材料性能学期末考试历年真题及答案.doc
第一套
一、名词解释（每题4分，共12分）
低温脆性疲劳条带韧性
二、填空题(每空1分，共30分)
1、按照两接触面运动方式的不同，可以将摩擦分为和，按照摩擦表面的接触状态分为摩擦、摩擦、摩擦、摩擦、其中摩擦通常严禁出现。
2、材料的韧性温度储备通常用符号表示，取值在温度范围，对于相同的材料而言，韧性温度储备越大，材料的工作温度就越（高、低），材料就越（安全，不安全）。对于承受冲击载荷作用的重要机件，韧
性温度储备取（上限，下限）。
3、材料的缺口越深、越尖锐，材料的缺口敏感性就越（大、小），材料的
缺口敏感度就越（大、小），材料的对缺口就越（敏感、不敏感）。
低碳钢的拉伸断口由、、三个区域组成，该宏观断口通常被称为状断口。
5、按照应力高低和断裂寿命对疲劳分类，则N>105,称为周疲劳，又称为疲劳；N为102～105，称为周疲劳，又称为疲劳。我们通常所称的疲劳指疲劳。
6、温度升高使铁磁性的饱和磁化强度，使剩余磁感应强度，使矫顽力。
7、根据材料被磁化后对磁场所产生的影响，可将材料分为、、3类。
三、问答题（共20分）
1、衡量弹性的高低用什么指标，为什么提高材料的弹性极限能够改善弹性。
2、某种断裂的微观断口上观察到河流装花样，能否认定该断裂一定属于脆性断裂，为什么？如何根据河流状花样寻找裂纹的源头。（4分）
3、说明K和K的异同。对比K和K的区别，说明K和K中的I的含义。
I IC IC C I IC
4、简述影响金属导电性的因素。（6分）
四、分析题（共30分）
1、比较布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度测试原理及压痕特征。并在以上方法中
选择适合测量下列材料硬度的方法和标尺：渗碳层的硬度分布，淬火钢，灰口铸铁，氮化层的硬度，高速钢刀具，退火的20钢。（12分）
2、什么是金属材料的塑性？对于下列材材料的塑性：(1)40CrNiMo调质钢试样，(2)20Cr渗碳淬火钢试样，(3)W18Cr4v钢淬火回火试样，(4)灰铸铁试样，分别选用哪种试险机（液压万能材料试验机、扭转试验机），采用何种试验方法测量。
3、奥氏体不锈钢从1000℃急冷淬火是顺磁性的，但缓冷则表现出铁磁性，试解释之。（8分）
五、证明题（共8分）
一入射光以较小的入射角内i和折射角r穿过一透明玻璃板。证明透过后的光强系数为（1-R）2。设玻璃对光的衰减不变。
第二套
一、名词解释（每题3分，共12分）
缺口强化50%FATT破损安全应力疲劳
二、填空题(每空1分，共28分)
1.材料的摩擦形式主要分为、。环块摩擦磨损实验测量条件下的磨损；M-2000型为磨损实验机，可以测量、等多种摩擦形式下的磨损。滑动轴承的磨损形式以居多。
2.低碳钢拉伸曲线上反映出其变形由、、和几个部分组成，断后断口呈现出断口特征，具有、和三个区域，属于断裂。
3.缺口静弯曲实验得到的曲线包围的面结分为三个部分，分别代表三种能量
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。若只有Ⅰ而没有Ⅱ、Ⅲ，则对缺口，若只有Ⅰ、Ⅱ，表明对缺口哪；Ⅲ越大，则对缺口越。
4.根据材料被磁化后对磁场产生的影响，可以把材料分为3类：、、。
5.超导电性的3个重要性能指标为、、。
三、简答题（共25分）
1.简述韧性断裂的微观过程及韧性断口的微观形貌特征。（4分）
2.格里菲斯理论的基本假设是什么，写出其方程的基本形式并说明适用条件。
3.某碳钢经不同的热处理后在相同条件下拉伸，拉伸曲线的弹性变形阶段有什么相同点，为什么。(4分)
4.疲劳按照寿命如何分类。疲劳过程由哪些阶段组成，裂纹产生的机制有哪些形式。（6分）
5.影响折射率的因素有哪些。（7分）
四、分析题（共20分）
1．已知几种材料的性能如下表所示，指出表头符号的含义。写出计算公式并计算出表中空白区的数值。对比表中各种材料弹性的好坏（由差到好排序）。8分）
材料E/MPaσe/MPa a/MPa
e
低碳钢 2.1×105弹簧钢 2.1×105310
960
0.228
2.197
铜铝1.1×105
7.0×104
27.5
40
0.0034
2.选择合适的常用的静载实验方法及设备测定材料性能。（8分）
(1)20CrMnTi渗碳表面质量检验；(2)调质钢的塑性；(3)车刀的塑性；(4)铸铁基座的承载能力；
3.写出以下材料硬度测试所用的方法、标尺。（4分）
(1)调质后的40Cr主轴；(2)灰口铸铁；(3)淬火钢中马氏体和残余奥氏体的鉴别与分布；(4)高速钢钻头；
五、计算（共15分）
1.某大型钢板，材料的条件屈服强度为1200MPa,K=115Mpa.m1/2,探伤发现板内有
IC
20mm的横向穿透裂纹，若受到平均应力600Mpa的作用，通过计算判定板料是否安全。（要求计算过程和公式）（8分）
2一透明三氧化二铝陶瓷的厚度为0.8mm,当可见光透过后，其强度降低了10%，试计算其吸收系数及散射系数的总和。已知三氧化二铝的反射系数为0.08.
