材料力學性能
材料受力后就會產(chǎn)生變形，材料力學性能是指材料在受力時的行為。描述材料變形行為的指標是應力σ和應變ε，σ是單位面積上的作用力，ε是單位長度的變形。描述材料力學性能的主要指標是強度、延性和韌性。其中，強度是使材料破壞的應力大小的度量;延性是材料在破壞前永久應變的數(shù)值;而韌性卻是材料在破壞時所吸收的能量的數(shù)值。
1.彈性和剛度
材料在彈性范圍內(nèi)，應力與應變成正比，其比值E=σ/ε(MN/m2)稱為彈性模量。E標志著材料抵抗彈性變形的能力，用以表示材料的剛度。E值主要取決于各種材料的本性，一些處理方法(如熱處理、冷熱加工、合金化等)對它影響很小。零件提高剛度的方法是增加橫截面積或改變截面形狀。金屬的E值隨溫度的升高而逐漸降低。
2.強度
在外力作用下，材料抵抗變形和破壞的能力稱為強度。根據(jù)外力的作用方式，有多種強度指標，如抗拉強度、抗彎強度、抗剪強度等。當材料承受拉力時，強度性能指標主要是屈服強度和抗拉強度。
(1)屈服強度σs
在圖1-6(b)上，當曲線超過A點后，若卸去外加載荷，則試樣會留下不能恢復的殘余變形，這種不能隨載荷去除而消失的殘余變形稱為塑性變形。當曲線達到A點時，曲線出現(xiàn)水平線段，表示外加載荷雖然沒有增加，但試樣的變形量仍自動增大，這種現(xiàn)象稱為屈服。屈服時的應力值稱為屈服強度，記為σS。
有的塑性材料沒有明顯的屈服現(xiàn)象發(fā)生，如圖1-6(c)所示。對于這種情況，用試樣標距長度產(chǎn)生0.2%塑性變形時的應力值作為該材料的屈服強度，以σ0.2表示。
機械零件在使用時，一般不允許發(fā)生塑性變形，所以屈服強度是大多數(shù)機械零件設計時選材的主要依據(jù)也是評定金屬材料承載能力的重要機械性能指標。材料的屈服強度越高，允許的工作應力越高，零件所需的截面尺寸和自身重量就可以較小。
(2)抗拉強度σb
材料發(fā)生屈服后，其應力與應變的變化如圖1-1所示，到最高點應力達最大值σb。在這以后，試樣產(chǎn)生“縮頸”，迅速伸長，應力明顯下降，最后斷裂。最大應力值σb稱為抗拉強度或強度極限。它也是零件設計和評定材料時的重要強度指標。σb測量方便，如果單從保證零件不產(chǎn)生斷裂的安全角度考慮，可用作為設計依據(jù)，但所取的安全系數(shù)應該大一些。
屈服強度與抗拉強度的比值σS/σb稱為屈強比。屈強比小，工程構(gòu)件的可靠性高，說明即使外載或某些意外因素使金屬變形，也不至于立即斷裂。但屈強比過小，則材料強度的有效利用率太低。
3.塑性
材料在外力作用下，產(chǎn)生永久殘余變形而不被斷裂的能力，稱為塑性。塑性指標也主要是通過拉伸實驗測得的(圖1-6)。工程上常用延伸率和斷面收縮率作為材料的塑性指標。
(1)延伸率δ
試樣在拉斷后的相對伸長量稱為延伸率，用符號δ表示，即b式中：L0試樣原始標距長度;
L1試樣拉斷后的標距長度。
(2)斷面收縮率ψ
試樣被拉斷后橫截面積的相對收縮量稱為斷面收縮率，用符號ψ表示，即式中：F0試樣原始的橫截面積;
F1試樣拉斷處的橫截面積。
延伸率和斷面收縮率的值越大，表示材料的塑性越好。塑性對材料進行冷塑性變形有重要意義。此外，工件的偶然過載，可因塑性變形而防止突然斷裂;工件的應力集中處，也可因塑性變形使應力松弛，從而使工件不至于過早斷裂。這就是大多數(shù)機械零件除要求一定強度指標外，還要求一定塑性指標的道理。
材料的δ和ψ值越大，塑性越好。兩者相比，用ψ表示塑性更接近材料的真實應變。
4.硬度
硬度是材料表面抵抗局部塑性變形、壓痕或劃裂的能力。通常材料的強度越高，硬度也越高。硬度測試應用得最廣的是壓入法，即在一定載荷作用下，用比工件更硬的壓頭緩慢壓入被測工件表面，使材料局部塑性變形而形成壓痕，然后根據(jù)壓痕面積大小或壓痕深度來確定硬度值。從這個意義來說，硬度反映材料表面抵抗其它物體壓入的能力。工程上常用的硬度指標有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等。
(1)布氏硬度HB
布氏硬度是用一定載荷P，將直徑為D
的球體(淬火鋼球或硬質(zhì)合金球)，壓入被測材料的表面，保持一定時間后卸去載荷，根據(jù)壓痕面積F確定硬度大小。其單位面積所受載荷稱為布氏硬度。
由于布氏硬度所用的測試壓頭材料較軟，所以不能測試太硬的材料。當測試壓頭為淬火鋼球時，只能測試硬度小于450HB的材料;當測試壓頭為硬質(zhì)合金時，可測試硬度小于650HB的材料。對金屬來講，鋼球壓頭只適用于測定退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼、鑄鐵及有色金屬的硬度。材料的σb與HB之間，有以下近似經(jīng)驗關(guān)系：
對于低碳鋼：σb≈0.36HB;
對于高碳鋼：σb≈0.34HB;
對于灰鑄鐵：σb≈0.10HB。
(2)洛氏硬度HR
洛氏硬度是將標準壓頭用規(guī)定壓力壓入被測材料表面，根據(jù)壓痕深度來確定硬度值。根據(jù)壓頭的材料及壓頭所加的負荷不同又可分為HRA、HRB、HRC三種。
HRA適用于測量硬質(zhì)合金、表面淬火層或滲碳層;
