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1、E弹性模量 G切变模量 规定残余伸长应力 屈服强度 金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应变硬化指数 P15 3、 金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小，但是不改变金属原子的本性和晶格类型。组织虽然改变了，原子的本性和晶格类型未发生改变，故弹性模量对组织不敏感。【P4】2、现有45、40Cr、35 CrMo钢和灰铸铁几种材料，你选择哪种材料作为机床起身，为什么？选灰铸铁，因为其含碳量搞，有良好的吸震减震作用，并且机床床身一般结构简单，对精度要求不高，使用灰

2、铸铁可降低成本，提高生产效率。5、多晶体金属产生明显屈服的条件，并解释bcc金属及其合金与fcc金属及其合金屈服行为不同的原因。多晶体金属产生明显屈服的条件：1）材料变形前可动位错密度小，或虽有大量位错但被钉扎住，如钢中的位错为间隙原子、杂质原子或第二相质点所钉扎。2）随塑性变形的发生，位错能快速增殖；3）位错运动速率与外加应力之间有强烈依存关系。金属材料塑性变形的应变速率与位错密度、位错运动速率和柏氏矢量成正比，而位错运动速率又决定于外加应力的滑移分切应力。（，）塑性变形初始阶段，由于可动位错密度少，为了维持高的应变速率，必须增大位错运动速率。而要提高位错运动速率必须要有高的应力，这对应着上

3、屈服点。一旦塑性变形产生，位错大量增殖，位错运动速率下降，相应的应力随之下降，从而产生了屈服现象。对于bcc金属及其合金，位错运动速率应力敏感指数m低，即位错运动速率变化所需应力变化大，屈服现象明显。而fcc金属及其合金，其位错运动速率应力敏感指数高，屈服现象不明显。6、 试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别？为什么？随含碳量的增加，屈服现象越来越不明显。这是由于随含碳量高，其组织中渗碳体含量增多，对基体起强化作用，使得材料屈服强度很高，塑性降低。7、 决定金属屈服强度的因素有哪些？【P12】内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。外在

4、因素：温度、应变速率和应力状态。晶粒、晶界、第二相等外界影响位错运动的因素主要从内因和外因两个方面考虑（一）影响屈服强度的内因素1金属本性和晶格类型（结合键、晶体结构）单晶的屈服强度从理论上说是使位错开始运动的临界切应力，其值与位错运动所受到的阻力（晶格阻力派拉力、位错运动交互作用产生的阻力）决定派拉力：位错交互作用力（a是与晶体本性、位错结构分布相关的比例系数，L是位错间距。2晶粒大小和亚结构晶粒小晶界多（阻碍位错运动）位错塞积提供应力位错开动 产生宏观塑性变形 。晶粒减小将增加位错运动阻碍的数目，减小晶粒内位错塞积群的长度，使屈服强度降低（细晶强化）。屈服强度与晶粒大小的关系：霍尔派奇（H

5、all-Petch） s= i+kyd-1/2 3溶质元素加入溶质原子（间隙或置换型）固溶体（溶质原子与溶剂原子半径不一样）产生晶格畸变产生畸变应力场与位错应力场交互运动 使位错受阻提高屈服强度 （固溶强化） 。4第二相（弥散强化，沉淀强化）不可变形第二相提高位错线张力绕过第二相留下位错环 两质点间距变小 流变应力增大。不可变形第二相位错切过（产生界面能），使之与机体一起产生变形，提高了屈服强度。弥散强化：第二相质点弥散分布在基体中起到的强化作用。沉淀强化：第二相质点经过固溶后沉淀析出起到的强化作用（二）影响屈服强度的外因素1温度 一般的规律是温度升高，屈服强度降低。原因：派拉力属于短程力，对

6、温度十分敏感2应变速率 应变速率大，强度增加。,t= C1（）m3应力状态 切应力分量越大，越有利于塑性变形，屈服强度越低缺口效应：试样中“缺口”的存在，使得试样的应力状态发生变化，从而影响材料的力学性能的现象。8.试述两种塑性指标评定金属材料属性的优缺点断后伸长率是试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。断面收缩率是试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。对于在单一拉伸条件下工作的长形零件，无论其是否产生缩颈，都用和gt评定材料的塑性，因为产生缩颈时局部区域的塑性变形量对总伸长实际上没有什么影响。若金属机件非长形，在拉伸时形成缩颈，则用作为塑性指标。因为反映了材料断裂前