第三套
一、填空
1、构件中的裂纹体的扩展模式主要有 三种类型，其中以
最为危险。
2、典型的疲劳断口具有三个特征区：
、 、
，疲
劳过程分为
、
、
三个阶段。
3、典型的弹性不完整性主要有
、
、 和
等形式。
4、按照裂纹的扩展路径来看断裂主要分为
和
，其中
一般是脆性断裂。
5、根据摩擦面损伤和破坏的形式，磨损主要有
、 、 和 ，
其中两接触材料做滚动或滚滑摩擦时极易出现
，是
、
轴承常见的磨损失效形式。
6、材料的抗磁性来源于 ，材料的顺磁性主要来
源于
。
7、本征半导体的电子-空穴对是由 产生的，其浓度与 成指数关系。
8、介质的击穿形式主要有
、
、
。
二、名词解释
韧脆转化温度 应力状态软性系数 疲劳强度 内耗 赛贝克效应
三、问答题
1、何谓低温脆性？在哪些材料中发生低温脆性？采用什么衡量材料的低温脆 性。
2、疲劳和脆性断裂有何异同点？
3、写出下列符号的含义：V15TT ，FATT50，δ10，σp , σ0, σ0.05(6 分)
4、机械正常的磨损过程有何特征，应当如何控制各个阶段。
5、简述影响折射率的因素。 四、分析题
1、 根据所学的硬度测试方法，下列工件采用什么硬度试验方法为宜：渗碳层的 硬度分布，淬火钢，灰口铸铁，氮化层的硬度，高速钢刀具，退火态下的软钢。
2、检验下列材料的冲击韧性，哪些开缺口，哪些不开缺口：陶瓷，铸铁，W18Cr4V ， 20 钢。
3、写出以下疲劳图的坐标符号及其单位（量纲）
，指出 A 、B 、C 三点的疲劳载 荷类型及其对应的疲劳强度。
第四套
一、名词解释（每题4分，共12分）
滞弹性低温脆性缺口敏感度
二、填空题(每空1分，共31分)
1、磨损过程分为、、三个阶段，减少阶段的磨损率，避免出现。
2、金属材料按照断裂前的宏观塑性变形程度，分为断裂和断裂，按照裂纹扩展路径分为断裂和断裂，按照微观断裂机理分为断裂和断裂，扭转试验后断口与试样轴线垂直，应为断口。
3、缺口的存在会诱发材料出现三个效应：、和，不能把效应看做强化材料的手段。
4、金属材料的冲击断口具有三个典型的区域：、、。
5、典型的疲劳断口存在三个特征区：、、。宏观特征为贝纹线的是区。
6、超导材料的三个重要性能指标是、、。
7、金属的热电现象的三个基本热电效应是、、。
8、金属要具有铁磁性，必须具备的两个条件是、。
三、问答题（共29分）
1、说明下列符号的意义：σ，V15TT，50%FATT，NDT，FTE，FTP。（6分）
0.2
2、单晶体纯金属的弹性模量与多晶体纯金属相比具有什么特点，纯铁和纯铝什么方向的弹性模量最大。（4分）
3、写出K判据、G判据、J判据和裂纹尖端张开位移判据。分析G和J的异同。
4、某拉伸断口如图，标出图中各个区域的组成，并由断口确定断裂的类型（4分）。
5、简述影响铁磁性参数的因素（9分）
四、分析题（共20分）
1、分析拉伸曲线图中1、2两种材料的变形规律，并指出属于何种材料（脆性材料、低塑性材料、高塑性材料）及其原因。（6分）
2、检验以下材料的冲击韧性，哪些材料要开缺口?哪些材料不要开缺口?（6分）W18Cr14V；Crl2MoV；硬质合金；40CrNiMo；20CrMnTi；铸铁。
3、下图为哪种类型的疲劳图，图中A、B、C分别为何种载荷，对应的疲劳强度符号如何表示。（8分）
五、计算题（共8分）
一透明氧化铝板厚度为1mm，用于测定光的吸收系数。如果光通过板厚之后，其强度降低了20%，计算吸收及散射系数的总和。
第五套
一、名词解释（每题3分，共12分）
断裂功比强度缺口效应解理断裂
二、填空题(每空1分，共30分)
