【正文】 脆性材料或塑性材料，都因機件上的缺口造成兩向或三向應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力集中而產(chǎn)生脆性傾向，降低了機件的使用安全性。為了評定不同金屬材料的缺口變脆傾向，必須采用缺口試樣進行靜載力學(xué)性能試驗。 四 、試綜合比較光滑試樣軸向拉伸、缺口試樣軸向拉伸和偏斜拉伸試驗的特點。 光 滑試樣軸向拉伸試驗：截面上無應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力分布均勻，僅在頸縮時發(fā)生應(yīng)力狀態(tài)改變。 缺口試樣軸向拉伸試驗：缺口截面上出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力分布不均，應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)生兩向或三向拉應(yīng)力狀態(tài)，致使材料的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)降低，脆性增大。 偏斜拉伸試驗：在拉伸試驗時在試樣與試驗機夾頭之間放一墊圈，使試樣的軸線與拉伸力形成一定角度進行拉伸。該試驗用于檢測螺栓一類機件的安全使用性能。 偏斜拉伸試驗：試樣同時承受拉伸和彎曲載荷的復(fù)合作用，其應(yīng)力狀態(tài)更 “ 硬 ” ，缺口截面上的應(yīng)力分布更不均勻，更能顯示材料對缺口的敏感性。 五 、試說明布氏硬度、洛氏硬度與維氏硬度的實驗原理，并比較布氏、洛氏與維氏硬度試驗方法的優(yōu)缺點?！?P49 P57】 原理 布氏硬度 ： 用鋼球或硬質(zhì)合金球作為壓頭，計算單位 表 面積所承受的試驗力 。 洛氏硬度 ： 采用金剛石圓錐體或小淬火鋼球作壓頭，以測量壓痕深度。 維氏 硬度 ： 以兩相對面夾角為 136。 的金剛石四棱錐作壓頭， 計算 單位 表 面積所承受的試驗力。 布氏硬度 優(yōu)點：實驗時一般采用直徑較大的壓頭球，因而所得的壓痕面積比較大。壓痕大的一個優(yōu)點是其硬度值能反映金屬在較大范圍內(nèi)各組成相得平均性能；另一個優(yōu)點是實驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重 復(fù)性強。缺點：對不同材料需更換不同直徑的壓頭球和改變試驗力，壓痕直徑的測量也較麻煩，因而用于自動檢測時受到限制。 洛氏 硬度 優(yōu)點：操作簡便，迅捷，硬度值可直接讀出；壓痕較小，可在工件上進行試驗；采用不同標(biāo)尺可測量各種軟硬不同的金屬和厚薄不一的試樣的硬度，因而廣泛用于熱處理質(zhì)量檢測。缺點：壓痕較小，代表性差；若材料中有偏析及組織不均勻等缺陷，則所測硬度值重復(fù)性差，分散度大；此外用不同標(biāo)尺測得的硬度值彼此沒有聯(lián)系，不能直接比較。 維氏 硬度 優(yōu)點：不存在布氏硬度試驗時要求試驗力 F與壓頭直徑 D之間所規(guī)定條件的約束，也不 存在洛氏硬度試驗時不同標(biāo)尺的硬度值無法統(tǒng)一的弊端；維氏硬度試驗時不僅試驗力可以任意取，而且壓痕測量的精度較高，硬度值較為準(zhǔn)確。缺點是硬度值需要通過測量壓痕對角線長度后才能進行計算或查表，因此，工作效率比洛氏硬度法低的多。 六、 今有如下零件和材料需要測定硬度，試說明選擇何種硬度實驗方法為宜。 （ 1）滲碳層的硬度分布；（ 2）淬火鋼；（ 3）灰鑄鐵；（ 4）鑒別鋼中的隱晶馬氏體和殘余奧氏體；（ 5）儀表小黃銅齒輪；（ 6）龍門刨床導(dǎo)軌；（ 7）滲氮層；（ 8）高速鋼刀具；（ 9）退火態(tài)低碳鋼；（ 10）硬質(zhì)合金。 （ 1）滲碳層的 硬度分布 HK或 顯微 HV （ 2）淬火鋼 HRC （ 3）灰鑄鐵 HB （ 4）鑒別鋼中的隱晶馬氏體和殘余奧氏體 顯微 HV 或者 HK （ 5）儀表小黃銅齒輪 HV （ 6）龍門刨床導(dǎo)軌 HS（肖氏硬度）或 HL(里氏硬度 ) （ 7）滲氮層 HV （ 8）高速鋼刀具 HRC （ 9）退火態(tài)低碳鋼 HB （ 10）硬質(zhì)合金 HRA 七 、在評定材料的缺口敏感性時，什么情況下宜選用缺口靜拉伸試驗 ?什么情況下宜選用缺口偏斜拉伸 ?什么情況下則選用缺口靜彎試驗 ? 答案：缺口靜拉伸試驗主要用于比較淬火低中溫回火的各種高強度鋼，各種高強度鋼在屈服強度小于 1200MPa 時，其缺口強度均隨著材料屈服強度的提高而升高；但在屈服強度超過 1200MPa以上時，則表現(xiàn)出不同的特性，有的開始降低，有的還呈上升趨勢。 缺口偏斜拉伸試驗就是在更苛刻的應(yīng)力狀態(tài)和試驗條件下，來檢驗與對比不同材料或不同工藝所表現(xiàn)出的性能差異。 缺口試樣的靜彎試驗則用來評定或比較結(jié)構(gòu)鋼的缺口敏感度和裂紋敏感度。 第三章 金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能 一、 名詞解釋 :材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力?！?P57】 : 缺口試樣沖擊彎曲試驗中，擺錘沖斷試樣失去的位能為 mgH1mgH2。此即為試樣變形和斷裂所消耗的功，稱為沖擊吸收功，以 KA 表示，單位為 J。 P57/P67 ： 體心立方晶體金屬及合金或某些密排六方晶體金屬及其合金，特別是工程上常用的中、低強度結(jié)構(gòu)鋼（鐵素體 珠光體鋼），在試驗溫度低于某一溫度 kt 時，會由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功 明顯下降，斷裂機理由微孔聚集型變?yōu)榇┚Ы饫硇?