HRB適用于測量有色金屬和退火、正火鋼等;
HRC適用于測量調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。
洛氏硬度操作簡便、迅速，應用范圍廣，壓痕小，硬度值可直接從表盤上讀出，所以得到更為廣泛的應用。
(3)維氏硬度HV
維氏硬度的實驗原理與布氏硬度相同，不同點是壓頭為金剛石四方角錐體，所加負荷較小(5～120kgf)。它所測定的硬度值比布氏、洛氏精確，壓入深度淺，適于測定經(jīng)表面處理零件的表面層的硬度，改變負荷可測定從極軟到極硬的各種材料的硬度，但測定過程比較麻煩。
5.疲勞強度
以上幾項性能指標，都是材料在靜載荷作用下的性能指標。而許多零件和制品，經(jīng)常受到大小及方向變化的交變載荷，在這種載荷反復作用下，材料常在遠低于其屈服強度的應力下即發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為“疲勞”。材料在規(guī)定次數(shù)(一般鋼鐵材料取107次，有色金屬及其合金取108次)的交變載荷作用下，而不至引起斷裂的最大應力稱為“疲勞極限”。光滑試樣的彎曲疲勞極限用σ-1表示。一般鋼鐵的σ-1值約為其σb的一半，非金屬材料的疲勞極限一般遠低于金屬。
疲勞斷裂的原因一般認為是由于材料表面與內(nèi)部的缺陷(夾雜、劃痕、尖角等)，造成局部應力集中，形成微裂紋。這種微裂紋隨應力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴展，使零件的有效承載面積逐漸減小，以至于最后承受不起所加載荷而突然斷裂。
通過合理選材，改善材料的結(jié)構(gòu)形狀，避免應力集中，減小材料和零件的缺陷，提高零件表面光潔度，對表面進行強化等，可以提高材料的疲勞抗力。
6.韌性
材料的韌性是斷裂時所需能量的度量。描述材料韌性的指標通常有兩種：
(1)沖擊韌性aK
沖擊韌性是在沖擊載荷作用下，抵抗沖擊力的作用而不被破壞的能力。通常用沖擊韌性指標aK來度量。aK是試件在一次沖擊實驗時，單位橫截面積(m2)上所消耗的沖擊功(MJ)，其單位為MJ/m2。aK值越大，表示材料的沖擊韌性越好。
標準沖擊試樣有兩種，一種是常用的梅氏試樣(試樣缺口為U型);另一種是夏氏試樣(試樣缺口為V型)。同一條件下同一材料制作的兩種試樣，其梅氏試樣的aK值顯著大于夏氏試樣的aK值，所以兩種試樣的aK值不能互相比較。夏氏試樣必須注明aK(夏)。
實際工作中承受沖擊載荷的機械零件，很少因一次大能量沖擊而遭破壞，絕大多數(shù)是因小能量多次沖擊使損傷積累，導致裂紋產(chǎn)生和擴展的結(jié)果。所以需采用小能量多沖擊作為衡量這些零件承受沖擊抗力的指標。實踐證明，在小能量多次沖擊下，沖擊抗力主要取決于材料的強度和塑性。
(2)斷裂韌性K1
在實際生產(chǎn)中，有的大型傳動零件、高壓容器、船舶、橋梁等，常在其工作應力遠低于σS的情況下，突然發(fā)生低應力脆斷。通過大量研究認為，這種破壞與制件本身存在裂紋和裂紋擴展有關(guān)。實際使用的材料，不可避免地存在一定的冶金和加工缺陷，如氣孔、夾雜物、機械缺陷等，它們破壞了材料的連續(xù)性，實際上成為材料內(nèi)部的微裂紋。在服役過程中，裂紋擴展的結(jié)果，造成零件在較低應力狀態(tài)下，即低于材料的屈服強度，而材料本身的塑性和沖擊韌性又不低于傳統(tǒng)的經(jīng)驗值的情況下，發(fā)生低應力脆斷。
材料的斷裂韌性K1C與裂紋的形狀、大小無關(guān)，也和外加應力無關(guān)，只決定于材料本身的特性(成分、熱處理條件、加工工藝等)，是一個反映材料性能的常數(shù)。
篇2：普通混凝土力學性能試驗操作規(guī)程(2)
普通混凝土力學性能試驗操作規(guī)程（2）
執(zhí)行標準《普通混凝土力學性能試驗方法》GBJ81-85
立方體抗壓強度試驗
混凝土立方體抗壓強度試驗所采取的試驗機量程應能使試件的預期破壞值不小于全量程的20%，也不大于全量程的80%。
試件如為標準養(yǎng)護，從養(yǎng)護地點取出后，應盡快進行試驗，以免試件內(nèi)部的溫濕度發(fā)生變化。
試驗前先將試件擦試干凈，測量尺寸，并檢查其外觀。試件尺寸測量精確至1mm，并根據(jù)此計算試件的承壓面積。如實測尺寸與公稱尺寸之差不超過1mm，可按公稱尺寸進行計算。
試件要求:試驗前檢查試件承壓面平整度，承壓面與相鄰面的不垂直度，及是否有缺棱掉角情況，如有，則應在試驗記錄中加以注明。
將試件安放在試驗機的下壓板上，試件的承壓面應與成型時的頂面垂直。試件的中心與試驗機下壓板中心對準。開動試驗機，當上壓板與試件接近，調(diào)整球座，使接觸均衡。
試驗應連續(xù)而均勻地加荷，加荷速度應為：當混凝土強度等級低于C30時，取每秒鐘0.3~0.5Mpa（對于標準試件，即6.75~11.25N/s）；混凝土強度等級高于或等于C30,取每秒鐘0.5~0.8Mpa（對于標準試件，即11.25~18N/s）。及時清理試驗機下壓板上殘留的試驗碎屑。
混凝土立方體抗壓強度應按下式計算（精確至0.1Mpa）：
——混凝土試件抗壓強度（Mpa）
P——破壞荷載（N）
