1、3、金属得弹性模量主要取决于什么因素?为什么说它就是一个对组织不敏感得力学性能指标？答:由于弹性变形时原子间距在外力作用下可逆变化得结果,应力与应变关系实际上就是原子间作用力与原子间距得关系,所以弹性模量与原子间作用力有关，与原子间距也有一定关系，原子间作用力决定于金属原子本性与晶格类型,故弹性模量也主要决定于金属原子本性与晶格类型。 合金化,热处理,冷塑性变形对弹性模量得影响较小,所以金属材料得弹性模量就是一个对组织不敏感得力学性能指标,温度加载速率等外在因素对其影响也不大7.决定金属屈服强度得因素有哪些?1）影响屈服强度得内在因素:、结合键2、组织结构:固溶强化、形变强化、沉淀强化及弥散强
2、化、晶界与亚晶强化,前个提高强度得同时降低了塑性,最后一个既可以提高强度又可以提高塑性原子本性）影响屈服强度得外因：温度，应变速率、应力状态。一般得,升高温度,强度降低;应变速率增大,强度增加;应力状态也影响屈服强度,切应力分量越大,强度越低。13、何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口形态得因素有哪些?拉伸断口三要素就是纤维区、放射区、剪切唇宏观拉伸断口性态因试样形状、尺寸金属材料得性能以及试样温度、加载速度与受力状态不同而变化,一般来说,材料强度提高，塑性降低,则放射区比例增大,试样尺寸加大，放射区增大明显而纤维区变化不大试述韧性断裂与脆性断裂得区别,为什么脆断更危险?金属材料得脆性与韧性就
3、是金属材料在不同条件下表现得力学行为或力学状态,两者就是相对得并可以相互转化,在一定条件下,金属材料为脆性还就是韧性取决于裂纹扩展过程,如果裂纹扩展时,其前沿地区能产生显著塑性变形或受某种障碍所阻,使断裂判据中表面能最大,则裂纹扩展便会停止下来,材料遂显示为韧性,反之。若在裂纹扩展中始终能满足脆性断裂判据得要求,则材料便显示为脆性。第四章 金属得断裂韧度2说明下列断裂韧度指标得意义及相互关系KI C与KIKIC为平面应变下得断裂韧度,表示在平面应变条件下材料抵抗裂纹失稳扩展得能力。KI 为平面应力断裂韧度,表示在平面应力条件下材料抵抗裂纹失稳扩展得能力。I C与KI都就是I型裂纹得材料断裂韧度
4、指标,但KI 值与试样厚度有关。当试样厚度增加,使裂纹尖端达到平面应变状态时,断裂韧度趋于一稳定得最低值,即为KI C。它与试样厚度无关，而就是真正得材料常数。6、试述K判据得意义及用途 KIC YKI 裂纹体在受力时,只要满足上述条件,就会发生脆性断裂,反之,即使存在裂纹,若I o1/2 o:晶格常数或原子间距 E:弹性模量 s：表面能2、格理菲斯理论: 1） 前提： 脆性材料;材料内部有微裂纹存在 2） 格理菲斯公式:格理菲斯公式只适用于如玻璃、超高强度钢等脆性材料,对于大多数材料尤其就是金属,裂纹尖端会产生较大得塑性变形，会消耗大量得塑性功，远大于材料得表面能,此时需对之进行修正: 3）
5、 格理菲斯奥罗万欧文公式: 奥罗万与欧文认为：格理菲斯公式中得表面能2s项此时应由（2s+p）构成:即: c E（s +p）12 （）1/p为形成单位面积裂纹表面所需消耗得塑性功,（s+p）称为有效表面能第三章金属缺口试样得力学性能31缺口效应一、缺口及缺口效应:缺口: 一般指试样或工件得截面急剧变化处;缺口效应:在缺口处由于缺口得存在,影响了应力得分布状态,使之：应力状态变硬（由单向拉应力变为三向拉应力）;产生应力集中;促发裂纹得生成与扩展,不利于材料得塑变（位错运动），使材料在该处处于脆性状态（即使该材料为塑性材料）,易于发生脆性断裂；此应力分布状态得改变,即缺口效应。二、弹性状态下得缺口
