【正文】 ii.學(xué)習(xí)參考。你必須努力，當(dāng)有一天驀然回首時(shí)，你的回憶里才會(huì)多一些色彩斑斕，少一些蒼白無(wú)力。4. 歲月是無(wú)情的，假如你丟給它的是一片空白，它還給你的也是一片空白。既糾結(jié)了自己，又打擾了別人。用一些事情，總會(huì)看清一些人。2. 若不是心寬似海，哪有人生風(fēng)平浪靜。4. 試說(shuō)明金屬蠕變斷裂的裂紋形成機(jī)理與常溫下金屬斷裂的裂紋形成機(jī)理有何不同？a) 蠕變斷裂時(shí)：晶粒交會(huì)處萌生楔形裂紋，晶界上空洞匯聚；b) 金屬斷裂時(shí)：i. 解理裂紋：甄納斯特羅位錯(cuò)塞積理論，柯垂?fàn)栁诲e(cuò)反應(yīng)理論微孔聚集型：微孔的形核，長(zhǎng)大和聚合。蠕變：材料在長(zhǎng)時(shí)間的恒溫、恒載荷作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。d) 剩余應(yīng)力στ：應(yīng)力松弛試驗(yàn)中，任一時(shí)間試樣上所保持的應(yīng)力。b) 蠕變極限σδτt：在規(guī)定溫度與試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，使試樣產(chǎn)生的蠕變總伸長(zhǎng)率不超過(guò)規(guī)定值的最大應(yīng)力。3. 熱處理工藝的影響a) 珠光體耐熱鋼：正火+高溫回火；b) 奧氏體耐熱鋼或合金：固溶處理+一次中間處理+時(shí)效；c) 形變熱處理使晶界呈鋸齒狀，并形成多邊化的亞晶界。2. 冶煉工藝的影響a) 夾雜物和某些冶金缺陷會(huì)降低持久強(qiáng)度極限。影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素1. 合金化學(xué)成分的影響：a) 蠕變激活能越高，越難蠕變。k) 剩余應(yīng)力：應(yīng)力松弛試驗(yàn)中，任一時(shí)間試樣上所保持的應(yīng)力。i) 擴(kuò)散蠕變：晶體內(nèi)空位從受拉晶界向受壓晶界遷移，原子朝相反方向運(yùn)動(dòng)，使得晶體伸長(zhǎng)的蠕變。h) 穩(wěn)態(tài)蠕變：晶粒內(nèi)出現(xiàn)位錯(cuò)增殖，應(yīng)變硬化的發(fā)展促進(jìn)了動(dòng)態(tài)回復(fù)的進(jìn)行，使金屬不斷軟化。f) 應(yīng)力松弛：在規(guī)定溫度和初始應(yīng)力條件下，金屬材料中的應(yīng)力隨時(shí)間增加而減小的現(xiàn)象。在規(guī)定溫度T與試驗(yàn)時(shí)間t內(nèi)，使試樣產(chǎn)生的蠕變總伸長(zhǎng)率不超過(guò)規(guī)定值ε的最大應(yīng)力為σ。d) 蠕變極限：材料在高溫長(zhǎng)時(shí)載荷作用下的塑性變形抗力指標(biāo)。2. 晶界上空洞匯聚：在晶界上的突起部位和細(xì)小的第二相質(zhì)點(diǎn)附近，由于晶界滑動(dòng)而產(chǎn)生空洞；空洞長(zhǎng)大，匯聚形成裂紋。1. 承受拉應(yīng)力的晶界，空位濃度增加；2. 承受壓應(yīng)力的晶界，空位濃度減小。3. 加速蠕變階段：晶界的應(yīng)力集中引起的微小裂紋；點(diǎn)陣缺陷在晶界處析出并產(chǎn)生空位；試樣本身出現(xiàn)頸縮。1. 減速蠕變階段：應(yīng)變硬化導(dǎo)致位錯(cuò)滑移阻力增大，蠕變速率降低；2. 穩(wěn)態(tài)蠕變階段：晶粒內(nèi)出現(xiàn)位錯(cuò)增殖，導(dǎo)致應(yīng)變硬化，促進(jìn)動(dòng)態(tài)回復(fù)進(jìn)行，使金屬不斷軟化。