工程材料力學性能作業(yè)答案.doc

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第一章 包申格效應：指原先經(jīng)過少量塑性變形，卸載后同向加載，彈性極限（σP）或屈服強度（σS）增加；反向加載時彈性極限（σP）或屈服強度（σS）降低的現(xiàn)象。 解理斷裂：沿一定的晶體學平面產(chǎn)生的快速穿晶斷裂。晶體學平面－－解理面，一般是低指數(shù)，表面能低的晶面。 解理面：在解理斷裂中具有低指數(shù)，表面能低的晶體學平面。 韌脆轉(zhuǎn)變：材料力學性能從韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變到脆性狀態(tài)的現(xiàn)象（沖擊吸收功明顯下降，斷裂機理由微孔聚集型轉(zhuǎn)變微穿晶斷裂，斷口特征由纖維狀轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶狀）。 靜力韌度：材料在靜拉伸時單位體積材料從變形到斷裂所消耗的功叫做靜力韌度。是一個強度與塑性的綜合指標，是表示靜載下材料強度與塑性的最佳配合。 可以從河流花樣的反“河流”方向去尋找裂紋源。 解理斷裂是典型的脆性斷裂的代表，微孔聚集斷裂是典型的塑性斷裂。 5.影響屈服強度的因素 與以下三個方面相聯(lián)系的因素都會影響到屈服強度 位錯增值和運動 晶粒、晶界、第二相等 外界影響位錯運動的因素 主要從內(nèi)因和外因兩個方面考慮 （一） 影響屈服強度的內(nèi)因素 1．金屬本性和晶格類型（結(jié)合鍵、晶體結(jié)構(gòu)） 單晶的屈服強度從理論上說是使位錯開始運動的臨界切應力，其值與位錯運動所受到的阻力（晶格阻力－－派拉力、位錯運動交互作用產(chǎn)生的阻力）決定。 派拉力： 位錯交互作用力 （a是與晶體本性、位錯結(jié)構(gòu)分布相關(guān)的比例系數(shù)，L是位錯間距。） 2．晶粒大小和亞結(jié)構(gòu) 晶粒小→晶界多（阻礙位錯運動）→位錯塞積→提供應力→位錯開動 →產(chǎn)生宏觀塑性變形 。 晶粒減小將增加位錯運動阻礙的數(shù)目，減小晶粒內(nèi)位錯塞積群的長度，使屈服強度提高（細晶強化）。 屈服強度與晶粒大小的關(guān)系： 霍爾－派奇（Hall-Petch) σs= σi+kyd-1/2 3．溶質(zhì)元素 加入溶質(zhì)原子→（間隙或置換型）固溶體→（溶質(zhì)原子與溶劑原子半徑不一樣）產(chǎn)生晶格畸變→產(chǎn)生畸變應力場→與位錯應力場交互運動 →使位錯受阻→提高屈服強度 （固溶強化） 。 4．第二相（彌散強化，沉淀強化） 不可變形第二相 提高位錯線張力→繞過第二相→留下位錯環(huán) →兩質(zhì)點間距變小 → 流變應力增大。 可變形第二相 位錯切過（產(chǎn)生界面能），使之與機體一起產(chǎn)生變形，提高了屈服強度。 彌散強化： 第二相質(zhì)點彌散分布在基體中起到的強化作用。 沉淀強化： 第二相質(zhì)點經(jīng)過固溶后沉淀析出起到的強化作用。 （二） 影響屈服強度的外因素 1.溫度 一般的規(guī)律是溫度升高，屈服強度降低。 原因：派拉力屬于短程力，對溫度十分敏感。 2.應變速率 應變速率大，強度增加。 σε,t= C1(ε)m 3．應力狀態(tài) 切應力分量越大，越有利于塑性變形，屈服強度越低。 缺口效應：試樣中“缺口”的存在，使得試樣的應力狀態(tài)發(fā)生變化，從而影響材料的力學性能的現(xiàn)象。 9. 細晶強化能強化金屬又不降低塑性。 10.韌性斷裂與脆性斷裂的區(qū)別。為什么脆性斷裂更加危險？ 韌性斷裂： 是斷裂前產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形的斷裂 特征： 斷裂面一般平行于最大切應力與主應力成45度角。 斷口成纖維狀（塑變中微裂紋擴展和連接），灰暗色（反光能力弱）。 