1、1一章、1 弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。2滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。3循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。4包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，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。6塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为 b
2、的台阶。8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。是解理台阶的一种标志。9.解理面：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，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂， 这种现象称为韧脆转变金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对
3、组织不敏感的力学性能指标？答：主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑性 变形等能够改2变金属材料的组织形态和晶粒大小，但是不改变金属原子的本性和晶格类型。组织虽然改变了，原子的本性和晶格类型未发生改变，故弹性模量对组织不敏感。1、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？【P21 】答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的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，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放
4、射区和剪切唇三个区域组成，即所 谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相 对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。二章、 （1）应力状态软性系数 材料或工件所承受的最大切应力max和最大正应力 max比值，即： （4）布氏硬度用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。HBW（5）洛氏硬度采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度 HR（6）维氏硬度以两相对面夹角为 136。的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。HV（7）努氏硬度采用两个对面角不等的四棱锥金刚石压头，由
5、试验力除以压痕投影面积得到的硬度。（8）肖氏硬度采动载荷试验法，根据重锤回跳高度表证的金属硬度。（9）里氏硬度采动载荷试验法，根据重锤回跳速度表证的金属硬度。3（1）材料的抗压强度（2）材料的抗弯强度（3）材料的扭转屈服点（4）材料的抗扭强度（5）材料的抗拉强度（6）NSR材料的缺口敏感度（7）HBW压头为硬质合金球的材料的布氏硬度 （8）HRA材料的洛氏硬度】（9）HRB材料的洛氏硬度（10）HRC材料的洛氏硬度（11）HV材料的维氏硬度三、试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭 转试验的特点和应用范围。试验方法特点 应用范围拉伸温度、应力状态和加载速率确定，采用光滑圆柱试样，试验简单，应力状态