7、的最大塑性变形量，而此时不能显示材料的最大塑性。是在复杂应力状态下形成的，冶金因素的变化对性能的影响在上更为突出，因此比对组织变化更为敏感。10、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？【P21】韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。11、剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂，为什么断裂性质完全不同？【P23】剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是韧性断裂，而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体

8、学平面产生的穿晶断裂，解理断裂通常是脆性断裂。12.在什么条件下易出现沿晶断裂，怎样减小沿晶断裂的倾向？当晶界分布有连续或不连续的脆性第二相、夹杂物，或者有害元素如砷、锑、锡等偏聚于晶界时，容易造成沿晶断裂。减轻措施：提高冶金质量，降低有害杂质元素的含量；细化晶粒；控制第二相的形成，避免其沿晶分布。13、何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。影响因素：断口三要素的形态、大小和相对位置与试

9、样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。一般，材料强度提高，塑性降低，放射区的比例增大；试样尺寸加大，放射区增大明显，而纤维区变化不大。14.8、板材宏观脆性断口的主要特征是什么？如何寻找断裂源？断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状，板状矩形拉伸试样断口中的人字纹花样的放射方向也与裂纹扩展方向平行，其尖端指向裂纹源。17、论述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路，推导格雷菲斯方程，并指出该理论的局限性。【P32】，只适用于脆性固体,也就是只适用于那些裂纹尖端塑性变形可以忽略的情况。21、答：铁素体钢在断裂时有明显屈服现象25材料成分. ：rs有效表面能，主要是塑性变形功

10、，与有效滑移系数目和可动位错有关 具有fcc结构的金属有效滑移系和可动位错的数目都比较多，易于塑性变形，不易脆断。凡加入合金元素引起滑移系减少、孪生、位错钉扎的都增加脆性；若合金中形成粗大第二相也使脆性增加。杂质：聚集在晶界上的杂质会降低材料的塑性，发生脆断。温度：i-位错运动摩擦阻力。其值高，材料易于脆断。bcc金属具有低温脆断现象，因为i随着温度的减低而急剧增加，同时在低温下，塑性变形一孪生为主，也易于产生裂纹。故低温脆性大。晶粒大小：d值小位错塞积的数目少，而且晶界多。故裂纹不易产生，也不易扩展。所以细晶组织有抗脆断性能。应力状态：减小切应力与正应力比值的应力状态都将增加金属的脆性加载速

11、度 加载速度大，金属会发生韧脆转变。第二章 金属在其他静载荷下的力学性能1、解释下列名词：（1）应力状态软性系数材料或工件所承受的最大切应力max和最大正应力max比值，即： （2）缺口效应 绝大多数机件的横截面都不是均匀而无变化的光滑体，往往存在截面的急剧变化，如键槽、油孔、轴肩、螺纹、退刀槽及焊缝等，这种截面变化的部分可视为“缺口”，由于缺口的存在，在载荷作用下缺口截面上的应力状态将发生变化，产生所谓的缺口效应。【P44 P53】（3）缺口敏感度缺口试样的抗拉强度bn的与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度b 的比值，称为缺口敏感度，即：（4）布氏硬度用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受

12、的试验力计算而得的硬度。【P49 P58】（5）洛氏硬度采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度【P51 P60】。（6）维氏硬度以两相对面夹角为136。的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。【P53 P62】（7）努氏硬度采用两个对面角不等的四棱锥金刚石压头，由试验力除以压痕投影面积得到的硬度。（8）肖氏硬度采动载荷试验法，根据重锤回跳高度表证的金属硬度。（9）里氏硬度采动载荷试验法，根据重锤回跳速度表证的金属硬度。2、说明下列力学性能指标的意义（1）材料的抗压强度【P41 P48】（2）材料的抗弯强度【P42 P50】（3）材料的扭转屈服点【

13、P44 P52】（4）材料的抗扭强度【P44 P52】（5）材料的抗拉强度【P47 P55】（6）NSR材料的缺口敏感度【P47 P55】（7）HBW压头为硬质合金球的材料的布氏硬度【P49 P58】（8）HRA材料的洛氏硬度【P52 P61】（9）HRB材料的洛氏硬度【P52 P61】（10）HRC材料的洛氏硬度【P52 P61】（11）HV材料的维氏硬度【P53 P62】3、试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转试验的特点和应用范围。试验方法 特点应用范围拉伸 温度、应力状态和加载速率确定，采用光滑圆柱试样，试验简单，应力状态软性系数较硬。 塑性变形抗力和切断强度较低的塑性材料。压缩 应力状

