材料力性能考试题
答案
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07 秋 材料力学性能
得分 一、填空：（每空1分,总分25分）
1. 材料硬度的测定方法有 、 和 。
2. 在材料力学行为的研究中，经常采用三种典型的试样进行研究，即 、 和 。
3. 平均应力越高，疲劳寿命 。
4. 材料在扭转作用下,在圆杆横截面上无正应力而只有 ,中心处切应力为 ,表面处 。
5. 脆性断裂的两种方式为 和 。 6. 脆性材料切口根部裂纹形成准则遵循 断裂准则；塑性材料切口根部裂纹形成准则遵循 断裂准则；
7. 外力与裂纹面的取向关系不同，断裂模式不同，张开型中外加拉应力与断裂面 ，而在滑开型中两者的取向关系则为 。
8．蠕变断裂全过程大致由 、 和
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三个阶段组成。
9．磨损目前比较常用的分类方法是按磨损的失效机制分为 、 和腐蚀磨损等。
10．深层剥落一般发生在表面强化材料的 区域。
11．诱发材料脆断的三大因素分别是 、 和 。
得分 二、选择：（每题1分，总分15分）
（ ）1. 下列哪项不是陶瓷材料的优点
a）耐高温 b) 耐腐蚀 c) 耐磨损 d)塑性好
（ ）2. 对于脆性材料，其抗压强度一般比抗拉强度
a) 高 b) 低 c) 相等 d) 不确定
（ ）3.用10mm直径淬火钢球，加压3000kg，保持30s，测得的
布氏硬度值为150的正确表示应为 a) 150HBW10／3000／30 b) 150HRA3000／l0／30
c) 150HRC30／3000／10 d) 150HBSl0／3000／30
（ ）4. 对同一种材料，δ5比δ10
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a) 大 b) 小 c) 相同 d) 不确定
（ ）5. 下列哪种材料用显微硬度方法测定其硬度。
a) 淬火钢件 b) 灰铸铁铸件 c) 退货态下的软钢 d) 陶瓷
（ ）6. 下列哪种材料适合作为机床床身材料
a) 45钢 b) 40Cr钢 c) 35CrMo钢 d) 灰铸铁
（ ）7. 下列哪种断裂模式的外加应力与裂纹面垂直，因而
它是最危险的一种断裂方式。
a) 撕开型 b) 张开型 c) 滑开型 d) 复合型
（ ）8. 下列哪副图是金属材料沿晶断裂的典型断口形貌
a) b) c) d) （ ）9. 下列哪种材料中的弹性模量最高
a) 氧化铝 b) 钢 c) 铝 d) 铜
（ ）10. 韧性材料在什么样的条件下可能变成脆性材料
a) 增大缺口半径 b) 增大加载速度 c) 升高温度 d) 减小晶粒尺寸
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（ ）11．应力腐蚀门槛值正确的符号为
a) KISCC b) ΔKth c) KIC d) CF
（ ）12．σm=0 ， R=-1 表示下列哪种循环应力
a) 交变对称循环 b)交变不对称循环 c) 脉动循环 d) 波动循环
（ ）13．为提高材料的疲劳寿命可采取如下措施
a)引入表面拉应力 b) 引入表面压应力 c) 引入内部压应力 d) 引入内部拉应力
（ ）14．工程上产生疲劳断裂时的应力水平一般都比条件
屈服强度
a) 高 b) 低 c) 一样 d) 不一定
（ ）15．下列曲线中哪种为脆性材料的应力-应变曲线
a) b) c) d)
得分 三、判断：（每题1 分，总分15分）
（ ）1.材料的力学行为与材料的力学性能是同一概念。
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（ ）2. 比例极限、弹性极限与屈服强度都是表征材料对微量
塑性变形的抗力，它们之间没有质的差异而只有量的差别。
（ ）3. 压缩可以看作是反向拉伸。因此，拉伸试验时所定义
的各个力学性能指标和相应的计算公式，在压缩试验中基本上都能应用。
（ ）4. 根据扭转试样的断口特征，不能判断断裂的性质和引
起断裂的原因。
（ ）5. 评价陶瓷材料的强度一般用抗弯强度。 （ ）6. KIC为平面应力状态下的断裂韧性
（ ）7. 解理断裂中，“河流”的流向与裂纹扩展方向相反，故可
从“河流”的流向去寻找断裂源。
（ ）8. Griffith强度理论指出，含裂纹板材的实际断裂强度
与裂纹半长的平方根成正比。
（ ）9. 金属材料的切口强度不是材料常数，切口敏感度系数
也不是材料常数。
（ ）10. 塑性材料在平面应力的切口根部裂纹形成应力大于平
面应变状态下的。
（ ）11. 硬度越高，材料的耐磨性能越好。
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（ ）12. 高强度材料的切口敏感度低, 低强度高塑性材料的切
口敏感度高,而脆性材料完全切口敏感的。
（ ）13. 金属只有在特定介质中才能发生腐蚀疲劳。 （ ）14. 陶瓷材料的弹性模量比金属材料的高，且对气孔敏
感。
（ ）15. 适量的微裂纹存在于陶瓷材料中将降低热震损伤性。
得分 四、名词解释：（每题3 分，总分15分）
1. 低温脆性
2. 应力腐蚀断裂
3. 形变强化
4．应力强度因子
5．抗热震性
得分 五、简答：（总分20分）
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1.试画出连续塑性变形强化材料的应力—应变曲线? 解释连续塑性变形强化工程应力－应变曲线的变化趋势，并说明如何根据应力—应变曲线确定材料的屈服强度？（5分）
