材料性能学
一填空
（1）根据材料被磁化后对磁场所产生的影响，可以把材料分为3类：使磁场减弱的物质称为抗磁材料；
使磁场略有增强的为顺磁材料；
使磁场强烈增加的为抗磁材料。
（2）测量小电阻的方法有双电桥法、电位差计法等。
（3）解理断口的基本微观特征是断口上有解理平台，河流花样，舌状花样。
（4）KI称为应力场强度因子，表达式KI ＝Yσa ，KIc称为断裂韧性，其表达式KIc＝Yσc a c，KI取决于应力大小及裂纹长短，KIc取决于材料本性。
（5）使材料变脆的三大因素是温度下降，应变速率提高，应力状态软性系数减小。（6）缺口效应有三种，它们是引起应力应变集中，改变缺口前方的应力状态，产生“缺口强化”现象。
(7)、提高材料强度的主要方法有：晶界与亚晶界（或细晶）强化、固溶强化、形变强化、沉淀强化（或弥散强化或第二相
强化）、相变强化、
(8)、构件的疲劳断口在肉眼或低倍光学显微镜下断口形貌特征区为：疲劳源、疲劳裂纹扩展区
(9)、瞬断区；其中疲劳裂纹扩展区的典型形貌特征是贝纹线或海滩花样。
(10)、评价超导材料的三个性能指标分别是临界转变温度、临界磁场强度、临界电流密度。
(11)、材料发生一级相变时，除有体积突变外，还伴随相变潜热发生。在相变温度下，热焓突变（跃变），热容无限大（不连续变化）。
(12)、材料的抗磁性来源于电子轨道运动在外磁场作用下所产生的抗磁拒，顺磁性来源于原子（或离子）的固有磁矩。
(13)、超导体具有的两个基本特性为完全导电性和完全抗磁性
(14)、缺口试样产生的三个效应是应力应变集中，改变缺口前方应力状态，缺口强化(15)、拉伸断口特征三要素是_纤维区、放射区、剪切唇。
(16)、使金属材料变脆的三大因素（外因）是缺口、低温（或降低温度）、增大变形速率
(17)、金属材料的屈服是位错_滑移_和_增值_的结果。
(18)、解理断口的基本微观特征是断口上有解理台阶、河流花样、舌状花样。微孔聚集型断口的微观特征是韧窝。
(19)、当_σ/σs_大于0.7时，必须考虑塑性区的影响，对KI进行修正，通常用_等效裂纹法进行修正。
(20)、磨损按其失效机理的不同可分为粘着磨损，磨粒磨损，腐蚀磨损，接触疲劳（或麻点疲劳
(21)、高周疲劳寿命决定于应力幅或应力场强度因子，低周疲劳寿命决定于塑性应变幅。
(22)、高温下，材料蠕变变形的主要机制是位错滑移、点缺陷（空位）扩散、晶界滑动。
(23)、氢致延滞断裂产生的三个步骤：氢的进入、氢在金属中的迁移，氢的局部聚集。（24）接触疲劳失效有三种，它们是麻点剥落，浅层剥落，深层剥落
三、下列材料或工件应选用何种硬度试验方法？说明理由?
灰铸铁--布氏HBS
仪表黄铜小齿轮--维氏HV
高速钢刀具--洛氏
硬质合金--维氏HRA
渗氮层硬度分布--显微硬度HV
渗碳齿轮--洛氏
淬火钢--洛氏
鉴别马氏体和残余奥氏体--显微硬度
精轧轧辊表面--肖氏硬度
成批生产的淬火回火高速钢刀具HRC
硬质合金刀头：HRA 退火后的热锻模毛坯:HBS
过共晶白口铁中Fe3CI的硬度HV0.1
根据下列材料及测试要求选择合适的试验方
法
测45钢的σb 单向静拉伸实验
测40Cr钢的切断强度：扭转实验
测不同牌号铸铁的塑性差异：压缩或弯曲实
验
测渗碳层的硬度分布维氏硬度HV
测Cr12钢的ɑk 冲击实验
测不同牌号铸造铝合金的断裂强度及塑性差
异: 压缩实验
四、判断题，判断下列各题说法的正确与错
误性，正确的在（）内打√，如不正确在（）
内打X，并进行更正。（10分,每题1分）
1．弹簧作为典型的弹性元件，其重要作用是
减震和储能作用，因此应具有较高的屈服强
度。（错）“屈服强度”改为“弹性比功”。
2．弹性模量主要取决于健合力的大小，与晶
体结构。组织类型、晶粒大小等基本无关。（正
确）
3．测量淬火、回火的高速钢刀具的硬度，
宜采用布氏硬度。（错）布氏硬度改为洛
氏硬度HRC
4．测量氮化层的硬度宜采用维氏硬度。（正
确）
5.测20Cr渗碳淬火钢的塑性，应采用一次冲
击试验。（错）一次冲击试验改为弯曲或
扭转试验
6. 比较不同牌号灰铸铁的塑性差异，应采用
扭转试验。（错）扭转试验改为压缩
7．解理断裂断裂是脆性断裂的一种机理，属
于沿晶断裂方式。（错）沿晶”改为“穿晶”断
裂
8、半导体和绝缘体导电的差异在于绝缘体的
导带和价带之间存在一个较宽的禁带，而半
导体导带和价带之间不存在禁带。（错）不
存在禁带”改为“存在较窄禁带
9.冲压黄铜弹壳常在梅雨季节发生开裂“季
裂”是由于应力腐蚀产生的。（正确）
10.固体材料的热膨胀与原子的简谐振动有
关，即温度升高，导致原子间距增大，产生
热膨胀。（错）简谐”改为“非简谐
弹性模量（刚度）：在弹性变形的盈利和应变
间有一个具有重要意义的关系常数——弹性
模量滞弹性：是指材料在快速加载或卸载后，
随时间的延长而产生的附加弹性应变的性
能。包伸格效应：金属材料经预先加载产生
微量塑性变形，然后若同向加载，弹性极限
升高，反向加载，弹性极限降低的现象。内
耗（循环韧性）:材料在弹性范围内加载和卸
载时，出现材料吸收的变形功大于卸载时材
料释放的变形功，有一部分加载变形功被材
料所吸收，这被吸收的功称为材料的内耗。
韧性断裂：材料在断裂前及断裂过程中有明
显的宏观塑性变形的断裂过程。脆性断裂：
材料在断裂前基本不产生明显的宏观塑性变
形，没有明显的预兆，往往表现为突然发生
的快速断裂过程微孔聚集型断裂：材料韧性
断裂的普通方式断口在宏观上呈暗灰色、纤
维状，微观特征花样则是断口上分布大量韧
窝.韧窝：韧性断裂的微观特征，断口上出现
漩涡状小坑，由微孔聚集断裂形成。解理断
裂：在正应力作用下，由于原子结合键的破
坏引起的材料沿晶体特定的晶面以极快的速
度发生的脆性穿晶断裂。理论断裂强度:在外
加正应力的作用下，将晶体中的两个原子面
垂直于外力方向拉断所需的应力称为理论断
裂强度。应力状态软性系数：最大切应力与
最大正应力的比值缺口敏感性；材料因存在
缺口所造成的三向应力状态和应力应变集中
而变脆的倾向。冲击韧度：带缺口的试件在
冲击破坏时断裂面上所吸收的能量，是材料
抵抗冲击载荷的能力断裂韧性：材料抵抗裂
纹失稳扩展而断裂的能力韧脆转变温度体心
立方晶体金属及合金或某些密排六方晶体金
属及合金，特别是工程常用的中低强度结构
钢，在温度低于某一温度t
k
时，产生低温脆
性，其转变温度t
k
即为韧脆转变温度蓝脆：
钢和某些合金钢在一定温度范围内承受冲击
载荷或静载荷作用下，（静载：温度范
230-370℃，冲击载荷：525-550℃），强度升
高，韧性显著降低表现出脆性的现象。过载
持久值：材料在高于疲劳极限的应力下循环
时，发生疲劳断裂的循环周次。表征材料的
抗过载能力。疲劳裂纹扩展门槛值：带裂纹
的构件在交变载荷作用下不会发生疲劳
扩展的应力强度因子交变值，即疲劳裂纹
不扩展的ΔK1的临界值，符号为ΔK th。
粘着磨损：又称咬合磨损，是因为两种材料
表面某些接触点局部压应力超过材料该处的
屈服强度发生粘合并而拽开而产生的一种表
面损伤损。磨粒磨损：是摩擦副的一表面存
在坚硬的细微凸起或在接触面间存在硬质粒
子时产生的磨损。接触疲劳：两接触材料作
滚动或滚动加滑动摩擦时，交变接触压应力
长期作用使材料表面疲劳损伤，局部区域出
现小片或小块状材料剥落，而使材料磨损的
现象，故又称表面疲劳磨损或麻点磨损。是
齿轮、滚动轴承等工件常见的磨损失效形式。
应力腐蚀断裂：金属材料在拉应力和特定的
环境介质的共同作用下所引起的低应力脆
断。氢致延滞断裂（氢脆）：高强度钢或α+
β钛合金中，含有适量的处于固溶状态的氢，
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。约比温度：
试验温度与材料熔点的比值，即T/Tm,一般，
当T/Tm>0.5时为高温。等强温度：晶粒和晶
界两者强度相等的温度。蠕变：材料在长时
间的恒温（高温）、恒应力（或恒载荷）作用
下缓慢发生塑性变形的现象。应力松弛：在
