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2影响屈服强度的外因
（1）温度：
Tsj。
TT,位错密度J；
同时晶界弱化
（2）应变速率增大，csto
（3）应力状态
切应力分量越大（可促进更多滑移系开动），越有利于塑性变形，屈服强度则越低
4.应变硬化（形变强化）及其产生原因和工程意义；
应变硬化：
材料在应力作用下进入塑性变形阶段后，随着变形量的增大，形变应力不断提高的现象。
机理：
位错的增殖与交互作用导致的阻碍。
2、n的意义
（1）n较大，抗偶然过载能力较强；
安全性相对较好;
（2）反映了金属材料抵抗、阻止继续塑性变形的能力，表征金属材料应变硬化的性能指标;
（3）应变硬化是强化金属材料的重要手段之一，特别是对不能热处理强化的材料;
Fb
⑷提高强度，降低塑性，改善低碳钢的切削加工性能。
5•缩颈，抗拉强度；
抗拉强度：
b
材料在静拉伸条件下的最大位伸应力。
缩颈现象:
韧性材料，变形集中于局部区域
应变硬化与截面减小共同作用的结果
6•塑性、脆性及韧性，塑性指标；
塑性：
金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力均匀塑性变形+集中塑性变形
塑性指标
1断后伸长率S
2断面收缩率书
3S5>
S10
4最大应力下总伸长率Sgt
脆性：
指材料收到外力时，其内部容易产生裂纹并破坏的性质
韧性：
指材料在断裂前吸收塑性变形功和断裂的能力
静力韧度：
金属材料在静拉伸时单位体积材料断裂前所吸收的功。
7•机件的失效形式：
磨损、腐蚀和断裂；
8•断裂的分类及各类断口特征，韧性断裂和脆性断裂的区别，哪种断裂更危险及其原因；
一、断裂的分类（P24看）
（一）韧性断裂和脆性断裂
根据断裂前塑性变形的大小进行的分类。
（1）韧性断裂：
指的是在断裂前发生明显宏观塑性变形的断裂。
断口特征三要素：
纤维区、放射区、剪切唇。
纤维区：
灰暗色，裂纹扩展速度慢；
放射区：
裂纹扩散速度快，低能量撕裂，有放射线花样。
剪切唇：
切断。
杯状或锥状，表面光滑，与拉伸轴成45°
角。
（2）脆性断裂：
指的是突然发生的断裂，断裂前基本不发生塑性变形。
断裂前不发生明显塑性变形书<
5%，断裂面一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状；
韧性与脆性断裂比较
断裂类型
塑性变形
扩展速度
断口特征
材料
韧性断裂
明显
慢
灰黑色、纤维状
金属及高分子
脆性断裂
突然、快速
平齐光亮、放射状、结晶状
淬火钢,铸铁,陶瓷
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
9拉伸断口的三要素以及强度和塑性对断口三个区域组成的影响；
材料强度提高，塑性降低，贝U放射区比例增大，试样尺寸加大，放射区增大明显，而纤维区变化不大
10•微孔聚集断裂过程；
微孔聚集型韧性断裂包括微孔形核、长大、聚合、断裂等过程。
11•格雷菲斯裂纹理论（原理（热力学），出发点，必要条件）；
格雷菲斯裂纹理论。
1、格雷菲斯裂纹理论的出发点
（1）材料中已存在裂纹；
（2）局部应力集中超过理论断裂强度；
（3）
裂纹快速扩展；
⑷弹性能降低足以满足裂纹表面能的增加从而导致材料脆性断裂。
格雷菲斯公式
C
是必要条件，能量判据。
12.为什么理论断裂强度与实际断裂强度在数值上有数量级的差别;
13.机械设计中最常用的两个强度指标为：
屈服强度和抗拉强度;
14.碳含量对钢拉伸曲线的影响。
第二章金属在其他静载荷下的力学性能
1.应力状态软性系数a及其代表的意义；
应力状态软性系数：
表示最大切应力与最大正应力的相对大小。
表示塑性变形难易程度。
2（13）
max213
max1（23）210.5（23）
（1）a越大就越易塑性变形，反之越易产生脆性断裂。
（2）把a值较大的称做软的应力状态，a值较小的称做硬的应力状态。
2.压缩、弯曲、扭转试验的特点；
