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2006-2007工程材料力学性能试题B.

2006-2007工程材料力学性能试题B.
2006-2007工程材料力学性能试题B.

2006~2007学年第一学期期末考试(备用卷)答案及评分标准

《材料力学性能》(B卷共 8 页)

(考试时间:2007 年1月 23 日)

一、名词解释(每小题2分,12分)

1)刚度:在弹性变形范围内,构件抵抗变形的能力。

2)弹性不完整性:弹性变形时加载线与卸载线不重合、应变落后于应力的现象。

3)形变强化:材料发生屈服应变后,屈服应力随屈服应变增加而增大的现象。

4)等强温度:晶粒与晶界强度相等的温度。

5)摩擦:两个相互接触的物体在外力作用下发生相对运动或有相对运动趋势,接触面上具有阻止相对运动或相对运动趋势的作用,这种现象称为摩擦。

6)纳米材料:任何至少有一个维度的尺寸小于100nm或由小于100nm的基本单元组成的材料。

二、填空题(每空0.5分,共15分)

1)高分子材料的应力-应变曲线,大致可分为硬而脆,硬而强,硬而韧和软而韧和软而弱等五种类型。

2)材料的拉伸力学性能,包括屈服强度、抗拉强度和实际断裂强度等强度指标和延伸率和断面收缩率等塑性指标。

3)弹性滞后环是由于材料的加载线和卸载线不重合而产生的。对机床的底座等构件,为保证机器的平稳运转,材料的弹性滞后环越大越好;而对弹簧片、钟表等材料,要求材料的弹性滞后环越小越好。

4)材料的断裂按断裂机理分可分为微孔聚集型断裂,解理断裂和沿晶断裂;按断裂前塑性变形大小分可分为延性断裂和脆性断裂

5)在扭转实验中,塑性材料的断裂面与试样轴线垂直;脆性材料的断

裂面与试样轴线成450角。

6)低温脆性常发生在具有体心立方结构的金属及合金中,而在面心立方结构的金属及合金中很少发现。

7)根据构件的受力状态,环境敏感断裂可分为应力腐蚀开裂,腐蚀疲

,腐蚀磨损和微动磨损等四类。

8)材料的韧性是表征材料在外力作用下,从变形到断裂全过程中吸收塑性变形功和断裂功的能力。根据试样形状和加载速率,材料的韧性可分为光滑试样的静力韧性、缺口试样的冲击韧性和裂纹试样的断裂韧性。

三、单项选择题(每小题1.5分,共18分)

1)拉伸试样的直径一定,标距越长则测出的抗拉强度会( C )。

a) 越高;b) 越低;c) 不变;d) 无规律可循

2)与维氏硬度值可以互相比较的是( A)。

a) 布氏硬度;b) 洛氏硬度;c) 莫氏硬度;d) 肖氏硬度

3)扭转加载的应力状态系数( A)单向拉伸的应力状态系数。

a) 大于;b) 小于;c) 等于;d) 无关系

4)双原子模型计算出的材料理论断裂强度比实际值高出1~3个数量级,是因为( C)。

a) 模型不正确;b) 近似计算太粗太多;c) 实际材料有缺陷;d) 实际材料无缺陷

5) 平面应变条件下裂纹尖端的塑性区尺寸( B)平面应力下的塑性区。

a) 大于;b) 小于; c) 等于; d) 不一定

6)在研究低周疲劳中,常通过控制( B )的方式进行。

a) 应力; b) 应变;c ) 时间;d) 频率

7)⊿K th表示材料的( B )。

a) 断裂韧性; b) 疲劳裂纹扩展门槛值;c ) 应力腐蚀破裂门槛值;d) 应力场强度因子8)奥氏体不锈钢在( B )溶液中容易发生应力腐蚀开裂。

a) 热碱溶液; b) 氯化物溶液;c ) 氨水溶液;d) 硝酸盐溶液

9)蠕变是指材料在( A )长期作用下发生的塑性变形现象。

a) 恒应变; b) 恒应力;c ) 恒加载速率;d) 恒定频率

10)细晶强化是非常好的强化方法,但不适用于( A )。

a) 高温;b) 中温;c) 常温;d) 低温

11)与干摩擦相比,加入润滑剂后摩擦副间的摩擦系数将会( B )。

a) 增大;b) 减小;c) 不变;d) 不一定

12)纳米材料是指一个维度的尺寸小于( C )的材料。

a) 1nm;b) 1μm;c) 100nm;d) 10nm

四、简答题(每小题4分,共24分)

1)简述材料性能的分析方法。

答:对材料性能的分析,常有如下四种不同的方法:

(1)黑箱法:由于不知道或不需要知道材料内部的结构,认为材料是一个黑箱;可从输入和输出信息的实验关系来定义或理解性能。(1分)

(2)相关法(灰箱法):随着对材料结构的不断认识,及对材料实验数据的不断积累,材料的结构部分已知,从而可用统计的方法建立起性能与结构之间相关性的经验方程。(1分)(3)过程法(白箱法):在深入了解材料内部结构的本质、并掌握材料的行为过程机制的情况下,可从材料的结构参数去计算或预测材料的各种性能。(1分)

(4)环境法:材料的性能,除与材料的成分和结构有关外,还与外界的环境条件有关。即从环境条件对材料的作用角度去研究材料的性能。(1分)

2)简述洛氏硬度试验方法的优缺点。

答:洛氏硬度试验的优点是:(1)因有硬质、软质两种压头,故适于各种不同硬质材料的检验,不存在压头变形问题。(2)因为硬度值可从硬度机的表盘上直接读出,故测定洛氏硬度更为简便迅速,工效高。(3)对试件表面造成的损伤较小,可用于成品零件的质量检验。(4)因加有预载荷,可以消除表面轻微的不平度对试验结果的影响。(2分)洛氏硬度的缺点是:(1)洛氏硬度存在人为的定义,使得不同标尺的洛氏硬度值无法相互比较,不象布氏硬度可以从小到大统一起来。(2)由于压痕小,所以洛氏硬度对材料组织的不均匀性很敏感,测试结果比较分散,重复性差,因而不适用具有粗大组成相(如灰铸铁中的石墨片)或不均匀组织材料的硬度测定。(2分)

3)试以日常生活的1~2则事例,说明裂纹的有益作用或对人们有利的一面。答:如切割玻璃时,工人们总是先用玻璃刀在玻璃上刻下划痕,以使玻璃切割得既整齐又省力。(2分)

再如售货员卖布时,也总是先在布的边缘剪开一个小口,沿着这个小口,可以很容易地将布撕开。(2分)

4)与纯机械疲劳相比,腐蚀疲劳有何特点?

