工程材料力学性能转升本课后答案.docx

工程材料力学性能转升本课后答案.docx

《工程材料力学性能转升本课后答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程材料力学性能转升本课后答案.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

工程材料力学性能转升本课后答案

第一章单向静拉伸力学性能

1、解释下列名词。

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。

5．解理刻面：

这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。

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

2、说明下列力学性能指标的意义。

答：

E弹性模量G切变模量

规定残余伸长应力

屈服强

金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率n应变硬化指数【P15】

3、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。

【P4】

6’试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别？

为什么？

7’决定金属屈服强度的因素有哪些？

【P12】

答：

内在因素：

金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。

外在因素：

温度、应变速率和应力状态。

10’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。

11’剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂，为什么断裂性质完全不同？

【P23】

答：

剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是韧性断裂，而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，解理断裂通常是脆性断裂。

13’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。

17’论述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路，推导格雷菲斯方程，并指出该理论的局限性。

【P32】

答：

，只适用于脆性固体,也就是只适用于那些裂纹尖端塑性变形可以忽略的情况。

25’

材料成分：

rs—有效表面能，主要是塑性变形功，与有效滑移系数目和可动位错有关

具有fcc结构的金属有效滑移系和可动位错的数目都比较多，易于塑性变形，不易脆断。

凡加入合金元素引起滑移系减少、孪生、位错钉扎的都增加脆性；若合金中形成粗大第二相也使脆性增加。

杂质：

聚集在晶界上的杂质会降低材料的塑性，发生脆断。

温度：

σi---位错运动摩擦阻力。

其值高，材料易于脆断。

bcc金属具有低温脆断现象，因为σi随着温度的减低而急剧增加，同时在低温下，塑性变形一孪生为主，也易于产生裂纹。

故低温脆性大。

晶粒大小：

d值小位错塞积的数目少，而且晶界多。

故裂纹不易产生，也不易扩展。

所以细晶组织有抗脆断性能。

应力状态：

减小切应力与正应力比值的应力状态都将增加金属的脆性

加载速度:

加载速度大，金属会发生韧脆转变。

第二章金属在其他静载荷下的力学性能

一、解释下列名词：

（1）应力状态软性系数——  材料或工件所承受的最大切应力τmax和最大正应力σmax比值，即：

 【新书P39旧书P46】

（2）缺口效应—— 绝大多数机件的横截面都不是均匀而无变化的光滑体，往往存在截面的急剧变化，如键槽、油孔、轴肩、螺纹、退刀槽及焊缝等，这种截面变化的部分可视为“缺口”，由于缺口的存在，在载荷作用下缺口截面上的应力状态将发生变化，产生所谓的缺口效应。

【P44P53】

（3）缺口敏感度——缺口试样的抗拉强度σbn的与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb的比值，称为缺口敏感度，即：

【P47P55】

 （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。

【P49P58】

 （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【P51P60】。

 （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。

【P53P62】

（7）努氏硬度——采用两个对面角不等的四棱锥金刚石压头，由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。

二、说明下列力学性能指标的意义

（1）σｂｃ——材料的抗压强度【P41P48】

（2）σｂｂ——材料的抗弯强度【P42P50】

   （3）τｓ——材料的扭转屈服点【P44P52】

   （4）τｂ——材料的抗扭强度【P44P52】

   （5）σｂｎ——材料的抗拉强度【P47P55】

   （6）NSR——材料的缺口敏感度【P47P55】

  （7）HBW——压头为硬质合金球的材料的布氏硬度【P49P58】

   （8）HRA——材料的洛氏硬度【P52P61】

   （9）HRB——材料的洛氏硬度【P52P61】

   （10）HRC——材料的洛氏硬度【P52P61】

   （11）HV——材料的维氏硬度【P53P62】

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45º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性；弯曲试样表面应力最大，可灵敏地反映材料表面缺陷。

