湘潭大学《材料性能学》复习题

《材料性能学》题型考点总结复习题由 11金属材料工程肖振威一．名词解释。

1.弹性比功：材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力。

2.包申格效应：是指金属材料经预先加载产生少量塑性变形，而后再同向加载，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。

3.滞弹性：是材料在加速加载或者卸载后，随时间的延长而产生的附加应变的性能，是应变落后于应力的现象。

4.粘弹性：是指材料在外力的作用下，弹性和粘性两种变形机理同时存在的力学行为。

5.内耗：在非理想弹性变形过程中，一部分被材料所吸收的加载变形功。

6.超塑性：材料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。

7．应力状态软性系数：最大切应力与最大正应力的比值。

8. 布氏硬度：单位压痕面积承受的平均应力。

9. 洛氏硬度：以测量压痕深度值的大小来表示材料的硬度值。

10. 维氏硬度：采用压头为两相对面夹角为136度的金刚石四棱锥体，根据压痕单位面积所承受的载荷来计算硬度值。

11. 蓝脆：碳钢和某些合金钢在冲击载荷作用或静载荷作用下，在一定的温度范围内出现脆性。

因为在该温度范围内加热钢时，表面氧化色为蓝色，故此现象称为蓝脆。

12.低应力脆断：高强度钢，超高强度钢的机件，中，低强度钢的大型机件常常在工作应力并不高，甚至远远低于屈服极限的情况下，发生脆性断裂现象。

13.应力场强度因子：KI反映了裂纹尖端区域应力场的强度，称为应力场强度因子。

14.疲劳：工件在变动载荷和应变长期作用下，因累积损伤而引起的断裂现象。

15.疲劳寿命：机件疲劳失效前的工作时间称为疲劳寿命。

16.疲劳强度：在指定疲劳寿命下，材料能承受的上限循环应力。

17.次载锻炼：材料特别是金属在低于疲劳强度的应力先运转一定周次。

18. 磨损：在摩擦作用下物体相对运动时，表面逐渐分离出磨屑从而不断损伤的现象。

19.接触疲劳：两接触材料作滚动或滚动加滑动摩檫时，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。

20. 蠕变：材料在长时间的恒温、恒载作用下缓慢地产生塑性变形的现象。

21.蠕变极限：表示材料对高温蠕变变形的抗力。

22.持久强度：材料在一定的温度下和规定的时间内，不发生蠕变断裂的最大应力。

23.松弛稳定性：材料抵抗应力松弛的能力称为松弛稳定性。

二．填空题。

1.材料单向静拉伸过程中的变形分为(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.在单向静拉伸应力——应变曲线中δp表示（比例极限），δe表示（弹性极限），δs表示（屈服点），δb表示（抗拉强度）。

3.材料的非理想弹性行为可以分为（滞弹性）、（粘弹性）、（伪弹性）及（包申格效应）。

4.金属材料常见的塑性变形机理为晶体的（滑移）和（孪生）两种。

5.在静载试验中，材料处于三向等拉伸时应力状态最（硬），材料最容易发生（脆性断裂）。

6.常见的硬度试验方法有（布氏硬度）、（洛氏硬度）、（维氏硬度）、（努氏硬度）、（肖氏硬度）等。

7．A k表示（冲击吸收功），a k v表示（冲击韧度）。

8．研究线弹性条件下的断裂韧性有两种方法，一种是应力应变分析方法，即（K判据），另一种是能量分析方法，即（G判据）。

当满足KI≥K I c时，就会发生（脆性断裂）。

反之，即使存在裂纹，也不会发生断裂，这种情况称为（破损安全）。

9.构件中的裂纹体的扩展模式主要有I 型（张开型），II 型（滑开型），III 型（撕开型）三种类型，其中以I 型（张开型）最为危险。

10.按照裂纹的扩展路径来看断裂主要分为（穿晶断裂），（沿晶断裂），其中（沿晶断裂）一般是脆性断裂。

11.典型的疲劳断口具有三个特征区：（疲劳源），（疲劳裂纹扩展区），（瞬断区）。

疲劳裂纹萌生往往在材料（薄弱区）或（高应力区）。

通过（不均匀滑移）、（微裂纹形成及长大）而完成。

12.常见的对称循环载荷有（对称弯曲）、（对称扭转）、（对称拉压），对应的疲劳强度记为（δ-1）、（τ-1）、（δ-1p），对同种材料，三种疲劳强度大小关系为（δ-1）＞（δ-1p）＞（τ-1）。