14、态软，一般都能产生塑性变形，试样常沿与轴线呈45o方向产生断裂，具有切断特征。 脆性材料，以观察脆性材料在韧性状态下所表现的力学行为。弯曲 弯曲试样形状简单，操作方便；不存在拉伸试验时试样轴线与力偏斜问题，没有附加应力影响试验结果，可用试样弯曲挠度显示材料的塑性；弯曲试样表面应力最大，可灵敏地反映材料表面缺陷。 测定铸铁、铸造合金、工具钢及硬质合金等脆性与低塑性材料的强度和显示塑性的差别。也常用于比较和鉴别渗碳和表面淬火等化学热处理机件的质量和性能。扭转 应力状态软性系数为0.8，比拉伸时大，易于显示金属的塑性行为；试样在整个长度上的塑性变形时均匀，没有紧缩现象，能实现大塑性变形量下的试验；较

15、能敏感地反映出金属表面缺陷和及表面硬化层的性能；试样所承受的最大正应力与最大切应力大体相等 用来研究金属在热加工条件下的流变性能和断裂性能，评定材料的热压力加工型，并未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和各种表面强化工艺的效果。1）单向静拉伸试验的应力状态较硬（=0.5），适用于塑变抗力与切断强度较低的塑性材料。2）单向压缩的应力状态软性系数2，主要用于拉伸时呈脆性的金属材料力学性能测定。拉伸时塑性很好的材料在压缩时只发生压缩变形而不会断裂。脆性材料拉伸时产生垂直于载荷轴线的正断，塑变量几乎为零；压缩时能产生一定量的变形，沿与轴线呈45方向断裂，具有切断特性

16、。3）弯曲：金属杆状试样承受弯矩作用后，其内部应力主要为正应力，杆件截面上的应力分布不均匀，表面最大，中心为零，且应力方向发生变化。弯曲试验的试样形状简单、操作方便，常用于测定铸铁、铸造合金、工具钢及硬质合金等脆性与低塑性材料的强度和显示塑性的差别。弯曲试验时，试样表面应力最大，可较灵敏地反映材料表面缺陷。因此，常用来比较和鉴别渗碳层和表面淬火层等表面热处理机件的质量和性能。4）扭转圆柱形试样在承受扭矩时，在与试样轴线呈45的两个截面上作用最大与最小正应力；在与轴线平行和垂直的截面上作用最大切应力。具有以下特点扭转的应力状态软性系数 =0.8，比拉伸时的大，易于显示金属的塑性行为。圆柱形试样扭

17、转时，整个长度上塑性变形是均匀的，没有缩颈现象，所以能实现大塑性变形量下的试验。能较敏感地反映出金属表面缺陷及表面硬化层的性能。扭转试验是测定生产上所使用的大部分金属材料切断强度最可靠的方法。 根据扭断断口宏观特征可以区分材料最终是正断还是切断。4试述脆性材料弯曲试验的特点及其应用。5、缺口试样拉伸时的应力分布有何特点？【P45 P53】在弹性状态下的应力分布：薄板：在缺口根部处于单向拉应力状态，在板中心部位处于两向拉伸平面应力状态。厚板：在缺口根部处于两向拉应力状态，缺口内侧处三向拉伸平面应变状态。无论脆性材料或塑性材料，都因机件上的缺口造成两向或三向应力状态和应力集中而产生脆性倾向，降低了

18、机件的使用安全性。为了评定不同金属材料的缺口变脆倾向，必须采用缺口试样进行静载力学性能试验。具有缺口的薄板的受拉伸后，轴向应力y在缺口根部最大，随离开根部的距离x增大而降低，即在缺口根部产生应力集中。由于缺口根部可以自由收缩，横向拉伸应力x=0；自根部向内部发展，收缩变形阻力增大，x逐渐增大。增至一定数值后，随y的减小而减小，因此，缺口的薄板的受拉伸其中心部分是两向拉伸的平面应力状态，缺口根部仍为单向拉伸应力状态。有缺口厚板受拉伸作用后，在垂直于板厚方向的收缩变形受到约束，z0 ，=（x+y），如图示。在缺口根部为两向拉伸应力状态，缺口内侧为三向拉伸的平面应变状态，且xyz。当缺口内侧截面上局