1.机件运行时的磨损过程分为三个阶段：、、。磨损类型按照磨损机制分为、、等。软齿面齿轮运转中容易出现磨损，硬齿面齿轮容易出现。
2.低碳钢拉伸的过程中，其屈服平台上往往存在屈服点和屈服点，通常把屈服点作为屈服强度，因为其。铸铁在拉伸过程中测得的屈服强度用表示。
3.随着温度的增加，金属的弹性模量；通常加载速率增加，金属的弹性模量，陶瓷的弹性模量，高分子材料的弹性模量随着负载时间的增加而。
4.NDT是，FTP是，FTE是，写出其相互关系。
5.金属材料典型非理想弹性有、、等。
6.超导材料的三个重要性能指标是、、。
7.极化的基本形式有、、。
三、问答题（共28分）
1.20钢扭转和拉伸，哪种没有颈缩，为什么。（4分）
2.比较K和K区别。（4分）
IC I
3.比较20钢、铸铁的缺口强度和光滑试样强度的大小，哪种材料对缺口敏感。冲击试验中哪种需要开破口，为什么（6分）
4.二氧化钛广泛地应用于不透明搪瓷秞，其中的光散射颗粒是什么？颗粒的什么特性使这些秞获得高度不透明的品质？（6分）
5.图为哪种类型的疲劳图，横纵坐标分别表示什么；图中A、B、C分别为何种载
荷，对应的疲劳强度如何表示。（8分）
四、分析题（共22分）
1.由某材料手册知两种钢材的力学主要力学性能如下表所示。写出下表中力学性能符号对应的含义，并根据表中所给数据，对比这两种材料的主要力学性能的差异。若二者做承重钢架，用哪一种更节省材料，为什么。（10分）
材料σbσsδ
5
/%φAk HBS
/%/J
20 4545027523
57033519
50
45
71
47
170
217
………
2.写出以下材料硬度测试所用的方法、标尺。（12分）
①调质后的40Cr主轴；②灰口铸铁；③淬火钢中马氏体和残余奥氏体的鉴别与分布；④38CrMoAl渗氮层的硬度分布；⑤高速钢钻头；⑥铝合金铸锭；
五、计算题（共8分）
某高碳薄钢板内有3mm长的裂纹，已知a=3×10-10m，求构件安全使用的上限应
力。（σm=2×105Mpa）（8分）
第六套
一、填空（每个1分，共30分）
1、机件正常运行时的磨损过程分为三个阶段：、、。典型的磨损类型主要有、、、。
2、典型的疲劳断口具有、、三个特征区组成，低碳钢静拉伸断裂的宏观断口呈，由、、三个区域组成。
3、低碳钢拉伸过程主要由、、三个阶
1
，
段组成。
4、面心立方金属的韧脆转变温度比体心立方金属 ，面心立方金属的塑性
比体心立方金属
。
5、典型的弹性不完整性主要有 、
、
和
等形式。
6、介质损耗的形式有 、 、
、
、
。
7、光泽主要由
和
决定。
二、名词解释（每个 4 分，共 20 分）
低温脆性 应力集中系数 高周疲劳 弹性比功 光轴
三、问答题（共 32 分）
1、什么是 NDT 、FTP 、FTE ，它们的关系如何。
（4 分）
2、讨论 G Ic 和 K Ic 的关系及特点、K I 和 K IC 的区别以及 G c 和 G Ic 的区
别。（8 分） 3、写出下列符号的意义：σ0.2，σ－，FATT50，δ10，σp 。
（10 分） 4、宏观脆性断口的主要特征是什么？如何寻找裂纹源。
（4 分）
5、简述影响材料铁磁性参数的因素。
（6 分）
四、分析题（共 18 分）
1、检验下列材料的冲击韧性，哪些开缺口，哪些不开缺口：陶瓷，铸铁，W18Cr4V ， 20 钢。
（8 分） 2、写出以下疲劳图的横、纵坐标符号及其单位（量纲） 指出 A 、B 、C 三点分别
对应何种应力状态及该应力状态下疲劳强度。E 点的数值是什么。（10 分）
