部缺陷 ：降低 Ak。iv. 表面状态 ： AkvAku光滑试样的 Ak。d) 强度等级 ：高强度钢不存在低温脆性。3. 试述焊接船舶比铆接船舶简洁发生脆性破坏的缘由。由于船舶长时间在低温下航行, 因此使用焊接结构很简洁产生低温脆性,导致脆性破坏。而铆接结构就不存在这一缺陷。而且焊接过程中简洁显现粗大的金相组织及气孔,未熔合等

33、可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结缺陷,增加裂纹敏锐度,增加材料脆性,简洁发生脆性断裂。4. 以下三组试验方法中,请举出每一组中哪种试验方法测得的tk 较高？为什么？a) 拉伸和扭转拉伸测得的 t k 较高。由于拉伸的应力状态软性系数更小,应力状态更硬,更易显示材料的脆性性能,因此测得的t k 更高。b) 缺口静弯曲和缺口冲击弯曲缺口冲击弯曲测得的tk 较高。由于在冲击状态下会发生应变速率硬化 ,材料会表现出脆性的力学性能,因此测得的t k 更高。c) 光滑试样拉伸和缺口试样拉伸缺口试样拉伸测得的tk 更高。由于在缺口状态下会形成缺口效应,引起两向或三向应力状态,使塑性材料强度增

34、高,塑性降低,显示出脆性特点。因此测得的tk更高。影响金属韧脆性的三大外部因素： 冲击,温度,缺口。金属的断裂韧度三种裂纹形式： 张开型 , 滑开型 , 撕开型 。1. 名词说明：a) 低应力脆断 ：材料实际承担的应力小于断裂极限甚至小于屈服极限时发生的脆性断裂。b) 张开型裂纹 ：拉应力垂直于裂纹扩展面,裂纹沿作用力方向张开, 沿裂纹面扩展的裂纹。c) 滑开型 ：切应力平行于裂纹面,垂直于裂纹线,裂纹沿裂纹面平行滑开扩展。d) 撕开型 ：切应力平行于裂纹面,平行于裂纹线,裂纹沿裂纹面撕开扩展e) 应力场强度因子： 对于 给定材料 及裂纹尖端邻近确定点,打算裂纹尖端应力场的大小或强弱程度的KI

35、 值。对于无限大板的穿透裂纹,a 为半长度。对于无限大板的表面半椭圆裂纹, a 为裂纹深度, c 为裂纹半长度。修正条件：当时,需要进行修正。用以运算圆筒表面应力：, P 为圆筒内部的压强。其中,的单位为 MPa。意义：KI 表示应力场的强弱程度 , KI 越大,就应力场各应力重量越大。KI 是一个打算于和a 的复合力学参量,可以把KI 看成引起 裂纹扩展的动力 。f) 断裂韧度 ： 临界或失稳状态下的应力场强度因子的大小。KIC 是真正的材料常数,与试样厚度无关,表示材料抗击裂纹失稳扩展（断裂）的才能。假如 KI 针状, B 下板条 B 上,回索 回屈 回马, AM。韧性越好的组织 KIC

36、越高。4. 外部因素：a) 温度 ：温度使 KIC 。b) 应变速率 ：应变速率使KIC ,但形变速度很大时的绝热状态,使KIC 。c) 试样尺寸 ：板厚, KIC。i) 应力放松 ：当最大应力大于有效屈服强度时,由于屈服时应力只能等于有效屈服应力,因此超出的应力都会降低的现象。j) 应力放松 ：在规定温度和初始应力条件下,金属材料中的应力随时间增加而减小的现象。k) 塑性区宽度 ：沿 x 轴方向的塑性区尺寸。考虑了应力放松之后,其塑性区宽度都正好是原塑性区宽度的两倍。l) 裂纹扩展能量释放率 ： 裂纹扩展单位面积时系统释放势能的数值。又称裂纹扩展力 ,表示裂纹扩展单位长度所需的力。也是应力和

37、裂纹尺寸a 的复合力学参量。m) 裂纹扩展 G 判据 ：当裂纹扩展能量释放率GI 大于材料的断裂韧度GIC 时裂纹发生扩展。GIC意义：表示材料阻挡裂纹失稳扩展时单位面积所消耗的能量。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结n) J 积分法 ：由 GI 延长出来的一种断裂 能量判据 。 为弹塑性应变能密度 .o) 断裂韧度 JIC：表示材料抗击裂纹 开头扩展 的才能在线弹性条件下,J 与 G单位相同,意义相同。J dyu Tds x可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结在小应变弹塑性条件下,JI 与 GI 单位相同,但物理意义不同。JI ：形变功差率p) COD法：由 KI

