材料性能学作业及答案

本学期材料性能学作业及答案

第一次作业P36-37

第一章

1名词解释

4、决定金属屈服强度的因素有哪些？

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。

10、将某材料制成长50mm，直径5mm的圆柱形拉伸试样，当进行拉伸试验时塑性变形阶段的外力F与长度增量ΔL的关系为：

F/N 6000 8000 10000 12000 14000

ΔL 1 2.5 4.5 7.5 11.5

求该材料的硬化系数K及应变硬化指数n。

解：已知：L0=50mm，r=2.5mm，F与ΔL如上表所示，由公式（工程应力）σ=F/A0,（工程应变）ε=ΔL/L0,A0=πr2,可计算得：A0=19.6350mm2

σ1= 305.5768，ε1=0.0200，

σ2=407.4357 ，ε2=0.0500，

σ3= 509.2946，ε3=0.0900，

σ4= 611.1536，ε4=0.1500，

σ5= 713.0125，ε5=0.2300，

又由公式（真应变）e=ln(L/L0)=ln(1+ε)，（真应力）S=σ（1+ε），计算得：

e1=0.0199，S1=311.6883，

e2=0.0489，S2=427.8075，

e3=0.0864，S3=555.1311，

e4=0.1402，S4=702.8266，

e5=0.2076，S5=877.0053，

又由公式S=Ke n，即lgS=lgK+nlge，可计算出K=1.2379×103，n=0.3521。

11、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？答：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。

韧性断裂：是断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂

特征：断裂面一般平行于最大切应力与主应力成45度角。断口成纤维状（塑变中微裂纹扩展和连接），灰暗色（反光能力弱）。

断口三要素：纤维区、放射区、剪切唇这三个区域的比例关系与材料韧断性能有关。

脆性断裂：断裂前基本不发生塑性变形的，突发的断裂。

特征：断裂面与正应力垂直，断口平齐而光滑，呈放射状或结晶状。注意：脆性断裂也产生微量塑性变形。断面收缩率小于5％为脆性断裂，大于5％为韧性断裂。

14、通常纯铁的r s=2J/m2，E=2×105MPa，a0=2.5×10-10m，试求其理论断裂强度σm。

解：由公式σm=（Er s/a0）1/2，可得σm=4.0×104MPa。

15、若一薄板内有一条长3mm的裂纹，且a0=3×10-8mm，试求脆性断裂时断裂应力σc（设σm=E/10=2×105MPa）。

解：由公式σm/σc=(a/a0)1/2，a为σc对应的裂纹半长度，即a=1.5mm，σc=28.2845MPa

17、断裂强度σc与抗拉强度σb有何区别？

答：σc是材料裂纹产生失稳扩展的断裂强度，在应力应变曲线上为断裂时的强度值。σb是韧性金属试样拉断过程中最大力所对应的应力。

第二次作业（P54）

第二章

1.解释下列名词

2.说明下列力学性能指标的意义

3.简述缺口三效应

（1）造成应力集中

（2）改变了缺口前方的应力状态，使平板中的材料所受应力由原来的单向拉伸变为两向或三向拉伸

（3）缺口使塑性材料得到强化

9.说明下列工件选用何种硬度试验法

解：

（1）渗碳层的硬度分布：HK或HV

（2）淬火钢：HRC