总变形量不变的情况下，弹性变形转化成塑
性变形，从而使工作应力下降的现象定压热
容:当加热过程在恒压条件下进行时，所测定
的比热容称为比定压容定容热容：加热过程
是在保持物体容积不变的条件下进行时，所
测定的热熔称为比定容热容示差热分析：在
控制温度下，将被测试样和参比样在相同的
条件下加热或冷却，测量试样与参比样之间
的温差随温度或时间的变化关系的方法。抗
磁性：来源于电子循轨运动时受外加磁场作
用所产生的抗磁矩，材料被磁化后，磁化矢
量与外加磁场方向相反的称为抗磁性X<0，顺
磁性：来源于原子的固有磁矩材料被磁化后，
磁化矢量与外加磁场方向相同的称为顺磁性
X>0，铁磁性：是指物质中相邻原子或离子的
磁矩由于它们的相互作用而在某些区域中大
致按同一方向排列，当所施加的磁场强度增
大时，这些区域的合磁矩定向排列程度会随
之增加到某一极限值的现象。磁畴：在铁磁
性物质中存在许多微小自发磁化区域称为磁
畴磁滞：铁磁材料在退磁过程中存在着不可
逆过程，磁感应强度落后于磁场强度的变化
现象。矫顽力:Hc为去掉剩磁的临界外磁场称
为矫顽力软磁材料:当磁化发生在Hc不大于
1000A/m，这样的材料称为软磁体。硬磁材料:
指材料被外磁场磁化后，去掉外磁场后仍保
持较强剩磁的磁性材料自发磁化：材料在无
外加磁场的情况下，原子未被抵消的自旋磁
矩趋向于同向排列发生磁化的现象。磁晶各
向异性：磁化强度沿不同晶轴方向的不同称
为磁晶的各向异性磁致伸缩铁磁物质磁化
时，沿磁化方向发生长度的伸长或缩短的现
象称为磁致伸缩效应何为低温脆性？其物理
本质是什么？
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合金，特别是工程常用
的中低强度结构钢，在温度低于某一温度时，
会由韧性状态变为脆性状态，冲击功明显下
降，断裂机理由微孔聚合型变为穿晶解理，
断口特征由纤维状变为结晶状的现象。物理
本质：材料低温脆性的产生与其屈服强度σs
和断裂强度σc随温度的变化有关。体心立方
或密排六方结构的金属和合金的屈服强度σ
s变化十分敏感，温度降低，屈服强度σs急
剧升高，而断裂强度σc随温度的变化很小，
两曲线相交于一点tk，温度高于tk，材料受
载后先屈服再断裂，为韧性断裂；低于tk，
断裂强度σc小于屈服强度σs，为脆性断裂。
此外体心立方金属的低温脆性还与迟屈服有
关。次载锻炼：材料特别是金属在低于疲劳强度的应力下先运行一定周次，可使材料疲劳强度提高的现象。白点：当钢中含过量的氢时，随温度降低氢在钢中的溶解度减小，如过饱和的氢未能扩散逸出，便聚集在某些缺陷处形成氢分子，氢的体积会发生急剧膨胀，内压力很大足以使金属局部撕裂，形成微裂纹，这种微裂纹的断面呈圆形或椭圆形，颜色银白，故称白点。循环韧性：材料在弹性区内加载卸载时，当应变落后于应力时加载线与卸载线不重合而形成封闭回线-弹性
滞后环。材料在交变载荷下滞后环的面积表示材料在交变载荷下吸收不可逆变行功的能力。解离面：材料在一定条件下，当外加正应力达到某一数值时，以极快的速度沿一定的晶体学平面产生的穿晶断裂，此晶体学平面为解离面。河流花样：解理断裂的重要微观形貌特征，是解离裂纹扩展时要跨越不同的相互平行但位于不同高度的解离面，当它们相遇时就形成了台阶，而台阶相互汇合就形成了更大的台阶-河流花样。等强温度：晶粒和晶界两者强度相等的温度。过载持久值：材料在高于疲劳极限的应力循环时，发生疲劳断裂的循环周次，表征材料的抗过载能力。FATT50：韧脆转变温度，用断口形貌表示的一种方法，结晶区面积占整个断口面积的50%，℃。σ-1：对称弯曲疲劳强度，表示材料在对称弯曲循环载荷下，经无限次应力循环不发生断裂的最大应力，MPa。σt T：持久强度，表材料在一定的温度和规定的时间内，不发生蠕变断裂的最大应力，MPa。Ak：试样的冲击吸收功，表试样变形和断裂的所吸收的功，J。σe：弹性极限，表示材料有弹性变形过度到弹塑性变形时的应力，MPa。K
ISCC
：应力腐蚀临界应力场强度因子，表示应力腐蚀条件下的断裂韧性，MPa。σs：屈服强度，
表材料抵抗起始塑性变形的能力。A
kv
：V型缺口试样的冲击韧性，试样缺口处单位截面上的冲击吸收功，为与强度和塑性有关的综
合力学指标。σ
0.2
：屈服强度，表材料抵抗起始塑性变形产生微量塑变（0.2%残余应变）
的能力。ΔK
th
疲劳裂纹扩展门槛值，疲劳裂
纹不扩展K
Ⅰ
的最大值。表阻止疲劳裂纹开始扩展的能力。σc：弹性极限，表示材料有弹性变形过渡到弹塑性变形时的应力，单位MPa。σbc;抗压强度，表示压缩实验是，材料抵抗断裂的能力，单位MPa.低应力脆断：材料在低于屈服强度的应力下产生的脆性断裂。比例试样：试样长度与直径成一定比例关系的试样。驻留滑移带：交变载荷作用下，位错滑移时在滑移面上形成空洞，使试样表面的滑移线不能用抛光的方法去除。疲劳断裂的特点有哪些？低应力脆断；低应力循环的延时断裂；损伤累积过程；对缺陷（缺口、组织、杂质）十分敏感；断裂寿命与应力水平有关，应力水平低，寿命较长。中、低强度钢为何具有明显的低温脆性？因为中低
强度钢多为体心立方结构合金，其屈服强度σs随温度降低，屈服强度σs急剧升高，而断裂强度σc随温度的变化很小，两曲线相交
于一点t
k ，当试验温度高于t
k
，材料受载后
先屈服再断裂，为韧性断裂；低于t
k ，断裂
强度σc小于屈服强度σs，表现为脆性断裂。
3、材料热膨胀的物理本质是有什么？热膨胀来源于原子的非简谐振动。由于原子之间作用力曲线的非对称性，作用势能曲线也是非对称的，随温度升高导致原子的平衡位置右移，原子间距增大，产生体积膨胀。
4、写出产生失稳扩展脆断的断裂K判据，并解释判据中各参量的物理意义。失稳扩展脆断的
断裂K判据：K
Ⅰ≥K
Ⅰc
。K
Ⅰ
：应力场强度因子，
表裂纹尖端区域的应力场强度，为力学参量。
K Ⅰc ：平面应变断裂韧性（度），表征材料平面
应变条件下抵抗裂纹失稳扩展的能力，为力性指标。何谓铁磁性的自发磁化？产生的条件是什么？在没有外磁场的作用下，金属内部的自旋磁矩自发地取向一致的行为。产生条件：原子存在未被抵消的自旋磁矩，
a/r>3，交换能积分常数A>0。表面强化为何能提高机件的疲劳强度？（1）可提高机件表面的强度和硬度，即提高表面塑变抗力；
（2）可在表层产生残余压应力，从而降低表
面的有效拉应力。这两方面的作用均可抑制
材料表面疲劳裂纹的萌生和扩展，因此可提
高材料的疲劳强度。8．表面强化对提高疲劳
极限有哪两种作用？
（1）可提高机件表面的强度和硬度，即提高
表面塑变抗力；
（2）可在表层产生残余压应力，从而降低表
面的有效拉应力。
这两方面的作用均可抑制材料表面疲劳裂纹
的萌生和扩展，因此可提高材料的疲劳强材
料的一级相变和二级相变对热容和热焓各有
什么影响？在一级相变的转变点处，热焓出
现跃变，热容曲线发生不连续变化。在二级
相变的转变温度范围内，热焓发生明显变化，
但无跃变，热容急剧变化，出现极值。缺口
对材料的拉伸力学性能有什么影响？
（1）造成应力集中 (2)改变缺口前方的应力
状态，由原来的单向拉伸变为两向或三向应
力状态（3）产生应变集中，缺口脆化。应力
腐蚀断裂产生的条件是什么？应力，化学
介质和金属材料。应力包括工作应力和残余
应力，起作用的是拉应力；某种金属有其特
定应力腐蚀敏感的化学介质；所有合金对应
力腐蚀敏感的合金成分。解释用于高周疲劳
的工件常常采用化学或机械处理使其表面强
化的原因。因对于高周疲劳的工件，疲劳裂
纹形核多始于表面，因此采用化学或机械处
理使其表面强化不仅可直接提高机件表面的
强度和硬度，即提高表面塑变抗力，从而提
高表层的疲劳极限，而且还可在表层产生残
余压应力，从而降低表面的有效拉应力。这
两方面的作用均可抑制材料表面疲劳裂纹的
萌生和扩展，因此可提高材料的疲劳寿命。
11.现有45钢和18-8Ni不锈钢，欲提高他们的
强度，可采用什么方法，其本质是什么？
45钢采用热处理方法淬火或正火处理强化，
