一、名词解释
低温脆性：材料随着温度下降，脆性增加，当其低于某一温度时，材料由韧性状态变为脆性状态，这种现象为低温脆性。
疲劳条带：每个应力周期内疲劳裂纹扩展过程中在疲劳断口上留下相互平行的沟槽状花样。
韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
缺口强化：缺口的存在使得其呈现屈服应力比单向拉伸时高的现象。
50%FATT：冲击试验中采用结晶区面积占整个断口面积 50%时所应的温度表征的韧脆转变温度。
破损安全：构件内部即使存在裂纹也不导致断裂的情况。
应力疲劳：疲劳寿命N>105 的高周疲劳称为低应力疲劳，又称应力疲劳。
韧脆转化温度：在一定的加载方式下，当温度冷却到某一温度或温度范围时，出现韧性断裂向脆性断裂的转变，该温度称为韧脆转化温度。
应力状态软性系数：在各种加载条件下最大切应力与最大当量正应力的比值，通常用α表示。
疲劳强度：通常指规定的应力循环周次下试件不发生疲劳破坏所承受的上限应力值。
内耗：材料在弹性范围内加载时由于一部分变形功被材料吸收，则这部份能量称为内耗。
滞弹性: 在快速加载、卸载后，随着时间的延长产生附加弹性应变的现象。
缺口敏感度：常用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸的光滑试样的抗拉强度的比值表征材料缺口敏感性的指标，往往又称为缺口强度比。
断裂功：裂纹产生、扩展所消耗的能量。
比强度：:按单位质量计算的材料的强度，其值等于材料强度与其密度之比，是衡量材料轻质高强性能的重要指标。.
缺口效应：构件由于存在缺口（广义缺口）引起外形突变处应力急剧上升，应力分布和塑性变形行为出现变化的现象。
解理断裂：材料在拉应力的作用下原于间结合破坏，沿一定的结晶学平面(即所谓“解理面”)劈开的断裂过程。
应力集中系数：构件中最大应力与名义应力（或者平均应力）的比值，写为KT。
高周疲劳：在较低的应力水平下经过很高的循环次数后（通常N>105）试件发生的疲劳现象。
弹性比功：又称弹性应变能密度，指金属吸收变形功不发生永久变形的能力，是开始塑性变形前单位体积金属所能吸收的最大弹性变形功。
二、填空题
34、介质损耗的形式有电导（漏导）损耗，极化损耗，电离损耗，结构损耗，宏观结构不均匀的介质损耗。
35、光泽主要由折射率，表面粗糙度决定。
三、问答题
1、衡量弹性的高低用什么指标，为什么提高材料的弹性极限能够改善弹性。（4 分）
答：衡量弹性高低用弹性比功ae=σe2/E。由于弹性比功取决于弹性极限和弹性模量，而材质一定，弹性
模量保持不变，因此依据公式可知提高弹性极限可以提高材料的弹性比功，改善材料的弹性。
2、某种断裂的微观断口上观察到河流装花样，能否认定该断裂一定属于脆性断
裂，为什么？如何根据河流状花样寻找裂纹的源头。（4 分）
答：不能判定断裂一定为脆性断裂。（1 分）韧性和脆性断了依据断口的宏观形貌和变形特征来判定，
单纯从微观断口上的某些特征不能确定断裂一定属于脆断。（2分）逆着河流的方向可以找到裂纹源。
（1 分）
3、说明KI 和KIC 的异同。对比KIC 和KC 的区别，说明KI 和KIC 中的I 的含义。
答：KIc 代表的是材料的断裂力学性能指标，是临界应力场强度因子，取决于材料的成分、组织结构等
内在因素。KI 是力学参量，表示裂纹尖端应力场强度的大小，取决于外加应力、尺寸和裂纹类型，与材
料无关。（3 分）KIc 称为平面应变的断裂韧性，Kc 为平面应力的断裂韧性。对于同一材料而言，
KIc 示I 型裂纹。（3 分） 4、简述影响金属导电性的因素。（6 分） 答：（1）温度的影响：金属电阻随温度的升高而增大；（2 分） （2）冷塑性变形和应力的影响：冷塑性变形使金属的电子率增大，拉应力使电阻率上升，压应力使电阻 率下降；（2 分） （3）合金化对导电性的影响：一般情况下，形成固溶体和金属化合物时电阻率增高，多相合金的电阻率 与组成相的导电性、相对量及形貌有关。（2 分） 5、简述韧性断裂的微观过程及韧性断口的微观形貌特征。（4 分） 答：在三向应力的作用下，使得试样心部因夹杂物或第二相质点破裂等原因而形成微孔（微孔形核）， 微孔不断长大形成微裂纹，微裂纹聚合在一起形成裂纹。微观形貌特征：韧窝。 6、格里菲斯理论的基本假设是什么，写出其方程的基本形式并说明适用条件。 答：格里菲斯理论的基本假设：实际结构中往往存在微裂纹而不是理想的状态。（1分） a 为裂纹半长，E-杨氏模量，γ-表面能密度；（写出上面任意一个都可以） （2 分）适用条件：玻璃等脆性材料。（1 分） 7、某碳钢经不同的热处理后在相同条件下拉伸，拉伸曲线的弹性变形阶段有什么 相同点，为什么。(4 分) 答：二者的弹性变形阶段往往存在线性阶段，应力与应变呈正比关系，并且斜率基本相同。因为相同成 分的钢其弹性模量E 基本保持不变，根据工程应力应变关系可知，E 为斜率则相同。 8、疲劳按照寿命如何分类。疲劳过程由哪些阶段组成，裂纹产生的机制有哪些形 式。（6 分） 答：按照寿命分为高周疲劳，低周疲劳（或者长寿命疲劳，短寿命疲劳）。（1 分）。 疲劳过程：疲劳裂纹的形成，疲劳裂纹的扩展，（瞬时）断裂。（2 分） 裂纹产生机制：表面滑移带开裂；夹杂物与基体相界面分离或夹杂物本身断裂；晶界或亚晶界开裂。（3 分） 9、何谓低温脆性？在哪些材料中发生低温脆性？采用什么衡量材料的低温脆性。 答：随着温度下降，材料由韧性状态逐渐变为脆性状态的现象称为低温脆性。（2 分） 通常体心立方金属容易发生低温脆性。（2 分） 衡量材料的低温脆性通常采用韧脆转变温度。（2 分） 10、疲劳和脆性断裂有何异同点？ 答：脆性断裂和疲劳断裂在断裂前都没有明显的塑性变形，属于低应力的破坏。（2分）但是这两种断裂 还是有明显的区别：在断裂完成时间上，脆性断裂一般不需要多次加载而瞬时完成，疲劳断裂需要多次 加载；（2 分）温度对疲劳断裂影响不大，温度下降，脆性断裂的危险增加，温度对脆断影响大；（2 分）断口形貌上，疲劳断裂的断口一般呈现细齿状的光亮花纹，疲劳断口是光亮、平直的结晶状断口。 （2 分） 11、写出下列符号的含义：V15TT ，FATT50，δ10，σp, σ0, σ0.05，σ0.2， 50%FATT ，σ－1， 答：V15TT ：以V 型切口冲击试件的冲击功AK ＝20.35J 对应的温度为韧脆转化温度。 FATT50：结晶状断口区所占面积为50％的温度作为的韧脆转化温度。 δ10：标距等于10d0 的长试样的伸长率。 σe：拉伸实验得到的比例极限。 σ0：脉动载荷的疲劳强度。 σ0.05：拉伸实验中得到的规定非比例伸长为0.05%对应的应力，通常用来表示弹性指标。 σ0.2/σs表示金属材料屈服强度。 50%FATT—冲击实验中结晶区面积占整个断口面接50%时所对应的温度表示的韧脆转变温度。 σ－1：对称交变载荷的疲劳强度。 12、机械正常的磨损过程有何特征，应当如何控制各个阶段。 答：机械正常磨损过程由三个阶段组成：跑合阶段，稳定磨损阶段，剧烈磨损阶段。（2 分） 在三个阶段中，要尽量减少跑合阶段，降低稳定磨损阶段的磨损率，延长稳定磨损阶段。控制剧烈磨损 造成的危害。（2 分） 13、单晶体纯金属的弹性模量与多晶体纯金属相比具有什么特点，纯铁和纯铝什么方向的弹性模量最大。 （4 分） 答：单晶体的弹性模量呈现出明显的各向异性，多晶体尽管其中单个晶粒的弹性模量为各向异性，但整 体上呈现各向同性，即伪等向性。（2 分） 单晶体中弹性模量最大的方向是晶体中的密排晶向。纯铁为体心立方晶格，其最大弹性模量方向为{111}， 纯铝为面心立方晶格，最大弹性模量方向为{110}。 