1、金属力学性能疲劳定义：金属机件或构件在变动应力应变长期作用下，由于累积损伤而引起的断裂现象称为疲劳。疲劳的特点：（1）疲劳是低应力循环延时断裂，即具有寿命的断裂，Nf.(2)疲劳是脆性断裂，是一种潜在的突发性断裂。（3）疲劳对缺陷十分敏感。疲劳的断口特征：（三个区）：疲劳源，疲劳区，瞬断区，疲劳宏观特征：贝纹线（沙滩状花样），微观特征：疲劳韧带疲劳裂纹在表面形成的原因：（1）表面晶粒受周围介质约束小（2）表面晶粒不完全被其他晶粒包围，塑性变形约束小（3）表面晶粒易受损伤（4）弯曲，扭转载荷作用在表面应力最大。疲劳强度影响因素表面强化：化学热处理：渗碳，氮; 表面淬火 表面塑变： 喷丸;表面滚压
2、表面强度增加（抵抗表面滑移，-1提高），表面产生残余压应力（降低拉应力峰，-1提高）残余压应力的有利影响与外加应力的应力状态有关：机件承受弯曲疲劳时，残余压应力效果比扭转疲劳大；承受拉压疲劳时，影响小，这是不同应力状态下，机件表面应力梯度不同所致。只要提高材料的滑移抗力，如果用固溶强化，细晶强化等手段，均可以阻止疲劳裂纹的萌生，提高疲劳强度只适用于高周疲劳。高周疲劳特点：断裂寿命较长，Nf105周次；断裂应力水平较低，片状；晶粗尺寸：d，细晶提高（强韧化）的机理：晶粒尺度d下降，s。1.d下降，位错运动阻碍增加；2.d下降，晶粒内部位错堆积群位错数目下降，位错塞积群前端应力下降；3.d下降，晶
3、界面积升高，分布于晶界附近的杂质浓度下降，晶界强度升高。由1、2、3得晶界不易开裂，所以晶粒越细，s；4.晶粒越细，一定体积金属内部的晶粒数目越多，晶粒之间的位相差可能减小，加之晶界不易开裂，塑性变形可以被更多的晶粒所分担，所以塑性提高。金属断裂的分类：1.大多金属材料的断裂过程包括裂纹形成与扩展；2.韧性断裂-断裂前产生明显宏观塑变，断口呈纤维状，灰暗色。宏观断口呈杯锥状。断口特征三要素：纤维区，放射区，剪切唇；脆性断裂-突塑发生，断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状，人字纹（矩形）；3穿晶断裂-可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂；沿晶断裂-一般是脆性断裂，断口形貌呈冰糖状，例如应力腐蚀，氢脆，
4、回火脆性，淬火裂纹，磨削裂纹等。4.解理断裂（是脆性断裂）-微观断口特征：解理台阶，河流花样，舌状花样。微孔聚集型断裂（是韧性断裂）-微观断口特征：韧窝。低温脆性：现象：试样由韧性状态变为脆性状态，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。机理：1.低温脆性是材料屈服强度随温度降低急剧增加的结果-s=1=kyd-1/2;2.bcc的低温脆性与迟屈服现象有关。影响韧脆转变温度（tk）因素:1. 晶体结构：bcc金属及其合金存在低温脆性，如普通中、低强度钢；2.化学成分：Mn,Ni,降低tk;杂质元素：S,P,As,Sn,Sb升高tk,由于它们偏聚于晶界，降低晶界表面能，产生沿
5、晶脆性断裂，同时降低脆断应力所致。3.晶粒大小：细化晶粒使材料韧性增加，细化晶粒提高韧性的原因是晶界是裂纹扩展的阻力；晶界前塞积的位错数减少，有利于降低应力集中；晶界总面积增加，使晶界上杂质浓度减少，避免产生沿晶脆断。4.金相组织:钢中杂质物，碳化物等第二相质点。缩颈：拉伸时局部集中塑性变形现象，由于加工硬化落后于截面缩小，使材料承载力下降。C表示裂纹扩展所需应力或裂纹体的实际断裂强度。e由弹性变形过渡到弹性塑性变形的应力。p比例极限，应力与应变成直线关系的最大应力。缩颈：拉伸时局部集中塑性变形现象，由于加工硬化落后于截面缩小，使材料承载力下降。NSR：静拉伸缺口敏感度，金属材料的缺口敏感性指
