工程材料力学性能复习全(6)

2019-03-29 18:27

3、淬火钢的硬度可以采用洛氏硬度测定。

布氏硬度常用于测定灰铸铁、轴承合金的硬度,640HV30表示在试验力为294.2N下保持10~15s测得的维氏硬度值为640。

使金属材料变脆的三大外因是降低温度、提高加载速率、使应力状态变硬。 高强度螺栓零件选材和热处理工艺优化适合选用缺口式样静拉伸试验。

50úTT是用结晶区面积占整个断口面积50%的温度作为韧脆转变温度。 4、测定球铁或工具钢等脆性材料冲击吸收功时式样不用开缺口。

I型裂纹应力场强度因子的一般表达式为 ,断裂K判据是指当满足K1>=K1c时会发生脆性断裂。

循环应力的应力比r=σmin/σmax,低周疲劳寿命主要取决于材料的强度??? K1scc称为应力腐蚀临界应力场强度因子(应力腐蚀门槛值)。

5、在磨损过程中,磨屑的形成也是变形和断裂过程,产生气蚀的介质和第二相分别是氢、碳化 物???

高温力学性能除考虑应力-应变为还需考虑蠕变极限、持久强度极限。 蠕变曲线通常分为减速蠕变、恒速蠕变、加速蠕变三个阶段。 蠕变变形主要通过位错滑移、原子扩散机理进行的。

6、什么叫微孔聚集型断裂?什么叫解理断裂?微观断口各有什么特征,这些特征是如何形成的?微孔聚集型断裂:由微孔形核长大聚合而导致材料断裂,是韧断典型。韧窝

解理断裂: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穿晶断裂。解理台阶,河流花样,舌状花样。 形成机理:1、韧窝???

2、在解理刻面内部只从一个解理面发生破坏世界上是很少的。在多数情况下,裂纹要跨越若干相互平行的而且位于不同高度的解理面,从而在同一刻面内部出现了解理台阶和河流花样,舌状花样是由于解理裂纹沿孪晶界扩展留下的舌头状凹坑或凸台。

1.材料的弹性模数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? 材料的弹性模量主要取决于键合方式和原子结构、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载条件和负荷持续时间。由于合金化、热处理(显微组织)、冷塑性变形对弹性模量的影响不大,所以弹性模数是一个对组织不敏感的力学性能指标。 ——————————————

2. 决定金属材料屈服强度的主要因素有哪些?提高金属材料的屈服强度有哪些方法? 内在因素:晶体结构、位错间的交互作用(平行位错间的交互作用、运动位错与林位错间的交互作用)、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

提高材料屈服强度的方法:细晶强化、加工硬化、固溶强化、弥散强化、降低温度、提高应

变速率、

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7. 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?

纤维区:断口呈纤维状,灰暗色。垂直于拉伸轴纤维状是塑性变形中裂纹不断扩展和相互连接造成的。该区裂纹扩展速度很慢。

放射区:断口呈放射状,放射线平行于裂纹扩展方向,而垂直于裂纹前端的轮廓线,并逆指向裂纹源。是裂纹快速扩展时形成的区域。

剪切唇:断口表面光滑,与拉伸轴线呈45°,是典型的切断型断裂。也是最后断裂阶段由缩颈形成的。

影响因素:试样的形状、尺寸和金属材料的性能及实验温度、加载速率和应力状态。材料的强度提高,塑性降低,则放射区比例增大,试样的尺寸增大,放射区明显增大,纤维区变化不大。

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8、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?

可以很好的来反映其塑性冶金质量。但是延伸率比断面收缩率更常用。 工程意义:①避免因偶然过载而发生突然之间的破坏 ②可以松弛裂纹的局部应力,阻止裂纹扩展,即降低应力集中 ③可以进行塑性加工和修复工艺等 ④反应冶金质量,评定材料质量 ——————————

9.包申格效应有何意义?工程中对机件会产生哪些影响?

金属材料经过预先加载产生少量塑性变形(残余应变小于1~4%),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。称为“包申格效应”。 可以对材料进行循环软化,降低其寿命,降低其强度。

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10.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?

对于碳钢,含碳量约高,其屈服现象越不明显,脆性增强。 ——————————————

11. 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?