14、某拉伸断口如图，标出图中各个区域的组成，并由断口确定断裂的类型（4分）。 答：断口为韧性断裂，杯锥状断口。（1 分） 根据图示从左向右依次标注：剪切唇，纤维区，放射区。（3 分）15、简述影响铁磁性参数的因素（9 分） 答：（1）温度：温度升高使铁磁性的饱和磁化强度Ms 下降,当温度达到居里点时Ms 将为零,使铁磁材料 的铁磁性消失而变为顺磁性；T 增高，Bs 、Br 、Hc 减小。（2 分） （2）形变和晶粒度的影响。（2 分）（要求展开回答，只答要点者得1 分） （3）形成固溶体及多相合金。（2 分）（要求展开回答，只答要点者得1 分） 16、20 钢扭转和拉伸，哪种没有颈缩，为什么。（4 分） 答： 20 钢扭转时没有颈缩，因为在该实验条件下，整个塑性变形在长度上均匀，故没有颈缩。 17、比较20 钢、铸铁的缺口强度和光滑试样强度的大小，哪种材料对缺口敏感。冲击试验中哪种需要开 破口，为什么（6 分） 答： 20 钢的缺口强度大于光滑试样强度，铸铁则反之，因qe<1,铸铁对缺口敏感。（4 分）为了保证冲 击试验中能够冲断试样从而测得冲击功，塑性材料20 钢需要开坡口。（2 分） 18、图为哪种类型的疲劳图，横纵坐标分别表示什么；图中A 、B 、C 分别为何种载荷，对应的疲劳强度 如何表示。（8 分） 答：该图为σmax(σmin)—σm 的疲劳图，纵坐标为σmax(σmin)， 横坐标为σm。（2 分）A 、B 、C 分别代表对称循环载荷、静载荷、脉动载荷，相应的疲劳强度表示为 σ-1、σb(B 无疲劳的问题，强度为静载强度)、σ0。 19、什么是NDT 、FTP 、FTE ，它们的关系如何。（4 分） 答： NDT ：无延性转变温度；FTP ：延性断裂转变温度；FTE ：弹性断裂转变温度。（3 分） FTP=FTE+33℃=NDT+66℃(1 分) 20、讨论GIc 和KIc 的关系及特点、KI 和KIC 的区别以及Gc 和GIc 的区别。（8 分） 答： KIc 代表的是材料的断裂力学性能指标，KIc 是临界应力场强度因子，又称为平面 应变的断裂韧性，是常数。GIc 称为断裂韧性，也是临界裂纹扩展力,也是材料的 性能常数； 二者之间存在一定的关系： KIc 称为平面应变的断裂韧性，GIc 称为断裂韧性，二者都是材料的性能常数。 KI 和GI 分别裂纹尖端的应立场强度因子和裂纹扩展力，不是性能指标常数，因 裂 纹形态，加载状况，材质而异。（4 分） 21、写出K 判据、G 判据、J 判据和裂纹尖端张开位移判据。分析G 和J 的异同。 答： J 积分准则：J≥Jc 时，构件产生开裂，反之裂纹不足以导致开裂。 能量释放率准则：G≥Gc 时，构件产生断裂，反之裂纹不足以导致断裂。 裂纹尖端张开位移判据：δ≥δC 构件开裂，反之裂纹不导致开裂。 临界应力强度因子盘踞：KI≥KIC时，裂纹体处于临界状态，即将断裂；反之即使存在裂纹体也不会扩展。G 为裂纹扩扩展的能量释放率， J 为裂纹扩展的形变功差率。前者可以处理连续断裂的问题，后者只能 处理开裂的问题不能处理是否失稳断裂。二者都称为断裂韧性。线弹性条件下，二者等价。 22、比较KIC 和KI 区别。（4 分） 答： KI 是受外界条件影响的反映裂纹尖端应力场强弱程度的力学度量，与外加应力和裂纹长度、裂纹 的形状以及加载方式有关，和材料本身的固有性能无关。 KIC 平面应变的断裂韧性，反映材料阻止裂纹扩展的能力，是材料本身的特性，即材料常数。 23、宏观脆性断口的主要特征是什么？如何寻找裂纹源。（4 分） 答：通常脆性断裂的断口一般与正应力垂直，宏观杀比较齐平光亮，常呈放射状或结晶状。（2 分） 微观上解理断口中如果可以看见河流状花样，逆着河流的方向可以找到裂纹源。准解理断裂呈放射状撕 裂楞，逆着放射的方向可以找到裂纹源。（2 分） 四、分析题 1、比较布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度测试原理及压痕特征。并在以上方法中选择适合测量下列材料硬 度的方法和标尺：渗碳层的硬度分布，淬火钢，灰口铸铁，氮化层的硬度，高速钢刀具，退火的20 钢。 （12 分） 答：布氏硬度、维氏硬度测试原理基本上一致，以压头在试件表面留下的压痕上 承受的平均应力表示材料的硬度。洛氏硬度则是以压痕的深浅表示材料的硬度。 压痕特点：布氏硬度为球冠；洛氏硬度HRC 为圆锥坑，HRB 为球冠；维氏硬度为四棱锥坑。（3 分） 渗碳层的硬度梯度：显微维氏硬度Hv 。（1 分） 淬火钢：洛氏硬度HRC 。（1 分） 灰口铸铁：布氏硬度HBS 。（1 分） 高速钢刀具：洛氏硬度HRC 。（1 分） 氮化层硬度：（显微）维氏硬度Hv 。（1 分） 退火态20 钢：布氏硬度HBS 。（1 分） 2、什么是金属材料的塑性？对于下列材材料的塑性： (1)40CrNiMo 调质钢试样，(2)20Cr 渗碳淬火钢 试样，(3)W18Cr4v 钢淬火回火试样，(4) 灰铸铁试样，分别选用哪种试险机（液压万能材料试验机、扭 转试验机），采用何种试验方法测量。 答：塑性：材料受到外力作用产生塑性变形而不破坏的能力。（2 分） 塑性衡量：(1)40CrNiMo 调质钢：液压万能材料试验机，单向拉伸实验。（2分） (2)20Cr 渗碳淬火钢：扭转试验机，扭转实验。（2 分） (3)淬火、回火W18Cr4V 钢：液压万能材料试验机，弯曲实验。（2 分） (4)灰铸铁：液压万能材料试验机，压缩实验。（2 分） 3、奥氏体不锈钢从1000℃急冷淬火是顺磁性的，但缓冷则表现出铁磁性，试解释之。（8 分） 答：呈现不同的磁性能是因为热处理前后其组织发生了变化（2 分）。钢的所有组织中，除奥氏体为顺 磁性外，其他组织均为强铁磁性组织（2 分）。急冷淬火时其组织主要为奥氏体，因此呈现顺磁性（2 分），缓冷时，则出现了其他的组织，因此呈现铁磁性（2 分）。 4、已知几种材料的性能如下表所示，指出表头符号的含义。写出计算公式并计算出表中空白区的数值。 对比表中各种材料弹性的好坏（由差到好排序）。（8分） 答： E —弹性模量（弹性系数，弹性模数，杨氏模量）； σe —弹性极限；（1 分） ae—弹性比功；（1 分） 根据公式： 将表中数据带入计算可得：0.011。（3 分） 弹性排序：铜<铝<低碳钢<弹簧钢。（2 分） 5、选择合适的常用的静载实验方法及设备测定材料性能。（8 分） (1)20CrMnTi 渗碳表面质量检验；(2)调质钢的塑性；(3)车刀的塑性；(4)铸铁基座的承载能力； 答： (1)20CrMnTi 渗碳表面质量检验了——扭转试验机，扭转试验 (2)调质钢的塑性——万能材料试验机（拉伸试验机），拉伸试验； (3)车刀的塑性——万能材料试验机，弯曲试验； (4)铸铁基座的承载能力——万能材料试验机，压缩试验； 6、写出以下材料硬度测试所用的方法、标尺。（4 分） (1)调质后的40Cr 主轴；(2)灰口铸铁；(3)淬火钢中马氏体和残余奥氏体的鉴别与分布；(4)高速钢钻头；答：常用硬度及其标尺： (1)调质后的40Cr 主轴——洛氏硬度，HRC ； (2)灰口铸铁——布氏硬度，HBS ； (3)淬火钢中马氏体和残余奥氏体的鉴别与分布——显微维氏硬度，Hv ； (4)高速钢钻头——洛氏硬度，HRC 7、根据所学的硬度测试方法，下列工件采用什么硬度试验方法为宜：渗碳层的硬度分布，淬火钢，灰口 铸铁，氮化层的硬度，高速钢刀具，退火态下的软钢。 答：渗碳层的硬度分布采用维氏显微硬度测量，指标为HV0.1；淬火钢采用洛氏硬度测量，具体指标为 HRC ；灰口铸铁采用布氏硬度测量，指标用HBS ；氮化层可以采用表面洛氏硬度来测量，高速钢刀具可以 采用洛氏硬度HRC 测量；退火态下的软钢用布氏硬度HBS 测量。 