A——試件承壓面積（mm2）
以三個試件測值的算術(shù)平均值作為該組試件的抗壓強度值。三個測值中的最大值或最小值中如果有一個與中間值的差值超過中間值的15%時，則把最大及最小值一并舍除，取中間值作為該組試件的抗壓強度值。如有兩個測值與中間值均超過中間值的15%，則該組試件的試驗結(jié)果無效。
取150×150×150mm試件的抗壓強度為標準值，其它尺寸試件測得的強度值均應乘以尺寸換算系數(shù)，其值對200×200×200mm試件為1.05；對100×100×100mm試件為0.95。
抗折強度試驗
混凝土抗折強度試驗應采用150×150×600（或550）mm小梁作為標準試件。制作標準試件所用混凝土中骨料的最大粒徑不應大于40mm。
必要時可以采用100×100×400mm試件，此時混凝土中骨料的最大粒徑不應大于30mm。
試件如標準養(yǎng)護，從養(yǎng)護地點取出后應及時進行試驗。試驗前，試件應保持與原養(yǎng)護地點相似的干濕狀態(tài)。
先將試件擦干凈，測量尺寸，試件尺寸測量精確至1mm，并據(jù)此進行強度計算。在試件承壓區(qū)及支承區(qū)標明接觸線（跨距取試件截面高度的3倍）。
試件要求:試件不得有明顯缺陷。在跨中1/3梁的受拉區(qū)內(nèi)，不得有表面直徑超過7mm并深度超過2mm的孔洞。試件承壓區(qū)及支承區(qū)接觸線的不平度應為每100mm不超過0.05mm。否則應在試驗記錄中加以注明。
按要求調(diào)整支承架及壓頭的位置，跨距取試件截面高度的3倍，所有間距尺寸偏差不應大于±1mm。將試件在試驗機的支座上放穩(wěn)對中，承壓面應選擇試件成型時的側(cè)面。開動試驗機，當加壓頭與試件快接近時，調(diào)整加壓頭及支座，使接觸均衡。
試件的試驗應連續(xù)而均勻地加荷，加荷速度應為：當混凝土強度等級低于C30時，取每秒種0.02~0.5Mpa（即0.15~0.375kN/s）；混凝土強度等級高于或等于C30,取每秒種0.05~0.08Mpa（即0.375~0.6kN/s）。記錄破壞荷載和破壞位置。
試件破壞時如折斷面位于兩個集中荷載之間時，抗折強度應按下式計算（精確至0.01MPa）：
混凝土抗折強度（Mpa）
P破壞荷載(N)
L支座間距即跨度(mm)
b試件截面寬度(mm)
h試件截面高度(mm)
以三個試件測值的算術(shù)平均值作為該組試件的抗壓強度值（精確至0.1MPa）。三個測值中的最大值或最小值中如果有一個與中間值的差值超過中間值的15%時，則把最大及最小值一并舍除，取中間值作為該組試件的抗壓強度值。如有兩個測值與中間值均超過中間值的15%，則該組試件的試驗結(jié)果無效。
三個試件中如有一個其折斷面位于兩個集中荷載之外時（以受拉區(qū)為準），則該試件的試驗結(jié)果應予舍棄，混凝土抗折強度按另兩個試件的試驗結(jié)果計算。如有兩個試件的折斷面均超出兩個集中荷載之外，則該組試驗無效。
采用100×100×400mm非標準試件時，取抗折強度乘以尺寸換算系數(shù)0.85。
篇3：材料力學性能試題集
判斷題
1.由內(nèi)力引起的內(nèi)力集度稱為應力。(×)
2.當應變?yōu)橐粋€單位時，彈性模量即等于彈性應力，即彈性模量是產(chǎn)生100%彈性變形所需的應力。(√)
3.工程上彈性模量被稱為材料的剛度，表征金屬材料對彈性變形的抗力，其值越大，則在相同應力條件下產(chǎn)生的彈性變形就越大。(×)
4.彈性比功表示金屬材料吸收彈性變形功的能力。(√)
5.滑移面和滑移方向的組合稱為滑移系，滑移系越少金屬的塑性越好。(×)
6.高的屈服強度有利于材料冷成型加工和改善焊接性能。(×)
7.固溶強化的效果是溶質(zhì)原子與位錯交互作用及溶質(zhì)濃度的函數(shù)，因而它不受單相固溶合金(或多項合金中的基體相)中溶質(zhì)量所限制。(×)
8.隨著繞過質(zhì)點的位錯數(shù)量增加，留下的位錯環(huán)增多，相當于質(zhì)點的間距減小，流變應力就增大。(√)
9.層錯能低的材料應變硬度程度小。(×)
10.磨損、腐蝕和斷裂是機件的三種主要失效形式，其中以腐蝕的危害最大。(×)
11.韌性斷裂用肉眼或放大鏡觀察時斷口呈氧化色，顆粒狀。(×)
12.脆性斷裂的斷裂面一般與正應力垂直，斷口平齊而光亮，長呈放射狀或結(jié)晶狀。(√)
13.決定材料強度的最基本因素是原子間接合力，原子間結(jié)合力越高，則彈性模量、熔點就越小。(×)
14.脆性金屬材料在拉伸時產(chǎn)生垂直于載荷軸線的正斷，塑性變形量幾乎為零。(√)
15.脆性金屬材料在壓縮時除產(chǎn)生一定的壓縮變形外，常沿與軸線呈45°方向產(chǎn)生斷裂具有切斷特征。(√)
16.彎曲試驗主要測定非脆性或低塑性材料的抗彎強度。(×)
17.可根據(jù)斷口宏觀特征，來判斷承受扭矩而斷裂的機件性能。(√)
18.缺口截面上的應力分布是均勻的。(×)
19.硬度是表征金屬材料軟硬程度的一種性能。(√)
20.于降低溫度不同，提高應變速率將使金屬材料的變脆傾向增大。(×)
21.低溫脆性是材料屈服強度隨溫度降低急劇下降的結(jié)果。(×)