2. 试用位错增殖理论解释多晶体金属产生明显物理屈服的现象？（5分）
3．简述ΔKth及其工程实际意义. （5分）
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4．简述蠕变中的强化与软化过程 （5分）
得分 六、计算：（10分）
,裂纹长度
=4
，应力
已知一构件的工作应力=800场强度因子示：
=
,钢材
随
增加而下降，其变化如下表所
1100 1200 1300 1400 1500 108.50 85.25 69.75 54.25 46.50
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若按屈服强度计算的安全系数=1.4，试找出既保证材料强度储备又不发生脆性断裂的钢材强度。若=1.7时，上述材料是否满足要求?（10分）
材料2007年“材料力学性能”试卷A标准答案及评分标准
一、填空题
1．压入法，回跳法，刻画法 2．光滑试样，切口试样，带裂纹试样 3．越低
4．切应力，零，最大 5．穿晶断裂，沿晶断裂 6．正应力，正应变 7．垂直，平行
8．减速蠕变阶段，恒速蠕变阶段，加速蠕变阶段
9．黏着磨损，磨料磨损（微动磨损，冲蚀磨损，接触疲劳磨损也可） 10．过渡区
11．切口，低温，高速加载
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二、选择题
1-5 d a d a d 6-10 d b c a b 11-15 a a b b a 三、判断题
1-5 X √ √ X √ 6-10 X X X X √ 11-15 √ X √ √ X 四、名词解释
1、低温脆性：一些具有体心立方晶格的金属，当温度降低到某一温度时，由于塑性降低到零而变为脆性状态，这种现象称为低温脆性。
2、应力腐蚀断裂：材料在静应力和腐蚀介质共同作用下发生的脆性断裂。 3、形变强化：绝大多数金属材料在室温下屈服后，要使塑性变形继续进行，必须不断增大应力，所以在真应力-真应变曲线上表现为流变应力不断上升。这种现象称为形变强化。
4、应力强度因子：反映了裂纹尖端区域应力场的强度，故称为应力强度因子。（它综合反映了外加应力裂纹长度对裂纹尖端应力场强度的影响。） 5、抗热震性：材料承受温度骤变而不破坏的能力称为材料的抗热震性。 五、简答题
b
1、答：连续塑性变形强化材料的应力—应变曲线如右图所示（2分）； 屈服强度：工程上通常以产生0.2%的残留变形时的应力记为屈服强度。（2分；文字回答或做图均可）（2分）
工程应力－应变曲线呈先升后降的趋势，这与工程应力的定义有关，并不代表材料的本性。具体解释为：当拉伸应力超过弹性极限时，便在试件标据内 的最弱部位产生塑性变形，并使该部位的材料发生变形强化， 从而增大材料进一步塑性变形的抗力，这时，只有提高应力， 才能在次弱部位产生塑性变形，材料随即有在此处强化，因此，
在曲线上表现为随应变的增大，应力也在连续的升高，一直到b点，到达b点后，材料的变形强化已不能补偿由于横截面积的减小而引起的承载能力的下降，因而在曲线上表现为下降。（3分）
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2、答：金属材料塑性应变速率与可动位错密度ρ、位错运动速率ν及柏氏矢量的关系式为b.由于变形前的材料中可动位错很少，为了适应一定的宏观变形速率的要求，必须增大位错运动速率。而位错运动速率又取决于应力的大小，其关系式为(/0)m.于是，要增大位错运动速率，就必须有较高的外应力，就出现了上屈服点。（3分）接着发生塑性变形，位错大量增殖，ρ增大，为适应原先的形变速率，位错运动速率必然大大降低，相应的应力也就突然降低，出现了屈服降落现象。（2分）
3、答：ΔKth是疲劳裂纹不扩展的ΔK临界值，称为疲劳裂纹扩展门槛值，即：ΔK<ΔKth时，裂纹不扩展；ΔK<ΔKth，裂纹开始扩展，表示材料阻止疲劳裂纹开始扩展的性能，也是材料的力学性能指标，其值越大，阻止疲劳裂纹开始扩展的阻力就越大，材料性能就越好。（3分） ΔK＝YΔσa1/2≤ΔKth，根据该式，若已知裂纹件的裂纹尺寸a和材料的疲劳门槛值ΔKth，就可求得该件无限疲劳寿命的承载能力。若已知裂纹件的工作载荷Δσ和ΔKth，即可求得裂纹的允许尺寸。（2分）
4、答：蠕变过程中位错因受到各种障碍的阻滞产生塞积现象，滑移便不能继续进行。只有施加更大的外力才能引起位错重新运动和继续变形，这就是强化。（2分）但蠕变式在恒应力下进行的，位错可借助于热激活来克服某些障碍，使得变形不断产生，这就是软化。（2分）在整个蠕变过程中，材料的强化和软化过程是一起发生的。（1分） 六、计算题
答：（1）保证材料强度储备的判据为：σ≤[σ]=σ0.2/n （2分） 所以σ0.2=n[σ]≥nσ
当n=1.4时，σ0.2≥1.4×800=1120（MPa） （1分） 当n=1.7时，σ0.2≥1.7×800=1360（MPa） （1分） （2）保证材料不发生脆性断裂的判据为：KⅠ≤KⅠC （2分） KⅠ=2σa1/2=2×800×（2×10-3）1/2=71.55（MPa·m1/2）（2分） （3）根据上述两个判据确定满足要求的钢材为：
当n=1.4时，σ0.2=1200（MPa）、KⅠC=85.25（MPa·m1/2）的钢
材；
（1分）
当n=1.7时，无满足要求的钢材； （1分）
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