1、.第一章 材料的彈性變形一、填空題：1.金屬材料的力學性能是指在載荷作用下其抵抗 變形 或 斷裂 的能力。 2. 低碳鋼拉伸試驗的過程可以分為彈性變形、塑性變形和 斷裂 三個階段。3. 線性無定形高聚物的三種力學狀態是 玻璃態、 高彈態、 粘流態 ,它們的基本運動單元相應是 鏈節或側基、 鏈段、 大分子鏈,它們相應是 塑料、橡膠 、 流動樹脂膠粘劑 的使用狀態。二、名詞解釋1.彈性變形：去除外力,物體恢復原形狀。彈性變形是可逆的2.彈性模量：拉伸時=EE：彈性模量楊氏模數切變時=GG：切變模量3.虎克定律：在彈性變形階段,應力和應變間的關系為線性關系。4.彈性比功定義 ：材料在彈性變形過程中吸

2、收變形功的能力,又稱為彈性比能或應變比能,表示材料的彈性好壞。 。三、簡答：1金屬材料、陶瓷、高分子彈性變形的本質。答：金屬和陶瓷材料的彈性變形主要是指其中的原子偏離平衡位置所作的微小的位移,這部分位移在撤除外力后可以恢復為0。對高分子材料彈性變形在玻璃態時主要是指鍵角鍵長的微小變化,而在高彈態則是由于分子鏈的構型發生變化,由鏈段移動引起,這時彈性變形可以很大。2非理想彈性的概念及種類。答：非理想彈性是應力、應變不同時響應的彈性變形,是與時間有關的彈性變形。表現為應力應變不同步,應力和應變的關系不是單值關系。種類主要包括滯彈性,粘彈性,偽彈性和包申格效應。3什么是高分子材料強度和模數的時-溫等

3、效原理?答：高分子材料的強度和模數強烈的依賴于溫度和加載速率。加載速率一定時,隨溫度的升高,高分子材料的會從玻璃態到高彈態再到粘流態變化,其強度和模數降低；而在溫度一定時,玻璃態的高聚物又會隨著加載速率的降低,加載時間的加長,同樣出現從玻璃態到高彈態再到粘流態的變化,其強度和模數降低。時間和溫度對材料的強度和模數起著相同作用稱為時=溫等效原理。四、計算題：氣孔率對陶瓷彈性模量的影響用下式表示：E=E0 E0為無氣孔時的彈性模量；P為氣孔率,適用于P50 。370= E0 則E0=407.8 Gpa260= 407.8 P=0.207 其孔隙度為20.7%。五、綜合問答1.不同材料金屬材料、陶瓷

4、材料、高分子材料的彈性模量主要受什么因素影響?答：金屬材料的彈性模量主要受鍵合方式、原子結構以及溫度影響,也就是原子之間的相互作用力。化學成分、微觀組織和加載速率對其影響不大。陶瓷材料的彈性模量受強的離子鍵和共價鍵影響,彈性模量很大,另外,其彈性模量還和構成相的種類、粒度、分布、比例及氣孔率有關,即與成型工藝密切相關。高分子聚合物的彈性模量除了和其鍵和方式有關外,還與溫度和時間有密切的關系時-溫等效原理。綜合分析的話,每一條需展開。第二章 材料的塑性變形一、填空題1金屬塑性的指標主要有 伸長率 和 斷面收縮率 兩種。2單晶體的塑性變形方式有 滑移 和 孿生 2種。3非晶態高分子材料的塑變過程主

5、要是 銀紋 的形成。二、簡答題1. 彈性變形與塑性變形去除外力,恢復原形狀。彈性變形是可逆的。塑性變形：微觀結構的相鄰部分產生永久性位移。屈服強度s 抗拉強度b 。答:1塑性變形是指微觀結構的相鄰部分產生永久性位移在外力撤除后不可恢復,即變形不可逆。2屈服強度s：材料發生起始塑性變形所對應的應力。表征材料抵抗起始或微量塑變的能力。是材料由彈性變形向彈-塑性變形過渡的明顯標志。3抗拉強度b材料在拉伸到斷裂的過程中所經歷的最大應力。是韌性金屬單向拉伸光滑試樣的實際最大承載能力。b易于測定,重復性好,選材設計的重要依據。2.一次再結晶二次再結晶一次再結晶是指冷變形金屬在再結晶溫度以上退火時,變形伸長

