材料性能学作业及答案课件
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=Ken，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rs=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=（Ers/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
（3）灰铸铁：HB
（4）硬质合金：HRA
（5）鉴别钢中的隐晶马氏体与残余奥氏体：HV或HK
（8）氮化层：HV （10）高速钢刀具：HRC
10. 在294.3N（30kgf）载荷下测定某钢材的维氏硬度。测得压痕对角线长度为0.454mm，试计算该钢材的维氏硬度值，并推算这种钢的抗拉强度值σb（抗拉强度不需要算）。
解：HV=1854.4F/d2，式中F以gf为单位，d以um为单位。
HV=269.9063
第三章
1解释下列名词
2说明下列力学性能指标的意义
5下列3组试验方法中，请举出每一组中哪种试验方法测得tK的较高？为什么？
（1）拉伸和扭转；（2）缺口静弯曲和缺口扭转弯曲；（3）光滑试样拉伸和缺口试样拉伸。
答：
材料的脆性越大，tK越高；同一种材料的脆性则随试验条件而定；
（1）拉伸测出的tK比扭转测出的tK高，因为扭转条件下，材料容易产生塑性变形，材料的脆性小。
（2）缺口冲击弯曲测出的tK比缺口静弯曲测出的tK高，因为冲击试验时，加荷速度增加使变形速度增加，结果使塑性变形受到抑制，从而使材料的脆性增加。
（3）缺口试样拉伸测出的tK比光滑试样拉伸测出的tK高，因为缺口使材料的脆性增加。
第三次作业（P84）
第四章
1. 名词解释
2. 说明下列符号的名称和含义
3. 说明KI和KIC的异同。（答案：P68页第四自然段）
11.有一构件加工时，出现表面半椭圆裂纹，若a=1mm，a/c=0.3，在σ=1000MPa的应力下工作，对下列材料应选哪一种？（P80页例1类似）
σ0.2/MPa 1100 1200 1300 1400 1500
KIC/(MPa·m1/2) 110 95 75 60 55
解：（1）σ/σ0.2=1000/1100= 0.9091>=0.6~0.7，所以必须考虑塑性区的修正问题。采用下列公式计算KI：
其中由第二类椭圆积分：
当a/c=0.3时，查表得Ф2=1.19。将有关数据代入上式，得：
KI1=61.2(MPa·m1/2)
由此可见，KI1
由此类推：
（2）KI2=60.4(MPa·m1/2)
由此可见，KI
（2）KI3=57.9(MPa·m1/2)
由此可见，KI
（2）KI4=59.3(MPa·m1/2)≈KIC4=60(MPa·m1/2)
由此可见，KI4≈KIC4，说明使用材料4可能会发生脆性断裂，不可以选用。
（2）KI5=58.9(MPa·m1/2)>KIC5=55(MPa·m1/2)
由此可见，KI5>KIC5，说明使用材料5会发生脆性断裂，不可以选用。
第四次作业（P108）
第五章
1. 名词解释
2. 解释下列性能指标的意义
4.试述疲劳宏观断口和微观断口的特征及其形成过程或模型。（P88页）
答：
（一）疲劳宏观断口 （1）具有三个明显特征区：
1）疲劳源区：一般较平整和光滑，源区越多，反映外加应力越高，应力集中位置越多或应力集中系数越大，多源断口的源区存在台阶，比较粗糙；
2）疲劳裂纹扩展区：常形成海滩花样或贝壳花样，出现疲劳弧线，疲劳源位于疲劳弧线凹的一方；
3）瞬断区：视材料塑性显示韧性断裂斜断口或脆性断裂平断口。
（2）形成过程：
1）疲劳裂纹萌生
疲劳裂纹由不均匀滑移和显微开裂引起，主要方式有：表面滑移带开裂；第二相、夹杂物与基体界面或夹杂物本身开裂；晶界或亚晶界处开裂。循环载荷作用下，形成驻留滑移带，随着滑移带在表面加宽的过程出现挤出脊和侵入沟，引起应力集中。
2）疲劳裂纹扩展
疲劳裂纹萌生后便开始扩展，分为两个阶段，即扩展一阶段是沿着最大切应力方向向内扩展，扩展二阶段是沿垂直拉应力方向向前扩展形成主裂纹，直至最后形成剪切唇。
