西安工业大学2016材料力学性能复习重点资料

弹性模量：产生100%弹性变形所需要的应力弹性比功（弹性比能/应变比能）：表示金属材料吸收弹性变形功的能力滞弹性：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塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力.包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量的弹性形变，卸载后，再同向加载（拉伸）时，屈服强度或弹性极限增加；反向加载（压缩）时，屈服强度或弹性极限降低的现象。*消除包申格效应的方法：预先进行较大的塑形变形；在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶温度下退火金属韧性：金属材料断裂前吸收塑形变形功和断裂功的能力;或材料抵抗裂纹扩展的能力缩颈：韧性金属在拉伸试验时变形集中于局部区域的特殊现象韧性断裂：断裂前发生明显塑性变形的断裂脆性断裂：突然发生的断裂，且断裂前基本不产生塑性变形。穿晶断裂：裂纹扩展的路径穿过晶内沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，大多为脆性断裂。断口形貌：冰糖状剪切断裂：金属材料在切应力作用下沿滑面分离造成的滑移面分离的断裂解理断裂：金属材料在一定条件下，外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体平面产生的穿晶断裂。.解理面：由于与大理石的断裂相似，所以称这种晶体学平面为解理面解理刻面：以晶粒大小为单位的解理面解理台阶：解理裂纹与螺型位错相遇，形成具有一定高度的台阶河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动，同号台阶汇合并长大，足够大时汇集成河流花样。微孔聚集断裂：由于杂质与基体界面脱离形成微孔形核并长大形成微孔，在外力作用下产生缩颈而断裂，导致各个微孔连接形成微裂纹，微裂纹在三向拉应力区和集中塑形变形区，在该区形成新微孔。新微孔连通使裂纹向前推进，不断如此下去产生断裂。应力状态软性系数：τmax和σmax的比值，用α表示各种加载状态下的应力状态软性系数：三向不等拉伸：α=0.1单向静拉伸α=0.5扭转：α=0.8单向压缩：α=2三向不等压缩：α=4缺口效应：由于缺口的存在，缺口截面上的应力状态将发生变化缺口，缺口根部应力集中缺口敏感度（NSR）：缺口试样的抗拉强度σbn与截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb的比值冲击韧性：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，用Ak表示冲击吸收功：试样变形和断裂所消耗的功低温脆性：在试验温度低于某一温度tk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，。tk称为韧脆转变温度，也称冷脆转变温度低应力脆断：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。张开型（Ⅰ型）裂纹：拉应力垂直作用于裂纹扩展面，沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展的裂纹应力场：物件受力时，其内部所受到的有方向有大小且连续的应力所构成的场塑性区：金属材料裂纹扩展前，尖端附近出现的塑性变形区有效屈服应力：在某个方向上发生屈服时对应的应力变动载荷：载荷大小，方向均随时间变化的载荷疲劳：金属构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疲劳极限：试样可以经无限次应力循环也不会发生疲劳断裂时所对应的应力。记为σ-1疲劳源：疲劳裂纹萌生的策源地过载损伤界/过载损伤区：金属材料抵抗疲劳过载损伤的能力疲劳缺口敏感度：金属材料在交变载荷作用下的缺口敏感性。