料的成分、组织结构等内在因素。K 是力学参量，表示裂纹尖端应力场强度的大
e2
（ 第一套答案
一、名词解释（每题 4 分，共 12 分）
低温脆性：材料随着温度下降，脆性增加，当其低于某一温度时，材料由韧性状
态变为脆性状态，这种现象为低温脆性。
疲劳条带：每个应力周期内疲劳裂纹扩展过程中在疲劳断口上留下的相互平行的
沟槽状花样。
韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
二、填空题(每空 1 分，共 30 分)
1、滚动摩擦，滑动摩擦。干、湿（流体），边界，混合，干。
△2、 ，20～60℃，高，安全，上限。
3、大，低，敏感。
4、剪切唇，纤维区，放射区，杯锥。
5、高，应力，低，应变，高周（应力）
6、下降，减小，减小
7、抗磁性，顺磁性，铁磁性
三、问答题（共 20 分）
1、答：（4 分）
衡量弹性高低用弹性比功 a e =σ /E 。由于弹性比功取决于弹性极限和弹性模
量，而材质一定，弹性模量保持不变，因此依据公式可知提高弹性极限可以提高
材料的弹性比功，改善材料的弹性。（4 分）
2、答：（4 分）
不能判定断裂一定为脆性断裂。 1
分）韧性和脆性断了依据断口的宏观形貌和
变形特征来判定，单纯从微观断口上的某些特征不能确定断裂一定属于脆断。（2
分）逆着河流的方向可以找到裂纹源。（1 分）
3、答：（6 分）
K Ic 代表的是材料的断裂力学性能指标，是临界应力场强度因子，取决于材
I
小，取决于外加应力、尺寸和裂纹类型，与材料无关。（3 分）
K Ic 称为平面应变的断裂韧性，K c 为平面应力的断裂韧性。对于同一材料而
言，K Ic 代表平面应变，K 的 I 表示 I 型裂纹。（3 分） I 4、答（6 分）： （1）温度的影响：金属电阻随温度的升高而增大；（2 分） （2）冷塑性变形和应力的影响：冷塑性变形使金属的电子率增大，拉应力使电 阻率上升，压应力使电阻率下降；（2 分） （3）合金化对导电性的影响：一般情况下，形成固溶体和金属化合物时电阻率 增高，多相合金的电阻率与组成相的导电性、相对量及形貌有关。（2 分） 四、分析题（共 30 分） 1、答：（12 分） 布氏硬度、维氏硬度测试原理基本上一致，以压头在试件表面留下的压痕上 承受的平均应力表示材料的硬度。洛氏硬度则是以压痕的深浅表示材料的硬度。 （3 分） 压痕特点：布氏硬度为球冠；洛氏硬度 HRC 为圆锥坑，HRB 为球冠；维氏 硬度为四棱锥坑。（3 分） 渗碳层的硬度梯度：显微维氏硬度 Hv 。（1 分） 淬火钢：洛氏硬度 HRC 。（1 分） 灰口铸铁：布氏硬度 HBS 。（1 分） 高速钢刀具：洛氏硬度 HRC 。（1 分） 氮化层硬度：（显微）维氏硬度 Hv 。（1 分） 退火态 20 钢：布氏硬度 HBS 。（1 分） 2、答：（10 分） 塑性：材料受到外力作用产生塑性变形而不破坏的能力。（2 分） 塑性衡量：(1)40CrNiMo 调质钢：液压万能材料试验机，单向拉伸实验。（2 分） (2)20Cr 渗碳淬火钢：扭转试验机，扭转实验。（2 分） (3)淬火、回火 W18Cr4V 钢：液压万能材料试验机，弯曲实验。（2 分） (4)灰铸铁：液压万能材料试验机，压缩实验。（2 分） 3、答：（8 分） 呈现不同的磁性能是因为热处理前后其组织发生了变化（ 2 分）。钢的所有组 织中，除奥氏体为顺磁性外，其他组织均为强铁磁性组织（ 2 分）。急冷淬火时 其组织主要为奥氏体，因此呈现顺磁性（2 分），缓冷时，则出现了其他的组织， 因此呈现铁磁性（2 分）。 