斷口三要素： 纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇 這三個區(qū)域的比例關(guān)系與材料韌斷性能有關(guān)。 塑性好，放射線粗大 塑性差，放射線變細乃至消失。 脆性斷裂： 斷裂前基本不發(fā)生塑性變形的，突發(fā)的斷裂。 特征： 斷裂面與正應力垂直，斷口平齊而光滑，呈放射狀或結(jié)晶狀。 注意：脆性斷裂也產(chǎn)生微量塑性變形。 斷面收縮率小于5％為脆性斷裂，大于5％為韌性斷裂。 23.斷裂發(fā)生的必要和充分條件之間的聯(lián)系和區(qū)別。 格雷菲斯裂紋理論是根據(jù)熱力學原理，用能量平衡（彈性能的降低與表面能的增加相平衡）的方法推到出了裂紋失穩(wěn)擴展的臨界條件。該條件是是斷裂發(fā)生的必要條件，但并不意味著一定會斷裂。 該斷裂判據(jù)為： 裂紋擴展的充分條件是其尖端應力要大于等于理論斷裂強度。（是通過力學方法推到的斷裂判據(jù)） 該應力斷裂判據(jù)為： 對比這兩個判據(jù)可知： 當ρ＝3a0時，必要條件和充分條件相當 ρ<3a0時，滿足必要條件就可行（同時也滿足充分條件） ρ> 3a0時，滿足充分條件就可行（同時也滿足必要條件） 25. 材料成分： rs—有效表面能，主要是塑性變形功，與有效滑移系數(shù)目和可動位錯有關(guān) 具有fcc結(jié)構(gòu)的金屬有效滑移系和可動位錯的數(shù)目都比較多，易于塑性變形，不易脆斷。 凡加入合金元素引起滑移系減少、孿生、位錯釘扎的都增加脆性；若合金中形成粗大第二相也使脆性增加。 雜質(zhì)： 聚集在晶界上的雜質(zhì)會降低材料的塑性，發(fā)生脆斷。 溫度： σi---位錯運動摩擦阻力。其值高，材料易于脆斷。 Bcc金屬具有低溫脆斷現(xiàn)象，因為σi隨著溫度的減低而急劇增加，同時在低溫下，塑性變形一孿生為主，也易于產(chǎn)生裂紋。故低溫脆性大。 晶粒大?。? d值小位錯塞積的數(shù)目少，而且晶界多。故裂紋不易產(chǎn)生，也不易擴展。所以細晶組織有抗脆斷性能。 應力狀態(tài)： 減小切應力與正應力比值的應力狀態(tài)都將增加金屬的脆性 加載速度 加載速度大，金屬會發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變。 第二章 應力狀態(tài)軟化系數(shù)：為了表示應力狀態(tài)對材料塑性變形的影響，引入了應力狀態(tài)柔度系數(shù)a，它的定義為： 應力狀態(tài)柔度系數(shù)a，表征應力狀態(tài)的軟硬。 表示材料塑性變形的難易程度。 缺口效應：試樣中“缺口”的存在，使得試樣的應力狀態(tài)發(fā)生變化，從而影響材料的力學性能的現(xiàn)象。 缺口敏感度： 為 是有缺口試樣的抗拉強度與無缺口試樣的抗拉強度的比值。表示缺口的存在對試樣抗拉強度的影響程度或材料對缺口的敏感程度。 布氏硬度： 洛氏硬度： 維氏硬度： 努氏硬度： 肖氏硬度： 里氏硬度： 7.說明布氏硬度、洛氏硬度與維氏硬度的實驗原理和優(yōu)缺點。 1、氏硬度試驗的基本原理 在直徑D的鋼珠（淬火鋼或硬質(zhì)合金球）上，加一定負荷F，壓入被試金屬的表面，保持規(guī)定時間卸除壓力，根據(jù)金屬表面壓痕的陷凹面積計算出應力值，以此值作為硬度值大小的計量指標。 優(yōu)點： 代表性全面，因為其壓痕面積較大，能反映金屬表面較大體積范圍內(nèi)各組成相綜合平均的性能數(shù)據(jù)，故特別適宜于測定灰鑄鐵、軸承合金等具有粗大晶?；虼执蠼M成相 的金屬材料。 試驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定。試驗數(shù)據(jù)從小到大都可以統(tǒng)一起來。 缺點： 鋼球本身變形問題。對HB>450以上的太硬材料，因鋼球變形已很顯著，影響所測數(shù)據(jù)的正確性，因此不能使用。 由于壓痕較大，不宜于某些表面不允許有較大壓痕的成品檢驗，也不宜于薄件試驗。 