6、晶粒被無變形的等軸晶粒取代的過程。二次再結晶是指在再結晶晶粒長大過程中出現的晶粒異常長大的現象。3 熱加工與冷加工熱加工是指金屬在再結晶溫度以上進行的塑性加工,冷加工是在再結晶溫度以下進行的塑性加工。4絲織構與板織構答：絲織構是指晶體在某一晶向趨于某一特定方向,或有優勢取向。板織構是指某一晶面和某一晶向有優勢取向。4.銀紋答：高分子材料在塑性變形過程中,某些缺陷處會有局部塑變產生,取向纖維和空洞交織分布,該區域密度減小50%,對光線的反射能力很高,呈銀色,稱為銀紋。簡答1金屬單晶體的塑性變形方式。答滑移和孿生2什么是滑移系？產生晶面滑移的條件是什么？寫出面心立方金屬在室溫下所有可能的滑移系。答

7、：滑移系是一個滑移面和該面上一個滑移方向的組合。產生晶面滑移的條件是在這個面上的滑移方向的分切應力大于其臨界分切應力。3試述Zn、-Fe、Cu等幾種金屬塑性不同的原因。答：Zn、-Fe、Cu這三種晶體的晶體結構分別是密排六方、體心立方和面心立方結構。密排六方結構的滑移系少,塑性變形困難,所以Zn的塑性差。面心立方結構滑移系多,滑移系容易開動,所以對面心立方結構的金屬Cu塑性好。體心立方結構雖然滑移系多,但滑移面密排程度低于fcc,滑移方向個數少,較難開動,所以塑性低于面心立方結構材料,但優于密排六方結構晶體,所以-Fe的塑性較Cu差,優于Zn。4.孿晶和滑移的變形機制有何不同?答：主要的不同1

8、晶體位向在滑移前后不改變,而在孿生前后晶體位向改變,形成鏡面對稱關系。2滑移的變形量為滑移方向原子間距的整數倍,而孿生過程中的位移量為孿生方向的原子間距的分數倍。3滑移是全位錯運動的結果而孿生是分位錯運動的結果。5.什么是應變硬化？有何實際意義？答：隨著應變量的增加,讓材料繼續變形需要更大的應力,這種現象稱為應變硬化。隨變形量的增加,材料的強度、硬度升高而塑性、韌性下降的現象,為加工應變硬化形變強化、冷作強化。其意義是可以使得塑變均勻,可以防止突然過載斷裂,強化金屬的一種手段,通過形變硬化可以改善某些金屬的切削性能。6.在室溫下對鉛板進行彎折,越彎越硬,但如果稍隔一段時間再彎折,鉛板又像最初一

9、樣柔軟,這是什么原因?答：鉛板在室溫下的加工屬于熱加工,加工硬化的同時伴隨回復和再結晶過程。越彎越硬是由于位錯大量增加而引起的加工硬化造成,而過一段時間又會變軟是因為室溫對于鉛已經是再結晶溫度以上,所以伴隨著回復和再結晶過程,等軸的沒有變形晶粒取代了變形晶粒,硬度和塑性又恢復到了未變形之前。綜合問答1位錯在金屬晶體中運動可能受到哪些阻力? 對金屬專業要求詳細展開答：晶格阻力,位錯之間的相互作用力,固溶體中的溶質原子造成的晶格畸變引起的阻力,晶界對位錯的阻力,彌散的第二相對位錯運動造成的阻力。三、計算：1. 沿鐵單晶的110方向對其施加拉力,當力的大小為50MPa時,在面上的方向的分切應力應為多

10、少?若c=31.1MPa,外加拉應力應為多大?110方向與滑移方向的夾角：110方向與面法線方向夾角：在面上的方向的分切應力應為20.4Mpa。Mpa若c=31.1MPa,外加拉應力應為76.2Mpa。2有一70MPa應力作用在fcc晶體的001方向上,求作用在111和111滑移系上的分切應力。001方向與滑移方向的夾角：001方向與面法線方向夾角：在面上的方向的分切應力應為28.6Mpa。001方向與滑移方向的夾角：在面上的方向的分切應力應為0Mpa。3. 有一bcc晶體的111滑移系的臨界分切力為60MPa,試問在001和010方向必須施加多少的應力才會產生滑移？1 001方向與111滑移

