Вопросы к экзамену по дисциплине «Механические свойства металлов»
1. Основные положения курса.
1.1 Задачи курса. Взаимосвязь между структурой металла и механическими свойствами. Значение теории и методы изучения механических свойств материалов. Связь курса с другими дисциплинами, изучаемыми в ВУЗе в процессе всего обучения.
1.2 Наука о механических свойствах материалов и ее значение. Понятие о конструкционной прочности металлов и сплавов как комплексе механических физико-химических условий и вида нагружения на механические свойства.
1.3 Отражение требований к комплексу механических свойств в ГОСТах и технических условиях. Значение Государственных стандартов и технических условий в повышении качества материала, в увеличении надежности и долговечности деталей машин.
Стандарт на применяемые в науке и технике термины, определения и обозначения основных понятий и характеристик, относящихся к методам расчетов и испытаний на прочность в машиностроении.
1.4 Основные пути повышения механических свойств металлов и сплавов. Влияние на прочность облучения, ультразвука и других воздействий. Конструкционная прочность материала, надежность и долговечность машин и механизмов, их взаимосвязь и требования, предъявляемые к механическим свойствам металлов.

2. Напряженное и деформированное состояние.
2.1 Объект, изучаемый в науке о механических свойствах металлов и его модель. Структурно-неоднородное деформируемое твердое тело. Понятие о неоднородном и однородном напряженном состоянии.
2.2 Характеристики напряженного состояния в точке. Компоненты напряжений и тензор напряжений (симметричный тензор второго ранга). Изменение вида тензора напряжений от поворота площадки; главные напряжения. Среднее нормальное напряжение. Частные случаи тензора напряжений для характерных практических случаев напряженных состояний.
2.3 Деформации линейные и угловые, деформированное состояние в точке. Тензор деформаций.
2.4 Экспериментальные методы определения напряженного и деформированного состояния в точке. Остаточные напряжения и методы их определения.

3. Упругие свойства металлов.
3.1 Обобщенный закон Гука для упругого изотропного тела. Коэффициенты податливости. Влияние симметрии кристаллов на число коэффициентов упругости. Технические модули упругости и их связь с коэффициентами упругости.
3.2 Анизотропия упругих свойств реальных кристаллов: фактор анизотропии и изменение технических модулей упругости в зависимости от направления (E,G, К,μ), от содержания углерода в стали. Влияние термообработки, пластической деформации, текстуры и рекристаллизации на упругие свойства. Связь скорости звука в твердом теле с упругими свойствами.
3.3 Практические методы определения упругих постоянных (статические и динамические).

4. Неупругость металлов.
4.1 Понятие о макро- и микропластических деформациях и статистическая теория неупругости, природа микропластических деформаций и отступления от закона Гука.
4.2 Виды проявления неупругости: дефект модуля, петля механического гистерезиса и природа ее образования, эффект Баушингера, прямое и обратное последствие, релаксации напряжений.
4.3 Рассеяние энергии колеблющимся телом и внутреннее трение; логарифмический декремент колебаний и связь его с коэффициентом затухания. Практические методы определения характеристик рассеяния энергии.
Определение относительного рассеяния энергии методом динамической петли гистерезиса.
4.4 Влияние структуры и термообработки металла на вибропоглощающие свойства металлов. Влияние структуры, пластической деформации и последующего старения на неупругие свойства. Сплавы высокого демпфирования. Значение явлений неупругости и вибропоглощающих свойств металла в современной технике.

