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大连理工大学实验报告学院（系）：材料科学与工程学院专业：材料成型及控制工程班级：材0701姓名：学号：组：___指导教师签字：成绩：实验一金属拉伸实验Metal Tensile Test一、实验目的Experiment Objective1、掌握金属拉伸性能指标屈服点σS，抗拉强度σb，延伸率δ和断面收缩率φ的测定方法。
2、掌握金属材料屈服强度σ0.2的测定方法。
3、了解碳钢拉伸曲线的含碳量与其强度、塑性间的关系。
4、简单了解万能实验拉伸机的构造及使用方法。
二、实验概述Experiment Summary金属拉伸实验是检验金属材料力学性能普遍采用的极为重要的方法之一，是用来检测金属材料的强度和塑性指标的。
此种方法就是将具有一定尺寸和形状的金属光滑试样夹持在拉力实验机上，温度、应力状态和加载速率确定的条件下，对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。
通过拉伸实验可以解释金属材料在静载荷作用下常见的三种失效形式，即过量弹性变形，塑性变形和断裂。
在实验过程中，试样发生屈服和条件屈服时，以及试样所能承受的最大载荷除以试样的原始横截面积，求的该材料的屈服点σS，屈服强度σ0.2和强度极限σb。
用试样断后的标距增长量及断处横截面积的缩减量，分别除以试样的原始标距长度，及试样的原始横截面积，求得该材料的延伸率δ和断面收缩率φ。
三、实验用设备The Equipment of Experiment拉力实验的主要设备为拉力实验机和测量试样尺寸用的游标卡尺，拉力实验机主要有机械式和液压式两种，该实验所用设备原东德WPM—30T液压式万能材料实验机。
液压式万能实验机是最常用的一种实验机。
它不仅能作拉伸试验，而且可进行压缩、剪切及弯曲实验。
（一）加载部分The Part of Applied load这是对试样施加载荷的机构，它利用一定的动力和传动装置迫使试样产生变形，使试样受到力或能量的作用。
其加载方式是液压式的。
在机座上装有两根立柱，其上端有大横梁和工作油缸。
第一章 单向静拉伸力学性能 一、 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。
13.比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。
14.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。
15.解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。
16.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。
一、填空：1.提供材料弹性比功的途径有二，提高材料的__________________________ ,或降低 ___________ 。
2.退火态和高温回火态的金属都有包申格效应，因此包申格效应是_____________ 具有的普遍现象。
3.材料的断裂过程大都包括裂纹的形成与扩展两个阶段，根据断裂过程材料的宏观塑性变形过程，可以将断裂分为 _______________ 与_______________ ;按照晶体材料断裂时裂纹扩展的途径，分为 _________________ 和________________ ；按照微观断裂机理分为 _____________ 和___________ ;按作用力的性质可分为_________ 和_________ 。
4•滞弹性是指材料在_______ 范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加的 _________ 现象，滞弹性应变量与材料—、__________ 有关。