答:与纯机械疲劳相比,在水介质中的腐蚀疲劳具有以下的特点:

(1) 在腐蚀疲劳的S~N曲线上,没有像大气疲劳那样具有水平线段,即不存在无限寿命的疲劳极限值。即使交变应力很低,只要循环次数足够大,材料总会发生断裂。(1分)

(2) 腐蚀疲劳极限与静强度之间没有直接的关系。(1分)

(3) 在大气环境中,当加载频率小于1000Hz 时,频率对疲劳极限基本上无影响。但腐蚀疲劳对加载频率十分敏感,频率越低,疲劳强度与寿命也越低。(1分)

(4) 腐蚀疲劳条件下裂纹极易萌生,故裂纹扩展是疲劳寿命的主要组成部分。而大气环境下,光滑试样的裂纹萌生是疲劳寿命的主要部分。(1分)

5)与常温下力学性能相比,金属材料在高温下的力学行为有哪些特点 ?

答:与常温下力学性能相比,金属材料在高温下的力学行为有如下的特点:

(1)材料在高温下将发生蠕变现象。即在应力恒定的情况下,材料在应力的持续作用下不断地发生变形。(1分)

(2)材料在高温下的强度与载荷作用的时间有关了。载荷作用的时间越长,引起一定变形速率或变形量的形变抗力及断裂抗力越低。(1分)

(3)材料在高温下工作时,不仅强度降低,而且塑性也降低。应变速率越低,载荷作用时间越长,塑性降低得越显著。因而在高温下材料的断裂,常为沿晶断裂。(1分)

(4)在恒定应变条件下,在高温下工作的材料还会应力松弛现象,即材料内部的应力随时间而降低的现象。(1分)

6)控制摩擦磨损的方法有哪些?

答:对材料的摩擦磨损,其控制方法如下:

(1)润滑剂的使用:在相对运动的摩擦接触面之间加入润滑剂,使两接触表面之间形成润滑膜,变干摩擦为润滑剂内部分子间的内摩擦,从而达到减少摩擦表面摩擦、降低材料磨损的目的。(1分)

(2)摩擦材料的选择:根据摩擦的具体工况(载荷、速度、温度、介质等),选择合理的摩擦副材料(减摩、摩阻、耐磨),也可达到降低材料摩擦磨损的目的。(1分)

(3)材料的表面改性和强化:利用各种物理的、化学的或机械的工艺手段如机械加工强化处理、表面热处理、扩散处理和表面覆盖处理,使材料表面获得特殊的成分、组织结构与性能,以提高材料的耐磨性能。(2分)

五、推导题(每小题8分,共16分)

1)对静载拉伸实验,试根据体积不变条件及延伸率、断面收缩率的概念,推导均匀变形阶段材料的延伸率δ与断面收缩率ψ的关系式。(8分)

解:在均匀变形阶段,由变形前后体积不变的条件lA A l 00可得:

(1分)

)1()1(00

00δ+=?+=?+=l l l l l l l (1分) )1(1(0000ψ-=?-

=?-=A A A A A A A (1分) 于是,可推出材料的延伸率δ与断面收缩率ψ间的关系:

ψ

δ-=+111 (2分) 或ψ

ψδ-=1 (2分) 上式表明,在均匀变形阶段δ恒大于ψ。 (1分)

2)对质点均匀分布的两相合金,如质点间距为λ,试用无限大板中心贯穿裂纹(裂纹长度为2a )延长线上的应力场强度分布公式r K I y πσ2/=、虎克定律ε=σ/E 、最大均匀真应变εb 和应变强化指数n ,推导材料断裂韧性K I C 的表达式。(8分)

解:已知材料为含有均布第二相质点的两相合金,质点间距为λ,物体受力后裂纹顶端出现一塑性区,随着外力增加,塑性区增大,当塑性区与裂纹前方的第一个质点相遇时,即塑性区尺寸λγ=时,质点与基体界面开裂形成孔洞。孔洞与裂纹之间的材料好像一个小的拉伸试样。当这个小拉伸试样断裂时,裂纹便开始向前扩展,此时的K I 因子就是材料的

断裂韧性K IC 。

(2分) 裂纹顶端塑性区内的应力为材料的屈服强度s σ。弹性区内的应力分布为r K I y πσ2/=。根据虎克定律在弹性区与塑性区的交界处,即λ=r 点,应变y ε为

πλσε2E K E I y y == (2分)

图1 Krafft 断裂模型

假定裂纹顶端与孔洞之间的小试样的断裂条件与单向拉伸时的断裂条件相同。当塑性区内的应变达到单向拉伸颈缩时的应变时,即最大的均匀真应变b ε时,小试样便出现塑性失稳。(1分)

于是,裂纹扩展的临界条件就是塑性区的应变y ε达到该材料的最大均匀真应变b ε。而b ε=n (n 为应变强化指数)。因此,裂纹扩展的临界条件为:

πλ2E K n IC

= (2分)

所以,微孔集聚型断裂的断裂韧性为:

πλ2En K IC = (1分)

六、计算题(15分)

有一大型厚板构件制造时,出现了中心穿透裂纹,若2a =2mm ,在工作应力σ=1000MPa 下工作,应该选什么材料的σ0.2与K IC 配合比较合适? 已知构件材料经不同热处理后的σ0.2与K IC 值列于下表:

σ0.2/MPa 1100 1200 1300 1400 1500 K IC / MPa*m 1/2 110 95 75 60 55

解: 已知工作应力σ=1000MPa ;裂纹长度为2a =2mm ,于是a =1mm=0.001m 。

构件为大型厚板结构,属平面应变。

(1) 对屈服强度为1100 MPa 、断裂韧性为110 MPa*m 1/2的材料,因s

σσ=1000/1100=0.91>0.5,于是裂纹前端的应力强度因子K I 为: 2

)(241

1S I a K σσπσ-=

=60.65 MPa*m 1/2<110 MPa*m 1/2 因此选用该材料是安全的。(3分)

(2)对屈服强度为1200 MPa 、断裂韧性为95 MPa*m 1/2的材料,因s

σσ=1000/1200=0.83>0.6,于是裂纹前端的应力强度因子K I 为: 2

)(241

1S I a K σσπσ-=

=59.79 MPa*m 1/2<95 MPa*m 1/2 因此选用该材料是安全的。(3分)

(3)对屈服强度为1300 MPa 、断裂韧性为75 MPa*m 1/2的材料,因s

σσ=1000/1300=0.77>0.5,于是裂纹前端的应力强度因子K I 为: 2

)(241

1S I a K σσπσ-=

=59.22 MPa*m 1/2<75 MPa*m 1/2 因此选用该材料是安全的。(3分)

