材料力学性能讨论问题1

一、阐述材料科学与工程的组成要素之间的相互影响关系。二、试样的应力-应变曲线中一般可分为几个阶段，并解释弹性极限、上屈服点、下屈服点、屈服强度、抗拉强度、断裂强度。三、常用的标准试样有5倍试样和10倍试样，其延伸率分别用δ5和δ10表示，说明为什么δ5δ10。四、在做拉伸试验时，如何保证你所做的实验是静载拉伸？五、试样发生弹性变形和塑性变形的微观机理分别是什么？六、材料屈服的微观机理是什么？七、材料的拉伸曲线与应力-应变曲线的变化趋势是一致的，为什么？八、影响材料弹性模量的主要因素有哪些？是如何影响的？单晶材料和多晶材料弹性模量表现有什么不同？九、在碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料、铝合金和高强度钢四种材料中，若不考虑成本，你认为哪种材料最适合做飞机的机体材料，为什么？十、今有45、40Cr、35CrMo钢和灰铸铁几种材料，应选择哪种材料作为机床机身？并说明原因？十一、什么是包申格效应？如何解释？它有什么实际意义？•十二、由Hall-Petch公式和解理断裂表达式讨论晶粒尺寸细化在强韧化中的作用。•十三、简述塑性材料发生颈缩的原因。•十四、解释下列力学性能指标的意义。•EδΨpeσ0.2sσb一、材料科学与工程的组成要素：结构、性能、工艺、效能材料的性能取决于材料的成分及其组织类型；材料的组织结构取决于材料的成分及制备工艺；材料的制备工艺取决于材料的成分及所要达到的材料的性能；材料的使用效能取决于材料的性能及使用环境。•二、试样的应力-应变曲线中一般可分为几个阶段，并解释弹性极限、上屈服极限、下屈服极限、屈服强度、抗拉强度、断裂强度。•四个阶段：弹性变形阶段、弹塑性变形阶段（屈服平台或屈服延伸）、均匀塑性变形阶段、不均匀塑性变形阶段（颈缩）•弹性极限：材料抵抗最大弹性变形的能力。e•屈服点：材料所受应力超过弹性极限后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。当应力达到一个值后，塑性应变急剧增加，曲线出现一个波动的小平台，这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。•屈服强度：下屈服点对应的应力；s抗拉强度：试样均匀塑性变形结束，开始发生不均匀塑性变形（颈缩）时的应力；b•断裂强度：试样断裂时所对应的应力。σk•三、常用的标准试样有5倍试样和10倍试样，其延伸率分别用δ5和δ10表示，说明为什么δ5δ10。δ5=ΔL5/5d0×100%δ10=ΔL10/10d0×100%•弹性应变+均匀塑性应变+非均匀塑性应变•弹性应变和均匀塑性应变是相等的，•非均匀塑性伸长量是相等的，故5倍试样的非均匀塑性应变10倍试样的非均匀塑性应变；•所以有δ5δ10。•四、在做拉伸试验时，如何保证你所做的实验是静载拉伸？静拉伸轴线与试样轴线重合；载荷缓慢；应变与应力同步；试样应变速率≤10-1/S。五、试样发生弹性变形和塑性变形的微观机理分别是什么？弹性变形的原因：原子处于平衡位置时，其原子间距为r。，势能U处于最低位置，相互作用力为零，这是最稳定的状态。当原子受力后将偏离其平衡位置，原子间距增大时将产生引力；原子间距减小时将产生斥力。这样，外力去除后，原子都会回到其原来的位置，所产生的变形便会消失，这就是弹性变形。塑性变形的原因：晶粒沿原子密排晶面的密排方向滑动，孪生变形。屈服现象的解释解释A：与金属中微量的溶质原子有关溶质原子与位错的应力场发生弹性交互作用，形成气团钉扎位错运动，必须在更大的应力作用下才能产生新的位错或使位错脱钉，表现为上屈服点。一旦脱钉，使位错继续运动的应力就不需开始时那么大，故应力值下降到下屈服点，试样继续伸长，应力保持为定值或有微少的波动。六解释B：位错运动与增殖的结果应变速率ε’∝ρmbvε’：应变速率，可通过试验机人为控制成固定不变的速度；ρm：位错密度；b：柏氏矢量；V：位错运动速度。v=（τ/τ0）m‘τ0：位错作单位速度运动时所需的应力m‘：应力敏感指数；τ：外加有效应力。开始变形时，ρm低，欲使应变速率固定，需要较大的v值，故需要较高的应力τ，表现为上屈服点；一旦塑性变形开始后，位错迅速增殖，ρm增加，必然导致v的突然下降（为保持应变速率固定），所以所需的应力τ突然下降，产生了屈服现象。是否产生屈服点现象还与材料的m‘值有关，m‘小的材料，如Ge，Si，LiF，Fe等出现显著的上下屈服点。十一包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形（残余应变为1%～4%），卸载后再同向加载，规定残余应力（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余应力降低（特别是弹性极限在反向加载时几乎降低到零）的现象，称为包申格效应。•加载变形时,位错源在滑移面上产生的位错遇到障碍,形成位错塞积，塞积后产生了背应力,当反向加载时,位错运动的方向与原来方向相反,背应力帮助位错运动,塑性变形容易,屈服强度↓,另外,反向加载时,滑移面上产生的位错与预变形的位错异号,异号位错销毁,引起材料软化,σS↓