18-8Ni不锈钢采用冷塑性变形的方式。45钢
通过热处理产生相变，一则形成相的溶解度
较原来增加，二则增加了位错等缺陷密度，
两者均对为错的运动和增值起到阻碍作用。
18-8Ni不锈钢采用冷塑性变形产生形变强
化，大大增加了基体中位错线的密度，从而
增加强度。
论述细化晶粒可提高材料强韧性的机理。提
高强度的机理：凡是阻碍位错运动和位错增
殖的因素均可使材料的强度提高。（1）细化
晶粒，使晶粒尺寸减小，晶粒内位错塞积的
长度将缩短，其应力集中程度不足以推动相
邻晶粒内的位错滑移，需加更大的外加切应
力，表现为材料的强度增高。（2）细化晶粒，
晶界增多，对位错的阻碍加强，强度增高。
细化晶粒提高韧性的的机理：（1）晶界是裂
纹扩展的阻力，（2）晶界前塞积的位错数减
少，有利于降低应力集中；（3）晶界总面积
增加，使晶界杂质浓度减少，避免产生沿晶
脆性断裂。
2、利用能带理论解释材料导电性的差异。材
料的导电性与其能带结构和能级的填充情况
有关。（1）如允带中的能级未填满，允带之
间无禁带或允带重叠，在外电场的作用下电
子很容易从一个能级转到另一个能级上去而
产生电流。具有这种能带结构的材料为导体。
（2）如允带为满带，即所有能级都被电子填
满，满带上方相邻一个很宽的禁带，满带上
的电子无活动余地，在外电场作用下电子很
难跳过禁带，故不能产生电流。具有这种能
带结构的材料为绝缘体。（3）半导体的能带
结构与绝缘体相似，只不过它的禁带较窄，
电子可在外界作用下跳过禁带，跃迁到导带
上去，产生电流。
4哪些现象表明材料的弹性不完整性？对每
种现象作简要说明。滞弹性(弹性后效)是指
材料在快速加载或卸载后，随时间的延长而
产生的附加弹性应变的性能．包申格效应是
指，金属材料经预先加载产生少量塑性变形
(残余应变小于4％)，而后再同向加载，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。伪弹性是指在一定的温
度条件下，当应力达到一定水平后，金属或
合金将产生应力诱发马氏体相变，伴随应力
诱发相变产生大幅度的弹性变形的现象．在
非理想弹性的情况下，由于应力和应变不同
步，使加载线与卸载线不重合而形成一封闭
回线，这个封闭回线称为弹性滞后环．存在
弹性滞后环的现象说明加载时材料吸收的变
形功大于卸载时材料释放的变形功，有一部
分加载变形功被材料所吸收．这部分在变形
过程中被吸收的功称为材料的
内耗．粘弹性是指材料在外力作用下，弹性
和粘性两种变形机理同时存在的力学行
为．其特征是应变对应力的响应(或反之)不
是瞬时完成的，需要通过一个弛豫过程，但
卸载后，应变恢复到初始值，不留下残余变
形．静载试验有哪几种？各适用于何种情
况？举例说明。材料单向静拉伸：主要用于
测定韧性材料的基本力学性能指标：比例极
限与弹性极限、屈服强度、抗拉强度、伸长
率、断面收缩率等。如低碳钢的单向静拉伸。
扭转试验 (1)测定那些在拉伸时呈现脆性的
材料的强度和塑性． (2)对材料表面硬化及
表面缺陷的反映十分敏感，可对各种表面强
化工艺进行研究和对机件的热处理表面质量
进行检验． (3)圆柱形试样在扭转试验时，
整个试样长度上始终不产生颈缩现象，故可
用来精确评定那些拉伸时出现颈缩的高塑性
材料的形变能力和形变抗力．（4）扭转试
验时正应力与切应力大致相等，而生产中所
使用的大部分金属结构材料的σc>t
f
，所以，
扭转试验是测定这些材料的切断强度的最可
靠方法．弯曲试验 (1)太硬难于加工成拉伸
试样的脆性材料的断裂强度，并能显示出它
们的塑性差别． (2)可灵敏地反映材料的表
面缺陷．因此，常用来比较和评定材料表面
处理层的质量． (3) 很少应用于塑性材料
压缩试验(1)压缩试验主要用于脆性材料
(2)塑性材料一般不采用压缩方法检验． (3)
多向不等压缩试验适用于脆性更大的材料，
它可以反映此类材料的微小塑性差异．此外，
对于在接触表面处承受多向压缩的机件，如
滚柱与滚珠轴承的套圈，也可采用多向压缩
试验，使试验条件与机件的实际服役条件更
接近．
6何谓主平面？何谓主应力？主应力之间有
何关系？单元体上只存在正应力而不存在
切应力的平面。主平面上的三个正应力用σ
1
、σ
2
、σ
3
表示称主应力。σ
1
＞σ
2
＞σ
3
7加载规范对疲劳寿命有何影响？在过载损
伤区的过载将降低材料的疲劳寿命，次载锻
炼提高材料的疲劳寿命间歇效应空载或适当
间歇提高材料的疲劳寿命载荷频率提高可以
提高材料的疲劳寿命，低于1Hz的加载，疲劳
强度有所降低。
8为什么表面强化可以提高疲劳寿命？表面
强化有哪些方法？表面强化处理产生表面
残余压应力，抵消工作应力，表面强化提高
了表面的疲劳强度。表面强化的方法 1表面
喷丸及滚压产生残余压应力抵消部分表层
工作压力 2表面热处理和化学处理表硬心
韧 3复合强化渗氮+表面淬火渗碳+喷丸
表面淬火+喷丸（滚压）
9氢致延滞断裂的机理是什么？试解释为什
么其只在一定温度范围内与低应变速率下出
现。氢致延滞断裂的机理是氢聚集在位错周
围并随位错一起运动，位错的塞积造成氢的
集，使材料变脆导致裂纹的产生。氢聚集在
位错周围并随位错一起运动是有一定条件
的，温度很低时，氢的扩散能力很低，跟不
上位错的运动，温度很高时，氢的扩散能力
很高，位错周围形不成氢的气团都不会出现
氢致延滞断裂，只有温度合适时氢才会聚集
在位错周围并随位错一起运动形成氢脆。如
果应变速率很高，氢的扩散能力永远跟不上
位错的运动，也不会出现氢致延滞断裂，因
此只在低应变速率下出现。
11硬度试验有哪几种？各适用于何种情况？
举例说明.1．布氏硬度，用于退火钢、铸铁、
有色金属等较软的材料 2．洛氏硬度，淬火
钢等较硬的材料，特别适用于生产现场的检
测 3．维氏硬度，适用于各种金属，精度高，
特别适用于科学研究 4．显微硬度，适用于金属各显微组织的硬度及微小零件的硬度。 防止金属材料腐蚀的方法有哪些？(10分) 1．金属的电化学保护法。(1)阴极保护法 将被保护金属进行外加阴极极化以减小或防止金属腐蚀的方法称为阴极保护法． (2)阳极保护法 将被保护设备与外加直流电源的正极相连，辅助阴极与电源负极相连，在一定的电解质溶液中将金属进行阳极极化至一定电位，使金属建立起钝态并维持钝态，则阳极过程受到抑制。 2．介质处理
处理介质的目的是改变介质的腐蚀性，以降低对金属的腐蚀作用．通常有以下几种方法：一是去除介质中的有害成分．
二是调节介质的pH 值．如果腐蚀介质溶液中pH 值偏低(pH<7)，则可能产生氢去极化腐蚀．而且钢在酸性介质中不易生成保护膜，这时就必须提高pH 值．
三是降低气体中的湿度．可以采用干燥剂吸收气体中的湿分 3．缓蚀剂保护法
在腐蚀环境中，通过添加少量能阻止或减缓金属腐蚀速度的物质以保护金属的方法，称为缓蚀剂保护法． 4．表面覆盖法
表面覆盖法是在材料表面覆盖一层耐蚀层，使基体金属与腐蚀介质隔离，从而起保护作用的方法． 5．合理选材
根据不同的介质和使用条件，选用合适的金属或非金属材料，以防止腐蚀的发生． 6．改进防腐设计及生产工艺流程．
防腐蚀的方法虽然很多，但对于一个腐蚀系统，应根据腐蚀的原因、环境条件、各种措施的防腐蚀效果、施工的难易程度以及经济效益等因素综合考虑。 计算题
采用屈服强度σ0.2=1500MPa 、断裂韧度KIc=65MPa.m1/2的钢材制造出一大型厚板构件，探伤发现有4mm 长的横向穿透裂纹。若该钢板在轴向拉应力σ=600MPa 下工作，计算 （1） 裂纹尖端前沿的应力强度因子K1 （2） 该构件裂纹失稳扩展的临界应力σc 解：1）先判断是否进行塑性区修正
因 σ/σ0.2=600/1500=0.4<0.6 不需进行塑性区的修正
2a=4mm 横向穿透裂纹, KIc=65MPa.m ? 则Y=π?, Ki=Y σa ?=600（0.002π）? Kic Kic 65
2）σc=-----=----- =--------- Ya ? （πa ）? （0.002π）?