1、压缩试验的特点
（1）单向压缩的应力状态软性系数口=2。
（2）拉伸时塑性很好的材料在压缩时只发生压缩变形而不会断裂
2弯曲试验的特点
（1）上表面为压应力，下表面为拉应力；
（2）弯曲试验试样形状简单，造作方便
（3）表面上应力最大可灵敏反映材料表面缺陷；
3扭转试验的特点
（1）扭转的应力状态软性系数为0.8,易于显示塑性行为；
（2）圆柱试样扭转时，整个长度上塑性变形是均匀的，没有颈缩现象；
（3）可敏感反映表面缺陷及硬化层性能；
（4）根据扭转试验可明确区分材料最终断裂方式是正断还是切断。
3.缺口效应（定义及由于缺口引起的两个效应），理论应力集中系数，缺口敏感度及其代表的意义；
缺口效应：
缺口的存在，使得材料在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态发生改变
缺口的第一个效应：
缺口造成应力集中。
并改变了缺口前方的应力状态
缺口的第二个效应：
缺口使塑性材料的强度增高，塑性降低。
理论应力集中系数Kt:
表示缺口引起的应力集中程度。
Kt一max一
缺口敏感度（NSR）:
缺口试样的抗拉强度与等截面光滑试样抗拉强度的比值。
NSR
------缺口试样拉伸强度bn
b——光滑试样拉伸强度
NSR越大缺口敏感性越小
（1）脆性材料，NSR远小于1,形变强化非常小，对缺口非常敏感
⑵高强度材料，NSRV1,形变强化小，敏感
（3）塑性材料，NSR>
1，形变强化大，不敏感
4.硬度的分类、符号表示方法、测试（布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度）原理方法;
一、布氏硬度（HB）
1、测定方法及原理
压头有淬火钢球或硬质合金球
压力将压头压入试样表面，保持规定的时间后卸除压力，试件表面留下压痕。
“0.102F0.204F
HB
AD（D\D2d2）
符号表示：
压头为淬火钢球，HBS（布氏硬度小于450）;
压头为硬质合金球（布氏硬度450~650）,
HBW。
表示方法：
150HBSI0/3000/30;
500HBW5/750。
二、洛氏硬度（HR）
压头有a=120°
的金刚石圆锥体（HRA、HRC）;
淬火钢球或硬质合金球（HRB）。
预加10kgf压力，再加主压力，然后卸载。
以压头留下的压痕深度表示材料的硬度值。
规定每
0.002mm为一个洛氏硬度单位
1HRB――淬火钢球，中等载荷，测轻金属，未淬火钢
2HRC--金刚石圆锥，大载荷，测较硬，淬硬钢制品
3HRA――金刚石圆锥，小载荷，测硬、薄试件
60HRC;
70HR30N。
三、维氏硬度
1、原理及种类
压头为a=136o的金刚石四棱锥体。
试验原理与布氏硬度相同
宏观维氏硬度：
F=49.03~980.7N。
显微维氏硬度：
F=0.098N~1.961N。
通过测量对角线长度d计算出HV
0.102F
HV
A
640HV30。
四、努氏硬度
五•肖氏硬度和里氏硬度
5.课后作业P55页的8题。
（选用硬度试验）
（1）渗碳层的硬度分布：
显微维氏或努氏硬度试验——试验力小，显微放大装置使检测精度更高
（3）灰铸铁：
布氏硬度灰铸铁含有粗大晶粒和组成相，布氏硬度不受个别组成相和微小不均匀性影响
（4）鉴别钢中的隐晶马氏体与残余奥氏体：
显微维氏硬度——试验力小，显微放大装置使检测精度更高，可测定合金中具体相硬度
（6）龙门刨床导轨；
肖氏硬度或里氏硬度——手提式装置，使用方便，可在现场测量大型工件第三章金属在冲击载荷下的力学性能
1.冲击韧性；
冲击韧性指的是材料在冲击载荷作用下，吸收塑性变形功和断裂功的大小。
常用标准试样的冲击吸收功Ak来表示。
2•低温脆性、韧脆转变温度及其确定方法、韧性温度储备；
一•低温脆性；
金属或合金，当温度低于某一温度tk时，Ak明显转变为脆性状态，该现象称为低温脆性（冷脆）。
――多为bcc、hep结构。
韧脆转变温度tk:
冲击韧性显著下降的温度，是衡量材料冷脆转化倾向的重要指标。
二、韧脆转变温度的确定
1、按能量定义tk