13. 根据摩擦面损伤和破坏的形式，磨损主要有（粘着磨损），（磨粒磨损），（腐蚀磨损），（接触疲劳），其中两接触材料做滚动或滚滑摩擦时极易出现（接触疲劳），是（齿轮）、（轴承）常见的磨损失效形式。

14.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：（铁磁性材料）、（顺磁性材料）、（抗磁性材料）。

材料的抗磁性来源于（电子偱轨运动时受外加磁场作用所产生的抗磁矩），材料的顺磁性主要来源于（原子【离子】的固有磁矩）。

铁磁性物质在磁化时的两个重要特征是（具有磁各向异性）、（磁致伸缩效应）。

15.超导电性的三个重要性能指标是（临界转变温度）、（临界磁场）、（临界电流密度）。

16.半导体在电场和磁场中发生的效应主要为（霍尔效应）、（磁阻效应）。

17.电介质的击穿形式有（电击穿）、（热击穿）、（化学击穿）。

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）。

18.金属的热电现象的三个基本热电效应是（帕尔帖效应）、（汤姆逊效应）、（赛贝克效应）。

三．简答题。

1.材料弹性模数主要取决于什么因素？答：材料的弹性模数主要取决因素：（1）.键合方式和原子结构(2). 晶体结构 (3).化学成分(4). 微观组织 (5).温度 (6).加载条件和负荷持续时间。

2.决定金属材料屈服强度的主要因素有哪些？答：决定金属材料屈服强度的因素（1）.晶体结构（2）.晶界与亚结构（3）.溶质元素（4）.第二相（5）.温度（6）.应变速率与应力状态。

3.金属材料的应变硬化有何实际意义？答：金属的应变硬化的实际意义：（1）.在加工方面：利用应变硬化和塑性变形的合理配合，可使金属进行均匀的塑性变形，保证冷变形工艺的顺利实施。

（2）.在材料应用方面：应变硬化可以使金属机件具有一定的抗偶然过载能力，保证机件的安全使用。

（3）.应变硬化也是一种强化金属的重要手段，尤其对不能进行热处理的材料。

4.低温脆性的物理本质及其影响因素是什么？答: 低温脆性：在试验温度低于某一温度t时，材料会由韧性状态变为k脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。

影响材料低温脆性的因素（1）晶体结构影响体心立方金属及其合金存在低温脆性，面心立方及其合金一般不存在低温脆性。

与迟屈服现象有关。

（2）化学成分（3）显微组织的影响 1晶粒的大小 2金相组织（4）温度的影响（5）加载速率（6）试样的形状和尺寸5.应力强度因子KI和断裂韧度K I c是两个相同的概念么？他们有什么区别？试解释。

答：K是一个力学参量，表示裂纹体中裂纹尖端的应力应变场强度的大小，它I决定于外加应力、试样尺寸和裂纹类型，而和材料无关；但K（平面应变断IC裂韧度，表示材料在平面应变的状态下抵抗裂纹失稳扩展的能力）是材料的力学性能指标，它决定于材料的成分、结构等内在因素，而以外加应力及试样尺寸等外在因素无关。

6．分析影响断裂韧度的因素。

答：一：化学成分、组织结构对断裂韧度的影响（1）.化学成分（细化晶粒的合金元素可以使断裂韧度提高；强烈固溶化的合金元素使断裂韧度降低；形成金属间合物并呈第二相析出的合金元素使断裂韧度降低）；（2）.基体相结构和晶粒尺寸（细化晶粒可以提高断裂韧度）；（3）.夹杂和第二相（非金属夹杂物使断裂韧度降低，脆性第二相随着体积分数增加，使断裂韧度降低）；（4）.显微组织。