應(yīng)力較小、溫度較低時(shí)：蠕變恒速蠕變階段持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，甚至不出現(xiàn)加速蠕變階段；應(yīng)力較大、溫度較高時(shí)：蠕變恒速蠕變階段持續(xù)時(shí)間短，甚至消失，試樣在短時(shí)間內(nèi)斷裂，主要為加速蠕變。c) 蠕變：材料在長(zhǎng)時(shí)間的恒溫、恒載荷作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。由于高溫時(shí)晶界強(qiáng)度的下降速度比晶粒強(qiáng)度的快。b) 應(yīng)變速率大時(shí)，氫原子運(yùn)動(dòng)速率跟不上位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，無(wú)氫脆；c) 溫度過(guò)高時(shí)，熱擴(kuò)散作用增強(qiáng)，氫氣團(tuán)難以形成，也無(wú)氫脆。b) 機(jī)理：滑移溶解理論：i. 鈍化：在特定化學(xué)介質(zhì)中，表面形成一層鈍化膜；ii. 滑移：拉應(yīng)力作用下，局部塑性變形，產(chǎn)生滑移；iii. 膜破：滑移臺(tái)階在表面露頭時(shí)鈍化膜破裂，露出新鮮表面；iv. 陽(yáng)極溶解：新鮮金屬為陽(yáng)極，有鈍化膜的金屬為陰極，形成電化學(xué)腐蝕。3. 試述金屬產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的條件及機(jī)理。氫脆的特點(diǎn)：1. 裂紋從內(nèi)部開始；2. 裂紋幾乎不分叉，有二次裂紋；3. 腐蝕產(chǎn)物較少；4. 多數(shù)為沿晶斷裂，也可能出現(xiàn)穿晶解理或準(zhǔn)解理斷裂；5. 合金和純金屬均可能發(fā)生；6. 只要在含氫的環(huán)境或在能產(chǎn)生氫的情況下都能發(fā)生；7. 必須含有氫，強(qiáng)度越高，所需的含氫量越低；8. 陰極保護(hù)反而促進(jìn)高強(qiáng)鋼的氫脆傾向。防止氫脆的措施：環(huán)境因素：設(shè)法切斷氫進(jìn)入金屬的途徑；力學(xué)因素：排除產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力的因素；應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子小于氫脆門檻值；材質(zhì)因素：碳、硫、磷含量；強(qiáng)度等級(jí)；顯微組織；晶粒度。d) 氫脆斷口上一般沒(méi)有腐蝕產(chǎn)物或者其量極微。b) 在強(qiáng)度較低的材料中，或?yàn)楦邚?qiáng)度材料但受力不大時(shí)，其斷裂源在表面以下的某一深度，此處三向拉應(yīng)力最大，氫聚集在這里造成斷裂。應(yīng)變速率大時(shí)：氫原子的運(yùn)動(dòng)跟不上位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，無(wú)氫脆；溫度過(guò)高時(shí)：熱擴(kuò)散作用增強(qiáng)，氫氣團(tuán)難以形成，也無(wú)氫脆；因此氫致延滯斷裂在一定應(yīng)變速率和一定溫度范圍內(nèi)才能出現(xiàn)。g) 氫化物致脆：IVB或VB族金屬與氫極易形成氫化物，使金屬脆化。斷裂機(jī)理：(1) 孕育階段；[H]進(jìn)入鋼中， [H]在鋼中的遷移，氫的偏聚。(4) 高強(qiáng)度鋼的HIC具有可逆性。(2) 提高應(yīng)變速率，材料對(duì)氫脆的敏感性降低。3. 氫化物致脆：IVB或VB族金屬與氫極易形成氫化物，使金屬脆化。按照脆斷機(jī)制不同將氫脆分為：1. 氫蝕：高壓氣體使晶界結(jié)合力減弱而導(dǎo)致金屬脆化。