金属材料力学性能课后习题答案.pdf

第 一章一 、解 释下 列名 词 弹 性比 功 ： 又 称为 弹性 比能 、 应 变比 能 ， 表 示金 属材 料吸 收弹 性变 形功 的能 力 。 一 般用 材料开 始塑 性变 形前 单位 体积 吸收 的最 大弹 性变 形功 表示 。 塑 性 变 形 前 应 力 应 变 曲 线 下 的 面 积 。 eeea21=ea 弹性 比功 ； e 弹性 极限 ； e 最大 弹性 应变滞 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 .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 约 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 强度 ， 下 同 ） 增 加 ； 反 向加 载 ， 规 定残 余伸长 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 。 解 理刻 面 ： 解 理断 裂的 微观 断口 是由 许多 大致 相当 于晶 粒大 小的 解理 面集 合而 成的 ， 这 些大致 以晶 粒大 小为 单位 的解 理面 称为 解理 刻面 。 塑 性 ： 金属 材料 断裂 前发 生不 可逆 永久 变形 （塑 性变 形） 的能 力。 脆 性 ： 材料 在外 力的 作用 下（ 如拉 伸、 冲击 等） 仅产 生很 小的 变形 即破 坏断 裂的 性质 。 （ 指金 属材 料在 断裂 前未 察觉 到的 塑性 变形 的性 质） 韧 性 ： 韧 性是 指金 属材 料断 裂前 吸收 塑性 变形 功和 断裂 功的 能力 ， 或 者指 金属 材料 抵抗 裂纹扩 展的 能力 。 解 理台 阶 ： 解 理断 裂裂 纹跨 越若 干相 互平 行的 而且 位于 不同 高度 的解 理面 ， 从 而在 同一 个解理 刻面 内部 出现 台阶 形状 ，这 种形 态叫 解理 台阶 。 河 流花 样 ： 解 理断 裂扩 展过 程中 ， 众 多台 阶相 互汇 合 ， 在 电子 显微 镜中 这些 解理 台阶 呈现 出形 似地 球上 的河 流状 形貌 ，故 名河 流花 样， 河流 花样 的流 向与 裂纹 扩展 方向 一致 。 解 理面 ： 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 生穿 晶断 裂 ， 因 与大 理石 断裂 类似 ， 故 称这 种晶 体学 平面 称为 解理 面 。 常 为低 指数 晶面 （密 排面 ）或 表面 能最 低的 晶面 。 穿 晶断 裂 ： 裂纹 穿过 晶粒 扩展 而断 裂 沿 晶断 裂 ： 裂纹 沿着 晶界 扩展 而断 裂韧 脆转 变 ： （ 体 心立 方合 金随 着温 度的 降低 表现 出从 延性 到脆 性行 为的 转变 。 该 转变 发生 的温 度范 围可 以通 过摆 锤式 或悬 臂梁 式冲 击实 验来 确定 。 【 材 科定 义 】 ） 当 温度 低于 某一 数值时 ，某 些金 属的 塑性 （特 别是 冲击 韧性 ）会 显著 降低 而呈 现脆 性的 现象 。 二 、说 明下 列力 学性 能指 标的 意义 E 弹 性模 量， 即产 生 10%弹 性变 形所 需的 应力 ，表 征材 料对 弹性 变形 的抗 力 G 切 变模 量 ， 即 产生 10%剪 切弹 性变 形所 需的 应力 ， 表 征金 属材 料对 剪切 弹性 变形 的抗力 。 2(1)EG=+ r 规 定 残 余 伸 长 应 力 ， 试 样 卸 除 拉 伸 力 后 ， 其 标 距 部 分 的 残 余 伸 长 达 到 规 定 的 原 始 标距 百分 比时 的应 力。 表征 材料 对微 量塑 性变 形的 抗力 。强 度指 标 0.2： 表示 规定 残余 伸长 率为 0.2%时 的应 力。 强度 指标 s 材 料 的 屈 服 强 度 ， 用 应 力 表 示 材 料 的 屈 服 点 或 下 屈 服 点 ， 表 征 材 料 对 微 量 塑 性 变 形的 抗力 ，强 度指 标 b 抗 拉 强 度 ， 即 金 属 试 样 拉 断 过 程 中 最 大 力 所 对 应 的 应 力 ， 表 征 金 属 材 料 所 能 承 受 的最 大拉 伸应 力 。n 应 变硬 化指 数， 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 。 其 值 为 0 1， 当 n=1时 ， 表 示 材 料 为 完 全 理 想 的 弹 性 体 ； 当 n=0时 ， 表 示 材料 没有 应变 硬化 能力 ；大 多数 金属 材料 的 n值 在 0.1 0.5之 间。 强度 指标 断 后延 伸率 ， 金 属试 样拉 断后 标距 的伸 长与 原始 标距 的百 分比 ， 表 征金 属材 料断 裂前发 生塑 性变 形的 能力 。塑 性指 标 gt 最 大应 力下 的总 伸长 率 ， 指 试样 拉伸 到最 大应 力时 标距 的总 伸长 与原 始标 距的 百分比 。表 征金 属材 料拉 伸时 产生 的最 大均 匀塑 性变 形（ 工程 应变 ）量 。塑 性指 标 断 面收 缩率 ，即 试样 拉断 后， 缩颈 处横 截面 的最 大缩 减量 与原 始横 截面 积的 百分 比 。 塑 性指 标 三 、 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 ？ 解 ：弹 性模 量主 要取 决于 金属 原子 本性 和晶 格类 型。 由于 合金 化、 热处 理（ 显微 组织 ） 、 冷塑 性变 形对 弹性 模量 的影 响较 小 ， 因 而金 属材 料的 弹性 模量 是一 个对 组织 不敏 感的 力学 性能指 标。 