（1）以低阶能定义tk，NDT（nilductilitytemperature）无塑性或零塑性转变温度。
低于NDT，断口由100%结晶区组成。
（2）以高阶能定义tk，FTP（fracturetransitionplastic）
高于FTP，断口由100%纤维区组成。
（3）以低阶能和高阶能平均值来定义tk:
FTE（fracturetransitionelastic）
2、按断口形貌定义tk的方法
冲击试样断口一般也存在三个区：
注：
50%FATT（P61）
三机件的最低使用温度必须高于tk，两者之差越大越安全。
△二t0-tk称为韧性温度储备。
通常
tk为负值，t0应高于tk，所以△为正值。
一般取
3.产生低温脆性的物理本质和机理；
物理本质：
材料的屈服强度随温度降低急剧增加，而材料的解理断裂强度出
却随温度的变化很小，两者相交于tk。
当t>
tk时，cc>
cs，随外力T，
先屈服，后断裂一韧性断裂。
当t<
tk时，cc<
cs，外加应力先达到O—
cc，（屈服的同时发生断裂）为脆性断裂。
机理：
①派纳力（P14）
2迟屈服（P60）
3柯氏气团：
位错运动受阻
4.影响韧脆转变温度的因素。
一、晶体结构的影响
1、bcc、hcp金属及合金存在低温脆性。
2、fcc金属及合金在常规使用温度下一般不存在低温脆性。
3、普通中、低强度钢的基体为bcc的F,所以均具有明显的低温脆性。
二、化学成分
（1）间隙原子,使韧性降低,提高其韧脆转变温度。
（2）钢中的置换原子，一般提高韧脆转变温度，降低韧性。
但Ni和Mn例外<
（3）杂质元素S、P、As、Sn、Sb使韧性,提高韧脆转变温度。
三、显微组织的影响
1、晶粒大小的影响
晶粒尺寸J,亚晶尺寸J,胞状结构尺寸J,使AkT,akT,tkJ。
细化晶粒提高韧性的原因：
（1）晶界是裂纹扩展的阻力。
d阻力T,脆性J。
（2）d位错塞积群长度应力集中不易产生解理裂纹，脆性J。
⑶dJ,晶粒中心与边缘变形的不均匀性J,不易产生裂纹，脆性J。
（4）晶界总面积增加,杂质浓度减少,避免产生沿晶脆断。
2、金相组织的影响
（1）单相的Ak高于复相合金。
特殊：
高碳回火马氏体中分布少量残余奥氏体—冲击性能较高,韧脆转变温度低
（2）第二相越细小，均匀分布，AkT,韧脆转变温度低。
（3）球状第二相Ak>
片状或网状第二相的Ak。
⑷第二相与基体性能越接近，AkT,韧脆转变温度低。
3、内部缺陷的影响
内部缺陷使AkJ。
4、表面状态的影响
同一材料,Akv<
Aku<
光滑试样的Ak
四、强度等级的影响
1、中、低强度钢冷脆转变明显。
2、高强度钢没有明显的冷脆转变：
其本身Ak就较低
第四章金属的断裂韧度
1.低应力脆断；
在低于屈服应力以下发生的脆性断裂
2.裂纹的扩展形式；
1、张开型（I型）
2、滑开型（II型）
3、撕开型（III型）
裂纹的扩展常常是组合形式，I型裂纹最危险。
3.应力场强度因子KI定义及其表达式；
应力场强度因子KI:
对于给定材料，裂纹尖端附近确定点P（r,B）,KI决定了裂纹尖端应力场的
大小或强弱程度，称为应力场强度因子。
KIY乙a
应力场强度因子通式
（1）无限大板穿透裂纹
裂纹形状参数:
应力场强度因子:
（2）无限大物体表面半椭圆裂纹
应力场强度因子：
Ki="
a
裂纹形状系数:
（三）断裂韧度Kc和断裂K判据
1、断裂韧度KIc
临界裂纹尺寸
2、KIc与KI之间的区别
（1）KIc是材料的力学性能指标之一，反映了材料抵抗裂纹失稳扩展即抵抗脆性断裂的能力。
它决
KI描述裂纹前端内
定于材料的成分、组织结构等内在因素，而与外加应力及试样尺寸等外在因素无关。
⑵KIc是KI的临界值，与KI有相同的量纲，但KIc与KI的意义截然不同应力场强弱的力学参量，决定于外加应力、试样尺寸和裂纹类型，而与材料无关3•断裂判据
根据KI和KIC的相对大小，一断裂K判据，平面应变最危险，常用KIC
Kic
7.断裂韧度测试时试样的制备（满足条件）
IC
保证：
平面应变、小范围屈服
B