五、证明题（8 分） 设空气为介质 1，透明玻璃为介质 2，光进入到玻璃之前的能量为 W1,进入到玻 璃之后光的能量为 W2，再次进入到空气中后的能量为 W3，则透过后的光强系数 应为 w3/w1（2 分）。则有 w 2 n 21 - 1 = 1 - ( ) 2 = 1 - R w 1 n 21 + 1 w 3 n12 - 1 = 1 - ( ) 2 w 2 n12 + 1 （1 分） （1 分） 1 n12 = （1 分） n 21 n12 - 1 n 21 - 1 ( ) 2 = ( n12 + 1 n 21 + 1 ) 2 （1 分） w 3 = 1 - R w 2 w 3 w 2 w 3 = ? = (1 - R ) 2 w 1 w 1 w 2 （1 分） （1 分） 证毕 第二套答案 一、名词解释（每题 3 分，共 12 分） 缺口强化：缺口的存在使得其呈现屈服应力比单向拉伸时高的现象。 50%FA TT ：冲击试验中采用结晶区面积占整个断口面积 50%时所对应的温度表 征的韧脆转变温度。 破损安全：构件内部即使存在裂纹也不导致断裂的情况。 应力疲劳：疲劳寿命 N>105 的高周疲劳称为低应力疲劳，又称应力疲劳。 （ （ 二、填空题(每空 1 分，共 28 分) 1.滑动摩擦，滚动摩擦，滑动摩擦，滚子式，滑动摩擦、滚动摩擦，粘着磨损。 2.弹性变形，屈服，均匀塑性变形，不均匀集中塑性变形，杯锥状，剪切唇，纤 维区，放射状结晶区，韧性（塑性，延性，剪切，穿晶，微孔聚合、长大模式） 3.弹性变形功，塑性变形功，断裂功，极为敏感，敏感，不敏感。 4.铁磁性材料，顺磁性材料，抗磁性材料。 5.临界温度，临界电流密度，临界磁场。 三、简答题（共 25 分） 1.答： （本小题 4 分） 在三向应力的作用下，使得试样心部因夹杂物或第二相质点破裂等原因而形成微 孔（微孔形核），微孔不断长大形成微裂纹，微裂纹聚合在一起形成裂纹。 微观形貌特征：韧窝。（4 分） 2.答： （本小题 4 分） 格里菲斯理论的基本假设：实际结构中往往存在微裂纹而不是理想的状态。 （1 分） σc= 2E γ πa ≈ E γ a a 为裂纹半长，E-杨氏模量，γ-表面能密度； 写出上面任意一个都可以） 2 分） 适用条件：玻璃等脆性材料。（1 分） 3.答： （本小题 4 分） 二者的弹性变形阶段往往存在线性阶段，应力与应变呈正比关系，并且斜率基本 相同。因为相同成分的钢其弹性模量 E 基本保持不变，根据工程应力应变关系 可知，E 为斜率则相同。 4.答： （本小题 6 分） 按照寿命分为高周疲劳，低周疲劳（或者长寿命疲劳，短寿命疲劳）。 1 分）。 疲劳过程：疲劳裂纹的形成，疲劳裂纹的扩展，（瞬时）断裂。（2 分）裂纹产生 机制：表面滑移带开裂；夹杂物与基体相界面分离或夹杂物本身断裂；晶界或亚 晶界开裂。（3 分） 5.答： （本小题 7 分） 根据公式：a e =，将表中数据带入计算可得：0.011。（3分） （1）离子极化率。离子极化率越大，折射率越大。（1分） （2）原子的密堆积方向。沿原子的密堆积方向，折射率大。（1分） （3）同质异构体。高温晶型的堆积密度较低，折射率较小，低温晶型的堆积密度大，折射率较大。（2分） （4）相同化学组成的材料你，玻璃的折射率比晶体的折射率小。（1分） （5）应力的影响。施加拉应力时，在垂直应力的方向上折射率增加，而沿拉应力的方向折射率减小。压应力则相反。（2分） 四、分析题（共20分） 1.答：（本小题8分） E—弹性模量（弹性系数，弹性模数，杨氏模量）；（1分） σe—弹性极限；（1分） a e —弹性比功；（1分） 2 e 2E 弹性排序：铜<铝<低碳钢<弹簧钢。