想状态是假定裂纹尖端张开呈半圆形，这时裂纹便停止扩展。当应力变为压缩应力时，滑移方向也改变了，裂纹表面渐被压缩，到压应力为最大值时，裂纹便完全闭合，又恢复到原始状态，（具体见有关书籍）。这样反复循环，便留下了疲劳条带。 24．试述疲劳裂纹扩展寿命和剩余寿命的估算方法及步骤。
答：通过疲劳裂纹扩展速率表达式，用积分方法算出疲劳裂纹扩展寿命和疲劳剩余寿命；具体步骤如下：计算KI，再计算裂纹临界尺寸ac，最后根据有关公式估算疲劳寿命（详见书本上例题） 25．试述ζ
-1
与△Kth的异同及各种强化方法影响的异同。
-1
答：ζ-1：指当循环应力水平降低到ζ以下时，试样可以经无限次应力循环也不发生
疲劳断裂，它是光滑试样的无限寿命疲劳强度；△Kth表示材料阻止裂纹开始扩展的性能，是材料的力学性能指标，其值越大，阻止疲劳裂纹开始扩展的能力就越大，材料就越好，是裂纹试样的无限寿命疲劳性能，适于裂纹件的设计和校核。 26．试述金属表面强化对疲劳强度的影响。
答：金属表面强化处理可在机件表面产生有利的残余应力，同时还以提高机件表面的强度和
硬度，这两种作用都能提高疲劳强度（具体见有关书籍）。 27．试述金属循环硬化和循环软化现象及产生条件。
答：金属材料在恒定应变范围循环作用下，随循环周次增加其应力（形变抗力）不断增加，即称为循环硬化；循环软化指金属材料在恒定应变范围循环作用下，随循环周次增加其应力（形变抗力）不断减小；要产生循环硬化和循环软化取决于材料的初始状态、结构特性以及应变幅和温度，还与位错的运动有关。
28．正火上浇油45钢的ζb=610MPa, ζ-1=300MPa，试用Goodman公式绘制ζmax(ζmin)-ζm 疲劳图，并确定ζ-0.5、ζ0和ζ0.5等疲劳极限。 29．试述金属产生应力腐蚀的条件及机理。
答：金属产生应力腐蚀的条件是应力、化学介质和金属材料。
金属产生应力腐蚀产生的机理：主要介绍以阳极溶解为基础的钝化膜破坏理论。对应力腐蚀敏感的合金在特定的化学介质中，首先在表面形成一层钝化膜，使金属不致进一步受到腐蚀，即处于钝化状态，因此，在没有应力的作用下，金属不会发生腐蚀破坏。若有拉应力作用，则可使局部地区的钝化膜破裂，显露出新鲜的表面。这个新鲜的表面在电解质溶液中成为阳极，其余具有钝化膜的金属表面成为阴极，从而形成腐蚀微电池。阳极金属变成正离子进入电解质中而产生阳极溶解，于是在金属表面形成蚀坑。拉应力除促使局部地区钝化膜
破坏外，更主要的是在蚀坑或原有裂纹的尖端形成应力集中，使阳极电位降低，加速阳极金属的溶解。如果裂纹尖端的应力集中始终存在，那么微电池便不断进行，钝化膜不能恢复，裂纹将逐步纵深扩展。
30．何为氢致延滞性断裂？为什么高强度钢的氢致延滞断裂是在一定的应变速率下和一定的温度范围内出现？
答：氢致延滞断裂：高强度钢或α+β钛合金中，含有适量的处于固溶状态的氢（原来存在的或从环境介质中吸收的），在低于屈服强度的应力持续作用下，经过一段孕育期后，在金属内部，特别是在三向拉应力区形成裂纹，裂纹逐步扩展，最后突然发生脆性断裂。这种由于氢的作用而产生的延滞断裂现象称为氢致延滞断裂。因为当应变率较低时，若试验温度过低，氢的扩散速率很慢，永远跟不上位错的运动。因此不能形成氢气团，氢也难以聚集，就不会出现氢脆，当温度变大一些，氢的扩散速率与位错运动速率逐步适应，于是塑性开始降低。当温度升到更大的时候，两者运动速率完全吻合，此时塑性最差，对氢脆最敏感。温度再升高时，一方面形成氢气团，同时由于热作用，又促进已聚集的氢原子离开气团向四周均匀扩散，降低了气团对位错的“钉扎”作用，并减少氢偏聚的尝试于是金属的塑性开始上升。当温度更大时，氢气团完全被扩散破坏，氢脆现象完全消除。应变速率对氢脆敏感性的影响也是如此。所以高强度钢的氢致延滞断裂是在一定的应变速率下和一定的温度范围内出现。 31．试述区别高强度钢的应力腐蚀与氢致延滞断裂的认识方法。