3）断裂
（二）疲劳微观断口
（1）特征：
1）疲劳辉纹（或疲劳条带）：是略呈弯曲并相互平行的沟槽状花样，与裂纹扩展方向相垂直，是裂纹扩展时留下的微观痕迹。每一条辉纹表示该循环下疲劳裂纹扩展前沿在前进过程中瞬时微观位置，辉纹的数目与载荷循环次数相等。断裂三阶段的疲劳辉纹略有差异，从疲劳源区到终断区依次是弱波浪条纹、细条纹和深条纹。
2）轮胎压痕
（2）形成过程：
L-S模型，即刚开始时，裂纹处于闭合状态，随着拉应力的增加到最大值时，裂纹张开至最大，裂尖钝化，向前扩展一段距离；当转入压应力半周期时，滑移沿相反方向进行，原裂纹和新扩展的裂纹表面被压合，裂纹尖端被弯折成一对耳状切口；最大压应力时，裂纹表面完全被压合，裂尖变成一对尖角，向前再扩展一段距离，并在断口上留下一条疲劳条带。可见在循环应力的作用下，裂纹尖端的钝锐交替变化，反复进行，使新的条带不断形成，疲劳裂纹也就不断向前扩展。
F-R模型，即裂纹扩展是断续的，通过主裂纹前方萌生新裂纹核，长大并与主裂纹连接起来实现。
5.疲劳失效过程可分为哪几个阶段？简述各阶段的机制及提高材料疲劳抗力的主要方法。
答：
（1）疲劳失效过程可分为两个阶段，即裂纹萌生、裂纹扩展以及断裂。
（2）裂纹萌生的机理：疲劳裂纹由不均匀滑移和显微开裂引起，主要方式有：表面滑移带开裂；第二相、夹杂物与基体界面或夹杂物本身开裂；晶界或亚晶界处开裂。循环载荷作用下，形成驻留滑移带，随着滑移带在表面加宽的过程出现挤出脊和侵入沟，引起应力集中。
裂纹扩展的机理：分为两个阶段，即扩展一阶段是沿着最大切应力方向向内扩展，扩展二阶段是沿垂直拉应力方向向前扩展形成主裂纹，直至最后形成剪切唇。
（3）提高疲劳抗力的主要方法：
① 将材料进行次载锻炼和间歇效应，降低温度，减少腐蚀，可提高材料的疲劳强度，延长疲劳寿命；
② 表面应仔细加工，尽量减少刀痕、擦伤或大的缺陷，以及尽量降低尺寸效应；
③ 提高机件表面塑性抗力（强度和硬度），降低表面的有效拉应力，如采用表面喷丸及滚压、表面热处理和化学热处理、符合强化等措施，可抑制材料表面疲劳裂纹的萌生和扩展有效的提高疲劳强度。
④ 进行固溶强化、细晶强化、弥散强化处理，减少非金属夹杂物及冶金缺陷，提高组织均匀性，可提高材料形变抗力和疲劳强度。
8.试述应力集中和应力比对疲劳寿命和疲劳强度的影响规律。
答：
应力集中处是机件最薄弱的地方，易形成裂纹，是疲劳源的萌生处。应力集中越大，材料疲劳强度越低，疲劳寿命也就越短；反之，
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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（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。
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
r规定残余伸长应力0.2屈服强度
gt金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率n应变硬化指数P15
3、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。【P4】
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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（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。
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 r规定残余伸长应力 2.0屈服强度
gt金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应变硬化指数 P15