(4)对屈服强度为1400 MPa 、断裂韧性为60 MPa*m 1/2的材料,因s

σσ=1000/1400=0.71>0.5,于是裂纹前端的应力强度因子K I 为: 2

)(241

1S I a K σσπσ-=

=58.74 MPa*m 1/2<60 MPa*m 1/2 因此选用该材料是安全的。(3分)

(5)对屈服强度为1500 MPa 、断裂韧性为55 MPa*m 1/2的材料,因s σσ=1000

/1500=0.67>0.5,于是裂纹前端的应力强度因子K I 为:

2

)(241

1S I a K σσπσ-=

=58.38 MPa*m 1/2>55 MPa*m 1/2 因此选用该材料是不安全的。(3分)

钢筋混凝土材料的力学性能 复习题

第一章 钢筋混凝土的材料力学性能 一、填空题: 1、《混凝土规范》规定以 强度作为混凝土强度等级指标。 2、测定混凝土立方强度标准试块的尺寸是 。 3、混凝土的强度等级是按 划分的,共分为 级。 4、钢筋混凝土结构中所用的钢筋可分为两类:有明显屈服点的钢筋和无明显屈服点 的钢筋,通常称它们为 和 。 5、钢筋按其外形可分为 、 两大类。 6、HPB300、 HRB335、 HRB400、 RRB400表示符号分别为 。 7、对无明显屈服点的钢筋,通常取相当于于残余应变为 时的应力作为名 义屈服点,称为 。 8、对于有明显屈服点的钢筋,需要检验的指标有 、 、 、 等四项。 9、对于无明显屈服点的钢筋,需要检验的指标有 、 、 等三项。 10、钢筋和混凝土是两种不同的材料,它们之间能够很好地共同工作是因 为 、 、 。 11、钢筋与混凝土之间的粘结力是由 、 、 组成的。其 中 最大。 12、混凝土的极限压应变cu ε包括 和 两部分, 部分越 大,表明变形能力越 , 越好。 13、钢筋的冷加工包括 和 ,其中 既提高抗拉又提高抗 压强度。 14、有明显屈服点的钢筋采用 强度作为钢筋强度的标准值。 15、钢筋的屈强比是指 ,反映 。 二、判断题: 1、规范中,混凝土各种强度指标的基本代表值是轴心抗压强度标准值。( ) 2、混凝土强度等级是由一组立方体试块抗压后的平均强度确定的。( ) 3、采用边长为100mm 的非标准立方体试块做抗压试验时,其抗压强度换算系数为 0.95。( ) 4、采用边长为200mm 的非标准立方体试块做抗压试验时,其抗压强度换算系数为 1.05。( ) 5、对无明显屈服点的钢筋,设计时其强度标准值取值的依据是条件屈服强度。( ) 6、对任何类型钢筋,其抗压强度设计值y y f f '=。( )

机械工程材料习题 金属材料与热处理 工程材料 试题答案

机械工程材料习题金属材料及热处理工程材料试题答案 复习思考题1 1.写出下列力学性能符号所代表的力学性能指标的名称和含义。Akv、ψ、δ5 、σb 、σ0.2 、σs 、σe、σ 500、HRC、HV、σ-1、σ、HBS、HBW、E。 2.钢的刚度为20.7×104MPa,铝的刚度为6.9×104MPa。问直径为2.5mm,长12cm 的钢丝在承受450N的拉力作用时产生的弹性变形量(Δl)是多少?若是将钢丝改成同样长度的铝丝,在承受作用力不变、产生的弹性变形量(Δl)也不变的情况下,铝丝的直径应是多少? 3.某钢棒需承受14000N的轴向拉力,加上安全系数允许承受的最大应力为 140MPa。问钢棒最小直径应是多少?若钢棒长度为60mm、E=210000MPa,则钢棒的弹性变形量(Δl)是多少? 4.试比较布氏、洛氏、维氏硬度的特点,指出各自最适用的范围。下列几种工件的硬度适宜哪种硬度法测量:淬硬的钢件、灰铸铁毛坯件、硬质合金刀片、渗氮处理后的钢件表面渗氮层的硬度。 5.若工件刚度太低易出现什么问题?若是刚度可以而弹性极限太低易出现什么问题? 6.指出下列硬度值表示方法上的错误。12HRC~15HRC、800HBS、58HRC~62HRC、550N/mm2HBW、70HRC~75HRC、200N/mm2HBS。 7.判断下列说法是否正确,并说出理由。 (1)材料塑性、韧性愈差则材料脆性愈大。 (2)屈强比大的材料作零件安全可靠性高。 (3)材料愈易产生弹性变形其刚度愈小。 (4)伸长率的测值与试样长短有关,δ5>δ10 (5)冲击韧度与试验温度无关。 (6)材料综合性能好,是指各力学性能指标都是最大的。 (7)材料的强度与塑性只要化学成分一定,就不变了。 复习思考题2 1.解释下列名词:晶格、晶胞、晶粒、晶界、晶面、晶向、合金、相、固溶体、金属化合物、固溶强化、第二相弥散强化、组元。 2.金属的常见晶格有哪三种?说出名称并画图示之。 4.为什么单晶体有各向异性,而多晶体的金属通常没有各向异性? 5.什么叫晶体缺陷?晶体中可能有哪些晶体缺陷?它们的存在有何实际意义? 6.固态合金中固溶体相有哪两种? 7.固溶体的溶解度取决于哪些因素?复习思考题3 复习思考题3 1.概念: 过冷、过冷度、平衡状态、合金、相图、匀晶转变、共晶转变细晶强化、枝晶偏析、变质处理。 2.金属结晶的动力学条件和热力学条件是什么? 3.铸锭是否一定要有三种晶区?柱状晶的长大如何抑制? 4.合金结晶中可能出现的偏析应如何控制使之尽量减小? 5.本书图3-lOPb-Sn合金相图。 7.固溶体合金和共晶合金其力学性能和工艺性能各有什么特点?