1.影响弹性模量的因素：1.键合方式和原子结构
2.晶体结构
3.化学成分
4.微观组织
5.温度
6.加载条件和负荷持续时间 原子半径增大，E 增大。温降低E 增大
2.）影响弹性比功的因素：1.弹性极限e σ 2.弹性模数E E
a e e e e 2212
σεσ== 提
高σe 降低E 则弹性比功升高。 2.影响材料屈服强度的因素： 1）晶体结构。
位错宽度大时，n p -τ小，屈服强度小，如fcc.
反之，如bcc 。2）晶界与亚晶界：晶界与亚晶界阻碍位错运动，提高屈服强度。3）溶质元素：溶质原子的固溶强化作用使位错阻力上升，提高屈服强度。4）第二相：第二相强化材料，阻碍位错运动，提高屈服强度5）温度。温度升高材料屈服强度下降6）应变速率与应力状态：在应变速率较高时金属材料的屈服强度将显著提高，切应力分量越大，屈服强度越低。
3.应变强化的工程意义。：（1）具有一定的抗偶然过载能力，保证机件安全（2）使金属获得均匀塑性变形，保证冷变形工艺顺利进行，改善切削加工性能（3）强化金属
4.断裂的分类及不同断裂类型{韧性、脆性（解理断裂）}的断口宏观形貌特征和微观端口形貌特征：断裂分脆性断裂和韧性断裂（宏观塑性变形的程度）；穿晶断裂和沿晶断裂（裂纹扩展的途径）；剪切断裂和解理断裂（微观断裂机理）。韧断：宏观：断口呈暗灰色，纤维状，微观上有韧窝。解理断裂宏观
断口比较齐平光亮，呈放射状或结晶状，微观上有解理台阶，河流花样，舌状花样。 5.断口三要素：纤维区，放射区，剪切唇 6.提高材料韧性的途径：亚温淬火，超高温淬火，形变热处理。1.面心立方金属及合金不存在低温脆性，低温下尽量使用面心立方金属及合金，2.刚中加入置换型溶质元素（Ni 、Mn ）除外，使韧脆转变温度升高。3.净化组织去除杂质S\P\Pb\Sn\As 等4.细化晶粒5.降低加载速度6.减小试样尺寸。
7.裂纹体构件裂纹扩展方式：张开型、滑开型、撕开型
8.裂纹体构件的断裂判据及应用：断裂判据：K 判据：2
1a Y K I σ=与K IC 的比较。只有
K I
≥K IC 时发生脆断。7.0~6.0≥s σσ时需要进行修正。G 判据：Ic IC K E G 2
21ν-=
。G I ≥G Ic 裂纹失稳扩展。
9.高周疲劳典型断口三个区域及断口宏观形貌特征和微观形貌特征：三个区域：疲劳源，裂纹扩展区，瞬断区。断口宏观形貌特征：疲劳源较光亮，裂纹扩展区较光滑并分布有贝纹线（海滩花样），瞬断区较粗糙。微观：疲劳条带、疲劳辉纹
10.影响高周疲劳和低周疲劳寿命的因素：高周疲劳寿命决定于应力幅或应力场强度因子，低周疲劳寿命决定于塑性应变幅。
11.接触疲劳破坏的类型：麻点剥落（点蚀）浅层剥落，深层剥落（表面压碎）
12.应力腐蚀断裂机理：滑移溶解理论（或称钝化膜破裂理论）和氢脆理论
13.蠕变变形机制与高温断裂机理：蠕变变形机理：位错滑移，原子扩散，晶界滑动。位错滑移蠕变：在蠕变过程中位错滑移仍是一种重要的变形机制。在高温下，位错可借外界提供的热激活能和空位扩散克服某些短程障碍，使变形继续。高温下的热激活过程主要是刃型位错的攀移。扩散蠕变：在高温和外力作用下大量原子和空位产生的定向位移造成的蠕变。晶界滑动：高温下晶界原子容易扩散，受力后晶界易产生滑动促进了蠕变。蠕变断裂机理：两种情况，一种情况是对于不含裂纹的高温机件，在高温长期服役下，蠕变裂纹均匀在机件内萌生，扩展。显微结构变化引起的。蠕变抗力降低及环境损伤导致断裂；另一种情况是高温工程机件中，原来就存在裂纹或类似裂纹的缺陷，断裂主要由于裂纹扩展引起。 蠕变断裂一般为晶间断裂。
14.影响高温性能的因素：（晶粒度对材料高温强度影响）1.内在因素：1）化学成分：选用熔点高，自扩散激活能大，层错能低的元素及合金；合金化提高蠕变极限。2）组织结构3）晶粒尺寸：粗化晶粒可以提高钢的蠕变极限和持久强度。但是晶粒太大会降低钢的高温塑性和韧性。2.外部因素：1）应力：应力对蠕变的影响主要是改变蠕变机制，材料的蠕变性能和蠕变速率主要取决于应力水平。2）温度。温度对蠕变性能的影响与材料的种类和结构等许多因素有关。
15.德拜热容理论：晶体中原子相互作用，在合理假设下，晶体可看做连续介质，由这样的假设得出的热容表达式：)(3,T Rf C D D m V θ
=，
温度较高时得到杜隆-珀替定律，温度较低时得到C V,m 与T 3
成比例的
趋近于零，也就是德拜T 立方定律，此理论不能解释超导现象。
16.相变对热容的影响：相变时，由于热量的不连续变化，所以热熔也出现了突变。二级相变是在一定温度范围内逐步完成，焓无突变，仅在靠近转变点的狭窄温度区间内，有明显增大，导致热容的急剧增大。达转变点时，焓达最大值，热容相应达到有限极大值。在室温以上不发生相变的温度范围，合金的热容与温度间呈线性变化，一旦发生相变，热容偏离直线规律向下拐折。 26热电效应的三种形式：帕尔贴效应 汤姆逊效应 塞贝克效应。
19热膨胀的物理本质和热膨胀的应用：晶格振动中相邻质点间的作用力实际上是非线性的。质点在平衡位置的两侧时受力的情况并
不对称，热膨胀的物理本质是质点振动的非简谐效应，晶格点阵的间距随温度的升高而增大，晶格振动中相邻质点间的作用力实际上是非线性的点阵能曲线也是非对称的，以致晶胞参数增大，晶体膨胀。 应用：根据热膨胀系数合理的选材以达到使用要求。还可根据膨胀分析确定确定组织转变临界点。 20金属及合金导热机制：1，金属和合金中有大量自由电子存在，能迅速的实现热量的传递。（主要原因）2.如果晶格中某一质点处于较高温度，它的热振动就较为剧烈，其临近质点处温度低，热振动较弱，由于质点间存在相互作用力振动较弱的质点在振动较强的质点的影响下震动就会加剧，热振动能量就会增加，实现了热量的传递，使整个晶体中热量从温度较高处传到温度较低处，产生热传导现象。
21抗磁性与顺磁性的本质：抗磁性本质：抗磁性来源于电子循轨运动时受外加磁场作用所产生的抗磁矩，任何材料在磁场作用下都要产生抗磁矩。顺磁性本质：主要来源于原子的固有磁矩。在没有外加磁场时，固有磁矩无序排列，宏观上不呈现磁性。当有外加磁场时，磁矩具有较高的静磁能。为了降低静磁能，便产生了磁化，磁化不断增强，产生顺磁性要求原子固有磁矩不为零。
24超导体的两个特性和三个临界参数：完全导电性 完全抗磁性。三个临界参数：临界转变温度，临界电流密度，临界磁场强度。 25金属小电阻测量方法：双电桥法。电位差计法
材料性能学作业 (2)
1.与单晶体相比，多晶体变形有哪些特点？ 多晶金属材料由于各晶粒的位向不同和晶界的存在，其塑性变形有以下特点： ① 多晶体各晶粒变形的不同时性和不均匀性 位向有利的晶粒先塑变，各晶粒处组织性能不同，要求塑变的临界切应力不同，表现为不同时性和不均匀性。 ② 各晶粒变形相互协调与制约 各晶粒塑变受塑变周围晶粒牵制，不可无限制进行下去，晶界对位错的阻碍，必须有5个以上滑移系方可协调发展。 2.金属材料的应变硬化有何实际意义？ 材料的应变硬化性能，在材料的加工和应用中有十分明显的实用价值。在加工方面，利用应变硬化和塑性变形的合理配合，可使使塑性变形均匀进行，保证冷变形工艺顺利实施；另外，低碳钢切削时，容易产生粘刀现象，且表面加工质量差。如果切削加工前进行冷变形降低塑性，改善机械加工性能；在材料应用方面，应变硬化使材料具一定的抗偶然过载能力，以免薄弱处无限塑性变形；应变硬化也是一种强化金属的手段，尤其是适用不能热处理的材料。 3.一个典型拉伸试样的标距为50mm ，直径为13mm ，实验后将试样对接起来以重现断裂时的外形，试问： (1)若对接后的标距为81mm ，伸长率是多少？ (2)若缩颈处最小直径为6.9mm 则断面收缩率是多少？ (1) 008150100%100%62%50 K L L L δ--=?=?= (2) 2200200 44100%100%71.8%4 K K d d A A d A ππψπ--=?=?= 4.有一材料E=2×1011N/m2，γ=8N/m 。试计算在7×107N/m2的拉应力作用下，该材料中能扩展的裂纹之最小长度是多少？ 即求理论断裂强度 ()11422 7222108 2.0710710s c c E a m γπσπ-???===??? 5.推导颈缩条件、颈缩时的工程应力 ()()()11,00 n n n n n F KAe F A e dF Ke dA KAne de LA L dL A dA LA AdL LdA dLdA dL dA de L A dF Ke Ade KAne de n e --==+=++=+++∴==-=?-+=?=载荷为瞬时截面积和真应变的函数 对上式全微分
材料性能学