二．特殊改性处理对断裂韧度的影响可以改变组织，提高断裂韧度。

（1）.亚温淬火；（2）.超高温淬火；（3）.形变热处理。

三.外界因素对断裂韧度的影响（1）.温度（对大多数材料，温度降低，断裂韧度也降低）；（2）.应变速率（增加应变速率，断裂韧度下降）7.疲劳失效过程可以分为哪几个阶段？答：疲劳失效过程分为疲劳裂纹的萌生，疲劳裂纹的扩展，瞬时断裂三个阶段。

8.“材料愈硬，耐磨性愈高”的说法对吗？为什么？答：不对。

硬度只是影响耐磨性的因素之一。

耐磨性还与材料的化学成分、强度、显微组织及摩擦区的温度有关。

若两种材料相互摩擦时，一软一硬，或者两者都很硬，也不耐磨。

所以，关于耐磨性，要综合各种材料内部因素与外界因素考虑。

9.蠕变变形的影响因素有哪些？答：一.内在因素：（1）.化学成分（在金属基体中加入合金元素，能够有效提高蠕变极限）；（2）.组织结构；（3）.晶粒尺寸（当使用温度低于等强温度时，细化晶粒可以提高钢的强度；当使用温度高于等强温度时，粗化晶粒可以提高钢的蠕变极限和持久强度）；二.外部因素：(1).应力（高应力下蠕变速率高，地应力下蠕变速率低）；（2）.温度（温度越高，越容易产生蠕变变形）。

10.材料产生铁磁性的条件是什么？为什么说所有物质都是磁介质？为什么物质中会产生抗磁性？答：产生铁磁性的条件：（1）.材料的原子有未被抵消的自旋磁矩；（2）.自旋磁矩自发地同向排列，即产生自发磁化。

凡是能被磁场磁化的物质称为磁质或磁介质，实际上包括空气在内的所有的物质都能被磁化，因此从广义上讲，所有物质都属于磁介质。

物质中产生抗磁性是因为物质原子中的电子循轨运动受外加磁场作用的结果而产生的。

11.试说明量子自由电子导电理论与经典导电理论的异同。

答：经典电子理论认为：在金属晶体中，离子构成了晶格点阵，并形成一个均匀电场，自由电子弥散分布于整个点阵之中。

它们的运动遵循经典力学气体分子的运动规律，自由电子之间及它们与正离子之间的相互作用仅仅是类似于机械碰撞而已。

在没有外加电场作用时，不产生电流。

当对金属施加外加电场时。

自由电子沿电场方向做加速运动，形成电流。

量子自由电子理论同样认为金属中正离子形成的电场是均匀的，价电子与离子间没有相互作用，可以在整个金属中自由运动。

但量子自由电子理论认为，金属中每个原子的内层电子基本保持者单个原子时的能量状态，而所有价电子却按量子化规律具有不同的能量状态，即具有不同的能级。

12.半导体有哪些导电敏感效应？答：一.热敏效应；二.压敏效应（包括电压敏感和压力敏感效应）；三.光敏效应；四.磁敏效应（包括霍尔效应和磁阻效应）。

还有气敏效应、热磁效应、光磁效应、热电效应等。

四．分析题。

1．下列工件需要测定硬度，试选用合适的硬度试验法。

（1）渗碳层的硬度分布 HV、表面HR（2）淬火钢 HRC（3）灰铸铁 HRE（4）硬质合金 HRA（5）钢中的隐晶马氏体和参与奥氏体显微HV（6）仪表小黄铜齿轮 HRB（7）龙门刨床导轨肖氏、HV（8）氮化层 HV（9）火车弹簧 HRA、肖氏（10）高速钢刀具 HV2．已知几种材料的性能如下表所示，指出表头符号的含义。