第1章 单轴静态拉伸力学性能 解释下列术语。 2.滞后现象：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间推移，产生附加弹性应变的现象叫滞后现象，即应变滞后于应力的现象。 3.循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力叫循环韧性。 4.包辛格效应：金属材料在预加载后，产生少量塑性变形，卸载后再同方向加载，规定残余伸长应力增大；反向加载，规定残余伸长应力减小的现象。 11.韧-脆转变：具有一定韧性的金属材料，当低于某一温度点时，冲击吸收功明显减少，断裂方式由原来的韧-脆断裂转变为脆性断裂，这种现象叫韧-脆转变 屈服强度gt硬化指数[P15] 金属的弹性模量主要取决于哪些因素？ 为什么说是受组织影响不敏感的力学性能指标呢？ 答：主要是由原子性质和晶格类型决定的。合金化、热处理、冷塑性变形等可以改变金属材料的组织形貌和晶粒大小，但不会改变金属的原子性质和晶格类型。虽然组织发生了变化，但原子的性质和晶格类型并没有发生改变，所以弹性模量对组织影响不敏感。[P4] 可供选择的材料有45、40Cr、钢和灰铸铁等几种。机床床身选用哪种材料，为什么？ 选择灰铸铁是因为它的含碳量高，吸震减振效果好。另外机床床身一般结构简单，对精度要求不高，采用灰铸铁可以降低成本，提高生产效率。
简述延性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？[P21] 答：延性断裂是金属材料断裂前发生明显宏观塑性变形的断裂，这种断裂具有缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断消耗能量；而脆性断裂是突然断裂，断裂前基本无塑性变形，无明显征兆，因此危害性很大。 拉伸断口的三要素是什么？ 影响宏观拉伸断口性质的因素有哪些？ 答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、径向区和剪切唇三个区域组成，即所谓断口特征三要素。断口上述三个区域的形状、大小及其相对位置随试样的形状、尺寸和性质以及试验温度、加载速率、应力状态等因素而变化。 板材宏观脆性断裂的主要特征有哪些？ 怎样寻找断口源？ 断口平整明亮，常呈放射状或结晶状。 板状矩形拉伸试样断口中人字形花纹的径向也平行于裂纹扩展方向，其尖端指向裂纹源。 第二章 其他静载荷下的金属力学性能 1.解释下列术语： ） 应力状态软度系数--材料或工件所承受的最大剪应力max与最大正应力max之比，即：【新书P39 旧书P46】 （3） 缺口敏感性--缺口试样的拉伸强度bn与相同截面尺寸的光滑试样的拉伸强度之比叫缺口敏感性，即：【特点 应用范围 由拉伸温度、应力状态和加载速率决定，采用光滑圆柱形试样，试验简单，相对较硬的应力状态软度系数。
抗塑性变形和剪切强度较低的塑性材料。压缩应力状态下软，一般能产生塑性变形。试样常沿与轴线成45度方向断裂，具有剪切特性。脆性材料用于观察脆性材料在韧性状态下的力学行为。弯曲弯曲试样形状简单，操作方便；拉伸试验时不存在试样轴线和力偏斜问题，也没有影响试验结果的附加应力。试样弯曲挠度可用来显示材料的塑性；弯曲试样表面应力最大，能灵敏地反映材料的表面缺陷。可测量铸铁、铸造合金、工具钢、硬质合金等脆性和低塑性材料的强度和显示塑性。也常用于渗碳、表面淬火等化学热处理件的质量和性能的比较和鉴别。 