3、 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？
材料力学性能学作业完整答案
材料力学性能学作业答案
某校力学性能试验室装有液压万能材料试验机、扭转试验机和疲劳试验机等设备，今欲测定下列材料的塑性：
1）40CrNiMo调质钢试样-拉伸 2）20Cr渗碳淬火钢试样-弯曲或扭转 3）W18Cr4V钢淬火回火试样-压缩或扭转 4）灰铸铁试样-弯曲，扭转或压缩
万能材料试验机-弯曲
扭转试验机-扭转
疲劳试验机-拉伸、压缩
今有如下工件需测定硬度，试说明 选用何种硬度试验为宜。
1) 渗碳层的硬度分布 显微 2）淬火钢 洛或维或布 3）灰铸铁 布 4）硬质合金 洛或维 5）鉴别钢中的隐晶马氏体与残余奥氏体 显微 6）仪表小黄铜齿轮 显微 7）龙门刨床导轨 肖氏（便携） 8）氮化层 显微 9）火车圆弹簧 布氏 10）高速钢刀具 布氏
检验以下材料的冲击韧性，哪些需要开口，哪些不需要开口？
W18Cr4v[NO] Cr12MoV[NO] 3Cr2W8V[YES] 40CrNiMo[YES] 30CrMnSi[YES]
20CrMnSiTi[YES] 铸铁［NO］
试说明低温脆性的物理本质及其影响因素？
答：
物理本质：某些金属材料或合金，在试验温度低于某一温度时，由韧性状态变为脆性状态。
影响材料脆韧转变的因素有：?
1．晶体结构，对称性低的体心立方以及密排六方金属，合金转变温度高，材料脆性断裂趋势明显，塑性差；?
2．化学成分，能够使材料硬度，强度提高的杂质或者合金元素都会引起材料塑性和韧性变差，材料脆性提高；?
3．显微组织，显微组织包含以下几个方面的影响：晶粒大小，细化晶粒可以同时提高材料的强度和塑性，韧性。细化晶粒提高材料韧性原因为,细化晶粒可以使基体变形更加均匀，晶界增多可以有效的阻止裂纹的扩张，因塑性变形引起的位错的塞积因晶界面积很大也不会很大，可以防止裂纹的产生；金相组织；?
4．温度的影响：温度影响晶体中存在的杂质原子的热激活扩散过程，定扎位错原子气团的形成会使得材料塑性变差。
材料性能学答案
1. 下列3组试验中，每组第一个测试方法测试的韧脆转化温度较低的是（C ）。
A.拉伸和扭转 B.缺口静弯曲和缺口扭转弯曲 C,光滑试样拉伸和缺口试样拉伸
2. 渗氮层应该选择何种硬度方法测试硬度（A ）
A.显微维氏硬度； B.洛氏硬度； C.布氏硬度； D.肖氏硬度
3. 下列不属于解理断裂的基本微观特征的是（A ）
A.韧窝 B.解理台阶 C.河流花样 D.舌状花样
4. 空间飞行器用的材料，要保证结构的刚度又要求有较轻的重量，一般情况下衡量此种材料弹性性能的
指标是 （D ）
A.杨氏模数 B.切边模数 C.弹性比功 D.比弹性模数
5. Ki表示I型裂纹，I型裂纹指的是 （A）
A.张开型 B.滑开型 C.撕开型 D.混合型
6. 韧度是衡量材料韧性大小的力学指标，韧性是指材料断裂前吸收（A ）的能力。
A.塑性变形功和断裂功 B.弹性变形功和断裂功 C.弹性变形功和塑性变形功 D.塑性变形功
12.顺磁矩来源于（B ）。
A.电子受外加磁场产生的抗磁矩B.原子的固有磁矩 C.原子自旋磁矩；
15.下列因素中对材料弹性模数影响最小的是（C ）。
A.键合方式和原子结构；B.晶体结构； C.微观组织
2. 下列对于真应力、真应变说法正确的是（B ）
A.真应力V工程应力； B.真应力〉工程应力； C.真应变 > 工程应变；
3. 下列因素对弹性模量E影响最大的是（D ）
A.碳钢加入合金元素 B.细化晶粒 C.钢进行淬火处理 D.升高温度
5. 中、低碳钢光滑试样静拉伸断裂开始于 （A）
A.表面 B.表层一定深度 C.心部 D.以上都有可能
6. 在用压入法时，哪种情况会造成硬度值偏大（A ）。
A.过于接近试样端面 B.过于接近其它测量点 C.淬火钢试样底面氧化皮未清除
7. 热膨胀与其他性能关系错误的是（C ）。
A.材料热容增大热膨胀系数增大；B.结合能大的材料热膨胀系数小；C.熔点高的材料热膨胀系数高
付华-材料性能学-部分习题答案1
第一章 材料的弹性变形
一、填空题：
1.金属材料的力学性能是指在载荷作用下其抵抗 变形
