抗力与切断强度较低的塑性材料试验；单向压缩试验的应力状态软性系数α=2，比拉伸、扭转、弯曲的应力状态都软，主要用于拉伸时呈脆性的金属材料力学性能测定，以显示这类材料在塑性状态下的力学行为；弯曲试验试样形状简单、操作方便，试样表面应力最大，可较灵敏地反映材料表面缺陷，弯曲试验主要用于测试铸铁、铸造合金、工具钢及硬质合金等脆性与低塑性材料的强度和显示塑性的差别，还用来比较和鉴别渗碳层和表面淬火层等表面热处理机件的质量和性能。扭转的应力状态软性系数α=0.8，比拉伸时的α大，易于显示金属的塑性行为；能实现大塑性变形量下的试验；能较敏感地反映出金属表面缺陷及表面硬化层的性能；可以测定这些材料切断强度；主要适用于热扭转来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，并确定适当的工艺，还可用来研究工作热处理的表面质量和各种表面强化训练工艺的效果。可以根据扭转断口宏观特征来判断承受扭矩而断裂的机件的性能。
4．试述脆性材料弯曲实验的特点及其应用。
答：弯曲试验试样形状简单、操作方便，试样表面应力最大，可较灵敏地反映材料表面缺陷，弯曲试验主要用于测试铸铁、铸造合金、工具钢及硬质合金等脆性与低塑性材料的强度和显示塑性的差别，还用来比较和鉴别渗碳层和表面淬火层等表面热处理机件的质量和性能。
5．缺口试样拉伸时应力分布有何特点？
答：当缺口试样拉伸，处于弹性状态下时，缺口截面上的应力分布是不均匀的，轴向应力?y在缺口根部最大。随着离开根部距离的增大，?y不断下降，即在缺口根部产生应力集中。并且在缺口根部内侧还出现了横向拉应力?x，它是由于材料横向收缩引起的，自缺口根部向内部发展，收缩变形阻力增大，因此?x逐渐增加。当增大到一定数值后，随着?y的不断减小，?x也随之下降。基试样处于塑性状态下时，在存在缺口的条件下会出现三向应力状态，并产生应力集中，试样的屈服应力比单向拉伸时高，产生所谓“缺口强化”现象。 6．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实验的特点。
答：光滑试样在受到轴向拉伸时，在截面上受到均匀的拉应力。缺口试样轴向拉伸时，由于缺口的存在引起了应力的重新分布，且不均匀，它广泛用于研究高强度钢（淬火低温回火）的力学性能、钢和钛的氢脆以及用于研究高温合金的缺口敏感性等。缺口试样偏斜拉伸试验时，试样同时承受拉伸和弯曲载荷复合作用，故应力状态更“硬”，缺口截面上的应力分布更不均匀，因而更能显示材料对缺口的敏感性。这种试验方法很适合高强度螺栓之类零件的选材和热处理工艺的优化，因为螺栓带有缺口，并且在工作时难免有偏斜。
7．试说明布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度的实验原理，并比较这三者实验方法的优缺点。
答：布氏硬度是用一定直径的钢球或硬质合金球，以规定的试验力（F）压入式样表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径（L）。布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商。以HBS（钢球）表示，单位为N/mm2(MPa)。
HB?其计算公式为：
0.102F0.204F?A?D(D?D2?d2)
式中：F--压入金属试样表面的试验力，N； D--试验用钢球直径，mm； d--压痕平均直径，mm。
因布氏硬度压头较大，因而所得压痕面积较大。这样硬度值能反映金属在较大范围内各组成相的平均性能，而不受个别组成相及微小不均匀性的影响。而缺点是对不同材料需更换压头直径和改变试验力，压痕直径的测量也较麻烦，因而用于自动检测时受到限制；且不能用在成品上测量。
洛氏硬度：在规定的外加载荷下，将钢球或金刚石压头垂直压入试件表面，产生压痕，测试压痕深度，利用洛氏硬度计算公式HR=（K-H)/C便可计算出洛氏硬度。洛氏硬度试验的优点：操作简便、迅速，硬度可直接读出；压痕较小，可在工件上进行试验；采用不同标尺可测定各种软硬不同的金属和厚薄不一的试样的硬度，因而广泛于热处理质量检验。其缺点是：压痕较小，代表性差；若材料中有偏析及组织不均匀等缺陷，则所测硬度值重复性差，分散度大；此外用不同标尺测得的硬度值彼此没有联系，不能直接比较。
维氏硬度：是根据压痕单位面积所承受的试验力计算硬度值。所采用的压头是两相对面间夹角为136°的金刚石四棱锥体，压头的试验力作用下将试样表面压出一个四方锥形的压痕，经一定保持时间后担卸除试验力，测量压痕对角线平均长度d，用以计算压痕表面积。维氏硬度的值为试验力除以压痕表面积A所得的商。维氏硬度试验的优点是不存在布氏硬度试验时要求试验力F与压头不同标尺的硬度值无法统一的弊端。维氏硬度试难时不仅试验力可任意选取，而且压痕测量的精度较高，硬度值较为精确。唯一的缺点是硬度值需要通过测量压痕对角线长度后才能进行计算或查表，因此，工作效率比洛氏硬度低得多。
8．今有如下零件和材料等需测定硬度，试说明选用何种硬度实验方法为宜。 （1）渗碳层的硬度分布：用维氏硬度； （2）淬火钢：用洛氏硬度；
（3）灰铸钢：用布氏硬度；
（4）鉴别钢中的隐晶马氏体与残余奥氏体：用维氏硬度； （5）仪表小黄铜齿轮：用维氏硬度； （6）龙门刨床导轨：用肖氏硬度和里氏硬度； （7）渗氮层：用维氏硬度和努氏硬度； （8）高速钢刀具：用维氏硬度； （9）硬质合金：用洛氏硬度；