材料力学性能考试答案

《工程材料力学性能》课后答案 机械工业出版社 2008第2版 第一章 单向静拉伸力学性能 1、 试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别?为什么? 2、 决定金属屈服强度的因素有哪些?【P12】 答:内在因素:金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。 外在因素:温度、应变速率和应力状态。 3、 试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险?【P21】 答:韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的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,断裂前基本上不发生塑性变形,没有明显征兆,因而危害性很大。 4、 剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂,为什么断裂性质完全不同?【P23】 答:剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离,一般是韧性断裂,而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂,解理断裂通常是脆性断裂。 5、 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? 答:宏观断口呈杯锥形,由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成,即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置,因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。 6、 论述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路,推导格雷菲斯方程,并指出该理论的局限性。 【P32】 答: 212?? ? ??=a E s c πγσ,只适用于脆性固体,也就是只适用于那些裂纹尖端塑性变形可以忽略的情况。 第二章 金属在其他静载荷下的力学性能 一、解释下列名词: (1)应力状态软性系数—— 材料或工件所承受的最大切应力τ max 和最大正应力σmax 比值,即: () 32131max max 5.02σσσσσστα+--== 【新书P39 旧书P46】 (2)缺口效应—— 绝大多数机件的横截面都不是均匀而无变化的光滑体,往往存在截面的急剧变化,如键槽、油孔、轴肩、螺纹、退刀槽及焊缝等,这种截面变化的部分可视为“缺口”,由于缺口的存在,在载荷作用下缺口截面上的应力状态将发生变化,产生所谓的缺口效应。【P44 P53】 (3)缺口敏感度——缺口试样的抗拉强度σbn 的与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σ b 的比值,称为缺口敏感度,即: 【P47 P55 】 (4)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试验力计算而得的硬度。【P49 P58】 (5)洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头,以测量压痕深度所表示的硬度 【P51 P60】。 (6)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

材料力学性能试题(卷)集

判断 1.由内力引起的内力集度称为应力。(×) 2.当应变为一个单位时,弹性模量即等于弹性应力,即弹性模量是产生100%弹性变形所需的应力。(√) 3.工程上弹性模量被称为材料的刚度,表征金属材料对弹性变形的抗力,其值越大,则在相同应力条件下产生的弹性变形就越大。(×) 4.弹性比功表示金属材料吸收弹性变形功的能力。(√) 5.滑移面和滑移方向的组合称为滑移系,滑移系越少金属的塑性越好。(×) 6.高的屈服强度有利于材料冷成型加工和改善焊接性能。(×) 7.固溶强化的效果是溶质原子与位错交互作用及溶质浓度的函数,因而它不受单相固溶合金(或多项合金中的基体相)中溶质量所限制。(×) 8.随着绕过质点的位错数量增加,留下的位错环增多,相当于质点的间距减小,流变应力就增大。(√) 9.层错能低的材料应变硬度程度小。(×) 10.磨损、腐蚀和断裂是机件的三种主要失效形式,其中以腐蚀的危害最大。(×) 11.韧性断裂用肉眼或放大镜观察时断口呈氧化色,颗粒状。(×) 12.脆性断裂的断裂面一般与正应力垂直,断口平齐而光亮,长呈放射状或结晶状。(√) 13.决定材料强度的最基本因素是原子间接合力,原子间结合力越高,则弹性模量、熔点就越小。(×) 14.脆性金属材料在拉伸时产生垂直于载荷轴线的正断,塑性变形量几乎为零。(√) 15.脆性金属材料在压缩时除产生一定的压缩变形外,常沿与轴线呈45°方向产生断裂具有切断特征。(√)

16.弯曲试验主要测定非脆性或低塑性材料的抗弯强度。(×) 17.可根据断口宏观特征,来判断承受扭矩而断裂的机件性能。(√) 18.缺口截面上的应力分布是均匀的。(×) 19.硬度是表征金属材料软硬程度的一种性能。(√) 20.于降低温度不同,提高应变速率将使金属材料的变脆倾向增大。(×) 21.低温脆性是材料屈服强度随温度降低急剧下降的结果。(×) 22.体心立方金属及其合金存在低温脆性。(√) 23.无论第二相分布于晶界上还是独立在基体中,当其尺寸增大时均使材料韧性下降,韧脆转变温度升高。(√) 24.细化晶粒的合金元素因提高强度和塑性使断裂韧度K IC下降。(×) 25.残余奥氏体是一种韧性第二相,分布于马氏体中,可以松弛裂纹尖端的应力峰,增大裂纹扩展的阻力,提高断裂韧度K IC。(√) 26.一般大多数结构钢的断裂韧度K IC都随温度降低而升高。(×) 27.金属材料的抗拉强度越大,其疲劳极限也越大。(√) 28.宏观疲劳裂纹是由微观裂纹的形成、长大及连接而成的。(√) 29.材料的疲劳强度仅与材料成分、组织结构及夹杂物有关,而不受载荷条件、工作环境及表面处理条件的影响。(×) 30.应力腐蚀断裂并是金属在应力作用下的机械破坏与在化学介质作用下的腐蚀性破坏的叠加所造成的。(×) 31.氢蚀断裂的宏观断口形貌呈氧化色,颗粒状。(√) 32.含碳量较低且硫、磷含量较高的钢,氢脆敏感性低。(×) 33.在磨损过程中,磨屑的形成也是一个变形和断裂的过程。(√)

《工程材料力学性能》1231231321321321课后答案

第一章材料单向静拉伸载荷下的力学性能 一、解释下列名词 包申格效应:指原先经过少量塑性变形,卸载后同向加载,弹性极限(σP)或屈服强度(σS)增加;反向加载时弹性极限(σP)或屈服强度(σS)降低的现象。 度。是一个强度与塑性的综合指标,是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。(一)影响屈服强度的内因素 1.金属本性和晶格类型(结合键、晶体结构) 单晶的屈服强度从理论上说是使位错开始运动的临界切应力,其值与位错运动所受到的阻力(晶格阻力--派拉力、位错运动交互作用产生的阻力)决定。 派拉力: 位错交互作用力 (a是与晶体本性、位错结构分布相关的比例系数,L是位错间距。) 2.晶粒大小和亚结构 晶粒小→晶界多(阻碍位错运动)→位错塞积→提供应力→位错开动→产生宏观塑性变形。 晶粒减小将增加位错运动阻碍的数目,减小晶粒内位错塞积群的长度,使屈服强度降低(细晶强化)。 屈服强度与晶粒大小的关系:霍尔-派奇(Hall-Petch) σs= σi+kyd-1/2 3.溶质元素 加入溶质原子→(间隙或置换型)固溶体→(溶质原子与溶剂原子半径不一样)产生晶格畸变→产生畸变应力场→与位错应力场交互运动→使位错受阻→提高屈服强度(固溶强化)。 4.第二相(弥散强化,沉淀强化)