6、标用缺口试样的抗拉强度bn与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度b比值表示，称为缺口敏感强度。ae弹性比功，单位体积材料吸收弹性功，减振储能的能力。W18Cr4V钢经过1280加热淬火后的硬度约为HRC364，而经过560三次回火后的硬度升高到HRC6566. 回火使刚弥散析出M2C及MC型C化物，产生二次硬化，硬度升高，淬火后的残余A氏体的合金度也比较高，560回火也析出合金C化物，使残余A氏体的合金度降低，Ms点升高，在后续冷却过程中，残余A发生M转变，从而发生相变强化，根据=Gb0.5 由于增加，也增加，所以屈服强度随之提高。亚共析钢的淬火前组织为F+P淬火后的M发生相变强化，在转变过程中钢中固
7、溶的C原子与位错交互作用形成柯氏气团对位错有钉扎作用，位错运动变得困难从而使材料强度上升，急冷过程中会有C化物的析出，作为硬质相会起到强化的作用奥氏体向马氏体转变为什么强度会提高：体心立方变为体心正方，使强度也增加，再者马氏体是低碳板条马氏体亚结构是位错，相变过程中，奥氏体转变为马氏体达到相变强化效果还有加工硬化的过程，加变共析体积膨胀产生位错，此外虽然第二相缺失，使强度降低，但是小于固溶强化，故b升高用何种硬度试验方法1渗碳层的硬度分布 HK 2淬火钢HRC 3灰铸铁HB 4鉴别钢中的隐晶马氏体与残余奥氏体HRC 5仪表小黄铜齿轮HK 6农门刨床导轨HS 7渗氮层HRC 8高速钢刀具HB 9
8、退火态低碳钢HB 10硬质合金HRA强化机理：细晶强化：晶粒大小的影响是晶界影响的反映，因为晶界是位错运动的障碍，在一个晶粒内部，必须塞积足够数量的位错才能提供必须的应力，使相邻经历中的位错源开动并产生宏观可见的塑性变形，因而，减小晶粒尺寸将增加位错运动障碍的数目，减小晶粒内位错塞积群的长度，使屈服强度提高。固溶强化：在纯金属中加入溶质原子形成固溶合金，将显著提高屈服强度的现象，原理：在固溶合金中，由于溶质原子和溶剂原子直径不同，在溶质原子周围形成了晶格畸变应力场，该应力场和位错应力场产生交互作用，使位错运动受阻，从而提高屈服强度。应用：Al合金F+P加热到温度降温形成M第二相强化：用粉末冶金
9、法获得较小的第二相质点弥散强化 用固溶处理喝随后的沉淀析出获得较小的第二相质点沉淀强化。机理：对于不可变形的第二相质点，位错线只能绕过，为此，必须克服弯曲位错的线张力，随着绕过质点的位错数量增加，留下的位错环增多，相当于质点间距减小，流变应力就增大。对于可变形的第二相质点，未作可以切过，使之间基体一起产生变形，产生新的界面需要作功，从而提高s相变强化：位错增殖，运动受阻P-N晶格阻力 应用：高速钢M+A+KM+M+K M-M（上面是三次回火）:析出粒状珠光体第二相强化A-M:由体心立方体心正方，产生P-N（派纳力）s加工强化：位错密度形成亚晶界，晶粒碎化，影响s 的外在因素：1温度2应变速率3
10、应力状态高分子陶瓷热震性断裂与热震性损伤的区别？答：热震性断裂：由热震引起的瞬时断裂；热震性损伤：在热冲击循环作用下，材料先出现开裂，随之裂纹扩展，导致材料强度降低，最终整体破坏，称为热震性损伤。复合材料的组成？特点？答：由两种或两种以上异质、异性、异性的材料复合形成的新型材料。复合材料中通常有一相为连续相称为基体；有一种或几种不连续相分布于基体中，强度硬度比连续相高，称为增强体。其结构特点：可设计性；材料与结构具有同性；复合材料结构设计包含材料设计；材料性能对复合工艺的依赖性；复合材料具有各向异性和非均匀的力学性能特点。其性能特点：比强度、比模量高；抗疲劳性能良好；减震性能良好；耐高温性能好
