第一章 材料的拉伸性能1、对拉伸试件有什么基本要求？为什么？答：1、实验条件光滑试件 室温大气介质 单向单调拉伸载荷2、试件的形状和尺寸圆柱试件：l 0=5d 0或l 0=10d 0板状试件：l 0=5.650A 或11.30A原因：为了比较不同尺寸试样所测得的延性,要求试样的几何相似，l 0／0A 要为一常数。

其中A 0为试件的初始横截面积。

2、为什么拉伸试验又称为静拉伸试验？拉伸试验可以测定哪些力学性能？答：拉伸加载速率较低，s MPa dt d /10~1/=σ，故称静拉伸试验。

拉伸试验可以测定的力学性能为：弹性模量E 屈服强度σs 抗拉强度σb 延伸率δ 断面收缩率ψ3、试件的尺寸对测定材料的断面收缩率是否有影响？为什么？如何测定板材的断面收缩率? 答：断面收缩率是材料本身的性质，与试件的几何形状无关。

测定板材的断面收缩率的方法：断面收缩率ψ＝(a 0b 0-a 1b 1)/ a 0b 04、试画出示意图说明：脆性材料与塑性材料的应力—应变曲线有何区别？高塑性材料与低塑性材料的应力—应变曲线又有何区别？答：1、左图近似为一直线，只有弹性变形阶段，没有塑性变形阶段，在弹性变形阶段断裂，说明是脆性材料。

右图为弯钩形曲线，既有弹性变形阶段，又有塑性变形阶段，在塑性变形阶段断裂，说明是塑性材料。

2、左图曲线有弹性变形阶段与均匀塑性变形阶段，没有颈缩现象，曲线在最高点处中断，即在均匀塑性变形阶段断裂，且塑性变形量小，说明是低塑性材料。

右图曲线有弹性变形阶段，均匀塑性变形阶段，颈缩后的局集塑性变形阶段，曲线在经过最高点后向下延伸一段再中断，即在颈缩后的局集塑性变形阶段断裂，且塑性变形量大，说明是高塑性材料。

5、能否由材料的延伸率和断面收缩率的数值来判断材料的属性：脆性材料、低塑性材料、高塑性材料？答：延伸率δ 断面收缩率ψδ>ψ，无局集塑性变形，为低塑性材料。

δ=ψ，只发生弹性变形，为脆性材料。

δ<ψ，有局集塑性变形，为高塑性材料。

6、工程应力—应变曲线上b 点的物理意义？试说明b 点前后试样变形和强化的特点？ 答：工程应力—应变曲线上b 点的纵坐标代表抗拉强度，定义为试件短裂前所能承受的最大工程应力。

b 点之前，试样的塑性变形是均匀的：哪里有变形，哪里就强化，难于再继续变形，变形便转移到别处，如此反复交替进行，就达到均匀变形的效果。

b 点之后，试样的塑性变形集中在颈缩区附近：由于形变强化跟不上变形的发展，于是从均匀变形转为集中变形，导致形成颈缩。

7、脆性材料的力学性能用哪两个指标表征? 脆性材料在工程中的使用原则是什么？ 答：两个指标表征：弹性模量和脆性断裂强度。

使用原则：脆性材料抗拉断裂强度低，抗压断裂强度高，在工程中多被用于承受压缩载荷的构件。

8、试画出连续塑性变形强化和非连续塑性变形强化材料的应力—应变曲线?两种情况下如何根据应力—应变曲线确定材料的屈服强度？答：左图为连续塑性变形强化材料，右图为非连续塑性变形强化材料。