11、方向的夾角：001方向與面法線方向夾角：由于001方向與滑移面平行,因此,無論在001方向施加多大的應力不會使111滑移系產生滑移。2 010方向與111滑移方向的夾角：010方向與面法線方向夾角：在010方向必須施加147Mpa的應力才會產生滑移。5為什么晶粒大小影響屈服強度？經退火的純鐵當晶粒大小為16個/mm2時,s=100MPa；而當晶粒大小為4096個mm2時,s250MPa,試求晶粒大小為256個/mm2時的s。16個/mm2時-d=0.25mm4096個mm2時-64個/mm-d=1/64mm256個/mm2時-16個/mm-d=1/16mm 求得：第三章 材料的斷裂與斷裂韌性一

12、、填空題材料中裂紋的 形成和擴展的研究是微觀斷裂力學的核心問題。材料的斷裂過程大都包括裂紋的形成與擴展兩個階段。按照斷裂前材料宏觀塑性變形的程度,斷裂分為脆性斷裂與韌性斷裂。按照材料斷裂時裂紋擴展的途徑,斷裂分為穿晶斷裂和沿晶斷裂。按照微觀斷裂機理,斷裂分為解理斷裂和剪切斷裂。對于無定型玻璃態聚合物材料,其斷裂過程是銀紋產生和發展的過程。韌性斷裂斷口一般呈杯錐狀,斷口特征三要素由纖維區、放射區和剪切唇3個區組成。根據外加應力的類型及其與裂紋擴展面的取向關系,裂紋擴展的基本方式有張開型、滑開型、撕開型 3種,其中,以張開型裂紋擴展最危險。Griffith裂紋理論是為解釋玻璃、陶瓷等脆性材料斷裂強

13、度理論值與實際值的巨大差異現象而提出的。 線彈性斷裂力學處理裂紋尖端問題有應力應變分析和能量分析兩種方法。二、名詞解釋1韌性斷裂 韌性斷裂是材料斷裂前及斷裂過程中產生明顯宏觀塑性變形的斷裂過程。韌性斷裂時一般裂紋擴展過程較慢,而且要消耗大量塑性變形能。2脆性斷裂 脆性斷裂是材料斷裂前基本上不產生明顯的宏觀塑性變形,沒有明顯預兆,往往表現為突然發生的快速斷裂過程,因而具有很大的危險性。3剪切斷裂 剪切斷裂是材料在切應力作用下沿滑移面滑移分離而造成的斷裂。包括純剪切斷裂和微孔聚集型斷裂,微觀斷口特征花樣則是斷口上分布大量韌窩。4解理斷裂 在正應力作用下,由于原子間結合鍵的破壞引起的沿特定晶面發生的

14、脆性穿晶斷裂稱為解理斷裂。解理臺階、河流花樣和舌狀花樣是解理斷口的基本微觀特征。5 斷裂韌度KCKc為平面應變斷裂韌度,表示材料在平面應變狀態下抵抗裂紋失穩擴展的能力；KI Kc裂紋失穩擴展 ,引起脆性斷裂；KI Kc時,存在的斷裂不會引起斷裂。6韌度：韌度是衡量材料韌性大小的力學性能指標,其中又分為靜力韌度、沖擊韌度和斷裂韌度。習慣上,韌性和韌度這兩個名詞混用,但它們的含義不同,韌性是材料的力學性能,它是指材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力。：韌度是韌性的度量。7韌性 韌性是材料的力學性能,它是指材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力。三、簡答題1材料斷裂的過程包括哪些？斷裂過程：裂紋的