8、检验下列材料的冲击韧性，哪些开缺口，哪些不开缺口：陶瓷，铸铁，W18Cr4V ，20 钢。 40CrNiMo ，20CrMnTi ，Crl2MoV ，硬质合金， 答：陶瓷、铸铁、W18Cr4V 、Crl2MoV 冲击试验不用开缺口， 20 钢，40CrNiMo ，20CrMnTi 冲击韧性试验需要开缺口。 9、写出以下疲劳图的坐标符号及其单位（量纲），哪种类型的疲劳图，指出A 、B 、C 三点的疲劳载荷类 型及其对应的疲劳强度。 答：横坐标r,无量纲；纵坐标σ，单位MPa 。（2 分） 该图为σr-r 的疲劳图，前者表示疲劳强度，后者表示应力循环特征系数。 A ：对称交变载荷，σ-1=40MPa. （2 分） B ：脉动载荷，σ0=60MPa. （2 分） C ：静载荷，无疲劳强度。（2 分 10、分析拉伸曲线图中1、2 两种材料的变形规律，并指出属于何种材料（脆性材料、低塑性材料、高塑 性材料）及其原因。（6 分） 答：1：弹性变形、塑性变形、断裂；无颈缩和屈服。由于塑性变形明显但没有颈 缩，属于低塑性材料，韧性断口，杯锥状不明显。（3 分） 2：弹性变形、屈服、均匀塑性变形、颈缩、断裂。因其出现颈缩为高塑性材料。 杯锥状韧性断口。（3 分） 11、由某材料手册知两种钢材的力学主要力学性能如下表所示。写出下表中力学 性能符号对应的含义，并根据表中所给数据，对比这两种材料的主要力学性能的 差异。若二者做承重钢架，用哪一种更节省材料，为什么。（10 分） 答： 两种钢材：20 钢强度、硬度低，但是塑性韧性更好；45 钢的强度、硬度相应较高，但塑性、韧性较差一些；（2 分）选择承重钢架时，因为45 钢的强度更高，因此在相同的载荷下， 需要的截面尺寸更小，即需要的材料也就更少，更省料。（2 分） 12、写出以下材料硬度测试所用的方法、标尺。（12 分） ①调质后的40Cr 主轴；②灰口铸铁；③淬火钢中马氏体和残余奥氏体的鉴别与分布；④38CrMoAl 渗氮 层的硬度分布；⑤高速钢钻头；⑥铝合金铸锭； 答：①洛氏硬度HRC ；②布氏硬度HBS ；③显微硬度Hv0.2；④显微硬度Hv0.2；⑤洛氏硬度HRC ；⑥布氏硬 度HBS 。 13、写出以下疲劳图的横、纵坐标符号及其单位（量纲），指出A 、B 、C 三点分别对应何种应力状态及 该应力状态下疲劳强度。E 点的数值是什么。（10 分） 答：横坐标σmr，单位MPa ；纵坐标σmax、σmin，单位MPa 。（2 分） A ：静拉伸状态，σb=75MPa。无疲劳。（2 分） B ：对称循环态，σ-1=40MPa。（2 分） C ：脉动载荷状态，σ0=60MPa。（2 分） E ：100。（2 分） 《材料性能学》习题 一、名词术语阐释 在理解的基础上用自己的语言阐释各章讲授涉及到的名词术语。 二、名词术语分类 对下列名词术语进行分类，并说明分类的依据（可用数字表示该名词术语）： 1.屈服强度； 2.热膨胀； 3.载流子； 4.介电常数； 5.循环硬化； 6.矫顽力； 7.磁致伸缩；关系；9.热导率； 10.河流花样； 11.断面收缩率； 12.磁化曲线； 13.击穿； 14.光子； 15.塑性变形；16.断裂韧度； 17.蠕变； 18.磁导率； 19.持久强度； 20.吕德斯带；21.偶极子；关系式； 23.贝纹线； 24.加工硬化； 25.弹性极限；26.热传导； 27.原子固有磁矩； 28.电偶极矩； 39.循环软化； 30. 疲劳极限； 31.解理刻面；公式； 33.热膨胀系数； 34.解理台阶； 35.伸长率； 36.磁滞回线； 37.极化； 38.过载持久值； 39.玻尔磁子； 40.马基申定则； 41.驻留滑移带； 42.谐振子； 43.应力-应变曲线； 44.韧窝； 45.滞弹性； 46.格留乃森定律； 47.铁磁性； 48.声子； 49.磁矩； 50. 弹性变形； 51. 压电常数； 52. 最大磁能积 53.脆性疲劳条带； 54.磁致伸缩。 三、填空 请填写下列空白： 1.在材料力学性能中，涉及裂纹体的性能指标包括__________裂纹尖端应力强度因子______和__________断裂韧度___。 2.凡是影响___载流子浓度_____________和_____载流子迁移率___________的因素，都将影响材料的导电性能。 3.疲劳极限可以分为 ____________________对称应力循环下的疲劳极限___和 1.与单晶体相比，多晶体变形有哪些特点？ 多晶金属材料由于各晶粒的位向不同和晶界的存在，其塑性变形有以下特点： ① 多晶体各晶粒变形的不同时性和不均匀性 位向有利的晶粒先塑变，各晶粒处组织性能不同，要求塑变的临界切应力不同，表现为不同时性和不均匀性。 ② 各晶粒变形相互协调与制约 各晶粒塑变受塑变周围晶粒牵制，不可无限制进行下去，晶界对位错的阻碍，必须有5个以上滑移系方可协调发展。 2.金属材料的应变硬化有何实际意义？ 材料的应变硬化性能，在材料的加工和应用中有十分明显的实用价值。在加工方面，利用应变硬化和塑性变形的合理配合，可使使塑性变形均匀进行，保证冷变形工艺顺利实施；另外，低碳钢切削时，容易产生粘刀现象，且表面加工质量差。如果切削加工前进行冷变形降低塑性，改善机械加工性能；在材料应用方面，应变硬化使材料具一定的抗偶然过载能力，以免薄弱处无限塑性变形；应变硬化也是一种强化金属的手段，尤其是适用不能热处理的材料。 3.一个典型拉伸试样的标距为50mm ，直径为13mm ，实验后将试样对接起来以重现断裂时的外形，试问： (1)若对接后的标距为81mm ，伸长率是多少？ (2)若缩颈处最小直径为6.9mm 则断面收缩率是多少？ (1) 008150100%100%62%50 K L L L δ--=?=?= (2) 2200200 44100%100%71.8%4 K K d d A A d A ππψπ--=?=?= 4.有一材料E=2×1011N/m2，γ=8N/m 。试计算在7×107N/m2的拉应力作用下，该材料中能扩展的裂纹之最小长度是多少？ 即求理论断裂强度 ()11422 7222108 2.0710710s c c E a m γπσπ-???===??? 5.推导颈缩条件、颈缩时的工程应力 ()()()11,00 n n n n n F KAe F A e dF Ke dA KAne de LA L dL A dA LA AdL LdA dLdA dL dA de L A dF Ke Ade KAne de n e --==+=++=+++∴==-=?-+=?=载荷为瞬时截面积和真应变的函数 对上式全微分 1、低碳钢在拉伸过程中的变形阶段？ 答：变形阶段：弹性变形→屈服变形→均匀塑性变形→不均匀集中塑性变形 2、高分子材料塑性变形的机理是什么？ 答：高分子材料的塑性变形机理因其状态的不同而异，结晶态高分子材料的塑性变形由薄晶转变为沿应力方向排列的微纤维束的过程；非晶态高分子材料的塑性变形有两种方式，即在正应力作用下形成银纹或在切应力作用下无取向分子链局部转变为排列的纤维束3、高分子材料屈服与金属材料屈服有何不同？ 答：高分子材料的屈服与金属屈服的不同：①高分子材料与金属材料有着不同的屈服现象；②高分子材料的应力-应变曲线不仅依赖于时间和温度，海依赖于其他因素；③高分子的屈服点很难给以确切的定义，通常把拉伸曲线上出现的最大应力点定义为屈服点，其对应的应变约为5%-10%，如无极大值的出现，则其应变2%处的应力为屈服点。 4、试述韧性断裂与脆性断裂的区别，为什么说脆性断裂最危险？ 