1、低碳钢在拉伸过程中的变形阶段？ 答：变形阶段：弹性变形→屈服变形→均匀塑性变形→不均匀集中塑性变形 2、高分子材料塑性变形的机理是什么？ 答：高分子材料的塑性变形机理因其状态的不同而异，结晶态高分子材料的塑性变形由薄晶转变为沿应力方向排列的微纤维束的过程；非晶态高分子材料的塑性变形有两种方式，即在正应力作用下形成银纹或在切应力作用下无取向分子链局部转变为排列的纤维束3、高分子材料屈服与金属材料屈服有何不同？ 答：高分子材料的屈服与金属屈服的不同：①高分子材料与金属材料有着不同的屈服现象；②高分子材料的应力-应变曲线不仅依赖于时间和温度，海依赖于其他因素；③高分子的屈服点很难给以确切的定义，通常把拉伸曲线上出现的最大应力点定义为屈服点，其对应的应变约为5%-10%，如无极大值的出现，则其应变2%处的应力为屈服点。 4、试述韧性断裂与脆性断裂的区别，为什么说脆性断裂最危险？ 答：韧性断裂是材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观的断裂过程，韧性断裂时一般裂纹扩展过程较慢，且其断口能用肉眼或放大镜观察。脆性断裂是材料断裂前基本不产生明显的宏观塑性变形，没有明显预兆，往往表现为突然发生的快速断裂过程。因而脆性断裂具有很大的危险性。 5、缺口试样的三个效应 答：①缺口能造成应力应变集中；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变为两向或三向拉伸；③在有缺口的条件下，由于出现了三向应力，试样的屈服应力比单向拉伸时要高，即产生了缺口强化现象，使材料的塑性得到强化。 6、如何理解塑性材料“缺口强化”现象？ 答：缺口强化纯粹是由于三向应力约束了材料塑性变形所致，材料本身的δs值并未发生变化，我们不能把缺口强化看做是强化材料的一种手段。 7、试比较布氏硬度与维氏硬度试验原理的异同？ 答：维氏硬度的试验原理与布氏硬度基本相似，都是根据压痕单位面积所承受的载荷来计算硬度值的。所不同的是维氏硬度试验所用的压头是两相对面夹角α为136°的金刚石四棱锥体，而布氏硬度的压头是直径为D的淬火钢球或硬质合金钢球。 8、试说明低温脆性的物理本质？ 答：低温脆性的物理本质：当实验温度t 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=EεE：弹性模量（杨氏模数） 切变时τ=GγG：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。 四、计算题： 气孔率对陶瓷弹性模量的影响用下式表示：E=E0 (1—+ E0为无气孔时的弹性模量；P为气孔率，适用于P≤50 %。370= E0 (1—×+×则E0= Gpa 260= (1—×P+×P2) P= 其孔隙度为%。 五、综合问答 1.不同材料（金属材料、陶瓷材料、高分子材料）的弹性模量主要受什么因素影响? 答：金属材料的弹性模量主要受键合方式、原子结构以及温度影响，也就是原子之间的相互作用力。化学成分、微观组织和加载速率对其影响不大。 陶瓷材料的弹性模量受强的离子键和共价键影响，弹性模量很大，另外，其弹性模量还和构成相的种类、粒度、分布、比例及气孔率有关，即与成型工艺密切相关。 高分子聚合物的弹性模量除了和其键和方式有关外，还与温度和时间有密切的关系（时-温等效原理）。 （综合分析的话，每一条需展开）。 第二章材料的塑性变形 一、填空题 1．金属塑性的指标主要有伸长率和断面收缩率两种。 《材料性能学》课程教学大纲 一、课程基本信息 课程编码： 课程类别：必修课 适用专业：材料化学 总学时：48 学分：3 课程简介：本课程是材料化学专业主干课程之一，属专业基础课。本课程主要内容为材料物理性能，以材料通用性物理性能及共同性的内容为主。通过本课程的教学，使学生获得关于材料物理性能包括材料力学性能（受力形变、断裂与强度）、热学、光学、导电、磁学等性能及其发展和应用，重点掌握各种重要性能的原理及微观机制，性能的测定方法以及控制和改善性能的措施，各种材料结构与性能的关系，各性能之间的相互制约与变化规律。 授课教材：《材料物理性能》，吴其胜、蔡安兰、杨亚群，华东理工大学出版社，2006，10。 2、参考书目: 1.《材料性能学》，北京工业大学出版社，王从曾，2007. 1 2.《材料的物理性能》，哈尔滨工业大学出版社，邱成军等，2009.1 二、课程教育目标 通过学习材料的各种物理性能，使学生掌握以下内容：各种材料性能的各类本征参数的物理意义和单位以及这些参数在解决实际问题中所处的地位；弄清各材料性能和材料的组成、结构和构造之间的关系；掌握这些性能参数的物质规律，从而为判断材料优劣、正确选择和使用材料、改变材料性能、探索新材料、新性能、新工艺打下理论基础；为全面掌握材料的结构，对材料的原料和工艺也应有所认识，以取得分析性能的正确依据。 三、教学内容与要求 第一章：材料的力学性能 重点与难点： 重点：应力、应变、弹性变形行为、Griffith微裂纹理论，应力场强度因子和平面应变断裂韧性，提高无机材料强度改进材料韧性的途径。 难点：位错运动理论、应力场强度因子和平面应变断裂韧性。 《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 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：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 有相关人士称本门课通过率20%，我就不信背完这些还会挂？请进行有选择有判断的阅读——★★为重点内容注：斜体为不确定答案 一.判断 1.一切物质都是磁质，都具有磁现象，只是对磁场的响应程度不同。（√） 2.材料热膨胀系数与其结构致密度有关，结构致密的固体材料具有较大的热膨胀系数。 （√） 3.热传导过程是基于声子和电子发生的。（×） 4.材料的折射率越大，其对光的反射系数越大。（√） 5.双电桥法测定材料的电阻的精度高的原因是这种方法可以用于消除接触电阻。（×） 6.光导纤维远距离传输信号的应用是基于全反射原理。（√） 7.材料低于居里温度时，自发极化为零。（×） 8.脆性断裂就是解理断裂。（×） 9.简谐振动模型适用于材料的热膨胀过程。（×） 10.材料离子的极化率越大，折射率也越大。（√） 11.材料高于居里温度时，自发极化为零。（√） 12.激光晶体是线性光学材料。（×） 13.断口有韧窝存在，那么一定是韧性断裂。（×） 14.通常磨损过程分为稳定磨损和剧烈磨损两个阶段。（×） 15.两接触物体受压力并作纯滚动时，接触应力的最大切应力产生于物体表面。（√） 16.固体材料的真线膨胀系数是一个常数。（×） 17.激光晶体可以用于改变任何强度光的频率。（×） 18.光的波长与材料散射质点的大小越接近，材料对光的散射越小。（×） 19.帕尔帖效应原理可以用于设计热电偶温度计。（×） 20.安培伏特计法测定电阻时，毫伏计的阻值与被测电阻的阻值差别越小，测定结果越准确。 （×） 21.裂纹扩展的基本形式可分为张开型、滑开型、撕开型，其中以撕开型最危险。（×） 22.通常磨损过程分为磨合、稳定磨损和剧烈磨损三个阶段。（√） 23.材料热膨胀系数与其键合状况有关，键强大的材料有较大的热膨胀系数。（×） 24.激光晶体可以用于产生新的激光频率。（√） 25.材料不均匀结构的折射率差异越大，对光的散射越弱。（×） 26.四探针法测定材料的电阻可以用于消除接触电阻。（√） 27.磁化强度是抵消被磁化铁磁物质剩磁所需的反向外磁场强度。（×） 28.应力状态软性系数越大，材料越容易产生塑性变形。（√） 29.材料的刚度是表征材料弹性变形的抗力。（√） 30.材料弹性是表征材料弹性变形的抗力。（×） 一、名词解释 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。 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%FATT：冲击试验中采用结晶区面积占整个断口面积 50%时所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。 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。 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。 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。 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。 