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材料性能与测试习题

绪论

1、简答题

什么是材料的性能？包括哪些方面？

答：材料的性能是指材料在给定外界条件下所表现出的可定量测量的行为表现

性能：力学(拉、压、扭、弯、硬、韧、疲、磨)

物理（热、电、磁、光）

化学（老化、腐蚀）

[提示]材料的性能定量地反映了材料在给定外界条件下的行为；

第一章单向静载下力学性能

1、名词解释：

弹性变形：材料受载后产生变形，卸载后这部分变形消逝，材料恢复到原来的状态的性质

塑性变形：指微观结构的相邻部分产生永久性位移，并不引起材料破裂的现象。（不可恢复，永久变形）

弹性极限：即弹性变形过渡到弹-塑性变形（屈服变形）时的应力。σe=Fe/A

弹性比功：弹性变形过程中吸收变形功的能力

包申格效应：材料经过预先加载产生少量塑性变形（残余应变为1%～2%），卸载后再同向加载，规定

残余应力（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余应力降低（特别是弹性极限在反向加载时几

乎降低到零）的现象

弹性模量：工程上弹性模量被称为材料的刚度，表征材料对弹性变形的抗力

滞弹性：快速加载或者卸载后，材料随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能

内耗：在变形过程中被吸收的功称为材料的内耗

韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂的能力（第四章）

超塑性：在一定条件下，呈现非常大的伸长率(约1000％)而不发生缩颈和断裂的现象。

韧窝：微孔聚集型断裂，宏观上呈暗灰色、纤维状;微观上分布大量“韧窝”。

2、简答

1)材料的弹性模量有那些影响因素？为什么说它是结构不敏感指标？

答：1、键合方式和原子结构2、晶体结构3、化学成分4、微观组织5、温度6、加载条件、负

载时间。因为合金成分不变时，显微组织对弹性模量影响较小，晶体粒子大小对E无影响；第二相粒子可

以提高弹性模量，但大多数金属材料，在第二相所在比列较小的情况下，可忽略其对弹性磨练的影响；冷

加工降低弹性磨练，但一般改变量在5%一下，只有形成强组织才有影响，并出现弹性异变。

2)金属材料应变硬化的概念和实际意义。

答：定义：进入塑性变形阶段后，随着变形量增大，形变应力不断提高的现象(屈服-颈缩段)。

意义：1)加工方面：使金属进行均匀的塑性变形，保证冷变形工艺顺利实施

2)应用方面：可使金属机件具有一定的抗偶然过载能力

3)阻止塑性变形继续发展，保证机件使用安全，是一种强化金属的重要手段

3)高分子材料的塑性变形机理。

结晶高分子：薄晶转变为沿应力方向排列的微纤维束；

非晶高分子：正应力作用下形成银纹，切应力作用下无取向分子链局部转变为纤维束。

4)拉伸断裂包括几种类型？什么是拉伸断口三要素？如何具体分析实际构件的断裂提示：参考课

的具体分析实例简单作答]？

答：分类：①脆性与韧性断裂：按宏观塑性变形的程度；

②穿晶和沿晶断裂：按裂纹扩展的途径；

③解理和剪切断裂：按微观断裂机理；

④正断和切断：按作用力的性质。

断口特征三要素：纤维区F、放射区R、剪切唇S组成；

例：港口机械用齿轴，最大外径约υ130mm，长约380mm，材质系20CrMnMo，经锻造、正火、渗碳、

淬回火处理。热处理后放置过程中发现纵向开裂，试分析齿轮的断裂原因。

一、宏观检测：

1.外观:裂纹轴向扩展，从大端面至小端面前止，未完全贯穿，并在齿部有不明显的转折。从大端面观

察，开裂从表面至轴中心止(见图1裂纹在端部形貌所示)。目视检测轴表面、齿面，均发未现其它裂纹。

2.低倍酸洗:在轴颈处横向截取约10mm厚低倍试片，经酸洗后观察，除原裂纹、枝晶偏析外未见其它裂

纹及低倍缺陷

3.宏观断面分析：自裂纹表面向轴中心部位切开齿轴，可见其断面形貌在“齿段”区，(见图2“齿段”

开裂面形貌）；断面上箭头所指浅灰色区域为人为打开区域（原未裂开）；沿齿表面有一层细瓷结晶状断面，

即为渗碳层。整个断面呈现纤维状及结晶状混合态，裂纹整体走向为次表层向心部发展。在“轴段”断面

上可看到裂纹两次扩展台下的弧形痕迹，(见图3“轴段”开裂面形貌)。

3、计算：

1)已知钢的杨氏模量为210GPa，问直径2.5mm,长度120mm的线材承受450N载荷时变形量是多少?若

采