不同材料需更換壓頭直徑和改變試驗力，壓痕直徑的測量也較麻煩。 2、洛氏硬度的測量原理 洛氏硬度是以壓痕陷凹深度作為計量硬度值的指標。 洛氏硬度試驗的優(yōu)缺點 洛氏硬度試驗避免了布氏硬度試驗所存在的缺點。它的優(yōu)點是： 1)因有硬質(zhì)、軟質(zhì)兩種壓頭，故適于各種不同硬質(zhì)材料的檢驗，不存在壓頭變形問題； 2)壓痕小，不傷工件，適用于成品檢驗 ； 3)操作迅速，立即得出數(shù)據(jù)，測試效率高。 缺點是：代表性差，用不同硬度級測得的硬度值無法統(tǒng)一起來，無法進行比較。 3、維氏硬度的測定原理 維氏硬度的測定原理和布氏硬度相同,也是根據(jù)單位壓痕陷凹面積上承受的負荷，即應力值作為硬度值的計量指標。 維氏硬度的優(yōu)缺點 1、不存在布氏那種負荷F和壓頭直徑D的規(guī)定條件的約束，以及壓頭變形問題； 2、也不存在洛氏那種硬度值無法統(tǒng)一的問題； 3、它和洛氏一樣可以試驗任何軟硬的材料，并且比洛氏能更好地測試極薄件(或薄層)的硬度，壓痕測量的精確度高，硬度值較為精確。 4、負荷大小可任意選擇。（維氏顯微硬度） 唯一缺點是硬度值需通過測量對角線后才能計算(或查表)出來，因此生產(chǎn)效率沒有洛氏硬度高。 8.今有如下零件和材料需要測定硬度，試說明選擇何種硬度實驗方法為宜。 （1）滲碳層的硬度分布；（2）淬火鋼；（3）灰鑄鐵；（4）鑒別鋼中的隱晶馬氏體和殘余奧氏體；（5）儀表小黃銅齒輪；（6）龍門刨床導軌；（7）滲氮層；（8）高速鋼刀具；（9）退火態(tài)低碳鋼；（10）硬質(zhì)合金。 （1）滲碳層的硬度分布---- HK或-顯微HV （2）淬火鋼-----HRC （3）灰鑄鐵-----HB （4）鑒別鋼中的隱晶馬氏體和殘余奧氏體-----顯微HV或者HK （5）儀表小黃銅齒輪-----HV （6）龍門刨床導軌-----HS（肖氏硬度）或HL(里氏硬度) （7）滲氮層-----HV （8）高速鋼刀具-----HRA （9）退火態(tài)低碳鋼-----HRB （10）硬質(zhì)合金----- HRA 第三章 沖擊韌度：材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的大小，也即沖擊吸收功Ak。 低溫脆性：在試驗溫度低于某一溫度tk時，會由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變未脆性狀態(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機理由微孔聚集型轉(zhuǎn)變微穿晶斷裂，斷口特征由纖維狀轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性。 韌脆轉(zhuǎn)變溫度：材料在低于某一溫度tk時，會由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變未脆性狀態(tài)，tk稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。 什么是低溫脆性、韌脆轉(zhuǎn)變溫度tk？產(chǎn)生低溫脆性的原因是什么？體心立方和面心立方金屬的低溫脆性有和差異？為什么？ 答：在試驗溫度低于某一溫度tk時，會由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變未脆性狀態(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機理由微孔聚集型轉(zhuǎn)變微穿晶斷裂，斷口特征由纖維狀轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性。 tk稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。 低溫脆性的原因： 低溫脆性是材料屈服強度隨溫度降低而急劇增加，而解理斷裂強度隨溫度變化很小的結(jié)果。