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【资源】金属材料力学性能与测试 已有1人参与
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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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