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zhu_feng

金虫 (小有名气)

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[交流] 【资源】金属材料力学性能与测试已有1人参与

金属力学性能试题
一、名词解释（15分）
1、塑性、脆性与韧性（3分）
塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久变形的能力。
脆性：材料在外力作用下仅产生很小的变形即断裂破坏的能力。
韧性：材料断裂全过程吸收能量的能力。
2、应力状态软性系数（3分）
材料的塑性或脆性并非绝对，为了表示外应力状态对材料塑性变形的影响，引入
τmax=1/2(σ1-σ3)，σ1，σ3分别为最大和最小主应力，相对大小а成为应力状态软性系数。
3、低温脆性（3分）
温度低于某一温度tK时，材料由韧性状态转变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状。
4、应力场强度因子（3分）
反映裂纹尖端应力场的强弱。称之为应力场强度因子KI，KI=lim (2pr)1/2•sy / q=0，q=0，r®0时，可求得 KⅠ。
5、断裂韧度（3分）
当KI达到临界值时，裂纹尖端足够大的范围内，应力达到断裂强度，裂纹失稳快速扩展而断裂。临界或失稳状态的KI值记作：KIC或KC，称为断裂韧度
二、简答题（40分）
1、决定金属屈服强度的因素有哪些？（10分）
答：内因：①本性和晶格类型：晶格阻力；②晶粒大小和亚结构；③溶质元素；④第二相
外因：①温度；②应变速率； ③应力状态
2、试述韧性断裂与脆性断裂的区别，为什么脆性断裂最危险？（10分）
答：韧性断裂前产生宏观塑性变形（缓慢撕裂过程，不断消耗能量），而脆性断裂；
　　而脆性断裂前最多只产生微量塑性变形；
韧性断裂面一般与最大切应力平行，与主应力轴成45˚角。
3、影响K1C冶金因素有哪些？（10分）
答：①化学成分
细化晶粒的合金元素可提高K1C ；强烈固溶强化的合金元素降低K1C ，并随合金元素浓度提高K1C降低愈多；形成金属间化合物并呈第二相析出的合金元素使K1C降低。
②晶粒大小
晶粒越细小， K1C越高。
③第二相，夹杂
杂质体积百分数增加， K1C下降，偏聚于晶界也使K1C下降；第二相呈球形时K1C比片状高
④处理工艺（热处理、强化处理）
形变热处理、亚温淬火、超高温淬火等都可提高材料K1C
4、试述疲劳曲线（Ｓ－Ｎ）的测试方法。（10分）
　答：常用旋转弯曲疲劳试验机，有效试样13根以上。用升降法测定σ-1。疲劳曲线：0.67σb~0.4σb选择几个不同的最大循环应力σ1、σ2 …σn,分别测出它们的疲劳寿命Ｎ1，Ｎ2 ， …Ｎn，然后分别绘制在纵横坐标上。
疲劳极限：
无限寿命疲劳极限：材料抵抗无限次应力循环也不发生断裂的强度指标
条件疲劳极限：循环载荷，一般取周期N=107。(N=107, N=108)
对称循环疲劳极限：单点测试法
不对称循环疲劳极限：作图法
三、问答题（45分）
1、综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转试验的特点和应用范围。（15分）
答：
拉伸：温度、应力状态和加载速率是确定的，应力状态软性系数为０.５，适用于塑性变形抗力与切断抗力较低的塑性材料；
压缩：承受单向压缩载荷，其应力状态软性系数为２，适用于脆性材料；
弯曲：应力主要为正应力，与拉伸、压缩类似。但试样形状简单、操作方便；表面应力最大，可反映材料表面缺陷；
扭转：能检测在拉伸时呈脆性的材料的塑性性能；长度方向，宏观上的塑性变形始终是均匀的（无颈缩现象）；能敏感地反映材料表面的性能；断口的特征最明显（正断、切断、层状断口等。
2、说明布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度的试验原理，并比较优缺点。（15分）
答：布氏硬度：用一定直径D的钢球或硬质合金球为压头，施以一定的试验力，将其压入试样表面，经规定保持时间后，卸除试验力。试样表面留下压痕。力除以压痕球形表面积(mm2)就是布氏硬度。优点：微观组织不均匀影响较小，能较大范围的反映材料的平均性能；试验数据稳定，重复性好，应用广泛。  缺点：属有损检测，不能直接在工件上测量；不能连续检测；为保证数据可靠，需根据材料的种类和试样的厚薄更换压头。
洛氏硬度：以压头留下的压痕深度来表示材料的硬度值，不同的压头，k值不同。金刚石  k=0.2mm；钢球  k=0.26mm，锥头又分成α=120o的圆锥或四面锥。
优点：压痕小，属无损检测，可直接在工件上进行；硬度值可直接读出。
缺点：压痕小，微观不均匀性影响大；重复性差； HRA、HRB、HRC硬度值彼此没有联系，不能直接进行比较
维氏硬度： α=136o的金刚石四棱锥体压头，与布氏硬度的计算方法相同(加载力除以压痕锥面面积mm2)。通过测量对角线长度d（mm）计算出HV。维氏硬度可分为宏观和显微观两种。
优点：试验力可任意选取（总能保证压痕相似）；压痕测量精确度高小；属无损检测，可直接在工件上进行；
缺点：压痕小，微观不均匀性影响大。重复性差。
3、提高冲击韧性的途径（15分）
答：1、晶体学特性
(1)晶体结构
   f.c.c不存在低温脆性。
b.c.c和某些h.c.p的低温脆性严重(位错在晶体中运动阻力对温度变化敏感)。Sn
(2)位错
位错宽度大，不显示低温脆性。
层错能↑，韧性↑。
形成柯氏气团，韧性↓。
2  冶金因素
（1）溶质元素
  间隙原子含量↑，使韧性↓， tk↑。
  置换式溶质，对韧性影响不明显
  杂质元素Ｓ.Ｐ.As.Sn.Sb 使韧性↓,尽量减少杂志元素。
（2）显微组织
a）晶粒大小：r↓→韧性↑→ tk↓ (?)
b）金相组织
第二相（大小、形状、数量、分布）
3 外部因素
(1)温度
钢的“蓝脆”温度（钢的氧化色为蓝色）
      静载荷：230~370℃
                  冲击载荷：525～550℃
C．N原子扩散速率增加，易于形成柯氏气团。
(2)加载速率
加载速率↑，脆性↑，韧脆转变温度tk ↑;
(3)试样尺寸和形状
试样增厚，tk↑（表面上的拉压应力最大）;
带缺口，不带缺口；脆性及tk不同。

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