1、金属力学性能总结第一章 材料的拉伸性能1、对拉伸试件有什么基本要求？为什么？ 答：1、实验条件光滑试件室温大气介质 单向单调拉伸载荷2、试件的形状和尺寸圆柱试件：l0=5d0或l0=10d0板状试件：l0=5.65或11.3原因：为了比较不同尺寸试样所测得的延性,要求试样的几何相似，l0要为一常数。其中A0为试件的初始横截面积。2、为什么拉伸试验又称为静拉伸试验？拉伸试验可以测定哪些力学性能？ 答：拉伸加载速率较低，故称静拉伸试验。拉伸试验可以测定的力学性能为：弹性模量E屈服强度 s抗拉强度 b延伸率 断面收缩率3、试件的尺寸对测定材料的断面收缩率是否有影响？为什么？如何测定板材的断面收缩率?
2、 答：断面收缩率是材料本身的性质，与试件的几何形状无关。测定板材的断面收缩率的方法：断面收缩率(a0b0-a1b1)/ a0b04、试画出示意图说明：脆性材料与塑性材料的应力应变曲线有何区别？高塑性材料与低塑性材料的应力应变曲线又有何区别？ 答：1、左图近似为一直线，只有弹性变形阶段，没有塑性变形阶段，在弹性变形阶段断裂，说明是脆性材料。 右图为弯钩形曲线，既有弹性变形阶段，又有塑性变形阶段，在塑性变形阶段断裂，说明是塑性材料。2、左图曲线有弹性变形阶段与均匀塑性变形阶段，没有颈缩现象，曲线在最高点处中断，即在均匀塑性变形阶段断裂，且塑性变形量小，说明是低塑性材料。 右图曲线有弹性变形阶段，均
3、匀塑性变形阶段，颈缩后的局集塑性变形阶段，曲线在经过最高点后向下延伸一段再中断，即在颈缩后的局集塑性变形阶段断裂，且塑性变形量大，说明是高塑性材料。5、能否由材料的延伸率和断面收缩率的数值来判断材料的属性：脆性材料、低塑性材料、高塑性材料？答：延伸率 断面收缩率 ，无局集塑性变形，为低塑性材料。 =，只发生弹性变形，为脆性材料。 A，故 S，条件应力应变曲线位于真实应力应变曲线之下。压缩试验时，A0S，条件应力应变曲线位于真实应力应变曲线之上。6、材料为灰铸铁，其试样直径d=30mm，原标距长度h。=45mm。在压缩试验时，当试样承受到485kN压力时发生破坏，试验后长度h=40mm。试求其抗
4、压强度和相对收缩率。答：抗压强度 相对收缩率第四章 硬度1、硬度试验有哪些特点?答：硬度试验设备简单，操作方便，造成表面损伤小，基本属于无损检测。2、试比较布氏、洛氏、维氏硬度试验原理的异同，说明它们的优缺点和应用范围。答：（1）布氏硬度原理：用一定压力将淬火钢球或硬质合金球压头压入试样表面，保持规定的时间后卸除压力，试件表面留下压痕，单位压痕表面积A上所承受的平均压力即定义为布氏硬度值(HB)。当压力和压头直径一定时，压痕直径越大，布氏硬度值越低，即变形抗力越小；反之，布氏硬度值越高。优点：压痕面积大，能反映出较大范围内材料各组成相的综合平均性能，不受个别微区不均匀性的影响，所以分散性小，重
5、复性好。缺点：压痕较大，不宜在零件表面、薄壁件上测定布氏硬度。测定压痕直径费时费力。受P/D2为常数的约束。应用范围：适合于测定粗大晶粒或粗大组成相的材料的硬度。（2）洛氏硬度原理：洛氏硬度是直接测量压痕深度，压痕愈浅表示材料愈硬。优点：硬度值可从硬度计表盘上直接读出，简便迅速。对试件表面损伤小。加有预载荷，可消除表面轻微不平度对试验的影响。缺点：不同标尺的洛氏硬度值无法比较。压痕小，对材料组织不均匀性敏感，测试结果分散，重复性差。应用范围：要求材料组织均匀。可用于成品零件的检验。可测定各种不同材料的硬度。（3）维氏硬度原理：根据单位压痕表面积上所承受的压力来定义硬度值。优点：各种载荷作用下的
6、压痕几何相似，不受载荷P和压头D规定条件的约束。测量范围较宽，软硬材料都可。对角线长度易于精确测量。缺点：效率较洛氏法低。应用范围：测量范围较宽，软硬材料都可。可测定薄件或膜层的硬度。3、布氏、洛氏、维氏硬度压头形状有何区别?其硬度用什么符号表示?并说明其符号的意义。答：压头形状:布氏硬度压头是球形；洛氏硬度压头有两类，顶角为120金刚石圆锥体和钢球压头；维氏硬度压头为金刚石制成的四方角锥体，两相对面间的夹角为136。符号表示: 布氏硬度：压头为淬火钢球，HBS；压头为硬质合金球，HBW。HBS或HBW之前的数字表示硬度值，其后的数字依次为压头直径、压力和保持时间。例：150HBSl03000