应力集中系数：构件中最大应力与名义应力（或者平均应力）的比值，写为KT。 高周疲劳：在较低的应力水平下经过很高的循环次数后（通常N>105）试件发生的疲劳现象。 弹性比功：又称弹性应变能密度，指金属吸收变形功不发生永久变形的能力，是开始塑性变形前单位体积金属所能吸收的最大弹性变形功。 二、填空题 第一章 1、 力—伸长曲线和应力—应变曲线，真应力—真应变曲线 在整个拉伸过程中的变形可分为弹性变形、屈服变形、均匀塑性变形及不均匀集中塑性变形4个阶段 将力—伸长曲线的纵，横坐标分别用拉伸试样的标距处的原始截面积Ao 和原始标距长度Lo 相除，则得到与力—伸长曲线形状相似的应力（σ=F/Ao ）—应变（ε=ΔL/Lo ）曲线 比例极限σp ， 弹性极限σe ， 屈服点σs ， 抗拉强度σb 如果以瞬时截面积A 除其相应的拉伸力F ，则可得到瞬时的真应力S （S ＝F/A)。同样，当拉伸力F 有一增量dF 时，试样瞬时长度L 的基础上变为L ＋dL ，于是应变的微分增量应是de ＝dL / L ，则试棒自L 0伸长至L 后，总的应变量为： 式中的e 为真应变。于是，工程应变和真应变之间的关系为 2、 弹性模数 在应力应变关系的意义上，当应变为一个单位时，弹性模数在数值上等于弹性应力，即弹性模数是产生100%弹性变形所需的应力。在工程中弹性模数是表征材料对弹性变形的抗力，即材料的刚度，其值越大，则在相同应力下产生的弹性变形就越小。 比弹性模数是指材料的弹性模数与其单位体积质量（密度）的比值，也称为比模数或比刚度 3、 影响弹性模数的因素①键合方式和原子结构（不大）②晶体结构（较大）③ 化学成分 （间隙大于固溶）④微观组织（不大）⑤温度（很大）⑥加载条件和负荷持续时间（不大） 4、 比例极限和弹性极限 比例极限σp 是保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力，即在拉伸应力－应变曲线上开始偏离直线时的应力值。 弹性极限σe 试样加载后再卸载，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值 5、 弹性比功又称为弹性比能或应变比能，用a e 表示，是材料在弹性变形过程中吸收变形功 的能力。一般可用材料弹性变形达到弹性极限时单位体积吸收的弹性变形功表示。 6、 根据材料在弹性变形过程中应力和应变的响应特点，弹性可以分为理想弹性（完全弹 性）和非理想弹性（弹性不完整性）两类。 对于理想弹性材料，在外载荷作用下，应力和应变服从虎克定律σ＝M ε，并同时满足3个条件，即：应变对于应力的响应是线性的；应力和应变同相位；应变是应力的单值函数。 材料的非理想弹性行为大致可以分为滞弹性、粘弹性、伪弹性及包申格效应等类型。 00ln 0L L L dL de e L e L ===??)1ln(ln 0ε+==L L e 材料性能学作业(2) -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 1.与单晶体相比，多晶体变形有哪些特点？ 多晶金属材料由于各晶粒的位向不同和晶界的存在，其塑性变形有以下特点： ① 多晶体各晶粒变形的不同时性和不均匀性 位向有利的晶粒先塑变，各晶粒处组织性能不同，要求塑变的临界切应力不同，表现为不同时性和不均匀性。 ② 各晶粒变形相互协调与制约 各晶粒塑变受塑变周围晶粒牵制，不可无限制进行下去，晶界对位错的阻碍，必须有5个以上滑移系方可协调发展。 2.金属材料的应变硬化有何实际意义？ 材料的应变硬化性能，在材料的加工和应用中有十分明显的实用价值。在加工方面，利用应变硬化和塑性变形的合理配合，可使使塑性变形均匀进行，保证冷变形工艺顺利实施；另外，低碳钢切削时，容易产生粘刀现象，且表面加工质量差。如果切削加工前进行冷变形降低塑性，改善机械加工性能；在材料应用方面，应变硬化使材料具一定的抗偶然过载能力，以免薄弱处无限塑性变形；应变硬化也是一种强化金属的手段，尤其是适用不能热处理的材料。 3.一个典型拉伸试样的标距为50mm ，直径为13mm ，实验后将试样对接起来以重现断裂时的外形，试问： (1)若对接后的标距为81mm ，伸长率是多少？ (2)若缩颈处最小直径为6.9mm 则断面收缩率是多少？ (1) 008150100%100%62%50 K L L L δ--=?=?= (2) 2200200 44100%100%71.8%4 K K d d A A d A ππψπ--=?=?= (3) 4.有一材料E=2×1011N/m2，γ=8N/m 。试计算在7×107N/m2的拉应力作用下，该材料中能扩展的裂纹之最小长度是多少？ (4) 即求理论断裂强度 ()114227222108 2.0710710s c c E a m γπσπ-???===??? 5.推导颈缩条件、颈缩时的工程应力 湖南大学材料性能学作业+习题标准答案 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 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通过压痕平均直径求得。 4 洛氏硬度：洛氏硬度以测量压痕深度标识材料的硬度。HR＝ (k-h)/0.002. 二、脆性材料的抗压强度 扭转屈服点 缺口试样的抗拉强度 NSR：缺口敏感度，为缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度的比值。 HBS:用钢球材料的球压头表示洛氏硬度。 HRC:用金刚石圆锥压头表示的洛氏硬度。 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 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：一般是用于那些塑性变形抗力与切断强度较低的所谓塑性材料试验。 2压缩试验 特点：单向压缩试验的应力状态系数＝2，比拉伸，弯曲，扭转的应力状态都软，拉伸时塑性很好的材料在压缩时只发生压缩变形而不会断裂。 应用范围：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：试样形状简单，操作方便，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：对于承受弯曲载荷的机件，测定其力学性能。 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，而生产上所使用的大部分金属材料的正断强度大于切断强度，所以，扭转试验是测定这些材料切断最可靠的办法。 应用范围：研究金属在热加工条件下的流变性能与断裂性能，评定材料的热压力加工性；研究或检验工件热处理的表面质量和各种表面强化工艺的效果。 四、缺口拉伸时应力分布有何特点 第一章 证明题 显然，真应力总是大于工程应力，真应变总是小于工程应变。 缩颈的条件： 产生缩颈的载荷为 影响材料弹性模数的因素： 1、键合方式和原子结构： a 、以共价健、离子键、金属键结合的材料有较高的弹性模量。 b 、以分子键结合的材料，弹性模量较低。 ()εσσσ+=?+==?== =10000000L L L L L A A A F A F S AL L A ()ε+====??1ln ln 00l l l dl de e l l e n e nde de A dA l dl de e nde A dA de e F n dA A F e de nKAe A dA Ke A de KAne dA Ke dF KAe F Ke S SA F n n n n n n ==+--===+=?+=+?=+====-000001()()n n n b n e b b b b n b b n b b b b n n b b e n K e Kn e e A A A A e A A Kn A Kn A S A F Kn Ke S b ??? ??===========---σσσ0000ln c、原子结构：a）非过渡金属（b）过渡族金属：原子半径较小，且d层电子引起较大的原子间结合力，弹性模数较高。且当d层电子等于6时，E有最大值 2、晶体结构： a、单晶体材料，由于在不同的方向上原子排列的密度不同，故呈各向异性。 b、多晶体材料，E为各晶粒的统计平均值，伪各向同性。 c、非晶态材料弹性模量各向同性。 3、化学成分：（引起原子间距或键合方式的变化） （1）纯金属主要取决于原子间的相互作用力。 （2）固溶体合金：主要取决于溶剂元素的性质和晶体结构，弹性模量变化不大 （3）两相合金：与第二相的性质、数量、尺寸及分布状态有关。 （4）高分子：填料对E影响很大。 4.微观组织： 金属：微观组织对弹性模量的影响较小晶粒大小对E无影响； 陶瓷：工程陶瓷弹性模数与相的种类、粒度、分布、比例、气孔率等有关。其中，气孔率的影响较大。 复合材料：增强相为颗粒状，弹性模数随增强相体积分数的增高而增大 5、温度：a、温度升高，原子振动加剧，体积膨胀，原子间距增大，结合力减弱，材料的弹性模量降低。如碳钢，每升高100℃，E值下降3~5%（软化） b、当温度变化引起材料的固态相变时，弹性模数显著变化。如碳钢的奥氏体、马氏体相变。 6、加载条件和负荷持续时间： a、加载方式（多向应力），加载速率和负荷持续时间对金属、陶瓷类材料的弹性模数几乎没有影响。陶瓷材料的压缩弹性模数高于拉伸弹性模数（与金属不同）。 b、高分子聚合物，随负荷时间的延长，E值逐渐下降（松弛）。 滞弹性：材料在快速加载或卸载后，随时间的延长而产生附加弹性变形的性能。即应变与应力不同步（相位），应变滞后。 粘弹性：是指材料在外力作用下变形机理，既表现出粘性流体又表现出弹性固体两者的特性，弹性和粘性两种变形机理同时存在（时间效应）。特征：应变对应力的响应不是瞬时完成的，应变与应力的关系与时间有关，但卸载后，应变恢复，无残余变形。 伪弹性：是指在一定的温度条件下，当应力达到一定水平后，金属或合金将产生应力诱发马氏体相变,从而产生大幅度的弹性变形的现象。 绪论 1、简答题 什么是材料的性能？包括哪些方面？ 解：材料的性能是指材料在给定外界条件下所表现出的可定量测量的行为表现。包括○1力学性能（拉、压、、扭、弯、硬、磨、韧、疲）○2物理性能（热、光、电、磁）○3化学性能（老化、腐蚀）。 第一章单向静载下力学性能 1、名词解释： 解： 弹性变形：材料受载后产生变形，卸载后这部分变形消逝，材料恢复到原来的状态的性质。 塑性变形：微观结构的相邻部分产生永久性位移，并不引起材料破裂的现象。 弹性极限：弹性变形过度到弹-塑性变形(屈服变形)时的应力。 弹性比功：弹性变形过程中吸收变形功的能力。 包申格效应：材料预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余应力（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余应力降低的现象。 弹性模量：工程上被称为材料的刚度，表征材料对弹性变形的抗力。实质是产生100%弹性变形所需的应力。 滞弹性：快速加载或卸载后，材料随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。 内耗：加载时材料吸收的变形功大于卸载是材料释放的变形功，即有部分变形功倍材料吸收，这部分被吸收的功称为材料的内耗。 韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 超塑性：在一定条件下，呈现非常大的伸长率（约1000%）而不发生缩颈和断裂的现象。 韧窝：微孔聚集形断裂后的微观断口。 2、简答 1) 材料的弹性模量有那些影响因素？为什么说它是结构不敏感指标？ 解：○1键合方式和原子结构，共价键、金属键、离子键E高，分子键E低原子半径大，E 小，反之亦然。○2晶体结构，单晶材料在弹性模量在不同取向上呈各向异性，沿密排面E大，多晶材料为各晶粒的统计平均值；非晶材料各向E同性。○3化学成分，○4微观组织○5温度，温度升高，E下降○6加载条件、负载时间。对金属、陶瓷类材料的E 没有影响。高聚物的E随负载时间延长而降低，发生松弛。 2) 金属材料应变硬化的概念和实际意义。 解：材料进入塑性变形阶段后，随着变形量增大，形变应力不断提高的现象称为应变硬化。 意义○1加工方面，是金属进行均匀的塑性变形，保证冷变形工艺的顺利实施。○2应用方面，是金属机件具有一定的抗偶然过载能力，保证机件使用安全。○3对不能进行热 材料性能学 01 材料在单轴静张力下的力学性能 1. 解释: 开裂:开裂是高分子材料在变形过程中产生的一种缺陷。由于它的低密度和高反射光能力，它看起来是银色的，所以被命名为。裂纹发生在聚合物材料的弱结构或缺陷中。 超塑性:在一定条件下，材料表现出非常大的延伸率(约1000%)而不出现颈缩和断裂，称为超塑性。晶界滑动产生的应变占总应变的比例一般在50% ~ 70%之间，说明晶界滑动在超塑性变形中起主要作用。脆性断裂:材料在断裂前基本不产生明显的宏观塑性变形，无明显征兆。它常以突然的快速断裂过程出现，具有极大的危险性。 韧性断裂:在断裂前和断裂过程中发生明显宏观塑性变形的断裂过程。在韧性断裂中，裂纹扩展过程一般比较缓慢，消耗了大量的塑性变形能量。 解理断裂:在正应力作用下，原子间键合键的破坏导致沿特定晶面的脆性穿晶断裂称为解理断裂。(解理台阶、河纹、舌纹是解理断裂的基本微观特征。) 剪切断裂:剪切断裂是材料在剪切应力作用下沿滑移面滑动分离而引起的断裂。微孔骨料断裂是韧性断裂的一种常见模式。宏观断口表面通常为深灰色、纤维状，微观断口特征形态为断口表面分布着大量韧窝。 2. 为什么脆性断裂是最危险的? 应力的类型，塑性变形的程度，有无前体以及裂纹扩展的速度。3.断裂强力机C和抗拉强力机B有什么区别? 如果在断裂前没有发生塑性变形，或者塑性变形很小，没有出现颈缩，发生脆性断裂，则参数C =参数B。如果在断裂前出现颈缩，则参数C和参数B不相等。 4. 格里菲斯的公式的范围是什么，什么时候需要修改? 格里菲斯公式仅适用于有微裂纹的脆性固体，如玻璃、无机晶体材料和超高强度钢。对于许多工程结构材料，如结构钢和高分子材料，裂纹尖端会发生较大的塑性变形，消耗大量的塑性变形功。因此，必须对格里菲斯公式进行修正。 02 材料单向静拉伸的力学性能 1、应力状态软性系数； τmax和σmax的比值称为，用α表示。α越大，最大切应力分量越大，表示应力状态越软，材料越易于产生塑性变形。反之，α越小，表示应力状态越硬，则材料越容易产生脆性断裂 2、如何理解塑性材料的“缺口强化”现象? 在有缺口条件下，由于出现了三向应力，试样的屈服应力比单向拉伸时要高，即产生了所谓缺口“强化”现象。我们不能把“缺口强化”看作是强化材料的一种手段，因缺口“强化”纯粹是由于三向应力约束了材料塑性变形所致。此时材料本身的σs值并未发生变化。 一、名词解释 第一章力学 1.真实应变一根长度为L 的杆，在单向拉应力作用下被拉长到L ,则ε = ，为真实应变。 2.名义应变一根长度为L 的杆，在单向拉应力作用下被拉长到L ,则ε=L –L /L =△L/L , ε为名义应变。 3.弹性模量材料在阶段，其和应变成线性关系（即符合），其称为弹性模量。对各向同性体为一常数。是原子间结合强度的 一个标志。 4.弹性柔顺系数弹性体在单位应力下所发生的应变，是弹性体柔性的千种量度。S =-μ/E ,其下标十位数为应变方向，个位 数为所受应力的方向。 5.材料的蠕变对粘弹性体施加恒定应力σ时，其应变随时间而增加。 6.材料的弛豫对粘弹性体施加恒定应变ε时，则应力将随时间而减小。 7.位错增殖系数 n个位错通过试样边界时引起位错增殖，使通过边界的位错数增加到nc个，c即为位错增殖系数。 8.滞弹性一些非晶体，有时甚至多晶体在比较小的应力时可以同时表现出弹性和粘性。 9.粘弹性无机固体和金属的与时间有关的弹性，即弹性形变的产生与消除需要有限时间。 10.粘性系数(粘度) 单位接触面积、单位速度梯度下两层液体间的内摩擦力。单位Pa·S. 是流体抵抗流动的量度。 11.脆性断裂构件未经明显的变形而发生的断裂。断裂时材料几乎没有发生过塑性变形。在外力作用下，任意一个结构单 元上主应力面的拉应力足够大超过材料的临界拉应力值时，会产生裂纹或缺陷的扩展，导致脆性断裂。与此同时，外力引起的平均剪应力尚小于临界值，不足以产生明显的塑性变形或粘性流动。 12.裂纹亚临界生长裂纹在使用应力下，随时间的推移而缓慢扩展。其结果是裂纹尺寸逐渐加大，一旦达到临界尺寸就会 失稳扩展而破坏。 13.材料的理论结合强度根据Orowan提出的原子间约束力随原子间的距离x的变化曲线（正弦曲线），得到σ=σ×sin2 πx/λ，σ为理论结合强度。单位面积的原子平面分开所作的功应等于产生两个单位面积的新表面所需的表面能，材料才能断裂，根据公式得出σ = Eγ/a 。理论结合强度只与弹性模量、表面能和晶格距离等材料常数有关。 第二章材料电学性能 内容概要：本章介绍金属的导电机理，以及影响金属导电的因素，导电率的测量方法及其它材料的电学性质。 具体内容和学时安排如下： 第一节导电性能及本质 要求学生掌握导电的三大理论：经典电子理论；电子的量子理论；能带理论。这三大理论的成功或不足点。