5. Пластическая деформация металлов.
5.1 Механизм скольжения и сопротивления сдвигу в идеальных и реальных кристаллах. Полосы скольжения. Кристаллографический характер скольжения; системы скольжения в монокристаллах с кубической объемно-, гранецентрированной и гексагональной решеткой. Двойникование.
5.2 Геометрия скольжения и понятие об ориентационном факторе. Сопротивление пластическому деформированию монокристаллов и зависимость предела текучести монокристаллов от направления.
5.3 Деформационное упрочнение в монокристаллах. Влияние типа кристаллической решетки на вид кривых упрочнения.
5.4 Деформация в поликристалле. Вычисление сопротивления течению поликристалла. Роль границ зерен в упрочнении поликристалла.
Микромеханизм пластической деформации поликристалла, неоднородность локальных деформаций по элементам структуры сплава, влияние второй фазы.
5.5 Зависимость сопротивления течению в поликристалле от размеров зерна и состояния границ зерен, от структуры и легирующих элементов. Влияние скорости приложения нагрузки и температуры на сопротивление деформированию. Развитие текстуры в металле при пластическом деформировании; текстура прокатки и влияние последующей термообработки; рекристаллизационные процессы в деформированном металле.
5.6 Площадка текучести и резкий предел текучести; полосы Чернова-Людерса; закономерности развития пластической деформации по объему образца при растяжении на стадиях прохождения площадки текучести и деформационного упрочнения.
5.7 Устойчивое и неустойчивое пластическое течение; закономерности и условия образования "шейки". Кривые "напряжение-деформация" различных конструкционных материалов в условиях и истинных координатах
5.8 Определение механических свойств конструкционных материалов при растяжении, изгибе, кручении. Основные требования стандартов к образцам, испытательному оборудованию, методике проведения экспериментов и обработке результатов.
5.9 Определение твердости различными методами, связь между числами твердости и основными механическими характеристиками.

6. Разрушение металлов.
6.1 Виды макро - и микроразрушений и их анализ. Микроструктурный характер разрушения. Механика разрушения. Модели Гриффитса и Маклинтока-Ирвина. Критерии разрушения в рамках линейной и нелинейной механики.
6.2 Роль концентрации напряжений в снижении реальной прочности: хрупкое разрушение и роль поверхностной энергии к надрезу. Напряженное состояние в окрестности трещины; коэффициент интенсивности напряжений и его размерность.
6.3 Ударная вязкость и методы ее определения. Порог хладноломкости. Фрактография излома и определение доли кристаллического излома. Влияние температуры и остроты надреза на ударную вязкость материала. Работа зарождения и распространения трещины. Влияние структуры и термообработки.

7. Усталость металлов.
7.1 Виды циклов нагружений и их характеристики. Современные представления о механизме деформации и разрушения при циклических нагружениях; изменение свойств материала в процессе усталости и периоды усталости.
7.2 Полосы скольжения; экструзия и интрузия металла; образование микро- и макротрещин. Ограниченный предел выносливости.
7.3 Малоцикловая и чистая усталость. Полная диаграмма усталости. Скорость развития усталостной трещины. Диаграммы Хейга и Смита.
7.4 Накопление повреждений при циклических нагружениях. Гипотезы суммирования усталостных повреждений. Факторы, влияющие на усталостную прочность: структура, размер зерна, концентрация напряжений, состояние поверхности, включения и т.д.
7.5 Влияние структуры, легирования, объемного и поверхностного пластического деформирования (упрочнение обкаткой роликами, обдувкой дробью и др.) Роль физического упрочнения, остаточных напряжений и структурных изменений в металле при поверхностном наклепе при испытаниях в области мало- и многоцикловой усталости.
7.6 Методика испытаний на усталость и обработка экспериментальных данных; требования ГОСТ к образцам и испытательным машинам. Взаимосвязь между статическими и циклическими характеристиками прочности.

8. Жаропрочность
8.1 Поведение металла под нагрузкой при повышенных температурах; влияние температуры, напряжения, времени. Понятие о ползучести и релаксации напряжений.
8.2 Упрочнение и разупрочнение металла при высокотемпературном деформировании. Процессы, сопутствующие высокотемпературной ползучести, роль границ зерен. Кривая ползучести. Условный предел ползучести. Диаграмма ползучести.
8.3 Характеристики ползучести и жаропрочности реальных сплавов; влияние различных факторов (типа кристаллической решетки, легирования, размера зерна, дисперсности второй фазы, предварительной деформации). Изменение механических свойств при повышенных температурах; влияние термоциклирования; аномальное поведение материала (хрупкость, сверхпластичность).
8.4 Методика испытаний на ползучесть, релаксацию напряжений и длительную прочность.

9. Трибологические свойства металла
9.1 Понятие об износостойкости как о свойстве материала.
9.2 Механизм и виды изнашивания. Процессы, протекающие при изнашивании (пластическая деформация, нагрев, структурные изменения и др.).
9.3 Факторы, влияющие на изнашивание (химический состав, структурное состояние поверхностного слоя).
9.4 Конструктивные, технологические и эксплуатационные методы повышения износостойкости.
9.5 Методы испытаний на изнашивание.