材料力學效能

2021-03-04 09:35:23 字數 2588 閱讀 6653

試說明高溫下金屬蠕變變形的機理與常溫下金屬塑性變形的機理有何不同?答:常溫下金屬塑性變形主要是通過位錯滑移和孿晶進行的,以位錯滑移為主要機制。

當滑移面上的位錯運動受阻產生塞積時,必須在更大的切應力作用下才能使位錯重新運動和增值,巨集觀變現為加工硬化現象,或對於螺型位錯,採用交滑移改變滑移面來實現位錯繼續運動。而當高溫下金屬蠕變變形主要通過位錯滑移,原子擴散等機理進行。1,當滑移面上的位錯運動受阻產生塞積時,位錯可借助於外界提供的熱啟用能和空位擴散來克服短程阻礙。

主要是通過刃型位錯的攀移來實現。2,此外,在高溫下大量原子和空位定向移動,即在兩端拉應力作用下,晶體內空位將從受拉晶界向受壓晶界遷移,原子則朝相反方向流動致使晶體伸長產生蠕變,即擴散蠕變。總之,在高溫條件下,金屬塑性變形仍得以繼續進行,即高溫蠕動變形。

試述低應力脆斷的原因及防止方法? 答:低應力脆斷是由巨集觀裂紋(工藝裂紋或使用裂紋)擴散引起的。

由於裂紋破壞了材料的均勻切入連續性,改變了材料內部應力狀態和應力分布,所以機件的結構效能就不在相似於無裂紋的式樣效能。有斷裂判據k>kc時發生斷裂,而切應力場強度因子取決於應力與裂紋的尺寸,要使材料不發生低應力脆斷,應從下面兩個方面著手1,控制構件的使用應力狀態,使其δ<δc(δc為斷裂應力);2,避免或盡量減小裂紋尺寸即α<αc(αc為臨界斷裂尺寸)。

試述聚合物與金屬材料在彈性變形,塑性變形和斷裂方面的區別?答:聚合物鏈非常長,在受外力作用時,長鏈通過連段調整構象,使原捲曲的鏈沿拉力方向伸長,巨集觀上表現很大的彈性變形,無明顯屈服的均勻塑性變形。

在外力作用下,銀紋質因其內部存在非均勻性而產生開裂,並形成孔洞。隨後形成的孔洞與已有的孔洞連線起來,在垂直應力方向上形成微裂紋,微裂紋尖端區連續出現銀紋,使微裂紋相連擴充套件,引起巨集觀斷裂。金屬彈性變形是一種可逆變形,它是金屬晶格中原子自平衡位置產生可逆位移的反應。

金屬塑性變形方式主要為滑移和孿晶,有屈服階段。各晶粒變形的不同時性和不均勻性及各晶粒變形的相互協調性的特點,其斷裂過程為裂紋產生擴充套件及斷裂。

試述退火低碳鋼,中碳鋼和高碳鋼的屈服現象在拉伸力-伸長曲線圖上的區別?為什麼?答:

對於退貨低碳鋼,中碳鋼而言,其從彈性變形階段向塑性變形階段過渡是明顯的,表現在實驗過程中,外力不增加試樣仍然繼續伸長;或外力增加到一定數值時突然下降,隨後,在外力不增加或上下波動情況下,試樣繼續變形伸長,即存在上下屈服點和屈服平台。而高碳鋼具有連續屈服特徵,在拉伸試驗時看不到屈服現象,沒有顯著的上下屈服點和屈服平台。如圖(略)。

試述脆性材料彎曲試驗的特點及其應用?答:1彎曲式樣形狀簡單,操作方便。

同時,彎曲試驗不存在拉伸試驗時的試樣偏斜對實驗結果的影響,並可用試樣彎曲的撓度顯示材料的塑性。2彎曲試樣表面應力最大,可較靈敏地反映材料表面缺陷。應用:

1常用於測定鑄鐵,鑄造合金,工具鋼及硬質合金等脆性與低塑性材料的強度和顯示塑性的差別;2比較和鑑別滲碳和表面淬火等化學熱處理及表面熱處理機件的質量和效能。3測定彎曲彈性模量,斷裂撓度和斷裂能量。

疲勞斷口有什麼特點? 答案:有疲勞源。

在形成疲勞裂紋之後,裂紋慢速擴充套件,形成貝殼狀或海灘狀條紋。這種條紋開始時比較密集,以後間距逐漸增大。由於載荷的間斷或載荷大小的改變,裂紋經過多次張開閉合並由於裂紋表面的相互摩擦,形成一條條光亮的弧線,叫做疲勞裂紋前沿線,這個區域通常稱為疲勞裂紋擴充套件區,而最後斷裂區則和靜載下帶尖銳缺口試樣的斷口相似。