不可变形第二相:提高位错线张力→绕过第二相→留下位错环→两质点间距变小→流变应力增大。 不可变形第二相:位错切过(产生界面能),使之与机体一起产生变形,提高了屈服强度。 弥散强化:第二相质点弥散分布在基体中起到的强化作用。 沉淀强化:第二相质点经过固溶后沉淀析出起到的强化作用。 (二)影响屈服强度的外因素 1.温度:一般的规律是温度升高,屈服强度降低。原因:派拉力属于短程力,对温度十分敏感。 2.应变速率:应变速率大,强度增加。σε,t= C1(ε)m 3.应力状态:切应力分量越大,越有利于塑性变形,屈服强度越低。 缺口效应:试样中“缺口”的存在,使得试样的应力状态发生变化,从而影响材料的力学性能的现象。 9.细晶强化能强化金属又不降低塑性。 10.韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂更加危险?韧性断裂:是断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂 特征:断裂面一般平行于最大切应力与主应力成45度角。 断口成纤维状(塑变中微裂纹扩展和连接),灰暗色(反光能力弱)。 断口三要素:纤维区、放射区、剪切唇这三个区域的比例关系与材料韧断性能有关。 塑性好,放射线粗大 塑性差,放射线变细乃至消失。 脆性断裂:断裂前基本不发生塑性变形的,突发的断裂。 特征:断裂面与正应力垂直,断口平齐而光滑,呈放射状或结晶状。 注意:脆性断裂也产生微量塑性变形。 断面收缩率小于5%为脆性断裂,大于5%为韧性断裂。 。 第二章金属在其他静载荷下的力学性能 一、解释下列名词:

材料力学性能考试题及答案

07 秋材料力学性能 一、填空:(每空1分,总分25分) 1.材料硬度的测定方法有、和。 2.在材料力学行为的研究中,经常采用三种典型的试样进行研究,即、和。 3.平均应力越高,疲劳寿命。 4.材料在扭转作用下,在圆杆横截面上无正应力而只有,中心处切 应力为,表面处。 5.脆性断裂的两种方式为和。 6.脆性材料切口根部裂纹形成准则遵循断裂准则;塑性材料切口根 部裂纹形成准则遵循断裂准则; 7.外力与裂纹面的取向关系不同,断裂模式不同,张开型中外加拉 应力与断裂面,而在滑开型中两者的取向关系则为。 8.蠕变断裂全过程大致由、和 三个阶段组成。 9.磨损目前比较常用的分类方法是按磨损的失效机制分为、和腐蚀磨损等。 10.深层剥落一般发生在表面强化材料的区域。

11.诱发材料脆断的三大因素分别是、和 。 二、选择:(每题1分,总分15分) ()1. 下列哪项不是陶瓷材料的优点 a)耐高温 b) 耐腐蚀 c) 耐磨损 d)塑性好 ()2. 对于脆性材料,其抗压强度一般比抗拉强度 a)高b)低c) 相等d) 不确定 ()3.用10mm直径淬火钢球,加压3000kg,保持30s,测得的布氏硬度值为150的正确表示应为 a) 150HBW10/3000/30 b) 150HRA3000/l0/ 30 c) 150HRC30/3000/10 d) 150HBSl0/3000/30 ()4.对同一种材料,δ5比δ10 a) 大 b) 小 c) 相同 d) 不确定 ()5.下列哪种材料用显微硬度方法测定其硬度。 a) 淬火钢件 b) 灰铸铁铸件 c) 退货态下的软钢 d) 陶瓷 ()6.下列哪种材料适合作为机床床身材料 a) 45钢 b) 40Cr钢 c) 35CrMo钢 d) 灰铸铁()7.下列哪种断裂模式的外加应力与裂纹面垂直,因而 它是最危险的一种断裂方式。

工程材料力学性能

《工程材料力学性能》(第二版)课后答案 第一章材料单向静拉伸载荷下的力学性能 一、解释下列名词 滞弹性:在外加载荷作用下,应变落后于应力现象。 静力韧度:材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。 弹性极限:试样加载后再卸裁,以不出现残留的永久变形为标准,材料能够完全弹性恢复的最高应力。 比例极限:应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。 包申格效应:指原先经过少量塑性变形,卸载后同向加载,弹性极限(σP)或屈服强度(σS)增加;反向加载时弹性极限(σP)或屈服强度(σS)降低的现象。 解理断裂:沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。晶体学平面--解理面,一般是低指数,表面能低的晶面。 解理面:在解理断裂中具有低指数,表面能低的晶体学平面。 韧脆转变:材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象(冲击吸收功明显下降,断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂,断口特征由纤维状转变为结晶状)。 静力韧度:材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。是一个强度与塑性的综合指标,是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。 二、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感的力学性能指标? 答案:金属的弹性模量主要取决于金属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,所以说它是一个对组织不敏感的性能指标,这是弹性模量在性能上的主要特点。改变材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响,但对材料的刚度影响不大。 三、什么是包辛格效应,如何解释,它有什么实际意义? 答案:包辛格效应就是指原先经过变形,然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降

工程材料力学性能-第2版答案 束德林

《工程材料力学性能》束德林课后答案 机械工业出版社 2008第2版 第一章单向静拉伸力学性能 1、解释下列名词。 1弹性比功:金属材料吸收弹性变形功的能力,一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 2.滞弹性:金属材料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称为滞弹性,也就是应变落后于应力的现象。 3.循环韧性:金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。 4.包申格效应:金属材料经过预先加载产生少量塑性变形,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。 5.解理刻面:这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。6.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收塑性变形功和断裂功的能力。 7.解理台阶:当解理裂纹与螺型位错相遇时,便形成一个高度为b的台阶。 8.河流花样:解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。是解理台阶的一种标志。

9.解理面:是金属材料在一定条件下,当外加正应力达到一定数值后,以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂,因与大理石断裂类似,故称此种晶体学平面为解理面。 10.穿晶断裂:穿晶断裂的裂纹穿过晶内,可以是韧性断裂,也可以是脆性断裂。 沿晶断裂:裂纹沿晶界扩展,多数是脆性断裂。 11.韧脆转变:具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时,冲击吸收功明显下降,断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂,这种现象称为韧脆转变 12.弹性不完整性:理想的弹性体是不存在的,多数工程材料弹性变形时,可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等 2、 说明下列力学性能指标的意义。 答:E 弹性模量 G 切变模量 r σ规定残余伸长应力 2.0σ屈服强度 gt δ金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应变硬化指 数 【P15】 3、 金属的弹性模量主要取决于什么因素?为什么说它是一个对 组织不敏感的力学性能指标? 答:主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小,但是不改变金属原子的本性和晶格类型。组织虽然改变了,原子的本性和晶格

材料力学性能课后习题答案

1弹性比功: 金属材料吸收弹性变形功的能力,一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 2.滞弹性: 金属材料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称为滞弹性,也就是应变落后于应力的现象。 3.循环韧性: 金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。 4.xx效应: 金属材料经过预先加载产生少量塑性变形,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。 5.解理刻面: 这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 6.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收塑性变形功和断裂功的能力。 7.解理台阶: 当解理裂纹与螺型位错相遇时,便形成一个高度为b的台阶。 8.河流花样: 解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。

是解理台阶的一种标志。 9.解理面: 是金属材料在一定条件下,当外加正应力达到一定数值后,以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂,因与大理石断裂类似,故称此种晶体学平面为解理面。 10.穿晶断裂: 穿晶断裂的裂纹穿过晶内,可以是韧性断裂,也可以是脆性断裂。 沿晶断裂: 裂纹沿晶界扩展,多数是脆性断裂。 11.韧脆转变: 具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时,冲击吸收功明显下降,断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂,这种现象称为韧脆转变 12.弹性不完整性: 理想的弹性体是不存在的,多数工程材料弹性变形时,可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等金属的弹性模量主要取决于什么因素?为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标? 答: 主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小,但是不改变金属原子的本性和晶格类型。组织虽然改变了,原子的本性和晶格类型未发生改变,故弹性模量对组织不敏感。 1、试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别?为什么?

