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编者的话 1

一、单向拉伸载荷作用下金属的变形与断裂 1

1．金属在单向拉伸载荷作用下的应力-应变关系 1

（一）拉伸曲线 1

（1）什么叫变形？变形量如何表示？ 1

（2）什么叫弹性变形？什么叫塑性变形？ 2

（3）何谓加工硬化？加工硬化是有利还是有害的性质？ 3

（4）从低碳钢的拉伸曲线我们可以得到哪些讯息 4

（5）材料不同，拉伸曲线的形状有何异同？ 5

（二）应力-应变关系 6

（1）为什么要引入应力的概念？应力和力有什么区别？ 6

（2）何谓应变？应变量如何计算？ 8

（3）低碳钢的应力-应变曲线有何特点？ 11

（三）强度指标 12

（1）何谓强度？通过拉伸试验可测定哪些强度指标？ 12

（2）什么是弹性极限？弹性极限和弹性变形抗力是否是一回事？ 13

（3）何谓屈服现象？屈服点如何确定？是否所有材料都有屈服点存在？ 14

（4）抗拉强度Ob和材料的断裂抗力有什么差别？ 15

（四）塑性指标 16

（1）何谓塑性？塑性指标如何表示？ 16

（2）伸长率?和断面收缩率?之间是否能相互换算 17

（3）试样尺寸对?有什么影响? 17

（五）静力韧度 18

（一）拉伸试样 19

2．静拉伸机械性能指标的测定方法 19

（1）圆柱形试样的形状及尺寸是怎样规定的？ 20

（2）板形试样的形状及尺寸有何规定？ 20

（3）试样加工中应注意哪些问题？ 21

（4）怎样检验试样是否符合要求？ 21

（二）试验仪器 22

（1）材料拉力试验机有哪些类型？它们的结构、工作原理如何？ 22

（2）对试验机有哪些技术要求？ 24

（3）什么是引伸计？ 25

（4）电子式拉伸试验机是怎么回事？ 26

（1）怎样用作图法测定？和？？ 27

（2）如何用逐级施力法测定非比例伸长应力？？ 27

（三）规定非比例伸长应力？和规定残余伸长应力？的测定 27

（3）如何用卸力法测定规定残余伸长应力？？ 30

（4）如何用指针法和图示法测定屈服点、上、下屈服点？ 32

（四）塑性指标？和？的测定 33

（五）有关拉伸试验条件的规定 36

（1）进行拉伸试验时，拉伸速度应如何控制？ 36

（2）在什么情况下拉伸试验结果无效？ 36

3．金属变形的本质及强化机理 36

（一）弹性变形的物理本质 36

（1）外力去除后，弹性变形为什么能恢复原状？ 37

（2）金属弹性变形抗力受哪些因素影响？ 38

（二）塑性变形的物理本质 38

（1）塑性变形的特点有哪些？ 39

（2）塑性变形为什么具有上述特点？ 40

（三）位错理论概要 41

（1）什么是位错？ 42

（2）位错的强度如何表示？ 45

（3）位错运动和晶体塑性变形有什么关系？ 46

（4）塑性变形后晶体中的位错是增多了，还是减少了？ 48

（三）金属强度的本质及强化机理 49

（1）铁丝为什么弯折次数愈多，弯折变形愈费劲？ 50

（2）低碳钢拉伸为什么出现上、下屈服点？ 50

（3）为什么高速钢经高温回火后会产生二次硬化？ 51

（4）材料过热为什么会使性能明显变坏？ 52

（5）为什么一些重要机械零件都要进行热处理？ 52

（1）韧性断裂与脆性断裂各有什么特点？ 53

（2）怎样区分沿晶断裂和穿晶断裂？ 53

4．金属的断裂与断口形貌 53

（一）断裂类型 53

（3）什么是正断？什么是切断？ 54

（二）断裂抗力 54

（1）为什么断裂抗力的理论值与实测值相差很大？ 54

（2）一无限大平板中，存在2a长穿透裂纹（图1-27），其实际断裂抗力？为多大？ 54

