西工大材料性能学期末考试总结题库Word格式.docx
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银纹：
聚合物材料在张应力作用下表面或内部出现的垂直于应力方向的裂隙。
临界角时，裂隙因全反射而呈银色。
24.河流花样：
在电子显微镜中解理台阶呈现出形似地球上的河流状形貌，故名河流状花样。
25.解理台阶：
解理断裂断口形貌中不同高度的解理面之间存在台阶称为解理台阶。
26.韧窝：
微孔聚集形断裂后的微观断口。
27.理论断裂强度：
在外加正应力作用下，将晶体中的两个原子面沿着垂直于外力方向拉断所需的应力称为理论断裂
强度。
28.真实断裂强度：
用单向静拉伸时的实际断裂拉伸力Fk除以试样最终断裂截面积Ak所得应力值。
29.静力韧度：
通常将静拉伸的b――£
曲线下所包围的面积减去试样断裂前吸收的弹性能。
二、填空题。
1.整个拉伸过程的变形可分为弹性变形，屈服变形，均匀塑性变形，不均匀集中塑性变形四个阶段。
2.材料产生弹性变形的本质是由于构成材料原子（离子）或分子自平衡位置产牛可逆位移的反应。
3.在工程中弹性模数是表征材料对弹性变形的抗力,即材料的刚度，其值越大，则在相同应力下产生的弹性变形就
越小。
3.比例极限与弹性极限的工程意义。
答：
（1）对于要求服役时其应力应变关系严格遵守线性关系的机件，应以比例极限作为选择材料的依据；
（2）对于服役条件不允许产生微量塑性变形的机件，设计时应按弹性极限来选择材料。
4.塑性变形产生条件。
（1）在切应力下产生；
（2）切应力大于临界切应力。
5.屈服强度的实际意义。
（1）作为防止因材料过量塑性变形而导致机件失效的设计和选材的依据；
（2）根据屈服强度与抗拉强度的比值大小，衡量材料进一步塑性变形的倾向，作为金属冷塑性变形加工和确定机件缓解应力集中防止脆断的参考依据。
6.影响金属材料屈服强度的因素。
a.晶体结构
b.晶界和亚结构：
（1）晶界越多，对材料屈服强度贡献越大；
（2）亚晶界的作用与晶界类似，阻碍位错运动。
C.溶质元素：
使位错受阻，提高屈服强度。
d.第二相
e.温度：
升高温度，屈服强度下降。
f.应变速率和应力状态：
应变速率高，屈服应力显著升高；
切应力分量增大，有利于塑性变形，屈服强度低。
7..影响应变硬化指数n的因素。
晶体层错能f（晶体原子面发生错误堆垛，产生晶格畸变，晶体增加的能量为层错能），nJ，形变强化小。
nJ。
to
冷变形bst,nJ,形变强化小。
（n（Ts=常数）溶质原子含量t,晶粒尺寸dt,nn和材料的屈服点大致呈反比关系，即nXts=常数。
8..应变硬化的意义。
答：
（1）在加工方面，利用应变硬化和塑性变形的合理配合，可使金属进行均匀的塑性变形，保证冷变形工艺顺利实施；
（2）在材料应用方面，应变硬化可使金属机件具有一定的抗偶然过载的能力，保证机件使用安全；
（3）应变硬化也是一种强化金属的重要手段，尤其对那些不能进行热处理强化的材料。
9.材料产生超塑性的条件。
（1）超细晶粒，晶粒尺寸达微米量级，且为等轴晶；
（2）
10-3S-1。
合适的变形条件，变形温度在0.4Tm以上，应变速率一般大于或等于
（3）应变速率敏感指数较高，出现超塑性的条件是0.3<
m<
1o
10.断裂的分类。
按照断裂前与断裂过程中材料的宏观塑性变形程度，分为韧性断裂和脆性断裂；
按照晶体材料断裂时裂纹扩展途径，分为穿晶断裂和沿晶断裂；
按照微观断裂机理，分为解理断裂和剪切断裂；
按照作用力的性质，分为正断和切断。