6、软性系数较硬。塑性变形抗力和切断强度较低的塑性材料。压缩应力状态软，一般都能产生塑性变形，试样常沿与轴线呈 45 方向产生断裂，具有切断特征。脆性材料，以观察脆性材料在韧性状态下所表现的力学行为。弯曲弯曲试样形状简单，操作方便；不存在拉伸试验时试样轴线与力偏斜问题，没有附加应力影响试验结果，可用试样弯曲挠度显示材料的塑测定铸铁、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。也常用于比较和鉴别渗碳和表面4性；弯曲试样表面应力最大，可灵敏地反映材料表面缺陷。淬火等化学热处理机件的质量和性能。扭转应力状态软性系数为 0.8，比拉伸时大，易于显示金属的塑性行为；试样在整个长度上的
7、塑性变形时均匀，没有紧缩现象，能实现大塑性变形量下的试验；较能敏感地反映出金属表面缺陷和及表面硬化层的性能；试样所承受的最大正应力与最大切应力大体相等用来研究金属在热加工条件下的流变性能和断裂性能，评定材料的热压力加工型，并未确定生产条件下的热加工工艺参数提供依据；研究或检验热处理工件的表面质量和各种表面强化工艺的效果。七、试说明布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度的实验原理，并比较布氏、洛氏与维氏硬度试验方法的优缺点。 【P49 P57】原理布氏硬度：用钢球或硬质合金球作为压头，计算单位面积所承受的试验力。洛氏硬度：采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度。维氏硬度：以两相对面夹角为 13
8、6。的金刚石四棱锥作压头，计算单位面积所承受的试验力。布氏硬度优点：实验时一般采用直径较大的压头球，因而所得的压痕面积比较大。压痕大的一个优点是其硬度值能反映金属在较大范围内各组成相得平均性能；另一个优点是实验数据稳定，重复性强。缺点： 对不同材料需更换不同直径的压头球和改变试验力，压痕直径的测量也较麻烦，因而用于自动检测时受到限制。洛氏硬度优点：操作简便，迅捷，硬度值可直接读出；压痕较小，可在工件上 进行试验；采用不同标尺可测量各种软硬不同的金属和厚薄不一的试样的硬度，因而5广泛用于热处理质量检测。缺点：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
9、外用不同标尺测得的硬度值彼此没有联系，不能直接比较。维氏硬度优点：不存在布氏硬度试验时要求试验力 F 与压头直径 D 之间所规定条件的约束，也不存在洛氏硬度试验时不同标尺的硬度值无法统一的弊端；维氏硬度试验时不仅试验力可以任意取，而且压痕测量的精度较高，硬度值较为准确。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法低的多。（1）渗碳层的硬度分布- HK 或-显微 HV（2）淬火钢-HRC（3）灰铸铁-HB（4）鉴别钢中的隐晶马氏体和残余奥氏体-显微 HV 或者 HK（5）仪表小黄铜齿轮-HV （6）龙门刨床 导轨-HS （肖氏硬度）或 HL(里氏硬度)（
10、7）渗氮层-HV（ 8）高速钢刀具 -HRC（9）退火态低碳钢-HB（10）硬质合金- HRA三章、冲击韧性: 材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。【P57】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、低强度结构钢（铁素体-珠光体钢），在试验温度低于某一温度 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kt集型变为穿晶解理型，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。韧性温度储备:材料使用温度和韧脆转变温度的差值，保证材料的低温服役行为。韧脆转变温度：材料屈服强度急剧升高的温度，或断后伸长率、断面收缩率冲击吸收
11、功急剧减小的温度6四、试说明低温脆性的物理本质及其影响因素 低温脆性的物理本质：宏观上对于那些有低温脆性现象的材料，它们的屈服强度会随温度的降低急剧增加，而断裂强度随温度的降低而变化不大。当温度降低到某一温度时，屈服强度增大到高于断裂强度时，在这个温度以下材料的屈服强度比断裂强度大，因此材料在受力时还未发生屈服便断裂了，材料显示脆性。从微观机制来看低温脆性与位错在晶体点阵中运动的阻力有关，当温度降低时，位错运动阻力增大，原子热激活能力下降，因此材料屈服 强度增加。影响材料低温脆性的因素有（P63，P73）：1晶体结构 2化学成分： 3显微组织 裂纹扩展的基本形式: 1. 张开型（I 型）裂纹扩