理解自由电子、能级和能带、周期性势场、能带密度、K空间的概念。 第二节金属导电性能影响因素 理解温度、相变、应力和热处理（淬火和退火）对材料导电性能的影响。 第三节合金的导电性能 理解固溶体和化合物的导电性 第四节电阻率的测量 电阻率的测量方法有单电桥法；双电桥法；电子四探针法。重点要求掌握单电桥法。第五节电阻分析应用 根据电阻率与温度的线性关系，可来研究材料的相变，材料的组织结构变化。 第六节超导电性 掌握超导的两大性能：完全导电性和完全抗磁性。掌握超导态转变为正常态的三个条件：临界温度；临界电流；临界磁场。超导的本质－BCS理论。 第七节材料的热电性能 了解三大热电现象：第一热导效应、第二热电效应、第三热电效应。 第八节半导体导电性的敏感效应 了解半导体能带结构特点；半导体导电有本征导电和杂质导电;实现导电的条件。 第九节介电极化与介电性能 掌握电介质极化机理和介电常数的本质 第十节电介质的介电损耗 了解电介质的能量损耗。 （共12个学时） 第一节导电性能及本质 材料的电学性能是指材料的导电性能，与材料的结构、组织、成分等因素有关。 一、电阻与导电的概念 Ｒ＝Ｕ/I R 不仅与材料的性质有关，还与材料的几何形状有关 。 S L R ρ= L 与材料的长度，ｓ与材料的横截面积，ρ为电阻率，单位为 m Ω? ρ σ1 = 值越小，a 值越大。 ρ 值愈小，σ值愈大。 纯金属：e 为10-8～10-7 合金： 10-7～10-5 半导体：10-3～10 9 绝缘体：﹥10 9 导电性能最好的金属是银、铜、金，其电阻率分别为1.5×10-8Ω?m 、1.73×10-8Ω?m 、等 二、导电机理及能带理论 关于材料的导电机理有三大理论：经典电子理论；电子的量子理论；能带理论。 1 金属及半导体的导电机理 1〉经典电子理论 经典电子理论认为(以Drude 和Lorentz 为代表)：在金属晶体中，离子构成晶格点阵，并形成一个均匀的电场，价电子是完全自由的，称为自由电子，它们弥散分布于整个点阵之中，就像气体分子充满整个容器一样，因此称为“电子气”。它们的运动遵循经典气体分子的运动规律，自由电子之间以及自由电子与正离子之间仅仅是机械碰撞而已。在没有外加电场时，金属中的自由电子沿各个方向的运动几率相同，因此不产生电流。当对金属施加外电场，自由电子沿电场方向加速运动，从而产生电流。在自由电子定向运动时，要与正离子发生碰撞，使电子受阻，这就是电阻。 设电子两次碰撞之间所经历的时间为τ 2* 2n e m τσ*= m*为电子的有效质量（考虑了晶体场对电子的相互作用） τ为电子在两次碰撞之间的时间间隔，τ为时间自由程. v 为电子运动的平均速度。 在T=0K 时，电子不受到散射.p=0.σ→∞。理想晶体。 T ≠0K 时，晶体的阵热振动或经典电子理论成功计算了电导率以及电导率与热导率的关系；但经典电子理论不能解释以下几种现象：电子的长平均自由程；材料导电性能差异；金属电子比热小。 2〉量子自由电子理论 量子自由电子理论认为：金属中正离子形成的电场是均匀的，价电子与离子间没有相互作用，且为整个金属所有，可以在整个金属中自由运动。但这一理论认为：金属中每个原子的内层电子基本保持单个原子时的能量状态，而所有的价电子却按量子规律具有不同的能量状态，即具有不同的能级。 量子电子理论认为：电子具有波粒二象性。运动着的电子作为物质波，其频率与电子的运动速 材料性能学重点(完整 版) 第一章 1、 力—伸长曲线和应力—应变曲线，真应力—真应变曲线 在整个拉伸过程中的变形可分为弹性变形、屈服变形、均匀塑性变形及不均匀集 中塑性变形4个阶段 将力—伸长曲线的纵，横坐标分别用拉伸试样的标距处的原始截面积Ao 和原始标 距长度Lo 相除，则得到与力—伸长曲线形状相似的应力（σ=F/Ao ）—应变（ε=ΔL/Lo ）曲线 比例极限σp ， 弹性极限σe ， 屈服点σs ， 抗拉强度σb 如果以瞬时截面积A 除其相应的拉伸力F ，则可得到瞬时的真应力S （S ＝F/A)。 同样，当拉伸力F 有一增量dF 时，试样瞬时长度L 的基础上变为L ＋dL ，于是应变的微分增量应是de ＝dL / L ，则试棒自L 0伸长至L 后，总的应变量为： 式中的e 为真应变。于是，工程应变和真应变之间的关系为 2、 弹性模数 在应力应变关系的意义上，当应变为一个单位时，弹性模数在数值上等于弹性应力，即弹性模数是产生100%弹性变形所需的应力。在工程中弹性模数是表征材料对弹性变形的抗力，即材料的刚度，其值越大，则在相同应力下产生的弹性变形就越小。 比弹性模数是指材料的弹性模数与其单位体积质量（密度）的比值，也称为比模数或比刚度 3、 影响弹性模数的因素①键合方式和原子结构（不大）②晶体结构（较大）③ 化学成分 （间隙大于固溶）④微观组织（不大）⑤温度（很大）⑥加载条件和负荷持续时间（不大） 4、 比例极限和弹性极限 比例极限σp 是保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力，即在拉伸应力－ 应变曲线上开始偏离直线时的应力值。 弹性极限σe 试样加载后再卸载，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值 5、 弹性比功又称为弹性比能或应变比能，用a e 表示，是材料在弹性变形过程中吸收变形 功的能力。一般可用材料弹性变形达到弹性极限时单位体积吸收的弹性变形功表示。 6、 根据材料在弹性变形过程中应力和应变的响应特点，弹性可以分为理想弹性（完全弹 性）和非理想弹性（弹性不完整性）两类。 对于理想弹性材料，在外载荷作用下，应力和应变服从虎克定律σ＝M ε，并同时满足3个条件，即：应变对于应力的响应是线性的；应力和应变同相位；应变是应力的单值函数。 材料的非理想弹性行为大致可以分为滞弹性、粘弹性、伪弹性及包申格效应等类型。 00ln 0L L L dL de e L e L ===??)1ln(ln ε+==L L e 名词解释 第一章： 弹性比功：材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力。 包申格效应：是指金属材料经预先加载产生少量塑性变形，而后再同向加载，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。 滞弹性：是材料在加速加载或者卸载后，随时间的延长而产生的附加应变的性能，是应变落后于应力的现象。 粘弹性：是指材料在外力的作用下，弹性和粘性两种变形机理同时存在的力学行为。 内耗：在非理想弹性变形过程中，一部分被材料所吸收的加载变形功。 塑性：材料断裂前产生塑性变形的能力。 韧性：是材料力学性能，是指材料断裂前吸取塑性变形攻和断裂功的能力。 银纹：是高分子材料在变形过程中产生的一种缺陷，由于它密度低，对光线反射高为银色。 超塑性：材料在一定条件下呈现非常大的伸长率（约1000%） AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF 而不发生缩颈和断裂的现象。 脆性断裂：是材料断裂前基本不产生明显的宏观塑性变形，没有明显预兆，而是突然发生的快速断裂过程。 韧性断裂：是指材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑性变形的断裂过程。 解理断裂：在正应力作用下，由于原子间结合键的破坏引起的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂。 剪切断裂：是材料在切应力作用下沿滑移面滑移分离而造成的断裂。 河流花样：两相互平行但出于不同高度上的解理裂纹，通过次生解理或撕裂的方式相互连接形成台阶，同号台阶相遇变汇合长大，异号台阶相遇则相互抵消。当台阶足够高时，便形成河流花样。 解理台阶：不能高度解理面之间存在的台阶 韧窝：新的微孔在变形带内形核、长大、聚集，当其与已产生的裂纹连接时，裂纹便向前扩展形成纤维区，纤维区所在平面垂直于拉伸应力方向，纤维区的微观断口特征为韧窝。 AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF付华材料性能学部分习题答案
材料性能学教学大纲
南昌大学《材料性能学》课后答案
材料性能学作业及答案
材料性能学预测终结版
(完整版)材料性能学历年真题及答案
材料性能学重点(完整版)
材料性能学作业(2)
湖南大学材料性能学作业+习题标准答案
材料性能学复习重点
材料性能学复习题
材料性能学
材料性能学名词解释
(整理)南昌大学材料性能学重点 材料电学性能.
材料性能学重点(完整版)教学提纲
材料性能学名词解释