a
（W
8.张开位移3（COD）,断裂S判据；
1、COD的概念
设：
一无限大板中有I型穿透裂纹，在平均应力c下，裂纹两端出现塑性区p,其尖端因塑性钝化，
在不增加裂纹长度2a的情况下，将沿c方向产生张开位移S,这个S称COD。
2、断裂韧度Sc及断裂S判据
在平均应力c下，当裂纹尖端张开S达到临界值Sc时，裂纹就开始扩展（开裂点），且对于一定材
料和厚度的板材，Sc为定值，所以可将S看作是一种推动裂纹扩展的动力。
Sc称为材料的断裂韧度，表示材料抵抗裂纹开始扩展的能力，也是裂纹开始扩展的断裂判据，而
不是裂纹失稳扩展的判据。
9.平面应力和平面应变；
10.有关断裂韧度的计算。
例1:
有一大型薄板构件，承受工作应力为400MN/m2，板的中心有一长为3mm的裂纹，裂纹面垂直于工作应力，钢材的cs=500MN/m2，试确定：
裂纹尖端的应力场强度因子KI及裂纹尖端的塑性区尺寸R。
解题步骤：
（1）判断是否需修正：
c/cs>
0.7时需修正
（2）判断裂纹类型以及应力状态。
（3）确定计算公式一平面应力、平面应变下的KI表达式;
---平面应力、平面应变下塑性区的宽度公式。
解题：
c/cs=400/500=0.8>
0.7—需修正。
薄板，为平面应力状态
33.3MN/m
例2:
某合金钢调质后的性能c0.2=1500MPa,Klc=100MN/m3/2,设此种材料厚板中存在垂直于外界应力的裂纹，所受应力1000MPa，问此时的临界裂纹长度是多少？
解：
因为c/cs=1000/1500=0.67<
0.7,不需修正，厚板，为平面应变状态。
Kic
KIC211002
ac-
J2（）20.00318m3.18mm
3.141000
临界裂纹长度为2ac=6.36mm
第五章金属的疲劳
1.疲劳：
金属机件或构件在变动载荷和应变长期作用下，因累积损伤而引起的断裂现象。
2.疲劳断裂的特点，疲劳断口的宏观（贝纹线）与微观特征（存在疲劳条带）；
1疲劳断裂特点
（1）低应力、延时、有寿命的断裂。
（2）脆性断裂（3）疲劳对缺陷十分敏感
2疲劳宏观断口的宏观特征
（1）、疲劳源：
裂纹的萌生地。
一般在表面，也可在内部。
光亮度最大。
表面产生加工硬化
（2）、疲劳区（贝纹区）：
断面比较光滑，并分布有贝纹线。
贝纹线指疲劳裂纹扩展过程中留下的一条条以裂纹源为中心的同心弧线。
（3）、瞬断区：
一般在疲劳源的对侧，脆性材料为结晶状断口；
韧性材料有放射状纹理；
边缘为剪切唇。
3微观断口特征：
具有略呈弯曲并相互平行的沟槽花样，称为疲劳条带
3.疲劳曲线（S-N曲线），疲劳极限c-1；
疲劳曲线是所加应力cmax（或应力幅ca）与断裂周次N的关系曲线，即S-N曲线。
P98看
材料能经受无限次应力循环而不发生疲劳断裂的最大应力，称疲劳极限，也称疲劳强度
4.过载损伤，过载损伤界，过载持久值，过载损伤区；
过载损伤：
在高于疲劳极限的应力水平下运转一定周次后，其疲劳极限或疲劳寿命减小，称为过载
损伤。
过载持久值：
金属材料在高于疲劳极限的应力下运行时，发生疲劳断裂的应力循环周次，称为材料
的过载持久值，单位：
周次。
在过载应力作用下，经历一定的循环周次发生断裂，这些点连线-过载持久值线
金属材料抵抗疲劳过载的能力，用过载损伤界或过载损伤区表示。
不同过载应力水平和相应的开始降低疲劳寿命的应力循环周次，这些点的连线-过载损伤界
过载损伤区：
过载损伤界与过载持久值线间的影线区。
5.疲劳缺口敏感度及其代表的意义；
Kf-1金属材料在交变载荷作用下的缺口敏感性，称疲劳缺口敏感度。
qf
Kt-1
6.疲劳裂纹扩展门槛值△Kth,△Kth和c-1区别；
1•疲劳裂纹扩展门槛值厶Kth（P105）
（1）定义：
疲劳裂纹不扩展的应力强度因子范围厶K的临界值称为疲劳裂纹扩展门槛值。
（2）意义：
表示材料阻止疲劳裂纹开始扩展的性能，是材料的力学性能指标，单位与K相同。
2厶Kth与c-1的异同
△Kth与c-1都是表示无限寿命的疲劳性能，都受材料成分和组织、载荷条件及环境因素等影响；
