材料力学性能总思考题1.docx
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材料力学性能总思考题1
材料力学性能总思考题
(1)
LT
从组织结构的影响来看,可以有四种强化机制影响金属材料的屈服强度,这就是:
(1)固溶强化;
(2)形变强化;(3)沉淀强化和弥散强化;(4)晶界和亚晶强化。
影响屈服强度的外在因素有:
温度、应变速率、应力状态。
18真实应力应变曲线与工程应力应变曲线有何不同有何意义?
关键点是哪个点?
工程应力应变曲线上的应力和应变是用试样标距部分原始截面积原始标距长度来度量的,往往不能真实反映或度量应变;
真实应力应变曲线则代表瞬时的应力和应变,更为合理,可以叠加,可以不记中间加载历史,只需知道试样的初始长度和最终长度。
工程>真实。
关键点是颈缩点,颈缩点前是均匀塑性变形,后是颈缩阶段,对应应力是抗拉强度。
19什么是应变硬化指数n?
有何特殊的物理意义?
有何实际意义?
应变硬化指数:
材料开始屈服以后,继续变形时的应变硬化情况,决定了材料开
始颈缩时的最大应力ζb;
物理意义:
反映了金属材料抵抗均匀塑性变形的能力,是表征金属材料应变硬化行为的性能指标。
n=ε=最大均匀变形量。
实际意义:
金属材料的n值较大,则加工成的机件在服役时承受偶然过载的能力也就较大,可以阻止机件某些薄弱部位继续塑性变形,从而保证机件安全服役。
n大的材料,冲压性能好,应变硬化效果突出。
不能热处理强化的材料都可以用应变硬化方法强化。
20什么是颈缩?
颈缩条件、颈缩点意义?
颈缩:
是韧性金属材料在拉伸试验时变形集中于局部区域的特殊现象,它是应变硬化和截面减小共同作用的结果。
颈缩条件:
S=dS/dε当真实应力应变曲线上的某点的斜率(应变硬化速率)等于该点的真实应力时,缩颈产生;ε=n当金属材料的应变硬化指数等于最大真实均匀塑性变形量时,缩颈产生。
颈缩点意义:
缩颈点B是最大应力点,也是局部不均匀塑性变形开始点,
21抗拉强度σb和实际意义。
抗拉强度:
ζb=Fb/A0,韧性金属材料拉断过程中最大力所对应的应力。
实际意义:
①ζb标志韧性金属材料的实际承载能力
②ζb是脆性材料的断裂强度,用于产品设计,其许用应力便以ζb为判据
③ζb的高低决定于屈服强度和应变硬化指数
④ζb与布氏硬度HBW、疲劳极限ζ-1之间有一定的经验关系。
、
22塑性及其表示和实际意义;
塑性是指金属材料断裂前发生塑性变形的能力。
表示:
金属材料常用的塑性指标为断后伸长率和断面收缩率
断后伸长率δ=(L1-L0)/L0X100%
断面收缩率ψ=(A0-A1)/A0X100%
实际意义:
金属的塑性指标通常不能直接用于机件的设计,但对静载下工作的机件,都要求材料具有一定塑性,以防止偶然过载时产生突然破坏。
塑性指标是安全力学性能指标塑性对金属成型加工很有意义塑性变形能力,反应形变强化容量,利于机器装配、修复塑性大小反应冶金质量好坏
23静力韧度的物理意义。
金属材料在静拉伸时单位体积材料断裂前所吸收的功定义为静力韧度,它是强度和塑性的综合指标。
24静拉伸的断口形式;
正断:
切断混合断
25静拉伸断口三要素及其意义;
纤维区、放射区、和剪切唇。
26解理断裂及其微观断口特征;
解理断裂是指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。
微观断口特征:
解理台阶、河流花样、舌状花样。
27河流花样实际上是许多解理台阶,不是在单一的晶面上,是由解理台阶的侧面汇合而形成的。
29穿晶断裂、沿晶断裂;脆性断裂、韧性断裂;
穿晶断裂:
裂纹穿过晶内的断裂为穿晶断裂;
沿晶断裂:
裂纹沿晶界扩展的断裂为沿晶断裂;
脆性断裂:
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,危
害性很大;
韧性断裂:
金属材料断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂,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。
