第二章材料的力學行為
1.說明下列力學效能指標的名稱、單位及其含義：σb、σs、σ0.2、σ-1、δ、αk
答：σb抗拉強度：單位為mpa，指材料在拉伸斷裂前所能夠承受的最大拉應力。
σs屈服強度：單位mpa，指材料開始產生巨集觀塑性變形時的應力。
σ0.2國標gb228-87規定發生0.2%殘餘伸長的應力作為屈服點。
δ：可測力學效能指標中的塑性指標
αk衝擊韌性，指用一定尺寸和形狀的金屬試樣，在規定型別的衝擊試驗上受衝擊負荷折斷時，試樣刻槽處單位橫截面上所消耗的衝擊功
2.試繪出低碳鋼的σ-ε曲線，指出在曲線上哪些出現頸縮現象；如果拉斷後試棒上沒有頸縮，是否表示它未發生塑性變形？
答：低碳鋼的σ-ε曲線如下圖，試樣將在曲線b點處出現頸縮現象。如果拉斷後試棒上沒有頸縮，並不表示它未發生塑性變形，只是塑性變形量很小。
3.在什麼條件下，應用布氏硬度試驗比洛氏硬度試驗好？
在測試低硬度零件的時候，布氏硬度比洛氏硬度要更準確些，當然零件厚度及相關尺寸必須滿足布氏硬度測試的條件。洛式硬度壓痕很小，測量值有區域性性，須測數點求平均值，適用成品和薄片，歸於無損檢測一類。布式硬度壓痕較大，測量值準，不適用成品和薄片，一般不歸於無損檢測一類。
4.與的概念有什麼不同？
答：是工程材料中的材料的屈服點。只要裂紋很尖銳，頂端附近各點應力的大小取決與一比例係數。
由於反映了裂紋尖端附近各點的強弱，故稱為應力強度因子。當增大到某一臨界值時，就會使裂紋尖端附近各點的應力大到足以是裂紋失穩擴充套件，從而引起脆斷。這個應力強度因子的臨界值，稱為材料的斷裂韌性，用表示。
5.在什麼情況下應考慮材料的高低溫效能？它們的主要效能指標是什麼？
答：對於不是在常溫下工作的材料，不能的簡單地用應力-應變關係來評定力學效能，而需要加入溫度與時間兩個因素，需要考慮材料的高低溫效能。金屬材料的高溫效能用蠕變強度和持久強度來表示。
蠕變強度是指材料在一定的溫度下，一定時間內產生一定蠕變變形量所能承受的最大應力值。持久強度是指材料在一定的溫度下，一定時間內所能承受的最大斷裂應力。材料由韌性狀態變為脆性狀態的溫度稱為冷脆轉化溫度。
其數值越低，表明材料的低溫效能越好，這對在低溫下工作的零件具有重要意義。
6.某倉庫內1000根20鋼和60鋼熱軋棒料被混在一起，試問可用何種方法加以鑑別，並說明理由。
答：通過測量其硬度將其分開。因熱軋鋼棒是成品材，不宜用布氏硬度測試其硬度；又因20鋼硬度約為80mpa，70鋼硬度約為240，不宜用洛氏硬度進行測量；因此，採用維氏硬度儀測量其硬度最合適；硬度大的為70鋼，硬度小的為20鋼。
7.試用多晶體的塑性變形過程說明金屬晶粒越細強度越高、塑性及韌性越好的原因。
答：晶界是阻礙位錯運動的，而各晶粒位向不同，互相約束，也阻礙晶粒的變形。因此，金屬的晶粒愈細，其晶界總面積愈大，每個晶粒周圍不同取向的晶粒數便愈多，對塑性變形的抗力也愈大。
因此，金屬的晶粒愈細強度愈高。同時晶粒愈細，金屬單位體積中的晶粒數便越多，變形時同樣的變形量便可分散在更多的晶粒中發生，產生較均勻的變形，而不致造成區域性的應力集中，引起裂紋的過早產生和發展。因此，塑性，韌性也越好。
8.何謂冷變形強化？其產生原因是什麼？冷變形強化在工程上帶來哪些利弊？
答：①冷變形強化指隨塑型變形程度的增加，金屬的強度、硬度上公升，塑性、韌性下降。②塑性變形的機理是金屬在外力的作用下發生滑移或孿晶的塑性變形形式，主要事滑移。
而滑移的實質是位錯運動的結果。③形變強化可以提高金屬的強度、硬度，但對於後道需塑性變形的工序不利，如多次拉深中，前道拉深工序完成後由於強度、硬度的提高，不利於後道的拉深工序，因此應該安排中間退火工序來降低硬度，提高塑性。
9.用冷拔銅絲製作導線，冷拔之後應如何處理？為什麼？
答：應對銅絲進行加熱，加熱到一定的溫度。因為冷變形金屬加熱至較高溫度時，由於原子的活動能力增強，晶粒的外形開始發生變化，由拉長變形的晶粒變成心的等軸晶粒，這一過程稱為在結晶。
再結晶是乙個形核和長大的過程，但新、舊晶粒的晶格型別不變，故不屬相變過程。
10.一塊純錫板被槍彈擊穿，經再結晶退火後，彈孔周圍的晶粒大小有何特徵？並說明原因。