答：可采用极化试验方法，即利用外加电流对静载下产生裂纹时或裂纹扩展速率的影响来判断。当外加小的阳极电流而缩短产生裂纹时间的是应力腐蚀；当外加小的阴极电流而缩短产生裂纹时间的是氢致延滞断裂。对于一个已断裂的机件来说，还可从断口形貌上来加以区分。（具体见书P168）。
32．试比较三类磨粒磨损的异同，并讨论加工硬化对它们的影响。
答：(1)低应力划伤式的磨料磨损，它的特点是磨料作用于零件表面的应力不超过磨料的压溃强度，材料表面被轻微划伤。生产中的犁伴，及煤矿机械中的刮板输送机油楷磨损情况就是屑于这种类型。(2)高应力辗碎式的磨料磨损，其特点是磨料与零件表面接触处的最大压应力大于磨料的压溃强度。生产中球磨机村板与磨球，破碎式滚筒的磨损便是属于这种类型。(3)凿削式磨料磨损，其特点是磨料对材料表面有大的冲击力，从材料表面凿下较大颗料的磨屑，如挖掘机斗齿及领式破碎机的齿板。3、试述粘着磨损产生的条件、机理及其防止措施。
加工硬化对金属材料抗磨粒打拐能力的影响，因磨损类型不同而异。在低应力擦伤性磨
粒磨损时，加工硬化对材料的耐磨性没有影响，这是由于磨粒或硬的凸出部分切削金属时，局部区域产生急剧加工硬化，比预先加工硬化要剧烈得多所致。但在高应力碾碎性磨粒磨损时，加工硬化能显著提高耐磨性，因为此时磨损过程不同于低应力下的情况，表面金属材料主要是通过疲劳破坏而不是切削作用去除的。 33．试述粘着磨损产生的条件、机理及其防止措施。
答：粘着磨损是在滑动摩擦条件下，当摩擦副相对滑动速度较小时发生的，它是因缺乏润滑油，摩擦副表面无氧化膜，且单位法向载荷很大，以致接触应力超过实际接触点处屈服强度而产生的一种磨损；其机理是摩擦副实际表面上总存在局部凸起，当摩擦副双方接触时，即使施加较小载荷，在真实接触面上的局部应力就足以引起塑性变形。倘若接触面上洁净而未受到腐蚀，则局部塑性变形会使两个接触面的原子彼此十分接近而产生强烈粘着。随后在继续滑动的过程中，粘着点被剪断并转移到一方金属表面，然后脱落下来便形成磨屑。一个粘着点剪断了，又在新的地方粘着，随后也被剪断的过程，构成了磨损过程。 34．滑动速度和接触压力对磨损量有什么影响？
答：滑动速度和接触压力越大，磨损量会越大（具体见有关书籍）。 35．比较粘着磨损、磨粒磨损和微动磨损摩擦面的形貌特征。
答：三者相比，磨粒磨损的特征最明显；磨粒磨损面的形貌特征主要是摩擦面上有明显犁皱形成的沟槽；（具体见有关书籍） 36．试比较接触疲劳和普通机械疲劳的异同。
答：接触疲劳是工件(如齿轮、滚动轴承，钢轨和轮箍，凿岩机活塞和钎尾的打击端部等)表面在接触压应力的长期不断反复作用下引起的一种表面疲劳破坏现象，表现为接触表面出现许多针状或痘状的凹坑，称为麻点，也叫点蚀或麻点磨损；而普通机械疲劳指的是在交变应力作用下的损坏。
37．列表说明金属接触疲劳三种破坏形式的机理和特征。`