第二章
1应力状态软性系数α及其意义;
最大切应力τmax和最大正应力σmax的比值表示它们的相对大小,称为应力状态软性系数α。
意义:
α值越大的试验方法,试样中最大切应力分量越大,表示应力状态越软,金属越易产生塑性变形和韧性断裂;反之,试样中最大正应力分量越大,应力状态越硬,金属越不易产生塑性变形而易于产生脆性断裂。
注意,α的绝对值并不能评定材料的塑性变形特性。
4缺口效应及其产生原因;缺口效应:
1)缺口三向应力状态产生应力集中
2)缺口强化:
塑性材料缺口试样的屈服强度高于光滑试样;强度增加,塑性降低
3)由应力集中产生应变集中
4)缺口附近应变速率高于平均应变速率
产生原因:
缺口产生应力集中,引起三向应力状态,使材料脆化,由应力集中产生应变集中,使缺口附近的应变速率增加。
6应力集中系数和缺口敏感度;
缺口引起的应力集中程度通常用应力集中系数Kt表示,定义为缺口净截面上的最大应力σmax与平均应力σ之比。
Kt值与材料性质无关,只决定于缺口几何形状。
缺口敏感度:
金属材料的缺口敏感性指标用缺口试样的抗拉强度σbn与等截面
尺寸光滑试样的抗拉强度σb的比值表示,称为缺口敏感度NSR。
NSR越大,缺口敏感性越小。
8硬度测试方法有几种(三类)?
划痕法,回跳法压入法
9金属硬度测试的意义(或者硬度测试为什么广泛应用)?
1)设备简单,操作方便,迅速,不破表面
2)测量局部区域抵抗变形、断裂的能力
3)敏感地反映出金属材料的化学成分和组织结构的差异
4)所测硬度不是单独的力学性能指标,与其它力学性能有一定关系
5)硬度试验特别是压入法硬度试验在生产及科学研究中得到了广泛的应用
10布氏硬度原理;
用一定直径D(mm)的硬质合金球为压头,施以一定的试验力F(N),将其压入试样表面,经规定保持时间t(s)后卸除试验力,试样表面将残留压痕。
测量压痕平均直径d(mm),求的压痕球形面积A(mm2)。
布氏硬度值(HBW)就是试验力F除以压痕球形面积A所得商,F以N为单位时,HBW=0.102F/A
11布氏硬度的相似原理;
使P2/D2为一常数,保证得到几何相似的压痕(即压痕的压入角保持不变),即保证对同一材料得到相同的HB值,即相似原理。
12布氏硬度的特点和适用范围;
一般采用直径较大的压头球,因而所得压痕面积较大。
压痕面积大的优点是其硬度值能反映金属在较大范围内各组成相的平均性能,而不受个别组成相及微小不均性的影响,试验数据稳定,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,当压痕直径较大时,不宜在成品上进行试验。
适用于测定灰铸铁、轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度。
13布氏硬度的表示;
1硬度值②符号HBW③球直径④试验力⑤试验力保持时间(10~15s不标
14洛氏硬度及其表示;
原理:
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,洛氏硬度值以压痕深度h来计算
HR=(k-h)/0.002。
当使用金刚石圆锥压头,k取0.2mm,
当使用淬火钢球或硬质合金球,k取0.26mm。
表示方法:
硬度值、符号HR、标尺字母。
15洛氏硬度的特点和适用范围;
优点:
操作简便迅速,硬度值可直接读出;压痕较小,可在工件上进行试验;采用不同标尺可测定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验。
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彼此无关,不能直接比较。
适用范围:
由于洛氏硬度试验所用试验力较大,不能用来测定极薄试样、渗氮层及金属镀层等的硬度。
第三章
1冲击载荷及对金属力学性能的影响;
冲击载荷:
加载速度很快而作用时间很短的突发性载荷。