如圖所示：當溫度高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度時，斷裂強度大于屈服強度，材料先屈服再斷裂（表現(xiàn)為塑韌性）；當溫度低于韌脆轉(zhuǎn)變溫度時，斷裂強度小于屈服強度，材料無屈服直接斷裂（表現(xiàn)為脆性）。 心立方和面心立方金屬低溫脆性的差異： 體心立方金屬的低溫脆性比面心立方金屬的低溫脆性顯著。 原因： 這是因為派拉力對其屈服強度的影響占有很大比重，而派拉力是短程力，對溫度很敏感，溫度降低時，派拉力大幅增加，則其強度急劇增加而變脆。 6. 拉伸 沖擊彎曲 缺口試樣拉伸 第四章 KI稱為I型裂紋的應力場強度因子，它是衡量裂紋頂端應力場強烈程度的函數(shù)，決定于應力水平、裂紋尺寸和形狀。 塑性區(qū)尺寸較裂紋尺寸a及靜截面尺寸為小時（小一個數(shù)量級以上），即在所謂的小范圍屈服 裂紋的應力場強度因子與其斷裂韌度相比較，若裂紋要失穩(wěn)擴展脆斷，則應有： 這就是斷裂K判據(jù)。 應力強度因子K1是描寫裂紋尖端應力場強弱程度的復合力學參量，可將它看作推動裂紋擴展的動力。對于受載的裂紋體，當K1增大到某一臨界值時，裂紋尖端足夠大的范圍內(nèi)應力達到了材料的斷裂強度，裂紋便失穩(wěn)擴展而導致斷裂。這一臨界值便稱為斷裂韌度Kc或K1c。 意義： KC平面應力斷裂韌度（薄板受力狀態(tài)） KIC平面應變斷裂韌度（厚板受力狀態(tài)） 16.有一大型板件，材料的σ0.2=1200MPa，KIc=115MPa*m1/2，探傷發(fā)現(xiàn)有20mm長的橫向穿透裂紋，若在平均軸向拉應力900MPa下工作，試計算KI及塑性區(qū)寬度R0，并判斷該件是否安全？ 解：由題意知穿透裂紋受到的應力為σ=900MPa 根據(jù)σ/σ0.2的值，確定裂紋斷裂韌度KIC是否休要修正 因為σ/σ0.2=900/1200=0.75>0.7，所以裂紋斷裂韌度KI需要修正 對于無限板的中心穿透裂紋，修正后的KI為： = （MPa*m1/2） 塑性區(qū)寬度為： =0.004417937(m)= 2.21(mm) 比較K1與KIc： 因為K1=168.13（MPa*m1/2） KIc=115（MPa*m1/2） 所以：K1>KIc ，裂紋會失穩(wěn)擴展 , 所以該件不安全。 17.有一軸件平行軸向工作應力150MPa，使用中發(fā)現(xiàn)橫向疲勞脆性正斷，斷口分析表明有25mm深度的表面半橢圓疲勞區(qū)，根據(jù)裂紋a/c可以確定φ=1，測試材料的σ0.2=720MPa ，試估算材料的斷裂韌度KIC為多少？ 解： 因為σ/σ0.2=150/720=0.208<0.7，所以裂紋斷裂韌度KIC不需要修正 則此時該裂紋的斷裂韌度KIC為： KIC=Yσcac1/2 對于表面半橢圓裂紋，Y=1.1/φ=1.1 所以，KIC=Yσcac1/2=1.1=46.229（MPa*m1/2） 第五章 應力比r=σmin /σmax 材料所受循環(huán)應力中最小應力與最大應力的比值。 fgsdfg 疲勞貝紋線：疲勞斷口上具有類似貝殼紋路的宏觀特征形貌。 疲勞條帶：在疲勞斷口的顯微形貌上，呈現(xiàn)彎曲并相互平行的溝槽花樣，稱為疲勞條帶。 疲勞壽命：在疲勞（斷裂）過程中，由疲勞裂紋萌生期和裂紋亞穩(wěn)定擴展期的時間段（或循環(huán)周次）組成時間段（或循環(huán)周次）即是疲勞壽命。 熱疲勞： 機件在由溫度循環(huán)變化時產(chǎn)生的循環(huán)熱應力及熱應力變形作用下發(fā)生的疲勞就叫熱疲勞。 由于溫度周期變化引起零件或構(gòu)件的自由膨脹和收縮，而又因這種膨脹和收縮受到約束，產(chǎn)生了交變熱應力，由這種交變熱應力引起的破壞就叫熱疲勞。 過載損傷：金屬在高于疲勞極限的應力水平下運轉(zhuǎn)一定周次后，其疲勞極限的應力水平下降，這種現(xiàn)象就是過載損傷。 金屬的疲勞：金屬在變動應力和應變長期作用下，由于積累損傷而引起的斷裂現(xiàn)象 （即使所受的應力低于屈服強度，也會發(fā)生斷裂）。 