五 、 试 述多 晶体 金属 产生 明显 屈服 的条 件 ， 并 解释 BC金 属及 其合 金与 FC金 属及 其合 金屈服 行为 不同 的原 因 ?解 ：考 虑条 件： 1） 材料 变形 前可 动位 错密 度很 小 2） 塑性 变形 发生 时位 错能 快速 增殖 3） 位错 运动 速率 与外 加应 力有 强烈 依存 关系 较 高 的 外 应 力 作 用 ， 沿 滑 移 面 上 的 切 应 力 提 高 ， 一 旦 塑 性 变 形 产 生 ， 位 错 大 量 增 殖 ，可 移动 位错 密度 增加 ， 则 位错 运动 速率 下降 ， 相 应的 应力 也就 突然 降低 ， 从 而产 生了 明显 的 屈 服现 象 。 在 关系 式 0mv=， 其 中 m 为 位错 运动 速率 应力 敏感 系数 ， m 值 越低 ， 则 为使 位错 运动 速率 变化 所需 的应 力变 化越 大 ， 屈 服现 象就 越明 显 ； 反 之 ， 屈 服现 象就 越不 明显 。BC金 属的 滑移 系较 多 ， 晶 格阻 力较 大 ， 可 动位 错密 度较 小 ， 位 错能 快速 增值 较大 ， 体 现 m值 较 低 ， 小 于 20， 故 具 有 明 显 屈 服 现 象 ； 而 FC金 属 的 滑 移 系 较 少 ， 晶 格 阻 力 较 小 ， 可 动位 错密 度较 大， 位错 能快 速增 值较 少， 体现 在 m 值 大 于 1020， 故屈 服不 明显 。 六 、 试 述 退 火 低 碳 钢 、 中 碳 钢 和 高 碳 钢 的 屈 服 现 象 在 拉 伸 力 -伸 长 曲 线 图 上 的 区 别 ？ 为 什么 ？ 解 ：由 于含 碳量 不同 ，碳 的固 溶强 化、 组织 不同 ，退 火低 、中 、高 碳钢 的分 别为 铁素 体 +珠光 体 、 珠 光体 、 珠 光体 +渗 碳体 （ 复 杂单 斜 ） ， 低 碳钢 的屈 服现 象明 显 ， 屈 服平 台呈 锯齿 状 ；中 碳钢 有明 显的 屈服 平台 ，有 上下 屈服 点； 高碳 钢屈 服平 台较 短， 无上 下屈 服点 。 七 、决 定金 属屈 服强 度的 因素 有哪 些？ 解 ：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、 应力 状态十 、试 述脆 性断 裂与 韧性 断裂 的区 别， 为什 么脆 性断 裂更 危险 ？ 解 ： 韧 性断 裂是 金属 材料 断裂 前产 生明 显塑 性变 形的 断裂 ， 有 一个 缓慢 的撕 裂的 过程 。 裂 纹 扩 展 不 断 地 消 耗 能 量 ， 断 面 形 态 一 般 平 行 于 最 大 切 应 力 ， 并 与 主 应 力 呈 45 角 。 断 口 呈 纤维 状 ， 灰 暗色 。 脆 性断 裂断 裂前 基本 上不 发生 塑性 变形 的断 裂 ， 断 面形 态 ， 一 般与 正应 力垂直 ，断 口平 齐而 光亮 ，常 呈放 射状 或结 晶状 。脆 性断 裂是 突然 发生 的断 裂， 没有 明显 征兆 ，因 而危 害性 很大 。 十 一、 剪切 断裂 与解 理断 裂都 是穿 晶断 裂， 为什 么断 裂性 质完 全不 同？ 解 ： 剪 切断 裂是 金属 材料 在 切 应力 作 用下 沿滑 移面 分离 而造 成的 滑移 面分 离断 裂 ， 其 有纯 剪 切 断裂 和微 孔聚 集型 断裂 ，是 由于 晶粒 内滑 移流 变和 微孔 形核 、长 大聚 合而 导致 的断 裂 ； 解理 断裂 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 。 解 理断 裂是 沿晶 粒解 理面 快速 的断 裂 ， 解 理面 一般 是低 指数 晶面 或表面 能最 低的 晶面 ，解 理断 裂总 是脆 性断 裂。 十 三、 何谓 拉伸 断口 三要 素？ 影响 宏观 拉伸 断口 形态 的因 素有 哪些 ？ 解 :三 要素 ：纤 维区 、放 射区 、剪 切唇 因 素： 试样 形状 、尺 寸、 金属 材料 的性 能、 试验 温度 、加 载速 率和 受力 状态十 七 、 论 述 格 雷 菲 斯 裂 纹 理 论 分 析 问 题 的 思 路 ， 推 到 格 雷 菲 斯 方 程 ， 并 指 出 该 理 论 的 局 限性 。 解 ： 格 雷菲 斯理 论是 针对 脆性 材料 断裂 ， 裂 纹已 存在 时 ， 根 据能 量平 衡原 理计 算裂 纹自 动扩展 的应 力值 。 假 设： 1） 外加 应力 作用 一单 位厚 度的 无限 大薄 板 (消 除边 界约 束， 0=z,平 面应 力状 态 )2） 与外 界隔 绝 (封 闭系 统 )板 的单 位体 积储 存的 弹性 能为 ： )2/(2E由 弹 性 理 论 ， 板 的 中 心 形 成 一 个 垂 直 于 应 力 且 长 度 为 2a的 裂 纹 ， 释 放 的 弹 性 能 为 ： EaUe 22= (系 统释 放弹 性能 ，故 其前 端冠 以负 号 )裂 纹形 成时 产生 新表 面需 作的 表面 功为 ： saW4 整 个系 统的 能量 变化 关系 为： se aEaWU 422 =系 统总 能量 变化 与裂 纹半 长有 关 (图 )。 在平 衡点 处， 0422 = aaEas 于 是， 得到 的裂 纹失 稳扩 展的 临界 应力 为 2/12=aEsC此 即为 格雷 菲斯 方程 。 局 限性 ： 该 理论 只适 用于 脆性 固体 ， 如 玻璃 、 金 刚石 等 ， 也 就是 说对那 些裂 纹尖 端塑 性变 形可 以忽 略的 情况 。 二 十、 断 裂强 度 c与 抗拉 强度 b有 何区 别？解 ： c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 。 