22.體心立方金屬及其合金存在低溫脆性。(√)
23.無論第二相分布于晶界上還是獨立在基體中，當其尺寸增大時均使材料韌性下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高。(√)
24.細化晶粒的合金元素因提高強度和塑性使斷裂韌度KIC下降。(×)
25.殘余奧氏體是一種韌性第二相，分布于馬氏體中，可以松弛裂紋尖端的應力峰，增大裂紋擴展的阻力，提高斷裂韌度KIC。(√)
26.一般大多數(shù)結(jié)構(gòu)鋼的斷裂韌度KIC都隨溫度降低而升高。(×)
27.金屬材料的抗拉強度越大，其疲勞極限也越大。(√)
28.宏觀疲勞裂紋是由微觀裂紋的形成、長大及連接而成的。(√)
29.材料的疲勞強度僅與材料成分、組織結(jié)構(gòu)及夾雜物有關(guān)，而不受載荷條件、工作環(huán)境及表面處理條件的影響。(×)
30.應力腐蝕斷裂并是金屬在應力作用下的機械破壞與在化學介質(zhì)作用下的腐蝕性破壞的疊加所造成的。(×)
31.氫蝕斷裂的宏觀斷口形貌呈氧化色，顆粒狀。(√)
32.含碳量較低且硫、磷含量較高的鋼，氫脆敏感性低。(×)
33.在磨損過程中，磨屑的形成也是一個變形和斷裂的過程。(√)
34.馬氏體耐磨性最好，鐵素體因硬度高，耐磨性最差。(×)
35.在相同硬度下，下貝氏體比回火馬氏體具有更高的耐磨性。(√)
36.隨著實驗溫度升高，金屬的斷裂由常溫下常見的沿晶斷裂過渡到傳晶斷裂。(×)
37.蠕變斷裂的微觀斷口特征，主要為冰糖狀花樣的傳晶斷裂形貌。(×)
38.晶粒大小對金屬材料高溫力學性能的影響很大。(√)
39.聚合物的性能主要取決于其巨型分子的組成與結(jié)構(gòu)。(√)
40.三種狀態(tài)下的聚合物的變形能力不同，彈性模量幾乎相同。(×)
41.再高彈態(tài)時聚合物的變形量很大，且?guī)缀跖c溫度無關(guān)。(√)
42.聚合物的疲勞強度高于金屬。(×)
43.對機床的底座等構(gòu)件，為保證機器的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，材料的彈性滯后環(huán)越大越好;而對彈簧片、鐘表等材料，要求材料的彈性滯后環(huán)越小越好。(√)
44.鑒于彎曲試驗的特點，彎曲試驗常用于鑄鐵、硬質(zhì)合金等韌性材料的性能測試。(×)
45.奧氏體不銹鋼在硝酸鹽溶液溶液中容易發(fā)生應力腐蝕開裂。(×)
46.晶粒與晶界兩者強度相等的溫度，稱為等強溫度。(√)
47.材料的硬度與抗拉強度之間為嚴格的線性關(guān)系。(×)
48.裂紋擴展方向與疲勞條帶的方向垂直。(√)
49.金屬只有在特定介質(zhì)中才能發(fā)生腐蝕疲勞。(×)
50.適量的微裂紋存在于陶瓷材料中將提高熱震損傷性。(√)
填空
1-1、金屬彈性變形是一種“可逆性變形”，它是金屬晶格中原子自平衡位置產(chǎn)生“可逆位移”的反映。
1-2、彈性模量即等于彈性應力，即彈性模量是產(chǎn)生“100%”彈性變形所需的應力。
1-3、彈性比功表示金屬材料吸收“彈性變形功”的能力。
1-4、金屬材料常見的塑性變形方式主要為“滑移”和“孿生”。
1-5、滑移面和滑移方向的組合稱為“滑移系”。
1-6、影響屈服強度的外在因素有“溫度”、“應變速率”和“應力狀態(tài)”。
1-7、應變硬化是“位錯增殖”、“運動受阻”所致。
1-8、縮頸是“應變硬化”與“截面減小”共同作用的結(jié)果。
1-9、金屬材料斷裂前所產(chǎn)生的塑性變形由“均勻塑性變形”和“集中塑性變形”兩部分構(gòu)成。
1-10、金屬材料常用的塑性指標為“斷后伸長率”和“斷面收縮率”。
1-11、韌度是度量材料韌性的力學指標，又分為“靜力韌度”、“沖擊韌度”、“斷裂韌度”。
1-12、機件的三種主要失效形式分別為“磨損”、“腐蝕”和“斷裂”。
1-13、斷口特征三要素為“纖維區(qū)”、“放射區(qū)”、“剪切唇”。
1-14、微孔聚集斷裂過程包括“微孔成核”、“長大”、“聚合”，直至斷裂。
1-15、決定材料強度的最基本因素是“原子間結(jié)合力”。
2-1、金屬材料在靜載荷下失效的主要形式為“塑性變形”和“斷裂”。
2-2、扭轉(zhuǎn)試驗測定的主要性能指標有“切變模量”、“扭轉(zhuǎn)屈服點τs”、“抗扭強度τb”。
2-3、缺口試樣拉伸試驗分為“軸向拉伸”、“偏斜拉伸”。
2-5、壓入法硬度試驗分為“布氏硬度”、“洛氏硬度”和“維氏硬度”。
2-7、洛氏硬度的表示方法為“硬度值”、符號“HR”、和“標尺字母”。
3-1、沖擊載荷與靜載荷的主要區(qū)別是“加載速率不同”。
3-2、金屬材料的韌性指標是“韌脆轉(zhuǎn)變溫度tk
4-1、裂紋擴展的基本形式為“張開型”、“滑開型”和“撕開型”。
4-2、機件最危險的一種失效形式為“斷裂”，尤其是“脆性斷裂”極易造成安全事故和經(jīng)濟損失。
4-3、裂紋失穩(wěn)擴展脆斷的斷裂K判據(jù)：KI≥KIC
4-4、斷裂G判據(jù)：GI≥GIC。
4-7、斷裂J判據(jù)：JI≥JIC
5-1、變動應力可分為“規(guī)則周期變動應力”和“無規(guī)則隨機變動應力”兩種。