6、应力分布：圆柱型缺口试样,单向拉伸:、在远离缺口处，仅有轴向应力L，且其应力线分布均匀;切向应力与法向应力r 均为零;tr2、在缺口附近,轴向应力得应力线在缺口根部发生弯曲,变成非均匀分布（于近根部处分布较密）,形成应力集中,并产生三向拉应力：轴向应力L、法向应力r、切向应力t;在缺口根部:L分布不均匀，且由于缺口上下出现无应力区,将阻止缺口附近截面得正常收缩，因而出现了r、t,其分布见上图左半部,图得右半部为应力状态柔性系数得分布曲线（ （表面r=0）时,材料发生屈服并使表面得应力发生松驰，L应力峰值向内移动;由于mx= （L-r）/2,而在表面r=，并在一定深度r达到最大值,即开始时r就是
7、增加得，故L也须增加才能使屈服与塑性变形继续向内移,即需提高P。但提高也会使得增加,且塑性变形时变形量远较弹性变形得变形量大，为维持整体得连续变形,r须增加较多。也必然使L得峰值大大增加。随着外力得继续增加，屈服也由表及里地进行着，L分布则出现最大值,并且该最大值随着应力得增加而也由表及里地移动着,并标志着屈服区与纯弹性变形区得分界，并最终可能使得缺口试样总得s（记为sN）大幅提高并超过光滑位伸试样得s，且b也可有同样现象出现：sNs;N；又叫“缺口强化”,此即为缺口效应得第三种表现。34低温脆性一、冷脆转变：现象:当试验温度T低于某一温度TK时,材料将由韧性状态转变为脆性状态,断口机理由微孔
8、聚集型转变为穿晶解离型,断口形状也由纤维状转变为结晶状。该现象称为冷脆转变或低温脆性，TK为冷（韧）脆转变温度。物理本质:s与b与温度T得关系曲线:s与b均就是得减函数,随着T得增加而降低,但s受T影响变化更大一些，故二者将会有一个交叉点K：其温度= TK,当TK,且TK 工件缺口半径=K与K尺寸效应:尺寸得增加,将会使得构件得力学性能下降。尺寸得增加:将使得缺陷出现得机率增加;使应力集中程度增加;使构件易于出现平面应变状态,使其应力状态变硬（约束作用加大）。4.取样部位 第四章:金属得断裂韧性-1线弹性条件下断裂韧性KIC1、裂纹扩展得三种基本方式裂纹沿裂纹面扩展方式: 张开型（型） 滑（移
9、）推开型（型） 撕开型（型）引起裂纹扩展得应力: 拉应力 切应力 剪切应力其中：型扩展方式最为危险,最易引起低应力脆断,材料对该型裂纹扩展得抗力最低,故其它型式或混合型式得裂纹扩展也常按型裂纹处理,会更安全。2、裂纹尖端应力场强度因子K1 :对于裂纹尖端区某一确定得点,其应力分量就由i决定，这样,Ki就可以表示应力场得强弱程度,所以称为应力场强度因子。K得量纲为:f/2或g、mm-2对应地,对于、型扩展裂纹,其对应得应力场强度因子为K、K对于一般情况: 1=Y, 其中：=1/裂纹长度;而Y为常数,与裂纹形状，加载方式、含裂纹得构件得几何因素等有关,无量纲;对于中心有穿透裂纹得无限宽板：Y=、平