对连续塑性变形强化材料，屈服强度为产生0.2%残余伸长率时的应力。

对非连续塑性变形强化材料，屈服强度为屈服平台的下屈服点（右图B 点）对应的应力。

9、 何谓工程应力和工程应变?何谓真应力和真应变?两者之间有什么定量关系?答：工程应力是载荷除以试件的原始截面积（σ＝P/A 0）。

工程应变是总伸长量除以原始标距长度（e=(l-l 0）/l 0）。

真应力是载荷除以瞬时截面积（S ＝P/A ）。

真应变是瞬时伸长率的积分（⎰==ll l l l dl 00ln ε）在均匀塑性变形阶段，两者之间定量关系：)1(100e A A A P A P S +=-=⋅==σψσ )1ln(ln 00e l l l dl ll +===⎰ε 10、 拉伸图、工程应力—应变曲线和真应力—真应变曲线有什么区别？答：拉伸图和工程应力—应变曲线具有相似的形状，但坐标物理含义不同，单位也不同。

拉伸图横坐标为伸长量（单位mm ），纵坐标为载荷（单位N ）；工程应力—应变曲线横坐标为工程应力（单位MPa ），纵坐标为工程应变（单位无）。

工程应力—应变曲线和真应力—真应变曲线坐标单位相同，但坐标物理含义不同。

工程应力—应变曲线一般呈现先升后降的变化趋势。

真应力—真应变曲线呈现一直增大的趋势。

真应力—真应变曲线在工程应力—应变曲线的左上方。

11、现有do=10mm 的圆棒长试样和短试样各一根，测得其延伸率d10与d5均为25%，问长试件和短试件的塑性是否一样？答：不一样。

长试件塑性好。

因为对同一材料105δδ>。

补充1. 工程材料在使用过程中不可避免会产生（弹性变形）。

2. 工程构件在生产过程中要（降低）材料的塑性，（降低）材料的强度。

3. 工程构件在使用过程中要（提高）材料的塑性，（提高）材料的强度。

4. 拉伸试样的直径一定，标距越长，则测出的抗拉强度值会（不变 ），延伸率会（越低），断面收缩率会（不变）ψ 通常满足关系：第二章 金属的弹性变形与塑性变形1、名词解释：弹性后效、弹性滞后环答：弹性后效：加载卸载时应变落后于应力的现象。

弹性滞后环：加载和卸载时的应力应变曲线不重合形成一封闭回线2、什么是条件比例极限和弹性极限，试画图并叙述两种力学性能的求解方法。

答：书16页3、金属的弹性模量主要取决于哪些因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？答：金属的弹性模量与原子间作用力和距离有关，主要决定于金属原子本性和晶格类型。

金属弹性模量的影响因素有：1、溶质元素：溶质原子可改变原子间作用力，进而影响弹性模量，但影响不大。

2、温度：温度升高，原子间距增大，原子间结合力减弱，弹性模量下降。

3、加载速率：弹性变形速率与声速相当，加载速率一般远小于声速，故基本不影响弹性模量。

4、冷变形：弹性模量可能增大可能减小，但影响不大。

5、热处理：弹性模量可能增大可能减小，但影响不大。

综上所述，金属的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标。

4、试述金属材料屈服强度的影响因素。

答：内因：1、金属本性及晶格类型：屈服现象来源于位错的运动，位错运动阻力是由金属原子本性及晶格类型决定的。

2、晶粒大小和亚结构：晶界与亚晶界阻碍位错运动，一般晶粒越小，晶界越多，位错运动的障碍数越多，屈服强度越大。

3、溶质元素：溶质原子造成晶格畸变应力场，使位错运动受阻，从而使屈服强度提高。

4、第二相：弥散型和聚合型第二相都可阻碍位错运动，从而提高屈服强度。

外因：1、温度：温度升高，屈服强度降低。

2、应变速率：应变速率增大，屈服强度增高。

3、应力状态：切应力分量越大，越有利于塑性变形，屈服强度越低。

5、若室温下纯铁的晶粒大小为16个/mm 2时，σs =100MN/m 2；而当晶粒大小为4096个/mm2时，σs =250MN/m 2；试求晶粒大小为256个/mm 2时σs 的值。