5-2、規(guī)則周期變動應力也稱循環(huán)應力，循環(huán)應力的波形有“正弦波”、“矩形波”和“三角形波”。
5-4、典型疲勞斷口具有三個形貌不同的區(qū)域，分別為“疲勞源”、“疲勞區(qū)”和“瞬斷區(qū)”。
5-6、疲勞斷裂應力判據(jù)：對稱應力循環(huán)下：σ≥σ-1。非對稱應力循環(huán)下：σ≥σr
5-7、疲勞過程是由“裂紋萌生”、“亞穩(wěn)擴展”及最后“失穩(wěn)擴展”所組成的。
5-8、宏觀疲勞裂紋是由微觀裂紋的“形成”、“長大”及“連接”而成的。
5-10、疲勞微觀裂紋都是由不均勻的“局部滑移”和“顯微開裂”引起的。
5-11、疲勞斷裂一般是從機件表面“應力集中處”或“材料缺陷處”開始的，或是從二者結(jié)合處發(fā)生的。”。
6-1、產(chǎn)生應力腐蝕的三個條件為“應力”、“化學介質(zhì)”和“金屬材料”。
6-2、應力腐蝕斷裂最基本的機理是“滑移溶解理論”和“氫脆理論”。
6-5、防止氫脆的三個方面為“環(huán)境因素”、“力學因素”及“材質(zhì)因素”。
7-4、脆性材料沖蝕磨損是“裂紋形成”與“快速擴展”的過程。
7-5、影響沖蝕磨損的主要因素有：“環(huán)境因素”、“粒子性能”、“材料性能”。
7-6、磨損的試驗方法分為“實物試驗”與“實驗室試驗”。
8-1、晶粒與晶界兩者強度相等的溫度稱為“等強溫度”。
8-2、金屬在長時間的恒溫、恒載荷作用下緩慢的產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象稱為“蠕變”。
8-3、金屬的蠕變變形主要是通過“位錯滑移”、“原子擴散”等機理進行的。
9-3、聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)包括“靜態(tài)結(jié)構(gòu)”、“非晶態(tài)結(jié)構(gòu)”和“取向”。
9-5、靜態(tài)粘彈性一般的變現(xiàn)形式為“蠕變”、“應力松弛”。
9-6、聚合物具有獨特的“摩擦特性”、“磨損規(guī)律”。
10-2、熱震破壞包括“熱震斷裂”、“熱震損傷”。
11-1、復合材料是由兩種或兩種以上“異質(zhì)”、“異形”、“異性”的材料復合形成的新型材料。
11-2、復合材料中通常包括“基體”、“增強體”。
11-3、單向復合材料產(chǎn)生屈曲的形式有“拉壓型”、“剪切型”。
11-4、單向連續(xù)纖維增強復合材料的一個顯著特點是沿纖維方向有較高的“強度”和“模量”。
名詞解釋
1滯彈性
在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時間延長產(chǎn)生附加彈性應變的現(xiàn)象叫做
滯彈性
包申格效應
金屬材料經(jīng)過預先加載產(chǎn)生少量塑性變形(殘余應變?yōu)?%---4%),卸載后再同向加載，規(guī)定殘余伸長應力(彈性極限或屈服強度)增加;反向加載，規(guī)定殘余伸長應力降低(特別是彈性極限在反向加載時幾乎降低到零)的現(xiàn)象，稱為包申格效應
解理刻面
大致以晶粒大小為單位的解理面稱為解理刻面
缺口效應
由于缺口的存在，在靜載荷作用下，缺口截面上的應力狀態(tài)將發(fā)生變化，產(chǎn)生所謂的缺口效應
5缺口敏感度
金屬材料的缺口敏感性指標用缺口試樣的抗拉強度與等截面尺寸光滑試樣的抗拉輕度比值表示，稱為缺口敏感度，記為NSR
6布氏硬度值
布氏硬度值(HBW)就是實驗力F除以壓痕球形表面積A所得的商，F(xiàn)以N為單位時，其計算公式為HBW=0.102F/A
7沖擊韌度
U形缺口沖擊吸收功
除以沖擊試樣缺口底部截面積所得之商，稱為沖擊韌度，αku=Aku/S(J/cm2),反應了材料抵抗沖擊載荷的能力,用表示。
8沖擊吸收功
缺口試樣沖擊彎曲試驗中，擺錘沖斷試樣失去的位能為mgH1-mgH2。此即為試樣變形和斷裂所消耗的功，稱為沖擊吸收功，以表示，單位為J。
9低溫脆性
體心立方晶體金屬及合金或某些密排六方晶體金屬及其合金，特別是工程上常用的中、低強度結(jié)構(gòu)鋼(鐵素體-珠光體鋼)，在試驗溫度低于某一溫度時，會由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機理由微孔聚集型變?yōu)榇┚Ы饫硇停瑪嗫谔卣饔衫w維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性
10
張開型裂紋(I型)裂紋
拉應力垂直作用于裂紋擴展面，裂紋沿作用力方向張開，沿裂紋面擴展的裂紋。
11低應力脆斷
高強度、超高強度鋼的機件，中低強度鋼的大型、重型機件在屈服應力以下發(fā)生的斷裂。
12應力場強度因子
在裂紋尖端區(qū)域各點的應力分量除了決定于位置外，尚與強度因子有關(guān)，對于某一確定的點，其應力分量由確定，
越大，則應力場各點應力分量也越大，這樣就可以表示應力場的強弱程度，稱為應力場強度因子。
“I”表示I型裂紋。
13裂紋擴展能量釋放率GI
I型裂紋擴展單位面積時系統(tǒng)釋放勢能的數(shù)值。