5.包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量的塑性变形，而后再同向加载，规定残余伸长应力_______ ；反向加载，规定残余伸长应力__________ 的现象。
消除包申格效应的方法有 ____________ 和____________ 。
6. _______________________________ 单向静拉伸时实验方法的特征是、、 _____________________________________ 必须确定的。
7.过载损伤界越_____ ，过载损伤区越—，说明材料的抗过载能力越强。
8.依据磨粒受的应力大小，磨粒磨损可分为___________________ 、___________ 、 _____________________ 三类。
9. _________________________________ 解理断口的基本微观特征为____ 、 _________________________________________ 和____________ 。
材料力学性能课后习题答案绪论1、简答题什么是材料的性能？包括哪些方面？[提示] 材料的性能定量地反映了材料在给定外界条件下的行为；解：材料的性能是指材料在给定外界条件下所表现出的可定量测量的行为表现。
包括○1力学性能（拉、压、、扭、弯、硬、磨、韧、疲）○2物理性能（热、光、电、磁）○3化学性能（老化、腐蚀）。
第一章单向静载下力学性能1、名词解释：弹性变形塑性变形弹性极限弹性比功包申格效应弹性模量滞弹性内耗韧性超塑性韧窝解：弹性变形：材料受载后产生变形，卸载后这部分变形消逝，材料恢复到原来的状态的性质。
塑性变形：微观结构的相邻部分产生永久性位移，并不引起材料破裂的现象。
弹性极限：弹性变形过度到弹-塑性变形(屈服变形)时的应力。
弹性比功：弹性变形过程中吸收变形功的能力。
包申格效应：材料预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余应力（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余应力降低的现象。
弹性模量：工程上被称为材料的刚度，表征材料对弹性变形的抗力。
实质是产生100%弹性变形所需的应力。
滞弹性：快速加载或卸载后，材料随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。
内耗：加载时材料吸收的变形功大于卸载是材料释放的变形功，即有部分变形功倍材料吸收，这部分被吸收的功称为材料的内耗。
韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
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。
韧窝：微孔聚集形断裂后的微观断口。
2、简答1) 材料的弹性模量有那些影响因素？为什么说它是结构不敏感指标？解：○1键合方式和原子结构，共价键、金属键、离子键E高，分子键E低原子半径大，E 小，反之亦然。
○2晶体结构，单晶材料在弹性模量在不同取向上呈各向异性，沿密排面E大，多晶材料为各晶粒的统计平均值；非晶材料各向E同性。
○3化学成分，○4微观组织○5温度，温度升高，E下降○6加载条件、负载时间。
对金属、陶瓷类材料的E 没有影响。
材料力学思考题材料力学作为工程学科中的重要基础课程，对于工程学生来说是一门极具挑战性的学科。
在学习过程中，我们不仅需要掌握理论知识，还需要具备一定的实践能力和思维能力。
因此，今天我将为大家提出一些材料力学的思考题，希望能够帮助大家更好地理解和应用这门学科。
1. 为什么在工程材料的研究中，常常会用到应力-应变曲线？应力-应变曲线是描述材料在受力过程中应力和应变之间关系的重要参数。
通过应力-应变曲线，我们可以了解材料的力学性能，如屈服强度、抗拉强度、断裂强度等。
这些参数对于工程设计和材料选择具有重要的指导意义。
因此，在工程材料的研究中，常常会用到应力-应变曲线。
