1mm的单边横向穿透裂纹，试估算它们的疲劳剩余寿命。
第六章 习题与答案
1、解释下列名词
（1）应力腐蚀：金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象，则称为应力腐蚀。
（2）氢蚀：由于氢与金属中的第二相作用生成高压气体，使基体金属晶界结合力减弱而导致金属脆化的现象。
（3）白点：当钢中含有过量的氢时，随温度的降低，氢在钢中的溶解度逐渐减小，如果过饱和的未扩散逸出，便聚集在某些缺陷处形成氢分子。此时氢的体积发生急剧膨胀，内压力很大足以将金属局部撕裂，而形成微裂纹。这种微裂纹的断面呈圆形和椭圆形，颜色呈银白色，故称为白点。
（4）氢化物致脆：对于ⅣB或ⅤB族金属（如纯钛、α-钛合金、钒、锆、铌及合金），由于它们与氢有较大的亲和力，极易生成氢化物，使金属脆化。这种脆化称为氢化物致脆。 （5）氢致延滞断裂：高强度钢或α+β钛合金中，含有适量的处于固溶状态的氢（原来存在的或从环境介质中吸收的），在低于屈服强度的应力持续作用下，经过一段孕育期后，在金属内部，特别是在三向拉应力区形成裂纹，裂纹逐步扩展，最后突然发生脆性断裂。这种由于氢的作用而产生的延滞断裂现象称为氢致延滞断裂。 2、说明下列力学 性能指标的意义 （1）ζ
ssc
：表征材料不发生应力腐蚀的临界应力。
（2）KⅠssc：应力腐蚀临界应力场强度因子。 （3）KⅠHEC；氢脆临界应力场强度因子。 （4）da/dt：应力腐蚀裂纹扩展速率。 3、试述金属产生应力腐蚀的条件及机理。
答：金属产生应力腐蚀的条件是应力、化学介质和金属材料。
金属产生应力腐蚀产生的机理：主要介绍以阳极溶解为基础的钝化膜破坏理论。对应力腐蚀敏感的合金在特定的化学介质中，首先在表面形成一层钝化膜，使金属不致进一步受到
腐蚀，即处于钝化状态，因此，在没有应力的作用下，金属不会发生腐蚀破坏。若有拉应力作用，则可使局部地区的钝化膜破裂，显露出新鲜的表面。这个新鲜的表面在电解质溶液中成为阳极，其余具有钝化膜的金属表面成为阴极，从而形成腐蚀微电池。阳极金属变成正离子进入电解质中而产生阳极溶解，于是在金属表面形成蚀坑。拉应力除促使局部地区钝化膜破坏外，更主要的是在蚀坑或原有裂纹的尖端形成应力集中，使阳极电位降低，加速阳极金属的溶解。如果裂纹尖端的应力集中始终存在，那么微电池便不断进行，钝化膜不能恢复，裂纹将逐步纵深扩展。
4、分析应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt与KⅠ关系曲线，并与疲劳裂纹扩展速率曲线进行比较。
5、某高强度钢的ζ0.2= 1400MPa，在水的介质中的KⅠssc=21.3MPa·m,裂纹扩展到第二阶段的da/dt=2×10mm/s，第二阶段结束时的KⅠ＝62MPa·m，该材料制成的机件在水介质中工作，工作拉应力ζ=400MPa。探伤发现该机件表面有半径a0=4mm的半圆形裂纹。试粗略估算其剩余寿命。
6、何为氢致延滞性断裂？为什么高强度钢的氢致延滞断裂是在一定的应变速率下和一定的温度范围内出现？
答：氢致延滞断裂：高强度钢或α+β钛合金中，含有适量的处于固溶状态的氢（原来存在的或从环境介质中吸收的），在低于屈服强度的应力持续作用下，经过一段孕育期后，在金属内部，特别是在三向拉应力区形成裂纹，裂纹逐步扩展，最后突然发生脆性断裂。这种由于氢的作用而产生的延滞断裂现象称为氢致延滞断裂。因为当应变率较低时，若试验温度过低，氢的扩散速率很慢，永远跟不上位错的运动。因此不能形成氢气团，氢也难以聚集，就不会出现氢脆，当温度变大一些，氢的扩散速率与位错运动速率逐步适应，于是塑性开始降低。当温度升到更大的时候，两者运动速率完全吻合，此时塑性最差，对氢脆最敏感。温度再升高时，一方面形成氢气团，同时由于热作用，又促进已聚集的氢原子离开气团向四周均匀扩散，降低了气团对位错的“钉扎”作用，并减少氢偏聚的尝试于是金属的塑性开始上升。当温度更大时，氢气团完全被扩散破坏，氢脆现象完全消除。应变速率对氢脆敏感性的影响也是如此。所以高强度钢的氢致延滞断裂是在一定的应变速率下和一定的温度范围内出现。 7、试述区别高强度钢的应力腐蚀与氢致延滞断裂的认识方法。
答：可采用极化试验方法，即利用外加电流对静载下产生裂纹时或裂纹扩展速率的影响来判断。当外加小的阳极电流而缩短产生裂纹时间的是应力腐蚀；当外加小的阴极电流而缩短产生裂纹时间的是氢致延滞断裂。对于一个已断裂的机件来说，还可从断口形貌上来加以区分。