對於塑性材料,斷口為纖維狀,對於脆性材料,則為結晶狀斷口。總之,乙個典型的疲勞斷口總是由疲勞源,疲勞裂紋擴充套件區和最終斷裂區三部份構成。

粘著磨損產生的條件、機理及其防止措施

----- 又稱為咬合磨損,在滑動摩擦條件下,摩擦副相對滑動速度較小,因缺乏潤滑油,摩擦副表面無氧化膜,且單位法向載荷很大,以致接觸應力超過實際接觸點處屈服強度而產生的一種磨損。磨損機理:實際接觸點區域性應力引起塑性變形,使兩接觸面的原子產生粘著。

粘著點從軟的一方被剪斷轉移到硬的一方金屬表面,隨後脫落形成磨屑舊的粘著點剪斷後,新的粘著點產生,隨後也被剪斷、轉移。如此重複,形成磨損過程。

改善粘著磨損耐磨性的措施

1.選擇合適的摩擦副配對材料選擇原則:配對材料的粘著傾向小、互溶性小、表面易形成化合物的材料金屬與非金屬配對

2.採用表面化學熱處理改變材料表面狀態

進行滲硫、磷化、碳氮共滲等在表面形成一層化合物或非金屬層,即避免摩擦副直接接觸又減小摩擦因素。3.控制摩擦滑動速度和接觸壓力減小滑動速度和接觸壓力能有效降低粘著磨損。

4.其他途徑改善潤滑條件,降低表面粗糙度,提高氧化膜與機體結合力都能降低粘著磨損。

簡述陶瓷材料的增韌措施。1.改善陶瓷顯微結構使材料達到細密、均、純,是陶瓷材料增韌增強的有效途徑之一。晶粒形狀也影響陶瓷的韌性。晶粒長寬比增加,斷裂韌度增加。

2.相變增韌在外力作用下,陶瓷從亞穩定相轉變為穩定相,消耗一部分外加能量,使材料增韌。相變增韌受使用溫度限制。

3.微裂紋增韌當主裂紋擴充套件遇到微裂紋時,發生分叉轉變擴充套件方向,增加擴充套件過程的表面能;同時,主裂紋尖端應力集中被鬆弛,致使擴充套件速度減慢。

簡述陶瓷材料的耐磨性的特點。

陶瓷材料的耐磨性與材料種類和效能、摩擦條件、環境,以及陶瓷材料自身的效能和表面狀態等因素有關。陶瓷材料的磨損機理主要是以微斷裂方式導致的磨粒磨損。陶瓷材料與陶瓷材料的配對的摩擦副,其粘著傾向很小;金屬與陶瓷的摩擦副比金屬配對的摩擦副粘著作用也小。

這使得其耐磨性優良。陶瓷材料對環境介質和氣氛極為敏感,在特定條件下可能會形成摩擦化學磨損。這是陶瓷材料特有的磨損機理。

材料力學效能

蠕變 金屬在長時間的恆溫 恆載荷作用下緩慢地產生塑性變形的現象。蠕變極限 在高溫長時間載荷作用下不致產生過量塑性變形的抗力指標。該指標與常溫下的屈服強度相似。應力腐蝕 金屬在拉應力和特定的化學介質共同作用下,經過一段時間後所產生的低應力脆性斷裂叫應力腐蝕。靜力韌度 材料在靜拉伸時單位體積材料從變形到...

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斷裂是機械和工程構件失效的主要形式之一,它比其它失效形式,如失穩 磨損 腐蝕等,更具有危險性。斷裂是材料的一種十分複雜的行為,在不同的力學 物理和化學環境下,會有不同的斷裂形式。例如,在迴圈應力作用下材料會發生疲勞斷裂,在高溫持久應力作用下會發生蠕變斷裂,在腐蝕環境下會發生應力腐蝕或腐蝕疲勞斷裂等等...

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應力腐蝕產生的條件 應力 化學介質 金屬材料 磨損型別 粘著磨損 磨粒磨損 沖蝕磨損 疲勞磨損 腐蝕磨損 微動磨損。磨損三階段 跑合階段 穩定磨損階段 劇烈磨損階段。氫脆幾種形式 氫蝕 白點 氫化物致脆 氫致延滯斷裂 細晶強化 能強化金屬又不降低塑性。測得tk 拉伸 扭轉缺口靜彎曲 缺口衝擊彎曲光滑...