，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性。 :材料使用溫度和韌脆轉(zhuǎn)變溫度的差值，保證材料的低溫服役行為。 二、 說明下面力學(xué)性能指標(biāo)的意義 （ 1） Ak：沖擊吸收功。含義見上面。沖擊吸收功不能真正代表材料的韌脆程度，但由于它們對材料內(nèi)部組織變化十分敏感，而且沖擊彎曲試驗方法簡便易行，被廣泛采用。 AKV： V型缺口試樣沖擊吸收功 . AKU： U型缺口沖擊吸收功 . （ 2） FATT50：沖擊試樣斷口分為纖維區(qū)、放射區(qū)（結(jié)晶區(qū)）與剪切唇三部分，在不同試驗溫 度下，三個區(qū)之間的相對面積不同。溫度下降，纖維區(qū)面積突然減少，結(jié)晶區(qū)面積突然增大，材料由韌變脆。通常取結(jié)晶區(qū)面積占整個斷口面積 50%時的溫度為 kt ，并記為 50%FATT，或 FATT50%， t50。（新書 P61，舊書 P71） 或 :結(jié)晶區(qū)占整個斷口面積 50%時 的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度 . （ 3） NDT: 以低階能開始上升的溫度定義的韌脆轉(zhuǎn)變溫度 ,稱為無塑性或零塑性轉(zhuǎn)變溫度 。 （ 4） FTE: 以低階能和高階能平均值對應(yīng)的溫度定義 tk，記為 FTE （ 5） FTP: 以高階能對應(yīng) 的溫度為 tk，記為 FTP 三 、試說明低溫脆性的物理本質(zhì)及其影響因素 低溫脆性的物理本質(zhì)：宏觀上對于那些有低溫脆性現(xiàn)象的材料，它們的屈服強度會隨溫度的降低急劇增加，而斷裂強度隨溫度的降低而變化不大。當(dāng)溫度降低到某一溫度時，屈服強度增大到高于斷裂強度時，在這個溫度以下材料的屈服強度比斷裂強度大，因此材料在受力時還未發(fā)生屈服便斷裂了，材料顯示脆性。 從微觀機制來看低溫脆性與位錯在晶體點陣中運動的阻力有關(guān)，當(dāng)溫度降低時，位錯運動阻力增大，原子熱激活能力下降，因此材料屈服強度增加。 影響材料低溫脆性的因素有（ P63， P73）： 1．晶體結(jié)構(gòu)：對稱性低的體心立方以及密排六方金屬、合金轉(zhuǎn)變溫度高，材料脆性斷裂趨勢明顯，塑性差。 2．化學(xué)成分：能夠使材料硬度，強度提高的雜質(zhì)或者合金元素都會引起材料塑性和韌性變差，脆性提高。 3．顯微組織：①晶粒大小，細化晶?？梢酝瑫r提高材料的強度和塑韌性。因為 晶界是裂紋擴展的阻力，晶粒細小，晶界總面積增加，晶界處塞積的位錯數(shù)減少，有利于降低應(yīng)力集中；同時晶界上雜質(zhì)濃度減少，避免產(chǎn)生沿晶脆性斷裂。②金相組織：較低強度水平時強度相等而組織不同的鋼，沖擊吸 收功和韌脆轉(zhuǎn)變溫度以馬氏體高溫回火最佳，貝氏體回火組織次之，片狀珠光體組織最差。鋼中夾雜物、碳化物等第二相質(zhì)點對鋼的脆性有重要影響，當(dāng)其尺寸增大時均使材料韌性下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高。 四、什么是低溫脆性、韌脆轉(zhuǎn)變溫度 tk？產(chǎn)生低溫脆性的原因是什么？體心立方和面心立方金屬的低溫脆性有何差異？為什么？ 答：在試驗溫度低于某一溫度 tk時，會由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變 為 脆性狀態(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機理由微孔聚集型轉(zhuǎn)變穿晶斷裂，斷口特征由纖維狀轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性。 tk 稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。 低溫脆性是材料屈服強度隨 溫度降低而急劇增加，而解理斷裂強度隨溫度變化很小的結(jié)果。當(dāng)溫度高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度時，斷裂強度大于屈服強度，材料先屈服再斷裂；當(dāng)溫度低于韌脆轉(zhuǎn)變溫度時，斷裂強度小于屈服強度，材料無屈服直接斷裂。 體心立方金屬的低溫脆性比面心立方金屬的低溫脆性顯著。 這是因為派拉力對其屈服強度的影響占有很大比重，而派拉力是短程力，對溫度很敏感，溫度降低時，派拉力大幅增加，則其強度急劇增加而變脆。 五、 試從宏觀上和微觀上解釋為什么有些材料有明顯的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，而另外一些材料則沒有？ 宏觀上，體心立方中、低強度結(jié)構(gòu)鋼隨溫度的降低沖 擊功急劇下降，具有明顯的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。而高強度結(jié)構(gòu)鋼在很寬的溫度范圍內(nèi)，沖擊功都很低，沒有明顯的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。面心立方金屬及其合金一般沒有韌脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。 微觀上，體心立方金屬中位錯運動的阻力對溫度變化非常敏感，位錯運動阻力隨溫度下降而增加，在低溫下，該材料處于脆