第一章單向靜拉伸力學效能
一、 解釋下列名詞。
1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。
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，也就是應變落後於應力的現象。
3．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。
4．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。
5．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。
6．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。
7.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。
8.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。
9.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。
10.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。
11.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
12.彈性極限：試樣載入後再卸裁，以不出現殘留的永久變形為標準，材料能夠完全彈性恢復的最高應力。
13.比例極限：應力—應變曲線上符合線性關係的最高應力。
14.解理斷裂：沿一定的晶體學平面產生的快速穿晶斷裂。晶體學平面－－解理面，一般是低指數、表面能低的晶面。
15.解理面：在解理斷裂中具有低指數，表面能低的晶體學平面。
16.靜力韌度：材料在靜拉伸時單位體積材料從變形到斷裂所消耗的功叫做靜力韌度。是乙個強度與塑性的綜合指標，是表示靜載下材料強度與塑性的最佳配合。
二、說明下列力學效能指標的意義。
答：e彈性模量；g切變模量；規定殘餘伸長應力；屈服強度；金屬材料拉伸時最大應力下的總伸長率；n 應變硬化指數 【p15】
三、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】
四、 試述韌性斷裂與脆性斷裂的區別。為什麼脆性斷裂最危險？【p21】
答：韌性斷裂是金屬材料斷裂前產生明顯的巨集觀塑性變形的斷裂，這種斷裂有乙個緩慢的撕裂過程，在裂紋擴充套件過程中不斷地消耗能量；而脆性斷裂是突然發生的斷裂，斷裂前基本上不發生塑性變形，沒有明顯徵兆，因而危害性很大。
五、 剪下斷裂與解理斷裂都是穿晶斷裂，為什麼斷裂性質完全不同？【p23】
答：剪下斷裂是在切應力作用下沿滑移面分離而造成的滑移面分離，一般是韌性斷裂，而解理斷裂是在正應力作用以極快的速率沿一定晶體學平面產生的穿晶斷裂，解理斷裂通常是脆性斷裂。
六、 何謂拉伸斷口三要素？影響巨集觀拉伸斷口性態的因素有哪些？
答：巨集觀斷口呈杯錐形，由纖維區、放射區和剪下唇三個區域組成，即所謂的斷口特徵三要素。上述斷口三區域的形態、大小和相對位置，因試樣形狀、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。
七、 論述格雷菲斯裂紋理論分析問題的思路，推導格雷菲斯方程，並指出該理論的侷限性。【p32】
答：，只適用於脆性固體,也就是只適用於那些裂紋尖端塑性變形可以忽略的情況。
答：思路：單位體積儲存的彈性能加上新增裂紋表面能對裂紋半長一級偏導數等於零
單位體積彈性能為ue＝-πσ2a2/e
裂紋所增加的表面能為w＝4aγs
ue＋w＝－πσ2a2/e＋4aγs
在總能量曲線的最高點處，系統總能量對裂紋半長a的一階偏導數應等於零。
臨界裂紋擴充套件應力σc與裂紋長度a的平方根成反比。
八、什麼是包申格效應，如何解釋，它有什麼實際意義?
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。
包申格效應與金屬材料中位錯運動所受的阻力變化有關。在金屬預先受載產生少量塑性變形時，位錯沿某一滑移面運動，遇林位錯而彎曲，結果，在位錯前方，林位錯密度增加，形成位錯纏結和胞狀組織。這種位錯結構在力學上是相當穩定的，巨集觀上表現為規定殘餘伸長應力增加。
解除安裝後施加反向力，位錯被迫作反向運動，在反向路徑上，像林位錯這類障礙數量較少，而且也不一定恰好位於位錯運動的前方，故位錯可以在較低應力下移動較大距離，即第二次反向載入，規定殘餘伸長應力降低。
包申格效應對於研究金屬疲勞問題是很重要的。因為材料在疲勞過程中，每一週期內都產生微量塑性變形，在反向載入時，微量塑性變形抗力（規定殘餘伸長應力）降低，顯示迴圈軟化現象。另外，對於預先經受冷變形的材料，如服役時受到反向力的作用，就要考慮微量塑性變形抗力降低的有害影響，如冷拉型材及管子在受壓狀態下使用就是這種情況。
