材料力学性能复习题

一、什么是蠕变，蠕变变形的机理是什么？蠕变就是金属在长时间恒温、恒载荷作用下，缓慢地产生塑性变形的现象。金属的蠕变变形主要是通过位错滑移，原子扩散等机理进行的。其中位错滑移蠕变是由于在高温下位错借助外界提供的热激活能和空位扩散来克服某些短程障碍，从而使变形不断产生，其中高温下的热激活能过程主要是刃型位错的攀移；原子扩散蠕变是在较高温度下晶体内空位将从受拉应力晶界向受压应力晶界迁移，原子则朝相反方向流动，致使晶体逐渐产生伸长的蠕变。二、什么是脆性断裂？什么是应力腐蚀现象，防止应力腐蚀的措施有哪些？脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本不发生什么塑性变形，没有明显的征兆，危害性很大。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，称为应力腐蚀现象防止应力腐蚀的措施1.合理选择金属材料针对机件所受的应力和接触的化学介质，选用耐应力腐蚀的金属材料并尽可能选择sccIK较高的合金。2.减少或消除机件中的残余拉应力应尽量减少机件上的应力集中效应，加热和冷却都要均匀。必要时可采用退火工艺以消除应力。如果能采用喷丸或者其他表面处理方法，使机件表层中产生一定的残余应力，则更为有效。3.改善化学介质一方面设法减少和消除促进应力腐蚀开裂的有害化学离子，另一方面，也可以在化学介质中添加缓蚀剂。4.采用电化学保护采用外加电位的方法，使金属在化学介质中的电位远离应力腐蚀敏感电位区域，一般采用阴极保护法，但高强度钢或其他氢脆敏感的材料，不能采用阴极保护法。三、什么是应力软性系数？计算单向拉伸、单向压缩和扭转变形的应力状态软性系数。最大切应力max与最大正应力max的比值来表示它们的相对大小，称为应力软性系数，记为maxmax=用来描述金属材料在某应力状态下的“软”和“硬”，越大表示应力状态越“软”，金属越容易产生塑性变形和韧性断裂。反之，越小表示应力状态越“硬”，金属越不易产生塑性变形和韧性断裂对于金属材料max13max123==20.5单向拉伸时1=，2=0，3=0:=0.5单向压缩时1=0，2=0，3=-:=2扭转变形时1=，2=0，3=-:=0.8四、简述粘着磨损的机理，什么情况产生粘着磨损。在滑动摩擦条件下，由于摩擦副实际表面上总存在局部凸起，当摩擦副双方接触时，即使施加较小的载荷，在真是接触面上的局部应力就足以引起塑性变形，若接触表面洁净未被腐蚀，则局部塑性变形会使两个基础面的原子彼此十分接近而产生强烈粘着，实际上就是原子间的键合作用。随后在继续滑动时，粘着点被剪断并转移到一方金属表面，然后脱落下便形成磨屑。一个粘着点剪断了，又在新的地方产生粘，随后也被剪断、转移，如此粘着→剪断→转移→再粘着循环不已，这就构成粘着磨损过程。粘着磨损又称咬合磨损，是在滑动摩擦条件下，当摩擦副相对滑动速度较小时发生的。它是因缺乏润滑油，摩擦副表面无氧化膜，且单位法向载荷很大，以至接触应力超过实际接触点处屈服强度的条件下而产生的一种磨损。五、金属疲劳断裂有哪些特征？什么是疲劳裂纹扩展门槛值？简述疲劳裂纹扩展至断裂的过程。影响疲劳强度的主要因素有哪些？金属机件或构件在变动应力和应变长期作用下，由于积累损伤而引起的断裂现象称为疲劳。