11、；断裂安全性能好。银纹？银纹与裂纹的区别？答：银纹即在拉应力作用下，非晶态聚合物的某些薄弱地区，因应力集中产生局部塑性，结果在其表面和内部会产生闪亮的、细长形的“类裂纹”，称为银纹。与裂纹的区别：（1）裂纹是空的而银纹中含有约40%的空体积；（2）银纹仍具有一定柔韧和力学强度；（3）银纹与裂纹不同，它具有可逆性，在压力或Tg点以上退火，银纹能回缩和愈合，回复到未开裂时的均一状态。结晶聚合物应力应变曲线？（203页图9-14）答：当结晶聚合物出现屈服（曲线最高点）后，原有的结构开始破坏，试样上出现缩颈，并沿长度方向不断扩展。此种现象在玻璃态聚合物拉伸变形时也有，但与金属材料的拉伸缩颈现象不同。金
12、属材料的缩颈不扩展，是试样上局部塑性变形集中区。与此同时载荷下降。曲线的最低点表示原有结构完全破坏。如果在缩颈开始后不迅速发生断裂，则随应变增加，被破坏的晶体结构又重新组成方向性好、强度高的微纤维新结构。每个微纤维都有很高的强度，再加上微纤维间的联系分子进一步伸展，新结构聚合物的抗变形能力增大。由于应变硬化，应力-应变曲线再度上升，直至达到断裂应力断裂。随温度变化聚合物内部结构变化？（202页图9-12）答：结晶态聚合物由于晶区内的链段无法运动，因此结晶度搞的聚合物不存在高弹性，但具有较高的强度和硬度。结晶态聚合物的力学状态与相对分子质量和温度有关。由图可见，在tgttm时，晶体相熔化，聚合物
13、全部由非晶区组成，转化成为高弹性的橡胶态。ZrO2相变增韧？答：相变增韧是通过四方相转变成单斜相来实现的，是ZrO2 陶瓷的典型增韧机理。ZrO2 陶瓷有三种晶型，从高温冷至室温时将发生如下转变：C-ZrO2（立方相）在2370C时转变成t-ZrO2（四方相）在1170C时转变成m-ZrO2（单斜相）。t-ZrO2转变为m-ZrO2属于马氏体相变，相变时伴有4%-5%体积膨胀。在制备ZrO2陶瓷时，若加入少量稳定剂，如Y2O3、CaO、MgO、CeO等，并且ZrO2粒子尺寸达到一定大小，则t-ZrO2 m-ZrO2相变点Ms降到室温以下。在外力作用下，诱发亚稳t-ZrO2 转变为m-ZrO2，
14、消耗一部分外加能量，使材料增韧。例如：热压烧结含钇四方氧化锆多晶体（Y-TZP），K1c可达15.3MPa.m1/2。相变增韧受到使用温度限制，当温度超过800C时，t-ZrO2 由亚稳态变成稳定态，t-ZrO2 m-ZrO2相变不再发生，故相变增韧失去作用。说明图中各线含义，Vfmin 符号数字含义？（239页图11-12）答：此图是单向复合材料纵向抗拉强度cLu与纤维体积分数Vf的关系。图中ABC线即为cLu=fuVf+m*（1-Vf）；OC线和DF线分别是复合材料中纤维承受的载荷和基体承受的载荷与Vf 的关系；B点称为等破坏点，在该点处cLu=mu，相应的纤维体积分数就是Vfcr；E点对
15、应的Vf为纤维最小体积分数Vfmin。当Vf0.5为“高”温，否则为“低”温。蠕变：就是金属在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢的产生塑性变形的现象。稳态蠕变：蠕变速率几乎保持不变。扩散蠕变：在较高温度下，晶体内空位将从受拉晶界向受压晶界迁移，原子则朝相反方向流动，致使晶体逐渐产生伸长的蠕变。松弛稳定性：金属材料抵抗应力松弛的性能。t蠕变极限：在规定温度t下，使试样在规定时间内产生的稳态蠕变速率不超过规定值的最大应力。t/蠕变极限：在规定温度t下和在规定的实验时间内，使试样产生的蠕变总伸长率不超过规定值的最大应力。t持久强度极限：在规定温度t下，达到规定的持续时间而不发生断裂的最大应力。sh剩余应力：在应力松弛试验中，任一时间是养伤所保持的应力。粘性：是流体内部质点间因相互运动而产生的内摩擦力。弹性：具有一定形状的物体，施加外力时其形状发生变化，移去外力后物体恢复原有形状的性能被称为物体的弹性。 粘弹性：对于聚合物，当外力消除后经过弹性恢复，仍然保留有随时间上升而逐渐恢复的滞后形变存在，显然这滞后形变兼有弹性和粘性两者的特点，故称之为粘弹性。