答：彈孔周圍的晶粒大小不均勻，晶粒異常粗大。因為原來的冷變形不均勻，經再結晶後得到的是大小不均勻的晶粒。
這時，由於大小晶粒之間的能量相差懸殊，便很容易發生大晶粒吞併小晶粒而越長越大的現象，導致晶粒異常粗大，使金屬的力學效能顯著降低。
11.熱加工對晶體組織和效能有何影響？鋼材在熱變形加工（如鍛造）時，為什麼不出現硬化現象？
答：熱加工能消除鑄態金屬與合金的某些缺陷，如使氣孔焊合，使粗大的樹枝晶和柱狀晶破碎，從而使材料組織緻密，晶粒細化，成分均勻，力學效能提高。熱加工使鑄態金屬中的夾雜物及枝晶偏析沿變形方向拉長，便枝晶間富集的雜質及夾雜物的分布逐漸與變形方向一致，形成彼此一致的巨集觀條紋，稱為流線，由這種流線所體現的組織稱為纖維組織。
纖維組織使鋼產生各向異性，與流線平行的方向強度高，而垂直方向上強度低，在制訂加工工藝時，應使流線分布合理，盡量便流線與工件工作時所受到的最大拉應力方向一致，與剪下或衝擊應力方向相垂直。
在熱加鋼材時，常發現鋼中的鐵素體與珠光體呈帶狀或層狀分布，這種組織稱為帶狀組織。帶狀組織是由於枝晶偏析或夾雜物在壓力加工過程中被拉長所造成的。帶狀組織不僅降低鋼的強度，而且還降低塑性和衝擊韌度。
輕微的帶狀組織可通過多次正火或高溫擴散退火加正火來消除。熱加工時也會產生的加工硬化，但能很快以再結晶方式自動消除，因而熱加工不會帶來加工硬化。
12.金屬塑性變形造成哪幾種殘餘應力?殘餘應力對機械零件可能產生哪些利弊？
答：塑性變形是外界對金屬做功產生的，其所做的功大部分在變形過程中以熱的方式消耗掉，還有一小部分轉化為內應力而殘留於金屬中。這類在塑性變形後殘留在內部的應力稱為殘餘內應力。
殘餘內應力是一種彈性應力，在金屬中處於自相平衡狀態。根據殘餘內應力平衡範圍的大小不同，殘餘內應力可分為巨集觀殘餘內應力、微觀殘餘內應力和晶格畸變內應力三種。
巨集觀殘餘內應力是由工件不同部分(如表面與心部)的巨集觀變形不均勻性引起的，故其應力平衡範圍包括整個工件，稱之為第一類內應力。微觀殘餘內應力是由晶粒或亞晶粒內部的不均勻變形引起的，其作用範圍與晶粒尺寸相當，即在晶粒或亞晶粒之間保持平衡，稱之為第二類內應力。晶格畸變內應力由金屬變形時產生的大量位錯、空位等缺陷所引起，即由晶格畸變產生，其作用範圍更小，稱之為第三類內應力。
這三種內應力對工件的影響是不同的:第一類內應力主要使工件產生變形；第二類內應力會使工件內部產生微裂紋；第三類內應力則使工件強度、硬度公升高，塑性和耐蝕性下降。
13.高聚物有哪幾種聚集狀態？對高聚效能的影響如何？
答：高聚物聚集態結構：聚集態結構是指高聚物分子鏈之間的幾何排列和堆砌結構，包括晶態結構、非晶態結構、取向態結構以及織態結構。
結構規整或鏈次價力較強的聚合物容易結晶。結晶聚合物中往往存在一定的無定型區，即使是結晶度很高的聚合物也存在晶體缺陷，熔融溫度是結晶聚合物使用的上限溫度。結構不規整或鏈間次價力較弱的聚合物難以結晶，一般為不定型態。
14.線性無定型高聚物有哪三種力學狀態？其效能特性如何？
答：玻璃態、高彈態和粘流態。玻璃態：
內部結構類似玻璃，故稱玻璃態。在溫度較低時，大分子鏈不能移動，受到外力作用時，僅鏈節中原子做出響應，產生微小的可逆變性。高彈態：
隨溫度公升到一定溫度以上，原子動能有所增加，受到外力作用時，鏈段可發生運動，引起較大的變形。粘流態：當溫度繼續公升高，分子動能增加，受力時整個分子鏈之間發生相對移動，產生很大的不可逆流動變形。
15.何謂粘彈性?高聚物的粘彈性表現在哪幾個方面？對高聚物應用帶來什麼不利影響？
答：高聚物在外力的作用下，表現出理想彈性（變形與時間無關）和理想粘性（變形隨時間線性發展）組合的力學行為，這稱為粘彈性。其粘彈性行為表現為蠕變、應力鬆弛、交變力場下的滯後和內耗等。
乙個理想的彈性固體具有確定的形狀，在外力作用下可以變形，達到新的平衡狀態，與外力的作用時間無關。除去外力後，物體可完全恢復原來的形狀。乙個理想的粘性液體則沒有確定的形狀，在外力作用下發生不可逆流動。
高聚物的力學行為往往介於彈性固體和粘性液體之間。
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