第一章單向靜拉伸力學效能
1、 解釋下列名詞。
彈性比功：金屬材料吸收彈性變形功的能力，一般用金屬開始塑性變形前單位體積吸收的最大彈性變形功表示。
滯彈性：金屬材料在彈性範圍內快速載入或解除安裝後，隨時間延長產生附加彈性應變的現象稱為滯彈性，也就是應變落後於應力的現象。
迴圈韌性：金屬材料在交變載荷下吸收不可逆變形功的能力稱為迴圈韌性。
包申格效應：金屬材料經過預先載入產生少量塑性變形，解除安裝後再同向載入，規定殘餘伸長應力增加；反向載入，規定殘餘伸長應力降低的現象。
解理刻面：這種大致以晶粒大小為單位的解理面稱為解理刻面。
塑性：金屬材料斷裂前發生不可逆永久（塑性）變形的能力。
韌性：指金屬材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力。
解理台階：當解理裂紋與螺型位錯相遇時，便形成乙個高度為b的台階。
河流花樣：解理台階沿裂紋前端滑動而相互匯合,同號台階相互匯合長大,當匯合台階高度足夠大時,便成為河流花樣。是解理台階的一種標誌。
解理面：是金屬材料在一定條件下，當外加正應力達到一定數值後，以極快速率沿一定晶體學平面產生的穿晶斷裂，因與大理石斷裂類似，故稱此種晶體學平面為解理面。
穿晶斷裂：穿晶斷裂的裂紋穿過晶內，可以是韌性斷裂，也可以是脆性斷裂。
沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴充套件，多數是脆性斷裂。
韌脆轉變：具有一定韌性的金屬材料當低於某一溫度點時，衝擊吸收功明顯下降，斷裂方式由原來的韌性斷裂變為脆性斷裂，這種現象稱為韌脆轉變
3.金屬的彈性模量主要取決於什麼因素？為什麼說它是乙個對組織不敏感的力學效能指標？
答：主要決定於原子本性和晶格型別。合金化、熱處理、冷塑性變形等能夠改變金屬材料的組織形態和晶粒大小，但是不改變金屬原子的本性和晶格型別。
組織雖然改變了，原子的本性和晶格型別未發生改變，故彈性模量對組織不敏感。【p4】
5、試述多晶體金屬產生明顯屈服的條件，並解釋bcc 金屬及其合金與fcc 金屬及其合金屈
服行為不同的原因?
答：多晶體金屬產生明顯屈服的條件：1）材料變形前可動位錯密度小（或雖有大量位錯但被釘扎住，如鋼中的位錯為間隙原子、雜質原子或第二相質點所釘扎）。
2）隨塑性變形的發生，位錯能快速增殖；3）位錯運動速率與外加應力之間有強烈依存關係。
金屬材料塑性變形的應變速率與位錯密度、位錯運動速率和柏氏向量成正比，而位錯運動速率又決定於外加應力的滑移分切應力。（，）
塑性變形初始階段，由於可動位錯密度少，為了維持高的應變速率，必須增大位錯運動速率。而要提高位錯運動速率必須要有高的應力，這對應著上屈服點。一旦塑性變形產生，位錯大量增殖，位錯運動速率下降，相應的應力隨之下降，從而產生了屈服現象。
bcc金屬的滑移系較多，晶格阻力較大，可動位錯密度較小，位錯能快速增值較大，體現m』值較低，小於20，故具有明顯屈服現象；而fcc 金屬的滑移系較少，晶格阻力較小，可動位錯密度較大，位錯能快速增值較少，體現在m』值大於100~200，故屈服不明顯。
7.決定金屬屈服強度的因素有哪些？【p12】
1）內因
①金屬本性及晶格型別：不同的金屬及晶格型別，位錯運動所受阻力（包括派納力、位錯間互動作用力）不同。
②晶粒大小和結構：減小晶粒尺寸將增加位錯運動障礙的數目，減小晶粒內位錯塞積群的長度，使屈服強度提高，即細晶強化。屈服強度與晶粒尺寸之間符合h-p公式。
③溶質元素：溶質元素的加入，使得晶格發生畸變，在溶質原子周圍形成晶格畸變應力場，與位錯應力場互動作用，阻礙位錯運動，提高屈服強度，即固溶強化。