安徽工业大学材料力学性能复习总结题

安徽工业大学材料力学性能复习总结题 第一章金属在单向静拉伸载荷下的力学性能— 1、名词解释 强度、塑性、韧性、包申格效应 2、说明下列力学性能指标的意义 E、σ0.2、σs、n、δ、ψ 3、今有45、40Cr、35CrMo钢和灰铸铁几种材料,你选择哪些材料作机床床身?为什么? 4、试述并画出退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸-伸长曲线图上的区别。 *5、试述韧性断裂和脆性断裂的区别?(P21-22) 6、剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂,为什么断裂性质完全不同? 7、何谓拉伸断口三要素? 8、试述弥散强化与沉淀强化的异同? 9、格雷菲斯判据是断裂的充分条件、必要条件还是充分必要条件?*10、试述构件的刚度与材料的刚度的异同。(P4)

第二章金属在其它静载荷下的力学性能— 1、名词解释 缺口效应、缺口敏感度、应力状态软性系数 2、说明下列力学性能指标及表达的意义 σbc、NSR、600HBW1/30/20 3、缺口试样拉伸时应力分布有何特点? 4、根据扭转试样的宏观断口特征,可以了解金属材料的最终断裂方式,比如切断、正断和木纹状断口。试画出这三种断口特征的宏观特征。 第三章金属在冲击载荷下的力学性能— 1、名词解释 低温脆性、韧脆转变温度 2、说明下列力学性能指标的意义 A K、FATT50 3、现需检验以下材料的冲击韧性,问哪种材料要开缺口?哪些材料不要开缺口?为什么? W18Cr4V、Cr12MoV、3Cr2W8V、40CrNiMo、30CrMnSi、20CrMnTi、铸铁

第四章金属的断裂韧度— 1、名词解释 应力场强度因子K I、小范围屈服 2、说明断裂韧度指标K IC和K C的意义及其相互关系。 3、试述K I与K IC的相同点和不同点。 4、试述K IC和A KV的异同及其相互关系。 *5、合金钢调质后的性能σ0.2=1400MPa, K IC=110MPa?m1/2,设此种材料厚板中存在垂直于外界应力的裂纹,所受应力σ=900MPa,问此时的临界裂纹长度是多少? *6、有一大型薄板构件,承受工作应力为400MN/m2,板的中心有一长为3mm的裂纹,裂纹面垂直于工作应力,钢材的σs=500 MN/m2,试确定:裂纹尖端的应力场强度因子K I及裂纹尖端的塑性区尺寸R 。

江大工程材料力学性能习题解答

第一章 1、弹性变形的实质是什么?答:金属晶格中原子自平衡位置产生可逆位移的反映。 2、弹性模量E的物理意义?E是一个特殊的力性指标,表现在哪里? 答:材料在弹性变形阶段,其应力和应变成正比例关系(即符合胡克定律),其比例系数称为弹性模量。E=Z / &。弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标,其值越大,使材料发生一定弹性变形的应力也越大,即材料刚度越大,亦即在一定应力作用下,发生弹性变形越小。弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标,相当于普通弹簧中的刚度。特殊表现:金属材料的E是一个对组织不敏感的力 学性能指标,温度、加载速率等外在因素对其影响不大,E主要决定于金属原子 本性和晶格类型。 3、比例极限、弹性极限、屈服极限有何异同? 答:比例极限:应力应变曲线符合线性关系的最高应力(应力与应变成正比关系的最大应力);弹性极限:试样由弹性变形过渡到弹-塑性变形时的应力;屈服极限:开始发生均匀塑性变形时的应力。 4、什么是滞弹性?举例说明滞弹性的应用? 答: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。应用:精密传感元件选择滞弹性低的材料。 5、内耗、循环韧性、包申格效应? 答:内耗:金属材料在在弹性区内加载交变载荷(振动)时吸收不可逆变形功的能力;循环韧性:? ??塑性区内???;包申格效应:金属材料经过预先加 载产生少量塑性变形(残余应变为1%~4%),卸载后再同向加载,规定残余伸长应力(弹性极限或屈服极限)增加,反向加载,规定残余伸长应力(特别是弹性极限在反向加载时几乎降低到零)的现象。 6、什么是屈服强度?如何确定屈服强度? 答:屈服强度Z s :开始产生塑性变形时的应力。对于屈服现象明显的材料,以下屈服点对应的应力为屈服强度;对于屈服现象不明显的材料,以产生0.2%残 余变形的应力为其屈服强度。 7、屈服强度的影响因素有哪些? 答:内因:①金属本性及晶格类型(位错密度增加,晶格阻力增加,屈服强度随之提高)②晶粒大小和亚结构(细晶强化)③溶质元素(固溶强化)④第二相(弥散强化和沉淀强化);外因:①温度(一般,升高温度,金属材料的屈服强度降低)②应变速率(应变速率硬化)③应力状态(切应力分量越大,越有利于塑性变形,屈服强度则越低)。 8、屈服强度的实际意义?答:屈服强度是金属材料重要的力学性能,它是工程上从静强度角度选择韧性材料的基本依据,是建立屈服判据的重要指标,钢的屈服强度对工艺性能也有重要影响,降低屈服强度有利于材料冷成形加工和改善焊接性能。 9、静力韧度的物理意义。答:金属材料在静拉伸时单位体积材料断裂前所吸收的功定义为静力韧度,它是强度和塑性的综合指标。 10、真实应力应变曲线与工程应力应变曲线有何不同?有何意义?真实应力应 变曲线的关键点是哪个点?答:工程应力应变曲线上的应力和应变是用试样标距部分原始截面积和原始标距长度来度量的,往往不能真实反映或度量应变;真实应力应变曲线则代表瞬时的应力和应变,更为合理,可以叠加,可以不记中间加载历史,只需知道试样的初始长度和最终长度。工程〉真实。关键点是B点,B点前是均匀塑性变形,后是颈缩阶