b是 金 属 材 料 在 拉 伸 中 对 最 大 均 匀 塑 性 变 形 的 抗 力 ， 在 应 力 应 变 曲 线 上 为 最 大 力 所 对 应 的 应 力 。 二 十一 、 铁 素体 的断 裂强 度与 屈服 强度 均与 晶粒 尺寸 1/2d成 正比 ，怎 样解 释这 一现 象？ 解 ：晶 粒直 径减 小， 1/2d提 高， 滑移 带穿 过一 个晶 粒， 切应 力在 晶界 处因 出现 塑性 位移 而被 松弛 ，从 而屈 服强 度和 断裂 强度 提高 。 二 十三 、试 分析 能量 断裂 判据 与应 力断 裂判 据之 间的 联系 。 解 ：格 林菲 斯能 量判 据是 裂纹 扩展 的必 要条 件 (必 须满 足 )， 但不 是充 分条 件 (满 足能 量条 件不 一定 扩展 )。 充 分 条 件 (应 力条 件 )： 裂 纹尖 端应 力集 中应 力大 于理 论断 裂强 度 .应 力条 件推 导 ： 裂 纹尖 端最 大应 力为 2/12/1m ax 221 += aa 外 加应 力， a裂 纹长 度， 裂 纹尖 端曲 率半 径应 力条 件： mm ax ， 即 2/102/12 = aEa sC 由 应力 条件 确定 的实 际断 裂强 度 2/104=aEsC讨 论： 比 较能 量条 件和 应力 条件 2/12=aE sC 2/104=aEsC 1)如 果 0a 2/12/12/1 8.02 = aEaE ssC (能 量条 件 )2/12/1 5.021 = aEaE ssC (应 力条 件 )满 足能 量条 件即 满足 应力 条件 2)如 果 03a时 ，能 量条 件 应力 条件 ，所 以，03a时 ，形 成裂 纹即 扩展 ，用 能量 条件 确定 断裂 应力 ， 03a时 ，形 成裂 纹不 扩展 ，用 应力 条件 确定 断裂 应力二 十四 、有 哪些 因素 决定 韧性 断口 的宏 观形 貌？ 解 ：试 样形 状、 尺寸 和金 属材 料的 性能 以及 试验 温度 、加 载速 率和 受力 状态 二 十 五 、 试 根 据 下 述 方 程 ( ) 1/2 2i y sdkGq +=， 讨 论 下 述 因 素 对 金 属 材 料 韧 脆 转 变 的 影响 。 1.材 料成 分 2.杂 质 3.温 度 4.晶 粒大 小 5.应 力状 态 6.加 载速 率解 ： 1） 材 料成 分 ： 通 过 G（ 切 变模 量 ） 和 yk影 响 ， G越 大 ， 脆 性强 度越 高 。 yk为 钉扎 常数 ， yk越 大， 越易 出现 脆性 断裂 。 2） 杂 质 ： 通 过 i和 yk影 响 ， 杂 质 存 在 于 晶 界 ， 位 错 运 动 受 到 阻 碍 ， 使 i和 yk提高 ，易 导致 脆性 断裂 。 3） 温 度 ： 通 过 i， 其 随着 温度 降低 而急 剧升 高 ， 。 另 外还 与形 变方 式有 关 ， 低 温下 为孪 生 4） 晶粒 大小 ：反 映滑 移距 离的 大小 ，因 而影 响在 障碍 前位 错塞 积的 数目 晶粒 细化 ， 裂纹 不易 形成 ，并 且裂 纹形 成后 也不 易扩 展， 扩展 方向 改变 要消 耗更 多能 量。 5） 应力 状态 ： q为 应力 状态 系数 ，其 值越 小， 更易 显示 脆性 6） 加载 速率 ：通 过 q来 影响 ，加 载速 率越 大， 越表 现脆 性断 裂 第 二章一 、解 释下 列各 词 （ 1） 应 力 状 态 软 性 系 数 ： 最 大 切 应 力 max与 最 大 正 应 力 max的 比 值 称 为 应 力 状 态 软 性 系 数 ， 记 为 。 max=（ 1- 3） /2， max= 1- （ 2+ 3） 。（ 2） 缺 口 效 应 ： 由 于缺 口的 存在 ，在 载荷 作用 下， 缺口 截面 上的 应力 状态 将发 生变 化， 产生 应力 集中 ，从 而影 响材 料的 力学 性能 ，这 就是 缺口 效应 。 （ 3） 缺 口敏 感性 ： 金 属材 料的 缺口 试样 的抗 拉强 度 bn与 等截 面尺 寸光 滑试 样抗 拉强 度 b的 比值 称为 缺口 敏感 性， 记作 bbnNSR=（ 4） 布 氏 硬 度 ： 用 一定 直径 的钢 球或 硬质 合金 球为 压头 ，施 以一 定的 初始 试验 力， 将其 压 入 试样 表面 ， 经 规定 保持 时间 后卸 除试 验力 ， 试 样表 面将 残留 压痕 ， 以 单位 压痕 面积 上的 试验 力的 大小 表征 材料 的软 硬程 度， 称为 布氏 硬度 ， HB二 、说 明下 列力 学性 能指 标的 意义 （ 1） bc 抗 压 强 度 ， 是 试 样 压 至 破 坏 过 程 中 的 最 大 应 力 。 bc=Fbc/Ao(最 大 压 缩 力Fbc， 试样 原始 横截 面积 Ao) （ 2） b 抗 弯强 度， 在三 点弯 曲试 验中 ，试 样弯 曲至 断裂 前达 到的 最大 弯曲 力， 即断裂 前最 大弯 矩 bF除 以试 样抗 弯截 面系 数 W的 商 。 b=bF/W。（ 3） s -扭 转屈 服点 ， 金 属材 料在 扭转 时发 生屈 服现 象 ， 屈 服时 的扭 矩 Ts与 试样 抗弯 截面 系数 W的 商， s=Ts/W。（ 4） b-抗 扭强 度 ， 金 属试 样在 扭断 前承 受的 最大 扭矩 Tb与 试样 抗弯 截面 系数 W的 商 ， b=Tb/W。（ 5） bn-缺 口试 样的 抗拉 强度 ，带 有缺 口的 影响 。（ 6） NSR-缺 口敏 感度 ，表 征材 料的 缺口 敏感 性。 bbnNSR=三 、 试 综合 比较 单向 拉伸 、压 缩、 弯曲 及扭 转试 验的 特点 和应 用范 围（ 1） 单 向拉 伸试 验：特 点： 温 度、 应力 状态 和加 载速 率是 确定 的， 且常 用标 准的 光滑 圆柱 试样 进行 试验 。