扭转应力状态的软度系数为0.8，较拉伸状态的软度系数大，容易表现出金属的塑性行为；试样的塑性变形在整个长度上均匀，无收缩，可以实现大塑性变形下的检测；能比较灵敏地反映金属表面缺陷和表面硬化层的性能；试样所承受的最大法向应力与最大剪应力大致相等，用于研究金属在热加工条件下的流变性能和断裂性能，评价材料的热压力加工类型，为确定生产条件下的热加工工艺参数提供依据；研究或检验热处理工件的表面质量及各种表面强化工艺的效果。6、试综合比较光滑试样轴向拉伸试验、缺口试样轴向拉伸试验、挠度拉伸试验的特点。 挠度拉伸试验：拉伸试验时，在试样与试验机夹头之间放置垫圈，使试样轴线与拉伸力成一定角度，进行拉伸。
此试验用于检测螺栓等零件的安全使用性能。光滑试样轴向拉伸试验：截面上无应力集中，应力分布均匀，只在颈缩时应力状态才发生变化。缺口试样轴向拉伸试验：缺口截面上出现应力集中，应力分布不均匀，应力状态发生变化，产生双向或三向拉伸应力状态，使材料应力状态的软化系数降低，脆性增加。挠度拉伸试验：试样同时受到拉伸和弯曲载荷的联合作用，其应力状态更加“硬”，缺口截面上的应力分布更加不均匀，更能表现出材料对缺口的敏感性。七、阐述布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度的实验原理，比较布氏、洛氏、维氏硬度试验方法的优缺点。 【原理】布氏硬度：用钢球或硬质合金球作为压头，计算单位面积试验力。洛氏硬度：用金刚石圆锥体或小淬硬钢球作为压头，测量压痕深度。维氏硬度：两相对面夹角为136°，用金刚石四面体作为压头，计算单位面积试验力。布氏硬度的优点：实验中一般采用直径较大的压头球，因此得到的压痕面积也较大。大压痕的一个优点是它的硬度值能在较大的范围内反映金属各组分的平均性能；另一个优点是实验数据稳定，重复性强。缺点：对不同的材料需更换不同直径的压头，改变试验力。压痕直径的测量也比较麻烦，因此用于自动检测时受到限制。
洛氏硬度的优点：操作简便快捷，可直接读出硬度值；压痕小，可在工件上试验；可用不同的标尺测量各种不同硬度、不同厚度的金属的硬度，因而在热处理质量检验中得到广泛的应用。缺点：压痕小，代表性差；如果材料中存在偏析、组织不均匀等缺陷，则测得的硬度值重复性差，离散性大；另外，用不同标尺测得的硬度值相互之间没有关联，不能直接进行比较。维氏硬度的优点：没有布氏硬度试验中试验力F与压头直径D之间所要求的条件约束，也没有洛氏硬度试验中不同标尺的硬度值不能统一的缺点；维氏硬度试验不但可以任意取试验力，而且压痕测量精度高，硬度值较准确。 其缺点是测出压痕对角线长度后需计算或查表求得硬度值，因此工作效率比洛氏硬度法低得多。8、现有下列零件和材料需测硬度，试述哪种硬度试验方法合适。（1）渗碳层的硬度分布；（2）淬火钢；（3）灰铸铁；（4）钢中隐晶质马氏体与残余奥氏体的鉴别；（5）仪器用小黄铜齿轮；（6）龙门刨床导轨；（7）氮化层；（8）高速钢刀具；（9）退火低碳钢；（10）硬质合金。 （1）渗碳层硬度分布----HK或-显微HV （2）淬火钢-----HRC （3）灰铸铁-----HB （4）钢中隐晶马氏体与残余奥氏体的鉴别-----显微HV或HK （5）仪器用小型黄铜齿轮-----HV （6）龙门刨床导轨-----HS（邵氏硬度）或HL（里氏硬度） （7）氮化层-----HV （8）高速钢刀具-----HRC （9）退火低碳钢-----HB （10）硬质合金-----HRA 第三章 金属在冲击载荷下的力学性能 4、试说明低温脆性的物理本质及其影响因素 低温脆性的物理本质：从宏观上看，对于那些具有低温脆性的材料，其屈服强度随温度的降低而急剧增加，而断裂强度则随温度的降低而变化不大。