工程材料力学性能 东北大学

课后答案 第一章 一、解释下列名词 材料单向静拉伸载荷下的力学性能 滞弹性:在外加载荷作用下,应变落后于应力现象。 静力韧度:材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。 弹性极限:试样加载后再卸裁,以不出现残留的永久变形为标准,材料能够完全弹性恢复的最高应力。比例极限:应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。 包申格效应:指原先经过少量塑性变形,卸载后同向加载,弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)增加;反向加载时弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)降低的现象。 解理断裂:沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。晶体学平面--解理面,一般是低指数,表面能低的晶面。 解理面:在解理断裂中具有低指数,表面能低的晶体学平面。 韧脆转变:材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象(冲击吸收功明显下降,断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂,断口特征由纤维状转变为结晶状)。 静力韧度:材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。是一个强度与塑性的综合指标,是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。 二、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感的力学性能? 答案:金属的弹性模量主要取决于金属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,所以说它是一个对组织不敏感的性能指标,这是弹性模量在性能上的主要特点。改变材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响,但对材料的刚度影响不大。 三、什么是包辛格效应,如何解释,它有什么实际意义? 答案:包辛格效应就是指原先经过变形,然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零,这说明在反向加载时塑性变形立即开始了。包辛格效应可以用位错理论解释。 第一,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,这背应力反作用于位错源,当背应力(取决于塞积时产生的应力集中)足够大时,可使位错源停止开动。背应力是一种长程(晶粒或位错胞尺寸范围)内应力,是金属基体平均内应力的度量。因为预变形时位错运动的方向和背应力的方向相反,而当反向加载时位错运动的方向与原来的方向相反了,和背应力方向一致,背应力帮助位错运动,塑性变形容易了,于是,经过预变形再反向加载,其屈服强度就降低了。这一般被认为是产生包辛格效应的主要原因。 其次,在反向加载时,在滑移面上产生的位错与预变形的位错异号,要引起异号位错消毁,这也会引起材料的软化,屈服强度的降低。 实际意义:在工程应用上,首先是材料加工成型工艺需要考虑包辛格效应。其次,包辛格效应大的材料,内应力较大。另外包辛格效应和材料的疲劳强度也有密切关系,在高周疲劳中,包辛格效应小的疲劳寿命高,而包辛格效应大的,由于疲劳软化也较严重,对高周疲劳寿命不利。可以从河流花样的反“河流”方向去寻找裂纹源。解理断裂是典型的脆性断裂的代表,微孔聚集断裂是典型的塑性断裂。 5.影响屈服强度的因素与以下三个方面相联系的因素都会影响到屈服强度位错增值和运动晶粒、晶界、第二相等外界影响位错运动的因素主要从内因和外因两个方面考虑 (一)影响屈服强度的内因素 1.金属本性和晶格类型(结合键、晶体结构)单晶的屈服强度从理论上说是使位错开始运动的临界切应力,其值与位错运动所受到的阻力(晶格阻力--派拉力、位错运动交互作用产生的阻力)决定。派拉力:位错交互作用力(a 是与晶体本性、位错结构分布相关的比例系数,L 是位错间距。) 2.2.晶粒大小和亚结构晶粒小→晶界多(阻碍位错运动)→位错塞积→提供应力→位错开动→产生宏

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第一章习题答案 一、解释下列名词 1、弹性比功:又称为弹性比能、应变比能,表示金属材料吸收弹性变形功的能力。 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收不可逆变形功的能力,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,出现ζ e 升高或降低的现 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可逆永久(塑性)变形的能力。韧性:指材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力,或指材料抵抗裂纹扩展的能力 7、解理台阶:高度不同的相互平行的解理平面之间出现的台阶叫解理台阶; 8、河流花样:当一些小的台阶汇聚为在的台阶时,其表现为河流状花样。 9、解理面:晶体在外力作用下严格沿着一定晶体学平面破裂,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,一定是脆断,且较为严重,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,在一定条件下,它们是可以互相转化的,这样的转化称为韧脆转变。 二、说明下列力学指标的意义 1、E(G): E(G)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。 2、Z r 、Z 0.2、Z s: Z r :表示规定残余伸长应力,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时的应力。ζ 0.2:表示规定残余伸长率为0.2%时的应力。 Z S:表征材料的屈服点。 3、Z 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。 4、n:应变硬化指数,它反映了金属材料抵抗继续塑性变形的能力,是表征金属材料应变硬 化行为的性能指标。 5、3、δ gt、ψ : δ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。 Δgt 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

工程材料力学性能答案

工程材料力学性能答案1111111111111111111111111111111111111 1111111111111111111111111111111111111 111111 决定金属屈服强度的因素有哪 些?12 内在因素:金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。外在因素:温度、应变速率和应力状态。试举出几种能显著强化金属而又不降低其塑性的方法。固溶强化、形变硬化、细晶强化试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险?21韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的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,断裂前基本上不发生塑性变形,没有明显征兆,因而危害性很大。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?答:宏观断口呈杯锥形,纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成,即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置,因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化?断裂强度与抗拉强度有何区别?抗拉强度是试样断裂前所承受的最大工程应力,记为σb;拉伸断裂时的真应力称为断裂强度记为σf; 两者之间有经验关系:σf = σb (1+ψ);脆性材料的抗拉强度就是断裂强度;对于塑性材料,于出现颈缩两者并不相等。裂纹扩展受哪些因素支配?答:裂纹形核前均需有塑性变形;位错运动受阻,在一定条件下便会形成裂纹。2222222222222222222222222222222222 2222222222222222222222222222222222 2222 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围。答:单向拉伸试验的特点及应用:单向拉伸的应力状态较硬,一般用于塑性变形

工程材料力学性能

工程材料力学性能 工程材料力学性能 第一章、金属在单向静拉伸载荷下的力学性能 一、名词解释 ?弹性比功又称弹性比能、应变比能,表示金属材料吸收弹性变形功的功能。一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 ?循环韧性:金属材料在交变载荷(震动)下吸收不可逆变形功的能力,称为金属的循环韧性,也叫金属的内耗。 ?包申格效应:金属材料经过预先加载产生多少塑性变形(残余应力为1%~4%),卸载后再同向加载,规定残余伸长应力(弹性极限或屈服强度)增加;反向加载,规定残余伸长应力降低(特别是弹性极限在反向加载时几乎降低到零)的现象,称为包申格效应。 ?塑性:指金属材料断裂前发生塑性变形(不可逆永久变形)的能力。金属材料断裂前所产生的塑性变形由均匀塑性变形和集中塑性变形两部分构成。 ?韧性:指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力,或指材料抵抗裂纹扩展的能力。 ?脆性:脆性相对于塑性而言,一般指材料未发生塑性变形而断裂的趋势。 ?解理面:因解理断裂与大理石断裂类似,故称此种晶体学平面为解理面。 ?解理刻面:实际的解理断裂断口是由许多大致相当于晶粒大小的解理面集合而成的,这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 ?解理台阶:解理裂纹与螺型位错相交而形成的具有一定高度的台阶称为解理台阶。