7、30，表示用10mm直径淬火钢球，加压3000kgf，保持30s，测得布氏硬度值为150；500HBW5750，表示用5mm直径硬质合金球，加压750kgf，保持10-15s(保持时间为10-15s，不加标注)，测得布氏硬度值为500。 洛氏硬度：测定HRC采用金刚石压头,设在试件表面留下的残余压痕深度为t。规定：t0.2mm时,HRC0；t0,HRC100，压痕深度每增0.002mm, HRC降低1个单位。于是有:HRC(0.2-t)0.002100-t/0.002 维氏硬度：表示方法与布氏硬度的相同。例：640HV3020，最前数字为硬度值，后面数字依次为载荷/保持时间。4、同一材料用不同
8、的硬度测定方法所测得的硬度值有无确定的对应关系?为什么?答：无确定的对应关系。硬度不是一个有明确物理意义的性能指标，而是包括了许多力学行为在内的一个综合性的概念。用不同的硬度试验方法测量不同的材料，材料内部所发生的力学行为不同，其实际含义也不同。5、显微硬度和维氏硬度相比有何异同,显微硬度有何用途?答：和维氏硬度相比，显微维氏硬度测试载荷小，载荷与压痕之间的关系不一定像维氏硬度试验那样符合几何相似原理，所以必须注明载荷大小，以便比较。 显微硬度用途：灵敏度高，载荷小，压痕极小，几乎不损坏试件，便于测定微小区域内的硬度值。6、何谓几何相似原理?答：以布氏硬度为例，压痕形状几何相似，则压入角应相等
9、，即P/D2应为常数。补充1、工程中测定材料的硬度最常用（压入法）。2、同种材料的（布氏与维氏）硬度可相互参比。3、与抗拉强度之间存在相互关系的是（布氏硬度）。第五章 断裂1、说明下列名词术语之间的关系：(1)微孔聚集型断裂；(2)解理断裂；(3)脆性断裂；(4)韧性断裂；(5)穿晶断裂；(6)沿晶断裂。答2、延性断口由哪几个区域组成?各区的形貌有何特点?答：延性断口由纤维区、放射区、剪切唇区三个区域组成。纤维区形貌：与拉伸方向垂直。表面无金属光泽，凹凸不平。 放射区形貌：表面有放射线花样。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。 剪切唇区形貌：与拉伸方向呈45。表面
10、光滑。3、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。工程构件中，为什么脆性断裂最危险?答：韧性断裂是断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂，断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断的消耗能量。脆性断裂是断裂前基本不产生宏观塑性变形的断裂，裂纹扩展速度接近音速。 由于脆性断裂是突然发生，没有明显征兆，所以危害较大。4、解理断口的主要特征是什么?如何寻找河流状花样断裂源?答：解理断口：宏观特征：平坦、发亮的结晶状断面。微观特征：河流状花样。舌状花样。 对河流状花样，“河流”顺流方向与裂纹扩展方向相同，故可以从河流的反方向去寻找断裂源。 左图河流状花样断裂源在右上方。5、试述微孔聚集型断裂的全过程，若材料的基体
11、塑性相同，第二相质点密度大小对断口中韧窝的大小和深浅有何影响？答：微孔聚集型断裂的全过程：微孔形核：当拉伸载荷达到最大值时，试样发生颈缩。在颈缩区形成三向拉应力状态，且在试样的心部轴向应力最大。在三向应力的作用下，试样心部的夹杂物或第二相质点破裂，或者夹杂物或第二相质点与基体界面脱离，最终形成微孔。微孔长大：增大外力，微孔在纵向与横向均长大微孔聚合：微孔不断长大并发生联接而形成大的中心空腔。最后，沿45方向切断。 第二相质点密度越大，韧窝尺寸越小。材料塑性好，则韧窝深。6、在什么条件下易出现沿晶断裂?怎祥才能减小沿晶断裂倾向？沿晶断裂断口形貌如何？答：沿晶断裂出现的条件：晶界存在连续分布的脆性
12、第二相。微量有害杂质元素在晶界上偏聚。由于环境介质的作用损害了晶界，如氢脆、高温、应力腐蚀等。沿晶断裂断口形貌呈冰糖状，如左图。补充1、材料失效最危险的形式是（断裂）。2、解理断裂是（穿晶脆断）。3、下述断口哪一种是延性断口（d）。 a) 穿晶断口 b) 沿晶断口c) 河流花样 d) 韧窝断口4、双原子模型计算出的材料理论断裂强度比实际值高出一个数量级，是因为（c）。 a) 模型不好 b) 近似计算太粗太多 c) 实际材料有缺陷 d) 实际材料无缺陷5、Griffith强度理论适用于（玻璃、陶瓷等脆性材料）。6、理论断裂强度适用于（d）。 a)金属b) 陶瓷 c) 有机高分子 d) 晶须第六章