当温度降到某一温度时，屈服强度会升高到高于断裂强度的水平，低于此温度时，材料的屈服强度大于断裂强度，因此材料在受力时，先于屈服而断裂，材料表现出脆性。从微观机理上看，低温脆性与晶格中位错运动的阻力有关，当温度下降时，位错运动阻力增大，原子的热激活能力下降，因此材料的屈服强度升高。影响材料低温脆性的因素有（P63、P73）：1、晶体结构：低对称性体心立方和密排六方金属和合金转变温度高，材料有明显的脆性断裂趋势，塑性较差。2、化学成分：能提高材料硬度和强度的杂质或合金元素，会使材料的塑性和韧性变坏，材料的脆性增大。 3、微观组织：晶粒大小。细化晶粒可同时提高材料的强度和塑性。由于晶界对裂纹扩展有阻力，小晶粒使晶界总面积增加，晶界处积累的位错数量减少，有利于降低应力集中；同时使晶界上杂质浓度降低，避免发生沿晶脆性断裂。金相组织：在较低强度级别下，强度相同但组织不同的钢，冲击吸收功和韧脆转变温度以马氏体高温回火最好，贝氏体回火次之，层状珠光体最差。钢中的夹杂物、碳化物等第二相粒子对钢的脆性有重要影响，当它们的尺寸增加时，材料的韧性下降，韧脆转变温度升高。解释为什么焊接船舶比铆接船舶更容易发生脆性破坏。
焊接易在焊缝中形成粗大金相组织气孔、夹渣、未熔合、未焊透、错位、咬边等缺陷，增加裂纹敏感性，增加材料脆性，易发生脆性断裂。 第四章 金属的断裂韧性 5.解释应力场强度因子的含义及典型裂纹的表达 答：新书P69 旧书P80 参考图（应力场强度因子含义如上） 裂纹的几种类型； 弯曲作用下的单边裂纹梁：cos(sin 6.说明K准则的含义和用途。 该准则解决了经典强度理论无法解决存在宏观裂纹时发生低应力脆性断裂的原因问题。 K准则定量地把材料断裂韧性与机件工作应力、裂纹尺寸之间的关系联系起来，可直接用于设计计算，估算裂纹体的最大承载能力、最大允许裂纹尺寸，也可用于正确选择机件材料、优化工艺等。 P71/P83 12.说明Kic的测试原理和它对试样的基本要求 原理：先用某一试样测试FQ与裂纹长度a，得出一个KQ，若KQ满足条件，则说明试验样品满足条件，若不满足，则更换一个更大的试样再进行试验。 试样要求 P78 三个公式 16.有一块大板，材料σ0.2=，KIc=*m1/2，探伤发现一个20mm长的横向穿透裂纹，若在平均轴向拉应力下工作，试计算KI和塑性区宽度R0，判断该零件是否安全？ 解答： 由题意可知，穿透裂纹上所受应力为σ = 根据σ 0.2 的值，确定裂纹断裂韧性KIC是否需要修正，因为σ 0.2=900/1200=0.750.7，所以裂纹断裂韧性KIC需要修正 对于无限大板中心穿透裂纹，修正后的KI（MPa*m1/2） 塑性区宽度为： =0.(m)= 2.21(mm) 比较K1与KIc： 因为 K1=168.13（MPa*m1/2） KIc=115（MPa*m1/2） 所以： K1KIc，裂纹将不稳定扩展，因此该零件不安全。
第五章 金属的疲劳 3.简述金属疲劳断口的特点p96/p109 （1）疲劳是一种低应力循环延迟断裂，是一种持续一生的断裂 （2）疲劳是脆性断裂 （3）疲劳对缺陷（缺口、裂纹和组织缺陷）很敏感 4.简述疲劳宏观断口的特点及其形成过程（新书P96~98和PPT，旧书P109~111） 答：典型的疲劳断口有三个不同形貌的区域——疲劳源、疲劳区和瞬时断裂区。