19、部区域产生塑变后，最大的应力已不在缺口根部，而是在其内侧一定距离ry处，该处x最大，因此y、z最大。越过塑变区与弹性区交界处，应力分布与前述的弹性变形状态的应力分布稍有不同，x连续下降。6、试综合比较光滑试样轴向拉伸、缺口试样轴向拉伸和偏斜拉伸试验的特点。偏斜拉伸试验：在拉伸试验时在试样与试验机夹头之间放一垫圈，使试样的轴线与拉伸力形成一定角度进行拉伸。该试验用于检测螺栓一类机件的安全使用性能。光滑试样轴向拉伸试验：截面上无应力集中现象，应力分布均匀，仅在颈缩时发生应力状态改变。缺口试样轴向拉伸试验：缺口截面上出现应力集中现象，应力分布不均，应力状态发生变化，产生两向或三向拉应力状态，致使材料

20、的应力状态软性系数降低，脆性增大。 偏斜拉伸试验：试样同时承受拉伸和弯曲载荷的复合作用，其应力状态更“硬”，缺口截面上的应力分布更不均匀，更能显示材料对缺口的敏感性。1）光滑圆柱试样轴向静拉伸试验：试样横截面均匀，整个截面的应力状态为均匀单向拉伸应力（若出现缩颈，则缩颈处承受三向拉伸应力），其特点是温度、应力状态和加载速率通常是确定的，通过试验可以揭示金属材料在静载下的力学行为，即弹性变形、塑性变形和断裂；测定最基本的力学性能指标，如屈服强度0.2、抗拉强度b、断后伸长率和断面收缩率。光滑圆柱试样轴向静拉伸试验是工业上应用最广泛的金属力学性能试验方法之一。由于单向静拉伸的应力状态较硬，适用于塑

21、变抗力与切断强度较低的塑性材料。2）缺口试样轴向拉伸试验：由于缺口的存在，在轴向静载作用下，缺口截面上的应力状态发生变化，产生所谓“缺口效应”，即缺口引起应力集中，并改变了缺口前方的应力状态，使缺口试样或机件中所受的应力，由原来的单向应力状态改变为两向（薄板）或三向应力状态（厚板）和材料的强度增高，塑性降低。无论塑性材料还是脆性材料，其机件上的缺口都因造成两向或三向应力状态和应力应变集中而产生变脆倾向，降低了使用的安全性，为评定不同材料的缺口变脆倾向，必须采用缺口试样进行静载力学性能试验。缺口静拉伸试验广泛用于研究高强度钢（淬火低温回火）的力学性能、钢和钛的氢脆以及研究高温合金的缺口敏感性等。

22、金属材料的缺口敏感性指标（NSR）用缺口试样的抗拉强度bn与等截面尺寸光滑试样的b之比表示。7、试说明布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度的实验原理，并比较布氏、洛氏与维氏硬度试验方法的优缺点。【P49 P57】原理 布氏硬度：用钢球或硬质合金球作为压头，计算单位面积所承受的试验力。 洛氏硬度：采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度。 维氏硬度：以两相对面夹角为136。的金刚石四棱锥作压头，计算单位面积所承受的试验力。布氏硬度优点：实验时一般采用直径较大的压头球，因而所得的压痕面积比较大。压痕大的一个优点是其硬度值能反映金属在较大范围内各组成相得平均性能；另一个优点是实验数据稳定，重复性强

23、。缺点：对不同材料需更换不同直径的压头球和改变试验力，压痕直径的测量也较麻烦，因而用于自动检测时受到限制。洛氏硬度优点：操作简便，迅捷，硬度值可直接读出；压痕较小，可在工件上进行试验；采用不同标尺可测量各种软硬不同的金属和厚薄不一的试样的硬度，因而广泛用于热处理质量检测。压痕较小，代表性差；若材料中有偏析及组织不均匀等缺陷，则所测硬度值重复性差，分散度大；此外用不同标尺测得的硬度值彼此没有联系，不能直接比较。维氏硬度优点：不存在布氏硬度试验时要求试验力F与压头直径D之间所规定条件的约束，也不存在洛氏硬度试验时不同标尺的硬度值无法统一的弊端；维氏硬度试验时不仅试验力可以任意取，而且压痕测量的精度