应 用 范 围 ： 一 般适 用于 那些 塑性 变形 抗力 与切 断强 度较 低的 塑性 材料 的试 验 。 （ 一般 包括 弹 性 变形 、不 均匀 屈服 塑性 变形 、均 匀屈 服塑 性变 形、 不均 匀集 中塑 性变 形、 断裂 等阶 段 。 ）（ 2） 压缩 试验 ：特 点 ： 应 力状 态较 软 ， 应 力状 态软 性系 数为 2， 比 拉伸 、 弯 曲 、 扭 转的 应力 状态 都软 ， 拉 伸时 塑性 较好 的材 料在 压缩 时只 发生 压缩 变形 而不 会断 裂 ； 脆 性材 料在 压缩 时除 能产 生一 定的塑 性变 形外 ，常 沿与 轴呈 45 方 向产 生断 裂， 具有 切断 特性 。应 用范 围 ： 主 要用 于拉 伸时 呈脆 性的 金属 材料 的力 学性 能测 定 ， 如 果产 生明 显屈 服 ， 还 可以 测 定压 缩屈 服点 。 （ 3） 弯曲 试验 ：特 点 ： 弯 曲试 验试 样形 状简 单 ， 操 作方 便 ， 并 可用 试样 的弯 曲挠 度显 示塑 性 ， 弯 曲试 样应 力分 布不 均匀 ，表 面最 大， 中心 为零 ，可 较灵 敏的 反映 材料 表面 缺陷 。 应 用范 围： 主 要用 于测 定脆 性或 低塑 性材 料的 抗弯 强度 。（ 4） 扭转 试验 ： 特 点 ： 1、 扭 转的 应力 状态 软性 系数 =0.8， 比 拉伸 时大 ， 易 于显 示金 属的 塑性 行为 。 2、 圆 柱形 试样 扭转 时 ， 整 个长 度上 塑性 变形 是均 匀的 ， 没 有颈 缩现 象 ， 所 以能 实现 大塑 性变 形量 下的 试验 。 3、 能 较敏 感的 反映 出金 属表 面缺 陷及 硬化 层的 性能 。 4、 扭 转时 试样 中的 最大 正应力 与最 大切 应力 在数 值上 大体 相等 。 应 用范 围 ： 是 用于 测定 正断 强度 大于 切断 强度 的金 属材 料的 切断 过程 最可 靠的 方法 ， 也 用于检 验工 件材 料表 面质 量和 各种 表面 强化 工艺 。 四 、 试 述脆 性材 料弯 曲试 验特 点及 其应 用特 点 ： 1、 弯曲 试样 形状 简单 ，操 作方 便， 同时 ，不 存在 拉伸 试样 时的 试样 偏斜 对试 验结 果的 影响 ，并 可用 试样 弯曲 的挠 度显 示材 料的 塑性 。 2、 弯曲 试样 表面 应力 最大 ，可 较灵 敏的反 映材 料表 面缺 陷。 应 用 ： 1、 常用 于测 定铸 铁、 铸造 合金 ，工 具钢 及硬 质合 金等 脆性 与低 塑性 材料 的强 度和 显示 塑性 的差 别。 2、 比较 和鉴 别渗 碳和 表面 淬火 等化 学热 处理 及表 面热 处理 机件 的质 量和 性 能 。 3、 测定 弯曲 弹性 模量 ，断 裂挠 度和 断裂 能量 。五 、 缺 口试 样拉 伸时 应力 分布 有何 特点（ 一） 缺 口试 样在 弹性 状态 下的 应力 分布缺 口 截 面 上 的 应 力 分 布 是 不 均 匀 的 。 轴 向 应 力 y在 缺 口 根 部 最 大 ， 随 着 离 开 根 部 距 离的 增大 ， y不 断下 降， 即在 缺口 根部 产生 应力 集中 。在 缺 口 截 面 上 X的 分 布 是 先 增 后 减 ， 只 是 由 于 在 缺 口 根 部 金 属 能 自 由 伸 缩 ， 所 以 根 部的 X=0， 自 缺口 根部 向内 部发 展 ， 收 缩变 形阻 力增 大 ， 因 此 X逐 渐增 加 。 当 增大 到一 定数值 后， 随着 y的 不断 减小 ， X也 随之 下降 。薄 板： 在缺 口根 部处 于单 向拉 应力 状态 ，在 板中 心部 位处 于两 向拉 伸平 面应 力状 态。 厚 板： 在缺 口根 部处 于两 向拉 应力 状态 ，缺 口内 侧处 三项 拉伸 平面 应变 状态 。 （ 二） 缺 口试 祥在 塑性 状态 下的 应力 分布 塑 性变 形条 件下 应力 将重 新分 布 ， 并 随载 荷的 增大 塑性 区逐 渐扩 大直 至整 个截 面 ， 在 其内 侧一 定距 离 ry处 x、 y、 z最 大。缺 口使 塑性 材料 强度 增加 ，塑 性下 降。 综 上所 述 ， 无 论是 脆性 材料 或塑 性材 料 ， 其 机件 上的 缺口 都造 成两 向或 三向 应力 状态 和应 力应 变集 中而 产生 变脆 倾向 ，降 低了 使用 安全 性 第 四章 金 属的 断裂 韧度1 解释 名词(1)低 应力 脆断 ： 指在 屈服 应力 以下 发生 脆性 断裂 。(2)张 开型 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。(3)应 力场 和应 变场 ： 裂纹 尖端 附近 位置 的应 力分 布状 况和 应变 分布 状况 。(4)应 力场 强度 因子 K I： 表示 应力 场强 弱程 度。 KI增 加 ，应 力场 各应 力分 量增 加。(5)小 范围 屈服 ： 塑 性区 尺寸 较裂 纹尺 寸 a及 净截 面尺 寸为 小时 （ 小 一个 数量 级以 上 ） ， 即 小范 围屈 服。 (6)塑 性区 ： 金属 材料 在裂 纹扩 展前 ，其 尖端 附近 总会 出现 一个 或大 或小 的塑 性变 形区 ，即塑 性区 或屈 服区 。 (7)有 效屈 服应 力 ： 发生 屈服 时的 应力 。 (8)有 效裂 纹长 度 ： 由 于裂 纹尖 端塑 性区 存在 ， 会 降低 裂纹 体的 刚度 ， 相 当于 裂纹 长度 增加 。采 用虚 拟的 有效 裂纹 代替 实际 裂纹 ，其 长度 为有 效裂 纹长 度。 (9)裂 纹扩 展 K判 据 ： 即 ICI KK， K IC为 平面 应变 断裂 韧性 ， KI为 应力 场强 度因 子 。 裂 纹体 在受 力时 ， 只 要满 足以 上条 件 ， 就 会发 生脆 性断 裂 ， 反 之即 使存 在裂 纹也 不会断 裂。 2.说 明下 列断 裂韧 度指 标的 意义 及其 相互 关系（ 1） K IC和 KI:IC为 平面 应变 下的 断裂 韧度 ，表 示在 平面 应变 条件 下材 料抵 抗裂 纹失 稳扩 展的 能力 。 KC为 平面 应力 断裂 韧度 ， 表 示平 面应 力条 件下 材料 抵抗 裂纹 失稳 扩展 的能 力 。 它 们同 属于 型 裂纹 的材 料断 裂韧 性指 标， 但 KC与 试样 厚度 有关 。当 试样 厚度 增加 ，使 裂纹 尖端 达到 平面 应变 状态 时， 断裂 韧性 趋于 一稳 定的 最低 值， 即为 K IC， 它与 试样 厚度 无关 ，是真 正的 材料 常数 。 3.试 述低 应力 脆断 的原 因及 防止 方法 。低 应力 脆断 是由 宏观 裂纹 （工 艺裂 纹或 使用 裂纹 ）扩 展引 起的 。 防 止方 法： 选用 低温 冲击 韧性 好的 钢材 ；尽 量避 免构 件中 应力 集中 ；注 意使 用温 度 4.为 什么 研究 裂纹 扩展 力学 时不 用应 力判 据而 用其 他判 据？ 因 为应 力判 据属 于传 统力 学强 度理 论 ， 是 根据 材料 屈服 强度 ， 用 强度 储备 方法 确定 机件 的工作 应力 即 -1)或 低于 屈服 应力 长期 作用 下 ， 局 部循 环滑 移形 成的 永留 或再 现的 滑移 带称 为驻 留滑 移带 。 1.侵 入沟 ： 在驻 留滑 移带 加宽 时， 由于 位错 运动 产生 拉应 力， 使基 体一 些位 置出 现内 嵌的滑 移台 阶叫 侵入 沟； 挤 出脊 ： 相 应位 置出 现外 凸的 滑移 台阶 叫挤 出脊12. K： 应力 强度 因子 范围 ， K=Y a， 是在 裂纹 尖端 控制 裂纹 扩展 的复 合力 学参 量 13.da/dN： 疲劳 裂纹 扩展 速率 ，即 每循 环一 次裂 纹扩 展的 距离 。14.疲 劳寿 命 ： 试 样在 交变 循 环 应 力或 应变 作用 下直 至发 生破 坏前 所经 受应 力或 应变 的循 环次 数 15.过 度寿 命 ： 应 变幅 -疲 劳寿 命曲 线中 两条 直线 斜率 不同 ， 存 在一 个交 点 ， 交 点对 应的 寿命称 为过 渡寿 命。 16.热 疲劳 ： 机 体在 由温 度循 环变 化时 产生 的热 循环 应力 及热 应变 作用 下发 生的 疲劳 。 17.过 载损 伤： 金 属在 高于 疲劳 极限 的应 力水 平下 运转 一定 周次 后， 其疲 劳极 限或 疲劳 寿命减 小， 就造 成了 过载 损伤 。 二 解 释下 列疲 劳性 能指 标的 意义 1.疲 劳强 度 ： 材 料抵 抗 有 限或 无 限次 应力 循环 也不 疲劳 断裂 的强 度指 标 。 -1:对 称弯 曲疲 劳极 限， 表示 试样 经无 限次 应力 循环 也不 发生 疲劳 断裂 时对 应的 应力 。 -1p:对 称拉 压疲 劳极 限； -1:对 称扭 转疲 劳极 限； -1N:缺 口试 样疲 劳极 限。2.疲 劳缺 口敏 感度 q f： 金 属材 料在 交变 载荷 作用 下的 缺口 敏感 性 ， 常 用疲 劳缺 口敏 感度 来评定 。 qf=(Kf-1)/（ kt-1） .其 中 Kt为 理论 应力 集中 系数 且大 于 1， Kf为 疲劳 缺口 系数 ,是 光滑 试样 和缺 口试 样疲 劳极 限之 比， Kf= -1/ -1N3.过 载损 伤界 ： 金 属材 料抵 抗疲 劳过 载损 伤的 能力 。在 不同 过载 应力 下， 损伤 累积 造成 的裂 纹尺 寸达 到或 超过 -1应 力的 “ 非 扩展 裂纹 ” 尺 寸的 循环 次数 。4.疲 劳门 槛值 Kth： Kth是 疲劳 裂纹 不扩 展的 K临 界值 ，称 为疲 劳裂 纹扩 展门 槛值 。表示 材料 阻止 疲劳 裂纹 开始 扩展 的性 能， 也是 材料 的力 学性 能指 标。 三 试 述金 属疲 劳断 裂的 特点1低 应力 循环 延时 断裂 ， 断 裂应 力水 乎低 于材 料抗 拉强 度 ， 甚 至屈 服强 度 。 当 应力 低于 疲劳极 限时 ，寿 命可 达无 限长 。 2脆 性断 裂 ， 断 裂前 均不 会发 生塑 性变 形及 有形 变预 兆 ， 突 发性 断裂 ， 容 易造 成事 故 和 经济损 失 。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 ， 具 有明 显的 裂纹 萌生 和缓 慢亚 稳扩 展阶 段 ， 断 口上 有明 显的 疲劳 源和 疲劳 扩展 区。 四 疲 劳宏 观断 口的 特征 及其 形成 典 型疲 劳断 口具 有三 个形 貌不 同的 区域 疲 劳源 、疲 劳区 及瞬 断区 。（ 1） 疲劳 源： 是疲 劳裂 纹萌 生的 策源 地， 在断 口上 ，疲 劳源 一般 在机 件表 面， 常和 缺口 、裂 纹 、 刀 痕 、 蚀 坑等 缺陷 相连 ， 因 为这 里的 应力 集中 会引 发疲 劳裂 纹 。 但 是当 材料 内部 存在严 重冶 金缺 陷或 内裂 纹时 ，因 局部 强度 降低 也会 在机 体内 部产 生疲 劳源 。 （ 2） 疲劳 区： 是疲 劳裂 纹亚 稳扩 展所 形成 的断 口区 域， 该区 是判 断疲 劳断 裂的 重要 特征 证据 。 断 口比 较光 滑并 分布 有贝 纹线 。 断 口光 滑是 疲劳 源区 域的 延续 ， 但 其程 度随 裂纹 向前 扩 展 逐渐 减弱 。 