11.韧性断裂、脆性断裂、正断、切断的辨别。
正断不一定是脆断，也有明显的塑性变形；
切断是韧断，但反之不一定成立。
规定光滑拉伸试样的断面收缩率，小于5%者为脆性断裂；
大于5%者为韧性断裂。
12.断裂的断口特征与形貌。
韧性断裂：
断口呈暗灰色、纤维状。
脆性断裂：
断口与正应力垂直，宏观上比较齐平光亮，常呈放射状或结晶状。
解理断裂：
宏观特征：
断口呈结晶状，有许多反光小平面；
微观断口形貌特征：
解理台阶、河流、舌状花样。
13.高分子材料的断裂机理。
（p28）
断裂是银纹产生和发展的过程。
应力7弱结构或缺陷处产生银纹7银纹长大7形成微孔7微孔扩大和连接7形成裂纹。
14.格里菲斯裂纹理论。
（p33）
实际材料中已经存在裂纹，当平均应力还很低时，裂纹尖端的应力集中已达到很高值，从而使裂纹快速扩展并导致脆性断裂，根据能量平衡原理计算出裂纹自动扩展时的应力值，即计算出含裂纹体的强度。
第二章材料在其他静载荷下的力学性能
一、名词解释。
1.应力状态软性系数：
不同加载条件下材料的最大切应力与最大正应力的比值。
2.缺口敏感性：
材料因缺口造成三向应力状态和应力应变集中而变脆的倾向。
3.缺口敏感度：
试验时常用试样的抗拉强度与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度的比值作为材料的缺口敏感性指标，称作缺口敏感度。
4.硬度：
指材料表面不大体积内抵抗变形或破坏的能力。
二、简答。
1.扭转、弯曲、压缩试验怎么进行？
各自的性能指标？
A.扭转试验的特点及应用。
（1）
如淬火低温回火工具钢的
扭转时应力状态的柔度系数较大，因而可用于测定那些在拉伸时表现为脆性的材料，
塑性。
（2）圆柱试件在扭转试验时，整个长度上的塑性变形始终是均匀的，其截面及标距长度基本保持不变，不会出现静拉伸时试件上发生的颈缩现象。
因此，可用扭转试验精确地测定高塑性材料的变形抗力和变形能力，而这在单向拉伸或压缩试验时是难以做到的。
（3）扭转试验可以明确地区分材料的断裂方式，正断或切断。
（4）扭转试验时，试件截面上的应力应变分布表明，它将对金属表面缺陷显示很大的敏感性.因此，可利用扭转试
验研究或检验工件热处理的表面质量和各种表面强化工艺的效果。
（5）扭转试验时，试件受到较大的切应力，因而还被广泛地应用于研究有关初始塑性变形的非同时性的问题，如弹性后效、弹性滞后以及内耗等.
综上所述，扭转试验可用于测定塑性材料和脆性材料的剪切变形和断裂的全部力学性能指标，并且还有着其它力学性能试验方法所无法比拟的优点。
因此，扭转试验在科研和生产检验中得到较广泛地应用。
然而，扭转试验的特点和优点在某些情况下也会变为缺点，例如，由于扭转试件中表面切应力大，越往心部切应力越小，当表层发生塑性变形时，心部仍处于弹性状态。
因此，很难精确地测定表层开始塑性变形的时刻，故用扭转试验难以精确地测定材料的微量塑性变形抗力。
B.弯曲试验的应用。
（1）用于测定灰铸铁的抗弯强度，灰铸铁的弯曲试件一般采用铸态毛坯圆柱试件。
（2）用于测定硬质合金的抗弯强度，硬质合金由于硬度高，难以加工成拉伸试件，故做弯曲试验以评价其性能和质量。
（3）陶瓷材料的抗弯强度测定。
C単向压缩试验。
（1）单向压缩时应力状态的柔度系数大，故用于测定脆性材料，如铸铁、轴承合金、水泥和砖石等的力学性能。
（2）由于压缩时的应力状态较软，故在拉伸、扭转和弯曲试验时不能显示的力学行为，而在压缩时有可能获得。
（3）压缩可以看作是反向拉伸。