九、試述多晶體金屬產生明顯屈服的條件，並解釋bcc金屬與fcc金屬及其合金屈服行為不同的原因。
屈服現象與下列三個因素有關：
材料變形前可動位錯密度很小，或雖有大量位錯但被釘扎；
隨塑性變形發生，位錯能快速增值；
位錯運動速率與外加應力有強烈依存關係。
由於變形前可動位錯密度小，為了滿足一定變形速率，就必須增大位錯運動速率，此時需要較高的應力，這就是上屈服點。一旦塑性變形產生，位錯大量增值，位錯運動速率則下降，相應應力降低，從而產生屈服現象。位錯運動速率應力敏感指數m越低，則使位錯運動速率變化所需的應力就越大，屈服現象越明顯。
bcc金屬的m比fcc金屬的m低，故bcc金屬一般具有明顯的屈服現象。
第二章金屬在其他靜載荷下的力學效能
一、解釋下列名詞：
（1）應力狀態軟性係數——材料或工件所承受的最大切應力τmax和最大正應力σmax比值，即： 【新書p39 舊書p46】
（2）缺口效應——絕大多數機件的橫截面都不是均勻而無變化的光滑體，往往存在截面的急劇變化，如鍵槽、油孔、軸肩、螺紋、退刀槽及焊縫等，這種截面變化的部分可視為「缺口」，由於缺口的存在，在載荷作用下缺口截面上的應力狀態將發生變化，產生所謂的缺口效應。【p44 p53】
（3）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強度的比值表示。即：【p47 p55 】
（4）布氏硬度——用鋼球或硬質合金球作為壓頭，採用單位表面積所承受的試驗力計算而得的硬度。【p49 p58】
（5）洛氏硬度——採用金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測量壓痕深度所表示的硬度【p51 p60】。
（6）維氏硬度——以兩相對面夾角為136。的金剛石四稜錐作壓頭，採用單位表面積所承受的試驗力計算而得的硬度。【p53 p62】
（7）努氏硬度——採用兩個對面角不等的四稜錐金剛石壓頭，由試驗力除以壓痕投影面積得到的硬度。
（8）肖氏硬度——採動載荷試驗法，根據重錘回跳高度表徵的金屬硬度。
（9）裡氏硬度——採動載荷試驗法，根據重錘回跳速度表徵的金屬硬度。
二、說明下列力學效能指標的意義
（1）σｂｃ——材料的抗壓強度【p41 p48】
（2）σｂｂ——材料的抗彎強度【p42 p50】
（3）τｓ——材料的扭轉屈服點【p44 p52】
（4）τｂ——材料的抗扭強度【p44 p52】
（5）σｂｎ——缺口試樣的抗拉強度【p47 p55】
（6）nsr——材料的缺口敏感度【p47 p55】
（7）hbw——壓頭為硬質合金球的材料的布氏硬度【p49 p58】
（8）hra——材料的洛氏硬度【p52 p61】
（9）hrb——材料的洛氏硬度【p52 p61】
（10）hrc——材料的洛氏硬度【p52 p61】
（11）hv——材料的維氏硬度【p53 p62】
（12）hk——材料的努氏硬度
（13）hs——材料的肖氏硬度
（14）hl——材料的裡氏硬度
三、什麼是「缺口效應」？它對材料效能有什麼影響？【p45 p53】
缺口的第乙個效應是引起應力集中，並改變了缺口前方的應力狀態，使機件由原來的單向應力狀態改變為兩向或三向應力狀態。缺口的第二個效應是試樣的屈服應力比單向拉伸時高，即產生了所謂「缺口強化」現象，導致材料強度提高，塑性降低。由於缺口的存在，是缺口處產生較大的應力集中，材料變脆，降低了使用的安全性。
四、試綜合比較光滑試樣軸向拉伸、缺口試樣軸向拉伸和偏斜拉伸試驗的特點。
光滑試樣軸向拉伸試驗：截面上無應力集中現象，應力分布均勻，僅在頸縮時發生應力狀態改變。
缺口試樣軸向拉伸試驗：缺口截面上出現應力集中現象，應力分布不均，應力狀態發生變化，產生兩向或三向拉應力狀態，致使材料的應力狀態軟性係數降低，脆性增大。
偏斜拉伸試驗：在拉伸試驗時在試樣與試驗機夾頭之間放一墊圈，使試樣的軸線與拉伸力形成一定角度進行拉伸。該試驗用於檢測螺栓一類機件的安全使用效能。
偏斜拉伸試驗：試樣同時承受拉伸和彎曲載荷的復合作用，其應力狀態更「硬」，缺口截面上的應力分布更不均勻，更能顯示材料對缺口的敏感性。
五、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。【p49 p57】
原理布氏硬度：用鋼球或硬質合金球作為壓頭，計算單位表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，計算單位表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。
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