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2024年4月15日发(作者：织梦模板在线生成器)
材料力学性能复习大纲
一、名词解释 10个×3分=30分
二、单项选择 12个×2分=24分
三、简答题 5个×6分=30分
四、论述题 1个×16分=16分
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第一章 金属在单向静拉伸载荷下的力学性能
基本概念
工程应力-应变曲线：将拉伸力-伸长曲线的纵、横坐标分别用拉伸试样的原始截面积A0和原始标距长度L0去除，
则得到应力-应变曲线。因均以一常数相除，故曲线形状不变，这样的曲线称为工程应力-应变曲线。
真应力-真应变曲线：用拉伸过程中每一瞬间的真实应力和真实应变绘制曲线，则得到真实应力-应变曲线。
比例极限：保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力。
弹性极限：材料由弹性变形过渡到弹塑性变形时的应力，是表征开始塑性变形的抗力。
弹性比功：表示材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，又称弹性比能、应变比能。
屈服强度、抗拉强度、屈服现象：拉伸试验中，材料由弹性变形转变为弹塑性变形状态的现象。
应变硬化指数：应变硬化指数反映金属材料抵抗继续塑性变形的能力，是表征金属应变硬化的性能指标。
强度、塑性、韧度
滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，弹性应变落后于外加应力，并随时间延长产生附加弹性应变的现象，
称为滞弹性（弹性后效）。
内耗：加载时消耗的变形功大于卸载时释放的变形功，这部分被金属吸收的功，称为内耗。
包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变。卸载后，若再同向加载，则规定残余伸长应力增加；若
反向加载，则规定残余伸长应力降低的现象。
韧性断裂：金属材料断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂。
脆性断裂：材料断裂前基本上不发生明显的宏观塑性变形的断裂。
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，大部分是脆性断裂。
解理断裂：解理断裂是金属材料在一定条件下（如低温），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。
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，异号台阶汇合消毁，当汇合台阶高
度足够大时，便成为在电镜下可以观察到的河流花样。是解理台阶的一种标志。
知识点
1、拉伸曲线的四个阶段
①Oe段，弹性变形阶段
②eC段，不均匀屈服塑性变形阶段
③CB段，均匀塑性变形阶段
④Bk段，不均匀塑性变形阶段（集中塑性变形阶段），试样产生颈缩
2、脆性材料与塑性材料的应力-应变曲线的区别
脆性材料在拉伸断裂前不产生塑性变形，只发生弹性变形；塑性材料在拉伸断裂前会发生不可逆塑性变形。高
塑性材料在拉伸断裂前不仅产生均匀的伸长，而且发生缩颈现象，且塑性变形量大；低塑性材料在拉伸断裂前
只发生均匀伸长，不发生缩颈，且塑性变形量较小。
3、多晶体塑性变形的特点
①各晶粒变形的不同时性；②各晶粒变形的相互协调性；③晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间变
形的不均匀性。
4、影响金属屈服强度的因素
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。
5、拉伸断口三个区域的示意图，三个区域的特征及其形态、大小和相对位置的影响因素
拉伸断口由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓断口特征三要素。
纤维区：位于断口的中央，呈粗糙的纤维状，暗灰色。纤维状是塑性变形中裂纹
不断扩展和相互连接造成的，该区为裂纹起源区，裂纹扩展速度很慢。纤维区垂
直于拉伸应力方向，微观特征为韧窝。
放射区：断口呈放射状。放射线平行于裂纹扩展方向，而垂直于裂纹前端的轮廓
线，并逆指向裂纹源。塑性变形量越大，放射线越粗，极脆材料无放射线。温度
降低或材料强度增加，塑性降低，放射线变细甚至消失。
剪切唇：在最后断裂阶段由缩颈形成，表面光滑，与拉伸轴线呈45°，是典型的
切断型断裂。
6、微孔聚集型断裂的断裂机理及其微观断口特征
断裂机理：微孔成核、长大、聚合，直至断裂。微孔通过第二相质点本身破裂或第二相与基体界面脱离而成核；
滑移面上的位错向微孔运动，使其长大；应力集中处，裂纹向前推进一定长度，导致邻近的微孔相互连接，或
者使位错不断进入微孔。
微观断口特征：大量大小不等的圆形或椭圆形韧窝。（一般第二相密度增大，韧窝减小；塑性好，韧窝较深。
微孔聚集断裂一定有韧窝存在，但在微观上出现韧窝，其宏观上不一定就是韧性断裂。）
7、材料理论断裂强度与实际断裂强度的差异原因
实际材料中存在裂纹等缺陷，当平均应力还很低时，局部应力集中已达到很高数值，从而使裂纹快速扩展并导
致脆性断裂。
第二章 金属在其他静载荷下的力学性能
基本概念
应力状态软性系数：材料或工件所承受的最大切应力τmax和最大正应力σmax比值。