韧性断裂是金属材料断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂,是一种缓慢的撕裂过程,其断裂面一般平行于最大切应力并与主应力成45°角,其断口呈纤维状,灰暗色。

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,没有明显的征兆。因此脆性断裂较韧性断裂的危险性更大。脆性断裂的断面一般垂直于正应力方向,断口平齐且光亮,常呈放射状或结晶状。

12. 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。 屈服强度σs:产生屈服现象时的应力,表示材料对微量塑性变形的抗力。

抗拉强度σb:材料在拉伸试验中所能承受的最大外力所对应的应力值,表示材料对塑性变形的抗力,

断面收缩率ψ: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 延伸率δ:试样拉断后,标距的伸长量与原始标距的百分比 _________________

18.试分析金属材料在屈服阶段为何存在上下屈服点?

屈服现象和下列三个因素有关: 1.材料在变形前可动位错密度很小。 2.随塑性变形的发生,位错快速增殖。 3.位错运动速率与外加应力有强烈的依存关系。

变形前可动的位错较少,为了满足一定的应变速率,必须增大位错的运动速率,而 ,因此需要较高的应力,此时出现上屈服点;一旦发生塑性变形,位错大量增殖,ρ增大,则运动速率下降,相应的应力降低,此时出现下屈服点。 _______________________

25.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?

循环韧性(塑性应变环)的意义:材料的循环韧性越高,则机件依靠材料自身的消振能力越好。因此,高的循环韧性对于降低机械噪声,抑制高速机械振动,防止共振导致疲劳断裂是非常重要的。飞机螺旋桨、气轮机叶片需要高δ;而追求音响效果的元件如音叉、簧片等要低δ;灰铸铁的δ大,常用来作机床的床身、发动机的缸体和支架等。 音叉的循环韧性要低。1.决定金属屈服强度的因素有哪些?

答:影响金属屈服强度的因素分为内在因素和外在因素。内在因素有金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相粒子;外在因素有温度、应变速率和应力状态。 2.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,断裂前期丁不发生塑性变形,没有明显征兆,因此脆性断裂在生产中是很危险的。 剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂?为什么断裂的性质完全不同?

答:剪切断裂是金属材料在切应力作用下,沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂,其中又分滑断(纯剪切断裂)和微孔聚集型断裂。纯金属尤其是单晶体金属常产生纯剪切断裂,其断口呈锋利的楔形或刀尖型。而解理断裂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。

3.在什么情况下易出现沿晶断裂?怎样才能减小沿晶断裂的倾向?

答:当晶界上有一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物,破坏了晶界的连续所造成,也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的,如应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹等都是沿晶断裂。要减小沿晶断裂的倾向,则要求防止应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹等出现。

4.何为拉伸断口三要素?影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些?

答:拉伸断口的三要素:纤维区、放射区和剪切唇;影响宏观拉伸断口性态的因素有试样的形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和腕力状态不同而变化。

5.通常纯铁的γs=2J/㎡,E=2*10MPa,a0=2.5×10解:由题意可得:

5-10

m,试求其理论断裂强度ζm 。

?E?s? ?m???a???0?1/2?2?105?2????2.5?10?10????1/2?4.0?104Mpa

6.有哪些因素决定韧性断口的宏观形貌?

答:韧性断口的宏观形貌决定于第二相质点的大小和密度、基体材料的塑性变形能力和应变硬化指数,以及外加应力的大小和状态等。 7.何谓塑性变形

塑性变形是指材料在外力作用下发生的永久性的、随外力撤去后而保留下来的不会消失的变形。有如下特点:

①低应力下产生(远低于理论强度);

②具有形变强化效果:应变量与应力保持增函数关系;

③变形的不均匀性:表现在各晶粒的内部、各晶粒之间的变形量的不均匀性和不同时性,但随变形量的增加,该不均匀性的表现减弱;

④应力应变间不再保持直线关系,在撤去外力后不能完全恢复为零,有残余变形余留; ⑤塑性变形同时伴有弹性变形产生,其相对应的弹性变形的大小为撤去外力后消失的那部分变形量,保留下来的残余变形量作为相应的塑性变形量。 塑性变形一般以滑移、孪生方式为主。

8.试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转实验的特点和应用范围。

答:单向拉伸的应力状态系数α=0.5,说明应力状态较硬,故一般适用于那些塑性变形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


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