影响:
主要表现在以下几个方面:
①局部大变形;②温度效应引起的绝热剪切掖坏;③应力波相互作用造成的崩落破坏;④应变率效应引起的动态脆性。
2加载速率、形变速率;
加载速率:
指载荷施加于试样时的速率,用单位时间内应力增加的数值表示;
形变速率:
单位时间内的变形量。
3三个材料脆化因素;
温度、应变速率、应力状态。
4冲击韧性及其意义;
冲击韧性:
是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力,常用标准试样的冲击吸收功Ak表示。
意义:
反映金属材料对外来冲击负荷的抵抗能力,冲击韧度指标能揭示材料的变
脆倾向。
5低温脆性(冷脆);
材料因温度的降低导致冲击韧性急剧下降并引起脆性破坏的现象。
6韧脆转化温度及其意义;
韧脆转变温度:
当试验温度低于某一温度tk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,转变温度tk称为韧脆转变温度,也称冷脆转变温度。
意义:
①是金属材料的韧性指标,反应了温度对脆性的影响;
2安全指标,tk是从韧性角度选材的重要依据之一,可用于抗脆断设计,保证机件服役安全,但不能直接用来设计机件的承载能力或截面尺寸;
3依据材料的tk值,可以直接或间接估计机件的最低使用温度。
第四章
1低应力脆断及其原因;
低应力脆断:
在应力水平低于材料屈服极限的情况下所发生的突然断裂现象。
原因:
是由宏观裂纹扩展引起的。
由于裂纹破坏了材料的均匀连续性,改变了材
料内部应力状态和应力分布。
4应力场强度因子K1及其意义;
应力场强度因子KⅠ:
表示应力场强弱程度。
意义:
①KⅠ决定于裂纹的形状和尺寸,也决定于应力的大小,KⅠ越大,该点应力越高;②材料一定,裂纹尖端某一点位置给定时,应力分量唯一的决定于KⅠ之值;
③KⅠ综合表示外加应力裂纹长度对裂纹尖端应力场的大小或硬度的影响;
④KⅠ加载方式不同,几何形状不同,其表达式不同。
5K1c断裂韧性及其意义;
KⅠc断裂韧性:
当KⅠ增达到临界值时,裂纹失稳扩展导致材料断裂,这个临界'或失稳状态的KⅠ记做KⅠc或Kc,称为断裂韧度。
意义:
KⅠc为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,KⅠc越大,材料越难断裂。
实际意义:
由材料的KⅠc,求工作应力ζ临界裂纹尺寸αc;由材料的KⅠc
和已有的α,求断裂应力σc;由ζc、α来选材。
6K1断裂判据的实用意义;
断裂K判据:
满足KⅠ≥KⅠc或Yζ√α≥KⅠc时,材料脆性断裂。
实际意义:
在工程上,它将材料断裂韧度同机件(或构件)的工作应力及裂纹尺
寸的关系定量地联系起来,因此可直接用于计算设计,如用以估算裂纹体的最大承载能力ζ、允许的裂纹尺寸α,以及用于正确选材、优化工艺等。
7K1和K1c的区别;
KⅠ是力学参量,只和载荷及试样尺寸有关,而和材料无关,而KⅠc是力学性能指标,只和材料成分和组织结构有关,而与载荷及试样尺寸无关。
8GI的物理意义;
GⅠ是使裂纹扩展单位长度的原动力,表示裂纹扩展单位长度所需的力。
9 GI判据;
GⅠ≥GⅠc时,裂纹失稳扩展,反之不断裂。
随ζ和α单独或共同增大都会使GⅠ增大,当GⅠ增大到GⅠc时,材料断裂。
10 GI与G1c的区别;
裂纹扩展能量释放率GI:
I型裂纹扩展单位面积时系统释放势能的数值;
断裂韧度G1c:
GI的临界值,表示材料阻止裂纹失稳扩展时单位面积所消耗的能量。
G1c是材料的性能指标,只与材料的成分、组织结构有关;而GI则是力学参量,只要取决于应力和裂纹尺寸。
第五章
1应力的循环特征;
循环应力的波形有正弦波、矩形波和三角形波等。
常见的循环应力有以下几种:
对称交变应力:
如火车轴的弯曲对称交变应力、曲轴的扭转交变应力等;
脉动应力:
如齿轮齿根的循环弯曲应力;
波动应力:
发动机缸盖螺栓的循环应力
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