14裂紋擴展G判據(jù)
，當GI滿足上述條件時裂紋失穩(wěn)擴展斷裂。
15疲勞源
疲勞裂紋萌生的策源地，一般在機件表面常和缺口，裂紋，刀痕，蝕坑相連
16疲勞貝紋線
是疲勞區(qū)的最大特征，一般認為它是由載荷變動引起的，是裂紋前沿線留下的弧狀臺階痕跡。
17疲勞條帶
疲勞裂紋擴展的第二階段的斷口特征是具有略程彎曲并相互平行的溝槽花樣，稱為疲勞條帶(疲勞輝紋，疲勞條紋)
18駐留滑移帶
用電解拋光的方法很難將已產(chǎn)生的表面循環(huán)滑移帶去除，當對式樣重新循環(huán)加載時，則循環(huán)滑移帶又會在原處再現(xiàn)，這種永留或再現(xiàn)的循環(huán)滑移帶稱為駐留滑移帶。
19疲勞壽命
試樣在交變循環(huán)應力或應變作用下直至發(fā)生破壞前所經(jīng)受應力或應變的循環(huán)次數(shù)
20應力腐蝕
金屬在拉應力和特定的化學介質(zhì)共同作用下，經(jīng)過一段時間后所產(chǎn)生的
低應力脆斷現(xiàn)象。
21氫致延滯斷裂
這種由于氫的作用而產(chǎn)生的延滯斷裂現(xiàn)象稱為氫致延滯斷裂
22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。
23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。
24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
25等強溫度(TE)
晶粒強度與晶界強度相等的溫度
選擇題
1、蠕變過程可以用蠕變曲線來描述，按照蠕變速率的變化，可將蠕變過程分為三個階段：(C)、恒速階段和加速階段。
A、磨合階段;
B、疲勞磨損階段;C、減速階段;D、不穩(wěn)定階段。
2、不對稱循環(huán)疲勞強度、耐久強度、疲勞裂紋擴展門檻值、接觸疲勞強度都屬于(C)產(chǎn)生的力學性能。
A、接觸載荷;
B、沖擊載荷;
C、交變載荷;
D、化學載荷。
3、生產(chǎn)上為了降低機械噪聲，對有些機件應選用(A)高的材料制造，以保證機器穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。
A、循環(huán)韌性;
B、沖擊韌性;
C、彈性比功;D、比彈性模數(shù)。
4、拉伸斷口一般成杯錐狀，由纖維區(qū)、放射區(qū)和(A)三個區(qū)域組成。
A、剪切唇;
B、瞬斷區(qū);
C、韌斷區(qū);
D、脆斷區(qū)。
5、根據(jù)剝落裂紋起始位置及形態(tài)的差異，接觸疲勞破壞分為點蝕、淺層剝落和(B)三類。
A、麻點剝落;
B、深層剝落;
C、針狀剝落;
D、表面剝落。
6、應力狀態(tài)軟性系數(shù)表示最大切應力和最大正應力的比值，單向壓縮時軟性系數(shù)(ν=0.25)的值是(D)。
A、0.8;
B、0.5;
C、1;
D、2。
7、韌度是衡量材料韌性大小的力學性能指標，是指材料斷裂前吸收(A)和斷裂功的能力。
A、塑性變形功;
B、彈性變形功;
C、彈性變形功和塑性變形功;
D、沖擊變形功
8、金屬具有應變硬化能力，表述應變硬化行為的Hollomon公式，目前得到比較廣泛的應用，它是針對真實應力-應變曲線上的(C)階段。
A、彈性;
B、屈服;
C、均勻塑性變形;
D、斷裂。
9、因相對運動而產(chǎn)生的磨損分為三個階段：(A)、穩(wěn)定磨損階段和劇烈磨損階段。
A、磨合階段;
B、疲勞磨損階段;C、跑合階段;D、不穩(wěn)定磨損階段
10、應力松弛是材料的高溫力學性能，是在規(guī)定的溫度和初始應力條件下，金屬材料中的(C)隨時間增加而減小的現(xiàn)象。
A、彈性變形;
B、塑性變形;
C、應力;
D、屈服強度。
11、形變強化是材料的一種特性，是下列(C)階段產(chǎn)生的現(xiàn)象。
A、彈性變形;
B、沖擊變形;
C、均勻塑性變形;
D、屈服變形。
12、缺口引起的應力集中程度通常用應力集中系數(shù)表示，應力集中系數(shù)定義為缺口凈截面上的(A)與平均應力之比。
A、最大應力;
B、最小應力;
C、屈服強度;
D、抗拉強度。
13、因相對運動而產(chǎn)生的磨損分為三個階段：(A)、穩(wěn)定磨損階段和劇烈磨損階段。
A、磨合階段;
B、疲勞磨損階段;C、輕微磨損階段;D、不穩(wěn)定磨損階段。
14、在拉伸過程中，在工程應用中非常重要的曲線是(B)。
A、力—伸長曲線;
B、工程應力—應變曲線;
C、真應力—真應變曲線。
15、韌度是衡量材料韌性大小的力學性能指標，是指材料斷裂前吸收(A)的能力。
A、塑性變形功和斷裂功;
B、彈性變形功和斷裂功;
C、彈性變形功和塑性變形功;
D、塑性變形功。
16、蠕變是材料的高溫力學性能，是緩慢產(chǎn)生(B)直至斷裂的現(xiàn)象。
A、彈性變形;
B、塑性變形;
C、磨損;
D、疲勞。
17、缺口試樣中的缺口包括的范圍非常廣泛，下列(C)可以稱為缺口。
A、材料均勻組織;B、光滑試樣;C、內(nèi)部裂紋;D、化學成分不均勻。