15、形成與擴展穩態擴展、失穩擴展過程。2非晶態高分子材料的塑變與斷裂過程主要是什么過程？銀紋的形成和擴展過程。3低碳鋼典型拉伸斷口的宏觀特征是什么？對應的微觀斷口特征是什么？ 宏觀特征由纖維區、放射區和剪切唇3個區。韌窩、撕裂韌窩、鏈波花樣。4晶粒的形狀、大小及分布對材料強度與韌性的影響。細小、彌散、均勻分布,提高材料強度與韌性。5說明K與Kc 的關系。 K與KcKI: 應力場強度因子,力學參量,表示裂紋尖端應力應變場強度大小。K與外加應力、試樣尺寸a、裂紋類型Y有關,與材料無關。Kc：斷裂韌度,材料的力學性能指標,表示平面應變狀態下材料抵抗裂紋失穩擴展的能力。與材料成分,組織結構有關,與外加應力

16、,試樣尺寸等外因素無關。當增加到臨界值,a增大到臨界值a,K達到臨界值Kc ,裂紋失穩擴展至斷裂。KI Kc裂紋失穩擴展 ,引起脆性斷裂；KI Kc時,存在的斷裂不會引起斷裂。6. 影響材料斷裂韌性的因素有哪些？KIc是材料強度和塑性的綜合表現。內在因素：成分、組織、結構。外在因素：溫度T、應變速率。一般情況下,隨強度指標的降低而升高,隨塑性指標的降低而降低。通常人們認為KIc是塑性、韌性一類指標,與強度類指標的變化規律相反。綜合分析：展開7. 剛拉制的玻璃棒彎曲強度為6 Gpa,在空氣中放置幾小時后強度為0.4Gpa；表面氧化裂紋,強度降低。石英玻璃纖維的長度為12cm時,強度為275Mpa

17、,當其長度為0.6cm時,強度可達760Mpa；長試樣缺陷多,裂紋易生成、擴展,強度降低尺寸效應。純鐵的理論計算斷裂強度為40Gpa,實際斷裂應力大約為200Mpa。實際材料含各種缺陷,裂紋易生成、擴展,強度降低。四、計算題1. m =1/2 = 1/2= 7.421010Pa =7.42104MPac =1/2 = 1/2=3.0107Pa = 30MPa2. ac =/2 = / 2 =0.3310-3 材料的臨界裂紋長度為0.66mm .3. 已知無限大板穿透裂紋的K表達式：塑性區修正后的K表達式： 平面應變答：/s850/1150=0.74 要進行塑性區修正, 計算平面應變條件下的應力

18、場強度因子K： Mpa.m1/2 KKc=105Mpa.m1/2,構件不安全第四章材料的扭轉、彎曲、壓縮性能一、填空題1單向拉伸、扭轉和壓縮試驗方法中,應力狀態最軟的加載方式是 壓縮 ,該方法易于顯示材料的 塑性塑性/脆性行為,可用于考查脆性塑性/脆性材料的塑性塑性/脆性指標。2 要測試灰鑄鐵和陶瓷材料的塑性指標,在常用的單向拉伸、扭轉和壓縮試驗方法中,可選擇壓縮試驗方法。二、名詞解釋1應力狀態軟性系數 ：和的比值稱為應力狀態軟性系數,用表示。越大,最大切應力分量越大,材料越易于產生塑性變形,則應力狀態越軟。反之,越小,最大切應力分量越小,則應力狀態越硬,材料越易產生脆性斷裂。2抗扭強度：試樣

19、在扭斷前承受的最大扭矩Tb/,W為試樣抗扭截面系數。反映材料的最大抗扭矩能力。第5章 材料的硬度一、填空題1. 硬度表征材料的軟硬程度,材料表面上不大體積內抵抗變形或破裂的能力。2. 常用硬度試驗方法有 布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度 等。3. 測45鋼調質后的硬度,可選用洛氏硬度、維氏硬度實驗方法。4. 要鑒別淬火鋼中馬氏體組織的硬度,可用顯微維氏硬度、顯微努氏硬度實驗方法,5. 測量灰鑄鐵的硬度,可用布氏硬度 硬度實驗方法。6. 石膏和金剛石的硬度可用莫氏硬度表示。7. 測橡膠墊的硬度可用邵氏硬度表示。二、簡答題試比較布氏硬度與維氏硬度實驗原理的異同,并比較布氏、洛氏、維氏硬度實驗的優缺點及