因此，拉伸试验时所定义的各个力学性能指标和相应的计算公式，在压缩试验中基本上都能应用。
2.缺口效应。
（P44）
（1）缺口处应力应变集中；
（2）改变缺口前方应力状态；
（3）使塑性材料硬化。
3.各种硬度的测定原理、表示方法、优缺点。
（P48）答：
（1）布氏硬度：
优点是压痕面积较大，其硬度值能反映材料在较大区域内各组成相的平均性能。
缺点是因压痕直径较大，一般不宜在成品件上直接进行检验；
此外，对硬度不同的材料需要更换压头直径
D和载荷F,同时压痕直径的测量也比较麻烦。
（2）洛氏硬度：
优点是操作简便迅速；
压痕小，可对工件直接进行检验；
采用不同标尺，可测定各种软硬不同和薄厚不一试样的硬度。
缺点是因压痕较小，代表性差；
尤其是材料中的偏析及组织不均匀等情况，使所测硬度值的重复性差、分散度大；
用不同标尺测得的硬度值既不能直接进行比较，又不能彼此互换。
（3）维氏硬度：
优点：
由于角锥压痕清晰，采用对角线长度计量，精度可靠；
压头为四棱锥体，当载荷改变时，压入角恒定不变，因此可以任意选择载荷，而不存在布氏硬度那种载荷F与压球直径D之间的关系约束。
此外，维氏硬度也
不存在洛氏硬度那种不同标尺的硬度无法统一的问题，而且比洛氏硬度所测试件厚度更薄。
缺点：
其测定方法较麻烦，工作效率低，压痕面积小，代表性差，所以不宜用于成批生产的常规检验。
4.
（2）引起三向应力状态，使材料脆化；
（4）使缺口附近的应变速率增高。
10mm的淬火钢球，在3000kgf载荷作用下保持30s测得的硬度值为280。
15s测得的硬度值为500。
缺口对材料拉伸性能的影响。
（1）产生应力集中；
（3）由应力集中带来应变集中；
5.280HBS/10/3000/30:
当用直径为
500HBW/5750:
当用直径为5mm的硬质合金球，在750kgf载荷作用下保持10
6.硬度的测试方法有刻划法，压入法，回跳法。
第三章材料的冲击韧性及低温脆性
一、名词解释。
1.韧脆转变温度：
当试验温度低于某一温度时，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变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状，这时的温度称为韧脆转变温度。
2.蓝脆：
碳钢和某些合金钢在冲击载荷或静载荷下，在一定温度范围内出现脆性，在该温度范围内加热时，表面氧化色为蓝色，称为蓝脆。
3.低温脆性：
当试验温度低于某一温度时，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。
4.迟屈服：
对材料施加一个大于屈服强度的高速载荷时材料并不会立即产生屈服，而需要经过一段孕育期才开始塑性变形。
5.韧脆温度储备：
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。
二、填空题。
1.冲击韧度是一个综合性力学指标，与材料的强度和塑性有关。
2.冲击弯曲试验的标准试样是夏比U型缺口试样和夏比V型缺口试样。
3.冲击能量高时，材料的多次冲击抗力主要取决于塑性,卫击能量低时，材料的多次冲击抗力主要取决于强度。
_
4.受冲击负荷的重要机件韧脆温度储备值取上限，丄受冲击负荷作用的非重要机件韧脆温度储备值取下限，_
三、简答。
1.一次冲击试验的原理。
（p56）答：
质量m的摆锤，举至高度H，势能mgH1;
锤释放，将试件冲断。
摆锤失去一部分能量，这部分能量就是冲断试件所作的功，称为冲击功，以Ak表示。