第三章 习题与答案
1．解释下列名词：
（1）冲击韧度：批材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。
（2）冲击吸引功：然后将具有一定质量m的摆锤兴到一定高度H1，使其获得一定位能mgH1。释放摆锤冲断试样，摆锤的剩余能量为mgH2，则摆锤冲断试样失去的位能mgH1－mgH2，即为试样变形和断裂所消耗的功，称为冲击吸收功，以Ak表示，单位为J。
（3）低温脆性：体心立方晶体金属及合金或某些密排六方晶体金属及其合金，特别是工程上常用的中、低强度结构（铁素体－珠光体钢），在试验温度低于某一温度tk时，会由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚焦型变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。
（4）韧脆转变温度：上述低温脆性中的tk称为韧脆转变温度。
（5）韧性温度储备：指材料的使用温度和材料韧脆转变温度之间的差值。 2．说明下列力学性能指标的意义： （1）AK：冲击功；
AKV（CVN）：V型缺口冲击功； AKU：U型缺口冲击功；
（2）FATT50：在用能量法定义tk时，取结晶区面积占整个断口面积50%j时的温度； （3）NDT：表征以低阶能开始上升的温度；
（4）FTE：表征以低阶能和高阶能平均值对应的温度； （5）FTP：表征高阶能对应的温度。
3．现需检验以下材料的冲击韧性，问哪种材料要开缺口？哪种材料不要开缺口？ W18Cr4V，Cr12MoV，3Cr2W8V，40CrNiMo，30CrMnSi，20CrMnTi，铸铁。
4．试说明低温脆性的物理本质及其影响因素。
答：低温度脆性是材料屈服强度随温度降低急剧增加（对体心立方金属，是派拉力起主要作用所致（详细见第一章有关内容）。其影响因素有：晶体结构；化学成分；显微组织； 5．试述焊接船舶比铆接船舶容易发生脆性破坏的原因。
6．下列三组实验方法中，请举出每一组中哪种实验方法测得的tk较高？为什么？ (1)拉伸和扭转；（2）缺口静弯曲和缺口冲击弯曲；（3）光滑试样拉伸和缺口试样拉伸。 7．试从宏观上和微观上解释为什么有些材料有明显的韧脆转变温度，而另外一些材料没有呢？
8．简述根据韧脆转变温度分析机件脆断失效的优缺点。
第四章 习题与答案
1．解释下列名词：
（1）低应力脆断：当容器或构件采用强度高而韧性差的材料时，在应力水平不高，甚至低于材料屈服极限的情况下所发生的突然断裂现象称为低应力脆断。
（2）张开型（1型）裂纹：拉应力垂直作用于裂纹扩展面，裂纹沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展的裂纹称为张开型（1型）裂纹。
（3）应力场和应变场：指在工件上应力分布或应变分布的情况。 （4）应力强度因子K1：表征应力场的强弱程度。
（5）小范围屈服：指在裂纹尖端一定范围内发生的屈服的现象。 （6）塑性区：指在裂纹尖端一定范围内发生塑性变形区域。 （7）有效屈服应力： （8）有效裂纹长度： （9）裂纹扩展K判断：
（10）裂纹扩展能量释放率G1：把裂纹单位面积时系统释放势能的数值称为裂纹扩展能量释放率G1。
（11）裂纹扩展G判断；
（12）J积分：J积分的断裂判据就是G判据的延伸，或者是更广义地将线弹性条件下的G延伸到弹塑性断裂时的J，J的表达式或定义类似于G。 （13）裂纹扩展J判断；
（14）COD： （15）COD判据： （16）韧带：
2．说明下列断裂韧度指标的意义及相互关系：
（1）K1C和KC：表征KI增大达到临界值时，也就是在裂纹尖端足够大的范围内应力达到了材料的断裂强度，裂纹便失稳扩展而导致材料断裂。
（2）G1C；表示材料阻止裂纹失稳扩展时单位面积所消耗的能量。 （3）J1C；表示材料抵抗裂纹开始扩展的能力。 （4）δC：表示材料阻止裂纹开始扩展的能力。 3．试述低应力脆断的原因及其防止方法。
4．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？ 5试述应力场强度因子的意义及典型裂纹K1的表达式。 6．试述K判据的意义及用途。
7．试述裂纹尖端塑性区产生的原因机器影响因素。 8．试述塑性区对K1的影响及K1的修正方法和结果。 9．试用Griffith模型推导G1和G的判据。 10．简述J积分的意义及其表达式。 11．简单叙述COD的意义及其表达式。
12．试述K1C的测试原理及其对试样的基本要求。 13．试述K1C与材料强度、塑性之间的关系。 14．试述K1C和AKV的异同及其相互之间的关系。 15．试述影响K1C的冶金因素。
答：影响K1C的冶金因素有：化学成分的影响；基体相结构和晶粒大小的影响；杂质及第二相的影响；显微组织的影响。（具体见有关资料） 16．有一大型板件，材料的ζ
0.2
=1200MPa，K1C.=115MPa.m，探伤发现有20mm长的横向穿透
1/2
裂纹，若在平均轴向拉应力900MPa下工作，试算KⅠ及塑性区的宽度R0，，并判断该件是否安全？
解：由题意可知： ζ
0.2
1/2
=1200MPa，K1C.=115MPa.m，2a=20mm，??900MPa
由?/?0.2?900/1200?0.75，必须考虑塑性区修正问题。由于裂纹可以看成是无