材料力学性能学作业完整答案

材料力学性能学作业答案某校力学性能试验室装有液压万能材料试验机、扭转试验机和疲劳试验机等设备，今欲测定下列材料的塑性：1）40CrNiMo调质钢试样-拉伸2）20Cr渗碳淬火钢试样-弯曲或扭转3）W18Cr4V钢淬火回火试样-压缩或扭转4）灰铸铁试样-弯曲，扭转或压缩万能材料试验机-弯曲扭转试验机-扭转疲劳试验机-拉伸、压缩今有如下工件需测定硬度，试说明选用何种硬度试验为宜。1)渗碳层的硬度分布显微2）淬火钢洛或维或布3）灰铸铁布4）硬质合金洛或维5）鉴别钢中的隐晶马氏体与残余奥氏体显微6）仪表小黄铜齿轮显微7）龙门刨床导轨肖氏（便携）8）氮化层显微9）火车圆弹簧布氏10）高速钢刀具布氏检验以下材料的冲击韧性，哪些需要开口，哪些不需要开口？W18Cr4v[NO]Cr12MoV[NO]3Cr2W8V[YES]40CrNiMo[YES]30CrMnSi[YES]20CrMnSiTi[YES]铸铁［NO］试说明低温脆性的物理本质及其影响因素？答：物理本质：某些金属材料或合金，在试验温度低于某一温度时，由韧性状态变为脆性状态。影响材料脆韧转变的因素有：?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，显微组织包含以下几个方面的影响：晶粒大小，细化晶粒可以同时提高材料的强度和塑性，韧性。细化晶粒提高材料韧性原因为,细化晶粒可以使基体变形更加均匀，晶界增多可以有效的阻止裂纹的扩张，因塑性变形引起的位错的塞积因晶界面积很大也不会很大，可以防止裂纹的产生；金相组织；?4．温度的影响：温度影响晶体中存在的杂质原子的热激活扩散过程，定扎位错原子气团的形成会使得材料塑性变差。5．加载速度的影响：提高加载速度如同降低材料的温度，使得材料塑性变差，脆化温度升高。6．试样形状以及尺寸的影响。说明KI和KIC的异同。断裂韧性指材料阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量，也是材料抵抗脆性破坏的韧性参数。当KI和KIC分别代表材料使用时的应力和材料本身的特性。断裂韧度KIC是应力强度因子KI的临界值。不同点：KⅠ是一个力学参量，表示裂纹体中裂纹尖端的应力应变场强度的大小，它取决于外加应力、试样尺寸和裂纹形状，与材料无关；KⅠc是材料的力学性能指标，它取决于材料的成分、组织结构等内在因素，而与外加应力及试样尺寸等外在因素无关。相同点：KI和KIC的量纲及单位相同。试述K判据的意义及用途K判据：裂纹体在受力时，只要满足，就会发生脆性断裂；反之，即使存在裂纹也不会断裂。意义：将材料的断裂韧度和机件的工作应力及裂纹尺寸联系起来，可用于直接设计计算。用途：①估算裂纹体的最大承载能力；②估算允许的裂纹尺寸a；③选择机件材料、优化工艺等。有一大型板件，材料的σ0.2=1200MPa，KIc=115MPa*m1/2，探伤发现有20mm长的横向穿透裂纹，若在平均轴向拉应力900MPa下工作，试计算KI及塑性区宽度R0，并判断该件是否安全？解：由题意知穿透裂纹受到的应力为σ=900MPa根据σ/σ0.2的值，确定裂纹断裂韧度KIC是否休要修正因为σ/σ0.2=900/1200=0.750.7，所以裂纹断裂韧度KIC需要修正对于无限板的中心穿透裂纹，修正后的KI为：=（MPa*m1/2）塑性区宽度为：=0.004417937(m)=2.21(mm)比较K1与KIc：因为K1=168.13（MPa*m1/2）KIc=115（MPa*m1/2）所以：K1KIc，裂纹会失稳扩展,所以该件不安全。2.有一轴件平行轴向工作应力150MPa，使用中发现横向疲劳脆性正断，断口分析表明有25mm深度的表面半椭圆疲劳区，根据裂纹a/c可以确定φ=1，测试材料的σ0.2=720MPa，试估算材料的断裂韧度KIC为多少？解：因为σ/σ0.2=150/720=0.2080.7，所以裂纹断裂韧度KIC不需要修正对于无限板的中心穿透裂纹，修正后的KI为：KIC=Yσcac1/2对于表面半椭圆裂纹，Y=1.1/φ=1.1，所以13168750177010109001770122.).(..)/(.sIaK20221sIKRKIC=Yσcac1/2=1.1310225150/=32.689（MPa*m1/2）