24、较高，硬度值较为准确。缺点是硬度值需要通过测量压痕对角线长度后才能进行计算或查表，因此，工作效率比洛氏硬度法低的多。八.今有如下零件和材料需要测定硬度，试说明选择何种硬度实验方法为宜。（1）渗碳层的硬度分布- HK或-显微HV（2）淬火钢-HRC（3）灰铸铁-HB（4）鉴别钢中的隐晶马氏体和残余奥氏体-显微HV或者HK（5）仪表小黄铜齿轮-HV（6）龙门刨床导轨-HS（肖氏硬度）或HL（里氏硬度）（7）渗氮层-HV（8）高速钢刀具-HRC（9）退火态低碳钢-HB（10）硬质合金- HRA第三章 金属在冲击载荷下的力学性能冲击韧性:材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。【P57】冲击

25、韧度: U形缺口冲击吸收功 除以冲击试样缺口底部截面积所得之商，称为冲击韧度，ku=Aku/S （J/cm2）, 反应了材料抵抗冲击载荷的能力,用表示。 P57注释/P67冲击吸收功: 缺口试样冲击弯曲试验中，摆锤冲断试样失去的位能为mgH1-mgH2。此即为试样变形和断裂所消耗的功，称为冲击吸收功，以表示，单位为J。P57/P67低温脆性：体心立方晶体金属及合金或某些密排六方晶体金属及其合金，特别是工程上常用的中、低强度结构钢（铁素体-珠光体钢），在试验温度低于某一温度时，会由韧性状态变为脆性状态，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型，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温

26、脆性。韧性温度储备:材料使用温度和韧脆转变温度的差值，保证材料的低温服役行为。韧脆转变温度材料呈现低温脆性的临界转变温度。2（1） ：冲击吸收功。含义见上面。冲击吸收功不能真正代表材料的韧脆程度，但由于它们对材料内部组织变化十分敏感，而且冲击弯曲试验方法简便易行，被广泛采用。 AKV （CVN）：V型缺口试样冲击吸收功. AKU：U型缺口冲击吸收功. （2）FATT50：冲击试样断口分为纤维区、放射区（结晶区）与剪切唇三部分，在不同试验温度下，三个区之间的相对面积不同。温度下降，纤维区面积突然减少，结晶区面积突然增大，材料由韧变脆。通常取结晶区面积占整个断口面积50%时的温度为，并记为50%F

27、ATT，或FATT50%，t50。（新书P61，旧书P71）或:结晶区占整个断口面积50%是的温度定义的韧脆转变温度.（3）NDT: 以低阶能开始上升的温度定义的韧脆转变温度,称为无塑性或零塑性转变温度。（4）FTE: 以低阶能和高阶能平均值对应的温度定义tk，记为FTE（5）FTP: 以高阶能对应的温度为tk，记为FTP3.W18Cr4V、Cr12MoV、3Cr2W8V?铸铁?球铁 工具钢 （脆性材料）不要开缺口 40CrNiMo、30CrMnSi、20CrMnTi要开缺口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：宏观上对于那些有低温脆性现象的材料，它们的屈服强度会随温度的

28、降低急剧增加，而断裂强度随温度的降低而变化不大。当温度降低到某一温度时，屈服强度增大到高于断裂强度时，在这个温度以下材料的屈服强度比断裂强度大，因此材料在受力时还未发生屈服便断裂了，材料显示脆性。 从微观机制来看低温脆性与位错在晶体点阵中运动的阻力有关，当温度降低时，位错运动阻力增大，原子热激活能力下降，因此材料屈服强度增加。影响材料低温脆性的因素有（P63，P73）：1晶体结构：对称性低的体心立方以及密排六方金属、合金转变温度高，材料脆性断裂趋势明显，塑性差。2化学成分：能够使材料硬度，强度提高的杂质或者合金元素都会引起材料塑性和韧性变差，材料脆性提高。3显微组织：晶粒大小，细化晶粒可以同时提高材料的强度和塑韧性。因为晶界是裂纹扩展的阻力，晶粒细小，晶界总面积增加，晶界处塞积的位错数减 少，有利于降低应力集中；同时晶界上杂质浓度减少，避免产生沿晶脆性断裂。金相组织：较低强度水平时强度相等而组织不同的钢，冲击吸收功和韧脆转变温度以马氏体高温回火最佳，贝氏体回火组织次之，片状珠光体组织最差。钢中夹杂物、碳化物等第二相质点对钢的脆性有重要影响，当其尺寸增大时均使材料韧性下降，韧脆转变温度升高。5. 试述焊接船舶比铆接船舶容易发生脆性破坏的原因。焊接容易在焊缝处形成粗大金相组织气孔、夹渣、未熔合、未焊透、错边、咬边等缺陷，增加裂纹敏感度，增加材料