（3）若图1-27中裂纹长为2厘米，试问？与？差别有多大？ 55

（三）金属的宏观断口 56

（1）圆柱试样的拉伸断口有何特征？ 56

（2）矩形截面（板状）试样断口的宏观形貌有何特征？ 58

（4）断口分析时，应怎样保护和清洗断口？ 59

（3）对实际构件进行断口分析时，如何寻找裂纹源位置 59

（四）金属的微观断口 60

（1）进行微观断口分析需要哪些设备，它们各有什么优缺点？ 60

（2）什么是韧窝？它是怎样形成的？ 61

（3）什么是解理断裂？它的微观断口特征是什么？ 62

（4）什么是准解理断裂？它的微观断口有何特征？ 62

（5）什么是沿晶断口？在什么条件下容易出现沿晶断口？ 63

复习题 65

二 在其它静载荷作用下金属的机械性能 66

1．关于应力状态的概念 66

（1）单向拉伸时，应力状态软性系数a等于多少？ 67

（2）在复杂加载方式下，a值如何计算？ 67

（3）应力状态的软、硬对材料变形和断裂有何影响？ 68

（4）什么是力学状态图？ 69

2．压缩机械性能指标 71

（1）脆性材料通过压缩试验可测定哪些性能指标？ 71

（2）怎样测定脆性材料的抗压强度？和弹性模量？ 72

（3）怎样测定塑性材料的规定非比例压缩应力？ 72

（4）圆柱试样压缩时为什么容易出现腰鼓形？加工压缩试样有什么要求？ 72

3．弯曲机械性能指标 74

（1）怎样才能实现弯曲加载？ 74

（2）弯曲时的变形如何表示？ 75

（3）如何进行弯曲试验？ 75

4．扭转机械性能指标 76

（1）扭转试样的形状和尺寸有何规定？ 77

（2）扭转性能指标有哪些？如何测定？ 77

（3）用扭转试验方法评定材料性能有何优点？ 78

（1）什么是布氏硬度？测定布氏硬度时应注意哪些问题？ 79

5．金属的硬度 79

（2）如何根据压痕直径，查得被测材料的布氏硬度值？ 81

（3）对于一些大锻件、大铸件无法在布氏硬度计上测硬度时，试问有何方法可测定其近似的布氏硬度值？ 82

（4）什么是洛氏硬度？洛氏硬度标度方法有几种？测量时，应注意哪些问题？ 83

（5）何谓表面洛氏硬度？哪些情况下应采用表面洛氏硬度计测量硬度？ 85

（6）什么是维氏硬度？什么是显微硬度？ 85

（7）什么是肖氏硬度？ 87

（8）硬度试验有哪些特点？在生产检验部门为什么得到了广泛的应用？ 87

复习题 89

三、金属的缺口效应、冲击韧性和冷脆现象 89

1．缺口效应 89

（3）为什么缺口会促使金属脆性断裂倾向增加？ 91

（1）一块钢板上有一圆孔或一椭圆孔，孔边上的应力有多大？ 91

（2）怎样表示缺口尖端的应力集中程度？ 91

（4）怎样评定材料的缺口敏感程度？ 93

2．加载速度对材料性能的影响 94

（1）工程构件承受冲击载荷时，为什么容易发生脆断？ 94

（2）子弹穿过玻璃时，玻璃上将留下一小圆孔而不会粉碎，这是为什么？ 95

（3）人造金刚石是石墨制成的，对吗？ 95

3．冲击试验 95

（1）金属夏比（V型缺口）冲击试验如何进行？ 96

（2）金属夏比（U型缺口）冲击试验如何进行？ 97

（3）冲击韧性值代表什么物理意义？aKV和aKU有什么区别？ 98

（4）为什么冲击试验在生产实际中得到广泛的应用？ 99

（5）进行冲击试验时，应注意哪些问题？ 100

4．钢的冷脆现象 101

（1）低温冲击试验如何进行？ 101

（2）怎样测量和评定冷脆温度？ 101

（3）为什么有些金属材料会产生冷脆？ 102

复习题 103

四、金属的断裂韧性 104

1．裂纹顶端的应力分布 105

（1）一无限大平板内有2a长穿透裂纹，两端受拉应力o时，裂纹顶端附近各点的应力有多大？ 105

