工程材料力學(xué)性能答案

1、111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111.7決定金屬屈服強(qiáng)度的因素有哪些？12內(nèi)在因素：金屬本性及晶格類型、晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)、溶質(zhì)元素、第二相。外在因素：溫度、應(yīng)變速率和應(yīng)力狀態(tài)。1.9試舉出幾種能顯著強(qiáng)化金屬而又不降低其塑性的方法。固溶強(qiáng)化、形變硬化、細(xì)晶強(qiáng)化1.10試述韌性斷裂與脆性斷裂的區(qū)別。為什么脆性斷裂最危

2、險(xiǎn)？21韌性斷裂是金屬材料斷裂前產(chǎn)生明顯的宏觀塑性變形的斷裂，這種斷裂有一個(gè)緩慢的撕裂過(guò)程，在裂紋擴(kuò)展過(guò)程中不斷地消耗能量；而脆性斷裂是突然發(fā)生的斷裂，斷裂前基本上不發(fā)生塑性變形，沒(méi)有明顯征兆，因而危害性很大。1.13何謂拉伸斷口三要素？影響宏觀拉伸斷口性態(tài)的因素有哪些？答：宏觀斷口呈杯錐形，由纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇三個(gè)區(qū)域組成，即所謂的斷口特征三要素。上述斷口三區(qū)域的形態(tài)、大小和相對(duì)位置，因試樣形狀、尺寸和金屬材料的性能以及試驗(yàn)溫度、

3、加載速率和受力狀態(tài)不同而變化？1.20斷裂強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度有何區(qū)別？抗拉強(qiáng)度是試樣斷裂前所承受的最大工程應(yīng)力，記為σb；拉伸斷裂時(shí)的真應(yīng)力稱為斷裂強(qiáng)度記為σf兩者之間有經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：σf=σb(1ψ)；脆性材料的抗拉強(qiáng)度就是斷裂強(qiáng)度；對(duì)于塑性材料，由于出現(xiàn)頸縮兩者并不相等。1.22裂紋擴(kuò)展受哪些因素支配？答:裂紋形核前均需有塑性變形；位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，在一定條件下便會(huì)形成裂紋。22222222222222222222222222222222222

4、22222222222222222222222222222222222222.3試綜合比較單向拉伸、壓縮、彎曲及扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。答：?jiǎn)蜗蚶煸囼?yàn)的特點(diǎn)及應(yīng)用：?jiǎn)蜗蚶斓膽?yīng)力狀態(tài)較硬，一般用于塑性變形抗力與切斷強(qiáng)度較低得所謂塑性材料試驗(yàn)。壓縮試驗(yàn)的特點(diǎn)及應(yīng)用：（1）單向壓縮的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)a=2，因此，壓縮試驗(yàn)主要用于脆性材料，以顯示其在靜拉伸時(shí)縮不能反映的材料在韌性狀態(tài)下的力學(xué)行為。（2）壓縮與拉伸受力方向不僅相反，且兩種試

5、驗(yàn)所得的載荷變形曲線、塑性及斷裂形態(tài)也存在較大的差別，特別是壓縮不能使塑性材料斷裂，故塑性材料一般不采用壓縮方法試驗(yàn)。（3）多向不等壓縮試驗(yàn)的應(yīng)力軟性系數(shù)a＞2，故此方法適用于脆性更大的材料，它可以反映此類材料的微小塑性差異。此外接觸表面處承受多向壓縮的機(jī)件，也可以采用多向壓縮試驗(yàn)，使試驗(yàn)條件與試驗(yàn)服役條件更接近。彎曲試驗(yàn)的特點(diǎn)及應(yīng)用：（1）彎曲加載時(shí)受拉的一側(cè)應(yīng)力狀態(tài)基本上與靜拉伸時(shí)相同，且不存在如拉伸時(shí)的所謂試樣偏斜對(duì)試樣結(jié)果的影響

6、。因此彎曲試驗(yàn)常用于測(cè)定那些由于太硬難于加工成拉伸試樣的脆性材料的斷裂強(qiáng)度，并能顯示出它們的塑性差別。（2）彎曲試驗(yàn)時(shí)，截面上的應(yīng)力分布也是表面上應(yīng)力最大，故可靈敏的反映材料的表面缺陷，因此，常用來(lái)比較和評(píng)定材料表面處理層的質(zhì)量。（3）由彎曲圖可以看出彎曲試驗(yàn)不能使這些材料斷裂，在這種情況下雖可以測(cè)定非比例彎曲應(yīng)力，但實(shí)際上很少使用。扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)及應(yīng)用：（1）扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)α=0.8，比拉伸時(shí)的α大，易于顯示金屬的塑