-6
1/2
1/2
（具体见书P168）。
8、有一M24栓焊桥梁用高强度螺栓，采用40B钢调质制成，抗拉强度为1200MPa，承受拉应力650MPa。在使用中，由于潮湿空气及雨淋的影响发生断裂事故。观察断口发现，裂纹从螺纹根部开始，有明显的沿断裂特征，随后是快速脆断部分。断口上较多的腐蚀产物，且有较多的二次裂纹。试分析该螺栓产生断裂的原因，并考虑防止这种断裂的措施。
第七章 习题与答案
1、解释下列名词：
（1）磨损：机械表面相接触并作相对运动时，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使表面材料逐渐损失、造成表面损伤的现象。 （2）粘着：实际上就是原子间的键合作用。 （3）磨屑：松散的尺寸与形状均不相同的碎屑。
（4）跑合：在稳定磨损阶段前，摩擦副双方表面逐渐被磨平，实际接触面积增大的过程。 （5）咬死：在粘着磨损的过程中，常在较软一方本体内产生剪断，其碎片则转较硬一方的表面上，软方金属在硬方表面逐步积累最终使不同金属的摩擦副滑动成为相同金属间的滑动，故磨损量较大，表面较粗糙，发生卡死的现象。 （6）犁皱：韧性金属材料在磨粒磨损后表面的形貌。 （7）耐磨性：材料抵抗磨损的性能。
（8）接触疲劳：机件两接触而作滚动或滚动加滑动摩擦时，在交变接触压应力长期作用下，材料表面因疲劳损伤，导致局部区域产生小片或小块状金属剥落而使物质损失的现象，又称表面疲劳磨损或疲劳磨损。
2、试比较三类磨粒磨损的异同，并讨论加工硬化对它们的影响。
答：(1)低应力划伤式的磨料磨损，它的特点是磨料作用于零件表面的应力不超过磨料的压溃强度，材料表面被轻微划伤。生产中的犁伴，及煤矿机械中的刮板输送机油楷磨损情况就是屑于这种类型。(2)高应力辗碎式的磨料磨损，其特点是磨料与零件表面接触处的最大压应力大于磨料的压溃强度。生产中球磨机村板与磨球，破碎式滚筒的磨损便是属于这种类型。(3)凿削式磨料磨损，其特点是磨料对材料表面有大的冲击力，从材料表面凿下较大颗料的磨屑，如挖掘机斗齿及领式破碎机的齿板。3、试述粘着磨损产生的条件、机理及其防止措施。
加工硬化对金属材料抗磨粒磨损能力的影响，因磨损类型不同而异。在低应力擦伤性磨粒磨损时，加工硬化对材料的耐磨性没有影响，这是由于磨粒或硬的凸出部分切削金属时，
局部区域产生急剧加工硬化，比预先加工硬化要剧烈得多所致。但在高应力碾碎性磨粒磨损时，加工硬化能显著提高耐磨性，因为此时磨损过程不同于低应力下的情况，表面金属材料主要是通过疲劳破坏而不是切削作用去除的。 3、试述粘着磨损产生的条件、机理及其防止措施。
答：粘着磨损是在滑动摩擦条件下，当摩擦副相对滑动速度较小时发生的，它是因缺乏润滑油，摩擦副表面无氧化膜，且单位法向载荷很大，以致接触应力超过实际接触点处屈服强度而产生的一种磨损；其机理是摩擦副实际表面上总存在局部凸起，当摩擦副双方接触时，即使施加较小载荷，在真实接触面上的局部应力就足以引起塑性变形。倘若接触面上洁净而未受到腐蚀，则局部塑性变形会使两个接触面的原子彼此十分接近而产生强烈粘着。随后在继续滑动的过程中，粘着点被剪断并转移到一方金属表面，然后脱落下来便形成磨屑。一个粘着点剪断了，又在新的地方粘着，随后也被剪断的过程，构成了磨损过程。 4、滑动速度和接触压力对磨损量有什么影响？
答：滑动速度和接触压力越大，磨损量会越大（具体见有关书籍）。 5、比较粘着磨损、磨粒磨损和微动磨损摩擦面的形貌特征。
答：三者相比，磨粒磨损的特征最明显；磨粒磨损面的形貌特征主要是摩擦面上有明显犁皱形成的沟槽；（具体见有关书籍） 6、试比较接触疲劳和普通机械疲劳的异同。
答：接触疲劳是工件(如齿轮、滚动轴承，钢轨和轮箍，凿岩机活塞和钎尾的打击端部等)表面在接触压应力的长期不断反复作用下引起的一种表面疲劳破坏现象，表现为接触表面出现许多针状或痘状的凹坑，称为麻点，也叫点蚀或麻点磨损；而普通机械疲劳指的是在交变应力作用下的损坏。
7、列表说明金属接触疲劳三种破坏形式的机理和特征。`
机理 麻点剥落 在滚动接触过程中，由于表面最大综合切应力反复作用，在表层局部区域，如材料的抗剪屈服强度较低，则将在该处产生塑性变形，同时浅层剥落 在接触应力反复作用下，塑性变形反复进深层剥落 深层剥落的初始裂纹常在表面硬化机件的过渡区内产行，使材料局部弱化，生，该处切应力虽不最大，遂在该处形成裂纹， 但因过渡区是弱区，切应力可能高于材料强度而在该处产生裂纹。