剩余的能量使摆锤扬起高度H2,故剩余的能量即为mgH2。
Ak=mgH1-mgH2=mg（H1-H2）Ak的单位为Kgf.m或J
2.冲击韧度及其工程意义。
用试样缺口处截面FN（cm2）去除AKV（AKU）,便得到冲击韧度或冲击值aKV（aKU）,即
aKV（aKU）=AKV（AKU）/FN
J/cm2。
aKV（aKU）是一个综合性的力学性能指标，与材料的强度和塑性有关，单位为
3.一次冲击弯曲试验主要用途：
（1）它能反映出原始材料的冶金质量和热加工产品的质量；
（2）测定材料的韧脆性转变温度；
（3）对屈服强度大致相同的材料，根据AK值可以评定材料对大能量冲击破坏的缺口敏感性。
4.韧脆转变温度及其评价方法。
（p61）
5.影响材料低温脆性的因素。
（1）晶体结构的影响
体心立方金属及其合金存在低温脆性，而面心立方金属及其合金一般不存在低温脆性。
（2）化学成分的影响
a.间隙溶质元素含量增加，高阶能下降，韧脆转变温度提高。
b.加入置换型溶质元素（Ni、Mn例外），一般也降低高阶能，提高韧脆转变温度，但是效果不明显。
C.杂质元素S、P、Pb等使钢的韧性下降。
b.金相组织有影响
（3）显微组织的影响a.细化晶粒提高韧性
（4）温度的影响主要是“蓝脆”的影响
（5）加载速率的影响
a.提高加载速率如同降低温度，使材料脆性增大，韧脆转变温度提高；
b.加载速率对钢脆性的影响与钢的强度有关。
（6）试样形状和尺寸的影响
a.缺口曲率半径越小，tk越大，因此，V型缺口试样的tk高于U型试样的tk。
b.当不改变缺口尺寸而只增加试样宽度（或厚度）时，tk升高.若试样各部分尺寸按比例增加时，tk也升高。
6.细化晶粒提高韧性的原因有？
（1）晶界是裂纹扩展的阻力；
（2）晶界前塞积的位错数减少，有利于降低应力集中；
（3）晶界总面积增加，使晶界上杂质浓度减少，避免产生沿晶脆性断裂。
7.从宏观和微观角度分析为什么一些物质有低温脆性，另一些物质却没有？
从宏观角度分析，材料低温脆性的产生与其屈服强度和断裂强度随温度的变化有关。
断裂强度随温度的变化很小。
屈服强度随温度的变化情况与材料的本性有关，具有体心立方或密排六方结构的金属或合金的屈服强度对温度变化十分敏感，温度降低，屈服强度急剧升高，故两线交于一点，该点对应的温度即为tk，高于tk时，断裂强度大
于屈服强度，材料受载后，先屈服后断裂，为韧性断裂；
低于TK时，外加应力首先达到断裂强度，材料表现为脆
性断裂。
而面心立方结构材料的屈服强度随温度的下降变化不大，近似为一水平线，即使在很低的温度仍未与断裂强度曲线相交，故此种材料的脆性断裂现象不明显。
微观上，体心立方金属的低温脆性与位错在晶体中运动的阻力对温度变化非常敏感有关，阻力在低温下增加，故该类材料在低温下处于脆性状态。
面心立方金属因位错宽度比较大，阻力对温度变化不敏感，故一般不显示低温脆性。
第四章材料的断裂韧性
1.低应力脆断：
在材料存在宏观裂纹时，在应力水平不高甚至低于屈服极限时材料发生脆性断裂的现象。
2.应力场强度因子：
反映裂纹尖端应力场强度的因子。
3.断裂韧度：
当应力场强度因子增大到一临界值，带裂纹的材料发生断裂，该临界值称为断裂韧度。
4.能量释放率：
5.
J积分反映了裂纹尖端区的应变能，即应力应变的集中
J积分理论：
可以定量的描述裂纹体的应力应变场的强度。
程度。
6.裂纹尖端张开位移：
裂纹体受载后，在裂纹尖端沿垂直裂纹方向所产生的位移。
二、填空。
1.线弹性条件下断裂韧度的处理问题的方法应力应变分析方法和能量分析方法。
2.