18、最容易產(chǎn)生脆性斷裂的裂紋是(A)裂紋。
A、張開;
B、表面;
C、內(nèi)部不均勻;
D、閉合。
19、空間飛行器用的材料，既要保證結(jié)構(gòu)的剛度，又要求有較輕的質(zhì)量，一般情況下使用(C)的概念來作為衡量材料彈性性能的指標。
A、楊氏模數(shù);
B、切變模數(shù);
C、彈性比功;
D、比彈性模數(shù)。
20、KⅠ的腳標表示I型裂紋，I型裂紋表示(A)裂紋。
A、張開型;
B、滑開型;
C、撕開型;
D、組合型。
21.下列哪項不是陶瓷材料的優(yōu)點(D)
a)耐高溫
b)耐腐蝕
c)耐磨損
d)塑性好
22.對于脆性材料，其抗壓強度一般比抗拉強度(A)
a)高
b)低
c)相等
d)不確定
23.今欲用沖床從某薄鋼板上沖剪出一定直徑的孔，在確定需多大沖剪力時應采用材料的力學性能指標為(C)
a)抗壓性能
b)彎曲性能
c)抗剪切性能
d)疲勞性能
24.工程中測定材料的硬度最常用(B)
a)刻劃法
b)壓入法
c)回跳法
d)不確定
25.細晶強化是非常好的強化方法，但不適用于(A)
a)高溫
b)中溫
c)常溫
d)低溫
26.機床底座常用鑄鐵制造的主要原因是(C)
a)價格低，內(nèi)耗小，模量小
b)價格低，內(nèi)耗小，模量高
c)價格低，內(nèi)耗大，模量大
d)價格高，內(nèi)耗大，模量高
27.應力狀態(tài)柔度系數(shù)越小時，材料容易會發(fā)生(B)
a)韌性斷裂
b)脆性斷裂
c)塑性變形
d)最大正應力增大
29.裂紋體變形的最危險形式是(A)
a)張開型
b)滑開型
c)撕開型
d)混合型
30.韌性材料在什么樣的條件下可能變成脆性材料(B)
a)增大缺口半徑
b)增大加載速度
c)升高溫度
d)減小晶粒尺寸
31.腐蝕疲勞正確的簡稱為(B)
a)SCC
b)CF
c)AE
d)HE
32.高強度材料的切口敏感度比低強度材料的切口敏感度(A)
a)高
b)低
c)相等
d)無法確定
33.為提高材料的疲勞壽命可采取如下措施(B)
a)引入表面拉應力
b)引入表面壓應力
c)引入內(nèi)部壓應力
d)引入內(nèi)部拉應力
34.工程上產(chǎn)生疲勞斷裂時的應力水平一般都比條件屈服強度(B)
a)高
b)低
c)一樣
d)不一定
36、下列不是金屬力學性能的是(D)
A、強度
B、硬度
C、韌性
D、壓力加工性能
37、根據(jù)拉伸實驗過程中拉伸實驗力和伸長量關(guān)系，畫出的力——伸長曲線(拉伸圖)可以確定出金屬的(B)
A、強度和硬度
B、強度和塑性
C、強度和韌性
D、塑性和韌性
38、試樣拉斷前所承受的最大標稱拉應力為(D)
A、抗壓強度
B、屈服強度
C、疲勞強度
D、抗拉強度
39、拉伸實驗中，試樣所受的力為(D)
A、沖擊
B、多次沖擊
C、交變載荷
D、靜態(tài)力
40、屬于材料物理性能的是(C)
A、強度
B、硬度
C、熱膨脹性
D、耐腐蝕性
40、常用的塑性判斷依據(jù)是(A)
A、斷后伸長率和斷面收縮率
B、塑性和韌性
C、斷面收縮率和塑性
D、斷后伸長率和塑性
42、工程上所用的材料，一般要求其屈強比(C)
A、越大越好
B、越小越好
C、大些，但不可過大
D、小些，但不可過小
43、工程上一般規(guī)定，塑性材料的δ為(B)
A、≥1%
B、≥5%
C、≥10%
D、≥15%
44、適于測試硬質(zhì)合金、表面淬火剛及薄片金屬的硬度的測試方法是(B)
A、布氏硬度
B、洛氏硬度
C、維氏硬度
D、以上方法都可以
45、不宜用于成品與表面薄層硬度測試方法(A)
A、布氏硬度
B、洛氏硬度
C、維氏硬度
D、以上方法都不宜
46、用金剛石圓錐體作為壓頭可以用來測試(b)
A、布氏硬度
B、洛氏硬度
C、維氏硬度
D、以上都可以
47、金屬的韌性通常隨加載速度提高、溫度降低、應力集中程度加劇而(b)
A、變好
B、變差
C、無影響
D、難以判斷
48、判斷韌性的依據(jù)是(c)
A、強度和塑性
B、沖擊韌度和塑性
C、沖擊韌度和多沖抗力
D、沖擊韌度和強度
49、金屬疲勞的判斷依據(jù)是(d)
A、強度
B、塑性
C、抗拉強度
D、疲勞強度
50、材料的沖擊韌度越大，其韌性就(a)
A、越好
B、越差
C、無影響
D、難以確定
51.通常用來評價材料的塑性高低的指標是(A)
A比例極限
B抗拉強度
C延伸率
D楊氏模量
52.在測量材料的硬度實驗方法中，(C)是直接測量壓痕深度并以壓痕深淺表示材料的硬度
A布氏硬度
B洛氏硬度
C維氏硬度
D肖氏硬度
53.下列關(guān)于斷裂的基本術(shù)語中，哪一種是指斷裂的緣由和斷裂面的取向(B)
A解理斷裂、沿晶斷裂和延性斷裂
B正斷和切斷
C穿晶斷裂和沿晶斷裂
D韌性斷裂和脆性斷裂
54.金屬材料在載荷作用下抵抗變形和破壞的能力叫(B)
A強度
B硬度
C塑性
D彈性
55、金屬的彈性變形是晶格中---------------。(A)
A、原子自平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反應。
B、原子自平衡位置產(chǎn)生不可逆位移的反應。