7、性低溫脆性的物理本質(zhì)：宏觀上對(duì)于那些有低溫脆性現(xiàn)象的材料，它們的屈服強(qiáng)度會(huì)隨溫度的降低急劇增加，而斷裂強(qiáng)度隨溫度的降低而變化不大。當(dāng)溫度降低到某一溫度時(shí)，屈服強(qiáng)度增大到高于斷裂強(qiáng)度時(shí)，在這個(gè)溫度以下材料的屈服強(qiáng)度比斷裂強(qiáng)度大，因此材料在受力時(shí)還未發(fā)生屈服便斷裂了，材料顯示脆性。從微觀機(jī)制來(lái)看低溫脆性與位錯(cuò)在晶體點(diǎn)陣中運(yùn)動(dòng)的阻力有關(guān)，當(dāng)溫度降低時(shí)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大，原子熱激活能力下降，因此材料屈服強(qiáng)度增加。影響材料低溫脆性的因素有（P63

8、，P73）：1晶體結(jié)構(gòu)：對(duì)稱性低的體心立方以及密排六方金屬、合金轉(zhuǎn)變溫度高，材料脆性斷裂趨勢(shì)明顯，塑性差。2化學(xué)成分：能夠使材料硬度，強(qiáng)度提高的雜質(zhì)或者合金元素都會(huì)引起材料塑性和韌性變差，材料脆性提高。3顯微組織：①晶粒大小，細(xì)化晶粒可以同時(shí)提高材料的強(qiáng)度和塑韌性。因?yàn)榫Ы缡橇鸭y擴(kuò)展的阻力，晶粒細(xì)小，晶界總面積增加，晶界處塞積的位錯(cuò)數(shù)減少，有利于降低應(yīng)力集中；同時(shí)晶界上雜質(zhì)濃度減少，避免產(chǎn)生沿晶脆性斷裂。②金相組織：較低強(qiáng)度水平時(shí)強(qiáng)度等

9、而組織不同的鋼，沖擊吸收功和韌脆轉(zhuǎn)變溫度以馬氏體高溫回火最佳，貝氏體回火組織次之，片狀珠光體組織最差。鋼中夾雜物、碳化物等第二相質(zhì)點(diǎn)對(duì)鋼的脆性有重要影響，當(dāng)其尺寸增大時(shí)均使材料韌性下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高。3.8簡(jiǎn)述根據(jù)韌脆轉(zhuǎn)變溫度分析機(jī)件脆斷失效的優(yōu)缺點(diǎn)。缺點(diǎn)：脆性斷裂一般斷裂時(shí)間較短，突發(fā)性的斷裂，因此在使用時(shí)一旦超過(guò)屈服強(qiáng)度就會(huì)很快斷裂優(yōu)點(diǎn)：脆性斷裂在常溫下表現(xiàn)為脆性，因此材料的變形隨溫度降低時(shí)變化不大，這樣在交變溫度的使用環(huán)境下，

10、就不需要考慮材料的冷脆溫度33333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333334.1（1）低應(yīng)力脆斷：高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度鋼的機(jī)件，中低強(qiáng)度鋼的大型、重型機(jī)件在屈服應(yīng)力以下發(fā)生的斷裂。（4）應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子K：在裂紋尖端區(qū)域各點(diǎn)的應(yīng)力分量除了決定于位置外，尚與強(qiáng)度因子K有關(guān)，對(duì)于某一確定的點(diǎn)，其應(yīng)力分量由K確定，K越大，則應(yīng)力場(chǎng)各點(diǎn)應(yīng)力分

11、量也越大，這樣K就可以表示應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度，稱K為應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子?！癐”表示I型裂紋。P68（9）裂紋擴(kuò)展K判據(jù)：裂紋在受力時(shí)只要滿足K1=KIC，就會(huì)發(fā)生脆性斷裂反之，即使存在裂紋，若K1KIC也不會(huì)斷裂。新P71：舊８３4.2說(shuō)明下列斷裂韌度指標(biāo)的意義及其相互關(guān)系Klc和Kc答：臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的K記作KIC或Kc，Kic為平面應(yīng)變下的斷裂韌度，表示在平面應(yīng)變條件下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。Kc為平面應(yīng)力斷裂韌度，表示在平面應(yīng)力條件

12、下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。它們都是型裂紋的材料裂紋韌性指標(biāo)，但Kc值與試樣厚度有關(guān)。當(dāng)試樣厚度增加，使裂紋尖端達(dá)到平面應(yīng)變狀態(tài)時(shí)，斷裂韌度趨于一穩(wěn)定的低值，即為KIC，它與試樣厚度無(wú)關(guān)，而是真正的材料常數(shù)。P71P82GIc答：P77P89當(dāng)GI增加到某一臨界值時(shí)，GI能克服裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的阻力，則裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂。將GI的臨界值記作GIc，稱斷裂韌度，表示材料阻止裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)單位面積所消耗的能量，其單位與GI相同，MPamJIC：