机理 麻点剥落 在滚动接触过程中，由于表面最大综合切应力反复作用，在表层局部区域，如材料的抗剪屈服强度较低，则将在该浅层剥落 在接触应力反复作用下，塑性变形反复进深层剥落 深层剥落的初始裂纹常在表面硬化机件的过渡区内产行，使材料局部弱化，生，该处切应力虽不最大，遂在该处形成裂纹， 但因过渡区是弱区，切应力可能高于材料强度而在该处处产生塑性变形，同时必伴有形变强化。 特征 表面接触应力较小，摩擦力较大或表面质量较差时易产生。 出现在表面粗糙度低，纯滚动或相对滑动小、接近纯滚动的场合。 产生裂纹。 表面硬化机件强度太低，硬化层深不合理，梯度太陡或过渡区存在不利的应力分布都易造成深层剥落。 38．试从提高疲劳强度、接触疲劳强度、耐磨性的观点，分析化学热处理时应注意的事项。 答：对工件进行相应化学热处理，可以提高工件的疲劳强度、接触疲劳强度、耐磨性，但是在进行化学热处理时，应注意：选择合适的化学热处理；要有一定的渗层梯度；等等；（具体见有关书籍）
39．试说明高温下金属蠕变变形的机理与常温下金属塑性变形的机理有何不同？
答：高温下金属蠕变变形的机理是通过位错滑移、原子扩散引起的；而金属塑性变形主要是由滑移和孪生引起的。（具体见有关资料）
40．试说明金属蠕变断裂的裂纹形成机理与常温下金属断裂的裂纹形成机理有何不同？ 答：金属蠕变断裂的裂纹形成机理有两种方式：在三晶粒交会处形成楔形裂纹；在晶界上由空洞形成晶界裂纹。常温下金属断裂的裂纹形成机理有很多，如：位错塞积理论、柯垂耳位错反应理论、微孔聚集长大等方式。
41．试分析晶粒大小对金属材料高温力学性能的影响。
答：当使用温度低于等强温度时，细晶粒钢有较高的强度；当使用温度高于等强温度时，粗晶粒钢及合金有较高的野蛮极限和持久强度极限。但是晶粒太大会降低高温下的塑性和韧性。对于耐热钢及合金来说，随合金万分及工作条件不同有一最佳晶粒度范围。
42．某些用于高温的沉淀强化镍基合金，不仅有晶内沉淀，还有晶界沉淀。晶界沉淀相是一种硬质金属间化合物，它对这类合金的抗蠕变性能有何贡献？
答：晶界沉淀相能够强化晶界，它可以强烈的阻止位错的滑移，所以能大幅度提高材料的抗蠕变性能。（具体见有关资料） 综合题
43．一直径为10mm，标距长为50mm的标准拉伸试样，在拉力P=10kN时，测得其标距伸长
为50.80mm。求拉力P=32kN时，试样受到的条件应力、条件应变及真应力、真应变。 该试样在拉力达到55.42kN时，开始发生明显的塑性变形；在拉力达到67.76kN后试样断裂，测得断后的拉伸试样的标距为57.6mm，最小处截面直径为8.32mm；求该材料的屈服极限ζs、断裂极限ζb、延伸率和断面收缩率。
解： d0 =10.0mm, L0 = 50mm,
P1=10kN时L1 = 50.80mm；P2=32kN
因P1、P2均远小于材料的屈服拉力55.42kN，试样处于弹性变形阶段，据虎克定律有： P1 : P2 =⊿L1 :⊿L2 =（L1-L0）:（L2-L0）
L2-L0 =(L1-L0)×P2/P1 =0.8 ×32/10 =2.56(mm)=> L2 = 52.56(mm)
22
此时： F0 =πd0/4 =78.54 mm
2
由： F2× L2=F0×L0 => F2= F0× L0/L2 =78.54×50/52.56= 74.71 (mm)
2
条件应力：σ= P/F0 =32kN/78.54mm =407.44Mpa