按照氫脆的來(lái)源可將氫脆分為：內(nèi)部氫脆；環(huán)境氫脆。如果是穿晶斷裂，其斷口是解理或準(zhǔn)解理的。vii. 應(yīng)力腐蝕的主裂紋擴(kuò)展一般有分枝。v. 應(yīng)力腐蝕的裂紋多起源于表面蝕坑處，而裂紋的傳播途徑常垂直于拉力軸。iii. 只有在特定的合金成分與特定的介質(zhì)相組合時(shí)才會(huì)造成應(yīng)力腐蝕。3. 改善化學(xué)介質(zhì)：減少和消除有害化學(xué)離子，添加緩蝕劑。防止應(yīng)力腐蝕的措施：1. 合理選擇金屬材料：選用KISCC較高的合金。c) 應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)裂紋的擴(kuò)展量。3. KI初始 ≥ KIC時(shí)，加上初始載荷后試樣立即斷裂。斷裂判據(jù)：1. KI初始KISCC時(shí)，在應(yīng)力作用下，材料或零件可以長(zhǎng)期處于腐蝕環(huán)境中而不發(fā)生破壞。2. 微觀形貌：顯微裂紋呈枯樹枝狀；沿晶斷裂和穿晶斷裂；表面可見(jiàn)泥狀花樣的腐蝕產(chǎn)物及腐蝕坑。產(chǎn)生條件：拉應(yīng)力；特定的化學(xué)介質(zhì)；合金材料。它們可以使表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，提高表面強(qiáng)度硬度，借此提高金屬的疲勞強(qiáng)度。5. 試述金屬表面強(qiáng)化對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。c) 瞬斷區(qū)：粗糙，結(jié)晶狀或放射狀。b) 疲勞區(qū)：光滑，分布有貝紋線。a) 疲勞源：光亮度最大，是疲勞裂紋的萌生地；應(yīng)力狀態(tài)及大小不同，可有一個(gè)或幾個(gè)疲勞源。a) 疲勞是低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂；b) 疲勞是脆性斷裂；c) 疲勞對(duì)缺陷十分敏感。d) 疲勞門檻值ΔKth：表示材料阻止疲勞裂紋開始擴(kuò)展的性能，是材料的力學(xué)性能指標(biāo)。d) 工作條件的影響2. 解釋下列疲勞性能指標(biāo)的意義a) 疲勞極限σ1：材料經(jīng)無(wú)限次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂的最大應(yīng)力；b) 疲勞缺口敏感度qf：反映了在疲勞過(guò)程中材料發(fā)生應(yīng)力重新分布，降低應(yīng)力集中的能力。顯微組織：細(xì)化晶粒提高疲勞極限，熱處理組織的球狀第二相優(yōu)于片狀；非金屬夾雜物及冶金缺陷：使疲勞強(qiáng)度下降。方法：表面噴丸和滾壓處理；表面化學(xué)熱處理；表面淬火。b) 殘余應(yīng)力及表面強(qiáng)化的影響：表面疊加殘余壓應(yīng)力，使總應(yīng)力降低，疲勞強(qiáng)度提高。影響疲勞強(qiáng)度的主要因素：a) 表面狀態(tài)及尺寸因素的影響應(yīng)力集中：缺口導(dǎo)致應(yīng)力集中，產(chǎn)生微裂紋，σ1N↓；表面粗糙度：提高時(shí)，引起應(yīng)力集中，使σ1下降；尺寸因素：尺寸增加，疲勞極限下降；原因：尺寸增大，表面積相應(yīng)增加，表面含宏觀、微觀缺陷的絕對(duì)量及幾率上升。w) 循環(huán)硬化：在恒定應(yīng)變范圍循環(huán)作用下，隨循環(huán)周次增加其應(yīng)力不斷增加。v) 低周疲勞：金屬在循環(huán)載荷作用下，疲勞壽命為102~105次的疲勞斷裂。t) 熱疲勞：由溫度梯度和不均勻膨脹的循環(huán)變化產(chǎn)生的循環(huán)熱應(yīng)力和熱應(yīng)變作用下，產(chǎn)生的疲勞。