一 般认 为贝 纹线 是由 载荷 变动 引起 的 ， 如 机器 运转 时的 开动 与停 歇 ， 偶 然过 载引 起的 载荷 变动 ，使 裂纹 前沿 线留 下了 弧状 台阶 痕迹 。 （ 3） 瞬断 区： 是裂 纹最 后失 稳快 速扩 展所 形成 的断 口区 域。 在疲 劳裂 纹亚 稳扩 展阶 段， 随着 应力 不断 循环 ，裂 纹尺 寸不 断长 大， 当裂 纹长 大到 临界 尺寸 ca时 ，因 裂纹 尖端 的应 力场 强 度因 子 K1达 到材 料断 裂韧 度 KIC时 ，则 裂纹 就失 稳快 速扩 展， 导致 机体 最后 瞬时 断裂 。五 六 题 参 看小 条（ 老师 略讲 ） 。七 试 述疲 劳裂 纹的 形成 机理 及阻 止疲 劳裂 纹萌 生的 一般 方法(一 )滑 移带 开裂 产生 裂纹 ： 金 属在 循环 应力 ( -1)或 低于 屈服 应力 长期 作用 下 ， 局 部循 环滑 移并 形成 驻留 滑移 带。 驻留 滑移 带加 宽形 成挤 出脊 和侵 入沟 ，即 形成 微裂 纹。 (二 )相 界面 开裂 产生 裂纹 ：萌 生机 理如 第一 章图 1-30(三 )晶 界开 裂产 生裂 纹 ： 多 晶体 材料 由于 晶界 的存 在和 相邻 晶粒 的不 同取 向性 ， 位 错在 某一晶 粒内 运动 时会 受到 晶界 的阻 碍作 用 ， 在 晶界 处发 生位 错塞 积和 应力 集中 现象 。 在 应力 不断循 环下 ， 晶 界处 的应 力集 中得 不到 松弛 时 ， 则 应力 峰越 来越 高 ， 当 超过 晶界 强度 时就 会在 晶 界 处产 生裂 纹 阻 止方 法 ： （ 一 ） 提 高材 料的 滑移 抗力 （ 如 采用 固溶 强化 、 细 晶强 化等 手段 ） ， 均 可阻 止疲 劳裂 纹萌 生， 提高 疲劳 强度 。 （ 二） 降低 第二 相或 夹杂 物的 脆性 ，提 高相 界面 强度 ，控 制第 二相 或夹 杂物 的数 量、 形态 、大 小和 分布 ，使 之 “ 少 、圆 、小 、匀 ” ， 均可 抑制 或延 缓疲 劳裂 纹在 第二 相或 夹杂 物附 近萌生 ，提 高疲 劳强 度。 （ 三） 凡使 晶界 强化 、净 化和 细化 晶粒 的因 素， 均能 抑制 晶界 裂纹 形成 ，提 高疲 劳强 度。 八 影 响疲 劳裂 纹扩 展速 率的 主要 因素 ，并 和疲 劳裂 纹萌 生的 影响 因素 进行 对比 分析 （ 1） 应 力比 r（ 或 平均 应力 m） 的 影响 ： 应 力比 影响 裂纹 扩展 速率 曲线 的位 置 ， 随 r增 加 ，曲 线向 左上 方移 动， 使 da/dN升 高。（ 2） 过载 峰的 影响 ：因 为过 载峰 的存 在， 在应 力循 环正 半周 时， 过载 拉应 力产 生较 大的 塑性 区， 当这 个较 大塑 性区 在循 环负 半周 时， 因阻 止周 围弹 性变 形恢 复而 产生 残余 压应 力 。 这 个 压应 力叠 加在 裂纹 上， 使裂 纹提 前闭 合， 减少 裂纹 尖端 的 k， 从而 降低 da/dN。（ 3） 材 料晶 粒的 影响 ： 通 常 ， 晶 粒越 粗大 ， 其 Kth值 越高 ， da/dN越 低 。 此 规律 正好 与晶粒 对屈 服强 度的 影响 规律 相反 。而 疲劳 裂纹 萌生 的影 响因 素有 ： 滑 移带 、 晶 界和 相界 面 ， 即 只要 提高 材料 滑移 抗力 ， 降 低第二 相或 夹杂 物脆 性， 强化 、净 化晶 界， 细化 晶粒 ，均 可以 抑制 裂纹 萌生 。因 此在 选用 材料 、控 制材 料晶 粒度 时 ， 提 高疲 劳裂 纹萌 生抗 力和 提高 疲劳 裂纹 扩展 抗力 存 在截 然不 同的 途径 。 实 践中 常采 用折 中方 法， 或抓 主要 矛盾 的方 法处 理问 题。 九 试 述疲 劳微 观断 口的 主要 特征 及其 形成 模型疲 劳断 口典 型的 微观 特征 是具 有略 呈弯 曲并 相互 平行 的沟 槽花 样， 即 疲 劳条 带 ，塑 性钝 化模 型 ： 图 a交 变应 力为 0时 ， 右 侧裂 纹呈 闭合 状态 ； 图 b表 示受 拉应 力时 裂纹 张开 ，裂 纹尖 端由 于应 力集 中， 沿 45 方 向发 生滑 移； 图 c表 示拉 应力 达到 最大 值时 ，滑 移区 扩大 ， 裂 纹尖 端变 为半 圆形 ， 发 生钝 化 ， 裂 纹停 止扩 展 ； 图 d表 示交 变应 力为 正应 力时 ， 滑 移 沿 相反 方向 进行 ，原 裂纹 与新 扩展 的裂 纹表 面被 压近 ，裂 纹尖 端被 弯折 成一 对耳 状切 口 ， 为沿 45 方 向滑 移准 备了 应力 集中 条件 ；图 e表 示压 应力 达到 最大 值时 ，裂 纹表 面被 压合 ，裂 纹尖 端又 由钝 变锐 ， 形 成一 对尖 角 。 由 此可 见 ， 应 力循 环一 周期 ， 在 断口 上便 留下 一条 疲劳 条带 ， 裂 纹向 前扩 展一 个条 带的 距离 。 如 此反 复进 行 ， 不 断形 成新 的条 带 ， 疲 劳裂 纹也 就不 断向 前扩 展。 十 试 述疲 劳裂 纹扩 展寿 命和 剩余 寿命 的估 算方 法及 步骤 （ 未讲 ）十 一 试 述 -1和 Kth的 异同 点及 各种 强化 方法 影响 的异 同 kth和 -1的 异同 ： 共 同点 ：均 表示 无限 寿命 的疲 劳性 能； 受材 料成 分和 组织 、载 荷条 件以 及环 境影 响 相 异点 ： -1是 光滑 试样 无限 寿命 疲劳 强度 ， 适 用于 传统 的疲 劳强 度设 计和 校核 。 kth是 裂纹 试样 的无 限寿 命疲 劳性 能， 适用 于裂 纹件 的设 计和 疲劳 强度 校核 。 各 种强 化方 法的 异同 ： 共 同点 ： 表 面强 化处 理可 在机 件表 面产 生有 利的 残余 压应 力 ， 同 时还能 提高 机件 表面 的强 度和 硬度 。