材料力学性能总思考题(1)

第一章

1什么是材料力学性能？有何意义？

材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。

2金属拉伸试验经历哪几个阶段？拉伸试验可以测定哪些力学性能？ 三个阶段：弹性变形阶段；塑性变形阶段；断裂

可测定的性能：屈服强度，抗拉强度，断后伸长率，断面收缩率 3拉伸曲线有何作用？拉伸曲线各段图形分别意味着什么？

拉伸曲线可测定材料的屈服强度，抗拉强度，断后伸长率，断面收缩率等力学性能指标；

4不同材料的拉伸曲线相同吗？为什么? 不同；

材料的组织结构不同，成分不同，所处温度、应力状态不同，拉伸曲线也不同。 5材料的拉伸应力应变曲线发现了哪几个关键点？这几个关键点分别有何意义？

真实应力应变曲线关键点是颈缩点 工程应力应变是屈服强度 7 弹性变形的实质是什么？

金属晶格中原子自平衡位置产生可逆位移的反映。

8弹性模量E的物理意义？E是一个特殊的力性指标，表现在哪里？ 材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。 E=ζ/ε。

弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。

弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧中的刚度。

特殊表现：金属材料的E是一个对组织不敏感的力学性能指标，温度、加载速率

等外在因素对其影响不大，E主要决定于金属原子本性和晶格类型。

9比例极限、弹性极限、屈服极限有何异同？ 比例极限：应力应变曲线符合线性关系的最高应力（应力与应变成正比关系的最

大应力）；

弹性极限：试样由弹性变形过渡到弹-塑性变形时的应力； 屈服极限：开始发生均匀塑性变形时的应力。 10你学习了哪几个弹性指标？

弹性极限、比例极限、弹性模量、弹性比功 11弹性不完整性包括哪些方面？

金属在弹性变形阶段存在微小的塑性变形，即弹塑性变形之间无绝对的分界点，包括弹性滞弹性及内耗、包辛格效应等。 12 什么是滞弹性？举例说明滞弹性的应用？

滞弹性：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。

应用：精密传感元件选择滞弹性低的材料。

13内耗、循环韧性、包申格效应？ 内耗：金属材料在在弹性区内加载交变载荷（振动）时吸收不可逆变形功的能力； 循环韧性：金属材料在交变载荷（振动）下吸收不可逆变形功的能力；

包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形（残余应变为1%~4%），

卸载后再同向加载，规定残余伸长应力（弹性极限或屈服极限）增加，反向加载，规定残余伸长应力（特别是弹性极限在反向加载时几乎降低到零）的现象。

14什么是屈服强度？如何度量屈服强度？ 屈服强度ζs ：开始产生塑性变形时的应力。

对于屈服现象明显的材料，以下屈服点对应的应力为屈服强度；

对于屈服现象不明显的材料，以产生0.2%残余变形的应力为其屈服强度。 15如何强化屈服强度？

影响屈服强度的内在因素有：结合键、组织、结构、原子本性。 从组织结构的影响来看，可以有四种强化机制影响金属材料的屈服强度，这就是：(1)固溶强化；(2)形变强化；(3)沉淀强化和弥散强化；(4)晶界和亚晶强化。 影响屈服强度的外在因素有：温度、应变速率、应力状态。