2. 为什么金属材料在拉伸过程中会出现颈缩现象？在金属材料的拉伸过程中，由于材料的应力分布不均匀，会导致材料出现局部缩颈现象。
这是由于材料在拉伸过程中，受力作用下出现应力集中，导致材料局部变形，最终形成颈缩。
这种现象在金属材料的拉伸试验中经常会出现，对于材料的力学性能研究具有一定的影响。
3. 为什么在材料的蠕变过程中会出现塑性变形？材料的蠕变是指在高温和高应力条件下，材料会发生持续的塑性变形。
这是由于在高温和高应力的环境下，材料的晶体结构发生变化，从而导致材料出现塑性变形。
蠕变现象在工程材料的高温应用中具有重要的意义，因此对于材料的蠕变行为进行研究具有重要的工程价值。
4. 为什么在材料的疲劳过程中容易出现裂纹？材料的疲劳是指在受到交变载荷作用下，材料会发生裂纹和最终断裂的现象。
这是由于在疲劳载荷作用下，材料内部会出现应力集中和微观损伤，最终导致裂纹的产生。
因此，在材料的疲劳过程中容易出现裂纹，这对于工程结构的安全性具有重要的影响。
5. 为什么在材料的断裂过程中会出现脆性断裂和韧性断裂？材料的断裂过程可以分为脆性断裂和韧性断裂两种类型。
脆性断裂是指材料在受到外力作用下，会出现迅速断裂的现象；而韧性断裂是指材料在受到外力作用下，会出现一定的变形和吸能过程。
一、填空：1.提供材料弹性比功的途径有二，提高材料的，或降低。
2.退火态和高温回火态的金属都有包申格效应，因此包申格效应是具有的普遍现象。
3.材料的断裂过程大都包括裂纹的形成与扩展两个阶段，根据断裂过程材料的宏观塑性变形过程，可以将断裂分为与；按照晶体材料断裂时裂纹扩展的途径，分为和；按照微观断裂机理分为和；按作用力的性质可分为和。
4.滞弹性是指材料在范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加的现象，滞弹性应变量与材料、有关。
5.包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量的塑性变形,而后再同向加载,规定残余伸长应力；反向加载，规定残余伸长应力的现象。
消除包申格效应的方法有和。
6.单向静拉伸时实验方法的特征是、、必须确定的。
7.过载损伤界越，过载损伤区越，说明材料的抗过载能力越强。
8. 依据磨粒受的应力大小，磨粒磨损可分为、、三类。
9．解理断口的基本微观特征为、和。
10．韧性断裂的断口一般呈杯锥状，由、和三个区域组成。
11．韧度是衡量材料韧性大小的力学性能指标，其中又分为、和。
12.在α值的试验方法中，正应力分量较大，切应力分量较小，应力状态较硬。
一般用于塑性变形抗力与切断抗力较低的所谓塑性材料试验；在α值的试验方法中，应力状态较软，材料易产生塑性变形，适用于在单向拉伸时容易发生脆断而不能充分反映其塑性性能的所谓脆性材料；13.材料的硬度试验应力状态软性系数，在这样的应力状态下，几乎所有金属材料都能产生。
14. 硬度是衡量材料软硬程度的一种力学性能，大体上可以分为、和三大类；在压入法中，根据测量方式不同又分为、和。
15. 国家标准规定冲击弯曲试验用标准试样分别为试样和试样，所测得的冲击吸收功分别用、标记。
16. 根据外加压力的类型及其与裂纹扩展面的取向关系，裂纹扩展的基本方式有、和。
17. 机件的失效形式主要有、、三种。
18.低碳钢的力伸长曲线包括、、、、断裂等五个阶段。
19.内耗又称为，可用面积度量。
20.应变硬化指数反映了金属材料抵抗均匀塑性变形的能力，在数值上等于测量形成拉伸颈缩时的。
应变硬化指数与金属材料的层错能有关，层错能低者n值。
冷加工状态n值。
晶粒粗大材料n值。
21. 是材料抵抗无限次应力循环也不疲劳断裂的强度指标。
22. 应力状态软性系数：用试样在变形过程中的测得和的比值表示。
23.微孔聚集型断裂是包括微孔、直至断裂的过程。
24.缺口试样的与等截面光滑试样的的比值。
称为“缺口敏感度”。
25.机件在冲击载荷下的断口形式仍为、和。
26.包申格应变是在给定应力下，正向加载和反向加载两曲线之间的应变差。
27.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的现象，被称为“缺口效应”。