答：韧性断裂是材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观的断裂过程，韧性断裂时一般裂纹扩展过程较慢，且其断口能用肉眼或放大镜观察。脆性断裂是材料断裂前基本不产生明显的宏观塑性变形，没有明显预兆，往往表现为突然发生的快速断裂过程。因而脆性断裂具有很大的危险性。 5、缺口试样的三个效应 答：①缺口能造成应力应变集中；②缺口改变了缺口前方的应力状态，使平板中材料所受的应力由原来的单向拉伸变为两向或三向拉伸；③在有缺口的条件下，由于出现了三向应力，试样的屈服应力比单向拉伸时要高，即产生了缺口强化现象，使材料的塑性得到强化。 6、如何理解塑性材料“缺口强化”现象？ 答：缺口强化纯粹是由于三向应力约束了材料塑性变形所致，材料本身的δs值并未发生变化，我们不能把缺口强化看做是强化材料的一种手段。 7、试比较布氏硬度与维氏硬度试验原理的异同？ 答：维氏硬度的试验原理与布氏硬度基本相似，都是根据压痕单位面积所承受的载荷来计算硬度值的。所不同的是维氏硬度试验所用的压头是两相对面夹角α为136°的金刚石四棱锥体，而布氏硬度的压头是直径为D的淬火钢球或硬质合金钢球。 8、试说明低温脆性的物理本质？ 答：低温脆性的物理本质：当实验温度t 一、名词解释 低温脆性：材料随着温度下降，脆性增加，当其低于某一温度时，材料由韧性状态变为脆性状态，这种现象为低温脆性。 疲劳条带：每个应力周期内疲劳裂纹扩展过程中在疲劳断口上留下相互平行的沟槽状花样。 韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 缺口强化：缺口的存在使得其呈现屈服应力比单向拉伸时高的现象。 50%FATT：冲击试验中采用结晶区面积占整个断口面积 50%时所应的温度表征的韧脆转变温度。 破损安全：构件内部即使存在裂纹也不导致断裂的情况。 应力疲劳：疲劳寿命N>105 的高周疲劳称为低应力疲劳，又称应力疲劳。 韧脆转化温度：在一定的加载方式下，当温度冷却到某一温度或温度范围时，出现韧性断裂向脆性断裂的转变，该温度称为韧脆转化温度。 应力状态软性系数：在各种加载条件下最大切应力与最大当量正应力的比值，通常用α表示。 疲劳强度：通常指规定的应力循环周次下试件不发生疲劳破坏所承受的上限应力值。 内耗：材料在弹性范围内加载时由于一部分变形功被材料吸收，则这部份能量称为内耗。 滞弹性: 在快速加载、卸载后，随着时间的延长产生附加弹性应变的现象。 缺口敏感度：常用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸的光滑试样的抗拉强度的比值表征材料缺口敏感性的指标，往往又称为缺口强度比。 断裂功：裂纹产生、扩展所消耗的能量。 比强度：:按单位质量计算的材料的强度，其值等于材料强度与其密度之比，是衡量材料轻质高强性能的重要指标。. 缺口效应：构件由于存在缺口（广义缺口）引起外形突变处应力急剧上升，应力分布和塑性变形行为出现变化的现象。 解理断裂：材料在拉应力的作用下原于间结合破坏，沿一定的结晶学平面(即所谓“解理面”)劈开的断裂过程。 应力集中系数：构件中最大应力与名义应力（或者平均应力）的比值，写为KT。 高周疲劳：在较低的应力水平下经过很高的循环次数后（通常N>105）试件发生的疲劳现象。 弹性比功：又称弹性应变能密度，指金属吸收变形功不发生永久变形的能力，是开始塑性变形前单位体积金属所能吸收的最大弹性变形功。 二、填空题 《材料力学性能》课程教学大纲 课程名称：材料力学性能（Mechanical Properties of Materials） 课程编号：012009 总学时数：48学时（其中含实验 8 学时） 学分：3学分 课程类别：专业方向指定必修课 先修课程：大学物理、工程化学、工程力学、材料科学基础 教材：《工程材料力学性能》（机械工业出版社、束德林主编，2005年）参考书目：[1] 王从曾编著，《材料性能学》，北京工业大学出版社，2001年 [2] Thomas H.Courtney（美）著，材料力学行为（英文版），机械工业 出版社，2004年 《课程内容简介》： 本课程主要讲授材料的力学性能与测试方法，主要内容有金属在静载荷（单向拉伸、压缩、扭转、弯曲）和冲击载荷下的力学性能、金属的断裂韧度、金属的疲劳、金属的应力腐蚀和氢脆断裂、金属的磨损和接触疲劳、金属的高温力学性能。 一、课程性质、目的和要求 本课程是材料成型及控制工程专业本科生金属材料工程方向指定必修课。本课程的主要任务是讨论工程材料的静载力学性能、冲击韧性及低温脆性、断裂韧性、疲劳性能、磨损性能以及高温力学性能的基本理论与性能测试方法，使学生掌握材料力学性能的基本概念、基本原理和测试材料力学性能的基本方法，探讨改善材料力学性能的基本途径，提高分析材料力学性能的思维能力与测试材料力学性能的能力，为研究开发和应用工程材料打下基础。 二、教学内容、要点和课时安排 《材料力学性能》授课课时分配表 本课程的教学内容共分八章。 第一章：金属在单项静拉伸载荷下的力学性能 6学时 主要内容：载荷—伸长曲线和应力—应变曲线；塑性变形及性能指标；断裂 重点、难点：塑性变形机理，应变硬化机理，裂纹形核的位错模型，断裂强度的裂纹理论，断口形貌。 第二章：金属在其它静载荷下的力学性能 6学时 主要内容是：缺口试样的静拉伸及静弯曲性能；材料缺口敏感度及其影响因素；扭转、弯曲与压缩的力学性能；硬度试验方法。 重点、难点：缺口处的应力分布特点及缺口效应 第三章：金属在冲击载荷下的力学性能 4学时 主要内容：冲击弯曲试验与冲击韧性；低温脆性；韧脆转化温度及其评价方法；影响材料低温脆性的因素。 重点、难点：韧脆转化 第四章：金属的断裂韧度 7学时 主要内容：裂纹扩展的基本方式；应力场强度因子；断裂韧性和断裂k判据；断裂韧度在工程上的应用；J积分的概念；影响材料断裂韧度的因素。 重点、难点：断裂韧性。 第五章：金属的疲劳 5学时 主要内容：疲劳破坏的一般规律；疲劳破坏的机理；疲劳抗力指标；影响材料及机件疲劳强度的因素。 重点、难点：疲劳破坏的机理。 第六章：金属的应力腐蚀和氢脆断裂 5学时 主要内容：应力腐蚀；氢脆 重点、难点：应力腐蚀和氢脆的机理 第七章：金属磨损和接触疲劳 6学时 主要内容：粘着磨损；磨粒磨损；接触疲劳；材料的耐磨性；减轻粘者磨损的主要措施；减轻磨粒磨损的主要措施；提高接触疲劳的措施。 重点、难点：磨损机理 第八章：金属高温力学性能 5学时 《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(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姓能? 