緒論1、簡答題
什麼是材料的效能？包括哪些方面？
解：材料的效能是指材料在給定外界條件下所表現出的可定量測量的行為表現。包括力學效能（拉、壓、、扭、彎、硬、磨、韌、疲）物理效能（熱、光、電、磁）化學效能（老化、腐蝕）。
第一章單向靜載下力學效能
1、名詞解釋：
解：彈性變形：材料受載後產生變形，解除安裝後這部分變形消逝，材料恢復到原來的狀態的性質。
塑性變形：微觀結構的相鄰部分產生永久性位移，並不引起材料破裂的現象。
彈性極限：彈性變形過度到彈-塑性變形(屈服變形)時的應力。
彈性比功：彈性變形過程中吸收變形功的能力。
包申格效應：材料預先載入產生少量塑性變形，解除安裝後再同向載入，規定殘餘應力（彈性極限或屈服強度）增加；反向載入，規定殘餘應力降低的現象。
彈性模量：工程上被稱為材料的剛度，表徵材料對彈性變形的抗力。實質是產生100%彈性變形所需的應力。
滯彈性：快速載入或解除安裝後，材料隨時間的延長而產生的附加彈性應變的效能。
內耗：載入時材料吸收的變形功大於解除安裝是材料釋放的變形功，即有部分變形功倍材料吸收，這部分被吸收的功稱為材料的內耗。
韌性：材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力。
超塑性：在一定條件下，呈現非常大的伸長率（約1000%）而不發生縮頸和斷裂的現象。
韌窩：微孔聚集形斷裂後的微觀斷口。
2、簡答
1) 材料的彈性模量有那些影響因素？為什麼說它是結構不敏感指標？
解：鍵合方式和原子結構，共價鍵、金屬鍵、離子鍵e高，分子鍵e低原子半徑大，e小，反之亦然。晶體結構，單晶材料在彈性模量在不同取向上呈各向異性，沿密排面e大，多晶材料為各晶粒的統計平均值；非晶材料各向e同性。
化學成分，微觀組織溫度，溫度公升高，e下降載入條件、負載時間。對金屬、陶瓷類材料的e沒有影響。高聚物的e隨負載時間延長而降低，發生鬆弛。
2) 金屬材料應變硬化的概念和實際意義。
解：材料進入塑性變形階段後，隨著變形量增大，形變應力不斷提高的現象稱為應變硬化。意義加工方面，是金屬進行均勻的塑性變形，保證冷變形工藝的順利實施。
應用方面，是金屬機件具有一定的抗偶然過載能力，保證機件使用安全。對不能進行熱處理強化的金屬材料進行強化的重要手段。
3) 高分子材料的塑性變形機理。
解：結晶高分子的塑性變形是由薄晶轉變為沿應力方向排列的微纖維束的過程；非晶高分子材料則是在正應力下形成銀紋或在切應力下無取向的分子鏈區域性轉變為排列的纖維束的過程。
4) 拉伸斷裂包括幾種型別？什麼是拉伸斷口三要素？如何具體分析實際構件的斷裂[提示：參考課件的具體分析例項簡單作答]？
解：按巨集觀塑性變形分為脆性斷裂和韌性斷裂。按裂紋擴充套件可分為穿晶斷裂和沿晶斷裂。
按微觀斷裂機理分為解理斷裂和剪下斷裂。按作用力分為正斷和切斷。拉公升斷口的三要素：
纖維區、放射區和剪下唇。對實際構件進行斷裂分析首先進行巨集觀檢測：目測構件表面外觀；低倍酸洗觀察；巨集觀斷面分析。
掃瞄電鏡分析x射線能譜分析金相分析硬度及有效硬化層測定。
3、計算：
1) 已知鋼的楊氏模量為210gpa，問直徑2.5mm,長度120mm的線材承受450n載荷時變形量是多少? 若採用同樣長度的鋁材來承受同樣的載荷，並且變形量要求也相同，問鋁絲直徑應為多少？