12、展 2. 滑开型（II 型）裂纹扩展 3. 撕开型（III 型）裂 纹扩展对高强度、超高强度钢的机件，中低强度钢的大型、重型机件经常在屈服应力以下发生低应力脆性断裂。KI 是决定 应力场强弱的一个复合力学参量，就可将它看作是推动裂纹扩展的动力，当 KI 增大到临界值时 ，也就是 说裂纹尖端足 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断裂。KIC：平面应变下的断裂韧度，表示在平面应变条件下材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。KC：平面应力断裂韧度，表示平面应力条件材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。但 KC 值与试样厚度有关，当试样厚度增加，使裂 纹尖端达到平面应变状态时，断裂韧度趋于一个稳定
13、的最低值，就是 KIC，与试样厚度无关。通常把裂纹扩展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，7简称能量释放率或能量率，用 G 表示。KI 就可以表示应力场的强弱程度，称 为应力场强度因子。GIC 和 KIC 的关系变动载荷定义：变动载荷是引起疲劳破坏的外力，指载荷大小，甚至方向均随时间变化的载荷，在单位面积上的平均值为变动应力应力幅 a:a=1/2(max-min)平均应力 m：m=1/2(max+min) 应力比r:r=min/max 五章、疲劳条带：疲劳裂纹扩展的第二阶段的断口特征是具有略程弯曲并相互平行的沟槽花样，称为疲劳条带（疲劳辉纹，疲 劳条纹） p113/p132K:
14、材料的疲 劳裂纹扩展速率不仅与应力水平有关，而且与当时的裂纹尺寸有关。K是由 应力范 围 和 a 复合为应力强度因子范围 ，K=Kmax-Kmin=Ymaxa-Ymina=Ya疲劳寿命：试样在交变循环应力或应变作用下直至发生破坏前所经受应力或应变的循环次数 p102/p117疲劳定义：机件在变动应力和应变长期作用下，由于累积损伤而引起的断裂现象。(1) 按应力状 态不同，可分为：弯曲疲劳、扭转疲劳、挤压疲劳、复合疲 劳(2) 按环境及接触情况不同，可分为：大气疲劳、腐蚀疲劳、高温疲劳、 热疲劳、接触疲劳(3) 按断裂寿命和应力高低不同，可分为：高周疲劳、低周疲劳，这是最基本的分类方法2(1)I
15、IKavGE221IIICICvKEG8疲劳缺口敏感度 qf P103/p118金属材料在交变载荷作用下的缺口敏感性，常用疲劳缺口敏感度来评定。Qf=(Kf-1)/（kt-1）.其中 Kt 为理论应力集中系数且大于一，Kf 为疲劳缺口系数。 Kf=(-1)/(-1N)疲劳门槛值 Kth P105/p120在疲劳裂纹扩展速率曲线的区，当 KKth时，da/aN=0,表示裂纹不扩展;只有当 KKth时，da/dN0,疲劳裂纹才开始扩展。因此， Kth是疲劳裂纹不扩展的 K临 界值，称 为疲 劳裂纹扩展门槛值。 3.试述金属疲劳断裂的特点 p96/p109（1）疲劳是低应力循环延时断裂，机具有寿命的
16、断裂（2）疲劳是脆性断裂（3）疲劳对缺陷（缺口，裂纹及组织缺陷）十分敏感4试述疲劳宏观断口的特征答：典型疲劳断口具有三个形貌不同的区域疲劳源、疲劳区及瞬断区。微观特征：存在疲劳条带疲劳过程包括疲劳裂纹萌生、裂纹亚稳扩展及最后失稳扩展三个阶段疲劳裂纹萌生过程及机理：（一）滑移带开裂产生裂纹，只要提高材料的滑移抗力，如采用固溶强化、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。（二）相界面开裂产生裂纹只要能降低第二相或夹杂物的脆性，提高相界面强度，控制第二相或夹杂物的数量、形态、大小和分布，使之 “少、圆、小、匀”，均可抵制或延缓裂纹在第二相或夹杂物附近萌生，提高疲劳强度。 （三）晶界