用qf表示疲劳裂纹核：0.05mm至0，1mm的裂纹，且定义为疲劳裂纹萌生期高周疲劳：金属在循环载荷作用下疲劳寿命大于105次的疲劳断裂低周疲劳：金属在循环载荷作用下疲劳寿命为102到105次的疲劳断裂冲击疲劳：机件在重复冲击载荷作用下断裂的疲劳断裂应力腐蚀：金属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断现象氢脆：由于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象氢致延滞断裂：由于氢的作用而产生的延滞断裂现象磨损：机件表面接触并作相对运动时，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使表面材料逐渐流失，造成表面损伤的现象。粘着磨损：粘着磨损是接触表面相互运动时，因固相焊合作用使材料从一个表面脱落或转移到另一表面而形成的磨损，又称咬合磨损。磨粒磨损：摩擦副的一方表面存在坚硬的细微凸起或在接触面向存在硬质粒子时产生的磨损。接触疲劳：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，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材料流失的现象蠕变：金属在长时间的恒温，恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象蠕变断裂：由于蠕变现象最后导致金属材料的断裂蠕变极限：金属材料在一定温度和应力下，在规定时间内蠕变形量或蠕变速度不超过规定值时所承受的最大应力扩散蠕变：金属两端在拉应力的作用下，晶体内空位从收拉晶界向受压晶界迁移，原子则朝相反方向流动，致使晶体逐渐产生伸长的蠕变松弛稳定性：金属材料抵抗应力松弛的性能填空简答1.影响弹性后效（滞弹性）的因素：切应力、温度升高、晶体中的缺陷2.弹性变形和塑性变形的特点？弹性：1.弹性形变可恢复性2.弹性形变量很小塑性：1.各晶粒变形的不同时性和不均匀性2.各晶粒变形的相互协调性3影响屈服强度的因素（一）内在因素1.金属本性及晶格类型.主滑移面位错密度大，屈服强度大。2.晶粒大小和亚结构.晶界对位错运动具有阻碍作用。晶粒小可以产生细晶强化。都会使强度增加。3.溶质原子:溶质元素溶入金属晶格形成固溶体,产生固溶强化。4第二相.a.不可变形的第二相绕过机制.留下一个位错环对后续位错产生斥力.b.可以变形的第二相切过机制.由于质点与基体间晶格错排及位错切过第二相质点产生新界面需要做功，使强度增加。（二）外在因素.1.温度温度越高原子间作用越小位错运动阻力越低2应变速率。应变速率越高强度越高。3.应力状态.切应力分量越大强度越低4.应变硬化（应变硬化指数）的工程意义：反映金属材料抵抗均匀塑性变形的能力；反映机件服役时偶然过载的能力；提高材料力学性能；提高低碳钢切削加工性能5.塑性的意义？1以防机件偶然过载时产生突然破坏2.有利于阻止裂纹扩展3.金属的塑性有利于各种加工工序4.可以反映合金的质量优劣6.韧性断裂宏观断口及特征三要素？杯锥形，断口粗糙、呈纤维状，灰暗色。三要素：纤维区，放射区，剪切唇7.磨损，腐蚀，断裂是机件的三种失效形式。8..影响断口三要素的因素：材料脆性越大，放射区越大，纤维区越小，剪切唇越小。材料尺寸越大，放射区越大，纤维区基本不变。9.脆性断裂宏观断口：脆性断裂的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。10.沿晶断裂：当晶界的强度小于屈服强度时，晶界无塑性变形，断裂呈宏观脆性产生冰糖状断口。当晶界的强度大于屈服强度时，晶界有塑性变形，产生石状断口11.微孔聚集型断裂断口微观特征及过程？特征：韧窝。塑变过程中，位错运动遇到第二相颗粒形成位错环。切应力作用下位错环堆积.位错环移向界面，界面沿滑移面分离形成微孔。位错源重新开动，释放出新位错，不断进入微孔，使微孔长大。在外力的作用下产生缩颈（内缩颈）而断裂（纤维区），使微孔聚合，形成裂纹；裂纹尖端应力集中，产生极窄的与径向大致呈45度的剪切变形带，新的微孔就在变形带内成核、长大和聚合，与裂纹连接时，裂纹扩展。12.解理断裂过程分为三个阶段：a)塑性变形形成裂纹b)裂纹在同一晶粒内初期长大c)裂纹越过晶界向相邻晶粒扩展13.解理断裂的微观断口特征：1)解理台阶及河流状花样。2)舌状花样14.缺口效应的应用1：缺口引起应力集中，改变了缺口前方应力状态。由单向应力状态变为两向或三向应力状态。2:缺口使塑性材料产生缺口附加强化，使强度增加，塑性降低。