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。

四．试述脆性材料弯曲试验的特点及其应用。

五、缺口试样拉伸时的应力分布有何特点？

【P45P53】

在弹性状态下的应力分布：

薄板：

在缺口根部处于单向拉应力状态，在板中心部位处于两向拉伸平面应力状态。

厚板：

在缺口根部处于两向拉应力状态，缺口内侧处三向拉伸平面应变状态。

无论脆性材料或塑性材料，都因机件上的缺口造成两向或三向应力状态和应力集中而产生脆性倾向，降低了机件的使用安全性。

为了评定不同金属材料的缺口变脆倾向，必须采用缺口试样进行静载力学性能试验。

六、试综合比较光滑试样轴向拉伸、缺口试样轴向拉伸和偏斜拉伸试验的特点。

偏斜拉伸试验：

在拉伸试验时在试样与试验机夹头之间放一垫圈，使试样的轴线与拉伸力形成一定角度进行拉伸。

该试验用于检测螺栓一类机件的安全使用性能。

光滑试样轴向拉伸试验：

截面上无应力集中现象，应力分布均匀，仅在颈缩时发生应力状态改变。

缺口试样轴向拉伸试验：

缺口截面上出现应力集中现象，应力分布不均，应力状态发生变化，产生两向或三向拉应力状态，致使材料的应力状态软性系数降低，脆性增大。

偏斜拉伸试验：

试样同时承受拉伸和弯曲载荷的复合作用，其应力状态更“硬”，缺口截面上的应力分布更不均匀，更能显示材料对缺口的敏感性。

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。

【P49P57】

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136。

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。

八.今有如下零件和材料需要测定硬度，试说明选择何种硬度实验方法为宜。

（1）渗碳层的硬度分布；

（2）淬火钢；（3）灰铸铁；（4）鉴别钢中的隐晶马氏体和残余奥氏体；（5）仪表小黄铜齿轮；（6）龙门刨床导轨；（7）渗氮层；（8）高速钢刀具；（9）退火态低碳钢；（10）硬质合金。

（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）

（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

第三章金属在冲击载荷下的力学性能

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】

冲击韧度:

:

U形缺口冲击吸收功

除以冲击试样缺口底部截面积所得之商，称为冲击韧度，αku=Aku/S（J/cm2）,反应了材料抵抗冲击载荷的能力,用

表示。

P57注释/P67

冲击吸收功:

缺口试样冲击弯曲试验中，摆锤冲断试样失去的位能为mgH1-mgH2。

此即为试样变形和断裂所消耗的功，称为冲击吸收功，以

表示，单位为J。

P57/P67

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。

二、

（1）

：

冲击吸收功。

含义见上面。

冲击吸收功不能真正代表材料的韧脆程度，但由于它们对材料内部组织变化十分敏感，而且冲击弯曲试验方法简便易行，被广泛采用。

AKV（CVN）：

V型缺口试样冲击吸收功.

AKU：

U型缺口冲击吸收功.

（2）FATT50：

冲击试样断口分为纤维区、放射区（结晶区）与剪切唇三部分，在不同试验温度下，三个区之间的相对面积不同。

温度下降，纤维区面积突然减少，结晶区面积突然增大，材料由韧变脆。

通常取结晶区面积占整个断口面积50%时的温度为

，并记为50%FATT，或FATT50%，t50。

（新书P61，旧书P71）

或:

结晶区占整个断口面积50%是的温度定义的韧脆转变温度.

（3）NDT:

以低阶能开始上升的温度定义的韧脆转变温度,称为无塑性或零塑性转变温度。

（4）FTE:

以低阶能和高阶能平均值对应的温度定义tk，记为FTE

（5）FTP:

以高阶能对应的温度为tk，记为FTP

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：

对称性低的体心立方以及密排六方金属、合金转变温度高，材料脆性断裂趋势明显，塑性差。

2．化学成分：

能够使材料硬度，强度提高的杂质或者合金元素都会引起材料塑性和韧性变差，材料脆性提高。

3．显微组织：

①晶粒大小，细化晶粒可以同时提高材料的强度和塑韧性。

因为

晶界是裂纹扩展的阻力，晶粒细小，晶界总面积增加，晶界处塞积的位错数减少，有利于降低应力集中；同时晶界上杂质浓度减少，避免产生沿晶脆性断裂。

②金相组织：

较低强度水平时强度相等而组织不同的钢，冲击吸收功和韧脆转变温度以马氏体高温回火最佳，贝氏体回火组织次之，片状珠光体组织最差。

钢中夹杂物、碳化物等第二相质点对钢的脆性有重要影响，当其尺寸增大时均使材料韧性下降，韧脆转变温度升高。

五.试述焊接船舶比铆接船舶容易发生脆性破坏的原因。

焊接容易在焊缝处形成粗大金相组织气孔、夹渣、未熔合、未焊透、错边、咬边等缺陷，增加裂纹敏感度，增加材料的脆性，容易发生脆性断裂。

七.试从宏观上和微观上解释为什么有些材料有明显的韧脆转变温度，而另外一些材料则没有？

宏观上，体心立方中、低强度结构钢随温度的降低冲击功急剧下降，具有明显的韧脆转变温度。

而高强度结构钢在很宽的温度范围内，冲击功都很低，没有明显的韧脆转变温度。

面心立方金属及其合金一般没有韧脆转变现象。

微观上，体心立方金属中位错运动的阻力对温度变化非常敏感，位错运动阻力随温度下降而增加，在低温下，该材料处于脆性状态。

而面心立方金属因位错宽度比较大，对温度不敏感，故一般不显示低温脆性。

体心立方金属的低温脆性还可能与迟屈服现象有关，对低碳钢施加一高速到高于屈服强度时，材料并不立即产生屈服，而需要经过一段孕育期（称为迟屈时间）才开始塑性变形，这种现象称为迟屈服现象。

由于材料在孕育期中只产生弹性变形，没有塑性变形消耗能量，所以有利于裂纹扩展，往往表现为脆性破坏。

四一、解释下列名词

（1）低应力脆断：

在屈服应力以下发生的断裂。

（2）张开型裂纹：

拉应力垂直作用于裂纹扩展面，裂纹沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展。

（3）应力强度因子：

表示应力场的强弱程度。

（4）小范围屈服：

塑性尺寸较裂纹尺寸及净截面尺寸为小，小一个数量级以上的屈服。

（5）有效屈服应力：

发生屈服时的应力

（6）有效裂纹长度：

将原有的裂纹长度与松弛后的塑性区相合并得到的裂纹长度

（7）裂纹扩展能量释放率：

裂纹扩展单位面积时系统释放势能的数值。

（8）J积分：

裂纹尖端区的应变能，即应力应变集中程度

（9）COD：

裂纹尖端沿应力方向张开所得到的位移。

第五章金属的疲劳

1.名词解释;

应力幅σa:

σa=1/2（σmax-σmin）p95/p108

平均应力σm：

σm=1/2（σmax+σmin）p95/p107

应力比r:

r=σmin/σmaxp95/p108

疲劳源：

是疲劳裂纹萌生的策源地，一般在机件表面常和缺口，裂纹，刀痕，蚀坑相连。

P96

疲劳贝纹线：

是疲劳区的最大特征，一般认为它是由载荷变动引起的，是裂纹前沿线留下的弧状台阶痕迹。

P97/p110

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/p132

驻留滑移带：

用电解抛光的方法很难将已产生的表面循环滑移带去除，当对式样重新循环加载时，则循环滑移带又会在原处再现，这种永留或再现的循环滑移带称为驻留滑移带。

P111

ΔK:

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。

ΔK是由应力范围Δσ和a复合为应力强度因子范围，ΔK=Kmax-Kmin=Yσmax√a-Yσmin√a=YΔσ√a.p105/p120

da/dN:

疲劳裂纹扩展速率，即每循环一次裂纹扩展的距离。

P105

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

过载损伤：

金属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，就造成了过载损伤。

P102/p117

2.揭示下列疲劳性能指标的意义

疲劳强度σ-1，σ-p,τ-1,σ-1N,P99,100,103/p114

σ-1:

对称应力循环作用下的弯曲疲劳极限；σ-p:

对称拉压疲劳极限；τ-1:

对称扭转疲劳极限；σ-1N:

缺口试样在对称应力循环作用下的疲劳极限。

疲劳缺口敏感度qfP103/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=（σ-1）/（σ-1N）

过载损伤界P102,103/p117

由实验测定，测出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，得到不同试验点，连接各点便得到过载损伤界。

疲劳门槛值ΔKthP105/p120

在疲劳裂纹扩展速率曲线的Ⅰ区，当ΔK≤ΔKth时，da/aN=0,表示裂纹不扩展;只有当ΔK>ΔKth时，da/dN>0,疲劳裂纹才开始扩展。

因此，ΔKth是疲劳裂纹不扩展的ΔK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及其形成过程（新书P96~98及PPT，旧书P109~111）

