完整版材料力学性能课后习题答案整理.docx
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1、材料力学性能课后习题答案第一章单向静拉伸力学性能1、解释下列名词。1弹性比功:金属材料吸收弹性变形功的能力,一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。2 .滞弹性:金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后,随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性,也就是应变落后于应力的现象。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称为循环韧性。4 .包申格效应:金属材料经过预先加载产生少量塑性变形,卸载后再同向加载,规定残余伸长应力增加;反向加载,规定残余伸长应力降低的现象。5 .解理刻面:这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。6 .塑性:金属材料断裂前发生不可逆永久(
2、塑性)变形的能力。脆性:指金属材料受力时没有发生塑性变形而直接断裂的能力韧性:指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。7 .解理台阶:当解理裂纹与螺型位错相遇时,便形成一个高度为b的台阶。8 .河流花样:解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。是解理台阶的一种标志。9 .解理面:是金属材料在一定条件下,当外加正应力达到一定数值后,以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂,因与大理石断裂类似,故称此种晶体学平面为解理面。10 .穿晶断裂:穿晶断裂的裂纹穿过晶内,可以是韧性断裂,也可以是脆性断裂。沿晶断裂:裂纹沿晶界扩展,多数是脆性断裂
3、。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,冲击吸收功明显下降,断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂,这种现象称为韧脆转变2、说明下列力学性能指标的意义。答:E弹性模量G切变模量Crr规定残余伸长应力Cr0.2屈服强度线金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率n应变硬化指数P153、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?答: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。P42、现有45、
4、40Cr.35CrMo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fee金属及其合金屈服行为不同的原因。答: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
5、错运动速率又决定于外加应力的滑移分切应力。4=b痴,v=(),h)o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bee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fee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T中长曲线图上的区别?为什么?答:随含碳量的增加,屈服现象越来越不明显。这是由于
6、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答: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索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(晶格阻力一一派拉力、位错运动交互作用产生的阻力)决定派拉力:2G2=2(;-rz.,=;eKI-G=eF(ITS)f1pI-P位错交互作用力(a是
7、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一晶界多(阻碍位错运动)一位错塞积一提供应力一位错开动一产生宏观塑性变形。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:霍尔一派奇(Hall-Petch)OS=。i+kyd-1/23 .溶质元素加入溶质原子一(间隙或置换型)固溶体一(溶质原子与溶剂原子半径不一样)产生晶格畸变f产生畸变应力场f与位错应力场交互运动一使位错受阻一提高屈服强度(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一绕过第二相一留下位错环一两质
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