15.布氏硬度：HB洛氏硬度：HR维氏硬度：HV努氏硬度：HK肖氏硬度：HS渗碳层硬度分布：显微维氏，HK淬火钢：HRC,HS灰铸铁：HB,HS鉴别钢中隐晶马氏体与残留奥氏体：显微维氏仪表小黄铜齿轮：HVHK龙门刨床导轨：HS渗氮层：HVHR15NHK高速钢刀具：HV,HRC退火态低碳钢：HRBHVHS硬质合金：HRAHV16.低温脆性产生的原因：材料屈服强度随温度降低急剧增加的结果17.tk的表示方法NDT:低阶能开始上升的上升的温度FTP：高阶能对应的温度FTE:低阶能和高阶能平均值对应的温度FATT50：取结晶区面积占整个断口面积50%时对应的温度18.影响冲击韧性和韧脆转变温度的因素：1.材料因素：a）晶体结构的影响。低、中强度的bcc金属及其合金有冷脆现象。高强度的bcc金属，冷脆转变不明显。fcc金属一般情况下可认为无冷脆现象。2）化学成分：a)加入能形成间隙固溶体的元素，使冲击韧性减小，冷脆转变温度提高b)α-Fe中加入能形成置换固溶体的元素。c)杂质元素S、P、Pb、Sn、As等，会降低钢的韧性。3）晶粒尺寸：细化晶粒能使材料的韧性增加，韧脆转变温度降低。4)金相组织：强度相同时SBP片P球。2.外在因素：1）缺口越尖锐，三向应力状态越严重脆性转变温度的升高。2）尺寸因素.试样尺寸增大，材料的韧性下降，断口中纤维区减少，脆性转变温度升高。3）加载速度.外加冲击速度增加，使缺口处塑性变形的应变率提高，促进材料的脆化。19.裂纹扩展的基本形式：1）张开型裂纹2）滑开型裂纹3）撕开型裂纹20.应力场强度因子KⅠ表示裂纹尖端应力场的强弱21.Kc、KIC及GIC和JIC的区别和物理意义。临界或失稳状态的KI值就记作KIC或KC称为断裂韧度。其中KIC是平面应变下的断裂韧度。Kc是平面应力下的断裂韧度。意义是材料对宏观裂纹失稳扩展的抗力。GIC是GI在临界或失稳状态下的临界值。表示材料阻止裂纹失稳扩展时单位面积所消耗的能量。JIC是J积分的临界值，也称断裂韧度。表示材料抵抗裂纹开始扩展的能力。22.疲劳断裂有如下的特点：1）低应力循环延时断裂，即有寿命的断裂。2）是脆性断裂。3）对缺陷(缺口、裂纹及组织缺陷)，尤其是表面缺陷十分敏感。23.典型疲劳断口具有的三个形貌不同的区域：疲劳源＋疲劳区＋瞬断区。24.疲劳裂纹扩展的门槛值，记为△Kth，表示阻止裂纹开始扩展的能力25.疲劳裂纹扩展及断口微观特征：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，以纯剪切方式沿45°向内扩展。断口上无明显的特征，只有一些擦伤的痕迹。在一些强化材料中,有时存在周期性解理或者准解理花样第二阶段：裂纹⊥拉应力。第二阶段的断口特征是具有略呈弯曲并相互平行的沟槽花样，称为疲劳条带（条纹、辉纹）26.影响疲劳强度的主要因素：一、加载规范及环境的影响1载荷频率次2温度温度升高，疲劳极限下降5.介质：腐蚀介质表面蚀坑，疲劳极限下降二、表面状态与尺寸因素：1.表面状态：缺口：因应力集中会降低材料的疲劳强度。越粗糙，材料的疲劳强度越低表面强度越高，疲劳强度越高。2.尺寸效应尺寸增加，疲劳强度降低。三、表面强化及残余应力的影响1.表面喷丸及滚压2.表面热处理及化学热处理提高疲劳强度；3.残余应力，残余压应力提高疲劳强度；残余拉应力降低疲劳强度。四、材料成分及组织.含碳形成抗力增加；1.合金元素；提高淬透性，改善韧性2.显微组织.细化晶粒，可以提高材料强韧性，疲劳极限提高。27.判断氢致延滞断裂和应力腐蚀：采用极化实验方法，即利用外加电流对静载下产生裂纹时间或裂纹扩展速率的影响来判断。当外加小的阳极电流而缩短产生裂纹时间的是应力腐蚀。当外加小的阴极电流而缩短产生裂纹时间的是氢致延滞断裂。28.应力腐蚀与氢致延滞断裂断口形貌比较.对于应力腐蚀来说，断裂源位置在表面，断口宏观特征呈脆性，颜色暗淡，断口微观一般为沿晶断裂，有较多腐蚀产物，且有很多二次裂纹。对于氢致延滞断裂，断裂源在表皮下，断口宏观特征呈现脆性，但颜色光亮，其微观形貌多为沿晶断裂，无腐蚀产物，且没有或极少有二次裂纹。29.氢致延滞断裂的特点及过程。特点；1只在一定温度范围内出现2提高应变速率会使得材料对这类氢脆的敏感性降低3此类氢脆具有可逆性。过程：孕育阶段→裂纹亚稳扩展阶段→失稳扩展阶段30.防止氢脆的措施：1.环境因素：设法切断氢进入金属的途径，如采用表面涂