38、延长出来的一种断裂 应变判据 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结断裂韧度 c：表示材料抗击裂纹 开头扩展 的才能。2. 试述低应力脆断的缘由及防止方法。缘由： 材料在加工过程中产生裂纹 ,在外界应力作用下裂纹发生扩展,导致在应力低于屈服强度时发生断裂。防止方法： 采纳断裂力学等新的强度理论和新的材料性能评定指标,在给定裂纹尺寸的情形下, 确定答应的最大工作应力,或者当工作应力确定后, 依据断裂判据确定不发生脆性断裂时所答应的最大裂纹尺寸3. 为什么争论裂纹扩展的力学条件时不用应力判据而用其他判据？由于裂纹前端的应力非常复杂,不易建立应力判据。 而且在裂纹尺寸微小时, 依据应力判

39、据,裂纹尖端应力重量应为无穷大,与实际不符。 因此不能用应力判据而用其他判据。4. 有一大型板件,材料的,探伤发觉有 20mm 长的横向穿透裂纹,如在平均轴向拉应力 900MPa 下工作,试运算 KI 及塑性区宽度 R0,并判定该件是否安全。第一,需要修正。对于无限大板的横向穿透裂纹,运算得 KI=168.1,塑性区宽度为 2.2mm 。由于 KIKIC,因此该件担心全。5. 有一轴件平均轴向工作应力 150MPa,使用中发生横向疲惫脆性正断,断口分析说明有25mm 深的表面半椭圆疲惫区,依据裂纹 a/c 得=1,测试材料的,试估算材料的断裂韧度 KIC 是多少？第一,不需要修正。此处可以认为

40、疲惫断口正好处于临界裂纹尺寸时发生断裂。因此对于表面半椭圆裂纹,运算得KIC=62.2。金属的疲惫1. 名词说明a) 变动载荷 ： 载荷大小甚至方向均随时间变化的载荷称为变动载荷。b) 疲惫： 金属构件在变动应力和应变长期作用下,由于累积损耗而引起的断裂现象。c) 应力幅 ： 循环应力中应力变动部分的幅值。d) 应力比 ： 应力循环对称系数,指应力循环的不对称程度。 按应力状态 分：弯曲疲惫、扭转疲惫、拉压疲惫、复合疲惫。按环境和接触情形 分：大气疲惫、腐蚀疲惫、高温疲惫、热疲惫、接触疲惫。 按寿命、应力高低 分：高周疲惫、低周疲惫。特点：疲惫是 低应力循环延时断裂 。疲惫是 脆性断裂 。疲惫

41、 对缺陷非常敏锐 。断口的宏观特点 ： 疲惫源、疲惫区、瞬断区。i. 疲惫源： 光亮度大 ,是疲惫裂纹的 萌生的 。应力状态及大小不同,可有一个或几个疲惫源。ii. 疲惫区： 光滑, 分布有贝纹线 。贝纹线是疲惫区的最典型宏观特点。是判定疲惫断裂的重要依据。贝纹线的意义：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1. 是疲惫断口最典型的 宏观特点 。其凹向为疲惫源, 凸侧指向裂纹扩展方向, 或者与此相反。2. 贝纹线的间距越小,说明材料韧性越好,说明疲惫裂纹的扩展速率越慢。3. 离疲惫源越近,贝纹线越密集。iii. 瞬断区： 粗糙,结晶状或放射状。是裂纹失稳扩展形成的断口区域。1. 裂纹

42、长大达到临界尺寸。2. 裂纹尖端应力集中达到断裂强度。3. 裂纹尖端的应力场强度因子达到断裂韧度。4. 一般在疲惫源的对侧。疲惫过程 ：i. 疲惫裂纹的萌生a) 表面滑移带开裂。b) 其次相、夹杂物或其界面开裂。c) 晶界或亚晶界开裂ii. 疲惫裂纹的亚稳扩展a) 第一阶段：沿主滑移系成45,以纯剪切方式向内扩展。b) 其次阶段：由于晶粒位向的不同和晶界的阻碍,裂纹方向转向与外力轴垂直, 进入其次阶段疲惫裂纹亚稳扩展的主要部分。c) 塑性钝化模型机理： 拉应力下,裂纹张开且发生塑性变形, 拉应力达到最大值, 裂纹尖端变为半圆形,发生钝化,裂纹尖端应力集中减小,裂纹停止扩展 , 形成一个疲惫条带。iii. 疲惫裂纹的失稳扩展e) 疲惫贝纹线 ：由载荷变动 在裂纹扩展前沿线 留下的宏观弧状台阶痕迹。贝纹线与疲惫条带的区分：i. 疲惫条带是疲惫断口 微观特点 ,一次 应