Ro丄（0）2,考虑应力松弛后，塑性区的尺寸扩大了1倍；
平
S
裂纹扩展的基本方式：
张开型裂纹扩展、滑开型裂纹扩展、撕开型裂纹扩展，其中张开型裂纹扩展最危险。
3.平面应力状态下应力松弛后塑性区尺寸为：
R1/Ki'
2
面应变塑性区宽度为：
02J2'
s'
，塑性区的宽度也扩大了1倍；
应力松弛的影响下，平面应变塑性区宽
R0也是原rO的两倍。
-1、T-1及T-1p，其中0
常见的对称循环载荷有对称弯曲、对称扭转、对称拉压等。
对应的疲劳强度分别记为0
-1是最常用的。
5..
第二就是校核，第三就是材料开发。
断裂韧度在工程中的应用第一就是设计，
三、知识点。
1.KIC和KI的区别。
（p68）
它决定于外加应力、试样尺寸和裂纹类型,
KI是一个力学参量，表示裂纹中裂纹尖端的应力应变场强度的大小，
而和材料无关。
KIC是一个是材料的力学性能指标，它决定于材料的成分、组织结构等内在因素，而与外加应力以及试样尺寸等外在因素无关，为平面应变断裂韧度。
2.影响材料断裂韧度的因素。
（p75）
a.化学成分、组织结构对断裂韧度的影响
（1）化学成分的影响
（2）尺寸的影响（3）夹杂和第二相的影响（4）显微组织的影响
b.特殊改性处理对断裂韧度的影响
（1）亚温淬火
（2）超高温淬火（3）形变热处理
C.外界因素对断裂韧度的影响
（1）温度
（2）应变速率
3.由于裂纹尖端区域发生塑性变形，改变应力分布，为了使线弹性断裂力学的分析依然适用，必须对塑性区德影响进行修正，用a+ry代替a。
Ki=Yja
第五章材料的疲劳性能
1.疲劳：
工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称为疲劳。
2.疲劳寿命：
机件疲劳失效前的工作时间成为疲劳寿命。
3.贝纹线：
疲劳裂纹扩展区留下的海滩状条纹。
4.驻留滑移带：
在交变载荷作用下，永留或能再现的循环滑移带。
5.疲劳条带：
是略呈弯曲并相互平行的沟槽状花样，与裂纹扩展方向垂直，是裂纹扩展时留下的微观痕迹，为疲劳断口最典型的微观特征。
6疲劳强度：
在指定疲劳寿命下，材料能承受的上限循环应力。
根据要求，指定的疲劳寿命可为无限周次也可为有限周次。
7.过载持久值：
材料在高于疲劳强度的一定应力下工作，发生疲劳断裂的应力循环周次，也称为有限疲劳寿命。
8.过载损伤界：
把在每个过载应力下运行能引起损伤的最少循环周次连接起来就得到该材料的过载损伤界。
9.过载损伤区：
过载损伤界到疲劳曲线间的影线区，称为材料的过载损伤区。
10.疲劳缺口敏感度：
材料在变动应力作用下的缺口敏感性常用疲劳缺口敏感度表征。
11.次载锻炼：
材料特别是金属在低于疲劳强度的应力先运转一定周次，即经过次载锻炼，可以提高材料的疲劳强度。
12.热疲劳：
由周期变化的热应力或热应变引起的材料破坏称为热疲劳。
13.抗热震性：
材料经受温度瞬变而不被破坏的能力。
1.典型疲劳断口具有3个特征区一疲劳源、疲劳裂纹扩展区、瞬断区。
2.疲劳区的每组贝纹线好像一簇以疲劳源为圆心的平行弧线，凹侧指向疲劳源，凸侧指向裂纹扩展
3.脆性材料的疲劳断口呈结晶状：
韧性材料断口在心部平面应变区呈放射状或人字纹状，边缘区则有剪切唇区存
在。
4.疲劳条带是疲劳断口的微观特征，贝纹线是疲劳断口的宏观特征。
;
第n阶段沿垂直拉应力方向向前扩展形成主裂
疲劳辉纹和疲劳斑纹。
尺寸效应
裂纹扩展的两个阶段，第I阶段是沿着最大切应力方向向内扩展乞，直到最后形成剪切唇。