10、面应力及平面应变:平面应力:就是两向拉应力状态,一般为薄板得应力表现状态;平面应变:为三向拉应力状态,为厚板得应力表现状态。4、临界裂纹尖端应力场强度因子断裂韧性KIC K1Y对于带有裂纹得构件在受力时，当应力增大,KI也随之增大，当K达到一个临界值C时，构件会突然断裂。该临界值KI则被称之为临界应力场强度因子KIC，即断裂韧性IC断裂韧性KIC综合了应力及裂纹尺寸两方面得因素,就是仅与材料得内部品质如成分、相结构与组织结构、压力加工状态与热处理状态等相关得常数，与构件得尺寸、构件所受到得应力，构件内部所含得裂纹尺寸无关；表征材料抗裂纹失稳扩展得最大能力，也可认为就是裂纹扩展得阻力（裂纹扩展得
11、动力即就是外加应力或裂纹尖端应力场强度因子KI）平面应变条件下该临界值称为KIC;平面应力条件下临界值则称为KC; 且有:KCKI对于、型扩展裂纹,其对应得临界裂纹尖端应力场强度因子为C、KC,且有：K KC K一般地，只讨论KIC,其状态较为危险。当K1KIC时,裂纹将失稳快速扩展,材料将发生断裂;裂纹失稳扩展判据该判据成为描述脆性材料断裂得力学条件5、裂纹失稳扩展得判据成为：K1KC;C; C三者均就是一个判据得三个表现方面,具有同等得效应。与C就是相互对应得，在一定条件下： KC YC= YC由此可见，IC越高，则材料断裂得临界应力与临界裂纹尺寸越大,裂纹扩展时所需要得外力或其内部所允许
12、含有裂纹尺寸就越大,该材料抵抗断裂得能力就越强。4-2裂纹扩展能量释放率GI及断裂韧性GC一、裂纹扩展能量释放率I1.裂纹扩展得能量分析线弹性断裂力学处理带裂纹体构件得裂纹扩展判据问题，有两种方式:应力场得应力应变分析;能量分析。格里菲斯公式:c= （2E）1/2 =c = 常数 ：就就是在能量平衡得基础上建立得，它将材料断裂后新增加得表面能作为裂纹扩展得阻力，与通过裂纹尖端得应力场得应力分析而得出得结论:c =KC =常数完全吻合2.裂纹扩展能量释放率GI根据弹性理论结论，单位厚度得无限宽板,在受单向拉应力时,如出现长度为得裂纹，则其释放出来得弹性应变能为：U - /U -（1）/ E二、临
13、界裂纹扩展能量释放率断裂韧性GIC2裂纹得失稳扩展判据:裂纹发生失稳扩展得条件为:IGIC同样也有相应得临界应力c与临界裂纹尺寸c:其c或c也对应地有裂纹失稳扩展判据：c;三、G1与K1,与KC关系GI = /E KI /E GIC =IC/EGI （1 =（1-）I / GC= （1-）KCE4-5断裂韧性得测试 断裂韧性IC B161-84 （平面应变）一、试样:分三点弯曲试样，紧凑拉伸试样 （图）试样要求:1）加工:对四个加工面有平行度及垂直度得要求;开缺口：一般为线切割（1/4）2）预制疲劳裂纹:在高频疲劳试验机上进行，产生于线切割缺口得根部,裂纹尺寸= （W 0、10m）;3）为满足
14、小范围屈服及平面应变，须要求:B2、（KI s）;、（KIC /s）-2、（IC /）； :试样厚度,W:试样宽度或高度，:预制疲劳裂纹长度二、测试：万能材料试验机试样长:S=4Wm并在裂纹两端贴上刃口,以便于安放引伸仪，测量裂纹张开位移V及压力（或拉力P）之间得得关系曲线（由动态应变仪及x函数记录仪记录绘制）。第五章 金属得疲劳过载持久值：材料在高于-1得工作应力下工作，其工作得极限循环周次（至断裂时为止）即为其过载持久值。它表示了材料在超过疲劳极限得应力下工作直到断裂所能承受得循环周次，表现为 N曲线得倾斜部分,也称之为有限疲劳寿命；当=1时,该持久值即为疲劳极限。该倾斜线得倾斜度越高、越