17、开裂产生裂9纹。凡是使晶界弱化和晶粒粗化的因素疲劳裂纹扩展过程：根据裂纹扩展方向，裂纹扩展可分为两个阶段：第一阶段：从表面个别侵入沟（或挤出脊）先形成微裂纹，然后裂纹主要沿主滑移系方向，以纯剪切方式向内扩展。第一阶段裂纹扩展时，由于晶界的不断阻碍作用，裂纹扩展逐渐转向垂直拉应力方向，进入第二阶段扩展。低周疲劳的特点：(1) 低周疲劳时，因局部区域产生宏观塑性变形，故循环应力与应变之间不再呈直线关系，形成滞后回线。(2) 低周疲劳试验时，控制总应变范围或者塑性应变范围，在给定的 或 下测定疲劳寿命。(3) 低周疲 劳 破坏有几个裂纹源，这是由于应力比较大，裂纹容易形核，形核期较短，只占总寿命的
18、10%。微观断口的疲劳条带较粗，间距也宽一些，常常不 连续。(4) 低周疲劳寿命取决于塑性应变幅，而高周疲 劳寿命则决定于应力幅或应力场强度因子范围，但两者都是循环塑性变形累积损伤的结果。试述影响疲劳裂纹扩展速率的主要因素。答：1、 应力比 r2、过载峰的影响 3、材料组织的影响13.试述金属的硬化与软化现象及产生条件。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不断增加，即为循环硬化。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逐渐减小，即为循10环软化。金属材料产生循环硬化与软化取决于材料的初始状态、结构特性以及应变幅和温度等。六章、1、 应力腐蚀：金属在拉应力和特定的
19、化学介质共同作用下， 经过一段时间后所产生的低应力脆断现象。产生条件：（1）应力（2）化学介质（3）金属材料人们将试样在特定化学介质中不发生应力腐蚀断裂的最大应力场强度因子称为应力腐蚀临界应力场强度因子（或称为应力腐蚀门槛值）， 以 KISCC 表示。防止应力腐蚀的措施：(1) 合理选择金属材料(2) 减少或消除机件中的残余拉应力(3) 改善化学介 质(4) 采用电化学保 护定义：由于氢与应力的共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象，称为氢脆断裂，简称氢脆氢脆类型：(1) 氢蚀(2) 白点（ 发裂）(3) 氢化物致脆(4) 氢致延滞断裂4、氢化物致脆：对于B 或B 族金属，由于它 们 与氢有
20、较大的亲和力，极易生成脆性氢化物，是金属脆化，这种现象称氢化物致脆。5、氢致延滞断裂：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。1、scc：材料不发生应力腐蚀的临界应力。2、KIscc：应力腐蚀临界应力场强度因子。3、da/dt：盈利腐蚀列纹扩展速率。七章、磨损：机件表面相互接触并产生相对运动，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使表面材料逐渐损失、造成表面 损伤的现象。113.粘着磨损产生的条件、机理及其防止措施- 又称 为咬合磨损，在滑动摩擦条件下，摩擦副相对滑动速度较小，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
21、。磨损机理：实际接触点局部应力引起塑性变形，使两接触面的原子产生粘着。粘着点从软的一方被剪断转移到硬的一方金属表面，随后脱落形成磨屑旧的粘着点剪断后，新的粘着点产生，随后也被剪断、 转移。如此重复，形成磨 损过程。改善粘着磨损耐磨性的措施1.选择合适的摩擦副配对材料2.采用表面化学热处理改变材料表面状态3.控制摩擦滑动速度和接触压力减小滑动速度和接触压力能有效降低粘着磨损。4.其他途径改善润滑条件，降低表面粗糙度，提高氧化膜与机体结合力都能降低粘着磨损。机件的正常磨损通常分为三个阶段：跑合阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段耐磨性：通常用磨损量表示材料的耐磨性也可用试样体积或质量损失率来表示，称为
