【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 性狀態(tài)。而面心立方金屬因位錯(cuò)寬度比較大，對(duì)溫度不敏感，故一般不顯示低溫脆性。 體心立方金屬的低溫脆性還可能與遲屈服現(xiàn)象有關(guān)，對(duì)低碳鋼施加一 高于屈服強(qiáng)度的 高速 載荷時(shí)，材料并不立即產(chǎn)生屈服，而需要經(jīng)過一段孕育期（稱為遲屈時(shí)間）才開始塑性變形，這種現(xiàn)象稱為 遲屈服現(xiàn)象。由于材料在孕育期中只產(chǎn)生彈性變形，沒有塑性變形消耗能量，所以有利于裂紋擴(kuò)展，往往表現(xiàn)為脆性破壞。 第四章 金屬的斷裂韌度 一、 名詞解釋 ：高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度鋼的機(jī)件 ，中低強(qiáng)度鋼的大型、重型機(jī)件在屈服應(yīng)力以下發(fā)生的斷裂。 （ ? 型）裂紋： 拉應(yīng)力垂直作用于裂紋擴(kuò)展面，裂紋沿作用力方向張開，沿裂紋面擴(kuò)展的裂紋。 ?K ： 表示應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度。 在裂紋尖端區(qū)域各點(diǎn)的應(yīng)力分量除了決定于位置外，尚與強(qiáng)度因子 ?K 有關(guān)，對(duì)于某一確定的點(diǎn)，其應(yīng)力分量由 ?K 確定， ?K 越大，則應(yīng)力場(chǎng)各點(diǎn)應(yīng)力分量也越大，這樣 ?K 就可以表示應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度，稱 ?K 為應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子。 “ I”表示I型裂紋。【 P68】 ： 塑性區(qū)的尺寸較裂紋尺寸及凈截面尺寸小一個(gè)數(shù)量級(jí)以上 的屈服 ，這就稱為小范圍屈服?！?P71】 ：裂紋發(fā)生屈服時(shí) 其法向 的應(yīng)力。【新書 P73：舊 P85】 ： 將原有的裂紋長(zhǎng)度與松弛后的塑性區(qū)相合并得到的裂紋長(zhǎng)度 【新 P74；舊 P86】。 K判據(jù)：裂紋在受力時(shí)只要滿足 ICI KK ? ，就會(huì)發(fā)生脆性斷裂 .反之，即使存在裂紋，若 ICI KK ? 也不會(huì)斷裂。新 P71：舊８３ GI： I型裂紋擴(kuò)展單位面積時(shí)系統(tǒng)釋放勢(shì)能的數(shù)值。 P76/P88 G判據(jù)： ICI GG ? ，當(dāng)Ｇ Ｉ 滿足上述條件時(shí)裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂。 P77/P89 二 、說明下列斷裂韌度指標(biāo)的意義及其相互關(guān)系 CK? 和 CK 答： 臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的 ?K 記作 CK? 或 CK ， CK? 為平面應(yīng)變下的斷裂韌度，表示在平面應(yīng)變條件下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。 CK 為平面應(yīng)力斷裂韌度，表示在平面應(yīng)力條件下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。 它們都是 ? 型裂紋的材料裂紋韌性指標(biāo)，但 CK 值與試樣厚度有關(guān)。當(dāng)試樣厚度增加，使裂紋尖端達(dá)到平面應(yīng)變狀態(tài)時(shí)，斷裂韌度趨于一穩(wěn)定的最低值，即為 CK? ，它與試樣厚度無關(guān)，而是真正的材料常數(shù)。 P71/P82 CG? 答： P77/P89 當(dāng) ?G 增加到某一臨界值時(shí)， ?G 能克服裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的阻力，則裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂。將 ?G 的臨界值記作 cG? ，稱斷裂韌度，表示材料阻止裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)單位面積所消耗的能量，其單位與 ?G 相同， MPa m 三 、 試述低應(yīng)力脆斷的原因及防止方法。 答： 低應(yīng)力脆斷的原因：在材料的生產(chǎn)、機(jī)件的加工和使用過程中產(chǎn)生不可避免的宏觀裂紋，從而使機(jī)件在低于屈服應(yīng)力的情況發(fā)生斷裂。 預(yù)防措施：將斷裂判據(jù)用于機(jī)件的設(shè)計(jì)上，在給定裂紋尺寸的情況下，確定機(jī)件允許的最大工作應(yīng)力，或者 當(dāng)機(jī)件的工作應(yīng)力確定后，根據(jù)斷裂判據(jù)確定機(jī)件不發(fā)生脆性斷裂時(shí)所允許的最大裂紋尺寸。 四 、為什么研究裂紋擴(kuò)展的力學(xué)條件時(shí)不用應(yīng)力判據(jù)而用其它判據(jù)？ 答：裂紋前端的應(yīng)力是一個(gè)變化復(fù)雜的多向應(yīng)力，如用它直接建立裂紋擴(kuò)展的應(yīng)力判據(jù)，顯得十分復(fù)雜和困難；而且當(dāng) r→ 0 時(shí)，不論外加平均應(yīng)力如何小，裂紋尖端各應(yīng)力分量均趨于無限大，構(gòu)件就失去了承載能力，也就是說，只要構(gòu)件一有裂紋就會(huì)破壞，這顯然與實(shí)際情況不符。這說明經(jīng)典的強(qiáng)度理論單純用應(yīng)力大小來判斷受載的裂紋體是否破壞是不正確的。因此無法用應(yīng)力判據(jù)處理這一問題。因此只能用其 它判據(jù)來解決這一問題。 五、 試述應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的意義及典型裂紋 ?K 的表達(dá)式 答： 應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子 ?K ： 表示應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度。 在裂紋尖端區(qū)域各點(diǎn)的應(yīng)力分量除了決定于位置外，尚與強(qiáng)度因子 ?K 有關(guān)，對(duì)于某一確定的點(diǎn)，其應(yīng)力分量由 ?K 確定， ?K 越大，則應(yīng)力場(chǎng)各點(diǎn)應(yīng)力分量也越大，這樣 ?K 就可以表示應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度，稱 ?K 為應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子。 “ I”表示 I 型裂紋。 幾種裂紋的 ?K 表達(dá)式，無限大板 穿透裂紋： aK ???? ；有限寬板穿透裂紋：)(bafaK ????；有限寬板單邊直裂紋： )(bafaK ????當(dāng) b? a 時(shí)， aK ???? ；受彎單邊裂紋梁： )()( 6 2/3 bafab MK ???；無限大物體內(nèi)部有橢圓片裂紋，遠(yuǎn)處受均勻拉伸：4/12222 )c os(s i n ???? caaK ???? ；無限大物體表面有半橢圓裂紋，遠(yuǎn)處均受拉伸： A 點(diǎn)的??? aK ?? 。 六、 試述 K判據(jù)的意義及用途。 答： K判據(jù)解決了經(jīng)典的強(qiáng)度理論不能解決存在宏觀裂紋為什么會(huì)產(chǎn)生低應(yīng)力脆斷的原因。 K判據(jù)將材料斷裂韌度同機(jī)件的工作應(yīng)力及裂紋尺寸的關(guān)系定量地聯(lián)系 起來，可直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算，估算裂紋體的最大承載能力、允許的裂紋最大尺寸，以及用于正確選擇機(jī)件材料、優(yōu)化工藝等。 P71/P83 七、 試述裂紋尖端塑性區(qū)產(chǎn)生的原因及其影響因素。 答：機(jī)件上由于存在裂紋，在裂紋尖端處產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng) σ y 趨于材料的屈服應(yīng)力時(shí)，在裂紋尖端處便開始屈服產(chǎn)生塑性變形，從而形成塑性區(qū)。 