这 两方 面的 作用 都能 提高 疲劳 强度 。 相 异点 ： （ 1） 表面 喷丸 及滚 压喷 丸是 用压 缩空 气将 坚硬 的小 弹丸 高速 喷打 向机 件表 面， 使机 件表 面产 生局 部形 变硬 化 ； 同 时 因塑 变层 周围 的弹 性约 束， 又在 塑变 层内 产生 残余 压应 力。 表面 滚压 和喷 丸的 作用 相似 ，只 是其 压应 力层 深度 较大 ，很 适于 大工 件； 而且 表面 粗糙 度低 ，强 化效 果更 好。 （ 2） 表面 热处 理及 化学 热处 理他 们除 能使 机件 获得 表硬 心韧 的综 合力 学性 能外 ，还 可以 利用 表面 组织 相变 及组 织应 力 、 热应 力变 化 ， 使 机件 表面 层获 得高 强度 和残 余压 应力 ， 更 有效 地提 高机 件疲 劳强 度和 疲劳 寿命 。十 二 试 述金 属表 面强 化对 疲劳 强度 的影 响。 表 面强 化处 理可 在机 件表 面产 生有 利的 残余 压应 力， 同时 还能 提高 机件 表面 的强 度和 硬度 。这 两方 面的 作用 都能 提高 疲劳 强度 。 表 面强 化方 法， 通常 有表 面喷 丸、 滚压 、表 面淬 火及 表面 化学 热处 理等 。 （ 1） 表面 喷丸 及滚 压喷 丸是 用压 缩空 气将 坚硬 的小 弹丸 高速 喷打 向机 件表 面， 使机 件表 面产 生局 部形 变硬 化 ； 同时 因塑 变层 周围 的弹 性约 束， 又在 塑变 层内 产生 残余 压应 力。 表面 滚压 和喷 丸的 作用 相似 ， 只 是其 压应 力层 深度 较大 ，很 适于 大工 件； 而且 表面 粗糙 度低 ，强 化效 果更 好。 （ 2） 表面 热处 理及 化学 热处 理他 们除 能使 机件 获得 表硬 心韧 的综 合力 学性 能外 ，还 可以 利用 表面 组织 相变 及组 织应 力 、 热应 力变 化 ， 使 机件 表面 层获 得高 强度 和残 余压 应力 ， 更 有效 地提 高机 件疲 劳强 度和 疲劳 寿命 。（ 3） 复 合强 化将 以上 各种 表面 强化 重复 结合 的一 种表 面强 化 ， 如 渗氮 加表 面淬 火 ， 渗 碳加 喷丸 ， 表 面淬 火 加 喷丸 等 ， 这 样可 以更 好的 提高 表面 强度 和表 层残 余压 应力 ， 从 而可 以有 效地 提高 疲劳 强度和 疲劳 寿命 。 十 三 .试 述金 属循 环硬 化和 循环 软化 现象 及产 生条 件金 属材 料在 恒定 应变 范围 循环 状态 下 ， 随 循环 周次 增加 其应 力 （ 形 变抗 力 ） 不 断增 加 ， 即 为循 环硬 化； 若在 循环 过程 中， 应力 逐渐 减小 ，则 为循 环软 化。 产 生条 件 ： 出 现循 环硬 化或 循环 软化 现象 ， 决 定于 材料 的原 始状 态 、 结 构特 征及 应变 幅和 温度 等。 1） 退火 材料 循 环硬 化； 冷加 工硬 化 循 环软 化； 2） b/ 0.2 1.4 循 环硬 化； b/ 0.2 1.2 循 环软 化；3） n 0.1 循 环硬 化； n 0.1 循 环软 化。十 四 .试 述低 周疲 劳的 规律 及曼 森 -柯 芬关 系（ 1） 循环 应力 较高 ，往 往超 过材 料的 屈服 强度 。（ 2） 在塑 性应 变循 环下 疲劳 断裂 。（ 3） 塑性 变形 量较 大， 不能 用 N， N曲 线。 （ 4） 低周 疲劳 破坏 有几 个裂 纹源 。（ 5） 低周 疲劳 寿命 决定 于塑 性应 变幅 。分 析低 周疲 劳的 实验 结果 和规 律提 出了 低周 疲劳 寿命 公式 ： cffbff pet NNE )2()2( 222 +=+= 其 中： f： 疲劳 塑性 系数 b： 疲劳 强度 指数c： 疲劳 塑性 指数 f： 疲劳 强度 系数其 中表 示塑 性应 变幅 -寿 命关 系的 公式 即为 曼森 -柯 芬公 式 第 六章1、 解释 下列 名词（ 1） 应力 腐蚀 ：金 属在 拉应 力和 特定 的化 学介 质共 同作 用下 ，经 过一 段时 间后 所产 生的 低应 力脆 断现 象， 成为 应力 腐蚀 断裂 。氢 脆断 裂 ： 由 于氢 和应 力的 共同 作用 而导 致金 属材 料产 生脆 性断 裂的 现象 ， 简 称氢 脆 ， 包 括氢 蚀、 白点 、氢 化物 致脆 、 氢 致延 滞断 裂 。 （ 2） 氢蚀 ：由 于氢 与金 属中 的第 二相 作用 生成 高压 气体 ，使 基体 金属 晶界 结合 力减 弱而 导致 金属 脆化 cffp N)2(2= （ 3） 白点 ：当 钢中 含有 过量 的氢 时， 随着 温度 降低 氢在 钢中 的溶 解度 减小 。如 果过 饱和 的氢 未能 扩散 逸出 ， 便 聚集 在某 些缺 陷处 而形 成氢 分子 。 此 时 ， 氢 的体 积发 生急 剧膨 胀 ， 内 压力 很大 足以 将金 属局 部撕 裂 ， 而 形成 微裂 纹 。 这 种微 裂纹 的断 面呈 圆形 或椭 圆形 ， 颜 色为 银白 色， 故称 白点 。 （ 4） 氢化 物致 脆： 对于 IVB或 V族 金属 ，由 于它 们与 氢有 较大 的亲 和力 ，极 易生 成脆 性氢化 物， 使金 属脆 化。 （ 5） 氢 致延 滞断 裂 ： 高 强度 钢或 + 钛 合金 中 ， 含 有适 量的 处于 固溶 状态 的氢 （ 原 来存 在的 或 从 环境 介质 中吸 收的 ） ， 在低 于屈 服强 度的 应力 持续 作用 下， 经过 一段 孕育 期后 ，在 金属 内部 ， 特 别是 在三 向拉 应力 区形 成裂 纹 ， 裂 纹逐 步扩 展 ， 最 后突 然发 生脆 性断 裂 。 