28. 洛氏硬度是在一定的实验力下，将120º角的压入工件表面，用所得的来表示材料硬度值的工艺方法。
28.低温脆性是随的下降，材料由转变为的现象。
29. 缺口敏感性是指材料因存在缺口造成的状态和而变脆的倾向。
31. 疲劳破坏形式按应力状态分为、、、及。
按应力高低和断裂寿命分为和。
32. 典型的疲劳断口具有、、三个特征区。
33. 疲劳条带是疲劳断口的特征，贝纹线是断口的特征。
34. 金属材料的疲劳过程也是裂纹的和过程。
35.金属材料抵抗疲劳过载损伤的能力，用或表示。
36.金属在和特定的共同作用下，经过一段时间后所发生的现象，成为应力腐蚀断裂。
37.应力腐蚀断裂的最基本的机理是和。
38.由于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象叫做。
39.氢致脆断裂纹的拓展方式是式，这是与应力腐蚀裂纹式扩展方式是不同的。
40.钢的氢致延滞断裂过程可分为、、三个阶段。
41.典型氢脆类型包括、、、。
42. 机件正常运行的磨损过程一般分为、、段三个阶段。
减轻粘着磨损的主要措施有、、。
43. 按磨损模型分为：、、、、五大类。
44.韧窝是微孔聚集型断裂的基本特征。
其形状视应力状态不同分为下列、、三类。
其大小决定于第二相质点的、基体材料的和以及外加应力的大小和形状。
45. 磨损量的测定方法有和两种，单位摩擦距离单位压力下的磨损量称之为。
46. 国家标准规定了四种断裂韧性测试试样：、、和。
47.过载持久值越高，说明材料在相同的过载荷下能承受的应力循环周次，材料的能力越强。
48. 按照蠕变速率的变化，可将蠕变过程可分为、和三个阶段。
49. 金属材料的蠕变变形主要是通过、等机理进行的。
50.当试验温度低于某一温度t k时，材料由状态变为状态，冲击吸收功明显下降，断裂机制由型变为断口特征，断口由状变为状，这就是低温脆性。
51.韧脆转变温度t，也是金属材料的指标,它反映了温度对材料的k影响。
也是性能指标，是从韧性角度选材的重要依据之一，可用于抗脆断设计。
52. 金属材料在长时高温载荷作用下的断裂大多为断裂。
在不同的应力和温度条件下，晶界裂纹的形成方式有、两种。
53. 金属材料蠕变断裂断口的宏观特征为：一是在断口附近产生，在变形区域附近有许多，使断裂机件表面出现现象；另一个特征是由于高温氧化，断口表面往往被一层覆盖。
54. 金属材料蠕变断裂断口的微观特征主要是冰糖状花样的。
55. 蠕变极限是表示材料在高温长时间载荷作用下的抗力指标，是选用高温材料，设计高温下服役机件的主要依据之一。
56. 描述材料的蠕变性能常采用、、等力学性能指标。
57. 缺口偏斜拉伸试验过程中，试样在承受拉伸力的同时还承受力的作用，承受复合载荷，故其应力状态更，缺口截面上的应力分布更，因而，更能显示材料的缺口敏感性。
58. 要在同一材料上测得相同的布氏硬度，或在不同的材料上测得的硬度可以相互比较，压痕的形状必须，压入角应。
59.高温下材料晶内和晶界的强度均随温度升高而，但晶界的强度降低速度比晶内的降低速度。
60.根据剥落裂纹起始位置及形态不同，接触疲劳破坏分为、和三类。
61. 是引起疲劳破坏的外力，它是指大小、方向均随时间变化的载荷。
62.紧凑拉伸试样预制裂纹后在固定应力比和应力范围条件下循环加载，随的变化曲线即为疲劳裂纹扩展曲线。
63.疲劳裂纹不扩展的应力强度因子范围临界值，称为。
64.产生疲劳微观裂纹的主要方式有、和。
65.疲劳裂纹扩展第二阶段断口最重要的特征是具有。
66.驻留滑移带在加宽过程中，还会出现和，其成因可用柯垂耳－赫尔模型描述。
67.剪切断裂和解理断裂都是断裂。
前者受剪切力作用是断裂，后者受正应力作用，属断裂。
断裂性质完全不同。
也就是说断裂既可能是韧性断裂也可能是脆性断裂。
取决于材料的本性和力的作用方式。
68解理断裂是沿特定界面发生的脆性断裂，解理断裂实际上是沿一族相互平行的晶面解理而引起的。
这些解理面称为。
69.若干相互平行的而且位于不同高度的解理面，从而形成解理断口的基本微观特征。