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 太原理工大学研究生复试笔试对应科目名称 报考学院 报考业 代码报考专业名称 笔试 科目 编号 笔试科目名称备注 机械工程学院050404设计艺术学017设计艺术学试题学术型机械工程学院080200机械工程001机械工程学科试题学术型机械工程学院080703动力机械及工程001机械工程学科试题学术型机械工程学院430102机械工程001机械工程学科试题 专业学 位 机械工程学院430107动力工程001机械工程学科试题 专业学 位 机械工程学院430135车辆工程001机械工程学科试题 专业学 位 材料科学与工程学院、表面 工程研究所080500材料科学与工程002 材料科学与工程学科 试题 学术型 材料科学与工程学院、表面 工程研究所080602钢铁冶金002 材料科学与工程学科 试题 学术型 材料科学与工程学院、表面 工程研究所080603有色金属冶金002 材料科学与工程学科 试题 学术型 材料科学与工程学院、表面 工程研究所430105材料工程002 材料科学与工程学科 试题 专业学 位 电气与动力工程学院080702热能工程020热能工程试题学术型电气与动力工程学院080800电气工程003电气工程学科试题学术型电气与动力工程学院430108电气工程003电气工程学科试题 专业学 位 信息工程学院080902电路与系统004通讯与信息工程试题学术型 信息工程学院081000通信与信息工程004通讯与信息工程试题学术型信息工程学院081100控制科学与工程005控制科学与工程试题学术型信息工程学院430109电子与通讯工程004通讯与信息工程试题 专业学 位 信息工程学院430110集成电路工程004通讯与信息工程试题 专业学 位 信息工程学院430111控制工程005控制科学与工程试题 专业学 位 计算机与软件学院081200计算机科学与技术006 计算机科学与技术学 科试题 学术型计算机与软件学院087100管理科学与工程015管理学学科试题学术型 计算机与软件学院430112计算机技术006 计算机科学与技术学 科试题专业学位 计算机与软件学院430113软件工程006 计算机科学与技术学 科试题专业学位 建筑与土木工程学院081301建筑历史与理论007建筑学学科试题学术型建筑与土木工程学院081304建筑技术科学007建筑学学科试题学术型建筑与土木工程学院081400土木工程008 土木工程（一）学科试 题 学术型 建筑与土木工程学院430114建筑与土木工程008 土木工程（一）学科试 题专业学位 水利科学与工程学院081500水利工程009水利工程学科试题学术型水利科学与工程学院082802农业水土工程009水利工程学科试题学术型水利科学与工程学院430115水利工程009水利工程学科试题 专业学 位 本学期材料性能学作业及答案 第一次作业P36-37 第一章 1名词解释 4、决定金属屈服强度的因素有哪些？ 答：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。 10、将某材料制成长50mm，直径5mm的圆柱形拉伸试样，当进行拉伸试验时塑性变形阶段的外力F与长度增量ΔL的关系为： F/N 6000 8000 10000 12000 14000 ΔL 1 2.5 4.5 7.5 11.5 求该材料的硬化系数K及应变硬化指数n。 解：已知：L0=50mm，r=2.5mm，F与ΔL如上表所示，由公式（工程应力）σ=F/A0,（工程应变）ε=ΔL/L0,A0=πr2,可计算得：A0=19.6350mm2 σ1= 305.5768，ε1=0.0200， σ2=407.4357 ，ε2=0.0500， σ3= 509.2946，ε3=0.0900， σ4= 611.1536，ε4=0.1500， σ5= 713.0125，ε5=0.2300， 又由公式（真应变）e=ln(L/L0)=ln(1+ε)，（真应力）S=σ（1+ε），计算得： e1=0.0199，S1=311.6883， e2=0.0489，S2=427.8075， e3=0.0864，S3=555.1311， e4=0.1402，S4=702.8266， e5=0.2076，S5=877.0053， 又由公式S=Ke n，即lgS=lgK+nlge，可计算出K=1.2379×103，n=0.3521。 11、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？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 绪论单元测试 1 【单选题】(10分) 钢丝在室温下反复弯折，会越弯越硬，直到断裂，而铅丝在室温下反复弯折，则始终处于软态，其原因是（） A. Fe发生加工硬化，发生再结晶，Pb发生加工硬化，不发生再结晶 B. Pb发生加工硬化，发生再结晶，Fe发生加工硬化，不发生再结晶 C. Fe不发生加工硬化，不发生再结晶，Pb发生加工硬化，不发生再结晶 D. Pb不发生加工硬化，不发生再结晶，Fe发生加工硬化，不发生再结晶 2 【单选题】(10分) 冷变形的金属，随着变形量的增加（） A. 强度降低，塑性降低 B. 强度增加，韧性降低 C. 强度增加，塑性增加 D. 强度降低，塑性增加 3 【单选题】(10分) 金属的塑性变形主要是通过下列哪种方式进行的（） A. 位错类型的改变 B. 晶粒的相对滑动 C. 位错的滑移 D. 晶格的扭折 4 【单选题】(10分) 在不考虑其他条件的影响下，面心立方晶体的滑移系个数为（） A. 12 B. 8 C. 6 D. 16 5 【单选题】(10分) 下列对再结晶的描述的是（） A. 再结晶后的晶粒大小主要决定于变形程度 B. 原始晶粒越细，再结晶温度越高 C. 发生再结晶需要一个最小变形量，称为临界变形度。低于此变形度，不能再结晶 D. 变形度越小，开始再结晶的温度就越高 6 【单选题】(10分) 冷加工金属经再结晶退火后,下列说法的是（） A. 其机械性能会发生改变 B. 其晶粒大小会发生改变 C. 其晶粒形状会改变 D. 其晶格类型会发生改变 7 【单选题】(10分) 加工硬化使金属的（） A. 强度减小、塑性增大 B. 强度增大、塑性增大 C. 强度减小、塑性降低 D. 强度增大、塑性降低 8 材料性能学 第一章材料单向静拉伸的力学性能 一、名词解释。 1.工程应力:载荷除以试件的原始截面积即得工程应力σ，σ=F／A0。 2.工程应变：伸长量除以原始标距长度即得工程应变ε，ε=Δl／l0。 3.弹性模数：产生100％弹性变形所需的应力。 4.比弹性模数（比模数、比刚度）：指材料的弹性模数与其单位体积质量的比值。（一般适用于航空业） 5.比例极限σp：保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力，即在拉伸应力—应变曲线上开始偏离直线时的应力值。 6.弹性极限σe：弹性变形过渡到弹-塑性变形（屈服变形）时的应力。 7.规定非比例伸长应力σp：即试验时非比例伸长达到原始标距长度(L0)规定的百分比时的应力。 8.弹性比功(弹性比能或应变比能) a e: 弹性变形过程中吸收变形功的能力，一般用材料弹性变形达到弹性极限时单位体积吸收的弹性变形功来表示。 9.滞弹性：是指材料在快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。 10.粘弹性：是指材料在外力作用下，弹性和粘性两种变形机理同时存在的力学行为。 11.伪弹性：是指在一定的温度条件下，当应力达到一定水平后，金属或合金将产生应力诱发马氏体相变，伴随应力诱发相变产生大幅的弹性变形的现象。 12.包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形（1-4%），然后再同向加载，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。 13.内耗：弹性滞后使加载时材料吸收的弹性变形能大于卸载时所释放的弹性变形能，即部分能量被材料吸收。（弹性滞后环的面积） 14.滑移：金属材料在切应力作用下,正应力在某面上的切应力达到临界切应力产生的塑变,即沿一定的晶面和晶向进行的切变。 15.孪生：晶体受切应力作用后,沿一定的晶面(孪生面)和晶向(孪生方向)在一个区域内连续性的顺序切变,使晶体仿佛产生扭折现象。 16.塑性：是指材料断裂前产生塑性变形的能力。 