二．意義 σ-1：疲勞強度。對稱循環(huán)應力作用下的彎曲疲勞極限（強度）。（是在循環(huán)應力周次增加到一定臨界值后，材料應力基本不再降低時的應力值；或是應力循環(huán)107周次材料不斷裂所對應的應力值。） σ-1p：對稱拉壓疲勞極限。 τ-1：對稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限。 σ-1N；缺口試樣在對稱應力循環(huán)作用下的疲勞極限。 疲勞缺口敏感度： 金屬材料在交變載荷作用下的缺口敏感性用疲勞缺口敏感度qf來評定 qf=（Kf-1)/(kt-1) Kt為理論應力集中系數(shù)，kf為疲勞缺口系數(shù)。 kf為光滑試樣與缺口試樣疲勞極限之比kf =σ-1/σ-1N 過載損傷界；抗疲勞過載損傷的能力用過載損傷界表示。 疲勞門檻值： △Kth是疲勞裂紋不擴展的△ K（應力強度因子范圍）臨界值，稱為疲勞裂紋擴展門檻值。表示材料阻止疲勞裂紋開始擴展的性能。 9.試述疲勞微觀斷口的特征及其形成過程。 微觀形貌有疲勞條帶。 滑移系多的面心立方金屬，其疲勞條帶明顯 滑移系少或組織復雜的金屬，其疲勞條帶短窄而紊亂。 疲勞裂紋擴展的塑性鈍化模型(Laird模型)： 圖中(a),在交變應力為零時裂紋閉合。 圖(b)，裂紋張開，在裂紋尖端沿最大切應力方向產(chǎn)生滑移。 圖(c),裂紋張開至最大，塑性變形區(qū)擴大，裂紋尖端張開呈半圓形，裂紋停止擴展。由于塑性變形裂紋尖端的應力集中減小，裂紋停止擴展的過程稱為“塑性鈍化”。 圖(d)，當應力變?yōu)閴嚎s應力時，滑移方向也改變了，裂紋尖端被壓彎成“耳狀”切口。 圖(e)，到壓縮應力為最大值時，裂紋完全閉合，裂紋尖端又由鈍便銳。 13.試述金屬的硬化與軟化現(xiàn)象及產(chǎn)生條件。 金屬材料在恒定應變范圍循環(huán)作用下，隨循環(huán)周次增加其應力不斷增加，即為循環(huán)硬化。 金屬材料在恒定應變范圍循環(huán)作用下，隨循環(huán)周次增加其應力逐漸減小，即為循環(huán)軟化。 金屬材料產(chǎn)生循環(huán)硬化與軟化取決于材料的初始狀態(tài)、結(jié)構(gòu)特性以及應變幅和溫度等。 循環(huán)硬化和軟化與σb / σs有關(guān)： σb / σs>1.4，表現(xiàn)為循環(huán)硬化； σb / σs<1.2，表現(xiàn)為循環(huán)軟化； 1.2<σb / σs<1.4，材料比較穩(wěn)定，無明顯循環(huán)硬化和軟化現(xiàn)象。 也可用應變硬化指數(shù)n來判斷循環(huán)應變對材料的影響，n<1軟化，n>1硬化。 退火狀態(tài)的塑性材料往往表現(xiàn)為循環(huán)硬化，加工硬化的材料表現(xiàn)為循環(huán)軟化。 循環(huán)硬化和軟化與位錯的運動有關(guān)： 退火軟金屬中，位錯產(chǎn)生交互作用，運動阻力增大而硬化。 冷加工后的金屬中，有位錯纏結(jié)，在循環(huán)應力下破壞，阻力變小而軟化。 14.試述低周疲勞的規(guī)律及曼森-柯芬關(guān)系。 低周疲勞的應變-壽命曲線如圖5-34，曼森-柯芬等分析了低周疲勞的實驗結(jié)果，提出了低周疲勞壽命的公式： 請結(jié)合該公式，分析圖5-34的變化規(guī)律，指出低周疲勞和高周疲勞的什么起主導作用，選材時應分別以什么性能為主？ 答：低周疲勞壽命的公式由彈性應變和塑性應變兩部分對應的壽命公式組成，其對應的公式分別為： 將以上兩公式兩邊分別取對數(shù)，在對數(shù)坐標上，上兩公式就變成了兩條直線，分別代表彈性應變幅-壽命線和塑性應變幅-壽命線。兩條直線斜率不同，其交點對應的壽命稱為過渡壽命。在交點左側(cè)，即低周疲勞范圍內(nèi)，塑性應變幅起主導作用，材料的疲勞壽命由塑性控制；在高周疲勞區(qū)，彈性應變幅起主導作用，材料的疲勞壽命由強度控制。選材時，高周疲勞主要考慮強度，低周疲勞考慮塑性。 