(eal=70gpa) 若用w(e=388 gpa)、鋼化玻璃(e=345mpa)和尼龍線(e=2.83gpa)呢？
解：已知：e=210gpa , d=2.5mm , =120mm , f=450n 。
=e4.33mm
1.83mm
1.95mm
21.5mm
2) 乙個拉伸試樣，標距50mm，直徑13mm，實驗後將試樣對接起來後測量標距81mm，伸長率多少？若縮頸處最小直徑6.9mm, 斷面收縮率是多少？
解：已知：
∴斷後伸長率
∴斷面收縮率
第二章其它靜載下力學效能
1、名詞解釋：
應力狀態軟性係數剪下彈性模量抗彎強度缺口敏感度硬度
解：應力狀態軟性係數：不同載入條件下材料中最大切應力與正應力的比值。
剪下彈性模量：材料在扭轉過程中，扭矩與切應變的比值。
缺口敏感度：常用試樣的抗拉強度與缺口試樣的抗拉強度的比值。nsr
硬度：表徵材料軟硬程度的一種效能。一般認為一定體積內材料表面抵抗變形或破裂的能力。
2、簡答
1) 簡述硬度測試的型別、原理和優缺點？[至少回答三種]
解：布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、肖氏硬度。
布氏硬度：原理是用一定大小的載荷，把直徑為d的淬火鋼球或硬質合金球壓入試樣表面，保持規定時間後解除安裝載荷，測量試樣表面的殘留壓痕直徑d，求壓痕的表面積。將單位壓痕面積承受的平均壓力規定為布氏硬度。
優點是壓痕面積大反映較大區域內各組成相的平均效能，適合灰鑄鐵、軸承合金測量，實驗資料穩定，重複性高。缺點是不宜在成品上直接檢驗，硬度不同要更換壓頭直徑d和載荷f，壓痕直徑測量較麻煩。
洛氏硬度：原理是通過測量壓痕深度值來表示硬度。優點是採用不同的標尺，可以測量各種軟硬不同和厚薄不一樣的材料的硬度，壓痕小，可對工件直接進行檢驗，操作簡便迅速。
缺點是壓痕小，代表性差，重複性差、分散度大，不同標尺的硬度值不能直接進行比較，不能互換。不宜在極薄的工件上直接進行檢驗。
肖氏硬度：原理是將具有一定質量的帶有金剛石或合金鋼球的重錘從一定高度落向試樣表面，用重錘的回落高度來表徵材料的硬度。優點是使用方便，便於攜帶，可測現場大型工件的硬度。
缺點是實驗結果受人為因素影響較大，測量精度低。
2) 簡述扭轉實驗、彎曲實驗的特點？滲碳淬火鋼、陶瓷玻璃試樣研究其力學效能常用的方法是什麼？
解：扭轉實驗的特點是扭轉實驗的應力狀態軟性係數較拉伸的應力狀態軟性係數高。可對表面強化處理工藝進行研究和對機件的熱處理表面質量進行檢驗。
扭轉實驗時試樣截面的應力分布為表面最大。圓柱試樣在扭轉時，不產生縮頸現象，塑性變形始終均勻。可用來精確評定拉伸時出現縮頸的高塑性材料的形變能力和變形抗力。
扭轉時正應力與切應力大致相等，可測定材料的切斷強度。
彎曲試驗的特點是：彎曲載入時受拉的一側的應力狀態基本與靜拉伸相同，且不存在試樣拉伸時試樣偏斜造成對實驗結果的影響。可以用來由於太硬而不好加工拉伸試樣的脆性材料的斷裂強度。
彎曲試驗時，截面上應力分布表面最大。可以比較和評定材料表面處理的質量。塑性材料的f—曲線最後部分可任意伸長。
滲碳淬火鋼、陶瓷玻璃試樣研究其力學效能常用的方法是扭轉實驗。
3) 有下述材料需要測量硬度，試說明選用何種硬度實驗方法？為什麼？
a. 滲碳層的硬度分布，b. 淬火鋼，c.
灰口鑄鐵，d. 硬質合金，e. 儀表小黃銅齒輪，f.