17.超塑性：在一定条件下，呈现非常大的伸长率(约1000％)，而不发生缩颈和断裂的现象。 18.韧性断裂：材料断裂前及断裂过程中产生明显的塑性变形的断裂过程。 19.脆性断裂：材料断裂前基本上不产生明显的宏观塑性变形，没有明显预兆，往往表现为突然发生的快速断裂过程。 20.剪切断裂：材料在切应力的作用下沿滑移面滑移分离而造成的断裂。 21.解理断裂：在正应力的作用下，由于原子间结合键的破坏引起的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂。 22.韧性：是材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 23.银纹：聚合物材料在张应力作用下表面或内部出现的垂直于应力方向的裂隙。当光线照射到裂隙面的入射角超过临界角时，裂隙因全反射而呈银色。 24.河流花样：在电子显微镜中解理台阶呈现出形似地球上的河流状形貌，故名河流状花样。 25.解理台阶：解理断裂断口形貌中不同高度的解理面之间存在台阶称为解理台阶。 26.韧窝：微孔聚集形断裂后的微观断口。 27.理论断裂强度：在外加正应力作用下，将晶体中的两个原子面沿着垂直于外力方向拉断所需的应力称为理论断裂强度。 28.真实断裂强度：用单向静拉伸时的实际断裂拉伸力Fk除以试样最终断裂截面积Ak所得应力值。 29.静力韧度：通常将静拉伸的σ——ε曲线下所包围的面积减去试样断裂前吸收的弹性能。 二、填空题。 1. 整个拉伸过程的变形可分为弹性变形，屈服变形，均匀塑性变形，不均匀集中塑性变形四个阶段。 2. 材料产生弹性变形的本质是由于构成材料原子（离子）或分子自平衡位置产生可逆位移的反应。 3. 在工程中弹性模数是表征材料对弹性变形的抗力，即材料的刚度，其值越大，则在相同应力下产生的弹性变形就越小。 第一章 1、 力—伸长曲线和应力—应变曲线，真应力—真应变曲线 在整个拉伸过程中的变形可分为弹性变形、屈服变形、均匀塑性变形及不均匀集中塑性变形4个阶段 将力—伸长曲线的纵，横坐标分别用拉伸试样的标距处的原始截面积Ao 和原始标距长度Lo 相除，则得到与力—伸长曲线形状相似的应力（σ=F/Ao ）—应变（ε=ΔL/Lo ）曲线 比例极限σp ， 弹性极限σe ， 屈服点σs ， 抗拉强度σb 如果以瞬时截面积A 除其相应的拉伸力F ，则可得到瞬时的真应力S （S ＝F/A)。同样，当拉伸力F 有一增量dF 时，试样瞬时长度L 的基础上变为L ＋dL ，于是应变的微分增量应是de ＝dL / L ，则试棒自L 0伸长至L 后，总的应变量为： 式中的e 为真应变。于是，工程应变和真应变之间的关系为 2、 弹性模数 在应力应变关系的意义上，当应变为一个单位时，弹性模数在数值上等于弹性应力，即弹性模数是产生100%弹性变形所需的应力。在工程中弹性模数是表征材料对弹性变形的抗力，即材料的刚度，其值越大，则在相同应力下产生的弹性变形就越小。 比弹性模数是指材料的弹性模数与其单位体积质量（密度）的比值，也称为比模数或比刚度 3、 影响弹性模数的因素①键合方式和原子结构（不大）②晶体结构（较大）③ 化学成分 （间隙大于固溶）④微观组织（不大）⑤温度（很大）⑥加载条件和负荷持续时间（不大） 4、 比例极限和弹性极限 比例极限σp 是保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力，即在拉伸应力－应变曲线上开始偏离直线时的应力值。 弹性极限σe 试样加载后再卸载，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值 5、 弹性比功又称为弹性比能或应变比能，用a e 表示，是材料在弹性变形过程中吸收变形功 的能力。一般可用材料弹性变形达到弹性极限时单位体积吸收的弹性变形功表示。 6、 根据材料在弹性变形过程中应力和应变的响应特点，弹性可以分为理想弹性（完全弹 性）和非理想弹性（弹性不完整性）两类。 对于理想弹性材料，在外载荷作用下，应力和应变服从虎克定律σ＝M ε，并同时满足3个条件，即：应变对于应力的响应是线性的；应力和应变同相位；应变是应力的单值函数。 材料的非理想弹性行为大致可以分为滞弹性、粘弹性、伪弹性及包申格效应等类型。 00ln 0L L L dL de e L e L ===??)1ln(ln 0ε+==L L e 笔试科目对应的考试专业 试题编号： 001 机械制图、理论力学、材料力学、机械原理、机械设计 试题编号： 002 固体物理化学、材料科学概论、金属材料及热处理、材料性能学、材料现代分析方法 试题编号： 003 数字电子技术、自动控制理论、电力电子技术、电机学、单片机原理试题编号： 004 信号与系统、模拟电子线路、微机原理、数字信号处理、电路分析基础 试题编号： 005 模拟电子技术、电路、C语言程序设计、微机原理与接口技术、计算机文化基础 试题编号： 006 软件工程、数据库原理、离散数学、面向对象程序设计、编译原理试题编号： 007 公共建筑技术原理、城市规划原理、室内空间设计方法、中国古代建筑装饰、建筑节能 试题编号： 008. 混泥土结构基本原理、结构基本原理、土木工程施工、建筑结构抗震土力学 土力学、水利工程测量、水利工程概论、 试题编号： 010 有机合成化学、物理化学、化工原理、综合化学实验、无机化学 试题编号： 011 矿业基础 试题编号： 012 地质基础 试题编号： 013 环境监测、环境工程微生物学、建筑给水排水工程、给水排水管道工程、水处理工程 试题编号： 014 供热工程、暖通空调 试题编号： 015 财政学、市场营销学、金融学、组织行为学、人力资源管理 试题编号： 016 教育学、体育心理学、体育概论、体育保健学、运动生理学 试题编号： 017 中国美术史、构成基础、装饰基础、解剖、透视原理、艺术概论、外国美术史 试题编号： 018 理论力学、材料力学、线性代数、生理学 量子力学、电路分析基础、电动力学、光电技术、原子物理 第一章材料的弹性变形 一、填空题： 1.金属材料的力学性能是指在载荷作用下其抵抗变形或断裂 的能力。 2. 低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。 3. 线性无定形高聚物的三种力学状态是玻璃态、高弹态、粘流态，它们的基本运动单元相应是链节或侧基、链段、大分子链，它们相应是塑料、橡胶、流动树脂（胶粘剂的使用状态。 二、名词解释 1.弹性变形：去除外力，物体恢复原形状。弹性变形是可逆的 2.弹性模量： 拉伸时σ=EεE：弹性模量（杨氏模数） 切变时τ=GγG：切变模量 3.虎克定律：在弹性变形阶段，应力和应变间的关系为线性关系。 4.弹性比功 定义：材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，又称为弹性比能或应变比能，表示材料的弹性好坏。 。 三、简答： 1．金属材料、陶瓷、高分子弹性变形的本质。 答：金属和陶瓷材料的弹性变形主要是指其中的原子偏离平衡位置所作的微小的位移，这部分位移在撤除外力后可以恢复为0。对高分子材料弹性变形在玻璃态时主要是指键角键长的微小变化，而在高弹态则是由于分子链的构型发生变化，由链段移动引起，这时弹性变形可以很大。 2．非理想弹性的概念及种类。 答：非理想弹性是应力、应变不同时响应的弹性变形，是与时间有关的弹性变形。表现为应力应变不同步，应力和应变的关系不是单值关系。种类主要包括 滞弹性，粘弹性，伪弹性和包申格效应。 3．什么是高分子材料强度和模数的时-温等效原理? 