（2）应力强度因子K1是一个什么物理量？ 106

（3）断裂韧度KO和K1O是个什么物理量？ 107

（4）断裂力学设计原则是什么？根据它可以解决哪些问题？ 109

（1）裂纹顶端塑性区有多大？ 110

2．裂纹顶端屈服区大小及其修正 110

（2）塑性区内松弛的应力跑到哪里去了？ 111

（3）怎样对塑性区的影响加以修正？ 111

（4）裂纹顶端塑性区很大时怎么办？ 112

3．断裂韧度K1O的测试 112

（1）测试K1O的试样有哪几种？其尺寸如何确定？ 112

（2）测试K1O试样的最小尺寸应如何确定？ 113

（3）试样上的疲劳裂纹应怎样预制？ 115

（4）测试断裂韧度K1O需要有哪些仪器设备？ 117

（5）测试K1O的试验步骤及注意事项有哪些？ 118

（6）怎样根据试验结果求出材料的K1O值？ 119

4．在腐蚀介质中金属材料的断裂韧性 120

（2）为什么会产生应力腐蚀？材料抵抗应力腐蚀开裂的指标是什么? 121

（1）什么是应力腐蚀？产生应力腐蚀的条件是什么？ 121

5．断裂韧性与冲击韧性之间的关系 122

（3）什么是氢脆?为什么会产生氢脆? 122

（1）是否能通过测量冲击韧性来评定材料的断裂韧性？ 123

（2）冲击韧性与断裂韧性之间的差别由何而来？ 123

复习题 124

五、金属的疲劳 125

1．交变应力作用下的疲劳过程 125

（1）什么是交变应力？ 125

（2）在交变应力作用下为什么容易诱发疲劳裂纹？ 125

（3）疲劳裂纹是通过什么方式扩展的？ 128

2．疲劳宏观断口特征 130

（1）典型疲劳宏观断口的特征是什么？ 130

（4）从断裂力学的观点怎样解释疲劳断裂？ 130

（2）在不同应力状态下疲劳宏观断口有何区别？ 132

3．疲劳抗力指标 133

（1）疲劳试样在加工制造中应注意哪些问题？ 134

（2）对疲劳试验机有何要求？简述疲劳试验机的工作原理 135

（3）怎样测定旋转弯曲条件疲劳极限O-1？ 136

（4）疲劳曲线上的倾斜部分代表什么意思？ 138

（5）为什么承受交变载荷的构件其表面加工精度要求很高？ 139

（6）能否从材料的静拉伸性能指标来估算材料的疲劳极限？ 140

4．影响疲劳抗力的因素 140

（1）什么叫热疲劳？为什么会产生热疲劳？ 141

（2）什么叫腐蚀疲劳？为什么会产生腐蚀疲劳？ 141

（4）残余应力对零件的疲劳寿命有何影响？ 142

（3）什么是接触疲劳？ 142

（5）材料的成分、组织对疲劳极限有何影响？ 145

复习题 146

六 从机械性能观点谈结构强度与零件失效分析 146

1．结构强度与材料强度之间的关系 147

（1）如何根据材料强度来确定零件的结构强度？ 147

（2）机械性能指标那么多，到底应根据哪个指标来确定许用应力？ 147

（3）安全系数n如何确定？ 148

（4）设计时已经考虑了安全系数，为什么有些零件还是不安全？ 149

（5）使用机械性能指标时，应注意哪些问题？ 149

2．失效原因 151

（2）材质不良引起失效的原因有哪些？ 152

（1）在设计方面造成失败的原因有哪些？ 152

（3）由于热处理缺陷而引起失效的原因有哪些？ 153

（4）零件在使用过程中由环境因素引起的失效有哪些？ 154

3．失效类型 154

4．失效分析与可靠性设计 157

（1）进行失效分析有什么重要意义？ 157

（2）失效分析怎样进行？ 158

（3）什么是产品的可靠性？怎样才能保证产品右靠？ 159

复习题 160

附录一 机械性能指标索引 161

附录二 有关力学量的符号、单位以及与其它单位的换算系数 163

附录三 金属机械性能试验方法国家标准索引 166