13、 切口强度与切口冲击韧性1、什么是广义的切口?试件或构件含有切口对其中的应力分布有什么主要的影响? 答：不连续几何结构就是广义的切口。切口对应力分布的影响：缺口前方出现应力应变集中。缺口前方的应力状态被改变，由原来的单向拉伸改为三向拉伸。由于三向拉伸，试样的 s比单向拉伸时高，即产生了“缺口强化”现象。2、什么是应变集中?切口根部发生塑性应变后，如何计算局部应变? 答：了解。3、如何测定切口强度?切口强度比有什么实用意义?切口强度和切口强度比是否为材料常数? 答：切口强度：用带缺口的拉伸试件测定其断裂时的名义应力， 切口强度比可评价材料的切口敏感性，以利于零件的设计与选材。若NSR1.0，则材
14、料对缺口不敏感，材料是缺口韧性的。 若NSR1.0，则材料对缺口敏感，材料是缺口脆性的。 切口强度和切口强度比不是材料常数，与切口的几何形状和应力状态有关。4、什么是冲击韧性?用于测定冲击韧性的试件有哪两种主要形式?测定的冲击韧性如何表示? 答：冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功等能量的能力。试件有两种：夏比U型切口试样：冲击韧性值夏比V型切口试样：冲击韧性值其中，为冲击吸收功，为切口的净断面积。5、冲击韧性值在工程中有什么实用价值? 答：分析材料缺陷，评定材料质量。确定材料韧脆转变温度。 评定材料对大能量冲击断裂的抗力。 评定金属的应变时效敏感性6、何谓低温脆性?在哪些材
15、料中发生低温脆性? 答：当降到某一温度时，材料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。一些体心立方晶格的金属发生低温脆性。7、何谓韧脆转变?如何确定韧脆转变温度?有哪些因素影响韧脆转变温度?工程中如何确定材料的使用温度的下限? 答：当降到某一温度时，材料由韧性状态变为脆性状态，转变温度称为韧脆转变温度。 确定韧脆转变温度：将试件冷却到不同的温度下测定冲击功或断口形貌特征与温度的关系曲线，然后按能量法或断口形貌法确定韧脆转变温度。材料的使用温度的下限，值一般选20 60 。8、解释应力集中系数，应变集中系数，缺口敏
16、感度。答：应力集中系数：最大应力与名义应力之比为应力集中系数，。应变集中系数：局部应变与平均应变之比为应变集中系数，。 缺口敏感度：缺口试样的抗拉强度与光滑试样的抗拉强度之比为缺口敏感度，。补充1、韧性材料在什么样的条件下可能变成脆性材料（b）。 a) 增大缺口半径 b) 增大加载速度 c) 升高温度 d) 减小晶粒尺寸2、构件上的孔会产生的应力集中系数最高为（Kt=3）。3、在实验中不同材料的什么性能指标可比性差（d）。 a)拉伸 b) 压缩 c) 弯曲 d) 冲击第九章 金属高温机械性能1、解释下列名词：蠕变、蠕变极限、持久强度、松弛稳定性、稳态蠕变、晶界滑移蠕变、扩散蠕变。答：蠕变：材料
17、在长时间的恒温、恒应力作用下，缓慢产生塑性变形的现象。蠕变极限：高温长期载荷作用下材料抵抗塑性变形的能力。蠕变极限一般有两种表示方法：在规定温度(t)下，使试样产生规定稳态蠕变速率( )的最大应力值，以符号表示。例如：，表示材料在600温度下，稳态蠕变速率为110-5/h的蠕变极限为60MPa。在规定温度（t）下和在规定的试验时间（ ）内，使试样产生一定蠕变变形量（）的最大应力值，以符号表示。例如：，表示材料在500温度下，l0万小时后总伸长率为1的蠕变极限为100MPa。持久强度：高温长期载荷作用下材料抵抗断裂的能力。持久强度表示方法：在规定温度（t）下达到规定的持续时间（ ）而不发生断裂的应力值，以表示。例如：，表示材料在700 ，1000h的持久强度极限为30MPa。松弛稳定性：材料抵抗应力松弛的能力。其大小可以用初始应力和一定温度下规定时间t后的“剩余应力”的大小来评定。经t时间后，残余应力越高，材料的松弛稳定性越好。2、简述不同温度下的几种蠕变机制。3、试说明高温下金属蠕变变形的机理与常温下塑性变形的机理有何不同。4、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。5、试分析晶粒大小对金属材料高温力学性能的影响。