应力集中系数：表示缺口引起的应力集中程度，用K
t
表示。
缺口敏感度NSR：缺口试样的抗拉强度σ
bn
的与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σ
b
的比值。
硬度：表征金属材料软硬程度的一种性能。
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的试验力计算而得的硬度。
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。
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。
知识点
1、缺口的三个效应
①缺口造成应力应变集中，这是缺口的第一个效应。②缺口改变了缺口前方的应力状态，使平板中材料所受的
应力由原来的单向拉伸改变为两向或三向拉伸，这是缺口的第二个效应。③缺口使塑性材料强度增高，塑性降
低，这是缺口的第三个效应。
第三章 金属在冲击载荷下的力学性能
基本概念
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。
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，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，这就是低温脆性。
韧脆转变温度：产生低温脆性时的转变温度t
k
，也称冷脆转变温度。
知识点
1、低温脆性的宏观和微观物理本质
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降低急剧增加，而断裂强度随温度的降
低变化不大。当温度降低到某一温度，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。
微观上，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。
第四章 金属的断裂韧度
基本概念
张开型（I型）裂纹：拉应力垂直作用于裂纹扩展面，裂纹沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展的裂纹。
滑开型（II型）裂纹：切应力平行作用于裂纹面，且与裂纹垂直，裂纹沿裂纹面平行滑开扩展的裂纹。
应力场强度因子：在裂纹尖端区域各点的应力分量除了决定于位置外，尚与强度因子有关，对于某一确定的点，
其应力分量由K
Ⅰ
确定，K
Ⅰ
越大，则应力场各点应力分量也越大，这样K
Ⅰ
就可以表示应力场的强弱程度，称K
Ⅰ
为应力场强度因子。“I”表示I型裂纹。
断裂韧度：当K
Ⅰ
增大达到临界值时，也就是在裂纹尖端足够大的范围内应力达到了材料的断裂强度，裂纹便失
稳扩展而导致材料断裂，这个临界或失稳状态的K
Ⅰ
值记作K
ⅠC
，称为断裂韧度。
知识点
1、K判据（主判据、子判据）意义及用途
K判据解决了经典的强度理论不能解决存在宏观裂纹为什么会产生低应力脆断的原因。K判据将材料断裂韧度同
机件的工作应力及裂纹尺寸的关系定量地联系起来，可直接用于设计计算，估算裂纹体的最大承载能力、允许
的裂纹最大尺寸，以及用于正确选择机件材料、优化工艺等。
2、G判据（主判据、子判据）
G
Ⅰ
≥G
ⅠC
，当G
Ⅰ
满足上述条件时裂纹失稳扩展断裂。
3、低应力脆断的原因及防止方法
低应力脆断的原因：在材料的生产、机件的加工和使用过程中产生不可避免的宏观裂纹，从而使机件在低于屈
服应力的情况发生断裂。
预防措施：将断裂判据用于机件的设计上，在给定裂纹尺寸的情况下，确定机件允许的最大工作应力，或者当
机件的工作应力确定后，根据断裂判据确定机件不发生脆性断裂时所允许的最大裂纹尺寸。
第五章 金属的疲劳
基本概念
交变载荷：指载荷大小、方向或者大小和方向均随时间而变化的载荷。
疲劳：材料在变动应力和应变长期作用下，因累积损伤而引起的断裂现象。
疲劳寿命：疲劳失效时材料所经受的应力或应变循环次数。
疲劳极限：当σ
max
低于某值σr时，有N→∞，则称σr为疲劳极限
过载损伤：金属在高于疲劳极限的应力水平下运转一定局次后，其疲劳极限或疲劳寿命减小。
疲劳裂纹扩展门槛值：疲劳裂纹不扩展的△K临界值，表示材料阻止裂纹开始疲劳扩展的性能，其值越大，阻
止疲劳裂纹开始扩展的能力就越大。
疲劳条带：具有略弯曲并相互平行的沟槽花样，是疲劳裂纹扩展的第二阶段的断口特征。
驻留滑移带：用电解抛光的方法很难将已产生的循环滑移带除去，即使能除去，当对试样重新循环加载时，则
循环滑移带又会在原处再现，这种永留或再现的循环滑移带称为驻留滑移带。
知识点
1、疲劳断裂的特点
①低应力循环延时断裂，即具有寿命的断裂；②脆性断裂，无明显的塑性变形；③对缺陷（缺口、裂纹及组织
缺陷）十分敏感；④疲劳断裂也是裂纹萌生和扩展过程。
2、典型疲劳断口三个形貌不同的区域
疲劳源、疲劳区、瞬断区
3、疲劳裂纹扩展速率曲线的三个区域
I区：疲劳裂纹初始扩展阶段，裂纹扩展速率随着△K的降低而迅速降低，以
至da/dN→0。
II区：中部区或稳态扩展区，疲劳裂纹扩展的主要阶段，da/dN较大，裂纹扩
展速率在图中呈一直线。
III区：裂纹快速扩展区，疲劳裂纹扩展最后阶段，da/dN很大，并随着△K的
增大而迅速升高。
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