（2分） 2.答：（本小题8分） (1)20CrMnTi渗碳表面质量检验了——扭转试验机，扭转试验 (2)调质钢的塑性——万能材料试验机（拉伸试验机），拉伸试验； (3)车刀的塑性——万能材料试验机，弯曲试验； (4)铸铁基座的承载能力——万能材料试验机，压缩试验； 3.答：（本小题4分） 常用硬度及其标尺： (1)调质后的40Cr主轴——洛氏硬度，HRC； (2)灰口铸铁——布氏硬度，HBS； (3)淬火钢中马氏体和残余奥氏体的鉴别与分布——显微维氏硬度，Hv； (4)高速钢钻头——洛氏硬度，HRC 五、计算（共15分） 1.答：（本小题8分） 已知件屈服强度为1200MPa，平均应力600Mpa。 σ σ S =0.5<0.6～0.7；无须进行塑性区修正。（2分） 构件受到横向中心穿透裂纹作用，则应力强度因子为：K=σ?Y?a I ==σπa Y为形状因子，本模型取值为π,a=0.01m。 将各个数值代入可得106.3Mp a.m1/2 K I IC ，构件安全。（6分） 2.答：（本小题7分） 设入射光的强度为I0,透射光的强度为I，则 I=I0(1-R)2e-(β+S)x(4分)其中，R为反射系数，β为吸收系数，S为散射系数，x为厚度。 代入已知参数，可得 β+S=-76.75mm-1 第三套答案 一、填空（每个1分，共30分） 1、I型（张开型），II型（滑开型），III型（撕开型），I型（张开型）。 2、疲劳源，疲劳裂纹扩展区，瞬断区。疲劳裂纹的萌生，疲劳裂纹的扩展，瞬时断裂。 3、滞弹性，粘弹性，伪弹性，包申格效应。 4、穿晶断裂，沿晶断裂，沿晶断裂。 5、粘着磨损，磨粒磨损，腐蚀磨损，接触疲劳，接触疲劳，齿轮。 6、电子偱轨运动时受外加磁场作用所产生的抗磁矩，原子（离子的固有磁矩） 7、热激活，温度 8、电击穿，热击穿，化学击穿 二、名词解释（每个4分，共20分） 韧脆转化温度：在一定的加载方式下，当温度冷却到某一温度或温度范围时，出现韧性断裂向脆性断裂的转变，该温度称为韧脆转化温度。 应力状态软性系数：在各种加载条件下最大切应力与最大当量正应力的比值，通 （ 常用α表示。 疲劳强度：通常指规定的应力循环周次下试件不发生疲劳破坏所承受的上限应力 值。 内耗：材料在弹性范围内加载时由于一部分变形功被材料吸收，则这部份能量称 为内耗。 赛贝克效应：当两种不同的金属或合金联成闭合回路，且两接点处温度不同，则 回路中将产生电流，这种现象称为赛贝克效应。 三、问答题（共 32 分） 1、答：（本题 6 分） 随着温度下降，材料由韧性状态逐渐变为脆性状态的现象称为低温脆性。（2 分） 通常体心立方金属容易发生低温脆性。（2 分） 衡量材料的低温脆性通常采用韧脆转变温度。（2 分） 2、答： （本题 8 分） 脆性断裂和疲劳断裂在断裂前都没有明显的塑性变形，属于低应力的破坏。 2 分） 但是这两种断裂还是有明显的区别：在断裂完成时间上，脆性断裂一般不需要 多次加载而瞬时完成，疲劳断裂需要多次加载；（2 分） 温度对疲劳断裂影响不大，温度下降，脆性断裂的危险增加，温度对脆断影响 大；（2 分） 断口形貌上，疲劳断裂的断口一般呈现细齿状的光亮花纹，疲劳断口是光亮、 平直的结晶状断口。（2 分） 3、答：(本题 6 分) V15TT ：以 V 型切口冲击试件的冲击功 A K ＝20.35J 对应的温度为韧脆转化温 度。（1 分） FATT50：结晶状断口区所占面积为 50％的温度作为的韧脆转化温度。 （1 分） :δ10：标距等于 10d 0 的长试样的伸长率。 σe ：拉伸实验得到的比例极限。（1 分） σ0：脉动载荷的疲劳强度。 （1 分） σ0.05：拉伸实验中得到的规定非比例伸长为 0.05%对应的应力，通常用来表示 弹性指标。（1 分） 4、答： （本题 4 分） 机械正常磨损过程由三个阶段组成：跑合阶段，稳定磨损阶段，剧烈磨损阶段。（2分） 在三个阶段中，要尽量减少跑合阶段，降低稳定磨损阶段的磨损率，延长稳定磨损阶段。控制剧烈磨损造成的危害。（2分） 5、（1）离子极化率：离子极化率越大，折射率越大（2分） （2）晶体中沿密堆积方向具有最高的折射率（1分） （3）同质异构体：一般情况下，同质异构材料的高温晶型原子的密堆积程度低，因此高温晶型的折射率较低，低温晶型原子的密堆积程度高，因此其折射率较高。（4）相同化学组成的玻璃比晶体的折射率低（1分） （5）应力的影响：对各向同性的材料施加拉应力时，在垂直于应力的方向折射率增加，而沿着应力的方向折射率变小，压应力则相反（2分） 四、分析题（共18分） 1、答：（本题6分） 渗碳层的硬度分布采用维氏显微硬度测量，指标为HV0.1；淬火钢采用洛氏硬度测量，具体指标为HRC；灰口铸铁采用布氏硬度测量，指标用HBS；氮化层可 以采用表面洛氏硬度来测量，高速钢刀具可以采用洛氏硬度HRC测量；退火态 下的软钢用布氏硬度HBS测量。 2、答：（本题4分） 检验材料的冲击韧性时，陶瓷、铸铁、W18Cr4V冲击试验不用开缺口，20钢冲击韧性试验需要开缺口。 3、答：（本题8分） 横坐标r,无量纲；纵坐标σ，单位MPa。（2分） A：对称交变载荷，σ-1=40MPa.（2分） B：脉动载荷，σ0=60MPa.（2分） C：静载荷，无疲劳强度。（2分） 第四套答案 一、名词解释（每题4分，共12分） 滞弹性:在快速加载、卸载后，随着时间的延长产生附加弹性应变的现象。 低温脆性:某些材料当其低于某一温度时，材料由韧性状态变为脆性状态，这种现象为低 温脆性。 缺口敏感度:常用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸的光滑试样的抗拉强度的比值表征材料缺口敏感性的指标，往往又称为缺口强度比。 二、填空题(每空1分，共31分) 1、跑合，稳定磨损阶段，剧烈磨损阶段。稳定磨损，剧烈磨损。 2、韧性（塑性，延性）断裂，脆性（弹性）断裂。穿晶，沿晶，解理，剪切，切断。 3、出现应力集中，诱发多向应力状态，缺口强化效应，缺口强化。 4、放射状结晶区，脚跟形纤维区，剪切唇区。 5、疲劳源，疲劳裂纹扩展区，瞬断区。疲劳裂纹扩展区。 三、问答题（共29分） 1、说明下列符号的意义：（本小题6分） —条件屈服强度。 σ 0.2 V15TT—冲击功为20.3N?m对应的温度表征的韧脆转变温度。 50%FATT—冲击实验中结晶区面积占整个断口面接50%时所对应的温度表示的韧脆转变温度。 NDT—无延性转变温度；FTE—弹性断裂转变温度；FTP—延性断裂转变温度。2、答：（本小题4分） 单晶体的弹性模量呈现出明显的各向异性，多晶体尽管其中单个晶粒的弹性模量为各向异性，但整体上呈现各向同性，即伪等向性。（2分） 单晶体中弹性模量最大的方向是晶体中的密排晶向。纯铁为体心立方晶格，其最大弹性模量方向为{111}，纯铝为面心立方晶格，最大弹性模量方向为{110}。 3、答：（本小题6分） J积分准则：J≥Jc时，构件产生开裂，反之裂纹不足以导致开裂。 能量释放率准则：G≥Gc时，构件产生断裂，反之裂纹不足以导致断裂。 裂纹尖端张开位移判据：δ≥δ构件开裂，反之裂纹不导致开裂。 