c-1:
光滑试样的无限寿命疲劳强度，用于传统的疲劳强度设计；
△Kth:
裂纹试样的无限寿命疲劳性能，适于裂纹体的设计。
7.材料的疲劳过程，疲劳裂纹的形成机理、阻止其产生的措施；
1.疲劳过程：
裂纹萌生、亚稳扩展、失稳扩展、断裂。
2机理：
主要方式有表面滑移带开裂；
第二相、夹杂物或其界面开裂；
晶界或亚晶界开裂
P111-113
8.疲劳裂纹的扩展过程，扩展第二阶段的断口特征，贝纹线和疲劳条带的区别；
1、疲劳裂纹扩展第一阶段
沿主滑移系（与主应力成45°
）,以纯剪切方式向内扩展；
扩展距离仅为2~3个晶粒范围。
2、疲劳裂纹扩展第二阶段
由于晶粒位向的不同和晶界的阻碍，裂纹方向转向与外力轴垂直，进入第二阶段疲劳裂纹亚稳扩展
的主要部分。
断口特征：
具有略呈弯曲并相互平行的沟槽花样，称为疲劳条带。
3贝纹线和疲劳条带的区别
（1）疲劳条带是电子显微镜观察到的疲劳断口微观特征，一次应力循环产生一条疲劳条带；
贝纹线
是疲劳断口宏观特征，由启动、停歇、偶然过载等大的载荷变动引起；
（2）相邻贝纹线间可能有成千上万条疲劳条带；
（3）循环应力下疲劳条带是相互平行、等间距的；
贝纹线在疲劳源附近较密，偏离疲劳源时则较稀
疏；
判断裂纹扩展方向通常利用贝纹线；
9.疲劳的分类（P96低周、高周、热疲劳、热机械疲劳）
1、分类：
根据断裂周次高低
（1）高周疲劳（断裂周次Nf>
105）
断裂应力水平较低，c<
cS,也称低应力疲劳，即通常所说的疲劳一一机械疲劳；
高周疲劳定义：
材料在低于屈服极限的交变应力作用下，超过105循环周次而产生的疲劳断裂。
⑵低周疲劳（Nf=102-105）
断裂应力水平较高，c》cS，也称高应力疲劳或应变疲劳。
低周疲劳定义：
材料在接近或超过屈服极限的交变应力作用下，由于塑性应变反复循环，于超过
102-105循环周次而产生的疲劳断裂。
热（应力）疲劳：
由周期变化的热应力火热应变引起的材料破坏热机械疲劳：
热引力与机械应力叠加引起的疲劳
10.影响疲劳强度的因素；
一、表面状态的影响
1、应力集中
缺口导致应力集中，高于平均应力，微裂纹产生，C-1；
2、表面状态
表面粗糙程度增加、划痕、表面氧化、脱碳等缺陷，均使C-1；
二、表面层残余应力及表面强化的影响
（1）表面残余拉应力导致疲劳强度降低0
（2）表面残余压应力可以提高疲劳强度0
（3）表面强化处理可在表面产生有利的残余压应力，并能提高表面的强度和硬度，可提高疲劳强度0
11.高周疲劳、低周疲劳定义，低周疲劳的特点（P120）；
疲劳寿命为102-105次的疲劳断裂，称为低周疲劳0低周疲劳的特点
（1）局部产生宏观变形，应力与应变之间呈非线性；
（2）裂纹成核期短，有多个裂纹源；
（3）断口呈韧窝状、轮胎花样状；
（4）疲劳寿命取决于塑性应变幅0塑性应变占主要地位0
12.循环软化，循环硬化，过渡寿命0
循环硬化与循环软化：
恒应变幅（塑性应变幅或总应变幅）循环加载过程中，材料的形变抗力不断增加，则称为循环硬化；
反之为循环软化0
过渡寿命（P122）
第六章金属的应力腐蚀和氢脆断裂
1.应力腐蚀断裂定义及其产生条件；
1、应力腐蚀的含义
在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆性断裂现象0
2.产生条件
1应力：
拉应力（不大），工作应力+残余应力
2化学介质：
特定的化学介质，弱腐蚀性
3金属材料：
合金，有敏感成分
2.应力腐蚀断口特征；
宏观：
有亚稳扩展区，最后瞬断区（与疲劳裂纹相似）；
断口呈黑色或灰色，呈枯树枝状0微观：
“泥状花样”腐蚀产物；
腐蚀坑；
沿晶断裂和穿晶断裂0
3.应力腐蚀应力场强度因子（P131应力腐蚀门槛值KISCC）；
应力腐蚀门槛值KIscc：
将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断裂判据：
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