答：根据Hall-petch 公式：5.0-+=D k s i s σσ。

变换后得：25.0ρσσk i s +=。

（注：σs σi 单位为MN/m 2，ρ单位为个/mm 2，k 为系数。

）100=σi +k160.25250=σi +k40960.25 得σi =50，k=25当ρ=256时，150256255025.025.0=⨯+=+=ρσσk i s故当晶粒大小为256个/mm 2时σs 的值为150 MN/m 26、什么是包申格效应，这一现象有何实用意义？哪些金属与合金在什么情况下最易出现这些现象？如何防治和消除？答：包申格效应：产生了少量塑性变形的材料，再同向加载则弹性极限与屈服强度升高；反向加载则弹性极限与屈服强度降低的现象。

实用意义：经微量冷变形的材料，如使用时的受力方向与原变形方向相反，应考虑弹性极限与屈服强度的降低。

加工过程中，使材料交替承受反向应力，以降低材料的变形抗 力。

材料经微量预应变后，疲劳极限降低。

补充：1. 材料的弹性常数是（E,G,ν）。

2. 影响弹性模量最基本的原因是（原子半径）。

3. 机床底座常用铸铁制造的主要原因是（价格低，内耗大，模量大）。

4. 当合金中晶粒愈细小时，其（强度提高 ，韧性提高，耐热性降低，塑性提高 ）。

5. 多晶体金属塑性变形的特点是（非同时性，非均匀性，协调性）。

6. 位错增殖理论可用于解释（屈服现象）。

7. 细晶强化是非常好的强化方法，但不适用于（高温）。

第三章 其他静加载下的力学性能1、名词解释：应力状态柔度系数答：应力状态柔度系数：在各种加载条件下，最大切应力τmax 与最大正应力σmax 之比，记为α，max max /στα=。

α（拉伸）﹤α（扭转）﹤α（压缩）2、如何根据实际应用条件来选择恰当的试验方法（单向拉伸、扭转、弯曲，压缩和剪切试验）衡量材料的性能? （了解）答：扭转试验的特点及应用：(1)扭转时应力状态的柔度系数较大，能测定拉伸时表现为脆性的材料。

(2)能测定高塑性材料的变形抗力和变形能力。

(3)能区分材料的断裂方式。

(4)检验表面质量。

(5)研究有关初始塑性变形的非同时性的问题。

3、能否根据扭转试验中试样的断口特征分析引起开裂的力的特征?答：切断断口：断口与轴线垂直，断裂是由最大切应力造成的，说明切断强度较低。

正断断口：断口与轴线呈45°，断裂是由最大正应力造成的，说明正断强度较低。

木纹状断口：说明轴向切断抗力比横向的低。

4、哪些材料适合进行抗弯试验?抗弯试验的加载形式有哪两种?各有何优缺点?答：抗弯试验适合于测定铸铁、硬质合金、陶瓷等脆性与低塑性材料的强度和显示塑性的差别。

抗弯试验的加载形式：1、三点弯曲优点：方法简单。

缺点：试件总在最大弯距附近处断裂，不能反映材料的缺陷。

2、四点弯曲优点：试件通常在两加载点之间具有组织缺陷处断裂，能较好的反映材料的性质，实验结果也较精确。

缺点：操作复杂，必须注意加载的均衡。

5、为什么拉伸试验时所得的条件应力—应变曲线位于真实应力—应变曲线之下，而压缩试验时正好相反?答：条件应力是载荷除以试件的原始截面积（σ＝P/A 0）。

真实应力是载荷除以瞬时截面积（S ＝P/A ）。

拉伸试验时，A 0> A ，故σ <S ，条件应力—应变曲线位于真实应力—应变曲线之下。

压缩试验时，A 0< A ，故σ >S ，条件应力—应变曲线位于真实应力—应变曲线之上。

6、材料为灰铸铁，其试样直径d=30mm ，原标距长度h 。

=45mm 。

在压缩试验时，当试样承受到485kN 压力时发生破坏，试验后长度h=40mm 。

试求其抗压强度和相对收缩率。

答：抗压强度MPa A P bc bc 686)230(48500020=⋅==πσ 相对收缩率%1.1145404500=-=-=h h h ck ε 第四章 硬度1、硬度试验有哪些特点?答：硬度试验设备简单，操作方便，造成表面损伤小，基本属于无损检测。