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。

（1）疲劳源是疲劳裂纹萌生的策源地，疲劳源区的光亮度最大，因为这里在整个裂纹亚稳扩展过程中断面不断摩擦挤压，故显示光亮平滑，另疲劳源的贝纹线细小。

（2）疲劳区的疲劳裂纹亚稳扩展所形成的断口区域，是判断疲劳断裂的重要特征证据。

特征是：

断口比较光滑并分布有贝纹线。

断口光滑是疲劳源区域的延续，但其程度随裂纹向前扩展逐渐减弱。

贝纹线是由载荷变动引起的，如机器运转时的开动与停歇，偶然过载引起的载荷变动，使裂纹前沿线留下了弧状台阶痕迹。

（3）瞬断区是裂纹最后失稳快速扩展所形成的断口区域。

其断口比疲劳区粗糙，脆性材料为结晶状断口，韧性材料为纤维状断口。

6．试述疲劳图的意义、建立及用途。

（新书P101~102，旧书P115~117）

答：

定义：

疲劳图是各种循环疲劳极限的集合图，也是疲劳曲线的另一种表达形式。

意义：

很多机件或构件是在不对称循环载荷下工作的，因此还需知道材料的不对称循环疲劳极限，以适应这类机件的设计和选材的需要。

通常是用工程作图法，由疲劳图求得各种不对称循环的疲劳极限。

1、

疲劳图

建立：

这种图的纵坐标以

表示，横坐标以

表示。

然后，以不同应力比r条件下将

表示的疲劳极限

分解为

和

，并在该坐标系中作ABC曲线，即为

疲劳图。

其几何关系为：

（用途）：

我们知道应力比r，将其代入试中，即可求得

和

，而后从坐标原点O引直线，令其与横坐标的夹角等于

值，该直线与曲线ABC相交的交点B便是所求的点，其纵、横坐标之和，即为相应r的疲劳极限

，

。

2、

疲劳图

建立：

这种图的纵坐标以

或

表示，横坐标以

表示。

然后将不同应力比r下的疲劳极限，分别以

和

表示于上述坐标系中，就形成这种疲劳图。

几何关系为：

（用途）：

我们只要知道应力比r,就可代入上试求得

和

，而后从坐标原点O引一直线OH，令其与横坐标的夹角等于

，该直线与曲线AHC相交的交点H的纵坐标即为疲劳极限。

8．试述影响疲劳裂纹扩展速率的主要因素。

（新书P107~109，旧书P123~125）

答：

1、应力比r（或平均应力

）的影响：

Forman提出：

残余压应力因会减小r,使

降低和

升高，对疲劳寿命有利；而残余拉应力因会增大r，使

升高和

降低，对疲劳寿命不利。

2、过载峰的影响：

偶然过载进入过载损伤区内，使材料受到损伤并降低疲劳寿命。

但若过载适当，有时反而是有益的。

3、材料组织的影响：

①晶粒大小：

晶粒越粗大，其

值越高，

越低，对疲劳寿命越有利。

②组织：

钢的含碳量越低，铁素体含量越多时，其

值就越高。

当钢的淬火组织中存在一定量的残余奥氏体和贝氏体等韧性组织时，可以提高钢的

，降低

。

③喷丸处理：

喷丸强化也能提高

。

9．试述疲劳微观断口的主要特征。

（新书P113~P114，旧书P132）

答：

断口特征是具有略呈弯曲并相互平行的沟槽花样，称疲劳条带（疲劳条纹、疲劳辉纹）。

疲劳条带是疲劳断口最典型的微观特征。

滑移系多的面心立方金属，其疲劳条带明显；滑移系少或组织复杂的金属，其疲劳条带短窄而紊乱。

疲劳裂纹扩展的塑性钝化模型（Laird模型）：

图中（a）,在交变应力为零时裂纹闭合。

图（b），受拉应力时，裂纹张开，在裂纹尖端沿最大切应力方向产生滑移。

图（c）,裂纹张开至最大，塑性变形区扩大，裂纹尖端张开呈半圆形，裂纹停止扩展。

由于塑性变形裂纹尖端的应力集中减小，裂纹停止扩展的过程称为“塑性钝化”。

图（d），当应力变为压缩应力时，滑移方向也改变了，裂纹尖端被压弯成“耳状”切口。

图（e），到压缩应力为最大值时，裂纹完全闭合，裂纹尖端又由钝变锐，形成一对尖角。

12．试述金属表面强化对疲劳强度