C 临界应力强度因子盘踞：K≥K时，裂纹体处于临界状态，即将断裂；反之 I IC 即使存在裂纹体也不会扩展。（4分） G为裂纹扩扩展的能量释放率，J为裂纹扩展的形变功差率。前者可以处理连续断裂的问题，后者只能处理开裂的问题不能处理是否失稳断裂。二者都称为 1 断裂韧性。线弹性条件下，二者等价。（2 分） 4、答：（本小题 4 分） 断口为韧性断裂，杯锥状断口。（1 分） 根据图示从左向右依次标注：剪切唇，纤维区，放社区。（3 分） 四、分析题（共 20 分） 1、（本小题 6 分） 答：1：弹性变形、塑性变形、断裂；无颈缩和屈服。由于塑性变形明显但没有 颈缩，属于低塑性材料，韧性断口，杯锥状不明显。（3 分） 2：弹性变形、屈服、均匀塑性变形、颈缩、断裂。因其出现颈缩为高塑性 材料。杯锥状韧性断口。（3 分） 2、（本小题 6 分） 答：开缺口：40CrNiMo ，20CrMnTi 。 不开缺口：W18Cr14V ，Crl2MoV ，硬质合金，铸铁。 3、 (本小题 8 分) 答：该图为 σr -r 的疲劳图，前者表示疲劳强度，后者表示应力循环特征系数。（2 分） A 为对称交变疲劳载荷，疲劳强度为 40MP a ，记为 σ－。 （2 分） B 为脉动载荷，疲劳强度为 55MPa ，记为 σ0。 （2 分） C 为静载荷，不用考虑疲劳问题，强度记为 σb 。 （2 分） 第五套答案 一、名词解释（每题 3 分，共 12 分） 断裂功：裂纹产生、扩展所消耗的能量。 比强度：:按单位质量计算的材料的强度，其值等于材料强度与其密度之比，是衡量 材料轻质高强性能的重要指标。. 缺口效应：构件由于存在缺口（广义缺口）引起外形突变处应力急剧上升，应力 分布和塑性变形行为出现变化的现象。 解理断裂：材料在拉应力的作用下原于间结合破坏，沿一定的结晶学平面 (即所 谓“解理面”)劈开的断裂过程。 该图为 σmax (σmin )—σm 的疲劳图，纵坐标为 σmax (σmin )，横坐标为 σm 。 2 分）A 、 ( （ 二、填空题(每空 1 分，共 30 分) 1.跑合，正常磨损，剧烈磨损，粘着磨损，磨粒磨损，接触疲劳答腐蚀磨损，微 动磨损也可)，粘着磨损，接触疲劳。 2.上，下，下，重复性好，σ0.2。 3.下降，不变，不变，下降。 4.无延性转变温度，延性断裂转变温度，弹性断裂转变温度， FTP=FTE+33℃ =ND T+℃。 5.滞弹性，伪弹性，包申格效应。 6.临界转变温度，临界电流密度，临界磁场强度。 7. 位移极化、松弛极化、转向极化 三、问答题（共 28 分） 1.答：（本小题 4 分） 20 钢扭转时没有颈缩，因为在该实验条件下，整个塑性变形在长度上均匀， 故没有颈缩。 2.答：（本小题 4 分） K I 是受外界条件影响的反映裂纹尖端应力场强弱程度的力学度量，与外加应 力和裂纹长度、裂纹的形状以及加载方式有关，和材料本身的固有性能无关。 K IC 平面应变的断裂韧性，反映材料阻止裂纹扩展的能力，是材料本身的特性， 即材料常数。 3.答：(本小题 6 分） 20 钢的缺口强度大于光滑试样强度，铸铁则反之，因 q e <1,铸铁对缺口敏感。 （4 分）为了保证冲击试验中能够冲断试样从而测得冲击功，塑性材料 20 钢需 要开坡口。（2 分） 4.答：(本小题 6 分） 光散射颗粒为二氧化钛。 2 分）颗粒的如下特性使釉获得高度不透明的品质： 二氧化钛和玻璃的折射率相差大，（2 分）当二氧化钛颗粒的直径约等于光波长 时，散射系数最大。（2 分） 5.答：（本小题 8 分） （