6.聚合物疲劳断口上可有两种特征的条纹：
7.随着机件尺寸f,其疲劳强度这种现象称为尺寸效应。
8.表面强化处理具有双重作用：
提高机件表面塑变抗力和降低表面的有效拉应力。
9.材料热震破坏的动力是热应力和应力场强度因子。
热震破坏分为两类，一类是热震断裂，另一类是热损伤。
10.金属材料的疲劳过程也是裂纹萌生和扩展的过程。
11.驻留滑移带在表面加宽过程中，还会出现挤出脊和侵入沟。
12.在疲劳曲线的倾斜部分可以确定过载持久值，曲线倾斜的越陡直，持久值越高。
13.材料的过载损伤界越陡直，损伤区越窄，则其抵抗疲劳过载能力就越强。
14裂纹萌生诵过不均匀滑移、微裂纹形成及长大而完成。
1.疲劳破坏的特点。
（p88）答：
（1）是一种潜藏的突发性破坏，即出现脆性断裂；
（2）疲劳破坏属低应力循环延时断裂。
（3）疲劳对缺陷（缺口、裂纹及组织）十分敏感，即对缺陷具有高度的选择性；
（4）疲劳破坏能清楚显示裂纹的萌生和扩展，断裂。
2.疲劳条带和贝纹线区别。
疲劳条带是疲劳断口的微观特征，贝纹线是断口的宏观特征。
在相邻贝纹线间可能有成千上万条疲劳条带。
二者既可同时在断口上出现，也可在断口上不同时出现。
这种不完全对应的现象在对疲劳断口分析时值得
（3）注意。
3.大量研究表明：
疲劳微裂纹由不均匀滑移和显微开裂引起，要方式有：
表面滑移带开裂；
第二相、夹杂物与基体界面或夹杂物本身开裂；
晶界或亚晶界处开裂。
4.AKth和b-1的区别。
K|YJaKth
（1）b-1（疲劳强度）代表的是光滑试样的无限寿命疲劳强度，适用于传统的疲劳强度设计和校核；
（2）AKth（疲劳裂纹扩展门槛值）是疲劳裂纹不扩展的AKI的临界值，代表的是裂纹试样的无限寿命疲劳性能，适于裂纹件的设计和疲劳强度校核。
（3）根据定义，含裂纹件不发生疲劳断裂（无限寿命）的校核公式为:
△Kth、a和△b三个参量，已知二个可求得第三个。
影响材料及机件疲劳强度的因素。
（3）
（4）
1.摩擦：
是接触物体间的一种阻碍运动的现象，这种阻力为摩擦力。
2.磨损：
是在摩擦作用下物体相对运动时，表面逐渐分离出磨屑从而不断损伤的现象。
3.粘着磨损：
粘着磨损又称咬合磨损，是因两种材料表面某些接触点局部压应力超过该处材料屈服强度发生粘合并拽开而产生的一种表面损伤磨损。
（从外
磨粒磨损：
又称磨料磨损或研磨磨损，是摩擦副的一方表面存在坚硬的细微凸起或在接触面间存在硬质粒子界进入或从表面剥落）时产生的磨损。
5.接触疲劳：
两接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时，交变接触压应力长期作用使材料表面疲劳损伤，局部区域出现小片或小块状材料剥落，而使材料磨损的现象，故又称表面疲劳磨损或麻点磨损。
6.接触应力：
两物体相互接触时在局部表面产生的压应力称为接触应力，也叫赫兹应力。
7.耐磨性：
是指材料抵抗磨损的性能，迄今还没有一个明确的统一指标，通常用磨损量表示。
1.机件正常运行的磨损过程的三个阶段：
跑和
2.磨损根据摩擦面损伤和破坏的形式，可分为粘着磨损、磨料磨损、磨蚀磨损、麻点疲劳磨损（接触疲劳）
3.磨粒磨损是摩擦副的一方表面存在坚硬的细微凸起或在接触面间存在硬质粒子时产生的磨损。
4.磨粒磨损可分为凿削式、高应力碾碎式、低应力擦伤式。
沟槽。
磨粒磨损的
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