20、應用范圍。維氏硬度的試驗原理與布氏硬度基本相似,也是根據壓痕單位面積所承受的載荷來計算硬度值的,所不同的是維氏硬度試驗所用的壓頭是兩相對面夾角a為136 的金剛石四棱錐體。布氏硬度試驗的優點是壓痕面積較大,其硬度值能反映材料在較大區域內各組成相的平均性能。因此,布氏硬度檢驗最適合測定灰鑄鐵、軸承合金等材料的硬度。壓痕大的另一優點是試驗數據穩定,重復性高。布氏硬度試驗的缺點是因壓痕直徑較大,一般不宜在成品件上直接進行檢驗；此外,對硬度不同的材料需要更換壓頭直徑D和載荷F,同時壓痕直徑的測量也比較麻煩。洛氏硬度試驗的優點是操作簡便迅速,壓痕小,可對工件直接進行檢驗；采用不同標尺,可測定各種軟硬不同

21、和薄厚不一試樣的硬度。缺點是因壓痕較小,代表性差,尤其是材料中的偏析及組織不均勻等情況,使所測硬度值的重復性差、分散度大,用不同標尺測得的硬度值即不能直接進行比較,又不能彼此互換。維氏硬度試驗角錐壓痕清晰,采用對角線長度計量,精確可靠；壓頭為四棱錐體,當載荷改變時,壓入角恒定不變,因此可以任意選擇載荷,而不存在布氏硬度那種載荷F與壓球直徑D之間的關系約束。此外,維氏硬度也不存在洛氏硬度那種不同標尺的硬度。今有如下工作需測定硬度,試說明選用何種硬度實驗法為宜。滲碳層的硬度分布；顯微維氏硬度、顯微努氏、表面洛氏硬度淬火鋼；洛氏硬度HRC灰鑄鐵；布氏硬度HB硬質合金；洛氏硬度HRA、維氏硬度鑒別鋼中

22、的隱晶馬氏體與殘余奧氏體；顯微維氏硬度、顯微努氏儀表小黃銅齒輪；顯微維氏硬度HV龍門刨床導軌；肖氏硬度KS里氏硬度氮化層；顯微維氏硬度、顯微努氏、表面洛氏硬度火車圓彈簧；洛氏硬度HRC、維氏硬度高速鋼刀具。洛氏硬度HRC在用壓入法測量硬度時,試討論如下情況的誤差：壓入點過于接近試樣端面；壓入點過于接近其他測試點；試樣太薄。試樣厚度應大于壓入深度的10倍。壓痕中心距試樣邊緣 2.5d,兩相鄰痕中心距離應 4dd壓痕平均直徑。第6章 材料的沖擊韌性及低溫脆性一、填空題1測定W18Cr4V高速鋼、20鋼、灰鑄鐵、陶瓷材料、聚乙烯板的沖擊韌性,要開缺口的是,不需開缺口的是 。2同一材料分別采用拉伸和扭

23、轉試驗方法,測得的tk較低的是；若試樣分別制成光滑試樣和缺口試樣,都采用拉伸試驗,測得的tk較低的是。二、名詞解釋1沖擊吸收功 2沖擊韌性 3低溫脆性 4韌脆轉變溫度 三、簡答題1、什么是沖擊韌性？用于測定沖擊韌性的試件有哪兩種主要形式？測定的沖擊韌性如何表示？2、什么是低溫脆性？在哪些材料中容易發生低溫脆性？3、說明下列力學性能指標的意義： 1、2、3FATT504NDT5FTE6FTP4、簡述影響沖擊韌性和韌脆轉變溫度的內在因素與外在因素？第7章 材料的疲勞性能一、填空題1. 疲勞斷裂的過程包括裂紋萌生、擴展和斷裂三個階段。 2. 低碳鋼典型的疲勞斷口上有疲勞源、疲勞裂紋擴展區和瞬時斷裂區 斷裂特征區。3. 疲勞裂紋一般發源于構件的表面缺陷處。4. 貝紋線是疲勞裂紋擴展 區的宏觀特征；疲勞條帶是疲勞裂紋擴展區的微觀特征。二、名詞解釋2. 疲勞貝紋線：貝紋線是疲勞裂紋擴展區的宏觀特征。疲勞裂紋擴展時,變動的載荷在前沿形成貝殼狀或海灘狀條紋。 3. 疲勞