答：高分子材料的强度和模数强烈的依赖于温度和加载速率。加载速率一定时，随温度的升高，高分子材料的会从玻璃态到高弹态再到粘流态变化，其强度和模数降低；而在温度一定时，玻璃态的高聚物又会随着加载速率的降低，加载时间的加长，同样出现从玻璃态到高弹态再到粘流态的变化，其强度和模数降低。时间和温度对材料的强度和模数起着相同作用称为时=温等效原理。 四、计算题： 气孔率对陶瓷弹性模量的影响用下式表示：E=E0 (1—+ E0为无气孔时的弹性模量；P为气孔率，适用于P≤50 %。370= E0 (1—×+×则E0= Gpa 260= (1—×P+×P2) P= 其孔隙度为%。 五、综合问答 1.不同材料（金属材料、陶瓷材料、高分子材料）的弹性模量主要受什么因素影响? 答：金属材料的弹性模量主要受键合方式、原子结构以及温度影响，也就是原子之间的相互作用力。化学成分、微观组织和加载速率对其影响不大。 陶瓷材料的弹性模量受强的离子键和共价键影响，弹性模量很大，另外，其弹性模量还和构成相的种类、粒度、分布、比例及气孔率有关，即与成型工艺密切相关。 高分子聚合物的弹性模量除了和其键和方式有关外，还与温度和时间有密切的关系（时-温等效原理）。 （综合分析的话，每一条需展开）。 第二章材料的塑性变形 一、填空题 1．金属塑性的指标主要有伸长率和断面收缩率两种。 第一套 一、名词解释（每题4分，共12分） 低温脆性疲劳条带韧性 二、填空题(每空1分，共30分) 1、按照两接触面运动方式的不同，可以将摩擦分为和，按照摩擦表面的接触状态分为摩擦、摩擦、摩擦、摩擦、其中摩擦通常严禁出现。 2、材料的韧性温度储备通常用符号表示，取值在温度范围，对于相同的材料而言，韧性温度储备越大，材料的工作温度就越（高、低），材料就越（安全，不安全）。对于承受冲击载荷作用的重要机件，韧性温度储备取（上限，下限）。 3、材料的缺口越深、越尖锐，材料的缺口敏感性就越（大、小），材料的缺口敏感度就越（大、小），材料的对缺口就越（敏感、不敏感）。 低碳钢的拉伸断口由、、三个区域组成，该宏观断口通常被称为状断口。 5、按照应力高低和断裂寿命对疲劳分类，则N>105,称为周疲劳，又称为疲劳；N为102～105，称为周疲劳，又称为疲劳。我们通常所称的疲劳指疲劳。 6、温度升高使铁磁性的饱和磁化强度，使剩余磁感应强度，使矫顽力。 7、根据材料被磁化后对磁场所产生的影响，可将材料分为、、 3类。 三、问答题（共20分） 1、衡量弹性的高低用什么指标，为什么提高材料的弹性极限能够改善弹性。 2、某种断裂的微观断口上观察到河流装花样，能否认定该断裂一定属于脆性断裂，为什么？如何根据河流状花样寻找裂纹的源头。（4分） 3、说明K I 和K IC 的异同。对比K IC 和K C 的区别，说明K I 和K IC 中的I的含义。 4、简述影响金属导电性的因素。（6分） 四、分析题（共30分） 1、比较布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度测试原理及压痕特征。并在以上方法中 选择适合测量下列材料硬度的方法和标尺：渗碳层的硬度分布，淬火钢，灰口铸铁，氮化层的硬度，高速钢刀具，退火的20钢。（12分） 2、什么是金属材料的塑性？对于下列材材料的塑性： (1)40CrNiMo调质钢试样，(2)20Cr渗碳淬火钢试样，(3)W18Cr4v钢淬火回火试样，(4)灰铸铁试样，分别选用哪种试险机（液压万能材料试验机、扭转试验机），采用何种试验方法测量。 3、奥氏体不锈钢从1000℃急冷淬火是顺磁性的，但缓冷则表现出铁磁性，试解释之。（8分） 五、证明题（共8分） 一入射光以较小的入射角内i和折射角r穿过一透明玻璃板。证明透过后的光强系数为（1-R）2。设玻璃对光的衰减不变。 第二套 一、名词解释（每题3分，共12分） 缺口强化 50%FATT 破损安全应力疲劳 二、填空题(每空1分，共28分) 1.材料的摩擦形式主要分为、。环块摩擦磨损实验测量条件下的磨损；M-2000型为磨损实验机，可以测量、等多种摩擦形式下的磨损。滑动轴承的磨损形式以居多。 2.低碳钢拉伸曲线上反映出其变形由、、和几个部分组成，断后断口呈现出断口特征，具有、和三个区域，属于断裂。 3.缺口静弯曲实验得到的曲线包围的面结分为三个部分，分别代表三种能量Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。若只有Ⅰ而没有Ⅱ、Ⅲ，则对缺口，若只有Ⅰ、Ⅱ，表明对缺口哪；Ⅲ越大，则对缺口越。 4.根据材料被磁化后对磁场产生的影响，可以把材料分为3类：、、。 5.超导电性的3个重要性能指标为、、。 三、简答题（共25分） 1.简述韧性断裂的微观过程及韧性断口的微观形貌特征。（4分） 材料性能学作业(2) -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 1.与单晶体相比，多晶体变形有哪些特点？ 多晶金属材料由于各晶粒的位向不同和晶界的存在，其塑性变形有以下特点： ① 多晶体各晶粒变形的不同时性和不均匀性 位向有利的晶粒先塑变，各晶粒处组织性能不同，要求塑变的临界切应力不同，表现为不同时性和不均匀性。 ② 各晶粒变形相互协调与制约 各晶粒塑变受塑变周围晶粒牵制，不可无限制进行下去，晶界对位错的阻碍，必须有5个以上滑移系方可协调发展。 2.金属材料的应变硬化有何实际意义？ 材料的应变硬化性能，在材料的加工和应用中有十分明显的实用价值。在加工方面，利用应变硬化和塑性变形的合理配合，可使使塑性变形均匀进行，保证冷变形工艺顺利实施；另外，低碳钢切削时，容易产生粘刀现象，且表面加工质量差。如果切削加工前进行冷变形降低塑性，改善机械加工性能；在材料应用方面，应变硬化使材料具一定的抗偶然过载能力，以免薄弱处无限塑性变形；应变硬化也是一种强化金属的手段，尤其是适用不能热处理的材料。 3.一个典型拉伸试样的标距为50mm ，直径为13mm ，实验后将试样对接起来以重现断裂时的外形，试问： (1)若对接后的标距为81mm ，伸长率是多少？ (2)若缩颈处最小直径为6.9mm 则断面收缩率是多少？ (1) 008150100%100%62%50 K L L L δ--=?=?= (2) 2200200 44100%100%71.8%4 K K d d A A d A ππψπ--=?=?= (3) 4.有一材料E=2×1011N/m2，γ=8N/m 。试计算在7×107N/m2的拉应力作用下，该材料中能扩展的裂纹之最小长度是多少？ (4) 即求理论断裂强度 ()114227222108 2.0710710s c c E a m γπσπ-???===??? 5.推导颈缩条件、颈缩时的工程应力 湖南大学材料性能学作业+习题标准答案 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 第二章作业题 1应力状态软性系数：按“最大切应力理论”计算的最大切应力与按“相当最大正应力理论”计算的最大正应力的比值。 2缺口效应：截面的急剧变化产生缺口，在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态将发生变化，产生缺口效应，影响金属材料的 力学性能。 3 布氏硬度：用一定直径的硬质合金球做压头，施以一定的试 验力，将其压入试样表面，经规定保持时间后卸除，试样表面残留 压痕。HBW通过压痕平均直径求得。 4 洛氏硬度：洛氏硬度以测量压痕深度标识材料的硬度。HR＝ (k-h)/0.002. 二、脆性材料的抗压强度 扭转屈服点 缺口试样的抗拉强度 NSR：缺口敏感度，为缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度的比值。 