特点：（1）疲劳是低应力循环延时断裂，即具有寿命的断裂，当应力低于某一临界时，寿命可达无限长。（2）疲劳是一种潜在的突发性的脆性断裂在疲劳断裂前均不会发生塑性变形及有形变预兆（3）疲劳对缺陷十分敏感，缺陷（缺口、裂纹及组织缺陷）都会加快疲劳破坏的开始和发展疲劳裂纹扩展门槛值thK是疲劳裂纹不扩展的K临界值，thK表示材料阻止疲劳裂纹开始扩展的性能，也是材料的力学性能指标其值越大，阻止疲劳裂纹开始扩展的能力就越大，材料就越好。影响因素：1.应力比γ2.过载峰的影响，适当的过载峰会使裂纹扩展减慢或停滞一段时间，发生纹扩展过载停滞现象，并延长疲劳寿命。3.材料组织的影响通常晶粒越粗大，其thK值越高过程:首先不均匀的局部滑移和显微开裂使疲劳微观裂纹萌生，当应力强度因子范围K疲劳裂纹扩展门槛值thK时裂纹开始扩展，当裂纹长度a长大到临界裂纹尺寸ca，addN增大到无限大，裂纹失稳扩展，试样最终断裂。影响疲劳强度的因素：（1）表面状态①应力集中：机件表面缺口应力集中程度越大越容易在缺口处产生疲劳裂纹，疲劳强度降低。②表面粗糙度：表面粗糙度越低，材料的疲劳极限强度越高，反之疲劳极限强度越低。（2）残余应力及表面强化的影响：残余压应力提高疲劳强度，残余拉应力降低疲劳强度；表面强化处理可在机件表面产生有利的残余压应力，同时还能提高机件表面的强度和硬度。这两方面的作用都能提高疲劳强度。（3）材料成分及组织的影响①合金成分主要是通过提高钢的淬透性和改善钢的强韧性来提高疲劳强度。②显微组织用细化晶粒的方法可以提高材料的疲劳强度，结构钢的热处理组织也影响疲劳强度。③非金属夹杂物及冶金缺陷会降低疲劳强度。六、试述应力场强度因子IK的意义及典型裂纹IK的表达式。什么是K判据？影响ICK的因素有哪些？意义：IK表示应力场的强弱程度，故称为应力场强度因子。表达式IK=aY其中Y—裂纹形状系数，量纲为1；σ—名义应力；a—裂纹尺寸把IK看做是推动裂纹扩展的动力，以建立失稳扩展脆断的断裂K判据，IK≥ICK时就会发生脆断影响因素：（一）材料成分、组织对ICK的影响1.化学成分大致规律是：细化晶粒的合金元素因提高强度和塑性使ICK提高；强烈固溶强化的合金元素因降低塑性使ICK明显降低，并且随合金元素含量的提高，ICK降低越甚；形成金属化合物并呈第二相析出的合金元素，因降低塑性有利于裂纹的扩展，也使ICK降低。2．基体相结构和晶粒大小的影响面心立方固溶体容易产生滑移塑性变形而不产生解理断裂，并且n值较高，所以其ICK较高。因此，奥氏体钢的ICK较铁素体钢、马氏钢的高。一般来说，晶粒越细小，n和c就越高，则ICK也越高。3．杂质及第二相的影响减少材料中的夹杂物数量，提高材料的纯净度，可使ICK提高。第二相和夹杂物的形状及其在钢中的分布形式对ICK也有影响，如钢中的碳化物呈球状时，其ICK就比呈片状的高；4．显微组织的影响板条马氏体ICK较高，针状马氏体ICK很低。（二）外界因素1.温度大多数结构钢的ICK都随温度降低而下降2.应变速率增加应变速率相当于降低温度的作用，也可使ICK下降。七、什么是屈服现象？决定金属屈服强度的内在因素有哪些？为什么低碳钢会出现明显屈服现象？在试验过程中，外力不增加（保持恒定）试样仍能继续伸长；或外力增加到一定数值时突然下降，随后，在外力不增加或上下波动情况下，试样继续伸长变形，这便是屈服现象。