这 种由于 氢的 作用 而产 生的 延滞 断裂 现象 称为 氢致 延滞 断裂 。 当 前工 程上 说的 氢脆 ， 大 多数 是指 这类 。 2、 说明 下列 力学 性能 指标 的意 义 . (1)sc 金 属材 料抗 应力 腐蚀 性能 指标 表示 材料 不发 生应 力腐 蚀的 临界 应力（ 2） 1scK 应 力腐 蚀临 界应 力场 强度 因子 ， 即 试样 在特 定化 学介 质中 不发 生应 力腐 蚀断裂 的、 最大 应力 场强 度因 子， 表示 含有 宏观 裂纹 的材 料， 在应 力腐 蚀条 件下 的断 裂韧 度。 （ 3） 1HECK （ 4） dadt 应 力腐 蚀裂 纹扩 展速 率， 即单 位时 间内 裂纹 的扩 展量3、 试述 金属 产生 应力 腐蚀 的条 件及 机理 。 解 ：应 力、 化学 介质 和金 属材 料三 者是 产生 应力 腐蚀 的 条 件 。 （ 1） 应力 在 化学 介质 诱导 开裂 过程 中起 作用 的是 拉应 力 ， 产 生应 力腐 蚀的 应力 并不 一定 很大 ， 如 果没 有化 学介 质的 协同作 用， 机件 在该 应力 作用 下可 以长 期服 役而 不致 断裂 。 （ 2） 化学 介质 只 有在 特定 的化 学介质 中 ， 某 些金 属材 料才 能产 生应 力腐 蚀 ， 即 对一 定的 金属 材料 ， 需 要有 一定 特效 作用 的离 子 、分 子或 络合 物才 能导 致应 力腐 蚀 。 （ 3） 金属 材料 纯 金属 不会 产生 应力 腐蚀 ，所 有合 金对 应力 腐蚀 都有 不同 程度 的敏 感性 。合 金中 位错 结构 对应 力腐 蚀也 有影 响 腐 蚀 机 理 ： 应 力腐 蚀断 裂最 基本 的机 理是 滑移 -溶 解理 论（ 或称 钝化 膜破 坏理 论） 和氢 脆理论 。 对 应力 腐蚀 敏感 的合 金在 特定 的化 学介 质中 ， 首 先在 表面 形成 一层 钝化 膜 ， 使 金属 不致进 一步 受到 腐蚀 ， 即 处于 钝化 状态 ， 因 此 ， 在 没有 应力 作用 的情 况下 ， 金 属不 会发 生腐 蚀破坏 。 若 有拉 应力 作用 ， 则 可使 裂纹 尖端 地区 产生 局部 塑形 变形 ， 滑 移台 阶在 表面 露头 时钝 化膜 破裂 ， 显 露出 新鲜 表面 。 这 个新 鲜表 面在 电解 质溶 液中 成为 阳极 ， 而 其余 具有 钝化 膜的 金属 表面 便成 为阴 极， 从而 形成 微电 池。 4、 分 析应 力腐 蚀断 裂扩 展速 率 dat与 1K关 系曲 线 ， 并 与疲 劳裂 纹扩 展速 率曲 线进 行比 较 。(一 )应 力 腐 蚀 裂 纹 扩 展 速 率 dat与 1K有 关 ， 即 ()1dafKt=， 在 多 数 金 属 材 料 地lg(da/dt） K I曲 线 分 为 三 个 阶 段 ： 第 I阶 段 ： 当 KI刚 刚 超 过 KISCC时 ， 裂 纹 经 过 一 段 孕 育 期后 突然 加速 扩展 ， da/dt曲 线几 乎与 纵坐 标轴 平行 。 第 I阶 段 ： 曲 线出 现水 平线 段 ， da/dt与 KI几 乎无 关 。 因 为这 时裂 纹尖 端发 生分 叉现 象 ， 裂 纹扩 展主 要受 电化 学过 程控 制 。 第 I阶 段 ： 裂 纹长 度已 接近 临界 尺寸 ， da/dt又 明显 地依 赖于 及 K I， 随 KI增 大而 急剧 增大 。 这 时材 料进 入失 稳扩 展的 过渡 区 。 当 KI达 到 KIC时 便失 稳扩 展而 断裂 。 第 阶 段时 间越 长 ， 材 料 抗 应 力 腐 蚀 性 能 越 好 。 如 果 通 过 试 验 测 出 某 种 材 料 在 第 I阶 段 的 da/dt值 及 第 I阶 段结 束时 的 KI值 ， 就 可 估 算 出 机 件 在 应 力 腐 蚀 条 件 下 的 剩 余 寿命 。 （ 二 ） 疲 劳裂 纹扩 展速 率曲 线 ： I区 ： 疲 劳裂 纹的 初始 扩展 阶段 ， da/dN很 小 ， 随 K增 加 ，da/dN快 速提 高， 但因 K变 化范 围很 小， da/dN增 长有 限， 所占 扩展 寿命 不长 。 I区 ：是疲 劳裂 纹扩 展的 主要 阶段 ， 占 据亚 稳扩 展的 绝大 部分 ， 是 决定 疲劳 裂纹 扩展 寿命 的主 要组 成部 分。 此区 的 da/dN较 I区 的大 ， K变 化范 围也 大， 所占 扩展 寿命 长。 I区 ：是 疲劳 裂纹 扩展 最后 阶段 ， da/dN很 大， 并随 K增 加而 更快 地增 大， 只需 扩展 很少 周次 即会 导致 材料 失稳 断裂 。因 此该 区所 占的 扩展 寿命 也不 长。 6、 何谓 氢致 延滞 断裂 ？为 什么 高强 度钢 的氢 致延 滞断 裂是 在一 定的 应变 速率 下和 一定 的温度 范围 内出 现？ 解 ：高 强度 钢或 + 钛 合金 中， 含有 适量 的处 于固 溶状 态的 氢（ 原来 存在 的活 从环 境介 质中 吸收 的 ） ， 在低 于屈 服强 度的 应力 持续 作用 下， 经过 一段 孕育 期后 ，在 金属 内部 ，特 别是在 三向 拉应 力区 形成 裂纹 ， 裂 纹逐 步扩 展 ， 最 后突 然发 生脆 性断 裂 。 这 种由 于氢 的作 用而 产生 的延 滞断 裂现 象称 为氢 致延 滞断 裂 。 高 强度 钢对 氢致 延滞 断裂 非常 敏感 。 钢 的表 面单 纯吸 附 氢原 子是 不会 产生 氢脆 的， 氢必 须进 入 -Fe晶 格中 并偏 聚到 一定 浓度 后才 能形 成裂 纹 。 当有 刃型 位错 的应 力场 存在 时 ， 氢 原子 便与 位错 产生 交互 作用 ， 迁 移到 位错 线附 近的 拉应 力区 ，形 成氢