第六章 名詞解釋： 應力腐蝕：金屬在拉應力和化學介質(zhì)的共同作用下引起的脆性斷裂叫應力腐蝕。 氫蝕：氫與金屬中的第二相作用生成高壓氣體，使機體金屬晶界結(jié)合力減小而最終斷裂的現(xiàn)象。 白點：在熔煉時，若鋼中含有過量的氫，且未能擴散逸出，這在冷卻時聚集到缺陷處，形成氫氣。在該處內(nèi)壓力很大，足以將金屬局部撕裂，形成微裂紋。這種微裂紋的斷面呈銀白色圓或橢圓，故稱為白點。 氫化物致脆：第四、五副族金屬易與氫形成脆性氫化物，使金屬脆化的現(xiàn)象。 氫致延滯斷裂：高強度鋼中固溶一定量的氫，在低于屈服強度的應力持續(xù)作用下，經(jīng)過一段孕育期后，金屬內(nèi)部形成裂紋，發(fā)生斷裂。 σIscc ：材料不發(fā)生應力腐蝕的臨界應力。 KIscc：不發(fā)生應力腐蝕斷裂的最大應力場強度因子稱為應力腐蝕臨界應力場強度因子KIscc。KIscc表示含有宏觀裂紋的材料，在應力腐蝕條件下的斷裂韌度。 6.何謂氫致延滯斷裂？為什么高強度鋼的氫致延滯斷裂是在一定的應變速率下和一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)？ 答：高強度鋼中固溶一定量的氫，在低于屈服強度的應力持續(xù)作用下，經(jīng)過一段孕育期后，金屬內(nèi)部形成裂紋，發(fā)生斷裂。----氫致延滯斷裂。 因為氫致延滯斷裂的機理主要是氫固溶于金屬晶格中，產(chǎn)生晶格膨脹畸變，與刃位錯交互作用，氫易遷移到位錯拉應力處，形成氫氣團。 當應變速率較低而溫度較高時，氫氣團能跟得上位錯運動，但滯后位錯一定距離。因此，氣團對位錯起“釘扎”作用，產(chǎn)生局部硬化。當位錯運動受阻，產(chǎn)生位錯塞積，氫氣團易于在塞積處聚集，產(chǎn)生應力集中，導致微裂紋。 若應變速率過高以及溫度低的情況下，氫氣團不能跟上位錯運動，便不能產(chǎn)生“釘扎”作用，也不可能在位錯塞積處聚集，產(chǎn)生應力集中，導致微裂紋。 所以氫致延滯斷裂是在一定的應變速率下和一定的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的。 第七章 磨損：機件表面相互接觸并產(chǎn)生相對運動，表面逐漸有微小顆粒分離出來形成磨屑，使表面材料逐漸損失、造成表面損傷的現(xiàn)象。 接觸疲勞：兩接觸面做滾動或滾動加滑動摩擦時，在交變接觸壓應力長期作用下，材料表面因疲勞損傷，導致局部區(qū)域產(chǎn)生小片金屬剝落而使材料損失的現(xiàn)象。 3.粘著磨損產(chǎn)生的條件、機理及其防止措施 ----- 又稱為咬合磨損，在滑動摩擦條件下，摩擦副相對滑動速度較小，因缺乏潤滑油，摩擦副表面無氧化膜，且單位法向載荷很大，以致接觸應力超過實際接觸點處屈服強度而產(chǎn)生的一種磨損。 磨損機理： 實際接觸點局部應力引起塑性變形，使兩接觸面的原子產(chǎn)生粘著。 粘著點從軟的一方被剪斷轉(zhuǎn)移到硬的一方金屬表面，隨后脫落形成磨屑 舊的粘著點剪斷后，新的粘著點產(chǎn)生，隨后也被剪斷、轉(zhuǎn)移。如此重復，形成磨損過程。 改善粘著磨損耐磨性的措施 1.選擇合適的摩擦副配對材料 選擇原則：配對材料的粘著傾向小 互溶性小 表面易形成化合物的材料 金屬與非金屬配對 2.采用表面化學熱處理改變材料表面狀態(tài) 進行滲硫、磷化、碳氮共滲等在表面形成一層化合物或非金屬層，即避免摩擦副直接接觸又減小摩擦因素。 3.控制摩擦滑動速度和接觸壓力 減小滑動速度和接觸壓力能有效降低粘著磨損。 4.其他途徑 改善潤滑條件，降低表面粗糙度，提高氧化膜與機體結(jié)合力都能降低粘著磨損。 影響接觸疲勞壽命的因素？ 內(nèi)因 1.非金屬夾雜物 脆性非金屬夾雜物對疲勞強度有害 適量的塑性非金屬夾雜物（硫化物）能提高接觸疲勞強度 塑性硫化物隨基體一起塑性變形，當硫化物把脆性夾雜物包住形成共生夾雜物時，可以降低脆性夾雜物的不良影響。 生產(chǎn)上盡可能減少鋼中非金屬夾雜物。 2.