18真实应力应变曲线与工程应力应变曲线有何不同有何意义？关键点是哪个点？

工程应力应变曲线上的应力和应变是用试样标距部分原始截面积原始标距长度来度量的，往往不能真实反映或度量应变；

真实应力应变曲线则代表瞬时的应力和应变，更为合理，可以叠加，可以不记中间加载历史，只需知道试样的初始长度和最终长度。 工程＞真实。

关键点是颈缩点，颈缩点前是均匀塑性变形，后是颈缩阶段，对应应力是抗拉强度。

19什么是应变硬化指数n？有何特殊的物理意义？有何实际意义？

应变硬化指数：材料开始屈服以后，继续变形时的应变硬化情况，决定了材料开

始颈缩时的最大应力ζb；

物理意义：反映了金属材料抵抗均匀塑性变形的能力，是表征金属材料应变硬化

行为的性能指标。n=ε=最大均匀变形量。

实际意义：金属材料的n值较大，则加工成的机件在服役时承受偶然过载的能力

也就较大，可以阻止机件某些薄弱部位继续塑性变形，从而保证机件安全服役。n大的材料，冲压性能好，应变硬化效果突出。不能热处理强化的材料都可以用应变硬化方法强化。

20 什么是颈缩？ 颈缩条件、颈缩点意义？ 颈缩：是韧性金属材料在拉伸试验时变形集中于局部区域的特殊现象，它是应变

硬化和截面减小共同作用的结果。

颈缩条件：S=dS/dε当真实应力应变曲线上的某点的斜率（应变硬化速率）等于

该点的真实应力时，缩颈产生；ε=n当金属材料的应变硬化指数等于最大真实均匀塑性变形量时，缩颈产生。

颈缩点意义：缩颈点B是最大应力点，也是局部不均匀塑性变形开始点， 21 抗拉强度 ζb和实际意义。

抗拉强度：ζb=Fb/A0，韧性金属材料拉断过程中最大力所对应的应力。 实际意义：

①ζb标志韧性金属材料的实际承载能力

②ζb是脆性材料的断裂强度，用于产品设计，其许用应力便以ζb为判据 ③ζb的高低决定于屈服强度和应变硬化指数

④ζb与布氏硬度HBW、疲劳极限ζ-1之间有一定的经验关系。、 22塑性及其表示和实际意义；

塑性是指金属材料断裂前发生塑性变形的能力。

表示：金属材料常用的塑性指标为断后伸长率和断面收缩率 断后伸长率δ=(L1-L0)/L0X100% 断面收缩率ψ=(A0-A1)/A0X100% 实际意义：金属的塑性指标通常不能直接用于机件的设计，但对静载下工作的机件，都要求材料具有一定塑性，以防止偶然过载时产生突然破坏。

塑性指标是安全力学性能指标塑性对金属成型加工很有意义塑性变形能力，反应形变强化容量，利于机器装配、修复塑性大小反应冶金质量好坏 23静力韧度的物理意义。

金属材料在静拉伸时单位体积材料断裂前所吸收的功定义为静力韧度，它是强度和塑性的综合指标。

24 静拉伸的断口形式； 正断：切断 混合断

25静拉伸断口三要素及其意义； 纤维区、放射区、和剪切唇。 26解理断裂及其微观断口特征 ；

解理断裂是指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。

微观断口特征：解理台阶、河流花样、舌状花样。

27河流花样实际上是许多解理台阶，不是在单一的晶面上，是由解理台阶的侧面汇合而形成的。

29穿晶断裂、沿晶断裂；脆性断裂、韧性断裂； 穿晶断裂：裂纹穿过晶内的断裂为穿晶断裂； 沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展的断裂为沿晶断裂；

脆性断裂：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，危

害性很大；

韧性断裂：金属材料断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂，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。

第二章

1应力状态软性系数α及其意义；

最大切应力ηmax和最大正应力ζmax的比值表示它们的相对大小，称为应力状态软性系数α。

意义：α值越大的试验方法，试样中最大切应力分量越大，表示应力状态越软，金属越易产生塑性变形和韧性断裂；反之，试样中最大正应力分量越大，应力状态越硬，金属越不易产生塑性变形而易于产生脆性断裂。注意，α的绝对值并不能评定材料的塑性变形特性。

4缺口效应及其产生原因；缺口效应： 1) 缺口三向应力状态产生应力集中

2) 缺口强化：塑性材料缺口试样的屈服强度高于光滑试样；强度增加，塑性降

低 3) 由应力集中产生应变集中

4) 缺口附近应变速率高于平均应变速率

产生原因：缺口产生应力集中，引起三向应力状态，使材料脆化，由应力集中产生应变集中，使缺口附近的应变速率增加。 6应力集中系数和缺口敏感度；

缺口引起的应力集中程度通常用应力集中系数Kt表示，定义为缺口净截面上的最大应力ζmax与平均应力ζ之比。Kt值与材料性质无关，只决定于缺口几何形状。

缺口敏感度：金属材料的缺口敏感性指标用缺口试样的抗拉强度ζbn与等截面

尺寸光滑试样的抗拉强度ζb的比值表示，称为缺口敏感度NSR。 NSR越大，缺口敏感性越小。

8硬度测试方法有几种（三类）？划痕法，回跳法 压入法 9金属硬度测试的意义（或者硬度测试为什么广泛应用）？ 1) 设备简单，操作方便，迅速，不破表面 2) 测量局部区域抵抗变形、断裂的能力

3) 敏感地反映出金属材料的化学成分和组织结构的差异

4) 所测硬度不是单独的力学性能指标，与其它力学性能有一定关系 5) 硬度试验特别是压入法硬度试验在生产及科学研究中得到了广泛的应用 10布氏硬度原理；

用一定直径D（mm）的硬质合金球为压头，施以一定的试验力F（N），将其压入试样表面，经规定保持时间t（s）后卸除试验力，试样表面将残留压痕。测量压痕平均直径d（mm），求的压痕球形面积A（mm2）。布氏硬度值（HBW）就是试验力F除以压痕球形面积A所得商，F以N为单位时，HBW=0.102F/A 11布氏硬度的相似原理；

使P2/D2为一常数，保证得到几何相似的压痕（即压痕的压入角保持不变），即保证对同一材料得到相同的HB值，即相似原理。 12布氏硬度的特点和适用范围； 一般采用直径较大的压头球，因而所得压痕面积较大。压痕面积大的优点是其硬度值能反映金属在较大范围内各组成相的平均性能，而不受个别组成相及微小不均性的影响，试验数据稳定，重复性强。 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，当压痕直径较大时，不宜在成品上进行试验。

适用于测定灰铸铁、轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度。 13布氏硬度的表示；

① 硬度值 ②符号HBW ③球直径 ④试验力 ⑤试验力保持时间（10~15s不标