材料性能学期末考试

中原工学院材料与化工学院

材 料 性 能 学

《材控专业课后习题》

第一章 材料在单向拉伸时的力学性能

1-1名词解释

1.弹性比功：材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力。

2.包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形，而后再同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。其来源于金属材料中的位错运动所受阻力的变化。可通过热处理（再结晶退火）消除。

3.塑性：材料断裂前产生塑性变形的能力 4.韧性：材料变形时吸收变形力的能力

5.脆性断裂(弹性断裂)：材料断裂前不发生塑性变形，而裂纹的扩展速度往往很快。断口呈现与正应力垂直，宏观上比较齐平光亮，为放射状或结晶状。

6.韧性断裂（延性断裂或者塑性断裂）：材料断裂前及断裂过程中产生明显塑性变形的断裂过程。断口呈现暗灰色、纤维状。

7.剪切断裂：材料在切应力作用下沿滑移面分离而造成断裂。断口呈现锋利的楔形或微孔聚集型，即出现大量韧窝。

8.河流花样：解理裂缝相交处会形成台阶，呈现出形似地球上的河流状形貌

9.解理台阶：解理裂纹的扩展往往是沿晶面指数相同的一族相互平行，但位于“不同高度”的晶面进行的。不同高度的解理面存在台阶。 10.韧窝：通过孔洞形核、长大和连接而导致韧性断裂的断口

1-3材料的弹性模数主要取决于什么因素？

答：影响弹性模数的因素：键合方式和原子结构、晶体结构、化学成

分、微观组织、温度、加载条件和负荷持续时间 1-4决定金属材料屈服强度的主要因素有哪些？

答：1、晶体结构：屈服是位错运动，因此单晶体理论屈服强度＝临

界切应力

2、晶界和亚结构：晶界是位错运动的重要障碍，晶界越多，常温时材料的屈服强度增加。晶粒越细小，亚结构越多，位错运动受阻越多，屈服强度越大。

3、溶质元素：由于溶质原子与溶剂原子直径不同，在溶质原子周围形成晶格畸变应力场，其与位错应力场相互作用，使位错运动受阻，增大屈服强度。固溶强化、柯氏气团强化、沉淀强化、时效强化、弥散强化

4、第二相：弥散分布的均匀细小的第二相有利于提高屈服强度 5、环境因素对屈服强度的影响

1）温度的影响:温度升高，屈服强度降低，但变化趋势因不同晶格类型而异。

2）加载速度(变形速度)的影响:加载速度增大，金属的强度增高，但屈服强度的增高比抗拉强度的增高更为明显

3）应力状态的影响:不同加载方式下，屈服强度不同

1-8、金属材料的应变硬化有何实际意义？

答：1、 在加工是合理配合应变硬化和塑性变形，可使金属进行均匀的塑性变形，保证冷变形工艺的顺利进行

2、 低碳钢切削时易产生粘刀，表面质量差，可进行冷变形降低塑性，改善切削加工性能。

3、在材料应用方面，应变硬化可使金属机件具有一定的抗偶然过载能力。保证机件使用安全。

4、应变硬化也是强化金属的重要手段，尤其是对那些不能进行热处理强化的材料。

1-13、何谓拉伸端口三要素？影响宏观拉伸断口的性态因素？

答：纤维区 放射区 剪切唇

影响因素：试样形状、尺寸和金属材料的性能以及实验温度，加载速度和受力状态。

1-14、纯铁γS=2J/m,E=2*10MPa ,α0=2.5*10m,求理论断裂强

25-10

度σm

答：由公式σm=(E*γS/α0)1/2得：

σm=(2*105*106*2/2.5*10-10)1/2=4.0*1010Pa=4.0*104MPa

1-15、一薄板内有一条长3mm的裂纹，且α0=3*10mm.求脆性断

5

裂应力σC（设σm=E/10=2*10MPa）

答：由σm/σc=(α/α0)1/2 解得：σC=28.29MPa

-8

1-16、一材料E=2*10 N/mγS =8N/m试计算在7*10N/m的拉应力下材料的临界裂纹长度。

答：当σC=7*107N/m2时，因为aC=E*γS/ac2,解得aC=0.33mm

临界裂纹长度a=2*aC=0.33*2=0.66mm

112, 72

1-18、格里菲斯公式适用哪些范围及在什么情况下需要修正？

答：格里菲斯只适用于脆性固体如玻璃、无机晶体材料、超高强钢。 对于许多工程结构材料如结构钢、高分子材料、裂纹尖端产生较大的塑性变形，要消耗大量塑性变形功，必须对格里菲斯进行修正。

1-19．屈服强度的工程意义？

答：（1）作为防止因材料过量塑性变形而导致机件失效的设计和选材依据

（2）根据屈服强度与抗拉强度之比的大小，衡量材料进一步产生塑性变形的倾向，作为金属材料冷塑性变形加工和确定机件缓解应力集中防止脆断的参考依据。

1-20.弹性极限，比例极限的工程意义

答：对于要求服役时其应力应变关系严格遵守线性关系的机件，如测力计弹簧，是依靠弹性变形的应力正比于应变的关系显示载荷大小的，则应以比例极限作为选择材料的依据，对于服役条件不允许产生微量塑性变形的机件，设计时应按弹性极限来选择材料。

1-21.金属塑性的工程意义

答：（1）材料具有一定的塑性，当其偶然过载时，通过塑性变形和应变硬化的配合可避免机件发生突然破坏

（2）材料具有一定的塑性还有利于塑性加工和修复工艺的顺利进行

（3）对于金属材料，其塑性的好坏是评定材料冶金质量的重要标准。

1-22.包申格效应的产生原理？

答：包申格效应与金属材料中位错运动所受的阻力变化有关。金属受载产生少量塑性变形时，运动位错遇林位错而弯曲受阻，并形成位错缠结或胞状组织，如果此时卸载并随即同向加载，在原先加载的应力水平下，被缠结的位错不能做显著运动，宏观上表现为规定残余伸长应力增加。如果卸载后施加反向应力，位错反向运动时前方林位错一类的障碍较少，因此在较低应力下滑移较大距离，宏观上表现为规定残余伸长应力较低的现象。

1-23.多晶体材料塑性变形的特点？

答：（1）各晶粒变形的不同时性和不均匀性 （2）各晶粒变形的相互协调性

1-24.金属材料产生明显屈服的条件？

答：位错运动速度应力敏感指数m’值越低，使位错运动速率变化所需应力变化越大，屈服现象就越明显，m’小于20，具有明显的屈服现象

1-25.加工硬化指数的几个特点

答：金属材料的n值的大小，与层错能的高低有关。层错能低的，n值越大。层错能高的，n值越小。n值大的其滑移变形的特征为平坦的滑移带，n值小的材料表现为波纹状的滑移带。退火态金属n值比较大，冷加工状态下n值比较小。n与材料的屈服点大致呈反比关系。n值也随溶质原子数增加而降低。晶粒变粗n值增加。

第二章材料在其他静载下的力学性能

2-1．名词解释

1）应力状态软性系数。

最大切应力Tmax与最大正应力σmax的比值e=τmax/σmax,σ越大，

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