15、陡,则其持久值越高，表示材料得抗过载能力越强。次负荷锻炼:发现新制造得金属构件首先在低于1得应力下循环一定周次后,其疲劳极限将会提高,该现象称为次负荷锻炼。故新车空载饱合、新机器空载跑合均可使其齿轮系统啮合得更好;影响疲劳强度得因素外部因素一、工作条件:1载荷特性:载荷频率、次载锻炼、间歇2环境温度4.环境介质 二、表面状态及构件尺寸：1.表面状态:表现粗糙度、缺口效应2.构件尺寸:尺寸效应 三、表面强化:提高表面组织强度水平或在表面形成一定得残余压应力。强化手段:表面热处理、表面加工硬化 、表面化学热处理、表面涂层内部因素化学成分、显微组织、内部缺陷等第七章金属得磨损一、磨擦与磨损磨损:分三
16、个阶段跑合阶段；稳定磨损阶段；剧烈磨损阶段。开始磨损时,因接触表面刚接触间凹凸不平，接触面积较小，局部压应力较大,故磨损量较大；随磨损时间得增加,接触面之间相互啮合，接触面积增大,使磨损量（速率）降低,而进入稳定磨损阶段;稳定磨损阶段:该阶段磨损速率决定了材料得耐磨性能（为机件正常服役阶段）。其它得如测量润滑性能，改进工艺求改善耐磨性得评估也要求在此阶段进行；随机件工作时间得增加,磨擦面间距也增加,磨擦表面得啮合性降低,磨擦表面质量下降,机件传动工作质量变坏，磨损速率大大增加,机件很快失效；机件如：工作环境恶劣、跑合不良或质量太差，在跑合阶段就发生强烈粘着。此时只有激烈磨损阶段（无合阶段后期稳
17、定磨损阶段）。二、磨损类型以及耐磨性:磨损类型：按磨损机理来分有:粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、表面疲劳磨损用磨损量来表示,只有相互比较意义:用相同材料作成摩擦副。相对耐磨性 标准试样磨损量 被测试样磨损量一般用耐磨性提高几倍（即:相对耐磨性）来描述三、磨损机理:分粘着磨损及磨粒磨损二种，常同时发生1.粘着磨损:定义:就是通过接触面局部发生粘着,在相对运动时粘着又分开,导致接触面上有小颗粒被拉拽出来,如此反复多次而导致机件产生磨损失效。影响因素:材料特性得影响:互溶性大、塑性材料较脆性、单相较多相更一粘着; 接触压力得影响：在摩擦速度一定时,法向应力越大,磨损越大； 滑动速度:当接触压力一定时
18、，磨损先随滑动速度得增大而增加，后随之而减小。 机件表面得光洁度、摩擦面得温度以及润滑状态也对粘着磨损有影响。磨粒磨损:由于硬颗粒或硬突起物使材料产生迁移而造成得一种磨损。特点:有明显划痕（沟槽）（与咬合不同），其磨损机理为切削为主。磨粒磨损得机制有:微观切削、微观犁沟、微观剥落材料性能得影响:如材料成分、显微组织、力学性能等 磨粒性能:包括磨粒得形状、大小、硬度、强度。 工作条件:荷载与滑动距离，荷载越高,滑动距离越远,磨损越严重。四、影响材料耐磨性得因素强度（硬度）:尤其指表面硬度;碳化物（或硬得第二相质点）得含量及其形态与分布;3.润滑:其作用:降低磨擦系数分离磨擦面;4.表面处理:化学热处理,均大幅提高材料得耐磨性能,其中以渗N作用最佳;渗硼,目得：a）提高表面强度;）降低相互间粘接力;c）减磨擦系数、摩擦力；镀金:增加润滑，提高表面硬度;渗