σ1：光滑試樣的無(wú)限壽命疲勞強(qiáng)度，用于傳統(tǒng)的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)；△Kth：裂紋試樣的無(wú)限壽命疲勞性能，適于裂紋體的設(shè)計(jì)。意義：表示材料阻止疲勞裂紋開始擴(kuò)展的性能，是材料的力學(xué)性能指標(biāo)。特點(diǎn)：低應(yīng)力；不均勻性；持久駐留性。iii. 應(yīng)力大?。焊咧芷跁r(shí)，qf值高；低周疲勞時(shí)，qf值低。qf越小，其缺口敏感性越小。o) 過(guò)載損傷：在高于疲勞極限的應(yīng)力水平下運(yùn)轉(zhuǎn)一定周次后，其疲勞極限或疲勞壽命減小的現(xiàn)象。m) 過(guò)載損傷界：測(cè)出不同過(guò)載應(yīng)力水平和相應(yīng)的開始降低疲勞壽命的應(yīng)力循環(huán)周次，連接各試驗(yàn)點(diǎn)得到的直線。l) 疲勞裂紋擴(kuò)展速率：在一個(gè)應(yīng)力循環(huán)周期內(nèi)，疲勞裂紋向前擴(kuò)展的距離。i) 擠出脊：隨駐留滑移帶的加寬，經(jīng)反復(fù)滑移，金屬?gòu)膬?nèi)部擠出金屬表面；j) 侵入溝：反復(fù)滑移將金屬擠入內(nèi)部，在表面形成的溝槽。h) 條件疲勞極限：規(guī)定疲勞壽命下材料能承受的上限循環(huán)應(yīng)力。有應(yīng)變時(shí)效的金屬材料的疲勞曲線有水平段。貝紋線與疲勞條帶的區(qū)別：i. 疲勞條帶是疲勞斷口微觀特征，一次應(yīng)力循環(huán)產(chǎn)生一條疲勞條帶；貝紋線是疲勞斷口宏觀特征，由大的載荷變動(dòng)引起。c) 塑性鈍化模型機(jī)理：拉應(yīng)力下，裂紋張開且發(fā)生塑性變形，拉應(yīng)力達(dá)到最大值，裂紋尖端變?yōu)榘雸A形，發(fā)生鈍化，裂紋尖端應(yīng)力集中減小，裂紋停止擴(kuò)展，形成一個(gè)疲勞條帶。以純剪切方式向內(nèi)擴(kuò)展。4. 一般在疲勞源的對(duì)側(cè)。是裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展形成的斷口區(qū)域。貝紋線的意義：1. 是疲勞斷口最典型的宏觀特征；其凹向?yàn)槠谠?，凸?cè)指向裂紋擴(kuò)展方向，或者與此相反；2. 貝紋線的間距越小，說(shuō)明材料韌性越好，說(shuō)明疲勞裂紋的擴(kuò)展速率越慢；3. 離疲勞源越近，貝紋線越密集。貝紋線是疲勞區(qū)的最典型宏觀特征。i. 疲勞源：光亮度大，是疲勞裂紋的萌生地；應(yīng)力狀態(tài)及大小不同，可有一個(gè)或幾個(gè)疲勞源。特點(diǎn)：疲勞是低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂；疲勞是脆性斷裂；疲勞對(duì)缺陷十分敏感。b) 疲勞：金屬構(gòu)件在變動(dòng)應(yīng)力和應(yīng)變長(zhǎng)期作用下，由于累積損傷而引起的斷裂現(xiàn)象。m1/2。此處可以認(rèn)為疲勞斷口正好處于臨界裂紋尺寸時(shí)發(fā)生斷裂。由于KIKIC，因此該件不安全。首先σ/=，需要修正。4. 有一大型板件，=1200MPa，KIC=115MPa防止方法：采用斷裂力學(xué)等新的強(qiáng)度理論和新的材料性能評(píng)定指標(biāo)，在給定裂紋尺寸的情況下，確定允許的最大工作應(yīng)力，或者當(dāng)工作應(yīng)力確定后，根據(jù)斷裂判據(jù)確定不發(fā)生脆性斷裂時(shí)所允許的最大裂紋尺寸3. 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)而用其他判據(jù)