HBS:用钢球材料的球压头表示洛氏硬度。 HRC:用金刚石圆锥压头表示的洛氏硬度。 三、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 1单向拉伸 特点：温度、应力状态和加载速率是确定的，且常用标准的光滑圆柱试样进行试验。 应用范围：一般是用于那些塑性变形抗力与切断强度较低的所谓塑性材料试验。 2压缩试验 特点：单向压缩试验的应力状态系数＝2，比拉伸，弯曲，扭转的应力状态都软，拉伸时塑性很好的材料在压缩时只发生压缩变形而不会断裂。 应用范围：拉伸时呈脆性的金属材料的力学性能测定。如果产生明显屈服，还可以测定压缩屈服点。 3弯曲试验 特点：试样形状简单，操作方便，弯曲试样应力分布不均匀，表面最大，中心为零。可较灵敏的反映材料表面缺陷。 应用范围：对于承受弯曲载荷的机件，测定其力学性能。 4扭转试验 特点：1扭转的应力状态软性系数＝0.8，比拉伸时大，易于显示金属的塑性行为。2圆柱形试样扭转时，整个长度上塑性变形是均匀的，没有颈缩现象，所以能实现大塑性变形量下的试验。3能较敏感的反映出金属表面缺陷及硬化层的性能。4扭转时试样中的最大正应力与最大切应力在数值上大体相等，而生产上所使用的大部分金属材料的正断强度大于切断强度，所以，扭转试验是测定这些材料切断最可靠的办法。 应用范围：研究金属在热加工条件下的流变性能与断裂性能，评定材料的热压力加工性；研究或检验工件热处理的表面质量和各种表面强化工艺的效果。 四、缺口拉伸时应力分布有何特点 《材料性能学》期末复习总结·· 名词解释 抗拉强度：抗拉强度是拉伸试验时，试样拉断过程中最大试验力所对应的应力。标志着材料在承受拉伸载荷时的实际承载能力。 疲劳强度：在指定疲劳寿命下，材料能承受的上限循环应力。（疲劳寿命可分为有限周次和无限周次两种。） 屈服强度: 材料的屈服标志着材料在应力作用下由弹性变形转变为弹－塑性变形状态，因此材料屈服时所对应的应力值也就是材料抵抗起始塑性变形或产生微量塑性变形的能力。这一应力值称为材料的屈服强度或屈服点。 冲击韧性（Ak意义）：表示单位面积吸收冲击功的平均值，由于缺口处应力分布不均匀，因此Ak无明确的意义；Ak可表示材料的脆性倾向，但不能真正反映材料的韧脆程度。 接触疲劳：接触疲劳是两接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时，交变接触压应力长期作用使材料表面疲劳损伤，局部区域出现小片或小块材料剥落，而使材料磨损的现象。 蠕变：材料在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢的产生塑性变形的现象。 磨损：在摩擦作用下物体相对运动时,表面逐渐分离出磨屑,使接触表面不断发生尺寸变化与重量损失现象 屈服现象：在变形过程中，外力不增加，试样仍然持续伸长，或外力增加到一定数值时，忽然下降，随后在外力不增加或上下波动的情况下试样可以继续伸长变形，这种现象称为屈服。 断裂韧度：KC>KIC；KIC是材料本身的力学性能指标，只与材料成分、组织结构有关。 载流子：具有电荷的自由粒子，在电场作用下可产生电流。 霍尔效应:置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势差，这种现象称霍尔效应。 电解效应：离子的迁移伴随着一定的质量变化，离子在电极附近发生电子得失，产生新物质，这就是电解现象。 固体电解质：同电解质溶液一样，有离子导体电流出现即为固体电解质。 压敏效应：压敏效应指对电压变化敏感的非线性电阻效应，即在某一临界电压以下，电阻值非常高，几乎无电流通过，超过该临界电压，电阻迅速降低，让电流通过。 PTC效应：采用阳离子半径同Ba2+、Ti4+相近，原子价不同的元素去置换固溶Ba2+、Ti4+位置，在氧化气氛中烧结，形成n型半导体其最大特征是存在着正方向与立方向相变的相变点，在其附近，电阻率随温度上升而发生突变，增大3-4个数目级。 电介质：在电场作用下，能建立极化的物质。 极化强度：电介质单位体积内的电偶极距总和，与面积电荷密度单位一样C/m2。铁电体：在一定温度范围内存在自发极化，且自发极化方向可随外电场作可逆转动的晶体。铁电晶体一定是极性晶体，但并非所有极性晶体都是铁电体，只有某些特殊晶体结构的极性晶体在自发极化改变方向时，晶体结构不发生打的畸变，具有自发极化随外电场转动的性质。 压电效应：某些晶体材料在一定方向上可按所施加的机械应力成比例地在受力两端表面上产生数量相等、符号相反的束缚电荷，反之在一定方向的电场作用下，会产生与电场强度成正比的几何应变。 热容：将m克质量的物质温度升高或降低一度，在没有相变或化学变化的条件下，所需要的热量称为该物质的热容，又称热容量。 比热：将1克物质温度升高1度所需要的热量称为该物质的比热容。 热膨胀：材料在加热或冷却时，物质尺寸或体积要发生变化，这种由于温度改变导致体积尺寸才发生变化的现象称为热膨胀。 膨胀系数：当温度变化1K时物质尺寸或体积的变化率。 材料性能学 01 材料在单轴静张力下的力学性能 1. 解释: 开裂:开裂是高分子材料在变形过程中产生的一种缺陷。由于它的低密度和高反射光能力，它看起来是银色的，所以被命名为。裂纹发生在聚合物材料的弱结构或缺陷中。 超塑性:在一定条件下，材料表现出非常大的延伸率(约1000%)而不出现颈缩和断裂，称为超塑性。晶界滑动产生的应变占总应变的比例一般在50% ~ 70%之间，说明晶界滑动在超塑性变形中起主要作用。脆性断裂:材料在断裂前基本不产生明显的宏观塑性变形，无明显征兆。它常以突然的快速断裂过程出现，具有极大的危险性。 韧性断裂:在断裂前和断裂过程中发生明显宏观塑性变形的断裂过程。在韧性断裂中，裂纹扩展过程一般比较缓慢，消耗了大量的塑性变形能量。 解理断裂:在正应力作用下，原子间键合键的破坏导致沿特定晶面的脆性穿晶断裂称为解理断裂。(解理台阶、河纹、舌纹是解理断裂的基本微观特征。) 剪切断裂:剪切断裂是材料在剪切应力作用下沿滑移面滑动分离而引起的断裂。微孔骨料断裂是韧性断裂的一种常见模式。宏观断口表面通常为深灰色、纤维状，微观断口特征形态为断口表面分布着大量韧窝。 2. 为什么脆性断裂是最危险的? 应力的类型，塑性变形的程度，有无前体以及裂纹扩展的速度。3.断裂强力机C和抗拉强力机B有什么区别? 如果在断裂前没有发生塑性变形，或者塑性变形很小，没有出现颈缩，发生脆性断裂，则参数C =参数B。如果在断裂前出现颈缩，则参数C和参数B不相等。 4. 格里菲斯的公式的范围是什么，什么时候需要修改? 格里菲斯公式仅适用于有微裂纹的脆性固体，如玻璃、无机晶体材料和超高强度钢。对于许多工程结构材料，如结构钢和高分子材料，裂纹尖端会发生较大的塑性变形，消耗大量的塑性变形功。因此，必须对格里菲斯公式进行修正。 02 材料单向静拉伸的力学性能 1、应力状态软性系数； τmax和σmax的比值称为，用α表示。α越大，最大切应力分量越大，表示应力状态越软，材料越易于产生塑性变形。反之，α越小，表示应力状态越硬，则材料越容易产生脆性断裂 2、如何理解塑性材料的“缺口强化”现象? 在有缺口条件下，由于出现了三向应力，试样的屈服应力比单向拉伸时要高，即产生了所谓缺口“强化”现象。我们不能把“缺口强化”看作是强化材料的一种手段，因缺口“强化”纯粹是由于三向应力约束了材料塑性变形所致。此时材料本身的σs值并未发生变化。材料性能学习题试题集
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