二、概念：1.韧脆转变：2.内耗：3.解理裂纹：4.弹性：5.低温脆性：6.低应力脆断：7.过载持久值：8.滞弹性：9.穿晶裂纹：10.疲劳缺口敏感性：11.韧脆转变温度：12.循环韧性：13.解理刻面：14.韧性：15.小范围屈服：16.有效裂纹长度：17.缺口敏感度：18.穿晶断裂：19.解理断裂：20.氢致延滞断裂21.应力腐蚀22.白点23.接触疲劳24.耐磨性25.粘着磨损26.约比温度27.松弛稳定性28.等强温度29持久强度30.蠕变极限三、分析问答题第一章1.试分析金属材料在屈服阶段为何存在上下屈服点？2.循环韧性有何工程意义？选择音叉需要选择循环韧性高的还是低的材料？3. 何为拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口的形态的因素有哪些？4、为什么材料的塑性要以延伸率和断面收缩率这两个指标来度量?它们在工程上各有什么实际意义?5.包申格效应有何意义？工程中对机件会产生哪些影响？6.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？7. 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？8. 常温静拉伸试验可确定金属材料的哪些性能指标？说出这些指标的符号定义、意义。
9．常用的标准试样有5 倍试样和10 倍试样，其延伸率分别用σ5和σ10表示，说明为什么σ5>σ10。
10.试述多晶体金属产生明显屈服的条件，并解释bcc金属与fcc金属及其合金屈服行为不同的原因。
第二章1. 布氏硬度与洛氏硬度可否直接比较？2. 缺口对材料的拉伸力学性能有什么影响？3. 布氏硬度与洛氏硬度的测量方法有何不同？ HRA、HRB、HRC分别用于测量何种材料的硬度？4、什么是“缺口效应”？它对材料性能有什么影响？5.金属材料在受到扭转、单向拉伸、三向等拉伸、单向压缩、两向压缩、三向压缩应力作用时，其应力状态软性系数分别为多少？6.缺口试样拉伸时应力分布有何特点？7.试综合比较光滑试样轴向拉伸、缺口试样轴向拉伸和偏斜拉伸试验的特点8. 今有如下工件需要测定硬度，试说明选用何种硬度试验法为宜？（1）渗碳层的硬度分布；（2）淬火钢；（3）灰铸铁，（4）硬质合金，（5）鉴别钢中的隐晶马氏体与残余奥氏体，（6）仪表小黄铜齿轮，（7）龙门刨床导轨，（8）氮化层，（9）火车圆弹簧，（10）高速钢刀具。
第三章1. 试说明低温脆性的物理本质及其影响因素？2.冲击韧性主要有哪些用途？3．细化晶粒尺寸可以降低脆性转变温度或者说改善材料低温脆性，为什么？4．为什么通常体心立方金属显示低温脆性，而面心立方金属一般没有低温脆性?5.试述冲击载荷作用下金属变形和断裂的特点。
6、什么是低温脆性、韧脆转变温度t k？产生低温脆性的原因是什么？体心立方和面心立方金属的低温脆性有何差异？为什么？第四章1. 说明KI 和KIc的异同。
2.为什么研究裂纹扩展的力学条件时不用应力判据而用其它判据？3.试述应力场强度因子的意义及典型裂纹KⅠ的表达式4.试述K判据的意义及用途5.试述裂纹尖端塑性区产生的原因及其影响因素，在什么条件下需考虑塑性区的影响对KⅠ进行修正？6. 张开型、滑开型和撕开型哪种断裂方式最危险？7.试述影响KⅠc 和AkV的异同及其相互之间的关系8．什么叫断裂韧性？它与应力场强度因子有何联系与区别？第五章1.轴对称循环应力的平均应力、应力幅和应力比分别为多少？2. 疲劳宏观断口上的贝纹线与微观断口的条带有什么区别？3.试述金属疲劳断裂的特点4.试说明合金成分、显微组织、非金属夹杂物、表面粗糙度等对金属疲劳性能的影响规律5.试述金属表面强化对疲劳强度的影响。
第六章1.有一M24栓焊桥梁用高强度螺栓，采用40B钢调质制成，抗拉强度为1200MPa，承受拉应力650MPa。
在使用中，由于潮湿空气及雨淋的影响发生断裂事故。
观察断口发现，裂纹从螺纹根部开始，有明显的沿晶断裂特征，随后是快速脆断部分。
断口上有较多腐蚀产物，且有较多的二次裂纹。