?河流花样解理台阶沿裂纹前段滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大。当汇合台阶高度足够大时,便成为了河流花样。 ?穿晶断裂与沿晶断裂:多晶体金属断裂时,裂纹扩展的路径可能是不同的。裂纹穿过晶内的断裂为穿晶断裂;裂纹沿晶界扩展的断裂为沿晶断裂。穿晶断裂和沿晶断裂有时候可以同时发生。 二、下列力学性能指标的的意义 ?E(G):弹性模量,表示的是材料在弹性范围内应力和应变之比; ?σr:规定残余伸长应力,表示试样卸除拉伸力后,其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力;常用σ0.2表示材料的规定残余延伸率为0.2%时的应力,称为屈服强度;σs:屈服点,表示呈屈服现象的金属材料拉伸时,试样在外力不断增加(保持恒定)仍能继续伸长时的应力称为屈服点。 ?σb:抗拉强度,表示韧性金属材料的实际承载能力; ?n:应变硬化指数,反映了金属材料抵抗均匀塑性变形的能力,是表征金属材料应变硬化行为的性能指标; ?δ:断后伸长率,表示试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比; ?δgt:金属材料拉伸时最大力下的总伸长率(最大均匀塑性变形); ?ψ:断面收缩率,表示试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。 三、问答题 ?金属的弹性模量主要取决于什么因素,为何说它是一个对组织不敏感的力学性能指标, 答:由于弹性变形是原子间距在外来作用下可逆变化的结果,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有关,与原子间距也有一定关系。原子间作用力决定于金属原子本性和晶格类型,故弹性模量也主要决定于金属原子本性

材料力学性能-第2版课后习题答案

第一章单向静拉伸力学性能 1、解释下列名词。 1弹性比功:金属材料吸收弹性变形功的能力,一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 2.滞弹性:金属材料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称为滞弹性,也就是应变落后于应力的现象。3.循环韧性:金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。 4.包申格效应:金属材料经过预先加载产生少量塑性变形,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。 5.解理刻面:这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。6.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收塑性变形功和断裂功的能力。 7.解理台阶:当解理裂纹与螺型位错相遇时,便形成一个高度为b的台阶。 8.河流花样:解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。是解理台阶的一种标志。 9.解理面:是金属材料在一定条件下,当外加正应力达到一定数值后,以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂,因与大理石断裂类似,故称此种晶体学平面为解理面。 10.穿晶断裂:穿晶断裂的裂纹穿过晶内,可以是韧性断裂,也可以是脆性断裂。

沿晶断裂:裂纹沿晶界扩展,多数是脆性断裂。 11.韧脆转变:具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时,冲击吸收功明显下降,断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂,这种现象称为韧脆转变 12.弹性不完整性:理想的弹性体是不存在的,多数工程材料弹性变形时,可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等 2、 说明下列力学性能指标的意义。 答:E 弹性模量 G 切变模量 r σ规定残余伸长应力 2.0σ屈服强度 gt δ金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应变硬化指数 【P15】 3、 金属的弹性模量主要取决于什么因素?为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标? 答:主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小,但是不改变金属原子的本性和晶格类型。组织虽然改变了,原子的本性和晶格类型未发生改变,故弹性模量对组织不敏感。【P4】 4、 试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别?为什么? 5、 决定金属屈服强度的因素有哪些?【P12】 答:内在因素:金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。 外在因素:温度、应变速率和应力状态。 6、 试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险?【P21】 答:韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的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,断裂前基本上不发生塑性变形,没有明显征兆,因而危害性很大。 7、 剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂,为什么断裂性质完全不同?【P23】 答:剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离,一般是韧性断裂,而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂,解理断裂通常是脆性断裂。 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? 答:宏观断口呈杯锥形,由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成,即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置,因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。 9、 论述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路,推导格雷菲斯方程,并指出该理论的局限性。【P32】 答: 2 12?? ? ??=a E s c πγσ,只适用于脆性固体,也就是只适用于那些裂纹尖端塑性变形可以忽略的情况。 第二章 金属在其他静载荷下的力学性能 一、解释下列名词: (1)应力状态软性系数—— 材料或工件所承受的最大切应力τmax 和最大正应力σmax 比值,即: () 32131max max 5.02σσσσσστα+--== 【新书P39 旧书P46】 (2)缺口效应—— 绝大多数机件的横截面都不是均匀而无变化的光滑体,往往存在截面的急剧变化,如键槽、油孔、轴肩、螺纹、退刀槽及焊缝等,这种截面变化的部分可视为“缺口”,由于缺口的存在,在载荷作用下缺口截面上的应力状态将发生变化,产生所谓的缺口效应。【P44 P53】 (3)缺口敏感度——缺口试样的抗拉强度σbn 的与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb 的比值,称为缺口敏感度,即: 【P47 P55 】 (4)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试验力计算而得的硬度。【P49 P58】 (5)洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头,以测量压痕深度所表示的硬度【P51 P60】。

材料力学性能课后标准答案(时海芳任鑫)

第一章 1.解释下列名词①滞弹性:金属材料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称为滞弹性,也就是应变落后于应力的现象。②弹性比功:金属材料吸收弹性变形功的能力,一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。③循环韧性:金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。④包申格效应:金属材料经过预先加载产生少量塑性变形,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。⑤塑性:金属材料断裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力。⑥韧性:指金属材料断裂前吸收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力 ⑦加工硬化:金属材料在再结晶温度以下塑性变形时,由于晶粒发生滑移, 出现位错的缠结,使晶粒拉长、破碎和纤维化,使金属的强度和硬度升高,塑性和韧性降低的现象。⑧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);(2)ζ p(规定非比例伸长应力)、ζ e(弹性极限)、ζ s(屈服强度)、ζ 0.2(屈服强度);(3)ζ b (抗拉强度);(4)n(加工硬化指数); (5)δ (断后伸长率)、ψ (断面收缩率) 4.常用的标准试样有5 倍和10倍,其延伸率分别用δ 5 和δ 10 表示,说明为什么δ 5>δ 10。答:对于韧性金属材料,它的塑性变形量大于均匀塑性变形量,所以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原来状态;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,而且塑性变形量越来越大。试分析这两种故障的本质及改变措施。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不足引起的故障,可以通过热处理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、40Cr、35CrMo 钢和灰铸铁几种材料,应选择哪种材料作为机床机身?为什么?答:应选择灰铸铁。因为灰铸铁循环韧性大,也是很好的消

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