影響塑性區(qū)大小的因素有 ：裂紋在厚板中所處的位置，板中心處于平面應(yīng)變狀態(tài)，塑性區(qū)較?。话灞砻嫣幱谄矫鎽?yīng)力狀態(tài)，塑性區(qū)較大。但是無論平面應(yīng)力或平面應(yīng)變，塑性區(qū)寬度總是與（ KIC/σ s)2成正比。 八、 試述塑性 區(qū)對(duì) KI的影響及 KI的修正方法和結(jié)果。 由于裂紋尖端塑性區(qū)的存在將會(huì)降低裂紋體的剛度，相當(dāng)于裂紋長(zhǎng)度的增加，因而影響應(yīng)力場(chǎng)和 KI的計(jì)算，所以要對(duì) KI進(jìn)行修正。 最簡(jiǎn)單而適用的修正方法是在計(jì)算 KI時(shí)采用 “ 有效裂紋尺寸 ” ，即以虛擬有效裂紋代替實(shí)際裂紋，然后用線彈性理論所得的公式進(jìn)行計(jì)算?；舅悸肥牵?塑性區(qū)松弛彈性應(yīng)力的作用 與 裂紋長(zhǎng)度增加松弛彈性應(yīng)力的作用是等同的，從而引入 “ 有效長(zhǎng)度 ” 的概念，它實(shí)際包括裂紋長(zhǎng)度和塑性區(qū)松弛應(yīng)力的作用 。 KI 的修正方法 忽略了在塑性區(qū)內(nèi)應(yīng)變能釋放率與彈性體應(yīng)變能釋放率的差別，因此，只 是近似結(jié)果。當(dāng)塑性區(qū)小時(shí)，或塑性區(qū)周圍為廣大的彈性去所包圍時(shí)，這種結(jié)果還是很精確。但是當(dāng)塑性區(qū)較大時(shí)，即屬于大范圍屈服或整體屈服時(shí)，這個(gè)結(jié)果是不適用的。 九 、 有一大型板件，材料的 σ =1200MPa， KIc=115MPa*m1/2，探傷發(fā)現(xiàn)有 20mm長(zhǎng)的橫向穿透裂紋，若在平均軸向拉應(yīng)力 900MPa下工作，試計(jì)算 KI及塑性區(qū)寬度 R0，并判斷該件是否安全？ 解：由題意知穿透裂紋受到的 工作 應(yīng)力為σ =900MPa 根據(jù) σ/σ ，確定裂紋斷裂韌度 KIC是否 需 要修正 因?yàn)?σ/σ =900/1200=，所以裂紋斷裂韌度 KIC需要修正 對(duì)于無限板的中心穿透裂紋，修正后的 KI為： 因?yàn)?KI=（ MPa*m1/2） KIc=115（ MPa*m1/2） 所以： KIKIc ，裂紋會(huì)失穩(wěn)擴(kuò)展 , 所以該件不安全。 十、 有一軸件平行軸向工作應(yīng)力 150MPa，使用中發(fā)現(xiàn)橫向疲勞脆性正斷，斷口分析表明有 25mm深度的表面半橢圓疲勞區(qū)，根據(jù)裂紋 a/c 可以確定φ =1，測(cè)試材料的 σ =720MPa ，試估算材 料的斷裂韌度 KIC為多少？ 解： 因?yàn)?σ/σ =150/720=，所以裂紋斷裂韌度 KIC不需要修正 KIC=Yσ cac1/2 對(duì)于表面半橢圓裂紋， Y= /φ = 所以， KIC=Yσ cac1/2= 310251 5 0 ????? =（ MPa*m1/2） 第五章 金屬的疲勞 一、 名詞解釋 。 σ a:σ a=1/2(σ maxσ min) p95/p108 σ m： σ m=1/2(σ max+σ min) p95/p107 r:r=σ min/σ max p95/p108 ：是疲勞裂紋萌生的策源地，一般在機(jī)件表面常和缺口，裂紋，刀痕，蝕坑相連。 P96 2/122I mM P a168)( )/( ??? ?????saK ???? 1 2sI0 ??????????? ?? KR塑性區(qū)寬度：是疲勞區(qū)的最大特征，一般認(rèn)為它是由載荷變動(dòng)引起的，是裂紋前沿線留下的弧狀臺(tái)階痕跡。 P97/p110 ：疲勞裂紋擴(kuò)展的第二階段的斷口特征是具有略 呈 彎曲并相互平行的溝槽花樣，稱為疲勞條帶（疲勞輝紋，疲勞條紋） p113/p132 ：用電解拋光的方法很難將已產(chǎn)生的表面循環(huán)滑移帶去除，當(dāng)對(duì) 試 樣重新循環(huán)加載時(shí)，則循環(huán)滑移帶又會(huì)在原處再現(xiàn) ，這種永留或再現(xiàn)的循環(huán)滑移帶稱為駐留滑移帶。 P111 :材料的疲勞