C、原子自非平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反應。
D、原子自非平衡位置產(chǎn)生不可逆位移的反應。
56、在沒當原子間相互平衡力受外力作用而受到破壞時，原子的位置必須作相應調(diào)整，即產(chǎn)生位移，以期外力、引力和(C)三者達到新的平衡。
A、作用力B、平衡力C、斥力D、張力
57、金屬的彈性模量是一個對組織不敏感的力學性能指標。
溫度、加載速率等外在因素對其影響也(a)。
A、不大、b、不確定c、很大
58、金屬產(chǎn)生滯彈性的原因可能與(a)有關(guān)。
A、晶體中點缺陷的移動
b、晶體中線缺陷的移動c、晶體中點陣滑移d、晶體晶界缺陷
59、根據(jù)應力-應變曲線的特征，可將屈服分為(c)三種。
(1)非均勻屈服(2)均勻屈服(3)連續(xù)屈服(4)間隔屈服
a、(1)(3)(4)b(1)(2)(4)c、(1)(2)(3)d、(2)(3)(4)
60、影響屈服強度的內(nèi)因(D)
(1)基體金屬的本性及晶格類型(2)
溶質(zhì)原子
(3)晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)(4)
第二相
a、(1)(3)(4)b、(1)(2)(4)c、(2)(3)(4)d、(1)(2)(3)(4)
61、2、影響屈服強度的外因(a)
(1)溫度
(2)應變速率增大(3)
應力狀態(tài)
a、(1)(2)(3)b、(1)(3)c、(1)(2)d、(2)(3)
62、應變硬化指數(shù)n：反映(b)
A、金屬材料抵抗均勻脆性變形的能力。
B、金屬材料抵抗均勻塑性變形的能力。
C、金屬材料抵抗不均勻塑性變形的能力。
D、金屬材料抵抗不均勻脆性變形的能力。
63、應變硬化指數(shù)n的意義(c)
(1)n較大，抗偶然過載能力較強;安全性相對較好;
(2)反映了金屬材料抵抗、阻止繼續(xù)塑性變形的能力，表征金屬材料應變硬化的性能指標;
(3)應變硬化是強化金屬材料的重要手段之一，特別是對不能熱處理強化的材料;
(4)提高強度，降低塑性，改善低碳鋼的切削加工性能。
A、(1)(2)(3)b、(1)(2)(4)c、(1)(2)(3)(4)d、(2)(3)(4)
64、影響塑性的因素(a)
(1)細化晶粒，塑性提高
(2)軟的第二相塑性提高;固溶、硬的第二相等，塑性降低。
(3)溫度提高，塑性提高
A、(1)(2)(3)b、(1)(2)c、(1)(3)d、(2)(3)
65、韌性斷裂的斷裂特點(b)
①斷裂前發(fā)生明顯宏觀塑性變形ψ>5%，斷裂面一般平行于最大切應力，并與主應力成45°，斷口呈纖維狀，暗灰色;
②斷裂時的名義應力高于屈服強度;
③裂紋擴展慢，消耗大量塑性變形能。
A、(1)(2)b、(1)(2)(3)c、(1)(3)d、
(2)(3)
66、脆性斷裂的斷裂特點(B)
①斷裂前不發(fā)生明顯塑性變形ψ1μm)金屬硬度或強度的2~7倍。(3)納米材料可具有負的Hall-Petch關(guān)系，即隨著晶粒尺寸的減小，材料的強度降低。(4)在較低的溫度下，如室溫附近脆性的陶瓷或金屬間化合物在具有納米晶時，由于擴散的相變機制而具有塑性或是超塑性。(4分)
16.簡述洛氏硬度試驗方法的優(yōu)缺點。
答：洛氏硬度試驗的優(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)因為硬度值可從硬度機的表盤上直接讀出，故測定洛氏硬度更為簡便迅速，工效高。(3)對試件表面造成的損傷較小，可用于成品零件的質(zhì)量檢驗。(4)因加有預載荷，可以消除表面輕微的不平度對試驗結(jié)果的影響。
洛氏硬度的缺點是：(1)洛氏硬度存在人為的定義，使得不同標尺的洛氏硬度值無法相互比較，不象布氏硬度可以從小到大統(tǒng)一起來。(2)由于壓痕小，所以洛氏硬度對材料組織的不均勻性很敏感，測試結(jié)果比較分散，重復性差，因而不適用具有粗大組成相或不均勻組織材料的硬度測定。
17沖擊彎曲試驗主要用途有哪些用途?
1.控制原材料的冶金質(zhì)量和熱加工后的產(chǎn)品質(zhì)量，即將AK值作為質(zhì)量控制指標使用。
2.根據(jù)系列沖擊試驗(低溫沖擊試驗)可得AK值與溫度的關(guān)系曲線，測定材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。
二.計算題
1.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=0.2080.7，所以裂紋斷裂韌度KIC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。
3通常純鐵的rs=25/m2，E=2*10-10MPa,a0=2.5*10-10m,試求其理論斷裂強度σm。
(課后習題)
4.若一薄板物體內(nèi)部存在一條長3mm的裂紋，且a0=3*10-8cm，試求脆性斷裂時的斷裂應力。
(課后習題)
5有一材料E=2*1011N/m2，rs=8N/m。試算出在T*107N/m2的拉應力作用下，該材料中能擴展的裂紋之最小長度?
(課后習題)