22、体积磨损或质量磨损有时还可用磨损量的倒数来表征材料的耐磨性接触疲劳定义：是机件两接触面作滚动或滚动加滑动摩擦时，在交变接触压应力长期作用下，12材料表面因疲劳损伤，导致局部区域产生小片或小块状金属剥落而使物质损失的现象，又称表面疲劳磨损或疲劳磨损。在摩擦过程中，摩擦副之间或摩擦副表面与环境介质发生化学或电化学反应形成腐蚀产物，腐蚀产物的形成与脱落引起腐蚀磨损。分类：1. 氧化磨损 2. 微动磨损 3. 冲蚀磨损（又称气蚀）4. 特殊介质腐蚀磨损八章、金属的蠕变现象定义：材料在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象，一、蠕变极限为保证高温长时载荷作用下的机件不会产生过量蠕变，要求金属
23、材料具有一定的蠕变极限。表达方式：(1) 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，用 t 表示。(2) 在规定温度（t）与试验时间（ ）内，使试样产生的蠕变总伸长率（）不超过规定值的最大应力，用 /t 表示。持久强度极限定义：高温长时载荷作用下的断裂强度金属材料的持久强度极限，是在规定的持续时间（ ）不发生断裂的最大应力，用 t 表示。蠕变变形机理：（一）位错滑移蠕变（二）原子扩散蠕变蠕变断裂机理：1. 在三晶粒交会 处形成楔形裂纹 2. 在晶界上由空洞形成晶界裂纹蠕变断裂断口的宏观特征：(1) 断口附近产生塑性 变形，在 变形区附近有很多裂纹，断裂机
24、件表面出现龟裂现象(2) 由于高温氧化，断口表面被一层氧化膜所覆盖微观断口特征：冰糖状花样的沿晶断裂形貌13十章、目前国内外测定陶瓷材料断裂韧度的方法还没有统一标准，常用的方法有：单边切口梁法、山形切口法、压痕法、双扭法、双悬臂梁法陶瓷材料的增韧：(1) 改善陶瓷显微结构(2) 相变增韧(3) 微裂纹增韧热震破坏分为两类：1. 热震断裂：热震引起的突然断裂；2. 热震损伤：热冲击循环作用下，材料先出现列裂，随后裂纹扩展，导致材料 强度降低，最终整体破坏。陶瓷材料的弹性变形特点：1）弹性模量大 2）弹性模量不仅与结合键有关，还与组成相的种类、分布比例及气孔率有关。3）一般陶瓷材料的压缩弹性模量高
25、于拉伸弹性模量。陶瓷材料的疲劳类型：静态疲劳、动态疲劳、循 环疲劳陶瓷材料的组成：（1）晶相（2）玻璃相（3）气孔陶瓷材料的三大特征强度：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度陶瓷材料的塑性变形：近年的研究表明陶瓷材料在高温下可显示出超塑性：（1）晶粒细小（尺寸小于一微米）（2）晶粒为等轴结构（3）第二相弥散分布，能有效抑制高温下基体晶粒生长（4）晶粒间存在液相或无定形相陶瓷材料的断裂：陶瓷材料的断裂过程都是以材料内部或表面存在的缺陷为起点发生的，晶粒和气孔尺寸在决定陶瓷材料强度与裂纹尺寸方面具有等效作用。缺陷以一定的概率随机分布当内部缺陷引起断裂时，随试样体积的增加，缺陷存在的概率增加，材料 强度下降
26、当表面缺陷为断裂源时，随试样体积的增加，缺陷存在的概率也增加，材料 强度也下降复合材料的定义与分类：定义：由两种或两种以上异质、异形、异性的材料复14合成的新型材料。（1）按增强体分类：连续纤维复合材料、 非连续纤维复合材料、颗粒复合材料、层合板复合材料（2）按基体分类： 聚合物基复合材料、 金属基复合材料、 无机非金属基复合材料（3）按用途分类：结构复合材料 、功能复合材料复合材料的特点(1) 高比强度、比模量(2) 各向异性(3) 抗疲劳性好(4) 减振性能好(5) 可 设计性强单向复合材料的强度和钢度都随方向而改变，有五个特征强度：（1）纵向抗拉强度、 （2）纵向抗压强度、（3）横向抗拉
27、强度、 （4）横向抗压强度、（5）面内抗剪强度。有四个特征弹性常数：（1）纵向弹性模量、 （2）横向弹性模量、（3）主泊松比、 （4）切变模量。复合材料的断裂; (1) 接力破坏机理 (2) 脆性粘接断裂机理 (3) 最弱环节机理复合材料的冲击性能特点: (1) 单向复合材料的应变速率敏感性因纤维种类不同而有所区别，而钢的应变速率敏感性也因强度不同而有差异。低模量玻璃纤维复合材料对应变速率变化敏感，当冲击拉伸应变速率达到103s-1，其 强 度、塑性和 韧性都比静载荷时高；高模量碳纤维复合材料的力学性能，对应变速率变化不敏感。(2) 钢的冲击断裂机理是穿晶解理或微孔聚集断裂，复合材料的冲击断裂是15各类损伤的积累或非积累破坏。(3) 高弹性模量复合材料往往比低弹性模量复合材料的冲击韧性差，如碳纤维-环氧复合材料与玻璃纤维-环氧复合材料的冲击韧性。