或
断裂
的能力。
2. 低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、塑性变形和 断裂 三个阶段。
3. 线性无定形高聚物的三种力学状态是 玻璃态、 高弹态、 粘流态 ，它们的基本运动单元相应是 链节或侧基、 链段、 大分子链，它们相应是 塑料、橡胶 、 流动树脂（胶粘剂 的使用状态。
二、名词解释
1.弹性变形：去除外力，物体恢复原形状。弹性变形是可逆的
2.弹性模量：
拉伸时σ=Eε E：弹性模量（杨氏模数）
切变时τ=Gγ G：切变模量
3.虎克定律：在弹性变形阶段，应力和应变间的关系为线性关系。
4.弹性比功
定义 ：材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，又称为弹性比能或应变比能，表示材料的弹性好坏。
。
三、简答：
1．金属材料、陶瓷、高分子弹性变形的本质。
答：金属和陶瓷材料的弹性变形主要是指其中的原子偏离平衡位置所作的微小的位移，这部分位移在撤除外力后可以恢复为0。对高分子材料弹性变形在玻璃态时主要是指键角键长的微小变化，而在高弹态则是由于分子链的构型发生变化，由链段移动引起，这时弹性变形可以很大。
2．非理想弹性的概念及种类。
答：非理想弹性是应力、应变不同时响应的弹性变形，是与时间有关的弹性变形。表现为应力应变不同步，应力和应变的关系不是单值关系。种类主要包括
滞弹性，粘弹性，伪弹性和包申格效应。
3．什么是高分子材料强度和模数的时-温等效原理?
答：高分子材料的强度和模数强烈的依赖于温度和加载速率。加载速率一定时，随温度的升高，高分子材料的会从玻璃态到高弹态再到粘流态变化，其强度和模数降低；而在温度一定时，玻璃态的高聚物又会随着加载速率的降低，加载时间的加长，同样出现从玻璃态到高弹态再到粘流态的变化，其强度和模数降低。时间和温度对材料的强度和模数起着相同作用称为时=温等效原理。
《材料性能学》课后答案
《工程材料力学性能》（第二版）课后答案
第一章 材料单向静拉伸载荷下的力学性能
一、 解释下列名词
滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。
静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。
弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。
比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。
包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限(ζP)
或屈服强度(ζS)增加；反向加载时弹性极限(ζP)或屈服强度(ζS)
降低的现象。
解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。晶体学平面－－解理面，一般是低指数，表面能低的晶面。
解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。
韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状）。
静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。
二、金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学姓能?
答案：金属的弹性模量主要取决于金属键的本性和原子间的结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，所以说它是一个对组织不敏感的性能指标，这是弹性模量在性能上的主要特点。改变材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响，但对材料的刚度影响不大。
三、什么是包辛格效应，如何解释，它有什么实际意义?