④第二相：對於可變形的第二相質點，位錯可以切過，使之同基體一起變形，由於質點與基體間晶格錯排及位錯切過第二相質點產生新的介面需要作功等原因，使得屈服強度提高。
對於不可變形的第二相粒子，位錯只能繞過，繞過質點的位錯線在質點周圍留下乙個位錯環，隨著繞過質點的位錯數量的增加，留下位錯環的數量亦增加，相當於質點的間距減小，流變應力增大，屈服強度提高。顆粒半徑越小，數目越多，間距越小，位錯運動阻力越大，強化效應越大
2）外因
①溫度：公升高溫度，金屬材料的屈服強度降低，但金屬結構不同，變化趨勢亦不同。bcc結構的屈服強度具有明顯的溫度效應，即溫度降低，屈服強度急劇上公升。
②應變速率：應變速率增大，金屬的屈服強度增加
③應力狀態：切應力分量大，易於塑性變形，材料的屈服強度低。不同應力狀態下材料的屈服強度不同，不是材料性質的變化，而是材料在不同的條件下表現的力學行為不同。
13、何謂拉伸斷口三要素？影響巨集觀拉伸斷口形態的因素有哪些？
答：斷口三要素：纖維區、放射區和剪下唇。
影響因素：斷口三要素的形態、大小和相對位置與試樣形狀、尺寸和金屬材料的效能以及試驗溫度、載入速率和受力狀態不同而變化。一般，材料強度提高，塑性降低，放射區的比例增大；試樣尺寸加大，放射區增大明顯，而纖維區變化不大。
25、試根據下述方程(σid1/2+ky)ky=2gγsq,，討論下述因素對金屬材料韌脆轉變的影響。1.材料成分2.
雜質3.溫度4.晶粒大小5.
應力狀態6.載入速率
解：1）材料成分：rs—有效表面能，主要是塑性變形功，與有效滑移系數目和可動位錯有關。
具有fcc結構的金屬有效滑移系和可動位錯的數目都比較多，易於塑性變形，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。
2）雜質：通過σi和ky影響，雜質存在於晶界，位錯運動受到阻礙，使σi和ky提高，易導致脆性斷裂。
3）溫度：σi---位錯運動摩擦阻力。其值高，材料易於脆斷。
bcc金屬具有低溫脆斷現象，因為σi隨著溫度的減低而急劇增加，同時在低溫下，塑性變形以孿生為主，也易於產生裂紋。故低溫脆性大
4）晶粒大小：d值小位錯塞積的數目少，而且晶界多。故裂紋不易產生，也不易擴充套件。所以細晶組織有抗脆斷效能。
5）應力狀態：q為應力狀態係數，其值為切應力與正應力比值，故任何減小切應力與正應力比值的應力狀態都將增加金屬的脆性
6）載入速率：通過q來影響，載入速率越大，越表現脆性斷裂
第二章5、缺口試樣拉伸時的應力分布有何特點？
（一）缺口試樣在彈性狀態下的應力分布
缺口截面上的應力分布是不均勻的。軸向應力σy 在缺口根部最大，隨著離開根部距離的增大，σy不斷下降，即在缺口根部產生應力集中。在缺口截面上σx 的分布是先增後減，只是由於在缺口根部金屬能自由伸縮，所以根部的σx=0，自缺口根部向內部發展，收縮變形阻力增大，因此σx 逐漸增加。
當增大到一定數值後，隨著σy 的不斷減小，σx 也隨之下降。
薄板：在缺口根部處於單向拉應力狀態，在板中心部位處於兩向拉伸平面應力狀態。
厚板：在缺口根部處於兩向拉應力狀態，缺口內側處三項拉伸平面應變狀態。
（2）缺口試祥在塑性狀態下的應力分布
塑性變形條件下應力將重新分布，並隨載荷的增大塑性區逐漸擴大直至整個截面，在其內側一定距離ry 處σx、σy、σz 最大。缺口使塑性材料強度增加，塑性下降。
綜上所述，無論是脆性材料或塑性材料，其機件上的缺口都造成兩向或三向應力狀態和
應力應變集中而產生變脆傾向，降低了使用安全性
7、試說明布氏硬度、洛氏硬度與維氏硬度的實驗原理，並比較布氏、洛氏與維氏硬度試驗方法的優缺點。