熱處理組織狀態(tài) 接觸疲勞強度主要取決于材料的抗剪切強度，并有一定的韌性相配合。 當馬氏體含碳量在0.4~0.5w%時，接觸疲勞壽命最高。 馬氏體和殘余奧氏體的級別 殘余奧氏體越多，馬氏體針越粗大，越容易產(chǎn)生微裂紋，疲勞強度低。 未溶碳化物和帶狀碳化物越多，接觸疲勞壽命越低。 3.表面硬度和心部硬度 在一定硬度范圍內(nèi)，接觸疲勞強度隨硬度的升高而增加，但并不保持正比線性關(guān)系。 表面形成一層極薄的殘余奧氏體層，因表面產(chǎn)生微量塑性變形和磨損，增加了接觸面積，減小了應力集中，反而增加了接觸疲勞壽命。 滲碳件心部硬度太低，表層硬度梯度過大，易在過渡區(qū)內(nèi)形成裂紋而產(chǎn)生深層剝落。 表面硬化層深度和殘余內(nèi)應力 硬化深度要適中，殘余壓應力有利于提高疲勞壽命。 外因 1.表面粗糙度 減少加工缺陷，降低表面粗糙度，提高接觸精度，可以有效增加接觸疲勞壽命。 接觸應力低，表面粗糙度對疲勞壽命影響較大 接觸應力高，表面粗糙度對疲勞壽命影響較小 2.硬度匹配 兩個接觸滾動體的硬度和裝配質(zhì)量等都應匹配適當。 第八章 蠕變：在長時間的恒溫、恒載荷作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。 等強溫度（TE）：晶粒強度與晶界強度相等的溫度。 蠕變極限：在高溫長時間載荷作用下不致產(chǎn)生過量塑性變形的抗力指標。 該指標與常溫下的屈服強度相似。 持久強度極限：在高溫長時載荷作用下的斷裂強度---持久強度極限。 蠕變極限的兩種表達方式： 1. 在規(guī)定溫度(t)下，使試樣在規(guī)定時間內(nèi)產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)蠕變速率(?)不超過規(guī)定值的最大應力（σt?）。 σ6001X10-5=60MPa表示溫度為600℃，穩(wěn)定蠕變速率為1X10-5%/h的蠕變極限為60MPa。 2.在規(guī)定溫度(t)下和實驗時間(τ)內(nèi)，是試樣產(chǎn)生的蠕變總伸長率(δ)不超過規(guī)定的最大值 σtδ/τ。 σ5001/105=100MPa，表示材料在500℃，105h后總的生產(chǎn)率位1%的蠕變極限為100MPa。 ℃ 持久強度極限的表達式 在規(guī)定溫度(t)下，達到規(guī)定的持續(xù)時間(τ)而不發(fā)生斷裂的最大應力（σtτ ）。 σ7001X103=30MPa表示溫度為700℃、1000h的持續(xù)強度極限為30MPa。 四、影響金屬高溫力學性能的主要因素 由蠕變斷裂機理可知要降低蠕變速度提高蠕變極限，必須控制位錯攀移的速度； 要提高斷裂抗力，即提高持久強度，必須抑制晶界的滑動，也就是說要控制晶內(nèi)和晶界的擴散過程。 （一）合金化學成分的影響 耐熱鋼及合金的基體材料一般選用熔點高、自擴散激活能大或?qū)渝e能低的金屬及合金。 熔點愈高的金屬自擴散愈慢 層錯能降低易形成擴展位錯 彌散相能強烈阻礙位錯的滑移與攀移 在基體金屬中加入（高熔點、半徑差距大）的鉻、鉬、鎢、鈮等元素形成固溶體 固溶強化 降低層錯能，易形成擴展位錯。 加入能形成彌散相的合金元素 彌散強化阻礙位錯的滑移 加入增加晶界擴散激活能的元素（硼、稀土等） 阻礙晶界滑動 增大晶界裂紋面的表面能 二）冶煉工藝的影響 減少鋼中的夾雜物和某些缺陷 合金定向生長（減少橫向晶界） （三）熱處理工藝的影響 對于珠光體耐熱鋼，一般用正火加回火。 正火溫度較高，促使碳化物較充分而均勻地溶入奧氏體 回火溫度應高于使用溫度100~150℃以上，以提高其在使用溫度下的組織穩(wěn)定性。 對于奧氏體耐熱鋼，一般進行固溶處理和時效 獲得適當?shù)木Я６? 改善強化相的分布狀態(tài) （四）晶粒度的影響 當使用溫度低于等強溫度時，細晶鋼有較高的強度；當使用溫度高于等強溫度時，粗晶鋼有較高的蠕變極限和持久強度極限。 但晶粒太大會降低材料的塑性和韌度 晶粒度要均勻，否則在大小晶粒交界處易產(chǎn)生應力集中而形成裂紋。 （高溫下金屬材料的韌脆變化有和特征？斷裂路徑變化有何變化？結(jié)合等強溫度分析晶粒大小對金屬材料高溫力學性能的影響。） 結(jié)合等強溫度分析晶粒大小對金屬材料高溫力學性能（韌脆變化、斷裂路徑、蠕變極限和持久強度極限）的影響。 韌脆變化： 高溫短時加載時，金屬的塑性增加。 高溫長時加載時，塑性降低，缺口敏感度增加，呈現(xiàn)脆斷現(xiàn)象。 斷裂路徑變化： 常溫下的穿晶斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)檠鼐嗔选? 原因：溫度升高時晶粒強度和晶界強度都降低，但晶界強度降低較快。 等強溫度（TE）：晶粒強度與晶界強度相等的溫度。 （四）晶粒度的影響 當使用溫度低于等強溫度時，細晶鋼有較高的強度；當使用溫度高于等強溫度時，粗晶鋼有較高的蠕變極限和持久強度極限。 但晶粒太大會降低材料的塑性和韌度 晶粒度要均勻，否則在大小晶粒交界處易產(chǎn)生應力集中而形成裂紋。 第九章 銀紋：非晶態(tài)聚合物的某些薄弱區(qū)，因拉應力塑性變形，在其表面和內(nèi)部出現(xiàn)閃亮的、細長形的“類裂紋”----銀紋。 玻璃態(tài)：溫度低于玻璃化溫度時，聚合物所處于的狀態(tài)即為玻璃態(tài)。 3.線型非晶態(tài)聚合物力學性能的三態(tài)是什么？各有何特點？ 答：一、玻璃態(tài)下的變形 硬玻璃態(tài) 溫度低于脆化溫度tb，聚合物處于硬玻璃態(tài)。其應力應變曲線只有彈性變形階段，且伸長很小、斷口與與拉力方向垂直。彈性模量比其他狀態(tài)的大，無彈性滯后。為普彈性變形。 軟玻璃態(tài) 當溫度處于tb-tg之間時，聚合物處于玻璃態(tài)。（普彈變形、受迫高彈變形、沿外力再取向） 二、高彈態(tài)下的變形 溫度處于tg-tf間時，聚合物處于高彈態(tài)。室溫下處于高彈態(tài)的聚合物稱為橡膠。 其力學性能特點是具有高彈性。 在外力作用下，長鏈通過鏈段調(diào)整構(gòu)象是原卷曲的鏈沿拉應力方向伸長，宏觀上表現(xiàn)為很大的彈性。 在外力去除時，接點及扭結(jié)的趨勢使得聚合物鏈又回復到卷曲狀態(tài)，宏觀變形消失。 高彈性與交聯(lián)度有關(guān) 交聯(lián)少----產(chǎn)生塑性變形 交聯(lián)多----彈性下降，彈性模量和硬度增加。 三、粘流態(tài)下的變形 溫度高于tf時，聚合物分子鏈在外力作用下可進行整體相對滑動，呈粘性滑動，導致不可逆永久變形。 通常把這種無屈服應力出現(xiàn)的流動變形稱為粘性。 第十章 熱震斷裂：陶瓷材料承受溫度驟變產(chǎn)生瞬時斷裂，稱之為熱震斷裂。 熱震損傷：陶瓷材料在熱沖擊循環(huán)作用下，材料先出現(xiàn)開裂、剝落，然后碎裂和變質(zhì)，終至整體破壞，稱之為熱震損傷。 簡述陶瓷材料的增韌措施。 1.改善陶瓷顯微結(jié)構(gòu) 使材料達到細密、均、純，是陶瓷材料增韌增強的有效途徑之一。 晶粒形狀也影響陶瓷的韌性。 晶粒長寬比增加，斷裂韌度增加。 2.相變增韌 在外力作用下，陶瓷從亞穩(wěn)定相轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定相，消耗一部分外加能量，使材料增韌。 相變增韌受使用溫度限制。 3.微裂紋增韌 當主裂紋擴展遇到微裂紋時，發(fā)生分叉轉(zhuǎn)變擴展方向，增加擴展過程的表面能；同時，主裂紋尖端應力集中被松弛，致使擴展速度減慢。 簡述陶瓷材料的耐磨性的特點。 陶瓷材料的耐磨性與材料種類和性能、摩擦條件、環(huán)境，以及陶瓷材料自身的性能和表面狀態(tài)等因素有關(guān)。 陶瓷材料的磨損機理主要是以微斷裂方式導致的磨粒磨損。 陶瓷材料與陶瓷材料的配對的摩擦副，其粘著傾向很??；金屬與陶瓷的摩擦副比金屬配對的摩擦副粘著作用也小。這使得其耐磨性優(yōu)良。 陶瓷材料對環(huán)境介質(zhì)和氣氛極為敏感，在特定條件下可能會形成摩擦化學磨損。這是陶瓷材料特有的磨損機理。