相对伸长：ε= (L2- L0)/ L0=(52.56-50)/50= 0.0512 = 5.12%
相对收缩：ψ=(F0 –F2)/F0=( 78.54 - 74.71)/ 78.54 = 0.0488=4.88%
2
真实应力：S = P/F2 = 32kN/ 74.71mm =428.32Mpa
真实应变：e =ln(L2 /L0)=ln(52.56/50)=0.0499=4.99%= -ψe
Lk = 57.6mm,
22
dk = 8.32mm, Fk =πdK/4 = 54.37 mm
2
屈服极限：ζS = 55.42kN/78.54 mm= 705.6MPa
2
断裂极限： ζb = 67.76kN/78.54 mm= 862.7Mpa
延伸率： δ= (LK- L0)/ L0= (57.6-50)/50 = 0.152= 15.2% 断面收缩率:ψk=(F0-Fk)/F0=(78.54-54.37)/ 78.54=0.3077= 30.77%
44．某大型构件中心有长为4mm的原始裂纹，该构件在频率为50Hz，ζMAX =-ζMIN =85MPa
n
的周期循环应力下工作，已知该裂纹的扩展速率为：dɑ/dN = C(ΔK )，其中：n=3，
-16
C=2.4×10，且知Y=√π，2ɑC=32mm，问该构件在此循环应力下能安全工作多长时间？
解：ɑ0 = 4mm/2 = 2mm=0.002m，ɑC=32mm/2 = 0.016m Δζ =ζMAX - ζMIN =85Mpa -(-85MPa)= 170Mpa
ΔK = KMAX-KMIN =YζMAX√ɑ- YζMIN√ɑ = Y(ζMAX - ζMIN)√ɑ = YΔζ√ɑ
n n
dɑ/dN= C(ΔK )=> dN=[1/ C(ΔK )] dɑ
Nfɑcnɑcn
Nf = ∫0 dN =∫ɑ0 [1/ C(ΔK )] dɑ=∫ɑ0 [1/ C(YΔζ√ɑ)] dɑ
ɑc-16 3/2 3 3/2
= ∫ɑ0 [1/(2.4×10×π×170×ɑ)] dɑ
163/23ɑc3/2
= 10/(2.4×3.14×170)∫ɑ0 [1/ɑ] dɑ
81/2 1/2
=1.523×10×[ (-1)/(3/2-1)] [1/ɑC-1/ɑ0]
81/21/28
=1. 523×10×2(1/0.002-1/0.016) =1. 523×10×2×(22.36-7.91)
9
= 4.406×10 (次)
977
工作时间：T=4.406×10/50(Hz)=8.81×10(s) = 8.81×10/3600 (hr)
=24479.5hr
结论：在该应力条件下，该构件大约可工作24480小时。
1/2
45．一大型板件中心有一宽度为4.8mm的穿透裂纹，其材料的ζS=760MPa，KIC=102MPa.M；
板件受650Mpa的单向工作应力，问： (1) 该裂纹尖端的塑性屈服区尺寸 (2) 该裂纹尖端的应力场强度因子的大小 (3) 该板件是否能安全工作
(4) 该板带有此裂纹安全工作所能承受的最大应力
解：a = 0.0048 /2=0.0024(m)
KI =Y ζ√(a + ry ) =ζ√π(a + ry ) 22 ry= Ro/2= KI/4√2πζS
222
联立求解得：KI =Yζ√a/√(1- Yζ/4√2πζS)