原理布氏硬度：用鋼球或硬質合金球作為壓頭，計算單位面積所承受的試驗力。
洛氏硬度：採用金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測量壓痕深度。
維氏硬度：以兩相對面夾角為136。的金剛石四稜錐作壓頭，計算單位面積所承受的試驗力。
布氏硬度優點：實驗時一般採用直徑較大的壓頭球，因而所得的壓痕面積比較大。壓痕大的乙個優點是其硬度值能反映金屬在較大範圍內各組成相得平均效能；另乙個優點是實驗資料穩定，重複性強。
缺點：對不同材料需更換不同直徑的壓頭球和改變試驗力，壓痕直徑的測量也較麻煩，因而用於自動檢測時受到限制。
洛氏硬度優點：操作簡便，迅捷，硬度值可直接讀出；壓痕較小，可在工件上進行試驗；採用不同標尺可測量各種軟硬不同的金屬和厚薄不一的試樣的硬度，因而廣泛用於熱處理質量檢測。缺點：
壓痕較小，代表性差；若材料中有偏析及組織不均勻等缺陷，則所測硬度值重複性差，分散度大；此外用不同標尺測得的硬度值彼此沒有聯絡，不能直接比較。
維氏硬度優點：不存在布氏硬度試驗時要求試驗力f與壓頭直徑d之間所規定條件的約束，也不存在洛氏硬度試驗時不同標尺的硬度值無法統一的弊端；維氏硬度試驗時不僅試驗力可以任意取，而且壓痕測量的精度較高，硬度值較為準確。缺點是硬度值需要通過測量壓痕對角線長度後才能進行計算或查表，因此，工作效率比洛氏硬度法低的多。
第五章1.應力範圍△σ：△σ=σmax-σmin
2.應變範圍△ε：△ε=△εe+△εp
3.應力幅σa:σa= (σmax-σmin) /2
4.應變幅：△εt／2：總應變幅；△εe／2：彈性應變幅；△εp／2：塑性應變幅
5 平均應力：σm=(σmax+σmin)/2
6.應力比r:r=σmin/σmax
7.疲勞源：疲勞裂紋萌生的策源地，一般總是產生在構件表面層的區域性應力集中處
8.疲勞貝紋線：是疲勞區的最大特徵，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台階痕跡。
9.疲勞條帶：是疲勞斷口典型的微觀特徵，在失效分析中，常利用疲勞條帶間寬和ak 的關係分析疲勞破壞。疲勞裂紋的第二階段的埠特徵是具有略呈彎曲並相互平行的溝槽花樣，稱疲勞條帶。
10.駐留滑移帶：金屬在迴圈應力(σ>σ-1)或低於屈服應力長期作用下，區域性迴圈滑移形成的永留或再現的滑移帶稱為駐留滑移帶。
11.侵入溝：在駐留滑移帶加寬時，由於位錯運動產生拉應力，使基體一些位置出現內嵌的滑移台階叫侵入溝；擠出脊：相應位置出現外凸的滑移台階叫擠出脊
12.δk：應力強度因子範圍，δk = yδσ a ，是在裂紋尖端控制裂紋擴充套件的復合力學參量
13.da/dn：疲勞裂紋擴充套件速率，即每迴圈一次裂紋擴充套件的距離。
14.疲勞壽命：試樣在交變迴圈應力或應變作用下直至發生破壞前所經受應力或應變的迴圈次數
15.過度壽命：應變幅-疲勞壽命曲線中兩條直線斜率不同，存在乙個交點，交點對應的壽命稱為過渡壽命。
16.熱疲勞：機體在由溫度迴圈變化時產生的熱迴圈應力及熱應變作用下發生的疲勞。
工程材料力學效能
第一章單向靜拉伸力學效能。1.彈性比功 金屬材料吸收彈性變形功的能力。2 滯彈性 金屬材料在彈性範圍內快速載入或解除安裝後，隨時間延長產生附加彈性應變的現象稱為滯彈性。3 包申格效應 金屬材料經過預先載入產生少量塑性變形，解除安裝後再同向載入，規定殘餘伸長應力增加 反向載入，規定殘餘伸長應力降低的現...
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