答案：包辛格效应就是指原先经过变形，然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零，这说明在反向加载时塑性变形立即开始了。
包辛格效应可以用位错理论解释。第一，在原先加载变形时，位错源在滑移面上产生的位错遇到障碍，塞积后便产生了背应力，这背应力反作用于位错源，当背应力(取决于塞积时产生的应力集中)足够大时，可使位错源停止开动。背应力是一种长程(晶粒或位错胞尺寸范围)内应力，是金属基体平均内应力的度量。因为预变形时位错运动的方向和背应力的方向相反，而当反向加载时位错运动的方向与原来的方向相反了，和背应力方向一致，背应力帮助位错运动，塑性变形容易了，于是，经过预变形再反向加载，其屈服强度就降低了。这一般被认为是产生包辛格效应的主要原因。其次，在反向加载时，在滑移面上产生的位错与预变形的位错异号，要引起异号位错消毁，这也会引起材料的软化，屈服强度的降低。
材料性能学作业
冲击载荷下金属变形和断裂的特点。
在冲击载荷作用下，瞬间作用于位错上的应力相当高，结果造成位错运动速率增加。因为位错宽度及其能量与位错运动速率有关。运动速率愈大，则能量愈大，宽度愈小，故派纳力愈大。结果滑移临界切应力增大，金属产生附加强化。
由于冲击载荷下的应力水平较高，可使许多位错源同时开动，结果在单晶体中抑制了易滑移阶段的产生和发展。此外，冲击载荷还增加位错密度和滑移系数目，出现孪晶，减小位错运动自由行程的平均长度，增加点缺陷浓度，使金属材料在冲击载荷作用下塑性变形难以充分进行，导致屈服强度和抗拉强度提高。且屈服强度提高得较多，抗拉强度提高得较少。
在一定加载规范和温度下，材料产生正断，则断裂应力变化不大，塑性随应变速率的增加而减小。如果材料产生剪断，则断裂应力随应变速率提高显著增加，塑性可能不变，也可能提高。
试说明低温脆性的物理本质及其影响因素。
低温脆性的物理本质：材料的屈服强度随温度下降而急剧增加。
当温度低于某一温度时，材料由韧性状态转变为脆性状态，冲击值或断面收缩率急剧下降，断口特征由纤维状转变为结晶状，断裂机理由微孔聚集性转变为穿晶解理型。这种现象被称为低温脆性。
① 晶体结构：即体心立方，面心立方等区别。温度越低，迟屈服现象也越明显。
② 化学成分：间隙、置换溶质元素（Ni、Mn除外）增加，韧脆转变温度提高。间隙溶质元素通过与位错的交互作用偏聚于位错线附近形成柯氏气团，增加位错运动阻力，使杂质元素偏聚于晶界，降低晶界表面能。增加i和yk，使s升高。
③ 显微组织：
a. 晶粒大小：晶粒半径越小，kt与1/2d呈线性关系，晶界多，裂纹扩展阻力大，晶界前位错塞积少，杂质少，韧性增加。
b. 金相组织：
在较低强度水平，强度相同而组织不同的钢，其冲击吸收功和韧脆转变温度以回火索氏体最佳，贝氏体回火组织次之，片状珠光体组织最差。此外，球化处理能改善钢的韧性。
材料性能学答案-最新整理版(1)
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1. 通过静载拉伸实验可以测定材料的 弹性极限、屈服极限、 抗拉强度、断裂强度、比例极限等（答对3个即可）强度指标，及 延伸率 、 断面收缩率 等塑性指标。
2.按照断裂中材料的宏观塑性变形程度，断裂可分为脆性断裂和韧性断裂；按照晶体材料断裂时裂纹扩展的途径（断裂方式），可分为穿晶断裂和沿晶断裂；按照微观断裂机理，可分为解理断裂和剪切断裂
3. 单向拉伸条件下的应力状态系数为 0.5 ；而扭转和单向压缩下的应力状态系数分别为 0.8 和
2.0 。应力状态系数越大，材料越容易产生 (塑性) 断裂。 为测量脆性材料的塑性，长采用压缩的试验方法