高速工具鋼，g. 雙相鋼中的鐵素體和馬氏體，h. ni基高溫合金，i.
al合金中的析出強化相，j. 5噸重的大型鑄件，k. 野外礦物
解：a、e、g、i使用維氏硬度。b、c、d、f、h可使用洛氏硬度。b、c可使用布氏硬度。j使用肖氏硬度。k使用莫氏硬度。
第三章衝擊韌性和低溫脆性
1、名詞解釋：
衝擊韌度衝擊吸收功低溫脆性韌脆轉變溫度遲屈服
解：衝擊韌度：一次沖斷時，衝擊功與缺口處截面積的比值。
衝擊吸收功：衝擊彎曲試驗中，試樣變形和斷裂所吸收的功。
低溫脆性：當試驗溫度低於某一溫度時，材料由韌性狀態轉變為脆性狀態。
韌脆轉變溫度：材料在某一溫度t下由韌變脆，衝擊功明顯下降。該溫度即韌脆轉變溫度。
遲屈服：用高於材料屈服極限的載荷以高載入速度作用於體心立方結構材料時，瞬間並不屈服，需在該應力下保持一段時間後才屈服的現象。
2、簡答
1) 缺口衝擊韌性實驗能評定哪些材料的低溫脆性？哪些材料不能用此方法檢驗和評定？[提示：
低中強度的體心立方金屬、zn等對溫度敏感的材料，高強度鋼、鋁合金以及麵心立方金屬、陶瓷材料等不能]
解：缺口衝擊韌性實驗能評定中、低強度機構鋼的低溫脆性。麵心立方金屬及合金如氏體鋼和鋁合金不能用此方法檢驗和評定。
2) 影響材料低溫脆性的因素有哪些？
解：晶體結構，體心立方存在低溫脆性，麵心立方及其合金一般不存在低溫脆性。化學成分，間隙溶質原子含量增加，韌脆轉變溫度提高。
顯微組織，細化晶粒課是材料韌性增加。金相組織也有影響，低強度水平時，組織不同的剛，索氏體最佳。溫度，在某一範圍內碳鋼和某些合金可能出現藍脆。
載入速率，提高載入速率韌脆轉變溫度提高。試樣形狀和尺寸，缺口曲率半徑越小，韌脆轉變溫度越高。
3、計算：
某低碳鋼的擺錘系列衝擊實驗列於下表，
試計算：
a. 繪製衝擊功－溫度關係曲線；
b. 試確定韌脆轉變溫度；
解：有—t圖知，℃ ftp=40℃
c. 要為汽車減震器選擇一種鋼，它在－10℃時所需的最小衝擊功為10j，問此種鋼適合此項應用麼？
解： c:此種鋼不適合。
第四章斷裂韌性
1、名詞解釋：
應力場強度因子斷裂韌度低應力脆斷
解：應力場強度因子：反映裂紋尖端應力場強度的參量。
斷裂韌度：當應力場強度因子增大到一臨界值，帶裂紋的材料發生斷裂，該臨界值稱為斷裂韌性。
低應力脆斷：在材料存在巨集觀裂紋時，在應力水平不高，甚至低於屈服極限時材料發生脆性斷裂的現象。
2、簡答
a. 格里菲斯公式計算的斷裂強度和理論斷裂強度差異？奧羅萬修正計算適用範圍？
解：理論強度格里菲斯斷裂強度
奧羅萬修正計算適用平面應力狀態和平面應變狀態。
b. kl和klc的異同？
解：是力學度量，它不僅隨外加應力和裂紋長度的變化而變化，也和裂紋的形狀型別，以及載入方式有關，但它和材料本身的固有效能無關。而斷裂韌性則是反映材料阻止裂紋擴充套件的能力，因此是材料本身的特性。
c. 斷裂韌性的影響因素有哪些？如何提高材料的斷裂韌性？
解：外因，材料的厚度不同，厚度增大斷裂韌性增大，當厚度增大到一定程度後斷裂韌性穩定。溫度下降斷裂韌性下降，應變速率上公升，斷裂韌性下降。
內因。金屬材料，能細化晶粒的元素提高斷裂韌性；形成金屬化合物和析出第二相降低斷裂韌性。晶粒尺寸和相結構，麵心立方斷裂韌性高，奧氏體大於鐵素體和馬氏體鋼。
細化晶粒，斷裂韌性提高。夾雜和第二相，脆性夾雜和第二相降低斷裂韌性，韌性第二相提高斷裂韌性。
提高材料的斷裂韌性可以通過亞溫淬火超高溫淬火形變熱處理等方法實現。
3、計算：
a. 有一材料，模量e＝200gpa, 單位面積的表面能γs＝8 j/m2, 試計算在70mpa的拉應力作用下，該裂紋的臨界裂紋長度？若該材料裂紋尖端的變形塑性功γp＝400 j/m2，該裂紋的臨界裂紋長度又為多少？
[利用格里菲斯公式和奧羅萬修正公式計算]
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