4.在扭转试验中，塑性材料的断裂面与试样轴线 垂直 ；脆性材料的断裂面与试样轴线 成450角。
5. 低温脆性常发生在具有 体心立方或密排六方 结构的金属及合金中，而在 面心立方 结构的金属及合金中很少发现。
6. 材料截面上缺口的存在，使得缺口根部产生 应力集中 和 双（三）向应力或应力状态改变 ，试样的屈服强度 不变，塑性 降低 。
7.根据磨损面损伤和破坏形式（磨损机理），磨损可分为4类：粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损和麻点疲劳磨损（接触疲劳）
8.典型的疲劳断口有3个特征区：疲劳源、疲劳裂纹扩展区和瞬断区。疲劳裂纹扩展区最典型的特征是贝纹线
9. 在典型金属与陶瓷材料的蠕变曲线上，蠕变过程常由 减速蠕变 ，恒速蠕变 和 加速蠕变 三个阶段组成。
10.根据材料磁化后对磁场所产生的影响，可以把材料分为3类：抗磁性材料、顺磁性材料和铁磁性材料
11.一般情况下，温度升高，金属材料的屈服强度下降；应变速率越大，金属材料的屈服应力越高。
12.温度对金属材料的力学性能影响很大，在高温下材料易发生沿晶断裂。
13. 拉伸试样的直径一定，标距越长则测出的断后伸长率会越小
14.宏观断口一般呈杯锥装，由纤维区、放射区和剪切唇3个区域组成。材料强度越高，塑性降低，则放射区比例增大。
湖南大学材料性能学作业习题答案
第一章
一、 解：1.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, 称为滞弹性。
2. 塑性：在给定载荷下，材料产生永久变形的特性。
3•解理台阶：解理裂纹与螺型位错相交形成解理台阶。
4. 河流状花样：解理裂纹与螺型位错相遇后，沿裂纹前端滑动二相互汇合，同号台阶相互汇 合长大，当汇合台阶足够大时，便成为河流状花样。
5. 强度：材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。
二、 解：1.E :弹性模量。
2. d 0.2 :屈服强度
3. b b :抗拉强度
4. £ :条件应变或条件伸长率。
三、 解：由 d m= ( EY s/ao)?
得：丫 s= d m2 • ao/E ①
将 代入 d c= (2E • 丫 s/ JI a)?=d m- ( 2*ao/刃 *a)=504MPA.
四、 解：
由题中所给式子知：⑴：材料的成分增多，会引起滑移系减少、孪生、位错钉插等，材料 越容易断裂；
⑵：杂质：聚集在晶界上的杂质越多，材料越容易断裂；
⑶：温度：温度降低，位错摩擦阻力越大，所以材料越容易断裂；
⑷、晶粒大小：晶粒越小，位错堆积越少，晶界面积越大，材料韧性越好，所以不容易断裂；
⑸、应力状态：减小切应力与正应力比值的应力状态都会使材料越容易断裂；
⑹、加载速率：加载速率越大，材料越容易断裂
五、 解：两者相比较，前者为短比例式样，后者为长比例式样，而对于韧性金属材料，比例
试样尺寸越短，其断后伸长率越大，所以 d 5大于d 10.
第二章作业题
1应力状态软性系数：按“最大切应力理论”计算的最大切应力与按 “相当最大正应力理论”计算的最大正应力的比值。
2缺口效应：截面的急剧变化产生缺口，在静载荷作用下，缺口截面 上的应力状态将发生变化，产生缺口效应，影响金属材料的力学性能。
3布氏硬度：用一定直径的硬质合金球做压头，施以一定的试验力， 将其压入试样表面，经规定保持时间后卸除，试样表面残留压痕。 HBW通
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=Ken，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